电动机调速原理

内蒙古化工职业学院毕业设计目录摘要........................................................错误!未定义书签。绪论........................................................错误!未定义书签。1传感器....................................................错误!未定义书签。1传感器的介绍..............................................错误!未定义书签。2光敏电阻的结构与原理......................................错误!未定义书签。2．1结构与原理........................................错误!未定义书签。总结........................................................错误!未定义书签。致谢........................................................错误!未定义书签。参考文献....................................................错误!未定义书签。引言电动机作为最主要的机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱，空调，DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关，密不可分。电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法，对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。这类控制可通过继电器，可编程控制器和开关元件来实现。还有一类控制叫复杂控制，是指对电动机的转速，转角，转矩，电压，电流，功率等物理量进行控制。[13]1绪论内蒙古化工职业学院毕业设计本章介绍了直流电机的特点及其发展概况，然后介绍了直流电机在工业控制等领域中的具体应用，同时阐述了直流电机控制中有待研究的问题。并在此基础之上介绍了本课题的选题背景和意义，最后列出了本文研究的主要内容及全文的结构安排。第一章电磁调速电动机一、电磁调速电动机概述电磁调速异步电动机又称滑差电机，它是利用直流电磁滑差恒转矩控制的交流无级变速电动机。由于它具有调速范围广、速度调节开滑、起动转矩大、控制功率小、有速度负反馈的自动调节系统时机械特性硬度高等一系列优点，因此在印刷机及骑马订书机、无线装订高频烘干联动机中都得到广泛应用。如801型对开立式停回转凸版印刷机、JS2101型对开双面胶印机，J2105型对开单色胶印机、J2108型对开单色胶印机、PZ4880－01A型对开四色胶印机等印刷机械采用这种电动机就更能符合印刷工艺要求。烘版机采用这种电动机调速后，能有效地控制胶膜厚度，操作十分方便。骑马订书机采用这种电动机调速，能够根据书刊的要求相应地调节转速而提高书刊装订质量。带有速度负反馈的电磁调速异步电动机的主要缺点是：在空载或轻载（小于10％额定转矩）时，由于反馈不足，会造成失控现象；在调速时，随着转速降低，离合器的输出功率和效率也相应地按比例下降。所以此电机适用于长期高速运转和短时间低速运转。为适应印刷机低速运转的需要，在采用电磁调速异步电动机作主驱动的印刷机中往往再配装一台三相异步电动机作为低速电机使用。现将该电动机工作情况作简要介绍二、电磁调速异步电动机结构电磁调速异步电动机是由普通鼠笼式异步电动机、电磁滑差离合器和电气控制装置三部分组成。异步电机作为原动机使用，当它旋转时带动离合器的电枢一起旋转，电气控制装置是提供滑差离合器励磁线圈励磁电流的装置。这里主要介绍电磁滑差离合器，图2－19是其结构示意图。它包括电枢、磁极和励磁线圈三部分。电枢为铸钢制成的圆筒形结构，它与鼠笼式异步电动机的转轴相连接，俗称主动部分；磁极做成爪形结构，装在负载轴上，俗称从动部分。主动部分和从动部分在机械上无任何联系。当励磁线圈通过电流时产生磁场，爪形结构便形成很多对磁极。此时若电枢被鼠笼式异步电动机拖着旋转，那么它便切割磁场相互作用，产生转矩，于是从动部分的磁极便跟着主动部分电枢一起旋转，前者的转速低于后者，因为只有当电枢与磁场存在着相对运动时，电枢才能切割磁力线。内蒙古化工职业学院毕业设计磁极随电枢旋转的原理与普通异步电动机转子跟着定子绕组的旋转磁场运动的原理没有本质区别，所不同的是：异步电动机的旋转磁场由定子绕组中的三相交流电产生，而电磁滑差离合器的磁场则由励磁线圈中的直流电流产生，并由于电枢旋转才起到旋转磁场的作用。图2－19电磁滑差离合器基本结构示意图1-原动机2-工作气隙3-主轴4-输出轴5-磁极6-电枢电磁滑差离合器的机械特性可近似地用下列经验公式表示：n=n0-KT2/I4f式中：n0－离合器主动部分（鼠笼电动机）的转速；n－离合器从动部分（磁极）的转速；If－励磁电流；K－与离合器结构有关的系数；T－离合器的电磁转矩。当稳定运行时，负载转矩与离合器的电磁转矩相等。由上述公式可知：（1）当负载一定时，励磁电流If的大小决定从动部分转速的高低，励磁电流愈大，转速愈高；反之，励磁电流愈小，转速就愈低。根据这一特性，可以利用电气控制电路非常方便地调节从动部分的转速。（2）当励磁电流一定时，从动部分转速将随着负载转矩增加而急剧降低，并且这种下降在弱励磁电流的情况下更加严重，如图2-20a所示，它具有较软的机械特性，这种软的机械特性在许多情况下，不能满足生产机械的要求。为了获得范围较广，平滑而稳定的的调速特性，通常采用速度负反馈的措施，使电磁滑差离合器具有如图2-20b所示的硬机械特性。内蒙古化工职业学院毕业设计图2－20电磁调速异步电动机机械特性曲线图2－21为带有速度负反馈的电磁调速异步电动机原理框图。它是利用测速发电机把离合器的输出速度n换成交流电压U－，再经整流器变成直流电压U－。将U－送入比较元件，与给定直流励磁电压Uf进行比较。得电压差△Uf－U－。所以输入离合器的励磁电流If不是正比于励磁电压Uf，而是正比于电压△U。由于U～（U－）的大小与转速n有关，n增大，U～（U－）变大。n减小，U～（U－）变小。因此，在给定直流励磁电压Uf有变情况下，输入的励磁电流If的大小与转速n有关，即随着n的下降或上升，励磁电流If将自动增加或减小，由于负反馈的作用，提高了电磁离合器机械特性的硬度，这时调速的参数不再是电流If将自动增加或减小，由于负反馈的作用，提高了电磁离合器机械特性的硬度，这时调速的参数不再是电流If而是电压Uf。显然，给定励磁电压Uf愈高，则转速n愈高；反之则转速愈低，如图2-20b所示。图2－21带有速度负反馈的电磁调速异步电动机框图从图中可以看出：在空载或轻载（小于10％额定转矩）时，由于反馈量不足，会造成失控现象，此外，在调速时，随着转速降低，离合器的输出功率和效率也相应地按比例下降。三、电磁调速异步电动机的起动与调速1．电磁调速异步电动机的起动。该电动机与转运惯量较大的工作机械之间装有滑差离合器，起动时可以逐渐增加电流，能很平滑地起动。在阻力较大的拖动系统中，例如J2203胶印机，电动机往往不能带负载直接起动，这时可在起动前先断开离合器的励磁电源，使鼠笼电动机先空载起动，内蒙古化工职业学院毕业设计然后再接上励磁电源就可起动了。2．电磁调速异步电动机的调速。由电磁调速异步电动机的工作原理知，电磁调速异步电动机的速度调节，可通过调节滑差离合器的励磁电流来实现。下面介绍两种调节滑差离合器励磁电流的电路。（1）用调压器调速。在图2－22中，是用调压变压器来改变励磁电流的整流器电源电压，以达到调速的目的。在此系统中，没有速度负反馈，电机的机械特性较软，一般可用于要求不高的调速差系统中。例如，制铜锌版使用的无粉腐蚀机，胶印制版的烘版机等。图2－22用调压变压器控制的调速电路由于这种控制线路结构简单，便于维护，所以在印刷机构中仍有实用意义。在图2－22中，TC是单机调压变压器，初级电压220V，次级电压为0－250V。整流元件是2CZ型硅二极管，型号的选择应根据离合励磁线圈的功率或电流来确定。从电路图可看出，只要改变调压变压器的次级电压，就能改变整流输出直流电压，即改变滑差离合器励磁电流，这样就能调节电机的转速。（2）速度负反馈电磁调速异步电动机控制电路。现在广泛采用具有速度负反馈的滑差离合器的控制装置，来实现宽范围无级调速，它比起其它调速电动机来说，具有以下主要优点：①交流无级调速，机械特性硬度较高；②结构简单、工作可靠、维护方便、价格低廉；③调速范围大，用在像印刷机这样的恒转矩负载时，一般可达10：1，有特殊要求（如轮转机）时亦可达50：1；内蒙古化工职业学院毕业设计④可调节转矩。在现代化的联合轮转机中，都应用了自动化的纸张拉紧机械，它可以达到随着卷筒纸直径的变化，调节离合器的转矩经保持拉力不变。四、主要技术特性①调速范围电源为50HZ时：120~1200转/分；电源为60HZ时：150~1500转/分。②转速变化率（机械特性硬度）不大于2.5%。③输入电源：交流220V额定输出直流电压不小于90V，额定输出电流5A；10A。④控制电机容量JZT3型调速器适用于控制0．6~30KW电磁调速电机，JZT4型调速器适用于控制37~100KW电磁调速电机。⑤电源电压变化+5%~–10%时，转速偏差＜2.5%。⑥最高环境温度不超过40℃。⑦海拔不超过1000米。⑧适用于少灰尘、无腐蚀性、无爆炸性气体、以及相对湿度在85%以下的环境中。五、工作原理调速器工作方块示意如图1，电气原理图如图2。图1调速器工作方块图内蒙古化工职业学院毕业设计图2调速器电气原理图从图中可知，调速器由给定电路，触发电路，可控硅主回路，测速负反馈等环节组成。给定电路：220V电压输入至调速器，经变压器变压至27V经过D5×4桥式整流，R7，C3，C4，л型滤波器滤波后，经WZ2稳压管加到给定电位器W3两端。可控硅主回路：采用可控硅半波整流电路。由于激磁线圈是一个电感负载，为了让电流连续，因此在激磁线圈前并联一个续流二极管（D1）。主回路的保护装置：用熔断器（RD）进行短路保护，用浪涌吸收器（RV）进行交流侧浪涌电压保护，用阻容吸收回路（C1R1）进行元件侧过电压保护。测速负反馈电路：测速发电机三相电压经D6×6桥式整流后由C5滤波后加到反馈电位器W2两端，此直流电压随调速电机的转速变化而成线性变化，作为速度反馈信号与给定信号相比较，由于它的极性是与给定电压相反的，它的增加即起着减小综合信号（给定信号减反馈信号）即负反馈的作用。脉冲触发电路：本电路由电源变压器副边40V交流电压经D4整流，电阻R3和稳压管WZ1削波后，供给晶体管G2和单结晶体管G1。采用单结晶体管触发电路，这种电路比较简单，可靠性高，调整容易，温度补偿性较好，受温度影响小，移相范围能达到160°左右。在脉冲触发电路中，当C2充电电压UC达到单结晶体管G1的峰点电压UP时，e—b1间的电阻突然变小，C2就通过e—b1放电，形成脉冲电流。C2放电后，当UC内蒙古化工职业学院毕业设计＜UP时，e—b1间又成为高阻态，直到C2再充电至UP时，e—b1又呈现低阻态，脉冲变压器MB原边就有脉冲电流流过，这样MB会边得到一系列脉冲电压。调速器在工作时，由给定电压和测速负反馈电压进行比较后，作为控制信号加至晶体管（G2）的基极和发射极（晶体管G2相当于可变电阻）以改变G2的内阻，内阻的改变导致电流的大小的改变，也就改变了电容（C2）的充放电时间，使单结晶体管产生的触发脉冲能进行自动移相，从而改变可控硅的导通角而实现控制电机转速的目的。六、调