电机简化等效电路确定的电压和频率的比值进行变频调速，电压是指基波的有效值后来增加了电流环，称它为转差频率控制，改善了性能并且己经实用化。但是系统只是从稳态公式推导出的平均值控制，完全不考虑过渡过程，因此系统的稳定性启动及低速时的转矩动态响应存在难以克服的不足。为了提高低频时电动机产生的转矩不足，通常采用提升电压以及随负载变化补偿定子绕组电压降的办法，用以增加变频调速的调速范围。变频调速基本原理变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。变频可以调速这个概念，可以说是交流电动机与生俱来的。同步电动机不消说，即使是异步电动机，其转速也是取决于同步转速即旋转磁场的转速的式中电动机的转速，电动机的同步转速，电动机的转差率而同步转速则主要取决于频率式中输入频率，电动机的磁极对数由式与式可知变频调速技术的基本原理是根据电机转速与工作电源输入频率成正比的关系由上式可知，在电动机磁极对数不变的情况下，通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。其中为异步电机的转差率，由上面的公式可以看出，改变电源的供电频率可以改变电机的转速。在对异步电机调速时，希望电机的主磁通保持额定值不变。任何电动机的电磁转矩都是磁通和电流相互作用的结果，主磁通小了，铁心利用不充分，同样的转子电流下，电磁转矩小，电动机的负载能力下降主磁通大了，会使电动机的磁路饱和，并导致励磁电流畸变，励磁电流过大，严重时会使绕组过热损坏电机。主磁通是由励磁电流产生的，两者之间的关系是由磁化特性决定的。由电机理论知道，三相异步电机定子每相电动势的有效值为其中为气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值，为定子频率，为定子每相绕组匝数，为极磁通里。由上式可见主磁通中是由和。共同决定的，如果保持和之比不变，就可以保持主磁通不变。逆变技术间接变压变频装置先将工频交流电通过整流器变成直流电，再经过逆变器将直流电变换成可控频率和幅值的交流电，故又称为交直交变压变频装置。其系统原理框图如图所示在这类装置中，用不控器件整流，而逆变部分用变频器调压调频次完成，整流器无需控制，简化了电路结构而且由于以全波整流代替了相控整流，所以提高了输入端的功率因数，减小了谐波对电网的影响。此外，因输出波形由方波改进为波，减少了谐波，从而解决了电动机在低频区的转矩脉动问题，也降低了电动机的谐波损耗和噪声。调压调频图间接变压变频装置逆变器输出谐波减少的程度取决于逆变器件的开关频率，而开关频率则受器件开关时间的限制。采用时，开关频率可高达以上，其输出电流已非常逼近正弦波。所以，这种装置己成为当前最有发展前途的种装置形式。变频调速技术的意义在电力拖动领域，解决好电动机的无级调速问匆具有十分重要的意义。例如可以大大提高工农业生产设备的加工精度工艺永平以及工作效率等，从而提高产品的质量和数量全控整流逆变采用变频调速后，系统可靠性提高了，维护减小了，从而减轻了工人的劳动强度，提高了经济效益对干风机和泵类负载，如果用变频调速后，节电率很高。第章设计方案的确定高炉卷扬机的工作流程高炉卷扬机的结构特点料车式上料机料车式上料机结构紧凑，占地面积小，对于中小高炉，有足够的上料能力，能实现自动控制，并且运转可靠。料车上料机运动示意图见图所示。料车式上料机的结构特点主要有两点工作过程中，两个料车交替上料，当装满炉料的料车上升时，空料车下行，空车重且相当于个平衡锤，平衡了重料车的车箱自重。这样，当上行或下行二个料车用个卷扬机拖动时，不但节省了拖动电机功率，而且电机运转时，总有个重料车上行，没有空行程。从而使得电动机总是处于电动状态运行，免去了电动机处于发电运行状态所带来的种种问题。料车机械传动系统示意图如图所示。图料车机械传动系统示意图如图所示，在斜桥顶端主轨道两侧，装有上升的辅助导轨。料车的两对前后轮不同，后轮的轮缘两侧设有内外两个踏面。当料车行到斜桥顶端时，前轮继续沿主轨下降，后轮则靠外踏面上升的辅助导轨抬起，整个料车以前轮为中心倾动，将料倒人受料漏斗中。料车的运动由卷扬机通过钢绳缆传动。当卷扬机反转时，空料车依靠自重返回，另个重料车上行。这套自动卸料的动作，是完全依靠机械的方式完成的。工作特点料车卷扬机斜车上料机的拖动设备，根据料车运动的工作过程，其工作特点是能够频繁起动制动停车反向，转递平稳，过渡时间短能按照定的速度图运行能够广泛地调速，范围般为，目前料车最大线速度可达系统工作可靠。在进人曲轨及离开料坑时不能有高速。电动机的选择技术参数为料车载重量最大，额定，卷筒直径，减速机的传动比为，行程。料车在斜桥上的运动分为起动加速稳定运行减速倾翻和制动六个阶段，在整个过程中包括两次加和两次减速。卷扬机的负载机械特性及电动机运行状态分析机械特性料车卷扬机负载是典型的摩擦性负载。运行状态及电机的选择在上述实例中，料车在料坑段起动时，负载最大，以，计算当右小车带载从斜桥底部提升时，钢绳拉力为这时左小车空载从斜桥顶部下放，钢绳拉力为卷筒静力矩为折算到卷扬电动机轴上的负载转矩当右小车带载上升时，电动机的电磁转矩要克服负载转矩才能提升，起动时还要克服定的静摩擦力矩。电动机的电磁转矩的方向与旋转方向相同。故电动机处于电动状态，工作于第象限。当左小车带载上升时，电动机的电磁转矩仍要克服同样的负载转矩，电动机的电磁转矩的方向与旋转的方向相同，只不过电机的方向反了，所以电动机处于反向电动状态，工作子第三象限。如图，斜桥上小车以定的速度运行时牵引钢绳的张力为在这种情况下，所需功率则为图小车受力分析图式中电动机的效率负载重力负载移动速度摩擦系数，本设计中为效率，本设计中为。由速度图知，电动机的工作周期实际负载功率实际负载持续率为折算后负载功率为所以，初选电动机或型，。又因为，电动机转速式中减速比，本设计中为转筒直径。综上，电动机选用台型定子，转子，。校验知，过载能力符合要求。方案的选定变频器最早的形式是用旋转发电机组作为可变频率电源，供给交流电动机。随着电力半导体器件的发展，静止式的变频电源成为了变频器的主要形式。静止式变频器从变换环节分为两大类交直交变频器和交交变频器。方案交交型变频器它的功能是把种频率的交流电直接变换成另种频率可调电压的交流电转换前后的相数相同，又称直接式变频器。由于中间不经过直流环节，不需换流，故效率很高。因而多用于低速大功率系统中，如回转窑轧钢机等。但这种控制方式决定了最高输出频率只能达到电源频率的，所以不能高速运行。方案二交直交型变频器交直交变频器是先把工频交流通过整流器变成直流，然后再直流变换成频率电压可调的交流，又称间接变频器，交直交变频器是目前广泛应用的通用变频器。它根据直流部分电流电压的不同形式，又可分为电压型和电流型两种电流型变频器电流型变频器的特点是中间直流环节采用大电感器作为储能环节来缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压波形接近正弦波，由于该直流环节内阻较大，故称电流源型变频器。电压型变频器电压型变频器的特点是中间直流环节的储能元件采用大电容器作为储能环节来缓冲无功功率，直流环节电压比较平稳，直流环节内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器。由于电压型变频器是作为电压源向交流电动机提供交流电功率，所以其主要优点是运行几乎不受负载的功率因数或换流的影响，它主要适用于中小容量的交流传动系统。与之相比，电流型变频器施加于负载上的电流值稳定不变，其特性类似于电流源，它主要应用在大容量的电机传动系统以及大容量风机泵类节能调速中。而交直交型变频器是目前广泛应用的通用变频器，所以本次设计中选用此种间接变频器，在交直交变频器的设计中，虽然电流型变频器可以弥补电压型变频器在再生制动时必须加入附加电阻的缺点，并有着无须附加任何设备即可以实现负载的四象限运行的优点，但是考虑到电压型变频器的通用性及其优点，在本次设计中采用电压型变频器。第章系统的硬件设计总体硬件框图的设计保护吸收电路供电电源滤波电路逆变电路电机直流电压监测隔离驱动显示单片机波生成器整流图系统框图主电路设计变频调速实际上是向交流异步电动机提供个频率可控的电源。能实现这个功能的装置称为变频器。变频器由两部分组成主电路和控制电路，其中主电路通常采用交直交方式，先将交流电转变为直流电整流，滤波，再将直流电转变为频率可调的交流电逆变见图。限流控制限流控制图系统主电路整流滤波部分整流部分采用组成三相整流桥，将供电电源的三相交流整流成直流。滤波部分滤波电容器及其功能滤平全波整流后的电压纹波当负载变化时，使直流电压保持平稳。限流电阻与开关当变频器刚合上电源的瞬间，滤波电容器的充电电流是很大的。过大的冲击电流将可能使主相整流桥的二极管损坏。主相整流桥的二极管损坏。为了保护整流桥，在变频器刚接通电源后的段时间里，电路内串入限流电阻，其作用是将电容器的充电电流限制在允许的范围内。开关的功能是当充电到定程度时，令其接通，将短路掉。电源指示表示电源是否接通，或者在变频器切断电源后，表示滤波电容器上的电荷是否已经释放完毕。逆变部分由组成逆变桥，把整流后的直流电，再逆变成频率可调的交流电。这就是所谓的变频。续流二极管主要功能有当频率下降电动机处于再生制动状态时，再生电流将通过返回直流电路。进行逆变的基本工作过程是，同桥臂的两个逆变管，处于不停地交替导通和截止的状态。在这交替导通和截止的换相过程中，也不时地需要提供通路。制动电阻和制动单元制动电阻在停车或减速过程中，电机将机械能要反馈到直流电路中，直流电压不断上升，因此，必须将回馈到直流电路的能量消耗掉，使保持在允许范围内。制动电阻就是用来消耗这部分能量的。制动单元制动单元由三极管构成。其功能是为