3 结束语利用晶闸管设计静止式变频电源,目前已成为矿井提升机低频拖动一个重要的研究开发方向[6],在具体设计开发过程中如果能尽可能利用其他辅助工具,如用S函数设计数字触发器和用Matlab建模等,不但可以最大程度地降低设计成本,而且可以很方便地对矿井提升机低频电源进行仿真设计。
参考文献:[1] 赵良炳.现代电力电子技术[M].北京:清华大学出版社,1995.[2] Chen Z,S pooner E.A AC to AC converter with thyristor in2verter and active compensation[C].P ower E lectronics and S peed Drives C on ference1996.[3] 易灵芝,王根平.基于T MS320LF2407A的三相低频电源设计[J].矿山机械,2003,31(12):6769.[4] 魏克新.王云亮.M AT LAB语言与自动控制系统[M].北京:机械工业出版社,1999.[5] 易灵芝,王根平.用Delphi实现矿井提升机低频电源装置中可控硅触发角的计算[J].煤矿机械,2004,(3):1719.[6] 马小亮.大功率交-交变频调速及矢量控制技术[M].北京:机械工业出版社,1999.作者简介:易灵芝 (1966),女,湖南宁乡人,湘潭大学信息工程学院硕士研究生导师,副教授,2000年度湖南省普通高等学校青年骨干教师培养对象,研究方向为计算机测控技术、交流调速与电力电子装置;王根平 (1966),男,江西南昌人,浙江大学浙江大学机电系博士,高工,研究方向为计算机测控技术、通信及信号处理。
收稿日期:2004-05-19一种单相异步电动机调速系统赵红菊1,杨 勇1,王孝武2(1.哈尔滨工程大学,黑龙江哈尔滨,150001;2.哈尔滨市整流设备厂,黑龙江哈尔滨,150023)A K ind of Regulation S peed System for Single Asynchronous M otorZH AO H ong-ju1,YANG Yong1,WANG Xiao-wu2(1.Harbin Engineering University,Harbin150001,China;2.Harbin C ommute Factory,Harbin150023,China) 摘要:介绍了一种使用双向可控硅调压的小功率交流闭环调速系统。
详细说明系统各组成部分及原理,并根据单相异步电动机的启动特性,设计出一种将双极性信号变为单极性信号并解出方向信号的控制电路。
关键词:单相异步电动机;交流调速;双向晶闸管中图分类号:TP272文献标识码:A文章编号:1001-2257(2004)08-0034-03Abstract:A kind of speed regulation system for AC -m otor using TRI AC was introduced in this paper.The system and the principle of each part were given in detail. Meanwhile,according to the start-trait of single asyn2 chronous m otor,the double-polar being trans formed into single-polar and giving signal-direction,a circle was designed.K ey w ords:single asynchronous m otor;AC regula2 tion speed;TRI AC0 引言单相异步电动机具有结构简单、成本低廉、运行可靠等优点,因而在小功率自动控制装置中得到了广泛应用[1]。
但是由于单相异步电动机自身没有启动能力即启动转矩为零,所以要对单相异步电动机进行调速,必须对电动机产生启动转矩采取合适的方法。
1 单相异步电动机调速原理[2-3]电容运转式异步电动机的接线原理如图1所示。
电动机定子上有2个绕组AX和BY,分别称主绕组和副绕组,其轴线在空间相互垂直。
在2个绕组之间串有运转电容C ,选择适当的参数能使2绕组中的电流产生90°的相位差,实现电机自行启动。
当电动机的接线方式如图1所示时,即开关QB 在1位置,由于运转电容C 与绕组BY 串连,通电后绕组BY 中的电流超前绕组AX 中的电流一定电角度,电动机正转。
反之,当QB 在2位置时,电动机反转。
单相异步电动机常用的调速方法有调压调速、变极调速和变频调速3种方式。
对于小功率系统:变频调速成本比较高,变极调速只能调定几个固定的速度,而调压调速不仅成本比较低,还可以实现速度连续可调,所以采用调压调速。
图1 电动机接线原理图2 调速系统组成对于调压调速方式,采用双向晶闸管调压。
在调压调速方式下,异步电动机在轻载时,即使外加电压变化很大,转速变化也很小;而在重载时,如果降低供电电压,则转速下降很快,甚至停转,从而引起电动机过热甚至烧坏[4]。
为了能保证低速时的机械特性硬度,又能保证一定的负载能力,采用转速负反馈构成闭环系统。
系统结构原理如图2所示。
码盘测得的电动机转速经过整形电路、频压转换电路后作为反馈信号,给定电压与此信号作减法,其信号偏差值经PI 调节器送给晶闸管调压电路驱动电动机转动,构成一个闭环调速系统。
图2 交流调速原理框图2.1 PI 调节器在自动控制系统中,PI D 调节器是广泛应用的校正装置[5]。
系统采用了PI 调节器,系统没有加入微分环节,微分环节虽然能改善系统的动态响应特性,同时也容易产生振荡,对于快速性要求不高的场合,比例积分环节已经能够满足系统的要求。
即用比例环节尽量保证系统的快速性;积分环节消除系统的稳态误差。
2.2 触发及驱动电路如图3所示。
驱动主回路采用双向可控硅驱动交流电动机。
触发电路采用单相全桥整流电路和两级比较器给可控硅提供触发信号。
在触发电路与驱动电路之间用MOC3021进行光电隔离,以完成双向驱动和减小前后级之间的干扰。
交流信号经全桥整流电后与2脚固定的电压相比较,在LM393的1脚由于电容的充放电形成100H z 的锯齿波。
比较器1脚输出的锯齿波与PI 调节器输出信号比较,在比较器7脚产生触发用宽脉冲。
通过改变比较器5脚输入电压的大小,就可以改变双向晶闸管的导通角,实现交流调压。
2.3 速度反馈速度反馈由孔盘加光电对管、整形电路和频压转换电路3部分组成。
由于孔盘得到的方波信号不规则,所以电路中设计了整形电路,把不规则的方波图3 驱动主回路及可控硅触发电路变为规则的方波,用于后级的频压转换电路。
经频压转换后得到的电压信号作为速度反馈。
3 正反转控制电路电容运转式异步电动机的正反转控制是通过切换电容器C 的串连位置来实现[6]。
为此,设计出如图4所示(双极性信号变单极性信号并解出方向信4 结束语采用调压调速的方法在低速运行时,电动机有可能引起过热,但对于短时间工作于低速区的情况,应用文中介绍的调速系统可以得到比较好的调速特性,实用于调速精度不高的场合。
实际应用表明,此调速系统运行平稳,工作可靠。
图4 双极性变单极性并解出方向信号电路号)的电路。
信号变换电路由绝对值电路、回差电压比较器和继电器等组成。
继电器的3个输出端A 、B 、C 分别与电容运转式异步电动机的绕组和交流220V 电压相连。
由于给定信号为-5～+5V ,而调压电路要求输入信号为单极性,所以选用如图4中的绝对值电路[7-8]。
绝对值电路由2个运算放大器(U2A 、U2B )、4个二极管(D 1～D 4)和5个电阻(R 4～R 8)组成。
当输入信号为负时,D 1、D 4截至,D 2、D 3导通,U2A 、R 4和R 5组成反向器,所以U 0=-R 4R 5U i;当输入信号为正时,D 1、D 4导通,D 2、D 3截至,U2B 为电压跟随器,所以U 0=U i 。
由于采用继电器切换电容,为了防止控制信号在零点附近时继电器的频繁切换,采用回差电压比较器给控制信号制造1个死区。
如图4所示,回差电压比较器由运算放大器U1A 、电位器W 3和电阻R 9、R 10组成。
运算放大器U1A 采用正反馈,电路呈现为具有滞回形式的传输特性,滞回线宽度通过电位器W 3调节。
此滞回线宽度即给控制信号制造的死区决定继电器的切换门限,防止了继电器频繁切换,使系统振荡。
U1A 的输出控制继电器动作。
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