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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文哈尔滨理工大学学士学位论文交流力矩电动机调速系统摘要介绍了三相交流力矩调节器的应用根据三相交流电彼此相位相差120度的原理，提出了一种新的三相移相触发设计方案，叙述了它的工作原理及接线方式通过分析得出该方案是可行的，线路简化，对称，一致，可获得高可靠性，高性价比的产品三相交流力矩电动机具有独特的电气性能，当负载增加时，电机的出轴转速能自动的随之降低，即具有较软的机械特性近年来，随着科学技术的发展，工业生产和电气传动对电机性能要求也更加多样化力矩电机能保证机械特性软且线性度好，适用于电气传动系统中某些要求电动机具有较软机械特性的场合交流力矩电动机调速系统设计为毕业设计课题，以巩固大学所学知识通过本次设计，使我对电力拖动及其自动化专业的主干课程有一个较为全面，系统的掌握，增强了理论__实际的能力，提高了工程意识，锻炼了我__分析和解决电力工程设计问题的能力，为未来的实际工作奠定了必要的基础关键词 力矩电动机；三相交流调压；移相触发；单稳延时ExchangetorquemotorspeedregulationsystemAbstractIntrodu__dthethree-phasetorqueregulatorapplications.Accordingtothree-phaseACphasedifferen__betweentheprinciplesof120degreesanewthree-phaseshiftofthetriggerdesigndescribedtheworkingprincipleanditsconnectionmode.Preparationandpassedthattestatthes__ne:theprogrammedisfeasiblesimplifiedlinesandsymmetryconsistentbehighlyreliablecost-effectiveproducts.Three-phaseACtorquemotorhasuniqueelectricalpropertieswhentheloadincreasesthemotorshaftspeedauto__ticallytothedecreasedwithsoftmechanicalproperties.Inre__ntyearswithscientificandtechnologicaldevelopmentindustrialproductionandtran__issionoftheelectricmotorperfor__n__requirementsh__ebecomemorediversified.Torquemotorcanguaranteethatmechanicalpropertiesofsoftandlinearityandapplyto__rtainrequirementsintheelectricaltran__issionsystemwithasoftmotormechanicalpropertiesofoccasions.ExchangetorquemotorspeedregulationsystemdesignedtograduatedesignissuesinordertoconsolidatebytheUniversityofKnowledge.ThroughthisdesignsoIdragonthepowerandauto__tionprofessionalcoursesarethebackboneofamorecomprehensiveandsyste__ticcontrolandenhan__dtheabilitytointegratetheorywithpracti__raisingawarenessoftheprojectItemperedtheindependent____ysisandengineeringdesigntosolvethepowerproblemTheabilityoftheactualworkforthefuturelaythene__ssaryfoundation.Keywords Torquemotor;three-phaseACSurge;phase-shiftingtrigger;singlestabledelay.不要删除行尾的分节符，此行不会被打印目录摘要……IAbstractIITOC\o1-3\h\z\uHYPERLINK\l_Toc466___40第1章绪论
11.1课题研究的背景…………………………………………………………
11.2问题的提出及研究的内容和意义………………………………………
11.3相关的理论与方法综述…………………………………………………
21.
3.1晶闸管的特性………………………………………………………...
21.
3.2可控硅的相关特性…………………………………………………...
41.
3.3三相移相触发原理…………………………………………………...
61.
3.4交流力矩电动机的特点…….……………………………………….
61.
3.5交流力矩电动机的具体结构…………………………………………
71.
3.6交流力矩电动机及其控制器的应用……..………………………….
81.
142.1三相移相触发原理设计方案……….…………………………………
142.2改进后的三相移相触发原理设计方案……..…………………………
152.3工作原理及主要元器件…………………………………………….....
162.4本章小结………………………………………………………………...18第3章力矩调节器的接线方式……………………………………………..
193.1星形带中性线的三相交流调压电路..…………………………………
193.2三角形或星形不带中性线的三相交流调压电路……….…………....
1.1课题研究的背景近年来，随着科学技术的进步，工业生产和电气拖动对电机性能的要求也更加多样化尤其是随着电线电缆，塑料，纸品和织物以及八十年代刚刚兴起的合金芯线等产品发展，相应的生产设备需要研制，更新和扩充而力矩电机能将产品以恒定的张力及线速度绕在卷筒或圆鼓上，因此被广泛应用于造纸，纺织，塑料，轧钢，电子等行业在卷绕时，因直径越来越大，转速就必须逐渐减小以维持恒定的线速度，而转矩也须随直径增大而成正比增大力矩电机的机械特性近似一直线，所以适合上述用途因此，七十年代力矩电机一出现，马上引起了上述行业技术人员的高度重视大量的，各种型号的力矩电机很快广泛的应用于上述行业的设备中但是，对用于不同张力和速度盘卷几种不同产品的力矩电动机，使用时常需调节转矩和速度通常可用改变力矩电动机的端电压方法来调节其速度及对应的转矩，因为转矩和端电压的平方成正比调节端电压的方法可用自耦调压器，晶闸管等合金芯线技术自七十年代末，八十年代初在国外才刚刚出现在短短的几十年里，已经得到了广泛的应用自八十年代末开始，一个应用__该技术的热潮亦在我国冶金以及军工，机器制造行业形成众所周知，合金芯线技术之所以发展如此之快，除工艺上所进行的不懈探索之外，生产出性能优良，技术稳定的包芯机，喂线机是该技术得以实施的基础和关键在国内目前生产的包芯机，喂线机产品中，黑龙江省冶金研究所的产品在各个指标上均名列前茅力矩电动机的应用在冶金产品的技术，性能等方面，起到了举足轻重的作用力矩电动机的调节器有传统的自耦调节器，80年代的DTA系列电子调压器，双向晶闸管交流调节器等传统的自耦调压器本身存在触点，耗电多，体积大，重量大在带动大功率负载的场合，常用三相交流力矩电动机作为力矩调节器但是存在装置笨重，体积大，__高，可靠性差，调节使用不方便，功率因数低等缺点随着电力电子技术的迅速发展，三相交流调压变压器逐步被双相晶闸管三相交流调压电路所代替所以，大，__率的力矩调节器实质上就是三相交流调压器为了令从事这方面的同事更多的了解力矩电机及其调速系统，特撰此文
1.2问题的提出及研究的内容和意义力矩电机能保证机械特性软且线行度好，因此适用于电气传动系统中某些要求电动机具有较软机械特性的场合晶闸管交流力矩电动机调压器是为代替传统力矩电动机调压器而研制的它完全可以代替传统的自耦调压器，DTA系列电子调压器，对力矩电机调压调速该控制器吸收了各类调压器的优点，采用了集成触发器，提高了触发电路的工作可靠性具有体积小，重量轻，无触点，寿命长，耗电少，移相范围宽（0°～近似180°输出），输出电流是按控制对象（力矩电机）的堵转电流设计的能适应于任何不同负载的调速，且性能可靠解决了以往力矩电机结构复杂，可靠性低，__贵，容易引起干扰等缺点
1.3相关的理论与方法综述
1.
3.1晶闸管的特性晶闸管是晶体闸流管的简称，俗称可控硅有阳极，阴极和控制极其内有四层PNPN半导体，三个PN结控制极不加电压时，阳极（+）、阴极（-）间加正向电压不导通，阴极（+）、阳极（-）间加反向电压也不导通，分别称为正向阻断和反向阻断阳极（+）、阴极（-）加正向电压，控制极（+）、阴极（-）加一电压触发，可控硅导导通，此时控制极去除触发电压，可控硅仍导通，称为触发导通要想关断（不导通），只要电流小于维持电流就行了，去除正向电压也能关断晶闸管的具体特性1在阳极和阴极之间外加正向电压但控制极不加触发电压时晶闸管一般不会导通2晶闸管导通需要同时满足两个条件a阳极和阴极外加正向电压，b控制极外加一定幅度的正触发电压3普通的晶闸管一旦导通，触发__则失去控制作用，只要阳极、阴极间的正向电压存在，即使控制电压减小到零或反向，晶闸管仍导通4要使晶闸管从导通变为阻断，必须减小阳极电流或切断正向电压或加反向电压才成晶闸管对触发电路的基本要求:
1.触发__的种类 由上可知，晶闸管由关断到开通，必须具备两个外部条件第一是承受足够的正向电压；第二是门极与阴极之间加一适当反向电压、电流__触发__门极触发__有直流__、交流__和脉冲__三种基本形式1直流__ 在晶闸管加适当的阳极正向电压的情况下，在晶闸管门极与阴极间加适当的直流电压，则晶闸管将被触发导通，如图1-1a、b所示这种触发方式在实际中应用极少因为晶闸管在其导通后就不需要门极__继续存在若采用直流触发__将使晶闸管门极损耗增加，有可能超过门极功耗；在晶闸管反向电压时，门极直流电压将使反向漏电流增加，也有可能造成晶闸管的损坏 2交流__ 如图1-1c所示，在晶闸管门极与阴极间加入交流电压，当交流电压Dc，uc，时，晶闸管导通uc，是保证晶闸管可靠触发所需的最小门极电压值，改变u值，可改变触发延迟角o这种触发形式也存在许多缺点，如在温度变化和交流电压幅值波动时，触发延迟角不稳定；改变交流电压u值来调节的变化范围较小，精度低徊l／dc不能太大等 3脉冲__ 脉冲__如图1-1d·h所示，其中d为尖脉冲；e为宽脉冲；f为脉冲列；s为双脉冲；h为强触发脉冲 在晶闸管门极触发电路中使用脉冲__，不仅便于控制脉冲出现时刻，降低晶闸管门极功耗，还可以通过变压器的双绕组或多绕组输出，实现__的隔离输出因此，触发__多采用脉冲形式 图1-1触发器门极__
2.晶闸管对门极触发电路的要求 晶闸管门极触发__由触发电路提供，由于晶闸管电路种类很多，如整流、逆变、交流调压、变频等；所带负载的性质也不相同，如电阻性负载、电阻—电感性负载、反电势负载等仅管不同的情况对触发电路的要求也不同，但其基本要求却是相同的，具体如下 1触发__应有足够的功率电压、电流 这些指标在产品样本中均已标明，由于晶闸管元件门极参数分散性大，且触发电压、电流值受温度影响会发生变化例如元件温度为100℃时，触发电流、电压值比在室温时低2-3倍；元件温度为-40℃时，触发电流、电压值比在室温时高2-3倍为了使元件在各种工作条件下都能可靠地触发，可参考元件出厂的试验数据或产品目录，设计触发电路的输出电压、电流值，并留有一定的裕量一般可取两倍左右的触发电流裕量，而触发电压按触发电流大小来决定，但应注意不要超过晶闸管门极允许的峰值功率和平均功率极限值 2触发脉冲__应有一定的宽度 对于电阻性负载，一般晶闸管的导通时间为6p，故触发脉冲的宽度至少应有6Ps以上，最好应有20-50ps；对于电感性负载，触发脉冲宽度还要加大，否则在脉冲终止时主电路电流还未上升到晶闸管的掣住电流人，将使晶闸管无法导通而重新恢复关断状态，通常触发脉冲宽由单结晶体管组成的触发电路，具有简单、可靠、触发脉冲前沿陡、抗干扰能力强以及温度补偿性能好等优点，在单相与要求不高的三相晶闸管装置中得到广泛应用但单结晶体管触发电路只能产生窄脉冲对于电感较大的负载，由于晶闸管在触发导通时阳极电流上升较慢，在阳极电流还未到达管子掣住电流IL时，触发脉冲已经消失，使晶闸管在触发期间导通后又重新关断所以单结晶体管如不采用脉冲扩宽措施，是不宜触发电感性负载的为了克服单结晶体管触发电路的缺点，在要求较高、功率较大的晶闸管装置中，大多采用晶体管组成的触发电路，其中最常用的是同步__为正弦波移相与锯齿波移相触发电路两种
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3.2可控硅的相关特性可控硅是可控硅整流元件的简称是一种具有三个PN结的四层结构的大功率半导体器件一般由两晶闸管反向连接而成.它的功用不仅是整流，还可以用作无触点开关以快速接通或切断电路，实现将直流电变成交流电的逆变，将一种频率的交流电变成另一种频率的交流电等等可控硅和其它半导体器件一样，其有体积小、效率高、稳定性好、工作可靠等优点它的出现，使半导体技术从弱电领域进入了强电领域，成为工业、农业、交通运输、军事科研以至商业、民用电器等方面争相采用的元件（如图1-2）图1-2可控硅内部及工作原理图晶闸管T在工作过程中，它的阳极A和阴极K与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路从晶闸管的内部分析工作过程晶闸管是四层三端器件，它有J
1、J
2、J3三个PN结，可以把它中间的NP分成两部分，构成一个PNP型三极管和一个NPN型三极管的复合管（图1-2）当晶闸管承受正向阳极电压时，为使晶闸管导铜，必须使承受反向电压的PN结J2失去阻挡作用图1-2中每个晶体管的集电极电流同时就是另一个晶体管的基极电流因此，两个互相复合的晶体管电路，当有足够的门极电流Ig流入时，就会形成强烈的正反馈，造成两晶体管饱和导通，晶体管饱和导通设PNP管和NPN管的集电极电流相应为Ic1和Ic2；发射极电流相应为Ia和Ik；电流放大系数相应为a1=Ic1/Ia和a2=Ic2/Ik，设流过J2结的反相漏电电流为Ic0晶闸管的阳极电流等于两管的集电极电流和漏电流的总和Ia=Ic1+Ic2+Ic0或Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0若门极电流为Ig则晶闸管阴极电流为Ik=Ia+Ig从而可以得出晶闸管阳极电流为I=Ic0+Iga2/（1-（a1+a2））（1—1）硅PNP管和硅NPN管相应的电流放大系数a1和a2随其发射极电流的改变而急剧变化当晶闸管承受正向阳极电压，而门极未受电压的情况下，式（1—1）中，Ig=0a1+a2很小，故晶闸管的阳极电流Ia≈Ic0晶闸关处于正向阻断状态当晶闸管在正向阳极电压下，从门极G流入电流Ig由于足够大的Ig流经NPN管的发射结，从而提高起点流放大系数a2产生足够大的极电极电流Ic2流过PNP管的发射结，并提高了PNP管的电流放大系数a1产生更大的极电极电流Ic1流经NPN管的发射结这样强烈的正反馈过程迅速进行从图3，当a1和a2随发射极电流增加而（a1+a2）≈1时，式（1—1）中的分母1-（a1+a2）≈0因此提高了晶闸管的阳极电流Ia.这时，流过晶闸管的电流完全由主回路的电压和回路电阻决定晶闸管已处于正向导通状态 式（1—1）中，在晶闸管导通后，1-（a1+a2）≈0即使此时门极电流Ig=0晶闸管仍能保持原来的阳极电流Ia而继续导通晶闸管在导通后，门极已失去作用在晶闸管导通后，如果不断的减小电源电压或增大回路电阻，使阳极电流Ia减小到维持电流IH以下时，由于a1和a1迅速下降，当1-（a1+a2）≈0时，晶闸管恢复阻断状态
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3.3三相移相触发原理移相电路的作用是将__的相位__一个角度其工作原理根据不同的构成而存在差异如晶闸管电路，可在输入端加入一个控制__来控制移相大小；在有些电路中则利用阻容电路的延时达到移相；在单片机控制系统还可利用内部定时器达到移相的目的触发电路根据控制晶闸管的通断状况可分为移相触发与过零触发两类移相触发就是改变晶闸管每周期导通的起始点即控制角a的大小，以达到改变输出电压、功率的目的；而过零触发是晶闸管在设定的时间间隔内，通过改变导通的周波数来实现电压或功率的控制三相电路就是每一相位差120度，由交流电供应电源，由于相位差一样，对称性好，对电机及一些大功率电器的运行有很好的稳定性．三相交流电彼此相位相差120°，因此可用一块单相集成触发电路产生A相可调移相触发脉冲Ua，然后以Ua作为相位基准，彼此固定移相120°后，再分别产生UbUc两相的移相触发脉冲用这样的方法就实现了三相交流移相触发三相移相触发电路可广泛应用在各种控制电路中具有结构简单，造价较低，性能可靠，对电机及一些大功率电器的运行有很好的稳定性等优点
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3.4交流力矩电动机的特点交流力矩电动机具有独特的电气性能，当负载增加时，电机的出轴转速能自动的随之降低；负载减少时，电机的出轴转速能自动的随之升高并且是宽调幅的（从堵转到空转，即转子从不转动到最大异步转速）即具有较软的机械特性交流力矩电动机的另一特点是其机械特性近似一直线，且能在转子较长时间堵转（静止）状态下作额定运行总体说来，交流力矩电动机具有低转速、大扭矩、过载能力强、响应快、特性线性度好、力矩波动小等特点，可直接驱动负载省去减速传动齿轮，从而提高了系统的运行精度为取得不同性能指标，该种电机有小气隙、中气隙、大气隙三种不同结构形式，小气隙结构，可以满足一般使用精度要求，优点是成本较低；大气隙结构，由于气隙增大，消除了齿槽效应，减小了力矩波动，基本消除了磁阻的非线性变化，电机线性度更好，电磁气隙加大，电枢电感小，电气时间常数小，但是制造成本偏高；中气隙结构，其性能指标略低于大气隙结构电机，但远高于小气隙结构电机，而体积小于大气隙结构电机，制造成本低于大气隙结构电机
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3.5交流力矩电动机具体结构 电动机分交为流电动机和直流电动机两大类交流电动机用得较多交流电动机又分三相式和单相式三相交流力矩电动机结构简单、制造容易、成本低、运行维护方便，它被广泛的应用在工农业生产中三相交流力矩电动机的具体结构三相交流力矩电动机主要由定子和转子两大部分组成
1.定子电动机的静止部分称为定子它主要由定子铁芯、定子绕组及机座三大部分组成
（1）定子铁芯 定子铁芯是电动机磁路的一部分，为减少涡流损耗和磁滞损耗，定子铁芯一般用0．35—0．5mm厚，表面涂有绝缘漆的硅钢片叠装压紧制成在铁芯的内圆冲有均匀分布的槽．用以嵌放定子绕组
（2）定子绕组 三相异步电动机有三个__的绕组，统称为三相绕组每相绕组由若干只线圈按一定规律制成线圈用绝缘铜线绕制所有线圈有规律地嵌装在定子铁芯的槽中三相绕组的头和尾都引到电动机接线盒的端子上，可根据需要接成星形或三角形接线 三相绕组的作用是当三相绕组通入对称的三相正弦交流电时，在电动机内产生旋转磁场；
（3）机座 机座是电动机的支架，用它固定定子铁芯、定子绕组和端盖，同时电动机通过机座固定__在基础上因此，机座要有足够的机械强度，一般用铸铁制成封闭式电动机的机座外面有散热片以增加散热__，防护式电动机的机座两端端盖开有通风孔，使电动机内外的空气能通过散热孔直接对流散热
2.转子 转子是电动机的旋转部分鼠笼式异步电动机的转子一般为铸铝式转子，用离心铸铝法，将熔化了的铝浇铸在转子铁芯槽中成为一个完整体，两端的短路环和风扇叶也一起铸成另一种结构是铜条转子，即在转子铁芯的槽中放置没有绝缘的铜条转子绕组的作用是切割定子磁场，产生感应电动势和电流，并在定子磁场作用下受力而使转子转动
3.其它附件
（1）端盖装在机座的两侧，起支撑转子的作用，一般为铸铁件
（2）轴承连接转动部分，一般采用滚动轴承以减小摩擦
（3）轴承端盖保护轴承，使轴承内的润滑油不致溢出
（4）风扇增强电动机散热用 4．铭牌 在电动机的机座上都装有—块铭牌，铭牌上标出了该电动机的型号及一些主要技术参数，供正确选用电动机和电动机安全可靠运行用
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3.6交流力矩电动机及其控制器的应用
（一）在合金芯线技术上的应用合金芯线技术自七十年代末，八十年代初在国外才刚刚出现在短短的几十年里，已经得到了广泛的应用自八十年代末开始，一个应用__该技术的热潮亦在我国冶金以及军工，机器制造行业形成众所周知，合金芯线技术之所以发展如此之快，除工艺上所进行的不懈探索之外，生产出性能优良，技术稳定的包芯机，喂线机是该技术得以实施的基础和关键在国内目前生产的包芯机，喂线机产品中，黑龙江省冶金研究所的产品在各个指标上均名列前茅这一点，已得到了同行厂家与用户的公认力矩电动机的应用在冶金产品的技术，性能等方面，起到了举足轻重的作用
（1）在包芯机上的应用包芯机主机机械部分采用了多组成形轮进行顺次弯曲和向前推进滚压的成形方法（其中包括芯线填料，咬口过程）主机传动系统按成形特性的不同被分成四组，分别通过各自的减速器由四台力矩电机拖动包出的合金芯线成品由收排线机卷绕在线盘上收排线机由两台力矩电机拖动，其中一台主拖，另一台排线有三个问题必须解决第一，主机必须保证四组成形轮（包括给料机）运行的同步，从而确保成线速度与给料速度的同步；第二，当主机四组传动系统任一组负载超出或不到预定值时，改组能自动调节成线速度，从而避免合金芯线的堆积或拉断；第三，收排线机收线速度必须和主机出线速度保持一致（线圈直径是变量）如前所述，力矩电机具有独特的电气性能当负载增加时，其出轴转速能自动随之降低，即具有较软的机械特性且线性度好该特性恰恰能解决上述第一，第二个问题关于第三个卷绕问题，随着合金芯线的卷绕，线卷的直径逐渐增大，在这个过程中要求任何时间都能保持均匀的张力，这一点非常重要因为张力太大会造成线速度太大，并会将芯线直径拉细甚至拉断，合金芯线填料的均匀程度也会受到影响而张力过小将使卷绕松弛甚至散卷卷绕时张力变化的主要因素是合金芯线卷绕到线盘时线卷直径的增大，卷绕力矩随线卷直径增大而增加，而主传动的速度是不变的因此，必须使收排线机线盘转速随线圈直径的增大而降低力矩电机的机械特性完全能满足上述要求当然，在常规电气控制方面，我们也采取了同步控制的相关策略；整个系统出线速度由调节各力矩电机控制器决定
（2）在喂线机上的应用力矩电机在喂线机上的应用主要用在其夹持输线装置上该装置是通过力矩电机和减速及变向机构完成输线轮的上升和下降，从而对待输送的合金芯线或金属线施加或除去夹持力使其被夹持进线，退线或停止主要是利用力矩电机的软机械特性和堵转特性来实现根据负载情况自动调节夹持力，避免烧毁电机或压裂芯线解决了采用一般电机增加控制电路也很难解决的问题在喂线机的放线机拖动上亦完全可以采用力矩电机，以避免芯线散卷
（二）在其它方面的应用
（1）用于卷绕方面在金属材料，纤维，纸张，塑料，电线电缆，橡胶等的卷绕__时，卷绕是最后一个工序也是重要的一个工序随着产品的卷绕，卷筒的直径逐渐增大，在这个过程中要求任何时间都能保持均匀的张力，这一点是十分重要的因为张力太大会造成产品厚薄不均，线材直径变化，线径拉细甚至拉断；而张力过小将使卷绕松弛卷绕时张力变化的最大因素，是由于产品卷绕到卷盘时盘径增大，卷绕力矩随卷径增大而增加，而给线速度不变，因而必须令卷盘转速随卷径增加而降低力矩电机的机械特性完全能够满足上述要求所以国内用力矩电机代替复杂的机械传动装置与电气自动控制装置
（2）用于开卷（松卷，放线）既把已成卷的产品松开再__的场合，力矩电动机可运行在制动状态，以防止材料在开卷过程中时松时紧而影响质量，应该指出，力矩电动机处于制动状态，这时转矩或电流要略高于堵转时数值，即要比堵转状态运行条件还要恶劣所以应根据实际开卷需要，正确选择某一堵转时间的力矩电机
（3）用于调速电动机的输出转矩正比于电压平方，如负载M1恒定，则通过调压或磁分路结构机械调节等方法可获得任意转速如图1-3交流力矩电动机机械特性图所示可用简单，可靠，低廉的方法代替原来用普通异步电动机变频电源调速或直流电动机调速方案（但机械特性硬度大不一样）图1-3交流力矩电动机机械特性图
（4）兼用作卷绕和堵转在某些应用场合，如浆纱机的卷绕要求中途停车时纱的张力不变或电缆收卷起始阶段须保持电缆张紧，锻压机的铸件夹持固紧，压铸件上的溶液加压及注塑机加压，皮革，服装机械的短时恒压等，都需要在一段时间内保持静止的力或力矩力矩电动机适宜此种用途
（5）用于启闭阀门，闸门和夹紧松开螺栓力矩电动机启动和堵转力矩大，可以满足这些使用场合的要求“关得紧，打得开”此外，力矩电机也可利用其能堵转，反转的特点，也用于频繁正，反转的装置或其它类似这些动作的各种机械上等
（6）用于其它用途的伺服执行机构力矩电机具有线性度较好的机械特性，因此可作为自动控制系统中的伺服机构元件
1.
3.7交流力矩电动机的具体介绍交流电机是实现机械能和交流电能相互转换的机械由于交流电力系统的巨大发展，交流电机已成为最常用的电机交流电机与直流电机相比，由于没有换向器（见直流电机的换向），因此结构简单，制造方便，比较牢固，容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机交流电机功率的覆盖范围很大，从几瓦到几十万千瓦、甚至上百万千瓦20世纪80年代初，最大的汽轮发电机已达150万千瓦交流电机按照其功能通常分为交流发电机、交流电动机和同步调相机几大类由于电机工作状态的可逆性见电机同一台电机既可作发电机又可作电动机把电机分为发电机与电动机并不很确切，只是有些电机主要作发电机运行，有些电机主要作电动机运行交流电机按品种分有同步电机、异步电机两大类同步电机转子的转速ns与旋转磁场的转速相同，称为同步转速ns与所接交流电的频率f、电机的磁极对数P之间有严格的关系ns＝f/P在中国，电源频率为50赫，所以二极电机的同步转速为3000转/分，四极电机的同步转速为1500转/分，余类推异步电机转子的转速总是低于或高于其旋转磁场的转速，异步之名由此而来异步电机转子转速与旋转磁场转速之差（称为转差）通常在10％以内由此可知，交流电机（不管是同步还是异步）的转速都受电源频率的制约因此交流电机的调速比较困难最好的办法是改变电源的频率，而以往要改变电源频率是比较复杂的所以70年代以前，在要求调速的场合，多用直流电机随着电力电子技术的发展，交流电动机的变频调速技术已开始得到实用近年来的新发展的交流电动机的变频调速电路主要由控制电路和主电路两部分组成对开关器件的性能要求较低，便于用较小功率的开关器件组成大功率的调速装置；供给电动机的电压波形较好（有害谐波成分低，无尖峰脉冲）；电动机运行时无高频噪声污染，也不存在对电网的高频干扰交流电动机变频调速方法其特征在于利用整流器和滤波器及变压器将三相交流市电整流成极性和大小不同的一组多级直流电压，采用阶梯波来逼近正弦交流电波，并用改变一周内各阶梯相对宽度的方法（阶梯调宽式）来调节有用基波电压的大小，使用三组晶体管开关（或其他开关）将上述多级直流电压按一定的顺序和周期分别与三相电动机的三相定子绕组接通，使三相电动机得到呈阶梯波形的三相交流电供电用微处理器控制上述三组晶体管开关与各级电压接通的周期以改变对三相电动机供电的频率，并控制上述三组晶体管开关中各开关在一周内接通相应电压的相对时间，以改变对三相电动机供电的有效电压幅度（基波幅度），使三相电动机所得有效电压的幅值与频率成正比变化，满足恒转矩调速的要求选择上述三组开关的开关模式（开闭规律）使供电给三相电动机的阶梯波电压中的有害谐波成份减至最小，并使该装置在三相电动机的功率因数为０．８～０．８７以上时可以自然续流交流电机一般采用三相制，因为三相交流电机与单相电机相比，无论在性能指标，原材料利用和__等方面均有明显的优越性同样功率的三相电机比单相电机体积小，重量轻，__低三相电动机有自起动能力单相电机没有起动转矩，为解决起动问题，需采取一些特殊的措施见单相异步电动机单相电机的转矩是脉动的，噪声也比较大，但所需的电源比较简单，特别是在家庭中使用十分方便因此小型家用电机和仪用电机多采用单相电机而在交流电机中，定子接交流电源、容量用轴上输出转矩来标志、且能在转子短时或较长时间堵转（静止）状态下作额定运行的电动机，被称之为交流力矩电动机其堵转时的力矩被视之为额定力矩一般说来，就是最大力矩它们之间的关系可用下式表示额定力矩=堵转力矩=最大力矩力矩电机的主要特性是当力矩电机拖动的动负载增加时，电机转速会自行降低；动负载减少时，电机转速会自行升高并且是宽幅的（从堵转到空转，即转子从不转动到最大异步转速）这种特性称之为软机械特性力矩电机力矩值单位按照国际标准，用牛顿米__作单位目前，国内常用公斤米Kgm或公斤厘米K__m作单位它们之间的关系如下1公斤米Kgm=
9.8牛顿米__1公斤米Kgm=100公斤厘米K__m力矩电机的输出力矩可由下式参考选择:M=F·D/2·1/i·η·K其中M—力矩电机的输出力矩（Kgm）；F—最大卷绕张力（Kg）；D—满盘时的卷径（m）；i—传动减速比；η—减速装置效率，一般为
0.8～
0.9；K—折算到堵转力矩的系数当最低转速n/3时约
0.82n/3转速时约
0.55输出力矩的选择应和所需相近，避免选择过大因为过大，如负载较小时，势必根据张力要求将电机输入电压降得很低，而电压过低时，电机机械特性曲线变得较平坦，破坏卷绕精度一般说来，力矩电机的最佳运行区域为从输出力矩看，为额定力矩的1/3～3/4；从轴的转速看，为同步转速的1/3～2/3调速时电压要通过实践选择，最好不低于200伏力矩电机的同步转速，卷径比及电机最佳工作转速范围如下表1-4所示表1-4力矩电机工作参数卷径转速r/min15004极1000（6极）750（8极）空盘满盘空盘满盘空盘满盘121000500666333500250131125353750250561187141200300800200600150由表1-4中可见在其它条件不变时，卷径比值小时的空盘转速高于卷径比值大时的空盘转速，卷径比值小时的满盘转速低于卷径比值大时的满盘转速并且满盘转速与空盘转速之比值等于卷径比值力矩电机通过变速机构（齿轮或皮带轮等）后，所传递的转速与力矩的变化规律是转速增高，力矩值下降；转速降低，力矩值增高转速与力矩成反比关系故在卷径比值较
（14）更小或负载力矩值远大于提供力矩电机的最佳输出力矩时，只要根据实际卷径比值，通过简单计算，选取适当的减速机构即可解决另外，选减速器应根据实际卷径比值计算所选减速机构平衡，必要时可变更力矩电机极数总之，力矩电机的选用应遵循两条原则
1.根据负载所需力矩值选用
（1）不通过减速器时，选用的电机的额定（堵转）力矩要比负载力矩大，一般应大于负载力矩的1/3
（2）通过减速器时，选用的电机的额定（堵转）力矩与速比的倒数的乘积要比负载的力矩大，一般也应大于负载力矩的1/
32.不论是否通过减速器还是选用极数不同的力矩电机，电极的转速应始终在其同步转速的（1/3～2/3）区间内力矩电机的额定（堵转）输出功率P2可由下式决定P=M·n0/975；单位K千瓦其中M—堵转时额定输出力矩，公斤米；n0—同步转速，转/分K—系数，
0.96～
0.99力矩电机结构型式按外壳防护型式分，有封闭式，防滴式；按冷却方式分，有自冷式，自扇风冷式和通风式；按转子结构分有鼠笼式，实心钢转子式；按力矩大小分，有力矩电机（
0.6公斤米以上），微型力矩电机（
0.5公斤米以下）在使用力矩电机拖动卷绕装置时，要根据不同的机械对启动和工作时的电压应当有些增减根据不同机械和不同使用要求，通过实验调整，摸索其规率对带有鼓风机的力矩电动机，须保证进风口畅通，鼓风机的旋转方向和所标示的方向一致，否则得不到良好的冷却为了更好的使力矩电机适应低速下的工作，使用过程中（包括工序停车时间），鼓风机必须常开如电极停止运行，鼓风机应延续一段时间力矩电机，尤其是容量较大的电动机，经常运行在低速下，发热比较厉害从通风口排出的气体温度很高，甚至吹出烟雾来这是漆和轴里的油滴到高温的转子导条上所致，等到油漆烧去后会自行消失力矩电机在使用过程中，应注意清洁，防潮，防止杂物进入内部要定期清理，存放时，应吹净内部灰尘，并检查零部件是否完好在鼓风机进风口和电极前端盖出风口处应包好，防止灰尘，虫鼠侵入第二章交流力矩电动机调速系统设计方案
2.1三相移相触发原理设计方案晶闸管最重要的特性是正向导通的可控性为晶闸管的门极提供触发电压与电流的电路称为触发电路，它决定每个晶闸管的触发导通时刻，是晶闸管最重要的部分正确设计选用触发电路，可以充分发挥晶闸管及其装置的潜力，保证安全可靠的工作所以，三相交流调压电路的设计主要是晶闸管三相交流移相触发电路的设计晶闸管装置的正常工作，与门极触发电路正确和可靠的运行密切相关，门极触发电路必须按照主电路的要求来设计为获得晶闸管装置负载的某些特性，往往通过门极触发电路实行各种要求的反馈控制现对单相整流触发电路的基本单元进行讨论对于晶闸管变流装置主电路，都可提出如下的门极触发电路一般要求
（1）触发脉冲应有足够的功率，触发脉冲的电压和电流应大于晶闸管要求的数值，并留有一定的裕量
（2）触发脉冲的相位应能在规定范围内__
（3）触发脉冲与晶闸管主电路电源必须同步，两者频率应该相同，并且要有固定的相位关系，使每一周期都能在同样的相位上触发
（4）触发脉冲的波形要符合要求，例如对电感性负载，脉冲的宽度要宽些，一般达50HZ的18°对于多个晶闸管作串并联运用时，为改善均压与均流，脉冲的前沿陡度希望略大一些具体的触发电路种类较多，简易的有阻容移想触发电路、单结晶体管触发电路等以往采用晶闸管的三相交流调压电路都是采用分立元件组成，可靠性太低，__较贵，还有引起干扰等缺陷，因而影响了它的__应用随着晶闸管变流技术的发展，国内已能够生产KJKC系列集成电路触发器十几个品种由于采用集成触发器，提高了触发电路的工作可靠性，缩小了体积，大大简化了触发电路的生产与调试所以，设计三相移相触发电路时器件类型的选择，首选方案是采用国产集成触发器而单结晶体管等分立元件触发电路已被淘汰图2-1三相移相触发原理框图KJKC系列集成电路触发器都是做成单相移相触发的，目前尚未有单片三相集成电路触发器生产三相交流移相触发电路的原理方框图如图2-1所示，它由三片单相KJ或KC系列集成触发电路组成，并专门由三相同步变压器或三只单相同步变压器为其提供三相三路同步电压三路控制电压分别控制每相触发脉冲在一定范围内移相由于力矩电动机是电感性负载，而KJKC系列集成电路只能产生触发脉冲宽度为100μs～2ms的窄脉冲，所以还要有触发脉冲形成电路，形成宽脉冲或双窄脉冲，才能保持晶闸管可靠工作为了实现强电与弱电的隔离与抑制干扰，最后还须用光耦合器或脉冲变压器组成隔离电路，把移相触发脉冲分别送至三相各自对应的晶闸管门极从图2-1可以看出，这种线路比较复杂，整机可靠性低，成本较高KJ系列集成触发器的__为十几元一只，三只同步变压器__也较高，体积又大实现三路2～15V的控制电压以及+15V直流电源供电的共用等，具体线路即复杂又比较麻烦
2.2改进后的三相移相触发原理设计方案所以，我们对上述方案作了进一步的分析与改进，得出了另一种新的设计方法新的三相移相触发原理方框图如图2-2所示三相交流电是频率相同，振幅相同，彼此相位相差120°的一组电压，相应的向量表达式为Ùa=up∠0°Ùb=up∠-120°Ùc=up∠120°图2-2新的三相移相触发原理框图可见新方法就是根据三相交流电彼此相位相差120°的原理设计的从图2-2可看出，只要用一块单相集成触发电路产生A相可调移相触发脉冲ùa，再以ùa作为相位（时间）基准，彼此固定移相120°后，再分别产生ùbùc两相的移相触发脉冲这样就实现了三相交流移相触发比较图2-1与图2-2可看出，新的三相移相触发方案仅需要一块KJKC系列集成触发电路，一个同步电压源，一个外接+15V电源，一个移相控制电压源避免了图2-1方案中电压共用等麻烦，全机仅用一只单相电源变压器就可提供所有需要的各种电压（包括同步电压，光耦电源）图2-2中多用了两个120°固定移相电路120°固定移相可以用NE555时基集成电路来实现，而NE555时基集成电路仅一元多钱一只新的三相交流移相触发电路结构明显简化，可全部采用集成化电路，令三相交流力矩调节器的性价比明显提高
2.3工作原理及主要元器件新的三相交流移相触发电路实例如图2-3所示，我们仅采用KJ006移相触发集成电路IC1一只该电路具有锯齿波线形好，移相范围宽，控制方式简单，有失交保护，输出电流大等优点，它是交流调压的理想集成电路全机（包括KJ006）都采用+15V直流稳压电源供电；同步电压取自A相电源变压器的次极R1为同步限流电阻，其阻值的计算可按下式确定R1=交流同步电压·1000/3～4（Ω）锯齿波的斜率由5脚的外接电阻R5和C2的数值决定触发脉冲宽度由R3和C1的数值决定W1电位器改变6脚的直流电位，即控制电压用于调节移相范围W1串接R6与R7是为了限制控制移相的范围KJ006由9脚输出A相可调移相触发脉冲A相的可调移相触发脉冲经R8，C3微分后，分别送到NE555的2脚去触发IC2与IC4IC2IC3IC4IC5IC6都是由NE555时基集成电路组成的单稳态电路，在预定时间范围内给出不同的输出，作为自动定时控制每个定时器3脚输出的脉冲延时时间按T=
1.1RC计算，式中R为NE555的6脚与7脚接地的电容器的值为了保证定时精度，这里的R，C必须选用稳定性，精确度较高的电阻及电容器IC2和IC3单稳定时电路分别延时
6.67ms就等于移相了120°W2和W3电位器用于微调单稳态电路的延时时间，以保证三相移相触发脉冲的彼此相位差为120°的精确度IC4，IC5，IC6单稳态电路都是延时
3.34ms，就是形成脉冲宽度为
3.34ms的宽触发脉冲，折合其相角为60°用NE555时基集成电路做成的定时器，其定时稳定度（精确度）可达到
0.001～
0.01所以定时（移相）精度是足够满足电网及调压同步要求的图2-3新的三相移相触发电路原理图由图2-3可知；IC4的3脚输出的60°宽触发脉冲，经IC7光耦合器隔离作为ua移相触发脉冲，送到A相双向晶闸管门极IC3的3脚输出120°移相触发脉冲，经R10C6微分后送到IC3IC5的2脚，通过IC5形成60°的宽触发脉冲，由其3脚输出，再经IC8光耦合器后作为ub移相触发脉冲同样经IC3移相120°后，通过R12C9微分，送至IC6的2脚；由IC6形成60°的宽触发脉冲，再经光耦合器IC9隔离后，作为uc移相触发脉冲
2.4本章小结介绍了三相移相触发原理设计方案和新的三相移相触发原理设计方案，新的三相移相触发方案仅需要一块KJKC系列集成触发电路，一个同步电压源，一个外接+15V电源，一个移相控制电压源避免了图2-1方案中电压共用等麻烦，全机仅用一只单相电源变压器就可提供所有需要的各种电压（包括同步电压，光耦电源）新的三相交流移相触发电路结构明显简化，可全部采用集成化电路，令三相交流力矩调节器的性价比明显提高所以经比较得出新的三相移相触发原理设计方案较之原方案结构简单，可靠性高，造价更低集成电路厂家可根据新的三相调压原理，设计制造出“三相交流移相触发”单片专用集成电路上述原理，同样适用于微机软件编程，可简化程序及接口在三相交流调压精度要求高的场合，可另外加上取样，负反馈，比较电路等，很容易组成高精度的闭环控制系统第3章力矩调节器的接线方式
3.1星形带中性线的三相交流调压电路三相交流力矩电动机负载的接线方式不同，则三相交流调压的接线方式也不同图3-1为星形带中性线的三相交流调压电路，实际上就是三个单相交流调压电路的组合，输出电压电流波形对称该电路因有中性线可流过谐波电流（特别是三次谐波电流），故不需要宽脉冲触发，适用于中小功率的可接中性线的力矩电机在图2-2所示的新三相移相触发电路中，其同步电压需要取自电源A相电压，即交流220V图3-1星形带中性线的三相交流调压电路
3.2三角形或星形不带中性线的三相交流调压电路当力矩电机是三角形或星形接法不带中性线时，可采用图3-2所示接线方法这种接法因负载对称，不存在三次谐波电流，适用于各种负载，但需采用大于60°宽脉冲或双窄脉冲触发新的三相移相触发电路中的同步电压需要取自电源的线电压即交流380V图3-2三相三线交流调压电路
3.3三相交流调压电路的性能简介及工作参数
1.性能简介三相交流力矩电动机调压器是由晶闸管相控调压原理设计的无触点电子调压器.通过改变输入电压大小可实现对交流力矩电动机速度的调节由移相触发器对执行器——晶闸管集成电路触发器进行大范围的全波相位控制，从而对输人的三相交流电源进行零—380V连续调压，经光耦合器或脉冲变压器组成的隔离电路，消除相间干扰后，对负载——三相交流力矩电机进行调压调速共预计可以制作四种型号通用型，抗短路型，带电压表型，光耦合型其通用型使用方便，抗短路型具有可靠的短路保护光耦合型调压器触发电路由光耦控制，可以达到三相调压处处平衡，运行稳定可靠它与接触式自耦调压器相比具有无触点、无噪音、无火花、稳定可靠、操作方便、节约电能、体积小、重量轻等特点__使用该交流力矩电动机调节器，应该能获得很好的经济效益和使用价值
2.预计得出的的技术参数1输入电压三相AC380V/
50、60HZ2输出电压三相0—380V，连续可调3额定电流5A（A型，B型）10A（A型，C型）；20A（A型，D型）4预计生产型式:A型:通用型；B型:抗短路型;C型:带电压表型;D型:光耦控制带电压表.5工作制式:连续工作
3.各型号调压器使用方法简介1通用型将三相电源输入相线与本调压器后部的A、B、C端子分别连接，电源零线与N端子连接，输出线a、b、c端子分别与电机连接好，接通电源，电机即可正常工作通过调节本调压器前面板上的调节旋钮，即可方便地对电机进行调压调速2抗短路型将三相电源输入相线与电机的三相绕组的一端分别连接好，三相绕组的另一端与本调压器后部的a、b、c端子分别连接好，电源零线与N端子连接，接通电源，电机即可正常工作调节前面板上的旋钮，即可调压调速其特点是当负载短路，或a、b、c相间短路时，不致损坏本调压器3光耦控制调压器，在接通电源后，先打开开关，再调节调压器前面板上的调节旋钮，即可对电机进行连续调速注意输出a、b、C三相间严禁短路
4.预计的结构及__1预计结构形式
1.台式结构
2.棉板式结构
3.挂壁式拖线结构2板式形式板式__结构（水平放置）3外形尺寸通用型5A宽×高×深=160×80×205立方毫米10A宽×高×深=150×___×160立方毫米20A宽×高×深=190×104×290立方毫米4__孔尺寸通用型5A、10A宽×高=138×102立方毫米20A宽×高=174×__立方毫米
3.4本章小结通过分析，设计，证实1改进后采用单一A相产生可调移相触发脉冲，另外两相以A相作为相位基准，彼此固定移相120°的跟随同步的新三相交流调压设计方法是可行的，不必三相各自产生可调移相触发脉冲新的设计方法使线路简化，对称，一致，全机可采用集成电路及一只变压器组成，可获得高可靠性，高性价比产品；同时使体积重量大大减小，调整使用也方便对电路稍加改动，可供不同负载性质，不同接线方式（例如大功率调温，调光的纯电阻负载，星形或三角形不同接线方式）的场合使用，以实现三相交流调压；也可用于三相可控整流电路作移相处触发2简介了三相交流力矩电动机调节器的性能和预计得出的工作参数，各型号调压器使用方法，和预计的结构形式及__尺寸千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印“结论”以前的所有正文内容都要编写在此行之前结论随着科学技术的进步，工业生产和电气拖动对电机性能的要求也更加多样化尤其是随着电线电缆，塑料，纸品和织物以及八十年代刚刚兴起的合金芯线等产品发展，相应的生产设备需要研制，更新和扩充而力矩电机能将产品以恒定的张力及线速度绕在卷筒或圆鼓上，因此被广泛应用于造纸，纺织，塑料，轧钢，电子等行业在卷绕时，因直径越来越大，转速就必须逐渐减小以维持恒定的线速度，而转矩也须随直径增大而成正比增大力矩电机的机械特性近似一直线，所以适合上述用途因此，七十年代力矩电机一出现，马上引起了上述行业技术人员的高度重视大量的，各种型号的力矩电机很快广泛的应用于上述行业的设备中但是，对用于不同张力和速度盘卷几种不同产品的力矩电动机，使用时常需调节转矩和速度通常可用改变力矩电动机的端电压方法来调节其速度及对应的转矩，因为转矩和端电压的平方成正比晶闸管交流力矩电动机调压器是为代替传统力矩电动机调压器而研制的它完全可以代替传统的自耦调压器和DTA系列电子调压器，对力矩电机调压调速该控制器吸收了各类调压器的优点，采用了集成触发器，提高了触发电路的工作可靠性具有体积小，重量轻，无触点，寿命长，耗电少，移相范围宽（0°～近似180°输出），输出电流是按控制对象（力矩电机）的堵转电流设计的能适应于任何不同负载的调速，且性能可靠解决了以往力矩电机结构复杂，可靠性低，__贵，容易引起干扰等缺点晶闸管最重要的特性是正向导通的可控性为晶闸管的门极提供触发电压与电流的电路称为触发电路，它决定每个晶闸管的触发导通时刻，是晶闸管最重要的部分正确设计选用触发电路，可以充分发挥晶闸管及其装置的潜力，保证安全可靠的工作所以，三相交流调压电路的设计主要是晶闸管三相交流移相触发电路的设计通过分析，设计，预算得出采用单一A相产生可调移相触发脉冲，另外两相以A相作为相位基准，彼此固定移相120°的跟随同步的新三相交流调压设计方法制成新型交流力矩电动机调速器，且该方案简单实用致谢在我的毕业论文即将完成之际，特向在毕业设计中始终给予我辛勤指导的孙真和教授表示忠心的感谢孙老师在我整个毕业设计过程中，给予了我悉心的指导，在学习中给了我极大的帮助和教诲设计中的每一点进步都凝聚着老师的心血和汗水孙老师严谨的治学作风、孜孜以求的学习精神和亲切和蔼的待人态度，给我留下了极为深刻的印象他渊博的知识、敏锐的思维、严谨的作风使我受益匪浅在同孙老师接触的过程中，不仅学会如何运用所学到的理论知识，同时学会了如何处理从未接触过的问题并弥补了我知识和经验的不足，使得设计得以顺利完成，在此向孙老师表示诚挚的谢意同时也要感谢自动化系的各位老师，正是他们四年来对我孜孜不倦的教诲，才使我逐步成长为适合社会需要的人，是他们教会了我要敢于面对困难，迎难而上当然，我周围的同学也给予了我热心的帮助，并在设计的过程中给我提出了许多宝贵的建议，在此我也要向他们表示衷心的感谢最后，再一次向所有参加论文评审、答辩的专家和老师表示由衷的感谢和崇高的敬意____
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13226.李发海.电机学（第二版）.北京:科学出版社，1990:45~88附录ATRANSFORMER
1.INTRODUCTIONThehigh-voltagetran__issionwasneedforthecaseelectricalpoweristobeprovidedatconsiderabledistan__fromageneratingstation.Atsomepointthishighvoltagemustberedu__dbecauseulti__telyismustsupplyaload.Thetransformer__kesitpossibleforvariouspartsofapowersystemtooperateatdifferentvoltagelevels.Inthispaperwediscusspowertransformerprinciplesandapplications.
2.TOW-WINDINGTRANSFORMERSAtransformerinits______stformconsistsoftwostationarycoilscoupledbyamutual__gneticflux.Thecoilsaresaidtobemutuallycoupledbecausetheylinkacommonflux.Inpowerapplicationslaminatedsteelcoretransformerstowhichthispaperisrestrictedareused.Transformersareefficientbecausetherotationallossesnor__llyassociatedwithrotating__chineareabsentsorelativelylittlepowerislostwhentransformingpowerfromonevoltageleveltoanother.Typicalefficienciesareintherange92to99%thehighervaluesapplyingtothelargerpowertransformers.Thecurrentflowinginthecoilconnectedtotheacsour__iscalledthepri__rywindingorsimplythepri__ry.Itsetsupthefluxφinthecorewhichvariesperiodicallybothin__gnitudeanddirection.Thefluxlinksthesecondcoilcalledthesecondarywindingorsimplysecondary.Thefluxischanging;thereforeitindu__savoltageinthesecondarybyelectro__gneticinductioninaccordan__withLenz’slaw.Thusthepri__ryre__ivesitspowerfromthesour__whilethesecondarysuppliesthispowertotheload.Thisactionisknownastransformeraction.
3.TRANSFORMERPRINCIPLESWhenasinusoidalvoltageVpisappliedtothepri__rywiththesecondaryopen-circuitedtherewillbenoenergytransfer.Theimpressedvoltagecausesa__allcurrentIθtoflowinthepri__rywinding.Thisno-loadcurrenthastwofunctions:1itprodu__sthe__gneticfluxinthecorewhichvariessinusoidallybetweenzeroandφmwhereφmisthe__ximumvalueofthecoreflux;and2itprovidesacomponenttoaccountforthehysteresisandeddycurrentlossesinthecore.Therecombinedlossesarenor__llyreferredtoasthecorelosses.Theno-loadcurrentIθisusuallyfewper__ntoftheratedfull-loadcurrentofthetransformerabout2to5%.Sin__atno-loadthepri__rywindingactsasalargereactan__duetotheironcoretheno-loadcurrentwilllagthepri__ryvoltagebynearly90º.ItisreadilyseenthatthecurrentcomponentIm=I0sinθ0calledthe__gnetizingcurrentis90ºinphasebehindthepri__ryvoltageVP.Itisthiscomponentthatsetsupthefluxinthecore;φisthereforeinphasewithIm.ThesecondcomponentIe=I0sinθ0isinphasewiththepri__ryvoltage.Itisthecurrentcomponentthatsuppliesthecorelosses.Thephasorsumofthesetwocomponentsrepresentstheno-loadcurrentorI0=Im+IeItshouldbenotedthattheno-loadcurrentisdistortesandnonsinusoidal.Thisistheresultofthenonlinearbeh__iorofthecore__terial.Ifitisassumedthattherearenootherlossesinthetransformertheindu__dvoltageInthepri__ryEpandthatinthesecondaryEscanbeshown.Sin__the__gneticfluxsetupbythepri__rywinding，therewillbeanindu__dEMFEinthesecondarywindinginaccordan__withFaraday’slawnamelyE=NΔφ/Δt.Thissamefluxalsolinksthepri__ryitselfinducinginitanEMFEp.Asdiscussedearliertheindu__dvoltagemustlagthefluxby90ºthereforetheyare180ºoutofphasewiththeappliedvoltage.Sin__nocurrentflowsinthesecondarywindingEs=Vs.Theno-loadpri__rycurrentI0is__allafewper__ntoffull-loadcurrent.Thusthevoltageinthepri__ryis__allandVpisnearlyequaltoEp.Thepri__ryvoltageandtheresultingfluxaresinusoidal;thustheindu__dquantitiesEpandEsvaryasasinefunction.The__eragevalueoftheindu__dvoltagegivenbyE__g=turns×whichisFaraday’slawappliedtoafinitetimeinterval.ItfollowsthatE__g=N=4fNφmwhichNisthenumberofturnsonthewinding.Formaccircuittheorytheeffectiveorroot-mean-squarermsvoltageforasinew__eis
1.11timesthe__eragevoltage;thusE=
4.44fNφmSin__thesamefluxlinkswiththepri__ryandsecondarywindingsthevoltageperturnineachwindingisthesame.Hen__Ep=
4.44fNpφmandEs=
4.44fNsφmwhereEpandEsarethenumberofturnonthepri__ryandsecondarywindingsrespectively.Theratioofpri__rytosecondaryindu__dvoltageiscalledthetransfor__tionratio.Denotingthisratiobyaitisseenthata==Assumethattheoutputpowerofatransformerequalsitsinputpowernotabadsumptioninpracti__consideringthehighefficiencies.Whatwereallyaresayingisthatwearedealingwithanidealtransformer;thatisithasnolosses.ThusPm=PoutorVpIp×pri__ryPF=VsIs×secondaryPFwherePFisthepowerfactor.Fortheabove-statedassumptionitmeansthatthepowerfactoronpri__ryandsecondarysidesareequal;thereforeVpIp=VsIsfromwhichisobtained=≌≌aItshowsthatasanapproxi__tiontheterminalvoltageratioequalstheturnsratio.Thepri__ryandsecondarycurrentontheotherhandareinverselyrelatedtotheturnsratio.Theturnsratiogivesameasureofhowmuchthesecondaryvoltageisraisedorloweredinrelationtothepri__ryvoltage.Tocalculatethevoltageregulationweneedmoreinfor__tion.Theratiooftheterminalvoltagevariessomewhatdependingontheloadanditspowerfactor.Inpracti__thetransfor__tionratioisobtainedfromthenameplatedatawhichlistthepri__ryandsecondaryvoltageunderfull-loadcondition.WhenthesecondaryvoltageVsisredu__dcomparedtothepri__ryvoltagethetransfor__tionissaidtobeastep-downtransformer:converselyifthisvoltageisraiseditiscalledastep-uptransformer.Inastep-downtransformerthetransfor__tionratioaisgreaterthanunitya
1.0whileforastep-uptransformeritis__allerthanunitya
1.
0.Intheeventthata=1thetransformersecondaryvoltageequalsthepri__ryvoltage.Thisisaspecialtypeoftransformerusedininstan__swhereelectricalisolationisrequiredbetweenthepri__ryandsecondarycircuitwhile__intainingthesamevoltagelevel.Thereforethistransformerisgenerallyknowsasanisolationtransformer.Asisapparentitisthe__gneticfluxinthecorethatformstheconnectinglinkbetweenpri__ryandsecondarycircuit.Insection4itisshownhowthepri__rywindingcurrentadjustsitselftothesecondaryloadcurrentwhenthetransformersuppliesaload.Lookingintothetransformerterminalsfromthesour__animpedan__isseenwhichbydefinitionequalsVp/Ip.From=≌≌aweh__eVp=__sandIp=Is/a.IntermsofVsandIstheratioofVptoIpis==ButVs/Isistheloadimpedan__ZLthuswecansaythatZmpri__ry=a2ZLThisequation____susthatwhenanimpedan__isconnectedtothesecondarysideitappearsfromthesour__asanimpedan__h__inga__gnitudethatisa2timesitsactualvalue.Wesaythattheloadimpedan__isreflectedorreferredtothepri__ry.Itisthispropertyoftransformersthatisusedinimpedan__-__tchingapplications.
4.TRANSFORMERSUNDERLOADThepri__ryandsecondaryvoltagesshownh__esimilarpolaritiesasindicatedbythe“dot-__king”convention.Thedotsneartheupperendsofthewindingsh__ethesamemeaningasincircuittheory;the__rkedterminalsh__ethesamepolarity.Thuswhenaloadisconnectedtothesecondarytheinstantaneousloadcurrentisinthedirectionshown.Inotherwordsthepolarity__rkingssignifythatwhenpositivecurrententersbothwindingsatthe__rkedterminalstheMMFsofthetwowindingsadd.Sin__thesecondaryvoltagedependsonthecorefluxφ0itmustbeclearthatthefluxshouldnotchangeappreciablyifEsistore__inessentiallyconstantundernor__lloadingconditions.WiththeloadconnectedacurrentIswillflowinthesecondarycircuitbecausetheindu__dEMFEswillactasavoltagesour__.Thesecondarycurrentprodu__sanMMFNsIsthatcreatesaflux.Thisfluxhassuchadirectionthatatanyinstantintimeitopposesthe__influxthatcreateditinthefirstpla__.OfcoursethisisLenz’slawinaction.ThustheMMFrepresentedbyNsIstendstoredu__thecorefluxφ
0.Thismeansthatthefluxlinkingthepri__rywindingredu__sandconsequentlythepri__ryindu__dvoltageEpThisreductioninindu__dvoltagecausesagreaterdifferen__betweentheimpressedvoltageandthecounterindu__dEMFtherebyallowingmorecurrenttoflowinthepri__ry.Thefactthatpri__rycurrentIpincreasesmeansthatthetwoconditionsstatedearlierarefulfilled:1thepowerinputincreasesto__tchthepoweroutputand2thepri__ryMMFincreasestooffsetthetendencyofthesecondaryMMFtoredu__theflux.Ingeneralitwillbefoundthatthetransformerreactsalmostinstantaneouslytokeeptheresultantcorefluxessentiallyconstant.Moreoverthecorefluxφ0dropsveryslightlybetweennoloadandfullloadabout1to3%ane__ssaryconditionifEpistofallsufficientlytoallowanincreaseinIp.Onthepri__rysideIp’isthecurrentthatflowsinthepri__rytobalan__thede__gnetizingeffectofIs.ItsMMFNpIp’setsupafluxlinkingthepri__ryonly.Sin__thecorefluxφ0re__insconstant.I0mustbethesamecurrentthatenergizesthetransformeratnoload.Thepri__rycurrentIpisthereforethesumofthecurrentIp’andI
0.Becausetheno-loadcurrentisrelatively__allitiscorrecttoassumethatthepri__ryampere-turnsequalthesecondaryampere-turnssin__itisunderthisconditionthatthecorefluxisessentiallyconstant.ThuswewillassumethatI0isnegligibleasitisonlya__allcomponentofthefull-loadcurrent.WhenacurrentflowsinthesecondarywindingtheresultingMMFNsIscreatesaseparatefluxapartfromthefluxφ0produ__dbyI0whichlinksthesecondarywindingonly.Thisfluxdoesnolinkwiththepri__rywindingandisthereforenotamutualflux.Inadditiontheloadcurrentthatflowsthroughthepri__rywindingcreatesafluxthatlinkswiththepri__rywindingonly;itiscalledthepri__ryleakageflux.Thesecondary-leakagefluxgivesrisetoanindu__dvoltagethatisnotcounterbalan__dbyanequivalentindu__dvoltageinthepri__ry.Similarlythevoltageindu__dinthepri__ryisnotcounterbalan__dinthesecondarywinding.Consequentlythesetwoindu__dvoltagesbeh__elikevoltagedropsgenerallycalledleakagereactan__voltagedrops.Furthermoreeachwindinghassomeresistan__whichprodu__saresistivevoltagedrop.Whentakenintoaccounttheseadditionalvoltagedropswouldcompletetheequivalentcircuitdiagramofapracticaltransformer.Notethatthe__gnetizingbranchisshowninthiscircuitwhichforourpurposeswillbedisregarded.Thisfollowsourearlierassumptionthattheno-loadcurrentisassumednegligibleinourcalculations.Thisisfurtherjustifiedinthatitisrarelyne__ssarytopredicttransformerperfor__n__tosuchaccuracies.Sin__thevoltagedropsarealldirectlyproportionaltotheloadcurrentitmeansthatatno-loadconditionstherewillbenovoltagedropsineitherwinding.附录B外文资料翻译变压器
1.介绍要从远端发电厂送出电能，必须应用高压输电因为最终的负荷，在一些点高电压必须降低变压器能使电力系统各个部分运行在电压不同的等级本文我们讨论的原则和电力变压器的应用
2.双绕组变压器变压器的最简单形式包括两个磁通相互耦合的固定线圈两个线圈之所以相互耦合，是因为它们连接着共同的磁通在电力应用中，使用层式铁芯变压器本文中提到的变压器是高效率的，因为它没有旋转损失，因此在电压等级转换的过程中，能量损失比较少典型的效率范围在92到99%，上限值适用于大功率变压器从交流电源流入电流的一侧被称为变压器的一次侧绕组或者是原边它在铁圈中建立了磁通φ，它的幅值和方向都会发生周期性的变化磁通连接的第二个绕组被称为变压器的二次侧绕组或者是副边磁通是变化的；因此依据楞次定律，电磁感应在二次侧产生了电压变压器在原边接收电能的同时也在向副边所带的负荷输送电能这就是变压器的作用
3.变压器的工作原理当二次侧电路开路是，即使原边被施以正弦电压Vp，也是没有能量转移的外加电压在一次侧绕组中产生一个小电流Iθ这个空载电流有两项功能
（1）在铁芯中产生电磁通，该磁通在零和φm之间做正弦变化，φm是铁芯磁通的最大值；
（2）它的一个分量说明了铁芯中的涡流和磁滞损耗这两种相关的损耗被称为铁芯损耗变压器空载电流Iθ一般大约只有满载电流的2%—5%因为在空载时，原边绕组中的铁芯相当于一个很大的电抗，空载电流的相位大约将滞后于原边电压相位90º显然可见电流分量Im=I0sinθ0，被称做励磁电流，它在相位上滞后于原边电压VP90º就是这个分量在铁芯中建立了磁通；因此磁通φ与Im同相第二个分量Ie=I0sinθ0，与原边电压同相这个电流分量向铁芯提供用于损耗的电流两个相量的分量和代表空载电流，即I0=Im+Ie应注意的是空载电流是畸变和非正弦形的这种情况是非线性铁芯材料造成的如果假定变压器中没有其他的电能损耗一次侧的感应电动势Ep和二次侧的感应电压Es可以表示出来因为一次侧绕组中的磁通会通过二次绕组，依据法拉第电磁感应定律，二次侧绕组中将产生一个电动势E，即E=NΔφ/Δt相同的磁通会通过原边自身，产生一个电动势Ep正如前文中讨论到的，所产生的电压必定滞后于磁通90º，因此，它于施加的电压有180º的相位差因为没有电流流过二次侧绕组，Es=Vs一次侧空载电流很小，仅为满载电流的百分之几因此原边电压很小，并且Vp的值近乎等于Ep原边的电压和它产生的磁通波形是正弦形的；因此产生电动势Ep和Es的值是做正弦变化的产生电压的平均值如下E__g=转速×即是法拉第定律在瞬时时间里的应用它遵循E__g=N=4fNφm其中N是指线圈的匝数从交流电原理可知，有效值是一个正弦波，其值为平均电压的
1.11倍；因此E=
4.44fNφm因为一次侧绕组和二次侧绕组的磁通相等，所以绕组中每匝的电压也相同因此Ep=
4.44fNpφm并且Es=
4.44fNsφm其中Np和Es是一次侧绕组和二次侧绕组的匝数一次侧和二次侧电压增长的比率称做变比用字母a来表示这个比率，如下式a==假设变压器输出电能等于其输入电能——这个假设适用于高效率的变压器实际上我们是考虑一台理想状态下的变压器；这意味着它没有任何损耗因此Pm=Pout或者VpIp×pri__ryPF=VsIs×secondaryPF这里PF代表功率因素在上面公式中一次侧和二次侧的功率因素是相等的；因此VpIp=VsIs从上式我们可以得知=≌≌a它表明端电压比等于匝数比，换句话说，一次侧和二次侧电流比与匝数比成反比匝数比可以衡量二次侧电压相对于一次恻电压是升高或者是降低为了计算电压，我们需要更多数据终端电压的比率变化有些根据负载和它的功率因素实际上变比从标识牌数据获得列出在满载情况下原边和副边电压当副边电压Vs相对于原边电压减小时，这个变压器就叫做降压变压器如果这个电压是升高的，它就是一个升压变压器在一个降压变压器中传输变比a远大于1a
1.0，同样的，一个升压变压器的变比小于1a
1.0当a=1时，变压器的二次侧电压就等于起一次侧电压这是一种特殊类型的变压器，可被应用于当一次侧和二次侧需要相互绝缘以维持相同的电压等级的状况下因此，我们把这种类型的变压器称为绝缘型变压器显然，铁芯中的电磁通形成了连接原边和副边的回路在第四部分我们会了解到当变压器带负荷运行时一次侧绕组电流是如何随着二次侧负荷电流变化而变化的从电源侧来看变压器，其阻抗可认为等于Vp/Ip从等式=≌≌a中我们可知Vp=__s并且Ip=Is/a根据Vs和Is，可得Vp和Ip的比例是==但是Vs/Is负荷阻抗ZL，因此我们可以这样表示Zmpri__ry=a2ZL这个等式表明二次侧连接的阻抗折算到电源侧，其值为原来的a2倍我们把这种折算方式称为负载阻抗向一次侧的折算这个公式应用于变压器的阻抗匹配
4.有载情况下的变压器一次侧电压和二次侧电压有着相同的极性，一般习惯上用点记号表示如果点号同在线圈的上端，就意味着它们的极性相同因此当二次侧连接着一个负载时，在瞬间就有一个负荷电流沿着这个方向产生换句话说，极性的标注可以表明当电流流过两侧的线圈时，线圈中的磁动势会增加因为二次侧电压的大小取决于铁芯磁通大小φ0，所以很显然当正常情况下负载电势Es没有变化时，二次侧电压也不会有明显的变化当变压器带负荷运行时，将有电流Is流过二次侧，因为Es产生的感应电动势相当于一个电压源二次侧电流产生的磁动势NsIs会产生一个励磁这个磁通的方向在任何一个时刻都和主磁通反向当然，这是楞次定律的体现因此，NsIs所产生的磁动势会使主磁通φ0减小这意味着一次侧线圈中的磁通减少，因而它的电压Ep将会增大感应电压的减小将使外施电压和感应电动势之间的差值更大，它将使初级线圈中流过更大的电流初级线圈中的电流Ip的增大，意味着前面所说明的两个条件都满足
（1）输出功率将随着输出功率的增加而增加
（2）初级线圈中的磁动势将增加，以此来抵消二次侧中的磁动势减小磁通的趋势总的来说，变压器为了保持磁通是常数，对磁通变化的响应是瞬时的更重要的是，在空载和满载时，主磁通φ0的降落是很少的（一般在）1至3%其需要的条件是E降落很多来使电流Ip增加在一次侧，电流Ip’在一次侧流过以平衡Is产生的影响它的磁动势NpIp’只停留在一次侧因为铁芯的磁通φ0保持不变，变压器空载时空载电流I0必定会为其提供能量故一次侧电流Ip是电流Ip’与I0’的和因为空载电流相对较小，那么一次侧的安匝数与二次侧的安匝数相等的假设是成立的因为在这种状况下铁芯的磁通是恒定的因此我们仍旧可以认定空载电流I0相对于满载电流是极其小的当一个电流流过二次侧绕组，它的磁动势（NsIs）将产生一个磁通，于空载电流I0产生的磁通φ0不同，它只停留在二次侧绕组中因为这个磁通不流过一次侧绕组，所以它不是一个公共磁通另外，流过一次侧绕组的负载电流只在一次侧绕组中产生磁通，这个磁通被称为一次侧的漏磁二次侧漏磁将使电压增大以保持两侧电压的平衡一次侧漏磁也一样因此，这两个增大的电压具有电压降的性质，总称为漏电抗电压降另外，两侧绕组同样具有阻抗，这也将产生一个电阻压降把这些附加的电压降也考虑在内，这样一个实际的变压器的等值电路图就完成了由于分支励磁体现在电流里，为了分析我们可以将它忽略这就符我们前面计算中可以忽略空载电流的假设这证明了它对我们分析变压器时所产生的影响微乎其微因为电压降与负载电流成比例关系，这就意味着空载情况下一次侧和二次侧绕组的电压降都为零M0M1nn3n2n1U1U2U3触发脉冲成形集成电路触发器UA同步电压控制电压集成电路触发器UB同步电压控制电压隔离Uga触发脉冲成形隔离UgbUC同步电压控制电压集成电路触发器触发脉冲成形隔离U__UA同步电压控制电压集成电路触发器触发脉冲成形隔离UgaU120°移相成形隔离Ugb120°移向成形U__隔离-II--II-。
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