绪论 ..................................................... 1
第一章 电动机的选择计算 .................................. 2
1.1 电动机选择 ........................................... 2
1.4联轴器的选择 ..................................... 4
第2章 水闸门拖动系统的运行方案 .......................... 5
2.1 速度图 ............................................ 5
2.2 水闸门拖动系统的运行方案 .......................... 6
第3章 水闸门拖动系统 .................................... 6
3.1 水闸门拖动系统的启动方案 .......................... 6
3.1.1转子串电阻的分级起动的原理 .................... 7
3.2启动参数的计算 . .................................... 8
3.3调速参数的计算 . .................................... 9
3.4 制动参数的计算 .................................... 9
3.5 水闸门拖动系统的调速方案 .......................... 9
3.5.1转子串电阻调速的原理 . ......................... 9
3.6 水闸门拖动系统的制动方案 ........................ 10
3.6.1转速反向的反接制动的原理 . .................... 10
3.7制动电阻计算...................................... 11
参考文献 ................................................ 12
总结 .................................................... 13
江西理工大学应用科学学院课程设计
绪论
1、设计题目
某水电厂闸门重60吨，采用绕线异步电动机进行电力拖动，要求启门扬程为9m, 启闭速度为0.95m/min，闸门的开度能进行控制，系统的示意图如下：
2、对设计题目的分析
由于是第一次接触此类工程设计题目，经验不足，只能参照模型（起重机）进行设计，而且在一定程度上，水电厂的闸门拖动同起重机的重物起降是相似的。基于以上原因，本人会尽力地达到设计题目的要求，从而圆满完成这次课程设计！
3、电动机的选型
根据题目的技术要求，本人选用了YZR132M16型绕线式三相异步电动机。YZR 系列是最新设计的电动机，具有过载能力大和机械强度高的特点，特别适用于驱动各种类型的冶金及起重机械或其他类似设备。
（1）YZR 系电动机能在下列环境条件下正常运行：
1）冷却介质温度不超过60℃(冶金用电动机) 或40℃（起重用电动机）。
2）海拔不超过1000米。
3）经常的、显著的机械振动和冲击。
（2）YZR 系电动机在下列负载条件下能正常工作：
1）经常的起动与逆转。
2）经常的电器或机械制动。
欧阳东：交流E
（4）电动机的额定频率为50赫，额定电压为380伏
（5）接法：功率为132千瓦和小于132千瓦的定子绕组用Y 接法，其余的用△接法。
（6）型号说明：
第一章 电动机的选择计算
1.1 电动机选择
1.选择电动机类型
运输带 拉力 3.15 带速 1.17 卷筒直径 420
按已给的选用Y 系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。
2. 电动机所需功率为：
P d =P W η
工作机所需工作功率为：
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P W =FV 3.15⨯1,17=3.69KW
传动装置的总效率为：
η=η1η2η3η4η 2
确定各部分效率为：V 带传动 效率η=0.96，滚动轴承的效率η2=0.99
闭式圆柱齿轮传动效率 η3=0.97弹性联轴器效率η4=0.99卷筒滑动轴承效率
η5=0.96，带入得：
η0.96⨯0. 992⨯0. 97⨯0. 99⨯0. 96=0.867
P W =3. 69
0. 867电动机所需功率为： p d =η=4.27KW
因载荷平稳，电动机额定功率应略大于P d 即可，由表14-1选得Y 系列电动机
额定功率为5.5kw
3. 确定电动机转速 输送机卷筒的转速为n w =
通常，V 带传动的传动比常用范60⨯1000v πD = 54.14r min 为围为i 1=2~4，单级圆柱齿轮传动i 2=3~5，故电动机转速的范围
n ' d =i ∙n w =(9~36) ⨯n w =487.26~2931.14r ' min
符合这亦同步转速的范围有 A ,B,C r/min 。根据前述若选用 A r/min ，同步转速的电动机，则电动机重量大，价格昂贵；Br/min与Cr/min的电动机，从其重量, 价格以及传动比等考虑，选用 Y-132M2-6 电动机。
1.2 传动装置的总传动比及各级传动比分配
1. 传动装置的总传动比
由前面计算得输送机卷筒的转速n w = 54.14 r min ，总传动比i 总=n m /n w = 17.732
2. 分配各级总动比
根据表1 —3 推荐传动比的范围，选V 带传动i 01=3，则一级圆柱齿轮传动的
传动比为 i 12=i 总/3=5.911
1.3. 计算传动装置的运动参数好动力参数
0轴— 电动机轴：
欧阳东：交流E
p 0=p d =4. 27
n 0=n m =960r
T 0=9550P 0n 0min =42. 48(N ∙m )
1轴— 高速轴：
P 1=P 0η01=4. 10KW
n 1=n 0i 01=320(r
P 1
n 1min ) T 1=9550=122. 36(N ∙m )
2轴—低速轴 P 2=P 1η12=P 1η2η3=3. 98(KW )
n 1
n 12 n 2==54. 14(r min )
P 2
n 2=702. 05(kW ) T 2=9550
3轴—滚桶轴
P 3=P 2∙η23=P 2η5η4=3. 78(kW )
n 3=n 2=54. 14(r min )
T 3=9550P 3n 3=666. 77(N ∙m )
1.4联轴器的选择
T = T0 = 42.48 N·m
取K A = 1.7 则
T CA = KA ·T = 1.7×42.48N ·m =72,22 N·m
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查GB4323-84，选用TL5型弹性套柱销轴联轴器。
第2章 水闸门拖动系统的运行方案
本次设计拖动系统采用的是绕线式三相异步电动机：P N =60kw，n N =960r/min，U N =380V，I 2N =71A，E 2N =179V，Y 接，λm=2.26，提升水闸门速度v 2=0.95m/min=0.016 m/s，下放重物速度v 3=0.95m/min=0.016 m/s。
2.1 速度图
欧阳东：交流E
图2-1 水闸门拖动速度图
2.2 水闸门拖动系统的运行方案
（1）加速阶段t 1:该阶段是起动阶段，采用了转子串电阻的分级起动。
（2）等速阶段t 2：以v 1速度匀速运行
（3）调速阶段t 3：以v 2速度匀速运行，v 2=0.6v1, 该阶段采用了改变转差率调速中的转子串电阻调速。
（4）减加速阶段t 4：以最大减加速度减速，速度由v 2变换到v 3，该阶段采用了转向反向的反接制动。
（5）等速阶段t 5：以v 3匀速运行
(6）减速阶段t 6：由v 3减速到0，该阶段采用了转向反向的反接制动
第3章 水闸门拖动系统
3.1 水闸门拖动系统的启动方案
绕线式三相异步电动机的起动方法有：转子串电阻的分级起动；转子串频敏变阻器的起动。为了使起动过程中转子转速的变化尽可能平稳，经分析在设计中选用了转子串电阻的分级起动。
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3.1.1转子串电阻的分级起动的原理
起动时，在转子电路串接起动电阻器，借以提高起动转矩，同时因转子电阻增大也限制了起动电流；起动结束，切除转子所串电阻。为了在整个起动过程中得到比较大的起动转矩，需分几级切除起动电阻。起动接线图和特性曲线如图3-1所示。
图3-1 绕线式异步电动机起动接线图和特性曲线
(1) 接触器触点KM1、KM2、KM3全断开(接触器的控制由第五篇电器控制技术讨论) ，电动机定子接额定电压，转子每相串入全部电阻。如正确选取电阻的阻值，使转子回路的总电阻值=X1+X2’(注意r 2’是转子一相绕组本身的电阻与串加电阻总和的折算值) ，则由式
Sm =r2’/(X1+X2’) （3-1）
可知，此时Sm=1,最大Temax=3pU12/4πf 1(X1+X2’) 就产生在电动机起动的瞬间，如图2-1中曲线0中a 点，起动转矩Ts1。1
(2) 由于T s1>TL (负载转矩) 电动机加速到b 点时，T=Ts2，为了加速起动过程，接触器KM1闭合，切除起动电阻R ’，特性变为曲线1，因机械惯性，转速瞬时不变，工作点水平过渡到c 点，使该点T=Ts1。
(3) 因T s1>TL ，转速沿曲线1继续上升，到d 点时KM2闭合，R’’被切除，电动机运行点从d 转变到特性曲线2上的e 点……。依次类推，直到切除全部电阻，电动机便沿着固有特性曲线3加速，经h 点，最后运行于i 点(T=TL ) 。
上述起动过程中，转子三相绕组所接电阻平衡，另外三级平衡切除，故称为三级起动。在整个起动过程中产生的转矩都是比较大的，适合于容量较大的设备，重载起动的情况，广泛用于桥式起重机、卷扬机、龙门吊车等重载设备；对于一些容量较小的设备，转子三相绕组所接电阻也可以不平衡，同样，在切除时，也要进行非平衡切换。转子串电阻起动的缺点是所需起动设备较多，起动时有一部分能量消耗在起动电阻上，起动级数也较少。
注意：转子三相绕组所接电阻并非越大越好，若出现r 2’>X1+X2’的情况，即起动于图中特性曲线4上面，起动转矩T 3,T 3
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3.2启动参数的计算
机械特性的实用公式：
T=2λm T N /(Sm /S+S/Sm ) （4-1）
机械特性曲线
图6-1 绕线式异步电动机起动接线图和特性曲线
S=Sm [λm *TN /T-√((λm *TN /T)2-1)]=Sm σ 转矩函数： σ=λm *TN /T-√((λm *TN /T)2-1) 最大起动转矩T S1的转矩函数：
σ1=λm *TN /Ts1-√((λm *TN / Ts1) 2-1)
切换转矩T S2的转矩函数：
σ2=λm *TN /Ts2-√((λm *TN / Ts2) 2-1)
额定转矩T N 的转矩函数：
σn =λm -√(λm 2-1) 代入数据得：
σn =0.2333
取T S1=0.84λm TN,
取T S2>1.1 TN,
S N =(n1-n N )/n1=0.04
回路的总电阻之间的公比： q=σ1/σ2=1.67 级数m=ln(σn/(σ1*s N) )/lnq=5
取m=5,重新计算q=4√(σn /(σ1* SN) )=1.67
σ2=σ1/q=0.2929 Ts2=2λm*σ2/(1+σ22)=1.2193 TN ›1.1 TN 满足条件， 所以m=5，q=1.67
r 2= SN E2N /√3I 2N =0.0582Ω
各级起动时的转子回路总电阻：
R 1=q1 r2=0.0972 Ω
R 2=q2 r2=0.1623 Ω
R 3=q3 r 2=0.2711 Ω
4-2） 4-3） 4-4） 4-5） 4-6） （（（（（
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R 4=q4 r2=0.4527 Ω
R 5=q5 r2=0.7560 Ω
各级起动时转子回路外串起动电阻：
R z1=R1-r 2=0.0138 Ω
R z2=R2-R z1=0.0651 Ω
R z3=R3-R z2=0.1087 Ω
R z4=R4-R z3=0.1815 Ω
R z5=R5-R z4=0.3033 Ω
3.3调速参数的计算
忽略摩擦因素，得出需拖动水闸门的拉力为
F=mg+mv2/r (4-7) 由于速度变化小，简作为匀速运动，得出功率为
P=Fv=mgv+mv3/r
T=9550P/n (4-8) n 1=60*f1/p=1000r/min
S N =(n1-n N )/n1=(1000-960)/1000=0.04
由于是恒转矩调速，得出功率与转速成正比，因此
n B =PC n B /PN ，n B =153.6 r/min
S A =(n1-n A )/n1=0.04
S B =(n1-n B )/n1=0.846
由S B /SA =(r2+R Ω1)/r2
解得 R Ω1=(SC /SA -1)*r2=1.1727Ω
3.4 制动参数的计算
（1）t4阶段用的是转速反向的反接制动：
n B = 0.6*nA =153.6r/min
n C =-0.6*nA =-153.6r/min
S B =(1000-153.6)/1000=0.846
S C =(1000-(-153.6))/1000=1.154
S B /SC =（r 2+ RΩ1）/（r 2+ RΩ1+RΩ2）
得 R Ω2=0.4481 Ω
(2) t6阶段用的是转速反向的反接制动
S D =(n1-0)/n1=1
S D /SC =（r 2+ RΩ1+RΩ2）/( r2+ RΩ1+RΩ2+ RΩ3)
得 R Ω3=0.2241 Ω
3.5 水闸门拖动系统的调速方案
绕线式三相异步电动机的调速方法有：变级调速；变频调速；改变转差率调速。变级调速有：从星形改成双星形，三角形改成双星形；变频调速有：从基频向下调变频调速 ，从基频向上调变频调 ；改变转差率调速有：改变定子电压调速 ，转子串电阻调速 ，串级调速 。通过分析，由于调速时间短，调速范围不大，设计中选用了改变转差率调速中的转子串电阻调速。
3.5.1转子串电阻调速的原理
绕线转子异步电动机转子串电阻的机械特性如图3-2所示。转子串电阻时最
欧阳东：交流E
大转矩不变，临界转差率加大。所串电阻越大，运行段特性斜率越大。若带恒转矩负载，原来运行在固有特性曲线1的a 点上，在转子串电阻R 1后，就运行的b 点上，转速由n a 变为n b ，依此类推。
图3-2转子串电阻调速的机械特性
根据电磁转矩参数表达式，当T 为常数且电压不变时，则有
r 2/Sa =(r2+R1)/Sb = 常数 （3-2）
因而绕线转子异步电动机转子串电阻调速时调速电阻的计算公式为
R 1=(Sb /Sa -1)/ r2 （3-3）
式中 Sa ——转子串电阻前电动机运行的转差率；
Sb ——转子串入电阻R 1后新稳态运行时电动机的转差率；
r2——转子每相绕组电阻
尽管绕线式异步电动机转子串电阻调速方案在低速时运行效率较低，但由于这种调速方式具有起动平滑、可以额定转矩起动、起动电流小、调速范围宽和投资小等优点，因而对于起动负载能在一定范围内得到应用。
3.6 水闸门拖动系统的制动方案
制动指的是电磁转矩与转子转速方向相反的一种运行状态。绕线式三相异步电动机的制动方法有：能耗制动，反接制动，回馈制动。反接制动有：转速反向的反接制动；定子两相反接的反接制动。通过分析在设计中，采用了转速反向的反接制动。
3.6.1转速反向的反接制动的原理
转速反向的反接制动与直流电动机的电势反接制动相似。异步电动机带位能性负载，按正转接线，转子回路串入较大电阻R f ，机械特性的最大转矩点到了第
IV 象限。当接通电源，电动机的起动转矩的方向与重物G 产生的负载转矩相反，而且T st
点在第IV 象限的点，如图3-3(b)所示，图中机械特性在第IV 象限的部分（用
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实线表示）即为异步电动机转速反向的反接制动。
(a) 电路图 (b) 机械特性
图3-3 三相绕线式异步电动机转速反向的反接制动图
电动机在反接制动状态时，它由轴上输入机械功率（s>1,P2为负），同时，
定子又通过气隙向转子输送电功率，这两部分合起来消耗在转子电路的总电阻R 2+Rf 中。
这种制动与回馈制动一样，可用于水电厂的闸门下放，这也属于一种稳定运行状态。
3.7制动电阻计算
A 、首先估算出制动转矩
一般情况下，在进行电机制动时，电机内部存在一定的损耗，约为额定转矩的18%-22%左右，因此计算出的结果在小于此范围的话就无需接制动装置；
B 、接着计算制动电阻的阻值
在制动单元工作过程中，直流母线的电压的升降取决于常数RC ，R 即为制动电阻的阻值，C 为变频器内部电解电容的容量。这里制动 单元动作电压值一般为710V 。
C 、然后进行制动单元的选择
在进行制动单元的选择时，制动单元的工作最大电流是选择的唯一依据，其计算公式如下：
欧阳东：交流E
D 、最后计算制动电阻的标称功率
由于制动电阻为短时工作制，因此根据电阻的特性和技术指标，我们知道电阻的标称功率将小于通电时的消耗功率，一般可用下式求得：
制动电阻标称功率 = 制动电阻降额系数 X 制动期间平均消耗功率 X 制动使用率%
参考文献
1、 汤以范 《机电传动控制》. 清华大学出版社，2010
2、 邱阿瑞 《交流电力拖动及应用》. 人民邮电出版社，2000
3、 林瑞光 《电机与拖动基础》. 浙江大学出版社，2010
4、 陈伯时 《电力拖动自动控制系统》. 机械工业出版社，2011
5、 李正熙 《电力拖动自动控制系统》. 北京：冶金工业出版社，1997
6、 陈伯时 《交流调速系统》. 北京：机械工业出版社，2005
7、 王兆安 《电力电子技术》. 北京：机械工业出版社 ，2003
8、 胡寿松 《自动控制原理》. 北京：科学出版社，2004
9、 孙亮等 《自动控制原理》. 北京：北京工业大学出版社，2001
10、吴浩烈 《电机及电力拖动基础》. 重庆：重庆大学出版社，2005
江西理工大学应用科学学院课程设计
11、顾绳谷 《电机及拖动基础》. 北京：机械工业出版社，2000
12、邱阿瑞 《电机与电力拖动》. 北京：电子工业出版社，2002
13、张洪杰. 浅议晶闸管直流调速系统的定相与动态调试 电气传动 2000（3）
14、浦龙梅; 李泓; A Research About Device of DC - PWM Speed Adjustment by MCU Controlling, The World of Inverters, 2006 （03）
15、郭东栋 单片机控制的直流调速系统 可编程控制器与工厂自动化, 2007（03 ）
16、Jiang Yu.Some Attempts at the Design of DC Motor Speed Control System. Journal of the Graduates Sun Yat-Sen University(Natural Sciences 、Medicine), 2007(02)
总结
三个星期很快就过去了，通过这次课程设计让我对交流调速有了进一步的认识，特别是串级调速系统。设计串级调速是通过绕线式异步电动机的转子回路引入附加电动势而产生的，它属于变转差率来实现串级调速的。与转子串电阻的方式不同，串级调速可将异步电动机的功率加以利用，因此效率高，它能实现平滑无极调速，低速是机械特性也比较硬。特别是晶闸管串级调速系统，技术难度小、性能也不较完善。
欧阳东：交流E
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．
通过这次课程设计，本人在多方面都有所提高。通过这次课程设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次电机拖动设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了电机拖动等设计等课程所学的内容，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。
回顾此次课程设计可谓感慨颇多。从理论到实践，在这三个星期里可以说苦多于甜但是学到了很多书本上没学过的知识。在这次设计过程中，体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。
绪论 ..................................................... 1
第一章 电动机的选择计算 .................................. 2
1.1 电动机选择 ........................................... 2
1.4联轴器的选择 ..................................... 4
第2章 水闸门拖动系统的运行方案 .......................... 5
2.1 速度图 ............................................ 5
2.2 水闸门拖动系统的运行方案 .......................... 6
第3章 水闸门拖动系统 .................................... 6
3.1 水闸门拖动系统的启动方案 .......................... 6
3.1.1转子串电阻的分级起动的原理 .................... 7
3.2启动参数的计算 . .................................... 8
3.3调速参数的计算 . .................................... 9
3.4 制动参数的计算 .................................... 9
3.5 水闸门拖动系统的调速方案 .......................... 9
3.5.1转子串电阻调速的原理 . ......................... 9
3.6 水闸门拖动系统的制动方案 ........................ 10
3.6.1转速反向的反接制动的原理 . .................... 10
3.7制动电阻计算...................................... 11
参考文献 ................................................ 12
总结 .................................................... 13
江西理工大学应用科学学院课程设计
绪论
1、设计题目
某水电厂闸门重60吨，采用绕线异步电动机进行电力拖动，要求启门扬程为9m, 启闭速度为0.95m/min，闸门的开度能进行控制，系统的示意图如下：
2、对设计题目的分析
由于是第一次接触此类工程设计题目，经验不足，只能参照模型（起重机）进行设计，而且在一定程度上，水电厂的闸门拖动同起重机的重物起降是相似的。基于以上原因，本人会尽力地达到设计题目的要求，从而圆满完成这次课程设计！
3、电动机的选型
根据题目的技术要求，本人选用了YZR132M16型绕线式三相异步电动机。YZR 系列是最新设计的电动机，具有过载能力大和机械强度高的特点，特别适用于驱动各种类型的冶金及起重机械或其他类似设备。
（1）YZR 系电动机能在下列环境条件下正常运行：
1）冷却介质温度不超过60℃(冶金用电动机) 或40℃（起重用电动机）。
2）海拔不超过1000米。
3）经常的、显著的机械振动和冲击。
（2）YZR 系电动机在下列负载条件下能正常工作：
1）经常的起动与逆转。
2）经常的电器或机械制动。
欧阳东：交流E
（4）电动机的额定频率为50赫，额定电压为380伏
（5）接法：功率为132千瓦和小于132千瓦的定子绕组用Y 接法，其余的用△接法。
（6）型号说明：
第一章 电动机的选择计算
1.1 电动机选择
1.选择电动机类型
运输带 拉力 3.15 带速 1.17 卷筒直径 420
按已给的选用Y 系列全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。
2. 电动机所需功率为：
P d =P W η
工作机所需工作功率为：
江西理工大学应用科学学院课程设计
P W =FV 3.15⨯1,17=3.69KW
传动装置的总效率为：
η=η1η2η3η4η 2
确定各部分效率为：V 带传动 效率η=0.96，滚动轴承的效率η2=0.99
闭式圆柱齿轮传动效率 η3=0.97弹性联轴器效率η4=0.99卷筒滑动轴承效率
η5=0.96，带入得：
η0.96⨯0. 992⨯0. 97⨯0. 99⨯0. 96=0.867
P W =3. 69
0. 867电动机所需功率为： p d =η=4.27KW
因载荷平稳，电动机额定功率应略大于P d 即可，由表14-1选得Y 系列电动机
额定功率为5.5kw
3. 确定电动机转速 输送机卷筒的转速为n w =
通常，V 带传动的传动比常用范60⨯1000v πD = 54.14r min 为围为i 1=2~4，单级圆柱齿轮传动i 2=3~5，故电动机转速的范围
n ' d =i ∙n w =(9~36) ⨯n w =487.26~2931.14r ' min
符合这亦同步转速的范围有 A ,B,C r/min 。根据前述若选用 A r/min ，同步转速的电动机，则电动机重量大，价格昂贵；Br/min与Cr/min的电动机，从其重量, 价格以及传动比等考虑，选用 Y-132M2-6 电动机。
1.2 传动装置的总传动比及各级传动比分配
1. 传动装置的总传动比
由前面计算得输送机卷筒的转速n w = 54.14 r min ，总传动比i 总=n m /n w = 17.732
2. 分配各级总动比
根据表1 —3 推荐传动比的范围，选V 带传动i 01=3，则一级圆柱齿轮传动的
传动比为 i 12=i 总/3=5.911
1.3. 计算传动装置的运动参数好动力参数
0轴— 电动机轴：
欧阳东：交流E
p 0=p d =4. 27
n 0=n m =960r
T 0=9550P 0n 0min =42. 48(N ∙m )
1轴— 高速轴：
P 1=P 0η01=4. 10KW
n 1=n 0i 01=320(r
P 1
n 1min ) T 1=9550=122. 36(N ∙m )
2轴—低速轴 P 2=P 1η12=P 1η2η3=3. 98(KW )
n 1
n 12 n 2==54. 14(r min )
P 2
n 2=702. 05(kW ) T 2=9550
3轴—滚桶轴
P 3=P 2∙η23=P 2η5η4=3. 78(kW )
n 3=n 2=54. 14(r min )
T 3=9550P 3n 3=666. 77(N ∙m )
1.4联轴器的选择
T = T0 = 42.48 N·m
取K A = 1.7 则
T CA = KA ·T = 1.7×42.48N ·m =72,22 N·m
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查GB4323-84，选用TL5型弹性套柱销轴联轴器。
第2章 水闸门拖动系统的运行方案
本次设计拖动系统采用的是绕线式三相异步电动机：P N =60kw，n N =960r/min，U N =380V，I 2N =71A，E 2N =179V，Y 接，λm=2.26，提升水闸门速度v 2=0.95m/min=0.016 m/s，下放重物速度v 3=0.95m/min=0.016 m/s。
2.1 速度图
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图2-1 水闸门拖动速度图
2.2 水闸门拖动系统的运行方案
（1）加速阶段t 1:该阶段是起动阶段，采用了转子串电阻的分级起动。
（2）等速阶段t 2：以v 1速度匀速运行
（3）调速阶段t 3：以v 2速度匀速运行，v 2=0.6v1, 该阶段采用了改变转差率调速中的转子串电阻调速。
（4）减加速阶段t 4：以最大减加速度减速，速度由v 2变换到v 3，该阶段采用了转向反向的反接制动。
（5）等速阶段t 5：以v 3匀速运行
(6）减速阶段t 6：由v 3减速到0，该阶段采用了转向反向的反接制动
第3章 水闸门拖动系统
3.1 水闸门拖动系统的启动方案
绕线式三相异步电动机的起动方法有：转子串电阻的分级起动；转子串频敏变阻器的起动。为了使起动过程中转子转速的变化尽可能平稳，经分析在设计中选用了转子串电阻的分级起动。
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3.1.1转子串电阻的分级起动的原理
起动时，在转子电路串接起动电阻器，借以提高起动转矩，同时因转子电阻增大也限制了起动电流；起动结束，切除转子所串电阻。为了在整个起动过程中得到比较大的起动转矩，需分几级切除起动电阻。起动接线图和特性曲线如图3-1所示。
图3-1 绕线式异步电动机起动接线图和特性曲线
(1) 接触器触点KM1、KM2、KM3全断开(接触器的控制由第五篇电器控制技术讨论) ，电动机定子接额定电压，转子每相串入全部电阻。如正确选取电阻的阻值，使转子回路的总电阻值=X1+X2’(注意r 2’是转子一相绕组本身的电阻与串加电阻总和的折算值) ，则由式
Sm =r2’/(X1+X2’) （3-1）
可知，此时Sm=1,最大Temax=3pU12/4πf 1(X1+X2’) 就产生在电动机起动的瞬间，如图2-1中曲线0中a 点，起动转矩Ts1。1
(2) 由于T s1>TL (负载转矩) 电动机加速到b 点时，T=Ts2，为了加速起动过程，接触器KM1闭合，切除起动电阻R ’，特性变为曲线1，因机械惯性，转速瞬时不变，工作点水平过渡到c 点，使该点T=Ts1。
(3) 因T s1>TL ，转速沿曲线1继续上升，到d 点时KM2闭合，R’’被切除，电动机运行点从d 转变到特性曲线2上的e 点……。依次类推，直到切除全部电阻，电动机便沿着固有特性曲线3加速，经h 点，最后运行于i 点(T=TL ) 。
上述起动过程中，转子三相绕组所接电阻平衡，另外三级平衡切除，故称为三级起动。在整个起动过程中产生的转矩都是比较大的，适合于容量较大的设备，重载起动的情况，广泛用于桥式起重机、卷扬机、龙门吊车等重载设备；对于一些容量较小的设备，转子三相绕组所接电阻也可以不平衡，同样，在切除时，也要进行非平衡切换。转子串电阻起动的缺点是所需起动设备较多，起动时有一部分能量消耗在起动电阻上，起动级数也较少。
注意：转子三相绕组所接电阻并非越大越好，若出现r 2’>X1+X2’的情况，即起动于图中特性曲线4上面，起动转矩T 3,T 3
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3.2启动参数的计算
机械特性的实用公式：
T=2λm T N /(Sm /S+S/Sm ) （4-1）
机械特性曲线
图6-1 绕线式异步电动机起动接线图和特性曲线
S=Sm [λm *TN /T-√((λm *TN /T)2-1)]=Sm σ 转矩函数： σ=λm *TN /T-√((λm *TN /T)2-1) 最大起动转矩T S1的转矩函数：
σ1=λm *TN /Ts1-√((λm *TN / Ts1) 2-1)
切换转矩T S2的转矩函数：
σ2=λm *TN /Ts2-√((λm *TN / Ts2) 2-1)
额定转矩T N 的转矩函数：
σn =λm -√(λm 2-1) 代入数据得：
σn =0.2333
取T S1=0.84λm TN,
取T S2>1.1 TN,
S N =(n1-n N )/n1=0.04
回路的总电阻之间的公比： q=σ1/σ2=1.67 级数m=ln(σn/(σ1*s N) )/lnq=5
取m=5,重新计算q=4√(σn /(σ1* SN) )=1.67
σ2=σ1/q=0.2929 Ts2=2λm*σ2/(1+σ22)=1.2193 TN ›1.1 TN 满足条件， 所以m=5，q=1.67
r 2= SN E2N /√3I 2N =0.0582Ω
各级起动时的转子回路总电阻：
R 1=q1 r2=0.0972 Ω
R 2=q2 r2=0.1623 Ω
R 3=q3 r 2=0.2711 Ω
4-2） 4-3） 4-4） 4-5） 4-6） （（（（（
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R 4=q4 r2=0.4527 Ω
R 5=q5 r2=0.7560 Ω
各级起动时转子回路外串起动电阻：
R z1=R1-r 2=0.0138 Ω
R z2=R2-R z1=0.0651 Ω
R z3=R3-R z2=0.1087 Ω
R z4=R4-R z3=0.1815 Ω
R z5=R5-R z4=0.3033 Ω
3.3调速参数的计算
忽略摩擦因素，得出需拖动水闸门的拉力为
F=mg+mv2/r (4-7) 由于速度变化小，简作为匀速运动，得出功率为
P=Fv=mgv+mv3/r
T=9550P/n (4-8) n 1=60*f1/p=1000r/min
S N =(n1-n N )/n1=(1000-960)/1000=0.04
由于是恒转矩调速，得出功率与转速成正比，因此
n B =PC n B /PN ，n B =153.6 r/min
S A =(n1-n A )/n1=0.04
S B =(n1-n B )/n1=0.846
由S B /SA =(r2+R Ω1)/r2
解得 R Ω1=(SC /SA -1)*r2=1.1727Ω
3.4 制动参数的计算
（1）t4阶段用的是转速反向的反接制动：
n B = 0.6*nA =153.6r/min
n C =-0.6*nA =-153.6r/min
S B =(1000-153.6)/1000=0.846
S C =(1000-(-153.6))/1000=1.154
S B /SC =（r 2+ RΩ1）/（r 2+ RΩ1+RΩ2）
得 R Ω2=0.4481 Ω
(2) t6阶段用的是转速反向的反接制动
S D =(n1-0)/n1=1
S D /SC =（r 2+ RΩ1+RΩ2）/( r2+ RΩ1+RΩ2+ RΩ3)
得 R Ω3=0.2241 Ω
3.5 水闸门拖动系统的调速方案
绕线式三相异步电动机的调速方法有：变级调速；变频调速；改变转差率调速。变级调速有：从星形改成双星形，三角形改成双星形；变频调速有：从基频向下调变频调速 ，从基频向上调变频调 ；改变转差率调速有：改变定子电压调速 ，转子串电阻调速 ，串级调速 。通过分析，由于调速时间短，调速范围不大，设计中选用了改变转差率调速中的转子串电阻调速。
3.5.1转子串电阻调速的原理
绕线转子异步电动机转子串电阻的机械特性如图3-2所示。转子串电阻时最
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大转矩不变，临界转差率加大。所串电阻越大，运行段特性斜率越大。若带恒转矩负载，原来运行在固有特性曲线1的a 点上，在转子串电阻R 1后，就运行的b 点上，转速由n a 变为n b ，依此类推。
图3-2转子串电阻调速的机械特性
根据电磁转矩参数表达式，当T 为常数且电压不变时，则有
r 2/Sa =(r2+R1)/Sb = 常数 （3-2）
因而绕线转子异步电动机转子串电阻调速时调速电阻的计算公式为
R 1=(Sb /Sa -1)/ r2 （3-3）
式中 Sa ——转子串电阻前电动机运行的转差率；
Sb ——转子串入电阻R 1后新稳态运行时电动机的转差率；
r2——转子每相绕组电阻
尽管绕线式异步电动机转子串电阻调速方案在低速时运行效率较低，但由于这种调速方式具有起动平滑、可以额定转矩起动、起动电流小、调速范围宽和投资小等优点，因而对于起动负载能在一定范围内得到应用。
3.6 水闸门拖动系统的制动方案
制动指的是电磁转矩与转子转速方向相反的一种运行状态。绕线式三相异步电动机的制动方法有：能耗制动，反接制动，回馈制动。反接制动有：转速反向的反接制动；定子两相反接的反接制动。通过分析在设计中，采用了转速反向的反接制动。
3.6.1转速反向的反接制动的原理
转速反向的反接制动与直流电动机的电势反接制动相似。异步电动机带位能性负载，按正转接线，转子回路串入较大电阻R f ，机械特性的最大转矩点到了第
IV 象限。当接通电源，电动机的起动转矩的方向与重物G 产生的负载转矩相反，而且T st
点在第IV 象限的点，如图3-3(b)所示，图中机械特性在第IV 象限的部分（用
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实线表示）即为异步电动机转速反向的反接制动。
(a) 电路图 (b) 机械特性
图3-3 三相绕线式异步电动机转速反向的反接制动图
电动机在反接制动状态时，它由轴上输入机械功率（s>1,P2为负），同时，
定子又通过气隙向转子输送电功率，这两部分合起来消耗在转子电路的总电阻R 2+Rf 中。
这种制动与回馈制动一样，可用于水电厂的闸门下放，这也属于一种稳定运行状态。
3.7制动电阻计算
A 、首先估算出制动转矩
一般情况下，在进行电机制动时，电机内部存在一定的损耗，约为额定转矩的18%-22%左右，因此计算出的结果在小于此范围的话就无需接制动装置；
B 、接着计算制动电阻的阻值
在制动单元工作过程中，直流母线的电压的升降取决于常数RC ，R 即为制动电阻的阻值，C 为变频器内部电解电容的容量。这里制动 单元动作电压值一般为710V 。
C 、然后进行制动单元的选择
在进行制动单元的选择时，制动单元的工作最大电流是选择的唯一依据，其计算公式如下：
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D 、最后计算制动电阻的标称功率
由于制动电阻为短时工作制，因此根据电阻的特性和技术指标，我们知道电阻的标称功率将小于通电时的消耗功率，一般可用下式求得：
制动电阻标称功率 = 制动电阻降额系数 X 制动期间平均消耗功率 X 制动使用率%
参考文献
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15、郭东栋 单片机控制的直流调速系统 可编程控制器与工厂自动化, 2007（03 ）
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总结
三个星期很快就过去了，通过这次课程设计让我对交流调速有了进一步的认识，特别是串级调速系统。设计串级调速是通过绕线式异步电动机的转子回路引入附加电动势而产生的，它属于变转差率来实现串级调速的。与转子串电阻的方式不同，串级调速可将异步电动机的功率加以利用，因此效率高，它能实现平滑无极调速，低速是机械特性也比较硬。特别是晶闸管串级调速系统，技术难度小、性能也不较完善。
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课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础．
通过这次课程设计，本人在多方面都有所提高。通过这次课程设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次电机拖动设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了电机拖动等设计等课程所学的内容，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。
回顾此次课程设计可谓感慨颇多。从理论到实践，在这三个星期里可以说苦多于甜但是学到了很多书本上没学过的知识。在这次设计过程中，体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。