绕线式异步电动机的串级调速.docx

绕线式异步电动机的串级调速摘要：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，串级调速可以将异步电动机的功率加以应用（回馈电网 或是转化为机械能送回到电动机轴上），因此效率高它能实现无级平滑调速，低速时机械特性也 比较硬特别是晶闸管低同步串级调速系统，技术难度小，性能比较完善，因而获得了广泛的应用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，串级调速可以将异步电动机的功率加以应用（回馈电网或 是转化为机械能送回到电动机轴上），因此效率高它能实现无级平滑调速，低速时机械特性也比 较硬特别是晶闸管低同步串级调速系统，技术难度小，性能比较完善，因而获得了广泛的应用一、串级调速原理及基本类型1. 1原理假定异步电动机的外加电源电压U及负载转矩M都不变•则电动机在调速前后转子电流近似保 持不变若在转子回路中引入一个频率与转子电势相同，而相位相同或相反的附电势e则转子电流 为I严 迟士化=土常数/用 + ax 卫 y （—、式中：R:转子回路电阻；sX o:转子旋转时转子绕组每相漏抗Eo :转子开路相电势电动机在正常运行时，转差率s很小，故R2>sX0忽略sXo有常数尸-I加fflse-］宙姬调速囚神遙本肋噸亍同蒂逍电常茨奄C0

设当E = 0时电动机运行于额定转速，即n = n, s = s ,由（式一2 ）可见，当附加电动势 f NN与转子相电势相位相反时（Ef前取负号），改变Ef的大小，可在额定转速以下调速，这种调度方式 称为低同步串级调速，且附加电势与转子相电势相位相同时 退前取正号），改变e的大小，可在 额定转速以上调速，这种调度方式称为超同步串级调速（即s <0） '串级调速四种基本状态方式下能量传递方式如下图示，图中不计电动机内部各种损耗，即认定 定子输入功率P即为转子输出功率晶闸管低同步串级调速系统是在绕线转子异步电动机转子侧用大功率的晶闸管或二极管，将转 子的转差频率交流电变为直流电，再用晶闸管逆变器将转子电流返回电源以改变电机转速的一种调 速方式晶闸管低同步串级调速系统主回路见下图二、串级调速系统主回路主要设各的参数计算与选择1.异步电动机容量的选择考虑到异步电动机输出的最大转矩的降低，功率因数的降低和转子损耗增大等因素，不论对于 新设计的或是改造的都应对异步电动机的容量进行重新选择的计算，串级调速异步电动机的容量P 计算如下：P = Ki * Pd式中：K :串级调速系数，一般取1.2左右。

对于在长期低速运行的串级调速系统，应该取i大一点PD:按照常规运算方式计算的电动机容量从产品手册中选择的电动机容量P > PD本设计采用的是哈尔滨九洲电气股份有限公司的内反馈串级调速电机及其控制装置技术手册提 供的有关数据设计而成该电机定额为连续定额S1,基本防护等级为IP23，基本冷却方法为IC01，基本结构和安装方 式为IBM3控制电机型号JRNT1512-4额定功率1050KW额定电流121.5A转子电压/电流1045V / 627A最高/最低转速1484 / 690 r/min效率88.5%功率因数0.83控制装置型号JC4---800A/800V2•转子整流器的参数计算与元件选择(1) 最大转差率th15式中：气：电动机的同步转速，近似等于电动机的额定转速n :min串级调速系统的最低工作转速D :调速范围转差率 s = ( 1500—1484)/1500 = 0.01最大转差率 s =(1484 — 690) / 1484 = 0.535maxD =n /n = 1484/690 = 2.15max min(2) 转子整流器的最大输出电压Urm.r = J 3 Ku』汀 Cl—•*、式中：E20:转子开路相电势Kuv :整流电压计算系数，见下表：变赭主电量计縣霰芽号■Ku心r二II帝擁a. 36?/T询•0.4721.351亀間&二椭l?i 367(UiEJ*爲£f—Q，血皿4ft 2Z52/7OJS9L 33则 U = 1.35*1045*(1-1/2.15) =755Vdmax(3) 最大直流整流电流式中：入：电动机的电流过载倍数，近似等于转矩过载倍数2mI2N :转子线电流额定值Kiv :整流电压计算系数，见上表I :转子整流器输出直流电流额定值I = I / Kdr dr 2N IV1.1 :考虑到转子电流畸变等因素的影响而引如的系数则 I = 1.1*2*627/0.813 = 1697Admax4、整流二极管的选择4.1）整流二极管电压的选择设每个桥臂上串联的整流二极管数目为N=3，则每个二极管的反向重复峰值U为KRM（2 — 3） L7T^2：. （ 1 —万）L 好2- 门 V '式中：kut :电压计算系数，见上表E :转子开路相电势2nK :均压系数，一般取0.9。

对于元件不要串联时取1AV由上式可见，整流二极管所承受的最高电压与最低电压与系统的调速范围D有关，调速范围越 高，元件承受的电压越高贝则 U 》1.5*1.35*1045*(1—1/2.15)/ ( 0.9*3 ) = 419VKRM4.1 )整流二极管电流的选择在大容量串级调速系统中，需要将几个整流二极管并联使用设并联支路数为Np=3则每个整流二极管的电流计算如下：丁、( 1* 5 〜2) 0* I式中：K]T :电流计算系数，见上表I :转子整流器最大直流整流电流dmaxKAC :均流系数其值可取0.8~0.9对于元件不并联的情况下取1(5)逆变嚣的参数计算与元件选择5.1 )逆变变压器的参数计算对于不同的异步电动机转子额定电压和不同的调速范围、要求有不同的逆变变压器二次侧电压 与3其匹配；同时也希逐转子电路与交流电网之间实行电隔离，因此一般串级调速系统中均需配置 逆变变压器1) 逆变压器二次侧线电压：根据最低转速时转子最大整流电压与逆变器最大电压相等的原则确定：j t _ D dmaxS尸瓦云盂式中：Ut2 :逆变变压器二次侧线电压U :转子整流器最大输出直流电压dmaxKuv :整流电压计算系数。

见上表B :最小逆变角，一般取30omin(2) 逆变变压器二次侧线电流:式中：It2 :逆变变压器二次侧线电流Kiv :整流电流计算系数见上表I :转子整流器输出直流电流额定值dN(3) 逆变变压器一次侧线电流：I“=K 壽式中：IT1 :逆变变压器一次侧线电流kil :变压器一次侧线电流计算系数见上表kt :逆变变压器的变比(4) 逆变变压器等值容量：亠K,汀K叶(7 丁屛占式中：kst :变压器等值容量计算系数，见上表5.2 )晶闸管的参数计算(1)晶闸管额定电压的选择在大容量晶闸管串级调速系统中，单个晶闸管的额定电压不能满足要求，需要几个晶闸管串联 使用设每个串联桥臂上晶闸管的数目为N，则每个晶闸管反向重复电压由下式确定：1 (2〜Kfh5心—石用—式中：KUT :电压计算系数，如上表KAV :均压系数，其值可取0.8~0.9对于元件不需串联的情况下取1ut2 :逆变变压器二次侧线电压(2)晶闸管额定电流的选择设每个桥臂并联元件支路数为N，则每个晶闸管的额定电流为P式中：K]T :电流计算系数，见上表I :转子整流器最大直流整流电流dmaxKAC :均流系数其值可取0.8~0.9。

对于元件不并联的情况下取1(6)平波电抗器电感量的计算转子直流回路平波电抗器的作用是：一，使串级挑速在最小工作电流下仍能维持电流的连续； 二,减小电流脉动，把直流回路中的脉动分量在电动机转子中造成的附加损耗控制在允许的范围内平波电抗器的电感量计算如下：6.1 )保证电流连续所需要的电感量® 30 -16不同脉波数户时丫临界电愍计算系数讥与超式中：51 :正比与直流电压中的交流分量的电感计算系数，从下图中查ut2 :逆变变压器二次侧线电压Kuv :系数，见上表I :直流回路最小工作电流（A）dminL :异步电动机折算到转子侧的每相电感量（MLt :逆变变压器折算到二次侧的每相电感量6.2 ）限制电流脉动的电感量L,=Kp Ku^-rz -kjlLm~ KffLLr （mH）式中：Kp ：限制电流脉动的电感系数（ms），其值从下表中查a :允许的电流脉动率，一般可取10%左右^30-4电感■计纂系數陷短蹋电压百井 値的攜拭分量—0g=\珈三相憎中銭,1.93L831. 73 ..1-63三相桥 .双三相桥串联或并联0.450.110. 41 S輙0. 360; 0630.320. 04S6.3 ）平波电抗器的电感量L = max ｛厶，L2 ?7•启动方式的选择s wiff! ）0 17皋瓯厲連3■冲旌戏尖蛊缶* ⑹并呢*坷羁与住申为毗弹雄常才式・味）平畔起老电邑非宴訪廿说i 圈to百舉的茨遇7.1、 利用串调装置直接启动方式如上图a示，它不用任何附加起动设备，而是由串级调速装置控制直接起动电动机。

这种调速 方式适用于串级调速系统的调速范围很大•几乎要求能从零开始调速或者生产机械对起（制）动的加 （减）速度有一定要求的场合对于调速范围较小的系统，若选用直接起动方式，是不经济的另外，对于一个按实际调速范 围设计的调速范围较小的串级调速系统，若采用直接起动，则在主回路中会造成较大的冲击电流， 且往往超过允许限度因此，对于调速范围较小且对起（制）动加（减）速度无特殊要求的串级调速系 统，宜采用以下两种起动方式7.2、 并联防加起动设备的切换起动方式如上图b示，电动机先用接触器KM］接入附加起动电阻器（或频敏变阻器）起动加速（此时KM2是 断开的），当加速到串级调速系统设计的调速范围最低速n时，接通KM，这时逆变控制角卩应为最 min 2小值卩，即对应于最高逆变电压u 然后断开KM，逐渐增大卩，电动机继续加速，直到所需要min 卩max 1的转速.这种起动方式虽然增加了一套附加起动设备，但转于回路主要设备的耐压和容量只需按调运范 围的要求来选择，从设备的总投资上来看是经济合理的这种方式还有一优点，即一旦串级调连装 置发生意外故障，异步电动机可以脱离串调状态，而用附加起动设备正常起动到高速运行。

7.3、串联起动电阻器起动方式如图(c)所示，在起动过程中把限流的起动电阻逐渐短接，这种接线方式虽然逆变变压器的二次 侧电压只得按调速范围的。