第二章--绕线式异步电动机串级调速系统
串级调速系统的调速原理
串级调速系统的调速原理
串级调速系统是一种常见的电机调速方法，通过在电机转速控制回路中增加一个或多个串级调速元件，实现对电机转速的调节。
其调速原理主要包括以下几个方面：
1. 速度传感器：串级调速系统通常需要一个速度传感器来实时监测电机的转速。
速度传感器可以是光电编码器、霍尔传感器等，将转速的信息转换为电信号输入到调速控制器中。
2. 调速控制器：调速控制器是串级调速系统的核心部件，负责接收速度传感器的信号，并根据设定的转速要求计算出电机控制信号，控制电机的转速。
常见的调速控制器有PID控制器、模糊控制器等，根据不同的系统要求选择不同的控制器。
3. 整流器和逆变器：串级调速系统通常采用可调电压可调频率的方式来调节电机的转速。
因此，调速控制器会控制整流器和逆变器来改变电机的供电电压和频率。
整流器将交流电转换为直流电，逆变器将直流电转换为可调的交流电供给电机。
4. 串级调速元件：串级调速系统针对不同的调速要求，可能会增加一些串级调速元件，用于改变电机的特性或增加调速范围。
常见的串级调速元件有降耗器、齿轮箱、变速器等，通过增加这些元件，可以实现更广泛的调速范围和更精确的
转速控制。
总体而言，串级调速系统通过引入调速控制器、整流器和逆变器，以及可能的串级调速元件，实现对电机转速的控制。
通过调节电机供电电压、频率和转速特性，使电机能够按照要求的转速运行，满足不同的工业应用需求。
绕线式异步电动机的串级调速
绕线式异步电动机的串级调速一课程设计目的专业课程设计是学生基本完成全部理论课学习之后，综合运用所学知识、结合工程实际的实践教学。
通过设计使学生加深对所学专业课程内容的理解和掌握，了解工程设计的一般方法和步骤，培养理论联系实际、综合考虑问题和解决问题的能力。
二课程设计的内容从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转速两种。
在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有：绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。
改变同步转速的有：改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速及无换向电动机调速等。
从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种:高效调速指转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法(如串级调速等)。
有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中;电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中;液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。
一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。
转子电路串电阻调速，能量消耗大，不经济。
转子电路的损耗为sPem称为转差功率。
为使调速时这转差功率大部分能回收利用，可采用串级调速方法。
所谓串级调速，串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入一个与E2频率相同而相位相同或相反的附加电动势Ef，通过改变Ef的大小来实现调速。
大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。
串级调速的效率高，平滑性好，设备比变频调速简单，特别时调速范围较小时更为经济，缺点是功率因数较低。
根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，其特点为:1)可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高。
毕业设计绕线式三相异步电动机串级调速系统设计
齐齐哈尔大学毕业设计 (论文)题目绕线式三相异步电动机串级调速系统设计学院计算机与控制工程学院专业班级学生姓名指导教师成绩2011年 06 月 21 日摘要晶闸管串级调速系统作为一种高效、节能的调速方案，具有装置结构简单、维护容易、能实现连续平滑调速等优点，尤其是对风机、泵类等大容量平方转矩负载进行控制时，其节能效果是十分可观的。
根据供水系统的现状，提出了串级调速的节能方案，分析了串级调速的原理，系统的调速特性，确定了微机水压转速双闭环控制的方案。
设计中详细地论述了水泵双闭环串级调速系统的组成与原理。
在系统硬件的设计上，采用驱动电路模块化设计技术和计算机辅助技术对硬件电路进行优化。
阐述了系统的工作原理，给出了以AT89C51单片机为核心组成了全新数字新型串级调速控制系统，针对该方案所要求的控制和触发脉冲，设计新型的数字触发器。
这种数字触发器有精度高、可靠性高等特点。
关键词：串级调速系统；单片机；数字触发器AbstractCrystals the level of machinery velocity modulation control system as an effective and energy efficient of machinery velocity modulation, a device structure to simple, easy and can achieve a smooth machinery velocity modulation advantages, especially of hair dryer, pumping big square and rectangular load capacity to control the energy the effect is very significant.Water supply systems based on the status quo,, a level of energy conservation programme and the level of machinery velocity modulation, a system of machinery velocity modulation, determine its speed of microcomputer the pressure of the control scheme. Design elaborated on a pair of pumps and the level of the system and mechanism of machinery velocity modulation. System design in hardware, the driving circuit modular design technology and computer hardware circuit of the new figures of the new machinery velocity modulation control system level, the scheme of control and firings for the design of the new digital pulses that trigger. These figures a high precision, high reliability and quality.Key words: analysis on serial timing system of alternating current; MCU; numerical trigger consisted of single piece unit目录摘要 (I)Abstract........................................................... I I 第1章绪论.. (1)1.1 串级调速技术概况 (1)1.2 研究意义及主要工作 (2)第2章水泵选取及串级调速方案确定 (3)2.1 水泵性能 (3)2.2 水泵与电动机的选择 (4)2.3 串级调速系统的分类 (5)2.4 串级调速原理 (6)2.5 新型三相四线制串级调速方案 (8)2.6串级调速系统的起动方式 (10)第3章数字触发器的硬件设计 (12)3.1 全数字串级调速系统组成 (12)3.2 主控制器设计 (12)3.2.1 单片机（AT89C51）芯片 (12)3.2.2 晶振电路 (14)3.2.3 复位电路 (15)3.2 AD转换电路 (15)3.4 晶闸管脉冲触发电路 (16)3.5 触发同步电路 (17)3.6 IGBT驱动器及驱动电路 (18)3.6.1 IR2130驱动器 (18)3.6.2 IGBT驱动电路 (19)3.6 双闭环控制器的设计 (20)3.6.1 串级调速电流环设计 (22)3.6.2 串级调速速度环的设计 (23)第4章数字触发器软件设计 (26)4.1 主程序设计 (26)结论 (28)参考文献 (29)致谢 (30)第1章绪论1.1 串级调速技术概况对于一个电力资源十分短缺的国家，节能是一项非常重要的利民政策、技术政策，对国民经济的发展和对国家资源的长久使用都有深远的影响。
毕业设计(论文)-绕线式异步电动机的串级调速[管理资料]
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绕线式异步电动机的串级调速作者：摘要：本设计主要利用电力拖动控制设计出可靠安全且容易操作和维修。
主要介绍了机械和工艺对电器控制线路的要求，以及怎么设计出来的控制线路满足生产的要求，达到简单经济。
在设计电力拖动自动控制系统时，一般包括两部分内容，一是确定拖动方案和选择电动机，前者主要解决的是采用交流拖动方案还是直流拖动方案，后者主要解决的是选择电动机容量等问题。
根据电机学由异步电机转速公式n=60f1/Þ×(1-s p)可知异步电机的调速方法有改变定子频率、磁极对数和转差率等，而对于绕线式异步电机我们一般都采用的是改变转差率进行调速，而改变转差率实现异步电动机的调速方法有一：在绕线式异步电机的转子中串入不同的电阻实现电力拖动的速度调节，但这中方法存在着以下缺点：1）他是通过增大转子回路电阻来降低转速，当电机负载转矩恒定时，转速越低转差功率越大，这种方法是通过增大转差功率来降低转速的，但所增加的转差功率全部被转化为热量消耗掉了，这种调速方法效率岁调速的范围增大而降低。
2）调速时电机理想空载转速不变。
只能在额定转速以下调节，调速时机械特性变软，降低了静态调速精度，3）由于转子回来附加电阻的档数有限，无法实行无级调速，调速范围小。
二：串级调速，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。
关键词：异步电动机串级调速原理基本类型Abstract：The design of the main drag to control the use of electricity to design safe and reliable operation and maintenance easy. Introduces the process of mechanical and electrical control circuit, as well as how the control circuit designed to meet the requirements of the production to a simple economic. Automatic control in the design of electric drive system, generally comprises two parts, first drag the program to identify and select the motor, which is used mainly to solve the exchange program or drag drag DC program, which is the main solution is to choose electric machine capacity and so on.According to the study by the electric induction motor speed formula n = 60f1 / Þ × (1-sp) induction motor can see the speed control methods have to change the frequency of the stator, on the pole and a few slip, and so on, but for the winding - We induction motors generally used is to change the slip for governor, and change the slip of the induction motor to achieve a speed control methods: the wound-rotor induction motor in the string into a different resistance to realize the power delay Adjust the speed of the move, but there is method in the following shortcomings: 1) he is through loopincreased resistance to reduce the rotor speed, when the motor torque constant load, the lower the speed difference to the greater power, this approach is adopted Increasing deterioration of the power to reduce speed, but the increase in power all the difference to be converted into energy consumed, the efficiency of this method of speed-year-old governor to reduce the scope of the increase. 2) The speed at the same speed no-load motor ideal. Can only be rated below regulation speed, variable speed control when the mechanical properties of soft and reduce the static speed accuracy, 3) due to additional back rotor resistance limited number of stalls, unable to carry out stepless speed regulation, the small scope of the governor. Second: Cascade Speed, speed cascade through the wound-rotor induction motor circuit and the introduction of additional potential generated. It is a change to achieve slip cascade of speed. Rotor resistance and the string in different ways, can cascade speed asynchronous motor to power the application (or the power grid back into mechanical energy to send back to the motor shaft), so efficient. It can not achieve the smooth-class speed and low speed when the mechanical properties of relatively hard. Thyristor especially low speed synchronous cascade system, the technical difficulty of small, relatively perfect performance, which was widely used.Key words:asynchronous motor series of basic principles governing the type of一、串级调速的基本原理所谓串级调速就是在转子回路中串入与转子电动势E2同频率的附加电动势E add如图1—1所示。
异步电动机的串级调速
2024年1月16日星期二
向低于同步速方向的串级调速
串附加电动势之前：电机匀速转动，I2，Te=Tl； 串附加电动势之后：
I2'
sE20 R2
E f jsX 20
I2'
I2
Te ' Te
n
s s' n s I2 ' I2 ' I2 n'
Te ' Te
电机在转速n′处实现平衡，转速调为n ′ 。
串级调速的原理与基本类型
一.串级调速的原理 二.串级调速的基本运行状态及功率关系 三.串级调速系统的基本类型
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绕线型异步电动机的转子
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绕线型异步电动机的转子
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集电环
三相绕线型异步电动机示意图
转子三相绕组接成 Y 形
2024年1月16日星期二
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4. 高于同步转速的回馈制动运行状态 s＜0，Te＜0。则
Pem Te0 0
PM (1 s)Pem 0 Ps s Pem 0
说通明 过电 定动 子机 回从馈轴给上电吸网收；机另械 一功 部率 分变PM为，转一差部功分率变P为s，电通磁过功产率生PemE•，f 装置回馈给电网。
迟一个角度 p 。
电流越大，这个强迫延时换相 角就越大，但有：
00 p 300
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3.转子整流器的故障状态 （Id过大，p 300
特征：
当重叠达到600、 强迫延时 换相角达到300时的电压电流波 形如右图所示。
如果负载电流继续增大， 重叠角又会大于600，但强迫延 时换相角会保持300不变。原因 是：即使前面两个管子换流未 换完，后面该导通的管子也会 承受正压而导通，这样，就会 出现共阴极管和共阳极管都在 换流，四个二极管同时导通---转子整流器短路的故障情况 。
绕线式异步电动机的调速控制
（ 云南金沙矿业有 限公 司 滥泥坪转运工区 ，云南 昆 明
摘
６４ ０ ） ５ １０
要 ： 述 了三 相 绕 线 式 异 步 电机 的 几 种 简 单 的调 速 方 法 ，对 比各 调 速 控 制 的优 劣 ，为 企 业 设 备 选 型 和 工 叙
程 造 价 提 供 一 定 的理 论 依 据 。
第２ ６卷 第 ｌ Ｂ期
２１ ０ ０年 ３月
昆 明冶金 高等专 科学 校学报
Ｊ ｕｎ ｌ ｆＫｕ ｍｉｇ Ｍｅａ ｕｇ ｏｌｇ ｏ ｒ ａ ｎ ｎ ｔｌ ｒｙＣ ｌ ｅ ｏ ｌ ｅ
Ｖｏ． ６ Ｎ ． Ｂ １２ ｏ １
Ｍａ ． ０１ ｒ２ ０
绕 线 式 异 步 电 动 机 的 调 速 控 制
由于 串电阻 有 以 上 缺 点 ，经 过 不 断 的 总结 和
ｎ＝ｎ ，ｓ 。 。 ＝ｓ；当 附件 电 势 与转 子 相 电 势相 位 相 反时 ，Ｅ 为负 ，改 变 Ｅ ， 的 大 小 可 在 额 定 转 数 以 下调 速 ，这 时 称 为 低 同 步 串级 调 速 （ ｓ ０） 即 ＞ ；
当附件 电势 与 转 子 相 电势 相 位相 同 时 ，Ｅ 为 正 ， 改变 Ｅ 大小 ，可在额 定转 数 以上 调速 ，此 时称 的
为超 同步 串级 调速 （ ｓ ０ 。 即 ＜ ） 根 据转 差功 率 吸 收利 用 方 式 ，串级 调 速 多 采
升 ，而 ｓ 下降 ，当 ｆ很 小 时 ，ｆ也 逐 渐 下 降 直 到 １ ０
无穷小。 ｆ ＝ｓ ｌ ｏ ×ｆ， （） ３
用 晶闸管 串级 调 速 。 晶 闸管低 同步 串级 调 速 ，系 统是在 绕线 异步 电动 机转 子 侧 用大 功 率 的 晶 闸管
串级调速系统的工作原理
串级调速系统的工作原理
1．起动 异步电动机在静止不动时，其转子电动势为 Er0 ； 控制逆变角β，使在起动开始的瞬间，Ud与Ui的差 值能产生足够大的Id，以满足所需的电磁转矩，但 又不超过允许的电流值，这样电动机就可在一定 的动态转矩下加速起动。
串级调速系统的工作原理
随着异步电动机转速的增高，其转子电动 势减少，为了维持加速过程中动态转矩基 (Ud Ui ) 本恒定，必须相应地增大β角以减小Ui值 ，维持 基本恒定。当电动机加 速到所需转速时，不再调整β角，电动机 即在此转速下稳定运行。
图7-4 电气串级调速系统原理图
串级调速系统的工作原理
系统在稳定工作时，必有U d > Ui。 由图7-4可以写出整流后的直流回路电压平衡方程 式：U d Ui I d R 或 K sE K U cos I R
1 r0 2 T2 d
(7-5) 式中，K1、 K 2 ——UR与UI的电压整流系数，如
串级调速系统的工作原理
设此时的s=s1， β= β1,则式（7-5）可写作
K1s1Er 0 K2U 2T cos 1 I dL R
式中IdL为对应于负载转矩的直流回路电流。
串级调速系统的工作原理
2．调速 当增大β角使β=β2>β1时，逆变电压Ui减小，但电 动机的转速不能立即改变，所以Id将增大，电磁 转矩增大，使电动机加速。随着电动机转速的增 高， K1sEr0减少， Id回落，直到新的平衡状态， 电动机在增高了的转速下稳定运行。式中β2>β1 ，s2<s1 K1s2 Er 0 K2U 2T cos 2 I dL R
结论： （1）串级调速系统能够靠调节逆变角β实现平滑无 级调速。 （2）系统能把绕线型异步电动机的转差功率回馈 给交流电网，从而使扣除装置损耗后的转差功率 得到有效利用，大大提高了调速系统的效率。
绕线式异步电动机的串级调速
绕线式异步电动机的串级调速
秦蕾
【期刊名称】《上海电力》
【年(卷),期】2011(24)6
【摘要】如何处理转差功率在很大程度上影响着异步电动机调速系统的效率,是在研究异步电动机调速方法时的问题.串级调速系统控制线绕转子异步电机的转子电压,利用其转差功率并调节转速,从而构成转差功率馈送型的调速系统,效率较高且具有良好的调速性能.
【总页数】3页(P508-510)
【作者】秦蕾
【作者单位】上海市电力公司嘉定供电公司,上海201800
【正文语种】中文
【中图分类】TM343
【相关文献】
1.全数字绕线式异步电动机串级调速装置的研究 [J], 张琼;陈颖佳;傅珩
2.绕线式异步电动机串级调速的应用 [J], 赵梅花;辛伊波
3.绕线式异步电动机串级调速原理 [J], 任云明
4.绕线式异步电动机的串级调速及设计方法 [J], 孔玲玲
5.绕线式异步电动机双闭环串级调速系统的仿真 [J], 田莉
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【精品】绕线型异步电动机串级调速
【精品】绕线型异步电动机串级调速摘要：绕线式异步电动机晶闸管串级调速，是在绕线式异步电动机的转子回路中串联晶闸管逆变器，借以引入附加可调电势，从而控制电机转速的一种调速方法。
由于它具有良好的调速特性，并能将电动机的转差功率回馈电网，效率较高，价格较低，因此在风机和泵类负载方面获得广泛应用，在只要求电机运行在第一象限的生产机械中也获得普遍应用。
绕线式异步电动机晶闸管串级调速系统主回路接线原理图如图所示。
转子在不同的转速下感应出转差频绕线式异步电动机晶闸管串级调速，是在绕线式异步电动机的转子回路中串联晶闸管逆变器，借以引入附加可调电势，从而控制电机转速的一种调速方法。
由于它具有良好的调速特性，并能将电动机的转差功率回馈电网，效率较高，价格较低，因此在风机和泵类负载方面获得广泛应用，在只要求电机运行在第一象限的生产机械中也获得普遍应用。
绕线式异步电动机晶闸管串级调速系统主回路接线原理图如图所示。
转子在不同的转速下感应出转差频率的电压，经一组不控的三
相桥式变流器变成直流电压，此电压再经一组全控桥式变流器实现有源逆变，把电能（转差功率）馈送回电网中去。
改变逆变角的大小，即可改变馈送回电网电能的多少，从而达到改变电机转速的目的。
绕线式异步电动机串级调速原理
摘要:三相绕线转子异步电动机的调速，以往用的较多的方法是转子附加电阻，但是采用此法调速是有级的，同时还把转差功率消耗在转子的附加电阻上，因此调速性能和节能都很差。
通常情况下，通过向绕线式异步电动机的转子回路引入附加电势的方式完成串级调速，用改变引入转子附加电动势来改变电动机的转速的方法。
关键词:串级调速转子电流转差率1串级调速的概述所谓串级调速是指中等以上功率的绕线转子异步电动机与其它电机或电子设备串级连接以实现平滑调速。
对于异步电动机来说，其串级调速就是将感应电势E f 引入异步机转子电路，进而对异步机的转速进行调节。
在方向方面，引入电势与转子电势E 2S ，方向相同或相反，其频率则与转子频率相同。
2感应电势E f 与转子电势E 2S 之间的相位关系①E f 与E 2s 同相(相位差θ=0°)。
当E f 未引入时，转子电流I 2为：I 2=E 2s r 22+s 2x 2√E f 引入后，I 2变为：I 2=E 2s +E f r 22+s 2x 2√可见，转子电流增高了，转矩增加，这样M>M f (负荷转矩)，使转速增加，转差率下降，(E 2s +E f )的数值也下降，I 2及M 下降，电动机的加速度下降，但是速度一直处于加速状态，一直达到新的稳定转速，M 又与M f 相等，调速过程结束。
②E f 与E 2s 反相(相位差θ=180°)。
此时由于E f 的引入，I 2变为：I 2=E 2s -E f r 22+s 2x 2√故I 2及M 将下降，M<M f ，使转速下降，用上述同样的分析方法，电动机将减速到新的稳定转速。
因此，如能用某一装置使E f 的数值平滑改变，则异步电动机的转速也能平滑变化。
为了提高异步电动机的功率因数，设法使E f 超前于E 2s 某一角度θ，此时既能使异步电动机调速，又能提高功率因数。
可控硅串级调速具有调速范围宽、效率高(转差功率可反馈电网)并可用于大功率电机等优点，所以是一种很有发展前途的绕线式异步电动机的调速方法。
绕线型异步电动机串级调速
1 绕线型异步电动机的基本结构和工作原理1.1 绕线型异步电动机的基本结构三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的基本结构是相同的，它们都由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。
此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件。
图1-1 绕线型异步电动机的结构1.1.1 定子部分定子是用来产生旋转磁场的。
三相电动机的定子一般由外壳、定子铁心、定子绕组等部分组成。
a 外壳三相电动机外壳包括机座、端盖、轴承盖、接线盒及吊环等部件。
机座：铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是保护和固定三相电动机的定子绕组。
中、小型三相电动机的机座还有两个端盖支承着转子，它是三相电动机机械结构的重要组成部分。
通常，机座的外表要求散热性能好，所以一般都铸有散热片。
端盖：用铸铁或铸钢浇铸成型，它的作用是把转子固定在定子内腔中心，使转子能够在定子中均匀地旋转。
轴承盖：也是铸铁或铸钢浇铸成型的，它的作用是固定转子，使转子不能轴向移动，另外起存放润滑油和保护轴承的作用。
接线盒：一般是用铸铁浇铸，其作用是保护和固定绕组的引出线端子。
吊环：一般是用铸钢制造，安装在机座的上端，用来起吊、搬抬三相电动机。
b 定子铁心异步电动机定子铁心是电动机磁路的一部分，由0.35mm ～0.5mm 厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成，如图1-2所示。
由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，所以减少了由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。
铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕圈。
定子铁心 定子冲片图 1-2c 定子绕组定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，通入三相对称电流时，就会产生旋转磁场。
三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。
每个绕组即为一相，每个绕组在空间相差120°电角度。
线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。
中、小型三相电动机多采用圆漆包线，大、中型三相电动机的定子线圈则用较大截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制后，再按一定规律嵌入定子铁心槽内。
异步电动机的串级调速
4. 高于同步转速的回馈制动运行状态 s＜0，Te＜0。则
PemTe00
P M(1s)P em 0 Ps sPem0
说通明 过电 定动 子机 回从馈轴给上电吸网收；机另械 一功 部率 分变PM为，转一差部功分率变P为s，电通磁过功产率生PemE ，f 装置回馈给电网。
可见，三相交流附加电势的取得在实际中十分困难。 超同步串级调速系统系统装置复杂，费用高。
实用的串级调速系统，一般采用低同步串级调速： 将转子电路接整流电路； 在直流回路中串入直流附加电动势； 通过调节直流附加电势的大小来调速的控制方案。
主要介绍低同步串级调速系统的基本类型。
低同步串级调速系统，首先把转子交流能量通过二极管整流桥整 成直流电，在直流电路中串入可调直流电源，调节所串入的直流电源 的电压对转子调速，并从直流附加电源将转差功率回馈电网。
I2'
sE 20 R2
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n
s s'
n
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I
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电机在转速n′处实现平衡，转速调为n ′ 。
向高于同步速方向的串级调速
串附加电动势之前：电机匀速转动，I2，Te=Tl； 串附加电动势之后：
方向相反，频率相同
* 这种向下调速的情况成为向低于同步速方 向的串级调速。
b. 如串入的附加电势
Ef
与转子感生电势sE 20
方向相同，频率相同
* 这种向上调速的情况称为向高于同步 速方向的串级调速。
浅谈绕线式三相异步电动机的调速控制
模糊ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ制
要点一
总结词
模糊控制是一种基于模糊逻辑和模糊集合论的控制策略， 通过将专家的经验转化为模糊规则，实现对复杂系统的有 效控制。
要点二
详细描述
模糊控制的核心是模糊逻辑和模糊集合论，它将输入的精 确值转换为模糊集合中的隶属度函数，并根据专家经验制 定模糊规则进行推理，最后将模糊输出值转换为精确值。 在绕线式三相异步电动机的调速控制中，模糊控制器可以 根据电机转速、电流等参数，通过模糊逻辑和模糊规则的 推理，实现对电机速度的智能控制。
浅谈绕线式三相异步电动机的调速 控制
目 录
• 绕线式三相异步电动机的概述 • 绕线式三相异步电动机的调速方法 • 绕线式三相异步电动机的调速控制策略 • 绕线式三相异步电动机的调速控制系统的实现 • 绕线式三相异步电动机的调速控制的发展趋势
与展望
01 绕线式三相异步电动机的 概述
绕线式三相异步电动机的定义与特点
家用电器如洗衣机、空调等也常 常采用绕线式三相异步电动机作
为动力源。
02 绕线式三相异步电动机的 调速方法
变极调速
总结词
通过改变电动机的极对数实现调速。
详细描述
变极调速是通过改变电动机的磁极对数来实现调速的。在绕线式三相异步电动机中，改变定子绕组的接线方式可 以改变极对数，从而改变电动机的同步转速。这种调速方法简单、可靠，但调速范围有限，且在变极过程中存在 转矩突变，影响机械特性的稳定性。
04 绕线式三相异步电动机的 调速控制系统的实现
硬件实现
控制器选择
选择合适的控制器是实现调速控制的 关键，常用的控制器包括PLC、单片 机、DSP等，根据实际需求选择合适 的控制器。
传感器配置
毕业设计-绕线式异步电动机串级调速系统设计—-主电路与触发电路设计
（二○○七年六月 本科毕业设计说明书 题 目：绕线式异步电动机串级调速系统设计—-主电路与触发电路设计 学生姓名：xx 学 院：xx 系 别：xx 专 业：xx 班 级：xx 指导教师：xx摘要绕线式异步电动机的串级调速系统，属于改变转差功率的调速系统，在我国交流调速技术的发展中，它是结构简单、发展较快、应用较广的一种系统。
其基本原理是利用不可控的整流电路将转子交流电动势转成直流电动势，在利用工作的在逆变状态的三相可控整流电路来获得一个可调的直流电压作为附加电动势，以改变转差功率，以实现转速的调节。
本设计主要是绕线式异步电动机的串级调速系统主电路和触发电路的设计。
其中主电路的设计包括可控整流电路、不可控整流电路和逆变变压器；触发电路主要包括KC系列的移相触发电路和ULN2003。
考虑到系统运行时可能出现的问题，相应的设计了系统的保护电路。
关键词：串级调速、整流电路、触发电路。
AbstractAsynchronous motor cascade speed system, belonging to poor power to change the governing system, In China AC development, it is simple in structure, the development of faster, broader application of a system. Its basic tenets are not controllable using distillation rotor circuit to exchange electromotive force electromotive force DC conversion, in the use of the state's three-phase inverter controlled rectifier circuit to obtain an adjustable DC voltage as additional electromotive force, to change the deteriorating power, to achieve the speed of adjustment.The design is asynchronous motor speed control system Cascade main circuit and a control circuit design. Including the main circuit, the design includes controllable rectifier circuit, controlled rectifier and inverter circuit transformer; Control circuit design is mainly Electricity Regulator speed regulator and the double-loop control system. Take into account when the system problems that may arise in the corresponding design of the system protection circuit.Keywords: cascade speed; Rectifier circuit；Trigger Circuit目 录引言 (1)第一章 串级调速系统的基本原理 (3)1.1串级调速系统的工作原理 (3)1.2异步电动机串级调速的机械特性 (4)1.3设计的技术参数 (5)1.4设计任务 (5)第二章 主电路的设计 (6)2.1主电路的设计原则 (6)2.1.1 设计思路 (6)2.1.2 设计依据 (6)2.2逆变变压器的计算与选择 (7)2.2.1逆变变压器原副边的接线方式 (7)2.2.2逆变变压器二次电压的计算 (7)2.3电动机参数的计算 (9)2.3.1等效直流电路总阻抗∑R 和总电感∑L 的计算 (11)2.4 整流电路和有源逆变电路的计算与选择 (12)2.4.1 转子整流器的计算与元件选择 (12)2.4.2 可控硅元件的选择与计算 (13)2.5 定子侧变压器的选择 (14)第三章 保护电路的设计与选择 (16)3.1 过电压保护 (16)3.1.1 交流侧过电压保护 (16)3.1.2 压敏电阻保护 (18)3.1.3 直流侧过电压保护措施 (19)3.1.4 晶闸管两端的过电压保护措施 (20)3.2 过电流保护 (20)3.3电压和电流上升率的限制 (21)3.4 缺相保护： (22)3.5 串频敏电阻保护 (23)3.6过载保护 (24)第四章触发电路的原理及设计 (25)4.1 触发电路的选择 (25)4.1.1 KC04移相触发器 (25)4.1.2 KC41六路双脉冲形成器 (29)4.2触发电路的计算 (30)4.2.1触发电路移相计算 (30)4.2.2脉冲变压器的选择 (32)结论 (35)参考文献 (37)谢辞 (38)引言随着生产技术的不断发展，直流拖动的薄弱环节逐渐显示出来。
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b.起动控制：控制逆变角，使在起动开始的瞬间，Ud与Uβ的差值能产生 足够大的 Id ，以满足所需的电磁转矩，但又不超过允许的电流值，这样电动 机就可在一定的动态转矩下加速起动。
随着转速的增高，相应地增大角以减小值 Uβ ，从而维持加速过程中动态 转矩基本恒定 。
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（2）调速
a.调速原理：通过改 变角的大小调节电动机 的转速。
由于电机在 低于同步转速 下工作，故称 为次同步转速 的电动运行。
sn
0 n1
~
P1 Pm
(1-s)Pm
CU
sPm
10
次同步速度电动运行状态
sPm
Te
12
不断加大+Eadd， s n
就可提高电机的转 速。当接近额定转
1
2n1
SP
速时，如继续加大
+Eadd，电机将加
P
速到s<0的新的稳
Pm
态下工作，即电机
转子电流 I2 的增大，会引起交流电动机
拖动转矩的增大，设原来电机拖动转矩与负载 相等，处于平衡状态，串入附加电势引起电 动机升速，在升速的过程中，随着速度增加， 转差率S减小，分子中sE2减小，电流也减小， 使拖动转矩减小后再次与负载平衡，降速过程 最后会在某一个较高的速度下重新稳定运行。
* 这种向上调速的情况称为高于同步速的串级调速。（超同步串调） 9
一.串级调速的原理 二.串级调速的基本运行状态及功率关系 三.附加电动势的实现 四.次同步串级调速主电路
2
一. 串级调速的原理
转子串电阻调速方法有什么缺点？
我们知道，对于绕线转子异步电动机，可以在其 转子回路串入电阻来减小电流，增大转差率，从而改 变转速。这种方法就是转子串电阻调速方法。
转子串电阻调速方法的主要缺点：大量转差功率将 在转子所串电阻上变成热量被消耗掉，因此不适合对 大容量电机降速，对小容量电机也因效率太低而不适 宜长期运行。
18
要实现前面所述的绕线异步电动机转子串联交流 附加电动势完成调速的基本思想，则所串入的交流附 加电势应该满足如下条件：
1.首先，转子是三相交流电路，因此交流附加电势
•
Ef
应为三相对称
交流电。
2.转子感应的三相交流电势
•
sE20
的频率、大小都是随转差率变化的，
因此附加的三相交流电势
•
Ef
也应随之变频变压。
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第二节 低同步串级调速系统整流 电路的工作特性
一.转子整流器的电路 二.转子整流电路的三种工作状态
33
一.转子整流电路
可以看成导通角 为0的三相全控
整流电路
D0
两个三相半波
可控整流电路
串接
34
▪ 假设条件 ▪ （1）整流器件具有理想的整流特性，管压降及
变 转子侧功率因数由于S通常较小而近似为1 电机稳定运行时，电磁转矩基本恒定
因此上式中的电流 I2 就基本是个恒定的值
电流 I2 I2
I2=CONST（常数）
6
如果此时在电路中加入一个附加电动势Eadd，附加电 动势的频率与转子相电动势sE20的频率相同，而相位 相同或者相反
sE20 r22 (sx20 )2
第二章 绕线式异步电动机 串级调速系统
第一节 串级调速的原理与基本类型 第二节 串级调速系统转子整流电路的工作特性 第三节 串级调速系统的调速特性和机械特性 第四节 串级调速的效率和功率因数 第五节 串级调速闭环控制系统 第六节 串级调速系统应用中的几个问题 第七节 串级调速系统应用实例
1
第一节 串级调速的原理与基本类型
u 2.34uT 2 cos Id R
27
2.34sE20 2.34uT 2 cos Id (Rd R RL )
由于惯性 维持不变
β增大→Id
增大→Te增 大
→ 如果系统中的负载保持不变，则电动机会加速 S减 → 小，sE20也就减小 Id减小，达到另一个动态平衡
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β为逆变器的逆变角β= -α
• 串调系统的主要缺点: ——系统的功率因数低。
原因是异步电动机的功率因数本来就不高， 再加上装置的变换电路及逆变变压器的工作都 要从电网中吸收无功功率 。
16
：不是以电机是否工作在同步转速以
上或以下来区分超同步或次同步串级调速系统， 而是以转差功率的传递方向来区分的。超同步串 调调速系统也会工作在同步转速以下（超同步速 串级调速系统的再生制动），次同步串调调速系 统也会工作在同步转速以上（次同步速串级调速 系统的回馈制动）
在上述的电路中，为了防止逆变颠覆，逆变角 的取值范围为30°≤β≤90°
β取得最小值30 °，电动机最低速运行 β取得最大值90° ，电动机最高速运行
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（1）起动：
a.起动条件：对串级调 速系统而言，起动应有足
够大的转子电流Ir或足够 大的整流后直流电流Id， 为此，转子整流电压Ud 与逆变电压Uβ间应有较大 的差值。
~
M
3~
sPe
CU1
TI CU2
次同步速串级调速系统主电路
20
b)转子输入功率的工况
~
M
3~
CU1 sPe
TI CU2
超同步速串级调速系统主电路
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四.次同步串级调速系统的基本类型及主电路。
从能量关系来说，低同步串级调速电动状态的 基本能量关系是串入附加电势，吸收转子降速引起 的转差功率，并将吸收的功率回馈电网的过程。
电机定子侧输出功 率给电网，电机成 -Te 为发电机处于制动 状态工作，并产生 制动转矩以加快减 速停车过程。
0<s<1
SP
P
Pm
(1 S)P
CU
SP
次同步速度再生制动状态
sn 0
n1
10 0
15
• 次同步速串调速系统的主要优点： ① 在调速范围不大时，装置容量小 ② 系统把大部份转差功率回馈给了电网，所以在低 速时的效率较转差功率消耗型的调速系统要高
(1 s)Pd sPd Pd 常数
结论：机械串级调速系统具有近似恒功率的机械特性。
* 电气串级调速系统因效率高、技术成熟和低成本而获得广泛应用。
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~
M 3~
UR
Id
++
~
UI
TI
~sEr0
E2
Eβ
~ E2T
- Ld -
(a)
电动机稳态时：ud u Id * RL
其中：ud 2.34sE20 Id Rd
在超过其同步转速
下稳定运行。 电机的轴上输出功
(1 S)P
SP
CU
率由定子侧与转子 0 n1
侧两部分输入功率 0 合成。
超同步转速电动状态
Te
电机处于定、转子双输入状态。绕线型异步电机在转子中
串入附加电动势后可以在超同步转速下作电动运行，并可
使输出超过其额定功率，这一特殊工况正是由定、转子双
馈的条件形成的。
逆变变压器TI
绕线转子 异步电动 机MA
测速信号取 自测速发电 机TG
~
MA
TG
E2 S
1C
起动电阻R
R
+
U
*
n+
-
Un
n
2C
负载
VR
Ld
VI
Ud
Ui
i
ASR
U
*
i+
- Ui
ACR U ct
TI U 2T I 2T
电流反馈 信号在逆 变桥交流 侧采样经 整流得到
电流反馈 信号也可 在直流侧 采样得到
b.调速过程：
随着转速的增高，相应地增大角以减小值 Uβ ，从而维持加速过程中动 态转矩基本恒定 。
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（3）停车
串级调速系统没有制 动停车功能。只能靠减小 角逐渐减速，并依靠负 载阻转矩的作用自由停车。
结论： （1）串级调速系统能够靠调节逆变角β实现平滑无级调速， （2）系统能把异步电动机的转差功率回馈给交流电网，从而使扣除装置 损耗后的转差功率得到有效利用，大大提高了调速系统的效率。
13
电动机转子输出 转差功率，经附 加电动势回馈给 电网，
P
Pm
sn
1
SP
2n1
定子也向电网回
馈功率。 s<0
(1 S)P
CU
SP
0 n1
-Te
0
电动机被负载拖
超同步速度再生制动状态
动，产生电气制
动
14
很多工作机械为了提 高其生产率，希望电 力拖动装置能缩短减 速和停车的时间，因 此必须使运行在低于 同步转速电动状态的 电机切换到制动状态 下工作。
I2
const
sE20 Eadd r22 (sx20 )2
sE20 Eadd
const
分母中只有s为变量， 而s的值通常很少，从 而可以认定分母为一
个不变的定值
由于E20是一个 电机参数决定的 常数，因此Eadd 的变化就能导致
S发生变化
7
将绕线异步电动机的转子电路中串入交流附加电势 Eadd
4
▪ 工作原理：
•
•
三相异步电动机的转子感应电压为：E2 sE20
转子电流为：
式中：
气隙磁通
异步电动机电磁转矩为： T kmI2 cos2
转子侧功 率因数
由电动机结构确 定的转矩系数
折算到转子侧 的定子电流
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▪ 电磁转矩的表达式中： 转矩系数由电动机结构决定 电源频率及定子相电压不变时，气隙磁通则不
▪ 机械串级调速系统用直流电动机作为可控直流电 源，通过控制直流电动机的励磁控制转子转速。 所吸收转差功率可以通过直流电动机与绕线电动 机的轴间直连将转差功率直接反馈给绕线电动机。