绕线式异步电动机交流调速控制系统设计

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绕线式异步电动机交流调速控制系统设计

摘要

本文主要通过对选择绕线式异步电机系统来控制造纸机，最终的选择串级调速控制系统，该系统是由异步电动机、转子整流器、频敏变阻器、有源逆变器、触发装置和信号检测等元件组成。文章的重点就是系统参数的设计。

关键词：绕线式异步电动机调速控制系统

ABSTRACT

This paper mainly through to choose wound rotor asynchronous motor system to control the paper machine, the final choice bunch_rank speed-control control system, this system is made asynchronous motor, rotor rectifier, frequency sensitivity rheostat, active inverter, triggering device and signal detection components. The article is to focus on the design of system parameters.

Keywords: Wound rotor asynchronous motor Speed Control system

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前言

由于绕线式异步电动机要求启动转矩大，能平滑调速的场合。所以它是工农业生产及国民经济各部门中应用最为广泛而且需要量最大的一种电机。金属切削机床、轧钢设备、鼓风机、粉碎机、水泵、油泵、轻工机械、纺织机械、矿山机械等，绝大部分都采用绕线式异步电动机拖动。

绕线式异步电动机的控制方式可以分为3点：启动，调速与制动。

第 1 章系统方案的选择

本论文的目的

经过前言部分我们主要讲解了绕线式异步电机的使用场合和它的三种控制方式。既然它的应用这么多，下面我来设计一种电动机在造纸机上的使用。

系统的选择

)

由于绕线式异步电动机, 相对于笼型异步电动机而言,具有起动电流小,起动转矩大的特点。一般应用在大功率重载起动的情况下, 或者功率虽然不大, 但要求频繁起动、制动和反转的场合。该电机的控制方式一般有两种:转子串电阻调速和串级调速。而造纸机的要求是启动电流要小，启动转矩大。还要求频繁的启动。所以可以使用绕线式异步电机调速来控制造纸机。

至于转子串电阻和串级调速之间的选择：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。它是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，因此效率高。串级调速能实现无级平滑调速，低速时机械特性也比较硬，它已经是克服了转子串电阻调速的缺点，具有高效率、无级平滑调速、较硬的低速机械特性等优点。

所以这里选择使用绕线式异步电机串级调速来控制造纸机。

第2章系统的组成与工作原理

系统的组成

在选择电机在满足工艺要求和保证生产质量的前提下我们要力求投资小，效益高，操作简单。根据造纸机对电气传动系统的要求，由于调速范围小，所以采用晶闸管串级调速是较合理的方案。

本调速系统的主要组成部分有异步电动机、转子整流器、频敏变阻器、有源逆变器、触发装置和信号检测等元件。整流器和逆变器是应采用三相桥式电路。图1-1为本系统所采用方案的示意框图。

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为了减少串调装置的容量和满足使电动机能完全脱离调速装置而“高速”运转的要求，本系统不使用串调装置的直接起动，而是采用频敏变阻器进行起动。起动完毕后，若需转入

“调速”状态下低速工作，只需将接触器

2

KM接通，KM断开，即可切换至串级调速运行状

态。在调速装置发生障碍时，先经频敏变阻器升速，先经频敏变阻器升速，然后通过

1

KM触点短接转子，使电动机全速运行，这样可以调速装置进行检修而不中断生产。

补偿电容

图 1-1 造纸

机传动系统框图

串级调速原理

绕线式异步电动机的串级调速系统是引入一个附加电动势E

ab ，且令E

ab

的频率和转子电

动势的频率相等，则转子回路的总电动势即为转子电动势E

2s 和附加电动势E

ab

的代数和，从

而使转子电流随着二者的相互关系而变化。如果对电动势的方向及数值加以控制，就会得到性能远比转子串电阻调速法优越的结果。首先是节省了电阻上的热能损耗；其次是改变附加电动势的大小和方向十分灵活、方便，可做到平滑无级调速。

所以串接一个与转子电动势E ab 同频率的附加电动势ab E 如图2-1所示，通过改变ab E 值的大小和相位，同样也可实现调速。

产生附加电动势

装置

（

图 2-1 转子串E ab 的串级调速原理图

串级调速的基本原理可分析如下： 未串ab E 时，转子电流为：

()

2

22

222sx r sE I +=

当转子串入的ab E 与22sE E s =反相位时，电动机的转速下降。因为反相位的ab E 串入后，立即引起子电流2I 的减少，即

222

222

22

222)

(x s r s

E E sx r E sE I ab ab +⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛-

=

+-=

当转子串入的ab E 与s E 2同相位时，电动机的转速升高。同相位的ab E 串入后，立即使2

I 增大，即 ￥

(

)

2

22

222sx r E sE I ab ++=

由上面分析可知，当ab E 与s E 2反相位时，可使电动机在同步转速以下调速，称为低同步串级调速。E ab 与E 2s 同相位时，可使电动机朝着同步转速方向加速，E ab 幅值越大，电动机的稳定转速越高，当E ab 幅值足够大时，电动机的转速将达到甚至超过同步转速，这称为超同步串级调速。

晶闸管串级调速系统主电路设计

图2-3 晶闸管串级调速系统主电路

上图为晶闸管串级调速系统主电路图，M 为三相绕线转子异步电动机，其转子相电动势

0r sE 经过三相不可控整流装置整流，输出直流电压d U 。工作在有源逆变状态的三相可控整流

装置除提供可调的直流电压i U 外还可将经整流装置整流输出的转差功率逆变，并回馈到交流电网。

。

转子整流器和产生附加直流反电动势的晶闸管有源逆变器，均采用三相桥式电路。逆变器逆变电压i U 即为转子回路中串入的附加直流电动势。直流回路电流I d 决定于拖动的负载转矩，当负载一定时，d I 为定植，改变逆变器的逆变角β，逆变电压i U 相应改变，便实现调速。

逆变变压器起到了电动机转子电压与电网电压匹配的作用，其二次侧电压2t U 不但与转子