绕线转子异步电动机的串级调速
第二章--绕线式异步电动机串级调速系统
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 。
30
（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。
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。
绕线式异步电动机转子串电阻的调速控制
一课题背景21启动前的准备32启动控制33制动控制34调速控制过程4二任务要求4三设计思路51主电路52.PLC接线图63. I/O分配64.程序梯形图75.程序调试86.调试完成错误!未定义书签。
总结10一课题背景绕线式异步电动机转子串电阻的调速控制线路，对调速无特殊要求的生产机械，可以采用绕线式异步电动机拖动，绕线式转子异步电动机转子串电阻调速控制电路,按照时间原则启动、能耗制动的控制线路如图所示：工作原理分析如下1启动前的准备先讲主令控制器SA的手柄置到“0”位，再合上电源开关QS1，QS2,则有：（1）零位继电器KV线圈通电并自锁。
（2）KT1，KT2线圈得电，其延时闭合的动断触点瞬时打开，确保KM1，KM2线圈断电。
2启动控制将SA的手柄推向3位，SA的触点SA1，SA2，SA3,均接通，KM线圈通电。
则有：（1）KM的主触点闭合，电动机接入交流电源，电动机在转子串两段电阻的情况下启动。
同时，KT线圈得电，KT延时断开的动合触点闭合。
（2）KM的动断触点打开，KT1线圈断点开始延时，当延时结束时，KT1动断触点闭合，KM1线圈通电，KM1的动合触点闭合切除一段电阻R1，同时KM1的动断触点断开，KT2线圈断电开始延时，当延时结束时，KT2的动断触点闭合，KM2线圈通电切除电阻R2，启动结束。
3制动控制进行制动时，将主令控制器SA的手柄扳回“0”位，KM，KM1，KM2线圈均断电，电动机切除交流电源。
同时，KT1，KT2线圈得电。
则有：（1）KM的动断触点闭合，KM3线圈通电，电动机接入直流电源进行能耗制动；同时，KM2线圈通电，电动机在转子短接全部电阻的情况下进行能耗制动。
（2）KM的动合辅助触点断开，KT线圈断电开始延时，当延时结束时，KT延时断开的动合触点断开，KM2，KM3线圈均断电，制动结束。
4调速控制过程当需要电动机在低速下运行时，可将主令控制器SA手柄推向“1”位或“2”位，则电动机的转子在串入一段电阻或不串入电阻的情况下以较高速度运转二任务要求绕线式转子异步电动机转子串电阻调速控制电路的PLC程序设计。
异步电动机转子回路串电阻调速—归于改动转差率调速Sm改动
异步电动机转子回路串电阻调速—归于改动转差率调速Sm改动
这种调速办法只适用于绕线式异步电动机。
从图1可见，当恒转矩负载时，因为转子回路串入调速电阻Rt，使sm增大,机械特性变软，从曲线1成为曲线2，所以电动机从a点作业到b点，其转速由n1(1-s1)降到n1(1-s2)，然后到达调速的意图。
带恒转矩负载调速时，因为Tem=TL为常值，即坚持不变，转子电流I2不变，功率因数不变，则有：
（1）
式（1)阐明，绕线式异步电动机选用转子回路串电阻办法带恒转矩负载调速时，其转差率将跟着转子回路总电阻(R2+Rt)成正比改动，而且调速前后，定转子电流、输入功率、气隙磁场和电磁功率皆不改动。
转子回路串入电阻越大，转子铜耗越大，电动机作业功率越低。
故这种调速办法又称为能耗调速,功率低。
此法调速虽不经济，但简略便当，带必定负载时调速计划也较好(空载时用此法调速，计划小；重载时，电机特性太“软”，易不安稳)，故在中、小型电机中运用较广泛。
1。
第七章 绕线转子异步电动机调速系统
功率流程
s n
SP 1
P1
1 2n1
(1 S ) P 1
SP 1
CU
0
-Te
n1
0
c） 超同步速回馈制动状态
. 电机在超同步转速下作电动运行
工作条件： 设电机原已在 0 < s < 1 作电动运行，转 子侧串入了同相的附加电动势+Eadd，轴上 拖动恒转矩的反抗性负载。 当接近额定转速时，如继续加大+Eadd电 机将加速到的新的稳态下工作，即电机在 超过其同步转速下稳定运行。
工作条件： 进入这种运行状态的必要条件是有位能性 机械外力作用在电机轴上，并使电机能在超 过其同步转速n1的情况下运行。 此时，如果处于发电状态运行的电机转子 回路再串入一个与 sEr0 反相的附加电动势 +Eadd ，电机将在比未串入 +Eadd 时的转速更 高的状态下作回馈制动运行。
运行工况： 电机处在发电状态工作，s 1，电机功率由 负载通过电机轴输入，经过机电能量变换分别 从电机定子侧与转子侧馈送至电网。
由于转子侧串入附加电动势极性和大小的
不同， s 和 Pm 都可正可负，因而可以有以
下五种不同的工作情况。
1. 电机在次同步转速下作电动运行
工作条件： 转子侧每相加上与 Er0 同相的附加电动势+Eadd （Eadd < Er0），并把转子三相回路连通。 运行工况： 电机作电动运行，转差率为 0 < s < 1，从定子侧输 入功率，轴上输出机械功率。
U d Ui I d R 或 K1sE20 K 2U 2T cos I d R （7-4）
可写出整流后的转子直流回路的电压平衡方程式
绕线转子异步电动机双馈调速系统
此时功率变换单元CU得组成如图7-3a所示,其中 CU1就是整流器,CU2就是有源逆变器。对于工况4 和5,电动机转子要从电网吸收功率,必须用一台变 频器与转子相连,其结构如图7-3b,CU2工作在可控 整流状态,CU1工作在逆变状态。
Er sEr0
(7-1)
式中s ——异步电动机得转差率;
Er0 ——绕线型异步电动机转子开路相电动势, 也就就是转子开路额定相电压值。
7、1、1 绕线转子异步电动机 转子附加电动势得作用
图7-1 绕线型异步电动机转子附加电动势得原理图
转子相电流
在转子短路情况பைடு நூலகம்,转子相电流得表达式为
Ir
sEr0 Rr2 (sX r0 )2
绕线转子异步电动机双馈调速方法早在20世纪30年 代就已被提出,到了60~70年代,当可控电力电子器 件出现以后,才得到更好得应用。
7、1 绕线转子异步电动机双馈 调速工作原理
异步电动机由电网供电并以电动状态运行时,她 从电网输入(馈入)电功率,而在其轴上输出机械 功率给负载,以拖动负载运行。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交
11
7、1、2 绕线转子异步电动 机双馈调速得五种工况
在绕线型异步电动机转子侧引入一个可控得附加 电动势并改变其幅值,就可以实现对电动机转速 得调节。
可控附加电动势得引入必然在转子侧形成功率得 传送,既可以把转子侧得转差功率传输到与之相 连得交流电源或外电路中去,也可以就是从外面 吸收功率到转子中来。
7、2、1串级调速系统得工作原 理
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。
论述绕线式异步电机转子回路串电阻调速
论述绕线式交流异步电动机转子回路串电阻调速原理兰州理工大学操纵理论与操纵工程谯自健 1220811010150 引言绕线式交流异步电动机转子回路串电阻调速是传统调速方式之一，其结构简单，易于实现。
本文通过对绕线式交流异步电动机转子回路串电阻调速的原理、效率和缺点方面作出分析。
1 绕线式交流异步电动机转子回路串电阻调速原理转子串电阻调速的线路图和机械特性如图（a)和（b）所示，拖动恒转矩负载时，能够取得几级不同的速度。
图（a）转子回路串电阻调速线路图图（b）机械特性曲线依照电机学原理知：60-S f n p =极对数（1） 其中n 为电动机转速，f 为电源频率，S 为转差率(1)Pm S Pe =-（2） *Pa S Pe = （3）其中Pe 为异步电动机电磁功率，Pm 为异步电动机机械功率，Pa 为转子铜耗即转差功率因此得::1:(1):Pe Pm Pa S S =- 由式（4）能够看出SPm 减小，相反转差功率Pa 在增大，而转速n 随S 的增大而减小。
因此所绕线式异步交流电动机转子回路串电阻调速的实质是通过改变转差功率或转差率的大小来调剂转速n 的。
当串入的电阻阻值越大那么转差功率增大，随之转差率S 变大，从而使转速n 下降。
2 绕线式异步交流电动机转子回路串电阻调速的优缺点 绕线式转子异步电动机，通过转子回路串入不同数值的电阻R ，改变转差率S 调速的传统方式，能够取得不同斜率的机械特性，从而实现速度的调剂。
这种调速方式简单方便，但存在如下缺点：（1）调速是有级的，不滑腻。
（2）在深度调速机会械特性很软，致使负载有较小转变，即可引发转速的专门大的波动，降低了静态调速精度。
（3）转差功率Pa 消耗在电阻发烧上，效率低。
由于是通过增大转子回路的电阻值来降低电动机转速的，当拖动恒转矩负载时，转速n 越低，转差率S 就越大，从而使得转差功率也愈大，电能消耗大，效率更低。
当转差功率S=0.5时，效率η<0.5。
绕线式电动机转子串电阻调速方法
绕线式电动机转子串电阻调速方法绕线式电动机转子串电阻调速方法绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。
串入的电阻越大，电动机的转速越低。
此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。
属有级调速，机械特性较软。
1、串电阻启动增加起动转矩，降低起动电流，起动达速后切除启动电阻（就是短接转子回路）全速运行。
2、串电阻启动（电阻最大值起动），根据需要调整电阻的阻值，可以改变电机的运行速度，达到调速的目的（是有范围的调速）。
绕线式电机的启动电流是可调的，通过调整转子串联的电阻大小，可以调节绕线式电机的启动电流！原理：对于绕线式异步电动机，当电网电压及频率不变时，在转子回路中串入电阻后，可以改善电动机的起动转矩，在绕线电机转子中串接启动电阻，减小启动电流，电阻一般接为星形接法，根据公式：I0=U0/R0当转子串接电阻时R0↑,在U0不变的情况下，I0↓,此分析忽略电机感抗的损耗。
启动前将电阻全部接入转子回路，随着启动过程的结束，启动电阻被逐级短接，KM1,KM2,KM3逐级吸合，保证始终有较大的起动转矩，短接方式可以遵循时间和电流调节原则，KA1,KA2,KA3中间继电器可以根据实际工作情况而定。
RN=E N÷I N÷√3 R N：电机转子额定电阻E N：电机转子额定电压I N：电机转子额定电流例：240KW-6极电机，定子电流436A，定子电压380V。
转子电流376A，转子电压407VRN=(E N÷IN)÷√3=(407÷376)÷√3=（ 1.0824）÷√3=0.624Ω△RY1=1.4 RN = 1.4×1.0824 = 1.515Ω△RY2=0.5RN = 0.5×1.0824= 0.5412Ω△R1=0.3RN = 0.3×1.0824 = 0.3247Ω△R2=0.2 RN = 0.2×1.0824 = 0.21648Ω△R3=0.12 RN = 0.12×1.0824= 0.1299Ω△R4=0.07RN = 0.07×1.0824= 0.0757Ω△R5=0.04 RN = 0.04×1.0824 = 0.04329Ω△R6=0.02RN = 0.02×1.0824= 0.021648Ω上为8级加速,总电阻值为（电压/电流√3）0.624Ω另注：输出的转矩一定时，转子串电阻越大（在一定范围内），速度越慢。
6章 绕线式异步电机的串级调速及双馈调速系统
r
add
M 3~ Er =SEr0 Ir
.
.
Eadd
+
sEr0 Eadd I r Te n s
图6-1 绕线式异步电动机转子 附加电动势的原理图
此时转速下降，转子电动势 Er sEr0 随之增大，转子电流也逐渐增大 直至转差率s增大到 s 时，使得
sEr0 Eadd sEr0 Eadd
（6.2）
（6.3）
Pmech 1 s Pm
• 转差功率为
Psl sPm
（6.4）
• 定、转子的电磁功率相等即 Pms Pmr Pm
•根据动力学原理，异步机的理想空载机械角速度
m Pm / Te
式中，
m
（6.5）
Pm 为异步机电磁功率；
Te 为输出转矩。
•
（6.5）的异步机理想空载机械角速度为电磁功率与电磁转矩 之比，其含义是：在假定转子无损耗的理想状态下，异步机 的全部电磁功率都转化为机械功率所能获得的转速。转速降 即为转速损失，取决于转差功率。 • 由此可见，交流调速的实质在于控制其机械功率，电气上有 电磁功率控制和转差功率控制两种原则。
6.2.1绕线式异步电动机串级调速的工作原理
• 异步电机运行时其转子相电动势为： sE （6.7） E r r0 式中，s 为异步电动机的转差率； Er0为绕线式异步电动机在转子不动时的相电动势， 或称转子开路电动势，也就是转子开路额定相电压值。 • 在转子短路情况下，转子相电流Ir的表达式为： sE r0 Ir 2 （6.8） Rr2 sX r0 式中，Rr 为转子绕组每相电阻； Xr0 为s =1时的转子绕组每相漏抗。
• 主要是转子整流电路的以下不同点：
绕线转子异步电动机的串级调速系统
s
串电阻调速可通过分析转子回路电流来认识其调速的物 理过程 异步电动机电磁转矩的物理表达式
M
nT
3~
T CTm I 2 cos 2
I2
电磁转矩T只与转子回路中的有功电流 成正比
I 2T I 2 cos 2
R 绕线转子异步电动机转子回路串电阻调速
a)电路图
1 b)机械特性 0 TL T
E2s
输出 E add 有功功率
5
电机达到超同步 速的新稳态工作 点
由正转变成反转
反向串联
6.1 串级调速的原理与类型（续3）
3．附加电势获得的方法
~
M A TI E 2S VR i2 U do U i VI
控制系统
次同步速串级调速系统主电路 附加电势吸收电机转子送来的转差功率 Ps 这部份能量可通过有源逆变送回电 网
~
MA
TG
Ld Id
R Ld R1
n f T | 1
Ud 0 2.34s0 E20
Ui 0 2.34U2T cos 1
S
0
U cos 1 s0 | 1 2T E20 空载时I d 0
1
下的人为机
Ud
Ui
+ 负载
+ -
U i0
U d 0 Ui 0
S0=0 90
15
6.2 次同步速串级调速系统（续4）
1．能量传递关系
四.串调系统的能量传递关系与效率
a)
Pin
P1
Pm
pCu 2 pFe Ps PF P1 Pm
Pmec
pCu 2 ps p
P2 pmec
三相绕线异步电动机转子绕组串电阻调速对电机转速的影响。
三相绕线异步电动机转子绕组串电阻调速
对电机转速的影响
三相绕线异步电动机转子绕组串电阻调速是一种常见的调速方法，它通过在转子绕组中串入电阻来改变电机的转速。
这种调速方法的基本原理是通过改变电机的转差率来实现调速。
具体来说，当电机运行时，转子绕组中的电流会产生磁场，这个磁场会和定子磁场相互作用，从而产生转矩，推动电机旋转。
当转子绕组中串入电阻时，电阻会消耗一部分电能，导致转子电流减小，从而减小转子磁场的强度。
由于电机的转矩与转子磁场的强度成正比，所以转子磁场强度的减小会导致电机的转矩减小，从而使电机的转速降低。
因此，三相绕线异步电动机转子绕组串电阻调速可以通过改变转子电流的大小来实现对电机转速的控制。
当转子电流减小时，电机的转速就会降低，反之则会提高。
通过调节串入转子的电阻值，可以控制转子电流的大小，从而实现对电机转速的精确控制。
需要注意的是，转子绕组串电阻调速会导致电机的效率降低，因为电阻会消耗一部分电能。
同时，由于电阻的加入会改变电机的电磁特性，所以需要对电机进行重新设计和调试，以确保电机的性能和可靠性。
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
E f jsX 20
I2'
I2
Te ' Te
n
s s'
n
s
I2 '
I
2
'
I2
n'
Te ' Te
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。
绕线转子异步电机串级调速
绕线转子异步电机串级调速
蒋洪瑶
【期刊名称】《中小型电机》
【年(卷),期】1993(020)006
【摘要】一、晶闸管串级调速的基本原理晶闸管串级调速也称带晶闸管逆变器的集电环感应电机(即绕线转子异步电机)速度控制系统。
这种电机的调速方法过去通常在其转子回路中串入附加电阻进行转差能耗调速控制,这种方法虽然简单,但转差功率
【总页数】5页(P38-41,43)
【作者】蒋洪瑶
【作者单位】上海工业大学
【正文语种】中文
【中图分类】TM343.4
【相关文献】
1.基于Simul ink的绕线式异步电机串级调速系统虚拟实验分析 [J], 张厚升;于兰兰;孟天星;姜吉顺
2.功率因数补偿式绕线异步电机串级调速方法研究 [J], 刘志刚;和敬涵
3.基于双PWM整流器绕线异步电机串级调速控制 [J], 全吉男;王聪
4.绕线式异步电动机转子斩波串级调速系统的研究 [J], 谢军;王清灵
5.中小型绕线式异步电机可控硅串级调速系统的研究 [J], 廖凡;郭亮
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异步电动机的串级调速
2016年3月31日星期四
串级调速的基本原理是什么？
基本思路： 1.转子串电阻调速是通过改变转子电流改变电磁转矩实现调速； 2.转子不串入附加电阻-----改为串入附加电动势同样可实现调速； 3.将调速引起的转差功率损耗，回馈回电网或电动机本身，既提高效率、 又实现变转差率调速。 4.该方法被称为绕线转子异步电动机的串级调速控制方案。 工作原理： 三相异步电动机的转子感应电压为： E 2 s E 20 转子电流为： 式中：
2016年3月31日星期四
2.转子整流器的第二工作状态 （Id较大， 600 不变，出现强迫延时换相角）
特征：
当重叠达到600，电流达到第一工作 状态最大电流（或一、二状态分界 电流Id1-2）以上，如果负载电流继 续增大，最初时重叠角会大于600， 但稳定以后，两个二极管的重叠会 均匀地保持600不变，但所有二极管 的换流都被迫从自然换流点向后延 迟一个角度 p 。 电流越大，这个强迫延时换相 角就越大，但有：
I2 '
sE20 E f R2 jsX 20
I 2 ' I 2 Te ' Te n
s s ' n s I 2 ' I 2 ' I 2 n' T ' T e e
电机在转速n ′处实现平衡，转速调为n ′ 。
2016年3月31日星期四
I 2 ' I 2 Te ' Te n
s s ' n s I 2 ' I 2 ' I 2 n' T ' T e e
异步电动机的几种调速方法 ——转子回路串电阻调速
• 可见这种调速方法很不经济，降低转速所 减少的输出功率全部消耗于调速电阻的铜 耗上。另一缺点是转子加电阻后电动机的 机械特性变软，即负载变化时转速将发生 显著变化。
• 由此可见在转子回路串电阻调速存在很多 缺点，但由于比较简单，又可平滑调速， 在中小容量的绕线式电动机还是用得不少， 例如交流电源的桥式起重机几乎都用到这 种方法调速。
• 在变阻器的电阻增加最初瞬间，电动机的 的转速还来不及改变，因此转子电流减小， 相应地电磁转矩也减小，电动机的转速开 始下降，而转子的电势开始增加，随之转 子电流又回加到与其 对应的电磁转矩和总负载转矩互相平衡为 止，这时电动机在一个较低转速下稳定运 行。
• 当转子回路串入调速电阻时，若电动机总 负载转矩保持不变，电动机从一个运行点 到另一个运行点，相应地转差率从S1增加 到S2，转速则从n1(1-S1)降到n1(1-S2)。 增加调速电阻，转速便越下降。
• 从转子回路串电阻调速曲线图（略）可见 在一定的调速电阻变化范围内，调速范围 的大小随负载的轻重而变化；在空载下调 速，则调速范围甚小，实际上达不到调速 的目的。
• 此外，在恒转矩调速时，从电磁转矩参数 表达式（略）可知，恒转矩调速时转差率s 将随转子回路总电阻成正比例变化，总电 阻增加一倍，则转差率也增加一倍，于是 根据等效电路可见：恒转矩调速时，定、 转子电流、输入功率、气隙磁场和电磁功 率皆不变，而与转子回路串入电阻的大小 无关。于是，如果把转速调得愈低，即转 差率愈大，就需要在转子回路串入愈大的 电阻，随之转子铜耗就愈大，电动机效率 就愈低。
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异步电动机的几种调速方法 — —转子回路串电阻调速
• 在转子回路串一变阻器调速只适用于绕线 式异步电动机。调速时的接线图和起动时 的一样，所不同的是：一般起动变阻器都 是短时工作的，而调速用的变阻器应为长 期工作的。
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如：三相全控桥式电路变压器电流波形
i1，i2
120 Id
ωt
-Id 120
i1
i2
23
Id [sint
1 5
sin5t
1 7
sin7t
1 sin11t 1 sin13t ]
11
13
为减小对电网的影响，晶闸管的电流 波形应为什么形状？
具体 措施： 小控制角运行
三相电路尽量采用桥式电路 变流变压器采用Ｄ/Ｙ或Y/D联接 增加整流相数 采用谐波滤波器
一、低同步串级调速的基本原理 二、简介超同步串级调速 三、斩波式逆变器串级调速原理
一、低同步串级调速的基本原理
分析： 1、电动机的转速与电流I2的 关系？ 2、电流I2的大小在如图电路 中与什么量有关？ 3、E变大时，电流如何变化？ 转速如何变化？
结论：调节E－－调节Id－－调节I2－－调节转速
一、低同步串级调速的基本原理
两组晶闸管 电压要求高的负载 串联供电 电压要求低的负载
Ud UdＩ UdＩ Ｉ Ud UdＩ UdＩ Ｉ
二、晶闸管装置对电网的影响
变流装置可能会对电网造成什么影响？
引起谐振，造成热损坏、振动、闪烁等事故。 对通信线路产生杂音 对变压器铁心产生噪音，损耗增加 使电机产生脉动转矩，损耗增加 影响电压和电流的相位差，测量精确度下降 导致计算机误动作
小结
➢串级调速的含义 ➢低同步串级调速与超同步串级调速 ➢斩波式逆变器串级调速
第五节 晶闸管装置的功率因数 与对电网的影响
功率因数指的是什么？ 功率因数角指的是哪个角？
cos P
S
功率因数角是指（ ）与（ ）的相位差。
一、晶闸管装置的功率因数及其改善
１、晶闸管装置的功率因数
u，i u1
u，i u1
斩波器输至整流 桥侧的电压
U d
T
T
所以
Ud
T
T
U d
n
n0 [1
(1
T
)
U 2l E20
cos
min ]
电流斩波 波形
结论：调节τ就 可以调节转速。
斩波式逆变器串级调速的特点：
多了一个斩波环节； 逆变变压器的容量和晶闸管的容量都小，成本低； 减小高次谐波分量，降低谐波电流； 大大改善功率因数； 线路简单。
✓低同步串级调速的电动机转子功率如何传递？ ✓能否由右边的电源对电动机转子供电？ ✓如果要实现超同步运转该采取什么措施？
低同步串级调速图
结论：可以采用两个全控桥。
T
T
T
T
T
T
超同步串级调速图
三、斩波式逆变器串级调速原理
电流斩波波形
整流桥输出电压 Ud 1.35sE20
逆变器输出电压 Ud 1.35U2l cos min
i11
I1
i1
i11
I1
i1
ωt
φ１ ud
α
u12
u21
u12
φ１
ud αβ
u12
u21
u12
ωt
ωt ωt
整流
逆变
单相全控桥电感性负载电压电流波形
一、晶闸管装置的功率因数及其改善
１、晶闸管装置的功率因数
S U1I1 P U1I11 cos 1
cos
P S
U1I11 cos 1
U1I1
I11 I1
cos 1
cos 1 cos
cos I11 cos
畸变系数Leabharlann I1I11 单相全桥为0.9
位移系数 I1 三相桥式电路为0.955
cos
一、晶闸管装置的功率因数及其改善
２、采用的改善功率因数的方法
因为功率因数与畸变系数和位移系数有 关，所以要采用下列措施改善功率因数：
❖小控制角运行 ❖采用两组变流器的串联供电 ❖增加整流相数 ❖设置补偿电容
串 级 调 速 主 电 路 原 理 图
一、低同步串级调速的基本原理
U d 1.35sE20
U d 1.35U 2l cos U d 1.35sE20 s U 2l cos
E20
所以，改变逆变角就可以改变转差率，即可以调速。 如果逆变角减小，电机转速如何变化？（请一位同学回答）
二、超同步串级调速简介
复习：直流可逆拖动系统
提问： 从上两图看，哪台是绕线式异步电动机？
看上图，绕线转子异步电动机的结 构与笼型电机有何不同？它是如何调 速的？
回忆几个有关的物理量：
转差率s E20 E2l
s n0 n n0
转子的开路电动势 转子的线电动势
绕线转子异步电动机的串级调速
串级调速－－改变绕线式电机转子回路的引入附加 电势来实现电机调速的方法。
ＬＢ U V W
C5 L5
C7 L7
C11 L11
抑制谐波的滤波器
总结
绕线式异步电动机串级调速的基本思想 是什么？
变流装置对电网的不良影响主要有哪些？ 采用什么办法可以抑制或减小这些影响？
请设计一个绕线式异步电动机串级调速 系统的主电路，要求要有完整的交直流过压 过流过载保护，及相应的接触器主触头。说 明各部件的工作原理。