绕线式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。
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。
第3章 第3节 绕线式异步电动机的调速
可直接控制转子回路内的滑差功率 实现转子串电阻调速和串级调速等调速方式 串级调速－－变流装置在转子侧 调节滑差功率，调速装置容量小 3.3.1 绕线式异步电动机转子串电阻调速 1、转子串电阻调速原理 转子回路接三相附加电阻 机械特性从自然特性变为人工特性 最大转矩不变
临界转差率将随外加电阻的增大而增加
改变值，逆变器输出电压变化，实现调速
19
①第1工作区
（ p 0
600 ）
转子整流输出电压（考虑换流压降及电机转子侧电阻Rd）：
U d 2.34sE 2 ( 3sX d
2 Rd ) I d
逆变电压：
U 2.34U 2T cos ( 3X T
2 RT )I d
1）亚同步系统－－交直交 静止变流器作用： 回收利用转子绕组中的转差功 率－－传递有功功率 二极管不可控整流桥把转差频率 的交流变成直流 有源逆变器把直流变成电网频 率的交流回馈电网 PCU—Power Converter Unit
2）超同步系统－－交－交变流器
静止变流器能双向传递有功功率 既能运行于亚同步速度，又能运行 于超同步 同时相位能随意变化，传递无功 功率，改善功率因数
) cos1 (1
2X d Id 6 E2
)
Xd－－转子不动时折算到转子侧的总漏抗 Id－－负载电流即整流输出电流
E2－－电机静止时转子绕组相电势
γ角与转差率s无关 随着负载电流Id的增加而增加
当 Id 6E2 4Xd 时
60
14
2、转子整流电路3种工作状态 ①第1工作状态 负载不很大，换流重叠角γ随负载上升而增大，变化范围：
忽略分母中 有
三相异步电动机串级调速特征
三相异步电动机串级调速特征串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调度的附加电势来改动电动机的转差，抵达调速的意图。
大有些转差功率被串入的附加电势所吸收，再运用发作附加的设备，把吸收的转差功率回来电网或改换能量加以运用。
依据转差功率吸收运用办法，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办法，多选用晶闸管串级调速，其特征为： 1.可将调速进程中的转差损耗回馈到电网或出产机械上，功率较高; 2.设备容量与调速计划成正比，出资省，适用于调速计划在额外转速70%-90%的出产机械上;
3.调速设备缺点时能够切换至全速作业，防止停产;
4.晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大;本办法适宜于风机、水泵及轧钢机、矿井行进机、揉捏机上运用。
1。
绕线式异步电动机的串级调速汇总
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。
【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。
串级调速的应用
串级调速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产生的。
它属于变转差率来实现串级调速。
与绕子串电阻的方式不同，串级调速可以将异步电动的功率加以应用（回馈电网或是转化为机械能送回到电动机轴上），因此效率较高。
它能实现无极平滑调速，低速时机械特性也比较强。
特别是晶闸管低同步串级调速系统，技术难度低，性能比较完善。
晶闸管串级调速系统具有结构简单、可靠、节能、经济、维护方便的特点，使得这种调速技术首先在风机、泵类机械上得到了广泛的应用目前在冶金、纺织、化工、煤炭、造纸、建材及城市自来水等工业部门正在逐步推广使用。
晶闸管串级调速技术除可用于新设备设计外，还可用于对旧设备进行技术改造，这样，不仅能改善调速性能，又可以节约能源，因此，在我国适当推广应用晶闸管串级调速技术具有极大的技术和经济意义。
本设计依据造纸厂对电力拖动系统的要求，采用晶闸管串级调速来实现，满足造纸厂对电力拖动系统调速性能和节能的要求。
主要研究三相交流绕线式异步电动机晶闸管串级调速系统的主、辅电路设计有关的技术问题，包括系统的组成与工作原理、主回路的设计、控制回路的设、系统的静动态工作特性计算分析等。
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。
整流器和逆变器均采用三相桥桥式电路。
调速系统的工程设计是在已知对系统静、动态性能的要求情况下，以频率法为工具，将系统进行合理简化，采用设置校正装置的方法，使整个系统近似成典型的低阶结构。
掌握了典型系统参数与性能指标之间的关系，根据设计要求，就能利用现成的公式和图表进行设计了。
工程设计的步骤就是根据被控制对象和要求，确定预期的典型系统，选择调节器形式，确保系统的稳定性，并满足所需要的稳态精度，计算调节器的工程最佳参数，满足动态指标。
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。
绕线式异步电动机串级调速仿真
基于Matlab 的绕线式异步电动机串级调速仿真张毅（重庆交通大学 机电与汽车工程学院，重庆 400074）1.研究背景随着人们对能源转换效率要求的不断提高和交流电机的飞速发展，交流电机用途已经十分广泛。
对交流电机进行必要的调速就显得比较重要了，作为比较常见的绕线式异步电动机，改变其转子绕组控制变量以实现调速，并且转子侧的控制变量有电流、电动势、电阻等。
通常转子电流随负载的大小决定，因此，不能对电动机转速进行平滑调节，而转子回路阻抗的调节属于耗能型调速，从节能的角度希望产生附加直流电动势的装置能够吸收异步电动机转子侧传递来的转差动率并加以利用，所以转子侧的控制变量只能是电动势，这就是本文主要的研究方向。
2.串级调速系统的工作原理对绕线式异步电动机，其转子侧影响电机转速的参数有转子回路的阻抗和转子电动势。
改变其转子回路电阻进行转速调节属于能耗型的调速方法。
本论文研究改变转子电动势这个物理量将会产生什么效果。
异步电动机运行时其转子相电动势为r r0E sE = (2.1) 其中，s 为异步电机的转差率；r0E 为绕线式异步电动机在转子开路时的相电动势，也是转子额定相电压值。
式2.1表明，绕线式异步电动机工作时，其转子电动势r E 值与转差率成正比。
此外，转子频率2f 也与s 成正比，21f sf =。
在转子短路情况下，转子相电流r I 的表达式为r I =(2.2)其中，r R 为转子绕组每相电阻；r0X 为1s =时的转子绕组每相漏抗。
如在转子绕组回路加上一个可控的交流电动势add E ，此附加电动势与转子电动势r E 频率相同，并与r E 同相（反相）串接，如图2.1所示。
图2.1 绕线式异步电机转子附加电动势的原理图此时转子回路的相电流表达式为 r I =(2.3)当电机处于电动状态时，其转子电流r I 与负载大小有关[1]。
当电动机带有恒定负载转矩L T 时，可近似的认为不论转速高低转子电流都不变，此时在不同s 值下式2.2与式2.3应相等。
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
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。
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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。
2)装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额定转速70%一90%的生产机械上。
3)调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产;4)晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大;本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。
三、串级调速原理及基本类型3.1、原理假定异步电动机的外加电源电压U1及负载转矩M L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 f 则转子电流为≈+±=22022202)(sX R E sE I f 常数 （ 式—1 ）式中：R 2：转子回路电阻；sX 20：转子旋转时转子绕组每相漏抗 E 20：转子开路相电势电动机在正常运行时，转差率s 很小，故R2≥sX 20。
忽略sX 20有常数≈±f E sE 20 （ 式—2 ）上式中，E 20为取决于电动机的一个常数，所以，改变附加电势E f 可以改变转差率s ，从而实现调速。
设当E f = 0时电动机运行于额定转速，即n = n N , s = s N ,由（ 式—2 ）可见，当附加电动势与转子相电势相位相反时（E f 前取负号），改变E f 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（E f 前取正号），改变E f 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。
图a 为低于同步转速电动状态。
此时转子电流与转子电动势趋于一致，而与附加电动势相位相反。
故转子绕组输出转差功率sP 被附加电动势装置吸收后回馈电网。
而从电网吸收功率中的（1-s ）P 输送给负载。
图b 为高于同步转速电动状态。
此时转子电流与转子电动势相位相反，而与附加电动势相位一致，故电网通过附加电动势装置向电动机绕组输入|s|P ，从而使电动机的转速高于同步转速。
图c 为高于同步转速发电制动状态。
此时转子电流与转子电动势相位一致，而与附加电动势相位相反。
故转子绕组输出转差功率|s|P 被附加电动势装置吸收后回馈电网。
回馈电网的总功率中的（1+|s|）P 来自负载的机械功率。
此时电动机在超同步速下产生制动转矩。
图d 为低于同步转速发电制动状态。
此时转子电流与转子电动势相位相反，而与附加电动势相位一致，故附加电动势从电网中吸收功率sP 给转子绕组，定子向电网回馈功率P ，回馈电网功率中的（1-s ）P 来自负载机械功率。
此时电动机低同步速下产生电气制动转矩。
3.2、分类对于异步电动机的串级调速，可根据其一些特点进行分类。
第一种分类方法是，根据功率分配的不同，分为“机械串级”和“电气串级”两种调速方法。
第二种分类方法是，按异步电动机转速调节的区域划分，分为低同步申级调速和超同步串级调速两类。
第三种分类方法是，把串级调速分为电机一交流器组串级和整流器一变流器组串级调速。
一般由不可控转子整流器组成的串统调速系统，只能在同步转速以下调速称为低同步串调。
低同步串调不能产生电气制动转矩系统功率固数低。
由全控整流器或采用转子由循环变流器供电组成的串调系统，可以在同步转速以上调速，称之为超同步串级调速。
超同步串调可以产生电气制动转矩，且功率因数得到很大的改善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典型电路图如下示四、串级调速系统主回路主要设备的参数计算与选择4.1、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：D i P K P ⨯=式中：K i ： 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，应该取大一点。
P D ： 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PP N ≥本设计采用YRJ-22/6 三相绕线转子异步电动机YRJ-22/6电动机防护等级为IP23，冷却方式为IC01。
YRJ-22/6电动机绝缘等级为定子/转子：B/B 级。
YRJ-22/6技术数据定子电阻：r 1 = 0.95*380*0.045/1.732/45.5 =0.21 转子电阻：r 2 = 224*0.045/1.732/63.1 = 0.09 定子绕组的变比 ：K m = 0.95*380/224 = 1.61 折算到转子侧的定子绕组：r 1’= 0.21 / 1.61 = 0.13 电动机的额定转矩：T n = 9596*22/955 = 221N.M折算到转子侧的漏抗 ：X M =2212211]2102)3/([MnM n k r r P U --M λ= 0.5Ω电动机的等效电感 ：L M = 0.5*1000/314 = 1.6mH最大转差率 Dn n n s 111min 1max -≈-=式中： n 1 ：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，D = 2转差率s = （1000-955）/1000 = 0.0454.2、转子整流器的参数计算与元件选择4.2.1、转子整流器的最大输出电压)11(320max DE K U UV d -= 式中：E 20：转子开路相电势K UV ：整流电压计算系数，见下表：则 U dmax = )211(22435.1-⨯ =151V4.2.2、最大直流整流电流dN M IVMd I K I I λλ1.11.120max == 式中：λm ：电动机的电流过载倍数，近似等于转矩过载倍数3I 2N ：转子线电流额定值K IV ：整流电压计算系数，见上表I dr ：转子整流器输出直流电流额定值 I dr = I 2N / K IV 1.1 ： 考虑到转子电流畸变等因素的影响而引如的系数则I dmax =813.01.6331.1⨯⨯=256A4.3、整流二极管的选择4.3.1 ） 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 ，则每个二极管的反向重复峰值U KRM 为SAV UT RRM N K D E K 3U )11(3)~2(20-≥式中：K UT ： 电压计算系数，见上表E 2n ：转子开路相电势K A V ：均压系数，一般取0.9。
对于元件不要串联时取1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则：U RRM ≥29.0)5.01(22435.15.2⨯-⨯⨯= 210VT U =(2～3)RRM U =420-630,取500V4.3.2 、 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N p 则每个整流二极管的电流计算如下：sAC d IT F N K I K I m ax2⨯≥式中：K IT ：电流计算系数，见上表I dmax ：转子整流器最大直流整流电流K AC ：均流系数。
其值可取0.8~0.9。
对于元件不并联的情况下取1I F ≥28.0256376.02⨯⨯⨯ = 120A)(AV T I =(1.5～2)F I ，取200V则对于该二极管选择硅整流元件ZP200-54.4、逆变器的参数计算与元件选择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。
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：min2cos maxβUV T K U U d =0式中： U T2 ：逆变变压器二次侧线电压U dmax ： 转子整流器最大输出直流电压K UV ： 整流电压计算系数。
见上表。
Βmin ： 最小逆变角，一般取30o则U T2 =2335.1151⨯= 129V逆变变压器二次侧线电流：dN IV T I K I =2式中：I T2 ：逆变变压器二次侧线电流 K IV ：整流电流计算系数。
见上表I dN ： 转子整流器输出直流电流额定值则I T2 = 0.816*63.1 = 51.5A变压器一次侧线电流：TdNILT K I K I =1 式中：I T1 ：逆变变压器一次侧线电流K IL ：变压器一次侧线电流计算系数。