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。关键字：异步电动机串级调速原理基本类型串级调速速是通过绕线线式异步电动动机的转子回回路引入附加加电势而产生生的。它属于于变转差率来来实现串级调调速的。与转转子串电阻的的方式不同，串串级调速可以以将异步电动动机的功率加加以应用（回回馈电网或是是转化为机械械能送回到电电动机轴上），因因此效率高。它它能实现无级级平滑调速，低低速时机械特特性也比较硬硬。特别是晶晶闸管低同步步串级调速系系统，技术难难度小，性能能比较完善，因因而获得了广广泛的应用。一、串级调调速原理及基基本类型1.1原理理假定异步电电动机的外加加电源电压U1及负载转矩ML都不变．则则电动机在调调速前后转子子电流近似保保持不变。若若在转子回路路中引入一个个频率与转子子电势相同，而而相位相同或或相反的附电电势Ef则转子电流流为（式—1）式中：R22：转子回路路电阻；sX20：：转子旋转时时转子绕组每每相漏抗E20：转转子开路相电电势电动机在正正常运行时，转转差率s很小，故R2≥sX20。忽略sX20有（式—2）上式中，EE20为取决于于电动机的一一个常数，所所以，改变附附加电势Ef可以改变转转差率s，从而实现现调速。设当Ef=0时电动机运运行于额定转转速，即n=nnN,s=sN,由（式—2）可见，当当附加电动势势与转子相电电势相位相反反时（Ef前取负号），改改变Ef的大小，可可在额定转速速以下调速，这这种调度方式式称为低同步步串级调速，且且附加电势与与转子相电势势相位相同时时（Ef前取正号），改改变Ef的大小，可可在额定转速速以上调速，这这种调度方式式称为超同步步串级调速（即s<0）。串级调速四四种基本状态态方式下能量量传递方式如如下图示，图图中不计电动动机内部各种种损耗，即认认定定子输入入功率P即为转子输输出功率。晶闸管低同同步串级调速速系统是在绕绕线转子异步步电动机转子子侧用大功率率的晶闸管或或二极管，将将转子的转差差频率交流电电变为直流电电，再用晶闸闸管逆变器将将转子电流返返回电源以改改变电机转速速的一种调速速方式。晶闸管低同同步串级调速速系统主回路路见下图二、串级调调速系统主回回路主要设各各的参数计算算与选择1.异步电电动机容量的的选择考虑到异步步电动机输出出的最大转矩矩的降低，功功率因数的降降低和转子损损耗增大等因因素，不论对对于新设计的的或是改造的的都应对异步步电动机的容容量进行重新新选择的计算算，串级调速速异步电动机机的容量P计算如下：：P=KKi*PD式中：Kii：串级调速系系数，一般取取1.2左右。对于于在长期低速速运行的串级级调速系统，应应该取大一点点。PD：按照常规运运算方式计算算的电动机容容量。从产品手册册中选择的电电动机容量P≥PD本设计采用用的是哈尔滨滨九洲电气股股份有限公司司的内反馈串串级调速电机机及其控制装装置技术手册册提供的有关关数据设计而而成。该电机定额额为连续定额额S1，基本防护护等级为IP23，基本冷却却方法为ICO1，基本结构构和安装方式式为IBM3。控制电机型型号JRNT11512-44额定功率1050KKW额定电流121.55A转子电压//电流1045VV/6227A最高/最低低转速1484/6900r/miin效率88.5%%功率因数0.83控制装置型型号JC4----800AA/800VV2．转子整整流器的参数数计算与元件件选择（1）最大大转差率式中：nn1：电动机的的同步转速，近近似等于电动动机的额定转转速。nmin：串级调速速系统的最低低工作转速D：调速速范围转差率s=（1500--1484）/15000=0..01最大转差率率smax=((1484―690))/14484=0.5355D=nmmax/nmin=14884/6900=2..15。（2）转子子整流器的最最大输出电压压式中：E220：转子开开路相电势KUV：：整流电压计计算系数，见见下表：则Udmmax=1.35**1045**(1-1//2.15))=7555V（3）最大大直流整流电电流式中：λmm：电动机的的电流过载倍倍数，近似等等于转矩过载载倍数2I2N：：转子线电流流额定值KIV：：整流电压计计算系数，见见上表Idr：：转子整流器器输出直流电电流额定值Idr=II2N/KKIV1.1：：考虑到转子子电流畸变等等因素的影响响而引如的系系数则Idmaax=1..1*2*6627/0..813==16977A4、整流二二极管的选择择4.1）整流二极管管电压的选择择设每个桥臂臂上串联的整整流二极管数数目为N=3，则每个二二极管的反向向重复峰值UKRM为式中：KUUT：电压计算系系数，见上表表E2n：：转子开路相相电势KAV：：均压系数，一一般取0.9。对于元件件不要串联时时取1由上式可见见，整流二极极管所承受的的最高电压与与最低电压与与系统的调速速范围D有关，调速速范围越高，元元件承受的电电压越高则：UKRRM≥1.5*11.35*11045*((1-1/22.15)//（0.9*3）=4199V4.1）整流二极管管电流的选择择在大容量串串级调速系统统中，需要将将几个整流二二极管并联使使用。设并联联支路数为Np=3则每每个整流二极极管的电流计计算如下：式中：KIIT：电流计算算系数，见上上表Idmaxx：转子整流流器最大直流流整流电流KAC：：均流系数。其其值可取0.8~00.9。对于元件件不并联的情情况下取1（5）逆变变嚣的参数计计算与元件选选择5.1）逆逆变变压器的的参数计算对于不同同的异步电动动机转子额定定电压和不同同的调速范围围、要求有不不同的逆变变变压器二次侧侧电压与3其匹配；同同时也希逐转转子电路与交交流电网之间间实行电隔离离，因此一般般串级调速系系统中均需配配置逆变变压压器。（1）逆变变压器二次侧侧线电压：根据最低转转速时转子最最大整流电压压与逆变器最最大电压相等等的原则确定定：式中：UUT2：逆变变压压器二次侧线线电压Udmaxx：转子整流器器最大输出直直流电压KUV：：整流电压计计算系数。见见上表。Βmin：最小逆变角角，一般取30o（2）逆变变变压器二次次侧线电流：：式中：ITT2：逆变变变压器二次次侧线电流KIV：：整流电流计计算系数。见见上表IdN：：转子整流器器输出直流电电流额定值（3）逆变变变压器一次次侧线电流：：式中：ITT1：逆变变变压器一次次侧线电流KIL：：变压器一次次侧线电流计计算系数。见见上表KT：逆变变压器器的变比（4）逆变变变压器等值值容量：式中：KSST：变压器等等值容量计算算系数，见上上表5.2）晶晶闸管的参数数计算（1）晶闸闸管额定电压压的选择在大容量晶晶闸管串级调调速系统中，单单个晶闸管的的额定电压不不能满足要求求，需要几个个晶闸管串联联使用。设每每个串联桥臂臂上晶闸管的的数目为N，则每个晶晶闸管反向重重复电压由下下式确定：式中：KUUT：电压计算系系数，如上表表KAV：：均压系数，其其值可取0.8~00.9。对于元件件不需串联的的情况下取1UT2：：逆变变压器器二次侧线电电压（2）晶闸闸管额定电流流的选择设每个桥臂臂并联元件支支路数为Np，则每个个晶闸管的额额定电流为式中：KIIT：电流计算算系数，见上上表Idmaxx：转子整流流器最大直流流整流电流KAC：：均流系数。其其值可取0.8~00.9。对于元件件不并联的情情况下取1(6)平波波电抗器电感感量的计算转子直流回回路平波电抗抗器的作用是是：一，使串串级挑速在最最小工作电流流下仍能维持持电流的连续续；二，减小小电流脉动，把把直流回路中中的脉动分量量在电动机转转子中造成的的附加损耗控控制在允许的的范围内。平波电抗器器的电感量计计算如下：6.1）保保证电流连续续所需要的电电感量式中：δ11：正比与直流流电压中的交交流分量的电电感计算系数数，从下图中中查UT2：：逆变变压器器二次侧线电电压KUV：：系数，见上上表Idminn：直流回路路最小工作电电流（A）LM：异步电动机机折算到转子子侧的每相电电感量（LT：逆变变压器器折算到二次次侧的每相电电感量6.2）限限制电流脉动动的电感量式中：Kpp：限制电流流脉动的电感感系数（ms），其值从从下表中查σ：允允许的电流脉脉动率，一般般可取10%左右。6.3）平平波电抗器的的电感量7．启动方方式的选择7.1、利利用串调装置置直接启动方方式如上图a示示，它不用任任何附加起动动设备，而是是由串级调速速装置控制直直接起动电动动机。这种调调速方式适用用于串级调速速系统的调速速范围很大．．几乎要求能能从零开始调调速或者生产产机械对起(制)动的加(减)速度有一定定要求的场合合。对于调速范范围较小的系系统，若选用用直接起动方方式，是不经经济的。另外外，对于一个个按实际调速速范围设计的的调速范围较较小的串级调调速系统，若若采用直接起起动，则在主主回路中会造造成较大的冲冲击电流，且且往往超过允允许限度。因因此，对于调调速范围较小小且对起(制)动加(减)速度无特殊殊要求的串级级调速系统，宜宜采用以下两两种起动方式式。7.2、并并联防加起动动设备的切换换起动方式如上图b示示，电动机先先用接触器KM1接入附加起起动电阻器(或频敏变阻阻器)起动加速(此时KM2是断开的)，当加速到到串级调速系系统设计的调调速范围最低低速nmin时，接接通KM2，这时逆变变控制角β应为最小值βmin，即对对应于最高逆逆变电压Uβmax。然后后断开KM1，逐渐增大β，电动机继继续加速，直直到所需要的的转速．这种起动方方式虽然增加加了一套附加加起动设备，但但转于回路主主要设备的耐耐压和容量只只需按调运范范围的要求来来选择，从设设备的总投资资上来看是经经济合理的。这这种方式还有有一优点，即即一旦串级调调连装置发生生意外故障，异异步电动机可可以脱离串调调状态，而用用附加起动设设备正常起动动到高速运行行。7.3、串串联起动电阻阻器起动方式式如图(c))所示，在起起动过程中把把限流的起动动电阻逐渐短短接，这种接接线方式虽然然逆变变压器器的二次侧电电压只得按调调速范围的大大小来选择．．但是转子囚囚路主要设备备元件选用的的耐压等级仍仍需按从零开开始调速的条条件来设计，为为克服这一缺缺点可采用图图d的接线方式式。起动时先先将KM3接通，当电电动机加速到到串调装置设设计的调速范范围员低速时时，断开KM3，串调装置置自动投入运运行。8、继电器器接触器控制制电路设计继电器接触触器控制电路路设计是否合合理，关系到到串调装置能能否按正确的的顺序起动、切切换、运行、停停车，还关系系到装置的安安全及元件的的使用寿命。在在设计中要注注意以下几点点：1．必须有有严格的起动动和切换顺序序。由于串调调装置中硅元元件的耐压等等级是按照调调速范围最低低转速时所承承受的电压来来选择的，故故继电操作电电路必须保证证电动机转速速在达到规定定的最低转速速以上时才允允许切换至串串调运行状态态。起动顺序序是：给控制制回路送电；；接通逆变器器主电源转子子接入频敏变变阻器，接通通定子电源，电电动机开始起起动，电动机机加速至规定定转速时切换换至串调运行行，此后立即即切断频敏变变阻器。2．必须有有正确的停车车顺序。一般般绕线式异步步电动机空载载励磁电流较较大，为电动动机额定电流流的25％左右，这这意味着电动动机有较大的的磁场能量。因因此在电动机机分闸时不允允许转子开路路．否则转子子侧将产生严严重过电压，甚甚至击穿电动动机绝