kW电机调速控制部分的电气设计方案

PAGE18绪论串级调速是一个很经典的理论和方法。国外在上世纪四、五十年代，我国在上世纪七、八十年代，在高压电机调速中最先得到应用,并且有相当规模,在我国的自来水、建材、冶金行业均有相当应用。但因当时的变流技术及控制技术受电力半导体器件和控制技术状况限制，系统性能尚有些缺陷。同时，我国这期间一直处在计划经济和旧的国有企业的运行模式下，用高压大电机的国有大中型企业没有强烈的节能降耗的动力和意识，所以人们便不够重视其技术发展，甚至在老一代串级调速技术人员逐步退休后，人们都不知道这一技术了.更糟的是，20世纪八、九十年代，随着我国经济改革恰好在小企业和民用产品企业中首先进行，企业在产品生产中对低压小电机的调速和动力需求越来越大，变频调速技术更是得到了空前的青睐，因而变频声名鹊起，一片变频之声,一时淹没了串级调速技术。近年来，加快建设节约型社会已经成为全社会关注的问题。2005年6月21日，国务院总理温家宝主持召开国务院常务会议，研究建设节约型社会和发展循环经济问题。同年6月30日，温家宝在召开的全国做好建设节约型社会近期重点工作电视电话会议上强调，加快建设节约型社会,是缓解资源供需矛盾的根本出路，是贯彻落实科学发展观、走新型工业化道路的必然要求，是保持经济平稳较快发展、全面建设小康社会的迫切需要，是保障经济安全和国家安全的重要举措。事实上，在能源日益紧张的情况下，我国也自上世纪90年代中后期开始了关于串级调速系统的研究。串级调速系统是一种节能调速系统，在高压大中型电动机节能调速应用领域以其控制电压低、变流功率小，系统简单,运行可靠，节电率高而展现出光明的应用前景。该产品具有优良的调速性能和高节能率，适合于高压大中型电机调速节能应用。范围包括了3kV、6kV、10kV电压等级，220kW~5400kW电机容量，4~24极电机极数的高压电机。目前已广泛地应用于电力、水利、水处理、供水、城市供热、冶金矿产、港口机械、石油化工等工业领域中的风机、泵类及其他类负载的节能调速中。在目前变频调速技术市场影响很大的条件下，我们致力于串级调速方面的研究，这其中自然有我们更深层次的考虑啦。首先一点是，我国异步电机节能调速市场巨大。随着国家节约型社会建设的要求，工业用高压大容量电机调速节能的需求突出出来。这又因为,高压大容量电机耗电占了电力生产量的最大一块。同时,国有企业改革，节能降耗已成为使用高压大电机的国有及其他大中型企业的迫切需求。因而，从事电机调速节能事业具有巨大的社会意义，对国家发展有着重大的积极意义。任何一个中国的企业，为社会提供高效节能产品，是它们对国家和社会的责任。同时,其巨大的市场潜力,又为当前中国企业发展提供了难得的机遇。第二点是,从技术经济层面上讲，串级调速技术与变频调速技术相比较，在不同应用领域各有其优劣。在低压中小容量电机调速应用上,变频技术已十分成熟，很适用，影响也很大，串级调速则不大适用,而在高压大容量电机调速应用领域,串级技术综合因素上比较优于变频技术。这是因为：变频技术从电机的定子侧控制电机供电频率和电压.作为变频这种用电力半导体器件做成的变流装置在高压大电机上应用需承受6kV~10kV高电压，困难较大。另外，这种变频变流调速装置需变流高压大电机的全功率，这又是一大困难。因为变流器电压越高,功率越大，越难于做好。所以高电压和全功率变流的变频器就带来可靠性保证问题、变流自身功耗大问题、变流产生的谐波功率过大问题、变流器控制复杂困难问题、装置尺寸过大、运行条件苛刻、运行维护量大、维护难度大、造价及维护费用高等问题。而在高压大电机调速应用上,串级调速恰好避开了变频技术上述最大的困难。这是因为，串级调速是在转子回路串可控反电势的调速。串级调速的变流装置在异步机的转子回路工作.而高压大电机转子回路电压只有几百伏至二千伏左右,在考虑必要的调速下限情况下，调速中转子回路实际电压只有几百伏至一千伏，而不是6千伏,10千伏。所以，半导体器件承压没有问题。第二，转子回路变流的功率,只有转子的转差功率,转差功率的大小据负载性质的不同而不同，而对泵、风机这类大量的需要调速节能的负载而言，转差功率最大只有电机额定功率的14。815％.这就是说，串级调速变流的功率只有变频的14.815％。一个电压低得多,一个变流功率小得多，所以串级调速装置可以做的更可靠更简单，自身变流功耗小，也就是效率高，变流产生谐波功率小,尺寸小，运行条件宽松,造价相对低,运行维护简单,费用低。这就是说，串级调速是通过对电机转子这一低压回路的串反电势控制，通过对转子回路小的转差功率的变流，实现对高压大容量电机的速度控制.同时，经变流的转子转差功率被通过内反馈或外反馈方式回收，从而实现高效节能调速。将串级与变频相比而言，理论和实践上均证明，串级调速是效率最高的调速方法。换句话说,在高压电机应用上，变频技术有点使硬劲，而串级调速在使巧劲。实际上，串级调速无论从技术角度讲，以及可以用现代技术实际实现的各种性能指标上讲，均不亚于变频调速。而在可靠性、在节电效率、机械特性，装置造价、装置运行维护量和运行维护费用、运行条件、装置占场地面积、谐波影响等诸多方面均有其突出优势。基于以上理由，我们在高压大电机调速方面还是选择从事串级调速的工作。基于此，如今越来越多的科技工作者又重新将目光投向了串级调速方面的研究。那么串级调速产品目前达到的技术状况是怎样的?首先讲调速范围，目前实现的为40%~99。5％额定转速之间平滑、无级调速，调速上下限还可扩展。99。5%额定转速至全速之间平稳互切换。这就是说，可以由额定转速（全速)经几转的跳跃，转为99.5%及其以下转速调速运行;调速的精度，也就是某转速下的稳定性,目前在速度开环控制情况下已达99。8％，表计观察到的转速波动为0.1～0.5转；调速装置功耗小于1％电机额定功率，也就是说调速装置效率大于99％;谐波很小，远小于国家标准要求；功率因数较传统方法有很大提高，且无功、有功电流均随转速下降而下降，不增加线路无功电流损耗；电机振动和电机温度随转速下降而下降；调速系统为硬机械特性，可以满足有较大扰动的负载（如电厂灰渣泵）的应用需要。对于串级调速系统而言，以下的因素使得可靠性得以保证：一是它的变流装置（串级调速装置）承压低，变流功率小，从技术本征上容易作的可靠性高。二是有一套严谨、科学的系统设计方法和计算方法，用这一方法确定的器件选型、组装，都建立在可靠的、准确的计算数据之上.三是用仿真技术验证设计.当前仿真技术已深入各个科研领域，可以用该技术验证不同的设计方案,以及已设计出的结果.四是用好器件，用足够裕度的器件，用经检测筛选的器件。五是把握生产过程的工艺质量，用质量管理体系控制质量。六是每台设备出厂前要带载试验,以确定系统实际带载工作正常。七是实际投运后的系统全面测试，将测试结果与设计计算结果和仿真计算结果作比较,并使之相吻合。其实，审视许多串级调速产品的情况,最根本的是把系统搞清楚，搞明白。只要清楚明白了，理论技术设计计算上就保证了基本的可靠性和性能.另外就是生产质量管理了，许多产品做不好，就是因为深入的理论技术分析研究不到位。我们完全有理由相信,在不久的将来，串级调速装置在工业市场上必能大行其道，越来越获得用户的信赖.第1章串级调速的基本原理、类型和特点三相异步电动机转速公式为：.从该式可知，改变供电频率、电动机的极对数及转差率均可太到改变转速的目的.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、频率的变频调速有能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：高效调速指时转差率不变,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。本课题选择了串级调速这种方法来实现电机的调速，由于能源紧缺所带来的危机，有关串级调速的研究正在越来越广泛地受到关注,研究串级调速有一定的社会意义.1。1基本原理所谓串级调速，即在转子回路中引入与转子电动势同频率的附加电动势，通过改变附加电动势的幅值大小及相位，从而改变转子电流大小而达到改变转矩的目的。其图如图1—1所示。图1—1绕线转子异步电动机串级调速原理图这种调速方法的特点是，在绕线转子异步电动机的转子绕组电路串入附加电动势，并使三个附加电动势的极性相反.在反极性附加电动势的作用下，转自电动势必然减小，以致带不动负载而使电动机的转速减慢。当电动机的转速降到一定的值时，转子绕组的感应电动势加大，并补偿了附加电动势的削弱作用，从而使电动机的转子电流保持在带动负载所需要的值。此时，电动机已被调节受到低速运行了。很明显，转子电路串入的外部附加电动势变大，电动机的转速将越低.改变附加电动势的大小，同样可以调节绕线转子异步电动机的转速。在电动机转子电路中串入附加电动势的调速方法，能量消耗小。当电动机转速较小时,有电动机定子电流输入的电能，只有一小部分变为转子轴上的机械能，用来带动负载，而大部分能量被送到转子电路。这部分能量可以通过电动机转子电路端连接的逆变器,回馈到交流电网中。这种在绕线转子异步电动机转子回路中串入附加电动势的高效率调速方法，一般称作串级调速。下面简要定性分析转子附加电动势时的工作情况。异步电动机运行时其转子感应电动势为（1—1)上式说明，转子感应电动势与转差率s成正比.当转子在正常接线时，转子电流的方程式为（1-2）式中—转子绕组每相电阻（）；—转子静止时转子绕组每相漏电抗（）.现在设想转子回路中引入一个可控的交流附加电动势，并与转子感应电动势串联,应与有相同的频率，但可与同相或反相。当与的相位相反时，转子电流为(1—3)从电机学可知,三线异步电动机的电磁转矩T为（1—4)式中-与电动机结构参数有关的常数；—电动机主磁通（)，当电动机恒定时,常数；—转自功率因数，当电动机在机械特性稳定工作区域工作时，因转差率变化不大，也基本上不变.故(1-5）由于与反相位，电动机可自额定值向下调速。因为串入了，立即引起值的减小，电动机电磁转矩亦相应减小，假定电动机拖动的负载转矩不变，由于﹤，稳定运行条件被破坏,电动机转速必然下降，转差率增大，使转子电流增大，电磁转矩亦随之增大。直到电动机转速降到某值，增大使电磁转矩重新与负载转矩相等时,减速过程结束，电动机就在此转速下稳定运行。着就是电动机向低于同步速方向调速的原理。的幅值越大，电动机的稳定转速就越低。串级调速还可以向高于电动机同步速方向调速，只要使的相位相同即可。此时转子电流为(1—6)串入了同相位的，立即使值增大，电动机转矩亦相应增大，电动机转矩值大于负载转矩值时，迫使电动机加速，转差率减小，亦随之减小。当值足够大时，电动机必然要加速超过同步速，使<0，<0，反相，上式中的分子项变成-︱︱，才能使减小,恢复到使电动机转矩重新与负载转矩相等时，加速过程结束，带年冬季处于高于同步速的某值下稳定运转。此时虽然﹥，电动机仍在电动状态下运行。这就是异步电动机向高于同步速方向调速的超同步串级调速原理。的幅值越大，电动机的稳定转速就越高。1.2功率传递关系串级调速课实现五种基本运行状态,其实质使利用外串的附加电动势来控制异步电动机的转差功率，从而实现调速。不同运行状态下的功率传递关系见图1—2.图1-2串级调速的基本运转状态与功率传递图第一种运行状态是低于同步转速的电动运行状态。如图1—2①所示。这时﹥且相位相反，转子绕组电动势向附加电动势输出转差功率(是定子输入功率，且认为也近似等于转子电磁功率)。再借助的转换装置（如逆变器)把吸收的能量回馈给电网。第二种是高于同步转速的电动运行状态，如图1-2②所示。这时附加电动势与转自电动势相位相同。由于高于同步转速，这时的与第一种运行状态中的相差.这是电网通过装置向转子输入转差功率，即电网向电动机的转子和定子同时输入功率，实现超同步调速。第三种是高于同步转速的发电运行状态，如图1-2③所示。这时转子又向传递功率，装置再把吸收来的转差功率回馈给电网，与此同时，电动机在超同步转速下回馈制动，在第二象限内工作。第四种是低于同步转速的发电运行状态,如图1—2④所示。这时电网通过装置向电动机转子输入转差功率，同时定子绕组又向电网回馈功率,电动机在低于同步转速下也能产生制动转矩，在第二象限内工作。第五种是倒拉反接制动运行状态，如图1-2⑤所示.电动机反转,﹥1，处在第四象限内工作。这时电网向定子内输入功率，而转子又向输出功率，再通过装置把吸收的功率回馈如电网。由于这种运行状态，回馈的转差功率值很大，就要求装置的容量亦很大，故一般不宜用在这种运行状态中。1.3基本类型串级调速系统有主要两种类型，现介绍如下。1.3.1机械串级调速系统这种系统又称克莱墨系统（Kramer），原理图见图1—3.图1-3机械串级调速系统原理图图中绕线转子异步电动机与一直流电动机同轴刚性相连,共同作为负载的拖动电动机。异步电动机的转差功率经整流器整流后输给直流电动机，直流电动机的转差功率转变为机械功率回馈到负载轴上，这样就相当于在负载上增加了一个拖动转矩，从而很好地利用了转差功率。只要改变直流电动机的励磁电流就可以调节交流电动机的转速.在稳定运行时，直流电动机的电动势与转子整流电压相平衡.如增大，则相应增大，是直流回路电流降低，电动机减速,直到新的平衡状态，在较大转差率下稳态运行。如减小，则可使电动机在较高的转速运行。对于机械串级调速系统，从功率传递的角度看，如果忽略相同中的各种损耗,异步电动机的转差功率可全部为直流电动机所接受，并以机械功率形式从轴上输给负载,而异步电动机在轴上的输出机械功率为，负载得到的功率应是这两者之和，如下式所示：↗→机械负载→异步电动机↖↘sP1→MW本身转子→直流电动机（1—7)所以这种机械串级调速系统，在负载上得到的功率恒为，与电动机的转速无关，属于恒功率调速系统。适用于低速时要求重负载转矩的生产机械,但调速范围不大，通常在2以内。该系统需要增设一台直流电动机，其功率随调速范围的增大而相应增大，所以应用受到限制。1.3。2晶闸管串级调速系统这种系统又称谢尔比乌斯（Scherbius）系统，原理图见1-4.图1—4晶闸管低同步串级调速系统原理图图中绕线转子异步电动机以转差率s运行，其转子电动势经三相不可控整流器整流，输出直流电压。工作在逆变状态的三相可控整流装置，除提供一可调的直流输出电压作为调速所需的附加电动势外,还可将整流输出的电动机转差功率回馈到交流电网中。的极性及电流的方向见图1—4。在整流的转子直流回路中，如果忽略转子绕组与逆变变压器漏抗，可以写出以下的电动势平衡方程式或(1—8）式中-逆变器输出电压（V）；—逆变变压器的二次电压（V）；-晶闸管逆变器触发超前角；-转自直流回路的电阻(）；、-与的电压整流系数，如果它们都采用三相桥式连接,则==2.34。从式中可以看出,反映电动机转差率的量；与转子交流电流间有固定的比例关系,它可以近似地反映电动机电磁转矩的大小。控制触发超前角可以调节逆变电压。当电动机拖动恒转矩负载稳定运行时，近似地认为为恒值.控制使它增大，则逆变电压立即减小，但电动机转速因存在机械惯性而尚未变化，仍维持原值,故电流增大,转子电流亦相应地增大，电动机加速.在加速过程中转子整流电压随之减小,又使电流减小，直到与取得新的平衡，使电动机进入新的稳定状态,以较高的转速运行.同理，减小值可以使电动机在较低的转速下运行。图中的转子整流器是不可控的，转差率只能从转子输出,这种系统只能在同步转速以下调速，称为低同步串级调速系统，亦称为次同步串级调速系统.另外还有一种串级调速系统，它不但可以控制转差率的传递方向,还可以得到串级调速系统的不同工作状态以及电动机的不同运行状态，我们称作超同步传及调速系统。换句话说,凡是可以向电动机转子侧输入功率的串级调速系统，称之为超同步串级调速系统.应该指出的是：不是亦电动机是否工作在同步转速以上或以下来区分超同步与低同步串级调速，而是以转子功率的传递方向来区分。图1—5为超同步串级调速系统原理图。从图中可以看出，电动机转子侧的整流器必须是可控的，且工作在逆变状态；变压器侧的可控整流器工作在整流状态。当转子可控整流器向电动机转子输出功率，且电动机定子从电网也吸收功率时，电动机处于定、转子双馈状态，故亦称为双馈调速。电动机在超同步转速下运行，但电动机仍是电动工作状态，由定转子吸收的电能转换成机械能从轴上输出。图1—5超同步串级调速系统原理图设的触发超前角为，调节范围为～;的触发延迟角为，调节范围为~。理想空载时转子直流回路的电压平衡方程为可以得到(1-9）因此,调节或都可以改变发动机的转速.当可控整流器的触发延迟角一定时，增大的触发超前角，可使转差率的数值增大电动机转速升高.或者当可控整流器的触发超前角一定时,减小触发延迟角可使电动机转速升高。着两种方法中，一般是控制来调节电动机的转速，这是因为要兼顾到逆变变压器二次侧电压与电动机转子额定电压的匹配,并且能够充分利用的调节宽度以获得较宽的调速范围。另外，由于是一个可控整流器,选用较小的可以提高串级调速装置的功率因数。图1—5所示串级调速系统，也可以运行在低同步状态，只要使工作在整流状态即可。当电动机运行在某一转差率(1〉〉0）电动状态时，如果此时突然改变与的工况，时它们分别处于逆变与整流状态，且满足>,（注意这两个电压的极性都已反向）.电动机就从转子侧送入功率,系统处于低于同步转速下的“超同步串级调速”工作。1.4串级调速的特点1。4。1串级调速的优点主要有:（1）效率高它利用了转差功率，可以把转差功率变为机械功率回馈到电动机轴上;或是把转差功率回馈到交流电网.属于高效调速系统.（2）可平滑无级调速当采用双闭环调速时,具有与直流调压调速相当的高调速精度。(3）可靠性高它比变频调速、无换向器电动机等近代交流调速系统简单、运行可靠，而且万一逆变装置发生故障，可使转子回路转换到端接状态下而全速运行.这时串调装置退出，以便进行检修处理而不影响生产，这一优点对于矿井风机、核电站的循环泵之类的生产机械来说，时非常可贵的.(4）节能效果显著据统计，采用串级调速后一般能节点20﹪至30﹪,而且在1到2年内即可用节电电费回收调速装置的初投资。串级调速的不足之处是整个调速系统的功率因数过低,在高速时约为0.6左右.另外由于采用晶闸管元件，由此引起的谐波分量对电源的影响不能不加以考虑，但只要装置在用电系统中所占的比重不大还是允许的.如果采取相应的措施（如通过改变晶闸管触发的方式，改变可控桥的接线和选用理想的补偿装置等）则更好。还有一点是调速范围有限,一般都需要专门的启动设备,限制了它的应用范围。由于上述的特点，串级调速适用于要求调速范围不大的中、大功率绕线转子异步电动机的调速,如对泵类机械（泵、风机、压缩机等）的调速，目前采用此法调速的拖动系统的容量最大已达20000kW左右(大于离心泵）。1。4.2低同步串级调速系统和超同步串级调速系统性能比较(1)低同步串级调速系统变流装置容量大约与调速范围层正比。当调速范围在2以下时，交流装置的容量不会超过电动机额定容量的一半，所以低同步串级调速系统较为合适的调速范围在2～1.5之间，这时的装置容量较小，比较经济.低同步串级调速系统的主要缺点是功率因数低，一般只能达到0。6左右,必须采用适当的措施以提高其功率因数.(2)超同步串级调速系统和低同步串级调速系统相比，有如下几个优点：1）可以四象限运行,运行,也可以超同步转速运行；既可以工作在电动运行状态，也可以运行在制动运行状态。2）在变流装置容量相等的条件下超同步串级调速系统的调速范围要比低同步串级调速系统扩大一倍。3）超同步调速系统，在超同步状态下运行时，其效率及功率因数都比低同步运行时高.4）在相同的调速范围和额定负载功率下,超同步串级调速装置的容量比低同步串级调速装置的容量小一半。超同步串级调速系统的不足之处是，在主电路的结构和控制系统方面，都比同步串级调速系统要复杂的多，在技术上不如低同步系统成熟。1.5串级调速的应用范围1.5.1低同步串级调速系统的主要应用范围1)风机、泵类的变速驱动.2）调速范围不超过2的生产机械的变动驱动。3)在有爆炸性或腐蚀性环境中工作的生产机械的变速驱动。4）某些实验装置的变速驱动.5）转子串电阻调速。1。5。2超同步串级调速系统应用范围1)动态特性要求高而调速范围有限的场合.2）大功率生产机械的变速驱动，并且要求效率高，功率因数高,而且对电网的无功冲击有所限制的场合。3）调速的精度同电网频率波动无关的场合（电动机—发电机组)。4）为了提高生产效率，要求将感应电动机的转速提高到同步转速以上的场合。5）需要对电网电压的幅值、频率进行补偿的场合。第2章具有双闭环控制的串级调速系统2。1用途对于调速精度和动态加速度要求较高的场合，可采用闭环的双闭环串级调速系统.2.2闭环调速系统的组成串级调速系统的组成如图2-1所示.图中转速反馈信号取自与异步电动机机械上连接的测速发电机，电流反馈信号取自逆变器交流侧,也可以通过直流互感器取自转子直流回路。为防止逆变器逆变颠覆，在电流调节器LT输出电压为零时，应整定脉冲输出相位角为.图中所示系统的工作与直流不可逆双闭环调速系统一样,具有静态稳速与动态恒流的作用.所不同的是，它的控制作用都是通过异步电动机转子回路来实现的.图2—1双闭环控制的串级调速系统组成特点:①采用转子不控整流，简化主回路和控制回路；②一般只能工作在次同步工作状态；③电流调节器LT输出为零时,应整定,以保证最低启动（即以启动）；④为防止逆变失败，取；⑤LT输出增加，引起向方向变化，当时，,相当于转子没有附加电动势，电动工作于固有特性；⑥利用电流负反馈和逆变调节器(ST）的限幅作用，使得系统有较好的恒流加速特性.2.3串级调速系统的动态数学模型在图2—1所示的系统中，不可控整流装置、调节器以及反馈调节的动态结构图与直流测速系统中的一样。而电机的转子直流主回路部分，由于不少物理量都与转差率有关，所以要单独处理。2。3.1转子直流回路的传递函数主电路等效电路图2—2电气串级调速系统主电路及其等效电路根据图2-2的等效电路图可以列出串级调速系统转子直流回路的动态电压平衡方程式:（2-1）式中—逆变器输出的空载电压;—转子直流回路总电感;—折算到转子侧的电动机每相漏感；-折算到二次侧的逆变变压器每相漏感；—当转差率为s时转子直流回路等效漏感：(2-2)式（2—1）可以改为（2—3)将式（2-3）两边取拉氏变换,可得转子直流回路的传递函数：（2-4）式中—转子直流回路的时间常数；-转子直流回路放大系数。转子直流回路相应的结构图如图2-3所示。图2—3转子直流回路结构图需要指出的时，串级调速系统中转子直流回路传递函数中的时间函数和放大系数都是转速的函数，它们时非定常的。2.3。2异步电动机的传递函数根据串级调速系统的工作情况，异步电动机的电磁转矩为（2-5）式中（2-6）电力传动系统的运动方程式为或（2-7)式中，是负载转矩所对应的等效负载电流。由上式可得异步电动机在串级调速时的传递函数:（2-8）式中,是与、有关的系数。应注意，由于系数是电流的函数,所以也不是常数而是的函数.2。3.3系统的动态结构图在图2-2中，电流调节器与转速调节器一般都采用PI调节器。再考虑给定滤波环节等，就可直接画出具有双闭环控制的串级调速系统动态结构图如2—4所示。图2—4串级调速系统动态结构图系统在突加给定时的启动动态过程与直流调速系统一样。起动初期,速度调节器处于饱和输出状态，系统相当于转速开环。随着启动过程的进行，电流调节器的输出增大，使逆变器的逆变角增大,逆变电压减小,打破了启动开始瞬间逆变电压大于电动机转子不动时的整流电压的条件，产生直流电流,使电动机转速有电磁转矩而加速起动。在电动机转速未达到给定值之前,调速系统始终由电流环其电流跟踪作用以维持动态电流为恒定，并使加速过程中逆变电压与转子整流输出电压的变化速率相同。直到电动机的转速超调，速度调节器退出饱和，转速环才投入工作，以保证最终获得与给定转速相一致的实际转速.2。4串级调速系统的性能2。4。1串级调速系统的机械特性串级调速系统主回路原理图如图2—5所示。图2-5串级调速系统主回路原理图图中电动机转子三相绕组和整流器连接的整流电路与一般的三相整流桥相似，可以用变流理论分析。但也有不同的地方：①整流前的转子电视的频率与幅值是转差率的函数；②,所以折算到转子侧的换相漏抗；③由于转子异步电动机折算到转子侧的漏抗值很大，换流重叠角加大，引起转子整流电路的特殊工作状态。有由《变流技术》可知:是由于整流电源的漏感和整流电流引起的两相同时导通的现象，在串级调速时，整流电源是异步电动机转子，折算到转子的电机漏抗必一般整流变压器大得多，所以随整流电流的增大，角比一般的整流器工作时大得多,甚至超过。而三相桥式整流每换流一次,当时，下一次换流将被推迟换流，推迟角度是.在稳定工作时，下次换流在以为环流周期中被推迟开始,它的的换流角γ只好等于600，这样它将使再下一次换流也被推迟角。这种角被强迫限制在的现象，称强迫延迟换流角.如继续增大，也随之增大，当达到后，将不再增加,而﹥，这时共阳极和共阴极组将发生重叠换流现象，造成负载短接事故，不是正常工作范围.因此,串级调速可分为三种工作状态。①第一工作状态，②第二工作状态，,；③第三工作状态，，。正常工作在第一、二工作状态。由于有两个正常工作状态，所以串级调速是的机械特性应分别分析.第一工作状态的机械特性：电磁转矩（2-9）从直流侧计算：(2-10）式中,为时的转子空载整流电势。故,(N﹒m）（2-11）由图2-5可知，即(2—12）式中—逆变变压器副边相电势；、—折算到副边的逆变变压器相电抗和相电阻；—滤波电抗器的内阻；—逆变器的逆变角。将式（2—12）代入（2—11），得=（2—13）（2—14）式中,为串级调速系统在某值时的理想空载转差率。将式（2-10）对求导,并令,可求出第一个工作状态表达式的最大转矩和对应的临界转差率。(2-15）将（2—12）代入式（20），得第一工作区的：（N﹒m)（2-16）并可由式(2—10）、（2-12）、（2—13）得（2-17）式中（2-18)（2-19）这就是第一工作区的串级调速调速机械特性方程。应该说明的是：①由式(2-11）可知串级调速时，同步转速由电网频率确定，是不变的，但通过改变可以改变理想空载转速.可以得到类似改变同步转速的调速特性；②由于当增大后将转入第二工作状态，所以实际上不存在。第二工作状态的机械特性：此时，由于出现，它与有如下关系：(2-20）将式（2—17）代入（2-8），得第二工作区的转矩表达式：=（2—21）当式(2-18)容易看出，当强迫延迟换流角时，可得第二工作区的最大转矩:(N﹒m)（2-22)是串级调速电动机实际能产生的最大转矩值。当进入第二工作区状态后，在考虑到时的为（2—23)考虑式(2—20)后的，可求得（2—24）将代入式（2-21），得第二工作区的临界转差率为（2—25）式中(2-26）由式(2—8）、式（2—13）和式(2—21)，可得第二工作区的机械特性表达式：(2-27)式中（2—28）(2—29)以代入式（2—17)、式(2-20），并按,可求得第一、二工作区交界点的直流侧电流和电动机转矩：（2—30）（N﹒m）（2-31）比较式(2-13)与式(2—28)：（2-32）按式(2-14）和式（2—24)即可绘制串级调速系统在转速开环时的机械特性曲线，如图1—11所示。图2-6串级调速系统的机械特性曲线图为便于比较，图中绘出正常接线时的固有机械特性.其最大转矩,由下式求得：（N﹒m）（2—33）对于大容量电机,若忽略，上式可简化为（2—34）式中—定子相电阻；、-定子相漏抗、折算到定自侧的的转子相漏抗；—定子相电压；—s=1时折算到转子侧的相漏抗,.串级调速，在额定负载时,均在第一工作区内。将式（2—28)、式(2-19）分别与式(2-30）比较，得(2—35)(2-36）由此可见，采用串级调速后的最大转矩只有固有特性的0.826倍，在需要过载倍数大的场合予以注意。2.5串级调速系统的能量指标在转子回路串电阻调速时绕线式异步电动机的理想空载转速就是同步转速，且恒定不变.在串级调速系统中由于电动机旋转的磁场转速不变，所以其同步转速也不变。但是，它的理想空载转速确是可以调节的。从串级调速系统原理图中我们得出系统在理想空载运行时的转子直流回路电动式平衡方程（此时)(2-37)式中—理想空载转差率.从该式中可知,改变逆变角时，也相应改变，逆变角也越大，越小,即电动机的理想转速越高。一般逆变角的调速范围为30°～90°，其下限30°是为了防止逆变颠倒的最小逆变角，也可根据系统的电气参数计算设定。角的调节范围对应了电动机的调上、下限。在不同的角下,与转子交流电流间有着固定比例关系,即可以反映电动机电磁转矩的大小，所以异步电动机串级调速时的T—s曲线时近似平行的，类似与直流电动机调压调速时的机械特性。在整流调速系统中,异步电动机转子绕组虽然不接电阻，但是，由于转自回路中接入了两套整流装置以及平波电抗器、逆变变压器等(这些部件统称为串级调速装置），在计及线路电阻后，实际上相当于在转子回路中接入了一定数值的等效电阻电抗。它们的影响在任何转速下都是存在的，即使电动机在最高转速运行时也是如此（最高转速在，时的转速）。由于转子回路电阻的影响使异步电动机在串级调速运行时其机械特性要比固有特性软，使电动机在额定负载时难以达到其额定转速.由于转子回路电抗的影响，在计及转子回路接入整流器后,转子绕组漏抗所引起的换流重叠角使转子电流产生了畸变,电动机因串级调速所产生的最大转矩将比电动机固有特性的最大转矩有明显的减少,约减少17.4﹪。2.5.(1)低同步串级调速系统的效率能量指标是衡量串级调速系统技术经济指标的重要方面,而系统的效率与功率因素是其主要内容。图2-7所示为低同步串级调速系统功率走向图。输入异步电动机定子的有功图2—7串级调速系统功率走向图功率为，扣除定子损耗（包括定子铜耗与铁耗）后经气隙传送到电动机转子的功率即为，的一部分作为机械功率()，并在扣除电动机机械损耗后从电动机的轴上输出给机械负载,。的另一部分既是转差功率。在串级调速系统中，并不被全部消耗掉，而是扣除了转子回路中的损耗后通过转子整流电路与逆变器返回输给电网。这部分功率称为回馈功率，(为转子损耗,为串级调速装置中所有元器件的损耗）.如果把回馈功率也作为电动机定子输入功率的一部分，则对整个串级调速系统来说，它从电网吸收的有功功率因为。这样可画出系统的能量流图如图2-8所示.图2—8串级调速系统的能量流图概括上述的各功率之间的关系式如下：（2-38)（2-39）(2—40）(2—41)（2—42）（2—43)串级调速系统的总效率是指电动机轴上输出功率与从系统电网向串级调速装置输入的有功功率之比，可用下式来计算：=100﹪=100﹪=100﹪=﹪﹪(2-44)在上式中，、、相对于来说都比较小，所以串级调速的总效率是很高的，且随着电动机转速的降低，系统的总功率较小并不多.而绕线式异步电动机在转子回路电阻调速时的效率几乎是随着转速的降低而成比例地减少，下式说明了这一点：﹪=﹪=﹪﹪（2—45)串级调速、串电阻调速系统的效率与电动机转差率之间的关系特性曲线如图2—9所示，可以看出，串调系统具有高效率的调速能力。图2-9低同步串级调速系统与转子串电阻调速的效率与转差率的关系曲线（2）低同步串级调速系统的功率因数串级调速系统主要缺点是整个调速装置功率因素较低,通常只有0。3至0.5，即使在高速运行时总功率因素也往往达不到0。6.造成串级调速系统总功率因素降低的因素有以下三个方面:原因一：串级调速系统中的绕线转子异步电动机和逆变变压器都与电网相联,都要从电网吸收无功功率。由图1-12的低同步串级调速的相量图可以看出,系统从电网上吸收的有功功率，等于电动机有功功率减去逆变变压器的有功功率。而无功功率等于电动机的无功功率和逆变变压器的无功功率之和，也就是：图2—10低同步串级调速系统的简化相量图(2—46）（2-47）（2-48)式中—串级调速系统从电网中吸收的总有功率；-串级调速系统总的视在功率；—电动机从电网吸收的有功功率；—通过逆变器回馈到电网的无功功率；—电动机从电网中吸收的无功功率；—逆变变压器侧从电网吸收的无功功率。由上式可知，串级调速系统从电网中吸收的总有功功率为，从而电网吸收的总无功功率为，这就使得串级调速系统总功率因数变低了.原因二:在串级调速系统中转子整流电路存在严重的换流延迟现象，引起电动机转子电流（基波）落后与转子电压相位角,使电动机本身运转的功率因数变低.即（2—49）式中—转子整流电路的电压和电流未出现重叠角引起相位落后时电动机原功率因数。原因三：串级调速系统中电动机和逆变变压器的电流波形发生畸变，其电流高次谐波分量引起无功的畸变功率,使串级调速系统总功率因数亦变坏。由于上述的原因二和原因三造成的功率因数降低约10﹪。综上所述，采用低同步串级调速方法实现异步电动机平滑无级调速，且调速系统具有较高的效率。由于增加了一些串级调速装置，使整个串级调速系统的功率因数降低.因此这种方法适用于调速范围不大的中小功率的绕线式异步电动机的调速，如对泵类机械（泵、风机、压缩机等)的调速。(3)提高功率因数的方法常用的提高低同步串级调速系统功率因数的方法由以下几种：1）采用补偿滞后的无功功率利用补偿电容器改善系统功率因数是比较简易可行的，目前也是比较普遍。电容器的无功功率要根据功率因数，由提高到的要求，按下式计算:(2—50）（2—51）（2—52）(2-53)式中—补偿电容器的无功功率；—对应于的无功功率;—对应于的无功功率；—串级调速系统的有功功率。采用补偿电容器补偿时，应注意防止绕线转子异步电动机与补偿电容器之间产生自励现象和电网波形畸变严重时，引起补偿电容器发热损坏。2）逆变器的不对称控制这是利用两组可控整流器组成逆变器的纵序联结，并进行逆变角的不对称控制。这种方法适应于大功率系统。3)采用强迫换流的逆变电路。4)采用斩波控制串级调速系统.2.5。超同步串级调速系统在低同步运行时，能量流图和低同步串级调速系统的能量流图相似。在超同步转速运行时，能量流图见图2-11.图2—11超同步转速电动工作时的能量流图超同步串级调速系统一般多采用交-交变频器作为能量变换器。由于直接进行能量变换,没有中间直流环节，要比其它形式的变换器效率高。因此超同步串级调速系统的效率高于低同步串级调速系统。在超同步运行时，由于电动机额定输出转矩不变而转速提高,所以电动机的输出功率提高，同时因为铜耗、铁损基本保持不变,所以电动机的效率也得到了提高。和低同步串级调速系统相比较，超同步串级调速系统能量指标的一个突出特点，就是在保证调速要求的同时，还可以独立地调节电动机定子侧的无功功率,从而提高整个系统的功率因数.当保持电动机的气隙磁通不变的情况下,通过调节的相位和幅值,就可以补偿定子侧的无功功率。换句话说，就是建立气隙磁通的励磁电流,部分或者全部由电压产生。这时定子侧的无功功率减小，而转子侧的无功功率增大。在气隙磁通相同的情况下，由转子侧励磁的功率要小于由定子侧励磁的功率。二者相差倍（在超同步串级调速系统中通常＜0.5）。和同步电动机过励磁的情况相似，增加转子侧的励磁电流，可以使定子侧减小滞后无功功率或发出超前无功功率，提高电网侧的功率因数。实验结果表明：在额定负载情况下，电动机定子侧可以输出超前的无功功率。扣除转子侧的变压器、交—交变频器以及转子侧励磁侧所需的滞后无功功率，整个系统的功率因数仍可以达到0.9以上。因此，超同步串级调速不仅是性能优良的传动装置，而且能有效地调节电网无功功率的设备。第3章串级调速系统的设计3.1低同步串级调速绕线转子异步电动机的选择在一般情况下，可以按常规计算方法确定电动机的容量,然后根据串级调速的一些特点加以修正，并结合生产机械的技术要求选择合适的电动机，最后对电动机进行热校验和过载能力的校验.预选电动机容量时，必须考虑下了情况：1）长期工作制的电动机功率大约降低7﹪。2）最大转矩有所降低,串级调速时,最大转矩比正常接线时大约降低17﹪。3）在额定转矩时，所对应的转差率有所增加,大约时额定转差率的2倍。4）电动机低速运行时，转子电流频率升高，集肤效应显著，又因转子波形畸变,高次谐波成分增加。转子电流频率增加，铁损也会增加,加之自冷风扇风量减小，使电动机过热能力下降。由于上述原因，在选择电动机额定功率时，应当考虑一个裕量系数，即（3—1）式中—串级调速的绕线转子异步电动机的计算功率(kW）；—裕量系数，一般取值为1.15左右,对于长期低速工作的电动机，值还要适当加大。—按不调速时计算的电动机功率(kW）。从绕线转子异步电动机系列产品中选择电动机的额定功率应该满足﹥（3-2）在选定电动机的容量后，还必须对长期运行的电动机进行热校验，可以采用等效电流法进行。出进行热校验外,还要进行最大转矩校验。只要串级调速的绕线转子异步电动机的最大转矩大于最大负载转矩，就可以通过最大转矩校验。3。2超同步串级调速绕线转子异步电动机的选择超同步串级调速绕线转子异步电动机，在同步转速上下既可以电动运行也可以制动运行，只要电动机有足够的机械强度,就可以输出大约额定值的功率。根据超同步串级调速的特点，在选择电动机时,应该使同步转速尽量接近调速范围的中点，即（3-3)式中—超同步串级调速的绕线转子异步电动机的同步转速（）；—绕线转子异步电动机的最高转速（)；-调速范围。如果只在同步转速以下调节速度，则电动机的额定功率应满足（3-4）式中—电动机的额定功率（kW）;—电动机的额定转矩()；-电动机的最高转速（）.如果在同步转速上下两个区域调节速度，则电动机的额定功率应该选择下式：（3-5)电动机在超同步转速工作场合,必须考虑电动机旋转部分的机械强度是否适合高速旋转的要求。在选择接线转子异步电动机时，还要考虑调节定子无功功率对转子电流的影响.在定子无功功率全补偿的方式中,需要增加转子的励磁电流.这是所增加的功率对于1000～5000kW的电动机约为2﹪~5﹪（电机容量越大，增加功率的百分比越小）；对于100～1000kW的电动机，增加的功率约为5﹪～10﹪。而在设计专用的超同步串级调速电动机时，已经考虑了定子和转子电流的重新分配，电动机的额定功率还会有所降低。3.3逆变变压器的选择串级调速系统中的逆变变压器，它的作用主要有:1）将可控整流装置域交流电网隔离，以抑制电网的浪涌对晶闸管的影响。2）取得能与被控电动机工作相匹配的逆变电压.逆变变压器的二次绕组额定相电压值应该根据系统的调速范围大小来确定。用调速范围所对应的最大转差率值(即可调的最低速）带入直流回路的电动式平衡方程式后，即可求得所要求的逆变变压器二次侧额定相电压。当时，逆变器触发超前角,以空载来近似计算，即,可得所以（3—6)为防止逆变器失败，一般取,则（3—7)由上式可知，串级调速系统要求调速范围越大,即值越大,就要求逆变变压器的二次侧相电压越高。逆变变压器二次绕组额定相电流,可以根据电动机转子的额定相电流来折算求得.当电动机转子绕组和变压器二次绕组均为星形连接时，可认为I2T≈，三相逆变变压器的容量为（3—8）由此可见，逆变变压器的二次绕组额定相电压和容量值越小.调速范围不大的串级调速系统逆变装置的容量较小。小容量的串级调速系统,若电动机在最低转速运转时，由计算出低于电网电压时，也可省去逆变变压器。但大中容量串级调速系统必须采用逆变变压器。3.4串级调速的起动装置常用的起动方式有两种，简述如下：3.4。1图3—1为采用并联可变电阻起动的电气原理图。电动机采用接触器接入附加起动器（或频敏变阻器），与加速到设计考虑的调速范围最低速时，才将接触器接通，这时投入串联装置的触发超前角应为最小值。然后把接触器断开，将角逐渐增大，电动机继续加速到所需值.采用这种起动方式，虽然增加了一套附加起动设备，但对于调速范围小的串级调速系统来说,其主要设备的容量和耐压可显著降低，从设备总投资来看，仍然时经济的。在起动过程中,为保证起动平稳，进行切换时必须保证如下两个条件:1）在断开起动电阻前应将转子绕组接入串级调速工作电路。2）起动时应将电动机的转速略高于给定值后再切换到串级调速工作电路，这是因为串级调速的绕线转子异步电动机减速要比加速更容易接近给定的转速值.图3-1串级调速采用并联可变电阻器起动原理图这种并联可变电阻器的起动方式主要用于大功率串级调速装置。3.4.2中小功率的串级调速装置可以采用串电阻起动.在这种方式中，可以把起动电阻串在转子绕组回路，见3-2；也可以把启动电阻串在整流回路中,见图3-3.串电阻起动方式的优点是：可以减少切换接触器的次数；电阻的容量和体积较小；起动平稳没有冲击。图3-2串级调速电阻串在绕组回路起动原理图图3-3串级调速起动电阻串在整流回路起动原理图这种起动方式中，为了防止起动电阻短路时产生电流冲击，可以在短路电阻前将逆变器的触发超前角置于对应转子最大反电动势的角度，或者使用快速截止的电流负反馈。串接起动电阻器起动的缺点:1）一旦串级调速装置发生故障,电动机将失去起动能力，而并联可变变阻器的起动方式仍可以利用电阻起动电动机.2）转子回路中主要设备的元件耐压等级要按来考虑。图3-2所示的方式中，虽然需要接触器的触头较多,但整流元件所承受的电压条件要比图3—3的方式要好些。第4章串级调速系统主回路主要设备的参数/"方法为ICO1,基本结构和安装方式为IBM3。表一变压器主要参数控制电机型号YR250M2-4额定功率55kW额定电流104。7转子电压/电流288V/121最高/最低转速1448/724效率90％功率因数0。88注：该处最低转速是在假设调速范围为2，即时，由附录后已知的最大转速求得的，这里暂时借用。4。2转子整流器的参数计算与元件选择（1）最大转差率（4—2)式中—电动机的同步转速,近似等于电动机的额定转速；—串级调速系统的最低工作转速。转差率=（1500-1448)/1500=0.036最大转差率=(1448―1448）/1484=0。5=1448/724=2。（2)转子整流器的最大输出电压（4—3）式中—转子开路相电势;—整流电压计算系数，见下表：表二变流器主电量计算系数符号KITKUTKUVKIVKILKSTKLK三相带中线0.3670。670.5770.4721。3810.866三相桥0.3672.350。8130.8161.0520.5双三相桥串联0.3672。73.8161.5781.0340。26～0.52双三相桥并联o。1842。350。4080。8891。0310.26~0.52则=2.35*55*（1—1/2）=111.931（V)（3）最大直流整流电流（4—4）式中—电动机的电流过载倍数，近似等于转矩过载倍数2;—转子线电流额定值;—整流电压计算系数，见上表；—转子整流器输出直流电流额定值； 1。1—考虑到转子电流畸变等因素的影响而引入的系数。则=1.1＊2＊121/0。813=327.42(A）（4）整流二极管的选择1)整流二极管电压的选择由于每个桥臂上串联的整流二极管数目为=2，则每个二极管的反向重复峰值为(4-5）式中—电压计算系数，见上表；—转子开路相电势;—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：≥2＊1.732＊1.414＊288*(1-1/2）/(0.9*2)=391.848（A）2)整流二极管电流的选择在一般串级调速系统中，需要将2个整流二极管串联使用。设并联支路数为则每个整流二极管的电流计算如下：(4-6）式中—电流计算系数，见上表;—转子整流器最大直流整流电流；-均流系数.其值可取0.8~0。9。对于元件不并联的情况下取1。由此可得≥2*0.367*327。42＊/(0.8*3）=100.136(A)4。3逆变嚣的参数计算与元件选择4。3.1逆变变压器的容量计算串级调速系统中的逆变变压器，它的作用主要有：1)将可控整流装置与交流电网隔离，以抑制电网的浪涌对晶闸管的影响。2）取得能与被控电动机工作相匹配的逆变电压。为防止逆变器失败,一般取，则由第三章逆变变压器的二次绕组额定相电压值的公式(4-7)可得=1。15×288×1/2=165。6（V)逆变变压器二次绕组额定相电流，可以根据电动机转子的额定相电流来折算求得.当电动机转子绕组和变压器二次绕组均为星形连接时，可认为所以三相逆变变压器的容量为=3×165.6×121=60。2（KV﹒A)4.3。2晶闸管的参数计算(1）晶闸管额定电压的选择在大容量晶闸管串级调速系统中,单个晶闸管的额定电压不能满足要求，需要几个晶闸管串联使用。设每个串联桥臂上晶闸管的数目为，则每个晶闸管反向重复电压由下式确定：（4—8）式中—电压计算系数，如上表；—均压系数,其值可取0。8~0.9.对于元件不需串联的情况下取1。（2)晶闸管额定电流的选择设每个桥臂并联元件支路数为，则每个晶闸管的额定电流为（4-9)式中—电流计算系数，见上表；—转子整流器最大直流整流电流；—均流系数.其值可取0.8~0。9。对于元件不并联的情况下取1。4.4平波电抗器电感量的计算转子直流回路平波电抗器的作用是：一)使串级调在最小工作电流下仍能维持电流的连续;二）减小电流脉动，把直流回路中的脉动分量在电动机转子中造成的附加损耗控制在允许的范围内。平波电抗器的电感量计算如下:（1）保证电流连续所需要的电感量(4-10）图1—20不同脉波数时,临界电感系数与超前角的关系式中—正比与直流电压中的交流分量的电感计算系数，从下图中查;—逆变变压器二次侧线电压;—系数，见上表;-直流回路最小工作电流(A）；—异步电动机折算到转子侧的每相电感量;—逆变变压器折算到二次侧的每相电感量。（2）限制电流脉动的电感量（mH)（4-10）式中-限制电流脉动的电感系数（），其值从下表中查；—允许的电流脉动率，一般可取10％左右。表三电感量计算系数短路电压百分值的感抗分量=0=6﹪=12﹪=18﹪三相带中线1.931。831。731.63三相桥0.450.40.360.32双三相桥串联或并联0。110。0860.0660.048(3）平波电抗器的电感量第5章控制原理图的绘制及说明第一部分：基本控制原理图（该图中速度精度调节部分未画出）图5-1基本控制原理图操作说明图中电机为4kW正反转旋转电动机,它的主要功能就是为电动机源源不断地输入气流以达到为电动机降温的目的.当将刀开关以及接触开关合上时，电动机开始顺时针旋转。当要使电动机从顺时针向右转转变为逆时针向左转时，便可以将刀开关断开,直到电动机停止以后再将刀开关以及接触开关合上，这是因为当电机顺时针高速旋转时如果突然将它调成逆时针旋转时必将产生一个瞬间向左的电磁转矩，而电动机向右旋转的趋势一时又挺不下来，在两股力的作用下，电机必然产生“扭伤”，从而影响电机的使用寿命。图中电机为电机它通过串级调速装置来达到调速的目的。在调速开始前，首先合上接触开关，使得转子回路中接入可调节电阻.当电动机又初速度为零逐渐加速到设计考虑的调速范围最低速时，才将接触器接通，这时投入串联装置的触发超前角应为最小值。然后把接触器断开，将角逐渐增大，电动机继续加速到所需值。采用这种起动方式，虽然增加了一套附加起动设备，但对于调速范围小的串级调速系统来说，其主要设备的容量和耐压可显著降低,从设备总投资来看，仍然时经济的。再看原理图的右半部分，则是控制部分。最右端的小灯是信号指示灯，当开关闭合时，该灯就会亮,显示主干线路是正常的。该小灯电路是由变压器降压成6来供电的.而各开关器件的控制电路则是通过变压器降压成110V来完成的。当按下开关点动按钮时，由于互锁的作用，线圈不通电，而线圈通电，与此同时与开关按钮并联的辅助触头也闭合，这样即使在开关点动按钮断开时线圈任能够得电，使得主触头一直闭合，这样电动机就正方向旋转。当要使电动机向左旋转时，先按下点动按钮，线圈失电，最终导致电动机停止。同理，再按下点动按钮，线圈得电，电动机向左旋转.合上点动按钮，线圈以及通电延时线圈同时得电，电动机开始逐渐加速，当加速到可调速度最小值(此时延时时间也已到），通电延时开关闭合，线圈得电，主电路中的主触头也闭合，同时线圈断电，主触头断开。这样串级调速程序就被起动了。停车顺序注意事项:一般绕线式异步电动机空载励磁电流较大,为电动机额定电流的25%左右，这意味着电动机有较大的磁场能量。因此在电动机分闸时不允许转子开路．否则转子侧将产生严重过电压,甚至击穿电动机绝缘。停车时也不允许切除所有电源，应保证逆变器比整流器迟脱离电网。停车顺序为：使串调装置脱离电动机转子同时接入频敏变阻器或附加起动电阻中；切断电动机定子电源，切断逆变器电源。切断控制回路电源。第二部分：双闭环控制下的调速精度控制图图5—2双闭环控制下的调速精度控制图操作说明图中转速反馈信号取自与异步电动机机械上连接的测速发电机，电流反馈信号取自逆变器交流侧，也可以通过直流互感器取自转子直流回路.为防止逆变器逆变颠覆,在电流调节器输出电压为零时,应整定脉冲输出相位角为。图中所示系统的工作与直流不可逆双闭环调速系统一样，具有静态稳速与动态恒流的作用。所不同的是，它的控制作用都是通过异步电动机转子回路来实现的。要说明的是：电流调节器LT输出为零时，应整定，以保证最低启动（即以Uβmin启动)；为防止逆变失败,取；LT输出增加，引起向方向变化，当时,Uβ=0，相当于转子没有附加电动势，电动工作于固有特性。系统在突加给定时的启动动态过程中，起动初期，速度调节器处于饱和输出状态,系统相当于转速开环.随着启动过程的进行，电流调节器的输出增大，使逆变器的逆变角增大，逆变电压减小，打破了启动开始瞬间逆变电压大于电动机转子不动时的整流电压的条件，产生直流电流，使电动机有电磁转矩而加速起动。在电动机转速未达到给定值之前，调速系统始终由电流环起电流跟踪作用以维持动态电流为恒定,并使加速过程中逆变电压与转子整流输出电压的变化速率相同。直到电动机的转速超调,速度调节器退出饱和，转速环才投入工作，以保证最终获得与给定转速相一致的实际转速。综上所述，电机调速部分的控制在基本控制原理图以及电机速度精度调节控制图的作用下,最终完成了对电机的有序平滑调速,保证了电机调速的有效性。第6章展望在交流调速的研究与制造过程中，硬件的设计与组装占了相当大的比重。电机制造以及调速装置的制造需要大批的技术熟练工人,对人员的素质有一定要求。而国外相关产业的人工成本相对较高,在近十年内,交流调速的制造业有可能向发展中国家转移.对中国来说，这也是一个机遇，如果我们抓住这个机会，再利用本身的市场有利条件，有可能在我国形成交流调速系统的制造业中心，使我国工业上一个新的台阶。需要注意的是发达国家在高技术领域是不会轻易放弃的，他们非常注意核心技术及软件的保护和保密，为此，必须加大该领域的科研与开发的力度,加大对电机研究人员的培养，要加大自主创新的力度和鼓励自主创新的人才。在这样一个大好的形势下，我们面对就有机遇也有挑战，所以我们必须要学好本职的专业知识,多独立思考和创新。进入21世纪后,中国的经济羽科技正突飞猛进的发展，所以电机的发展方向必向高技术含量、低能耗发展，电机的形状和大小也朝超小型和超大型发展，科技含量也要求十分的高。致谢经过几个月的忙碌和学习,本次毕业论文设计已经接近尾声。在做这次毕业设计中，由于HYPERLINK"/Article/gwcl/jyjl/index。htm”经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方,如果没有指导教师的的督促指导，想要完成这个设计是难以想象的。本课题在选题及研究过程中得到李晓慧老师的悉心指导,在这里请接受我最真诚的祝福和感谢.李老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段,从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改,后期论文格式调整