交直流调速课程设计

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1、第一章串级调速原理与主电路设计1.1串级调速原理:异步电动机运行时其转子相电动势为：（1-1）式中s-----异步电机的转差率；----绕线转子异步电机在转子不动时的相电动势，或称转子开路电动势，也就是转子额定相电压值。式（1-1）表明，绕线转子异步电机工作时，其转子电动势Er值与转差率s成正比。此外，转子频率也与s成正比，。在转子短路情况下，转子相电流Ir的表达式为：（1-2）式中----转子绕组每相电阻；----s=1时的转子绕组每相漏抗。如在转子绕组回路中引入一个可控的交流附加电动势，此附加附加电动势与转子电动势有相同的频率，并与

2、同相（或反相）串接，如图1-1所示。此时转子回路的相电流表达式为：（1-3）28M～～～～Ir图1-1当电机处于电动状态时，其转子电流Ir与负载大小有直接关系。当电动机带有恒定负载转矩TL时，可近似地认为不论转速高低转子电流都不会变，这时，在不同s值下的式（1-2）和式（1-3）应相等。设在未串入附加电动势前电动机原来在某一转差率S1下稳定运行。当引入同相的附加电动势后，电动机转子回路的合成电动势增大了，转子电流和电磁转矩也相应增大，由于负载转矩未变，电动机必然加速，因而S降低，转子电动势Er=sEr0随之减少，转子电流也逐渐减少，直至

3、转差率降低到时，转子电流Ir又恢复到负载所需要的原值，电动机便进入新的更高转速的稳定状态。此时式（1-2）与式（1-3）的平衡关系为：（1-4）同理可知，若减少+Eadd或串入反相的附加电动势-Eadd，则可使电动机的转速降低。所以，在电机的转子侧引入一个可控的附加电动势，就可以调节电机的转速。如上所述，在绕线转子异步电动机转子侧引入一个可控的附加电动势并改变其数值，就可以实现对电机转速的调节。这个调节过程必然在转子侧成功率的传送，可以是把转子侧的转差功率传输到与之相连的交流电网或外电路去，也可以是从外面吸收功率到电机转子中来。从功率传

4、送的角度看，可以认为是用控制异步电动机转子中转差率的大小与流向来实现对电动机的调节。忽略机械损耗和杂散损耗时，异步电动机在任何工况下的功率关系都可写作：（1-5）式中-----从电机定子传入转子（或由转子传出给定子）的电磁功率；----输入或输出转子电路的功率，即转差功率；28----电机轴上输出或输入的功率。由于转子侧串入附加电势的极性和大小的不同，s和Pm都是可正可负的，因而可以有五种不同的工作情况。这里仅研究电机在次同步转速下作电动运行状态。设异步电机定子接交流电网，转子短路，且轴上带有反抗性的负载（对应的转子电流为Irn）,此时

5、电机在固有机械特性上一额定转差绿Sn运行。若在转子侧每相加以附加电动势-Eadd,根据式（1-3），转子电流Ir将减少，从而使电机减速，并进入新的稳态工作。此时，转子回路的电势平衡方程式s1>sn（1-6）如果不断加大值，将使s值不断增大，实现了对电机的调速。由于轴上带有反抗性负载，电机在Te-n坐标系的的第一象限作电动运行，转差率为0

6、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。1-n10n1s,nCUU~图1-2串级调速低于同步速度电动状态运行下的能量传递关系28在异步电动机转子回路中附加交流电动势调速的关键就是在转子侧串入一个可变频、可变幅的电压。对于只用于次同步电动状态的情况来说，比较方便的方法是将转子电压先整流成直流电压，然后再引入一个附加的电动势，控制此直流附加电动势的幅值，就可以调节异步电动机的转速。这样，就把交流变压变频这一复杂问题，转化为

7、与频率无关的直流变压问题，使问题的分析与工程实现方便多了。当然对这一直流附加电动势要有一定的技术要求。首先，它应该是平滑调节的，以满足对电动机转素平滑调节的要求；其次，从节能的家度考虑，希望产生附加直流电动势的装置能够吸收从异步电动机转子侧传递来的转差功率并加以利用。把转差功率回馈给交流电网这样才能提高调速系统的效率。根据以上两点要求，较好的方案是采用工作在有源逆变状态的晶闸管可控整流装置作为产生附加直流电动势的电源。1.2晶闸管串级调速系统主电路设计图1-3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

8、电动机，其转子相电动势经过三相不可控整流装置整流，输出直流电压。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