晶闸管串级调速系统设计.doc

引 言 绕线异步电动机在转子回路中串接一个与转子电动势同频率的附加电动通过改变值大小和相位可实现调速。这样，电动机在低速运行时，转子中的转差率只有小部分被转子绕组本身电阻所消耗，而其余大部分被附加电动势所吸收，利用产生E的装置可以把这部分转差功率回馈到电网，使电动机在低速运行时仍具有较高的效率。这种在绕线转子异步电动机转子回路串接附加电动势的调速方法称为串级调速。 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。能实现无级平滑调速，低速时机械特性也比较硬串级调速原理 （2-1） 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： （2-2） 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，并与同相（或反相）串接，如图2-1所示。此时转子回路的相电流表达式为： （2-3） 图2-1 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（2-2）和式（2-3）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（2-2）与式（2-3）的平衡关系为： （2-4） 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： （2-5）-----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； ---- 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） s1sn （2-6） 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0s1。对照式（2-5）可知，从定子侧输入功率，轴上输出机械功率，而转差功率在扣除转子损耗后从转子侧馈送会电网，功率流程如图2-2所示。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。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，将转子的交流电变为直流电，再用晶闸管