过控课程设计格式参考[1]

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1、综合成绩优秀（）良好（）中等（）及格（）不及格（）教师（签名）批改日期年月日《过程控制与自动化仪表》课程设计报吿院系电子与电气工程学院专业自动化班级学号姓名绕线转子异步电动机串级调速系统一、控制要求1、了解绕线转子异步电动机串级调速的工作原理。2、设计出220KW电机的串级调速系统。二、设计思路绕线式转子异步电动机常采用改变转差率S调速，可采用改变串接于转子回路附加电阻的方法进行调速,这种方法操作简单，投资少，但由于串入附加电阻而增加的转差功率是以发热的形式消耗在附加电阻上的，故使得系统的效率降低，而且调速

2、范围小，静差率大,平滑性差（有级调速），只能用于小功率电动机和对调速性能要求不高的场合。这种调速方法的实质，是通过改变消耗于转子外串电阻中的功率，来改变转差率S,从而达到调速的冃的，因此它属于转差功率消耗型调速方法。为了充分利用转差功率，采用在转子回路串入一个三相的附加电动势Ec其频率应与转子电动势E?的频率相同，改变附加电动势E/的大小及相位，均能改变转子电流及转矩，也就可以改变转差功率，同样可以改变转差率，实现调速，这种调速方法称为串级调速。由于这种调速方法可以将串入附加电动势而增加的转差功率Ps回馈到

3、电网或电动机轴上，因此它属于转差功率回馈型调速方法。绕线转子异步电动机采用串级调速方法，克服了转子回路串电阻的缺点，能提高调速的经济性，具有节能作用，可以使系统获得较高的运行效率。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，因而在大功率调速系统屮获得了广泛的应用。三、串级调速原理在转子回路中串入附加电动势进行串级调速的基本原理，如图1所示。图2为其等效电路图，分析如下：假设电源电压、负载转矩均不变，在e汙0的情况下，异步电动机以接近额定值的转速稳定

4、运行。此时，转子的感应电动势为£2=SE20,转子电流的值为：I，=/泓)=(1)式中：E”)—转子开路时的相电动势；R<—转子绕组每相的电阻；X2。—转子静止时的每相漏电抗。⑴当与E?的频率相同、相位相反时，转子电流L减小，此时转子电流为:⑵当£7与£的频率相同、相位相同时，转子电流为:［尸(3)调节£>的大小可以调节电动机的转速，并将使电动机的转速超过其同步转速。从功率关系来看，在忽略电动机损耗的情况下，当£7与丘2两者的相位相反时，电网向电动机输入的电磁功率/的一部分变为机械功率Pq从电动机轴上输出

5、，另一部分变为转差功率Ps通过产生附加电动势的装置回馈给电网，电动机在低于同步转速的电动状态下运行；当E・r与E?两者的相位相同且电动机转速超过其同步转速时，电网向电动机输入电磁功率PM,电网同时还通过产生附加电动势£7装置也向电动机转子输入转差功率Ps,电动机把其定子和转子同吋吸收的屯功率变为机械功率只2从轴上输出，电动机在高于同步转速的电动状态下运行。可见，采用串级调速时，由于转斧功率Fs没有被损耗，故串级调速系统具有较高的功率。四、主电路串级调速主电路如图3所示图3中，M为三相绕线转子异步电动机，其转

6、子相电动势为sEh)经三相不可控整流装置UR整流，输出直流电压Udo工作在有源逆变状态的三相可控整流装置UI作为电机调速所需的附加直流电动势外，还可以将经UR整流输出的转差功率逆变，并回馈给电网。T1为逆变变压器，L为平波电抗器。两个整流装置电压5和U的极性以及直流电流Id的方向如图屮所示。显然，系统在稳定工作时，必有Ud>Uio由此直流回路电压平衡方程式：U尸U汁LR(4)或K1sErO=K2UT2cosP+IdR(5)式中K

7、、K2——UR与UI两个整流装置的电压整流系数；——逆变变压器的二次相电压；B

8、——工作在逆变状态的可控整流装置的逆变角；R——转了直流刨路的总电阻。式中，匕中包含了电动机的转差率，而k与电动机转子交流电流h之间有固定的比例关系，它近似地反映到了电动机电磁转矩的大小，而B角是控制变量,通过调节逆变角B实现平滑调速。工作过程：1、启动——控制逆变角P,使在起动开始的瞬间，Ud与Ui的差值能产生足够大的Id,以满足所需的电磁转矩，但乂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0角以减小值Ui,从而维持加速过程中动态转矩基本恒定。2、调速——通过

9、改变0角的大小调节电动机的转速。其过程如下：当增大0角时，逆变电压"就会减小，但电动机的转速不能立即改变，所以厶将增大，同时电磁转矩也增大，因而产生动态转矩使电动机加速，随着电动机的转速的增高，K]SE「o减小，冋降，直到电动机在增高了的转速下稳定运行。同理，当0角减小时，电动机在降低了的转速下稳定运行。3、停乍——串级调速系统没有制动停车功能。只能靠减小0角逐渐减速，并依靠负载阻转矩的作用自由停车。4、串级调速