异步电机双闭环串级调速系统研究

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1、异步电机双闭环串级调速系统研究［摘要］本文利用串级调速系统，使绕线式异步电动机实现高性能调速。用转子串反电动势来代替电阻，吸收转差功率；用双闭环控制提高系统的静、动态性能。分析设计了用附加电动势的方法将转差功率回收利用进行调速的双闭环串级调速系统。［关键词］异步电动机；串级调速；双闭环1概述异步电动机在低于同步转速下作电动状态运行的双馈调速系统称Z为串级调速系统。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牛的。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，因此效率高。它能实现无级平滑调速，低

2、速时机械特性也比鮫硬。特别是晶闸管同步串级调速系统，技术难度小，性能比较完善，因而获得了广泛的应用。1.1串级调速的一般原理所谓串级调速，就是在转子回路串入与转子电动势E2同频率的附加电动势Eadd,如图1-1所示。图1-1绕线转子异步电动机转子附加电动势原理图通过改变Eadd的幅值和相位来实现调速，这种调速方法，把串入附加电动势而增加的转差功率冋馈给电网，因此效率高。下面简述工作原理:当在转子冋路串入附加电势时，则转子电流为：%土已血式屮E「0为转子堵转开路相电势；Rr为转子绕组每相电阻;X旳为3=1时的转子绕组每相漏抗

3、。可见，串入附加电势后，就会引起转子电流变化，从而改变电动机的电磁转矩，最终达到改变转速的目的。1.2晶闸管串级调速的基本原理在工程上常先将电动机转子电动势整流成总流电压，然后引入一个总流附加电动势，调节直流附加电动势的幅值就町以调节异步电动机的转速。按产生直流附加电动势的方式不同，串级调速系统可分为电气串级调速系统及机械串级调速系统。其中电气串级调速系统乂称晶闸管串级调速系统。图1-2电气串级调速系统原理图图1-2为电气串级调速系统原理图。异步电动机转子主回路由二极管三相不控整流桥UR,晶闸管三相桥式逆变器L1,三相变压

4、器组T1组成。逆变变压器的作用：一是能取得与被控杲步电机工作相匹配的逆变电压；二是把可控整流装置少交流电网隔离，以抑制电网的浪涌电流对品闸管的影响。L为平波电抗器，其作用是:一是使串级调速在最小工作电流下仍能维持电流的连续;二是减小电流脉动，把宜流回路屮的脉动分址在电动机转子屮造成的附加损耗控制在允许的范围内。2线式异步电动机串级调速的设计方法在设计某个晶闸管串级调速系统时，系统整体方案选择原则是在满足生产机械工艺耍求和确保产品质最的前提下，力求投资少、效益高和操作方便。主要考虑的问题是电动机的选择，启动方式的选择和串级调

5、速装置参数的选择以及可靠的保护措施。2.1电动机的选择在选择串级调速系统中的电动机吋，首先要选择电动机的容量。此外，还要考虑电动机的供电方案等问题。2.1.1电动机供电方案的确定在串级调速系统中，山于要求直流电压脉动较小，故可采用三相整流电路。因三相桥式全控整流电压的脉动频率比三相半波高，因而所需的平波电抗器的电感量可和应减少约一半，这是三相桥式整流电路的一大优点。并且晶闸管可控整流装置无噪声、无磨损、响应快、体积小、重量轻、投资省，而工作口J靠，能耗小，效率高。考虑使电路简单、经济R满足性能要求，这里选晶闸管三相全控桥整

6、流电路的供电方案。考虑到异步电动机输出的最大转矩的降低，功率因数的降低和转子损耗增大等因索，不论对于新设计的或是改造的都应对界步电动机的容量进行重新选择的计算，串级调速异步电动机的容P=(・Pd式中，b—串级调速系数，一•般取1.2左右。对■于在长期低速运行的串级调速系统，该取大一点;P"——按照常规运算方式计算的电动机容量。2.1.2电动机容量校核这里采用电机型号为：YZR2-280S1-4,电机最高/最低转速为1468/680r/min,转子电压/电流为340V/164.9A,定了电压/电流为380V/113.29A,

7、额定功率为63kw,最大转矩/额定转短为2.8,转动惯量为1.85。(1)最人转差率nminmax"min=则调速范围:最大转差率:转差率：D=Anin=14%o=2J588.fax=(1468一680)/1468=0.5368；£°N=(1500-1468)/1500二0.0213；n0:电动机的同步转速，近似等于电动机的额定转速；"min:串级调速系统的最低工作转速；,nax:串级调速系统的最高工作转速，一般取(2)电动机额定转矩：t=9’‘°xPn_9550x63=40984N•M八nN1468(3)电动机最大转矩：

8、Tm=K.[Tn=2.8x409.84=1147.552^-4/(4)电动机转矩过载倍数：K=i=2.8(5)转子整流器的最大直流整流电流:dmax=1・1&W】2N=1.1九心=1・1x2x164.%8]5=445・13A式中：九：电动机的电流过载倍数，近似等于转矩过载倍数2；‘2N：转了线电流额定值