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天津工程师范学院（成人教育）毕 业 设 计题目 绕线式异步电动机串级调速的研究 副标题 钢丝厂专用拉丝机电气控制装置的设计 学生姓名 屈国辉 年 级 2007级 函 授 站 重庆站 专 业 电气自动化技术 指导教师 评定成绩 优 良 中 及格 不及格天津工程师范学院成人教育专科毕业设计开题报告论文题目绕线式异步电动机的串级调速（钢丝厂专用拉丝机电气控制装置设计）学院名称天津工程师范学院重庆函授站班级2007级开题日期2008年9月专业名称电气自动化技术学 号20071302151姓名屈国辉指导教师1.本课题研究意义： 绕线式异步电动机多用在启动转矩大、或要求调速的场合，例如：桥式起重机、拉丝机等。对于绕线式异步电动机改变转差率 调速的传统方法是在转子回路中串入附加电阻，：1）调速是有级的不平滑，2）在深调速时机械特性很软，致使负载变化不大，便可引起转速很大的波动，3）转差率消耗在附加电阻上，特别是低速时电能损耗大，效率低，异步电动机经气隙传送到转子的电磁功率，一部分变为机械输出功率，另一部分变为转差功率，而转差功率以发热形式消耗在转子绕组电阻及外接电阻上，他们之间转速愈低，效率愈低。又能提高它的效率，实现无级平滑调速及使它调速时的机械特性变硬等优点，从而提出了绕线式异步电动机转子回路串入附加电动势的高效率调速方法 。2.研究内容： 1） 绕线式异步电动机的主要参数。额定功率: PN=60KW 额定转速: nN = 1480r/min额定电压：U1N =380V 额定电流：I1N = 157.9A2）绘制电气原理图，选择元器件，编制元件目录表，电路计算。(1)选择元器件 电机的选择 变压器的选择 电阻的选择 其它器件的选择 （2部分电路的计算电机的相关数据的计算 变压器的相关数据的计算 其它数据的计算3）绕线式异步电动机的串级调速。4）PLC的设计。3.技术路线、研究方法和研究进度：（1）确定基本参数及主要技术性能指标。（2）系统的结构设计。（3）电路的计算。（4）转速、电流调节器的选择。（5）触发器的选择。4.导师意见： 指导教师（签名）： 年 月 日5. 函授部意见：函授部主任（签字）： 年 月 日天津工程师范学院成人教育专科毕业设计进度计划表序号毕业设计阶段性工作及成果时间安排1毕业设计动员，介绍课题分类对毕业设计相关知识进行解释08-09（一）第3周2启动毕业设计，正式分组分课题08-09（一）第3周3补电气制图相关专业知识08-09（一）第45周4补课题相关知识08-09（一）第67周5课题分析，启动设计辅导08-09（一）第68周6进行资料解说，收集资料针对相关课题进行指导08-09（一）第910周7对各组收集的相关资料进行检查08-09（一）第1112周8督导各组同学写出设计书初稿及画出设计初图08-09（一）第1316周9提出第一次审改意见08-09（一）第1718周10学生在假期自己对设计书.图的修改08-09（一）放假11交毕业设计正式图稿，提出第二次整改意见，并退回更改08-09（二）第1-2周12启动答辩自述书的安排并开展整改后交稿审查08-09（二）第3周13启动培优补差（个别辅导），对各组进行课题设计交流，为答辩做准备08-09（二）第4周14未按时交卷的同学的整改和审稿08-09（二）第5周15个别辅导，完成复审，做答辩前准备08-09（二）第6周16模拟答辩08-09（二）第9周17正式答辩08-09（二）第9周天津工程师范学院成人教育专科毕业设计任务书设计题目 绕线式异步电动机串级调速的研究 （钢丝厂专用拉丝机电气控制装置的设计） 学生姓名 屈国辉 系别 自动化 专业 电气自动化技术 班级 2007级 指导教师姓名 职称 高级教师 课题来源 教师自拟 任务书下达时间 2008 年 9 月 函授部主任签字 成教部主管主任签字 一、课题简介： 随着科学技术的发展更新对产品的质量要求越来越高；它对设备的要求性能更加高。目前这类设备主要有拉丝机，因为拉丝机采用的是串级调速，它主要的优点是比较节能，因而得到广泛的应 。拉丝机主要的特点有： (1)多台机工作，要求运行平稳。(2)调速范围小。(3)带负荷启动，冲击电流大，启动力矩大。二、方案的确定：目前，在拉丝机上采用串级调速的比较多。调速方法虽然简单方便，存在以下几缺点：(1)调速是有级的，不平滑。(2)在深调速时机械特性很软，致使负载变化不大便可能引起转速很大的波动。(3)转差功率消耗在附加电阻上，特别是低速时电能损耗大，效率低。而采用串级调速就能克服上述的不足，它有结构简单，控制方便，是一种经济。(1)采用绕线式电机转子回路串频敏变阻器来完成对拉丝机的控制。 (2)采用转子回路串交-直-交电流型逆变器调速，并将转子能量回馈电网。 (3)采用双闭环控制系统确保拉丝平稳。(4)采用PLC控制系统为系统提供给定值并控制整机的运行与人机对话。三、设计要求：( 1) 根据拉丝机工作特性，确定其额定拉力为30t，额定电压380V，额定电流157.9A，电源频率50HZ，电动机功率60KW，额定转速为1480r/min，功率因数为0.88。（2）控制装置具有程序预选功能。一但设备运行给定信号自动投入。（3）控制起动、停止要求操作简单，动作灵敏可靠，采用PLC程序控制。（4）应有设备运行指示和必要的电气保护措施。（5）设计电气原理图，及相关控制软件。（6）完成主电路设计，选择合适电气元器件，编制元件清单。（7）完成设计说明书。（8）写出参数目录，设计说明书附图。（9）译文。天津工程师范学院成人教育专科毕业设计设计计算书一、电动机型号的选择选择绕线式异步电动机型号为:YR250M24,根据用户需要,选择铭牌数据如下所示:额定功率: PN=60KW 定子电压: U1N =380V转子电势: E2N=340V 功率因数: COS=0.88效 率 : =91.5% 额定转速: nN = 1480r/min定子电流: I1N = 157.9A 转子电流: I2N = 70A过载系数: m=3 飞轮矩 : GD2=0.1Nm2二、 逆变变压器参数计算（TC ） 转子开路相电动势为: E20=E2N /=340/=196V 逆变变压器二次线电压为: UT2=1.15E20(1-D/1)=1.15196(1-1/3)=275V 式中D为调速范围 逆变变压器容量为: ST=3.45E20I2N (1-1/D)=3.4519670(1-1/3)=33.13KVA 因为IT2N=I2N，所以： RT=0.01UT2/IT2N=0.02 （电阻压降为1%UT2） XT=0.05UT2/IT2N=0.098 （漏抗压降为5%UT2）对应的电感值为：LT=XT/2f1=0.098/23.1450=0.31m H三、整流电路和逆变电路器件选择直流回路的额定电流为：IDn =I2N=106.7A整流电路和逆变电路器件的电压和电流基本相同，因而：IT =（1.52）K1Idm =（1.52）0.368192.06=106142A选取IT=150A的器件上式中，对应三相桥式电路，电感性负载，KI=0.368；Idm为直流回路的电流最大值，在此取Idm=1.8IdN=192.06A逆变变压器二次电压峰值： UT2m=UT2=275=389V因而：UT =（23）UT2m=(23) 389=778167V选取UT =1200V的器件选取六只大功率二极管ZP15012作为整流器件，六只逆变晶闸管KP15012型号四、电动机参数的计算(M)折算到转子侧的总电抗为：XDO=XK/K2D，而KD=E1N/E2N=1.06 （E1N0.95U1N）额定转差率：SN=n1-nN /n1=0.0133定子相电阻（星行联接）r1=0.95U1NSN/I1N=0.03电动机额定转矩TN=9550PN/nN =291Nm所以折算到转子侧的 总电抗为 XD0=0.441对应的等效电感为：LD0=XD0/2f1=1.4mH转子相电阻：r2=E2NSN/I2N=0.0322五、空气开关的选择(QF) (1）确定热脱扣器的额定电流：I1N=85.9A，查表确定脱扣器的额定电流为100A，整流电流为60100A。(2）电磁脱扣器的瞬时动作整定电流为10100=1000A，瞬时脱扣器的电流值应满足IzKIst=1.7585.9=730.15,小于1000A适用。因此选择空气开关的型号为DZ10 。六、导线的选择定子侧线径为：I/J=85.9/6=14.3mm2,选择15 mm2的导线直流回路的线径为：I/J=106.7/6=17.8 mm2，选择20 mm2的导线。七、整流变压器选择(TR)整流变压器二次相电压为：U2=（1.21.5）Ud/A=(1.21.5)24/0.9=32.440.5V式中Ud为负载所需电压值，A=Ud0/U2查表得，选择U2=38V变压器的变比为：K=U1/U2=380/38=10二次相电流为：I2=K12Id=14=4A 式中K12为查表所得。一次相电流为I1要考虑激磁电流，因此求得一次相电流为 I1=K11Id/k1.05=14/101.05=0.5A式中K11为查表所得二次容量S2=m2u2I2=3384=456VA=0.456KVA一次容量为S1=m1u1I1=33800.5=570VA=0.57KVA由于考虑了激磁电流，故S1S2。不考虑激磁电流时S1=S2，变压器计算容量：S=1/2（S1+S2）=1/2（0.456+0.57）=0.513KVA八、接触器选择(KM)1、I/O点数确定 I=2 O=6 I/O=82、PLC容量为8000步程序梯形图串行步数180步，并行步数50步故总步数为 180+50=230步 230步8000步因为考虑到5%的余量故，PLC的选用根据需要所用为：FX2N16MR 九、平波电抗器电阻和电感RL=0.01E2N/I2N=0.024接电流连续要求的电感量：Ld=KIUT2/Idmin-2(LDO+LT)=17.2mH选取平波电抗器的电感量为18mH前 言一、绕线式异步电动机的串级调速概述绕线式异步电动机又称拉丝机，他是通过增大转子回路电阻来降低转速，当电机负载转矩恒定时，转速越低转差功率越大，这种方法是通过增大转差功率来降低转速的，但所增加的转差功率全部被转化为热量消耗掉了，这种调速方法效率岁调速的范围增大而降低调速时电机理想空载转速不变。只能在额定转速以下调节，调速时机械特性变软，降低了静态调速精度，由于转子回来附加电阻的档数有限，无法实行无级调速，调速范围小。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。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。所谓串级调速就是在转子回路中串入与转子电动势E2同频率的附加电动势Eadd通过改变Eadd的幅值大小和相位来实现交流电动机的调速。这样电动机在低速运转时，转子中的转差功率Ps仅有小部分消耗于转子相电阻R2上，而大部分被串入的附加电动势Eadd所吸收，再利用产生附加电动势的装置，设法把所吸收的这部分转差功率回馈给电网。该系统中产生直流附加反电势Eadd的是直流他激电机MD，它与被调速的主电机MA同轴硬性联结。改变直流电机的激磁电流，就相应改变Eadd值，即可实现主电机的调速。当不计电机的各种损耗，主电机从电网吸收的功率为P，主电机直接输送给负载的机械功率为P(1s)，另一部分转差功率经转子整流器送给直流电机，由于直流电机与主电机同轴硬性联结，使直流电机吸收的转差功率sP转变为轴上的机械功率仍然又输送给负载。二、选择方案 绕线式异步电动机采用的晶闸管元件门极参数具有很大的分散性，并且温度不同时，元件的触发电压和电流也有很大的差异，即使是同一型号的晶闸管，其门极特性也不能只用一条伏安特性表示出来，而只能用该型号晶闸管的一高阻伏安特性和一低阻伏安特性所围成的一个伏安特性区域来表示。目 录摘要1关键词1一、串级调速的基本原理3（一）串级调速的分类 3（二）机械串级调速4（三）晶闸管串级调速5（四）低同步串级调速6（五）高同步串级调速7二、能源传递关系7三、整流与逆变8（一）整流电路8（二）逆变电路10四、关于双闭环12（一）转速反馈的调速系统12（二）开环机械特性与闭环静特性的比较