异步电机串级调速系统的设计

1、感应电动机串级调速系统设计医院-学科：工科大学专业化：电气工程和自动化年度层次：06层次学生名称：董慧梅学习编号：9导师和职称：段志梅硕士2009年12月摘要信息交流电动机是应用最广泛的电动机类型。交流电动机的结构简单、稳定、成本低，许多国家都致力于交流驱动器技术的开发。近10多年来电力电子技术的快速发展，随着高功率半导体器件、集成电路的开发成功，交流驱动技术也快速发展，进入了完全实用的阶段，晶闸管串级调速系统具有结构简单、可靠、经济、维护方便的特点，最重要的是广泛应用于风扇、泵机。现在冶金、纤维、化学、煤炭、造纸、建筑材料、城市自来水等产业部门逐渐普及。晶闸管串级调速技术不仅可以用于新设备的

2、设计，还可以用于现有设备的技术改造，不仅有利于调速性能，而且有利于节能，因此，在我国正确推广和应用晶闸管串级调速技术具有重大的技术经济意义。串级调速完全克服了转子串电阻调速的缺点，具有高效、无级平稳调速、更硬的低速机械特性等优点。本设计报告首先根据设计要求确定了调速方式和主电路的结构类型，确定了主电路和闭环系统，然后重点分析了电路中每个组件参数的计算和设备的选择，包括整流变压器、整流组件、扁平电抗器、保护电路、电流和调速装置的参数计算，以满足设计要求。关键词：主电路整流变压器逆变晶闸管整流调速装置级反应器设计主题：感应电动机串级调速系统设计第一，设计的目的：1、根据设计要求，完成双闭环串级调速

3、系统设计。2、通过设计掌握控制系统的基本设计方法。3、培养学生复习技术资料的能力，综合利用学生所学的知识，培养实际独立完成作业的工作能力。二、设计要求：1，给定指标：绕组转子三相异步电动机：YR250M2-4类型，pn=40kw，nN=1480r/min，U1N=380V，I1N=85A，fN=55a2，感应电动机的最大负载功率为P=30KW。3、生产工艺要求电机不可逆，传动系统可以实现无级平稳速度控制，速度控制范围D=3。4、传输系统需要高速度控制精度，低速度静态速度S0.01。5、系统动态指标中，电流过载少，速度抗干扰及相容性好。四、设计内容：1、主回路结构选择方法、主回路组件选择计算方法

4、。2、保护配置和设置计算。3、触发电路设计方法。4、变压器、逆变、整流器选择设计5、速度调节器、电流调节器的一般设计方法和绘图系统电路图。五、系统参数计算1、在电流调节器ACR中计算。2、速度调节器ASR计算。(注：输入电阻为40K。)，以获取详细信息3、动态性能指标计算，包括从空载启动到额定速度超出的计算，以及转换过程的时间计算，以及从空载启动到额定速度所需的时间计算。第六，绘制双闭环调速系统电气原理图。七、经验八、参考文献目录第一章串级调速系统51.1确定主电路方案51.2系统静态和动态要求51.3级联速度控制基本思路5第二章主电路设备和组件的计算和选择72.1电动机选择和程序72.1.1

5、选择电源程序72.1.2选择电动机72.2逆变变压器参数计算92.3整流元件的计算和选择102.4扁平电抗器电感计算102.5速度调节系统保护112.5.1过电压保护112.5.2过流保护142.6系统电源因素的改进-补偿电容器14第三章控制电路单元电路选择163.1电流回路组件选择163.2速度检测链接选择17第四章调节器工程设计184.1双闭环系统静态参数计算184.2双闭环系统动态参数计算19第五章系统总体结构设计225.1总主电路图225.2控制电路图23第六章经验24参考文献25第一章串级调速系统确定1.1主电路方案综合比较单、双闭环速度控制系统，确定实现系统要求的能力，选择最适合设

6、计要求的虚拟控制电路。根据系统实际情况，选择速度、电流双闭环调速系统。对于交流异步电动机滑差功率消耗型调速系统，转速低时滑差功率消耗大，速度调节范围受到限制。如果要回收滑动功率，必须将控制应用于能够使用绕组转子异步电动机的异步电动机的转子侧。但是，电阻有很大的能量消耗，效率低，经济性低，同时电子电路连接电阻大，可调节的系列有限制，不能调节柔和的速度。为了克服上述缺点，需要寻找更有效、性能更好的绕组转子感应电动机滑差功率等馈调速方法，串级调速系统是一个很好的解决方案。串级调速是由于在绕线感应电动机的转子电路中引入了额外电位而引起的。属于级联速度控制的可变滑动率。与转子串联电阻不同，串级调速应用异

7、步电动机的功率，效率高。1.2系统静态和动态要求使用速度电流双闭环速度调节系统在系统中安装两个调节器，分别调节速度和电流，实现两个调节器之间的串行连接，在启动过程中只有电流得到声音反馈，而不与速度声音反馈一起添加到一个调节器输入端，达到正常状态速度后，只作为旋转声音工作，不依赖电流的负反馈，通过起到主作用，可以获得良好的静态、动态性能。与具有电流截止负反馈的单闭环系统相比，双闭环调速系统的静态特性在负载电流不足的情况下以速度非静态状态出现，此时速度负反馈作为主角色，系统以电流非静态状态出现。受到过流自动保护。显然，静态特性优于单闭环系统。在动态性能方面，双闭环系统在启动和晋升速度方面表现出非常

8、快的动态跟随，在动态抗干扰性能方面，具有较强的负载阻塞、对电网电压扰动的抗干扰能力。1.3级联速度控制基本思路在感应电动机的转子电路上附着交流电动势速度的关键是在转子一侧连接频率可转换变幅电压。在二次同步电状态下，首先将转子电压整流为直流电压，然后引入额外的直流电动势，控制此直流额外电动势的幅度，就可以调整异步电动机的速度。将交流变频问题改为直流变频问题，分析和实现都比较方便。电级联速度控制系统原理图：图1-1电气级联速度控制系统原理图第二章主电路设备和部件的计算和选择2.1电动机选择和程序2.1.1选择电源程序可变电压调速是直流调速系统中使用的主要方法，调节电枢电源电压所需的可控电源一般有三

9、种：旋转电流装置、静止控制整流器、直流斩波和脉宽调制变换器。根据此设计的技术要求和特性选择V-M系统。在V-M系统中，调节器以给定的电压移动触发GT输出脉冲的相位，可以方便地改变整流器的输出、瞬时电压Ud。由于所需直流电压脉动较少，所以使用三相整流电路。选择晶闸管三相全控制桥式交流电源方案，实现电路简单、经济、性能要求。三相桥式全控整流电压比三相半波时钟速度更高，因此所需扁平电抗器的电感量可以相应减少约一半，这是三相桥式整流电路的一大优点。还有晶闸管控制的整流器，无噪音，无磨损，响应快，尺寸小，重量轻，投资脂肪。和可靠的工作，能耗小，效率高。另外，由于电动机的容量大，电流的脉动必须很小。晶闸管

10、三相全控桥式整流电路电源方案的综合选择。通常，晶闸管转换器设备所需的交流电源电压与电网不匹配。另外，为了减少电网和晶闸管装置的相互干扰，需要隔离功能，因此使用整流变压器是很常见的。为了抑制谐波干扰，一般使用连接整流变压器。2.1.2选择电动机该设计使用内部反馈级联速度调节、电动机模型等在给定指标中进行了说明控制电动机模型YR250M2-4额定速度1480r/min额定功率40千瓦效率91.5%速度调节范围D=3停车率S0.01定子电压/电流380V/85A功率因数0.87转子电压/电流340V/81A频率50HZ表2-1布线的异步电动机1)马达参数计算额定公差SN=(1500-1480)/15

11、00=0.01333临界滑动率sm=sn 2/1-2sn (-1-1/2=0.082定子电阻R1=0.95 u1ns/i1n=0.95 * 380 * 0.013/* 85=0.032转子电阻：转子绕组的比例k:转换为转子侧的定子电阻=r1n/2=0.032/1.062=0.028马达额定扭矩Mn=9550 pn/nn=9550 * 40/1480=258n . m转换为转子侧的漏电保护2)逆变压器参数的初步计算变压器二次额定电压U2U2=(1-1/d)e2n/cosm in=(1-1/3)340/cos 300=261v转换为直流侧的变压器等效电阻rdrd=0.01 U2/i2n=0.01

12、* 261/81=0.0186转换为二次侧的变压器漏电保护Xsxs=0.05 U2/i2n=0.05 * 261/81=0.093扁平反应器直流电阻RLrl=0.01 E2 n/i2n=0.01 * 340/81=0.02423)级联速度调节状态下的额定转矩MCN级联调速运行过程中直流电路额定电流：串级调速运行过程中的额定转矩：扭矩减少系数：4)级联速度调节状态运行期间确定最大速度直流电路的总等效电阻为1.73(0.028 0.032)0.0186 0.0242 3/* 0.28 3/* 0.093=0.503如果系统过载系数=2，则具有直流电路的最大电流IdmIdm=IdN=2*106.7=

13、213.4A最大电流下的电动势系数Ce/Idmce/IDM=ed0-(1.73 R1 3/x)IDM/n0=1.35 * 340-(1.73 * 0.028 3/* 0.28)* 213因此，与最大电流对应的最大速度为：nmax=ed0-r IDM/ce/IDM=459-0.503 * 213.4/0.261=1348 r/minNmin=1/3*1348=449 r/min速度降低系数kn=nmax/nn=1348/1480=0.91功率减少系数Kp=kn/km=0.91*1.08=0.985)电动机验证kpPN=0.86*40=34.4PL，因此选定电动机的容量是适当的6)整流重叠角度验证

14、所以系统在第一个工作区工作2.2逆变变压器参数计算1、逆变压器二次电压smax=n0-nmin/n0=(1500-449)/1500=0.70U2=smaxe 2n/cosmmin=0.70 * 340/cos 300=274.8v，275V2、逆变压器二次侧电流81A3、逆变变压器容量计算带走39KVA4、逆变变压器一次侧电流5、逆变变压器参数计算r=1.73(R1 R2)rd rl 3/x 3/xs=1.73 *(0 . 028 0.032)0.0196 0.02423/* 0.283/* 0.098=0.5092.3整流元件的计算和选择1、转子整流器额定电压utn=(2 3)U2=(2

15、3)275=(778 1167)v 1200v2，额定电流Itn=(1.5至2) ktb IDM=(1.5至2) 0.368 * 213.4=(118至157) a 200A选择晶闸管KP200-12，硅整流ZP200-12，每个均为6个2.4扁平电抗器电感计算1、电动机等效电感2、逆变变压器泄漏检测3、电流连续要求的电感也就是说，lcrl=0.693 *(275/)/0.05 * 106.7-2(0.89 0.312)=18.2 MH4、电感按电流脉动要求2.5速度调节系统保护2.5.1过电压保护1)过电压保护-阻塞保护交流侧过电压保护措施如图所示。电阻保护参数计算：由于逆变变压器容量40kVA5kVA，变压器一次、两次均建立电阻保护链路。变压器一次电阻吸收装置参数计算：变压器每相安培13.3kVA，电阻保护使用连接方法时，电容值为实际=4.7。电容的耐压值电阻的计算方法如下：以选择=20。阻塞电流：电阻功率：根据上述计算，实际选择电阻装置为油浸容量4.7