第二章--绕线式异步电动机串级调速系统

串级调速系统的调速原理
串级调速系统是一种常见的电机调速方法，通过在电机转速控制回路中增加一个或多个串级调速元件，实现对电机转速的调节。

其调速原理主要包括以下几个方面：
1. 速度传感器：串级调速系统通常需要一个速度传感器来实时监测电机的转速。

速度传感器可以是光电编码器、霍尔传感器等，将转速的信息转换为电信号输入到调速控制器中。

2. 调速控制器：调速控制器是串级调速系统的核心部件，负责接收速度传感器的信号，并根据设定的转速要求计算出电机控制信号，控制电机的转速。

常见的调速控制器有PID控制器、模糊控制器等，根据不同的系统要求选择不同的控制器。

3. 整流器和逆变器：串级调速系统通常采用可调电压可调频率的方式来调节电机的转速。

因此，调速控制器会控制整流器和逆变器来改变电机的供电电压和频率。

整流器将交流电转换为直流电，逆变器将直流电转换为可调的交流电供给电机。

4. 串级调速元件：串级调速系统针对不同的调速要求，可能会增加一些串级调速元件，用于改变电机的特性或增加调速范围。

常见的串级调速元件有降耗器、齿轮箱、变速器等，通过增加这些元件，可以实现更广泛的调速范围和更精确的
转速控制。

总体而言，串级调速系统通过引入调速控制器、整流器和逆变器，以及可能的串级调速元件，实现对电机转速的控制。

通过调节电机供电电压、频率和转速特性，使电机能够按照要求的转速运行，满足不同的工业应用需求。

绕线式异步电动机的串级调速一课程设计目的专业课程设计是学生基本完成全部理论课学习之后，综合运用所学知识、结合工程实际的实践教学。

通过设计使学生加深对所学专业课程内容的理解和掌握，了解工程设计的一般方法和步骤，培养理论联系实际、综合考虑问题和解决问题的能力。

二课程设计的内容从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转速两种。

在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有：绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。

改变同步转速的有：改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速及无换向电动机调速等。

从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种:高效调速指转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法(如串级调速等)。

有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中;电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中;液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。

一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。

转子电路串电阻调速，能量消耗大，不经济。

转子电路的损耗为sPem称为转差功率。

为使调速时这转差功率大部分能回收利用，可采用串级调速方法。

所谓串级调速，串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入一个与E2频率相同而相位相同或相反的附加电动势Ef，通过改变Ef的大小来实现调速。

大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。

串级调速的效率高，平滑性好，设备比变频调速简单，特别时调速范围较小时更为经济，缺点是功率因数较低。

根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，其特点为:1)可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高。

齐齐哈尔大学毕业设计 (论文)题目绕线式三相异步电动机串级调速系统设计学院计算机与控制工程学院专业班级学生姓名指导教师成绩2011年 06 月 21 日摘要晶闸管串级调速系统作为一种高效、节能的调速方案，具有装置结构简单、维护容易、能实现连续平滑调速等优点，尤其是对风机、泵类等大容量平方转矩负载进行控制时，其节能效果是十分可观的。

根据供水系统的现状，提出了串级调速的节能方案，分析了串级调速的原理，系统的调速特性，确定了微机水压转速双闭环控制的方案。

设计中详细地论述了水泵双闭环串级调速系统的组成与原理。

在系统硬件的设计上，采用驱动电路模块化设计技术和计算机辅助技术对硬件电路进行优化。

阐述了系统的工作原理，给出了以AT89C51单片机为核心组成了全新数字新型串级调速控制系统，针对该方案所要求的控制和触发脉冲，设计新型的数字触发器。

这种数字触发器有精度高、可靠性高等特点。

关键词：串级调速系统；单片机；数字触发器AbstractCrystals the level of machinery velocity modulation control system as an effective and energy efficient of machinery velocity modulation, a device structure to simple, easy and can achieve a smooth machinery velocity modulation advantages, especially of hair dryer, pumping big square and rectangular load capacity to control the energy the effect is very significant.Water supply systems based on the status quo,, a level of energy conservation programme and the level of machinery velocity modulation, a system of machinery velocity modulation, determine its speed of microcomputer the pressure of the control scheme. Design elaborated on a pair of pumps and the level of the system and mechanism of machinery velocity modulation. System design in hardware, the driving circuit modular design technology and computer hardware circuit of the new figures of the new machinery velocity modulation control system level, the scheme of control and firings for the design of the new digital pulses that trigger. These figures a high precision, high reliability and quality.Key words: analysis on serial timing system of alternating current; MCU; numerical trigger consisted of single piece unit目录摘要 (I)Abstract........................................................... I I 第1章绪论.. (1)1.1 串级调速技术概况 (1)1.2 研究意义及主要工作 (2)第2章水泵选取及串级调速方案确定 (3)2.1 水泵性能 (3)2.2 水泵与电动机的选择 (4)2.3 串级调速系统的分类 (5)2.4 串级调速原理 (6)2.5 新型三相四线制串级调速方案 (8)2.6串级调速系统的起动方式 (10)第3章数字触发器的硬件设计 (12)3.1 全数字串级调速系统组成 (12)3.2 主控制器设计 (12)3.2.1 单片机（AT89C51）芯片 (12)3.2.2 晶振电路 (14)3.2.3 复位电路 (15)3.2 AD转换电路 (15)3.4 晶闸管脉冲触发电路 (16)3.5 触发同步电路 (17)3.6 IGBT驱动器及驱动电路 (18)3.6.1 IR2130驱动器 (18)3.6.2 IGBT驱动电路 (19)3.6 双闭环控制器的设计 (20)3.6.1 串级调速电流环设计 (22)3.6.2 串级调速速度环的设计 (23)第4章数字触发器软件设计 (26)4.1 主程序设计 (26)结论 (28)参考文献 (29)致谢 (30)第1章绪论1.1 串级调速技术概况对于一个电力资源十分短缺的国家，节能是一项非常重要的利民政策、技术政策，对国民经济的发展和对国家资源的长久使用都有深远的影响。

绕线式异步电动机的串级调速作者：摘要：本设计主要利用电力拖动控制设计出可靠安全且容易操作和维修。

主要介绍了机械和工艺对电器控制线路的要求，以及怎么设计出来的控制线路满足生产的要求，达到简单经济。

在设计电力拖动自动控制系统时，一般包括两部分内容，一是确定拖动方案和选择电动机，前者主要解决的是采用交流拖动方案还是直流拖动方案，后者主要解决的是选择电动机容量等问题。

根据电机学由异步电机转速公式n=60f1/Þ×(1-s p)可知异步电机的调速方法有改变定子频率、磁极对数和转差率等，而对于绕线式异步电机我们一般都采用的是改变转差率进行调速，而改变转差率实现异步电动机的调速方法有一：在绕线式异步电机的转子中串入不同的电阻实现电力拖动的速度调节，但这中方法存在着以下缺点：1）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。

2）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，3）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。

二：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。

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，因而获得了广泛的应用。

关键词：异步电动机串级调速原理基本类型Abstract：The design of the main drag to control the use of electricity to design safe and reliable operation and maintenance easy. Introduces the process of mechanical and electrical control circuit, as well as how the control circuit designed to meet the requirements of the production to a simple economic. Automatic control in the design of electric drive system, generally comprises two parts, first drag the program to identify and select the motor, which is used mainly to solve the exchange program or drag drag DC program, which is the main solution is to choose electric machine capacity and so on.According to the study by the electric induction motor speed formula n = 60f1 / Þ × (1-sp) induction motor can see the speed control methods have to change the frequency of the stator, on the pole and a few slip, and so on, but for the winding - We induction motors generally used is to change the slip for governor, and change the slip of the induction motor to achieve a speed control methods: the wound-rotor induction motor in the string into a different resistance to realize the power delay Adjust the speed of the move, but there is method in the following shortcomings: 1) he is through loopincreased resistance to reduce the rotor speed, when the motor torque constant load, the lower the speed difference to the greater power, this approach is adopted Increasing deterioration of the power to reduce speed, but the increase in power all the difference to be converted into energy consumed, the efficiency of this method of speed-year-old governor to reduce the scope of the increase. 2) The speed at the same speed no-load motor ideal. Can only be rated below regulation speed, variable speed control when the mechanical properties of soft and reduce the static speed accuracy, 3) due to additional back rotor resistance limited number of stalls, unable to carry out stepless speed regulation, the small scope of the governor. Second: Cascade Speed, speed cascade through the wound-rotor induction motor circuit and the introduction of additional potential generated. It is a change to achieve slip cascade of speed. Rotor resistance and the string in different ways, can cascade speed asynchronous motor to power the application (or the power grid back into mechanical energy to send back to the motor shaft), so efficient. It can not achieve the smooth-class speed and low speed when the mechanical properties of relatively hard. Thyristor especially low speed synchronous cascade system, the technical difficulty of small, relatively perfect performance, which was widely used.Key words:asynchronous motor series of basic principles governing the type of一、串级调速的基本原理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E add如图1—1所示。

绕线式异步电动机的串级调速
秦蕾
【期刊名称】《上海电力》
【年(卷),期】2011(24)6
【摘要】如何处理转差功率在很大程度上影响着异步电动机调速系统的效率,是在研究异步电动机调速方法时的问题.串级调速系统控制线绕转子异步电机的转子电压,利用其转差功率并调节转速,从而构成转差功率馈送型的调速系统,效率较高且具有良好的调速性能.
【总页数】3页(P508-510)
【作者】秦蕾
【作者单位】上海市电力公司嘉定供电公司,上海201800
【正文语种】中文
【中图分类】TM343
【相关文献】
1.全数字绕线式异步电动机串级调速装置的研究 [J], 张琼;陈颖佳;傅珩
2.绕线式异步电动机串级调速的应用 [J], 赵梅花;辛伊波
3.绕线式异步电动机串级调速原理 [J], 任云明
4.绕线式异步电动机的串级调速及设计方法 [J], 孔玲玲
5.绕线式异步电动机双闭环串级调速系统的仿真 [J], 田莉
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

【精品】绕线型异步电动机串级调速摘要：绕线式异步电动机晶闸管串级调速，是在绕线式异步电动机的转子回路中串联晶闸管逆变器，借以引入附加可调电势，从而控制电机转速的一种调速方法。

由于它具有良好的调速特性，并能将电动机的转差功率回馈电网，效率较高，价格较低，因此在风机和泵类负载方面获得广泛应用，在只要求电机运行在第一象限的生产机械中也获得普遍应用。

绕线式异步电动机晶闸管串级调速系统主回路接线原理图如图所示。

转子在不同的转速下感应出转差频绕线式异步电动机晶闸管串级调速，是在绕线式异步电动机的转子回路中串联晶闸管逆变器，借以引入附加可调电势，从而控制电机转速的一种调速方法。

由于它具有良好的调速特性，并能将电动机的转差功率回馈电网，效率较高，价格较低，因此在风机和泵类负载方面获得广泛应用，在只要求电机运行在第一象限的生产机械中也获得普遍应用。

绕线式异步电动机晶闸管串级调速系统主回路接线原理图如图所示。

转子在不同的转速下感应出转差频率的电压，经一组不控的三
相桥式变流器变成直流电压，此电压再经一组全控桥式变流器实现有源逆变，把电能（转差功率）馈送回电网中去。

改变逆变角的大小，即可改变馈送回电网电能的多少，从而达到改变电机转速的目的。

摘要:三相绕线转子异步电动机的调速，以往用的较多的方法是转子附加电阻，但是采用此法调速是有级的，同时还把转差功率消耗在转子的附加电阻上，因此调速性能和节能都很差。

通常情况下，通过向绕线式异步电动机的转子回路引入附加电势的方式完成串级调速，用改变引入转子附加电动势来改变电动机的转速的方法。

关键词:串级调速转子电流转差率1串级调速的概述所谓串级调速是指中等以上功率的绕线转子异步电动机与其它电机或电子设备串级连接以实现平滑调速。

对于异步电动机来说，其串级调速就是将感应电势E f 引入异步机转子电路，进而对异步机的转速进行调节。

在方向方面，引入电势与转子电势E 2S ，方向相同或相反，其频率则与转子频率相同。

2感应电势E f 与转子电势E 2S 之间的相位关系①E f 与E 2s 同相(相位差θ=0°)。

当E f 未引入时，转子电流I 2为：I 2=E 2s r 22+s 2x 2√E f 引入后，I 2变为：I 2=E 2s +E f r 22+s 2x 2√可见，转子电流增高了，转矩增加，这样M>M f (负荷转矩)，使转速增加，转差率下降，(E 2s +E f )的数值也下降，I 2及M 下降，电动机的加速度下降，但是速度一直处于加速状态，一直达到新的稳定转速，M 又与M f 相等，调速过程结束。

②E f 与E 2s 反相(相位差θ=180°)。

此时由于E f 的引入，I 2变为：I 2=E 2s -E f r 22+s 2x 2√故I 2及M 将下降，M<M f ，使转速下降，用上述同样的分析方法，电动机将减速到新的稳定转速。

因此，如能用某一装置使E f 的数值平滑改变，则异步电动机的转速也能平滑变化。

为了提高异步电动机的功率因数，设法使E f 超前于E 2s 某一角度θ，此时既能使异步电动机调速，又能提高功率因数。

可控硅串级调速具有调速范围宽、效率高(转差功率可反馈电网)并可用于大功率电机等优点，所以是一种很有发展前途的绕线式异步电动机的调速方法。