繞線式異步電動機轉子串電阻啟動的計算

1、繞線式異步電動機轉子串電阻啟動的計算摘要：串級調速是通過繞線式異步電動機的轉子回路引入附加電勢而產生的。它屬于變轉差率來實現(xiàn)串級調速的。與轉子串電阻的方式不同，串級調速可以將異步電動機的功率加以應 用（回饋電網或是轉化為機械能送回到電動機軸上），因此效率高。它能實現(xiàn)無級平滑調速，低速時機械特性也比較硬。 特別是晶閘管低同步串級調速系統(tǒng)，技術難度小，性能比較完善，因而獲得了廣泛的應用。關鍵詞：異步電動機串級調速 原理 基本類型串級調速是通過繞線式異步電動機的轉子回路引入附加電勢而產生的。它屬于變轉差率來實現(xiàn)串級調速的。與轉子串電阻的方式不同，串級調速可以將異步電動機的功率加以應用（回饋電網或是轉

2、化為機械能送回到電動機軸上），因此效率高。它能實現(xiàn)無級平滑調速，低速時機械特性也比較硬。 特別是晶閘管低同步串級調速系統(tǒng)， 技術難度小，性能比較完善， 因而獲得了廣泛的應用。一、串級調速原理及基本類型1. 1原理假定異步電動機的外加電源電壓Ui及負載轉矩Ml都不變.則電動機在調速前后轉子電流近似保持不變。若在轉子回路中引入一個頻率與轉子電勢相同，而相位相同或相反的附電勢Ef則轉子電流為一.士常數/咫（式1）式中：R2：轉子回路電阻；SX20：轉子旋轉時轉子繞組每相漏抗E20：轉子開路相電勢電動機在正常運行時，轉差率s很小，故R2R sX20。忽略sX20有加融土切%常數#_2、，色卡產。:3尸

3、UP用】密或調述自科藁本運方狀宕下的能，僵浸美系仃，鷺于同步掘電電狀態(tài)（x<lhW4亍司拿惠電躋優(yōu)務門卜國高于崗步逮霍電第的狀看（i<0）f （小找下同步思！t電M韻建用 欣，3上式中，E20為取決于電動機的一個常數，所以，改變附加電勢Ef可以改變轉差率s,從而實現(xiàn)調速。設當Ef = 0時電動機運行于額定轉速，即 n = nN, s = Sn，由（式一2 ）可見，當附 加電動勢與轉子相電勢相位相反時（Ef前取負號），改變 Ef的大小，可在額定轉速以下調速，這種調度方式稱為低同步串級調速，且附加電勢與轉子相電勢相位相同時 （Ef前取正號），改變Ef的大小，可在額定轉速以上調速，這種調

4、度方式稱為超同步串級調速（即s <0）。串級調速四種基本狀態(tài)方式下能量傳遞方式如下圖示，圖中不計電動機內部各種損耗， 即認定定子輸入功率 P即為轉子輸出功率。晶閘管低同步串級調速系統(tǒng)是在繞線轉子異步電動機轉子側用大功率的晶閘管或二極管，將轉子的轉差頻率交流電變?yōu)橹绷麟姡儆镁чl管逆變器將轉子電流返回電源以改變電機轉速的一種調速方式。晶閘管低同步串級調速系統(tǒng)主回路見下圖二、串級調速系統(tǒng)主回路主要設各的參數計算與選擇1 .異步電動機容量的選擇考慮到異步電動機輸出的最大轉矩的降低，功率因數的降低和轉子損耗增大等因素，不論對于新設計的或是改造的都應對異步電動機的容量進行重新選擇的計算，串級調速異

5、步電動機的容量P計算如下：P = Ki * Pd式中：Ki :串級調速系數，一般取 1.2左右。對于在長期低速運行的串級調速系統(tǒng)， 應該取大一點。Pd :按照常規(guī)運算方式計算的電動機容量。從產品手冊中選擇的電動機容量P >Pd本設計采用的是哈爾濱九洲電氣股份有限公司的內反饋串級調速電機及其控制裝置技 術手冊提供的有關數據設計而成。該電機定額為連續(xù)定額 S1 ,基本防護等級為IP23 ,基本冷卻方法為ICO1 ,基本結構和安裝方式為舊M3 ?？刂齐姍C型號JRNT1512-4額定功率1050KW額定電流121.5A轉子電壓/電流1045V / 627A最高/最低轉速1484 / 690 r/

6、min效率88.5%功率因數0.83控制裝置型號JC4-800A/800V2 .轉子整流器的參數計算與元件選擇(1)最大轉差率式中：1 :電動機的同步轉速，近似等于電動機的額定轉速。nmin :串級調速系統(tǒng)的最低工作轉速Kt石，D :調速范圍"2轉差率 s = (1500-1484 ) /1500 = 0.01最大轉差率 Smax =(1484 690) / 1484 = 0.535D =nmax/nmin = 1484/690 = 2.15。(2)轉子整流器的最大輸出電壓1/加e = j 3 州 G - -j-)式中：E20：轉子開路相電勢Kuv :整流電壓計算系數，見下表：變?yōu)V主

7、M計繇數許“1如Kj.KuKl工耐柢n& 6：fX$?7tu貍K3514幅二麟扎湖n1.茄9.BB白鼾61GJ而二落除吊靴&茄；1鄧，一機笠152UIB4.Ji1.35C,俄a，%1.德)C2W.52則 Udmax = 1.35*1045*(1-1/2.15)=755V(3)最大直流整流電流VrffflJtx =* 1 . 1 L rJ =1.1 Km(小 仄而式中：加：電動機的電流過載倍數，近似等于轉矩過載倍數I2N :轉子線電流額定值Idr = I2N / KlVKiv :整流電壓計算系數，見上表Idr ：轉子整流器輸出直流電流額定值1.1 :考慮到轉子電流畸變等因素的影響

8、而引如的系數貝U Idmax = 1.1*2*627/0.813= 1697A4、整流二極管的選擇4.1 )整流二極管電壓的選擇設每個橋臂上串聯(lián)的整流二極管數目為N=3,則每個二極管的反向重復峰值Ukrm為(23)ZTkute,：(1一匕)式中：Kut：電壓計算系數，見上表E2n :轉子開路相電勢Kav :均壓系數，一般取 0.9。對于元件不要串聯(lián)時取1由上式可見，整流二極管所承受的最高電壓與最低電壓與系統(tǒng)的調速范圍D有關，調速范圍越高，元件承受的電壓越高貝U： Ukrm > 1.5*1.35*1045*(1 -1/2.15)/ (0.9*3 ) = 419V4.1 )整流二極管電流的選

9、擇在大容量串級調速系統(tǒng)中，需要將幾個整流二極管并聯(lián)使用。設并聯(lián)支路數為Np=3則每個整流二極管的電流計算如下：r 、K門 L”式中：Kit ：電流計算系數，見上表Idmax :轉子整流器最大直流整流電流Kac :均流系數。其值可取 0.80.9。對于元件不并聯(lián)的情況下取1(5)逆變囂的參數計算與元件選擇5.1 )逆變變壓器的參數計算對于不同的異步電動機轉子額定電壓和不同的調速范圍、要求有不同的逆變變壓器二次側電壓與3其匹配；同時也希逐轉子電路與交流電網之間實行電隔離，因此一般串級調 速系統(tǒng)中均需配置逆變變壓器。(1)逆變壓器二次側線電壓：根據最低轉速時轉子最大整流電壓與逆變器最大電壓相等的原則

10、確定：r，I dmaxO T2 一式中：Ut2 :逆變變壓器二次側線電壓Udmax :轉子整流器最大輸出直流電壓Kuv :整流電壓計算系數。見上表。Bmin ：最小逆變角，一般取 30 o(2)逆變變壓器二次側線電流：/口=K, 心式中：片 ：逆變變壓器二次側線電流Kiv :整流電流計算系數。見上表IdN :轉子整流器輸出直流電流額定值(3)逆變變壓器一次側線電流：In也/式中：Iti :逆變變壓器一次側線電流Kil ：變壓器一次側線電流計算系數。見上表Kt :逆變變壓器的變比(4)逆變變壓器等值容量：式中：Kst :變壓器等值容量計算系數，見上表5.2 )晶閘管的參數計算(1)晶閘管額定電壓

11、的選擇在大容量晶閘管串級調速系統(tǒng)中，單個晶閘管的額定電壓不能滿足要求，需要幾個晶閘管串聯(lián)使用。設每個串聯(lián)橋臂上晶閘管的數目為N ,則每個晶閘管反向重復電壓由下式確定：KAV :均壓系數，其值可取 0.80.9。對于元件不需串聯(lián)的情況下取1Ut2 :逆變變壓器二次側線電壓(2)晶閘管額定電流的選擇設每個橋臂并聯(lián)元件支路數為Np ,則每個晶閘管的額定電流為r r( 1252?長門QzJ F 云 1-zz - V 式中：Kit :電流計算系數，見上表Idmax :轉子整流器最大直流整流電流Kac ：均流系數。其值可取 0.80.9。對于元件不并聯(lián)的情況下取1（6）平波電抗器電感量的計算轉子直流回路平

12、波電抗器的作用是：一，使串級挑速在最小工作電流下仍能維持電流的連續(xù)；二，減小電流脈動，把直流回路中的脈動分量在電動機轉子中造成的附加損耗控制在 允許的范圍內。平波電抗器的電感量計算如下:6.1） 保證電流連續(xù)所需要的電感量ffi 30 -16不同脈波數戶時，臨界電愿計算系數如與超前京P的關系式中：8 1 :正比與直流電壓中的交流分量的電感計算系數，從下圖中查Ut2 :逆變變壓器二次側線電壓Kuv ：系數，見上表Idmin ：直流回路最小工作電流（A）Lm :異步電動機折算到轉子側的每相電感量（Lt :逆變變壓器折算到二次側的每相電感量6.2） 限制電流脈動的電感量®曾-KLLm-KZ

13、Lt （mH）式中：Kp :限制電流脈動的電感系數（ ms）,其值從下表中查 （T ：允許的電流脈動率，一般可取 10%左右。表30-4電感量計修系數K產短路電壓百分值的愚抗分鍛理H0= 6%LlZ%三相帶中縫1.931-83L 731.63三相橋0. 45Q. 40. 360.32雙三相解串麻或并聯(lián)dU6.。的1 拆0436.3） 平波電抗器的電感量L = max Lx, Lz7.啟動方式的選擇初股17季殺屬遁當為塾點方宜（八 忖審申重裝幡打嚼方武（心與r鼾如劉出世占"工事出息斤父* if）小m起尋.也見界電動打:，r 左*的短港7.1、 利用串調裝置直接啟動方式如上圖a示，它不用

14、任何附加起動設備，而是由串級調速裝置控制直接起動電動機。這種調速方式適用于串級調速系統(tǒng)的調速范圍很大.幾乎要求能從零開始調速或者生產機械對起（制）動的加（減）速度有一定要求的場合。對于調速范圍較小的系統(tǒng)，若選用直接起動方式，是不經濟的。另外，對于一個按實際調速范圍設計的調速范圍較小的串級調速系統(tǒng)，若采用直接起動，則在主回路中會造成較大的沖擊電流，且往往超過允許限度。因此，對于調速范圍較小且對起（制）動加（減）速度無特殊要求的串級調速系統(tǒng)，宜采用以下兩種起動方式。7.2、 并聯(lián)防加起動設備的切換起動方式如上圖b示，電動機先用接觸器 KMi接入附加起動電阻器（或頻敏變阻器）起動加速（此 時KM2是

15、斷開的），當加速到串級調速系統(tǒng)設計的調速范圍最低速 nmin時，接通KM2,這時 逆變控制角3應為最小值 品所，即對應于最高逆變電壓 U B max。然后斷開KM 1 ,逐漸增大3 電動機繼續(xù)加速，直到所需要的轉速.這種起動方式雖然增加了一套附加起動設備，但轉于回路主要設備的耐壓和容量只需按調運范圍的要求來選擇，從設備的總投資上來看是經濟合理的。這種方式還有一優(yōu)點， 即一旦串級調連裝置發(fā)生意外故障，異步電動機可以脫離串調狀態(tài)，而用附加起動設備正常起動到高速運行。7.3、 串聯(lián)起動電阻器起動方式如圖（c）所示，在起動過程中把限流的起動電阻逐漸短接，這種接線方式雖然逆變變壓 器的二次側電壓只得按調

16、速范圍的大小來選擇.但是轉子囚路主要設備元件選用的耐壓等級仍需按從零開始調速的條件來設計，為克服這一缺點可采用圖 d的接線方式。起動時先將KM3接通，當電動機加速到串調裝置設計的調速范圍員低速時，斷開KM3 ,串調裝置自動投入運行。7.4、 器接觸器控制電路設計繼電器接觸器控制電路設計是否合理，關系到串調裝置能否按正確的順序起動、切換、 運行、停車，還關系到裝置的安全及元件的使用壽命。在設計中要注意以下幾點：1 .必須有嚴格的起動和切換順序。由于串調裝置中硅元件的耐壓等級是按照調速范圍 最低轉速時所承受的電壓來選擇的，故繼電操作電路必須保證電動機轉速在達到規(guī)定的最低轉速以上時才允許切換至串調運行狀態(tài)。起動順序是：給控制回路送電； 接通逆變器主電源轉子接入頻敏變阻器，接通定子電源，電動機開始起動， 電動機加速至規(guī)定轉速時切換至串調運行，此后立即切斷頻敏變阻器。2 .必須有正確的停車順序。一般繞線式異步電動機空載勵磁電流較大，為電動機額定 電流的25%左右，這意味著電動機有較大的磁場能量。因此在電動機分閘時不允許轉