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1、 本科毕业设计说明书（ 题 目：绕线式异步电动机串级调速系统设计-主电路与触发电路设计 学生姓名：xx学 院：xx系 别：xx专 业：xx班 级：xx指导教师：xx二七年六月36摘 要绕线式异步电动机的串级调速系统，属于改变转差功率的调速系统，在我国交流调速技术的发展中，它是结构简单、发展较快、应用较广的一种系统。其基本原理是利用不可控的整流电路将转子交流电动势转成直流电动势，在利用工作的在逆变状态的三相可控整流电路来获得一个可调的直流电压作为附加电动势，以改变转差功率，以实现转速的调节。本设计主要是绕线式异步电动机的串级调速系统主电路和触发电路的设计。其中主电路的设计包括可控整流电路、不可控
2、整流电路和逆变变压器；触发电路主要包括KC系列的移相触发电路和ULN2003。考虑到系统运行时可能出现的问题，相应的设计了系统的保护电路。关键词：串级调速、整流电路、触发电路。AbstractAsynchronous motor cascade speed system, belonging to poor power to change the governing system, In China AC development, it is simple in structure, the development of faster, broader application of a sys
3、tem. Its basic tenets are not controllable using distillation rotor circuit to exchange electromotive force electromotive force DC conversion, in the use of the states three-phase inverter controlled rectifier circuit to obtain an adjustable DC voltage as additional electromotive force, to change th
4、e deteriorating power, to achieve the speed of adjustment. The design is asynchronous motor speed control system Cascade main circuit and a control circuit design. Including the main circuit, the design includes controllable rectifier circuit, controlled rectifier and inverter circuit transformer; C
5、ontrol circuit design is mainly Electricity Regulator speed regulator and the double-loop control system. Take into account when the system problems that may arise in the corresponding design of the system protection circuit. Keywords: cascade speed; Rectifier circuit；Trigger Circuit 目 录引言1第一章 串级调速系
6、统的基本原理31.1串级调速系统的工作原理31.2异步电动机串级调速的机械特性41.3设计的技术参数51.4设计任务5第二章 主电路的设计62.1主电路的设计原则62.1.1 设计思路62.1.2 设计依据62.2逆变变压器的计算与选择72.2.1逆变变压器原副边的接线方式72.2.2逆变变压器二次电压的计算72.3电动机参数的计算92.3.1等效直流电路总阻抗和总电感的计算112.4 整流电路和有源逆变电路的计算与选择122.4.1 转子整流器的计算与元件选择122.4.2 可控硅元件的选择与计算132.5 定子侧变压器的选择14第三章 保护电路的设计与选择163.1 过电压保护163.1.
7、1 交流侧过电压保护163.1.2 压敏电阻保护183.1.3 直流侧过电压保护措施193.1.4 晶闸管两端的过电压保护措施203.2 过电流保护203.3电压和电流上升率的限制213.4 缺相保护：223.5 串频敏电阻保护233.6过载保护24第四章 触发电路的原理及设计254.1 触发电路的选择254.1.1 KC04移相触发器254.1.2 KC41六路双脉冲形成器294.2触发电路的计算304.2.1触发电路移相计算304.2.2脉冲变压器的选择32结论35参考文献37谢 辞38引言随着生产技术的不断发展，直流拖动的薄弱环节逐渐显示出来。由于换向器的存在，使直流电动机的维护国内工作
8、量加大，单机容量，最高转速以及使用环境都受到限制。人们开始转向结构简单，运行可靠，便于维护，价格低廉的异步电动机，但异步电动机的调速性能难以满足生产要求，于是，从20世纪30年代开始，人们就致力于交流调速技术的研究，然而进展缓慢。相当长时间内，直流调速一直以性能优良领先于交流调速。60年代以后，特別是70年代以来，电力电子技术和控制技术的飞速发展，使得交流调速性能可与直流调速相媲美，相竞争。目前，交流调速已进入逐步取代直流调速的时代。随着新型自关断电力电子器件、智能功率集成电路的问世，现代控制理论的发展和计算机技术的应用，变频技术日新月异，新的控制策略不断涌现，现代交流调速技术迈上了新的台阶。
9、目前，它已在冶金、机械、电气牵引、纺织、食品等各个方面得到普遍应用，交流调速时代迈着雄壮的步伐走进了我们的生活。 三相异步电动机是一种将交流电能转换为机械能的电气设备，由于它具有结构简单，运行可靠、价格便宜、维修方便等一系列优点，所以在国民经济各部门得到广泛应用。从结构上看，三相异步电动机有鼠笼式和绕线式两种类型，鼠笼式电机的调速一般只能用改变电源频率、定子电压或定子极对数的方法来实现；绕线式电机也可以用上述方法调速，但最常用的调速方法是改变转差率。 三相绕线式异步电动机通过改变转差率调速时，需要另外附加一些电气装置，其令最常用的是转子附加电阻。由于这种方法所用的附加装置最简单、投资最少、维护
10、也容易，所以其应用十分广泛。但是，采用此法调速是有级的，同时还把转差功率都消耗在转于的附加电阻上，因此调速的性能和经济性都很差。三相绕线式异步电动机还有另一种通过改变转差率进行调速的方法，即通过向转子回路引入附加电势来实现调速。这时，改变附加电势的大小就可以改变电动机的转速，这就是所谓“异步电动机串级调速”。根据引入转子之附加电势的产生方法的不同，串级调速可分为两类。即：电机型串级调速和电气型串级调速。电气串级调速的串级方式又可分两种，即：低同步串级和超同步串级。本次设计的内容主要介绍低同步电气串级调速系统的工作原理、性能及应用等内容。异步电动机可控硅串级调速系统的稳定分析，主要是研究在电动状
11、态下，直流问路的电压、电流，转子整流重叠角，转子侧和逆变器的电流谐波，机械特性，电抗器为非无穷大对机械特性和系统性能的影响以及闭环系统的静特性等。随着可控硅的广泛使用和拖动技术的发展，对作为重要基本单元的移相触发电路的集成化要求愈加迫切。由于集成化触发电路自身不可替代的优点，在最近的几十年里触发电路的集成化发展上了新的台阶。本论文着重介绍低同步串级调速主电路的设计与触发电路的设计。第一章 串级调速系统的基本原理1.1串级调速系统的工作原理在异步电动机转子回路中附加交流电动势调速的关键就是在转子侧串入一个可变频，可变幅的电压。怎样才能获得这样的电压呢？对于只用于次同步电动状态的情况来说，比较方便
12、的方法是将转子电压先整流成直流电压，然后再引入一个附加的直流电动势，控制此直流附加电动势的幅值，就可以调节异步电动机的转速。这样，就把交流变压变频这一复杂问题，转化为与频率无关的直流变压问题，使问题的分析与工程实现都方便多了。当然对这一直流附加电动势要有一定的技术要求。首先，它应该是可平滑调节的，以满足对电动机转速平滑调节的要求；其次从节能的角度看，希望产生附加直流电动势的装置能够吸收从异步电动机转子侧传递来的转差功率并加以利用。例如，把转差功率回馈交流电网，或把它转换成机械功率传送到电气传动装置的轴上等，关键是不要让它在转子回路中无谓的损耗掉，这样才能提高调速系统的效率。根据以上两点要求，较
13、好的方案是采用工作在有源逆变状态的晶闸管可控整流装置作为产生附加直流电动势的电源。按照上述原理组成的绕线式异步电动机调速系统原理图如图11所示： 图 11 异步电动机串级调速原理图图中异步电动机M以转差率s运行，其转子电动势经三相不可控整流装置UR整流，输出直流电压。工作在逆变状态的三相可控装置UR除提供一可调的直流输出电压作为调速所需的附加电动势外，还可将经UR整流后输出的电动机转差功率逆变回馈到交流电网中。两个整流装置的电压与的极性以及电流的方向如图所示。为此可在整流转子的直流回路中写出以下的电动势平衡方程式： （1-1） （1-2）式中： -与两个整流装置的电压整流系数-逆变器输出电压-
14、逆变变压器的次级相电压-晶闸管逆变角-转子直流回路的电阻当电动机拖动恒转矩负载稳定运行时，可以近似认为为恒值。控制使它增大，则逆变电压立即减小；但电动机转速因存在着机械惯性尚未变化，所以仍维持原值，根据式（1-1）、（1-2）就使转子直流回路电流增大，相应转子电流也增大，电机就加速；在加速过程中转子整流电压随之减小，又使电流减小，直至与依式（1-1）取得新的平衡，电机进入新的稳定状态以较高的转速运行。同理，减小值可以使电机在较低的转速下运行。以上就是绕线式异步电动机串级调速系统的工作原理。1.2异步电动机串级调速的机械特性在串级调速系统中，由于电动机的级对数与旋转磁场转速都不变，同步转速也是恒定的，但是他的理想空载转速却能够连续平滑地调节。当系统在理想空载状态下运行时（=0），转子直流回路的电压平衡方程式变成: （1-3）其中，为异步电动机在串级调速时对应于某一角的理想空载转差率。取=则 （1-4）由此可得相应的理想空载转速为 （1-5）其中，为异步电动机的同步转速。从以上的式子可知，在串级调速时，理想空载转速与同步转速是不同的。当改变逆变角时，理想空载转差率和理想空载转速都相应改变，
