应能保证起安全可靠地工作,电路和元件均应设置较完善的保护电路或保护环节触发电路应能够保证有源逆变器工作的正常进行,不应在串级调速运行中发生逆变颠覆。毕业设计应完成的工作设计出绕线式异步电动机的晶闸管串级调速装置的主电路原理图,启动方法设计采用双闭环控制系统主电路整流元件参数的计算选择进行主电路中有关保护电路和保护环节的设计,对保护元件进行参数的计算选择完成逆变变压器的设计计算完成晶闸管的触发电路的设计计算。第章串级调速原理分析及启动方法设计串级调速原理串级凋速是十分经典的电机调速方法,它的根本点不是去控制电机的供电电源频率和电压，转而控制转子电流，从而改变电机的转差率进行调速。串级调速具有以控制低电压进而控制高压电机，以控制小功率进而控制大功率电机且系统结构简单，节电率高的特点，对于大多数泵风机类需要低同步转速调速由额定转速下调的应用特别适合。特别对高压大容量电机更有技术实现容易和经济性好的优势。绕线式异步电动机的结构特点是转子的三相绕组通过滑环可以引出来。当外接不同的电阻时，电动机有不同的转速，这就是绕线式异步电动机的串电阻调速。这种调速方法简单方便，但在电阻上消耗大量的能量，效率低经济性差是这种调速方法的主要缺点。如果在转子的绕组回路串入附加电势，当串入的附加电势时，电动机工作在固有机械特性上，若这时拖动恒转矩负载，电动机在接近额定转速下稳定运行，转子相电流式中时转子开路相电动势转子额定电压时转子绕组每相漏抗。当转子的相位与转子感应电动势的相位相反时，由于反相的接入，立即引起转子电流的减小，此时转子相电流为由于保证气息磁通不变，则电动机的电磁转矩随着转子电流而减小，使电动机电磁转矩小于负载转矩，失去稳定转速条件，迫使电动机转速降低，转差率上升，而转子电流此时又回升，直到电动机转速降低至值，转子电流又回升到使电动机转矩回复与负载转矩相等时减速过程结束。当相位与转子感应电动势的相位相同时，情况正好相反。显然改变附加电势的大小，转子电流会发生变化，如果电动机带恒转据负载，则电动机的转速也会变化，因而串附加电势同样能调速。如果在调速的同时，让附加电势装置吸收转子的转差功率并将其回馈电网，那么串附加电势既能调速又能节能。这种调速方法称为绕线式异步电动机的串级调速。在绕线式感应电动机的转子回路中串入个与转子感应电势相位相反或相同的附加电势，如图所示图串级调速原理图当调节在电机转子回路中引入可控的交流附加电动势，虽然可改变电机的转速，但由于电机的转子电动势的频率是其转速的函数，所以附加电动势的频率也必须能随转速而变化且在调速的动态过程中，也应与电机转子电动势的频率保持致。由此可见，在转子回路中附加交流电动势的调速方法，相当于在转子侧加入可变频可变幅值电压的调速方法。在工程上实现这样的可控电源是有相当难度的，人们常用些间接的方法来完成。工程上最常用的种方法是，利用直流回路来处理。串级调速就是基于这种思想,把转子感应电压通过整流器变换为直流电压,然后用个直流的附加电势与之作用,以调节感应电动机的转速。这个附加电势根据它的相位的不同，可能对电机的运行情况产生不同的影响。如果附加电势的相位正好和电流的相位相反，它是吸收功率的，其作用和串电阻相似，增加这个电势，可以使转差功率增加电机转速下降。如果电势与转子电流同相，则产生附加电势的装置将有功功率输入电机的转子回路，起到负电阻的作用，可使转子回路中转差功率减少，甚至变为负值，这时电机转速升高，甚至超过同步转速。所以习惯上把前面种调速方法称为次同步调速而把后种方法称为超同步调速。由于直流电量不存在频率与相位的问题，直流电压又容易获得，所以可以将电机转子电动势先整流成直流电压，然后引入个直流附加电动势，而控制此直流附加电动势的幅值，就可以调节异步电机的转速。这样就把交流变压变频的问题，转化为与频率无关的直流变压问题。经常采用的种方案，就是用硅二极管整流桥把转子转差功率整流为直流功率输出，然后把该直流功率输送给由可控硅整流桥构成的相控逆变器，由后者把直流功率又变成交流功率回馈给电网。目前国内外应用较多的串级调速系统是次同步串级调速系统。随着电力电子技术的飞速发展,目前晶闸管串级调速已经成为主流双闭环串级调速主回路设计与分析由图可知，要调速，可改变的大小和相位，且要求的频率必须与相同，但由于的频率是随着的变化而变化的，因此要求的频率也应随的变化而变化，在实际中很难做到，为此设计中采用装置逆变失败及直流侧短路，实现过载保护，本系统采用型快速自动开关接在被保护的直流电路内图所示，快速开关动作时间为，分断时间不超过。过电压保护晶闸管对过电压很敏感。过电压产生的原因很多，主要是因供给的电功率或系统的储能器件发生了激烈的变化，使得系统能量来不及转换，或者是系统中原来集聚的电磁能量不能及时消散而造成的。主要表现为两种是操作过电压，由开关的开闭引起的冲击电压另种是浪涌过电压，由雷击或其它外来冲击与干扰引起的。针对形成过电压的不同原因，可以采取不同的抑制方法，使出现过电压时真正加到晶闸管两端的电压被限制在安全范围之内。本设计采用的过电压保护方案有交流侧过电压保护保护措施如图所示图逆变变压器交流侧过电压保护阻容吸收保护阻容吸收保护通常在变压器二次侧并接电阻和电容的串联支路进行保护。变压器次侧阻容吸收装置参数计算逆变变压器采用接法,变压器每相伏安数为阻容保护采用接法，则电容值为式中为变压器励磁电流百分比，对于的变压器，般为，电容的耐压值。选取电容器为油浸电容器只。电阻按下式计算式中，为变压器的短路比，对于的变压器，般为。变压器二次侧阻容吸收装置参数计算阻容保护采用接法，计算方法同上，则电容值为电容的耐压值选取电容器为只电阻按下式计算压敏电阻保护如图所示，变压器二次侧接压敏电阻保护，采用接法，参数计算如下压敏电阻的额定电压为式中，为压敏电阻两端正常工作电压有效值。选取型压敏电阻只，其额定电压为,通流量直流侧过电压保护。直流侧过电压保护可以用阻容或压敏电阻保护，但采用阻容保护容易影响系统的快速性，并造成加大。因此般只用压敏电阻做过电压保护图所示。压敏电阻的额定电压为式中，为正常工作时加压敏电阻两端的直流电压。实选型压敏电阻只，其额定电压为,通流量变流器件换相侧过电压保护。为了抑制变流器件晶闸管和整流二极管的关断过电压，采用在变流器件两端并联阻容保护电路的方法图所示。根据前面计算已知变流器件的额定电流查得阻容保护的元件参数为,电容的耐压值式中，为晶闸管两端工作电压峰值。第章功率因数的分析计算及改进提高异步电动机的功率因数为而串级调速系统若不采取措施，其总的功率因数却很低，即使高速满载时也只有左右，低速时总功率因数更低，这是晶闸管串级调速系统的主要缺点。造成晶闸管串级调速系统总的功率因数低的主要原因可归纳为以下两个方面其，由于逆变变压器和异步电动机在工作时都要从电网吸收无功功率，故串级调速系统比自然接线下异步电动机从电网吸收的无功功率多得多，且串级调速系统把转差功率的大部分又回馈给电网，使系统从电网吸收的有功功率并不多特别是低速运行时，情况更严重，这是造成串级调速系统总功率因数降低的主要原因。其二，由于串级调速系统接入转子整流器，不仅出现换流重叠现象，造成转子电流滞后转子电压角度为换向重叠角，而且使转子电流发生畸变，这些因素将使异步电动机本身的利用系数和功率因数都降低，这是造成串级调速系统总功率因数降低的另个原因。改善功率因数的具体措施通常有以下几种逆变器的不对称控制。这是利用两组可控整流器组成逆变器的纵序连接并进行不对称控制。这种方法适用于大功率系统。采用具有强迫换相功能的逆变器，在逆变器工作时使晶闸管在自然换流点之后换相，这时逆变器的输入电流呈容性，可以补偿异步电动机从电网吸收的电感性无功电流，从而使系统的功率因数大大提高。但是这种方法电路比较复杂，价格昂贵。类是利用电力电容器补偿，电容器产生相位超前的电流，以补偿串级调速装置中电流相位的过大的滞后。此法简单易行，小功率系统中应用较多。在此采用的措施是并联电容来补偿系统的无功功率，提高电能质量。接入方式有三种第种是接在进线电网处第二种是接在逆变变压器的原边第三种是接在逆交变压器的副边，参见图改善功率因数电容器安装电路图结论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调速的，是异步电动机十分经典的调速方法之。串级调速可以将异步电动机的功率回馈电网或者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，是结构简单，发展较快，技术难度较小，性能比较完善的种系统，因此在工业生产上得到了较为广泛的应用。晶闸管串级调速技术除可用于新设备设计外，还可用于对旧设备进行技术改造，这样不仅能改善调速性能，又可以节约能源。因此，研究和应用晶闸管串级调速技术具有极大的技术和经济意义。本文对交流串级调速系统的工作原理进行了深入的分析研究，具体设计了双闭环次同步串级调速系统的各个环节包括检测环节及触发环节和保护环节等,该系统既发挥了交流调速的节能成本低高容量易维护等优点，又能获得像直流双闭环调速系统那样良好的动态特性，具有技术实现容易和经济性好的优势。对风机泵类负载，特别是高压大容量电机，串级调速系统是最合适的。简洁高效的串级调速技术在风机泵类负载的推广应用将在定程度上缓解当前的用电紧张局面，对建设节约型社会必将产生积极的推动作用。由于本人水平有限，加之时间较短，所以本文难免有不足之处，尚待完善,恳请各位老师批评指正。致谢本论文是在导师朱维璐副教授悉心指导与关怀下完成的。他渊博的知识开阔的思路严谨的治学态度踏实的工作作风和培养人才的奉献精神深深地教育了我，也将永远激励我奋发向上努力工作。从他身上，我不仅学到了扎实宽广系统深入的专业知识，也学到了做人的道理和处世的方式，这些宝贵财富将使我终身受益。在此，再次向尊敬的朱老师表示深深的敬意,同时也感谢学院领导和老师给于的照顾和帮助，由于他们提供了大量的必要的资源共享，我的论文