串级调速
串级调速的基本原理
平波电抗器DL在串调系统中的作用是保证小电流时连续，限制Δi/Δt电流上升率，使系统工作可靠。本装置的平波电抗器采用摆动式电抗器，当电流增大时，铁芯饱和，电感减小。
2、2、4、频敏变阻器
频敏变阻器BL作限制起动电流用。当1C吸合时，BL接入，电机起动，经过延时，电机加速至接近异步转速，此时转子电压频率很低，4C或3C吸合，串调或异步运行。
4、3、起动后电动机电流偏大，投调速时发现直流电压不随直流电流而改变。
起动电机并投调速后，发现直流电压表为满偏，直流电流为60A，测量自动开关ZK下面的输入交流电流为75A，比额定值略大，调节调速电位器RP时，发现直流电流增加，但直流电压不下降，后检查电动机，发现电动机并没有转动！仔细检查各交流接触器的触头后，发现为定子主回路交流接触器2C有一相触头接触不良，造成定子绕组跑单相，而电机负载较大，无法起动。因电机控制装置离电机较远，操作人员不能及时发现，还以为是调速装置有故障。
3、触发模块的原理分析
我们将其解剖，发现其电路简单、巧妙。它采用单相电源即可列相出三相同步信号，来直接触发主回路的三个可控硅，使用很方便。其电路如图三。
电源变压器T1经桥式整流、滤波作触发模块放大电路电源。变压器T2是阻容移相桥的供电电源，移相原理见下图四。
变压器T2次级电压相量UAB为常数，电阻两端电压量UAD和电容两端电压相量UDB互成90°，所以D点的轨迹是半圆，DO为半径，改变电阻的大小，DO的相位就发生变化。将移相桥的输出端DO接隔离变压器T3，T3的副边经列相，将单相电源分成对称的三相电源，此三相电源作触发模块的同步信号，将同步信号经过V4~V9、R2进行整形放大，在输出端7、8、9便可得到供可控硅门极的三个互差120°的宽脉冲，调节移相桥的电阻，输出脉冲可在要求的范围内进行移相。为了闭环控制方便，将接电阻的两点间接一桥式整流，整流桥的输出端接可变电阻或晶体三极管，用晶体三极管代替可变电阻能使触发模块方便地用电信号进行控制。
串级调速系统
其中， 其中，n0min 是调速系统的最 低转速，对应于 低转速， 最大理想空载转 差率 s0max ，由 式（7-7）可得
D=
nsyn n0 min = nsyn (1 − s0 max )
s0 max
（7-31）
1 s0max = 1 − D UT 2 cos β s0 = Er 0 UT 2 s0 max Er 0 s0 max Er 0 = = = 1.15s0 max Er 0 o cos β min cos 30
• 串级调速系统的效率 • 串级调速系统的功率因数 • 串级调速装置的电压和容量
a)系统的功率传递 系统的功率传递
b)系统的功率流程图 系统的功率流程图
串级调速系统功率
• 在串级调速时， 未被全部消耗掉， 在串级调速时，Ps未被全部消耗掉，而是扣除了转子铜损pCur、杂散损耗 ps 和 后通过转子整流器与逆变器返回电网， 附加的串级调速装置损耗ptan后通过转子整流器与逆变器返回电网，这部分返 回电网的功率称作回馈功率Pf 。 对整个串级调速系统来说， 对整个串级调速系统来说，它从电网吸收的净有功功率应为 Pin=P1–Pf 。
•
• 串级调速系统的总效率
η sch
P2 Pmech − p mech = × 100 % = × 100 % Pin P1 − Pf
= Pm (1 − s ) − p mech × 100 % Pm (1 − s ) − p mech + Σ p + p tan
是异步电动机定子和转子内的总损耗； 式中 ∑p 是异步电动机定子和转子内的总损耗；
（7-33）
调速范围越大时， 调速范围越大时，整个串级调速装置 的容量要求也越大。 的容量要求也越大。
绕线式异步电动机的串级调速汇总
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。
调速电机的串级调速法
调速电机的串级调速法
调速电机的调速⽅法有很多，下⾯将介绍其中的串级调速法是如何实现的，串级调速是指绕线式电动机转⼦回路中串⼊可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的⽬的。
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。
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;
2.装置容量与调速范围成正⽐，投资省，适⽤于调速范围在额定转速70%-90%的⽣产机械上;
3.调速装置故障时可以切换⾄全速运⾏，避免停产;
4.晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较⼤;
5.本⽅法适合于风机、⽔泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使⽤。
串级调速的应用
串级调速的应用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产生的。
它属于变转差率来实现串级调速。
与绕子串电阻的方式不同，串级调速可以将异步电动的功率加以应用（回馈电网或是转化为机械能送回到电动机轴上），因此效率较高。
它能实现无极平滑调速，低速时机械特性也比较强。
特别是晶闸管低同步串级调速系统，技术难度低，性能比较完善。
晶闸管串级调速系统具有结构简单、可靠、节能、经济、维护方便的特点，使得这种调速技术首先在风机、泵类机械上得到了广泛的应用目前在冶金、纺织、化工、煤炭、造纸、建材及城市自来水等工业部门正在逐步推广使用。
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，在我国适当推广应用晶闸管串级调速技术具有极大的技术和经济意义。
本设计依据造纸厂对电力拖动系统的要求，采用晶闸管串级调速来实现，满足造纸厂对电力拖动系统调速性能和节能的要求。
主要研究三相交流绕线式异步电动机晶闸管串级调速系统的主、辅电路设计有关的技术问题，包括系统的组成与工作原理、主回路的设计、控制回路的设、系统的静动态工作特性计算分析等。
本调速系统的主要组成部分有异步电动机、转子整流器、频敏变阻器、有源逆变器、触发装置和信号检测等元件。
整流器和逆变器均采用三相桥桥式电路。
调速系统的工程设计是在已知对系统静、动态性能的要求情况下，以频率法为工具，将系统进行合理简化，采用设置校正装置的方法，使整个系统近似成典型的低阶结构。
掌握了典型系统参数与性能指标之间的关系，根据设计要求，就能利用现成的公式和图表进行设计了。
工程设计的步骤就是根据被控制对象和要求，确定预期的典型系统，选择调节器形式，确保系统的稳定性，并满足所需要的稳态精度，计算调节器的工程最佳参数，满足动态指标。
绕线式异步电动机串级调速原理
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。
串级调速讲解
斩波部分 整流部分
逆变部分
YQT——内反馈交流调 速三相异步电动机 ZL ——转子整流器 ZB ——斩波器 NB ——有源逆变器 PBR ——频敏变阻器 SRD ——快速熔断器
现代串级调速
现代串级调速原理（外反馈式）
现代串级调速原理（内反馈式）
现代串级调速技术突出优点
调速范围宽，无级，平滑。 具有良好的硬机械特性。 串级调速是在电动机转子侧施加控制，特点：
(1)控制电压低，仅几百伏至一千多伏； (2)变流装置控制容量小，对于风机、泵类负载，总控制容量仅为电机额定容量的14.815%； (3)串级调速装置自身功耗小，比变频调速低2~4个百分点，因而效率最高； (4)因变流容量小，变流发生在转子一侧，因而谐波分量小； (5)因变流容量小，变流电压低，装置可靠性高； (6)调速系统简单，尺寸小，占用场地少。
异步电机调速
——串级调速
有关串级调速的探讨
串级调速——绕线式电动机转子回 路中串入可调节的附加电势来改变 电动机的转差，达到调速的目的。
串级调速是十分经典的电机调速方法。它的根本点 不是去控制电机的定子侧，而是控制转子侧，通过 对电机转子电流的控制改变电机的转差率进行调速。 为了高效，反电势源应可吸收因转差增大而产生的 较大的转子转差功率。
最新斩波技术的采用，使其功率因数、调速范围、调速精度等指标 明显提高。 由于串级调速使用绕线式电动机，能够有效控制电动机起动电流。 内反馈式现代串级调速系统，省去了逆变变压器及相关电气设备， 使得系统更为简单。
串级调速真的比变频调速逊色吗？
在高效调速技术方面，有变频调速和串级调速两 种。它们的一个重要区别在于变流的控制装置 （调速装置）的控制点不同。 变频技术控制电机的定子侧供电电源，变流装置 要承受6kV或10kV高压，控制电机全部功率;而串 级技术控制电机的转子侧，变流装置仅承受转子 回路低电压和较电动机额定功率小得多的转差功 率。就节电率而言，串级调速技术是最高的，就 在泵与风机类负载应用上，串级调速技术又是最 为适合的。
串级调速技术的发展
串级调速技术的发展
随着现代工业的迅速发展和各种电力驱动设备的普及，调速技术成为现代工业生产中不可缺少的一环。
以往，调速技术主要集中在功率控制和调速精度上，但现在随着电力电子技术的不断进步和控制理论的应用，串级调速技术逐渐成为了调速技术的热点之一。
串级调速技术是指将电机转子电磁力矩在多级内转换，并通过转速控制器的控制使电机达到预期的转速，从而实现对电机转速的精确调节。
该技术在电动机调速系统中具有灵活、高效的特点，能够保证电动机在不同工况下的转速和转矩均能够实现精确控制，提高了电动机的转速调节能力和控制精度。
在串级调速技术的发展过程中，根据其实现方式和适用场合可以分为分闸串级调速技术、直接串级调速技术和电压串级调速技术。
分闸串级调速技术是将交流电源分为多个小电源，通过在不同电源之间切换实现电机多级调速，该方法具有结构简单、可靠等优点，但其调节精度较低，不适用于精密控制场所。
直接串级调速技术是将电机的转子电磁力矩在多级间串接，并通过可调谐电容电路进行控制，实现对电机的精确控制。
这种方法可以有效地提高电机的转速调节能力，但由于谐波干扰等问题存在，目前还无法广泛应用。
总的来说，串级调速技术作为电机调速控制技术的一种重要手段，随着电力电子技术及控制理论等方面的发展而得到了迅速发展。
在今后的发展中，串级调速技术将继续得到完善，不断扩大应用范围，为各类电动机的调速控制提供更加灵活和高效的解决方案。
6章 绕线式异步电机的串级调速及双馈调速系统
r
add
M 3~ Er =SEr0 Ir
.
.
Eadd
+
sEr0 Eadd I r Te n s
图6-1 绕线式异步电动机转子 附加电动势的原理图
此时转速下降，转子电动势 Er sEr0 随之增大，转子电流也逐渐增大 直至转差率s增大到 s 时，使得
sEr0 Eadd sEr0 Eadd
（6.2）
（6.3）
Pmech 1 s Pm
• 转差功率为
Psl sPm
（6.4）
• 定、转子的电磁功率相等即 Pms Pmr Pm
•根据动力学原理，异步机的理想空载机械角速度
m Pm / Te
式中，
m
（6.5）
Pm 为异步机电磁功率；
Te 为输出转矩。
•
（6.5）的异步机理想空载机械角速度为电磁功率与电磁转矩 之比，其含义是：在假定转子无损耗的理想状态下，异步机 的全部电磁功率都转化为机械功率所能获得的转速。转速降 即为转速损失，取决于转差功率。 • 由此可见，交流调速的实质在于控制其机械功率，电气上有 电磁功率控制和转差功率控制两种原则。
6.2.1绕线式异步电动机串级调速的工作原理
• 异步电机运行时其转子相电动势为： sE （6.7） E r r0 式中，s 为异步电动机的转差率； Er0为绕线式异步电动机在转子不动时的相电动势， 或称转子开路电动势，也就是转子开路额定相电压值。 • 在转子短路情况下，转子相电流Ir的表达式为： sE r0 Ir 2 （6.8） Rr2 sX r0 式中，Rr 为转子绕组每相电阻； Xr0 为s =1时的转子绕组每相漏抗。
• 主要是转子整流电路的以下不同点：
串级调速技术的发展
串级调速技术的发展串级调速技术是一种用于电机的控制技术，它通过将多个电机连接在串级的方式来实现对电机系统的调速控制。
该技术具有精准、高效、稳定等特点，广泛应用于各种工业领域，如风力发电、水泵控制、轨道交通等。
串级调速技术的发展可以追溯到20世纪70年代。
当时，由于电力系统对电机的可靠性和能效要求越来越高，人们开始探寻一种更加高效的电机控制技术。
在这个背景下，串级调速技术应运而生。
起初，串级调速技术主要应用于大型高功率电机的控制领域，例如钢铁、电厂等行业。
随着技术的不断发展和应用的扩大，串级调速技术逐渐应用于中小型电机的控制，并取得了显著的效果。
在20世纪80年代，随着半导体技术的快速发展，新型的功率电子器件如IGBT（绝缘栅双极型晶体管）等开始应用于串级调速技术中。
这使得串级调速技术的性能得到了大幅提升。
与传统的直流调速技术相比，串级调速技术具有体积小、重量轻、成本低等优点，逐渐成为电机控制领域的主流技术。
到了21世纪，随着数字化技术的不断进步，串级调速技术进一步发展。
数字信号处理器（DSP）的引入使得串级调速技术的控制精度更高，稳定性更好。
由于智能控制、故障诊断和通信技术的应用，电机系统的监测与管理更加方便。
串级调速技术也融入了节能减排的理念，通过优化控制算法和策略，提高电机的能效，减少能源消耗。
目前，串级调速技术已经形成了一整套完善的理论体系和应用技术。
在风力发电领域，串级调速技术被广泛应用于风力发电机组的控制，提高了风力发电的可靠性和工作效率。
在轨道交通领域，串级调速技术被应用于地铁、高铁等电机驱动系统的控制，提高了列车运行的平稳性和安全性。
在水泵控制领域，串级调速技术被应用于给水系统、排水系统等的控制，提高了水泵的工作效率和使用寿命。
串级调速技术在过去几十年的发展中取得了巨大的进步，它不仅提高了电机系统的性能和可靠性，而且节约了能源和减少了环境污染。
随着人工智能、大数据等新兴技术的快速发展，串级调速技术有望在未来进一步完善和应用，为电机控制提供更高效、智能的解决方案。