串級調速系統(tǒng)

1、第第4章章 交流調壓調速系統(tǒng)和串級調速系統(tǒng)交流調壓調速系統(tǒng)和串級調速系統(tǒng) 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 第二節(jié)第二節(jié) 交流異步電動機調壓調速系統(tǒng)交流異步電動機調壓調速系統(tǒng) 第三節(jié)第三節(jié) 繞線式異步電動機串級調速系統(tǒng)繞線式異步電動機串級調速系統(tǒng) 一、交流調速系統(tǒng)的特點一、交流調速系統(tǒng)的特點 （1）容量大。）容量大。（2）轉速高且耐高壓。）轉速高且耐高壓。（3）交流電機的體積小，結構簡單、經(jīng)濟可靠、慣性小。）交流電機的體積小，結構簡單、經(jīng)濟可靠、慣性小。（4）交流電機堅固耐用，可在惡劣環(huán)境下使用。）交流電機堅固耐用，可在惡劣環(huán)境下使用。（5）高性能、高精度的新型交流拖動系統(tǒng)已達到同直流）高性能、高精度

2、的新型交流拖動系統(tǒng)已達到同直流 拖動系統(tǒng)一樣的性能指標。拖動系統(tǒng)一樣的性能指標。（6）交流調速系統(tǒng)能顯著地節(jié)能。）交流調速系統(tǒng)能顯著地節(jié)能。 從各方面來看，交流調速系統(tǒng)最終將取代直流調速系統(tǒng)。從各方面來看，交流調速系統(tǒng)最終將取代直流調速系統(tǒng)。二、交流調速系統(tǒng)的分類二、交流調速系統(tǒng)的分類 從交流電機轉速表達式：從交流電機轉速表達式：spfn1601可歸納出三類調速方法：可歸納出三類調速方法：變極對數(shù)變極對數(shù)p的調速、變轉差率的調速、變轉差率s調速及變電源頻率調速及變電源頻率f1調速。調速。 原始的分類方法有原始的分類方法有： 1）變極調速；）變極調速；2）變）變s調速：調壓調速、繞線式異步電動機

3、轉子串電阻調速、調速：調壓調速、繞線式異步電動機轉子串電阻調速、 繞線式異步電動機串級調速、電磁轉差離合器調速；繞線式異步電動機串級調速、電磁轉差離合器調速；3）變頻調速。）變頻調速。 科學分類方法（根據(jù)對轉差功率的處理方法分類）分為三類：科學分類方法（根據(jù)對轉差功率的處理方法分類）分為三類：（1）轉差功率消耗型）轉差功率消耗型調速系統(tǒng)調速系統(tǒng)：轉差功率全部轉化成熱能轉差功率全部轉化成熱能而被消耗掉。而被消耗掉。 特點特點：系統(tǒng)的效率低，結構簡單。調壓調速、繞線式異步：系統(tǒng)的效率低，結構簡單。調壓調速、繞線式異步電動機轉子串電阻調速、電磁轉差離合器調速系統(tǒng)屬于此類。電動機轉子串電阻調速、電磁轉

4、差離合器調速系統(tǒng)屬于此類。（2）轉差功率回饋型）轉差功率回饋型調速系統(tǒng)調速系統(tǒng)轉差功率的少部分被消轉差功率的少部分被消耗掉，大部分通過變流裝置回饋給電網(wǎng)或者轉化為機械能予耗掉，大部分通過變流裝置回饋給電網(wǎng)或者轉化為機械能予以利用。以利用。 特點特點：效率高。串級調速屬該類系統(tǒng)。：效率高。串級調速屬該類系統(tǒng)。（3）轉差功率不變型）轉差功率不變型調速系統(tǒng)調速系統(tǒng)調速過程中，轉差功率調速過程中，轉差功率基本不變?；静蛔?。 特點特點：效率最高。變極調速、變頻調速系統(tǒng)屬于此類。：效率最高。變極調速、變頻調速系統(tǒng)屬于此類。第二節(jié)第二節(jié) 交流異步電動機調壓調速系統(tǒng)交流異步電動機調壓調速系統(tǒng) 一、交流異步電

5、動機調壓調速原理和方法一、交流異步電動機調壓調速原理和方法 1、調壓調速原理、調壓調速原理 異步電動機的機械特性方程式異步電動機的機械特性方程式)()/(/3221212211221lleLLsRRsRpUT 當當s一定時，一定時， ，改變，改變U1得到一組不同的人為特性如得到一組不同的人為特性如圖圖4-1所示。在帶恒轉矩負載所示。在帶恒轉矩負載TL時，可得到不同的穩(wěn)定轉時，可得到不同的穩(wěn)定轉速，如圖中的速，如圖中的A、B、C點。點。21UTe圖圖4-1 異步電動機在不同電壓下的機械特性異步電動機在不同電壓下的機械特性 2、調壓調速方法、調壓調速方法 獲取交流調壓電源的方法：獲取交流調壓電源的

6、方法： （1）調壓器調壓調壓器調壓 如圖如圖4-2（a）所示。）所示。M3M3M3TULSVVC+-(a)(b)(c)圖5-2 異步電動機調壓調速原理圖圖4-2 異步電動機調壓調速原理異步電動機調壓調速原理 （2）飽和電抗器調壓）飽和電抗器調壓 如圖如圖4-2（b）所示，飽和電抗器）所示，飽和電抗器LS是帶有直流勵磁繞組是帶有直流勵磁繞組的交流電抗器。的交流電抗器。nuXLILsL1（3）晶閘管交流調壓器調壓）晶閘管交流調壓器調壓 如圖如圖4-2（c）所示。單相調壓電路如圖）所示。單相調壓電路如圖4-3所示，其控所示，其控制方法有兩種：制方法有兩種： 1）相位控制方式）相位控制方式 通過改變晶

7、閘管的導通角來改變輸出交流電壓。電壓通過改變晶閘管的導通角來改變輸出交流電壓。電壓輸出波形如圖輸出波形如圖4-4所示。所示。 特點：輸出電壓較為精確、快速性好；但有諧波污染。特點：輸出電壓較為精確、快速性好；但有諧波污染。RU1U1VT2VT圖5-3 晶閘管單相調壓電路U02t圖 5-4 晶 閘 管 相 位 控 制 下的 負 載 電 壓 波 形 圖圖4-4 晶閘管相位控制下的負載電壓波形晶閘管相位控制下的負載電壓波形 圖圖4-3 晶閘管單相調壓電路晶閘管單相調壓電路 2）開關控制方式）開關控制方式 把晶閘管作為開關，將負載與電源完全接通幾個半波，把晶閘管作為開關，將負載與電源完全接通幾個半波，

8、然后再完全斷開幾個半波。交流電壓的大小靠改變通斷時然后再完全斷開幾個半波。交流電壓的大小靠改變通斷時間比間比t0/ tp來調節(jié)。輸出電壓波形如圖來調節(jié)。輸出電壓波形如圖4-5所示。所示。U00t通pt斷t圖 5-5 晶 閘 管 開 關 控 制 下 的 負 載 電 壓 波 形圖圖4-5 晶閘管開關控制下的負載電壓波形晶閘管開關控制下的負載電壓波形特點：采用特點：采用“過零過零”觸發(fā)，諧波污染??；轉速脈動較大。觸發(fā)，諧波污染??；轉速脈動較大。 二、交流調壓電路二、交流調壓電路 晶閘管三相交流調壓電路如圖晶閘管三相交流調壓電路如圖4-6所示。這種電路接法的所示。這種電路接法的特點是負載輸出諧波分量低

9、，適用于低電壓大電流的場合。特點是負載輸出諧波分量低，適用于低電壓大電流的場合。 圖圖4-6三相全波星形聯(lián)結的調壓電路三相全波星形聯(lián)結的調壓電路 電路正常工作的條件：電路正常工作的條件： （1）在三相電路中至少要有一相的正向晶閘管與另一相）在三相電路中至少要有一相的正向晶閘管與另一相的反向晶閘管同時導通。的反向晶閘管同時導通。 （2）要求采用寬脈沖或雙窄脈沖觸發(fā)電路。）要求采用寬脈沖或雙窄脈沖觸發(fā)電路。 （3）要求）要求U、V、W三相電路中正向晶閘管的觸發(fā)信號三相電路中正向晶閘管的觸發(fā)信號相位互差相位互差120，三相電路中反向晶閘管的觸發(fā)信號相位，三相電路中反向晶閘管的觸發(fā)信號相位也互差也互差

10、120；但同一相中反并聯(lián)的兩個正、反向晶閘管；但同一相中反并聯(lián)的兩個正、反向晶閘管的觸發(fā)脈沖相位應互差的觸發(fā)脈沖相位應互差 180。 根據(jù)上面的結論，可得出三相調壓電路中各晶閘管觸發(fā)根據(jù)上面的結論，可得出三相調壓電路中各晶閘管觸發(fā)的次序為的次序為VT1 、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT1，相鄰兩個晶閘管的觸發(fā)信號相位差為相鄰兩個晶閘管的觸發(fā)信號相位差為60。 三、閉環(huán)控制的調壓調速系統(tǒng)三、閉環(huán)控制的調壓調速系統(tǒng) （一）異步電動機調壓調速時的機械特性（一）異步電動機調壓調速時的機械特性 1、普通異步電動機調壓調速時存在的問題、普通異步電動機調壓調速時存在的問題 1）普通異步電動機調

11、壓時調速范圍不大（恒轉矩負）普通異步電動機調壓時調速范圍不大（恒轉矩負載），如圖載），如圖4-1中中A、B、C點；點； 2）在）在ssm的低速段，調速范圍雖大，但系統(tǒng)運行不穩(wěn)的低速段，調速范圍雖大，但系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，且低速時，轉差功率增大，轉子阻抗減小，轉定，且低速時，轉差功率增大，轉子阻抗減小，轉子電流增大。子電流增大。 2、解決問題的措施、解決問題的措施 使用高轉子電阻的電機。高轉子電阻電機的機械特性使用高轉子電阻的電機。高轉子電阻電機的機械特性如圖如圖4-7所示。所示。eTS0n0n1 NU1 N7.0U1 N5.0U10LT圖 5 -7 高 轉 子 電 阻 異 步 電 動 機在 不 同

12、 電 壓 下 的 機 械 特 性ABC圖圖4-7 高轉子電阻異步電動機在不同電壓下的機械特性高轉子電阻異步電動機在不同電壓下的機械特性可見：恒轉矩負載下，調速范圍變大，轉子電流減小?？梢姡汉戕D矩負載下，調速范圍變大，轉子電流減小。（二）閉環(huán)控制的調壓調速系統(tǒng)（二）閉環(huán)控制的調壓調速系統(tǒng) 轉子電阻的增大使調速范圍擴大，機械特性變軟，轉速轉子電阻的增大使調速范圍擴大，機械特性變軟，轉速 靜差率變大。解決方法：采用帶速度負反饋的閉環(huán)控制。靜差率變大。解決方法：采用帶速度負反饋的閉環(huán)控制。ASRM3TGnVVCGT-nUnUctU(a)（a）原理圖）原理圖 eTnn1U10LTn2Un3UAAA 1N

13、U時的機械特性min1U時的機械特性(b) （b）靜特性）靜特性 圖圖4-8 轉速閉環(huán)調壓調速系統(tǒng)轉速閉環(huán)調壓調速系統(tǒng)（三）調壓調速系統(tǒng)閉環(huán)靜態(tài)結構圖（三）調壓調速系統(tǒng)閉環(huán)靜態(tài)結構圖調 節(jié) 器晶 閘 管調 壓 裝 置異 步電 動 機轉 速 反 饋 裝 置給 定nUnU+-ctU1Un圖 5-9 調 壓 調 速 系 統(tǒng) 靜 態(tài) 結 構 框 圖 圖圖4-94-9調壓調速系統(tǒng)靜態(tài)結構框圖調壓調速系統(tǒng)靜態(tài)結構框圖 它與單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的靜態(tài)結構框圖非常相似，只它與單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的靜態(tài)結構框圖非常相似，只要將直流調速系統(tǒng)中的晶閘管整流器、直流電動機換成要將直流調速系統(tǒng)中的晶閘管整流器、直流電動機換

14、成晶閘管交流調壓器（圖中的晶閘管調壓裝置）、異步電晶閘管交流調壓器（圖中的晶閘管調壓裝置）、異步電動機即可。動機即可。（四）調壓調速系統(tǒng)的可逆運行及制動（四）調壓調速系統(tǒng)的可逆運行及制動M312345678910圖5-11 電動機的正反轉及制動電路圖圖4-10 電動機的正、反轉及制動電路電動機的正、反轉及制動電路（四）調壓調速系統(tǒng)的可逆運行及制動（四）調壓調速系統(tǒng)的可逆運行及制動 1、可逆運行、可逆運行 方法：改變定子供電電壓的相序，如圖方法：改變定子供電電壓的相序，如圖4-10所示。圖所示。圖中晶閘管中晶閘管16供給電動機定子正相序電源；而晶閘管供給電動機定子正相序電源；而晶閘管710及及1

15、、4供給定子反相序電源。供給定子反相序電源。 2、反接制動與能耗制動、反接制動與能耗制動 反接制動時，工作的晶閘管為供給反相序電源的反接制動時，工作的晶閘管為供給反相序電源的6個元個元件。件。 耗能制動時，可不對稱地控制某幾個晶閘管工作。耗能制動時，可不對稱地控制某幾個晶閘管工作。例：使例：使1、2、6三個元件導通，其它元件都不工作，這樣三個元件導通，其它元件都不工作，這樣就可使電機定子繞阻中流過直流電流，實現(xiàn)能耗制動。就可使電機定子繞阻中流過直流電流，實現(xiàn)能耗制動。 所以調壓調速系統(tǒng)具有良好的制動特性。所以調壓調速系統(tǒng)具有良好的制動特性。（五）調壓調速系統(tǒng)中的能耗與效率分析（五）調壓調速系統(tǒng)

16、中的能耗與效率分析 1、轉差功率、轉差功率Ps 傳到轉子上的電磁功率傳到轉子上的電磁功率P2與轉子軸上輸出的機械功率與轉子軸上輸出的機械功率PM之差之差Ps為為2002111 955095509550sMeeePPPT nT nTnnsP Ps稱為轉差功率，它被轉子發(fā)熱而消耗掉。下圖為異步稱為轉差功率，它被轉子發(fā)熱而消耗掉。下圖為異步電動機的能量流程圖。電動機的能量流程圖。 2、電動機的效率、電動機的效率 若忽略其它損耗，則電動機的效率為若忽略其它損耗，則電動機的效率為snnPPPPM10210討論：討論： 1)恒轉矩負載時：有恒轉矩負載時：有Te=TL不變；因不變；因f1不變，故不變，故n0

17、不變，不變，電磁功率電磁功率P2也不變。隨著轉速的降低，轉差功率也不變。隨著轉速的降低，轉差功率sP2增增大，效率降低。大，效率降低。 2)風機泵類負載時：有風機泵類負載時：有Te=TL=Kn2，Te、P2隨轉速以平隨轉速以平方速率下降，盡管低速時，方速率下降，盡管低速時，s增大，但總的轉差功率增大，但總的轉差功率Ps=sP2下降，損耗變小。下降，損耗變小。 故調壓調速系統(tǒng)適合于風機、水泵等設備的調速節(jié)能。故調壓調速系統(tǒng)適合于風機、水泵等設備的調速節(jié)能。四、電磁轉差離合器調速系統(tǒng)四、電磁轉差離合器調速系統(tǒng)電磁轉差離合器調速系統(tǒng)是由籠型異步電動機、電磁轉電磁轉差離合器調速系統(tǒng)是由籠型異步電動機、

18、電磁轉差離合器以及控制裝置組合而成。差離合器以及控制裝置組合而成。（一）電磁轉差離合器的基本結構與工作原理（一）電磁轉差離合器的基本結構與工作原理 1、電磁轉差離合器的組成、電磁轉差離合器的組成 它由電樞、機座、磁極、勵磁繞組、導磁體組成。它由電樞、機座、磁極、勵磁繞組、導磁體組成。1)直流勵磁繞組：由控制裝置輸出的可調壓直流電供電，直流勵磁繞組：由控制裝置輸出的可調壓直流電供電，產(chǎn)生固定磁場；產(chǎn)生固定磁場；2)機座：它既是離合器的結構體，又是磁路的一部分；機座：它既是離合器的結構體，又是磁路的一部分；3)電樞：圓筒形實心鋼體，兼有導磁、導電作用，直接套電樞：圓筒形實心鋼體，兼有導磁、導電作用

19、，直接套在異步電動機在異步電動機5的軸上，作為主動轉子，轉速與異步電動機的軸上，作為主動轉子，轉速與異步電動機相同。運行時，在電樞中感應電動勢并產(chǎn)生渦流；相同。運行時，在電樞中感應電動勢并產(chǎn)生渦流；4)磁極：它是齒輪形的。作為從動轉子固定在從動軸磁極：它是齒輪形的。作為從動轉子固定在從動軸6上上而輸出轉矩，在機械上與電樞而輸出轉矩，在機械上與電樞3無連接，借助氣隙分開；無連接，借助氣隙分開；5)異步電機為原動機，與電磁轉差離合器組成一個整體；異步電機為原動機，與電磁轉差離合器組成一個整體；6)從動軸：輸出機械轉矩；從動軸：輸出機械轉矩；7)是磁導體：它既是結構體又是磁路的一部分是磁導體：它既是

20、結構體又是磁路的一部分。 2、電磁轉差離合器的轉動原理、電磁轉差離合器的轉動原理1）勵磁繞組通以直流電產(chǎn)生主磁通，磁路為：機座）勵磁繞組通以直流電產(chǎn)生主磁通，磁路為：機座氣隙氣隙電樞電樞氣隙氣隙磁極磁極導磁體導磁體機座；機座；2）磁路中磁極有齒有槽，在齒凸極部分磁力線較密，）磁路中磁極有齒有槽，在齒凸極部分磁力線較密，在槽間部分磁力線較稀，氣隙磁場為空間脈動磁場；在槽間部分磁力線較稀，氣隙磁場為空間脈動磁場；3）原動機拖動電樞恒速定向旋轉，電樞切割脈動磁場，）原動機拖動電樞恒速定向旋轉，電樞切割脈動磁場，電樞中感生電動勢并產(chǎn)生電流（渦流）；電樞中感生電動勢并產(chǎn)生電流（渦流）；4）渦流為交變渦流

21、，它產(chǎn)生幅向脈動的電樞反應磁場，）渦流為交變渦流，它產(chǎn)生幅向脈動的電樞反應磁場，與主磁通合成并產(chǎn)生轉矩；與主磁通合成并產(chǎn)生轉矩；5）此電磁轉矩驅動磁極跟著電樞同方向運動，磁極就）此電磁轉矩驅動磁極跟著電樞同方向運動，磁極就帶著生產(chǎn)機械一同旋轉。帶著生產(chǎn)機械一同旋轉。 3、電磁轉差離合器的轉速和轉向、電磁轉差離合器的轉速和轉向1）從動軸的轉速）從動軸的轉速n取決于勵磁電流的大小；取決于勵磁電流的大??；2）從動軸的轉向則取決于原動機的轉向。）從動軸的轉向則取決于原動機的轉向。電磁轉差離合器本身并不是一個電動機，它只是一種傳電磁轉差離合器本身并不是一個電動機，它只是一種傳遞功率的裝置。遞功率的裝置。

22、41LeITKnn（二）電磁轉差離合器的機械特性及調速系統(tǒng)（二）電磁轉差離合器的機械特性及調速系統(tǒng)1、電磁轉差離合器的機械特性、電磁轉差離合器的機械特性式中式中 n1原動機轉速；原動機轉速； Te電磁轉差離合器軸上輸出轉矩；電磁轉差離合器軸上輸出轉矩； IL電磁轉差離合器的勵磁電流；電磁轉差離合器的勵磁電流； K與電磁轉差離合器結構有關的常數(shù)。與電磁轉差離合器結構有關的常數(shù)。經(jīng)驗公式表達：經(jīng)驗公式表達：2、電磁轉差離合器閉環(huán)調速系統(tǒng)、電磁轉差離合器閉環(huán)調速系統(tǒng)電磁轉差離合器的機械特性很軟，實際使用時都加上轉電磁轉差離合器的機械特性很軟，實際使用時都加上轉速負反饋控制，從而可獲得速負反饋控制，從

23、而可獲得10:1的調速范圍。閉環(huán)系統(tǒng)的的調速范圍。閉環(huán)系統(tǒng)的組成與相應的靜特性如下圖所示。組成與相應的靜特性如下圖所示。第三節(jié)第三節(jié) 繞線式異步電動機串級調速系統(tǒng)繞線式異步電動機串級調速系統(tǒng) 一、串級調速原理一、串級調速原理（一）串電阻調速的原理（一）串電阻調速的原理 繞線式異步機在轉子回路中串接電阻的調速原理：繞線式異步機在轉子回路中串接電阻的調速原理：22022202)(sXRRsEIf。已經(jīng)降低，實現(xiàn)了調速達到新的平衡，但速度使dLeedLeefTTTIsndtdnTTTIR2200)( 從串電阻調速的原理中可獲得串級調速的啟發(fā)。從串電阻調速的原理中可獲得串級調速的啟發(fā)。22022202

24、sXREsEIf。已經(jīng)降低，實現(xiàn)了調速達到新的平衡，但速度使dLeedLeefTTTIsndtdnTTTIE2200)( （二）串級調速原理（二）串級調速原理 在轉子回路中串入與轉子電勢同頻率的附加電勢，通在轉子回路中串入與轉子電勢同頻率的附加電勢，通過改變附加電勢的幅值和相位實現(xiàn)調速。過改變附加電勢的幅值和相位實現(xiàn)調速。 當轉子串入的附加電勢當轉子串入的附加電勢Ef相位與轉子電勢相位與轉子電勢sE20的相位相差的相位相差180時，電機在額定轉速以下調速，稱為次同步調速。時，電機在額定轉速以下調速，稱為次同步調速。 當附加電勢當附加電勢Ef相位與轉子感應電勢相位與轉子感應電勢sE20的相位相同

25、時，串的相位相同時，串級調速可向高于同步轉速的方向調速。級調速可向高于同步轉速的方向調速。（三）串級調速系統(tǒng)的基本類型（三）串級調速系統(tǒng)的基本類型 工程上獲取與轉子感應電勢工程上獲取與轉子感應電勢sE20反相位同頻率且頻率隨反相位同頻率且頻率隨轉子頻率變化的交流變頻電源轉子頻率變化的交流變頻電源Ef比較困難，所以在次同步比較困難，所以在次同步串級調速系統(tǒng)中采用整流器將轉子電勢串級調速系統(tǒng)中采用整流器將轉子電勢sE20整流為直流電整流為直流電勢，再與轉子回路中串入的直流附加電動勢勢，再與轉子回路中串入的直流附加電動勢E進行比較。進行比較。而可調直流附加電動勢而可調直流附加電動勢E在工程上比較容易

26、實現(xiàn)。在工程上比較容易實現(xiàn)。 按產(chǎn)生直流附加電勢方式的不同，次同步串級調速系統(tǒng)按產(chǎn)生直流附加電勢方式的不同，次同步串級調速系統(tǒng)可分為電氣串級調速系統(tǒng)和機械串級調速系統(tǒng)。可分為電氣串級調速系統(tǒng)和機械串級調速系統(tǒng)。 1.電氣串級調速系統(tǒng)電氣串級調速系統(tǒng) 系統(tǒng)中，直流附加電勢系統(tǒng)中，直流附加電勢E由逆變器由逆變器UI產(chǎn)生，改變逆變角就產(chǎn)生，改變逆變角就改變了逆變電勢，相當于改變了直流附加電動勢改變了逆變電勢，相當于改變了直流附加電動勢E，可實，可實現(xiàn)串級調速。在不考慮損耗的情況下，電機軸輸出機械功現(xiàn)串級調速。在不考慮損耗的情況下，電機軸輸出機械功率為：率為： ，角速度，角速度 ，則電機輸出轉矩為：，

27、則電機輸出轉矩為：2(1)MPs P0)1 (s常數(shù)0202)1 ()1 (PsPsPTMe，恒轉矩調速特性。，恒轉矩調速特性。2、機械串級調速系統(tǒng)、機械串級調速系統(tǒng) 機械串級調速系統(tǒng)的構成如下圖所示。直流附加電勢機械串級調速系統(tǒng)的構成如下圖所示。直流附加電勢E由直流電機產(chǎn)生，通過改變電機的勵磁電流大小可改變由直流電機產(chǎn)生，通過改變電機的勵磁電流大小可改變電樞電勢，相當于改變直流附加電勢電樞電勢，相當于改變直流附加電勢E的值，實現(xiàn)串級調的值，實現(xiàn)串級調速。速。 在不考慮損耗的情況下，電機軸輸出機械功率為：在不考慮損耗的情況下，電機軸輸出機械功率為： （1-s）P2+sP2=P2=常數(shù)。具有恒功

28、率調速特性。常數(shù)。具有恒功率調速特性。二、電氣串級調速系統(tǒng)中電動機轉子的工作狀態(tài)二、電氣串級調速系統(tǒng)中電動機轉子的工作狀態(tài)轉子整流器與一般整流器的不同點：轉子整流器與一般整流器的不同點：1）轉子三相感應電勢的幅值和頻率都是轉差率）轉子三相感應電勢的幅值和頻率都是轉差率s的函數(shù)。的函數(shù)。2）折算到轉子側的漏抗值也是轉差率）折算到轉子側的漏抗值也是轉差率s的函數(shù)。的函數(shù)。3）電機折算到轉子側的漏抗值較大，換流重疊現(xiàn)象嚴重，）電機折算到轉子側的漏抗值較大，換流重疊現(xiàn)象嚴重，轉子整流器會出現(xiàn)轉子整流器會出現(xiàn)“強迫延遲換流強迫延遲換流”現(xiàn)象，引起轉子整現(xiàn)象，引起轉子整流電路的特殊工作狀態(tài)流電路的特殊工作

29、狀態(tài) 。 （1）第一工作狀態(tài)：轉子整流器的換流重疊角）第一工作狀態(tài)：轉子整流器的換流重疊角0 60二極管元件在自然換流點換流。二極管元件在自然換流點換流。（2）第二工作狀態(tài)：換流重疊角保持）第二工作狀態(tài)：換流重疊角保持 =60不變，強迫不變，強迫延遲換流角在延遲換流角在0 30間變化。間變化。 強迫延遲換流角強迫延遲換流角 ：二極管元件的起始換流點從自然：二極管元件的起始換流點從自然換流點向后延遲一段時間，這段時間所對應的換流點向后延遲一段時間，這段時間所對應的 角。角。ppp（3）第三工作狀態(tài)：）第三工作狀態(tài)： =30不變，隨不變，隨Id增大增大 從從60繼繼續(xù)增大。第三工作狀態(tài)屬于故障工作

30、狀態(tài)。續(xù)增大。第三工作狀態(tài)屬于故障工作狀態(tài)。p第 一 工 作 狀 態(tài)第 二 工作 狀 態(tài)第 三 工 作 狀 態(tài)00060090dI2-d1Ip,030)(dIf)(dpIf圖 5-19 轉 子 整 流 電 路 的)(dIf)(dpIf，圖圖4-19 轉子整流電路的轉子整流電路的 =f(Id)、 =f (Id)p三、串級調速系統(tǒng)的調速特性和機械特性三、串級調速系統(tǒng)的調速特性和機械特性（一）串級調速系統(tǒng)的調速特性（一）串級調速系統(tǒng)的調速特性 (a)11,RXL,RL220,RX20sET1T1,RXT2UdIT2T2,RX(b)+-0dsU+-D2RD03sXdILLRT3XT2Ri0U圖 5-2

31、0 電 氣 串 級 調 速 系 統(tǒng) 主 回 路 接 線 圖 和 直 流 等 效 電 路圖圖4-19 電氣串調系統(tǒng)主回電氣串調系統(tǒng)主回路接線圖和直流等效電路路接線圖和直流等效電路 由直流等效電路列出的由直流等效電路列出的第一工作狀態(tài)下第一工作狀態(tài)下的電壓方程式的電壓方程式)2233(cos34. 234. 2022000LTDTDdTidRRRXsXIUsEUsU將將 代入上式得轉速代入上式得轉速n n為為01nns1/00200220334.2)2233()cos(34.2eddDLTDTDdTCRIUnIXERRRXXIUEn 改變改變，相當于他勵直流電機調壓調速。特性為，相當于他勵直流電機

32、調壓調速。特性為n=f（Id），但由于），但由于R比直流電機電樞回路總電阻大，故比直流電機電樞回路總電阻大，故n=f（Id）相對要軟一些。）相對要軟一些。而在第二工作狀態(tài)時：特性更軟而在第二工作狀態(tài)時：特性更軟。（二）串級調速系統(tǒng)的機械特性與最大轉矩（二）串級調速系統(tǒng)的機械特性與最大轉矩 因轉子整流器有第一和第二工作狀態(tài)，所以串調系統(tǒng)機因轉子整流器有第一和第二工作狀態(tài)，所以串調系統(tǒng)機械特性也有第一和第二兩個工作區(qū)。械特性也有第一和第二兩個工作區(qū)。 串調系統(tǒng)的額定工作點位于機械特性第一工作區(qū)；串調串調系統(tǒng)的額定工作點位于機械特性第一工作區(qū)；串調系統(tǒng)在該區(qū)的過載能力比繞線式異步電機固有特性的過載系

33、統(tǒng)在該區(qū)的過載能力比繞線式異步電機固有特性的過載能力降低了能力降低了17左右。而最大轉矩發(fā)生在第二工作區(qū)。左右。而最大轉矩發(fā)生在第二工作區(qū)。0n自然接線時的機械特性曲線019002900.716 0.8261max ee/TT第二工作區(qū)第一工作區(qū)圖5-21 晶閘管串級調速系統(tǒng)機械特性曲線 串調系統(tǒng)的機械串調系統(tǒng)的機械特性比繞線異步電特性比繞線異步電動機固有機械特性動機固有機械特性軟，最大轉矩比固軟，最大轉矩比固有機械特性的小。有機械特性的小。四、雙閉環(huán)控制的串級調速系統(tǒng)四、雙閉環(huán)控制的串級調速系統(tǒng)1.1.雙閉環(huán)串調系統(tǒng)的組成雙閉環(huán)串調系統(tǒng)的組成ASRACRGTM3TGnUnUiUiUTIUIT

34、AdLUR+-圖5-22 雙閉環(huán)串級調速系統(tǒng)的組成框圖 圖圖4-22 雙閉環(huán)串級雙閉環(huán)串級調速系統(tǒng)的組成框圖調速系統(tǒng)的組成框圖 2.串級調速系統(tǒng)的調速原理串級調速系統(tǒng)的調速原理 *2nictdeUUUEIITn 整定觸發(fā)脈沖，使逆變角為最小值整定觸發(fā)脈沖，使逆變角為最小值min。通常。通常min限制為限制為30，以防止逆變失敗。當，以防止逆變失敗。當ACR的輸出電壓為上限幅值時，的輸出電壓為上限幅值時，應整定逆變角為最大值應整定逆變角為最大值max=90。 利用利用ASR的輸出飽和的輸出飽和限幅值和限幅值和ACR的電流負反饋調節(jié)作用，使雙閉環(huán)串調系統(tǒng)的電流負反饋調節(jié)作用，使雙閉環(huán)串調系統(tǒng)在加速

35、過程中實現(xiàn)恒流升速，獲得良好的加速特性。在加速過程中實現(xiàn)恒流升速，獲得良好的加速特性。（二）閉環(huán)串調系統(tǒng)動態(tài)結構圖（二）閉環(huán)串調系統(tǒng)動態(tài)結構圖 雙閉環(huán)串調系統(tǒng)的設計方法與雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)基本雙閉環(huán)串調系統(tǒng)的設計方法與雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)基本相同，通常也采用工程設計方法。即先設計電流環(huán)，然后相同，通常也采用工程設計方法。即先設計電流環(huán)，然后把設計好的電流環(huán)看作是速度環(huán)中的一個等效環(huán)節(jié)，再進把設計好的電流環(huán)看作是速度環(huán)中的一個等效環(huán)節(jié)，再進行轉速環(huán)的設計。應用工程設計方法進行動態(tài)設計時，電行轉速環(huán)的設計。應用工程設計方法進行動態(tài)設計時，電流環(huán)宜按典流環(huán)宜按典系統(tǒng)設計，轉速環(huán)宜按典系統(tǒng)設計，轉速環(huán)宜

36、按典系統(tǒng)設計。系統(tǒng)設計。sTon11)(ASRsWsToi11)(ACRsWsTKss1sTKLnLn1sT11sToi10d0nEsTon1速度給定+-+-速度給定濾波器nUnU速度調節(jié)器電流給定濾波器電流負反饋轉速反饋濾波器轉速負反饋iU電流調節(jié)器晶閘管逆變器串調直流主回路Ed0E電流反饋濾波器電動機dILI轉差電壓擾動n圖5-23 雙閉環(huán)串級調速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖圖圖4-23 雙閉環(huán)串級調速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖雙閉環(huán)串級調速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖 五、串級調速系統(tǒng)的效率和功率因數(shù)五、串級調速系統(tǒng)的效率和功率因數(shù)（一）串調系統(tǒng)的總效率（一）串調系統(tǒng)的總效率是指串調系統(tǒng)電機軸上的輸出功率與從電網(wǎng)輸入的總

37、有功是指串調系統(tǒng)電機軸上的輸出功率與從電網(wǎng)輸入的總有功功率之比。下圖是反映串調系統(tǒng)各部分有功和無功功率間功率之比。下圖是反映串調系統(tǒng)各部分有功和無功功率間關系的單線圖。關系的單線圖。M3WPWQ1P1Q0PsPTPTQdL負載TI圖5-24 串級調速系統(tǒng)功率關系單線原理圖C u1PC u2PFePMPMP0P1P2P圖 5-12 異 步 電 動 機 的 能 量 流 程 圖1、定子輸入功率、定子輸入功率TWPPP1定子輸入功率定子輸入功率P1由電網(wǎng)向整個串調系統(tǒng)提供的有功功率由電網(wǎng)向整個串調系統(tǒng)提供的有功功率PW及晶閘管逆變器返回到電網(wǎng)的回饋功率及晶閘管逆變器返回到電網(wǎng)的回饋功率PT構成；構成；2、旋轉磁場傳送的電磁功率、旋轉磁場傳送的電磁功率MsPPPPP112定子輸入功率定子輸入功率P1減去定子損耗減去定子損耗P1（包括定子的銅耗和（包括定子的銅耗和鐵耗）得到電磁功率鐵耗）得到電磁功率P2；P2中的一部分轉變?yōu)檗D差功率中的一部分轉變?yōu)檗D差功率Ps，另一部分轉變成機械功率另一部分轉變成機械功率PM；sTPPsPP223、回饋電網(wǎng)的功率、回饋電網(wǎng)的功率轉差功率減去轉子損耗轉差功率減去轉子損耗P2和轉子整流器、晶閘管逆變和轉子整流器、晶閘管逆變器的損耗器的損耗Ps，剩