交流異步電動機(jī)的其它調(diào)速方法h7-2

1、好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)自動控制系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)河南理工大學(xué)電氣學(xué)院河南理工大學(xué)電氣學(xué)院朱藝鋒朱藝鋒Email:Email:Automation Control System好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)ch7.2繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)主要內(nèi)容主要內(nèi)容n引言引言n串級調(diào)速原理及基本類型串級調(diào)速原理及基本類型n串級調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性串級調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性n雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng)n串級調(diào)速系統(tǒng)性能的討論串級調(diào)速系統(tǒng)性能的討論好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)引言引言v

2、轉(zhuǎn)差功率問題轉(zhuǎn)差功率問題 異步電機(jī)必有轉(zhuǎn)差功率異步電機(jī)必有轉(zhuǎn)差功率 。轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)差功率的大小和處理方法影響著調(diào)速系差功率的大小和處理方法影響著調(diào)速系統(tǒng)的效率，從而涉及到節(jié)約電能的問題，統(tǒng)的效率，從而涉及到節(jié)約電能的問題，引起人們長久的重視。引起人們長久的重視。 如第如第5章所述，章所述，交流調(diào)速系統(tǒng)按轉(zhuǎn)差交流調(diào)速系統(tǒng)按轉(zhuǎn)差功率的處理方式可分為三種類型功率的處理方式可分為三種類型。 smPsP好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)l 交流調(diào)速系統(tǒng)按轉(zhuǎn)差功率的分類交流調(diào)速系統(tǒng)按轉(zhuǎn)差功率的分類 （1）轉(zhuǎn)差功率）轉(zhuǎn)差功率消耗型消耗型異步電機(jī)采用調(diào)異步電機(jī)采用調(diào)壓控制等調(diào)速方式，轉(zhuǎn)速越低時，轉(zhuǎn)差功壓控制等調(diào)速方式，轉(zhuǎn)

3、速越低時，轉(zhuǎn)差功率的消耗越大，效率越低；但率的消耗越大，效率越低；但這類系統(tǒng)的這類系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備成本最低，所以還有一定結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備成本最低，所以還有一定的應(yīng)用價值。的應(yīng)用價值。 （2）轉(zhuǎn)差功率）轉(zhuǎn)差功率不變型不變型變頻調(diào)速方法轉(zhuǎn)變頻調(diào)速方法轉(zhuǎn)差功率很小，而且不隨轉(zhuǎn)速變化，效率較差功率很小，而且不隨轉(zhuǎn)速變化，效率較高；高；但在定子電路中須配備與電動機(jī)容量但在定子電路中須配備與電動機(jī)容量相當(dāng)?shù)淖儔鹤冾l器，相比之下，設(shè)備成本相當(dāng)?shù)淖儔鹤冾l器，相比之下，設(shè)備成本最高。最高。 好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)l 交流調(diào)速系統(tǒng)按轉(zhuǎn)差功率的分類（續(xù)）交流調(diào)速系統(tǒng)按轉(zhuǎn)差功率的分類（續(xù)） （3）轉(zhuǎn)差功率）轉(zhuǎn)

4、差功率饋送型饋送型控制繞線轉(zhuǎn)子異控制繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電壓，利用其轉(zhuǎn)差功率并步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電壓，利用其轉(zhuǎn)差功率并達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的，這種調(diào)節(jié)方式具有達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的，這種調(diào)節(jié)方式具有良好的調(diào)速性能和效率；良好的調(diào)速性能和效率；但要增加一些設(shè)但要增加一些設(shè)備。備。 前兩章已分別討論了轉(zhuǎn)差功率消耗型和前兩章已分別討論了轉(zhuǎn)差功率消耗型和不變型兩種調(diào)速方法，本章將討論轉(zhuǎn)差功不變型兩種調(diào)速方法，本章將討論轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速方法。率饋送型調(diào)速方法。好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)l轉(zhuǎn)差功率的利用轉(zhuǎn)差功率的利用 眾所周知，作為異步電動機(jī)，必然有轉(zhuǎn)眾所周知，作為異步電動機(jī)，必然有轉(zhuǎn)差功率，要提高調(diào)速系統(tǒng)的

5、效率，除了盡差功率，要提高調(diào)速系統(tǒng)的效率，除了盡量減小轉(zhuǎn)差功率外，還可以考慮如何去利量減小轉(zhuǎn)差功率外，還可以考慮如何去利用它。用它。 但要利用轉(zhuǎn)差功率，就必須使異步電動但要利用轉(zhuǎn)差功率，就必須使異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組有與外界實現(xiàn)電氣聯(lián)接的條機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組有與外界實現(xiàn)電氣聯(lián)接的條件，顯然籠型電動機(jī)難以勝任，只有件，顯然籠型電動機(jī)難以勝任，只有繞線繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)轉(zhuǎn)子電動機(jī)才能做到。才能做到。 smPsP好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)n異步電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式異步電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式22cosmTmTCI1. ：由異步機(jī)結(jié)構(gòu)確定的常數(shù)：由異步機(jī)結(jié)構(gòu)確定的常數(shù)TC2. ：每極氣隙磁通：每極氣隙磁通m1111

6、14.44mUEf N K在電源電壓在電源電壓U1和頻率和頻率f1不變的情況下，不變的情況下， 為常數(shù)。為常數(shù)。 m好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)3. ：轉(zhuǎn)子功率因數(shù)：轉(zhuǎn)子功率因數(shù)2222220cosrsrXs2cos2cos1constant 通常通常s較小，較小，220rXs好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)22cosmTmTCI22II 可見，異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩近似與轉(zhuǎn)子側(cè)折算電流可見，異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩近似與轉(zhuǎn)子側(cè)折算電流 成正比。成正比。2I因此，異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩近似與轉(zhuǎn)子側(cè)電流因此，異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩近似與轉(zhuǎn)子側(cè)電流成正比。成正比。改變轉(zhuǎn)子電流可以改變電磁轉(zhuǎn)矩，進(jìn)行調(diào)改變轉(zhuǎn)子電流可以改變

7、電磁轉(zhuǎn)矩，進(jìn)行調(diào)速速。2I好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)n 異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子相電流及調(diào)速原理異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子相電流及調(diào)速原理 異步電機(jī)運(yùn)行時其轉(zhuǎn)子相電動勢為異步電機(jī)運(yùn)行時其轉(zhuǎn)子相電動勢為 式中式中 s 異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率異步電機(jī)的轉(zhuǎn)差率； E20 繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)在轉(zhuǎn)子不動時繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)在轉(zhuǎn)子不動時的相電動勢，或稱轉(zhuǎn)子開路電動勢，也就是的相電動勢，或稱轉(zhuǎn)子開路電動勢，也就是轉(zhuǎn)子額定相電壓值轉(zhuǎn)子額定相電壓值。022sEE (7-15)好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé) 根據(jù)轉(zhuǎn)子回路等效電路，得轉(zhuǎn)子相電流的表根據(jù)轉(zhuǎn)子回路等效電路，得轉(zhuǎn)子相電流的表達(dá)式為達(dá)式為式中式中 R R2 2 轉(zhuǎn)子繞組每相電阻；轉(zhuǎn)子繞組

8、每相電阻； X X2020 s =s = 1 1時的轉(zhuǎn)子繞組每相漏抗。時的轉(zhuǎn)子繞組每相漏抗。 20222022)(sXRsEI改變轉(zhuǎn)子電阻可以改變轉(zhuǎn)子電流，改變轉(zhuǎn)子回路的電動勢改變轉(zhuǎn)子電阻可以改變轉(zhuǎn)子電流，改變轉(zhuǎn)子回路的電動勢也可以改變轉(zhuǎn)子電流。從而進(jìn)行調(diào)速。也可以改變轉(zhuǎn)子電流。從而進(jìn)行調(diào)速。好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)l繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī) PsP1 繞線轉(zhuǎn)子異步電動繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)如圖所示，從機(jī)結(jié)構(gòu)如圖所示，從廣義上講，定子功率廣義上講，定子功率和轉(zhuǎn)差功率可以分別和轉(zhuǎn)差功率可以分別向定子和轉(zhuǎn)子饋入，向定子和轉(zhuǎn)子饋入，也可以從定子或轉(zhuǎn)子也可以從定子或轉(zhuǎn)子輸出，故稱作輸出

9、，故稱作雙饋電雙饋電機(jī)機(jī)。好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)l 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 根據(jù)電機(jī)理論，根據(jù)電機(jī)理論，改變轉(zhuǎn)子電路的串改變轉(zhuǎn)子電路的串接電阻，可以改變接電阻，可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的原理如圖所示，的原理如圖所示，調(diào)速過程中，轉(zhuǎn)差調(diào)速過程中，轉(zhuǎn)差功率幾乎完全消耗功率幾乎完全消耗在轉(zhuǎn)子電阻上。在轉(zhuǎn)子電阻上。PmPmechPs好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé) 一、串級調(diào)速原理及基本類型一、串級調(diào)速原理及基本類型 1.1.轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速法轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速法 改變串接電阻的大小，以增減轉(zhuǎn)子改變串接電阻的大小，以增

10、減轉(zhuǎn)子回路電流，從而改變電磁轉(zhuǎn)矩，達(dá)到調(diào)回路電流，從而改變電磁轉(zhuǎn)矩，達(dá)到調(diào)速的目的。此時，轉(zhuǎn)差功率隨之改變，速的目的。此時，轉(zhuǎn)差功率隨之改變，消耗在轉(zhuǎn)子回路中。消耗在轉(zhuǎn)子回路中。 但轉(zhuǎn)差功率是一種無益轉(zhuǎn)子的熱能損但轉(zhuǎn)差功率是一種無益轉(zhuǎn)子的熱能損失，它使系統(tǒng)的整體效率降低，因此，失，它使系統(tǒng)的整體效率降低，因此，這種系統(tǒng)只這種系統(tǒng)只適用于小功率繞線轉(zhuǎn)子異步適用于小功率繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)電動機(jī)及調(diào)速范圍不寬的場合。及調(diào)速范圍不寬的場合。 20222022)(sXRsEI好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé) 2. 2. 轉(zhuǎn)子附加電動勢調(diào)速法轉(zhuǎn)子附加電動勢調(diào)速法 在轉(zhuǎn)子回路引入一個附加電動勢在轉(zhuǎn)子回路引入一個

11、附加電動勢 E Ef f ，且，且令令E Ef f的頻率和轉(zhuǎn)子電動勢的頻率和轉(zhuǎn)子電動勢E Er r的頻率相等，則的頻率相等，則轉(zhuǎn)子回路的總電動勢即為轉(zhuǎn)子電動勢和附加轉(zhuǎn)子回路的總電動勢即為轉(zhuǎn)子電動勢和附加電動勢的代數(shù)和，從而使轉(zhuǎn)子電流隨著二者電動勢的代數(shù)和，從而使轉(zhuǎn)子電流隨著二者的相互關(guān)系而變化，如果對電動勢的方向及的相互關(guān)系而變化，如果對電動勢的方向及數(shù)值加以控制，就會得到性能優(yōu)越的調(diào)速。數(shù)值加以控制，就會得到性能優(yōu)越的調(diào)速。 該調(diào)速方法可以節(jié)省電阻上的熱能損耗該調(diào)速方法可以節(jié)省電阻上的熱能損耗；還可通過改變附加電動勢的大小和方向做；還可通過改變附加電動勢的大小和方向做到平滑調(diào)速。到平滑調(diào)速。

12、 好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)n 轉(zhuǎn)子附加電動勢轉(zhuǎn)子附加電動勢異步電動機(jī)在轉(zhuǎn)子附加電動勢的原理圖異步電動機(jī)在轉(zhuǎn)子附加電動勢的原理圖M3022sEE addE2I附加電動勢須與轉(zhuǎn)子電動勢有相附加電動勢須與轉(zhuǎn)子電動勢有相同的頻率，可同相或反相串接。同的頻率，可同相或反相串接。 引入可控的交流引入可控的交流附加電動勢附加電動勢有附加電動勢時的轉(zhuǎn)子相電流：有附加電動勢時的轉(zhuǎn)子相電流：20222add022)(sXREsEI好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)n 轉(zhuǎn)子附加電動勢的作用轉(zhuǎn)子附加電動勢的作用1. Er 與與 Eadd 同相同相l(xiāng)當(dāng)當(dāng) Eadd 使得使得這里這里 snTIEEseradd0r1add0

13、r2add0r1EEsEEs21ss 轉(zhuǎn)速上升轉(zhuǎn)速上升好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)l當(dāng)當(dāng) Eadd 使得使得這里這里snTIEEsM2add021add022add021EEsEEs21ss 轉(zhuǎn)速下降轉(zhuǎn)速下降好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)2. E2 與與 Eadd反相反相 同理可知，若減少或串入反相的附加同理可知，若減少或串入反相的附加電動勢，則可使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速降低。電動勢，則可使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速降低。 所以所以，在繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子在繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)引入一個可控的附加電動勢，就可調(diào)節(jié)側(cè)引入一個可控的附加電動勢，就可調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。 好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé) 這種異

14、步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路中附加電動勢這種異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路中附加電動勢的調(diào)速方法，稱為的調(diào)速方法，稱為異步電動機(jī)串級調(diào)速異步電動機(jī)串級調(diào)速。 如果引入的附加電動勢和轉(zhuǎn)子電動勢反如果引入的附加電動勢和轉(zhuǎn)子電動勢反相，則轉(zhuǎn)子回路電流只能低于額定轉(zhuǎn)子電流相，則轉(zhuǎn)子回路電流只能低于額定轉(zhuǎn)子電流，對應(yīng)產(chǎn)生低于同步轉(zhuǎn)速的速度，稱為，對應(yīng)產(chǎn)生低于同步轉(zhuǎn)速的速度，稱為低同低同步串級調(diào)速。步串級調(diào)速。 同理，加入同相附加電動勢，則系統(tǒng)能同理，加入同相附加電動勢，則系統(tǒng)能產(chǎn)生高于同步轉(zhuǎn)速的速度，稱為產(chǎn)生高于同步轉(zhuǎn)速的速度，稱為超同步串級超同步串級調(diào)速調(diào)速。 好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)l 雙饋調(diào)速的概念雙饋調(diào)速的概念 所

15、謂所謂“雙饋雙饋”，就是指把繞線轉(zhuǎn)子異步電，就是指把繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的定子繞組與交流電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子繞組機(jī)的定子繞組與交流電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子繞組與其他含電動勢的電路相連接，使它們可與其他含電動勢的電路相連接，使它們可以進(jìn)行電功率的相互傳遞。以進(jìn)行電功率的相互傳遞。 至于電功率是饋入定子繞組和至于電功率是饋入定子繞組和/或轉(zhuǎn)子繞組，或轉(zhuǎn)子繞組，還是由定子繞組和還是由定子繞組和/或轉(zhuǎn)子繞組饋出，則要或轉(zhuǎn)子繞組饋出，則要視電機(jī)的工況而定。視電機(jī)的工況而定。 好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)l 雙饋調(diào)速的基本結(jié)構(gòu)雙饋調(diào)速的基本結(jié)構(gòu)功率變換單元功率變換單元電網(wǎng)電網(wǎng)K1M3 K2TI好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé) 如

16、上圖所示，在雙饋調(diào)速工作時，除了電如上圖所示，在雙饋調(diào)速工作時，除了電機(jī)定子側(cè)與交流電網(wǎng)直接連接外，轉(zhuǎn)子側(cè)機(jī)定子側(cè)與交流電網(wǎng)直接連接外，轉(zhuǎn)子側(cè)也要與交流電網(wǎng)或外接電動勢相連，從電也要與交流電網(wǎng)或外接電動勢相連，從電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上看，可認(rèn)為是在轉(zhuǎn)子繞組回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上看，可認(rèn)為是在轉(zhuǎn)子繞組回路中附加一個路中附加一個交流電動勢交流電動勢。功率變換單元功率變換單元電網(wǎng)電網(wǎng)K1M3 K2TI好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)l 功率變換單元功率變換單元 由于轉(zhuǎn)子電動勢與電流的頻率隨轉(zhuǎn)速變化，即由于轉(zhuǎn)子電動勢與電流的頻率隨轉(zhuǎn)速變化，即 f2 = s f1 ，因此必須通過功率變換單元（，因此必須通過功率變換單元（P

17、ower Converter UnitCU）對不同頻率的電功率進(jìn)行）對不同頻率的電功率進(jìn)行電能變換。電能變換。 對于對于雙饋系統(tǒng)雙饋系統(tǒng)來說，來說，CU應(yīng)該由應(yīng)該由雙向變頻器雙向變頻器構(gòu)構(gòu)成，以實現(xiàn)功率的雙向傳遞。成，以實現(xiàn)功率的雙向傳遞。異步電機(jī)在次同步電動狀態(tài)下的雙饋系統(tǒng)異步電機(jī)在次同步電動狀態(tài)下的雙饋系統(tǒng)稱為稱為 串級調(diào)速系統(tǒng)串級調(diào)速系統(tǒng) 好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)（二）電氣串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理（二）電氣串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 在異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子中引入可控的交流附在異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子中引入可控的交流附加電動勢，固然可以改變異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速加電動勢，固然可以改變異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，但由于異步電

18、動機(jī)，但由于異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的頻率轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的頻率隨轉(zhuǎn)差率而變化，隨轉(zhuǎn)差率而變化，所以附加電動勢的頻率亦所以附加電動勢的頻率亦必須隨異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速而變化。這種調(diào)速必須隨異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速而變化。這種調(diào)速方法就相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子側(cè)加入一個可變頻、調(diào)方法就相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子側(cè)加入一個可變頻、調(diào)壓的調(diào)速方法，這將使控制線路結(jié)構(gòu)十分復(fù)壓的調(diào)速方法，這將使控制線路結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。雜。 好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé) 由于直流電量不存在頻率與相位的問題由于直流電量不存在頻率與相位的問題，直流電壓又易獲得，所以可以考慮將異步，直流電壓又易獲得，所以可以考慮將異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子電動勢先整流成電動機(jī)轉(zhuǎn)子電動勢先整流成直

19、流電動勢直流電動勢，然，然后后串入一直流附加電動勢串入一直流附加電動勢，而控制此直流附而控制此直流附加電動勢的幅值，就可以調(diào)節(jié)異步電動機(jī)的加電動勢的幅值，就可以調(diào)節(jié)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速。 好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé) 對直流附加電動勢的要求：對直流附加電動勢的要求： 首先，它應(yīng)該是首先，它應(yīng)該是平滑可調(diào)平滑可調(diào)的，以滿足對的，以滿足對異步電動機(jī)的平滑調(diào)速要求。異步電動機(jī)的平滑調(diào)速要求。 其次，從功率傳遞的角度來看，希望它其次，從功率傳遞的角度來看，希望它能吸收從異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)傳遞過來的能吸收從異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)傳遞過來的轉(zhuǎn)差轉(zhuǎn)差功率功率并并加以利用加以利用。比如把能量回饋電網(wǎng)，而。比如把能量

20、回饋電網(wǎng)，而不讓它無謂地?fù)p耗掉，那就可以大大提高調(diào)不讓它無謂地?fù)p耗掉，那就可以大大提高調(diào)速系統(tǒng)的效率。速系統(tǒng)的效率。 好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)n 系統(tǒng)方案系統(tǒng)方案 根據(jù)以上兩點要求，較好的方案是采用根據(jù)以上兩點要求，較好的方案是采用工作在有源逆變狀態(tài)的晶閘管可控整流裝工作在有源逆變狀態(tài)的晶閘管可控整流裝置作為產(chǎn)生附加直流電動勢的電源。置作為產(chǎn)生附加直流電動勢的電源。 按照上述原理組成的異步電機(jī)在低于按照上述原理組成的異步電機(jī)在低于同步轉(zhuǎn)速下作電動狀態(tài)運(yùn)行的雙饋調(diào)速系同步轉(zhuǎn)速下作電動狀態(tài)運(yùn)行的雙饋調(diào)速系統(tǒng)如圖統(tǒng)如圖7-157-15所示，習(xí)慣上稱之為所示，習(xí)慣上稱之為電氣串級電氣串級調(diào)速系統(tǒng)（

21、或稱調(diào)速系統(tǒng)（或稱ScherbiusScherbius系統(tǒng)）。系統(tǒng)）。 好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)圖圖7-157-15 電氣串級調(diào)速系統(tǒng)原理圖電氣串級調(diào)速系統(tǒng)原理圖 n 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成動畫動畫好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)UR 三相不可控整流裝置，將異步電機(jī)轉(zhuǎn)三相不可控整流裝置，將異步電機(jī)轉(zhuǎn)子相電動勢子相電動勢 sEr0 整流為直流電壓整流為直流電壓 Ud 。UI 三相可控整流裝置，工作在有源逆變?nèi)嗫煽卣餮b置，工作在有源逆變狀態(tài)：狀態(tài)：可提供可調(diào)的直流電壓可提供可調(diào)的直流電壓 Ui ，作為電機(jī)調(diào)速作為電機(jī)調(diào)速所需的附加直流電動勢；所需的附加直流電動勢；可將轉(zhuǎn)差功率變換成交流功率，回饋到交

22、可將轉(zhuǎn)差功率變換成交流功率，回饋到交流電網(wǎng)。流電網(wǎng)。好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)n 工作原理工作原理（1）起動起動l起動條件起動條件 對串級調(diào)速系統(tǒng)而言，起動應(yīng)有足夠?qū)Υ壵{(diào)速系統(tǒng)而言，起動應(yīng)有足夠大的轉(zhuǎn)子電流大的轉(zhuǎn)子電流 I2 或足夠大的整流后直流或足夠大的整流后直流電流電流 Id ，為此，轉(zhuǎn)子整流電壓為此，轉(zhuǎn)子整流電壓 Ud 與逆變與逆變電壓電壓 Ui 間應(yīng)有較大的差值間應(yīng)有較大的差值。好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé) 起動控制起動控制u控制逆變角控制逆變角 ，使在起動開始的瞬間使在起動開始的瞬間，Ud與與 Ui 的差值能產(chǎn)生足夠大的的差值能產(chǎn)生足夠大的 Id ，以滿足所以滿足所需的電磁轉(zhuǎn)矩，

23、但又不超過允許的電流值需的電磁轉(zhuǎn)矩，但又不超過允許的電流值，這樣電動機(jī)就可在一定的動態(tài)轉(zhuǎn)矩下加，這樣電動機(jī)就可在一定的動態(tài)轉(zhuǎn)矩下加速起動。速起動。u隨著轉(zhuǎn)速的增高，相應(yīng)地增大隨著轉(zhuǎn)速的增高，相應(yīng)地增大 角以減小角以減小值值 Ui ，從而維持加速過程中動態(tài)轉(zhuǎn)矩基本從而維持加速過程中動態(tài)轉(zhuǎn)矩基本恒定恒定 。好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)（2）調(diào)速調(diào)速l調(diào)速原理：通過改變調(diào)速原理：通過改變 角的大小調(diào)節(jié)電動角的大小調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。機(jī)的轉(zhuǎn)速。l調(diào)速過程：調(diào)速過程：diddiUsnIRUUIU)(2加速 直到直到Ud 、 Ui達(dá)到新的平衡達(dá)到新的平衡（3） 停車停車 串級調(diào)速系統(tǒng)沒有制動停車功能。只能串

24、級調(diào)速系統(tǒng)沒有制動停車功能。只能靠減小靠減小 角逐漸減速，并依靠負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩角逐漸減速，并依靠負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的作用自由停車。的作用自由停車。 ddLIII好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)結(jié)結(jié) 論論v串級調(diào)速系統(tǒng)能夠靠調(diào)節(jié)逆變角串級調(diào)速系統(tǒng)能夠靠調(diào)節(jié)逆變角 實現(xiàn)平實現(xiàn)平滑無級調(diào)速；滑無級調(diào)速；v由于異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差功率能通過轉(zhuǎn)子整由于異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差功率能通過轉(zhuǎn)子整流器變換為直流功率，再通過逆變器變換流器變換為直流功率，再通過逆變器變換為交流功率而回饋到交流電網(wǎng)，這就解決為交流功率而回饋到交流電網(wǎng)，這就解決了一般轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速法存在的不足了一般轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速法存在的不足問題。大大提高了調(diào)速系統(tǒng)的效

25、率問題。大大提高了調(diào)速系統(tǒng)的效率。好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé) 從圖從圖7-15中可以看出，中可以看出，異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子電動勢相當(dāng)于轉(zhuǎn)子整流器的供電電源電動勢相當(dāng)于轉(zhuǎn)子整流器的供電電源。如。如果把電動機(jī)定子看成是整流變壓器的一次果把電動機(jī)定子看成是整流變壓器的一次側(cè)，則轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于二次側(cè)，與帶整流側(cè)，則轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于二次側(cè)，與帶整流變壓器的整流電路非常相似，因而可以引變壓器的整流電路非常相似，因而可以引用電力電子技術(shù)中分析整流電路的一些結(jié)用電力電子技術(shù)中分析整流電路的一些結(jié)論來研究串級調(diào)速時的轉(zhuǎn)子整流電路。論來研究串級調(diào)速時的轉(zhuǎn)子整流電路。 但是，兩者之間的差異是什么？但是，兩者

26、之間的差異是什么？ 思考思考：好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)一般整流電路接固定頻率和幅值的電源，而轉(zhuǎn)子一般整流電路接固定頻率和幅值的電源，而轉(zhuǎn)子電動勢的幅值與頻率則隨異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速而變電動勢的幅值與頻率則隨異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速而變化；化；專用整流變壓器漏抗比較小，雖然會引起換相重專用整流變壓器漏抗比較小，雖然會引起換相重疊角，但重疊角不大，而疊角，但重疊角不大，而異步電動機(jī)折算至轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)折算至轉(zhuǎn)子側(cè)的等值電抗則大得多側(cè)的等值電抗則大得多，且與轉(zhuǎn)子頻率有關(guān)，使，且與轉(zhuǎn)子頻率有關(guān)，使換相重疊現(xiàn)象嚴(yán)重，甚至?xí)斐蓮?qiáng)迫換流延遲現(xiàn)換相重疊現(xiàn)象嚴(yán)重，甚至?xí)斐蓮?qiáng)迫換流延遲現(xiàn)象，必須專門加以考慮；象，必須

27、專門加以考慮；正常的整流器工作在額定負(fù)載以下，而異步電動正常的整流器工作在額定負(fù)載以下，而異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路內(nèi)的電流變化則很大，起動電流或過機(jī)轉(zhuǎn)子回路內(nèi)的電流變化則很大，起動電流或過載電流往往超過額定值很多，這不僅加重了換相載電流往往超過額定值很多，這不僅加重了換相重疊現(xiàn)象，而且對元件參數(shù)選擇也有影響。重疊現(xiàn)象，而且對元件參數(shù)選擇也有影響。 整流電路的不同點整流電路的不同點 好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)三、三、 雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng) 由于串級調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性的靜差率較由于串級調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)特性的靜差率較大，所以開環(huán)控制系統(tǒng)只能用于對調(diào)速精度大，所以開環(huán)控制系統(tǒng)只能用于

28、對調(diào)速精度要求不高的場合。要求不高的場合。 為了提高靜態(tài)調(diào)速精度以及獲得較好的為了提高靜態(tài)調(diào)速精度以及獲得較好的動態(tài)特性，可以采用反饋控制。與直流調(diào)速動態(tài)特性，可以采用反饋控制。與直流調(diào)速系統(tǒng)一樣，通常采用系統(tǒng)一樣，通常采用具有電流反饋具有電流反饋與與轉(zhuǎn)速反轉(zhuǎn)速反饋饋的的雙閉環(huán)控制方式雙閉環(huán)控制方式。由于串級調(diào)速系統(tǒng)的由于串級調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子整流器是不可控的，所以系統(tǒng)不能產(chǎn)生轉(zhuǎn)子整流器是不可控的，所以系統(tǒng)不能產(chǎn)生電氣制動作用。而所謂動態(tài)性能的改善一般電氣制動作用。而所謂動態(tài)性能的改善一般只是指起動與加速過程性能的改善，而減速只是指起動與加速過程性能的改善，而減速過程只能靠負(fù)載作用自由降速。過程只能靠負(fù)載作用自由降速。好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng) 1. 閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成閉環(huán)控制系統(tǒng)的組成maxminctctmdduuUU極性極性檢測檢測minmax0ctdduUUctduudidUUIR好學(xué)力行河南理工大學(xué)明德任責(zé)n 控制環(huán)節(jié)說明控制環(huán)節(jié)說明 圖中，圖中，轉(zhuǎn)速反饋信號轉(zhuǎn)速反饋信號取自異步電動機(jī)取自異步電動機(jī)軸上聯(lián)接的軸上聯(lián)接的測速發(fā)電機(jī)測速發(fā)電機(jī)，電流反饋信號電流反饋信號取取自逆變器交流側(cè)的自逆變器交流側(cè)的電流互感器電流互感器，也可通過，也