第十 交流調(diào)壓調(diào)速及繞線型異步電動機的串級調(diào)速

1、University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-301第十章第十章 交流調(diào)壓調(diào)速及繞線型異步電動交流調(diào)壓調(diào)速及繞線型異步電動機的串級調(diào)速機的串級調(diào)速 University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-302 專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程。 了解各類電機的基本結(jié)構(gòu)。了解各類電機的基本結(jié)構(gòu)。 理解電機中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系。理解電機中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系。 掌握

2、電機穩(wěn)態(tài)運行時的分析方法和運行性能。掌握電機穩(wěn)態(tài)運行時的分析方法和運行性能。 理解電機穩(wěn)態(tài)運行時各種參數(shù)的物理意義，并理解電機穩(wěn)態(tài)運行時各種參數(shù)的物理意義，并 能熟練應用等效電路和相量圖。能熟練應用等效電路和相量圖。 通過實驗，掌握電機的基本實驗方法和電機通過實驗，掌握電機的基本實驗方法和電機 使用的基本技能。使用的基本技能。 教學目的教學目的1.掌握交流調(diào)壓調(diào)速的基本原理和系統(tǒng)構(gòu)掌握交流調(diào)壓調(diào)速的基本原理和系統(tǒng)構(gòu)成。掌握交流感應電動機機械特性的建立成。掌握交流感應電動機機械特性的建立方法。方法。2.掌握雙饋調(diào)速的基本原理。熟練掌握雙饋調(diào)速的基本原理。熟練掌握串調(diào)系統(tǒng)的主要問題：效率、功率因掌

3、握串調(diào)系統(tǒng)的主要問題：效率、功率因數(shù)、調(diào)速范圍和逆變器的容量、起動方式。數(shù)、調(diào)速范圍和逆變器的容量、起動方式。掌握串調(diào)系統(tǒng)的機械特性。掌握速度電流掌握串調(diào)系統(tǒng)的機械特性。掌握速度電流雙閉環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)的基本組成和工作原雙閉環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)的基本組成和工作原理。理。 重重 點點1.調(diào)壓調(diào)速的控制方法。調(diào)壓調(diào)速的控制方法。2.串調(diào)系統(tǒng)的運串調(diào)系統(tǒng)的運行與設(shè)計。行與設(shè)計。難難 點點1.調(diào)壓調(diào)速控制的機理。調(diào)壓調(diào)速控制的機理。2.串調(diào)系統(tǒng)的運串調(diào)系統(tǒng)的運行機理分析。行機理分析。 University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤

4、奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-303教學內(nèi)容教學內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 異步電動機的調(diào)壓調(diào)速異步電動機的調(diào)壓調(diào)速 第二節(jié)第二節(jié) 繞線型異步電動機的雙饋調(diào)速繞線型異步電動機的雙饋調(diào)速University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-304一、異步電動機穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型和調(diào)速方法一、異步電動機穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型和調(diào)速方法1. 異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性圖圖10-2 異步電動機簡化等效電路（忽略勵磁電流異步電動機簡化等效電路（忽略勵磁電流)10.1 異步電動機的調(diào)壓

5、調(diào)速異步電動機的調(diào)壓調(diào)速University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3052212lrlsrssrsLLsRRUIIl 簡化等效電路的相電流簡化等效電路的相電流l 異步電動機傳遞的電磁功率異步電動機傳遞的電磁功率 l 機械同步角速度機械同步角速度 sRIPrrm2 3pmn11University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-306l 異步電動機的

6、電磁轉(zhuǎn)矩（機械特性方程式異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩（機械特性方程式 ）222222111133ppsrmrermsrlslrnn U R sPRTIssRRsLLl 最大轉(zhuǎn)矩，又稱臨界轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩，又稱臨界轉(zhuǎn)矩 221212)(23lrlsssspemLLRRUnTl 臨界轉(zhuǎn)差率：對應最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率臨界轉(zhuǎn)差率：對應最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率2212)(lrlssrmLLRRsUniversity of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-307當當s很小時，忽略分母中含很小時，忽略分母中含s各項各項2

7、13psern U sTsRl 轉(zhuǎn)矩近似與轉(zhuǎn)矩近似與s成正比，機械特性近似為直線成正比，機械特性近似為直線 異步電動機的機械特性式的分析異步電動機的機械特性式的分析當當s較大時，忽略分母中較大時，忽略分母中s的一次項和零次項的一次項和零次項l 轉(zhuǎn)矩近似與轉(zhuǎn)矩近似與s成反比，機械特性是一段雙曲線成反比，機械特性是一段雙曲線22221131psreslslrn U RTss RLLUniversity of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-308圖圖10-3 異步電動機的機械特性異步電動

8、機的機械特性異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3092. 異步電動機的調(diào)速方法與氣隙磁通異步電動機的調(diào)速方法與氣隙磁通由異步電動機的機械特性方程式由異步電動機的機械特性方程式可知，能夠改變的參數(shù)可分為可知，能夠改變的參數(shù)可分為3類：類：電動機參數(shù)電動機參數(shù)、電源電壓電源電壓和和電源頻率電源頻率（或角頻率）。（或角頻率）。22222113psresrlslrn U R sTsRRsLL（1）異步電動機的調(diào)速方法）異步電動

9、機的調(diào)速方法University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3010l 三相異步電動機定子每相電動勢的有效值三相異步電動機定子每相電動勢的有效值忽略定子繞組電阻和漏磁感抗壓降忽略定子繞組電阻和漏磁感抗壓降14.44SgsmNEf N k14.44SsgsmNUEf Nk（2）異步電動機的氣隙磁通）異步電動機的氣隙磁通l 氣隙磁通氣隙磁通 l 為了保持氣隙磁通恒定，應使為了保持氣隙磁通恒定，應使 11/mgsEfUf或近似為或近似為 1gEf常數(shù)s1Uf常數(shù)Universi

10、ty of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3011l 保持電源頻率為額定頻率，只改變定子電壓的調(diào)保持電源頻率為額定頻率，只改變定子電壓的調(diào)速方法稱作速方法稱作調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速。l 由于受電動機絕緣和磁路飽和的限制，定子電壓由于受電動機絕緣和磁路飽和的限制，定子電壓只能降低，不能升高，故又稱作只能降低，不能升高，故又稱作降壓調(diào)速降壓調(diào)速。二、異步電動機調(diào)壓調(diào)速二、異步電動機調(diào)壓調(diào)速l 調(diào)壓調(diào)速的基本特征：調(diào)壓調(diào)速的基本特征：電動機同步轉(zhuǎn)速保持額定電動機同步轉(zhuǎn)速保持額定值不變值不變 l

11、 氣隙磁通氣隙磁通 隨定子電壓的降低而減小，屬于隨定子電壓的降低而減小，屬于弱磁調(diào)速弱磁調(diào)速。11160NNpfnnn14.44SsmsNUf N kUniversity of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3012圖圖10-4 晶閘管交流調(diào)壓器調(diào)速晶閘管交流調(diào)壓器調(diào)速TVC雙向雙向晶閘管交流晶閘管交流調(diào)壓器調(diào)壓器a) 不可逆電路不可逆電路b) 可逆電路可逆電路1. 異步電動機調(diào)壓調(diào)速的主電路異步電動機調(diào)壓調(diào)速的主電路University of Science and Techno

12、logy Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3013可調(diào)可調(diào) 調(diào)壓調(diào)速的機械特性表達式調(diào)壓調(diào)速的機械特性表達式22222113psresrlslrn U R sTsRRsLLsUl 電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比 2. 異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性l 理想空載轉(zhuǎn)速保持為同步轉(zhuǎn)速不變理想空載轉(zhuǎn)速保持為同步轉(zhuǎn)速不變 01NnnUniversity of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實

13、創(chuàng)新2022-5-3014l 臨界轉(zhuǎn)矩臨界轉(zhuǎn)矩 221212)(23lrlsssspemLLRRUnTl 隨定子電壓的減小而成平方比地下降隨定子電壓的減小而成平方比地下降l 臨界轉(zhuǎn)差率保持不變臨界轉(zhuǎn)差率保持不變 2212)(lrlssrmLLRRsUniversity of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3015圖圖10-5 異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性異步電動機調(diào)壓調(diào)速的機械特性University of Science a

14、nd Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3016帶恒轉(zhuǎn)矩負載工作時，定子側(cè)帶恒轉(zhuǎn)矩負載工作時，定子側(cè)輸入的電磁功輸入的電磁功率率故電磁功率恒定不變，與轉(zhuǎn)速無關(guān)。故電磁功率恒定不變，與轉(zhuǎn)速無關(guān)。 11LmmLpTPTnl 轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率 l帶恒轉(zhuǎn)矩負載的降壓調(diào)速就是靠增大轉(zhuǎn)差功帶恒轉(zhuǎn)矩負載的降壓調(diào)速就是靠增大轉(zhuǎn)差功率、減小輸出功率來換取轉(zhuǎn)速的降低。率、減小輸出功率來換取轉(zhuǎn)速的降低。l增加的轉(zhuǎn)差功率全部消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，這增加的轉(zhuǎn)差功率全部消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，這就是就是轉(zhuǎn)差功率消耗型轉(zhuǎn)差功率消耗型的由來。的由來。

15、1 LsmmLpTPsPsTsnUniversity of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3017l 增加轉(zhuǎn)子電阻值，臨增加轉(zhuǎn)子電阻值，臨界轉(zhuǎn)差率加大，可以界轉(zhuǎn)差率加大，可以擴大恒轉(zhuǎn)矩負載下的擴大恒轉(zhuǎn)矩負載下的調(diào)速范圍，這種高轉(zhuǎn)調(diào)速范圍，這種高轉(zhuǎn)子電阻電動機又稱作子電阻電動機又稱作交流力矩電動機交流力矩電動機。l 缺點是機械特性缺點是機械特性較軟。較軟。 圖圖10-6 高轉(zhuǎn)子電阻電動機（交流力矩高轉(zhuǎn)子電阻電動機（交流力矩電動機）在不同電壓下的機械特性電動機）在不同電壓下的機械特性U

16、niversity of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3018圖圖10-7 帶轉(zhuǎn)速負反饋閉環(huán)控帶轉(zhuǎn)速負反饋閉環(huán)控制的交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)制的交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 3. 閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3019圖圖10-8 轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)靜特性轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制的交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)靜特性sNUmins

17、U閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)靜特性靜特性University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3020l 三相異步電動機直接接電網(wǎng)起動時，起動電流比三相異步電動機直接接電網(wǎng)起動時，起動電流比較大，而起動轉(zhuǎn)矩并不大。較大，而起動轉(zhuǎn)矩并不大。2212lrlsrssrstsstLLRRUII2222113psrestsrlslrn U RTRRLL4. 降壓控制應用降壓控制應用l 中、大容量電動機的起動電流大，會使電網(wǎng)壓降中、大容量電動機的起動電流大，會使電網(wǎng)壓降過

18、大，影響其它用電設(shè)備的正常運行。過大，影響其它用電設(shè)備的正常運行。l 必須采取措施來降低其起動電流，常用的辦法是必須采取措施來降低其起動電流，常用的辦法是降壓起動。降壓起動。(1) 軟起動器軟起動器University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3021 起動轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，起動轉(zhuǎn)矩的減小起動轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，起動轉(zhuǎn)矩的減小將比起動電流的降低更多，降壓起動時又會出現(xiàn)將比起動電流的降低更多，降壓起動時又會出現(xiàn)起動轉(zhuǎn)矩不夠的問題。起動轉(zhuǎn)矩不夠的問題。 降壓起動只

19、適用于中、大容量電動機空載（或輕降壓起動只適用于中、大容量電動機空載（或輕載）起動的場合。載）起動的場合。當負載轉(zhuǎn)矩一定時，輕載降壓運行有一個最佳電當負載轉(zhuǎn)矩一定時，輕載降壓運行有一個最佳電壓值，此時效率最高。壓值，此時效率最高。University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3022l為了減少輕載時的能量損耗，降低定子電為了減少輕載時的能量損耗，降低定子電壓可以降低氣隙磁通，這樣可以同時降低壓可以降低氣隙磁通，這樣可以同時降低鐵損和勵磁電流。鐵損和勵磁電流。l過分降低電

20、壓和磁通，轉(zhuǎn)子電流必然增大，過分降低電壓和磁通，轉(zhuǎn)子電流必然增大，定子電流反而可能增加，鐵損的降低將被定子電流反而可能增加，鐵損的降低將被銅損的增加填補，效率反而更差了。銅損的增加填補，效率反而更差了。l當負載轉(zhuǎn)矩一定時，輕載降壓運行有一個當負載轉(zhuǎn)矩一定時，輕載降壓運行有一個最佳電壓值，此時效率最高。最佳電壓值，此時效率最高。返回目錄返回目錄（2）輕載降壓運行）輕載降壓運行University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3023l在雙饋調(diào)速工作時，繞線型異步電動機在雙饋調(diào)

21、速工作時，繞線型異步電動機定子側(cè)與交流電網(wǎng)直接連接，轉(zhuǎn)子側(cè)與定子側(cè)與交流電網(wǎng)直接連接，轉(zhuǎn)子側(cè)與交流電源或外接電動勢相連，從電路拓交流電源或外接電動勢相連，從電路拓撲結(jié)構(gòu)上看，可認為是在轉(zhuǎn)子繞組回路撲結(jié)構(gòu)上看，可認為是在轉(zhuǎn)子繞組回路中附加一個交流電動勢，通過控制附加中附加一個交流電動勢，通過控制附加電動勢的幅值，實現(xiàn)繞線型異步電動機電動勢的幅值，實現(xiàn)繞線型異步電動機的調(diào)速。的調(diào)速。一、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機雙饋調(diào)速工作原理一、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機雙饋調(diào)速工作原理10.2 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機雙饋調(diào)速繞線轉(zhuǎn)子異步電動機雙饋調(diào)速University of Science and Technology Lia

22、oning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3024圖圖10-1 繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子附加電動勢的原理圖繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子附加電動勢的原理圖1. 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子附加電動勢的作用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子附加電動勢的作用University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3025l在繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)引入一個可控的在繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)引入一個可控的附加電動勢附加電動勢 ，附加電動勢的幅值和頻率與，附加電動勢的幅值和頻

23、率與交流電壓交流電壓 相同，相位與轉(zhuǎn)子電動勢相同，相位與轉(zhuǎn)子電動勢 相相反，改變其幅值，就可以實現(xiàn)對電動機轉(zhuǎn)速反，改變其幅值，就可以實現(xiàn)對電動機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。的調(diào)節(jié)。RUaddErE轉(zhuǎn)子附加電動勢的作用轉(zhuǎn)子附加電動勢的作用University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3026圖圖10-2 繞線型異步電動機在轉(zhuǎn)子附加電動勢時的工況及其功率流程繞線型異步電動機在轉(zhuǎn)子附加電動勢時的工況及其功率流程a)次同步速電動狀態(tài)次同步速電動狀態(tài) b)反轉(zhuǎn)倒拉制動狀態(tài)反轉(zhuǎn)倒拉制動狀態(tài) c)超

24、同步速回饋制動狀態(tài)超同步速回饋制動狀態(tài)d)超同步速電動狀態(tài)超同步速電動狀態(tài) e)次同步速回饋制動狀態(tài)次同步速回饋制動狀態(tài) CU功率變換單元功率變換單元2. 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機雙饋調(diào)速的五種工況繞線轉(zhuǎn)子異步電動機雙饋調(diào)速的五種工況University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3027圖圖10-3 繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)連接的功率變換單元繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)連接的功率變換單元繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)連接的功率變換單元繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)連接的功率變換單元Univers

25、ity of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3028l 將異步電動機的轉(zhuǎn)子電壓先整流成直流電壓，然將異步電動機的轉(zhuǎn)子電壓先整流成直流電壓，然后再引入一個附加的直流電動勢，控制此直流附后再引入一個附加的直流電動勢，控制此直流附加電動勢的幅值，就可以調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速。加電動勢的幅值，就可以調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速。l 采用工作在有源逆變狀態(tài)的晶閘管可控整流裝置采用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，這就形成了圖作為產(chǎn)生附加直流電動勢的電源，這就形成了圖1

26、0-3a中所示的功率變換單元中所示的功率變換單元CU2。二、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)二、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)1. 串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3029圖圖10-4 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University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3030l 系統(tǒng)

27、在穩(wěn)定工作時，整流后的直流回路電壓平衡系統(tǒng)在穩(wěn)定工作時，整流后的直流回路電壓平衡方程式：方程式： 或或 (10-5)l 式中，式中， 、 UR與與UI的電壓整流系數(shù)的電壓整流系數(shù)RIUUdidRIUKsEKdTrcos22012K1Kl 上式近似地反映了電動機電磁轉(zhuǎn)矩的大小，可上式近似地反映了電動機電磁轉(zhuǎn)矩的大小，可以看作是在串級調(diào)速系統(tǒng)中異步電動機機械特以看作是在串級調(diào)速系統(tǒng)中異步電動機機械特性的間接表達式性的間接表達式。),(dIfs University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)

28、新2022-5-3031 起動起動 控制逆變角控制逆變角，使電動機可在一定的動態(tài)轉(zhuǎn)矩下，使電動機可在一定的動態(tài)轉(zhuǎn)矩下加速起動。加速起動。 隨著異步電動機轉(zhuǎn)速的增高，其轉(zhuǎn)子電動勢減少，隨著異步電動機轉(zhuǎn)速的增高，其轉(zhuǎn)子電動勢減少，相應地增大相應地增大角以減小角以減小 值，維持值，維持 基基本恒定。當電動機加速到所需轉(zhuǎn)速時，不再調(diào)本恒定。當電動機加速到所需轉(zhuǎn)速時，不再調(diào)整整角，電動機即在此轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。角，電動機即在此轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。 ()diUUdU11, ss工作原理工作原理University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世

29、致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3032l 調(diào)速調(diào)速 當增大當增大角使角使=21，電動機在增高了的轉(zhuǎn)速下，電動機在增高了的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。穩(wěn)定運行。l 停車停車 只能靠減小只能靠減小角減小角減小 ，并依靠負載阻轉(zhuǎn)矩的作，并依靠負載阻轉(zhuǎn)矩的作用自由停車。用自由停車。iU工作原理工作原理dIUniversity of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3033三、串級調(diào)速的機械特性三、串級調(diào)速的機械特性1. 串級調(diào)速機械特性的特征串級調(diào)速機械特性的特征l 理想空載轉(zhuǎn)速理

30、想空載轉(zhuǎn)速 在串級調(diào)速系統(tǒng)中，電動機的極對數(shù)與旋轉(zhuǎn)磁場在串級調(diào)速系統(tǒng)中，電動機的極對數(shù)與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速都不變，同步轉(zhuǎn)速也是恒定的，但是它的理轉(zhuǎn)速都不變，同步轉(zhuǎn)速也是恒定的，但是它的理想空載轉(zhuǎn)速卻能夠連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)。想空載轉(zhuǎn)速卻能夠連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)。其理想空載轉(zhuǎn)速其理想空載轉(zhuǎn)速 n n0 0 為：為：在不同的在不同的角下異步電動機串級調(diào)速的機械特性是角下異步電動機串級調(diào)速的機械特性是近似平行的。近似平行的。2T0101r0cos(1)(1)UnnsnEUniversity of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新

31、求實創(chuàng)新2022-5-3034圖圖10-6 異步電動機串級調(diào)速時的機械特性異步電動機串級調(diào)速時的機械特性a) 大電機大電機 b)小電機小電機 串級調(diào)速時的機械特性圖串級調(diào)速時的機械特性圖University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3035l 換相重疊換相重疊2. 串級調(diào)速的轉(zhuǎn)子整流電路串級調(diào)速的轉(zhuǎn)子整流電路 當當 Id 較小，較小， 在在0 60之間時，各整流器件之間時，各整流器件都在對應相電壓波形的自然換相點處開始換流，都在對應相電壓波形的自然換相點處開始換流，到到

32、 處結(jié)束換流，整流波形正常。處結(jié)束換流，整流波形正常。 當電流當電流 Id 大于大于60時，出現(xiàn)了強迫延遲換相現(xiàn)象，時，出現(xiàn)了強迫延遲換相現(xiàn)象，所延遲的角度稱作強迫延時換相角所延遲的角度稱作強迫延時換相角 p 。University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3036（1）第一種工作狀態(tài)的特征是）第一種工作狀態(tài)的特征是 0 60， p = 0 此時，轉(zhuǎn)子整流電路處于正常的不可控整流工此時，轉(zhuǎn)子整流電路處于正常的不可控整流工作狀態(tài)。作狀態(tài)。（2）第二種工作狀態(tài)的特征是）第二

33、種工作狀態(tài)的特征是 = 60， 0 p 30 這時，由于強迫延遲換相的作用，使得整流電這時，由于強迫延遲換相的作用，使得整流電路類似處于可控整流工作狀態(tài)，路類似處于可控整流工作狀態(tài)， p 角相當于整角相當于整流器件的控制角。流器件的控制角。l 轉(zhuǎn)子整流電路的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)子整流電路的工作狀態(tài)University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3037（3）第三種工作狀態(tài)）第三種工作狀態(tài) 當當 p = 30時，整流電路中會出現(xiàn)時，整流電路中會出現(xiàn)4個器件同個器件同時導通，形成共陽極

34、組和共陰極組器件雙換流的時導通，形成共陽極組和共陰極組器件雙換流的重疊現(xiàn)象，此后重疊現(xiàn)象，此后 p 保持為保持為30，而，而 角繼續(xù)增角繼續(xù)增大，這是一種非正常的故障狀態(tài)。大，這是一種非正常的故障狀態(tài)。University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3038圖圖10-8 轉(zhuǎn)子整流電路的轉(zhuǎn)子整流電路的 = f ( Id )， p = f ( Id )l 轉(zhuǎn)子整流電流與轉(zhuǎn)子整流電流與 、 p 間的間的函數(shù)關(guān)系函數(shù)關(guān)系University of Science and Tech

35、nology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3039l 轉(zhuǎn)子整流電路的電流和電壓轉(zhuǎn)子整流電路的電流和電壓)6sin(26)cos(cos26p0D0rppD0r0d XEXEI(10-9)式中，式中，RD = sRs + Rr 為折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的電動機定為折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的電動機定子和轉(zhuǎn)子每相等效電阻。子和轉(zhuǎn)子每相等效電阻。ppdr0D dD0r0pdD dcoscos()2.342232.34cos2UsER IsXsEIR I(10-10)University of Science and Technology Liaoning

36、博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-30403. 串級調(diào)速機械特性方程式串級調(diào)速機械特性方程式圖圖10-9 串級調(diào)速系統(tǒng)的主電路及等效電路串級調(diào)速系統(tǒng)的主電路及等效電路University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3041l轉(zhuǎn)子整流電路的輸出電壓為轉(zhuǎn)子整流電路的輸出電壓為l逆變器直流側(cè)電壓逆變器直流側(cè)電壓l電壓平衡方程電壓平衡方程)23(cos34. 2D0Ddp0rdRsXIsEU(10-11)(10-12)(10-13)

37、23(cos34. 2TTd2TiRXIUULdidRIUU穩(wěn)態(tài)電路方程穩(wěn)態(tài)電路方程University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3042l 轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率d0Dp0rLDTTd2T3cos34. 2)223(cos34. 2IXERRRXIUs（10-14） l 串級調(diào)速時的轉(zhuǎn)速特性為串級調(diào)速時的轉(zhuǎn)速特性為d0Dp0rLDTT0Dd2Tp0r03cos34. 2)2233()coscos(34. 2IXERRRXXIUEnnUniversity of Science a

38、nd Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-30430d0D0d0d0Dp0rE33cos34. 2nIXUnIXEC（10-17） l 電動勢系數(shù)電動勢系數(shù)可改寫成可改寫成 )(1dERIUCn（10-18） l 表明，異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)與直流它勵電動表明，異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)與直流它勵電動機的轉(zhuǎn)速特性在形式上完全相同，改變電壓即可機的轉(zhuǎn)速特性在形式上完全相同，改變電壓即可得到一族平行移動的調(diào)速特性。得到一族平行移動的調(diào)速特性。 l 在異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)中，它是通過改變的在異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)中，它

39、是通過改變的控制角控制角 來實現(xiàn)的。來實現(xiàn)的。University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3044D0med0ddMd0031()XPTUIIC I 0 理想空載機械角轉(zhuǎn)速理想空載機械角轉(zhuǎn)速(rad/s ) ；CM 串級調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，串級調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)， （10-19） l 電磁轉(zhuǎn)矩方程電磁轉(zhuǎn)矩方程可見，可見， CM 和和 CE的關(guān)系與直流他勵電動機的關(guān)系與直流他勵電動機中中Cm 和和 Ce的關(guān)系完全一致。的關(guān)系完全一致。)3(1d0D0d0MIXUCUni

40、versity of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3045第一工作區(qū)第一工作區(qū) 24m111m1e1messssTT(10-21) 機械特性方程機械特性方程式式第二工作區(qū)第二工作區(qū) (10-23)2cos4m222m2p2e1messssTT第一、二工作區(qū)交界的轉(zhuǎn)矩值，稱作第一、二工作區(qū)交界的轉(zhuǎn)矩值，稱作交接轉(zhuǎn)矩交接轉(zhuǎn)矩Te1-2 。University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)

41、新求實創(chuàng)新2022-5-3046圖圖10-10 異步電動機串級調(diào)速時的機械特性異步電動機串級調(diào)速時的機械特性 異步電動機串級調(diào)速時的機械特性異步電動機串級調(diào)速時的機械特性University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3047四四、串級調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標、串級調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標1. 串級調(diào)速系統(tǒng)的效率串級調(diào)速系統(tǒng)的效率圖圖10-11 串級調(diào)速系統(tǒng)效率分析串級調(diào)速系統(tǒng)效率分析a)系統(tǒng)的功率傳遞系統(tǒng)的功率傳遞 b)系統(tǒng)的功率流程圖系統(tǒng)的功率流程圖 University

42、 of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3048l串級調(diào)速系統(tǒng)的總效率串級調(diào)速系統(tǒng)的總效率式中式中 p 是異步電動機定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)的總損耗；是異步電動機定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)的總損耗； ptan 附加的串級調(diào)速傳動裝置損耗附加的串級調(diào)速傳動裝置損耗 。mechmech2schin1fmmechmmechtan100%100%(1)100%(1)PpPPPPPspPsppp (10-28)University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)

43、世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3049%100%100sCurFeCusmechmechmech12RppppPpPPP%100)1 ()1 (mechmmechmppsPpsP=l 轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速的效率轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速的效率University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3050圖圖10-12 電氣串級調(diào)速系統(tǒng)與轉(zhuǎn)子串電阻電氣串級調(diào)速系統(tǒng)與轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng) = f (s) 的比較的比較 兩種效率的比較兩種效率的比較Univ

44、ersity of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3051 S 系統(tǒng)總的視在功率；系統(tǒng)總的視在功率；Q1 電動機從電網(wǎng)吸收的無功功率；電動機從電網(wǎng)吸收的無功功率；Qf 逆變變壓器從電網(wǎng)吸收的無功功率。逆變變壓器從電網(wǎng)吸收的無功功率。2f12f1f1insch)()(cosQQPPPPSP式中式中(10-29)2. 串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)一般串級調(diào)速系統(tǒng)在高速運行時的功率因數(shù)為一般串級調(diào)速系統(tǒng)在高速運行時的功率因數(shù)為0.60.65；在低速時可降到；在低速時可降到

45、0.40.5（對調(diào)速范圍為（對調(diào)速范圍為2的系統(tǒng)）。這是串級調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點。采用的系統(tǒng)）。這是串級調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點。采用無功就地補償來解決。無功就地補償來解決。University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3052逆變變壓器的二次側(cè)相電壓逆變變壓器的二次側(cè)相電壓 )11 (15. 10r2TDEU（11-32） T02T13.45(1)rWE ID（11-33） 逆變變壓器的容量計算逆變變壓器的容量計算4. 串級調(diào)速裝置的電壓和容量串級調(diào)速裝置的電壓和容量Univ

46、ersity of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3053圖圖10-13 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) 五五、 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)University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3054l圖圖11-13 所示的系統(tǒng)與直流不可逆雙閉環(huán)所示的系統(tǒng)與直流不可逆雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)一樣，具有靜態(tài)穩(wěn)速與動態(tài)恒流調(diào)速系統(tǒng)一樣，具

47、有靜態(tài)穩(wěn)速與動態(tài)恒流的作用。的作用。l所不同的是它的控制作用都是通過異步電所不同的是它的控制作用都是通過異步電動機轉(zhuǎn)子回路實現(xiàn)的。動機轉(zhuǎn)子回路實現(xiàn)的。l由于串級調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子整流器是不可控由于串級調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子整流器是不可控的，系統(tǒng)本身不能產(chǎn)生電氣制動作用，減的，系統(tǒng)本身不能產(chǎn)生電氣制動作用，減速速過程只能靠負載作用自由降速。過程只能靠負載作用自由降速。系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析University of Science and Technology Liaoning博學明德博學明德 經(jīng)世致用經(jīng)世致用勤奮向上勤奮向上 求實創(chuàng)新求實創(chuàng)新2022-5-3055六、六、串級調(diào)速系統(tǒng)的起動方式串級調(diào)速系統(tǒng)的起動方式1. 間接起動間接起動l 為了使串級調(diào)速裝置不受過電壓損壞，將電動為了使串級調(diào)速裝置不受過電壓損壞，將電動機轉(zhuǎn)子先接入電阻或頻敏變阻器起動，待轉(zhuǎn)速機轉(zhuǎn)子先接入電阻或頻敏變阻器起動，待轉(zhuǎn)速升高到串級調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計最低轉(zhuǎn)速時，才把升高到串級調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計最低轉(zhuǎn)速時，才把串級調(diào)速裝置投入運行。串級調(diào)速裝置投入運行。l 由于這類機械不經(jīng)常起動，所用的起動電阻等由于這類機械不經(jīng)常起動，所用的起動電阻等都可按短時工作制選用，容量與體積都較小。都可按短時工作制選用，容量與體積都較小。從串電阻起動換接到串級調(diào)速可以利用對電動從串電阻起動換接到串級調(diào)速可以利用對電動機轉(zhuǎn)