c7-繞線轉(zhuǎn)子異步電機雙饋調(diào)速系統(tǒng)

1、第第 7 章章繞線轉(zhuǎn)子異步電機雙饋調(diào)速系統(tǒng)繞線轉(zhuǎn)子異步電機雙饋調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)容提要內(nèi)容提要n引言n異步電機雙饋調(diào)速工作原理n異步電機在次同步電動狀態(tài)下的雙饋系統(tǒng)串級調(diào)速系統(tǒng)n異步電動機串級調(diào)速時的機械特性n串級調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)及其提高方案n雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng)n*異步電機雙饋調(diào)速系統(tǒng) 7.0 引言引言 n轉(zhuǎn)差功率問題轉(zhuǎn)差功率問題 轉(zhuǎn)差功率始終是人們在研究異步電動機調(diào)速方法時所關(guān)心的問題，因為節(jié)約電能是異步電動機調(diào)速的主要目的之一，而如何處理轉(zhuǎn)差功率又在很大程度上影響著調(diào)速系統(tǒng)的效率。 如第5章所述，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

2、。 l 交流調(diào)速系統(tǒng)按轉(zhuǎn)差功率的分類 （1）轉(zhuǎn)差功率消耗型異步電機采用調(diào)壓控制等調(diào)速方式，轉(zhuǎn)速越低時，轉(zhuǎn)差功率的消耗越大，效率越低；但這類系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備成本最低，所以還有一定的應(yīng)用價值。 （2）轉(zhuǎn)差功率不變型變頻調(diào)速方法轉(zhuǎn)差功率很小，而且不隨轉(zhuǎn)速變化，效率較高；但在定子電路中須配備與電動機容量相當(dāng)?shù)淖儔鹤冾l器，相比之下，設(shè)備成本最高。 l 交流調(diào)速系統(tǒng)按轉(zhuǎn)差功率的分類（續(xù)） （3）轉(zhuǎn)差功率饋送型控制繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)子電壓，利用其轉(zhuǎn)差功率并達到調(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；但要增加一些設(shè)備。 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

3、功率饋送型調(diào)速方法。返回目錄返回目錄7.1 異步電機雙饋調(diào)速工作原理異步電機雙饋調(diào)速工作原理 本節(jié)提要n概述n異步電機轉(zhuǎn)子附加電動勢的作用n異步電機雙饋調(diào)速的五種工況l轉(zhuǎn)差功率的利用 眾所周知，作為異步電動機，必然有轉(zhuǎn)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用它。 但要利用轉(zhuǎn)差功率，就必須使異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組有與外界實現(xiàn)電氣聯(lián)接的條件，顯然籠型電動機難以勝任，只有繞線轉(zhuǎn)子電動機才能做到。 7.1.0 概述概述l繞線轉(zhuǎn)子異步電動機 PsP1 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機結(jié)構(gòu)如圖所示，從廣義上講，定子功率和轉(zhuǎn)差功率可以分別向定子和轉(zhuǎn)子饋入，也可以從定子或轉(zhuǎn)子輸出，故稱作雙饋

4、電機。l 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 根據(jù)電機理論，改變轉(zhuǎn)子電路的串接電阻，可以改變電機的轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的原理如圖所示，調(diào)速過程中，轉(zhuǎn)差功率完全消耗在轉(zhuǎn)子電阻上。PmPmechPsl 雙饋調(diào)速的概念 所謂“雙饋”，就是指把繞線轉(zhuǎn)子異步電機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，使它們可以進行電功率的相互傳遞。 至于電功率是饋入定子繞組和/或轉(zhuǎn)子繞組，還是由定子繞組和/或轉(zhuǎn)子繞組饋出，則要視電機的工況而定。 l 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)K1M3 K2TI 如上圖所示，在雙饋調(diào)速工作時，除了電機定子側(cè)與交流電網(wǎng)直接連接外，轉(zhuǎn)子側(cè)也要與交流電

5、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)子繞組回路中附加一個交流電動勢。l 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 f2 = s f1 ，因此必須通過功率變換單元（Power Converter UnitCU）對不同頻率的電功率進行電能變換。 對于雙饋系統(tǒng)來說，CU應(yīng)該由雙向變頻器構(gòu)成，以實現(xiàn)功率的雙向傳遞。l 雙饋調(diào)速的功率傳輸（1）轉(zhuǎn)差功率輸出狀態(tài) 異步電動機由電網(wǎng)供電并以電動狀態(tài)運行時，它從電網(wǎng)輸入（饋入）電功率，而在其軸上輸出機械功率給負(fù)載，以拖動負(fù)載運行； CUP1PsM3 Pmech（2）轉(zhuǎn)差功率輸入狀態(tài) 當(dāng)電機以發(fā)電狀態(tài)運行時，它被拖著運轉(zhuǎn)，從軸上輸入

6、機械功率，經(jīng)機電能量變換后以電功率的形式從定子側(cè)輸出（饋出）到電網(wǎng)。 PsP1M3 CUPmech7.1.1 異步電機轉(zhuǎn)子附加電動勢的作用異步電機轉(zhuǎn)子附加電動勢的作用n異步電機運行時其轉(zhuǎn)子相電動勢為 式中 s 異步電動機的轉(zhuǎn)差率； Er0 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機在轉(zhuǎn)子不動時的相電動勢，或稱轉(zhuǎn)子開路電動勢，也就是轉(zhuǎn)子額定相電壓值。0rrsEE (7-1)n轉(zhuǎn)子相電流的表達式為：式中 Rr 轉(zhuǎn)子繞組每相電阻； Xr0 s = 1時的轉(zhuǎn)子繞組每相漏抗。 20r2r0rr)(sXRsEI(7-2)n 轉(zhuǎn)子附加電動勢 圖7-1 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子附加電動勢的原理圖M30rrsEE addErI附加電動勢

7、與轉(zhuǎn)子電動勢有相同的頻率，可同相或反相串接。 引入可控的交流附加電動勢n有附加電動勢時的轉(zhuǎn)子相電流： 如圖7-1所示，繞線轉(zhuǎn)子異步電動機在外接附加電動勢時，轉(zhuǎn)子回路的相電流表達式20r2radd0rr)(sXREsEI(7-3)n 轉(zhuǎn)子附加電動勢的作用1. Er 與 Eadd 同相l(xiāng)當(dāng) Eadd ，使得：這里： snTIEEseradd0r1add0r2add0r1EEsEEs21ss 轉(zhuǎn)速上升；轉(zhuǎn)子附加電動勢的作用（續(xù)）l當(dāng) Eadd ，使得：這里：snTIEEseradd0r1add0r2add0r1EEsEEs21ss 轉(zhuǎn)速下降；轉(zhuǎn)子附加電動勢的作用（續(xù)）2. Er 與 Eadd反相 同

8、理可知，若減少或串入反相的附加電動勢，則可使電動機的轉(zhuǎn)速降低。 所以，在繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)子在繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)子側(cè)引入一個可控的附加電動勢，就可調(diào)側(cè)引入一個可控的附加電動勢，就可調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。 7.1.2 異步電機雙饋調(diào)速的五種工況異步電機雙饋調(diào)速的五種工況 本節(jié)摘要n電機在次同步轉(zhuǎn)速下作電動運行n電機在反轉(zhuǎn)時作倒拉制動運行n電機在超同步轉(zhuǎn)速下作回饋制動運行n電機在超同步轉(zhuǎn)速下作電動運行n電機在次同步轉(zhuǎn)速下作回饋制動運行n 異步電機的功率關(guān)系 忽略機械損耗和雜散損耗時，異步電機在任何工況下的功率關(guān)系都可寫作 mmm)1 (PssPP（7-4） 式中 Pm 從電機定子

9、傳入轉(zhuǎn)子（或由轉(zhuǎn)子傳 出給定子）的電磁功率， sPm 輸入或輸出轉(zhuǎn)子電路的功率，即轉(zhuǎn) 差功率， (1-s)Pm 電機軸上輸出或輸入的功率。 由于轉(zhuǎn)子側(cè)串入附加電動勢極性和大小的不同， s 和 Pm 都可正可負(fù)，因而可以有以下五種不同的工作情況。 1. 電機在次同步轉(zhuǎn)速下作電動運行l(wèi)工作條件： 轉(zhuǎn)子側(cè)每相加上與 Er0 同相的附加電動勢+Eadd（Eadd Er0），并把轉(zhuǎn)子三相回路連通。l運行工況： 電機作電動運行，轉(zhuǎn)差率為 0 s 1，從定子側(cè)輸入功率，軸上輸出機械功率。 l 功率流程snTesPmsPmP1Pm(1-s)PmCU001n1a） 次同步速電動狀態(tài) 2. 電機在反轉(zhuǎn)時作倒拉制動

10、運行l(wèi)工作條件： 軸上帶有位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載（這是進入倒拉制動運行的必要條件），此時逐漸減少 + Eadd 值，并使之反相變負(fù)，只要反相附加電動勢 Eadd 有一定數(shù)值，則電機將反轉(zhuǎn)。 l運行工況： 電機進入倒拉制動運行狀態(tài)，轉(zhuǎn)差率 s 1，此時由電網(wǎng)輸入電機定子的功率和由負(fù)載輸入電機軸的功率兩部分合成轉(zhuǎn)差功率，并從轉(zhuǎn)子側(cè)饋送給電網(wǎng)。式（7-4）可改寫作 mmm)1 (sPPsPl 功率流程b）反轉(zhuǎn)倒拉制動狀態(tài) PS PS) 1(PSPTe012s-n-n1PmCU3. 電機在超同步轉(zhuǎn)速下作回饋制動運行l(wèi)工作條件： 進入這種運行狀態(tài)的必要條件是有位能性機械外力作用在電機軸上，并使電機能在超過其同

11、步轉(zhuǎn)速n1的情況下運行。 此時，如果處于發(fā)電狀態(tài)運行的電機轉(zhuǎn)子回路再串入一個與 sEr0 反相的附加電動勢 +Eadd ，電機將在比未串入 +Eadd 時的轉(zhuǎn)速更高的狀態(tài)下作回饋制動運行。l運行工況： 電機處在發(fā)電狀態(tài)工作，s 1，電機功率由負(fù)載通過電機軸輸入，經(jīng)過機電能量變換分別從電機定子側(cè)與轉(zhuǎn)子側(cè)饋送至電網(wǎng)。此時式（7-4）可改寫成 mmm)1 (PssPPl 功率流程c） 超同步速回饋制動狀態(tài) 12nnPS PS)1 ( PSP00s11n-TePmCU4. 電機在超同步轉(zhuǎn)速下作電動運行l(wèi)工作條件： 設(shè)電機原已在 0 s 1 作電動運行，轉(zhuǎn)子側(cè)串入了同相的附加電動勢+Eadd，軸上拖動恒

12、轉(zhuǎn)矩的反抗性負(fù)載。 當(dāng)接近額定轉(zhuǎn)速時，如繼續(xù)加大+Eadd電機將加速到的新的穩(wěn)態(tài)下工作，即電機在超過其同步轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。l運行工況： 電機的軸上輸出功率由定子側(cè)與轉(zhuǎn)子側(cè)兩部分輸入功率合成，電機處于定、轉(zhuǎn)子雙輸入狀態(tài)，其輸出功率超過額定功率，式（7-4）改寫成mmm)1 (PssPPl 功率流程d） 超同步速電動狀態(tài) 12nnPS PS)1 ( PSP00s11nPmTeCU5. 電機在次同步轉(zhuǎn)速下作回饋制動運行工作條件： 很多工作機械為了提高其生產(chǎn)率，希望電力拖動裝置能縮短減速和停車的時間，因此必須使運行在低于同步轉(zhuǎn)速電動狀態(tài)的電機切換到制動狀態(tài)下工作。 設(shè)電機原在低于同步轉(zhuǎn)速下作電動運行，

13、其轉(zhuǎn)子側(cè)已加入一定的 + Eadd 。要使之進入制動狀態(tài)，可以在電機轉(zhuǎn)子側(cè)突加一個反相的附加電動勢。l 運行工況 在低于同步轉(zhuǎn)速下作電動運行，Eadd 由“+”變?yōu)椤?”，并使 |- Eadd| 大于制動初瞬的sEr0 ，電機定子側(cè)輸出功率給電網(wǎng)，電機成為發(fā)電機處于制動狀態(tài)工作，并產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩以加快減速停車過程。電機的功率關(guān)系為 mmm)1 (PsPsPl 功率流程e） 次同步速回饋制動狀態(tài) 1nnPS PS)1 ( PSP01s00Pm-TeCUl五種工況小結(jié)圖7-2 異步電機在轉(zhuǎn)子附加電動勢時的工況及其功率流程 五種工況都是異步電機轉(zhuǎn)子加入附加電動勢時的運行狀態(tài)。 在工況a,b,c中，轉(zhuǎn)子

14、側(cè)都輸出功率，可把轉(zhuǎn)子的交流電功率先變換成直流，然后再變換成與電網(wǎng)具有相同電壓與頻率的交流電功率。 a）轉(zhuǎn)子輸出功率的工況TICU2CU1sEr0M3圖7-4 異步電機轉(zhuǎn)子側(cè)連接的功率變換單元b）轉(zhuǎn)子輸入功率的工況 圖7-4 異步電機轉(zhuǎn)子側(cè)連接的功率變換單元TICU2CU1sEr0M3返回目錄返回目錄7.2 異步電機在次同步電動狀態(tài)下的異步電機在次同步電動狀態(tài)下的 雙饋系統(tǒng)雙饋系統(tǒng)串級調(diào)速系統(tǒng)串級調(diào)速系統(tǒng) 本章摘要本章摘要n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 n串級調(diào)速系統(tǒng)的其它類型串級調(diào)速系統(tǒng)的其它類型 n基本思路 如前所述，在異步電機轉(zhuǎn)子回路中附加交流電動勢調(diào)速的關(guān)鍵就是在轉(zhuǎn)子側(cè)

15、串入一個可變頻、可變幅的電壓。怎樣才能獲得這樣的電壓呢？ 對于只用于次同步電動狀態(tài)的情況來說，比較方便的辦法是將轉(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，控制此直流附加電動勢的幅值，就可以調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速。 這樣，就把交流變壓變頻這一復(fù)雜問題，轉(zhuǎn)化為與頻率無關(guān)的直流變壓問題，對問題的分析與工程實現(xiàn)都方便多了。 7.2.1 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 n 對直流附加電動勢的技術(shù)要求 l首先，它應(yīng)該是可平滑調(diào)節(jié)的，以滿足對電動機轉(zhuǎn)速平滑調(diào)節(jié)的要求；l其次，從節(jié)能的角度看，希望產(chǎn)生附加直流電動勢的裝置能夠吸收從異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)傳遞來的轉(zhuǎn)差功率并加以利用。 n 系

16、統(tǒng)方案 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置作為產(chǎn)生附加直流電動勢的電源，這就形成了圖7-4a中所示的功率變換單元CU2。 按照上述原理組成的異步電機在低于同步轉(zhuǎn)速下作電動狀態(tài)運行的雙饋調(diào)速系統(tǒng)如圖7-5所示，習(xí)慣上稱之為電氣串級調(diào)速電氣串級調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)（或稱或稱Scherbius系統(tǒng)系統(tǒng)）。 圖7-5 電氣串級調(diào)速系統(tǒng)原理圖 n 系統(tǒng)組成n 功率變換單元lUR 三相不可控整流裝置，將異步電機轉(zhuǎn)子相電動勢 sEr0 整流為直流電壓 Ud 。lUI 三相可控整流裝置，工作在有源逆變狀態(tài)：l可提供可調(diào)的直流電壓 Ui ，作為電機調(diào)速所需的附加直流電動勢；l可將轉(zhuǎn)

17、差功率變換成交流功率，回饋到交流電網(wǎng)。n 工作原理（1）起動）起動l起動條件： 對串級調(diào)速系統(tǒng)而言，起動應(yīng)有足夠大的轉(zhuǎn)子電流 Ir 或足夠大的整流后直流電流 Id ，為此，轉(zhuǎn)子整流電壓 Ud 與逆變電壓 Ui 間應(yīng)有較大的差值。l 起動控制u控制逆變角 ，使在起動開始的瞬間，Ud與 Ui 的差值能產(chǎn)生足夠大的 Id ，以滿足所需的電磁轉(zhuǎn)矩，但又不超過允許的電流值，這樣電動機就可在一定的動態(tài)轉(zhuǎn)矩下加速起動。u隨著轉(zhuǎn)速的增高，相應(yīng)地增大 角以減小值 Ui ，從而維持加速過程中動態(tài)轉(zhuǎn)矩基本恒定 。工作原理（續(xù)）（2）調(diào)速）調(diào)速l調(diào)速原理：通過改變 角的大小調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。l調(diào)速過程： UiIdK1

18、sEr0nTeTe = TLId工作原理（續(xù)）（3） 停車停車 串級調(diào)速系統(tǒng)沒有制動停車功能。只能靠減小 角逐漸減速，并依靠負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的作用自由停車。 結(jié)結(jié) 論論n串級調(diào)速系統(tǒng)能夠靠調(diào)節(jié)逆變角 實現(xiàn)平滑無級調(diào)速n系統(tǒng)能把異步電動機的轉(zhuǎn)差功率回饋給交流電網(wǎng)，從而使扣除裝置損耗后的轉(zhuǎn)差功率得到有效利用，大大提高了調(diào)速系統(tǒng)的效率。返回目錄返回目錄*7.3 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)速時的機械特性本節(jié)提要n概述n異步電動機串級調(diào)速機械特性的特征n異步電動機串級調(diào)速時的轉(zhuǎn)子整流電路n異步電動機串級調(diào)速機械特性方程式n概概 述述 在串級調(diào)速系統(tǒng)中，異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)整流器的輸出量、分別與

19、異步電動機的轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩有關(guān)。因此，可以從電動機轉(zhuǎn)子直流回路著手來分析異步電動機在串級調(diào)速時的機械特性。*7.3.1 異步電動機串級調(diào)速機械特性的特征異步電動機串級調(diào)速機械特性的特征1. 理想空載轉(zhuǎn)速n在異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時，其理想空載轉(zhuǎn)速就是其同步轉(zhuǎn)速，而且恒定不變，調(diào)速時機械特性變軟，調(diào)速性能差。n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，但是它的理想空載轉(zhuǎn)速卻能夠連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)。 根據(jù)式（7-5），當(dāng)系統(tǒng)在理想空載狀態(tài)下運行時（Id = 0），轉(zhuǎn)子直流回路的電壓平衡方程式變成 cos22001TrUKEsK其中，s0 異步電動機在串級調(diào)速時對應(yīng)

20、于某一 角的理想空載轉(zhuǎn)差率，并取 K1 = K2，則 cos020rTEUs (7-6) 理想空載轉(zhuǎn)速方程由此可得相應(yīng)的理想空載轉(zhuǎn)速 n0 為： )cos1 ()1 (0rT2syn0syn0EUnsnn(7-7)式中 nsyn 異步電動機的同步轉(zhuǎn)速。 特性分析n從式（7-6）和式（7-7）可知，在串級調(diào)在串級調(diào)速時，理想空載轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速是不同的速時，理想空載轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速是不同的。當(dāng)改變逆變角 時，理想空載轉(zhuǎn)差率和理想空載轉(zhuǎn)速都相應(yīng)改變。n由式（7-5）還可看出，在不同的 角下，異步電動機串級調(diào)速時的機械特性是近似平行的，其工作段類似于直流電動機變壓調(diào)速的機械特性。 2機械特性的斜率與最大

21、轉(zhuǎn)矩 串級調(diào)速時，轉(zhuǎn)子回路中接入了串級調(diào)速裝置（包括兩套整流裝置、平波電抗器、逆變變壓器等），實際上相當(dāng)于在電動機轉(zhuǎn)子回路中接入了一定數(shù)量的等效電阻和電抗，它們的影響在任何轉(zhuǎn)速下都存在。 由于轉(zhuǎn)子回路電阻的影響，異步電動機串級調(diào)速時的機械特性比其固有特性要軟得多。 轉(zhuǎn)子回路電阻的影響n當(dāng)電機在最高速的特性上 （ = 90）帶額定負(fù)載，也難以達到其額定轉(zhuǎn)速。n整流電路換相重疊角將加大，并產(chǎn)生強迫延遲導(dǎo)通現(xiàn)象，使串級調(diào)速時的最大電磁轉(zhuǎn)矩比電動機在正常接線時的最大轉(zhuǎn)矩有明顯的降低。 這樣，串級調(diào)速時的機械特性便如圖7-7所示。 串級調(diào)速時的機械特性圖圖7-7 異步電動機串級調(diào)速時的機械特性a) 大電

22、機 b)小電機 從圖7-5中可以看出，異步電動機相當(dāng)于轉(zhuǎn)子整流器的供電電源。如果把電動機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)論來研究串級調(diào)速時的轉(zhuǎn)子整流電路。 但是，兩者之間還存在著一些顯著的差異，主要是： *7.3.2 異步電動機串級調(diào)速時的轉(zhuǎn)子整流電路異步電動機串級調(diào)速時的轉(zhuǎn)子整流電路（1）一般整流變壓器輸入輸出的頻率是一樣的，而異步電動機轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢的幅值與頻率都是變化的，隨電機轉(zhuǎn)速的改變而變化； （2）異步電動機折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的漏抗值也與轉(zhuǎn)子頻率或轉(zhuǎn)差率有關(guān)；（3）由于異步電動機折算到

23、轉(zhuǎn)子側(cè)的漏抗值較大，所以出現(xiàn)的換相重疊現(xiàn)象比一般整流電路嚴(yán)重，從而在負(fù)載較大時會引起整流器件的強迫延遲換相現(xiàn)象。 整流電路的不同點 1. 轉(zhuǎn)子整流電路圖7-8 轉(zhuǎn)子整流電路 2. 電路分析n假設(shè)條件：（1）整流器件具有理想的整流特性，管壓降及漏電流均可忽略；（2）轉(zhuǎn)子直流回路中平波電抗器的電感為無窮大，直流電流波形平直；（3）忽略電動機勵磁阻抗的影響。 n 換相重疊現(xiàn)象 設(shè)電動機在某一轉(zhuǎn)差率下穩(wěn)定運行，轉(zhuǎn)子三相的感應(yīng)電動勢為 era、erb、erc。當(dāng)各整流器件依次導(dǎo)通時，必有器件間的換相過程，這時處于換相中的兩相電動勢同時起作用，產(chǎn)生換相重疊壓降，如下圖所示。 換相重疊波形換相重疊壓降換相重

24、疊角 根據(jù)電力電子技術(shù)中介紹的理論，換相重疊角換相重疊角為n 換相重疊角0rdD0r0dD0621arccos621arccosEIXsEIsX（7-8） 其中 XD0 s = 1時折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的電動機定子和轉(zhuǎn)子每相漏抗。 由式（7-8）可知，換相重疊角隨著整流電流 Id 的增大而增加。n當(dāng) Id 較小， 在0 60之間時，整流電路中各整流器件都在對應(yīng)相電壓波形的自然換相點處換流，整流波形正常。n當(dāng)電流 Id 增大到按式（7-8）計算出來的 角大于60時，器件在自然換相點處未能結(jié)束換流，從而迫使本該在自然換相點換流的器件推遲換流，出現(xiàn)了強迫延遲換相強迫延遲換相現(xiàn)象現(xiàn)象，所延遲的角度稱作強迫延時

25、換相角強迫延時換相角 p 。 由此可見，串級調(diào)速時的異步電動機轉(zhuǎn)子整流電路有兩種正常工作狀態(tài)。 n 轉(zhuǎn)子整流電路的工作狀態(tài) （1）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作狀態(tài)，可稱之為第一工作區(qū)。（2）第二種工作狀態(tài)的特征是 = 60， 0 p 30 這時，由于強迫延遲換相的作用，使得整流電路好似處于可控的整流工作狀態(tài)， p 角相當(dāng)于整流器件的控制角，這一狀態(tài)稱作第二工作區(qū)。 轉(zhuǎn)子整流電路的工作狀態(tài)（續(xù)） （3）當(dāng) = 30時，整流電路中會出現(xiàn)4個器件同時導(dǎo)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 p 保持為30，而 角繼續(xù)增大，整

26、流電路處于第三種工作狀態(tài)，這是一種非正常的故障狀態(tài)。 轉(zhuǎn)子整流電流與 、p 間的函數(shù)關(guān)系 圖7-9 轉(zhuǎn)子整流電路的 = f ( Id )， p = f ( Id )Id1-2n 串級調(diào)速時轉(zhuǎn)子整流電路的電流和電壓 由于整流電路的不可控整流狀態(tài)是可控整流狀態(tài)當(dāng)控制角為零時的特殊情況，所以可以直接引用可控整流電路的有關(guān)分析式來表示串級調(diào)速時轉(zhuǎn)子整流電路的電流和電壓。)6sin(26)cos(cos26p0D0rppD0r0dXEXEI(7-9)n 串級調(diào)速時轉(zhuǎn)子整流電路的電壓式中 RD = sRs + Rr 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。 dDpp0rd22)cos(cos34.

27、2IRsEUdDd0Dp0r23cos34. 2IRIXsE(7-10)上兩式中，l當(dāng) 0 p 30， =60時表示轉(zhuǎn)子整流電路工作在第二工作區(qū)；l當(dāng)p = 0， = 0 60 時表示轉(zhuǎn)子整流電路工作在第一工作區(qū)。*7.3.3 異步電動機串級調(diào)速機械特性方程式異步電動機串級調(diào)速機械特性方程式 圖710 串級調(diào)速系統(tǒng)a）主電路b）等效電路 1. 電路結(jié)構(gòu)2. 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電路方程n轉(zhuǎn)子整流電路的輸出電壓為n逆變器直流側(cè)電壓n電壓平衡方程)23(cos34. 2D0Ddp0rdRsXIsEU(7-11)23(cos34. 2TTd2TiRXIUU(7-12)(7-13)LdidRIUU以上三式中 R

28、L直流平波電抗器的電阻； XT 折算到二次側(cè)的逆變變壓器每相等效漏抗，XT = XT 1 + XT 2 。 RT 折算到二次側(cè)的逆變變壓器每相等效電阻，RT = RT 1 + RT 2 。 3. 轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)速方程 解式（711）式（713），可以得到用轉(zhuǎn)差率表示的方程式d0Dp0rLDTTd2T3cos34. 2)223(cos34. 2IXERRRXIUs（7-14） 轉(zhuǎn)速特性方程 將 s = (n0 n ) / n0代入上式，得到串級調(diào)速時的轉(zhuǎn)速特性為d0Dp0rLDTT0Dd2Tp0r03cos34. 2)2233()coscos(34. 2IXERRRXXIUEnn(7-15) 如令p

29、 = 0，則式（7-15）就表示系統(tǒng)在第一工作區(qū)的轉(zhuǎn)速特性。 分析式（7-15）可以看出，等號右邊分子中的第一項是轉(zhuǎn)子直流回路的直流電壓 )coscos(34. 22Tp0rUEU（7-16） 第二項相當(dāng)于回路中的總電阻壓降，可以寫作 Id R ，而分母則是轉(zhuǎn)子整流器的輸出電壓。 等效電動勢系數(shù)公式 如借用直流電動機的概念和有關(guān)算式，引入電動勢系數(shù) CE ，使 0d0D0d0d0Dp0rE33cos34. 2nIXUnIXEC（7-17） 轉(zhuǎn)速特性方程的直觀形式則式（7-15）可改寫成 )(1dERIUCn（7-18） 其中， p0r0dcos34. 2EULDTT0D2233RRRXXRn注

30、意： 在直流調(diào)速系統(tǒng)中，電動勢系數(shù) Ce 是常數(shù)，但在串級調(diào)速系統(tǒng)中，在串級調(diào)速系統(tǒng)中，CE是負(fù)載電流的函是負(fù)載電流的函數(shù)，它是使轉(zhuǎn)速特性成為非線性的重要因數(shù)，它是使轉(zhuǎn)速特性成為非線性的重要因素素，故兩個符號的下角不同，以示區(qū)別。兩種轉(zhuǎn)速特性的比較n式（7-18）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，改變電壓即可得到一族平行移動的調(diào)速特性。 n在直流調(diào)速系統(tǒng)中，須直接改變電壓 U；而在異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)中，它是通過改變式（7-16）第二項中的控制角 來實現(xiàn)的。兩種轉(zhuǎn)速特性的比較（續(xù)）n在串級調(diào)速系統(tǒng)中總電阻 R 較大，系統(tǒng)的調(diào)速特性較軟；對于p 0 的第二

31、工作區(qū)，計及p 的影響，在同一逆變角 下的電壓更小，相當(dāng)于也發(fā)生變化，因而調(diào)速特性更軟。4. 電磁轉(zhuǎn)矩方程 n轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率 可以從轉(zhuǎn)子整流電路的功率傳遞關(guān)系入手，暫且忽略轉(zhuǎn)子銅耗，則轉(zhuǎn)子整流器的輸出功率就是電動機的轉(zhuǎn)差功率 dd0Dp0rs)3cos34. 2(IIsXsEPn 電磁轉(zhuǎn)矩公式而電磁功率 Pm = Ps /s，因此電磁轉(zhuǎn)矩為dd0Dp0r00s0me)3cos34. 2(1IIXEsPPTdMd0d0D0d3ICIIXU（7-19） 0 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)， 式中 因為，)3(1d0D0d0MIXUC它也是電流 Id 的函數(shù)。與式（7

32、-17）的電動勢系數(shù) CE 相比可知， CM 和 CE 對 Id 的關(guān)系是一樣的。由于0 =2n0 /60，所以 EM30CC（7-20） 可見， CM 和 CE的關(guān)系與直流他勵電動機中Cm 和 Ce的關(guān)系完全一致。5. 串級調(diào)速的機械特性方程 當(dāng)串級調(diào)速系統(tǒng)在第一工作區(qū)運行時， p= 0 ，代入式（7-19），再令 dTe/dt = 0，可求出電磁轉(zhuǎn)矩的計算最大值電磁轉(zhuǎn)矩的計算最大值Te1m，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)，得第一工作區(qū)的機械特第一工作區(qū)的機械特性方程式性方程式： n第一工作區(qū)的機械特性方程式 24m111m1e1messssTT(7-21)s1m = s1m- s10 在給定 值下，從

33、理想空載到計算最大轉(zhuǎn)矩點的轉(zhuǎn)差率增量； s1 = s- s10 在相應(yīng)的 值下，由負(fù)載引起的轉(zhuǎn)差率增量；式中 s10 相應(yīng) 值下的理想空載轉(zhuǎn)差率；s1m 對應(yīng)于計算最大轉(zhuǎn)矩Te1m的臨界轉(zhuǎn)差率：322320DLDTT10m1XRRRXss(7-22) Te1m 系統(tǒng)在第一工作區(qū)的“計算最大轉(zhuǎn)矩”。 由于在異步電動機串級調(diào)速時，負(fù)載增大到一定程度，必然會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子整流器的強迫延遲換相現(xiàn)象，也就是說，系統(tǒng)必然會進入第二工作區(qū)。而 Te1m 是在 p= 0 的條件下由式（7-19）求得的，它只表示若系統(tǒng)能繼續(xù)保持第一工作狀態(tài)將會達到的最大轉(zhuǎn)矩。 n第二工作區(qū)的機械特性方程式 (7-23)2cos4m2

34、22m2p2e1messssTTs2m = s2m- s20 計及強迫延時換相，對應(yīng)于某一p 值時的轉(zhuǎn)差率增量； s2 = s- s20 在給定 與p值下，由負(fù)載引起的轉(zhuǎn)差率增量;式中 s20相應(yīng) 與 p 值下的理想空載轉(zhuǎn)差率：p0r2T20coscosEUs322320DLDTT20m2XRRRXss(7-24)而n注意： 在用式（7-23）計算第二工作區(qū)的一段機械特性時，等號左邊分母中仍用Te1m ，這是為了使第一、二工作區(qū)的機械特性計算公式盡量一致，不要誤解為第二工作區(qū)的最大轉(zhuǎn)矩就是Te1m ，它具有另外一個最大轉(zhuǎn)矩Te2m 。 n 幾種最大轉(zhuǎn)矩的關(guān)系和計算 從異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)可計算

35、出額定轉(zhuǎn)矩TeN和正常運行時的最大轉(zhuǎn)矩Tem 。 對串級調(diào)速系統(tǒng)來說，有實用意義的是第一工作區(qū)的計算最大轉(zhuǎn)矩 Te1m 和第二工第二工作區(qū)真正的最大轉(zhuǎn)矩作區(qū)真正的最大轉(zhuǎn)矩 Te2m （可證明，Te2m 對應(yīng)于p= 15）。還有第一、二工作區(qū)交界的轉(zhuǎn)矩值，稱作交接轉(zhuǎn)矩稱作交接轉(zhuǎn)矩 Te1-2 。 按照上面的推導(dǎo)，可得40955. 0eme1mTT827. 0eme2mTT716. 0em2e1TT（7-25） （7-26） （7-27） 式（7-26）說明，異步電動機串級調(diào)速異步電動機串級調(diào)速時所能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩比正常接線時減少時所能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩比正常接線時減少了了17.3%，這在選用電機時必

36、須注意。 另外，由式（7-27）可知，Te1-2 = 0.716 Tem，而異步電動機的轉(zhuǎn)矩過載能力一般大于2，即Tem 2TeN，所以當(dāng)電動機在額定當(dāng)電動機在額定負(fù)載下工作時，還是處于第一工作區(qū)負(fù)載下工作時，還是處于第一工作區(qū)。 6. 異步電動機串級調(diào)速時的機械特性 圖7-11 異步電動機串級調(diào)速時的機械特性 返回目錄返回目錄s20本節(jié)提要n串級調(diào)速系統(tǒng)的效率n串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)及其改善途徑n斬波控制的串級調(diào)速系統(tǒng)n串級調(diào)速裝置的電壓和容量*7.4 串級調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)串級調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo) 及其提高方案及其提高方案*7.4.1 串級調(diào)速系統(tǒng)的效率串級調(diào)速系統(tǒng)的效率圖7-12

37、串級調(diào)速系統(tǒng)效率分析a)系統(tǒng)的功率傳遞 b)系統(tǒng)的功率流程圖 n 串級調(diào)速系統(tǒng)功率流程 l在串級調(diào)速時（圖7-12a），Ps未被全部消耗掉，而是扣除了轉(zhuǎn)子銅損 PCur、雜散損耗 Ps 和附加的串級調(diào)速裝置損耗 Ptan 后通過轉(zhuǎn)子整流器與逆變器返回電網(wǎng)，這部分返回電網(wǎng)的功率稱作回饋功率 Pf 。l對整個串級調(diào)速系統(tǒng)來說，它從電網(wǎng)吸收的凈有功功率應(yīng)為 Pin = P1 Pf 。 n 串級調(diào)速系統(tǒng)效率及比較l串級調(diào)速系統(tǒng)的總效率 %100%100f1mechmechin2schPPpPPP%100)1()1(tanmechmmechmpppsPpsP(7-28)式中 p 是異步電動機定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)

38、的總損耗； ptan 附加的串級調(diào)速傳動(tandem drive)裝 置損耗 。 在串級調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)速降低時，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變， p 和 ptan 都基本不變，式（7-28）分子和分母中的項隨著的增大而同時減少，對值的影響并不太大。 轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速的效率 當(dāng)電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時，調(diào)速系統(tǒng)的效率是%100%100sCurFeCusmechmechmech12RppppPpPPP%100)1 ()1 (mechmmechmppsPpsP=其中，Pm(1- s) 項隨s 的變化和串級調(diào)速時一樣，而所串電阻越大時，pCus 越大，p 也越大，因而效率 R 越低，幾乎是隨著轉(zhuǎn)速的

39、降低而成比例地減少。 l 效率的比較p串級調(diào)速系統(tǒng)的總效率是比較高的，且當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速降低時，sch 的減少并不多。p而繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時的效率幾乎隨轉(zhuǎn)速的降低而成比例地減少。圖7-13 電氣串級調(diào)速系統(tǒng)與轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng) = f (s) 的比較 *7.4.2 串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)及其改善途徑串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)及其改善途徑 串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)與系統(tǒng)所用的異步電動機、不可控整流器和逆變器三大部分有關(guān)：l異步電動機本身的功率因數(shù)就會隨著負(fù)載的減輕而下降；l轉(zhuǎn)子整流器的換相重迭和強迫延遲導(dǎo)通等作用都會通過電機從電網(wǎng)吸收換相無功功率；l逆變器的相控作用使其電流與電壓不同相

40、，也要消耗無功功率。n 串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù) 在串級調(diào)速系統(tǒng)中，從交流電網(wǎng)吸收的總有功功率是電動機吸收的有功功率與逆變器回饋至電網(wǎng)的有功功率之差，然而從交流電網(wǎng)吸收的總無功功率卻是電動機和逆變器所吸收的無功功率之和（見圖7-12），因此，串級調(diào)速系統(tǒng)總功率因數(shù)可用下式表示 功率因數(shù)計算公式 s 系統(tǒng)總的視在功率；Q1 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。2f12f1f1insch)()(cosQQPPPPSP式中(7-29) 功率因數(shù)范圍p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，比正常接線時電動機的功率因數(shù)減少0.1左右；p在低速時可降到0.40

41、.5（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。p對于寬調(diào)速的串級調(diào)速系統(tǒng)，隨著轉(zhuǎn)差率的增大，系統(tǒng)的功率因數(shù)還要下降，這是串級調(diào)速系統(tǒng)能否被推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一。*7.4.3 斬波控制的串級調(diào)速系統(tǒng)斬波控制的串級調(diào)速系統(tǒng)n問題的提出 串級調(diào)速系統(tǒng)功率因數(shù)差的一個重要原因就是采用了相位控制的逆變器，控制角 越大時，逆變器從電網(wǎng)吸收的無功功率越多。 如果用斬波器來控制直流電壓，而將逆變器的控制角設(shè)定為允許的最小值不變，即可降低無功的消耗，而提高系統(tǒng)功率因數(shù)。 n 系統(tǒng)組成圖7-14 斬波控制串級調(diào)速系統(tǒng)原理圖 圖7-14繪出了斬波控制的串級調(diào)速系統(tǒng)斬波控制的串級調(diào)速系統(tǒng)原理圖，圖中CH

42、是直流斬波器，可用普通晶閘管或可關(guān)斷電力電子器件組成，后者可大大簡化斬波器電路。 系統(tǒng)中斬波器CH工作在開關(guān)狀態(tài)，其工作原理和功率因數(shù)如下分析。 1工作原理n當(dāng)它接通時，逆變器輸出的附加電動勢被短接（Eadd = 0）；n斷開時，輸出電動勢最大（ Eadd = Ui）。 設(shè)斬波器的開關(guān)周期為 T ，開關(guān)接通的時間為 ，則逆變器經(jīng)CH送出的平均電動勢為 iUTT 改變占空比（T- ）/ T 即可調(diào)節(jié)平均電動勢的大小，從而調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速。 附加電動勢的斬波波形 圖7-15為忽略交流電壓變化時附加電動勢的斬波波形。圖7-15 轉(zhuǎn)子斬波串級調(diào)速時的附加電動勢波形 OtEaddT 斬波控制串級調(diào)速

43、系統(tǒng)轉(zhuǎn)速方程 當(dāng)轉(zhuǎn)子回路整流器和逆變器都是橋式電路時，可得理想空載的電壓平衡方程式min2T0r0cos)1 (34. 234. 2UTEsmin0r2Tsyn0cos11EUTnn（7-30） n0 不同占空比時的理想空載轉(zhuǎn)速；nsyn異步電動機的同步轉(zhuǎn)速。式中 因此 2系統(tǒng)的功率因數(shù) 在斬波控制時，逆變角設(shè)定為 min ，則逆變器從電網(wǎng)吸收的無功功率可減到最小程度。圖7-16繪出了帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的斬波控制串級調(diào)速系統(tǒng)在不同轉(zhuǎn)差率下的功率因數(shù)。圖7-16 兩種串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)比較斬波控制串級調(diào)速系統(tǒng)常規(guī)串級調(diào)速系統(tǒng)*7.4.4 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 串級調(diào)速裝

44、置是指整個串級調(diào)速系統(tǒng)中除異步電動機以外為實現(xiàn)串級調(diào)速而附加的所有功率部件，包括轉(zhuǎn)子整流器、逆變器和逆變變壓器。從經(jīng)濟角度出發(fā)，必須正確合理地選擇這些附加設(shè)備的電壓和容量，以提高整個調(diào)速系統(tǒng)的性能價格比。n 整流器和逆變器容量 選擇主要依據(jù)其電流與電壓的定額。l電流定額決定于異步電動機轉(zhuǎn)子的額定電流和所拖動的負(fù)載 IrN；l電壓定額則決定于異步電動機轉(zhuǎn)子的額定相電壓（即轉(zhuǎn)子開路電動勢 Er0 ）和系統(tǒng)的調(diào)速范圍 D。這里， min0synnnD 其中， n0min 是調(diào)速系統(tǒng)的最低轉(zhuǎn)速，對應(yīng)于最大理想空載轉(zhuǎn)差率 s0max ，由式（7-7）可得)1 (max0synmin0snnDs11max

45、0（7-31） 調(diào)速范圍越大時， s0max也越大，整流器和逆變器所承受的電壓越高。n 逆變變壓器的容量 l逆變變壓器的二次側(cè)相電壓 )11 (15. 10r2TDEU（7-32） )11 (45. 3T220TDIEW（7-33） l逆變變壓器的容量計算返回目錄返回目錄7.5 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)機械特性的靜差率較大，所以開環(huán)控制系統(tǒng)只能用于對調(diào)速精度要求不高的場合。為了提高靜態(tài)調(diào)速精度，并獲得較好的動態(tài)特性，須采用閉環(huán)控制，和直流調(diào)速系統(tǒng)一樣，通常采用具有電流反饋與轉(zhuǎn)速反饋的雙閉環(huán)控制方式。7.5.1 雙閉環(huán)控制串級調(diào)速系統(tǒng)的組成雙閉環(huán)控制串級

46、調(diào)速系統(tǒng)的組成圖7-17 雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng) n 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)n 控制環(huán)節(jié)說明 圖7-17所示為雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng)原理圖。圖中，轉(zhuǎn)速反饋信號取自異步電動機軸上聯(lián)接的測速發(fā)電機，電流反饋信號取自逆變器交流側(cè)的電流互感器，也可通過霍爾變換器或直流互感器取自轉(zhuǎn)子直流回路。 為了防止逆變器逆變顛覆，在電流調(diào)節(jié)器ACR輸出電壓為零時，應(yīng)整定觸發(fā)脈沖輸出相位角為 = min 。 n 系統(tǒng)比較l圖717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)恒流的作用。l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。 在圖717所示的系統(tǒng)中，可控整流裝置、調(diào)節(jié)器以及反饋環(huán)節(jié)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖

47、均與直流調(diào)速系統(tǒng)中相同，本節(jié)不再贅述。 但是，在異步電動機轉(zhuǎn)子直流回路中，不少物理量都與轉(zhuǎn)差率有關(guān)，所以要單獨處理。*7.5.2 串級調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型串級調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型1轉(zhuǎn)子直流回路的傳遞函數(shù) 串級調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)子直流回路的動態(tài)電壓平衡方程dd0i0dddRIlILUsU(7-34)式中Ud0 = 2.34Er0 cosp當(dāng) s = 1 時轉(zhuǎn)子整流器輸出的空載電壓；Ui0 = 2.34UT2 cos 逆變器直流側(cè)的空載電壓； L 轉(zhuǎn)子直流回路總電感； L = 2LD0 + 2LT + LLLD0 折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的異步電機每相漏感； LT 折算到二次側(cè)的逆變變壓器每相漏感； LL 平波電

48、抗器電感； R 轉(zhuǎn)差率為時轉(zhuǎn)子直流回路等效電阻。LTDT0D2233RRRXsXR 轉(zhuǎn)子直流回路的傳遞函數(shù) 由上式可求得轉(zhuǎn)子直流回路的傳遞函數(shù)1)()(LrLr0i00d0ddsTKUsnnUUsI(7-36)RLTLrRK1Lr 轉(zhuǎn)子直流回路的時間常數(shù)； 轉(zhuǎn)子直流回路的放大系數(shù)。式中 轉(zhuǎn)子直流回路的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 圖7-18 轉(zhuǎn)子直流回路動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 將電力拖動系統(tǒng)的運動方程式：tnGDTTdd3752LetnGDIICdd375)(2LdM或?qū)懗墒街?IL 負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL 所對應(yīng)的等效直流電流。2異步電動機的傳遞函數(shù) 帶入異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩方程：dMdd0D0d0e)3(1ICIIXUT(7-

49、19) 可推得異步電動機在串級調(diào)速時的傳遞函數(shù)為： 串級調(diào)速時的傳遞函數(shù)sTCRsCCRGDCRsIsIsnMEME2ELd375/)()()(7-37)ME2M375CCRGDT式中 機電時間常數(shù)， TM 與 R 、CE 、CM 都有關(guān)系，所以也不是常數(shù)，而是 Id 和 n 的函數(shù)。3串級調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 圖7-19 雙閉環(huán)控制串級調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 *7.5.3 調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)計調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)計 雙閉環(huán)控制串級調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)校正一般主要按抗擾性能考慮，即應(yīng)使系統(tǒng)在負(fù)載擾動時有良好的動態(tài)響應(yīng)能力。在采用工程設(shè)計方法進行動態(tài)設(shè)計時，可以象直流調(diào)速系統(tǒng)那樣：n轉(zhuǎn)速環(huán)按典型II型系統(tǒng)設(shè)計。 n

50、電流環(huán)按典型I型系統(tǒng)設(shè)計； 問題和困難 但是串級調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子直流回路的時間常數(shù) TLr 及放大系數(shù) KLr 都是轉(zhuǎn)速的函數(shù)，而異步電動機的機電時間常數(shù) TM 又是轉(zhuǎn)速 n 和電流 Id 的函數(shù)，這就給調(diào)節(jié)器的設(shè)計帶來一定的困難。 解決辦法固定工作點求參數(shù) 具體設(shè)計時，可以先在確定的轉(zhuǎn)速 n 和負(fù)載電流 Id 的前提下，求出各傳遞函數(shù)中的參數(shù)，例如按照要求的最大轉(zhuǎn)差率 smax或平均轉(zhuǎn)差率 smax / 2 來確定轉(zhuǎn)速，按額定負(fù)載或常用的實際負(fù)載來選定電流，然后按定常系統(tǒng)進行設(shè)計。 如果用模擬控制系統(tǒng)實現(xiàn)，則當(dāng)實際轉(zhuǎn)速和/或電流改變時，系統(tǒng)的動態(tài)性能就要變壞。 如果采用微機數(shù)字控制，可以按照不

51、同的轉(zhuǎn)速和電流事先計算好參數(shù)的變化，用表格的方式存入微機，實時控制時可根據(jù)檢測得到的轉(zhuǎn)速和電流查表調(diào)用，就可以得到滿意的動態(tài)特性。 7.5.4 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 串級調(diào)速系統(tǒng)是依靠逆變器提供附加電動勢而工作的，為了使系統(tǒng)工作正常，對系統(tǒng)的起動與停車控制必須有合理的措施予以保證。總的原則總的原則是在起動時必須使逆變器先電機而接上電網(wǎng)，停車時則比電機后脫離電網(wǎng)，以防止逆變器交流側(cè)斷電，使晶閘管無法關(guān)斷，造成逆變器的短路事故。 串級調(diào)速系統(tǒng)的起動方式通常有間接起動和直接起動兩種。1. 間接起動 為了使串級調(diào)速裝置不受過電壓損壞，須采用間接起動方式，即將電動機轉(zhuǎn)子先接入電阻

52、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，才把串級調(diào)速裝置投入運行。 間接起動控制原理圖 圖720串級調(diào)速系統(tǒng)間接起動控制原理圖 間接起動操作順序（1）先合上裝置電源總開關(guān)S，使逆變器在 min 下等待工作。（2）然后依次接通接觸器K1，接入起動電阻R，再接通K0，把電機定子回路與電網(wǎng)接通，電動機便以轉(zhuǎn)子串電阻的方式起動。（3）待起動到所設(shè)計的nmin（smax）時接通K2，使電動機轉(zhuǎn)子接到串級調(diào)速裝置，同時斷開K1，切斷起動電阻，此后電動機就可以串級調(diào)速的方式繼續(xù)加速到所需的轉(zhuǎn)速運行。 停車操作順序 （1）由于沒有制動作用，應(yīng)先斷開K2，使電動機轉(zhuǎn)子回路與串級調(diào)速裝置脫離；

53、（2）再斷開K0，以防止當(dāng)K0斷開時在轉(zhuǎn)子側(cè)感生斷閘高電壓而損壞整流器與逆變器。 2直接起動 n直接起動又稱串級調(diào)速方式起動。在起動控制時讓逆變器先于電動機接通交流電網(wǎng)，然后使電動機的定子與交流電網(wǎng)接通，此時轉(zhuǎn)子呈開路狀態(tài)，可防止因電動機起動時的合閘過電壓通過轉(zhuǎn)子回路損壞整流裝置，最后再使轉(zhuǎn)子回路與整流器接通。 直接起動操作順序（1）接觸器的工作順序為 SK0K2，此時不需要起動電阻。當(dāng)轉(zhuǎn)子回路接通時，由于轉(zhuǎn)子整流電壓小于逆變電壓，直流回路無電流，電動機尚不能起動。（2）待發(fā)出給定信號后，隨著 的增大，逆變電壓降低，產(chǎn)生直流電流，電動機才逐漸加速，直至達到給定轉(zhuǎn)速。 返回目錄返回目錄*7.6 異步電機雙饋調(diào)速系統(tǒng)異步電機雙饋調(diào)速系統(tǒng)n概 述 上述的異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)是從定子側(cè)饋入電能、從轉(zhuǎn)子側(cè)饋出電能的系統(tǒng)，從廣義