交流異步電動機的調(diào)速方法7-7

第七章交流異步電動機的其它調(diào)速方法第二節(jié)繞線轉子異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)

——轉差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)引言串級調(diào)速原理及基本類型串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性串級調(diào)速系統(tǒng)性能的討論第二節(jié)繞線轉子異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)

——轉差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)基本思路

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)異步電動機的轉速。這樣，就把交流變壓變頻這一復雜問題，轉化為與頻率無關的直流變壓問題，對問題的分析與工程實現(xiàn)都方便多了。四.電氣串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理

7.2.1串級調(diào)速原理及基本類型

對直流附加電動勢的技術要求

首先，它應該是可平滑調(diào)節(jié)的，以滿足對電動機轉速平滑調(diào)節(jié)的要求；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子側傳遞來的轉差功率并加以利用。

7.2.1串級調(diào)速原理及基本類型

系統(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。按照上述原理組成的異步電機在低于同步轉速下作電動狀態(tài)運行的串級調(diào)速系統(tǒng)如下圖所示，習慣上稱之為電氣串級調(diào)速系統(tǒng)。7.2.1串級調(diào)速原理及基本類型

電氣串級調(diào)速系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)組成7.2.1串級調(diào)速原理及基本類型

功率變換單元UR—三相不可控整流裝置，將異步電機轉子相電動勢sEr0

整流為直流電壓Ud

。UI—三相可控整流裝置，工作在有源逆變狀態(tài)：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；可將轉差功率變換成交流功率，回饋到交流電網(wǎng)。7.2.1串級調(diào)速原理及基本類型

調(diào)速原理（1）起動起動條件對串級調(diào)速系統(tǒng)而言，起動應有足夠大的轉子電流Ir

或足夠大的整流后直流電流Id

，為此，轉子整流電壓Ud

與逆變電壓Ui

間應有較大的差值。7.2.1串級調(diào)速原理及基本類型

起動控制控制逆變角

，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)轉矩下加速起動。隨著轉速的增高，相應地增大

角以減小值Ui

，從而維持加速過程中動態(tài)轉矩基本恒定。7.2.1串級調(diào)速原理及基本類型調(diào)速原理（續(xù)）（2）調(diào)速調(diào)速原理：通過改變

角的大小調(diào)節(jié)電動機的轉速。調(diào)速過程：7.2.1串級調(diào)速原理及基本類型

UiId

sE20n

Tm

Id=IL

Id

調(diào)速原理（續(xù)）（3）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，并依靠負載阻轉矩的作用自由停車。7.2.1串級調(diào)速原理及基本類型結論串級調(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。系統(tǒng)能把異步電動機的轉差功率回饋給交流電網(wǎng)，從而使扣除裝置損耗后的轉差功率得到有效利用，大大提高了調(diào)速系統(tǒng)的效率。7.2.1串級調(diào)速原理及基本類型7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性內(nèi)容提要異步電動機轉子整流電路的工作狀態(tài)串級調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速特性串級調(diào)速系統(tǒng)的機械特性7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性

異步電動機相當于轉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，則轉子繞組相當于二次側，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中分析整流電路的一些結論來研究串級調(diào)速時的轉子整流電路。但是，兩者之間還存在著一些顯著的差異，主要是：一.異步電動機轉子整流電路的工作狀態(tài)7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性（1）一般整流變壓器輸入輸出的頻率是一樣的，而異步電動機轉子繞組感應電動勢的幅值與頻率都是變化的，隨電機轉速的改變而變化。（2）異步電動機折算到轉子側的漏抗值XD也與轉子頻率或轉差率有關。（3）由于異步電動機折算到轉子側的漏抗值較大，所以出現(xiàn)的換相重疊現(xiàn)象比一般整流電路嚴重，從而在負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

7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性1.轉子整流電路轉子整流電路

7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性2.電路分析假設條件（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。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性

換相重疊現(xiàn)象

設電動機在某一轉差率下穩(wěn)定運行，轉子三相的感應電動勢為era、erb、erc。當各整流器件依次導通時，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。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性

根據(jù)“電力電子技術”中的內(nèi)容，換相重疊角為

換相重疊角其中XD0—

s=1時折算到轉子側的電動機定子和轉子每相漏抗。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性

由上式可知，換相重疊角隨著整流電流Id的增大而增加。當Id較小，

在0°~60°之間時，整流電路中各整流器件都在對應相電壓波形的自然換相點處換流，整流波形正常。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性當電流Id增大到計算出來的

角大于60°時，器件在自然換相點處未能結束換流，從而迫使本該在自然換相點換流的器件推遲換流，出現(xiàn)了強迫延遲換相現(xiàn)象，所延遲的角度稱作強迫延時換相角

p。由此可見，串級調(diào)速時的異步電動機轉子整流電路有兩種正常工作狀態(tài)。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性

轉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角相當于整流器件的控制角，這一狀態(tài)稱作第二工作區(qū)。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性

轉子整流電路的工作狀態(tài)（續(xù)）

（3）當

=30°時，整流電路中會出現(xiàn)4個器件同時導通，形成共陽極組和共陰極組器件雙換流的重疊現(xiàn)象，此后

p保持為30°，而

角繼續(xù)增大，整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)。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性

轉子整流電流與

、

p間的函數(shù)關系

轉子整流電路的

=f(Id)，

p=f(Id)Id1-27.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性

串級調(diào)速時轉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分析式來表示串級調(diào)速時轉子整流電路的電流和電壓。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性第一工作區(qū)7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性電流：電壓：

串級調(diào)速時轉子整流電路的電流和電壓

第二工作區(qū)7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性電流：電壓：

串級調(diào)速時轉子整流電路的電流和電壓

二.串級調(diào)速的調(diào)速特性a）主電路b）等效電路

1.電路結構7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性2.第一工作區(qū)調(diào)速特性電壓平衡方程轉子整流電路的輸出電壓為逆變器直流側電壓7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性由上三式，

將s=(n0–n)/n0代入上式，得到串級調(diào)速時的轉速特性7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性分析UdRΣCE7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性討論：改變β的值就可以改變U的值，相當于改變了它勵直流電機的端電壓。相當于直流電機的電樞電阻，只不過這個值有點大，特性較軟。隨Id的增加，CE值變小，相當于去磁效應強烈。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性兩種轉速特性的比較在第一工作區(qū)，異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)與它勵直流電動機的轉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。在直流調(diào)速系統(tǒng)中，須直接改變電壓Ud；而在異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)中，它是通過改變第二項中的控制角β來實現(xiàn)的。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性3.第二工作區(qū)調(diào)速特性在同一逆變角

下的電壓更小，相當于n0也發(fā)生變化，因而在第二工作區(qū)的調(diào)速特性更軟。隨Id的增加，

p

增加，去磁效應更強。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性三.串級調(diào)速的機械特性機械特性：電磁轉矩7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性1.第一工作區(qū)電磁轉矩轉差功率

可以從轉子整流電路的功率傳遞關系入手，暫且忽略轉子銅耗，則轉子整流器的輸出功率就是電動機的轉差功率7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性電磁轉矩可見，CM和CE的關系與直流他勵電動機中Cm和Ce的關系完全一致。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性1.第一工作區(qū)電磁轉矩（續(xù)）可見，CM和CE的關系與直流他勵電動機中Cm和Ce的關系完全一致。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性2.第二工作區(qū)電磁轉矩3.串級調(diào)速系統(tǒng)的機械特性第一工作區(qū)機械特性7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性電磁轉矩電流S和Te的關系式近似為一直線。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性由上兩式,得第一工作區(qū)機械特性：第一工作區(qū)機械特性理論最大轉矩：Id的實際最大值：代入實際最大轉矩：7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性第一工作區(qū)機械特性第二工作區(qū)的機械特性方程式

轉矩：電流：機械特性方程式：7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性討論：αp=150時，有最大轉矩：對應的電流：7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時的機械特性第二工作區(qū)的機械特性方程式