交流異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法7-7

第七章交流異步電動(dòng)機(jī)的其它調(diào)速方法第二節(jié)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)

——轉(zhuǎn)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(shí)的機(jī)械特性串級調(diào)速系統(tǒng)性能的討論第二節(jié)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)

——轉(zhuǎn)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(dòng)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(gè)附加的直流電動(dòng)勢，控制此直流附加電動(dòng)勢的幅值，就可以調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)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(shí)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(dòng)勢的技術(shù)要求

首先，它應(yīng)該是可平滑調(diào)節(jié)的，以滿足對電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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(dòng)勢的裝置能夠吸收從異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)傳遞來的轉(zhuǎn)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(diǎn)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(dòng)勢的電源。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(dòng)狀態(tài)運(yùn)行的串級調(diào)速系統(tǒng)如下圖所示，習(xí)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(jī)轉(zhuǎn)子相電動(dòng)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(jī)調(diào)速所需的附加直流電動(dòng)勢；可將轉(zhuǎn)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(dòng)起動(dòng)條件對串級調(diào)速系統(tǒng)而言，起動(dòng)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。7.2.1串級調(diào)速原理及基本類型

起動(dòng)控制控制逆變角

，使在起動(dòng)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(dòng)機(jī)就可在一定的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩下加速起動(dòng)。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(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)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(dòng)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。7.2.1串級調(diào)速原理及基本類型結(jié)論串級調(diào)速系統(tǒng)能夠靠調(diào)節(jié)逆變角

實(shí)現(xiàn)平滑無級調(diào)速。系統(tǒng)能把異步電動(dòng)機(jī)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。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(shí)的機(jī)械特性內(nèi)容提要異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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(jī)械特性7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)械特性

異步電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于轉(zhuǎn)子整流器的供電電源。如果把電動(dòng)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(shí)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：一.異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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(shí)的機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢的幅值與頻率都是變化的，隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變而變化。（2）異步電動(dòng)機(jī)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的漏抗值XD也與轉(zhuǎn)子頻率或轉(zhuǎn)差率有關(guān)。（3）由于異步電動(dòng)機(jī)折算到轉(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(shí)會引起整流器件的強(qiáng)迫延遲換相現(xiàn)象。

整流電路的不同點(diǎn)

7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)械特性1.轉(zhuǎn)子整流電路轉(zhuǎn)子整流電路

7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)械特性2.電路分析假設(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(dòng)機(jī)勵(lì)磁阻抗的影響。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)械特性

換相重疊現(xiàn)象

設(shè)電動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)差率下穩(wěn)定運(yùn)行，轉(zhuǎn)子三相的感應(yīng)電動(dòng)勢為era、erb、erc。當(dāng)各整流器件依次導(dǎo)通時(shí)，必有器件間的換相過程，這時(shí)處于換相中的兩相電動(dòng)勢同時(shí)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(shí)的機(jī)械特性

根據(jù)“電力電子技術(shù)”中的內(nèi)容，換相重疊角為

換相重疊角其中XD0—

s=1時(shí)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子每相漏抗。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)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(dāng)Id較小，

在0°~60°之間時(shí)，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(diǎn)處換流，整流波形正常。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)械特性當(dāng)電流Id增大到計(jì)算出來的

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

p。由此可見，串級調(diào)速時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)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(shí)的機(jī)械特性

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(shí)，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(shí)，由于強(qiáng)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)。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)械特性

轉(zhuǎn)子整流電路的工作狀態(tài)（續(xù)）

（3）當(dāng)

=30°時(shí)，整流電路中會出現(xiàn)4個(gè)器件同時(shí)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(shí)的機(jī)械特性

轉(zhuǎn)子整流電流與

、

p間的函數(shù)關(guān)系

轉(zhuǎn)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(shí)的機(jī)械特性

串級調(diào)速時(shí)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(shí)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(shí)轉(zhuǎn)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(shí)的機(jī)械特性第一工作區(qū)7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)械特性電流：電壓：

串級調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)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(shí)的機(jī)械特性電流：電壓：

串級調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)械特性2.第一工作區(qū)調(diào)速特性電壓平衡方程轉(zhuǎn)子整流電路的輸出電壓為逆變器直流側(cè)電壓7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)械特性由上三式，

將s=(n0–n)/n0代入上式，得到串級調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)速特性7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)械特性分析UdRΣCE7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)械特性討論：改變β的值就可以改變U的值，相當(dāng)于改變了它勵(lì)直流電機(jī)的端電壓。相當(dāng)于直流電機(jī)的電樞電阻，只不過這個(gè)值有點(diǎn)大，特性較軟。隨Id的增加，CE值變小，相當(dāng)于去磁效應(yīng)強(qiáng)烈。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)械特性兩種轉(zhuǎn)速特性的比較在第一工作區(qū)，異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)與它勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)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(dòng)機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)中，它是通過改變第二項(xiàng)中的控制角β來實(shí)現(xiàn)的。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)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(dāng)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(yīng)更強(qiáng)。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)械特性三.串級調(diào)速的機(jī)械特性機(jī)械特性：電磁轉(zhuǎn)矩7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)械特性1.第一工作區(qū)電磁轉(zhuǎn)矩轉(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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)械特性電磁轉(zhuǎn)矩可見，CM和CE的關(guān)系與直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)中Cm和Ce的關(guān)系完全一致。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)械特性1.第一工作區(qū)電磁轉(zhuǎn)矩（續(xù)）可見，CM和CE的關(guān)系與直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)中Cm和Ce的關(guān)系完全一致。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)械特性2.第二工作區(qū)電磁轉(zhuǎn)矩3.串級調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性第一工作區(qū)機(jī)械特性7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)械特性電磁轉(zhuǎn)矩電流S和Te的關(guān)系式近似為一直線。7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)械特性由上兩式,得第一工作區(qū)機(jī)械特性：第一工作區(qū)機(jī)械特性理論最大轉(zhuǎn)矩：Id的實(shí)際最大值：代入實(shí)際最大轉(zhuǎn)矩：7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)械特性第一工作區(qū)機(jī)械特性第二工作區(qū)的機(jī)械特性方程式

轉(zhuǎn)矩：電流：機(jī)械特性方程式：7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)械特性討論：αp=150時(shí)，有最大轉(zhuǎn)矩：對應(yīng)的電流：7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)工作時(shí)的機(jī)械特性第二工作區(qū)的機(jī)械特性方程式