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1、61 串级调速的原理与类型串级调速的原理与类型6.1.1 绕线转子异步电动机串级调速原理绕线转子异步电动机串级调速原理1 1深入体会：深入体会：绕线转子异步电动机转子回路串电阻的调速原理绕线转子异步电动机转子回路串电阻的调速原理 绕线转绕线转子异步子异步电动电动机机转转子回路串子回路串电电阻阻调调速速a)电电路路图图 b)机械特性机械特性 从电磁转矩从电磁转矩参数表达式看到的参数表达式看到的:串电阻调速（改变串电阻调速（改变r2）时）时，只要只要r2/s/s不变，则不变，则 T 不变；不变；r2 增大，必然使增大，必然使s增大，增大，才能才能在新的在新的s下使拖动系统在新的稳态下使拖动系统在新
2、的稳态运行。运行。第第6章章 绕线转子异步电动机的串级调速系统绕线转子异步电动机的串级调速系统串电阻调速时串电阻调速时转子回路电流的变化规律转子回路电流的变化规律 从物理表达式看到的：从物理表达式看到的：电磁转矩电磁转矩T只与转子回路中的有功只与转子回路中的有功电流电流 成正比成正比 拖动系统达到降低速度拖动系统达到降低速度后的新的平衡状态后的新的平衡状态 r2I2TTnsT回到原值与负回到原值与负载转矩平衡载转矩平衡频率折算频率折算转子回路串电阻调速的物理本质：转子回路串电阻调速的物理本质：改变转子回路的电流来改变转矩，实现调速。改变转子回路的电流来改变转矩，实现调速。思考：还有什么方法能直
3、思考：还有什么方法能直接改变转子电流的大小接改变转子电流的大小绕线式异步电机转子回路串附加电动势绕线式异步电机转子回路串附加电动势2 2串级调速原理串级调速原理转子回路中串入附加电势转子回路中串入附加电势 来改变转子回路电流来改变转子回路电流，改变电机的转矩，从而实现调速，改变电机的转矩，从而实现调速。TnsI2T升回原值，降速过程结束升回原值，降速过程结束 I2TI2TTI2回落回落s减小到零减小到零 I2T仍比原有的大仍比原有的大 电机冲过同步电机冲过同步转速点转速点s0的次同步速区域运行时，的次同步速区域运行时，超同步速系统的次同步速制动运行状态超同步速系统的次同步速制动运行状态 3.3
4、.从物理概念看工作原理从物理概念看工作原理 定子旋转磁势相对于转子是正转定子旋转磁势相对于转子是正转与与 同向，则产生正转矩同向，则产生正转矩与与 反向，则产生制动转矩反向，则产生制动转矩次同步速系统的正常电动运行状态次同步速系统的正常电动运行状态 若若1VR整流整流 1VR有源逆变有源逆变，反向，反向，T 反向，电动反向，电动 制动，制动，象限象限 象限象限 3）在）在S0s0的运行状态进入的运行状态进入s0s0的运行状态的运行状态 a）当电机在的次同步速运行时，若使）当电机在的次同步速运行时，若使1VR转入有源逆变，转入有源逆变，电动机将进入第电动机将进入第象限制动运行，转速反而下降象限制
5、动运行，转速反而下降。b）当当电动电动机的机的转转速在理想空速在理想空载载同步同步转转速速n0附近附近时时，的频率很低，的频率很低，幅值很小，它不足以使有源逆变桥实现可靠的换流幅值很小，它不足以使有源逆变桥实现可靠的换流 原因：原因：在理想空载同步转速在理想空载同步转速n0上下的一段转速区域将是图示的串调系统所无法进入的区域。上下的一段转速区域将是图示的串调系统所无法进入的区域。6.3.2超同步速串调系统的控制原理及能量传递超同步速串调系统的控制原理及能量传递1控制原理控制原理调节调节 或或 均可改均可改变变s，实现实现超同步速超同步速系统系统的的调调速运行。速运行。一般是固定其中一个，一般是
6、固定其中一个，调节调节另一个另一个：固定固定固定固定为了充分利用逆变变压器及提高功率因数，固定为了充分利用逆变变压器及提高功率因数，固定 调节调节 较为有利较为有利正常运行时，为使电流不太大，必有正常运行时，为使电流不太大，必有 ，得：，得：把超同步速串调系统与次同把超同步速串调系统与次同步速串调系统在不同区域工作步速串调系统在不同区域工作的的能量传递简图能量传递简图按其工作区域按其工作区域都画在同一坐标平面内如图：都画在同一坐标平面内如图：2能量传递关系能量传递关系1 1）能量传递简图）能量传递简图2 2）超同步速串调系统电动时）超同步速串调系统电动时 的输出功率讨论的输出功率讨论在输出最大
7、转矩保持不变的情况下，若使异步电动机超同步速运行，可使电机在输出最大转矩保持不变的情况下，若使异步电动机超同步速运行，可使电机的输出功率大于电机的额定功率。这是超同步速串级调速系统的最大优点。的输出功率大于电机的额定功率。这是超同步速串级调速系统的最大优点。定子侧输入功率定子侧输入功率 P，最大为，最大为PN转子侧输入功率转子侧输入功率 Ps,最大为最大为PN(S=-1时时)两者之和送给负载，最大为两者之和送给负载，最大为2PN 这类电机调速系统又称这类电机调速系统又称“双馈调速系统双馈调速系统”超过电机额定功率部份的功率是从转子回路输入的超过电机额定功率部份的功率是从转子回路输入的 3 3）
8、超同步速串调系统的优点）超同步速串调系统的优点6.3.3 双馈同步调速系统双馈同步调速系统 若若1VR由有源逆变桥改为无源逆变桥，则由有源逆变桥改为无源逆变桥，则功率变换器是一台输出频率可由指令信号（给功率变换器是一台输出频率可由指令信号（给定信号）控制的他控式交定信号）控制的他控式交-直直-交（或交交）变交（或交交）变频器频器。定子电源的频率定子电源的频率f1，同步转速同步转速 n1，正向旋转。，正向旋转。转子输入经变频器变换后的电压、电流频率为转子输入经变频器变换后的电压、电流频率为 f2，所产生的旋转磁场相对转子的转速为所产生的旋转磁场相对转子的转速为n2。1.构成构成2.工作原理工作原
9、理定义转向正向为逆时针方向定义转向正向为逆时针方向，即转子通入一个直流时，即转子通入一个直流时，控制量控制量f2f2固定不变时，固定不变时，其机械特性是一条与同步电动机相同的水平直线。其机械特性是一条与同步电动机相同的水平直线。这类电动机在结构形式上是异步电动机，但实际上却是在定、转子同时通不这类电动机在结构形式上是异步电动机，但实际上却是在定、转子同时通不同频率交流电的按同步电动机方式运行的同步电动机。也存在与同步电动机完全同频率交流电的按同步电动机方式运行的同步电动机。也存在与同步电动机完全一样的问题，如转子的振荡、失步现象等一样的问题，如转子的振荡、失步现象等。n2为负时为负时（站在转子
10、上看为逆时针）（站在转子上看为逆时针）,n2为正时为正时（站在转子上看为逆时针）（站在转子上看为逆时针）,，转子输出有功功率，转子输出有功功率，转子输入有功功率，转子输入有功功率3.称之为称之为“双馈同步（特性）调速系统双馈同步（特性）调速系统”4.超同步串级调速系统称之为超同步串级调速系统称之为“双馈异步（特性）调速系统双馈异步（特性）调速系统”表现的特性是典型的异步机的特性，表现的特性是典型的异步机的特性，5.采用交采用交-交变频器的双馈调速系统（异步、同步）交变频器的双馈调速系统（异步、同步）双馈异步调速系统双馈异步调速系统在同步转速上下的区在同步转速上下的区域无法正常工作，而域无法正常
11、工作，而双馈同步调速系统会双馈同步调速系统会因失步导致系统抗冲因失步导致系统抗冲击性负载的能力差。击性负载的能力差。若在同步转速附近采若在同步转速附近采用无源逆变的双馈同用无源逆变的双馈同步调速，在其它区域步调速，在其它区域采用有源逆变的双馈采用有源逆变的双馈异步调速将是一种较异步调速将是一种较好的方案。好的方案。6.双馈调速系统的主要优点：双馈调速系统的主要优点：可在可在、象限的任意转速下实现电动、制动，提高系统的动态响应性能。象限的任意转速下实现电动、制动，提高系统的动态响应性能。输出功率可大于电动机的额定功率，在超同步速区域中仍保持恒转矩特性。输出功率可大于电动机的额定功率，在超同步速区域中仍保持恒转矩特性。若选用合适的减速比，把所要求调速区域的中间转速配成系统的同步转速，若选用合适的减速比，把所要求调速区域的中间转速配成系统的同步转速，使下一半区域为次同步速串调，在上一半区域为超同步串调，则在不改变调速范使下一半区域为次同步速串调，在上一半区域为超同步串调，则在不改变调速范围的情况下，使装置的容量是只采用次同步速串调装置容量的一半。围的情况下，使装置的容量是只采用次同步速串调装置容量的一半。交交变频电路很容交交变频电路很容易实现他控式变频与易实现他控式变频与有源逆变之间的转换有源逆变之间的转换