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1、电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统1第第 7 7 章章绕线转子异步电机双馈绕线转子异步电机双馈调速系统调速系统转差功率馈送型调速系统转差功率馈送型调速系统电力拖动自动控制系统1电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统2l学习要点：学习要点：1.1.串串级级调调速速原原理理与与基基本本类类型型：异异步步电电动动机机转转子子附附加加电电势势时时的的工工作作，附附加电动势的获得与电气串级调速。加电动势的获得与电气串级调速。2 2五种工况五种工况重点、难点：重点、难点：异步电动机转子附加电势的作用异步电动机转子附加电势的作用。2电力
2、拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统3 7.0 引言 l转差功率问题转差功率问题 而如何处理转差功率在很大程度而如何处理转差功率在很大程度上影响着电动机调速系统的效率。上影响着电动机调速系统的效率。如第如第5 5章所述，交流调速系统按章所述，交流调速系统按转差功率的处理方式可分为三种类型转差功率的处理方式可分为三种类型。3电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统4l 交流调速系统按转差功率的分交流调速系统按转差功率的分类类 （1 1）转差功率消耗型）转差功率消耗型异步电机采用调压异步电机采用调压控制等调速方式，转速越低时，转差功率
3、的控制等调速方式，转速越低时，转差功率的消耗越大，效率越低；结构简单，设备成本消耗越大，效率越低；结构简单，设备成本最低。最低。（2 2）转差功率不变型）转差功率不变型变频调速方法转差变频调速方法转差功率很小，而且不随转速变化，效率较高；功率很小，而且不随转速变化，效率较高；配备与电动机容量相当的变压变频器，设备配备与电动机容量相当的变压变频器，设备成本最高。成本最高。4电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统5l 交流调速系统按转差功率的交流调速系统按转差功率的分类（续）分类（续）（3 3）转差功率馈送型）转差功率馈送型控制绕线转控制绕线转子异步电动机的转子电
4、压，利用其转子异步电动机的转子电压，利用其转差功率并达到调节转速的目的，这种差功率并达到调节转速的目的，这种调节方式具有良好的调速性能和效率；调节方式具有良好的调速性能和效率；但要增加一些设备。但要增加一些设备。5电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统67.1 7.1 异步电机双馈调速异步电机双馈调速工作原理工作原理 本节提要本节提要l概述概述l异步电机转子附加电动势的作用异步电机转子附加电动势的作用l异步电机双馈调速的五种工况异步电机双馈调速的五种工况6电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统7l转差功率的利用转差功率的利用
5、异步电动机，必然有转差功率，要异步电动机，必然有转差功率，要提高调速系统的效率，除了尽量减小转提高调速系统的效率，除了尽量减小转差功率外，还可以考虑如何去利用它。差功率外，还可以考虑如何去利用它。但要利用转差功率，就必须使异步但要利用转差功率，就必须使异步电动机的转子绕组有与外界实现电气联电动机的转子绕组有与外界实现电气联接的条件，显然笼型电动机难以胜任，接的条件，显然笼型电动机难以胜任，只有只有绕线转子电动机绕线转子电动机才能做到。才能做到。7.1.0 概述概述7电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统8l绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机 PsP1 绕线转
6、子异步电绕线转子异步电动机结构如图所示，动机结构如图所示，从广义上讲，定子功从广义上讲，定子功率和转差功率可以分率和转差功率可以分别别向定子和转子馈入向定子和转子馈入，也可以也可以从定子或转子从定子或转子输出输出，故称作双馈电，故称作双馈电机机。8电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统9l双馈调速的概念双馈调速的概念 所谓所谓“双馈双馈”，就是指把绕线转，就是指把绕线转子异步电机的定子绕组与交流电网连子异步电机的定子绕组与交流电网连接，转子绕组与其他含电动势的电路接，转子绕组与其他含电动势的电路相连接，使它们可以进行电功率的相相连接，使它们可以进行电功率的相互
7、传递。互传递。电功率是馈入定子绕组和电功率是馈入定子绕组和/或转子或转子绕组，还是由定子绕组和绕组，还是由定子绕组和/或转子绕组或转子绕组馈出，则要视电机的工况而定馈出，则要视电机的工况而定。9电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统10l 双馈调速的基本结构双馈调速的基本结构功率变换单元功率变换单元电网K1M3 K2TI转子侧也要与交流电网转子侧也要与交流电网或外接电动势相连，从或外接电动势相连，从电路拓扑结构上看，可电路拓扑结构上看，可认为是在转子绕组回路认为是在转子绕组回路中附加一个交流电动势。中附加一个交流电动势。10电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制
8、系统电力传动控制系统电力传动控制系统11l 功率变换单元功率变换单元 由于转子电动势与电流的频率随由于转子电动势与电流的频率随转速变化，即转速变化，即f f2 2=sf sf1 1，因此必须通过功，因此必须通过功率变换单元（率变换单元（Power Converter UnitPower Converter UnitCUCU）对不同频率的电功率进行电能变对不同频率的电功率进行电能变换。换。对于双馈系统来说，对于双馈系统来说，CUCU应该由应该由双向双向变频器变频器构成，以实现功率的双向传递构成，以实现功率的双向传递。11电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统12
9、l 双馈调速的功率传输双馈调速的功率传输（1 1）转差功率输出状态）转差功率输出状态 异步电动机由电网供电并以电动状态运异步电动机由电网供电并以电动状态运行时，它从电网输入（馈入）电功率，而在行时，它从电网输入（馈入）电功率，而在其轴上输出机械功率给负载，以拖动负载运其轴上输出机械功率给负载，以拖动负载运行行 CUP1PsM3 Pmech12电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统13（2 2）转差功率输入状态）转差功率输入状态 当电机以发电状态运行时，它被当电机以发电状态运行时，它被拖着运转，从轴上输入机械功率，经拖着运转，从轴上输入机械功率，经机电能量变换后
10、以电功率的形式从定机电能量变换后以电功率的形式从定子侧输出（馈出）到电网。子侧输出（馈出）到电网。PsP1M3 CUPmech13电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统147.1.1 7.1.1 异步电机转子附加电动势异步电机转子附加电动势的作用的作用l异步电机运行时其转子相电动势为异步电机运行时其转子相电动势为 式中式中 s s 异步电机的转差率；异步电机的转差率；E Er0 r0 绕线转子异步电机在转子不绕线转子异步电机在转子不动时的相电动势，或称动时的相电动势，或称转子开路电动转子开路电动势势，也就是，也就是转子额定相电压值转子额定相电压值。(7-1)1
11、4电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统15l转子相电流转子相电流(见图见图5-3)5-3)的表达式为的表达式为式中式中R Rr r 转子绕组每相电阻；转子绕组每相电阻；X Xr0r0 s=s=1 1时的转子绕组每相漏抗。时的转子绕组每相漏抗。(7-2)15电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统16n 转子附加电动势 图图7-1 绕线转子异步电动机转子附加电动势的原理图绕线转子异步电动机转子附加电动势的原理图附加电动势与转附加电动势与转子电动势有相同子电动势有相同的频率，可同相的频率，可同相或反相串接。或反相串接。引入可控的交
12、引入可控的交流附加电动势流附加电动势16电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统17l有附加电动势时的转子相电流：有附加电动势时的转子相电流：如图如图7-17-1所示，绕线转子异步电动机所示，绕线转子异步电动机在外接附加电动势时，转子回路的相在外接附加电动势时，转子回路的相电流表达式电流表达式(7-3)17电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统18n 转子附加电动势的作用转子附加电动势的作用1.1.E Er r 与与 E Eaddadd 同相同相l当当 E Eaddadd 使得使得这里这里 转速上升转速上升；18电力拖动自动控制
13、系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统19转子附加电动势的作用（续）转子附加电动势的作用（续）l当当 E Eaddadd 使得使得这里这里转速下降转速下降；19电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统20转子附加电动势的作用（续）转子附加电动势的作用（续）2.2.E Er r 与与 E Eaddadd反相反相 同理可知，若串入反相的附加电动同理可知，若串入反相的附加电动势，则可使电动机的转速降低。势，则可使电动机的转速降低。所以，所以，在绕线转子异步电动机的转在绕线转子异步电动机的转子侧引入一个可控的附加电动势，就子侧引入一个可控的附加电动势，
14、就可调节电动机的转速可调节电动机的转速。20电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统217.1.2 7.1.2 异步电机双馈调速的五种异步电机双馈调速的五种工况工况(自学）自学）本节摘要本节摘要l电机在次同步转速下作电动运行电机在次同步转速下作电动运行l电机在反转时作倒拉制动运行电机在反转时作倒拉制动运行l电机在超同步转速下作回馈制动运行电机在超同步转速下作回馈制动运行l电机在超同步转速下作电动运行电机在超同步转速下作电动运行l电机在次同步转速下作回馈制动运行电机在次同步转速下作回馈制动运行21电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制
15、系统22n 异步电机的功率关系异步电机的功率关系 忽略机械损耗和杂散损耗时，异步电忽略机械损耗和杂散损耗时，异步电机在任何工况下的功率关系都可写作机在任何工况下的功率关系都可写作 （7-4）式中式中 P Pm m 从电机定子传入转子（或由转从电机定子传入转子（或由转子传出给定子）的电磁功率；子传出给定子）的电磁功率；sPsPm m 输入或输出转子电路的功率，即输入或输出转子电路的功率，即转差功率转差功率；(1-(1-s s)P Pm m 电机轴上输出或输入的功率电机轴上输出或输入的功率。22电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统23 从功率传送的角度看，可以认
16、为是用控制异步电动机转子中转差功率的大小和流向来实现对电动机转速的调节。由于转子侧串入附加电动势极性和大小由于转子侧串入附加电动势极性和大小的不同，的不同，s s 和和 P Pm m 都可正可负，因而可以都可正可负，因而可以有以下五种不同的工作情况。有以下五种不同的工作情况。23电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统241.1.电机在次同步转速下作电电机在次同步转速下作电动运行动运行l工作条件：工作条件：转子侧每相加上附加电动势转子侧每相加上附加电动势-E Eaddadd（E Eaddadd E Er0r0）l运行工况：运行工况：电机作电动运行，转差率为电机作
17、电动运行，转差率为 0 0 s s 1|E Er0r0，则电机将反转。，则电机将反转。26电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统27l运行工况运行工况 电机进入倒拉制动运行状态，转差电机进入倒拉制动运行状态，转差率率 s s 1 1，此时由电网输入电机定子的此时由电网输入电机定子的功率和由负载输入电机轴的功率两部功率和由负载输入电机轴的功率两部分合成转差功率，并从转子侧馈送给分合成转差功率，并从转子侧馈送给电网。式（电网。式（7-47-4）可改写作）可改写作 27电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统28l 功率流程功率流程2
18、8电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统293.电机在超同步转速下作回馈制动电机在超同步转速下作回馈制动运行运行l工作条件工作条件 进入这种运行状态的进入这种运行状态的必要条件是有位能必要条件是有位能性机械外力作用在电机轴上性机械外力作用在电机轴上，并使电机，并使电机能在超过其同步转速能在超过其同步转速n n1 1的情况下运行。的情况下运行。此时，如果处于发电状态运行的电机转此时，如果处于发电状态运行的电机转子回路再串入一个附加电动势子回路再串入一个附加电动势 +E Eaddadd ，电电机将在比未串入机将在比未串入 +E Eaddadd 时的转速更高的状时的
19、转速更高的状态下作回馈制动运行。态下作回馈制动运行。29电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统30l运行工况运行工况 电机处在发电状态工作电机处在发电状态工作，s s 00，电机，电机功率由负载通过电机轴输入，经过机功率由负载通过电机轴输入，经过机电能量变换分别从电机定子侧与转子电能量变换分别从电机定子侧与转子侧馈送至电网。此时式（侧馈送至电网。此时式（7-47-4）可改写）可改写成成 30电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统31l 功率流程功率流程31电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统
20、324.4.电机在超同步转速下作电动运行电机在超同步转速下作电动运行l工作条件工作条件 设电机原已在设电机原已在 0 0 s s 1 1 作电动运行，作电动运行，转子侧串入了附加电动势转子侧串入了附加电动势+E Eaddadd，轴上拖轴上拖动动恒转矩的反抗性负载恒转矩的反抗性负载。当接近额定转速时，如继续当接近额定转速时，如继续加大加大+E Eaddadd电机将加速到的新的稳态下工作，即电机电机将加速到的新的稳态下工作，即电机在在超过其同步转速下稳定运行超过其同步转速下稳定运行。32电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统33l运行工况运行工况 电机的轴上输出功
21、率由定子侧与转子侧两电机的轴上输出功率由定子侧与转子侧两部分输入功率合成，电机处于定、转子双部分输入功率合成，电机处于定、转子双输入状态，其输出功率超过额定功率，此输入状态，其输出功率超过额定功率，此时时s s为负值，式（为负值，式（7-47-4）改写成）改写成33电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统34l 功率流程34电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统355.5.电机在次同步转速下作回电机在次同步转速下作回馈制动运行馈制动运行工作条件工作条件 很多工作机械为了提高其生产率，希望很多工作机械为了提高其生产率，希望电力拖动
22、装置能缩短减速和停车的时间，电力拖动装置能缩短减速和停车的时间，因此必须使运行在低于同步转速电动状态因此必须使运行在低于同步转速电动状态的电机切换到制动状态下工作。的电机切换到制动状态下工作。35电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统36l 运行工况运行工况 设电机原在低于同步转速下作电动运设电机原在低于同步转速下作电动运行，其转子侧已加入一定的行，其转子侧已加入一定的 -E Eaddadd ，并使并使|-|-E Eaddadd|大于制动初瞬的大于制动初瞬的sEsEr0 r0，电机定子侧电机定子侧输出功率给电网，电机成为发电机处于制输出功率给电网，电机成为发电
23、机处于制动状态工作，并产生制动转矩以加快减速动状态工作，并产生制动转矩以加快减速停车过程。停车过程。电机的功率关系为电机的功率关系为 36电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统37l 功率流程功率流程37电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统38l五种工况小五种工况小结结图图7-3 异步电机异步电机在转子附加电在转子附加电动势时的工况动势时的工况及其功率流程及其功率流程 五种工况都是异步五种工况都是异步电机转子加入附加电动电机转子加入附加电动势时的运行状态。势时的运行状态。在工况在工况a,b,ca,b,c中，转子中，转子侧都输
24、出功率，可把转侧都输出功率，可把转子的交流电功率先变换子的交流电功率先变换成直流，然后再变换成成直流，然后再变换成与电网具有相同电压与与电网具有相同电压与频率的交流电功率。频率的交流电功率。38电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统39a a）转子输出功率的工况转子输出功率的工况TICU2CU1sEr0M3图图7-4a 异步电机转子侧连接的功率变换单元异步电机转子侧连接的功率变换单元39电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统40b b）转子输入功率的工况转子输入功率的工况 图图7-4b 异步电机转子侧连接的功率变换单元异步电机转子侧连接的功率变换单元TICU2CU1sEr0M340电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统41l小小 结结 1 1、串串级级调调速速原原理理与与基基本本类类型型：异异步步电电动动机机转转子子附附加加电电势势时时的的工工作作，附加电动势的获得与电气串级调速。附加电动势的获得与电气串级调速。2 2五种工况的特征五种工况的特征 3 3、异异步步电电动动机机转转子子附附加加电电势势的的作作用用。41电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统电力传动控制系统电力传动控制系统42作作 业业l7-17-1、7-27-2返回目录返回目录42