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1、电力拖动自动控制系统运动控制系统 电气工程学院电气工程学院 自动化自动化杨霞杨霞20102010年年6 6月月第第7章章 绕线转子异步电动机双馈调速系统绕线转子异步电动机双馈调速系统内内 容容 提提 要要第第8章章 同步电动同步电动机变压变频调速机变压变频调速系统系统课程总结课程总结第第6章章 基于动态基于动态模型的异步电动模型的异步电动机调速系统机调速系统第第1章章 交流调速交流调速系统概述系统概述第第5章章 基于稳态基于稳态模型的异步电动模型的异步电动机调速系统机调速系统第第7章章 绕线转子绕线转子异步电动机双馈异步电动机双馈调速系统调速系统第第9章章 伺服系统伺服系统*7.1 绕线型异步
2、电动机双馈调速工作原理绕线型异步电动机双馈调速工作原理7.2 绕线型异步电动机串级调速系统绕线型异步电动机串级调速系统7.3 串级调速的机械特性串级调速的机械特性7.4 串级调速系统的技术经济指标串级调速系统的技术经济指标7.5 双闭环控制的串级调速系统双闭环控制的串级调速系统7.6 串级调速系统的起动方式串级调速系统的起动方式7.7*绕线转子异步风力发电机组绕线转子异步风力发电机组7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调
3、速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组转转转转差差差差功功功功率率率率的的的的利利利利用用用用：如如何何处处理理转转差差功功率率在在很很大大程程度度上上影影响响着着调调速速系系统统的的效效率率。要要提提高高调调速速系系统统的的效效率率，除除了了尽尽量量减减小小转转差差功功率率外外，还还可可以考虑如何去利用它。以考虑如何去利用它。“双双双双馈馈馈馈”名名名名字字字字的的的的由由由由来来来来：对对于于绕绕线线型型异异步步电电动动机机，定定、转转子子
4、电电路路可可以以同同时时与与外外电电路路相相连连，转转差差功功率率可可以以从从转转子子输输出出，也也可可以以向向转子馈入，故称作转子馈入，故称作双馈调速系统双馈调速系统双馈调速系统双馈调速系统。“双双双双馈馈馈馈”的的的的特特特特点点点点：是是转转差差功功率率可可以以回回馈馈到到电电网网，也也可可以以由由电电网网馈馈入入。至至于于电电功功率率是是馈馈入入定定子子绕绕组组和和/或或转转子子绕绕组组，还还是是由由定定子子绕绕组组和和/或或转转子子绕绕组组馈馈出出，则则要要视视电电动动机机的的工工况况而而定定。异异异异步步步步电电电电动动动动机机机机由由由由电电电电网网网网供供供供电电电电并并并并以
5、以以以电电电电动动动动状状状状态态态态运运运运行行行行时时时时，它它它它从从从从电电电电网网网网输输输输入入入入（馈馈馈馈入入入入）电电电电功功功功率率率率，而在其轴上输出机械功率给负载，以拖动负载运行而在其轴上输出机械功率给负载，以拖动负载运行而在其轴上输出机械功率给负载，以拖动负载运行而在其轴上输出机械功率给负载，以拖动负载运行。“双双双双馈馈馈馈”调调速速实实实实质质质质：在在双双馈馈调调速速工工作作时时，绕绕线线型型异异步步电电动动机机定定子子侧侧与与交交流流电电网网直直接接连连接接，转转子子侧侧与与交交流流电电源源或或外外接接电电动动势势相相连连，从从电电路路拓拓扑扑结结构构上上看看
6、，可可认认为为是是在在转转子子绕绕组组回回路路中中附附附附加加加加一一一一个个个个交交交交流流流流电电电电动动动动势势势势，通通通通过过过过控控控控制制制制附附附附加加加加电电电电动动动动势势势势的的的的幅幅幅幅值值值值，实实实实现现现现绕绕绕绕线线线线型型型型异异异异步步步步电电电电动动动动机机机机的的的的调速。调速。调速。调速。7.1 绕线转子异步电动机双馈调速工作原理绕线转子异步电动机双馈调速工作原理l l 绕线转子异步电动机转子：可以绕线转子异步电动机转子：可以绕线转子异步电动机转子：可以绕线转子异步电动机转子：可以串电阻调速串电阻调速串电阻调速串电阻调速原理：原理：原理：原理：根据电
7、机理论，改根据电机理论，改变转子电路的串接电阻，变转子电路的串接电阻，可以改变电机的转速。可以改变电机的转速。转子串电阻调速的原理如转子串电阻调速的原理如图所示，调速过程中，图所示，调速过程中，转转转转差功率完全消耗在转子电差功率完全消耗在转子电差功率完全消耗在转子电差功率完全消耗在转子电阻上阻上阻上阻上。PmPmechPs7.1 绕线型异步绕线型异步电动机双馈调速电动机双馈调速工作原理工作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济
8、指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组7.1.1 绕线转子异步电动机转子附加电动势的作用绕线转子异步电动机转子附加电动势的作用7.1.1 绕线转子异步电动机转子附加电动势的作用绕线转子异步电动机转子附加电动势的作用图图7-1 绕线型异步电动机转子附加电动势的原理图绕线型异步电动机转子附加电动势的原理图7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的
9、机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组P Ps s转差功率转差功率转差功率转差功率P P1 1定子功率定子功率定子功率定子功率在在转转子子绕绕组组回回路路中中引引入入一一个个可可控控的的交交流流附附加加电电动动势势 来来代代替替外外接接电电阻阻，附附加加电电动动势势的的幅幅值值和和频频率率与与交交流流电电压压 相相同同，相相位位与与转转子子电电动动势势 相相反反，则则它它对对转转子子电电流流的的作作用用与与外外接接电电阻阻是是相相同的，
10、附加电动势将会吸收原先消耗在外接电阻上的转差功率。同的，附加电动势将会吸收原先消耗在外接电阻上的转差功率。l l 绕线转子异步电动机转子：可以绕线转子异步电动机转子：可以绕线转子异步电动机转子：可以绕线转子异步电动机转子：可以串串串串交流附加电动势交流附加电动势交流附加电动势交流附加电动势调速调速调速调速l l 双馈调速的基本结构双馈调速的基本结构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电网K1M3 K2TI从电路拓扑结构上看，可认为是在转子绕组回路中附加一个交流从电路拓扑结构上看，可认为是在转子绕组回路中附加一个交流电动势。电动势。7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机
11、双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组CUCUCUCU：功率变换单元（双向变频器）：功率变换单元（双向变频器）：功率变换单元（双向变频器）：功率变换单元（双向变频器）l l 双馈调速的功率传输双馈调速的功率传输双馈调速的功率传输双馈调速的功率传输（1 1）转差功率）转差
12、功率）转差功率）转差功率输出输出输出输出状态状态状态状态异步电动机由电网供电并以异步电动机由电网供电并以电动状态运行电动状态运行电动状态运行电动状态运行时，它从电网输入（馈入）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，以拖动负载运行；电功率，而在其轴上输出机械功率给负载，以拖动负载运行；CUP1PsM3 Pmech7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统
13、的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组（2 2）转差功率）转差功率）转差功率）转差功率输入输入输入输入状态状态状态状态当电机以当电机以发电状态运行发电状态运行发电状态运行发电状态运行时，它被拖着运转，从轴上输入机械功率，经时，它被拖着运转，从轴上输入机械功率，经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。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。PsP1M3 CUPmech7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线
14、型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组转子附加电动势的作用（转子附加电动势的作用（转子附加电动势的作用（转子附加电动势的作用（引出调速原理引出调速原理引出调速原理引出调速原理）异步电动机运行时其转子相电动势为异步电动机运行时其转子相电动势为 式中式中 异步电动机的转差率；异步电动机的转差率；绕线型异步电动机转子开路相电动势，也就
15、是转子绕线型异步电动机转子开路相电动势，也就是转子开路额定相电压值。开路额定相电压值。7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组在转子短路情况下，转子相电流的表达式为在转子短路情况下，转子相电流的表达式为 式中式中 转子绕组每相电阻；转子
16、绕组每相电阻；时的转子绕组每相漏抗。时的转子绕组每相漏抗。转子附加电动势的作用（转子附加电动势的作用（转子附加电动势的作用（转子附加电动势的作用（引出调速原理引出调速原理引出调速原理引出调速原理）引引入入附附加加电电动动势势后后，电电动动机机转转子子回回路路的的合合电电动动势势减减小小了了，转转子子电电流流和和电电磁磁转转矩矩也也相相应应减减小小，由由于于负负负负载载载载转转转转矩矩矩矩未未未未变变变变，电电动动机机必必然然减减速速，因因而而 增增大大，转转子子电电动动势势 随随之之增增大大，转转子子电电流流 也也逐逐渐渐增增大大，直直至至转转差差率率增增大大到到 时时，转转子子电电流流又又恢
17、恢复复到到负负载载所需的值，电动机便进入新的较低转速的稳定状态。所需的值，电动机便进入新的较低转速的稳定状态。此时，未串入附加电动势和串入附加电动势后的转子电流相等此时，未串入附加电动势和串入附加电动势后的转子电流相等 :而减小而减小 则可使电动机的转速升高。所以在绕线型异步电动则可使电动机的转速升高。所以在绕线型异步电动机转子侧引入一个可控的附加电动势，就可调节电动机的转速。机转子侧引入一个可控的附加电动势，就可调节电动机的转速。实质：调节的是逆变角实质：调节的是逆变角实质：调节的是逆变角实质：调节的是逆变角nnnn，是控制。是控制。是控制。是控制。7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调
18、速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组 n双馈电机转子附加电动势的作用双馈电机转子附加电动势的作用(引出调速原理引出调速原理引出调速原理引出调速原理)复习一下复习一下:7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机
19、串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组调速原理：在转子回路中串入一附加电势调速原理：在转子回路中串入一附加电势调速原理：在转子回路中串入一附加电势调速原理：在转子回路中串入一附加电势 改变转子回改变转子回改变转子回改变转子回路电流路电流路电流路电流 ，从而改变电机的转矩，以达到调速的目的，从而改变电机的转矩，以达到调速的目的，从而改变电机的
20、转矩，以达到调速的目的，从而改变电机的转矩，以达到调速的目的 。1.Er 与与 Eadd 同相同相(正号正号)当当 Eadd ，使得：使得：这里：这里：转速上升转速上升转速上升转速上升；n双馈电机转子附加电动势的作用双馈电机转子附加电动势的作用(调速原理调速原理调速原理调速原理)7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控
21、制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组当当 Eadd ，使得：使得：这里：这里：转速下降转速下降转速下降转速下降；n双馈电机转子附加电动势的作用双馈电机转子附加电动势的作用(调速原理调速原理调速原理调速原理)7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系
22、统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组当当 Eadd ，使得：使得：这里：这里：转速下降转速下降转速下降转速下降；2.Er 与与 Eadd反相反相(负号负号)n双馈电机转子附加电动势的作用双馈电机转子附加电动势的作用(调速原理调速原理调速原理调速原理)7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级
23、调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组当当 Eadd ，使得：使得：这里：这里：转速上升转速上升转速上升转速上升；n双馈电机转子附加电动势的作用双馈电机转子附加电动势的作用(调速原理调速原理调速原理调速原理)7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7
24、 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组7.1.2 绕线转子异步电动机双馈调速的五种工况绕线转子异步电动机双馈调速的五种工况在绕线型异步电动机转子侧引入一个在绕线型异步电动机转子侧引入一个可控的附加电动势可控的附加电动势可控的附加电动势可控的附加电动势并改变其并改变其幅值，就可以实现对电动机转速的调节。幅值，就可以实现对电动机转速的调节。可控附加电动势的引入必然在转子侧形成功率的传送，可以把转可控附加电动势的引入必然在转子侧形成功率的传送，可以把转子侧的转差功率传输到与之相连的交流电源或外电路中去，也可子侧的转差功率传输到与之相连的交流电源或外电路中去，也可以是从外面吸收功率到转子中
25、来。以是从外面吸收功率到转子中来。从功率传送的角度看，可以认为是用控制异步电动机转子中转差从功率传送的角度看，可以认为是用控制异步电动机转子中转差功率的大小与流向来实现对电动机转速的调节。功率的大小与流向来实现对电动机转速的调节。1.1.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2.2.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3.3.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4
26、.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5.5.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7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系
27、统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组n 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，异步电机在任何工况下的功率关系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都可写作 式中式中 Pm 从电机定子传入转子（或由转子传出给定子）的电从电机定子传入转子（或由转子传出给定子）的电 磁功率，磁功率，sPm 输入或输出转子电路的功率，即转差功率，输入或输出转子电路的功率，即转差功率，(1-s)Pm 电机轴上输出或输入的功率。电机轴上输出或输入的功率。注意：注意：注意：注意：根据转子电路引入的根据转子电路引入的 与转子绕组电动势与转子绕组电动势 之
28、间的大小和相之间的大小和相位关系的不同，即由位关系的不同，即由 由于转子侧串入附加电动势极性和大小的不同，由于转子侧串入附加电动势极性和大小的不同，s 和和 Pm 都可正都可正可负，因而可以有可负，因而可以有五种五种五种五种不同的工作情况。不同的工作情况。7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速
29、系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组1.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工作条件：工作条件：工作条件：工作条件：定子接交流电网；定子接交流电网；转子侧每相加上与转子侧每相加上与 Er0 反相的附加电动势反相的附加电动势 Eadd（Eadd Er0），并把转子三相回路连通），并把转子三相回路连通；轴上带有反抗性的恒值负载；轴上带有反抗性的恒值负载。运行工况：运行工况：运行工况：运行工况：电机在固有的机械特性上以电机在固有的机械特性上以sN作电动运行，在转子侧加作电动运行，在转子侧加Eadd，转差率为，转差率为0s1，从定子侧输入功率，轴上输出机械功
30、率从定子侧输入功率，轴上输出机械功率从定子侧输入功率，轴上输出机械功率从定子侧输入功率，轴上输出机械功率。运行分析：运行分析：运行分析：运行分析：则：则：Ir 与与Er 相位趋于一致，与相位趋于一致，与 Eadd反相，反相，低于同步速（次低于同步速（次同步）运行。同步）运行。这时功率关系这时功率关系:正常轴上输出机械功率，拖动负载运行。正常轴上输出机械功率，拖动负载运行。7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性
31、械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组2.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工作条件：工作条件：工作条件：工作条件：工况工况1延续，轴上带有位能性恒转矩负载（这是进入倒拉制动运行的必延续，轴上带有位能性恒转矩负载（这是进入倒拉制动运行的必要条件），此时逐渐减少要条件），此时逐渐减少 Eadd 值，只要反相附加电动势值，只要反相附加电动势 Eadd 有一定数有一定数值，则电机将反转。值，则电机将反转。运行工况：运行工况：运行工况：运行工况：
32、在反相在反相Eadd与位能负载外力作用下，电机进入倒拉制动运行状，此时由与位能负载外力作用下，电机进入倒拉制动运行状，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分合成转差功率，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分合成转差功率，并从转子侧馈送给电网。并从转子侧馈送给电网。运行分析：运行分析：运行分析：运行分析：这时功率关系这时功率关系:7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7
33、.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组3.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工作条件：工作条件：工作条件：工作条件：进入这种运行状态的必要条件是有位能性机械外力作用在电机轴上，并进入这种运行状态的必要条件是有位能性机械外力作用在电机轴上，并使电机能在超过其同步转速使电机能在超过其同步转速n1的情况下运行。的情况下运行。此时，如果此时，如果处于发电状态运行的电机转子回路再串入一个与处于发电状态运行的电机转子回路再串入一个与 sEr0 反
34、相的反相的附加电动势附加电动势Eadd，电机将在比未串入，电机将在比未串入Eadd 时的转速更高的状态下作回时的转速更高的状态下作回馈制动运行。馈制动运行。运行工况：运行工况：运行工况：运行工况：电机处在电机处在发电发电发电发电状态工作，状态工作，s 0，电机功率由负载通过电机轴输入，经，电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侧馈送至电网。过机电能量变换分别从电机定子侧与转子侧馈送至电网。运行分析：运行分析：运行分析：运行分析：这时功率关系这时功率关系:下下坡坡7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电
35、动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组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工作条件：工作条件：工作条件：工作条件：工况工况1延续，设电机原已在延续，设电机原已在 0 s 1 作电动运行，作电动运行，转子侧串入了同相的转子侧串入了同相的附加电动势附加电动势+Eadd，轴上拖动恒转矩的反抗性负载。轴上拖动恒转矩的反抗
36、性负载。当接近额定转速时，如继续加大当接近额定转速时，如继续加大+Eadd电机将加速到的新的稳态下工作，电机将加速到的新的稳态下工作，即电机在超过其同步转速下稳定运行。即电机在超过其同步转速下稳定运行。运行工况：运行工况：运行工况：运行工况：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、转子双输入状态，其输出功率超过额定功率。定、转子双输入状态，其输出功率超过额定功率。运行分析：运行分析：运行分析：运行分析：这时功率关系这时功率关系:7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2
37、绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组5.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工作条件：工作条件：工作条件：工作条件：很多工作机械为了提高其生产率，希望电力拖动装置能缩短减速和停很多工作机械为了提高其生产率，希望电力拖动装置能缩短减速和停车的时间，因此车的时间，因此必须使运行在低于同步
38、转速电动状态的电机切换到制动状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态下工作。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 Eadd。要使之进入制动状态，可以在电机转子侧突加一个反相的附加电动势。要使之进入制动状态，可以在电机转子侧突加一个反相的附加电动势。运行工况：运行工况：运行工况：运行工况：在低于同步转速下作电动运行，使在低于同步转速下作电动运行，使|-Eadd|大于制动初瞬的大于制动初瞬的sEr0，电机，电机定子侧输出功率给电网，电机成为发电机处于制动状态工作，并产生制动定子侧输出功率给电网，电机成
39、为发电机处于制动状态工作，并产生制动转矩以加快减速停车过程。转矩以加快减速停车过程。运行分析：运行分析：运行分析：运行分析：这时功率关系这时功率关系:负值负值负值负值7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组l l五种工况小结五种工况小结
40、五种工况小结五种工况小结图图 异步电机在转子附加电动势时的工况及其功率流程异步电机在转子附加电动势时的工况及其功率流程 五种工况都是异步电五种工况都是异步电机转子加入附加电动势机转子加入附加电动势时的运行状态。时的运行状态。在工况在工况a,b,c中，转子中，转子侧都输出功率，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。7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6
41、 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组7.2绕线转子异步电动机串级调速系统绕线转子异步电动机串级调速系统基本思路：基本思路：基本思路：基本思路：在异步电动机转子回路中附加交流电动势调速的关键在异步电动机转子回路中附加交流电动势调速的关键就是在转子侧串入一个可变频、可变幅的附加电动势就是在转子侧串入一个可变频、可变幅的附加电动势。怎样才能获得这样的附加电动势呢？怎样才能获得这
42、样的附加电动势呢？怎样才能获得这样的附加电动势呢？怎样才能获得这样的附加电动势呢？7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组获得这样的附加电动势获得这样的附加电动势获得这样的附加电动势获得这样的附加电动势，比较方便的办法是：，比较方便的办
43、法是：，比较方便的办法是：，比较方便的办法是：将异步电动机的将异步电动机的转转转转子电压先整流成直流电压子电压先整流成直流电压子电压先整流成直流电压子电压先整流成直流电压，然后，然后再引入一个附加的直流电动势再引入一个附加的直流电动势再引入一个附加的直流电动势再引入一个附加的直流电动势，控制此直流附加电动势的幅值，就可以调节异步电动机的转速。控制此直流附加电动势的幅值，就可以调节异步电动机的转速。控制此直流附加电动势的幅值，就可以调节异步电动机的转速。控制此直流附加电动势的幅值，就可以调节异步电动机的转速。这样，就把交流变压变频这一复杂问题，转化为与频率无关的直这样，就把交流变压变频这一复杂问
44、题，转化为与频率无关的直流变压问题，对问题的分析与工程实现都更加容易。流变压问题，对问题的分析与工程实现都更加容易。串级调速的核心环节：串级调速的核心环节：串级调速的核心环节：串级调速的核心环节：附加电动势装置。附加电动势装置。附加电动势装置。附加电动势装置。绕线转子绕线转子异步电动异步电动机机MA 起动电阻起动电阻R 切换用接触器切换用接触器1C、2C 串调装置主电路（交直交变频电路）串调装置主电路（交直交变频电路）不控整流桥不控整流桥VR 平波电抗器平波电抗器有源逆变桥有源逆变桥VI 逆变变压器逆变变压器TI 控制系统为转速、电流双闭环控制控制系统为转速、电流双闭环控制 系统系统测速信号取
45、测速信号取自测速发电自测速发电机机TG 电流反馈电流反馈信号在逆信号在逆变桥交流变桥交流侧采样经侧采样经整流得到整流得到 串级调速系统的构成串级调速系统的构成 电流反馈电流反馈信号也可信号也可在直流侧在直流侧采样得到采样得到 图图7-4 电气串级调速系统原理图电气串级调速系统原理图 n n 系统组成系统组成系统组成系统组成串级调速系统的工作原理串级调速系统的工作原理 7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特
46、性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组n n 工作过程工作过程工作过程工作过程（1）起动）起动l起动条件：起动条件：对串级调速系统而言，起动应有足够大的转子电流对串级调速系统而言，起动应有足够大的转子电流 Ir 或足或足够大的整流后直流电流够大的整流后直流电流 Id，为此，转子整流电压，为此，转子整流电压 Ud 与逆变电与逆变电压压 Ui 间应有较大的差值。间应有较大的差值。控制逆变角控制逆变角 ，使在起动开始的瞬间，使在起动开始的瞬间，Ud与与 Ui 的差值
47、能产的差值能产生足够大的生足够大的 Id，以满足所需的电磁转矩，但又不超过允许的电，以满足所需的电磁转矩，但又不超过允许的电流值，这样电动机就可在一定的动态转矩下加速起动。流值，这样电动机就可在一定的动态转矩下加速起动。随着转速的增高，相应地增大随着转速的增高，相应地增大 角以减小值角以减小值 Ui，从而维持，从而维持加速过程中动态转矩基本恒定加速过程中动态转矩基本恒定。7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性
48、械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组（2）调速）调速调速原理：通过改变调速原理：通过改变 角的大小调节电动机的转速。角的大小调节电动机的转速。调速过程：调速过程：UiId K1sEr0n Te Te=TL Id（3）停车停车 串级调速系统没有制动停车功能。只能靠减小串级调速系统没有制动停车功能。只能靠减小 角逐渐减速，角逐渐减速，并依靠负载阻转矩的作用自由停车。并依靠负载阻转矩的作用自由停车。结结结结 论：论：论：论：串级调速系统能够靠调节逆变角串级调速
49、系统能够靠调节逆变角 实现平滑无级调速实现平滑无级调速系统能把异步电动机的转差功率回馈给交流电网，从而使扣除装系统能把异步电动机的转差功率回馈给交流电网，从而使扣除装置损耗后的转差功率得到有效利用，大大提高了调速系统的效率。置损耗后的转差功率得到有效利用，大大提高了调速系统的效率。7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环
50、控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组当系统在理想空载状态下运行时（当系统在理想空载状态下运行时（Id=0），转子直流回路的电压），转子直流回路的电压平衡方程式变成平衡方程式变成 其中，其中，s0 异步电动机在串级调速时对应于某一异步电动机在串级调速时对应于某一 角的理想空载角的理想空载转差率，并取转差率，并取 K1=K2，则，则 整流后转子回路电压平衡方程式整流后转子回路电压平衡方程式回顾几个公式：回顾几个公式：回顾几个公式：回顾几个公式：由此可得相应的理想空载转速由此可得相应的理想空载转速 n0 为：为：式中式中 nsyn 异步电动机的同步转