第6章電力拖動控制系統(tǒng)ppt課件

1、61 串級調(diào)速的原理與類型串級調(diào)速的原理與類型6.1.1 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)串級調(diào)速原理繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)串級調(diào)速原理1 1深入體會：繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻的調(diào)速原理深入體會：繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻的調(diào)速原理 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速速a)電路圖電路圖 b)機(jī)械特性機(jī)械特性222122111Kxs/rrs/rUpmT 從電磁轉(zhuǎn)矩參數(shù)表達(dá)式看到的從電磁轉(zhuǎn)矩參數(shù)表達(dá)式看到的:串電阻調(diào)速改變串電阻調(diào)速改變r(jià)2 r2 ）時(shí)）時(shí) ，只要只要r2 /sr2 /s不變，那么不變，那么 T T 不變；不變； r2 r2 增大，必然使增大，必然使

2、s s增大，才能增大，才能在新的在新的s s下使拖動系統(tǒng)在新的穩(wěn)態(tài)下使拖動系統(tǒng)在新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。運(yùn)行。第第6章章 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的串級調(diào)速系統(tǒng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的串級調(diào)速系統(tǒng)串電阻調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)子回路電流的變化規(guī)律串電阻調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)子回路電流的變化規(guī)律22cosTmTCI 從物理表達(dá)式看到的：從物理表達(dá)式看到的： 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T只與轉(zhuǎn)子回路中的有功只與轉(zhuǎn)子回路中的有功電流電流 成正比成正比 222cosTII222022202222/jxsrEjsxrEsjxrEIss拖動系統(tǒng)達(dá)到降低速度拖動系統(tǒng)達(dá)到降低速度后的新的平衡狀態(tài)后的新的平衡狀態(tài) r2I2TTns回到原值sr /2T回到原值與負(fù)回到原值

3、與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡載轉(zhuǎn)矩平衡頻率折算頻率折算222122111Kxs/rrs/rUpmT轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速的物理本質(zhì)：轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速的物理本質(zhì)：改變轉(zhuǎn)子回路的電流來改變轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。改變轉(zhuǎn)子回路的電流來改變轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 思索：還有什么方法能直思索：還有什么方法能直接改變轉(zhuǎn)子電流的大小接改變轉(zhuǎn)子電流的大小)b)a2ISE2addEaddE2ISE22R繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串附加電動勢繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串附加電動勢2 2串級調(diào)速原理串級調(diào)速原理轉(zhuǎn)子回路中串入附加電勢轉(zhuǎn)子回路中串入附加電勢 來改變轉(zhuǎn)子回路電流來改變轉(zhuǎn)子回路電流 ，改變電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速，改變電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速

4、 。 addE20222addsEEIrjsx串入addETnsI2T升回原值，降速過程結(jié)束升回原值，降速過程結(jié)束 I2Ta d dE串入addEI2TTsE2I2回落回落s減小到零減小到零 20sEI2T仍比原有的仍比原有的大大 電機(jī)沖過同步電機(jī)沖過同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)轉(zhuǎn)速點(diǎn)s0的次同步速區(qū)域運(yùn)行時(shí)，的次同步速區(qū)域運(yùn)行時(shí)，超同步速系統(tǒng)的次同步速制動運(yùn)行狀態(tài)超同步速系統(tǒng)的次同步速制動運(yùn)行狀態(tài) 3. 3. 從物理概念看工作原理從物理概念看工作原理 TI控制系統(tǒng)SE21VR2VRMA2i2sE2TI定子旋轉(zhuǎn)磁勢相對于轉(zhuǎn)子是正轉(zhuǎn)定子旋轉(zhuǎn)磁勢相對于轉(zhuǎn)子是正轉(zhuǎn)與與 同向，則產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩同向，則產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩2TIsE2

5、與與 反向，則產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩反向，則產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩2TIsE2次同步速系統(tǒng)的正常電動運(yùn)行狀態(tài)次同步速系統(tǒng)的正常電動運(yùn)行狀態(tài) 若若1VR整流整流 1VR有源逆變有源逆變 ， 反向，反向，T 反向，電動反向，電動 制動，制動，象限象限 象限象限2TI 3在在S0s0的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)入的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)入s0s0的運(yùn)行狀態(tài)的運(yùn)行狀態(tài) a當(dāng)電機(jī)在的次同步速運(yùn)行時(shí)，若使當(dāng)電機(jī)在的次同步速運(yùn)行時(shí)，若使1VR轉(zhuǎn)入有源逆變，轉(zhuǎn)入有源逆變， 電動機(jī)將進(jìn)入第電動機(jī)將進(jìn)入第象限制動運(yùn)行，轉(zhuǎn)速反而下降象限制動運(yùn)行，轉(zhuǎn)速反而下降 。 b當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速在理想空載同步轉(zhuǎn)速當(dāng)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速在理想空載同步轉(zhuǎn)速n0附近時(shí)，附近時(shí)， 的頻率很低，

6、的頻率很低， 幅值很小，它不足以使有源逆變橋?qū)崿F(xiàn)可靠的換流幅值很小，它不足以使有源逆變橋?qū)崿F(xiàn)可靠的換流 2sE緣由：緣由：在理想空載同步轉(zhuǎn)速在理想空載同步轉(zhuǎn)速n0n0上下的一段轉(zhuǎn)速區(qū)域?qū)⑹菆D示的串調(diào)系統(tǒng)所無法進(jìn)入的區(qū)域。上下的一段轉(zhuǎn)速區(qū)域?qū)⑹菆D示的串調(diào)系統(tǒng)所無法進(jìn)入的區(qū)域。 6.3.2超同步速串調(diào)系統(tǒng)的控制原理及能量傳遞超同步速串調(diào)系統(tǒng)的控制原理及能量傳遞1控制原理控制原理22201coscosTUsE 調(diào)理調(diào)理 或或 均可改變均可改變s，實(shí)現(xiàn)超同步速系統(tǒng)的調(diào)速運(yùn)行。，實(shí)現(xiàn)超同步速系統(tǒng)的調(diào)速運(yùn)行。21一般是固定其中一個(gè)，調(diào)節(jié)另一個(gè)：一般是固定其中一個(gè)，調(diào)節(jié)另一個(gè)： 固定固定1sn 固定固定1n

7、s2為了充分利用逆變變壓器及提高功率因數(shù)，固定為了充分利用逆變變壓器及提高功率因數(shù)，固定 調(diào)理調(diào)理 較為有利較為有利2min120122coscosTsEU正常運(yùn)行時(shí)，為使電流不太大，必有正常運(yùn)行時(shí)，為使電流不太大，必有 ，得：，得：0diUU2 把超同步速串調(diào)系統(tǒng)與次同把超同步速串調(diào)系統(tǒng)與次同步速串調(diào)系統(tǒng)在不同區(qū)域工作步速串調(diào)系統(tǒng)在不同區(qū)域工作的能量傳遞簡圖按其工作區(qū)域的能量傳遞簡圖按其工作區(qū)域都畫在同一坐標(biāo)平面內(nèi)如圖：都畫在同一坐標(biāo)平面內(nèi)如圖： 2能量傳遞關(guān)系能量傳遞關(guān)系次同步速系統(tǒng)制動超同步速系統(tǒng)電動超同步速系統(tǒng)制動次同步速系統(tǒng)電動PPPsPs1nsPPsPP)s( 1P)s( 1sPP

8、s10100nTPs1 1能量傳遞簡圖能量傳遞簡圖2 2超同步速串調(diào)系統(tǒng)電動時(shí)超同步速串調(diào)系統(tǒng)電動時(shí) 的輸出功率討論的輸出功率討論在輸出最大轉(zhuǎn)矩保持不變的情況下，若使異步電動機(jī)超同步速運(yùn)行，可使電機(jī)在輸出最大轉(zhuǎn)矩保持不變的情況下，若使異步電動機(jī)超同步速運(yùn)行，可使電機(jī)的輸出功率大于電機(jī)的額定功率。這是超同步速串級調(diào)速系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)。的輸出功率大于電機(jī)的額定功率。這是超同步速串級調(diào)速系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)。 定子側(cè)輸入功率定子側(cè)輸入功率 P P，最大為，最大為PNPN轉(zhuǎn)子側(cè)輸入功率轉(zhuǎn)子側(cè)輸入功率 Ps,Ps,最大為最大為PN(S=-1PN(S=-1時(shí)時(shí)) )兩者之和送給負(fù)載，最大為兩者之和送給負(fù)載，最大為

9、2PN 這類電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)又稱這類電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)又稱“雙饋調(diào)速系統(tǒng)雙饋調(diào)速系統(tǒng)” 超過電機(jī)額定功率部份的功率是從轉(zhuǎn)子回路輸入的超過電機(jī)額定功率部份的功率是從轉(zhuǎn)子回路輸入的 3 3超同步速串調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)超同步速串調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)6.3.3 雙饋同步調(diào)速系統(tǒng)雙饋同步調(diào)速系統(tǒng)TI控制系統(tǒng)SE21VR2VRMA2i 若若1VR由有源逆變橋改為無源逆變橋，則由有源逆變橋改為無源逆變橋，則功率變換器是一臺輸出頻率可由指令信號給功率變換器是一臺輸出頻率可由指令信號給定信號控制的他控式交定信號控制的他控式交-直直-交或交交變交或交交變頻器頻器 。 定子電源的頻率定子電源的頻率f1 ，同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速 n1 ，正向旋轉(zhuǎn)

10、。，正向旋轉(zhuǎn)。 轉(zhuǎn)子輸入經(jīng)變頻器變換后的電壓、電流頻率為轉(zhuǎn)子輸入經(jīng)變頻器變換后的電壓、電流頻率為 f2 ，所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場相對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場相對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為n2 。1. 構(gòu)成構(gòu)成2. 工作原理工作原理定義轉(zhuǎn)向正向?yàn)槟鏁r(shí)針方向定義轉(zhuǎn)向正向?yàn)槟鏁r(shí)針方向 ，02f即轉(zhuǎn)子通入一個(gè)直流時(shí)，即轉(zhuǎn)子通入一個(gè)直流時(shí)， 1nn 控制量控制量f2f2固定不變時(shí)，其機(jī)械特性是一條與同步電動機(jī)相同的水平直線。固定不變時(shí)，其機(jī)械特性是一條與同步電動機(jī)相同的水平直線。 這類電動機(jī)在結(jié)構(gòu)形式上是異步電動機(jī)，但實(shí)際上卻是在定、轉(zhuǎn)子同時(shí)通不這類電動機(jī)在結(jié)構(gòu)形式上是異步電動機(jī)，但實(shí)際上卻是在定、轉(zhuǎn)子同時(shí)通不同頻率交

11、流電的按同步電動機(jī)方式運(yùn)行的同步電動機(jī)。也存在與同步電動機(jī)完全同頻率交流電的按同步電動機(jī)方式運(yùn)行的同步電動機(jī)。也存在與同步電動機(jī)完全一樣的問題，如轉(zhuǎn)子的振蕩、失步現(xiàn)象等一樣的問題，如轉(zhuǎn)子的振蕩、失步現(xiàn)象等 。n2為負(fù)時(shí)為負(fù)時(shí) （站在轉(zhuǎn)子上看為逆時(shí)針）（站在轉(zhuǎn)子上看為逆時(shí)針）,21nnnn2為正時(shí)為正時(shí) （站在轉(zhuǎn)子上看為逆時(shí)針）（站在轉(zhuǎn)子上看為逆時(shí)針）,21nnn，轉(zhuǎn)子輸出有功功率，轉(zhuǎn)子輸出有功功率，轉(zhuǎn)子輸入有功功率，轉(zhuǎn)子輸入有功功率3. 稱之為稱之為“雙饋同步特性調(diào)速系統(tǒng)雙饋同步特性調(diào)速系統(tǒng)” 4. 超同步串級調(diào)速系統(tǒng)稱之為超同步串級調(diào)速系統(tǒng)稱之為“雙饋異步特性調(diào)速系統(tǒng)雙饋異步特性調(diào)速系統(tǒng)”

12、表現(xiàn)的特性是典型的異步機(jī)的特性，表現(xiàn)的特性是典型的異步機(jī)的特性，5. 采用交采用交-交變頻器的雙饋調(diào)速系統(tǒng)異步、同步）交變頻器的雙饋調(diào)速系統(tǒng)異步、同步）MA負(fù)載交交變頻器電抗器控 制 系 統(tǒng)TGR1C2CT 雙饋異步調(diào)速系統(tǒng)雙饋異步調(diào)速系統(tǒng)在同步轉(zhuǎn)速上下的區(qū)在同步轉(zhuǎn)速上下的區(qū)域無法正常工作，而域無法正常工作，而雙饋同步調(diào)速系統(tǒng)會雙饋同步調(diào)速系統(tǒng)會因失步導(dǎo)致系統(tǒng)抗沖因失步導(dǎo)致系統(tǒng)抗沖擊性負(fù)載的能力差。擊性負(fù)載的能力差。若在同步轉(zhuǎn)速附近采若在同步轉(zhuǎn)速附近采用無源逆變的雙饋同用無源逆變的雙饋同步調(diào)速，在其它區(qū)域步調(diào)速，在其它區(qū)域采用有源逆變的雙饋采用有源逆變的雙饋異步調(diào)速將是一種較異步調(diào)速將是一種較好的方案。好的方案。6. 雙饋調(diào)速系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)：雙饋調(diào)速系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)： 可在可在、象限的任意轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)電動、制動，提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能。象限的任意轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)電動、制動，提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能。 輸出功率可大于電動機(jī)的額定功率，在超同步速區(qū)域中仍保持恒轉(zhuǎn)矩特性。輸出功率可大于電動機(jī)的額定功率，在超同步速區(qū)域中仍保持恒轉(zhuǎn)矩特性。若選用合適的減速比，把所要求調(diào)速區(qū)域的中間轉(zhuǎn)速配成系統(tǒng)的同步轉(zhuǎn)速，若選用合適的減速比，把所要求調(diào)速