異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速課件

31七月2023一、串級(jí)調(diào)速的原理與基本類型二、繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性三、串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的效率和功率因數(shù)四、雙閉環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)五、串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用

繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)30七月2023一、串級(jí)調(diào)速的原理與基本類型繞線31七月2023串級(jí)調(diào)速的原理與基本類型

一.串級(jí)調(diào)速的原理二.串級(jí)調(diào)速的基本運(yùn)行狀態(tài)及功率關(guān)系三.串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的基本類型30七月2023串級(jí)調(diào)速的原理與基本類型31七月2023

繞線型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子30七月2023繞線型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子31七月2023

繞線型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子集電環(huán)30七月2023繞線型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子集電環(huán)31七月2023

三相繞線型異步電動(dòng)機(jī)示意圖

轉(zhuǎn)子三相繞組接成Y形

短接或外接對(duì)稱電阻等30七月2023三相繞線型異步電動(dòng)機(jī)示意圖轉(zhuǎn)子三相31七月2023一.串級(jí)調(diào)速的原理

問(wèn)題的引入:轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速分析

我們知道，對(duì)于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，可以在其轉(zhuǎn)子回路串入電阻來(lái)減小電流，增大轉(zhuǎn)差率，從而改變轉(zhuǎn)速。這種方法就是轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法。優(yōu)點(diǎn):簡(jiǎn)單方便主要缺點(diǎn)：

1.低效率R2F↑→I2↓→Te↓→n↓實(shí)現(xiàn)調(diào)速；但

n↓→s↑→轉(zhuǎn)差功率Ps=s.Pem↑，大量轉(zhuǎn)差功率將在轉(zhuǎn)子所串電阻上變成熱量被消耗掉，因此不適合對(duì)大容量電機(jī)降速，對(duì)小容量電機(jī)也因效率太低而不適宜長(zhǎng)期運(yùn)行。

轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法的能量關(guān)系如圖所示。

30七月2023一.串級(jí)調(diào)速的原理問(wèn)題的引入:31七月2023*轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)差越大，電阻發(fā)熱越多，效率越低。30七月2023*轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)差越大，電阻發(fā)熱越多，效率31七月2023

基本結(jié)論：

串入電阻越大，轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)差就越大，機(jī)械功率在電磁功率中所占的比率就越低，效率越低。問(wèn)題：如何在改變轉(zhuǎn)子電流的基礎(chǔ)上，提高技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性能？

2.調(diào)速時(shí)，其機(jī)械特性隨著轉(zhuǎn)子回路附加電阻增加而變軟，大大降低了調(diào)速精度。

3.實(shí)際應(yīng)用中，由于串入轉(zhuǎn)子回路的附加電阻級(jí)數(shù)有限，無(wú)法實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。30七月2023基本結(jié)論：?jiǎn)栴}：如何在改變轉(zhuǎn)子電流的基31七月2023―s=1時(shí)轉(zhuǎn)子開路相電動(dòng)勢(shì)―s=1時(shí)轉(zhuǎn)子繞組的相漏抗

串級(jí)調(diào)速的基本原理是什么？

基本思路：1.轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速是通過(guò)改變轉(zhuǎn)子電流改變電磁轉(zhuǎn)矩實(shí)現(xiàn)調(diào)速；2.轉(zhuǎn)子不串入附加電阻-----改為串入附加電動(dòng)勢(shì)同樣可實(shí)現(xiàn)調(diào)速；3.將調(diào)速引起的轉(zhuǎn)差功率損耗，回饋回電網(wǎng)或電動(dòng)機(jī)本身，既提高效率、又實(shí)現(xiàn)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。4.該方法被稱為繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速控制方案。工作原理：三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子感應(yīng)電壓為：式中：轉(zhuǎn)子電流為：30七月2023―s=1時(shí)轉(zhuǎn)子開路相電動(dòng)勢(shì)串31七月2023

將繞線異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中串入交流附加電勢(shì)a.如串入的附加電勢(shì)與轉(zhuǎn)子感生電勢(shì)方向相反，頻率相同*

這種向下調(diào)速的情況成為向低于同步速方向的串級(jí)調(diào)速。b.如串入的附加電勢(shì)與轉(zhuǎn)子感生電勢(shì)方向相同，頻率相同*這種向上調(diào)速的情況稱為向高于同步速方向的串級(jí)調(diào)速。30七月2023將繞線異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中串入31七月2023向低于同步速方向的串級(jí)調(diào)速串附加電動(dòng)勢(shì)之前：電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，I2，Te=Tl；串附加電動(dòng)勢(shì)之后：

電機(jī)在轉(zhuǎn)速n′處實(shí)現(xiàn)平衡，轉(zhuǎn)速調(diào)為n′

。30七月2023向低于同步速方向的串級(jí)調(diào)速串附加電動(dòng)勢(shì)之31七月2023向高于同步速方向的串級(jí)調(diào)速串附加電動(dòng)勢(shì)之前：電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，I2，Te=Tl；串附加電動(dòng)勢(shì)之后：

電機(jī)在轉(zhuǎn)速n′處實(shí)現(xiàn)平衡，轉(zhuǎn)速調(diào)為n′

。30七月2023向高于同步速方向的串級(jí)調(diào)速串附加電動(dòng)勢(shì)之31七月2023二.串級(jí)調(diào)速的基本運(yùn)行狀態(tài)及功率關(guān)系串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)基本運(yùn)行狀態(tài)：四種在轉(zhuǎn)子側(cè)引入一個(gè)可控的附加電動(dòng)勢(shì)，就可實(shí)現(xiàn)調(diào)速，這個(gè)調(diào)速過(guò)程必然在轉(zhuǎn)子側(cè)形成功率的傳遞。在調(diào)節(jié)前后，轉(zhuǎn)子電阻消耗功率不變，但轉(zhuǎn)差率s改變，即轉(zhuǎn)差功率改變；功率的流向要么是從轉(zhuǎn)子側(cè)傳輸?shù)脚c之相連的交流網(wǎng)或外電路中，要么是從外面吸收功率到轉(zhuǎn)子中來(lái)。30七月2023二.串級(jí)調(diào)速的基本運(yùn)行狀態(tài)及功率關(guān)系串級(jí)31七月2023說(shuō)明電網(wǎng)向電動(dòng)機(jī)定子輸入的電磁功率Pem一部分變?yōu)闄C(jī)械功率PM從電動(dòng)機(jī)軸輸出；另一部分變?yōu)檗D(zhuǎn)差功率Ps通過(guò)產(chǎn)生0＜s<l，Te＞0，則

裝置回饋給電網(wǎng)。1.低于同步轉(zhuǎn)速的電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)30七月2023說(shuō)明電網(wǎng)向電動(dòng)機(jī)定子輸入的電磁功率Pem31七月20232.

低于同步轉(zhuǎn)速的回饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)

說(shuō)明電動(dòng)機(jī)從軸上向轉(zhuǎn)子上輸入的機(jī)械功率PM與從電網(wǎng)通過(guò)產(chǎn)生裝置輸入的轉(zhuǎn)差功率Ps之和，都變?yōu)殡姶殴β蔖em，并通過(guò)電動(dòng)機(jī)定子回饋給電網(wǎng)。0＜s<l，Te＜0，則30七月20232.低于同步轉(zhuǎn)速的回饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)31七月20233.高于同步轉(zhuǎn)速的電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)s＜0，Te＞0。則

說(shuō)明從電網(wǎng)向電動(dòng)機(jī)定子輸入電磁功率Pem，同時(shí)從電網(wǎng)通過(guò)產(chǎn)生裝置向電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子輸入轉(zhuǎn)差功率Ps。電動(dòng)機(jī)把定子和轉(zhuǎn)子同時(shí)吸收的電功率變?yōu)闄C(jī)械功率PM從軸上輸出。30七月20233.高于同步轉(zhuǎn)速的電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)s＜0，31七月20234.高于同步轉(zhuǎn)速的回饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)s＜0，Te＜0。則

說(shuō)明電動(dòng)機(jī)從軸上吸收機(jī)械功率PM，一部分變?yōu)殡姶殴β蔖em，通過(guò)定子回饋給電網(wǎng)；另一部分變?yōu)檗D(zhuǎn)差功率Ps，通過(guò)產(chǎn)生裝置回饋給電網(wǎng)。30七月20234.高于同步轉(zhuǎn)速的回饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)s＜31七月2023可見(jiàn)，三相交流附加電勢(shì)的取得在實(shí)際中十分困難。超同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)裝置復(fù)雜，費(fèi)用高。實(shí)用的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，一般采用低同步串級(jí)調(diào)速：將轉(zhuǎn)子電路接整流電路；在直流回路中串入直流附加電動(dòng)勢(shì)；通過(guò)調(diào)節(jié)直流附加電勢(shì)的大小來(lái)調(diào)速的控制方案。30七月2023可見(jiàn)，三相交流附加電勢(shì)的取得在實(shí)際中十分31七月2023

主要介紹低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的基本類型。

低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，首先把轉(zhuǎn)子交流能量通過(guò)二極管整流橋整成直流電，在直流電路中串入可調(diào)直流電源，調(diào)節(jié)所串入的直流電源的電壓對(duì)轉(zhuǎn)子調(diào)速，并從直流附加電源將轉(zhuǎn)差功率回饋電網(wǎng)。從能量關(guān)系來(lái)說(shuō)，低同步串級(jí)調(diào)速電動(dòng)狀態(tài)的基本能量關(guān)系是串入附加電勢(shì)，吸收轉(zhuǎn)子降速引起的轉(zhuǎn)差功率，并將吸收的功率回饋電網(wǎng)的過(guò)程。按照所串直流電源的情況可將串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)分為電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)和機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)兩大類。30七月2023主要介紹低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)31七月2023

電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)由晶閘管有源逆變電路作為可控直流電源，通過(guò)控制逆變角控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，其交流側(cè)通過(guò)逆變變壓器接電網(wǎng)。呈現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩機(jī)械特性。30七月2023電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)由晶閘管有源31七月2023機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)用直流電動(dòng)機(jī)作為可控直流電源，通過(guò)控制直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。所吸收轉(zhuǎn)差功率可以通過(guò)直流電動(dòng)機(jī)與繞線電動(dòng)機(jī)的軸間直連將轉(zhuǎn)差功率直接反饋給繞線電動(dòng)機(jī)。具有恒功率調(diào)速的特性

30七月2023機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)用直流電動(dòng)機(jī)作為可控直流31七月2023

對(duì)于電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，如忽略損耗，則電機(jī)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩為：

對(duì)于機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，如忽略損耗，則電機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率為：結(jié)論：電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)具有近似恒轉(zhuǎn)矩的機(jī)械特性。結(jié)論：機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)具有近似恒功率的機(jī)械特性。常數(shù)常數(shù)30七月2023對(duì)于電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，如忽略損耗31七月2023低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)因效率高、技術(shù)成熟和低成本而獲得廣泛應(yīng)用。低同步機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍越大，所需直流電動(dòng)機(jī)容量也越大，只適用于大容量，調(diào)速范圍小的恒功率生產(chǎn)機(jī)械。超同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：效率高，而且能四象限運(yùn)行，調(diào)速裝置容量小，還可解決功率因數(shù)低的問(wèn)題。缺點(diǎn)：其主路和控制電路復(fù)雜，調(diào)速裝置成本高，使用場(chǎng)合：適用于需要四象限運(yùn)行，大容量的生產(chǎn)機(jī)械。30七月2023低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)超同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)31七月2023

一.轉(zhuǎn)子整流器的三種工作狀態(tài)二.串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速特性三.串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性與最大轉(zhuǎn)矩低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性30七月2023低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性31七月2023一.轉(zhuǎn)子整流器的三種工作狀態(tài)

低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)電力電子電路的核心部分是轉(zhuǎn)子整流器和有源逆變器，這兩部分電路的整流或逆變器件的開關(guān)過(guò)程會(huì)受到負(fù)載電流的影響。負(fù)載電流較小時(shí)換流速度較快，而負(fù)載電流較大時(shí)器件的換流速度較慢，換流速度慢會(huì)導(dǎo)致輸出電壓的降低，如果換流速度過(guò)慢甚至?xí)痣娐饭收?。下面以轉(zhuǎn)子整流器為例說(shuō)明換流過(guò)程其整流輸出電壓的影響。分析前提條件:（1）假設(shè)直流濾波電感足夠大,轉(zhuǎn)子整流器輸出的直流電流平直。（2）整流二極管沒(méi)有管壓降。（3）忽略電動(dòng)機(jī)內(nèi)阻對(duì)二極管換相的影響。30七月2023一.轉(zhuǎn)子整流器的三種工作狀態(tài)31七月2023分析注意事項(xiàng):①轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2的幅值與頻率都是轉(zhuǎn)差率s的函數(shù)；②折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的漏抗值也是轉(zhuǎn)差率s的函數(shù)；③由于異步電機(jī)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的漏抗值比整流變壓器的要大，換相重疊現(xiàn)象嚴(yán)重，轉(zhuǎn)子整流器會(huì)出現(xiàn)“強(qiáng)迫延遲導(dǎo)通”現(xiàn)象。異步電機(jī)轉(zhuǎn)子整流電路的工作與一般具有整流變壓器的整流電路的工作極為相似，因此可以引用電力電子整流電路分析中已有的一些結(jié)論,但是要看到它們兩者之間存在著差異，主要是：30七月2023分析注意事項(xiàng):①轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2的31七月2023（Id較小，的情況）1.轉(zhuǎn)子整流器的第一工作狀態(tài)特征：轉(zhuǎn)子電流較小，整流后直流電流Id也較??；二極管整流器換相迅速，兩個(gè)二極管之間的換流重疊角?較小。重疊角?隨轉(zhuǎn)子電流或Id的增大而增大，第一工作狀態(tài)的?小于等于600。

30七月2023（Id較小，的情況）131七月2023可見(jiàn)，E20和XD0確定時(shí)，Id越大，γ越大，當(dāng)時(shí)，γ＝60o。第一工作狀態(tài)的邊界時(shí)電壓、電流波形由整流電路計(jì)算，得第一工作狀態(tài)下的重疊角計(jì)算公式：式中，Id―整流電流平均值；

E20―轉(zhuǎn)子開路時(shí)的相電動(dòng)勢(shì)有效值；

XD0―折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的每相漏抗(s=l時(shí))。30七月2023可見(jiàn)，E20和XD0確定時(shí)，Id越大，γ31七月2023（Id較大，不變，出現(xiàn)強(qiáng)迫延時(shí)換相角）2.轉(zhuǎn)子整流器的第二工作狀態(tài)特征：當(dāng)重疊達(dá)到600，電流達(dá)到第一工作狀態(tài)最大電流（或一、二狀態(tài)分界電流Id1-2）以上，如果負(fù)載電流繼續(xù)增大，最初時(shí)重疊角會(huì)大于600，但穩(wěn)定以后，兩個(gè)二極管的重疊會(huì)均勻地保持600不變，但所有二極管的換流都被迫從自然換流點(diǎn)向后延遲一個(gè)角度。電流越大，這個(gè)強(qiáng)迫延時(shí)換相角就越大，但有：30七月2023（Id較大，不變，出現(xiàn)強(qiáng)31七月20233.轉(zhuǎn)子整流器的故障狀態(tài)特征：當(dāng)重疊達(dá)到600、強(qiáng)迫延時(shí)換相角達(dá)到300時(shí)的電壓電流波形如右圖所示。如果負(fù)載電流繼續(xù)增大，重疊角又會(huì)大于600，但強(qiáng)迫延時(shí)換相角會(huì)保持300不變。原因是：即使前面兩個(gè)管子換流未換完，后面該導(dǎo)通的管子也會(huì)承受正壓而導(dǎo)通，這樣，就會(huì)出現(xiàn)共陰極管和共陽(yáng)極管都在換流，四個(gè)二極管同時(shí)導(dǎo)通----轉(zhuǎn)子整流器短路的故障情況。*串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)要避免運(yùn)行時(shí)嚴(yán)重過(guò)載的情況。（Id過(guò)大，的情況）30七月20233.轉(zhuǎn)子整流器的故障狀態(tài)特征：（Id過(guò)31七月2023二.串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速特性

（n或s與電流Id的關(guān)系式）

n或s與電流Id的關(guān)系式，需要從直流等效電路入手加以推導(dǎo)：第一工作狀態(tài)下，整流整流器-逆變器的直流回路等效電路如下：30七月2023二.串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速特性

（n或s與31七月2023由直流回路等效電路，列出直流電壓平衡方程：于是，推得轉(zhuǎn)差率與電流之間的關(guān)系式：30七月2023由直流回路等效電路，列出直流電壓平衡方程31七月2023將轉(zhuǎn)差率s換成速度n，得串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速特性：

式中，R∑、Ce均為常數(shù)，U受逆變角控制。該結(jié)果類似于直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速的速度表達(dá)式，但因R∑更大，故串級(jí)調(diào)速的調(diào)速特性很軟。第二工作狀態(tài)下的調(diào)速特性更為復(fù)雜，推導(dǎo)從略。*機(jī)械特性推導(dǎo)思路：在已經(jīng)推出調(diào)速特性s—Id

關(guān)系之后，繼續(xù)推導(dǎo)電磁轉(zhuǎn)矩Te—Id關(guān)系，兩者聯(lián)立，得到機(jī)械特性s—Te關(guān)系30七月2023將轉(zhuǎn)差率s換成速度n，得串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)31七月2023二.串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性（s或n與Te的關(guān)系）（一）第一工作狀態(tài)的機(jī)械特性及最大轉(zhuǎn)矩：于是：

將第一、第二工作狀態(tài)的邊界電流Id1-2代入上式，得第一、第二工作狀態(tài)的分界轉(zhuǎn)矩：30七月2023二.串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性（s或n與31七月2023*第一、二工作狀態(tài)的分界轉(zhuǎn)矩Te1-2與電機(jī)固有最大轉(zhuǎn)矩Temax的比例：

將第一工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩—Id關(guān)系與前面推導(dǎo)的s--Id調(diào)速特性聯(lián)立消去Id，得第一工作狀態(tài)下機(jī)械特性：*該數(shù)值有利于機(jī)械特性曲線的作圖30七月2023*第一、二工作狀態(tài)的分界轉(zhuǎn)矩Te1-231七月2023特征：串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)在第一工作狀態(tài)下的機(jī)械特性如右圖中的“第一工作區(qū)”所示。橫軸為串調(diào)時(shí)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩與與電機(jī)自然特性最大拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩的比值。當(dāng)負(fù)載比值達(dá)到0.716及以上時(shí)，串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)入第二工作狀態(tài)運(yùn)行。30七月2023特征：31七月2023（二）第二工作狀態(tài)的機(jī)械特性及最大轉(zhuǎn)矩

第二工作狀態(tài)下的方程推導(dǎo)過(guò)于復(fù)雜，這里只給出結(jié)論：拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩表達(dá)式為：串調(diào)系統(tǒng)取得最大拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩：最大拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩在機(jī)械特性曲線上的橫軸位置：30七月2023（二）第二工作狀態(tài)的機(jī)械特性及最大轉(zhuǎn)矩31七月2023*重要結(jié)論2：串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)與轉(zhuǎn)子自然接線相比，最大拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩減少到原來(lái)的82.6%,即異步電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力損失17%左右。*重要結(jié)論1：當(dāng)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)帶額定負(fù)載時(shí)運(yùn)行于第一工作區(qū)內(nèi)。

原因分析：電機(jī)過(guò)載倍數(shù)在2左右，即最大自然拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的2倍，所以額定負(fù)載TeN/Temax約為0.5，故額定負(fù)載線必然在0.716之內(nèi)。*重要結(jié)論3：串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)與轉(zhuǎn)子自然接線相比，機(jī)械特性軟。30七月2023*重要結(jié)論2：串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)與轉(zhuǎn)子自然31七月2023串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的效率和功率因數(shù)

一.串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的總效率二.串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的總功率因數(shù)30七月2023串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的效率和功率因數(shù)31七月2023一.串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的總效率

串調(diào)系統(tǒng)的總效率，是繞線異步電動(dòng)機(jī)軸上輸出功率P2與串調(diào)系統(tǒng)從電網(wǎng)輸入的總有功功率PW之比。

P為有功功率Q為無(wú)功功率系統(tǒng)從電網(wǎng)輸入的總有功功率Pw是定子取用功率P1和逆變變壓器返回功率PT的差。串調(diào)系統(tǒng)功率關(guān)系單線圖30七月2023一.串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的總效率31七月2023

設(shè)、、分別為定子、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子反饋電路的功率損耗，為機(jī)械損耗，則有：結(jié)論：串調(diào)系統(tǒng)系統(tǒng)具有較高的總效率。

理論上，如果忽略小的損耗，串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的總功率因數(shù)將接近100%。實(shí)際運(yùn)行中，大容量串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)在接近滿載時(shí)的效率可達(dá)90%以上。原因分析：由于串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)差功率中的大部分被回饋電網(wǎng)。30七月2023設(shè)、、31七月2023二.串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的總功率因數(shù)

普通異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)在0.8~0.9之間,如果采用串級(jí)調(diào)速而不采取任何改善功率因數(shù)的措施,則串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的總功率因數(shù)會(huì)很低,即使高速運(yùn)行也只有0.6左右。串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)總功率因數(shù)低，原因主要有兩個(gè)：

1.由于逆變變壓器和異步電動(dòng)機(jī)均為電感性,工作時(shí)都要從電網(wǎng)吸收無(wú)功功率,所以其無(wú)功功率是相加的，使功率因數(shù)表達(dá)式中的分母增大，因此系統(tǒng)總功率因數(shù)降低。分析參考總功率因數(shù)表達(dá)式：2.由于轉(zhuǎn)子整流器的接入造成了轉(zhuǎn)子電流的換流重疊和波形畸變，使得繞線電動(dòng)機(jī)自身的功率因數(shù)變低，從而也造成系統(tǒng)總功率因數(shù)降低。30七月2023二.串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的總功率因數(shù)普通異31七月2023改善功率因數(shù)的方法：方法一：在三相交流進(jìn)線上接入功率補(bǔ)償電容器。方法二：采用高功率因數(shù)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。有兩種典型的電路結(jié)構(gòu)：斬波式串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)

GTO串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)

（一）斬波式串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)

斬波器（占空比可調(diào)）

逆變器（逆變角固定在最小值）

整流器30七月2023改善功率因數(shù)的方法：（一）斬波式串級(jí)調(diào)速31七月2023（二）GTO串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)

GTO稱為可關(guān)斷晶閘管，與普通晶閘管不同之處是該器件具有自關(guān)斷能力。

GTO串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，與晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主電路基本相同，也是轉(zhuǎn)子整流器接有源逆變器，但使用GTO的逆變器可以通過(guò)控制GTO的開通關(guān)斷時(shí)刻，使逆變電路產(chǎn)生超前于電網(wǎng)電壓的電流，從而使串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的逆變側(cè)呈現(xiàn)電容性，提高總功率因數(shù)。由于GTO價(jià)格較高，該控制方案適用于大容量繞線異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速。30七月2023（二）GTO串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)31七月2023

雙閉環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)

一.雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的組成二.雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理分析30七月2023雙閉環(huán)控制的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)31七月2023一.雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的組成和工作原理繞線異步電動(dòng)機(jī)

逆變變壓器

電流互感器

轉(zhuǎn)子整流器

測(cè)速發(fā)電機(jī)

速度調(diào)節(jié)器

電流調(diào)節(jié)器

晶閘管觸發(fā)器為了使系統(tǒng)既能實(shí)現(xiàn)速度和電流的無(wú)靜差調(diào)節(jié)，又能獲得快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器ASR和ACR一般均采用PI調(diào)節(jié)器。30七月2023一.雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的組成和工作原理繞31七月2023由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)在外環(huán)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器處于主導(dǎo)地位，它使轉(zhuǎn)速迅速趨于給定值，并使系統(tǒng)穩(wěn)定，電流調(diào)節(jié)器的作用則是力圖使Id盡快地跟隨轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出變化，也就是說(shuō)，電流內(nèi)環(huán)的調(diào)節(jié)過(guò)程是由速度外環(huán)支配的，故形成了一個(gè)電流隨動(dòng)系統(tǒng)。分析可知，通過(guò)改變轉(zhuǎn)速給定信號(hào)Un*的值，利用速度調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅作用和電流調(diào)節(jié)器ACR的電流負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用，不僅可以使雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)在加速過(guò)程中實(shí)現(xiàn)恒流升速，還可獲得良好的加速特性。通常限制逆變角為30°，以防止逆變失敗。當(dāng)電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出電壓為上限幅值時(shí)，應(yīng)整定逆變角為最大值＝90°。

30七月2023由于轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)在外環(huán)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器處于主導(dǎo)地31七月2023

關(guān)于閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，這里不作重點(diǎn)討論，可參閱有關(guān)交流調(diào)速控制系統(tǒng)的資料。

一般希望串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)在起動(dòng)過(guò)程中保持主回路電流不超過(guò)允許值，即要求電流超調(diào)量越小越好，同時(shí)希望串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速的變化要小，即要求轉(zhuǎn)速抗擾性能好，因此，電流環(huán)按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)速環(huán)按典型Ⅱ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

30七月2023關(guān)于閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，這里不作31七月2023

串級(jí)調(diào)速應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)題

一.電動(dòng)機(jī)的選擇二.起動(dòng)方式的選擇

三.串調(diào)裝置的選擇

30七月2023串級(jí)調(diào)速應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)題31七月2023一.電動(dòng)機(jī)的選擇

串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)容量選擇步驟：首先按自然接線計(jì)算所需的電動(dòng)機(jī)容量PD，然后乘以1.15倍左右的串級(jí)調(diào)速系數(shù)K,得到串級(jí)調(diào)速后所需的繞線異步電動(dòng)機(jī)容量P：

擴(kuò)大容量的原因：（1）串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的負(fù)載能力比自然接線損失17%。（2）串級(jí)調(diào)速后電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)降低。（3）低速運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子的高頻諧波電流造成轉(zhuǎn)子銅損耗增加。

此外，電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速選取要比生產(chǎn)機(jī)械所需的最高轉(zhuǎn)速高出10%左右，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒嵝ｒ?yàn)和過(guò)載能力校驗(yàn)。

30七月2023一.電動(dòng)機(jī)的選擇串級(jí)調(diào)速系31七月2023二.起動(dòng)方式的選擇

（一）直接起動(dòng)方式

利用串級(jí)調(diào)速裝置直接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，不再另接起動(dòng)設(shè)備進(jìn)行起動(dòng)。起動(dòng)時(shí)要串入最大的直流附加電勢(shì)，因此將逆變角置為最小，然后逐漸增大逆變角，使串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)升到所需的轉(zhuǎn)速。在起動(dòng)控制時(shí)，讓逆變