交流调速系统7

使得s1：Er0 Eadd Ir Te n s
这里：
s1 Er 0
Eadd
s2 Er 0
E' add
s1 s2
转速下降；
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转子附加电动势的作用（续）
2. Er 与 Eadd反相 同理可知，若减少或串入反相的附加电 动势，则可使电动机的转速降低。
所以，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，就可调节 电动机的转速。
（2）转差功率输入状态
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。
P1
3M~
Pmech
Ps
CU
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7.1.1 异步电机转子附加电动势的作用
异步电机运行时其转子相电动势为
Er sEr0
(7-1)
式中 s — 异步电动机的转差率； Er0 — 绕线转子异步电动机在转子不动时的相电
动势，或称转子开路电动势，也就是转子额定相电压值。 转子相电流的表达式为：
Ir
sEr0 Rr2 (sX r0 )2
(7-2)
式中 Rr — 转子绕组每相电阻； Xr0 — s = 1时的转子绕组每相漏抗。
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转子附加电动势
~
引入可控的交 流附加电动势
M 3~
Er sEr0
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电网
K1
K2
M
TI
3~
功率变换单元
如上图所示，在双馈调速工作时，除了电机定子侧与交流 电网直接连接外，转子侧也要与交流电网或外接电动势相 连，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。
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功率变换单元
由于转子电动势与电流的频率随转速变 化，即 f2 = s f1 ，因此必须通过功率变换单 元（Power Converter Unit—CU）对不同频 率的电功率进行电能变换。
Ir
~ Eadd ~ ~
附加电动势与转子 电动势有相同的频 率，可同相或反相 串接。
2020/8/13 图7-1 绕线转子异步电动机转子附加电动势的原理图
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有附加电动势时的转子相电流：
如图7-1所示，绕线转子异步电动机在外接 附加电动势时，转子回路的相电流表达式
Ir
sEr0 Eadd Rr 2 (sX r0 )2
源自文库
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绕线转子异步电动机
绕线转子异步电动 机结构如图所示，从 广义上讲，定子功率 和转差功率可以分别 向定子和转子馈入， 也可以从定子或转子 输出，故称作双馈电 机。
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P1
Ps
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绕线转子异步电动机转子串电阻调速
根据电机理论，改变 转子电路的串接电阻，可 以改变电机的转速。
转子串电阻调速的原 理如图所示，调速过程中 ，转差功率完全消耗在转 子电阻上。
对于双馈系统来说，CU应该由双向变频 器构成，以实现功率的双向传递。
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双馈调速的功率传输
（1）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，以拖动负载运行；
P1
3M~
Pmech
Ps
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CU
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交流调速系统按转差功率的分类
1）转差功率消耗型——异步电机采用调压控制等 调速方式，转速越低时，转差功率的消耗越大，效率越 低；但这类系统的结构简单，设备成本最低，所以还有 一定的应用价值。
2）转差功率不变型——变频调速方法转差功率很 小，而且不随转速变化，效率较高；但在定子电路中须 配备与电动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备 成本最高。
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绕线转子异步电机双馈调速系统 7.0 引言 7.1 异步电机双馈调速工作原理 7.2 异步电机在次同步电动状态下的双馈系统——串级调速系统 7.3 异步电动机串级调速时的机械特性 7.5 双闭环控制的串级调速系统
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7.0 引言
转差功率问题 转差功率始终是人们在研究异步电动机调速 方法时所关心的问题，因为节约电能是异步电动 机调速的主要目的之一，而如何处理转差功率又 在很大程度上影响着调速系统的效率。 如第5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。
~
Pm
Pmech Ps
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双馈调速的概念
所谓“双馈”，就是指把绕线转子异步电机 的定子绕组与交流电网连接，转子绕组与其他含电 动势的电路相连接，使它们可以进行电功率的相互 传递。
至于电功率是馈入定子绕组和/或转子绕组，还 是由定子绕组和/或转子绕组馈出，则要视电机的工 况而定。
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7.1.0 概述
转差功率的利用 作为异步电动机，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，只有绕线转子电动 机才能做到。
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(7-3)
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转子附加电动势的作用
1. Er 与 Eadd 同相
当 Eadd ，
s1Er0 Eadd Ir Te n s
使得： 这里：
s1 Er 0
Eadd
s2 Er 0
E' add
s1 s2
转速上升；
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转子附加电动势的作用（续）
当 Eadd ，
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7.1.2 异步电机双馈调速的五种工况
本节摘要
• 电机在次同步转速下作电动运行 • 电机在反转时作倒拉制动运行 • 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电动运行 • 电机在次同步转速下作回馈制动运行
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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都可写作
3）转差功率馈送型——控制绕线转子异步电动机 的转子电压，利用其转差功率并达到调节转速的目的， 这种调节方式具有良好的调速性能和效率；但要增加一 些设备。
前两章已分别讨论了转差功率消耗型和不变型两 种调速方法，本章将讨论转差功率馈送型调速方法。
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7.1 异步电机双馈调速工作原理
– 概述 – 异步电机转子附加电动势的作用 – 异步电机双馈调速的五种工况