《电机驱动与调速》第51讲（转差功率馈送型调速系统）

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1、1 第第 5151 讲讲 项目项目7 7 典型调速系统典型调速系统 任务任务19 19 典型交流调速系统典型交流调速系统 情景情景2 2 异步电机转差功率馈送型调速系统异步电机转差功率馈送型调速系统 教学目标教学目标 1 1、熟悉异步电机转差功率馈送型调速系统、熟悉异步电机转差功率馈送型调速系统 2 2、掌握异步电机转差功率馈送型调速系统、掌握异步电机转差功率馈送型调速系统 教学重点教学重点 异步电机转差功率馈送型调速系统异步电机转差功率馈送型调速系统 教学难点教学难点 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 教学方法教学方法 探究式、演示、情境交融、启发互动式教学法探究式、演示

2、、情境交融、启发互动式教学法 教学手段教学手段 多媒体教学、动画演示教学多媒体教学、动画演示教学 作业布置作业布置 作业题作业题7 7-5 5 2 教学过程：教学过程：项目项目7 7 典型调速系统典型调速系统 任务任务19 19 典型交流调速系统典型交流调速系统 情景情景2 2 异步电机转差功率馈送型调速系统异步电机转差功率馈送型调速系统 1 1、交流调速系统分类、交流调速系统分类 交流调速系统按转差功率的处理方式分为三类。交流调速系统按转差功率的处理方式分为三类。（1 1）转差功率消耗型转差功率消耗型：异步电机采用调压控制，转速越低时，：异步电机采用调压控制，转速越低时，转差功率的消耗越大，

3、效率越低。转差功率的消耗越大，效率越低。（2 2）转差功率不变型转差功率不变型：变频调速的转差功率很小，且不随转速：变频调速的转差功率很小，且不随转速 变化，效率较高；但定子电路中须配备与电机容量相当的变压变频变化，效率较高；但定子电路中须配备与电机容量相当的变压变频 器，设备成本最高。器，设备成本最高。（3 3）转差功率馈送型转差功率馈送型：控制绕线转子异步电机的转子电压，利：控制绕线转子异步电机的转子电压，利 用其转差功率达到调节转速目的。它具有良好的调速性能和效率；用其转差功率达到调节转速目的。它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。3 2 2、异步电机双馈调速工

4、作原理、异步电机双馈调速工作原理 所谓“双馈”指把绕线转子异步电机的定子绕组与交流电网所谓“双馈”指把绕线转子异步电机的定子绕组与交流电网连连 接，转子绕组与其他含电动势的电路连接，可以进行电功率的相接，转子绕组与其他含电动势的电路连接，可以进行电功率的相互互 传递。传递。如图如图7 7-2222所示。所示。图图7 7-22 22 双馈调速的基本结构与功率馈送双馈调速的基本结构与功率馈送 4 从电路结构上看，可认为是在转子绕组回路中附加一个交流从电路结构上看，可认为是在转子绕组回路中附加一个交流电电 动势动势E Eaddadd，如图，如图7 7-2323。图图7 7-23 23 绕线转子异步电

5、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 3 3、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 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关 系可写作系可写作 Pm=sPm+(1Pm=sPm+(1-s)Pms)Pm 5 图图7 7-24 24 异步电机在转子附加电动势时的工况及功率流程异步电机在转子附加电动势时的工况及功率流程 6 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 电机作电动运行，转差率为电机作电动运行，转差率为 0 s 10 s 1s1，进入倒拉制动运行状态（

6、第四象限）。，进入倒拉制动运行状态（第四象限）。此时由电网输入电机定子的功率和负载输入电机轴的功率两此时由电网输入电机定子的功率和负载输入电机轴的功率两部部 分分合成转差功率，从转子侧馈送给电网合成转差功率，从转子侧馈送给电网。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 电机处在发电状态，电机处在发电状态，s 0s 0，电机功率由负载输入电机轴，分，电机功率由负载输入电机轴，分 别从电机定子侧与转子侧馈送至电网。别从电机定子侧与转子侧馈送至电网。7 4 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 转子侧串入了同相的附加电动势转子侧串入了同相的

7、附加电动势+Eadd+Eadd，电机将加速到，电机将加速到s 0s 0的的 超过其同步转速下稳定运行。超过其同步转速下稳定运行。电机轴上输出功率由定子与转子两部分输入功率合成，电机电机轴上输出功率由定子与转子两部分输入功率合成，电机处处 于定、转子双输入状态，输出功率超过额定功率。于定、转子双输入状态，输出功率超过额定功率。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 电机在低于同步转速下作电动运行，转子侧已加一定的电机在低于同步转速下作电动运行，转子侧已加一定的-E Eaddadd。要制动可使要制动可使|-E Eaddadd|大于此时的大于此时的sEr0sEr0

8、，此时，此时IrIr变为负值，电动机变为负值，电动机 进入制动状态。进入制动状态。8 4 4、绕线异步电动机串级调速系统、绕线异步电动机串级调速系统 在异步电机转子回路中附加交流电动势调速的关键就是在转在异步电机转子回路中附加交流电动势调速的关键就是在转子子 侧串入一个可变频、可变幅的电压。对于只用于次同步电动状态侧串入一个可变频、可变幅的电压。对于只用于次同步电动状态的的 情况来说，比较方便的办法是情况来说，比较方便的办法是将转子电压先整流成直流电压，然将转子电压先整流成直流电压，然后后 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，再引入一个附加的直流电动势，控制此直流附加电动势

9、的幅值，就就 可以调节异步电动机的转速可以调节异步电动机的转速。可采用工作在有源逆变状态的晶闸管可控整流装置作为产生可采用工作在有源逆变状态的晶闸管可控整流装置作为产生附附 加直流电动势的电源。异步电机的双馈调速系统如图加直流电动势的电源。异步电机的双馈调速系统如图7 7-2525所示，所示，习习 惯上称之为电气串级调速系统。惯上称之为电气串级调速系统。图中图中URUR为三相不可控整流装置，将异步电机转子相电动势为三相不可控整流装置，将异步电机转子相电动势sErsEr0 0 整流为直流电压整流为直流电压U Ud d。UIUI是三相可控整流装置，工作在有源逆变状态，可提供可调是三相可控整流装置，

10、工作在有源逆变状态，可提供可调的的 直流电压直流电压U Ui i，作为电机调速所需的附加直流电动势；还可将转差功，作为电机调速所需的附加直流电动势；还可将转差功 率变换成交流功率，回馈到交流电网。率变换成交流功率，回馈到交流电网。9 4 4、绕线异步电动机串级调速系统、绕线异步电动机串级调速系统 图图7 7-25 25 电气串级调速系统原理图电气串级调速系统原理图 10（1 1）调速系统工作原理）调速系统工作原理 1 1）起动）起动 串级调速系统的起动应有足够大的转子电流串级调速系统的起动应有足够大的转子电流IrIr或整流后直流或整流后直流电电 流流I Id d，为此，转子整流电压，为此，转子

11、整流电压U Ud d与逆变电压与逆变电压U Ui i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U Ud d与与U Ui i的差值能产生足够的差值能产生足够 大的大的I Id d，以满足所需的电磁转矩，但又不超过允许的电流值，这样，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。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U Ui i，从而维持加速，从而维持加速 过程中动态转矩基本恒定。过程中动态转矩基本恒定。2 2）调速）调速 调速

12、原理是调速原理是通过改变逆变角通过改变逆变角 角的大小调节电动机的转速角的大小调节电动机的转速。调速过程为调速过程为 UUiId dTenUTenUdId dTe=TTe=TL L 11 3 3）停车）停车 串级调速系统无制动停车功能，只能靠减小串级调速系统无制动停车功能，只能靠减小 角减速，并依靠角减速，并依靠 负载阻转矩自由停车。负载阻转矩自由停车。（2 2）调速系统的特点）调速系统的特点 异步电机双馈工作时，其异步电机双馈工作时，其转子电路应连接一台变频器转子电路应连接一台变频器作为功作为功率率 变换单元，以供给转子绕组所需频率的电功率，控制这个电功率变换单元，以供给转子绕组所需频率的电功率，控制这个电功率即即 可实现调速可实现调速。变频器常用交。变频器常用交-交变频器。交变频器。串级调速系统能够靠串级调速系统能够靠调节逆变角调节逆变角 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系统能把异步电动机的转差功率回馈给交流电网转差功率回馈给交流电网，从而使扣，从而使扣除除 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。率。