6章 绕线式异步电机的串级调速及双馈调速系统解析.ppt

内容提要： ? 引言 ? 串级调速的工作原理及晶闸管串级调速系统 ? 绕线式异步电动机在串级调速时的机械特性 ? 串级调速系统的技术经济指标 ? 双闭环串级调速系统 ? 绕线式异步电动机双馈调速系统 问题的提出： 作为异步电动机，必然有转差功率，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。 要提高绕线式异步电动机调速系统的效率，除了尽量减小转差功率外，还可以考虑如何去利用它。 对于绕线式异步电动机，定、转子电路可以同时与外电路相连，转差功率可以从转子输出，也可以向转子馈入，故这样的调速系统称作双馈调速系统。 至于电功率是馈入定子绕组和转子绕组，还是由定子绕组和转子绕组馈出，则要视电动机的工况而定。 当转差功率只能由转子绕组馈出，就是串级调速，它是双馈调速的一种特例,双馈调速是串级调速的拓展。 绕线式异步电动机多用在要求起动转矩大或要求调速的负载场合，例如，用来拖动球磨机、矿井提升机、桥式起重机等。 6.1 引言 作为异步电动机，必然有转差功率，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。 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。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。 要利用转差功率，就必须使异步电动机的转子绕组具有与外界实现电气联接的条件，显然鼠笼形电动机难以胜任，只有绕线式异步电动机才能做到。 电动机是将电能转化为机械能的设备。异步机的定子与电源相联，从中吸收电功率 ，同时吸收感性无功功率建立旋转磁场。旋转磁场的主要功能是将定子的电磁功率传输给转子，转子则将电磁功率转化为机械功率，因此，旋转磁场可等效为联接定、转子的功率传输通道。 6.2 串级调速的工作原理及晶闸管串级调速系统 对于绕线式异步电动机改变转差功率（转差率s）的方法，过去是在转子回路中串附加电阻 Radd 实现调速，这种方法虽然简单方便，但存在以下几个缺点： （1）调速是有级的，不平滑。 （2）在深调速时机械特性很软，致使负载变化不大时便可引起转速很大的波动。 （3）转差功率消耗在附加电阻上，特别是低速时电能损耗大，效率低。 串电阻调速是通过改变消耗的转差功率为代价，达到调速目的的。 异步电机经气隙传送到转子的电磁功率为Pm，一部分转换为机械功率Pmech； 一部分为转差功率Ps1 ，而转差功率Ps1以发热形式消耗于转子绕组电阻及外接电阻上，即 6.2.1绕线式异步电动机串级调速的工作原理 异步电机运行时其转子相电动势为： 6.2.2 晶闸管串级调速系统 问题：如何在转子侧串入一个可变频、可变幅的电压？ 对于转子侧输出转差功率的情况来说，比较方便的办法是，将异步电动机的转子电压先整流成直流电压，然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，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流变压问题，对问题的分析与工程实现都更加容易。 1. 对直流附加电势的技术要求 （1）它应该是可平滑调节的，以满足对电动机转速平滑调节的要求； （2）从节能的角度看，希望产生附加直流电势的装置能够吸收从异步电动机转子侧传递来的转差功率并加以利用。 3. 系统工作原理 由于转子回路采用不控整流，转差功率也仅仅是单方向地由转子侧送出，回馈给电网。忽略整流器的换相影响，异步电动机转子相电势经三相整流器后的直流电势为 6.3 绕线式异步电动机在串级调速时的机械特性 转子整流电路特点 异步电动机转子电动势相当于转子整流器的供电电源。如果把电动机定子看成是整流变压器的一次侧，则转子绕组相当于二次侧，与带整流变压器的整流电路非常相似，因而可以引用电力电子技术中分析整流电路的一些结论来研究串级调速时的转子整流电路。但是，两者之间还存在着一些显著的差异。 主要是转子整流电路的以下不同点： （1）一般整流变压器输入输出的频率是一样的，而异步电动机转子绕组感应电势的幅值与频率都是变化的，随电机转速的改变而变化； （2）异步电动机折算到转子侧的漏抗值也与转子频率或转差率有关； （3）由于异步电动机折算到转子侧的漏抗值较大，所以出现的换相重叠现象比一般整流电路严重，从而在负载较大时会引起整流器件的强迫延迟换相现象。 2. 电路分析 为简化分析，作如下假设： （1）整流器件具有理想的整流特性，管压降及漏电流均可忽略； （2）转子直流回路中平波电抗器的电感为无穷大，直流电流波形平直。 设电动机在某一转差率下稳定运行，转子三相的感应电势为 era、erb、erc。当各整流器件依次导通时，必有器件间的换相过程，这时处于换相中的两相电势同时起作用，产生换相重叠压降。 由此可见