第五章-交流调压调速系统和串级调速系统.ppt

双馈调速的基本结构 功率变换单元 电网 K1 M 3 ~ K2 TI 图5-15 绕线式异步电动机双馈调速的基本结构 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。 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。 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。 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； CU P1 Ps M 3 ~ Pmech 图5-16 绕线式异步电动机双馈调速的功率传输 （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。 Ps P1 M 3 ~ CU Pmech 图5-16 绕线式异步电动机双馈调速的功率传输 5.3.1 串级调速系统的原理及基本类型 异步电机运行时其转子相电动势为 式中 s — 异步电动机的转差率； E20 — 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： 式中 R2 — 转子绕组每相电阻； X20 — s = 1时的转子绕组每相漏抗。 1、转子附加电动势的作用 图5-17 绕线转子异步电动机转子附加电动势的原理图 ~ ~ ~ ~ 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。 引入可控的交流附加电动势 有附加电动势时的转子相电流： 如图5-17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 1、转子附加电动势的作用（续） 1. Er 与 Eadd 同相（超同步串级调速过程） 当 Eadd ? ， 使得： 这里： 转速上升； 1、转子附加电动势的作用（续） 当 Eadd ? ， 使得： 这里： 转速下降； 1、转子附加电动势的作用（续） 2. E2 与 Eadd反相（次同步串级调速过程） 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，在绕线式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、 对直流附加电动势的技术要求 首先，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； 其次，从节能的角度看，希望产生附加直流电动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、附加电动势的获得 在转子侧加入可变转差率、电压幅值可变的电动势。 利用一整流装置把转子交流电动势整流成直流电动势。 再利用晶闸管组成的可控整流装置来获得一个可调的直流电压作为转子回路的附加电动势。 把交流可变频率的问题转化为与频率无关的直流问题。 图5-18 电气串级调速系统原理图 4、串级调速系统 功率变换单元 UR — 三相不可控整流装置，将异步电机转子相电动势 sE20 整流为直流电压 Ud 。 UI — 三相可控整流装置，工作在有源逆变状态： 可提供可调的直流电压 Ui ，作为电机调速所需的附加直流电动势； 可将转差功率变换成交流功率，回馈到交流电网。 工作原理 （1）起动 起动条件： 对串级调速系统而言，起动应有足够大的转子电流 I2 或足够大的整流后直流电流 Id ，为此，转子整流电压 Ud 与逆变电压 Ui 间应有较大的差值。 起动控制 控制逆变角 ? ，使在起动开始的瞬间，Ud与 Ui 的差值能产生足够大的 Id ，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。 随着转速的增高，相应地增大 ? 角以减小值 Ui ，从而维持加速过程中动态转矩基本恒定 。 工作原理（续） （2）调速 调速原理：通过改变 ? 角的大小调节电动机的转速。 调速过程： ? ? Ui Id