第七章 绕线转子异步电动机调速系统.ppt

第7章绕线转子异步电动机调速系统 内容提要7 1绕线转子异步电动机串级调速原理7 2串级调速系统的性能7 3转速 电流双闭环串级调速系统7 4超同步串级调速系统 7 1绕线转子异步电动机串级调速原理 7 1 1异步电动机转子附加电动势时的工作情况绕线式异步电动机运行时 其转子相电动势为 7 1 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势 或称开路电动势 转子额定相电压 式中R2 转子绕组每相电阻 X20 s 1时转子绕组每相漏抗 式 7 1 说明 转子电动势E2值与其转差率s成正比 同时它的频率f2也与s成正比 f2 sf1 当转子按常规接线时 转子相电流的方程式为 7 2 现在在转子电路中引入一个可控的交流附加电动势Eadd 并与转子电动势E2串联 Eadd应与E2有相同的频率 但与E2同相或反相 如图7 l所示 转子电路的电流方程式如下 由于转子电流I2与负载的大小有直接关系 当电动机的负载转矩TL恒定时 可以认为不论转速高低转子电流I2都不变 即在不同的s值下式 7 2 和式 7 3 相等 设附加电动势Eadd 0时 电动机在s s1的转差率下稳定运行 当加入反向的附加电动势后 电动机转子回路的合成电动势减小了 转子电流和电磁转矩也相应减小 由于负载转矩未变 电动机必然减速 因而s增大 转子总电动势增大 转子电流也逐渐增大 直至转差率增大到s2 s1 时 转子电流又恢复到原值 电动机进入新的稳定运行状态 此时s1与s2之间有如下关系 7 3 可见 改变附加电动势Eadd的大小 即可调节电动机的转差率s 亦即调节电动机的转速 同理 如果引入同相的附加电动势 则可使电动机的转速增大 7 1 2串级调速的各种运行状态及功率传递关系 在异步电动机转子中串入附加电势而形成的串级调速系统 从功率关系来看 实质上就是利用附加电势由Eadd来控制异步电动机转子中的转差功率而实现调速的 因此 串级调速的各种基本运转状态 可以通过功率的传递关系来加以说明 串级调速可实现5种基本运转状态 不同运转状态下的功率传递关系如图7 2所示 图中忽略了电动机内部的各种损耗 认为定子输入功率P1就是转子电磁功率Pem 由于转子侧串入附加电动势极性和大小的不同 s和Pm都可正可负 因而可以有以下五种不同的工作情况 1 电机在次同步转速下作电动运行 工作条件 转子侧每相加上与Er0同相的附加电动势 Eadd Eadd Er0 并把转子三相回路连通 运行工况 电机作电动运行 转差率为0 s 1 从定子侧输入功率 轴上输出机械功率 2 电机在反转时作倒拉制动运行 工作条件 轴上带有位能性恒转矩负载 这是进入倒拉制动运行的必要条件 此时逐渐减少 Eadd值 并使之反相变负 只要反相附加电动势 Eadd有一定数值 则电机将反转 运行工况 电机进入倒拉制动运行状态 转差率s 1 此时由电网输入电机定子的功率和由负载输入电机轴的功率两部分合成转差功率 并从转子侧馈送给电网 功率流程 电机在超同步转速下作回馈制动运行 工作条件 进入这种运行状态的必要条件是有位能性机械外力作用在电机轴上 并使电机能在超过其同步转速n1的情况下运行 此时 如果处于发电状态运行的电机转子回路再串入一个与sEr0反相的附加电动势 Eadd 电机将在比未串入 Eadd时的转速更高的状态下作回馈制动运行 运行工况 电机处在发电状态工作 s 1 电机功率由负载通过电机轴输入 经过机电能量变换分别从电机定子侧与转子侧馈送至电网 功率流程 电机在超同步转速下作电动运行 工作条件 设电机原已在0 s 1作电动运行 转子侧串入了同相的附加电动势 Eadd 轴上拖动恒转矩的反抗性负载 当接近额定转速时 如继续加大 Eadd电机将加速到的新的稳态下工作 即电机在超过其同步转速下稳定运行 运行工况 电机的轴上输出功率由定子侧与转子侧两部分输入功率合成 电机处于定 转子双输入状态 其输出功率超过额定功率 功率流程 电机在次同步转速下作回馈制动运行 电机工作条件 很多工作机械为了提高其生产率 希望电力拖动装置能缩短减速和停车的时间 因此必须使运行在低于同步转速电动状态的电机切换到制动状态下工作 设电机原在低于同步转速下作电动运行 其转子侧已加入一定的 Eadd 要使之进入制动状态 可以在电机转子侧突加一个反相的附加电动势 在次同步转速下作回馈制动运行 在低于同步转速下作电动运行 Eadd由 变为 并使 Eadd 大于制动初瞬的sEr0 电机定子侧输出功率给电网 电机成为发电机处于制动状态工作 并产生制动转矩以加快减速停车过程 功率流程 五种工况小结 五种工况都是异步电机转子加入附加电动势时的运行状态 在工况a b c中 转子侧都输出功率 可把转子的交流电功率先变换成直流 然后再变换成与电网具有相同电压与频率的交流电功率 7 1 3串级调速系统的基本类型 在异步电动机转子回路中串入附加电动势固然可以改变电动机的转速 但由于电动机转子回路感应电动势E2的频率随转差率而变化 所以附加电动势的频率亦必须能随电动机转速而变化 这种调速方法就相当于在转子侧加入了一个可变频 可变幅的电压 由于在工程上获取可变频 可变幅的可控交流电源是有一定难度的 因此常变换到直流电路上来处理 即先将电动机转子电动势整流成直流电压 然后引入一个直流附加电动势 调节直流附加电动势的幅值就可以调节异步电动机的转速 直流附加电动势技术要求按前述 首先它应该是平滑可调的 以满足对电机转速的平滑调节 另外从功率传递的角度来看 希望能吸收从电动机转子侧传递过来的转差功率并加以利用 譬如把能量回馈电网 而不让它无谓地损耗掉 这就可以大大提高调速的效率 根据上述两点 如果选用工作在逆变状态的晶闸管可控整流器作为产生附加直流电动势的电源 是完全能满足上述要求的 按产生直流附加电动势的方式不同 次同步串级调速系统可分为电气串级调速系统 机械串级调速系统 1 电气串级调速系统 图7 3为根据前面的讨论而组成的异步电动机电气串级调速系统原理图 图中异步电动机以转差率s在运行 其转子电动势sE20经三相不可控整流装置UR整流 输出直流电压Ud 工作在逆变状态的三相可控整流装置UI除提供可调的直流输出电压Ui作为调速所需的附加电动势外 还可将经UR整流后输出的电动机转差功率逆变 并回馈到交流电网 图中TI为逆变变压器 L为平波电抗器 两个整流装置的电压Ud与Ui的极性以及电流Id的方向如图7 3所示 可写出整流后的转子直流回路的电压平衡方程式或 7 4 式中K1 K2 UR与UI两个整流装置的电压整流系数 如果都采用三相桥式整流电路 则K1 K2 2 34 U2T 逆变变压器的二次相电压 工作在逆变状态的可控整流装置UI的逆变角 R 转子回路总电阻 在电动机负载转矩不变的条件下作稳态运行时 可以近似认为Id为恒值 当增大 角时 逆变电压Ui减小 电动机转速因存在机械惯性尚未变化 Ud仍维持原值 直流回路电流Id增大 转子电流I2也相应增大 电动机加速 转子整流电压Ud随转速增大而减小 直至Ud与Ui依式取得新的平衡 电动机进入新的稳定状态以较高的转速运行 同理 减小 时 电动机减速 图7 3中 除电动机外 其余装置都是静止型的元器件 故称这种系统为静止型电气串级调速系统 由上述原理可见 系统转子侧构成了一个交一直一交有源逆变器 由于逆变器通过变压器与交流电网相连 其输出频率是固定的 因而是一个有源逆变器 由此可见 这种调速系统可以看作是电动机定子恒频恒压供电下的转子变频调速系统 由于其值可平滑连续变化 因而电动机的转速也能平滑地连续调节 这种调速方法因为逆变器能将电动机的转差功率回馈到交流电网 比之转子串电阻调速可大大提高调速系统的效率 故称为转差功率回馈型的调速方法 2 机械串级调速系统 机械串级调速系统在国际上又称为Kramer系统 其原理图如图7 4所示 异步电动机转子电动势经整流后 接到一台与异步电动机同轴相连的直流电动机上 共同拖动负载 系统中直流附加电动势由直流电动机产生 通过改变直流电动机励磁电流的大小就可以改变电枢感应电动势 相当于改变直流附加电动势的大小 从而实现串级调速 当不计电机的各种损耗时 异步电机从电网吸收的功率为P 直接输送给负载的机械功率为P 1 s 另一部分转差功率sP经转子整流器送给直流电机 由于直流电机与异步电机同轴硬性连接 直流电机吸收的转差功率sP转变为轴上的机械功率仍然又输送给负载 这样串级调速系统调到低速运转时 负载得到的机械功率总和为P 1 s sP P 具有恒功率的调速特性 因为转速太低时直流电机不能产生足够的附加电势 所以调速范围不大 通常在2 1以内 7 2串级调速系统的性能 7 2 1串级调速系统的机械特性在串级调速系统中 电动机的同步转速由电源频率与电动机的结构决定 且恒定不变 但其理想空载转速是可调的 由式 7 4 设K1 K2 当Id 0时 有即 7 5 由式 7 5 可见 改变 角时s0也随之改变 在系统中 角的调节范围对应于电动机调速范围的上 下限 一般逆变角的调节范围为30 90 其下限30 是为了防止逆变颠覆而设置的最小逆变角 其具体数值也可根据系统的电气参数来设定 由式 7 4 还可看出 在不同的 角下 异步电动机串级调速时的机械特性是近似平行的 其工作段类似于直流电动机变压调速的机械特性 1 转子整流电路的工作特性 典型的次同步串级调速系统如图7 3所示 该系统中的核心部分是有源逆变器和转子整流器 该转子整流器与一般整流器有以下几点不同 1 转子三相感应电动势的幅值和频率都是转差率s的函数 2 折算到转子侧的漏抗值是转差率s的函数 3 由于电动机折算到转子侧的漏抗值较大 换流重叠现象严重 转子整流器会出现 强迫延迟换流 现象 从而引起转子整流电路的特殊工作状态 由于电动机存在漏抗 使换流过程中电流不能突变 因而产生换流重叠角 转子整流器换流重叠角 的一般公式为 7 6 式中XD0 s 1时折算到转子侧的电动机定子和转子每相漏抗 由式 7 6 可知 当E20和XD0确定时 换流重叠角 随着电流Id的增大而增大 当Id 时 60 器件在自然换流点换流 当Id 时 60 此时 若继续增大Id 会出现强迫延迟换流现象 即器件的起始换流向后延迟一段时间 这段时间用强迫延迟换流角 P来表示 在这一阶段 保持60 不变 而 P在0 30 间变化 当 P 30 后再继续增大Id时 P保持30 不变 而随着Id增大 从60 继续增大 因此 串级调速时转子整流电路有3种工作状态 1 0 60 在自然换流点换流的工作状态为第一工作状态 2 保持 60 不变 而 P在0 30 间变化的工作状态为第二工作状态 3 P 30 不变 随着Id增大 从60 继续增大的工作状态为第三工作状态 该工作状态属于故障工作状态 故不对它进行讨论 2 串级调速系统的转速特性和机械特性 串级调速系统主电路接线图及相应的等效电路如图7 5所示 在等效电路中 忽略了导通二极管 晶闸管的管压降 1 第一工作区的转速特性和机械特性 根据图7 5b 所示的等效电路 可以列出其转子整流器在第一工作状态下的电压平衡方程式为 7 7 式中Ud0 转子整流器在s 1时的理想空载输出电压 Ud0 2 34E20 Ui0 逆变器直流侧的理想空载电压 Ui0 2 34U2Tcos RD 折算到转子侧的异步电动机每相等效电阻 XD0 在s 1时折算到转子侧的异步电动机每相漏抗 由转子漏抗引起的换相压降 RL 直流平波电抗器的电阻 RT 折算到二次侧的逆变变压器每相等效电阻 XT 折算到二次侧的逆变变压器每相漏抗 由逆变变压器每相等效漏抗引起的换相压降 从式 7 7 中可求出转差率s为 将代入式 7 8 则转速为 7 8 7 9 令 则式 7 9 可简化为 7 10 由上式可见 串级调速系统当转子整流电路运行在第一工作区时所具有的机械特性类似于他励直流电动机调压调速的机械特性 在串级调速系统中 调节 角大小就可以改变的大小 相当于改变他励直流电动机电枢的外加直流电压 Id相当于他励直流电动机的电枢电流 串级调速系统中的等效电阻相当于他励直流电动机的电枢回路总电阻 它决定了机械特性的硬度 由于串级调速系统中的等效电阻比直流电动机电枢回路总电阻要大 故机械特性较软 异步电动机在不考虑转子损耗时 转子整流器的输出功率就等于电动机的转差功率 即 而转差功率Ps与电动机机械功率的关系为 将式 7 11 代入式 7 12 得 7 11 7 12 7 13 利用式 7 13 和式 7 7 可以求得串级调速系统在第一工作区的机械特性表达式 式中 s0为串级调速系统在某 值下的理想空载 Id 0 时的转差率 即 7 14 7 15 将式 7 14 对s求导 并令 可求得理论上的最大转矩为 将第一 二工作区分界点电流 代入式 7 13 可得第一 二工作区分界点的转矩为 7 16 7 17 将式 7 17 与式 7 16 相比 可得 由式 7 18 可知 T 1 2 T1m 也就是说 串级调速系统在第一工作区运行时 当电动机转矩增大到T 1 2 两个工作区交界点 后 就转入第二工作区运行 不可能出现式 7 16 所求得的最大转矩 故由式 7 16 所确定的串级调速系统第一工作区的最大转矩T1m是不存在的 7 18 2 第二工作区的机械特性 同样在忽略转子电阻损耗及转子整流元件的损耗时 转子整流器的输出功率就等于 可得 由于第二工作区的电流值为 7 19 7 20 7 21 利用式 7 18 式 7 17 可以求得串级调速系统在第二工作区的机械特性表达式 由式 7 22 可以看出 当 15 时 可得串级调速系统第二工作区内的最大转矩为 在忽略定子电阻时 绕线转子异步电动机固有的最大转矩为 7 22 7 23 7 24 比较式 7 23 和式 7 24 可得 式 7 25 说明 采用串级调速后 绕线转子异步电动机的过载能力降低了17 3 在选择串级调速系统绕线转子异步电动机容量时 应考虑这个因素 在式 7 22 中令 0 可得机械特性第二工作区的起始转矩T2in为 7 25 7 26 可见 两段特性在交点 60 0 处衔接 同样 将式 7 17 和式 7 24 相比 可得 由于一般绕线转子异步电动机的最大转矩Tm 2TN TN为异步电动机的额定转矩 故T 1 2 1 432TN 即串级调速系统在额定转矩下运行时 一般都处于机械特性第一工作区 根据上述串级调速系统机械特性在两个不同工作区的有关表达式 可画出电气串级调速系统计写特性曲线如图7 6所示 可见 串级调速系统的机械特性比绕线转子异步电动机的固有机械特性软 7 27 图7 6异步电动机串级调速时的机械特性 7 2 2串级调速装置的电压和容量 串级调速装置是指整个串级调速系统中除异步电动机以外为实现串级调速而附加的所有功率部件 从经济角度出发 必须合理地选择这些附加设备的容量 以提高整个调速系统的性能价格比 串级调速装置的容量主要是指两个交流装置与逆变变压器的容量 它们的选择要从电流与电压的额定值来考虑 影响装置容量的因素除异步电功机本身的功率外 主要是调速系统的调速范围 调速范围越大 smax也越大 这就要求逆变变压器二次绕组的电压越高 使逆变器中晶闸管承受的电压越高 必须选用高额定电压的晶闸管 而晶闸管额定电流的选择仅与电动机的负载有关 与调速范围无关 所以 交流装置的容量与调速范围成正比 逆变变压器与晶闸管 直流电动机调速系统中的整流变压器作用相似 但其容量与二次电压的选择却与整流变压器截然不同 在直流调速系统中 整流变压器的二次电压只要能满足电动机额定电压的要求即可 整流变压器的容量与电动机的额定电压和额定电流有关 而与系统的调速范围无关 在交流串级调速系统中 设置逆变变压器的主要目的就是取得能与被控电动机转子电压相匹配的逆变电压 其次是把逆变器与交流电网隔离 以抑制电网的浪涌电压对晶闸管的影响 这样 由式 7 5 可以写出逆变变压器的二次相电压和异步电动机转子电压之间的关系 式中s0max 根据系统调速范围所确定的与电动机最低理想空载转速相应的最大理想空载转差率 min 在最大转差率工作时的逆变角 即最小逆变角 min 30 7 28 则 逆变变压器的容量为 将式 7 29 代入上式后可得 由式 7 30 可见 随着系统调速范围的增大 WT也相应增大 这在物理概念上也是很容易理解的 因为随着电动机调速范围的增大 通过串级调速装置回馈电网的转差功率也增大 必须有较大容量的串级调速装置来传递与变换这些转差功率 7 29 7 30 7 2 3串级调速系统的效率 在串级调速系统中 由定子输入电动机的有功功率常用P1表示 扣除定子铜损pCu1和铁损pFe后 经气隙送到电动机转子的功率即为电磁功率Pem 电磁功率在转子中分为两部分 即机械功率Pmech和转差功率Ps 其中Pmech 1 s Pem 而Ps sPem 机械功率在扣除电动机的机械损耗pm后从轴上输出给负载 在串级调速系统中 转差功率并未被全部消耗掉 而是扣除了转子铜耗pCu2 杂散损耗ps和串级调速装置的损耗ptan后通过整流器和逆变器返回电网 这部分返回电网的功率称作回馈功率Pf 对整个串级调速系统来说 它从电网吸收的净有功功率应为Pin P1 Pf 图7 7a 所示为串级调速系统的功率传递走向 图7 7b 所示为串级调速系统的功率流程图 图7 7串级调速系统的效率分析a 系统的功率传递b 功率流程图 串级调速系统的效率 sch是指电动机轴上的输出功率P2与系统从电网输入的净有功功率Pin之比 即 7 31 式中 p是异步电动机的总损耗 在串级调速系统中 当电动机的转速降低时 如果负载转矩不变 p和ptan都基本不变 式 7 31 分子和分母中的Pem 1 s 项随着s的增大而减小 对 sch值的影响并不太大 因而串级调速系统的效率是很高的 而采用转子回路串电阻调速时 调速系统的效率为 其中 Pem 1 s 项随着s的变化和串级调速时一样 而所串电阻越大时 pCu2越大 p也越大 因而效率 R越低 几乎随着转速的降低成比例地减少 这两种调速方法的效率与转差率之间的关系如图7 8所示 图7 8电气串级调速系统与转子回路串电阻调速时的曲线 7 2 4串级调速系统的功率因数 串级调速系统的功率因数与系统中的异步电动机 转子侧的整流器及逆变器3部分有关 在串级调速时 由于转子侧的整流器在工作时存在换相重叠角 使转子电流波形滞后于电压波形 当负载电流较大时 转子整流器还会出现强迫延迟导通现象 这些都使整流器通过电动机从电网吸收无功功率 故在串级接线时电动机的功率因数要比正常接线运行时降低10 以上 另外 逆变器利用移相控制改变其输出的逆变电压 使其输入电流与电压不同相 因而也消耗无功功率 逆变角越大 消耗的无功功率也越大 在给定逆变角下 串级调速系统从交流电网吸收的总有功功率是电动机吸收的有功功率与逆变器回馈至电网的有功功率之差 然而从交流电网吸收的总无功功率却是电动机和逆变器所吸收的无功功率之和 随着电机转速的降低 所吸收的无功功率虽然减少了 但从电网吸收的总有功功率减少更多 结果使系统在低速时的功率因数更低 串级调速系统的总功率因数可用下式表示 式中S 系统总的视在功率 Q1 电动机从电网吸收的无功功率 Qf 逆变器从电网吸收的无功功率 一般串级调速系统在高速运行时的功率因数为0 6 0 65 比正常接线时电动机的功率因数减小0 1左右 在低速时可降到0 4 0 5 对调速范围D 2的系统 这是串级调速系统的主要缺点 为此 如何提高功率因数是串级调速系统能否得到广泛应用的关键问题之一 7 32 通常改善串级调速系统功率因数的方法有以下3种 1 采用两组逆变器 不对称控制 这是利用两组可控整流器组成逆变器的纵续连接 并进行逆变角的不对称控制 这种方法适用于大功率系统 2 采用具有强迫换相功能的逆变器 在逆变器工作时使晶闸管在自然换流点之后换相 产生容性无功功率以补偿负载的感性无功功率 这种方法对系统功率因数的改善有效 但逆变器线路较复杂 3 在电机转子直流回路中加斩波控制电路 这种方法对改善系统的功率因数也很有效 且线路比较简单 7 3转速 电流双闭环串级调速系统 7 3 1双闭环控制串级调速系统的组成图7 9所示为双闭环控制的串级调速系统原理图 其结构与双闭环直流调速系统相似 ASR和ACR分别为转速调节器和电流调节器 TG和TA分别为测速发电机和电流互感器 图中转速反馈信号取自与异步电动机同轴相连的测速发电机 电流反馈信号取自逆变器交流侧的电流互感器 也可通过霍尔变换器或直流互感器取自转子直流回路 为防止逆变器逆变颠覆 在电流调节器ACR输出电压为零时 应整定触发脉冲输出相位角为 min 图7 9所示的系统与直流不可逆双闭环调速系统一样 具有静态稳速与动态恒流的作用 所不同的是它的控制作用都是通过异步电动机转子回路来实观的 图7 9双闭环控制的串级调速系统原理图 7 3 2串级调速系统的动态数学模型 建立双闭环串级调速系统的动态数学模型应先求出系统中各环节的传递函数 进而求出整个系统的动态结构图 在图7 9所示的系统中 可控整流装置 调节器以及反馈环节的传递函数与一般系统一样 在此不再赘述 这里主要介绍转子直流回路有关装置和电动机本身的数学模型 1 转子直流回路的传递函数根据图7 5 b 所示的等效电路可以列出转子直流回路的动态电压平衡方程式 式中Ud0 当s 1时转子整流器输出的空载电压 Ui0 逆变器直流侧的空载电压 L 转子直流回路总电感 LD 折算到转子侧的异步电动机每相漏感 LT 折算到二次侧的逆变变压器每相漏感 LL 平波电抗器电感 R 转差率为s时转子直流回路等效电阻 7 33 把代入式 7 33 得到 将式 7 34 两边取拉氏变换 可求得转子直流回路的传递函数 式中KLr 转子直流回路的放大系数 KLr 1 R TLr 转子直流回路的时间常数 TLr L R 转子直流回路的动态结构图如图7 10所示 7 34 7 35 2 异步电动机的传递函数 以下推导以串级调速系统的第一工作区为依据 由式 7 13 可知异步电动机的电磁转矩 电力拖动系统的运动方程式为 或 式中IL为负载转矩TL所对应的等效直流电流 由此可得异步电动机在串级调速时的传递函数为 式中 为与GD2 CM有关的系数 因为CM是与电流Id有关的函数 故KM也是Id的函数而不是常数 7 36 3 串级调速系统的动态结构图 为了使系统既能实现速度和电流的无静差调节 又能获得快速的动态响应 转速调节器ASR和电流调节器ACR一般都选用PI调节器 再考虑给定滤波环节和反馈滤波环节就可画出双闭环控制的串级调速系统动态结构图 如图7 11所示 7 3 3串级调速系统调节器参数的设计 对具有双闭环控制串级调速系统的动态校正 主要按系统的抗扰性能考虑 即要使系统在负载扰动时有良好的动态响应能力 所以可与直流调速系统一样 在应用工程法进行动态设计时 电流环宜按典型 型系统设计 转速环宜按典型 型系统设计 但由于在串级调速系统中 转子直流回路的时间常数TLr及放大系数KLr都不是常数 而是转速的函数 所以电流环是一非定常系统 另外异步电动机的机电时间常数TM也不是常数 而是电流Id的函数 这又和直流调速系统不同 因此 采用工程设计法进行系统综合设计时会带来一定的问题与困难 工程设计时常用的处理方法如下 1 采用自适应控制理论和微机数字控制技术 控制电流调节器和转速调节器的参数 使之能随电机的实际转速n及直流回路电流Id值相应地改变 2 进行电流环的校正时 可按调速范围的下限所对应的smax来计算TLr和KLr 从而计算电流调节器的参数 也可把电流环作为定常系数按smax 2时所确定的TLr和KLr去计算电流调节器的参数 3 转速环一般按典型 型系统设计 由于电动机的TM是一个非线性 非定常的系数 所以设计时 可以选用与实际工作点电流值Id相对应的TM值 然后按定常系统进行设计 7 3 4串级调速系统的起动方式 串级调速系统是依靠逆变器提供附加电动势而工作的 为了使系统能够正常工作 防止逆变器损坏 对系统的起动与停车必须采取合理的措施 总的原则是在起动时必须使逆变器先于电机接上电网 停车时则比电机后脱离电网 以防止逆变器交流侧断电 而使晶闸管无法关断 造成逆变器的短路事故 串级调速系统的起动方式通常有间接起动和直接起动两种 1 间接起动 工业上应用串级调速的设备 大多数不需要从零速到额定转速作全范围调速 尤其是水泵 风机等生产机械所需的调速范围都不大 对于这些设备 串调系统一般只按所需调速范围设计smax 因此 若在串调系统投入后再起动电机 即下面说的直接起动 电流调节器的调节作用将无法对直流电流的最大值起限制作用 所以这种系统只能采用间接起动方式 即电动机转子串接电阻或频敏变阻器起动 当电动机的转差率减小到串调系统设计的最大转差率时再投入串调系统运行 同时切除转子电阻或频敏变阻器 由于这类生产机械不经常起动 所用起动电阻或频敏变阻器都可按短时工作制选用 其容量与体积都较小 图7 12所示为串级调速系统间接起动控制原理图 起动操作顺序如下 先合上装置电源总开关S 使逆变器在 min下等待工作 然后依次接通接触器K1 接入起动电阻R 再接通K0 把电机定子回路与电网接通 电动机便以转子串电阻的方式起动 待起动到所设计的nmin smax 时接通K2 使电动机转子接到串级调速装置 同时断开K1 切断起动电阻 此后电动机就可以串级调速的方式继续加速到所需的转速运行 不允许在未达到设计最低转速以前就把电动机转子回路与串级调速装置连通 否则转子电压会超过整流器件的电压定额而损坏器件 所以转速检测或起动时间计算必须准确 停车时 由于没有制动作用 应先断开K2 使电动机转子回路与