电力拖动自动控制系统—运动控制系统(阮毅)7绕线转子异步电动机双馈调速系统

1、电力拖动自动控制系统运动控制系统 杨霞杨霞20102010年年6 6月月第第7章章 绕线转子异步电动机双馈调速系统绕线转子异步电动机双馈调速系统第第8章章 同步电动同步电动机变压变频调速机变压变频调速系统系统课程总结课程总结第第6章章 基于动态基于动态模型的异步电动模型的异步电动机调速系统机调速系统第第1章章 交流调速交流调速系统概述系统概述第第5章章 基于稳态基于稳态模型的异步电动模型的异步电动机调速系统机调速系统第第7章章 绕线转子绕线转子异步电动机双馈异步电动机双馈调速系统调速系统第第9章章 伺服系统伺服系统*7.1 绕线型异步电动机双馈调速工作原理绕线型异步电动机双馈调速工作原理7.2

2、 绕线型异步电动机串级调速系统绕线型异步电动机串级调速系统7.3 串级调速的机械特性串级调速的机械特性7.4 串级调速系统的技术经济指标串级调速系统的技术经济指标7.5 双闭环控制的串级调速系统双闭环控制的串级调速系统7.6 串级调速系统的起动方式串级调速系统的起动方式7.7* 绕线转子异步风力发电机组绕线转子异步风力发电机组7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经

3、济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组如何处理转差功率在很大程度上影响着调速系如何处理转差功率在很大程度上影响着调速系统的效率。要提高调速系统的效率，除了尽量减小转差功率外，统的效率。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。还可以考虑如何去利用它。对于绕线型异步电动机，定、转对于绕线型异步电动机，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，故称作以向转子馈入，故称作。 是转差功率可以回

4、馈到电网，也可以由是转差功率可以回馈到电网，也可以由电网馈入。至于电功率是馈入定子绕组和电网馈入。至于电功率是馈入定子绕组和/或转子绕组，还是由定或转子绕组，还是由定子绕组和子绕组和/或转子绕组馈出，则要视电动机的或转子绕组馈出，则要视电动机的工况工况而定。而定。调速调速在双馈调速工作时，绕线型异步电动在双馈调速工作时，绕线型异步电动机定子侧与交流电网直接连接，转子侧与交流电源或外接电动势机定子侧与交流电网直接连接，转子侧与交流电源或外接电动势相连，从电路拓扑结构上看，可认为是在转子绕组回路中相连，从电路拓扑结构上看，可认为是在转子绕组回路中7.1 绕线转子异步电动机双馈调速工作原理绕线转子异

5、步电动机双馈调速工作原理根据电机理论，改根据电机理论，改变转子电路的串接电阻，变转子电路的串接电阻，可以改变电机的转速。可以改变电机的转速。转子串电阻调速的原理如转子串电阻调速的原理如图所示，调速过程中，图所示，调速过程中，。PmPmechPs7.1 绕线型异步绕线型异步电动机双馈调速电动机双馈调速工作原理工作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7

6、绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组7.1.1 绕线转子异步电动机转子附加电动势的作用绕线转子异步电动机转子附加电动势的作用7.1.1 绕线转子异步电动机转子附加电动势的作用绕线转子异步电动机转子附加电动势的作用图图7-1 绕线型异步电动机转子附加电动势的原理图绕线型异步电动机转子附加电动势的原理图7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济

7、指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组在转子绕组回路中引入一个可控的交流附加电动势在转子绕组回路中引入一个可控的交流附加电动势 来代替来代替外接电阻，附加电动势的幅值和频率与交流电压外接电阻，附加电动势的幅值和频率与交流电压 相同，相位相同，相位与转子电动势与转子电动势 相反相反 ，则它对转子电流的作用与外接电阻是相，则它对转子电流的作用与外接电阻是相同的，附加电动势将会吸收原先消耗在外接电阻上的转差功率。同的，附加电动势将会吸收原先消耗在外接电阻上的转差功率。RUaddErE功率变换单元功率变换单元电网电网K1M3

8、 K2TI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。电动势。7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组异步电动机由电网供电并以异步电动机由电网供电并以时，它从电

9、网输入（馈入）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；电功率，而在其轴上输出机械功率给负载，以拖动负载运行； CUP1PsM3 Pmech7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组当电机以当电机以时，

10、它被拖着运转，从轴上输入机械功率，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。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。 PsP1M3 CUPmech7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风

11、力发电机组风力发电机组异步电动机运行时其转子相电动势为异步电动机运行时其转子相电动势为 式中式中 异步电动机的转差率；异步电动机的转差率；0rrsEE s0rE 绕线型异步电动机转子开路相电动势，也就是转子绕线型异步电动机转子开路相电动势，也就是转子开路额定相电压值。开路额定相电压值。7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双

12、闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组在转子短路情况下，转子相电流的表达式为在转子短路情况下，转子相电流的表达式为 式中式中 转子绕组每相电阻；转子绕组每相电阻； 时的转子绕组每相漏抗。时的转子绕组每相漏抗。2020)(rrrrsXRsEIrR0rX1s引入附加电动势后，电动机转子回路的合电动势减小了，转子电引入附加电动势后，电动机转子回路的合电动势减小了，转子电流和电磁转矩也相应减小，由于流和电磁转矩也相应减小，由于，电动机必然减速，电动机必然减速，因而因而 增大，转子电动势增大，转子电动势 随之增大，转子电流随之增大，转子电流 也逐也逐渐

13、增大，直至转差率增大到渐增大，直至转差率增大到 时，转子电流又恢复到负时，转子电流又恢复到负载所需的值，电动机便进入新的较低转速的稳定状态。载所需的值，电动机便进入新的较低转速的稳定状态。0rrEsEs21()ssrI此时，未串入附加电动势和串入附加电动势后的转子电流相此时，未串入附加电动势和串入附加电动势后的转子电流相等等 : 而减小而减小 则可使电动机的转速升高。所以在绕线型异步电则可使电动机的转速升高。所以在绕线型异步电动机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。动机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。 addE102022221020()()rraddr

14、rrrrs Es EEIRs XRs X21()ss7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组n双馈电机转子附加电动势的作用双馈电机转子附加电动势的作用()复习一下复习一下:)1 (6011snfnp0rrsEE sEEsnrr17.1

15、绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组addE1. Er 与与 Eadd 同相同相(正号正号)当当 Eadd ，使得：使得：这里：这里： add0r2add0r1EEsEEs21ss n双馈电机转子附加电动势的作用双馈电机转子附加电动势的作用

16、()7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组当当 Eadd ，使得：使得：这里：这里：add0r2add0r1EEsEEs21ss n双馈电机转子附加电动势的作用双馈电机转子附加电动势的作用()7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调

17、速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组当当 Eadd ，使得：使得：这里：这里： add0r2add0r1EEsEEs21ss 2. Er 与与 Eadd反相反相(负号负号)n双馈电机转子附加电动势的作用双馈电机转子附加电动势的作用()7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈

18、调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组当当 Eadd ，使得：使得：这里：这里：add0r2add0r1EEsEEs21ss n双馈电机转子附加电动势的作用双馈电机转子附加电动势的作用()7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型

19、异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组7.1.2 绕线转子异步电动机双馈调速的五种工况绕线转子异步电动机双馈调速的五种工况在绕线型异步电动机转子侧引入一个在绕线型异步电动机转子侧引入一个并改变其并改变其幅值，就可以实现对电动机转速的调节。幅值，就可以实现对电动机转速的调节。可控附加电动势的引入必然在转子侧形成功率的传送

20、，可以把转可控附加电动势的引入必然在转子侧形成功率的传送，可以把转子侧的转差功率传输到与之相连的交流电源或外电路中去，也可子侧的转差功率传输到与之相连的交流电源或外电路中去，也可以是从外面吸收功率到转子中来。以是从外面吸收功率到转子中来。从功率传送的角度看，可以认为是用控制异步电动机转子中转差从功率传送的角度看，可以认为是用控制异步电动机转子中转差功率的大小与流向来实现对电动机转速的调节。功率的大小与流向来实现对电动机转速的调节。 7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速

21、系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组n 异步电机的功率关系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都可写作 mmm)1 (PssPP式中式中 Pm 从电机定子传入转子（或由转子传出给定子）的电从电机定子传入转子（或由转子传出给定子）的电 磁功率，磁功率， sPm 输入或输出转子电路的功率，即转差功

22、率，输入或输出转子电路的功率，即转差功率， (1-s)Pm 电机轴上输出或输入的功率。电机轴上输出或输入的功率。 根据转子电路引入的根据转子电路引入的 与转子绕组电动势与转子绕组电动势 之间的大小和相之间的大小和相位关系的不同，即由位关系的不同，即由 由于转子侧串入附加电动势极性和大小的不同，由于转子侧串入附加电动势极性和大小的不同， s 和和 Pm 都可正都可正可负，因而可以有可负，因而可以有不同的工作情况。不同的工作情况。addErE调速的大小、相位控制控制nsPEmadd7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系

23、动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组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 定子接交流电网；定子接交流电网；转子侧每相加上与转子侧每相加上与 Er0 反相的附加电动势反相的附加电动势 Eadd（Eadd Er0），并把转子三相回路连通），并把转子三相回路连通；轴上带有反抗性的恒值负载；轴上带有反抗性的恒值负载 。 电机在固有

24、的机械特性上以电机在固有的机械特性上以sN作电动运行，在转子侧加作电动运行，在转子侧加Eadd，转差率为，转差率为0s1，。 则：则：Ir 与与Er 相位趋于一致，与相位趋于一致，与 Eadd反相，反相， 低于同步速（次低于同步速（次同步）运行。同步）运行。 这时功率关系这时功率关系: 正常轴上输出机械功率，拖动负载运行。正常轴上输出机械功率，拖动负载运行。20r12add0r1rN20r20r)()(XsREEsIXsREsrNrNNss 1 nEadd|10 s1nn mmmPssPP)1 ( 7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线

25、型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组2. 电机在反转时作倒拉制动运行电机在反转时作倒拉制动运行 工况工况1延续，轴上带有位能性恒转矩负载（这是进入倒拉制动运行的必延续，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），此时逐渐减少要条件），此时逐渐减少 Eadd 值，只要反相附加电动势值，只要反相附加电动势 Eadd

26、 有一定数有一定数值，则电机将反转。值，则电机将反转。 在反相在反相Eadd与位能负载外力作用下，电机进入倒拉制动运行状，此时由与位能负载外力作用下，电机进入倒拉制动运行状，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，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。并从转子侧馈送给电网。 这时功率关系这时功率关系:20r12add0r1rN20r20r)()(XsREEsIXsREsrNrNmmm)1(sPPsPnsEEradd1|0， nEadd|7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2

27、 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组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 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使电机能在超过其同步转速n1的情况下运行。的情况下运行

28、。 此时，如果此时，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 反相的反相的附加电动势附加电动势Eadd ，电机将在比未串入，电机将在比未串入Eadd 时的转速更高的状态下作回时的转速更高的状态下作回馈制动运行。馈制动运行。 电机处在电机处在状态工作，状态工作，s 0，电机功率由负载通过电机轴输入，经，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。过机电能量变换分别从电机定子侧与转子侧馈送至电网。 这时功率关系这时功率关系:20r12add0r1rN20r20r)()(XsREEsIXsREsrNrNm

29、mm)1 (PssPP nEadd|1nn 下下坡坡7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组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 工况工况1延续，设电机原已在延续，设电机原已在 0 s 1 作电动运行，作电动运

30、行，转子侧串入了同相的转子侧串入了同相的附加电动势附加电动势+Eadd，轴上拖动恒转矩的反抗性负载。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，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。即电机在超过其同步转速下稳定运行。 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。定、转子双输入状态，其输出功率超过额定功率。 这时功率关系这时功率关系:20r12add0r1rN20r2

31、0r)()(XsREEsIXsREsrNrNmmm)1 (PssPP nEadd|1nn 7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组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 很多工作机械为了提高其生产率，希望

32、电力拖动装置能缩短减速和停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。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。 在低于同步转速下作电动运行，使在低于同步转速下作电动运行，使 |- Eadd| 大于制动初瞬的大于制动初瞬的sEr

33、0 ，电机，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。转矩以加快减速停车过程。这时功率关系这时功率关系:20r12add0r1rN20r20r)()(XsREEsIXsREsrNrNmmm)1 (PsPsPrraddaddIsEEE0|7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系

34、统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组图图 异步电机在转子附加电动势时的工况及其功率流程异步电机在转子附加电动势时的工况及其功率流程 五种工况都是异步电五种工况都是异步电机转子加入附加电动势机转子加入附加电动势时的运行状态。时的运行状态。 在工况在工况a,b,c中，转子中，转子侧都输出功率，可把转侧都输出功率，可把转子的交流电功率先变换子的交流电功率先变换成直流，然后再变换成成直流，然后再变换成与电网具有相同电压与与电网具有相同电压与频率的交流电功率。频率的交流电功率。 7.1

35、绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组7.2绕线转子异步电动机串级调速系统绕线转子异步电动机串级调速系统在异步电动机转子回路中附加交流电动势调速的关键在异步电动机转子回路中附加交流电动势调速的关键就是在转子侧串入一个可变频、可变幅的附加电动势

36、就是在转子侧串入一个可变频、可变幅的附加电动势 。7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组将异步电动机的将异步电动机的，然后，然后，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这样，就把交流变压变频这一复杂问题，转化为与频率

37、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。流变压问题，对问题的分析与工程实现都更加容易。 MA负载R1C2CTGnU*nUASR+ +ACR*iUctU- - -iU+ + +VIdLVRdUiUiTITU2TI2SE2n绕线转子绕线转子异步电动异步电动机机MA 起动电阻起动电阻R 切换用接触器切换用接触器1C、2C 串调装置主电路（交直交变频电路）串调装置主电路（交直交变频电路） 不控整流桥不控整流桥VR dL平波电抗器平波电抗器有源逆变桥有源逆变桥VI 逆变变压器逆变变压器TI 控制系统为转速、电流双闭环控制控制系统为转速、电流双闭环控制 系统系统测速信号取测速信号取自测速发电

38、自测速发电机机TG 电流反馈电流反馈信号在逆信号在逆变桥交流变桥交流侧采样经侧采样经整流得到整流得到 串级调速系统的构成串级调速系统的构成 电流反馈电流反馈信号也可信号也可在直流侧在直流侧采样得到采样得到 图图7-4 电气串级调速系统原理图电气串级调速系统原理图 7.2.1串级调速系统的工作原理串级调速系统的工作原理 7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的

39、技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组（1）起动）起动l起动条件：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对串级调速系统而言，起动应有足够大的转子电流 Ir 或足或足够大的整流后直流电流够大的整流后直流电流 Id ，为此，转子整流电压，为此，转子整流电压 Ud 与逆变电与逆变电压压 Ui 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，Ud与与 Ui 的差值能产的差值能产生足够大的生足够大的 Id ，以满足所需的电磁转矩，但又不超过允许的，

40、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，相应地增大随着转速的增高，相应地增大 角以减小值角以减小值 Ui ，从而维持，从而维持加速过程中动态转矩基本恒定加速过程中动态转矩基本恒定 。7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双

41、闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组（2）调速）调速调速原理：通过改变调速原理：通过改变 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：调速过程： UiId K1sEr0n Te Te = TL Id（3） 停车停车 串级调速系统没有制动停车功能。只能靠减小串级调速系统没有制动停车功能。只能靠减小 角逐渐减速，角逐渐减速，并依靠负载阻转矩的作用自由停车。并依靠负载阻转矩的作用自由停车。 串级调速系统能够靠调节逆变角串级调速系统能够靠调节逆变角 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转差功率回馈给交流

42、电网，从而使扣除装系统能把异步电动机的转差功率回馈给交流电网，从而使扣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率。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。7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组当系统

43、在理想空载状态下运行时（当系统在理想空载状态下运行时（Id = 0），转子直流回路的电压），转子直流回路的电压平衡方程式变成平衡方程式变成 cos22001TrUKEsK其中，其中，s0 异步电动机在串级调速时对应于某一异步电动机在串级调速时对应于某一 角的理想空载角的理想空载转差率，并取转差率，并取 K1 = K2，则，则 cos020rTEUs 整流后转子回路电压平衡方程式整流后转子回路电压平衡方程式RIUUdidRIUKsEKdTrcos2201由此可得相应的理想空载转速由此可得相应的理想空载转速 n0 为：为： )cos1 ()1 (0rT2syn0syn0EUnsnn式中式中 nsy

44、n 异步电动机的同步转速。异步电动机的同步转速。 7.3 异步电动机串级调速时的机械特性异步电动机串级调速时的机械特性7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组时90. 1MA负载R1C2CTGnU*nUASR+ +ACR*iUctU-

45、- -iU+ + +VIdLVRdUiUiTITU2TI2SE2n900iU 相当于直流侧在平波电抗器相当于直流侧在平波电抗器后面后面短路，也短路，也即不串入附加电势即不串入附加电势电动机机械特性近似于固有机械特性电动机机械特性近似于固有机械特性 但转子电流还流经整流二极管及平波但转子电流还流经整流二极管及平波电抗器，相当于在转子回路中串入了与电抗器，相当于在转子回路中串入了与二极管管压降相当的一电阻及把电抗器二极管管压降相当的一电阻及把电抗器折算到交流侧的一个等效电感折算到交流侧的一个等效电感 。 l 电阻的串入，使机械特性稍软电阻的串入，使机械特性稍软l 电抗的串入，使最大转矩减小电抗的串

46、入，使最大转矩减小900iU 固定固定 为某一个确定值为某一个确定值1，可，可得到一条人为机械特性曲线得到一条人为机械特性曲线 00202.34dUs E0212.34cosiTUU0dI空载时00diUUq 在不同的在不同的 角下，机械特性是一组平行的曲线角下，机械特性是一组平行的曲线 1|nf T （1）空载转差率）空载转差率s0（空载转速（空载转速n0) （2）特性曲线直线段的斜率与最大转矩）特性曲线直线段的斜率与最大转矩 等效电路图等效电路图 解得解得 121020cos|TUsE12.(90 ), 电流连续时电流连续时q 逆变角逆变角 减小，空载转差率减小，空载转差率s0 增大增大与

47、与 相比，转子回路的电阻与电抗不变。相比，转子回路的电阻与电抗不变。 90 所以，机械特性曲线斜率及最大转矩也相同。所以，机械特性曲线斜率及最大转矩也相同。 113.(90 ), 电流断续时电流断续时 只有当三相整流电压只有当三相整流电压ud 波形中的最低点，波形中的最低点，高于高于ui 波形的最高点时波形的最高点时,电流才会真正为零电流才会真正为零 。q 电流断续后的机械特性将上翘，电流断续后的机械特性将上翘， S0 将变小将变小 串级调速时的机械特性图串级调速时的机械特性图图图7-6 异步电动机串级调速时的机械特性异步电动机串级调速时的机械特性a) 大电机大电机 b)小电机小电机 7.1

48、绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组1. 转子整流电路转子整流电路图图7-7 转子整流电路转子整流电路 7.3.2串级调速的转子整流电路串级调速的转子整流电路7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕

49、线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组 2.电路分析电路分析换相重叠压降换相重叠压降换相重叠波形换相重叠波形7.3.2串级调速的转子整流电路串级调速的转子整流电路7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系

50、统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组 根据根据电力电子技术电力电子技术中介绍的理论，中介绍的理论，为为0rdD0r0dD0621arccos621arccosEIXsEIsX其中其中 XD0 s = 1时折算到转子侧的电动机定子和转子每相漏抗。时折算到转子侧的电动机定子和转子每相漏抗。当电流当电流 Id 增大到按上式计算出来的增大到按上式计算出来的 角大于角大于60时，器件时，器件在

51、自然换相点处未能结束换流，从而迫使本该在自然换相点换在自然换相点处未能结束换流，从而迫使本该在自然换相点换流的器件推迟换流，出现了流的器件推迟换流，出现了强迫延迟换相现象强迫延迟换相现象，所延迟的角度，所延迟的角度称作称作 。7.3.2串级调速的转子整流电路串级调速的转子整流电路7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控

52、制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组7.3.2串级调速的转子整流电路串级调速的转子整流电路7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组图图7-8 转子整流电路的转子整流电路的 = f ( Id

53、 )， p = f ( Id )7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组7.3.2串级调速的转子整流电路串级调速的转子整流电路)6sin(26)cos(cos26p0D0rppD0r0dXEXEIdDpp0rd22)cos(cos34.

54、 2IRsEUdDd0Dp0r23cos34. 2IRIXsE式中式中 RD = sRs + Rr 为折算到转子侧的电动机定子和转子每相等为折算到转子侧的电动机定子和转子每相等效电阻。效电阻。 7.3.2串级调速的转子整流电路串级调速的转子整流电路7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.

55、7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组当当 p = 0， = 0 60 时表示转子整流电路工作在第一工作区。时表示转子整流电路工作在第一工作区。当当 0 p 30， =60时表示转子整流电路工作在第二工作区；时表示转子整流电路工作在第二工作区；dd0Dp0r00s0me)3cos34. 2(1IIXEsPPT)cos1 (26)cos(cos26D0r0ppD0r0dXEXEIdD0rdDpp0rd22cos134. 222)cos(cos34. 2IRsEIRsEUdd0Dp0r00s0me)3cos34. 2(1IIXEsPPT)6sin(26)cos(cos26D0r0pp

56、D0r0dpXEXEIdDdDprIRIXsEIRsEU23cos34. 222)cos(cos34. 200dDpp0rd)(coscos627220020eppDrXET7.3.2串级调速的转子整流电路串级调速的转子整流电路7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线

57、转子异步风力发电机组风力发电机组7.3.3 串级调速机械特性方程式串级调速机械特性方程式 图图79 串级调速系统串级调速系统a）主电路）主电路b）等效电路）等效电路串级调速串级调速7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组串级调速串级调速

58、转子整流电路的输出电压为转子整流电路的输出电压为逆变器直流侧电压逆变器直流侧电压电压平衡方程电压平衡方程)23(cos34. 2D0Ddp0rdRsXIsEU)23(cos34. 2TTd2TiRXIUULdidRIUU7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步

59、风力发电机组风力发电机组串级调速串级调速d0Dp0rLDTTd2T3cos34. 2)223(cos34. 2IXERRRXIUs 将将 s = (n0 n ) / n0代入上式，得到串级调速时的代入上式，得到串级调速时的为为d0Dp0rLDTT0Dd2Tp0r03cos34. 2)2233()coscos(34. 2IXERRRXXIUEnn7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调速系统统7.6 串级调速系统串级调速系统的起动方式的起动方式7.3 串级调速的机串级调速的机械特性械特性7.4 串级调速系统串

60、级调速系统的技术经济指标的技术经济指标7.5 双闭环控制的双闭环控制的串级调速系统串级调速系统7.7 绕线转子异步绕线转子异步风力发电机组风力发电机组如借用直流电动机的概念和有关算式，引入电动势系数如借用直流电动机的概念和有关算式，引入电动势系数 CE ，使，使 0d0D0d0d0Dp0rE33cos34. 2nIXUnIXEC转速特性方程的直观形式转速特性方程的直观形式 )(1dERIUCn其中，其中， p0r0dcos34. 2EULDTT0D2233RRRXXR7.1 绕线型异步电绕线型异步电动机双馈调速工动机双馈调速工作原理作原理7.2 绕线型异步电绕线型异步电动机串级调速系动机串级调