绕线转子异步电动机

1、幻灯片1谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢 谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢 谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢 谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢 谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢 谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢 谢谢幻灯片2第二章绕线转子异步电动机串级调速系统第一节串级调速的原理与基本类型 第二节低同步串级调速系统的机械特性 第三节串级调速系统的效率和功率因数 第四节串级调速的闭环控制系统 第五节串级调速应用中的几个问题第六节串级调速系统应用实例幻灯片3第一节串级调速的原理与基本类型一、串级调速的原理二、串级调速的基本运行状态及功率关系三、串级调速系统的基本类型幻灯片4幻灯片5曾气富孑3卅氏1

2、1砂立：黑-牲幻灯片6串级调速的基本原理是什么？一. 串级调速的原理转子串电阻调速方法有什么缺点？对于绕线转子异步电动机，可以在其转子回路串入电阻来减小电流， 增大转差率，从而改变转速。这种方法就是转子串电阻调速方法。转子串电阻调速方法的主要缺点：大量转差功率将在转子所串电阻上 变成热量被消耗掉，因此不适合对大容量电机降速，对小容量电机也因效 率太低而不适宜长期运行。转子串电阻调速方法的能量关系如图所示。参照电动机内部各坝功率表达式，对照能量天糸图，可以估算出电动 机的效率情况。基本结论是：串入电阻越大，转速越低，转差就越大，机械功率在电磁 功率中所占的比率就越低，效率越低。rF.!bWTfl

3、Ri#|Rit帏干 1RHI A.-vJijSjiiji)转速越低，转差越大，电阻发热越多，效率越低。引入一种新的调速方法，基本思路：转子不串入附加电阻-改为串入附加电动势来调速，并将 调速引起的转差功率损耗，回馈回电网或电动机本身。这种，既提高效率、又实现变转差率调速的方法，该方法被 称为绕线转子异步电动机的串级调速控制方案。工作原理：E2 S20三相异步电动机的转子感应电压为：转子电流为:式中:幻灯片7a.如串入的附加电势Ef疥转子感生电势sEj.方向相反，频率相同则转子电流将变小:Rj.(sXjo )转子电流Ij的减小，会引起交流电动机 拖动转矩的减小，设原来电机拖动转矩与负载 相等处于

4、平衡状态，串入附加电势必然引起电 动机降速，在降速的过程中，随着速度减小， 转差率S增大，分子中sEj回升，电流也回升， 使拖动转矩升高后再次与负载平衡，降速过程 最后会在某一个较低的速度下重新稳定运行。*这种向下调速的情况成为低于同步速的串级调速。(低同步串调)幻灯片8b.如串入的附加电势Ef疥转子感生电势则转子电流将变大：I2转子电流I 2的增大，会引起交流电动机 拖动转矩的增大，设原来电机拖动转矩与负载 相等处于平衡状态，串入附加电势必然引起电 动机升速，在升速的过程中，随着速度增加， 转差率S减小，分子中sEj减小，电流也减小， 使拖动转矩减小后再次与负载平衡，降速过程最后会在某一个较

5、高的速度下重新稳定运行。*这种向上调速的情况称为高于同步速的串级调速。(超同步串调)幻灯片9二.串级调速的基于运行状速的功率关行状态0<s<1 Te>0P2=Te 0>0Pm=(1-s) Pj >0,、Ps=s Pj >0(a)说明电网向电动机定子输入的电磁功率FJ一部分变为机械功率Fp从电动机轴输出；另一部分变为转差 功率Fs通过产生Ef装置回馈给电网。幻灯片#2、低于同步转速的回馈制动运行状态0<s<1 TevOP 2=T e W 0<0 Pm=(1-s) P2 <0Ps=s P2 <0幻灯片#说明电网从轴上向转子输入的机械

6、功率pm与从电网通过产生E装置输入的转差功率ps之和都变为 电磁功率P2,并通过电动机定子回馈给电网幻灯片11幻灯片#说明从电网向电动机定子输入的电磁功率 p2， 同时从电网通过产生Ef装置向电动机转子输入的转 差功率Ps，电动机把定子和转子同时吸收的电功率 变为机械功率Pm从轴上输出。幻灯片124、高于同步转速的回馈制动运行状态(d)s<0Te<0P2=T eW 0<0Pm=(1-s) P2 <0Ps=s P2 >0幻灯片#幻灯片#说明电动机从轴上吸收机械功率 Pm, 一部分 变为电磁功率P2通过定子回馈给电网，另一部分 变为转差功率Ps通过产生耳装置回馈给电网

7、。幻灯片13P2!( 1-S) P2SP：二、串级 及其功率传递关系T”.负载(1-S) P2负载P2(1-S) P2sF2EfY r负载(b)w(1-s ) P2(C)幻灯片14(d)三.串级调速系统的基本类型要实现前面所述的绕线异步电动机转子串联交流附加电 势完成调速的基本思想，则所串入的交流附加电势应该满足 如下条件：1. 首先，转子是三相交流电路，因此交流附加电势E矽为三相对称交流电。2. 转子感应的三相交流电势sR#勺频率、大小都是随转差率变化的，因此附加的三相交流电势Ef馳应随之变频变压。3. 附加的三相交流电势 Ef在控制过程中，要始终保持与转子感应的 三相交流电势 sE*相位相

8、同或相反，即 相位要同步。可见，三相交流附加电势的取得在实际中十分困难。实用的串级调速系统，一般采用将转子电路接不可控整流电路，在 直流回路中串入直流附加电势，通过调节直流附加电势的大小来调速的控制方案。电气串级调速系统幻灯片15幻灯片13B E p = 1.35U21 cos B - Id =(E2- Ep )/R 12叮_ .盯一$ !_ E2. ld (I2)达到新的平衡)幻灯片#幻灯片16电气串级调速系统对于电气串级调速系统，如忽略损耗，则电机轴上输出 的转矩为：幻灯片#幻灯片16结论：电气串级调速系统具有近似恒转矩的机械特性。晶闸管串级调速系统：效率高，技术成熟，成本低， 应用广泛，

9、具有恒转矩调速特性；幻灯片17机械串级调速系统幻灯片#幻灯片16对于机械串级调速系统，如忽略损耗，则电机轴上输出的 机械功率为：|(1 - s) Pd 亠 sPdPd常数结论：机械串级调速系统具有近似恒功率的机械特性。由于调速范围越大时，所需直流电机容量也越大，所以只 适用于大容量、调速范围小的恒功率生产机械，具有恒功率调 速特性。第二节低同步串级调速系统的机械特性一、转子整流器的三种工作状态二、串级调速系统的调速特性三、串级调速系统的机械特性与最大转矩幻灯片#幻灯片19一.转子整流器的三种工作状态低同步串级调速系统电力电子电路的核心部分是转子整流器和有源逆变器。下面以转子整流器为例说明：分析

10、前提条件：滤波电抗器Ld的电感足够大，得到的直流电流是平直的；整流元件是理想的，忽略其管压降；忽略电动机电阻对换相的影响。分析注意事项：转子整流器和一般整流器不同：转子三相感应电动势的幅值和频率都是转差率的函数； 折算到转子侧的漏抗值也是转差率的函数； 由于电动机折算到转子侧的漏抗较大，换流重叠严重。幻灯片21jTjTip幻灯片19幻灯片#jTjTip幻灯片19幻灯片20由整流电路计算，得第一工作状态下的重叠角幻灯片#jTjTip幻灯片19计算公式:幻灯片#jTjTip幻灯片19式申L丸电海干耳巾；h电功耳耳 StH IX . 折1|刊冲十剧彷呼用爼自时I.幻灯片#jTjTip幻灯片22幻灯片

11、23特征：当重叠达到60 0，电 流达到第一工作状态最大电 流（或一、二状态分界电流 Id12 ）以上，如果负载电流 继续增大，最初时重叠角会 大于600，但稳定以后，两个 二极管的重叠会均匀地保持 60 0不变，但所有二极管的换 流都被迫从自然换流点向后 延迟一个角度）。电流越大，这个强迫延时 换相角就越大，但有：注意:1、换流时间间隔与换流延迟时间间隔是均匀分 布的：彳：Ua： :-.pi i ： g幻灯片#：p的:p就幻灯片25幻灯片#幻灯片幻灯片（三）第三工作状态Y >60o a >300随着Id的继续增大，ap >300 属于故障状态27转子整流器的三个工作状态（一

12、）第一工作状态Y <600（二）第二工作状态Y =600 ap <300（三）第三工作状态Y >600 ap >300幻灯片29幻灯片29幻灯片30两个名词：I、换流重叠角 ：由于电动机中存在 漏抗，使换流过程中电流不能突变，会产生换流重叠，转子整流u、强迫延时换流角确定时，ld越大，cos;越小,越大。时=奂流点就会从人自然换流点:段时间用强迫延迟换:p来当转子开路相电动势？20和转子侧的每相漏抗二.串级调速系统的调速特兰仝或s与电流i d的关系）n或s与电流Id的关系式，需要从直流等效电路入手加以推导： 第一工作状态下，整流整流器-逆变器的直流回路等效电路如下:幻灯

13、片#幻灯片32幻灯片#幻灯片35n u -I。 Cen=f （I。）相当于他由上式可见，其机械特性 励直流电动机调压调速特性。串级调速系统可通过调节逆变角B进行调速由于其等效电阻较大，因此，其调速特性也较软。 这是第一工作状态的调速特性；第二工作状态调 速特性与之相似，其机械特性更软。三、串级调速系统的机械特性与最大转矩机械特性第一工作区和最大转矩第一、第二工作分界点转矩幻灯片#幻灯片#最大转矩幻灯片35幻灯片36幻灯片37将该式与异步电动机自然接线时的最大转矩相比，可得幻灯片39幻灯片37幻灯片#幻灯片37坍：采用串级调速后，异步电动机的寸载能力降低了 17%左右。在选择串级调速幻灯片#幻灯

14、片37系统异步电动机容量时，应考虑。幻灯片#幻灯片37幻灯片#幻灯片37幻灯片38幻灯片#幻灯片37幻灯片#幻灯片37第三节串级调速系统的效率和功率因数一. 串级调速系统的总效率串级调速系统的总功率因数幻灯片#幻灯片41幻灯片41一、串级调速系统的总效率幻灯片#幻灯片#由于转差功率被送回电网，使串级 调速从电网输入的总有功功率并不 多，故串级调速系统的效率很高，在 80 %以上。幻灯片#幻灯片#幻灯片42二、串级调速系统的总功率因数串级调速系统总功率因数低是串级调速系统的 主要缺点，即使高速时也只有0.6左右，低速时总功率因数更低。幻灯片43幻灯片45幻灯片43利用功率补偿电容器补偿采用高功率

15、因数 的串级调速系统斩波式串级调速系统GTO串级调速系统幻灯片44幻灯片#幻灯片43（二） GT串级调速系统GTO称为可关断晶闸管，其具有自关断能力。使用GTO的逆变器可以通过控制GTO的开通关断时刻，使 逆变电路产生超前于电网电压的电流，从而使串级调速系统的 逆变侧呈现电容性，提高总功率因数。由于GTO价格较高，该控制方案适用于大容量绕线异步电 动机的串级调速。幻灯片#幻灯片47幻灯片471、系统组成2、工作原理1UITAUR第四节串级调速的闭环控制系统双闭环串级系统的组成和工作原理幻灯片48幻灯片#幻灯片48幻灯片#，调速2 ）当ACR的输出电压为0时，B最小，此时应整 定触发脉冲，使逆变

16、角最小值为Bmin，通常令B min =300。同理，当ACR的输入达到上限的时 候，应整定逆变角 Bmax=90o3）利用ASR的输出限幅作用和 ACR的电流负反馈 调节作用可以使双闭环串级调速系统在加速过程 中实现恒流升速，获得良好的加速特性。幻灯片48幻灯片49第六节串级调速系统应用中的几个问题一、电动机的选择i选择串级调速系统中电动机容量的方法：首先，按常规的方法计算出自然接线时电动机的 功率；然后，根据串级调速的特点加以修正，并选择串 级调速系统的电动机功率；最后，进行电动机的热校验及过载能力校验。幻灯片50幻灯片51采用串级调速方案时，需扩大容量的原因：（1）串级调速系统的负载能力

17、比自然接线损失仃。（2 ）串级调速后电动机的功率因数降低。（3）低速运行时，转子的高频谐波电流造成转子铜损耗增 加。考虑上述因素后，串级调速系统电动机容量:P =KPdP串级调速时，电动机所 PD按常规计算所得的自然 k串级调速系数，一般取所选择的电动机的额定容量.幻灯片#串级调速系统的 热校验，采用等效电流法。幻灯片#幻灯片#幻灯片53串级调速系统电动机的过载能力校验，要考虑 串级调速时异步电动机过载能力降低17%左右，还要考虑电网电压降低的影响。幻灯片#幻灯片53幻灯片54串级调速系统的起动操作顺序： 必须先合控制电源，然后接通逆 变器的交流电源，最后才允许电 动机转子接入串级调速装置进行

18、 起动。停车时，须先断开电动机 侧电源，再断开逆变器侧交流电 源2、选择电动机额定转速在选择电动机的额定转速时，考虑到串级调 速系统的机械特性比较软，电动机的额定转速 应比生产机械的最高转速高 10%左右。3、串级调速系统的结构选择：若需在电动机轴上安装测速发电机，则要选 用两端出轴的双轴伸式电动机。二、起动方式的选择1、直接起动：利用串级调速装置本身直接起动电动 机，不再另接设备的起动方式。主要用于要求调速范围很大的生产机械，如提升 机、钢丝绳牵引胶带运输机等。2、间接起动方式：利用频敏变阻器或电阻器等起动 设备起动电动机，当加速到调速范围内的最低转 速时，投入串级调速，并切除起动设备。主要