电力拖动自动控制系统(第3版)(陈伯时)第18讲

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1、 第十第十八八讲讲 本节提要本节提要v串级调速系统的效率串级调速系统的效率v串级调速系统的功率因数及其改善途径串级调速系统的功率因数及其改善途径v斩波控制的串级调速系统斩波控制的串级调速系统v串级调速装置的电压和容量串级调速装置的电压和容量*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 及其提高方案及其提高方案*7.4.1 串级调速系统的效率串级调速系统的效率图图7-12 串级调速系统效率分析串级调速系统效率分析a)系统的功率传递系统的功率传递 b)系统的功率流程图系统的功率流程图 n 串级调速系统功率流程串级调速系统功率流程 l在串级调速时（图在串级调速时（图7-12a7-1

2、2a），），P Ps s 未被全部消未被全部消耗掉，而是扣除了转子铜损耗掉，而是扣除了转子铜损P PCurCur、杂散损耗、杂散损耗 P Ps s 和附加的串级调速装置损耗和附加的串级调速装置损耗P Ptantan后通过转后通过转子整流器与逆变器返回电网，这部分返回电子整流器与逆变器返回电网，这部分返回电网的功率称作回馈功率网的功率称作回馈功率P Pf f 。l对整个串级调速系统来说，它从电网吸收的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净有功功率应为P Pinin= P= P1 1 P Pf f 。 n 串级调速系统效率及比较串级调速系统效率及比较l串级调速系统的总效率串级调速系

3、统的总效率 %100%100f1mechmechin2schPPpPPP%100)1()1(tanmechmmechmpppsPpsP(7-28)式中式中 p p 是异步电动机定子和转子内的总损耗；是异步电动机定子和转子内的总损耗； p ptan tan 附加的串级调速传动附加的串级调速传动(tandem drive)(tandem drive)装装 置损耗置损耗 。 在串级调速系统中，当电动机的转速降低在串级调速系统中，当电动机的转速降低时，如果负载转矩不变，时，如果负载转矩不变，p p 和和p ptantan都基本都基本不变，式（不变，式（7-287-28）分子和分母中的项随着的）分子和分

4、母中的项随着的增大而同时减少，对值的影响并不太大。增大而同时减少，对值的影响并不太大。 转子回路串电阻调速的效率转子回路串电阻调速的效率 当电动机转子回路串电阻调速时，调速系统的当电动机转子回路串电阻调速时，调速系统的效率是效率是%100%100sCurFeCusmechmechmech12RppppPpPPP%100)1 ()1 (mechmmechmppsPpsP=其中，其中，P Pm m(1- (1- s s) )项随项随s s的变化和串级调速时一样，而的变化和串级调速时一样，而所串电阻越大时，所串电阻越大时，p pCusCus越大，越大，p p也越大，因而效率也越大，因而效率 R R越

5、低，几乎是随着转速的降低而成比例地减少。越低，几乎是随着转速的降低而成比例地减少。 l 效率的比较效率的比较p串级调速系统的总串级调速系统的总效率是比较高的效率是比较高的，且当电动机转速降且当电动机转速降低时，低时， schsch的减少的减少并不多。并不多。p而绕线转子异步电而绕线转子异步电动机转子回路串电动机转子回路串电阻调速时的效率几阻调速时的效率几乎随转速的降低而乎随转速的降低而成比例地减少。成比例地减少。图图7-13 电气串级调速系统与转子串电阻电气串级调速系统与转子串电阻调速系统调速系统 = f (s) 的比较的比较 *7.4.2 串级调速系统的功率因数及其改善途径串级调速系统的功率

6、因数及其改善途径 串级调速系统的功率因数与系统所用的串级调速系统的功率因数与系统所用的异步电动机、不可控整流器和逆变器三大异步电动机、不可控整流器和逆变器三大部分有关：部分有关：l异步电动机异步电动机本身的功率因数就会随着负载的减本身的功率因数就会随着负载的减轻而下降；轻而下降；l转子整流器转子整流器的换相重迭和强迫延迟导通等作用的换相重迭和强迫延迟导通等作用都会通过电机从电网吸收换相无功功率；都会通过电机从电网吸收换相无功功率；l逆变器逆变器的相控作用使其电流与电压不同相，也的相控作用使其电流与电压不同相，也要消耗无功功率。要消耗无功功率。n 串级调速系统的功率因数串级调速系统的功率因数 在

7、串级调速系统中，从交流电网吸收在串级调速系统中，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（见图和逆变器所吸收的无功功率之和（见图7-7-1212）。因此，串级调速系统总功率因数可）。因此，串级调速系统总功率因数可用下式表示用下式表示 功率因数计算公式功率因数计算公式 s s 系统总的视在功率；系统总的视在功率；Q Q1 1 电动机从电网吸收的无功功率；电动机从电网吸收的无功功率；

8、Q Qf f 逆变变压器从电网吸收的无功功率。逆变变压器从电网吸收的无功功率。2f12f1f1insch)()(cosQQPPPPSP式中式中(7-29) 功率因数范围功率因数范围p一般串级调速系统在高速运行时的功率因数为一般串级调速系统在高速运行时的功率因数为0.60.60.650.65，比正常接线时电动机的功率因数减少，比正常接线时电动机的功率因数减少0.10.1左右；左右；p在低速时可降到在低速时可降到0.40.40.50.5（对调速范围为（对调速范围为2 2的系的系统）。这是串级调速系统的主要缺点。统）。这是串级调速系统的主要缺点。p对于宽调速的串级调速系统，随着转差率的增大，对于宽调

9、速的串级调速系统，随着转差率的增大，系统的功率因数还要下降，这是串级调速系统能系统的功率因数还要下降，这是串级调速系统能否被推广应用的关键问题之一。否被推广应用的关键问题之一。*7.4.3 斩波控制的串级调速系统斩波控制的串级调速系统v问题的提出问题的提出 串级调速系统功率因数差的一个重要原因串级调速系统功率因数差的一个重要原因就是采用了相位控制的逆变器，控制角就是采用了相位控制的逆变器，控制角 越越大时，逆变器从电网吸收的无功功率越多。大时，逆变器从电网吸收的无功功率越多。 如果用斩波器来控制直流电压，而将逆变如果用斩波器来控制直流电压，而将逆变器的控制角设定为允许的最小值不变，即可器的控制

10、角设定为允许的最小值不变，即可降低无功的消耗，而提高系统功率因数。降低无功的消耗，而提高系统功率因数。 n 系统组成系统组成图图7-14 斩波控制串级调速系统原理图斩波控制串级调速系统原理图 图图7-147-14绘出了斩波控制的串级调速系绘出了斩波控制的串级调速系统原理图，图中统原理图，图中CHCH是直流斩波器，可用普是直流斩波器，可用普通晶闸管或可关断电力电子器件组成，后通晶闸管或可关断电力电子器件组成，后者可大大简化斩波器电路。者可大大简化斩波器电路。 系统中斩波器系统中斩波器CHCH工作在开关状态，其工作在开关状态，其工作原理和功率因数如下分析。工作原理和功率因数如下分析。 1工作原理工

11、作原理当它接通时，逆变器输出的附加电动势被短接当它接通时，逆变器输出的附加电动势被短接（E Eaddadd=0=0）；）；断开时，输出电动势最大（断开时，输出电动势最大（E Eaddadd=U=Ui i）。）。 设斩波器的开关周期为设斩波器的开关周期为T T ，开关接通的时间，开关接通的时间为为 ，则逆变器经，则逆变器经CHCH送出的平均电动势为送出的平均电动势为 iUTT 改变占空比改变占空比（T-T- ）/ /T T 即可调节平均电动势的即可调节平均电动势的大小，从而调节异步电动机的转速。大小，从而调节异步电动机的转速。 附加电动势的斩波波形附加电动势的斩波波形 图图7-157-15为忽为