第七章绕线转子异步电机双馈调速系统

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1、第第 7 章章绕线转子异步电机双馈调速系统绕线转子异步电机双馈调速系统转差功率馈送型调速系统转差功率馈送型调速系统知识回顾知识回顾图图5-2 异步电动机简化等效电路异步电动机简化等效电路l异步电动机传递的电磁功率异步电动机传递的电磁功率 23rrmI RPsl转差功率转差功率 23smrrPsPI R什么是转差功率什么是转差功率 引言引言 n转差功率问题转差功率问题 转差功率始终是人们在研究异步电动机调速方法时所关心的问题，因为节约电能是异步电动机调速的主要目的之一，而如何处理转差功率又在很大程度上影响着调速系统的效率。 交流调速系统按转差功率的处理方式可分为三种类型。 l 交流调速系统按转差

2、功率的分类 （1）转差功率消耗型异步电机采用调压控制等调速方式，转速越低时，转差功率的消耗越大，效率越低；但这类系统的结构简单，设备成本最低，所以还有一定的应用价值。 （2）转差功率不变型变频调速方法转差功率很小，而且不随转速变化，效率较高；但在定子电路中须配备与电动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备成本最高。 l 交流调速系统按转差功率的分类（续） （3）转差功率馈送型控制绕线转子异步电动机的转子电压，利用其转差功率并达到调节转速的目的，这种调节方式具有良好的调速性能和效率；但要增加一些设备。 本章将讨论转差功率馈送型调速方法。返回目录返回目录l转差功率的利用 众所周知，作为异步电动机，

3、必然有转差功率，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。 但要利用转差功率，就必须使异步电动机的转子绕组有与外界实现电气联接的条件，显然笼型电动机难以胜任，只有绕线转子电动机才能做到。 7.1 异步电机双馈调速工作原理异步电机双馈调速工作原理l绕线转子异步电动机 PsP1 绕线转子异步电动机结构如图所示，从广义上讲，定子功率和转差功率可以分别向定子和转子馈入，也可以从定子或转子输出，故称作双馈电机。l 双馈调速的概念 所谓“双馈”，就是指把绕线转子异步电机的定子绕组与交流电网连接，转子绕组与其他含电动势的电路相连接，使它们可以进行电功率的相互传递。 至于电功率是馈

4、入定子绕组和/或转子绕组，还是由定子绕组和/或转子绕组馈出，则要视电机的工况而定。 l 双馈调速的基本结构功率变换单元功率变换单元电网K1M3 K2TI返回n考虑到电动机转子电动势与转子电流的频考虑到电动机转子电动势与转子电流的频率在不同转速下有不同的数值率在不同转速下有不同的数值( )，其值与交流电网的频率往往不一致，所以其值与交流电网的频率往往不一致，所以不能把电动机的转子直接与交流电网相连不能把电动机的转子直接与交流电网相连，而必须通过一个中间环节。这个中间环，而必须通过一个中间环节。这个中间环节除了有功率传递作用外，还应具有对不节除了有功率传递作用外，还应具有对不同频率的电功率进行变换

5、的功能，故称为同频率的电功率进行变换的功能，故称为功率变换单元（功率变换单元（Power Converter Unit，简称，简称CU）。）。12sff 如上图所示，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。7.1.1 异步电机转子附加电动势的作用异步电机转子附加电动势的作用n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； Er0 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。0rrsEE (7-1) 转子绕组内感应电动势和电

6、流的频率为转子绕组内感应电动势和电流的频率为21()6060ssssp nnpnnnfsfnf2为转差频率为转差频率22221224.44=4.44WmWmEf N kf N k用用 E E2 2 表示转子不动时转子绕组电动势的有效值，表示转子不动时转子绕组电动势的有效值，当当n=0,s=1n=0,s=1，f f2 2=sf=sf1 1 =f=f1 1n转子相电流的表达式为：式中 Rr 转子绕组每相电阻； Xr0 s = 1时的转子绕组每相漏抗。 20r2r0rr)(sXRsEI(7-2)n 转子附加电动势 图7-1 绕线转子异步电动机转子附加电动势的原理图M30rrsEE addErI附加电

7、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n有附加电动势时的转子相电流： 如图7-1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20r2radd0rr)(sXREsEI(7-3)nEr 与 Eadd 同相使得：这里： snTIEEseradd0r121ss 转速上升；20r2radd0rr)(sXREsEI(7-3)102022221020+()()rraddrrrrrs Es EEIRs XRs Xl引入同相附加电动势后，电动机转子回路引入同相附加电动势后，电动机转子回路的合电动势增加了，转子电流和电磁转矩的合电动势增加了，转子电流和电磁

8、转矩也相应增大，由于负载转矩未变，电动机也相应增大，由于负载转矩未变，电动机必然加速，因而必然加速，因而s减小，转子电动势减小，转子电动势 随之减小，转子电流随之减小，转子电流Ir也逐渐减小，直至也逐渐减小，直至转差率减小到转差率减小到 时，转子电流又恢复时，转子电流又恢复到负载所需的值，电动机便进入新的较高到负载所需的值，电动机便进入新的较高转速的稳定状态。转速的稳定状态。21()ss转子附加电动势的作用（续）2. Er 与 Eadd反相 同理可知，若串入反相的附加电动势，则可使电动机的转速降低。 所以，在绕线转子异步电动机的转子在绕线转子异步电动机的转子侧引入一个可控的附加电动势，就可调侧

9、引入一个可控的附加电动势，就可调节电动机的转速节电动机的转速。 n 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都可写作 mmm)1 (PssPP（7-4） 式中 Pm 从电机定子传入转子（或由转子传 出给定子）的电磁功率， sPm 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。 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，因而可以有五种不同的工作情况。 7.1.2 异步电机双馈调速的五种工况异步电机双馈调速的五种工况 1.电动机在次同步转速下作电动运行电动机在次同步转速下作电动运行l异步电动机定子

10、接交流电网，转子短路，异步电动机定子接交流电网，转子短路，转子轴上带有反抗性的恒值额定负载（对转子轴上带有反抗性的恒值额定负载（对应的转子电流为应的转子电流为 ），此时电动机在固有），此时电动机在固有机械特性上以额定转差率机械特性上以额定转差率 运行。若在转运行。若在转子侧每相加上反相附加电动势子侧每相加上反相附加电动势 ，转，转子电流将减小，从而使电动机减速，转子子电流将减小，从而使电动机减速，转子电流回升，最终进入新的稳态运行。电流回升，最终进入新的稳态运行。 addENsrNIaddEs1012210()raddrNNrrs EEIssRs Xl此时，转子回路的电势平衡方程式为此时，转子

11、回路的电势平衡方程式为l若继续加大若继续加大 值，则值，则 值继续增大，转值继续增大，转速还将降低，实现了对电动机的调速。速还将降低，实现了对电动机的调速。l 功率流程snTesPmsPmP1Pm(1-s)PmCU001n1a） 次同步速电动状态 l由于电动机作电动运行，转差率为由于电动机作电动运行，转差率为0s 。 由图由图7-4可以写出整流后的直流回路电压平衡方可以写出整流后的直流回路电压平衡方程式：程式： 或或 (7-5) 式中，式中， 、 UR与与UI的电压整流系数，的电压整流系数，如两者都是三相桥式电路，则如两者都是三相桥式电路，则； iUdURIUUdidRIUKsEKdTrcos