电力拖动自动控制系统(陈伯时)ppt7-1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

44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统11第7章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电力拖动自动控制系统44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统22学习要点：1.串级调速原理与基本类型：异步电动机转子附加电势时的工作，附加电动势的获得与电气串级调速。2．五种工况重点、难点：异步电动机转子附加电势的作用。44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统337.0引言转差功率问题而如何处理转差功率在很大程度上影响着电动机调速系统的效率。如第5章所述，交流调速系统按转差功率的处理方式可分为三种类型。44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统44交流调速系统按转差功率的分类（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；结构简单，设备成本最低。（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；配备与电动机容量相当的变压变频器，设备成本最高。44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统55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。44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统667.1异步电机双馈调速工作原理本节提要概述异步电机转子附加电动势的作用异步电机双馈调速的五种工况44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统77转差功率的利用异步电动机，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。7.1.0概述44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统88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。44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统99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。电功率是馈入定子绕组和/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。44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统1010双馈调速的基本结构功率变换单元电网K1M3~K2TI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。44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统1111功率变换单元由于转子电动势与电流的频率随转速变化，即f2=sf1，因此必须通过功率变换单元（PowerConverterUnit—CU）对不同频率的电功率进行电能变换。对于双馈系统来说，CU应该由双向变频器构成，以实现功率的双向传递。44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统1212双馈调速的功率传输（1）转差功率输出状态异步电动机由电网供电并以电动状态运行时，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CUP1PsM3~Pmech44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统1313（2）转差功率输入状态当电机以发电状态运行时，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。PsP1M3~CUPmech44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统14147.1.1异步电机转子附加电动势的作用异步电机运行时其转子相电动势为式中s—异步电机的转差率；Er0—绕线转子异步电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)44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统1515转子相电流(见图5-3)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)44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统1616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M~30rrsEEaddE~~~rI附加电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44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统1717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)44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统1818转子附加电动势的作用1.Er与Eadd同相当Eadd使得这里snTIEEseradd0r1'add0r2add0r1EEsEEs21ss转速上升；44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统1919转子附加电动势的作用（续）当Eadd使得这里snTIEEseradd0r1'add0r2add0r1EEsEEs21ss转速下降；44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统2020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侧引入一个可控的附加电动势，就可调节电动机的转速。44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统21217.1.2异步电机双馈调速的五种工况(自学）本节摘要电机在次同步转速下作电动运行电机在反转时作倒拉制动运行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电动运行电机在次同步转速下作回馈制动运行44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统2222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。44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统2323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和流向来实现对电动机转速的调节。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。44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统24241.电机在次同步转速下作电动运行工作条件：转子侧每相加上附加电动势-Eadd（EaddEr0）运行工况：电机作电动运行，转差率为0s1，从定子侧输入功率，轴上输出机械功率。44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统2525功率流程snTesPmsPmP1Pm(1-s)PmCU001n1图7-2a次同步速电动状态~44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统26262.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），此时接入反相附加电动势-Eadd值，只要|-Eadd|Er0，则电机将反转。44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统2727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。式（7-4）可改写作mmm)1(sPPsP44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统2828功率流程44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统29293.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。44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统3030运行工况电机处在发电状态工作，s0，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。此时式（7-4）可改写成mmm)1(PssPP44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统3131功率流程44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统32324.电机在超同步转速下作电动运行工作条件设电机原已在0s1作电动运行，转子侧串入了附加电动势+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。44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统3333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，此时s为负值，式（7-4）改写成mmm)1(PssPP44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统3434功率流程44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统35355.电机在次同步转速下作回馈制动运行•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。44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统3636运行工况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，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。电机的功率关系为mmm)1(PsPsP44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统3737功率流程44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统3838五种工况小结图7-3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。44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统3939a）转子输出功率的工况TICU2CU1sEr0~M3~图7-4a异步电机转子侧连接的功率变换单元44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统4040b）转子输入功率的工况图7-4b异步电机转子侧连接的功率变换单元TICU2CU1sEr0~M3~44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统4141小结1、串级调速原理与基本类型：异步电动机转子附加电势时的工作，附加电动势的获得与电气串级调速。2．五种工况的特征3、异步电动机转子附加电势的作用。44电力拖动自动控制系统电力传动控制系统4242作业7-1、7-2返回目录