第

7

章

繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)——轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)容提要n引言n異步電機(jī)雙饋調(diào)速工作原理n異步電機(jī)在次同步電動狀態(tài)下的雙饋系

統(tǒng)——串級調(diào)速系統(tǒng)n異步電動機(jī)串級調(diào)速時的機(jī)械特性n串級調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及其提高

方案n雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng)n*異步電機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院2l交流調(diào)速系統(tǒng)按轉(zhuǎn)差功率的分類（1）轉(zhuǎn)差功率消耗型——異步電機(jī)采用調(diào)

壓控制等調(diào)速方式，轉(zhuǎn)速越低時，轉(zhuǎn)差功

率的消耗越大，效率越低；但這類系統(tǒng)的

結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備成本最低，所以還有一定

的應(yīng)用價值。（2）轉(zhuǎn)差功率不變型——變頻調(diào)速方法轉(zhuǎn)

差功率很小，而且不隨轉(zhuǎn)速變化，效率較

高；但在定子電路中須配備與電動機(jī)容量

相當(dāng)?shù)淖儔鹤冾l器，相比之下，設(shè)備成本

最高。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院3l交流調(diào)速系統(tǒng)按轉(zhuǎn)差功率的分類（續(xù)）（3）轉(zhuǎn)差功率饋送型——控制繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電壓，利用其轉(zhuǎn)差功率并

達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的，這種調(diào)節(jié)方式具有

良好的調(diào)速性能和效率；但要增加一些設(shè)

備。前兩章已分別討論了轉(zhuǎn)差功率消耗型和不變型兩種調(diào)速方法，本章將討論轉(zhuǎn)差功

率饋送型調(diào)速方法。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院47.1異步電機(jī)雙饋調(diào)速工作原理本節(jié)提要n概述n異步電機(jī)轉(zhuǎn)子附加電動勢的作用n異步電機(jī)雙饋調(diào)速的五種工況哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院57.1.0

概述l

轉(zhuǎn)差功率的利用眾所周知，作為異步電動機(jī)，必然有轉(zhuǎn)差功率，要提高調(diào)速系統(tǒng)的效率，除了

盡量減小轉(zhuǎn)差功率外，還可以考慮如何去

利用它。但要利用轉(zhuǎn)差功率，就必須使異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組有與外界實現(xiàn)電氣聯(lián)接的

條件，顯然籠型電動機(jī)難以勝任，只有繞

線轉(zhuǎn)子電動機(jī)才能做到。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院6繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)如圖所示，從

廣義上講，定子功率

和轉(zhuǎn)差功率可以分別

向定子和轉(zhuǎn)子饋入，

也可以從定子或轉(zhuǎn)子

輸出，故稱作雙饋電

機(jī)。l

繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院P1Ps7改變轉(zhuǎn)子電路的串

接電阻，可以改變

電機(jī)的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速

的原理如圖所示，

調(diào)速過程中，轉(zhuǎn)差

功率完全消耗在轉(zhuǎn)

子電阻上。l繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速根據(jù)電機(jī)理論，Ps哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院OPm!Pmech8~l雙饋調(diào)速的概念所謂“雙饋”，就是指把繞線轉(zhuǎn)子異步

電機(jī)的定子繞組與交流電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子繞

組與其他含電動勢的電路相連接，使它們

可以進(jìn)行電功率的相互傳遞。至于電功率是饋入定子繞組和/或轉(zhuǎn)子

繞組，還是由定子繞組和/或轉(zhuǎn)子繞組饋

出，則要視電機(jī)的工況而定。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院9/

K1

/

K2

8

TI3l雙饋調(diào)速的基本結(jié)構(gòu)電網(wǎng)功率變換單元哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院10l雙饋調(diào)速的功率傳輸（1）轉(zhuǎn)差功率輸出狀態(tài)異步電動機(jī)由電網(wǎng)供電并以電動狀態(tài)運行時，它從電網(wǎng)輸入（饋入）電功率，而在其軸上輸出

機(jī)械功率給負(fù)載，以拖動負(fù)載運行；哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院M3

~CU8

P1PmechPs11（2）轉(zhuǎn)差功率輸入狀態(tài)當(dāng)電機(jī)以發(fā)電狀態(tài)運行時，它被拖著運轉(zhuǎn)，從軸上輸入機(jī)械功率，經(jīng)機(jī)電能量變換后以電

功率的形式從定子側(cè)輸出（饋出）到電網(wǎng)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院M3

~CUt

P1

PsPmech12附加電動勢與轉(zhuǎn)子電動勢有相同的頻

率，可同相或反相

串接。Eadd引入可控的交

流附加電動勢7.1.1轉(zhuǎn)子附加電動勢的作用~M3

~

Er

=

sEr

0

Ir

→

圖7-1繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子附加電動勢的原理圖哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院~~~137.1.2異步電機(jī)雙饋調(diào)速的五種工況本節(jié)摘要n

電機(jī)在次同步轉(zhuǎn)速下作電動運行n

電機(jī)在反轉(zhuǎn)時作倒拉制動運行n

電機(jī)在超同步轉(zhuǎn)速下作回饋制動運行n

電機(jī)在超同步轉(zhuǎn)速下作電動運行n

電機(jī)在次同步轉(zhuǎn)速下作回饋制動運行哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院14n異步電機(jī)的功率關(guān)系忽略機(jī)械損耗和雜散損耗時，異步電機(jī)在任何工況下的功率關(guān)系都可寫作Pm

=sPm

+

(1?

s)Pm

（7-4）式中

Pm

—從電機(jī)定子傳入轉(zhuǎn)子（或由轉(zhuǎn)子傳出給定子）的電磁功率，sPm

—輸入或輸出轉(zhuǎn)子電路的功率，即轉(zhuǎn)差功率，(1-s)Pm

—電機(jī)軸上輸出或輸入的功率。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院151.

電機(jī)在次同步轉(zhuǎn)速下作電動運行l(wèi)

工作條件：轉(zhuǎn)子側(cè)每相加上與

Er0

同相的附加電動勢

+Eadd（Eadd

<

Er0），并把轉(zhuǎn)子三相回路連

通。l

運行工況：電機(jī)作電動運行，轉(zhuǎn)差率為

0<s<

1，從

定子側(cè)輸入功率，軸上輸出機(jī)械功率。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院16s

nn1

sPm~P1!Pm(1)

msPm

—1

0a）

次同步速電動狀態(tài)哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院l

功率流程CU-s

PTe017哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院2.

電機(jī)在反轉(zhuǎn)時作倒拉制動運行l(wèi)

工作條件：軸上帶有位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載（這是進(jìn)入倒拉制動運行的必要條件），此

時逐漸減少+Eadd

值，并使之反相變

負(fù)，只要反相附加電動勢–Eadd

有一

定數(shù)值，則電機(jī)將反轉(zhuǎn)。18l

運行工況：電機(jī)進(jìn)入倒拉制動運行狀態(tài)，轉(zhuǎn)差率

s>

1，此時由電網(wǎng)輸入電機(jī)定子的功率和

由負(fù)載輸入電機(jī)軸的功率兩部分合成轉(zhuǎn)差

功率，并從轉(zhuǎn)子側(cè)饋送給電網(wǎng)。式（7-4）

可改寫作Pm

+(1?

s)Pm

=

sPm哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院19-n1<S

.

PP

!Pm(S?1)PS

.

P

-n哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院b）反轉(zhuǎn)倒拉制動狀態(tài)l

功率流程CU10Te220s哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院

213.

電機(jī)在超同步轉(zhuǎn)速下作回饋制動運行l(wèi)

工作條件：進(jìn)入這種運行狀態(tài)的必要條件是有位

能性機(jī)械外力作用在電機(jī)軸上，并使電

機(jī)能在超過其同步轉(zhuǎn)速n1

的情況下運行。此時，如果處于發(fā)電狀態(tài)運行的電機(jī)

轉(zhuǎn)子回路再串入一個與

sEr0

反相的附加

電動勢

+Eadd

，電機(jī)將在比未串入

+Eadd

時的轉(zhuǎn)速更高的狀態(tài)下作回饋制動運行。l運行工況：電機(jī)處在發(fā)電狀態(tài)工作，s>

1，電機(jī)功率由負(fù)載通過電機(jī)軸輸入，經(jīng)過機(jī)電

能量變換分別從電機(jī)定子側(cè)與轉(zhuǎn)子側(cè)饋

送至電網(wǎng)。此時式（7-4）可改寫成Pm+sPm=(1?

s)Pm哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院22s

S

.

PY

YPPm(1

+

)S

.

P?10-Te

0c）

超同步速回饋制動狀態(tài)n2n1n1哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院l

功率流程CUS

P23哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院

244.

電機(jī)在超同步轉(zhuǎn)速下作電動運行l(wèi)

工作條件：設(shè)電機(jī)原已在

0<s<

1

作電動運行，轉(zhuǎn)子側(cè)串入了同相的附加電動勢+Eadd

，

軸上拖動恒轉(zhuǎn)矩的反抗性負(fù)載。當(dāng)接近額定轉(zhuǎn)速時，如繼續(xù)加大+Eadd

電機(jī)將加速到的新的穩(wěn)態(tài)下工作，即電

機(jī)在超過其同步轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。l

運行工況：電機(jī)的軸上輸出功率由定子側(cè)與轉(zhuǎn)子側(cè)

兩部分輸入功率合成，電機(jī)處于定、轉(zhuǎn)子

雙輸入狀態(tài)，其輸出功率超過額定功率，

式（7-4）改寫成

哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院25n2n1n1

S

.

PY

YP

!Pm(1

+

)S

.

P0

Ted）

超同步速電動狀態(tài)s?10哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院l

功率流程CUS

P265.

電機(jī)在次同步轉(zhuǎn)速下作回饋制動運行?工作條件：很多工作機(jī)械為了提高其生產(chǎn)率，希望電

力拖動裝置能縮短減速和停車的時間，因此必

須使運行在低于同步轉(zhuǎn)速電動狀態(tài)的電機(jī)切換

到制動狀態(tài)下工作。設(shè)電機(jī)原在低于同步轉(zhuǎn)速下作電動運行，其轉(zhuǎn)子側(cè)已加入一定的

+Eadd

。要使之進(jìn)入制

動狀態(tài)，可以在電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)突加一個反相的附

加電動勢。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院27l運行工況在低于同步轉(zhuǎn)速下作電動運行，

Eadd

由

“+”變?yōu)椤?”，并使

|-Eadd

|大于制動初

瞬的sEr0

，電機(jī)定子側(cè)輸出功率給電網(wǎng)，電機(jī)成為發(fā)電機(jī)處于制動狀態(tài)工作，并產(chǎn)

生制動轉(zhuǎn)矩以加快減速停車過程。電機(jī)的

功率關(guān)系為Pm=(1?

s)Pm+

sPm哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院28(1

?S

.

P1-Te

0e）

次同步速回饋制動狀態(tài)PPmS)Ps0

S

.

P哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院l

功率流程nn10CU29哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院l五種工況小結(jié)五種工況都是異步電機(jī)轉(zhuǎn)子加入附加電動勢時的運行狀態(tài)。在工況a,b,c中，轉(zhuǎn)子側(cè)都輸出功率，可把轉(zhuǎn)子的交流電功率先變換成直流，然后再變換成與電網(wǎng)具有相同電壓與頻率的交流電功率。圖7-2異步電機(jī)在轉(zhuǎn)子附加電動勢時的工況及其功率流程~CU1

CU2

8

TIa）轉(zhuǎn)子輸出功率的工況圖7-4異步電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)連接的功率變換單元M3~哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院△

sEr0

31~CU1

CU2

8

TIb）轉(zhuǎn)子輸入功率的工況圖7-4異步電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)連接的功率變換單元M3~哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院

sEr0

△32哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院

337.2異步電機(jī)在次同步電動狀態(tài)下的雙饋系統(tǒng)——串級調(diào)速系統(tǒng)本章摘要n

串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理n

串級調(diào)速系統(tǒng)的其它類型7.2.1

串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理n

基本思路如前所述，在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中附加交流電動

勢調(diào)速的關(guān)鍵就是在轉(zhuǎn)子側(cè)串入一個可變頻、可變

幅的電壓。怎樣才能獲得這樣的電壓呢？對于只用于次同步電動狀態(tài)的情況來說，比較方

便的辦法是將轉(zhuǎn)子電壓先整流成直流電壓，然后再

引入一個附加的直流電動勢，控制此直流附加電動

勢的幅值，就可以調(diào)節(jié)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。這樣，就把交流變壓變頻這一復(fù)雜問題，轉(zhuǎn)化為

與頻率無關(guān)的直流變壓問題，對問題的分析與工程

實現(xiàn)都方便多了。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院34哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院圖7-5

電氣串級調(diào)速系統(tǒng)原理圖n

系統(tǒng)組成35n工作原理（1）起動l起動條件：對串級調(diào)速系統(tǒng)而言，起動應(yīng)有足夠大的轉(zhuǎn)子電流Ir

或足夠大的整流后直流

電流

Id

，為此，轉(zhuǎn)子整流電壓

Ud

與逆變

電壓

Ui

間應(yīng)有較大的差值。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院36l起動控制u控制逆變角

β,使在起動開始的瞬間，

Ud

與

Ui

的差值能產(chǎn)生足夠大的

Id

，以滿足所

需的電磁轉(zhuǎn)矩，但又不超過允許的電流值，這樣電動機(jī)就可在一定的動態(tài)轉(zhuǎn)矩下

加速起動。u隨著轉(zhuǎn)速的增高，相應(yīng)地增大

β

角以減小

值

Ui

，從而維持加速過程中動態(tài)轉(zhuǎn)矩基本

恒定

。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院37工作原理（續(xù)）（2）調(diào)速l

調(diào)速原理：通過改變

β角的大小調(diào)節(jié)電動

機(jī)的轉(zhuǎn)速。l

調(diào)速過程：β

↑→

Ui

↓

→

Id

↑

→

Te

↑→

n↑

Te

=

TL

←

Id

↓

←

K1sEr0

↑

?哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院38*7.3異步電動機(jī)串級調(diào)速時的機(jī)械特性本節(jié)提要n概述n異步電動機(jī)串級調(diào)速機(jī)械特性的特征n異步電動機(jī)串級調(diào)速時的轉(zhuǎn)子整流電路n異步電動機(jī)串級調(diào)速機(jī)械特性方程式哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院39*7.3.1異步電動機(jī)串級調(diào)速機(jī)械特性的特征1.理想空載轉(zhuǎn)速n

在異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時，其

理想空載轉(zhuǎn)速就是其同步轉(zhuǎn)速，而且恒定

不變，調(diào)速時機(jī)械特性變軟，調(diào)速性能差。n

在串級調(diào)速系統(tǒng)中，電動機(jī)的極對數(shù)與旋

轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速都不變，同步轉(zhuǎn)速也是恒定的，但是它的理想空載轉(zhuǎn)速卻能夠連續(xù)平

滑地調(diào)節(jié)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院40?

串級調(diào)速時的機(jī)械特性圖圖7-7異步電動機(jī)串級調(diào)速時的機(jī)械特性a)大電機(jī)

b)小電機(jī)哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院411.

電路結(jié)構(gòu)a）主電路b）等效電路圖7－10

串級調(diào)速系統(tǒng)*7.3.3異步電動機(jī)串級調(diào)速機(jī)械特性方程式哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院42?兩種轉(zhuǎn)速特性的比較n

異步電動機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)與直流它勵電動

機(jī)的轉(zhuǎn)速特性在形式上完全相同，改變電

壓即可得到一族平行移動的調(diào)速特性。n

在直流調(diào)速系統(tǒng)中，須直接改變電壓

U；

而在異步電動機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)中，它是通

過改變式（7-16）第二項中的控制角

β來

實現(xiàn)的。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院43兩種轉(zhuǎn)速特性的比較（續(xù)）n

在串級調(diào)速系統(tǒng)中總電阻RΣ

較大，系統(tǒng)的調(diào)速特性較軟；對于αp

≠0

的第二工作區(qū)，計及αp

的影響，在同一逆變角β下的

電壓更小，相當(dāng)于也發(fā)生變化，因而調(diào)速

特性更軟。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院44電磁轉(zhuǎn)矩方程n

轉(zhuǎn)差功率可以從轉(zhuǎn)子整流電路的功率傳遞關(guān)系入手，暫且忽略轉(zhuǎn)子銅耗，則轉(zhuǎn)子整流器的

輸出功率就是電動機(jī)的轉(zhuǎn)差功率

τ哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院45n

電磁轉(zhuǎn)矩公式而電磁功率

Pm

=Ps

/s，因此電磁轉(zhuǎn)矩為

3X

式中

Ω0

——

理想空載機(jī)械角轉(zhuǎn)速rad/s

；CM——

串級調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院460圖7-11

異步電動機(jī)串級調(diào)速時的機(jī)械特性

返回目錄6.異步電動機(jī)串級調(diào)速時的機(jī)械特性哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院s2047*7.4

串級調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及其提高方案本節(jié)提要n

串級調(diào)速系統(tǒng)的效率n

串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)及其改善途徑n

斬波控制的串級調(diào)速系統(tǒng)n

串級調(diào)速裝置的電壓和容量哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院48圖7-12

串級調(diào)速系統(tǒng)效率分析a)系統(tǒng)的功率傳遞

b)系統(tǒng)的功率流程圖*7.4.1

串級調(diào)速系統(tǒng)的效率哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院49n

串級調(diào)速系統(tǒng)效率及比較l

串級調(diào)速系統(tǒng)的總效率

×

100

%

(7-28)式中

是異步電動機(jī)定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)的總損耗；

ptan

附加的串級調(diào)速傳動(tandemdrive)裝置損耗

。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院50l

效率的比較

串級調(diào)速系統(tǒng)的總

效率是比較高的，

且當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速降

低時，ηsch

的減少

并不多。

而繞線轉(zhuǎn)子異步電

動機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電

阻調(diào)速時的效率幾

乎隨轉(zhuǎn)速的降低而

成比例地減少。圖7-13

電氣串級調(diào)速系統(tǒng)與轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)

η=f(s)

的比較哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院51*7.4.2

串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)及其改善途徑串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)與系統(tǒng)所用的異步電動機(jī)、不可控整流器和逆變器三大

部分有關(guān)：l

異步電動機(jī)本身的功率因數(shù)就會隨著負(fù)載的減

輕而下降；l

轉(zhuǎn)子整流器的換相重迭和強(qiáng)迫延遲導(dǎo)通等作用

都會通過電機(jī)從電網(wǎng)吸收換相無功功率；l

逆變器的相控作用使其電流與電壓不同相，也

要消耗無功功率。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院52n

串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)在串級調(diào)速系統(tǒng)中，從交流電網(wǎng)吸收的總有功功率是電動機(jī)吸收的有功功率與

逆變器回饋至電網(wǎng)的有功功率之差，然而

從交流電網(wǎng)吸收的總無功功率卻是電動機(jī)

和逆變器所吸收的無功功率之和。因此，串級調(diào)速系統(tǒng)總功率因數(shù)可用下式表示哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院53?功率因數(shù)計算公式

(7-29)式中s

—系統(tǒng)總的視在功率；Q1

—電動機(jī)從電網(wǎng)吸收的無功功率；Qf

—逆變變壓器從電網(wǎng)吸收的無功功率。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院54?

功率因數(shù)范圍

一般串級調(diào)速系統(tǒng)在高速運行時的功率因數(shù)為

0.6~0.65，比正常接線時電動機(jī)的功率因數(shù)減少

0.1左右；

在低速時可降到0.4~0.5（對調(diào)速范圍為2的系

統(tǒng)）。這是串級調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點。

對于寬調(diào)速的串級調(diào)速系統(tǒng)，隨著轉(zhuǎn)差率的增大，系統(tǒng)的功率因數(shù)還要下降，這是串級調(diào)速系

統(tǒng)能否被推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院553

．串級調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖7-19雙閉環(huán)控制串級調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院56*7.5.3調(diào)節(jié)器參數(shù)的設(shè)計雙閉環(huán)控制串級調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)校正一般主要按抗擾性能考慮，即應(yīng)使系統(tǒng)在負(fù)

載擾動時有良好的動態(tài)響應(yīng)能力。在采用

工程設(shè)計方法進(jìn)行動態(tài)設(shè)計時，可以象直

流調(diào)速系統(tǒng)那樣：n轉(zhuǎn)速環(huán)按典型II型系統(tǒng)設(shè)計。n

電流環(huán)按典型I型系統(tǒng)設(shè)計；哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院57?

問題和困難串級調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子直流回路的時間

常數(shù)TLr

及放大系數(shù)

KLr

都是轉(zhuǎn)速的函數(shù)，而異步電動機(jī)的機(jī)電時間常數(shù)

TM

又是轉(zhuǎn)速

n和電流

Id

的函數(shù)，這就給調(diào)節(jié)

器的設(shè)計帶來一定的困難。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院58?解決辦法——固定工作點求參數(shù)具體設(shè)計時，可以先在確定的轉(zhuǎn)速

n和負(fù)載

電流

Id

的前提下，求出各傳遞函數(shù)中的參數(shù)。例如按照要求的最大轉(zhuǎn)差率

smax或平均轉(zhuǎn)差率smax

/2來確定轉(zhuǎn)速，按額定負(fù)載或常用的實際負(fù)

載來選定電流，然后按定常系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院597.5.4

串級調(diào)速系統(tǒng)的起動方式串級調(diào)速系統(tǒng)是依靠逆變器提供附加電動勢而工作

的，為了使系統(tǒng)工作正常，對系統(tǒng)的起動與停車控

制必須有合理的措施予以保證。n

總的原則是在起動時必須使逆變器先電機(jī)而接上電

網(wǎng)，停車時則比電機(jī)后脫離電網(wǎng)，以防止逆變器交

流側(cè)斷電，使晶閘管無法關(guān)斷，造成逆變器的短路

事故。串級調(diào)速系統(tǒng)的起動方式通常有間接起動和直接起動

兩種。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院601.

間接起動為了使串級調(diào)速裝置不受過電壓損壞，須采用間接起動方式，即將電動機(jī)轉(zhuǎn)

子先接入電阻或頻敏變阻器起動，待轉(zhuǎn)速

升高到串級調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計最低轉(zhuǎn)速時，

才把串級調(diào)速裝置投入運行。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院61圖7－20

串級調(diào)速系

統(tǒng)間接起動

控制原理圖?

間接起動控制原理圖哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院622

．直接起動n

直接起動又稱串級調(diào)速方式起動。在起動控制時讓逆變器先于電動機(jī)接通交流電網(wǎng)，然后使電動機(jī)的定子與交流

電網(wǎng)接通，此時轉(zhuǎn)子呈開路狀態(tài)，可防止

因電動機(jī)起動時的合閘過電壓通過轉(zhuǎn)子回

路損壞整流裝置，最后再使轉(zhuǎn)子回路與整

流器接通。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院63?直接起動操作順序（1）接觸器的工作順序為S－K0－K2，此

時不需要起動電阻。當(dāng)轉(zhuǎn)子回路接通時，

由于轉(zhuǎn)子整流電壓小于逆變電壓，直流回

路無電流，電動機(jī)尚不能起動。（2）待發(fā)出給定信號后，隨著

β的增大，

逆變電壓降低，產(chǎn)生直流電流，電動機(jī)才

逐漸加速，直至達(dá)到給定轉(zhuǎn)速。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院64*7.6異步電機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)n

概

述上述的異步電動機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)是從定子側(cè)饋入電能、從轉(zhuǎn)子側(cè)饋出電能的系統(tǒng)，從廣義上說，它也是雙饋調(diào)速系統(tǒng)的

一種。但人們往往狹義地認(rèn)為雙饋（DoubleFed）就是從定子側(cè)與轉(zhuǎn)子側(cè)都饋入電能的

工作狀態(tài)，以示與串級調(diào)速的區(qū)別。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院657.6.1雙饋調(diào)速系統(tǒng)的構(gòu)成要在任何轉(zhuǎn)速下使變頻器輸出電壓與電機(jī)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢都有相同的頻率，對變頻器

輸出的頻率有兩種控制方式：n

他控式n自控式哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院661.他控式雙饋調(diào)速系統(tǒng)n

系統(tǒng)組成圖7-21他控式雙饋調(diào)速系統(tǒng)原理圖哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院672.

自控式雙饋調(diào)速系統(tǒng)n

系統(tǒng)組成圖7-22自控式雙饋調(diào)速系統(tǒng)原理圖哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院68*7.6.2雙饋調(diào)速系統(tǒng)的矢量控制n

問題的提出雙饋調(diào)速系統(tǒng)可以看作是異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)，為改善系統(tǒng)的動

態(tài)品質(zhì)，可以仿照定子變壓變頻系統(tǒng)那樣

采用矢量控制方法，建立對電磁轉(zhuǎn)矩的控

制規(guī)律。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院69n坐標(biāo)變換將三相異步電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型變換到以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的dq

兩相坐標(biāo)系后，可得到異步電動機(jī)

d軸和

q軸的動態(tài)等效電路，如圖7-23所示。哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院70n等效電路a）

d軸電路b）

q軸電路圖7-23異步電動機(jī)在dq坐標(biāo)系上的動態(tài)等效電路哈爾濱工業(yè)大學(xué)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院71imq

，且有：imd