第6章(電力拖動控制系統(tǒng))2

1、61 串級調(diào)速的原理與類型串級調(diào)速的原理與類型 6.1.1 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機串級調(diào)速原理繞線轉(zhuǎn)子異步電動機串級調(diào)速原理 1 1深入體會：深入體會：繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻的調(diào)速原理繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻的調(diào)速原理 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速 a)電路圖電路圖 b)機械特性機械特性 2 2 21 2 2 1 1 1 K xs/rr s/rUpm T 從電磁轉(zhuǎn)矩從電磁轉(zhuǎn)矩參數(shù)表達式看到的參數(shù)表達式看到的: 串電阻調(diào)速（改變串電阻調(diào)速（改變r2 ）時）時 ， 只要只要r2 /s/s不變，則不變，則 T 不變；不變； r2 增大，必然使

2、增大，必然使s增大，增大，才能在才能在 新的新的s下使拖動系統(tǒng)在新的穩(wěn)態(tài)運下使拖動系統(tǒng)在新的穩(wěn)態(tài)運 行。行。 第第6章章 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的串級調(diào)速系統(tǒng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的串級調(diào)速系統(tǒng) 串電阻調(diào)速時串電阻調(diào)速時轉(zhuǎn)子回路電流的變化規(guī)律轉(zhuǎn)子回路電流的變化規(guī)律 22 cos Tm TCI 從物理表達式看到的：從物理表達式看到的： 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T只與轉(zhuǎn)子回路中的有功只與轉(zhuǎn)子回路中的有功 電流電流 成正比成正比 222 cos T II 22 20 22 20 22 2 2 /jxsr E jsxr Es jxr E I s s 拖動系統(tǒng)達到降低速度拖動系統(tǒng)達到降低速度 后的新的平衡狀態(tài)后的新的平

3、衡狀態(tài) r2 I2T Tns 回到原值sr / 2 T回到原值與負回到原值與負 載轉(zhuǎn)矩平衡載轉(zhuǎn)矩平衡 頻率折算頻率折算 2 2 21 2 2 1 1 1 K xs/rr s/rUpm T 轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速的物理本質(zhì)：轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速的物理本質(zhì)： 改變轉(zhuǎn)子回路的電流來改變轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)調(diào)速。改變轉(zhuǎn)子回路的電流來改變轉(zhuǎn)矩，實現(xiàn)調(diào)速。 思考：還有什么方法能直思考：還有什么方法能直 接改變轉(zhuǎn)子電流的大小接改變轉(zhuǎn)子電流的大小 )b)a 2 I S E2 add E add E 2 I S E2 2 R 繞線式異步電機轉(zhuǎn)子回路串附加電動勢繞線式異步電機轉(zhuǎn)子回路串附加電動勢 2 2串級調(diào)速原理串級調(diào)速原理

4、轉(zhuǎn)子回路中串入附加電勢轉(zhuǎn)子回路中串入附加電勢 來改變轉(zhuǎn)子回路電流來改變轉(zhuǎn)子回路電流 ，改變電機的轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)調(diào)速，改變電機的轉(zhuǎn)矩，從而實現(xiàn)調(diào)速 。 add E 20 2 22 add sEE I rjsx 串入 add E Tns I2T升回原值，降速過程結(jié)束升回原值，降速過程結(jié)束 I2T a d d E 串入 add E I2TT s E2I2回落回落s減小到零減小到零 2 0 s E I2T仍比原有的大仍比原有的大 電機沖過同步電機沖過同步 轉(zhuǎn)速點轉(zhuǎn)速點s0的次同步速區(qū)域運行時，的次同步速區(qū)域運行時， 超同步速系統(tǒng)的次同步速制動態(tài)，超同步速系統(tǒng)的次同步速制動態(tài)，1VR逆變逆變 3. 3.

5、 從物理概念看工作原理從物理概念看工作原理 TI 控制系統(tǒng) S E2 1VR2VR MA 2 i 2s E 2T I 定子旋轉(zhuǎn)磁勢相對于轉(zhuǎn)子是正轉(zhuǎn)定子旋轉(zhuǎn)磁勢相對于轉(zhuǎn)子是正轉(zhuǎn) 與與 同向，則產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩同向，則產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩2T I s E2 與與 反向，則產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩反向，則產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩 2T I s E2 次同步速系統(tǒng)的電動態(tài)，次同步速系統(tǒng)的電動態(tài)，1VR整流整流 若若1VR從整流從整流 有源逆變有源逆變 ： 反向，反向，T 反向，電動反向，電動 制動，從制動，從象限到象限到 象限象限 2T I 3）在）在S0s0的運行狀態(tài)進入的運行狀態(tài)進入s0s0的運行狀態(tài)的運行狀態(tài) a）當電機在的次同步速運

6、行時，若使）當電機在的次同步速運行時，若使1VR轉(zhuǎn)入有源逆變，轉(zhuǎn)入有源逆變， 電動機將進入第電動機將進入第象限制動運行，轉(zhuǎn)速反而下降象限制動運行，轉(zhuǎn)速反而下降 。 b）當電動機的轉(zhuǎn)速在理想空載同步轉(zhuǎn)速當電動機的轉(zhuǎn)速在理想空載同步轉(zhuǎn)速n0附近時，附近時， 的頻率很低，的頻率很低， 幅值很小，它不足以使有源逆變橋?qū)崿F(xiàn)可靠的換流幅值很小，它不足以使有源逆變橋?qū)崿F(xiàn)可靠的換流 2s E 原因？原因？ 理想空載同步轉(zhuǎn)理想空載同步轉(zhuǎn)n0上下的一段轉(zhuǎn)速區(qū)域?qū)⑹谴{(diào)系統(tǒng)所上下的一段轉(zhuǎn)速區(qū)域?qū)⑹谴{(diào)系統(tǒng)所無法無法“穿越穿越”的區(qū)的區(qū) 域域。 6.3.2超同步速串調(diào)系統(tǒng)的控制原理及能量傳遞超同步速串調(diào)系統(tǒng)的控制原理

7、及能量傳遞 1控制原理控制原理 22 201 cos cos T U s E 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) 或或 均可改變均可改變s，實現(xiàn)超同步速實現(xiàn)超同步速系統(tǒng)系統(tǒng)的調(diào)速運行。的調(diào)速運行。 2 1 一般是固定其中一個，調(diào)節(jié)另一個一般是固定其中一個，調(diào)節(jié)另一個： 固定 固定 1 sn 固定固定 1 ns 2 為了充分利用逆變變壓器及提高功率因數(shù)，固定為了充分利用逆變變壓器及提高功率因數(shù)，固定 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) 較為有利較為有利2min 1 20122 coscos T sEU 正常運行時，為使電流不太大，必有正常運行時，為使電流不太大，必有 ，得：，得： 0di UU 2 把超同步速串調(diào)系統(tǒng)與次同把超同步速串調(diào)系統(tǒng)與次同

8、 步速串調(diào)系統(tǒng)在不同區(qū)域工作步速串調(diào)系統(tǒng)在不同區(qū)域工作 的的能量傳遞簡圖能量傳遞簡圖按其工作區(qū)域按其工作區(qū)域 都畫在同一坐標平面內(nèi)如圖：都畫在同一坐標平面內(nèi)如圖： 2能量傳遞關(guān)系能量傳遞關(guān)系 次同步速 系統(tǒng)制動 超同步速 系統(tǒng)電動 超同步速 系統(tǒng)制動 次同步速 系統(tǒng)電動 P P Ps Ps1 n s PP sP P)s( 1P)s( 1 sP Ps1 0 1 0 0 n T Ps 1 1）能量傳遞簡圖）能量傳遞簡圖 2 2）超同步速串調(diào)系統(tǒng)電動時）超同步速串調(diào)系統(tǒng)電動時 的輸出功率討論的輸出功率討論 在輸出最大轉(zhuǎn)矩保持不變的情況下，若使異步電動機超同步速運行，可使電機在輸出最大轉(zhuǎn)矩保持不變的情

9、況下，若使異步電動機超同步速運行，可使電機 的輸出功率大于電機的額定功率。這是超同步速串級調(diào)速系統(tǒng)的最大優(yōu)點。的輸出功率大于電機的額定功率。這是超同步速串級調(diào)速系統(tǒng)的最大優(yōu)點。 定子側(cè)輸入功率定子側(cè)輸入功率 P，最大為，最大為PN 轉(zhuǎn)子側(cè)輸入功率轉(zhuǎn)子側(cè)輸入功率 Ps,最大為最大為PN(S=-1時時) 兩者之和送給負載，最大為兩者之和送給負載，最大為2PN 這類電機調(diào)速系統(tǒng)又稱這類電機調(diào)速系統(tǒng)又稱 “雙饋調(diào)速系統(tǒng)雙饋調(diào)速系統(tǒng)” 超過電機額定功率部份的功率是從轉(zhuǎn)子回路輸入的超過電機額定功率部份的功率是從轉(zhuǎn)子回路輸入的 3 3）超同步速串調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點）超同步速串調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點 6.3.3 雙饋同步調(diào)速

10、系統(tǒng)雙饋同步調(diào)速系統(tǒng) TI 控制系統(tǒng) S E2 1VR2VR MA 2 i 若若1VR由有源逆變橋改為無源逆變橋，則由有源逆變橋改為無源逆變橋，則 功率變換器是一臺輸出頻率可由指令信號（給功率變換器是一臺輸出頻率可由指令信號（給 定信號）控制的他控式交定信號）控制的他控式交-直直-交（或交交）變交（或交交）變 頻器頻器 。 定子電源的頻率定子電源的頻率f1 ， 同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速 n1 ，正向旋轉(zhuǎn)。，正向旋轉(zhuǎn)。 轉(zhuǎn)子輸入經(jīng)變頻器變換后的電壓、電流頻率為轉(zhuǎn)子輸入經(jīng)變頻器變換后的電壓、電流頻率為 f2 ， 所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場相對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場相對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為n2 。 1. 構(gòu)成構(gòu)成 2.

11、 工作原理工作原理定義轉(zhuǎn)向正向為逆時針方向定義轉(zhuǎn)向正向為逆時針方向 ， 0 2 f即轉(zhuǎn)子通入一個直流時，即轉(zhuǎn)子通入一個直流時， 1 nn 控制量控制量f2f2固定不變時，固定不變時，其機械特性是一條與同步電動機相同的水平直線。其機械特性是一條與同步電動機相同的水平直線。 這類電動機在結(jié)構(gòu)形式上是異步電動機，但實際上卻是在定、轉(zhuǎn)子同時通不這類電動機在結(jié)構(gòu)形式上是異步電動機，但實際上卻是在定、轉(zhuǎn)子同時通不 同頻率交流電的按同步電動機方式運行的同步電動機。也存在與同步電動機完全同頻率交流電的按同步電動機方式運行的同步電動機。也存在與同步電動機完全 一樣的問題，如轉(zhuǎn)子的振蕩、失步現(xiàn)象等一樣的問題，如轉(zhuǎn)

12、子的振蕩、失步現(xiàn)象等 。 n2為負時為負時 （站在轉(zhuǎn)子上看為逆時針）（站在轉(zhuǎn)子上看為逆時針）, 21 nnn n2為正時為正時 （站在轉(zhuǎn)子上看為逆時針）（站在轉(zhuǎn)子上看為逆時針）, 21 nnn，轉(zhuǎn)子輸出有功功率，轉(zhuǎn)子輸出有功功率 ，轉(zhuǎn)子輸入有功功率，轉(zhuǎn)子輸入有功功率 3. 稱之為稱之為“雙饋同步（特性）調(diào)速系統(tǒng)雙饋同步（特性）調(diào)速系統(tǒng)” 4. 超同步串級調(diào)速系統(tǒng)稱之為超同步串級調(diào)速系統(tǒng)稱之為“雙饋異步（特性）調(diào)速系統(tǒng)雙饋異步（特性）調(diào)速系統(tǒng)” 表現(xiàn)的特性是典型的異步機的特性，表現(xiàn)的特性是典型的異步機的特性， 5. 采用交采用交-交變頻器的雙饋調(diào)速系統(tǒng)（異步、同步）交變頻器的雙饋調(diào)速系統(tǒng)（異步、

13、同步） MA 負載 交交變頻器 電抗器 控 制 系 統(tǒng) TG R 1C 2C T 雙饋異步調(diào)速系統(tǒng)雙饋異步調(diào)速系統(tǒng) 在同步轉(zhuǎn)速上下的區(qū)在同步轉(zhuǎn)速上下的區(qū) 域無法正常工作，而域無法正常工作，而 雙饋同步調(diào)速系統(tǒng)會雙饋同步調(diào)速系統(tǒng)會 因失步導(dǎo)致系統(tǒng)抗沖因失步導(dǎo)致系統(tǒng)抗沖 擊性負載的能力差。擊性負載的能力差。 若在同步轉(zhuǎn)速附近采若在同步轉(zhuǎn)速附近采 用無源逆變的雙饋同用無源逆變的雙饋同 步調(diào)速，在其它區(qū)域步調(diào)速，在其它區(qū)域 采用有源逆變的雙饋采用有源逆變的雙饋 異步調(diào)速將是一種較異步調(diào)速將是一種較 好的方案。好的方案。6. 雙饋調(diào)速系統(tǒng)的主要優(yōu)點：雙饋調(diào)速系統(tǒng)的主要優(yōu)點： 可在可在、象限的任意轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)電動、制動，提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能。象限的任意轉(zhuǎn)速下實現(xiàn)電動、制動，提高系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能。 輸出功率可大于電動機的額定功率，在超同步速區(qū)域中仍保持恒轉(zhuǎn)矩特性。輸出功率可大于電動機的額定功率，在超同步速區(qū)域中仍保持恒轉(zhuǎn)矩特性。 若選用合適的減速比，把所要求調(diào)速區(qū)域的中間轉(zhuǎn)速配成系統(tǒng)的同步轉(zhuǎn)速，若選用合適的減速比，把所要求調(diào)速區(qū)域的中間轉(zhuǎn)速配成系統(tǒng)的同步轉(zhuǎn)速