第6章(電力拖動(dòng)控制系統(tǒng))2

1、61 串級(jí)調(diào)速的原理與類型串級(jí)調(diào)速的原理與類型 6.1.1 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速原理繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速原理 1 1深入體會(huì)：深入體會(huì)：繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻的調(diào)速原理繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻的調(diào)速原理 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速 a)電路圖電路圖 b)機(jī)械特性機(jī)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(dá)式看到的參數(shù)表達(dá)式看到的: 串電阻調(diào)速（改變串電阻調(diào)速（改變r(jià)2 ）時(shí)）時(shí) ， 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(dòng)系統(tǒng)在新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)下使拖動(dòng)系統(tǒng)在新的穩(wěn)態(tài)運(yùn) 行。行。 第第6章章 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng) 串電阻調(diào)速時(shí)串電阻調(diào)速時(shí)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(dá)式看到的：從物理表達(dá)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(dòng)系統(tǒng)達(dá)到降低速度拖動(dòng)系統(tǒng)達(dá)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(fù)回到原值與負(fù) 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(lái)改變轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。改變轉(zhuǎn)子回路的電流來(lái)改變轉(zhuǎn)矩，實(shí)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(jī)轉(zhuǎn)子回路串附加電動(dòng)勢(shì)繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串附加電動(dòng)勢(shì) 2 2串級(jí)調(diào)速原理串級(jí)調(diào)速原理

4、轉(zhuǎn)子回路中串入附加電勢(shì)轉(zhuǎn)子回路中串入附加電勢(shì) 來(lái)改變轉(zhuǎn)子回路電流來(lái)改變轉(zhuǎn)子回路電流 ，改變電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速，改變電機(jī)的轉(zhuǎn)矩，從而實(shí)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(guò)程結(jié)束升回原值，降速過(guò)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(jī)沖過(guò)同步電機(jī)沖過(guò)同步 轉(zhuǎn)速點(diǎn)轉(zhuǎn)速點(diǎn)s0的次同步速區(qū)域運(yùn)行時(shí)，的次同步速區(qū)域運(yùn)行時(shí)， 超同步速系統(tǒng)的次同步速制動(dòng)態(tài)，超同步速系統(tǒng)的次同步速制動(dòng)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(shì)相對(duì)于轉(zhuǎn)子是正轉(zhuǎn)定子旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)相對(duì)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(dòng)轉(zhuǎn)矩反向，則產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 2T I s E2 次同步速系統(tǒng)的電動(dòng)態(tài)，次同步速系統(tǒng)的電動(dòng)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(dòng)反向，電動(dòng) 制動(dòng)，從制動(dòng)，從象限到象限到 象限象限 2T I 3）在）在S0s0的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)入的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)入s0s0的運(yùn)行狀態(tài)的運(yùn)行狀態(tài) a）當(dāng)電機(jī)在的次同步速運(yùn)

6、行時(shí)，若使）當(dāng)電機(jī)在的次同步速運(yùn)行時(shí)，若使1VR轉(zhuǎn)入有源逆變，轉(zhuǎn)入有源逆變， 電動(dòng)機(jī)將進(jìn)入第電動(dòng)機(jī)將進(jìn)入第象限制動(dòng)運(yùn)行，轉(zhuǎn)速反而下降象限制動(dòng)運(yùn)行，轉(zhuǎn)速反而下降 。 b）當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在理想空載同步轉(zhuǎn)速當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在理想空載同步轉(zhuǎn)速n0附近時(shí)，附近時(shí)， 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(wú)法無(wú)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(shí)現(xiàn)超同步速實(shí)現(xiàn)超同步速系統(tǒng)系統(tǒng)的調(diào)速運(yùn)行。的調(diào)速運(yùn)行。 2 1 一般是固定其中一個(gè)，調(diào)節(jié)另一個(gè)一般是固定其中一個(gè)，調(diào)節(jié)另一個(gè)： 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(yùn)行時(shí)，為使電流不太大，必有正常運(yùn)行時(shí)，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(jiǎn)圖能量傳遞簡(jiǎn)圖按其工作區(qū)域按其工作區(qū)域 都畫在同一坐標(biāo)平面內(nèi)如圖：都畫在同一坐標(biāo)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(dòng) 超同步速 系統(tǒng)電動(dòng) 超同步速 系統(tǒng)制動(dòng) 次同步速 系統(tǒng)電動(dòng) 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(jiǎn)圖）能量傳遞簡(jiǎn)圖 2 2）超同步速串調(diào)系統(tǒng)電動(dòng)時(shí)）超同步速串調(diào)系統(tǒng)電動(dòng)時(shí) 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(dòng)機(jī)超同步速運(yùn)行，可使電機(jī)在輸出最大轉(zhuǎn)矩保持不變的情

9、況下，若使異步電動(dòng)機(jī)超同步速運(yùn)行，可使電機(jī) 的輸出功率大于電機(jī)的額定功率。這是超同步速串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)。的輸出功率大于電機(jī)的額定功率。這是超同步速串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)。 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(shí)時(shí)) 兩者之和送給負(fù)載，最大為兩者之和送給負(fù)載，最大為2PN 這類電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)又稱這類電機(jī)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(guò)電機(jī)額定功率部份的功率是從轉(zhuǎn)子回路輸入的超過(guò)電機(jī)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(diǎn)）超同步速串調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 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(wú)源逆變橋，則由有源逆變橋改為無(wú)源逆變橋，則 功率變換器是一臺(tái)輸出頻率可由指令信號(hào)（給功率變換器是一臺(tái)輸出頻率可由指令信號(hào)（給 定信號(hào)）控制的他控式交定信號(hào)）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(chǎng)相對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)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?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较蚨x轉(zhuǎn)向正向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?， 0 2 f即轉(zhuǎn)子通入一個(gè)直流時(shí)，即轉(zhuǎn)子通入一個(gè)直流時(shí)， 1 nn 控制量控制量f2f2固定不變時(shí)，固定不變時(shí)，其機(jī)械特性是一條與同步電動(dòng)機(jī)相同的水平直線。其機(jī)械特性是一條與同步電動(dòng)機(jī)相同的水平直線。 這類電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)形式上是異步電動(dòng)機(jī)，但實(shí)際上卻是在定、轉(zhuǎn)子同時(shí)通不這類電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)形式上是異步電動(dòng)機(jī)，但實(shí)際上卻是在定、轉(zhuǎn)子同時(shí)通不 同頻率交流電的按同步電動(dòng)機(jī)方式運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)。也存在與同步電動(dòng)機(jī)完全同頻率交流電的按同步電動(dòng)機(jī)方式運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)。也存在與同步電動(dòng)機(jī)完全 一樣的問(wèn)題，如轉(zhuǎn)子的振蕩、失步現(xiàn)象等一樣的問(wèn)題，如轉(zhuǎn)

12、子的振蕩、失步現(xiàn)象等 。 n2為負(fù)時(shí)為負(fù)時(shí) （站在轉(zhuǎn)子上看為逆時(shí)針）（站在轉(zhuǎn)子上看為逆時(shí)針）, 21 nnn n2為正時(shí)為正時(shí) （站在轉(zhuǎn)子上看為逆時(shí)針）（站在轉(zhuǎn)子上看為逆時(shí)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(jí)調(diào)速系統(tǒng)稱之為超同步串級(jí)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(jī)的特性，表現(xiàn)的特性是典型的異步機(jī)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(fù)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(wú)法正常工作，而域無(wú)法正常工作，而 雙饋同步調(diào)速系統(tǒng)會(huì)雙饋同步調(diào)速系統(tǒng)會(huì) 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(fù)載的能力差。擊性負(fù)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(wú)源逆變的雙饋同用無(wú)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(diǎn)：雙饋調(diào)速系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)： 可在可在、象限的任意轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)電動(dòng)、制動(dòng)，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。象限的任意轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)電動(dòng)、制動(dòng)，提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。 輸出功率可大于電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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