2-4 繞線式異步電動機的調速

1、2-4 繞線式異步電動機的調速繞線式異步電動機的調速 繞線式異步電動機：轉子繞組可以通過滑環(huán)繞線式異步電動機：轉子繞組可以通過滑環(huán)及電刷與外部進行電的聯(lián)系及電刷與外部進行電的聯(lián)系 繞線式異步電動機調速方式比鼠籠式異步電繞線式異步電動機調速方式比鼠籠式異步電動機更加靈活動機更加靈活: 除了變頻和定子調壓調速外，更可通過直除了變頻和定子調壓調速外，更可通過直接控制轉子回路內(nèi)的滑差功率實現(xiàn)轉子串電阻調接控制轉子回路內(nèi)的滑差功率實現(xiàn)轉子串電阻調速、轉子斬波變阻調速、串級調速和雙饋調速等速、轉子斬波變阻調速、串級調速和雙饋調速等多種調速方式。多種調速方式。 而且由于變流裝置設置在轉子側，要處理而且由于變

2、流裝置設置在轉子側，要處理的僅是滑差功率而不是全部的電磁功率，因而具的僅是滑差功率而不是全部的電磁功率，因而具有調速裝置容量小、投資省的顯著特點，在各類有調速裝置容量小、投資省的顯著特點，在各類調速方式中頗具特色。調速方式中頗具特色。一、繞線式異步電動機變滑差調速的本質一、繞線式異步電動機變滑差調速的本質繞線式異步電動機功率關系繞線式異步電動機功率關系: 當電機拖動恒轉當電機拖動恒轉矩負載運行時，電磁矩負載運行時，電磁功率功率PM 基本為一恒基本為一恒值值 變滑差調速的變滑差調速的本質本質就就 是改變滑差是改變滑差功率功率Ps的消耗的消耗 Ps越大，越大，s越大，越大，n越小越小二、轉子串電阻

3、調速二、轉子串電阻調速:在繞線式異步電機轉子回路在繞線式異步電機轉子回路外接三相附加電阻外接三相附加電阻Rf轉矩一滑差曲線轉矩一滑差曲線(T-s曲線曲線)：負載轉矩恒定時，負載轉矩恒定時， Rf越越大，大，n越小越小 在電機的正常負載變化范圍內(nèi)，當電源電壓在電機的正常負載變化范圍內(nèi)，當電源電壓一定時主磁通一定時主磁通M基本上是定值，轉子電流基本上是定值，轉子電流I2可可以維持在它的額定值工作以維持在它的額定值工作 根據(jù)轉子電流公式根據(jù)轉子電流公式:22222222222)()(xsrrExsrEIfN可得：可得：常數(shù)srrsrfN22顯然，串的電顯然，串的電阻越大，阻越大，S越大，越大，n越小

4、越小轉子回路的功率因數(shù)：轉子回路的功率因數(shù)：常數(shù)22222222222)()(cosxsrrsrrxsrsrffNN1emMTP電磁功率：電磁功率：電磁轉矩：電磁轉矩：22cosICTMTem斬波變阻的方式可實現(xiàn)轉子串電阻調速的無級調速斬波變阻的方式可實現(xiàn)轉子串電阻調速的無級調速轉子三相繞組經(jīng)滑環(huán)接至整流橋，將三相交流電變轉子三相繞組經(jīng)滑環(huán)接至整流橋，將三相交流電變?yōu)橹绷?，施加到一個受斬波器控制的單個外接電阻為直流，施加到一個受斬波器控制的單個外接電阻上。當斬波器開路時，上。當斬波器開路時， 接入轉子回路；當斬波器導接入轉子回路；當斬波器導通時，通時， 被短路，等效阻值為零。改變斬波器的占空被

5、短路，等效阻值為零。改變斬波器的占空比，可使外接電阻的等效阻值從零至比，可使外接電阻的等效阻值從零至Rf無級變化。無級變化。 轉子串電阻調速是一種轉子串電阻調速是一種耗能耗能的調速方式，的調速方式，恒轉矩負載恒轉矩負載時采用這種調速方法是時采用這種調速方法是不適宜不適宜的。的。 但是對于但是對于負載轉矩隨轉速平方變化負載轉矩隨轉速平方變化的風機、的風機、水泵類負載還是水泵類負載還是有著調速節(jié)能的應用前景有著調速節(jié)能的應用前景，特，特別是轉子斬波變阻調速方式由于方法簡單、價別是轉子斬波變阻調速方式由于方法簡單、價格低廉、可靠性高，在格低廉、可靠性高，在500kW以下的中、小容以下的中、小容量機組

6、中仍不失為一種可以考慮的實用方案。量機組中仍不失為一種可以考慮的實用方案。三、串級調速系統(tǒng)三、串級調速系統(tǒng) 繞線式異步電繞線式異步電動機串級調速的基動機串級調速的基本思想就是在轉子本思想就是在轉子回路中串入一個與回路中串入一個與轉子同頻的附加電轉子同頻的附加電勢勢Ef ，取代串電阻，取代串電阻調速中的外接電阻調速中的外接電阻Rf ，進行滑差功率，進行滑差功率的吸收或補充，實的吸收或補充，實現(xiàn)速度的調節(jié)現(xiàn)速度的調節(jié) 如果如果Ef 和和I2的相位相反，則附加電勢吸收電功的相位相反，則附加電勢吸收電功率，其作用和外加電阻相似，增加這個電勢，電率，其作用和外加電阻相似，增加這個電勢，電機滑差增大、轉速

7、降低。機滑差增大、轉速降低。 如果如果Ef 和和I2的相位相同，增加這個電勢，補償?shù)南辔幌嗤?，增加這個電勢，補償了部分甚至全部轉子電阻固有損耗，電機滑差減了部分甚至全部轉子電阻固有損耗，電機滑差減小、轉速升高。小、轉速升高。 習慣上將前一種稱為習慣上將前一種稱為亞同步串級調速亞同步串級調速，后一，后一種稱為種稱為超同步串級調速超同步串級調速。 超同步串級調速需要從定子及轉子側均饋入超同步串級調速需要從定子及轉子側均饋入電功率才能在同步轉速以上作電動運行，常稱為電功率才能在同步轉速以上作電動運行，常稱為雙饋調速系統(tǒng)雙饋調速系統(tǒng)。晶閘管亞同步串級調速系統(tǒng)晶閘管亞同步串級調速系統(tǒng)1、不控整流器決定了

8、滑差功率流動方向只能是從電、不控整流器決定了滑差功率流動方向只能是從電機轉子到電網(wǎng)機轉子到電網(wǎng)(附加電勢只能吸收功率，附加電勢增附加電勢只能吸收功率，附加電勢增大，滑差增大大，滑差增大)2、通過改變有源逆變器中移相角、通過改變有源逆變器中移相角以改變直流回路以改變直流回路電壓電壓U 的大小，從而改變與其相聯(lián)系的異步電機轉的大小，從而改變與其相聯(lián)系的異步電機轉子附加電勢子附加電勢Ef ，以達到調節(jié)電機轉速的目的。，以達到調節(jié)電機轉速的目的。 串級調速系統(tǒng)的機械特性串級調速系統(tǒng)的機械特性與直流電機的特性頗為相似，與直流電機的特性頗為相似，幾乎是一簇平行下斜的直線幾乎是一簇平行下斜的直線 在一定的負

9、載在一定的負載Id下改變逆下改變逆變角可以實現(xiàn)調速，而變角可以實現(xiàn)調速，而在保在保持一定時，電機的轉速隨負持一定時，電機的轉速隨負載增大而下降，特性較軟。載增大而下降，特性較軟。 所以除了一些對調速精度所以除了一些對調速精度要求不高、調速范圍不大的要求不高、調速范圍不大的場合，例如風機、水泵的調場合，例如風機、水泵的調速可以采用開環(huán)控制以外，速可以采用開環(huán)控制以外，一般需要采用帶速度反饋和一般需要采用帶速度反饋和電流反饋的電流反饋的雙閉環(huán)雙閉環(huán)調速系統(tǒng)。調速系統(tǒng)。雙閉環(huán)雙閉環(huán)控制串控制串級調速級調速系統(tǒng)系統(tǒng)晶閘管亞同步串級調速系統(tǒng)的主要缺點是晶閘管亞同步串級調速系統(tǒng)的主要缺點是功率因數(shù)低功率因

10、數(shù)低。造成晶閘管亞同步串級調速系統(tǒng)功率因數(shù)低的造成晶閘管亞同步串級調速系統(tǒng)功率因數(shù)低的原因原因：(1) 逆變器晶閘管換流需要落后的感性無功電流逆變器晶閘管換流需要落后的感性無功電流(2) 電機轉子電勢很低，工作在低頻狀態(tài)下的不控電機轉子電勢很低，工作在低頻狀態(tài)下的不控整流器元件存在嚴重的換流重迭現(xiàn)象換流重迭角整流器元件存在嚴重的換流重迭現(xiàn)象換流重迭角很大。很大。(3) 逆變器晶閘管采用移相觸發(fā)控制，造成電壓、逆變器晶閘管采用移相觸發(fā)控制，造成電壓、電流波形非正弦畸變，各類諧波無功的存在惡化電流波形非正弦畸變，各類諧波無功的存在惡化了系統(tǒng)功率因數(shù)。了系統(tǒng)功率因數(shù)。要改善晶閘管亞同步串級調速系統(tǒng)的

11、功率因數(shù)，要改善晶閘管亞同步串級調速系統(tǒng)的功率因數(shù)，最主要的是最主要的是減少有源逆變器對無功的需求減少有源逆變器對無功的需求，這可，這可從兩方面采取措施：從兩方面采取措施：(1) 改變晶閘管的換流方式，由電網(wǎng)電壓自然換流改變晶閘管的換流方式，由電網(wǎng)電壓自然換流改為電容強迫換流，使有源逆變電路不僅無需感改為電容強迫換流，使有源逆變電路不僅無需感性無功，甚至可以產(chǎn)生感性無功，進一步還可補性無功，甚至可以產(chǎn)生感性無功，進一步還可補償異步電機的無功需要。為此，必須采用高功率償異步電機的無功需要。為此，必須采用高功率因數(shù)的串級調速裝置。因數(shù)的串級調速裝置。(2) 可以采用改變逆變變壓器抽頭來變化變壓器可

12、以采用改變逆變變壓器抽頭來變化變壓器次級電壓，以滿足小逆變角下工作的條件，或者次級電壓，以滿足小逆變角下工作的條件，或者采用兩個逆變器的縱續(xù)聯(lián)接替代一大容量逆變器采用兩個逆變器的縱續(xù)聯(lián)接替代一大容量逆變器(3) 另外還可在轉子直流回路中加入斬波器調壓另外還可在轉子直流回路中加入斬波器調壓以縮小逆變角變化范圍的改善功率因數(shù)方案以縮小逆變角變化范圍的改善功率因數(shù)方案四、雙饋調速系統(tǒng)四、雙饋調速系統(tǒng)逆變逆變整流整流調節(jié)調節(jié)1或或2均可改變電均可改變電機的轉速。機的轉速。由于超同步電動運行時由于超同步電動運行時II橋工作在可控整流狀橋工作在可控整流狀態(tài)，保持較小的移相角態(tài)，保持較小的移相角2可以提高系

13、統(tǒng)的功率可以提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，因數(shù)，故一般常采用變故一般常采用變化橋化橋I的移相角的移相角1來調速。來調速。要實現(xiàn)雙饋調速運行，要求變流裝置能把電網(wǎng)的要實現(xiàn)雙饋調速運行，要求變流裝置能把電網(wǎng)的工頻電流變成與轉子感應電勢同頻率的交流電流工頻電流變成與轉子感應電勢同頻率的交流電流送入電機的轉子繞組。因此，送入電機的轉子繞組。因此，在中、小功率系統(tǒng)在中、小功率系統(tǒng)中采用異步電機中采用異步電機交交-直直-交變頻調速交變頻調速系統(tǒng)，其中的系統(tǒng)，其中的轉子側變流器必須采用強迫換流或自關斷功率器轉子側變流器必須采用強迫換流或自關斷功率器件。件。大功率雙饋調速系統(tǒng)大功率雙饋調速系統(tǒng)則多采用則多采用交交-交變頻器交變頻器，其優(yōu)點是變流器在電網(wǎng)其優(yōu)點是變流器在電網(wǎng) 側可利用電網(wǎng)電側可利用電網(wǎng)電壓自然換流，轉子側可利用轉子感應電勢實現(xiàn)換壓自然換流，轉子側可利用轉子感應電勢實現(xiàn)換流，避開了強迫換流引發(fā)的系列問題。流，避開了強迫換流引發(fā)的系列問題。與亞同步串級調速系統(tǒng)相比，雙饋調速系統(tǒng)具與亞同步串級調速系統(tǒng)相比，雙饋調速系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：有以下優(yōu)點：(1) 在相同的額定功率和調速范圍條件下，由于在相同的額定功率和調速范圍條件下，由于雙饋調速系統(tǒng)可以在同步轉速上、下運行，轉雙饋調速系統(tǒng)可以在同步轉速上、下運行，轉子回路中設置的調速裝置容量要比亞同步串級子回路中設置的調速