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1、 第第2章章繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)雙饋調(diào)速系統(tǒng) 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng) l轉(zhuǎn)差功率是人們在研究異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差功率是人們在研究異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法時(shí)所關(guān)心的問題,因?yàn)楣?jié)調(diào)速方法時(shí)所關(guān)心的問題,因?yàn)楣?jié)約電能也是異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的主要約電能也是異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的主要目的之一。作為異步電動(dòng)機(jī),必然目的之一。作為異步電動(dòng)機(jī),必然有轉(zhuǎn)差功率,而如何處理轉(zhuǎn)差功率有轉(zhuǎn)差功率,而如何處理轉(zhuǎn)差功率又在很大程度上影響著調(diào)速系統(tǒng)的又在很大程度上影響著調(diào)速系統(tǒng)的效率。效率。l要提高調(diào)速系統(tǒng)的效率,除了盡量要提高調(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
2、何減小轉(zhuǎn)差功率外,還可以考慮如何去利用它。去利用它。l對于繞線型異步電動(dòng)機(jī),定、轉(zhuǎn)子對于繞線型異步電動(dòng)機(jī),定、轉(zhuǎn)子電路可以同時(shí)與外電路相連,轉(zhuǎn)差電路可以同時(shí)與外電路相連,轉(zhuǎn)差功率可以從轉(zhuǎn)子輸出,也可以向轉(zhuǎn)功率可以從轉(zhuǎn)子輸出,也可以向轉(zhuǎn)子饋入,故稱作雙饋調(diào)速系統(tǒng)。子饋入,故稱作雙饋調(diào)速系統(tǒng)。 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)l“雙饋雙饋”的一個(gè)特點(diǎn)是轉(zhuǎn)差功率可以的一個(gè)特點(diǎn)是轉(zhuǎn)差功率可以回饋到電網(wǎng),也可以由電網(wǎng)饋入?;仞伒诫娋W(wǎng),也可以由電網(wǎng)饋入。至于電功率是饋入定子繞組和至于電功率是饋入定子繞組和/或轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)子繞組,還是由定子繞組和子繞組,還是由定子繞組和/或轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)子繞
3、組饋出,則要視電動(dòng)機(jī)的工況而繞組饋出,則要視電動(dòng)機(jī)的工況而定。定。l繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速方法繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速方法早在早在20世紀(jì)世紀(jì)30年代就已被提出,年代就已被提出,到了到了6070年代,當(dāng)可控電力電子年代,當(dāng)可控電力電子器件出現(xiàn)以后,才得到更好的應(yīng)用。器件出現(xiàn)以后,才得到更好的應(yīng)用。繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)l繞線型異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速工作原理繞線型異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速工作原理l繞線型異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)繞線型異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)l串級調(diào)速的機(jī)械特性串級調(diào)速的機(jī)械特性l串級調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)串級調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)l雙閉環(huán)控制的串級調(diào)
4、速系統(tǒng)雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng)l串級調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)方式串級調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)方式l繞線轉(zhuǎn)子異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組繞線轉(zhuǎn)子異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 內(nèi)內(nèi) 容容 提提 要要7.1 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)雙繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速工作原理饋調(diào)速工作原理l異步電動(dòng)機(jī)由電網(wǎng)供電并以電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí),異步電動(dòng)機(jī)由電網(wǎng)供電并以電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行時(shí),它從電網(wǎng)輸入(饋入)電功率,而在其軸上輸它從電網(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(dòng)負(fù)載運(yùn)行。出機(jī)械功率給負(fù)載,以拖動(dòng)負(fù)載運(yùn)行。 l在雙饋調(diào)速工作時(shí),繞線型異步電動(dòng)機(jī)定子側(cè)在雙饋調(diào)速工作時(shí),繞線型異步電動(dòng)機(jī)定子側(cè)與交流電網(wǎng)直接連接,轉(zhuǎn)子側(cè)與交流電源或外與交流電網(wǎng)直接連接,
5、轉(zhuǎn)子側(cè)與交流電源或外接電動(dòng)勢相連,從電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上看,可認(rèn)為接電動(dòng)勢相連,從電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上看,可認(rèn)為是在轉(zhuǎn)子繞組回路中附加一個(gè)交流電動(dòng)勢,通是在轉(zhuǎn)子繞組回路中附加一個(gè)交流電動(dòng)勢,通過控制附加電動(dòng)勢的幅值,實(shí)現(xiàn)繞線型異步電過控制附加電動(dòng)勢的幅值,實(shí)現(xiàn)繞線型異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。動(dòng)機(jī)的調(diào)速。2.1.1 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢的作用轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢的作用圖圖2-1 繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢的原理圖繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢的原理圖轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢的作用轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢的作用l異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)其轉(zhuǎn)子相電動(dòng)勢為異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)其轉(zhuǎn)子相電動(dòng)勢為(2-1) 式中式中 異步電動(dòng)機(jī)的
6、轉(zhuǎn)差率異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率;0rrsEE s0rE 繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子開路繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子開路相電動(dòng)勢,也就是轉(zhuǎn)子開路額定相電壓值。相電動(dòng)勢,也就是轉(zhuǎn)子開路額定相電壓值。轉(zhuǎn)子相電流在轉(zhuǎn)子短路情況下,轉(zhuǎn)子相電流的表達(dá)式為 (2-2)式中 轉(zhuǎn)子繞組每相電阻; 時(shí)的轉(zhuǎn)子繞組每相漏抗。2020)(rrrrsXRsEIrR0rX1s串電阻調(diào)速串電阻調(diào)速l在繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速時(shí),在繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速時(shí),轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流 會(huì)在外接電阻上產(chǎn)生一個(gè)交流會(huì)在外接電阻上產(chǎn)生一個(gè)交流電壓電壓 ,這一交流電壓與轉(zhuǎn)子電流有著相,這一交流電壓與轉(zhuǎn)子電流有著相同的頻率和相位,調(diào)速時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差功
7、率同的頻率和相位,調(diào)速時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差功率被消耗在外接電阻上。被消耗在外接電阻上。 rIRU下圖 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對稱電阻時(shí)機(jī)械特性 轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢的作用轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢的作用l 如果在轉(zhuǎn)子繞組回路中引入一個(gè)可控的交如果在轉(zhuǎn)子繞組回路中引入一個(gè)可控的交流附加電動(dòng)勢流附加電動(dòng)勢 來代替外接電阻,附加電來代替外接電阻,附加電動(dòng)勢的幅值和頻率與交流電壓動(dòng)勢的幅值和頻率與交流電壓 相同,相位相同,相位與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢 相反(如圖相反(如圖2-1所示),則所示),則它對轉(zhuǎn)子電流的作用與外接電阻是相同的,它對轉(zhuǎn)子電流的作用與外接電阻是相同的,附加電動(dòng)勢將會(huì)吸收原先消耗在外接電阻上附加電動(dòng)勢將會(huì)吸收
8、原先消耗在外接電阻上的轉(zhuǎn)差功率。的轉(zhuǎn)差功率。RUaddErE轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢的原理圖轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢的原理圖圖圖2-1 繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢的原理圖繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢的原理圖轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢的作用轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢的作用l引入附加電動(dòng)勢后,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路的合引入附加電動(dòng)勢后,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路的合電動(dòng)勢減小了,轉(zhuǎn)子電流和電磁轉(zhuǎn)矩也相電動(dòng)勢減小了,轉(zhuǎn)子電流和電磁轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)減小,由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩未變,電動(dòng)機(jī)必然應(yīng)減小,由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩未變,電動(dòng)機(jī)必然減速,因而減速,因而 增大,轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢增大,轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢 隨隨之增大,轉(zhuǎn)子電流之增大,轉(zhuǎn)子電流 也逐漸增大,直至轉(zhuǎn)也逐漸增大,直至轉(zhuǎn)差率增大到差率增大到
9、 時(shí),轉(zhuǎn)子電流又恢復(fù)到時(shí),轉(zhuǎn)子電流又恢復(fù)到負(fù)載所需的值,電動(dòng)機(jī)便進(jìn)入新的較低轉(zhuǎn)負(fù)載所需的值,電動(dòng)機(jī)便進(jìn)入新的較低轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定狀態(tài)。速的穩(wěn)定狀態(tài)。0rrEsEs21()ssrI轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢的作用轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢的作用此時(shí),未串入附加電動(dòng)勢和串入附加電動(dòng)勢此時(shí),未串入附加電動(dòng)勢和串入附加電動(dòng)勢后的轉(zhuǎn)子電流相等后的轉(zhuǎn)子電流相等 : 而減小而減小 則可使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高。所則可使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速升高。所以在繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)引入一個(gè)可以在繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)引入一個(gè)可控的附加電動(dòng)勢,就可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速??氐母郊与妱?dòng)勢,就可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 addE102022221020()()rraddrrrr
10、rs Es EEIRs XRs X21()ssn在轉(zhuǎn)子回路中引入一個(gè)可控的交流附加電動(dòng)勢,如圖所示。此時(shí)轉(zhuǎn)子回路的電流變?yōu)閚 由此可見改變附加電勢的大小及方向可以改變轉(zhuǎn)子電流的大小,從而改變轉(zhuǎn)速,達(dá)到調(diào)速的目的。2.1.2 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速的五種工況雙饋調(diào)速的五種工況l在繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)引入一個(gè)可控在繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)引入一個(gè)可控的附加電動(dòng)勢并改變其幅值,就可以實(shí)現(xiàn)的附加電動(dòng)勢并改變其幅值,就可以實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。對電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。l可控附加電動(dòng)勢的引入必然在轉(zhuǎn)子側(cè)形成可控附加電動(dòng)勢的引入必然在轉(zhuǎn)子側(cè)形成功率的傳送,可以把轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)差功率傳功率的傳
11、送,可以把轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)差功率傳輸?shù)脚c之相連的交流電源或外電路中去,輸?shù)脚c之相連的交流電源或外電路中去,也可以是從外面吸收功率到轉(zhuǎn)子中來。從也可以是從外面吸收功率到轉(zhuǎn)子中來。從功率傳送的角度看,可以認(rèn)為是用控制異功率傳送的角度看,可以認(rèn)為是用控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中轉(zhuǎn)差功率的大小與流向來步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中轉(zhuǎn)差功率的大小與流向來實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。 2.1.2 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)雙繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速的五種工況饋調(diào)速的五種工況n考慮到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢與轉(zhuǎn)子電流的頻考慮到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢與轉(zhuǎn)子電流的頻率在不同轉(zhuǎn)速下有不同的數(shù)值率在不同轉(zhuǎn)速下有不同的數(shù)值( ),其值與交流電網(wǎng)的
12、頻率往往不一致,所以其值與交流電網(wǎng)的頻率往往不一致,所以不能把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子直接與交流電網(wǎng)相連,不能把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子直接與交流電網(wǎng)相連,而必須通過一個(gè)中間環(huán)節(jié)。這個(gè)中間環(huán)節(jié)而必須通過一個(gè)中間環(huán)節(jié)。這個(gè)中間環(huán)節(jié)除了有功率傳遞作用外,還應(yīng)具有對不同除了有功率傳遞作用外,還應(yīng)具有對不同頻率的電功率進(jìn)行變換的功能,故稱為功頻率的電功率進(jìn)行變換的功能,故稱為功率變換單元(率變換單元(Power Converter Unit,簡稱簡稱CU),見圖),見圖2-2。12sff n圖圖2-2 繞線型異步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢時(shí)的工況及其功率流程繞線型異步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢時(shí)的工況及其功率流程a)次同步速電動(dòng)狀態(tài)
13、次同步速電動(dòng)狀態(tài) b)反轉(zhuǎn)倒拉制動(dòng)狀態(tài)反轉(zhuǎn)倒拉制動(dòng)狀態(tài) c)超同步速回饋制動(dòng)狀態(tài)超同步速回饋制動(dòng)狀態(tài)d)超同步速電動(dòng)狀態(tài)超同步速電動(dòng)狀態(tài) e)次同步速回饋制動(dòng)狀態(tài)次同步速回饋制動(dòng)狀態(tài) CU功率變換單元功率變換單元忽略機(jī)械和雜散損耗時(shí),異步電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系為忽略機(jī)械和雜散損耗時(shí),異步電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系為 (2-4) 電動(dòng)機(jī)定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率,電動(dòng)機(jī)定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率, 包括轉(zhuǎn)子損耗的轉(zhuǎn)子電路輸入功率,包括轉(zhuǎn)子損耗的轉(zhuǎn)子電路輸入功率, 即轉(zhuǎn)差功率,即轉(zhuǎn)差功率, 電動(dòng)機(jī)軸上輸出或輸入的功率。電動(dòng)機(jī)軸上輸出或輸入的功率。由于轉(zhuǎn)子側(cè)串入附加電動(dòng)勢極性和大小不同,由于轉(zhuǎn)子側(cè)串入附加電動(dòng)勢極性和大小不
14、同, 和和 都可正可負(fù),因而可以有以下幾種不同的工作都可正可負(fù),因而可以有以下幾種不同的工作狀況。狀況。smmmPssPP)1 ( mPs)1 ( msPmPmP1.電動(dòng)機(jī)在次同步轉(zhuǎn)速下作電動(dòng)運(yùn)行電動(dòng)機(jī)在次同步轉(zhuǎn)速下作電動(dòng)運(yùn)行l(wèi)異步電動(dòng)機(jī)定子接交流電網(wǎng),轉(zhuǎn)子短路,異步電動(dòng)機(jī)定子接交流電網(wǎng),轉(zhuǎn)子短路,轉(zhuǎn)子軸上帶有反抗性的恒值額定負(fù)載(對轉(zhuǎn)子軸上帶有反抗性的恒值額定負(fù)載(對應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流為應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流為 ),此時(shí)電動(dòng)機(jī)在固有),此時(shí)電動(dòng)機(jī)在固有機(jī)械特性上以額定轉(zhuǎn)差率機(jī)械特性上以額定轉(zhuǎn)差率 運(yùn)行。若在轉(zhuǎn)運(yùn)行。若在轉(zhuǎn)子側(cè)每相加上附加電動(dòng)勢子側(cè)每相加上附加電動(dòng)勢 (與(與 反反相,相, ),根據(jù)式(),根
15、據(jù)式(2-3),轉(zhuǎn)子),轉(zhuǎn)子電流將減小,從而使電動(dòng)機(jī)減速,轉(zhuǎn)子電電流將減小,從而使電動(dòng)機(jī)減速,轉(zhuǎn)子電流回升,最終進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。流回升,最終進(jìn)入新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。 0addrEsE0rsEaddENsrNIaddEs1012210()raddrNNrrs EEIssRs Xl此時(shí),轉(zhuǎn)子回路的電勢平衡方程式為此時(shí),轉(zhuǎn)子回路的電勢平衡方程式為l若繼續(xù)加大若繼續(xù)加大 值,則值,則 值繼續(xù)增大,轉(zhuǎn)值繼續(xù)增大,轉(zhuǎn)速還將降低,實(shí)現(xiàn)了對電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。速還將降低,實(shí)現(xiàn)了對電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。l對照式(對照式(2-4)可知,由于電動(dòng)機(jī)作電動(dòng))可知,由于電動(dòng)機(jī)作電動(dòng)運(yùn)行,轉(zhuǎn)差率為運(yùn)行,轉(zhuǎn)差率為0s 。 由圖由圖2-4可以
16、寫出整流后的直流回路電壓平衡方可以寫出整流后的直流回路電壓平衡方程式:程式: 或或 (2-5) 式中,式中, 、 UR與與UI的電壓整流系數(shù),的電壓整流系數(shù),如兩者都是三相橋式電路,則如兩者都是三相橋式電路,則; iUdURIUUdidRIUKsEKdTrcos2201122.34KK2K1K串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 l從式從式(2-5)中可以看出,中可以看出, 中包含了電動(dòng)中包含了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率機(jī)的轉(zhuǎn)差率s,而,而 與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子交流電與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子交流電流流 之間有固定的比例關(guān)系,因此它近似之間有固定的比例關(guān)系,因此它近似地反映了電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的大小,而地反映了電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)
17、矩的大小,而角角是控制變量。所以該式可以看作是在串級是控制變量。所以該式可以看作是在串級調(diào)速系統(tǒng)中異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的間接表調(diào)速系統(tǒng)中異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的間接表達(dá)式達(dá)式。dI),(dIfs rIdU串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 l1起動(dòng)起動(dòng) 異步電動(dòng)機(jī)在靜止不動(dòng)時(shí),其轉(zhuǎn)子電動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)在靜止不動(dòng)時(shí),其轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢為勢為 ;控制逆變角;控制逆變角,使在起動(dòng)開始的,使在起動(dòng)開始的瞬間,瞬間, 與與 的差值能產(chǎn)生足夠大的的差值能產(chǎn)生足夠大的 ,以滿足所需的電磁轉(zhuǎn)矩,但又不超過允許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(dòng)機(jī)就可在一定的動(dòng)態(tài)的電流值,這樣電動(dòng)機(jī)就可在一定的動(dòng)態(tài)
18、轉(zhuǎn)矩下加速起動(dòng)。轉(zhuǎn)矩下加速起動(dòng)。dI0rEiUdU串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 l隨著異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增高,其轉(zhuǎn)子電動(dòng)隨著異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增高,其轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢減少,為了維持加速過程中動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩基勢減少,為了維持加速過程中動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩基本恒定,必須相應(yīng)地增大本恒定,必須相應(yīng)地增大角以減小角以減小 值,值,維持維持 基本恒定。當(dāng)電動(dòng)機(jī)加速到基本恒定。當(dāng)電動(dòng)機(jī)加速到所需轉(zhuǎn)速時(shí),不再調(diào)整所需轉(zhuǎn)速時(shí),不再調(diào)整角,電動(dòng)機(jī)即在角,電動(dòng)機(jī)即在此轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。此轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。 ()diUUdUn調(diào)速過程:控制 使它增大電機(jī)升速過程n同理減小值可以使電機(jī)在較低的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行,并把電機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能反
19、饋到電網(wǎng)。串級調(diào)速方法可稱為轉(zhuǎn)差功率回饋型的調(diào)速方法。串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 l設(shè)此時(shí)的設(shè)此時(shí)的,則式(則式(2-5)可寫)可寫作作l式中式中 為對應(yīng)于負(fù)載轉(zhuǎn)矩的直流回路電流。為對應(yīng)于負(fù)載轉(zhuǎn)矩的直流回路電流。 11, ssRIUKEsKdLTr122011cosdLI串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 l2調(diào)速調(diào)速當(dāng)增大當(dāng)增大角使角使=21時(shí),逆時(shí),逆變電壓變電壓 減小,但電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不能立減小,但電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不能立即改變,所以即改變,所以 將增大,電磁轉(zhuǎn)矩增大,將增大,電磁轉(zhuǎn)矩增大,使電動(dòng)機(jī)加速。隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增高,使電動(dòng)機(jī)加速。隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增高, 減少
20、,減少, 回落,直到新的平衡狀態(tài),回落,直到新的平衡狀態(tài),電動(dòng)機(jī)在增高了的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。式中電動(dòng)機(jī)在增高了的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。式中2121,ss10rK sEdIdIiURIUKEsKdLTr222021cos串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 l3停車停車 對于處于低同步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行的對于處于低同步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行的雙饋調(diào)速系統(tǒng),必須在異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)雙饋調(diào)速系統(tǒng),必須在異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)輸入電功率時(shí)才能實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。在串級調(diào)速輸入電功率時(shí)才能實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。在串級調(diào)速系統(tǒng)中與轉(zhuǎn)子連接的是系統(tǒng)中與轉(zhuǎn)子連接的是不可控整流裝置不可控整流裝置,它只能從電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)輸出電功率,而不它只能從電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)輸出電功
21、率,而不可能向轉(zhuǎn)子輸入電功率。因此串級調(diào)速系可能向轉(zhuǎn)子輸入電功率。因此串級調(diào)速系統(tǒng)沒有制動(dòng)停車功能。只能靠減小統(tǒng)沒有制動(dòng)停車功能。只能靠減小角減角減小小 ,并依靠負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的作用自由停車。,并依靠負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的作用自由停車。dIl結(jié)論:結(jié)論:(1)串級調(diào)速系統(tǒng)能夠靠調(diào)節(jié)逆變角)串級調(diào)速系統(tǒng)能夠靠調(diào)節(jié)逆變角實(shí)實(shí)現(xiàn)平滑無級調(diào)速。現(xiàn)平滑無級調(diào)速。(2)系統(tǒng)能把繞線型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功)系統(tǒng)能把繞線型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率回饋給交流電網(wǎng),從而使扣除裝置損耗率回饋給交流電網(wǎng),從而使扣除裝置損耗后的轉(zhuǎn)差功率得到有效利用,大大提高了后的轉(zhuǎn)差功率得到有效利用,大大提高了調(diào)速系統(tǒng)的效率。調(diào)速系統(tǒng)的效率。 2.3 串
22、級調(diào)速的機(jī)械特性串級調(diào)速的機(jī)械特性l串級調(diào)速機(jī)械特性的特征串級調(diào)速機(jī)械特性的特征l串級調(diào)速的轉(zhuǎn)子整流電路串級調(diào)速的轉(zhuǎn)子整流電路l串級調(diào)速的機(jī)械特性方程式串級調(diào)速的機(jī)械特性方程式串級調(diào)速的機(jī)械特性串級調(diào)速的機(jī)械特性l在串級調(diào)速系統(tǒng)中,異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)在串級調(diào)速系統(tǒng)中,異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)整流器的輸出量整流器的輸出量 、 分別與異步電動(dòng)分別與異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩有關(guān)。因此,可以機(jī)的轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩有關(guān)。因此,可以從電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子直流回路著手來分析異步從電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子直流回路著手來分析異步電動(dòng)機(jī)在串級調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性。電動(dòng)機(jī)在串級調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性。dIdU2.3.1串級調(diào)速機(jī)械特性的特征串級調(diào)速機(jī)械特性的特
23、征1. 理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速l在異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時(shí),其在異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時(shí),其理想空載轉(zhuǎn)速就是其同步轉(zhuǎn)速,而且恒定理想空載轉(zhuǎn)速就是其同步轉(zhuǎn)速,而且恒定不變,調(diào)速時(shí)機(jī)械特性變軟,調(diào)速性能差。不變,調(diào)速時(shí)機(jī)械特性變軟,調(diào)速性能差。l在串級調(diào)速系統(tǒng)中,電動(dòng)機(jī)的極對數(shù)與旋在串級調(diào)速系統(tǒng)中,電動(dòng)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,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)平滑地但是它的理想空載轉(zhuǎn)速卻能夠連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)。串級調(diào)速機(jī)械特性的特征串級調(diào)速機(jī)械特性的特征 根據(jù)式根據(jù)式(2-5)(2-5),當(dāng)系統(tǒng)在理想空載狀態(tài)下運(yùn),當(dāng)系統(tǒng)
24、在理想空載狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)行時(shí)( (I Id d = 0)= 0),轉(zhuǎn)子直流回路的電壓平衡,轉(zhuǎn)子直流回路的電壓平衡方程式變成方程式變成 cos22001TUKEsKrs s0 0 異步電動(dòng)機(jī)在串級調(diào)速時(shí)對應(yīng)于某異步電動(dòng)機(jī)在串級調(diào)速時(shí)對應(yīng)于某一一 角的理想空載轉(zhuǎn)差率。角的理想空載轉(zhuǎn)差率。取取 K K1 1= =K K2 2 ,則,則 cos020rEUsT(2-6)串級調(diào)速機(jī)械特性的特征串級調(diào)速機(jī)械特性的特征由此可得相應(yīng)的理想空載轉(zhuǎn)速由此可得相應(yīng)的理想空載轉(zhuǎn)速 n n0 0 為:為:式中式中 n n1 1 異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。 (2-7)2T0101r0cos(1)(1)Unn
25、snE串級調(diào)速機(jī)械特性的特征串級調(diào)速機(jī)械特性的特征l從式(從式(2-6)和式()和式(2-7)可知,在串級)可知,在串級調(diào)速時(shí),理想空載轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速是不同調(diào)速時(shí),理想空載轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速是不同的。當(dāng)改變逆變角的。當(dāng)改變逆變角 時(shí),理想空載轉(zhuǎn)差率時(shí),理想空載轉(zhuǎn)差率和理想空載轉(zhuǎn)速都相應(yīng)改變。和理想空載轉(zhuǎn)速都相應(yīng)改變。l由式(由式(2-5)還可看出,)還可看出,在不同的在不同的角下角下異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性是近似異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性是近似平行的,其工作段類似于直流電動(dòng)機(jī)變壓平行的,其工作段類似于直流電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速的機(jī)械特性。調(diào)速的機(jī)械特性。 串級調(diào)速機(jī)械特性的特征串級調(diào)速機(jī)械特性的
26、特征2機(jī)械特性的斜率與最大轉(zhuǎn)矩機(jī)械特性的斜率與最大轉(zhuǎn)矩l串級調(diào)速時(shí),轉(zhuǎn)子回路中接入了串級調(diào)速串級調(diào)速時(shí),轉(zhuǎn)子回路中接入了串級調(diào)速裝置裝置( (包括整流和逆變裝置、平波電抗器、包括整流和逆變裝置、平波電抗器、逆變變壓器等逆變變壓器等) ),實(shí)際上相當(dāng)于在電動(dòng)機(jī),實(shí)際上相當(dāng)于在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中接入了一定數(shù)量的等效電阻和轉(zhuǎn)子回路中接入了一定數(shù)量的等效電阻和電抗,它們的影響在任何轉(zhuǎn)速下都存在。電抗,它們的影響在任何轉(zhuǎn)速下都存在。 由于轉(zhuǎn)子回路阻抗的影響,異步電動(dòng)機(jī)串由于轉(zhuǎn)子回路阻抗的影響,異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性比其固有特性要軟得級調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性比其固有特性要軟得多。多。 轉(zhuǎn)子回路電阻和漏抗的
27、影響轉(zhuǎn)子回路電阻和漏抗的影響l受轉(zhuǎn)子回路電阻增加的影響:當(dāng)電機(jī)在最受轉(zhuǎn)子回路電阻增加的影響:當(dāng)電機(jī)在最高轉(zhuǎn)速的特性上(高轉(zhuǎn)速的特性上( = 90)帶額定負(fù)載,)帶額定負(fù)載,也難以達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速。也難以達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速。l受轉(zhuǎn)子回路漏抗增加的影響:整流電路換受轉(zhuǎn)子回路漏抗增加的影響:整流電路換相重疊角將加大,并產(chǎn)生強(qiáng)迫延遲導(dǎo)通現(xiàn)相重疊角將加大,并產(chǎn)生強(qiáng)迫延遲導(dǎo)通現(xiàn)象,使串級調(diào)速時(shí)的最大電磁轉(zhuǎn)矩比電動(dòng)象,使串級調(diào)速時(shí)的最大電磁轉(zhuǎn)矩比電動(dòng)機(jī)在正常接線時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩有明顯的降低。機(jī)在正常接線時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩有明顯的降低。串級調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性串級調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性圖圖圖2-6 異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性a)
28、大電機(jī) b)小電機(jī) 2.3.2串級調(diào)速的轉(zhuǎn)子整流電路串級調(diào)速的轉(zhuǎn)子整流電路l異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢相當(dāng)于轉(zhuǎn)子整流器異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢相當(dāng)于轉(zhuǎn)子整流器的供電電源。如果把電動(dòng)機(jī)定子看成是整的供電電源。如果把電動(dòng)機(jī)定子看成是整流變壓器的一次側(cè),則轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于二流變壓器的一次側(cè),則轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于二次側(cè),與帶整流變壓器的整流電路非常相次側(cè),與帶整流變壓器的整流電路非常相似,因而可以引用電力電子技術(shù)中分析整似,因而可以引用電力電子技術(shù)中分析整流電路的一些結(jié)論來研究串級調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)流電路的一些結(jié)論來研究串級調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)子整流電路。但是,兩者之間還存在著一子整流電路。但是,兩者之間還存在著一些顯著的差異。些顯著
29、的差異。轉(zhuǎn)子整流電路轉(zhuǎn)子整流電路的的特點(diǎn)特點(diǎn)(1 1)一般整流變壓器輸入輸出的頻率是一樣的,)一般整流變壓器輸入輸出的頻率是一樣的,而異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢的幅值與頻而異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢的幅值與頻率都是變化的,隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變而變化。率都是變化的,隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變而變化。(2 2)異步電動(dòng)機(jī)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的漏抗值也與轉(zhuǎn)子)異步電動(dòng)機(jī)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的漏抗值也與轉(zhuǎn)子頻率或轉(zhuǎn)差率有關(guān)。頻率或轉(zhuǎn)差率有關(guān)。(3 3)由于異步電動(dòng)機(jī)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的漏抗值較大,)由于異步電動(dòng)機(jī)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的漏抗值較大,所以出現(xiàn)的換相重疊現(xiàn)象比一般整流電路嚴(yán)重,所以出現(xiàn)的換相重疊現(xiàn)象比一般整流電路嚴(yán)重,從而在負(fù)載較
30、大時(shí)會(huì)引起整流器件的強(qiáng)迫延遲從而在負(fù)載較大時(shí)會(huì)引起整流器件的強(qiáng)迫延遲換相現(xiàn)象。換相現(xiàn)象。假設(shè)條件假設(shè)條件(1)整流器件具有理想的整流特性,管壓)整流器件具有理想的整流特性,管壓降及漏電流均可忽略;降及漏電流均可忽略;(2)轉(zhuǎn)子直流回路中平波電抗器的電感為)轉(zhuǎn)子直流回路中平波電抗器的電感為無窮大,直流電流波形平直;無窮大,直流電流波形平直;(3)忽略電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁阻抗的影響。)忽略電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁阻抗的影響。 轉(zhuǎn)子整流電路轉(zhuǎn)子整流電路圖2-7 轉(zhuǎn)子整流電路 換相重疊換相重疊l設(shè)電動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)差率下穩(wěn)定運(yùn)行,轉(zhuǎn)子設(shè)電動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)差率下穩(wěn)定運(yùn)行,轉(zhuǎn)子三相的感應(yīng)電動(dòng)勢為三相的感應(yīng)電動(dòng)勢為 era、erb、erc
31、。當(dāng)各。當(dāng)各整流器件依次導(dǎo)通時(shí),必有器件間的換相整流器件依次導(dǎo)通時(shí),必有器件間的換相過程,這時(shí)處于換相中的兩相電動(dòng)勢同時(shí)過程,這時(shí)處于換相中的兩相電動(dòng)勢同時(shí)起作用,產(chǎn)生換相重疊壓降,如下圖所示。起作用,產(chǎn)生換相重疊壓降,如下圖所示。換相重疊角換相重疊角 根據(jù)根據(jù)“電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)” 中介紹的理論,中介紹的理論,換相重疊角為換相重疊角為 其中其中 XD0 s = 1時(shí)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的電時(shí)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子每相漏抗。動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子每相漏抗。0rdD0r0dD0621arccos621arccosEIXsEIsX(2-8) l由式(由式(2-8)可知,換相重疊角隨著整流)可知,換相
32、重疊角隨著整流電流電流 Id 的增大而增加。的增大而增加。l當(dāng)當(dāng) Id 較小,較小, 在在0 60之間時(shí),整之間時(shí),整流電路中各整流器件都在對應(yīng)相電壓波形流電路中各整流器件都在對應(yīng)相電壓波形的自然換相點(diǎn)處開始換流,到的自然換相點(diǎn)處開始換流,到 處結(jié)束處結(jié)束換流,整流波形正常。換流,整流波形正常。強(qiáng)迫延遲換相現(xiàn)象強(qiáng)迫延遲換相現(xiàn)象l當(dāng)電流當(dāng)電流 Id 增大到按式(增大到按式(2-8)計(jì)算出來)計(jì)算出來的的 角大于角大于60時(shí),器件在自然換相點(diǎn)時(shí),器件在自然換相點(diǎn)處未能結(jié)束換流,從而迫使本該在自然換處未能結(jié)束換流,從而迫使本該在自然換相點(diǎn)換流的器件推遲換流,出現(xiàn)了強(qiáng)迫延相點(diǎn)換流的器件推遲換流,出現(xiàn)了
33、強(qiáng)迫延遲換相現(xiàn)象,所延遲的角度稱作強(qiáng)迫延時(shí)遲換相現(xiàn)象,所延遲的角度稱作強(qiáng)迫延時(shí)換相角換相角 p 。 由此可見,串級調(diào)速時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子由此可見,串級調(diào)速時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子整流電路有兩種正常工作狀態(tài)。整流電路有兩種正常工作狀態(tài)。 l需要指出的是,強(qiáng)迫延時(shí)換相只說明需要指出的是,強(qiáng)迫延時(shí)換相只說明在在 超過某一值時(shí),整流器件比自然超過某一值時(shí),整流器件比自然換相點(diǎn)滯后換相點(diǎn)滯后 角換流,但從總體上看,角換流,但從總體上看,6個(gè)器件在個(gè)器件在360內(nèi)輪流工作,每一內(nèi)輪流工作,每一對器件的換流過程最多只能是對器件的換流過程最多只能是60,也就是說,也就是說, 再大,也只能使再大,也只能使 不變。不變
34、。60pdIpdI轉(zhuǎn)子整流電路的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)子整流電路的工作狀態(tài) (1)第一種工作狀態(tài)的特征是)第一種工作狀態(tài)的特征是 0 60, p = 0 此時(shí),轉(zhuǎn)子整流電路處于正常的不可控整流工此時(shí),轉(zhuǎn)子整流電路處于正常的不可控整流工作狀態(tài),可稱之為第一工作區(qū)。作狀態(tài),可稱之為第一工作區(qū)。(2)第二種工作狀態(tài)的特征是)第二種工作狀態(tài)的特征是 = 60, 0 p 30 這時(shí),由于強(qiáng)迫延遲換相的作用,使得整流電這時(shí),由于強(qiáng)迫延遲換相的作用,使得整流電路類似處于可控整流工作狀態(tài),路類似處于可控整流工作狀態(tài), p 角相當(dāng)于整角相當(dāng)于整流器件的控制角,這一狀態(tài)稱作第二工作區(qū)。流器件的控制角,這一狀態(tài)稱作第二工作區(qū)。
35、轉(zhuǎn)子整流電路的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)子整流電路的工作狀態(tài) (3)當(dāng))當(dāng) p = 30時(shí),整流電路中會(huì)出現(xiàn)時(shí),整流電路中會(huì)出現(xiàn)4個(gè)器件同時(shí)導(dǎo)通,形成共陽極組和共陰極個(gè)器件同時(shí)導(dǎo)通,形成共陽極組和共陰極組器件雙換流的重疊現(xiàn)象,此后組器件雙換流的重疊現(xiàn)象,此后 p 保持保持為為30,而,而 角繼續(xù)增大,整流電路處于角繼續(xù)增大,整流電路處于第三種工作狀態(tài),這是一種非正常的故障第三種工作狀態(tài),這是一種非正常的故障狀態(tài)。狀態(tài)。 轉(zhuǎn)子整流電流與 、p 間的函數(shù)關(guān)系 圖2-8 轉(zhuǎn)子整流電路的 = f ( Id ), p = f ( Id )轉(zhuǎn)子整流電路的電流和電壓轉(zhuǎn)子整流電路的電流和電壓 l由于整流電路的不可控整流狀態(tài)是
36、可控整由于整流電路的不可控整流狀態(tài)是可控整流狀態(tài)當(dāng)控制角為零時(shí)的特殊情況,所以流狀態(tài)當(dāng)控制角為零時(shí)的特殊情況,所以可以直接引用可控整流電路的有關(guān)分析式可以直接引用可控整流電路的有關(guān)分析式來表示串級調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)子整流電路的電流和來表示串級調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)子整流電路的電流和電壓電壓。)6sin(26)cos(cos26p0D0rppD0r0dXEXEI(2-9)轉(zhuǎn)子整流電路的電壓轉(zhuǎn)子整流電路的電壓 式中,式中,RD = sRs + Rr 為折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的電為折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子每相等效電阻。動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子每相等效電阻。ppdr0DdD0r0pdDdcoscos()2.342232.34cos2UsE
37、R IsXsEIR I(2-10) 上兩式中上兩式中l(wèi)當(dāng)當(dāng) p = 0, = 0 60時(shí)表示轉(zhuǎn)子整流電路時(shí)表示轉(zhuǎn)子整流電路工作在第一工作區(qū)。工作在第一工作區(qū)。l當(dāng)當(dāng) 0 p 30, = 60時(shí)表示轉(zhuǎn)子整流時(shí)表示轉(zhuǎn)子整流電路工作在第二工作區(qū)。電路工作在第二工作區(qū)。2.3.3串級調(diào)速機(jī)械特性方程式串級調(diào)速機(jī)械特性方程式1.串級調(diào)速系統(tǒng)的主電路及等效電路串級調(diào)速系統(tǒng)的主電路及等效電路 根據(jù)串級調(diào)速系統(tǒng)主電路接線圖(當(dāng)整流根據(jù)串級調(diào)速系統(tǒng)主電路接線圖(當(dāng)整流器和逆變器都為三相橋式電路時(shí))及相應(yīng)器和逆變器都為三相橋式電路時(shí))及相應(yīng)的等效電路(見圖的等效電路(見圖29),考慮到電動(dòng)),考慮到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子與逆
38、變變壓器的電阻和換相重疊壓機(jī)轉(zhuǎn)子與逆變變壓器的電阻和換相重疊壓降后,可以列出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電路方程式。降后,可以列出系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電路方程式。圖圖2-9 串級調(diào)速系統(tǒng)串級調(diào)速系統(tǒng)的主電路及等效電路的主電路及等效電路 圖7-9 串級調(diào)速系統(tǒng)主電路及等效電路a)主電路)主電路b)等效電路)等效電路 1. 電路電路結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)2. 穩(wěn)態(tài)電路方程穩(wěn)態(tài)電路方程l轉(zhuǎn)子整流電路的輸出電壓為轉(zhuǎn)子整流電路的輸出電壓為l逆變器直流側(cè)電壓逆變器直流側(cè)電壓l電壓平衡方程電壓平衡方程)23(cos34. 2D0Ddp0rdRsXIsEU(2-11)(2-12)(2-13)23(cos34. 2TTd2TiRXIUULdidRIUU
39、以上三式中以上三式中 RL直流平波電抗器的電阻直流平波電抗器的電阻; XT 折算到二次側(cè)的逆變變壓器每相等折算到二次側(cè)的逆變變壓器每相等效漏抗,效漏抗,XT = XT 1 + XT 2 。 RT 折算到二次側(cè)的逆變變壓器每相等折算到二次側(cè)的逆變變壓器每相等效電阻,效電阻,RT = RT 1 + RT 2 。 3. 轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)速方程轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)速方程 解式(解式(2-11)式(式(2-13),可以得到用),可以得到用轉(zhuǎn)差率表示的方程式轉(zhuǎn)差率表示的方程式d0Dp0rLDTTd2T3cos34. 2)223(cos34. 2IXERRRXIUs(2-14) 轉(zhuǎn)速特性方程轉(zhuǎn)速特性方程 將將 s = (n
40、0 n ) / n0代入上式,得到串級調(diào)代入上式,得到串級調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)速特性為速時(shí)的轉(zhuǎn)速特性為d0Dp0rLDTT0Dd2Tp0r03cos34. 2)2233()coscos(34. 2IXERRRXXIUEnn(2-15) 如令如令 p = 0,則式(,則式(2-15)就表示系統(tǒng)在)就表示系統(tǒng)在第一工作區(qū)的轉(zhuǎn)速特性。第一工作區(qū)的轉(zhuǎn)速特性。 分析式(分析式(2-15)可以看出,等號右邊分)可以看出,等號右邊分子中的第一項(xiàng)是轉(zhuǎn)子直流回路的直流電壓子中的第一項(xiàng)是轉(zhuǎn)子直流回路的直流電壓 )coscos(34. 22Tp0rUEU(2-16) 第二項(xiàng)相當(dāng)于回路中的總電阻壓降,可第二項(xiàng)相當(dāng)于回路中的總電
41、阻壓降,可以寫作以寫作 Id R ,而分母則是轉(zhuǎn)子整流器的,而分母則是轉(zhuǎn)子整流器的輸出電壓。輸出電壓。 電動(dòng)勢系數(shù)電動(dòng)勢系數(shù) 如借用直流電動(dòng)機(jī)的概念和有關(guān)算式,如借用直流電動(dòng)機(jī)的概念和有關(guān)算式,引入電動(dòng)勢系數(shù)引入電動(dòng)勢系數(shù) CE ,使,使 0d0D0d0d0Dp0rE33cos34. 2nIXUnIXEC(2-17) p0r0dcos34. 2EU其中,其中, 轉(zhuǎn)速特性方程的直觀形式轉(zhuǎn)速特性方程的直觀形式則式(則式(2-15)可改寫成)可改寫成 )(1dERIUCn(2-18) 其中,其中, LDTT0D2233RRRXXR 注意注意 在直流調(diào)速系統(tǒng)中,電動(dòng)勢系數(shù)在直流調(diào)速系統(tǒng)中,電動(dòng)勢系數(shù)
42、Ce 是常數(shù),是常數(shù),但但在串級調(diào)速系統(tǒng)中,在串級調(diào)速系統(tǒng)中,CE是負(fù)載電流的函是負(fù)載電流的函數(shù),它是使轉(zhuǎn)速特性成為非線性的重要因數(shù),它是使轉(zhuǎn)速特性成為非線性的重要因素素,故兩個(gè)符號的下標(biāo)不同,以示區(qū)別。,故兩個(gè)符號的下標(biāo)不同,以示區(qū)別。兩種轉(zhuǎn)速特性的比較兩種轉(zhuǎn)速特性的比較l式(式(2-18)表明,異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速系)表明,異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)與直流它勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性在形式上統(tǒng)與直流它勵(lì)電動(dòng)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完全相同,改變電壓即可得到一族平行移動(dòng)的調(diào)速特性。動(dòng)的調(diào)速特性。 l在直流調(diào)速系統(tǒng)中,須直接改變電壓在直流調(diào)速系統(tǒng)中,須直接改變電壓 Ud;而在
43、異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)中,它是通而在異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速系統(tǒng)中,它是通過改變式(過改變式(2-16)第二項(xiàng)中的控制角)第二項(xiàng)中的控制角 來實(shí)現(xiàn)的。來實(shí)現(xiàn)的。兩種轉(zhuǎn)速特性的比較(續(xù))兩種轉(zhuǎn)速特性的比較(續(xù))n在串級調(diào)速系統(tǒng)中總電阻在串級調(diào)速系統(tǒng)中總電阻 R 較大,系統(tǒng)較大,系統(tǒng)的調(diào)速特性較軟;對于的調(diào)速特性較軟;對于 p 0 的第二工作的第二工作區(qū),計(jì)及區(qū),計(jì)及 p 的影響,在同一逆變角的影響,在同一逆變角 下的下的電壓更小,相當(dāng)于電壓更小,相當(dāng)于 也發(fā)生變化,因而調(diào)也發(fā)生變化,因而調(diào)速特性更軟。速特性更軟。0n4. 電磁轉(zhuǎn)矩方程電磁轉(zhuǎn)矩方程 l轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率 可以從轉(zhuǎn)子整流電路的功率傳遞關(guān)系入
44、手,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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率功率就是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率dd0Dp0rs)3cos34. 2(IIsXsEPl而電磁功率而電磁功率 P Pm m = P = Ps s /s /s,因此電磁轉(zhuǎn)矩為,因此電磁轉(zhuǎn)矩為sD0mer0pdd000D0d0ddMd031(2.34cos)31()PXPTEIIsXUIIC I 0 理想空載機(jī)械角轉(zhuǎn)速理想空載機(jī)械角轉(zhuǎn)速(rad/s ) ;CM 串級調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩系數(shù),串級調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩系數(shù), (2-19) 因?yàn)?,因?yàn)椋?3(1000dDdMIXUC它也是
45、電流它也是電流 Id 的函數(shù)的函數(shù)。與式(。與式(7-17)的電)的電動(dòng)勢系數(shù)動(dòng)勢系數(shù) CE 相比可知,相比可知, CM 和和 CE 對對 Id 的的關(guān)系是一樣的。由于關(guān)系是一樣的。由于 0 =2 n0 /60,所以,所以 EM30CC(2-20) 可見,可見, CM 和和 CE的關(guān)系與直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的關(guān)系與直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)中中Cm 和和 Ce的關(guān)系完全一致。的關(guān)系完全一致。5. 串級調(diào)速的機(jī)械特性方程串級調(diào)速的機(jī)械特性方程當(dāng)串級調(diào)速系統(tǒng)在第一工作區(qū)運(yùn)行時(shí),當(dāng)串級調(diào)速系統(tǒng)在第一工作區(qū)運(yùn)行時(shí), p = 0 ,代入式(,代入式(2-19), 再令再令 dTe/ dt = 0,可求出可求出電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)
46、算最大值電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算最大值Te1m,經(jīng)過適,經(jīng)過適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo),得當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo),得第一工作區(qū)的機(jī)械特性第一工作區(qū)的機(jī)械特性方程式方程式:24m111m1e1messssTT(2-21)第一工作區(qū)的機(jī)械特性方程式第一工作區(qū)的機(jī)械特性方程式 24m111m1e1messssTT(2-21) s1m = s1m- s10 在給定在給定 值下,從理想值下,從理想空載到計(jì)算最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)的轉(zhuǎn)差率增量;空載到計(jì)算最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)的轉(zhuǎn)差率增量; s1 = s - s10 在相應(yīng)的在相應(yīng)的 值下,由負(fù)載值下,由負(fù)載引起的轉(zhuǎn)差率增量;引起的轉(zhuǎn)差率增量; 第一工作區(qū)的機(jī)械特性方程式第一工作區(qū)的機(jī)械特性方程式s10 相應(yīng)相
47、應(yīng) 值下的理想空載轉(zhuǎn)差率;值下的理想空載轉(zhuǎn)差率;s1m 對應(yīng)于計(jì)算最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)于計(jì)算最大轉(zhuǎn)矩Te1m的臨界轉(zhuǎn)差率:的臨界轉(zhuǎn)差率:TTDL1m10D032223XRRRssX(2-22) Te1m 系統(tǒng)在第一工作區(qū)的系統(tǒng)在第一工作區(qū)的計(jì)算最大轉(zhuǎn)計(jì)算最大轉(zhuǎn)矩矩。 由于在異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速時(shí),負(fù)載增大由于在異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速時(shí),負(fù)載增大到一定程度,必然會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子整流器的強(qiáng)到一定程度,必然會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子整流器的強(qiáng)迫延遲換相現(xiàn)象,系統(tǒng)必然會(huì)進(jìn)入第二工迫延遲換相現(xiàn)象,系統(tǒng)必然會(huì)進(jìn)入第二工作區(qū)。而作區(qū)。而 Te1m 是在是在 p= 0 的條件下由式的條件下由式(2-19)求得的,它只表示若系統(tǒng)能繼續(xù))求得的,它
48、只表示若系統(tǒng)能繼續(xù)保持第一工作狀態(tài)將會(huì)達(dá)到的最大轉(zhuǎn)矩。保持第一工作狀態(tài)將會(huì)達(dá)到的最大轉(zhuǎn)矩。 第二工作區(qū)的機(jī)械特性方程式第二工作區(qū)的機(jī)械特性方程式 當(dāng)串級調(diào)速系統(tǒng)在第二工作區(qū)運(yùn)行時(shí),當(dāng)串級調(diào)速系統(tǒng)在第二工作區(qū)運(yùn)行時(shí), p不等于零,不等于零,= 60,代入式(,代入式(2-19),再),再令令 dTe/dt = 0,可求出,可求出第二工作區(qū)的最大轉(zhuǎn)第二工作區(qū)的最大轉(zhuǎn)矩值矩值Te2m,經(jīng)過適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo),得第二,經(jīng)過適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo),得第二工作區(qū)的機(jī)械特性方程式:工作區(qū)的機(jī)械特性方程式: 第二工作區(qū)的機(jī)械特性方程式第二工作區(qū)的機(jī)械特性方程式 (2-23)2cos4m222m2p2e1messssTT
49、s2m = s2m- s20 計(jì)及強(qiáng)迫延時(shí)換相,計(jì)及強(qiáng)迫延時(shí)換相,對應(yīng)于某一對應(yīng)于某一 p 值時(shí)的轉(zhuǎn)差率增量;值時(shí)的轉(zhuǎn)差率增量; s2 = s - s20 在給定在給定 與與 p值下,值下,由負(fù)載引起的轉(zhuǎn)差率增量由負(fù)載引起的轉(zhuǎn)差率增量;式中式中 s20相應(yīng)相應(yīng) 與與 p 值下的理想空載轉(zhuǎn)差率:值下的理想空載轉(zhuǎn)差率:p0r2T20coscosEUs322320DLDTT20m2XRRRXss(2-24)而而注意注意 在用式(在用式(2-23)計(jì)算第二工作區(qū)的一段)計(jì)算第二工作區(qū)的一段機(jī)械特性時(shí),等號左邊分母中仍用機(jī)械特性時(shí),等號左邊分母中仍用Te1m ,這是為了使第一、二工作區(qū)的機(jī)械特性計(jì)這是為
50、了使第一、二工作區(qū)的機(jī)械特性計(jì)算公式盡量一致,不要誤解為第二工作區(qū)算公式盡量一致,不要誤解為第二工作區(qū)的最大轉(zhuǎn)矩就是的最大轉(zhuǎn)矩就是Te1m ,它具有另外一個(gè)最,它具有另外一個(gè)最大轉(zhuǎn)矩大轉(zhuǎn)矩Te2m 。 幾種最大轉(zhuǎn)矩的關(guān)系和計(jì)算幾種最大轉(zhuǎn)矩的關(guān)系和計(jì)算 從異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)可計(jì)算出額定從異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)可計(jì)算出額定轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩TeN和正常運(yùn)行時(shí)的最大轉(zhuǎn)和正常運(yùn)行時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩矩Tem 。 對串級調(diào)速系統(tǒng)來說,有實(shí)用意義的是對串級調(diào)速系統(tǒng)來說,有實(shí)用意義的是第一工作區(qū)的計(jì)算最大轉(zhuǎn)矩第一工作區(qū)的計(jì)算最大轉(zhuǎn)矩 Te1m 和和第二工第二工作區(qū)真正的最大轉(zhuǎn)矩作區(qū)真正的最大轉(zhuǎn)矩 Te2m (可證明,(可證明
51、,Te2m 對應(yīng)于對應(yīng)于 p= 15)。還有第一、二工作區(qū))。還有第一、二工作區(qū)交界的轉(zhuǎn)矩值,稱作交界的轉(zhuǎn)矩值,稱作交接轉(zhuǎn)矩交接轉(zhuǎn)矩 Te1-2 。 按照上面的推導(dǎo),可得按照上面的推導(dǎo),可得41955. 0eme1mTT827. 0eme2mTT716. 0em2e1TT(2-25) (2-26) (2-27) 式(式(2-26)說明,)說明,異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速時(shí)所能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩比正常接線時(shí)減少時(shí)所能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩比正常接線時(shí)減少了了17.3%,這在選用電機(jī)時(shí)必須注意。,這在選用電機(jī)時(shí)必須注意。 另外,由式(另外,由式(2-27)可知,)可知,Te1-2 = 0.716 T
52、em,而異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩過載能力一般大,而異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩過載能力一般大于于2,即,即Tem 2TeN,所以,所以當(dāng)電動(dòng)機(jī)在額定當(dāng)電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下工作時(shí),還是處于第一工作區(qū)負(fù)載下工作時(shí),還是處于第一工作區(qū)。 6. 異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性 圖2-10 異步電動(dòng)機(jī)串級調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性 2.4 串級調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)串級調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)l串級調(diào)速系統(tǒng)的效率串級調(diào)速系統(tǒng)的效率l串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)l串級調(diào)速裝置的電壓和容量串級調(diào)速裝置的電壓和容量2.4.1 串級調(diào)速系統(tǒng)的效率串級調(diào)速系統(tǒng)的效率l在串級調(diào)速時(shí),在串級調(diào)速時(shí),Ps未
53、被全部消耗掉,而是未被全部消耗掉,而是扣除了轉(zhuǎn)子銅損扣除了轉(zhuǎn)子銅損 pCur、雜散損耗、雜散損耗 ps 和附和附加的串級調(diào)速裝置損耗加的串級調(diào)速裝置損耗 ptan 后經(jīng)過轉(zhuǎn)子整后經(jīng)過轉(zhuǎn)子整流器和逆變器返回電網(wǎng),這部分返回電網(wǎng)流器和逆變器返回電網(wǎng),這部分返回電網(wǎng)的功率稱作回饋功率的功率稱作回饋功率 Pf 。l對整個(gè)串級調(diào)速系統(tǒng)來說,它從電網(wǎng)吸收對整個(gè)串級調(diào)速系統(tǒng)來說,它從電網(wǎng)吸收的凈有功功率應(yīng)為的凈有功功率應(yīng)為 Pin = P1 Pf 。串級調(diào)速系統(tǒng)效率分析串級調(diào)速系統(tǒng)效率分析圖圖2-11 串級調(diào)速系統(tǒng)效率分析串級調(diào)速系統(tǒng)效率分析a)系統(tǒng)的功率傳遞系統(tǒng)的功率傳遞 b)系統(tǒng)的功率流程圖系統(tǒng)的功率流
54、程圖 串級調(diào)速系統(tǒng)串級調(diào)速系統(tǒng)的效率的效率l串級調(diào)速系統(tǒng)的總效率串級調(diào)速系統(tǒng)的總效率式中式中 p 是異步電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)的總損耗;是異步電動(dòng)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(dòng)附加的串級調(diào)速傳動(dòng)(tandem drive)裝裝 置損耗置損耗 。mechmech2schin1fmmechmmechtan100%100%(1)100%(1)PpPPPPPspPsppp (2-28)串級調(diào)速串級調(diào)速系統(tǒng)的效率系統(tǒng)的效率在串級調(diào)速系統(tǒng)中,當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低在串級調(diào)速系統(tǒng)中,當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低時(shí),如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變,時(shí),如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變, p 和和 ptan 都基都基本不變,式(本不變
55、,式(2-28)分子和分母中的項(xiàng)隨)分子和分母中的項(xiàng)隨著著s增大而同時(shí)減少,對增大而同時(shí)減少,對sch值的影響并不值的影響并不太大。太大。 轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速的效率轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速的效率 當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時(shí),調(diào)速系當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時(shí),調(diào)速系統(tǒng)的效率是統(tǒng)的效率是%100%100sCurFeCusmechmechmech12RppppPpPPP%100)1 ()1 (mechmmechmppsPpsP=其中,其中,Pm(1- s) 項(xiàng)隨項(xiàng)隨s 的變化與串級調(diào)速時(shí)一樣,的變化與串級調(diào)速時(shí)一樣,而所串電阻越大時(shí),而所串電阻越大時(shí),pCur 越大,越大,p 也越大,因而也越大,因而
56、效率效率 R 越低,幾乎是隨著轉(zhuǎn)速的降低而成比例越低,幾乎是隨著轉(zhuǎn)速的降低而成比例地減少。地減少。 效率的比較效率的比較l串級調(diào)速系統(tǒng)的總串級調(diào)速系統(tǒng)的總效率是比較高的效率是比較高的,且當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降且當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí),低時(shí), sch 的減少的減少并不多。并不多。l而繞線轉(zhuǎn)子異步電而繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時(shí)的效率幾阻調(diào)速時(shí)的效率幾乎隨轉(zhuǎn)速的降低而乎隨轉(zhuǎn)速的降低而成比例地減少。成比例地減少。圖圖2-12 電氣串級調(diào)速系統(tǒng)與轉(zhuǎn)子串電阻電氣串級調(diào)速系統(tǒng)與轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng) = f (s) 的比較的比較 2.4.2 串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)l
57、異步電動(dòng)機(jī)本身的功率因數(shù)就會(huì)隨著負(fù)載異步電動(dòng)機(jī)本身的功率因數(shù)就會(huì)隨著負(fù)載的減輕而下降;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(huì)通過電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收換相無功作用都會(huì)通過電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收換相無功功率;功率;l逆變器的相控作用使其電流相位落后于電逆變器的相控作用使其電流相位落后于電壓相位,也會(huì)使功率因數(shù)下降;壓相位,也會(huì)使功率因數(shù)下降;串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)l在串級調(diào)速系統(tǒng)中,從交流電網(wǎng)吸收的總在串級調(diào)速系統(tǒng)中,從交流電網(wǎng)吸收的總有功功率是電動(dòng)機(jī)吸收的有功功率與逆變有功功率是電動(dòng)機(jī)吸收的有功功率與逆變器回饋至電網(wǎng)的有功功率
58、之差,然而從交器回饋至電網(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(dòng)機(jī)和逆流電網(wǎng)吸收的總無功功率卻是電動(dòng)機(jī)和逆變器所吸收的無功功率之和(見圖變器所吸收的無功功率之和(見圖2-11),因此,串級調(diào)速系統(tǒng)總功率因數(shù)),因此,串級調(diào)速系統(tǒng)總功率因數(shù)可用下式表示可用下式表示 :功率因數(shù)計(jì)算公式功率因數(shù)計(jì)算公式 S 系統(tǒng)總的視在功率;系統(tǒng)總的視在功率;Q1 電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸收的無功功率;電動(dòng)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。逆變變壓器從電網(wǎng)吸收的無功功率。2f12f1f1insch)()(cosQQPPPPSP式中式中(2-29)串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)串級調(diào)速系統(tǒng)的
59、功率因數(shù)范圍范圍l一般串級調(diào)速系統(tǒng)在高速運(yùn)行時(shí)的功率因一般串級調(diào)速系統(tǒng)在高速運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)為數(shù)為0.60.65,比正常接線時(shí)電動(dòng)機(jī)的,比正常接線時(shí)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)減少功率因數(shù)減少0.1左右;左右;l在低速時(shí)可降到在低速時(shí)可降到0.40.5(對調(diào)速范圍(對調(diào)速范圍為為2的系統(tǒng))。這是串級調(diào)速系統(tǒng)的主要的系統(tǒng))。這是串級調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)。缺點(diǎn)。串級調(diào)速裝置的容量與調(diào)速范圍成正比,當(dāng)要求的調(diào)速范圍不寬時(shí),裝置的容量較小,可降低費(fèi)用。但傳統(tǒng)的晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng)存在突出的缺點(diǎn):功率因數(shù)低、無功損耗大。其原因有以下幾方面:n (1)串級調(diào)速系統(tǒng)中的逆變變壓器需要由電網(wǎng)吸收無功功率QB,這是造成總功率因
60、數(shù)低的主要原因。 串級調(diào)速系統(tǒng)從電網(wǎng)吸收的總有功功率為P=P1一PB,而從電網(wǎng)吸收的總無功功率為Q=Q1+QB,使得串級調(diào)速系統(tǒng)總功率因數(shù)較低。 (2)串級調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子整流電路存在嚴(yán)重的換流重疊現(xiàn)象,引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電流落后于轉(zhuǎn)子電壓相位,使電動(dòng)機(jī)本身運(yùn)轉(zhuǎn)的功率因數(shù)變差,n(3)串級調(diào)速系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)和逆變變壓器的電流波形發(fā)生畸變,其電流的高次諧波分量引起無功的畸變功率,使串級調(diào)速系統(tǒng)的總功率因數(shù)亦變壞。提高功率因數(shù)的關(guān)鍵是如何減少從電網(wǎng)中吸收的無功功率。串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)補(bǔ)償補(bǔ)償l對于寬調(diào)速的串級調(diào)速系統(tǒng),隨著轉(zhuǎn)差率對于寬調(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
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