繞線轉(zhuǎn)子異步電動機雙饋調(diào)速系統(tǒng)

繞線轉(zhuǎn)子異步電動機雙饋調(diào)速系統(tǒng)第一頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一繞線轉(zhuǎn)子異步電動機雙饋調(diào)速系統(tǒng)

轉(zhuǎn)差功率是人們在研究異步電動機調(diào)速方法時所關心的問題，因為節(jié)約電能也是異步電動機調(diào)速的主要目的之一。作為異步電動機，必然有轉(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)的效率。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。第二頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一對于繞線型異步電動機，定、轉(zhuǎn)子電路可以同時與外電路相連，轉(zhuǎn)差功率可以從轉(zhuǎn)子輸出，也可以向轉(zhuǎn)子饋入，故稱作雙饋調(diào)速系統(tǒng)。“雙饋”的一個特點是轉(zhuǎn)差功率可以回饋到電網(wǎng)，也可以由電網(wǎng)饋入。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，則要視電動機的工況而定。繞線轉(zhuǎn)子異步電動機雙饋調(diào)速方法早在20世紀30年代就已被提出，到了60~70年代，當可控電力電子器件出現(xiàn)以后，才得到更好的應用。

繞線轉(zhuǎn)子異步電動機雙饋調(diào)速系統(tǒng)第三頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一7.1繞線轉(zhuǎn)子異步電動機雙饋調(diào)速工作原理異步電動機由電網(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，而在其軸上輸出機械功率給負載，以拖動負載運行。在雙饋調(diào)速工作時，繞線型異步電動機定子側(cè)與交流電網(wǎng)直接連接，轉(zhuǎn)子側(cè)與交流電源或外接電動勢相連，從電路拓撲結(jié)構上看，可認為是在轉(zhuǎn)子繞組回路中附加一個交流電動勢，通過控制附加電動勢的幅值，實現(xiàn)繞線型異步電動機的調(diào)速。第四頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一異步電動機運行時其轉(zhuǎn)子相電動勢為

(7-1)

式中s——異步電動機的轉(zhuǎn)差率；

Er0——繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子開路相電動勢，也就是轉(zhuǎn)子開路額定相電壓值。7.1.1繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子附加電動勢的作用第五頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一7.1.1繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子附加電動勢的作用圖7-1繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子附加電動勢的原理圖第六頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)子相電流在轉(zhuǎn)子短路情況下，轉(zhuǎn)子相電流的表達式為 （7-2）式中——轉(zhuǎn)子繞組每相電阻；

—— 時的轉(zhuǎn)子繞組每相漏抗。第七頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一串電阻調(diào)速在繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速時，轉(zhuǎn)子電流Ir會在外接電阻上產(chǎn)生一個交流電壓UR這一交流電壓與轉(zhuǎn)子電流有著相同的頻率和相位，調(diào)速時產(chǎn)生的轉(zhuǎn)差功率被消耗在外接電阻上。如果在轉(zhuǎn)子繞組回路中引入一個可控的交流附加電動勢Eadd來代替外接電阻，附加電動勢的幅值和頻率與交流電壓UR相同，相位與轉(zhuǎn)子電動勢Er相反（如圖7-1所示），則它對轉(zhuǎn)子電流的作用與外接電阻是相同的，附加電動勢將會吸收原先消耗在外接電阻上的轉(zhuǎn)差功率。第八頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)子附加電動勢的原理圖圖7-1繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子附加電動勢的原理圖第九頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)子附加電動勢的作用引入附加電動勢后，電動機轉(zhuǎn)子回路的合成電動勢減小了，轉(zhuǎn)子電流和電磁轉(zhuǎn)矩也相應減小，由于負載轉(zhuǎn)矩未變，電動機必然減速，因而s增大，轉(zhuǎn)子電動勢Er=sEr0隨之增大，轉(zhuǎn)子電流Ir也逐漸增大，直至轉(zhuǎn)差率增大到s2(>s1)時，轉(zhuǎn)子電流Ir又恢復到負載所需的值，電動機便進入新的較低轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定狀態(tài)。第十頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)子附加電動勢的作用此時，未串入附加電動勢和串入附加電動勢后的轉(zhuǎn)子電流相等:

而減小Eadd則可使電動機的轉(zhuǎn)速升高。所以在繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)引入一個可控的附加電動勢，就可調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。第十一頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一7.1.2繞線轉(zhuǎn)子異步電動機雙饋調(diào)速的五種工況在繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)引入一個可控的附加電動勢并改變其幅值，就可以實現(xiàn)對電動機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)?？煽馗郊与妱觿莸囊氡厝辉谵D(zhuǎn)子側(cè)形成功率的傳送，既可以把轉(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，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，可以認為是用控制異步電動機轉(zhuǎn)子中轉(zhuǎn)差功率的大小與流向來實現(xiàn)對電動機轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)。第十二頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一7.1.2繞線轉(zhuǎn)子異步電動機雙饋調(diào)速的五種工況考慮到電動機轉(zhuǎn)子電動勢與轉(zhuǎn)子電流的頻率在不同轉(zhuǎn)速下有不同的數(shù)值(f2=sf1)，其值與交流電網(wǎng)的頻率往往不一致，所以不能把電動機的轉(zhuǎn)子直接與交流電網(wǎng)相連，而必須通過一個中間環(huán)節(jié)。這個中間環(huán)節(jié)除了有功率傳遞作用外，還應具有對不同頻率的電功率進行變換的功能，故稱為功率變換單元（PowerConverterUnit，簡稱CU），見圖7-2。第十三頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一圖7-2繞線型異步電動機在轉(zhuǎn)子附加電動勢時的工況及其功率流程a)次同步速電動狀態(tài)b)反轉(zhuǎn)倒拉制動狀態(tài)c)超同步速回饋制動狀態(tài)d)超同步速電動狀態(tài)e)次同步速回饋制動狀態(tài)CU——功率變換單元第十四頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一忽略機械和雜散損耗時，異步電動機的功率關系為（7-4）

Pm——電動機定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率，sPm——包括轉(zhuǎn)子損耗的轉(zhuǎn)子電路輸入功率，即轉(zhuǎn)差功率，——電動機軸上輸出或輸入的總功率。由于轉(zhuǎn)子側(cè)串入附加電動勢極性和大小不同，s和Pm都可正可負，因而可以有以下幾種不同的工作狀況。第十五頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一1.電動機在次同步轉(zhuǎn)速下作電動運行異步電動機定子接交流電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子短路，轉(zhuǎn)子軸上帶有反抗性的恒值額定負載（對應的轉(zhuǎn)子電流為IrN），此時電動機在固有機械特性上以額定轉(zhuǎn)差率sN運行。若在轉(zhuǎn)子側(cè)每相加上附加電動勢+Eadd（與sEr0反相，+Eadd<sEr0

），根據(jù)式（7-3），轉(zhuǎn)子電流將減小，從而使電動機減速，轉(zhuǎn)子電流回升，最終進入新的穩(wěn)態(tài)運行。第十六頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一此時，轉(zhuǎn)子回路的電勢平衡方程式為若繼續(xù)加大Eadd值，則s值繼續(xù)增大，轉(zhuǎn)速還將降低，實現(xiàn)了對電動機的調(diào)速。第十七頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一對照式（7-4）可知，由于電動機作電動運行，轉(zhuǎn)差率為0<s<1，從定子側(cè)輸入功率，軸上輸出機械功率，而轉(zhuǎn)差功率在扣除轉(zhuǎn)子損耗后由附加電勢吸收從轉(zhuǎn)子側(cè)饋送到電網(wǎng)，其功率流程示于圖7-2a。由于電動機在低于同步轉(zhuǎn)速下工作，故稱為次同步轉(zhuǎn)速的電動運行。第十八頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一2.電動機在反轉(zhuǎn)時作倒拉制動運行設異步電動機在轉(zhuǎn)子側(cè)已接入一定數(shù)值+Eadd的情況下作電動運行，其軸上帶有位能性恒轉(zhuǎn)矩負載（這是進入倒拉制動運行的必要條件）。此時若逐漸增大+Eadd值，且使Eadd>Er0

根據(jù)式（7-3）的平衡條件，可使s>1，則電動機將反轉(zhuǎn)。這表明在附加電動勢與位能負載外力的作用下，可以使電動機進入倒拉制動運行狀態(tài)（在Te、n坐標系的第四象限）。第十九頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一+Eadd值越大，電動機的反向轉(zhuǎn)速越高。由于s>1，故式（7-4）可改寫作:

此時由電網(wǎng)輸入電動機定子的功率和由負載輸入電動機軸的功率兩部分合成轉(zhuǎn)差功率，由附加電勢吸收從轉(zhuǎn)子側(cè)饋送給電網(wǎng)，見圖7-2b。第二十頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一3.電動機在超同步轉(zhuǎn)速下作回饋制動運行進入這種運行狀態(tài)的必要條件是有恒定機械外力作用在電動機軸上，方向與電動機轉(zhuǎn)速方向相同，并使電動機能在超過其同步轉(zhuǎn)速的情況下運行。典型的工況為電動車輛下坡的運動，車輛上坡時電動機作電動運行，下坡時車輛重量形成的坡向分力能克服各種磨擦阻力而使車輛下滑，為了防止下坡速度過高，被車輛拖動的電動機便需要產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩以限制車輛的速度。第二十一頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一此時電動機的運轉(zhuǎn)方向和上坡時一樣，但運行狀態(tài)卻變成回饋制動，轉(zhuǎn)速超過其同步轉(zhuǎn)速n1，轉(zhuǎn)差率s<0，轉(zhuǎn)子電動勢sEr0和轉(zhuǎn)子電流Ir的相位都與電動運行時相反。若處于發(fā)電狀態(tài)運行的電動機轉(zhuǎn)子回路再串入一個與轉(zhuǎn)子電動勢sEr0反相的附加電動勢-Eadd。根據(jù)式（7-3），電動機將在比未串入-Eadd時的轉(zhuǎn)速更高的狀態(tài)下作回饋制動運行。超同步轉(zhuǎn)速下作回饋制動運行第二十二頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一超同步轉(zhuǎn)速下作回饋制動運行由于電動機處在發(fā)電狀態(tài)工作，由負載通過電動機軸輸入機械功率，經(jīng)過機電能量變換分別從電動機定子側(cè)與轉(zhuǎn)子側(cè)饋送至電網(wǎng)。這一結(jié)果也可從式（7-4）得到，此時式（7-4）可改寫成（式中Pm與s本身都為負值）。超同步速回饋制動狀態(tài)的功率流程示于圖7-2c。第二十三頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一4.電動機在超同步轉(zhuǎn)速下作電動運行當電動機已在0<s<1的情況下作電動運行，軸上拖動恒轉(zhuǎn)矩的額定負載，若轉(zhuǎn)子側(cè)串入了與sEr0同相的附加電動勢-Eadd，則式（7-3）變?yōu)椋簭那懊嬗懻摽芍?，只要不斷加大附加電動勢的幅值，就可提高電動機的轉(zhuǎn)速。第二十四頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一4.電動機在超同步轉(zhuǎn)速下作電動運行當電動機的轉(zhuǎn)速到達或超過額定轉(zhuǎn)速時，如繼續(xù)加大，轉(zhuǎn)子電動勢sEr0必然反相變負，電動機將加速到s<0的新的穩(wěn)態(tài)下工作，即超同步電動運行狀態(tài)。必須指出，此時電動機轉(zhuǎn)速雖然超過了其同步轉(zhuǎn)速，但它仍拖動著負載作電動運轉(zhuǎn)。因此電動機軸上可以輸出比其銘牌所示額定功率還要高的功率。第二十五頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一4.電動機在超同步轉(zhuǎn)速下作電動運行電動機軸上輸出機械功率由定子側(cè)與轉(zhuǎn)子側(cè)兩部分輸入電功率合成，電動機處于定、轉(zhuǎn)子雙輸入狀態(tài)，式（7-4）可改寫成：（式中s本身為負值）。其功率流程示于圖7-2d。第二十六頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一5．電動機在次同步轉(zhuǎn)速下作回饋制動運行當電動機在低于同步轉(zhuǎn)速下作電動運行，其轉(zhuǎn)子側(cè)已加入與轉(zhuǎn)子電動勢sEr0反相的附加電動勢+Eadd（注意在電動狀態(tài)工作時Eadd<sEr0）。根據(jù)式（7-3）可知，若使Eadd大于sEr0，Ir變?yōu)樨撝担妱訖C即可進入制動狀態(tài)，工作在0<s<1范圍內(nèi)的第二象限。第二十七頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一5．電動機在次同步轉(zhuǎn)速下作回饋制動運行回饋電網(wǎng)的功率一部分由負載的機械功率轉(zhuǎn)換而成，另一部分則由轉(zhuǎn)子提供。由式（7-4）可知，電動機的功率關系為：此時轉(zhuǎn)子從電網(wǎng)獲取轉(zhuǎn)差功率，功率流程圖如圖7-2e所示。第二十八頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一5．電動機在次同步轉(zhuǎn)速下作回饋制動運行以上五種工況都是異步電動機轉(zhuǎn)子加入附加電動勢時的運行狀態(tài)。在工況1,2,3中，轉(zhuǎn)子回路輸出電功率，可以先把轉(zhuǎn)子的交流電功率變換成直流，然后再逆變至電網(wǎng)。此時功率變換單元CU的組成如圖7-3a所示，其中CU1是整流器，CU2是有源逆變器。對于工況4和5，電動機轉(zhuǎn)子要從電網(wǎng)吸收功率，必須用一臺變頻器與轉(zhuǎn)子相連，其結(jié)構如圖7-3b，CU2工作在可控整流狀態(tài)，CU1工作在逆變狀態(tài)。第二十九頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)連接的功率變換單元圖7-3繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)連接的功率變換單元第三十頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一7.2繞線轉(zhuǎn)子異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)在異步電動機轉(zhuǎn)子回路中附加交流電動勢調(diào)速的關鍵就是在轉(zhuǎn)子側(cè)串入一個可變頻、可變幅的附加電動勢。怎樣才能獲得這樣的附加電動勢呢？第三十一頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一7.2.1串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理對于轉(zhuǎn)子側(cè)輸出轉(zhuǎn)差功率的情況來說，比較方便的辦法是，將異步電動機的轉(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)異步電動機的轉(zhuǎn)速。這樣，就把交流變壓變頻這一復雜問題，轉(zhuǎn)化為與頻率無關的直流變壓問題，對問題的分析與工程實現(xiàn)都更加容易。第三十二頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一7.2.1串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理對直流附加電動勢的技術要求：首先，它應該是可平滑調(diào)節(jié)的，以滿足對電動機轉(zhuǎn)速平滑調(diào)節(jié)的要求；其次，從節(jié)能的角度看，希望產(chǎn)生附加直流電動勢的裝置能夠吸收從異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)傳遞來的轉(zhuǎn)差功率并加以利用。根據(jù)以上兩點要求，較好的方案是采用工作在有源逆變狀態(tài)的晶閘管可控整流裝置作為產(chǎn)生附加直流電動勢的電源，這就形成了圖7-3a中所示的功率變換單元CU2。第三十三頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一圖7-4電氣串級調(diào)速系統(tǒng)原理圖第三十四頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理

系統(tǒng)在穩(wěn)定工作時，必有>。由圖7-4可以寫出整流后的直流回路電壓平衡方程式：

或 (7-5)

式中，、——UR與UI的電壓整流系數(shù)，如兩者都是三相橋式電路，則 ；第三十五頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理

從式(7-5)中可以看出，Ud中包含了電動機的轉(zhuǎn)差率s，而與電動機轉(zhuǎn)子交流電流Ir之間有固定的比例關系，因此它近似地反映了電動機電磁轉(zhuǎn)矩的大小，而β角是控制變量。所以該式可以看作是在串級調(diào)速系統(tǒng)中異步電動機機械特性的間接表達式 。第三十六頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理

1．起動異步電動機在靜止不動時，其轉(zhuǎn)子電動勢為Er0；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，這樣電動機就可在一定的動態(tài)轉(zhuǎn)矩下加速起動。第三十七頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理

隨著異步電動機轉(zhuǎn)速的增高，其轉(zhuǎn)子電動勢減少，為了維持加速過程中動態(tài)轉(zhuǎn)矩基本恒定，必須相應地增大β角以減小Ui值，維持 基本恒定。當電動機加速到所需轉(zhuǎn)速時，不再調(diào)整β角，電動機即在此轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。

第三十八頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理

設此時的s=s1，β=β1,則式（7-5）可寫作式中IdL為對應于負載轉(zhuǎn)矩的直流回路電流。第三十九頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理

2．調(diào)速 當增大β角使β=β2>β1時，逆變電壓Ui減小，但電動機的轉(zhuǎn)速不能立即改變，所以Id將增大，電磁轉(zhuǎn)矩增大，使電動機加速。隨著電動機轉(zhuǎn)速的增高，K1sEr0減少，Id回落，直到新的平衡狀態(tài)，電動機在增高了的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。式中β2>β1，s2<s1第四十頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一串級調(diào)速系統(tǒng)的工作原理

3．停車對于處于低同步轉(zhuǎn)速下運行的雙饋調(diào)速系統(tǒng)，必須在異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)輸入電功率時才能實現(xiàn)制動。在串級調(diào)速系統(tǒng)中與轉(zhuǎn)子連接的是不可控整流裝置，它只能從電動機轉(zhuǎn)子側(cè)輸出電功率，而不可能向轉(zhuǎn)子輸入電功率。因此串級調(diào)速系統(tǒng)沒有制動停車功能。只能靠減小β角減小Id，并依靠負載阻轉(zhuǎn)矩的作用自由停車。第四十一頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一結(jié)論：（1）串級調(diào)速系統(tǒng)能夠靠調(diào)節(jié)逆變角β實現(xiàn)平滑無級調(diào)速。（2）系統(tǒng)能把繞線型異步電動機的轉(zhuǎn)差功率回饋給交流電網(wǎng)，從而使扣除裝置損耗后的轉(zhuǎn)差功率得到有效利用，大大提高了調(diào)速系統(tǒng)的效率。第四十二頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一*7.2.2串級調(diào)速系統(tǒng)的其它類型機械串級調(diào)速系統(tǒng)（或稱Kramer系統(tǒng)），其原理圖如圖7-5所示。在繞線型異步電動機同軸上裝有一臺直流電動機，異步電動機的轉(zhuǎn)差功率經(jīng)整流后傳給直流電動機，后者把這部分電功率變換為機械功率，再幫助異步電動機拖動負載，從而使轉(zhuǎn)差功率得到利用。第四十三頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一機械串級調(diào)速系統(tǒng)在圖7-5中，直流電動機的電動勢就相當于直流附加電動勢，通過調(diào)節(jié)直流電動機的勵磁電流If可以改變其電動勢，從而調(diào)節(jié)交流電動機的轉(zhuǎn)速。增大If可使電動機減速，反之則可使電動機加速。第四十四頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一從功率傳遞的角度看，如果忽略調(diào)速系統(tǒng)中所有的電氣與機械損耗，認為異步電動機的轉(zhuǎn)差功率全部為直流電動機所接受，并以機械功率PMD的形式從軸上輸出給負載。則負載軸上所得到的機械功率PL應是異步電動機與直流電動機兩者軸上輸出功率之和，并恒等于電動機定子輸入功率P1，而與電動機運行的轉(zhuǎn)速無關。第四十五頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一恒功率調(diào)速所以這類機械串級調(diào)速系統(tǒng)屬于恒功率調(diào)速，其特點是系統(tǒng)在低速時能夠產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩輸出，因而適用于一些需要低速大轉(zhuǎn)矩傳動的場合，如螺紋鋼線材軋機。而前述的電氣串級調(diào)速系統(tǒng)則為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，因為其輸出的機械功率與電動機的轉(zhuǎn)速成正比。第四十六頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一內(nèi)饋串級調(diào)速系統(tǒng)另外還有一種類似于Kramer系統(tǒng)的內(nèi)饋串級調(diào)速系統(tǒng)，其主要特點是在異步電動機定子中裝有另一套繞組，稱作調(diào)節(jié)繞組。轉(zhuǎn)差功率經(jīng)交-直-交變換器變換成工頻功率后送到調(diào)節(jié)繞組上，作為附加的定子功率送給電動機，這樣就取代了Kramer系統(tǒng)中的直流電動機，同樣能獲得恒功率調(diào)速的效果。但這時必須專門制造有兩套定子繞組的繞線轉(zhuǎn)子電動機。第四十七頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一7.3串級調(diào)速的機械特性在串級調(diào)速系統(tǒng)中，異步電動機轉(zhuǎn)子側(cè)整流器的輸出量Ud、Id分別與異步電動機的轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩有關。因此，可以從電動機轉(zhuǎn)子直流回路著手來分析異步電動機在串級調(diào)速時的機械特性。第四十八頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一7.3.1串級調(diào)速機械特性的特征1.理想空載轉(zhuǎn)速在異步電動機轉(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)速時機械特性變軟，調(diào)速性能差。在串級調(diào)速系統(tǒng)中，電動機的極對數(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)。第四十九頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一串級調(diào)速機械特性的特征

根據(jù)式(7-5)，當系統(tǒng)在理想空載狀態(tài)下運行時(Id=0)，轉(zhuǎn)子直流回路的電壓平衡方程式變成

s0—異步電動機在串級調(diào)速時對應于某一角的理想空載轉(zhuǎn)差率。取K1=K2，則(7-6)第五十頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一串級調(diào)速機械特性的特征由此可得相應的理想空載轉(zhuǎn)速n0為：式中n1—異步電動機的同步轉(zhuǎn)速。(7-7)第五十一頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一串級調(diào)速機械特性的特征從式（7-6）和式（7-7）可知，在串級調(diào)速時，理想空載轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速是不同的。當改變逆變角時，理想空載轉(zhuǎn)差率和理想空載轉(zhuǎn)速都相應改變。由式（7-5）還可看出，在不同的角下異步電動機串級調(diào)速時的機械特性是近似平行的，其工作段類似于直流電動機變壓調(diào)速的機械特性。

第五十二頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一串級調(diào)速機械特性的特征2．機械特性的斜率與最大轉(zhuǎn)矩串級調(diào)速時，轉(zhuǎn)子回路中接入了串級調(diào)速裝置(包括整流和逆變裝置、平波電抗器、逆變變壓器等)，實際上相當于在電動機轉(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。由于轉(zhuǎn)子回路阻抗的影響，異步電動機串級調(diào)速時的機械特性比其固有特性要軟得多。第五十三頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)子回路電阻和漏抗的影響受轉(zhuǎn)子回路電阻增加的影響：當電機在最高轉(zhuǎn)速的特性上（=90o）帶額定負載，也難以達到其額定轉(zhuǎn)速。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)生強迫延遲導通現(xiàn)象，使串級調(diào)速時的最大電磁轉(zhuǎn)矩比電動機在正常接線時的最大轉(zhuǎn)矩有明顯的降低。第五十四頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一串級調(diào)速時的機械特性圖圖7-6異步電動機串級調(diào)速時的機械特性a)大電機b)小電機第五十五頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一7.3.2串級調(diào)速的轉(zhuǎn)子整流電路異步電動機轉(zhuǎn)子電動勢相當于轉(zhuǎn)子整流器的供電電源。如果把電動機定子看成是整流變壓器的一次側(cè)，則轉(zhuǎn)子繞組相當于二次側(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中分析整流電路的一些結(jié)論來研究串級調(diào)速時的轉(zhuǎn)子整流電路。但是，兩者之間還存在著一些顯著的差異。第五十六頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)子整流電路的特點（1）一般整流變壓器輸入輸出的頻率是一樣的，而異步電動機轉(zhuǎn)子繞組感應電動勢的幅值與頻率都是變化的，隨電機轉(zhuǎn)速的改變而變化。（2）異步電動機折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的漏抗值也與轉(zhuǎn)子頻率或轉(zhuǎn)差率有關。（3）由于異步電動機折算到轉(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重，從而在負載較大時會引起整流器件的強迫延遲換相現(xiàn)象。第五十七頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一假設條件（1）整流器件具有理想的整流特性，管壓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無窮大，直流電流波形平直；（3）忽略電動機勵磁阻抗的影響。第五十八頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)子整流電路圖7-7轉(zhuǎn)子整流電路

第五十九頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一換相重疊設電動機在某一轉(zhuǎn)差率下穩(wěn)定運行，轉(zhuǎn)子三相的感應電動勢為era、erb、erc。當各整流器件依次導通時，必有器件間的換相過程，這時處于換相中的兩相電動勢同時起作用，產(chǎn)生換相重疊壓降。第六十頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一換相重疊角根據(jù)“電力電子技術”中介紹的理論，換相重疊角為

其中XD0—s=1時折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的電動機定子和轉(zhuǎn)子每相漏抗。（7-8）

第六十一頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一由式（7-8）可知，換相重疊角隨著整流電流Id

的增大而增加。當Id

較小，在0o~60o之間時，整流電路中各整流器件都在對應相電壓波形的自然換相點處開始換流，到處結(jié)束換流，整流波形正常。第六十二頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一強迫延遲換相現(xiàn)象當電流Id

增大到按式（7-8）計算出來的角大于60°時，器件在自然換相點處未能結(jié)束換流，從而迫使本該在自然換相點換流的器件推遲換流，出現(xiàn)了強迫延遲換相現(xiàn)象，所延遲的角度稱作強迫延時換相角p

。由此可見，串級調(diào)速時的異步電動機轉(zhuǎn)子整流電路有兩種正常工作狀態(tài)。第六十三頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一需要指出的是，強迫延時換相只說明在Id超過某一值時，整流器件比自然換相點滯后p角換流，但從總體上看，6個器件在360o內(nèi)輪流工作，每一對器件的換流過程最多只能是60o，也就是說，再大，也只能使

=60o不變。第六十四頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一轉(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

0≤

≤60o，p

=0

此時，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)。（2）第二種工作狀態(tài)的特征是=

60o，0<p<30o

這時，由于強迫延遲換相的作用，使得整流電路類似處于可控整流工作狀態(tài)，p

角相當于整流器件的控制角，這一狀態(tài)稱作第二工作區(qū)。第六十五頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)子整流電路的工作狀態(tài)

（3）當p

=30o時，整流電路中會出現(xiàn)4個器件同時導通，形成共陽極組和共陰極組器件雙換流的重疊現(xiàn)象，此后p

保持為30o，而角繼續(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狀態(tài)。第六十六頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)子整流電流與

、p間的函數(shù)關系

圖7-8轉(zhuǎn)子整流電路的

=f(Id)，p

=f(Id)第六十七頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)子整流電路的電流和電壓由于整流電路的不可控整流狀態(tài)是可控整流狀態(tài)當控制角為零時的特殊情況，所以可以直接引用可控整流電路的有關分析式來表示串級調(diào)速時轉(zhuǎn)子整流電路的電流和電壓。(7-9)第六十八頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)子整流電路的電壓式中，RD=sRs+Rr為折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的電動機定子和轉(zhuǎn)子每相等效電阻。(7-10)第六十九頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一上兩式中當p=0，

=0~60o時表示轉(zhuǎn)子整流電路工作在第一工作區(qū)。當0<p<30o，

=60o時表示轉(zhuǎn)子整流電路工作在第二工作區(qū)。第七十頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一7.3.3串級調(diào)速機械特性方程式1.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（當整流器和逆變器都為三相橋式電路時）及相應的等效電路（見圖7－9），考慮到電動機轉(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。第七十一頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一

圖7-9串級調(diào)速系統(tǒng)主電路及等效電路a）主電路b）等效電路

1.電路結(jié)構第七十二頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一2.穩(wěn)態(tài)電路方程轉(zhuǎn)子整流電路的輸出電壓為逆變器直流側(cè)電壓電壓平衡方程(7-11)(7-12)(7-13)第七十三頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一以上三式中

RL——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效電阻，RT

=RT

1'+RT

2

。第七十四頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一3.轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)速方程解式（7-11）~式（7-13），可以得到用轉(zhuǎn)差率表示的方程式（7-14）

第七十五頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)速特性方程

將s=(n0–n)/n0代入上式，得到串級調(diào)速時的轉(zhuǎn)速特性為(7-15)

如令p

=0，則式（7-15）就表示系統(tǒng)在第一工作區(qū)的轉(zhuǎn)速特性。第七十六頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一分析式（7-15）可以看出，等號右邊分子中的第一項是轉(zhuǎn)子直流回路的直流電壓（7-16）

第二項相當于回路中的總電阻壓降，可以寫作Id

R,而分母則是轉(zhuǎn)子整流器的輸出電壓。第七十七頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一電動勢系數(shù)

如借用直流電動機的概念和有關算式，引入電動勢系數(shù)CE，使（7-17）

其中，第七十八頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)速特性方程的直觀形式則式（7-15）可改寫成

（7-18）

其中，第七十九頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一注意在直流調(diào)速系統(tǒng)中，電動勢系數(shù)Ce是常數(shù)，但在串級調(diào)速系統(tǒng)中，CE是負載電流的函數(shù)，它是使轉(zhuǎn)速特性成為非線性的重要因素，故兩個符號的下標不同，以示區(qū)別。第八十頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一兩種轉(zhuǎn)速特性的比較式（7-18）表明，異步電動機串級調(diào)速系統(tǒng)與直流它勵電動機的轉(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。在直流調(diào)速系統(tǒng)中，須直接改變電壓Ud；而在異步電動機串級調(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。第八十一頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一兩種轉(zhuǎn)速特性的比較（續(xù)）在串級調(diào)速系統(tǒng)中總電阻R較大，系統(tǒng)的調(diào)速特性較軟；對于p0的第二工作區(qū)，計及p

的影響，在同一逆變角下的電壓更小，相當于n0也發(fā)生變化，因而調(diào)速特性更軟。第八十二頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一4.電磁轉(zhuǎn)矩方程轉(zhuǎn)差功率 可以從轉(zhuǎn)子整流電路的功率傳遞關系入手，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的轉(zhuǎn)差功率第八十三頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一而電磁功率Pm=Ps/s，因此電磁轉(zhuǎn)矩為0——理想空載機械角轉(zhuǎn)速(rad/s)；CM

——串級調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，（7-19）第八十四頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一因為，它也是電流Id的函數(shù)。與式（7-17）的電動勢系數(shù)CE相比可知，CM和CE對Id的關系是一樣的。由于0=2n0/60，所以

（7-20）可見，CM

和CE的關系與直流他勵電動機中Cm

和Ce的關系完全一致。第八十五頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一5.串級調(diào)速的機械特性方程當串級調(diào)速系統(tǒng)在第一工作區(qū)運行時，p=0，代入式（7-19）,再令dTe/dt=0，可求出電磁轉(zhuǎn)矩的計算最大值Te1m，經(jīng)過適當?shù)臄?shù)學推導，得第一工作區(qū)的機械特性方程式：(7-21)第八十六頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一第一工作區(qū)的機械特性方程式

(7-21)s1m

=s1m-s10——在給定值下，從理想空載到計算最大轉(zhuǎn)矩點的轉(zhuǎn)差率增量；s1

=s-s10——在相應的值下，由負載引起的轉(zhuǎn)差率增量；

第八十七頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一第一工作區(qū)的機械特性方程式s10—相應值下的理想空載轉(zhuǎn)差率；s1m—對應于計算最大轉(zhuǎn)矩Te1m的臨界轉(zhuǎn)差率：(7-22)第八十八頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一

Te1m——系統(tǒng)在第一工作區(qū)的計算最大轉(zhuǎn)矩。 由于在異步電動機串級調(diào)速時，負載增大到一定程度，必然會出現(xiàn)轉(zhuǎn)子整流器的強迫延遲換相現(xiàn)象，系統(tǒng)必然會進入第二工作區(qū)。而Te1m是在p=0的條件下由式（7-19）求得的，它只表示若系統(tǒng)能繼續(xù)保持第一工作狀態(tài)將會達到的最大轉(zhuǎn)矩。第八十九頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一第二工作區(qū)的機械特性方程式當串級調(diào)速系統(tǒng)在第二工作區(qū)運行時，p不等于零，γ=60o，代入式（7-19），再令dTe/dt=0，可求出第二工作區(qū)的最大轉(zhuǎn)矩值Te2m，經(jīng)過適當?shù)臄?shù)學推導，得第二工作區(qū)的機械特性方程式：第九十頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一第二工作區(qū)的機械特性方程式

(7-23)s2m

=s2m-s20——計及強迫延時換相，對應于某一p值時的轉(zhuǎn)差率增量；s2

=s-s20——在給定與p值下，由負載引起的轉(zhuǎn)差率增量;式中第九十一頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一

s20——相應與p值下的理想空載轉(zhuǎn)差率：(7-24)而第九十二頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一

注意在用式（7-23）計算第二工作區(qū)的一段機械特性時，等號左邊分母中仍用Te1m，這是為了使第一、二工作區(qū)的機械特性計算公式盡量一致，不要誤解為第二工作區(qū)的最大轉(zhuǎn)矩就是Te1m，它具有另外一個最大轉(zhuǎn)矩Te2m。第九十三頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一幾種最大轉(zhuǎn)矩的關系和計算從異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)可計算出額定轉(zhuǎn)矩TeN和正常運行時的最大轉(zhuǎn)矩Tem

。對串級調(diào)速系統(tǒng)來說，有實用意義的是第一工作區(qū)的計算最大轉(zhuǎn)矩

Te1m和第二工作區(qū)真正的最大轉(zhuǎn)矩

Te2m

（可證明，Te2m對應于p=15°）。還有第一、二工作區(qū)交界的轉(zhuǎn)矩值，稱作交接轉(zhuǎn)矩

Te1-2。第九十四頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一按照上面的推導，可得[41]（7-25）

（7-26）

（7-27）

第九十五頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一式（7-26）說明，異步電動機串級調(diào)速時所能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩比正常接線時減少了17.3%，這在選用電機時必須注意。另外，由式（7-27）可知，Te1-2=0.716Tem，而異步電動機的轉(zhuǎn)矩過載能力一般大于2，即Tem≥2TeN，所以當電動機在額定負載下工作時，還是處于第一工作區(qū)。第九十六頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一6.異步電動機串級調(diào)速時的機械特性

圖7-10異步電動機串級調(diào)速時的機械特性第九十七頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一*7.4

串級調(diào)速系統(tǒng)的技術經(jīng)濟指標串級調(diào)速系統(tǒng)的效率串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)串級調(diào)速裝置的電壓和容量第九十八頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一7.4.1

串級調(diào)速系統(tǒng)的效率在串級調(diào)速時，Ps未被全部消耗掉，而是扣除了轉(zhuǎn)子銅損pCur、雜散損耗ps和附加的串級調(diào)速裝置損耗ptan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)的功率稱作回饋功率Pf

。對整個串級調(diào)速系統(tǒng)來說，它從電網(wǎng)吸收的凈有功功率應為Pin=P1–Pf

。第九十九頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一串級調(diào)速系統(tǒng)效率分析圖7-11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

第一百頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一串級調(diào)速系統(tǒng)的效率串級調(diào)速系統(tǒng)的總效率式中∑p是異步電動機定子和轉(zhuǎn)子內(nèi)的總損耗；

ptan附加的串級調(diào)速傳動(tandemdrive)裝置損耗。(7-28)第一百零一頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一串級調(diào)速系統(tǒng)的效率 在串級調(diào)速系統(tǒng)中，當電動機的轉(zhuǎn)速降低時，如果負載轉(zhuǎn)矩不變，∑p和ptan都基本不變，式（7-28）分子和分母中的項隨著s增大而同時減少，對ηsch值的影響并不太大。第一百零二頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速的效率 當電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時，調(diào)速系統(tǒng)的效率是=其中，Pm(1-s)

項隨s的變化與串級調(diào)速時一樣，而所串電阻越大時，pCur越大，∑p也越大，因而效率R

越低，幾乎是隨著轉(zhuǎn)速的降低而成比例地減少。第一百零三頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一效率的比較串級調(diào)速系統(tǒng)的總效率是比較高的，且當電動機轉(zhuǎn)速降低時，sch

的減少并不多。而繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(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7-12電氣串級調(diào)速系統(tǒng)與轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)=f(s)的比較第一百零四頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一7.4.2串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)影響因素：異步電動機本身的功率因數(shù)就會隨著負載的減輕而下降；轉(zhuǎn)子整流器的換相重迭和強迫延遲導通等作用都會通過電動機從電網(wǎng)吸收換相無功功率；逆變器的相控作用使其電流相位落后于電壓相位，也會使功率因數(shù)下降；第一百零五頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一串級調(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和逆變器所吸收的無功功率之和（見圖7-11），因此，串級調(diào)速系統(tǒng)總功率因數(shù)可用下式表示：第一百零六頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一功率因數(shù)計算公式

S—系統(tǒng)總的視在功率；Q1—電動機從電網(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。式中(7-29)第一百零七頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(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。第一百零八頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一串級調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)補償對于寬調(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)能否被推廣應用的關鍵問題之一。常用的方法是增加靜止無功補償裝置－電力電容器，采用無功就地補償來解決。第一百零九頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一7.4.4串級調(diào)速裝置的電壓和容量串級調(diào)速裝置是指整個串級調(diào)速系統(tǒng)中除異步電動機以外為實現(xiàn)串級調(diào)速而附加的所有功率部件，包括轉(zhuǎn)子整流器、逆變器和逆變變壓器。從經(jīng)濟角度出發(fā)，必須正確合理地選擇這些附加設備的電壓和容量，以提高整個調(diào)速系統(tǒng)的性能價格比。第一百一十頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一整流器和逆變器容量主要依據(jù)其電流與電壓的定額。電流定額決定于異步電動機轉(zhuǎn)子的額定電流和所拖動的負載電流IrN；電壓定額則決定于異步電動機轉(zhuǎn)子的額定相電壓（即轉(zhuǎn)子開路電動勢Er0

）和系統(tǒng)的調(diào)速范圍D。這里n1為同步轉(zhuǎn)速。(7-30)第一百一十一頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一其中，nmin是調(diào)速系統(tǒng)的最低轉(zhuǎn)速，對應于最大理想空載轉(zhuǎn)差率smax

，由式（7-7）可得（7-31）調(diào)速范圍越大時，smax也越大，整流器和逆變器所承受的電壓越高（smax

Er0）。第一百一十二頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一逆變變壓器容量在交流串級調(diào)速系統(tǒng)中，設置逆變變壓器的主要目的就是取得能與被控電動機轉(zhuǎn)子相匹配的逆變電壓，其次是把逆變器與交流電網(wǎng)隔離，以抑制電網(wǎng)的浪涌電壓對晶閘管的影響。第一百一十三頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一逆變變壓器容量 這樣，由式（7-6）可以寫出逆變變壓器的二次側(cè)相電壓UT2和異步電動機轉(zhuǎn)子電壓之間的關系。

一般取βmin=30?，則第一百一十四頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一逆變變壓器容量逆變變壓器的二次側(cè)相電壓（7-32）（7-33）逆變變壓器的容量計算第一百一十五頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一7.5雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng)由于串級調(diào)速系統(tǒng)機械特性的靜差率較大，所以開環(huán)控制系統(tǒng)只能用于對調(diào)速精度要求不高的場合。為了提高靜態(tài)調(diào)速精度，并獲得較好的動態(tài)特性，須采用閉環(huán)控制和直流調(diào)速系統(tǒng)一樣，通常采用具有電流反饋與轉(zhuǎn)速反饋的雙閉環(huán)控制方式。由于串級調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子整流器是不可控的，系統(tǒng)本身不能產(chǎn)生電氣制動作用，所謂動態(tài)性能的改善只是指起動與加速過程性能的改善，減速過程只能靠負載作用自由降速。

第一百一十六頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng)原理圖圖7-13雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng)

第一百一十七頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期一控制環(huán)節(jié)說明圖7-13所示為雙閉環(huán)控制的串級調(diào)速系統(tǒng)原理圖。圖中，轉(zhuǎn)速反饋信號取自異步電動機軸上聯(lián)接的測速發(fā)電機，電流反饋信號取自逆變器交流側(cè)的電流互感器，也可通過霍爾變換器或直流互感器取自轉(zhuǎn)子直流回路。 為了防止逆變器逆變顛覆，在電流調(diào)節(jié)器ACR輸出電壓為零時，應整定觸發(fā)脈沖輸出相位角為=min

。

第一百一十八頁，共一百二十九頁，編輯于2023年，星期