电力拖动自动控制系统(陈伯时

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1、本节提要串级调速系统的效率串级调速系统的功率因数及其改善途径斩波控制的串级调速系统串级调速装置的电压和容量*7.4串级调速系统的技术经济指标及其提高方案1学习要点：1.串级调速系统性能的一般性讨论：（1）效率（2）功率因数（3）附加装置的容量。2.改善功率因数的斩波控制。重点、难点：能量传递流程。2*7.4.1串级调速系统的效率图7-12串级调速系统效率分析a)系统的功率传递b)系统的功率流程图3串级调速系统功率流程在串级调速时，Ps未被全部消耗掉，而是扣除了转子铜损pCur、杂散损耗ps和附加的串级调速装置损耗ptan后通过转子整流器与逆变器返回电网，这部分返回电网的功

2、率称作回馈功率Pf。对整个串级调速系统来说，它从电网吸收的净有功功率应为Pin=P1–Pf。4串级调速系统效率及比较串级调速系统的总效率(7-28)式中∑p是异步电动机定子和转子内的总损耗；5在串级调速系统中，当电动机的转速降低时，如果负载转矩不变，∑p和ptan都基本不变，式（7-28）分子和分母中的Pm(1-s)项随着的s增大而同时减少，对总效率值的影响并不太大。6转子回路串电阻调速的效率当电动机转子回路串电阻调速时，调速系统的效率是=其中，Pm(1-s)项随s的变化和串级调速时一样，而所串电阻越大时，pCur越大，∑p也越大，因而效率R越低，几乎是随着转速的降低而成

3、比例地减少。7效率的比较串级调速系统的总效率是比较高的，且当电动机转速降低时，sch的减少并不多。而绕线转子异步电动机转子回路串电阻调速时的效率几乎随转速的降低而成比例地减少。图7-13电气串级调速系统与转子串电阻调速系统=f(s)的比较8*7.4.2串级调速系统的功率因数及其改善途径串级调速系统的功率因数与系统所用的异步电动机、不可控整流器和逆变器三大部分有关：异步电动机本身的功率因数就会随着负载的减轻而下降；转子整流器的换相重迭和强迫延迟导通等作用都会通过电机从电网吸收换相无功功率；逆变器的相控作用使其电流与电压不同相，也要消耗无功功率。9串级调速系统的功率因数在串

4、级调速系统中，从交流电网吸收的总有功功率是电动机吸收的有功功率与逆变器回馈至电网的有功功率之差，然而从交流电网吸收的总无功功率却是电动机和逆变器所吸收的无功功率之和（见图7-12）。10功率因数计算公式s—系统总的视在功率；Q1—电动机从电网吸收的无功功率；Qf—逆变变压器从电网吸收的无功功率。式中(7-29)11功率因数范围一般串级调速系统在高速运行时的功率因数为0.6~0.65，比正常接线时电动机的功率因数减少0.1左右；在低速时可降到0.4~0.5（对调速范围为2的系统）。这是串级调速系统的主要缺点。对于宽调速的串级调速系统，随着转差率的增大，系统的功率因数还要下降，

5、这是串级调速系统能否被推广应用的关键问题之一。12*7.4.3斩波控制的串级调速系统问题的提出串级调速系统功率因数差的一个重要原因就是采用了相位控制的逆变器，控制角越大时，逆变器从电网吸收的无功功率越多。如果用斩波器来控制直流电压，而将逆变器的控制角设定为允许的最小值不变，即可降低无功的消耗，而提高系统功率因数。13系统组成图7-14斩波控制串级调速系统原理图14图7-14绘出了斩波控制的串级调速系统原理图，图中CH是直流斩波器，可用普通晶闸管或可关断电力电子器件组成，后者可大大简化斩波器电路。系统中斩波器CH工作在开关状态，其工作原理和功率因数如下分析。151．工作原理

6、当它接通时，逆变器输出的附加电动势被短接（Eadd=0）；断开时，输出电动势最大（Eadd=Ui）。设斩波器的开关周期为T，开关接通的时间为，则逆变器经CH送出的平均电动势为改变占空比(T-)/T即可调节平均电动势的大小，从而调节异步电动机的转速。16附加电动势的斩波波形图7-15为忽略交流电压变化时附加电动势的斩波波形。图7-15转子斩波串级调速时的附加电动势波形OtEaddT17斩波控制串级调速系统转速方程当转子回路整流器和逆变器都是桥式电路时，可得理想空载的电压平衡方程式（7-30）n0—不同占空比时的理想空载转速；nsyn—异步电动机的同步转速。式中因此182

7、．系统的功率因数在斩波控制时，逆变角设定为min，则逆变器从电网吸收的无功功率可减到最小程度。图7-16两种串级调速系统的功率因数比较斩波控制串级调速系统常规串级调速系统19*7.4.4串级调速装置的电压和容量串级调速装置是指整个串级调速系统中除异步电动机以外为实现串级调速而附加的所有功率部件，包括转子整流器、逆变器和逆变变压器。从经济角度出发，必须正确合理地选择这些附加设备的电压和容量，以提高整个调速系统的性能价格比。20整流器和逆变器容量选择主要依据其电流与电压的定额。电流定额决定于异步电动机转子的额定电流I