电气自动控制原理与系统第2版 教学课件 作者 陈渝光 主编 第十一章.ppt

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1、第十一章转差功率回馈型调速系统——异步电动机串级调速系统第一节串级调速原理第二节能量传递关系及串级调速系统分类第三节串级调速系统基本特性第四节具有双闭环控制的串级调速系统第五节双馈串级调速系统本章小结主要内容第一节串级调速原理绕线式异步电动机转子串电阻时的能量传递关系异步电动机从电网获得的有功功率P1绝大部分（除定子中的铜耗和铁耗ΔP1外）经气隙传送到转子的有功功率即为电磁功率P2。P2的一部分转换成为机械功率PM（Pout+ΔPM,ΔPM为机械损耗，从电动机轴上输出的功率为Pout。）；P2的另一部分就是转差功率Ps，而转差功率Ps则转化成为转子回路

2、的铜耗和铁耗，并以发热的形式消耗掉。串级调速原理它们之间的关系如下:P2=Td×ω0=PM+PsPM=(1-s)×P2Ps=s×P2=3×I×(R2+Radd)式中I2为转子每相电流；ω0为异步电动机同步角速度；R2为转子绕组每相的电阻；Radd为转子每相串入的附加电阻。当电动机拖动恒转矩负载，电磁功率P2为常量。以电动机串入Radd后处在1/2同步转速为例，此时s＝0.5，电磁功率P2的一半变为转子铜耗3I(R2+Radd)消耗掉，再考虑到定子中的损耗ΔP1，则总效率必定低于50%。转速越低效率越低。串级调速原理转子回路中串入与转子电动势同频率的附加

3、反电动势Eadd。由于Eadd抵消了一部分转子电动势E2，因而转子电流I2减少了，使加入Eadd之后的电动机电磁转矩因I2减小而降低，电动机因其电磁转矩下降而减速，从而达到调速的目的。随着电动机转速降低，转差率增加，转子电动势E2增加了，I2也随之增加，直到电动机的电磁转矩同负载转矩相等，电动机便稳定地运行在较低的新的转速上。可见，只要改变附加反电动势Eadd，就可以对绕线式异步电动机进行平滑调速。Eadd越大，电动机转速越低。当Eadd与E2相等时，电动机便停转。这就是串级调速的原理。利用上述方法，可以使电动机在低速运转时，转子中转差功率Ps只是一小

4、部分在转子绕组本身的电阻R2上消耗掉，而转差功率大部分被串入的附加电动势Eadd所吸收。再利用产生Eadd的装置，把所吸收的绝大部分转差功率Pf（Pf=Ps-ΔP2，ΔP2为转子回路总损耗）送回电网，就能使电动机在低速运转时具有较高的效率。串级调速原理在绕线式异步电动机转子回路中串入附加电动势Eadd的高效率调速方法，称为串级调速。串级调速完全克服了转子串电阻调速的缺点，它具有高效率、无级平滑调速及低速机械特性较硬等许多优点。串级调速原理当Eadd=0时，相当于异步电动机处在其自然机械特性的运转状态上；当Eadd≠0时,则转子电流I2为：式中E20──

5、电动机转子开路相电动势；X20──s=1时的转子绕组每相漏抗。当Eadd相位与转子感应电动势E2=E20s的相位差为180时，电动机从额定转速向下调速。因为反相位Eadd的串入，立即引起转子电流I2的减小：I2减小使电磁转矩亦相应减小，出现电动机的电磁转矩值小于负载转矩值的状态，稳定运行条件被破坏，迫使电动机减速。随着转速的降低，转差率s增大，由转子电流公式可知，转子电流I2回升，电磁转矩Td亦回升。（11-1）串级调速原理直到电动机转速降至某一值，I2回升到使得电动机的电磁转矩恢复到与负载转矩又相等时，减速过程才结束。串入与E2相位相反的附加反电动势

6、Eadd的幅值越大，电动机的稳定转速就越低。这就是电动机向低于同步转速方向调速的原理。串级调速还可以向高于同步转速方向调速，只要使串入电动机转子的Eadd的相位与E2=E20s的初始相位相同即可。同相位的Eadd引入时，可使I2的值变大。电动机的电磁转矩亦增大，电磁转矩大于负载转矩，迫使电动机加速。当串入的Eadd足够大时，电动机加速并超过同步转速，使s<0，E2=E20s<0，E2反相。式（11-1）的分子项变成Eadd-│E20s│，才能使I2减小，恢复到电磁转矩与负载转矩相平衡的状态，加速过程结束，电动机处于高于同步转速的某一转速值下稳定运行。这

7、就是异步电动机向高于同步转速方向调速的超同步调速原理。第二节能量传递关系及串级调速系统分类串级调速可实现五种基本运行状态。在不同状态下的能量传递关系如下图所示。低于同步转速的电动运行状态如图d）所示，转子电流I2与转子绕组中的感应电动势E2的相位趋于一致，与串入的附加电动势Eadd的相位相反，故转子绕组输出的转差功率Ps被附加电源Eadd吸收。同时，Eadd将吸收的转差能量送回到电网。高于同步转速的电动运行状态如图b）所示，转子中串入的Eadd是与E2初始相位和I2的相位趋于一致的。但当超过同步转速运行时，s<0，这时电网向电动机定子和转子绕组同时输

8、入能量。串级调速的基本运转状态与功率传递能量传递关系3.高于同步转速的发电制动运转状态如图a）