繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)電二演示文稿當(dāng)前第1頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)（優(yōu)選）繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)電二當(dāng)前第2頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)異步電動(dòng)機(jī)傳遞的電磁功率

轉(zhuǎn)差功率什么是轉(zhuǎn)差功率當(dāng)前第3頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

引言

轉(zhuǎn)差功率問題轉(zhuǎn)差功率始終是人們?cè)谘芯慨惒诫妱?dòng)機(jī)調(diào)速方法時(shí)所關(guān)心的問題，因?yàn)楣?jié)約電能是異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的主要目的之一，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。

交流調(diào)速系統(tǒng)按轉(zhuǎn)差功率的處理方式可分為三種類型。

當(dāng)前第4頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

交流調(diào)速系統(tǒng)按轉(zhuǎn)差功率的分類

（1）轉(zhuǎn)差功率消耗型——異步電機(jī)采用調(diào)壓控制等調(diào)速方式，轉(zhuǎn)速越低時(shí)，轉(zhuǎn)差功率的消耗越大，效率越低；但這類系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備成本最低，所以還有一定的應(yīng)用價(jià)值。（2）轉(zhuǎn)差功率不變型——變頻調(diào)速方法轉(zhuǎn)差功率很小，而且不隨轉(zhuǎn)速變化，效率較高；但在定子電路中須配備與電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)淖儔鹤冾l器，相比之下，設(shè)備成本最高。當(dāng)前第5頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

交流調(diào)速系統(tǒng)按轉(zhuǎn)差功率的分類（續(xù)）

（3）轉(zhuǎn)差功率饋送型——控制繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電壓，利用其轉(zhuǎn)差功率并達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的，這種調(diào)節(jié)方式具有良好的調(diào)速性能和效率；但要增加一些設(shè)備。

本章將討論轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速方法。返回目錄當(dāng)前第6頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)轉(zhuǎn)差功率的利用眾所周知，作為異步電動(dòng)機(jī)，必然有轉(zhuǎn)差功率，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。但要利用轉(zhuǎn)差功率，就必須使異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組有與外界實(shí)現(xiàn)電氣聯(lián)接的條件，顯然籠型電動(dòng)機(jī)難以勝任，只有繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)才能做到。7.1異步電機(jī)雙饋調(diào)速工作原理當(dāng)前第7頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)

PsP1

繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖所示，從廣義上講，定子功率和轉(zhuǎn)差功率可以分別向定子和轉(zhuǎn)子饋入，也可以從定子或轉(zhuǎn)子輸出，故稱作雙饋電機(jī)。當(dāng)前第8頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

雙饋調(diào)速的概念

所謂“雙饋”，就是指把繞線轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的定子繞組與交流電網(wǎng)連接，轉(zhuǎn)子繞組與其他含電動(dòng)勢(shì)的電路相連接，使它們可以進(jìn)行電功率的相互傳遞。

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，則要視電機(jī)的工況而定。

當(dāng)前第9頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

雙饋調(diào)速的基本結(jié)構(gòu)功率變換單元電網(wǎng)K1M3

~K2TI返回當(dāng)前第10頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)考慮到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)子電流的頻率在不同轉(zhuǎn)速下有不同的數(shù)值()，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，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(duì)不同頻率的電功率進(jìn)行變換的功能，故稱為功率變換單元（PowerConverterUnit，簡稱CU）。當(dāng)前第11頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

如上圖所示，在雙饋調(diào)速工作時(shí)，除了電機(jī)定子側(cè)與交流電網(wǎng)直接連接外，轉(zhuǎn)子側(cè)也要與交流電網(wǎng)或外接電動(dòng)勢(shì)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(shì)。當(dāng)前第12頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)7.1.1異步電機(jī)轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢(shì)的作用異步電機(jī)運(yùn)行時(shí)其轉(zhuǎn)子相電動(dòng)勢(shì)為

式中s—異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率；

Er0—繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)的相電動(dòng)勢(shì)，或稱轉(zhuǎn)子開路電動(dòng)勢(shì)，也就是轉(zhuǎn)子額定相電壓值。(7-1)當(dāng)前第13頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流的頻率為f2為轉(zhuǎn)差頻率用E2表示轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子繞組電動(dòng)勢(shì)的有效值，當(dāng)n=0,s=1，f2=sf1=f1當(dāng)前第14頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)當(dāng)前第15頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)轉(zhuǎn)子相電流的表達(dá)式為：式中Rr—

轉(zhuǎn)子繞組每相電阻；

Xr0

—

s=1時(shí)的轉(zhuǎn)子繞組每相漏抗。(7-2)當(dāng)前第16頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢(shì)

圖7-1繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢(shì)的原理圖~~~~附加電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)有相同的頻率，可同相或反相串接。

引入可控的交流附加電動(dòng)勢(shì)當(dāng)前第17頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)有附加電動(dòng)勢(shì)時(shí)的轉(zhuǎn)子相電流：如圖7-1所示，繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)在外接附加電動(dòng)勢(shì)時(shí)，轉(zhuǎn)子回路的相電流表達(dá)式(7-3)當(dāng)前第18頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)Er

與Eadd

同相使得：這里：

轉(zhuǎn)速上升；(7-3)當(dāng)前第19頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)引入同相附加電動(dòng)勢(shì)后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路的合電動(dòng)勢(shì)增加了，轉(zhuǎn)子電流和電磁轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩未變，電動(dòng)機(jī)必然加速，因而s減小，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)隨之減小，轉(zhuǎn)子電流Ir也逐漸減小，直至轉(zhuǎn)差率減小到時(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)入新的較高轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)前第20頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢(shì)的作用（續(xù)）2.Er

與Eadd反相同理可知，若串入反相的附加電動(dòng)勢(shì)，則可使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低。所以，在繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)引入一個(gè)可控的附加電動(dòng)勢(shì)，就可調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

當(dāng)前第21頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

異步電機(jī)的功率關(guān)系

忽略機(jī)械損耗和雜散損耗時(shí)，異步電機(jī)在任何工況下的功率關(guān)系都可寫作（7-4）

式中Pm

—從電機(jī)定子傳入轉(zhuǎn)子（或由轉(zhuǎn)子傳出給定子）的電磁功率，

sPm—輸入或輸出轉(zhuǎn)子電路的功率，即轉(zhuǎn)差功率，

(1-s)Pm—電機(jī)軸上輸出或輸入的功率。

當(dāng)前第22頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

由于轉(zhuǎn)子側(cè)串入附加電動(dòng)勢(shì)極性和大小的不同，s和Pm

都可正可負(fù)，因而可以有五種不同的工作情況。7.1.2異步電機(jī)雙饋調(diào)速的五種工況

當(dāng)前第23頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)1.電動(dòng)機(jī)在次同步轉(zhuǎn)速下作電動(dòng)運(yùn)行異步電動(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(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子電流為），此時(shí)電動(dòng)機(jī)在固有機(jī)械特性上以額定轉(zhuǎn)差率運(yùn)行。若在轉(zhuǎn)子側(cè)每相加上反相附加電動(dòng)勢(shì)，轉(zhuǎn)子電流將減小，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。

當(dāng)前第24頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)此時(shí)，轉(zhuǎn)子回路的電勢(shì)平衡方程式為若繼續(xù)加大值，則值繼續(xù)增大，轉(zhuǎn)速還將降低，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。當(dāng)前第25頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

功率流程snTesPmsPmP1Pm(1-s)PmCU001n1a）次同步速電動(dòng)狀態(tài)

~當(dāng)前第26頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)由于電動(dòng)機(jī)作電動(dòng)運(yùn)行，轉(zhuǎn)差率為0<s<1，從定子側(cè)輸入功率，軸上輸出機(jī)械功率，而轉(zhuǎn)差功率在扣除轉(zhuǎn)子損耗后由附加電勢(shì)吸收從轉(zhuǎn)子側(cè)饋送到電網(wǎng)。由于電動(dòng)機(jī)在低于同步轉(zhuǎn)速下工作，故稱為次同步轉(zhuǎn)速的電動(dòng)運(yùn)行。

當(dāng)前第27頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)2.電動(dòng)機(jī)在反轉(zhuǎn)時(shí)作倒拉制動(dòng)運(yùn)行設(shè)異步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子側(cè)已接入一定數(shù)值反相附加電勢(shì)

的情況下作電動(dòng)運(yùn)行，其軸上帶有位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載（這是進(jìn)入倒拉制動(dòng)運(yùn)行的必要條件）。此時(shí)若逐漸增大值，且使，當(dāng)前第28頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)可使，則電動(dòng)機(jī)將反轉(zhuǎn)。這表明在附加電動(dòng)勢(shì)與位能負(fù)載外力的作用下，可以使電動(dòng)機(jī)進(jìn)入倒拉制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)（在、n坐標(biāo)系的第四象限）。

當(dāng)前第29頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)運(yùn)行工況：電機(jī)進(jìn)入倒拉制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，轉(zhuǎn)差率s

1，此時(shí)由電網(wǎng)輸入電機(jī)定子的功率和由負(fù)載輸入電機(jī)軸的功率兩部分合成轉(zhuǎn)差功率，并從轉(zhuǎn)子側(cè)饋送給電網(wǎng)。當(dāng)前第30頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

功率流程b）反轉(zhuǎn)倒拉制動(dòng)狀態(tài)Te012s-n-n1PmCU當(dāng)前第31頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)3.電動(dòng)機(jī)在超同步轉(zhuǎn)速下作回饋制動(dòng)運(yùn)行進(jìn)入這種運(yùn)行狀態(tài)的必要條件有恒定機(jī)械外力作用在電動(dòng)機(jī)軸上，方向與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速方向相同，并使電動(dòng)機(jī)能在超過其同步轉(zhuǎn)速的情況下運(yùn)行。當(dāng)前第32頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)轉(zhuǎn)速超過其同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子電流的相位都與電動(dòng)運(yùn)行時(shí)相反。如何理解？當(dāng)前第33頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的方向相反當(dāng)前第34頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)若處于發(fā)電狀態(tài)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路再串入一個(gè)與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)同相的附加電動(dòng)勢(shì)。（此時(shí)附加電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)相位與原來電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相反）電動(dòng)機(jī)將在比未串入時(shí)的轉(zhuǎn)速更高的狀態(tài)下作回饋制動(dòng)運(yùn)行。

當(dāng)前第35頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)由于電動(dòng)機(jī)處在發(fā)電狀態(tài)工作，由負(fù)載通過電動(dòng)機(jī)軸輸入機(jī)械功率，經(jīng)過機(jī)電能量變換分別從電動(dòng)機(jī)定子側(cè)與轉(zhuǎn)子側(cè)饋送至電網(wǎng)。當(dāng)前第36頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

功率流程c）超同步速回饋制動(dòng)狀態(tài)

-TePmCU當(dāng)前第37頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)4.電動(dòng)機(jī)在超同步轉(zhuǎn)速下作電動(dòng)運(yùn)行當(dāng)電動(dòng)機(jī)已在的情況下作電動(dòng)運(yùn)行，軸上拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩的額定負(fù)載，若轉(zhuǎn)子側(cè)串入了與同相的附加電動(dòng)勢(shì)，則：從前面討論可知，只要不斷加大附加電動(dòng)勢(shì)的幅值，就可提高電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

當(dāng)前第38頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)4.電動(dòng)機(jī)在超同步轉(zhuǎn)速下作電動(dòng)運(yùn)行當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速到達(dá)或超過額定轉(zhuǎn)速時(shí)，如繼續(xù)加大，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)必然反相變負(fù)，電動(dòng)機(jī)將加速到的新的穩(wěn)態(tài)下工作，即超同步電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。必須指出，此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速雖然超過了其同步轉(zhuǎn)速，但它仍拖動(dòng)著負(fù)載作電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。因此電動(dòng)機(jī)軸上可以輸出比其銘牌所示額定功率還要高的功率。當(dāng)前第39頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)電動(dòng)機(jī)軸上輸出機(jī)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(dòng)機(jī)處于定、轉(zhuǎn)子雙輸入狀態(tài)。當(dāng)前第40頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

功率流程d）超同步速電動(dòng)狀態(tài)

PmTeCU當(dāng)前第41頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)5．電動(dòng)機(jī)在次同步轉(zhuǎn)速下作回饋制動(dòng)運(yùn)行

當(dāng)電動(dòng)機(jī)在低于同步轉(zhuǎn)速下作電動(dòng)運(yùn)行，其轉(zhuǎn)子側(cè)已加入與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)反相的附加電動(dòng)勢(shì)

若使大于，變?yōu)樨?fù)值，電動(dòng)機(jī)即可進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)，工作在范圍內(nèi)的第二象限。當(dāng)前第42頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)回饋電網(wǎng)的功率一部分由負(fù)載的機(jī)械功率轉(zhuǎn)換而成，另一部分則由轉(zhuǎn)子提供。電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系為：此時(shí)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。當(dāng)前第43頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

功率流程e）次同步速回饋制動(dòng)狀態(tài)

Pm-TeCU當(dāng)前第44頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)五種工況小結(jié)圖7-2異步電機(jī)在轉(zhuǎn)子附加電動(dòng)勢(shì)時(shí)的工況及其功率流程

五種工況都是異步電機(jī)轉(zhuǎn)子加入附加電動(dòng)勢(shì)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)。在工況a,b,c中，轉(zhuǎn)子側(cè)都輸出功率，可把轉(zhuǎn)子的交流電功率先變換成直流，然后再變換成與電網(wǎng)具有相同電壓與頻率的交流電功率。當(dāng)前第45頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)a）轉(zhuǎn)子輸出功率的工況TICU2CU1sEr0~M3~圖7-3a異步電機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)連接的功率變換單元當(dāng)前第46頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)對(duì)于工況4和5，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子要從電網(wǎng)吸收功率，必須用一臺(tái)變頻器與轉(zhuǎn)子相連，其結(jié)構(gòu)如圖7-3b，CU2工作在可控整流狀態(tài)，CU1工作在逆變狀態(tài)。當(dāng)前第47頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)b）轉(zhuǎn)子輸入功率的工況

當(dāng)前第48頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)7.2異步電機(jī)在次同步電動(dòng)狀態(tài)下的

雙饋系統(tǒng)——串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)

本章摘要串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理

串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的其它類型

當(dāng)前第49頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)基本思路

如前所述，在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中附加交流電動(dòng)勢(shì)調(diào)速的關(guān)鍵就是在轉(zhuǎn)子側(cè)串入一個(gè)可變頻、可變幅的電壓。怎樣才能獲得這樣的電壓呢？7.2.1串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理

當(dāng)前第50頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)對(duì)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電壓先整流成直流電壓，然后再引入一個(gè)附加的直流電動(dòng)勢(shì)，控制此直流附加電動(dòng)勢(shì)的幅值，就可以調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這樣，就把交流變壓變頻這一復(fù)雜問題，轉(zhuǎn)化為與頻率無關(guān)的直流變壓問題。

當(dāng)前第51頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)首先，它應(yīng)該是可平滑調(diào)節(jié)的，以滿足對(duì)電動(dòng)機(jī)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(dòng)勢(shì)的裝置能夠吸收從異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)傳遞來的轉(zhuǎn)差功率并加以利用。對(duì)直流附加電動(dòng)勢(shì)的技術(shù)要求：當(dāng)前第52頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

系統(tǒng)方案

根據(jù)以上兩點(diǎn)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(dòng)勢(shì)的電源，這就形成了圖7-3a中所示的功率變換單元CU2。

當(dāng)前第53頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)TICU2CU1sEr0~M3~當(dāng)前第54頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)按照上述原理組成的異步電機(jī)在低于同步轉(zhuǎn)速下作電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行的雙饋調(diào)速系統(tǒng)如圖7-4所示，習(xí)慣上稱之為電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。

當(dāng)前第55頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)圖7-4電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)組成當(dāng)前第56頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

功率變換單元UR—三相不可控整流裝置，將異步電機(jī)轉(zhuǎn)子相電動(dòng)勢(shì)sEr0

整流為直流電壓Ud

。UI—三相可控整流裝置，工作在有源逆變狀態(tài)：可提供可調(diào)的直流電壓Ui

，作為電機(jī)調(diào)速所需的附加直流電動(dòng)勢(shì)；可將轉(zhuǎn)差功率變換成交流功率，回饋到交流電網(wǎng)。當(dāng)前第57頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理

系統(tǒng)在穩(wěn)定工作時(shí)，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 ；

當(dāng)前第58頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

工作原理（1）起動(dòng)起動(dòng)條件：

對(duì)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)而言，起動(dòng)應(yīng)有足夠大的轉(zhuǎn)子電流Ir

或足夠大的整流后直流電流Id

，為此，轉(zhuǎn)子整流電壓Ud

與逆變電壓Ui

間應(yīng)有較大的差值。當(dāng)前第59頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

起動(dòng)控制控制逆變角，使在起動(dòng)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(dòng)機(jī)就可在一定的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩下加速起動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)速的增高，相應(yīng)地增大角以減小值Ui

，從而維持加速過程中動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩基本恒定。當(dāng)前第60頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)工作原理（續(xù)）（2）調(diào)速調(diào)速原理：通過改變角的大小調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。調(diào)速過程：UiIdK1sEr0nTeTe=TLId當(dāng)前第61頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)工作原理（續(xù)）（3）停車串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)沒有制動(dòng)停車功能。只能靠減小角逐漸減速，并依靠負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的作用自由停車。當(dāng)前第62頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)結(jié)論串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)能夠靠調(diào)節(jié)逆變角實(shí)現(xiàn)平滑無級(jí)調(diào)速串級(jí)系統(tǒng)能把異步電動(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。返回目錄當(dāng)前第63頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的其它類型

當(dāng)前第64頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)在繞線型異步電動(dòng)機(jī)同軸上裝有一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率經(jīng)整流后傳給直流電動(dòng)機(jī)，后者把這部分電功率變換為機(jī)械功率，再幫助異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載，從而使轉(zhuǎn)差功率得到利用。當(dāng)前第65頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)在圖7-5中，直流電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)就相當(dāng)于直流附加電動(dòng)勢(shì)，通過調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流可以改變其電動(dòng)勢(shì)，從而調(diào)節(jié)交流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。增大可使電動(dòng)機(jī)減速，反之則可使電動(dòng)機(jī)加速。當(dāng)前第66頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)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(jī)械損耗，認(rèn)為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率全部為直流電動(dòng)機(jī)所接受，并以機(jī)械功率的形式從軸上輸出給負(fù)載。則負(fù)載軸上所得到的機(jī)械功率應(yīng)是異步電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)兩者軸上輸出功率之和，并恒等于電動(dòng)機(jī)定子輸入功率，而與電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速無關(guān)。當(dāng)前第67頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)恒功率調(diào)速所以這類機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)屬于恒功率調(diào)速，其特點(diǎn)是系統(tǒng)在低速時(shí)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(dòng)的場(chǎng)合，如螺紋鋼線材軋機(jī)。而前述的電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)則為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，因?yàn)槠漭敵龅臋C(jī)械功率與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。當(dāng)前第68頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)*7.3異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性本節(jié)提要概述異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速機(jī)械特性的特征異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)子整流電路異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速機(jī)械特性方程式當(dāng)前第69頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)*7.3.1異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速機(jī)械特性的特征1.理想空載轉(zhuǎn)速在異步電動(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，而且恒定不變，調(diào)速時(shí)機(jī)械特性變軟，調(diào)速性能差。當(dāng)前第70頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串聯(lián)對(duì)稱電阻時(shí)的人為機(jī)械特性當(dāng)前第71頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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)。當(dāng)前第72頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

當(dāng)系統(tǒng)在理想空載狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)（Id=0），轉(zhuǎn)子直流回路的電壓平衡方程式變成

其中，s0—異步電動(dòng)機(jī)在串級(jí)調(diào)速時(shí)對(duì)應(yīng)于某一角的理想空載轉(zhuǎn)差率，并取K1=K2，則

(7-6)(7-5)當(dāng)前第73頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

理想空載轉(zhuǎn)速方程由此可得相應(yīng)的理想空載轉(zhuǎn)速n0為：

(7-7)式中n1—異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。當(dāng)前第74頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

特性分析從式（7-6）和式（7-7）可知，在串級(jí)調(diào)速時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速是不同的。當(dāng)改變逆變角時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)差率和理想空載轉(zhuǎn)速都相應(yīng)改變。由式（7-5）還可看出，在不同的角下，異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)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)變壓調(diào)速的機(jī)械特性。當(dāng)前第75頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)2．機(jī)械特性的斜率與最大轉(zhuǎn)矩

串級(jí)調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)子回路中接入了串級(jí)調(diào)速裝置（包括兩套整流裝置、平波電抗器、逆變變壓器等），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)量的等效電阻和電抗，它們的影響在任何轉(zhuǎn)速下都存在。由于轉(zhuǎn)子回路電阻的影響，異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性比其固有特性要軟得多。當(dāng)前第76頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

轉(zhuǎn)子回路電阻的影響當(dāng)電機(jī)在最高速的特性上（

=90°）帶額定負(fù)載，也難以達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速。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)象，使串級(jí)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。

這樣，串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性便如圖7-7所示。

當(dāng)前第77頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性圖圖7-6異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性a)大電機(jī)b)小電機(jī)當(dāng)前第78頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

從圖7-5中可以看出，異步電動(dòng)機(jī)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(jí)調(diào)速時(shí)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，主要是：*7.3.2異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)子整流電路當(dāng)前第79頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)（1）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(shì)的幅值與頻率都是變化的，隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的改變而變化；（2）異步電動(dòng)機(jī)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的漏抗值也與轉(zhuǎn)子頻率或轉(zhuǎn)差率有關(guān)；（3）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，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。

整流電路的不同點(diǎn)當(dāng)前第80頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的漏電抗X2s，等于轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)的漏電抗X2與轉(zhuǎn)差率s的乘積轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2s，等于轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2與轉(zhuǎn)差率s的乘積。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，有效值E2s為當(dāng)前第81頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)1.轉(zhuǎn)子整流電路圖7-8轉(zhuǎn)子整流電路

當(dāng)前第82頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)2.電路分析假設(shè)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(dòng)機(jī)勵(lì)磁阻抗的影響。當(dāng)前第83頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

換相重疊現(xiàn)象

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(shì)為era、erb、erc。當(dāng)各整流器件依次導(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(shì)同時(shí)起作用，產(chǎn)生換相重疊壓降，如下圖所示。當(dāng)前第84頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

換相重疊波形換相重疊壓降換相重疊角當(dāng)前第85頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

根據(jù)《電力電子技術(shù)》中介紹的理論，換相重疊角為

換相重疊角（7-8）

其中XD0—

s=1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。當(dāng)前第86頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)3.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響

電路形式單相全波單相全控橋三相半波三相全控橋m脈波整流電路①②

注：①單相全控橋電路中，XB在一周期的兩次換相中都起作用，等效為m=4；②三相橋等效為相電壓等于的6脈波整流電路，故其m=6，相電壓按代入。表3-2各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計(jì)算

當(dāng)前第87頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

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(dāng)Id較小，在0°~60°之間時(shí)，整流電路中各整流器件都在對(duì)應(yīng)相電壓波形的自然換相點(diǎn)處換流，整流波形正常。（7-8）

當(dāng)前第88頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)當(dāng)電流Id增大到按式（7-8）計(jì)算出來的角大于60°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相點(diǎn)換流的器件推遲換流，出現(xiàn)了強(qiáng)迫延遲換相現(xiàn)象，所延遲的角度稱作強(qiáng)迫延時(shí)換相角p

。由此可見，串級(jí)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)。當(dāng)前第89頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

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≤

≤60°，p

=0

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)。（2）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，使得整流電路好似處于可控的整流工作狀態(tài)，p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)。當(dāng)前第90頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

轉(zhuǎn)子整流電路的工作狀態(tài)（續(xù)）

（3）當(dāng)=30°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組器件雙換流的重疊現(xiàn)象，此后p保持為30°，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)。當(dāng)前第91頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

轉(zhuǎn)子整流電流與

、p間的函數(shù)關(guān)系

圖7-8轉(zhuǎn)子整流電路的

=f(Id)，p

=f(Id)當(dāng)前第92頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

轉(zhuǎn)子整流電路的電流和電壓

可以直接引用可控整流電路的有關(guān)分析式，表達(dá)轉(zhuǎn)子整流電路的電流和電壓。(7-9)

上式中當(dāng)p=0，

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

=60°時(shí)表示轉(zhuǎn)子整流電路工作在第二工作區(qū)，此時(shí)可進(jìn)一步表示為當(dāng)前第93頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

串級(jí)調(diào)速時(shí)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(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子每相等效電阻，包括線路電阻和器件導(dǎo)通壓降。

(7-10)當(dāng)前第94頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)*7.3.3異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速機(jī)械特性方程式

圖7－9a)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)主電路

1.

電路結(jié)構(gòu)當(dāng)前第95頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)2.系統(tǒng)的穩(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)當(dāng)前第96頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)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

。

當(dāng)前第97頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

圖7－9b)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)等效電路(7-11)(7-12)(7-13)當(dāng)前第98頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)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）

當(dāng)前第99頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

轉(zhuǎn)速特性方程

將s=(n0–n)/n0代入上式，得到串級(jí)調(diào)速時(shí)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。當(dāng)前第100頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

等號(hào)右邊分子中的第一項(xiàng)是轉(zhuǎn)子直流回路的直流電壓（7-16）

引入電動(dòng)勢(shì)系數(shù)CE，使其中，（7-17）

（7-18）

當(dāng)前第101頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)注意：在直流調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)勢(shì)系數(shù)Ce是常數(shù)，但在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，CE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素，故兩個(gè)符號(hào)的下角不同，以示區(qū)別。當(dāng)前第102頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)兩種轉(zhuǎn)速特性的比較式（7-18）表明，異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)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。在直流調(diào)速系統(tǒng)中，須直接改變電壓U；而在異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，它是通過改變式（7-16）第二項(xiàng)中的控制角來實(shí)現(xiàn)的。（7-18）

（7-16）

當(dāng)前第103頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)兩種轉(zhuǎn)速特性的比較（續(xù)）在串級(jí)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(duì)于p0的第二工作區(qū)，計(jì)及p的影響，在同一逆變角下的電壓更小，相當(dāng)于也發(fā)生變化，因而調(diào)速特性更軟。（7-16）

當(dāng)前第104頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)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(guān)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率當(dāng)前第105頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

電磁轉(zhuǎn)矩公式而電磁功率Pm=Ps/s，因此電磁轉(zhuǎn)矩為（7-19）

0——

理想空載機(jī)械角轉(zhuǎn)速rad/s

；CM——

串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，

式中

當(dāng)前第106頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)因?yàn)?，它也是電流Id的函數(shù)。（7-20）可見，CM和CE的關(guān)系與直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)中Cm和Ce的關(guān)系完全一致。由于0=2n0/60，所以

（7-17）

當(dāng)前第107頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)5.串級(jí)調(diào)速的機(jī)械特性方程

當(dāng)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)在第一工作區(qū)運(yùn)行時(shí)，p=0，代入式（7-19），再令dTe/dt=0，可求出電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算最大值Te1m，經(jīng)過數(shù)學(xué)推導(dǎo)得第一工作區(qū)的機(jī)械特性方程式：

（7-19）

(7-21)當(dāng)前第108頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)第一工作區(qū)的機(jī)械特性方程式

(7-21)s1m

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

=s-s10——在相應(yīng)的值下，由負(fù)載引起的轉(zhuǎn)差率增量式中

s10——相應(yīng)值下的理想空載轉(zhuǎn)差率；s1m——對(duì)應(yīng)于計(jì)算最大轉(zhuǎn)矩Te1m的臨界轉(zhuǎn)差率：(7-22)Te1m——系統(tǒng)在第一工作區(qū)的“計(jì)算最大轉(zhuǎn)矩”。當(dāng)前第109頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

由于在異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)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)迫延遲換相現(xiàn)象，也就是說，系統(tǒng)必然會(huì)進(jìn)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(huì)達(dá)到的最大轉(zhuǎn)矩。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入第二工作區(qū)后，Te1m實(shí)際是不存在的，故稱之為“第一工作區(qū)的計(jì)算最大轉(zhuǎn)矩”。當(dāng)前第110頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)第二工作區(qū)的機(jī)械特性方程式

(7-23)s2m

=s2m-s20——計(jì)及強(qiáng)迫延時(shí)換相，對(duì)應(yīng)于某一p值時(shí)的轉(zhuǎn)差率增量；s2

=s-s20——在給定與p值下，由負(fù)載引起的轉(zhuǎn)差率增量;式中當(dāng)前第111頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

s20——相應(yīng)與p

值下的理想空載轉(zhuǎn)差率：(7-24)而S2m并不表示在第二工作區(qū)對(duì)應(yīng)實(shí)際最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率，只是數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程中的一個(gè)量而已，目的是讓兩個(gè)工作區(qū)的表達(dá)式形式一致，便于工程計(jì)算。

當(dāng)前第112頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)注意：

在用式（7-23）計(jì)算第二工作區(qū)的一段機(jī)械特性時(shí)，等號(hào)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)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(gè)最大轉(zhuǎn)矩Te2m。

(7-23)當(dāng)前第113頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

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)算出額定轉(zhuǎn)矩TeN和正常運(yùn)行時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩Tem

。對(duì)串級(jí)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Te1m和第二工作區(qū)真正的最大轉(zhuǎn)矩Te2m

（可證明，Te2m對(duì)應(yīng)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

。當(dāng)前第114頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)可得[41]（7-25）

（7-26）

（7-27）

當(dāng)前第115頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

式（7-26）說明，異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)所能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩比正常接線時(shí)減少了17.3%，這在選用電機(jī)時(shí)必須注意。

當(dāng)前第116頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)6.異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性

圖7-11異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性返回目錄s20當(dāng)前第117頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)*7.4串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的效率串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的功率因數(shù)串級(jí)調(diào)速裝置的電壓和容量當(dāng)前第118頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)在串級(jí)調(diào)速時(shí)（圖7-12a），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(jí)調(diào)速裝置損耗Ptan后通過轉(zhuǎn)子整流器與逆變器返回電網(wǎng)，這部分返回電網(wǎng)的功率稱作回饋功率Pf

。對(duì)整個(gè)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)來說，它從電網(wǎng)吸收的凈有功功率應(yīng)為Pin=P1–Pf

。*7.4.1

串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的效率當(dāng)前第119頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)圖7-12串級(jí)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

串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)功率流程

當(dāng)前第120頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)效率及比較串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的總效率

(7-28)式中∑p

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(jí)調(diào)速傳動(dòng)裝置損耗

。當(dāng)前第121頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

在串級(jí)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，∑p和ptan都基本不變，式（7-28）分子和分母中的項(xiàng)隨著s的增大而同時(shí)減少，對(duì)值的影響并不太大。

(7-28)當(dāng)前第122頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

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)速系統(tǒng)的效率是其中，Pm(1-s)

項(xiàng)隨s的變化和串級(jí)調(diào)速時(shí)一樣，而所串電阻越大時(shí)，pCus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。

當(dāng)前第123頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)

效率的比較串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的總效率是比較高的，且當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低時(shí)，sch

的減少并不多。而繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時(shí)的效率幾乎隨轉(zhuǎn)速的降低而成比例地減少。圖7-13電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)與轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速系統(tǒng)=f(s)的比較當(dāng)前第124頁\共有138頁\編于星期一\12點(diǎn)*7.4.2串級(jí)調(diào)速系