幻灯片1第二章绕线转子异步电动机串级调速谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢幻灯片2第一节串级调速的原理与基本类型第二节低同步串级调速系统的机械特性第三节串级调速系统的效率和功率因数第四节串级调速的闭环控制系统第五节串级调速应用中的几个问题第六节串级调速系统应用实例第二章绕线转子异步电动机串级调速系统幻灯片3第一节串级调速的原理与基本类型一、串级调速的原理二、串级调速的基本运行状态及功率关系三、串级调速系统的基本类型一. 串级调速的原理转子串电阻调速方法有什么缺点？对于绕线转子异步电动机，可以在其转子回路串入电阻来减小电流，增大转差率，从而改变转速。
这种方法就是转子串电阻调速方法。
转子串电阻调速方法的主要缺点：大量转差功率将在转子所串电阻上变成热量被消耗掉，因此不适合对大容量电机降速，对小容量电机也因效率太低而不适宜长期运行。
转子串电阻调速方法的能量关系如图所示。
参照电动机内部各项功率表达式，对照能量关系图，可以估算出电动机的效率情况。
基本结论是：串入电阻越大，转速越低，转差就越大，机械功率在电磁功率中所占的比率就越低，效率越低。
幻灯片 5 *转速越低，转差越大，电阻发热越多，效率越低。
幻灯片 6串级调速的基本原理是什么？引入一种新的调速方法，基本思路：转子不串入附加电阻-----改为串入附加电动势来调速，并将调速引起的转差功率损耗，回馈回电网或电动机本身。
这种，既提高效率、又实现变转差率调速的方法，该方法被称为绕线转子异步电动机的串级调速控制方案。
工作原理：三相异步电动机的转子感应电压为：式中：202sE E 转子电流为：将绕线异步电动机的转子电路中串入交流附加电势fE a. 如串入的附加电势E 与转子感生电势sE 方向相反，频率相同则转子电流将变小：)(sX R E sE I +-=I 转子电流的减小，会引起交流电动机拖动转矩的减小，设原来电机拖动转矩与负载相等处于平衡状态，串入附加电势必然引起电动机降速，在降速的过程中，随着速度减小，转差率S 增大，分子中sE 回升，电流也回升，使拖动转矩升高后再次与负载平衡，降速过程最后会在某一个较低的速度下重新稳定运行。
* 这种向下调速的情况成为低于同步速的串级调速。
（低同步串调）幻灯片 8b. 如串入的附加电势E 与转子感生电势sE 方向相同，频率相同则转子电流将变大：)(sX R E sE I ++=I 转子电流的增大，会引起交流电动机拖动转矩的增大，设原来电机拖动转矩与负载相等处于平衡状态，串入附加电势必然引起电动机升速，在升速的过程中，随着速度增加，转差率S 减小，分子中sE 减小，电流也减小，使拖动转矩减小后再次与负载平衡，降速过程最后会在某一个较高的速度下重新稳定运行。
* 这种向上调速的情况称为高于同步速的串级调速。
（超同步串调）幻灯片 9负载（1-s ）P P sPE (a )P 2=T e ω0>0 P M =(1-s) P 2 >0 P s =s P 2 >0说明电网向电动机定子输入的电磁功率P 2一部分变为机械功率P M 从电动机轴输出；另一部分变为转差功率P s 通过产生E f 装置回馈给电网。
1、低于同步转速的电动运行状态0<s<1 Te>0二.串级调速的基本运行状态及功率关系幻灯片 10负载（1-s ）P P sP E (b )P 2=T e ω0<0 P M =(1-s) P 2 <0 P s =s P 2 <0说明电网从轴上向转子输入的机械功率P M 与从电网通过产生E f 装置输入的转差功率P s 之和都变为电磁功率P 2，并通过电动机定子回馈给电网2、低于同步转速的回馈制动运行状态0<s<1 Te<0幻灯片 11负载（1-s ）P P sP E P 2=T e ω0>0P M =(1-s) P 2 >0P s =s P 2 <0说明从电网向电动机定子输入的电磁功率P 2，同时从电网通过产生E f 装置向电动机转子输入的转差功率P s ，电动机把定子和转子同时吸收的电功率变为机械功率P M 从轴上输出。
3、高于同步转速的电动运行状态s<0 Te>0幻灯片 12负载（1-s ）P P sP E (d )P 2=T e ω0<0P M =(1-s) P 2 <0P s =s P 2 >0说明电动机从轴上吸收机械功率P M ，一部分变为电磁功率P 2通过定子回馈给电网，另一部分变为转差功率P s 通过产生E f 装置回馈给电网。
4、高于同步转速的回馈制动运行状态s<0 Te<0幻灯片 14三.串级调速系统的基本类型要实现前面所述的绕线异步电动机转子串联交流附加电势完成调速的基本思想，则所串入的交流附加电势应该满足如下条件：E 1.首先，转子是三相交流电路，因此交流附加电势应为三相对称交流电。
可见，三相交流附加电势的取得在实际中十分困难。
实用的串级调速系统，一般采用将转子电路接不可控整流电路，在直流回路中串入直流附加电势，通过调节直流附加电势的大小来调速的控制方案。
因此附加的三相交流电势2.转子感应的三相交流电势sE 的频率、大小都是随转差率变化的，E 也应随之变频变压。
3.附加的三相交流电势在控制过程中，要始终保持与转子感应的相位相同或相反，即相位要同步。
E 三相交流电势sE幻灯片 15βI d =(E 2-E β)/R I 2T ensE 2I d (I 2)(达到新的平衡)E β=1.35U 2l cos βURUIsE E E E I d电气串级调速系统绕线异步机转子整流器有源逆变器电气串级调速系统对于电气串级调速系统，如忽略损耗，则电机轴上输出的转矩为：结论：电气串级调速系统具有近似恒转矩的机械特性。
==--==00)1()1(ωωωP s P s P T 常数晶闸管串级调速系统：效率高，技术成熟，成本低，应用广泛，具有恒转矩调速特性；幻灯片 17绕线异步机转子整流器直流电动机机械串级调速系统对于机械串级调速系统，如忽略损耗，则电机轴上输出的机械功率为：结论：机械串级调速系统具有近似恒功率的机械特性。
由于调速范围越大时，所需直流电机容量也越大，所以只适用于大容量、调速范围小的恒功率生产机械，具有恒功率调速特性。
==+-d d d P sP P s )1(常数幻灯片 18第二节低同步串级调速系统的机械特性一、转子整流器的三种工作状态二、串级调速系统的调速特性三、串级调速系统的机械特性与最大转矩一.转子整流器的三种工作状态低同步串级调速系统电力电子电路的核心部分是转子整流器和有源逆变器。
下面以转子整流器为例说明：分析前提条件：➢滤波电抗器L d 的电感足够大，得到的直流电流是平直的；➢整流元件是理想的，忽略其管压降；➢忽略电动机电阻对换相的影响。
分析注意事项:转子整流器和一般整流器不同：➢转子三相感应电动势的幅值和频率都是转差率的函数；➢折算到转子侧的漏抗值也是转差率的函数；➢由于电动机折算到转子侧的漏抗较大，换流重叠严重。
幻灯片 201.转子整流器的第一工作状态060≤γ（Id 较小，的情况）60≤γI 结论：➢不换流期间，转子整流器中有两个元件导通；➢换流期间，换流组有两个元件导通，不换流组有一个元件导通，共有三个元件同时导通，换流期间的整流输出电压为正在换流的两相电压瞬时值之和的一半与另一相电压瞬时值的包络线。
特征：转子电流较小，整流后直流电流I 也较小；二极管整流器换相迅速，两个二极管之间的换流重叠角ɼ较小。
重叠角ɼ随转子电流或I 的增大而增大，第一工作状态的ɼ小于等于600。
幻灯片 21由整流电路计算，得第一工作状态下的重叠角γ计算公式：第一工作状态的边界060=γ电压、电流波形：dI幻灯片 232.转子整流器的第二工作状态060=γ（I 较大，不变，出现强迫延时换相角）特征：当重叠达到600，电流达到第一工作状态最大电流（或一、二状态分界电流I ）以上，如果负载电流继续增大，最初时重叠角会大于600，但稳定以后，两个二极管的重叠会均匀地保持600不变，但所有二极管的换流都被迫从自然换流点向后延迟一个角度。
电流越大，这个强迫延时换相角就越大，但有：0300≤<p αα幻灯片 24注意：1、换流时间间隔与换流延迟时间间隔是均匀分布的1160i i pi pi pγγγααα++=====2、αp 的稳态数值取决于I d ，I d 越大，αp 就越大（三）第三工作状态γ>60ºa p >30º随着I d 的继续增大，a p >30º属于故障状态幻灯片 263.转子整流器的故障状态（Id 过大，的情况）30=α060>γ幻灯片 27转子整流器的三个工作状态（一）第一工作状态γ<60º（二）第二工作状态γ=60ºa p <30º（三）第三工作状态γ>60ºa p >30º幻灯片 29幻灯片 30二.串级调速系统的调速特性（n 或s 与电流I d 的关系）n 或s 与电流I 的关系式，需要从直流等效电路入手加以推导：第一工作状态下，整流整流器-逆变器的直流回路等效电路如下：2)D R +2)T L R R ++033(22)D TD T L sX X R R R ππ++++幻灯片 32203(22)32.34Td T D L D X R R R X E ππ+++-幻灯片33幻灯片35幻灯片36幻灯片 38幻灯片 39第三节串级调速系统的效率和功率因数一.串级调速系统的总效率二.串级调速系统的总功率因数幻灯片 41由于转差功率被送回电网，使串级调速从电网输入的总有功功率并不多，故串级调速系统的效率很高，在80％以上。
%100P P P P s 1P P s 1P P s21d M d W 2⨯∆+∆+∆+-∆--==）（）（η幻灯片 42二、串级调速系统的总功率因数幻灯片44幻灯片45（二）GTO串级调速系统GTO称为可关断晶闸管，其具有自关断能力。
使用GTO的逆变器可以通过控制GTO的开通关断时刻，使逆变电路产生超前于电网电压的电流，从而使串级调速系统的逆变侧呈现电容性，提高总功率因数。
由于GTO价格较高，该控制方案适用于大容量绕线异步电动机的串级调速。
幻灯片46幻灯片47幻灯片482）当ACR的输出电压为0时，β最小，此时应整定触发脉冲，使逆变角最小值为βmin，通常令βmin=30º。