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功率变换单元
由于转子电动势与电流的频率随转速变
化，即f2=sf1，因此必须通过功率变换单元
（Power Converter Unit—CU）对不同频率的电 功率进行电能变换。
对于双馈系统来说，CU应该由双向变频器构 成，以实现功率的双向传递。
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双馈调速的功率传输
（1）转差功率输出状态
Ir
sEr0 Rr2 (sXr0)2
式中 Rr— 转子绕组每相电阻； Xr0— s=1时的转子绕组每相漏抗。
(7-2)
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转子附加电动势
~
引入可控的交 流附加电动势
M 3~
~ Er sEr0
E add
Ir
~
~
附加电动势与转子电 动势有相同的频率， 可同相或反相串接。
图7-1 绕线转子异步电精品动课机件 转子附加电动势的原理图
1）转差功率消耗型——异步电机采用调压控制等调速方 式，转速越低时，转差功率的消耗越大，效率越低； 但这类系统的结构简单，设备成本最低，所以还有一 定的应用价值。
2）转差功率不变型——变频调速方法转差功率很小，而 且不随转速变化，效率较高；但在定子电路中须配备 与电动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备成 本最高。
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1. 电机在次同步转速下作电动运行
工作条件：
转子侧每相加上与Er0同相的附加电动势 +Eadd（Eadd<Er0），并把转子三相回路连通。
运行工况：
电机作电动运行，转差率为0<s<1，从
定子侧输入功率，轴上输出机械功率。
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异步电机的功率关系
忽略机械损耗和杂散损耗时，异步电机在 任何工况下的功率关系都可写作
P msm P (1s)P m
（7-4）
式中 Pm —从电机定子传入转子（或由转子传出给定
子）的电磁功率
sPm —输入或输出转子电路的功率，即转差功率
(1-s)Pm —电机轴上输出或输入的功率 由于转子侧串入附加电动势极性和大小的不同，s 和 Pm 都可正可负，因而可以有以下五种不同的工作情况。
至于电功率是馈入定子绕组和/或转子 绕组，还是由定子绕组和/或转子绕组馈出， 则要视电机的工况而定。
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双馈调速的基本结构
电网
K1
K2
M
TI
3~
功率变换单元
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如上图所示，在双馈调速工作时，除 了电机定子侧与交流电网直接连接外，转 子侧也要与交流电网或外接电动势相连， 从电路拓扑结构上看，可认为是在转子绕 组回路中附加一个交流电动势。
❖ 有附加电动势时的转子相电流：
如图7-1所示，绕线转子异步电动机在外接 附加电动势时，转子回路的相电流表达式
Ir
sEr0 Eadd Rr2 (sXr0)2
(7-3)
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转子附加电动势的作用
1. Er 与 Eadd 同相
当 Eadd ，
s 1 E r0 E ad dI rT en s
使得： 这里：
s1E r0E ad ds2E r0E a ' dd
s1 s2
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转速上升；
转子附加电动势的作用（续）
当 Eadd ，
s 1 E r0 E ad dI rT en s 使得：
这里：
s1E r0E ad ds2E r0E a ' dd
s1 s2
转速下降；
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转子附加电动势的作用（续）
异步电动机由电网供电并以电动状态运行时， 它从电网输入（馈入）电功率，而在其轴上输出 机械功率给负载，以拖动负载运行；
P1 3M~
Pmech
Ps
精品课C件U
（2）转差功率输入状态
当电机以发电状态运行时，它被拖着运转， 从轴上输入机械功率，经机电能量变换后以电 功率的形式从定子侧输出（馈出）到电网。
运动控制系统
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7.0 引言
❖ 转差功率问题 转差功率始终是人们在研究异步
电动机调速方法时所关心的问题，因为 节约电能是异步电动机调速的主要目的 之一，而如何处理转差功率又在很大程 度上影响着调速系统的效率。
如第5章所述，交流调速系统按转差 功率的处理方式可分为三种类型。
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交流调速系统按转差功率的分类
P1
Ps
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绕线转子异步电动机转子串电阻调速
根据电机理论， 改变转子电路的串接 电阻，可以改变电机 的转速。
转子串电阻调速 的原理如图所示，调 速过程中，转差功率 完全消耗在转子电阻 上。
~
Pm
Pmech Ps
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双馈调速的概念
所谓“双馈”，就是指把绕线转子异 步电机的定子绕组与交流电网连接，转子 绕组与其他含电动势的电路相连接，使它 们可以进行电功率的相互传递。
2. Er与Eadd反相 同理可知，若减少或串入反相的附
加电动势，则可使电动机的转速降低。 所以，在绕线转子异步电动机的转子
侧引入一个可控的附加电动势，就可调节 电动机的转速。
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7.1.2 异步电机双馈调速的五种工况
本节摘要
❖ 电机在次同步转速下作电动运行 ❖ 电机在反转时作倒拉制动运行 ❖ 电机在超同步转速下作回馈制动运行 ❖ 电机在超同步转速下作电动运行 ❖ 电机在次同步转速下作回馈制动运行
P1 3M~
Pmech
Ps
CU
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7.1.1 异步电机转子附加电动势的作用
❖ 异步电机运行时其转子相电动势为
Er sEr0
式中 s — 异步电动机的转差率；
(7-1)
Er0 — 绕线转子异步电动机在转子不动时的相
电动势，或称转子开路电动势，也就是转子额定相
电压值。
Hale Waihona Puke 精品课件❖ 转子相电流的表达式为：
3）转差功率馈送型——控制绕线转子异步电动机的转子 电压，利用其转差功率并达到调节转速的目的，这种 调节方式具有良好的调速性能和效率；但要增加一些 设备。
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7.1 异步电机双馈调速工作原理
本节提要
概述 异步电机转子附加电动势的作用 异步电机双馈调速的五种工况
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7.1.0 概述
转差功率的利用 作为异步电动机，必然有转差功率，
要提高调速系统的效率，除了尽量减小转 差功率外，还可以考虑如何去利用它。
但要利用转差功率，就必须使异步电 动机的转子绕组有与外界实现电气联接的 条件，显然笼型电动机难以胜任，只有绕 线转子电动机才能做到。
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绕线转子异步电动机
绕线转子异步电动 机结构如图所示，从广 义上讲，定子功率和转 差功率可以分别向定子 和转子馈入，也可以从 定子或转子输出，故称 作双馈电机。