转差率S增大，分子中sE2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）
8
•
b. 如串入的附加电势Eadd 与转子感生电势 sE20
方向相同，频率相同
则转子电流将变大：
I2
sE20 Eadd r22 (sx220 )
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。
3
串级调速的基本原理是什么？
针对绕线转子异步电动机转子串电阻调速方 法转差功率消耗在电阻上，运行效率太低的缺点， 引入了一种新的调速方法：基本思路是转子不串 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，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。
第二章 绕线式异步电动机 串级调速系统
第一节 串级调速的原理与基本类型 第二节 串级调速系统转子整流电路的工作特性 第三节 串级调速系统的调速特性和机械特性 第四节 串级调速的效率和功率因数 第五节 串级调速闭环控制系统 第六节 串级调速系统应用中的几个问题 第七节 串级调速系统应用实例
1
第一节 串级调速的原理与基本类型
电机定子侧输出功 率给电网，电机成 -Te 为发电机处于制动 状态工作，并产生 制动转矩以加快减 速停车过程。
0<s<1
SP
P
Pm
(1 S)P
CU
SP
次同步速度再生制动状态
sn 0
n1
10 0
15
• 次同步速串调速系统的主要优点： ① 在调速范围不大时，装置容量小 ② 系统把大部份转差功率回馈给了电网，所以在低 速时的效率较转差功率消耗型的调速系统要高
在超过其同步转速
下稳定运行。 电机的轴上输出功
(1 S)P
SP
CU
率由定子侧与转子 0 n1
侧两部分输入功率 0 合成。
超同步转速电动状态
Te
电机处于定、转子双输入状态。绕线型异步电机在转子中
串入附加电动势后可以在超同步转速下作电动运行，并可
使输出超过其额定功率，这一特殊工况正是由定、转子双
馈的条件形成的。
变 转子侧功率因数由于S通常较小而近似为1 电机稳定运行时，电磁转矩基本恒定
因此上式中的电流 I2 就基本是个恒定的值
电流 I2 I2
I2=CONST个附加电动势Eadd，附加电 动势的频率与转子相电动势sE20的频率相同，而相位 相同或者相反
sE20 r22 (sx20 )2
4
▪ 工作原理：
•
•
三相异步电动机的转子感应电压为：E2 sE20
转子电流为：
式中：
气隙磁通
异步电动机电磁转矩为： T kmI2 cos2
转子侧功 率因数
由电动机结构确 定的转矩系数
折算到转子侧 的定子电流
5
▪ 电磁转矩的表达式中： 转矩系数由电动机结构决定 电源频率及定子相电压不变时，气隙磁通则不
•
a. 如串入的附加电势Eadd 与转子感生电势 sE20
方向相反，频率相同
则转子电流将变小：
I2
sE20 Eadd r22 (sx220 )
转子电流 I 2 将减小，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，
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.附加电动势的实现 四.次同步串级调速主电路
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一. 串级调速的原理
转子串电阻调速方法有什么缺点？
我们知道，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。
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电动机转子输出 转差功率，经附 加电动势回馈给 电网，
P
Pm
sn
1
SP
2n1
定子也向电网回
馈功率。 s<0
(1 S)P
CU
SP
0 n1
-Te
0
电动机被负载拖
超同步速度再生制动状态
动，产生电气制
动
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很多工作机械为了提 高其生产率，希望电 力拖动装置能缩短减 速和停车的时间，因 此必须使运行在低于 同步转速电动状态的 电机切换到制动状态 下工作。
▪ 在转子回路中串入附加电动势，不仅改变了转子 回路的有功功率的大小，而且可以通过调节附加 电动势的相位来调节异步电动机的功率因数（即 调节了转子电流的无功分量）
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二.串级调速的基本运行状态及功率传递方向
11
串级调速系统有四种基本运行状态：
电动机电动 运行0<s<1， 从定子侧输入 功率，轴上输 出机械功率， 而转差功率从 转子侧馈送到 电网。
I2
const
sE20 Eadd r22 (sx20 )2
sE20 Eadd
const
分母中只有s为变量， 而s的值通常很少，从 而可以认定分母为一
个不变的定值
由于E20是一个 电机参数决定的 常数，因此Eadd 的变化就能导致
S发生变化
7
将绕线异步电动机的转子电路中串入交流附加电势 Eadd
• 串调系统的主要缺点: ——系统的功率因数低。
原因是异步电动机的功率因数本来就不高， 再加上装置的变换电路及逆变变压器的工作都 要从电网中吸收无功功率 。
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由于电机在 低于同步转速 下工作，故称 为次同步转速 的电动运行。
sn
0 n1
~
P1 Pm
(1-s)Pm
CU
sPm
10
次同步速度电动运行状态
sPm
Te
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不断加大+Eadd， s n
就可提高电机的转 速。当接近额定转
1
2n1
SP
速时，如继续加大
+Eadd，电机将加
P
速到s<0的新的稳
Pm
态下工作，即电机
转子电流 I2 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sE2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） 9