1、第第 7 章章繞線轉子異步電機雙饋調速系統繞線轉子異步電機雙饋調速系統轉差功率饋送型調速系統轉差功率饋送型調速系統知識回顧知識回顧圖圖5-2 異步電動機簡化等效電路異步電動機簡化等效電路l異步電動機傳遞的電磁功率異步電動機傳遞的電磁功率 23rrmI RPsl轉差功率轉差功率 23smrrPsPI R什么是轉差功率什么是轉差功率 引言引言 n轉差功率問題轉差功率問題 轉差功率始終是人們在研究異步電動機調速方法時所關心的問題，因為節約電能是異步電動機調速的主要目的之一，而如何處理轉差功率又在很大程度上影響著調速系統的效率。 交流調速系統按轉差功率的處理方式可分為三種類型。 l 交流調速系統按轉差

2、功率的分類 （1）轉差功率消耗型異步電機采用調壓控制等調速方式，轉速越低時，轉差功率的消耗越大，效率越低；但這類系統的結構簡單，設備成本最低，所以還有一定的應用價值。 （2）轉差功率不變型變頻調速方法轉差功率很小，而且不隨轉速變化，效率較高；但在定子電路中須配備與電動機容量相當的變壓變頻器，相比之下，設備成本最高。 l 交流調速系統按轉差功率的分類（續） （3）轉差功率饋送型控制繞線轉子異步電動機的轉子電壓，利用其轉差功率并達到調節轉速的目的，這種調節方式具有良好的調速性能和效率；但要增加一些設備。 本章將討論轉差功率饋送型調速方法。返回目錄返回目錄l轉差功率的利用 眾所周知，作為異步電動機，

3、必然有轉差功率，要提高調速系統的效率，除了盡量減小轉差功率外，還可以考慮如何去利用它。 但要利用轉差功率，就必須使異步電動機的轉子繞組有與外界實現電氣聯接的條件，顯然籠型電動機難以勝任，只有繞線轉子電動機才能做到。 7.1 異步電機雙饋調速工作原理異步電機雙饋調速工作原理l繞線轉子異步電動機 PsP1 繞線轉子異步電動機結構如圖所示，從廣義上講，定子功率和轉差功率可以分別向定子和轉子饋入，也可以從定子或轉子輸出，故稱作雙饋電機。l 雙饋調速的概念 所謂“雙饋”，就是指把繞線轉子異步電機的定子繞組與交流電網連接，轉子繞組與其他含電動勢的電路相連接，使它們可以進行電功率的相互傳遞。 至于電功率是饋

4、入定子繞組和/或轉子繞組，還是由定子繞組和/或轉子繞組饋出，則要視電機的工況而定。 l 雙饋調速的基本結構功率變換單元功率變換單元電網K1M3 K2TI返回n考慮到電動機轉子電動勢與轉子電流的頻考慮到電動機轉子電動勢與轉子電流的頻率在不同轉速下有不同的數值率在不同轉速下有不同的數值( )，其值與交流電網的頻率往往不一致，所以其值與交流電網的頻率往往不一致，所以不能把電動機的轉子直接與交流電網相連不能把電動機的轉子直接與交流電網相連，而必須通過一個中間環節。這個中間環，而必須通過一個中間環節。這個中間環節除了有功率傳遞作用外，還應具有對不節除了有功率傳遞作用外，還應具有對不同頻率的電功率進行變換

5、的功能，故稱為同頻率的電功率進行變換的功能，故稱為功率變換單元功率變換單元（Power Converter Unit，簡稱，簡稱CU）。）。12sff 如上圖所示，在雙饋調速工作時，除了電機定子側與交流電網直接連接外，轉子側也要與交流電網或外接電動勢相連，從電路拓撲結構上看，可認為是在轉子繞組回路中附加一個交流電動勢。7.1.1 異步電機轉子附加電動勢的作用異步電機轉子附加電動勢的作用n異步電機運行時其轉子相電動勢為 式中 s 異步電動機的轉差率； Er0 繞線轉子異步電動機在轉子不動時的相電動勢，或稱轉子開路電動勢，也就是轉子額定相電壓值。0rrsEE (7-1) 轉子繞組內感應電動勢和電流

6、的頻率為轉子繞組內感應電動勢和電流的頻率為21()6060ssssp nnpnnnfsfnf2為轉差頻率為轉差頻率22221224.44=4.44WmWmEf N kf N k用用 E E2 2 表示轉子不動時轉子繞組電動勢的有效值，表示轉子不動時轉子繞組電動勢的有效值，當當n=0,s=1n=0,s=1，f f2 2=sf=sf1 1 =f=f1 1n轉子相電流的表達式為：式中 Rr 轉子繞組每相電阻； Xr0 s = 1時的轉子繞組每相漏抗。 20r2r0rr)(sXRsEI(7-2)n 轉子附加電動勢 圖7-1 繞線轉子異步電動機轉子附加電動勢的原理圖M30rrsEE addErI附加電動

7、勢與轉子電動勢有相同的頻率，可同相或反相串接。 引入可控的交流附加電動勢n有附加電動勢時的轉子相電流： 如圖7-1所示，繞線轉子異步電動機在外接附加電動勢時，轉子回路的相電流表達式20r2radd0rr)(sXREsEI(7-3)1.Er 與 Eadd 同相使得：這里： snTIEEseradd0r121ss 轉速上升；20r2radd0rr)(sXREsEI(7-3)102022221020+()()rraddrrrrrs Es EEIRs XRs Xl引入同相附加電動勢后，電動機轉子回路引入同相附加電動勢后，電動機轉子回路的合電動勢增加了，轉子電流和電磁轉矩的合電動勢增加了，轉子電流和電磁

8、轉矩也相應增大，由于負載轉矩未變，電動機也相應增大，由于負載轉矩未變，電動機必然加速，因而必然加速，因而s減小，轉子電動勢減小，轉子電動勢 隨之減小，轉子電流隨之減小，轉子電流Ir也逐漸減小，直至也逐漸減小，直至轉差率減小到轉差率減小到 時，轉子電流又恢復時，轉子電流又恢復到負載所需的值，電動機便進入新的較高到負載所需的值，電動機便進入新的較高轉速的穩定狀態。轉速的穩定狀態。21()ss轉子附加電動勢的作用（續）2. Er 與 Eadd反相 同理可知，若串入反相的附加電動勢，則可使電動機的轉速降低。 所以，在繞線轉子異步電動機的轉子在繞線轉子異步電動機的轉子側引入一個可控的附加電動勢，就可調側

9、引入一個可控的附加電動勢，就可調節電動機的轉速節電動機的轉速。 n 異步電機的功率關系 忽略機械損耗和雜散損耗時，異步電機在任何工況下的功率關系都可寫作 mmm)1 (PssPP（7-4） 式中 Pm 從電機定子傳入轉子（或由轉子傳 出給定子）的電磁功率， sPm 輸入或輸出轉子電路的功率，即轉 差功率， (1-s)Pm 電機軸上輸出或輸入的功率。 由于轉子側串入附加電動勢極性和大小的不同， s 和 Pm 都可正可負，因而可以有五種不同的工作情況。 7.1.2 異步電機雙饋調速的五種工況異步電機雙饋調速的五種工況 1.電動機在次同步轉速下作電動運行電動機在次同步轉速下作電動運行l異步電動機定子

10、接交流電網，轉子短路，異步電動機定子接交流電網，轉子短路，轉子軸上帶有反抗性的恒值額定負載（對轉子軸上帶有反抗性的恒值額定負載（對應的轉子電流為應的轉子電流為 ），此時電動機在固有），此時電動機在固有機械特性上以額定轉差率機械特性上以額定轉差率 運行。若在轉運行。若在轉子側每相加上反相附加電動勢子側每相加上反相附加電動勢 ，轉，轉子電流將減小，從而使電動機減速，轉子子電流將減小，從而使電動機減速，轉子電流回升，最終進入新的穩態運行。電流回升，最終進入新的穩態運行。 addENsrNIaddEs1012210()raddrNNrrs EEIssRs Xl此時，轉子回路的電勢平衡方程式為此時，轉子

11、回路的電勢平衡方程式為l若繼續加大若繼續加大 值，則值，則 值繼續增大，轉值繼續增大，轉速還將降低，實現了對電動機的調速。速還將降低，實現了對電動機的調速。l 功率流程snTesPmsPmP1Pm(1-s)PmCU001n1a） 次同步速電動狀態 l由于電動機作電動運行，轉差率為由于電動機作電動運行，轉差率為0s 。 由圖由圖7-4可以寫出整流后的直流回路電壓平衡方可以寫出整流后的直流回路電壓平衡方程式：程式： 或或 (7-5) 式中，式中， 、 UR與與UI的電壓整流系數，的電壓整流系數，如兩者都是三相橋式電路，則如兩者都是三相橋式電路，則； iUdURIUUdidRIUKsEKdTrcos

12、2201122.34KK2K1Kn 工作原理（1）起動）起動l起動條件： 對串級調速系統而言，起動應有足夠大的轉子電流 Ir 或足夠大的整流后直流電流 Id ，為此，轉子整流電壓 Ud 與逆變電壓 Ui 間應有較大的差值。l 起動控制u控制逆變角 ，使在起動開始的瞬間，Ud與 Ui 的差值能產生足夠大的 Id ，以滿足所需的電磁轉矩，但又不超過允許的電流值，這樣電動機就可在一定的動態轉矩下加速起動。u隨著轉速的增高，相應地增大 角以減小值 Ui ，從而維持加速過程中動態轉矩基本恒定 。工作原理（續）（2）調速）調速l調速原理：通過改變 角的大小調節電動機的轉速。l調速過程： UiIdK1sEr

13、0nTeTe = TLIdRIUUdidRIUKsEKdTrcos2201工作原理（續）（3） 停車停車 串級調速系統沒有制動停車功能。只能靠減小 角逐漸減速，并依靠負載阻轉矩的作用自由停車。 結結 論論n串級調速系統能夠靠調節逆變角 實現平滑無級調速n串級系統能把異步電動機的轉差功率回饋給交流電網，從而使扣除裝置損耗后的轉差功率得到有效利用，大大提高了調速系統的效率。返回目錄返回目錄*7.2.2串級調速系統的其它類型串級調速系統的其它類型 l在繞線型異步電動機同軸上裝有一臺直流在繞線型異步電動機同軸上裝有一臺直流電動機，異步電動機的轉差功率經整流后電動機，異步電動機的轉差功率經整流后傳給直流

14、電動機，后者把這部分電功率變傳給直流電動機，后者把這部分電功率變換為機械功率，再幫助異步電動機拖動負換為機械功率，再幫助異步電動機拖動負載，從而使轉差功率得到利用。載，從而使轉差功率得到利用。機械串級調速系統機械串級調速系統l在圖在圖7-5 中，直流電動機的電動勢就相當中，直流電動機的電動勢就相當于直流附加電動勢，通過調節直流電動機于直流附加電動勢，通過調節直流電動機的勵磁電流的勵磁電流 可以改變其電動勢，從而調可以改變其電動勢，從而調節交流電動機的轉速。增大節交流電動機的轉速。增大 可使電動機可使電動機減速，反之則可使電動機加速。減速，反之則可使電動機加速。 fIfIl從功率傳遞的角度看，如

15、果忽略調速系統從功率傳遞的角度看，如果忽略調速系統中所有的電氣與機械損耗，認為異步電動中所有的電氣與機械損耗，認為異步電動機的轉差功率全部為直流電動機所接受，機的轉差功率全部為直流電動機所接受，并以機械功率并以機械功率 的形式從軸上輸出給負載。的形式從軸上輸出給負載。則負載軸上所得到的機械功率則負載軸上所得到的機械功率 應是異步應是異步電動機與直流電動機兩者軸上輸出功率之電動機與直流電動機兩者軸上輸出功率之和，并恒等于電動機定子輸入功率和，并恒等于電動機定子輸入功率 ，而，而與電動機運行的轉速無關。與電動機運行的轉速無關。LPMDP1P恒功率調速恒功率調速l所以這類機械串級調速系統屬于恒功率調

16、所以這類機械串級調速系統屬于恒功率調速，其特點是系統在低速時能夠產生較大速，其特點是系統在低速時能夠產生較大的轉矩輸出，因而適用于一些需要低速大的轉矩輸出，因而適用于一些需要低速大轉矩傳動的場合，如螺紋鋼線材軋機。而轉矩傳動的場合，如螺紋鋼線材軋機。而前述的電氣串級調速系統則為恒轉矩調速，前述的電氣串級調速系統則為恒轉矩調速，因為其輸出的機械功率與電動機的轉速成因為其輸出的機械功率與電動機的轉速成正比。正比。*7.3 異步電動機串級調速時的機械特性異步電動機串級調速時的機械特性本節提要n概述n異步電動機串級調速機械特性的特征n異步電動機串級調速時的轉子整流電路n異步電動機串級調速機械特性方程式

17、*7.3.1 異步電動機串級調速機械特性的特征異步電動機串級調速機械特性的特征1. 理想空載轉速n在異步電動機轉子回路串電阻調速時，其理想空載轉速就是其同步轉速，而且恒定不變，調速時機械特性變軟，調速性能差。轉子電路內串聯對稱電阻時的人為機械特性在串級調速系統中，電動機的極對數與在串級調速系統中，電動機的極對數與旋轉磁場轉速都不變，同步轉速也是恒旋轉磁場轉速都不變，同步轉速也是恒定的，但是它的理想空載轉速卻能夠連定的，但是它的理想空載轉速卻能夠連續平滑地調節。續平滑地調節。 當系統在理想空載狀態下運行時（Id = 0），轉子直流回路的電壓平衡方程式變成 cos22001TrUKEsK其中，s0

18、 異步電動機在串級調速時對應于某一 角的理想空載轉差率，并取 K1 = K2，則 cos020rTEUs (7-6)RIUKsEKdTrcos2201(7-5) 理想空載轉速方程由此可得相應的理想空載轉速 n0 為： (7-7)2T0101r0cos(1)(1)UnnsnE式中式中 n n1 1 異步電動機的同步轉速。異步電動機的同步轉速。 特性分析n從式（7-6）和式（7-7）可知，在串級調在串級調速時，理想空載轉速與同步轉速是不同的速時，理想空載轉速與同步轉速是不同的。當改變逆變角 時，理想空載轉差率和理想空載轉速都相應改變。n由式（7-5）還可看出，在不同的 角下，異步電動機串級調速時的

19、機械特性是近似平行的，其工作段類似于直流電動機變壓調速的機械特性。 2機械特性的斜率與最大轉矩 串級調速時，轉子回路中接入了串級調速裝置（包括兩套整流裝置、平波電抗器、逆變變壓器等），實際上相當于在電動機轉子回路中接入了一定數量的等效電阻和電抗，它們的影響在任何轉速下都存在。 由于轉子回路電阻的影響，異步電動機串級調速時的機械特性比其固有特性要軟得多。 轉子回路電阻的影響n當電機在最高速的特性上 （ = 90）帶額定負載，也難以達到其額定轉速。n整流電路換相重疊角將加大，并產生強迫延遲導通現象，使串級調速時的最大電磁轉矩比電動機在正常接線時的最大轉矩有明顯的降低。 這樣，串級調速時的機械特性便

20、如圖7-7所示。 串級調速時的機械特性圖圖7-6 異步電動機串級調速時的機械特性a) 大電機 b)小電機 從圖7-5中可以看出，異步電動機相當于轉子整流器的供電電源。如果把電動機定子看成是整流變壓器的一次側，則轉子繞組相當于二次側，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中分析整流電路的一些結論來研究串級調速時的轉子整流電路。 但是，兩者之間還存在著一些顯著的差異，主要是： *7.3.2 異步電動機串級調速時的轉子整流電路異步電動機串級調速時的轉子整流電路（1）一般整流變壓器輸入輸出的頻率是一樣的，而異步電動機轉子繞組感應電動勢的幅值與頻率都是變化的，隨電機轉速的改變而變化；

21、 （2）異步電動機折算到轉子側的漏抗值也與轉子頻率或轉差率有關；（3）由于異步電動機折算到轉子側的漏抗值較大，所以出現的換相重疊現象比一般整流電路嚴重，從而在負載較大時會引起整流器件的強迫延遲換相現象。 整流電路的不同點 22212222sXf Lf L sX s 轉子轉動時的漏電抗轉子轉動時的漏電抗X2s，等于轉子不動時的漏電抗，等于轉子不動時的漏電抗X2與轉差率與轉差率s的乘積的乘積222212224.444.44sWmWmEf N ksf N kE s轉子轉動時的感應電動勢轉子轉動時的感應電動勢E2s，等于轉子不動時的感應電動勢，等于轉子不動時的感應電動勢E2與轉差率與轉差率s的乘積。的

22、乘積。如果轉子轉動，有效值如果轉子轉動，有效值 E E2s2s為為1. 轉子整流電路圖7-8 轉子整流電路 2. 電路分析n假設條件：（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）忽略電動機勵磁阻抗的影響。 n 換相重疊現象 設電動機在某一轉差率下穩定運行，轉子三相的感應電動勢為 era、erb、erc。當各整流器件依次導通時，必有器件間的換相過程，這時處于換相中的兩相電動勢同時起作用，產生換相重疊壓降，如下圖所示。 換相重疊波形換相重疊壓降換相重疊角 根據電力電子技術中介紹的理論，換相重換相重疊角疊角為n 換相

23、重疊角0rdD0r0dD0621arccos621arccosEIXsEIsX（7-8） 其中 XD0 s = 1時折算到轉子側的電動機定子和轉子每相漏抗。3.3 變壓器漏感對整流電路的影響變壓器漏感對整流電路的影響 電路形式電路形式單相全波單相全波單相全控橋單相全控橋三相半波三相半波三相全控橋三相全控橋m脈波整流電路脈波整流電路 dU)cos(cosdBIXdB2IXdB23IXdB3IXdB2ImX2Bd2UXI2Bd22UXI2dB62UIX2dB62UIXmUXIsin22Bd注：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； 三相橋等效為相電壓等于 的6脈波整流電

24、路，故其m=6，相電壓按 代入。23U23U表3-2 各種整流電路換相壓降和換相重疊角的計算 由式（7-8）可知，換相重疊角隨著整流電流 Id 的增大而增加。n當 Id 較小， 在0 60之間時，整流電路中各整流器件都在對應相電壓波形的自然換相點處換流，整流波形正常。0rdD0r0dD0621arccos621arccosEIXsEIsX（7-8） n當電流 Id 增大到按式（7-8）計算出來的 角大于60時，器件在自然換相點處未能結束換流，從而迫使本該在自然換相點換流的器件推遲換流，出現了強迫延遲換相強迫延遲換相現象現象，所延遲的角度稱作強迫延時換相角強迫延時換相角 p 。 由此可見，串級調

25、速時的異步電動機轉子整流電路有兩種正常工作狀態。 n 轉子整流電路的工作狀態 （1）第一種工作狀態的特征是 0 60， p = 0 此時，轉子整流電路處于正常的不可控整流工作狀態，可稱之為第一工作區。（2）第二種工作狀態的特征是 = 60， 0 p 30 這時，由于強迫延遲換相的作用，使得整流電路好似處于可控的整流工作狀態， p 角相當于整流器件的控制角，這一狀態稱作第二工作區。 轉子整流電路的工作狀態（續） （3）當 = 30時，整流電路中會出現4個器件同時導通，形成共陽極組和共陰極組器件雙換流的重疊現象，此后 p 保持為30，而 角繼續增大，整流電路處于第三種工作狀態，這是一種非正常的故障

26、狀態。 轉子整流電流與 、p 間的函數關系 圖7-8 轉子整流電路的 = f ( Id )， p = f ( Id )n 轉子整流電路的電流和電壓 l可以直接引用可控整流電路的有關分析式，表達轉子整流可以直接引用可控整流電路的有關分析式，表達轉子整流電路的電流和電壓。電路的電流和電壓。r0dppD06coscos()2EIX(7-9) 上式中上式中l當當 p = 0， = 0 60時表示轉子整流電路工作在第一工時表示轉子整流電路工作在第一工作區。作區。l當當 0 p 30， = 60時表示轉子整流電路工作在第時表示轉子整流電路工作在第二工作區，此時可進一步表示為二工作區，此時可進一步表示為)6

27、sin(26)cos(cos26p0D0rppD0r0dXEXEIn 串級調速時轉子整流電路的電壓式中 RD = sRs + Rr 為折算到轉子側的電動機定子和轉子每相等效電阻，包括線路電阻和器件導通壓降。 D0dr0pdDd32.34cos2sXUsEIR I(7-10)*7.3.3 異步電動機串級調速機械特性方程式異步電動機串級調速機械特性方程式 圖79 a)串級調速系統主電路 1. 電路結構2. 系統的穩態電路方程n轉子整流電路的輸出電壓為n逆變器直流側電壓n電壓平衡方程)23(cos34. 2D0Ddp0rdRsXIsEU(7-11)23(cos34. 2TTd2TiRXIUU(7-1

28、2)(7-13)LdidRIUU以上三式中 RL直流平波電抗器的電阻； XT 折算到二次側的逆變變壓器每相等效漏抗，XT = XT 1 + XT 2 。 RT 折算到二次側的逆變變壓器每相等效電阻，RT = RT 1 + RT 2 。 圖79 b)串級調速系統等效電路)23(cos34. 2D0Ddp0rdRsXIsEU)23(cos34. 2TTd2TiRXIUULdidRIUU(7-11)(7-12)(7-13)3. 轉差率與轉速方程 解式（711）式（713），可以得到用轉差率表示的方程式d0Dp0rLDTTd2T3cos34. 2)223(cos34. 2IXERRRXIUs（7-14

29、） 轉速特性方程 將 s = (n0 n ) / n0代入上式，得到串級調速時的轉速特性為D0Tr0pT2dTDL0r0pD0 d332.34(coscos)(22)32.34cossXXEUIRRRnnEXI(7-15) 如令p = 0，則式（7-15）就表示系統在第一工作區的轉速特性。 等號右邊分子中的第一項是轉子直流回路的直流電壓 )coscos(34. 22Tp0rUEU（7-16） D0Tr0pT2dTDL0r0pD0d332.34(coscos)(22)32.34cossXXEUIRRRnnEXI0d0D0d0d0Dp0rE33cos34. 2nIXUnIXEC)(1dERIUCn

30、 引入電動勢系數 CE ，使 LDTT0D2233RRRXXR其中， （7-17） （7-18） n注意： 在直流調速系統中，電動勢系數 Ce 是常數，但在串級調速系統中，在串級調速系統中，CE是負載電流的函是負載電流的函數，它是使轉速特性成為非線性的重要因數，它是使轉速特性成為非線性的重要因素素，故兩個符號的下角不同，以示區別。兩種轉速特性的比較n式（7-18）表明，異步電動機串級調速系統與直流它勵電動機的轉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的調速特性。 n在直流調速系統中，須直接改變電壓 U；而在異步電動機串級調速系統中，它是通過改變式（7-16）第二項中的控制角 來實現

31、的。)(1dERIUCn（7-18） )coscos(34. 22Tp0rUEU（7-16） 兩種轉速特性的比較（續）n在串級調速系統中總電阻 R 較大，系統的調速特性較軟；對于p 0 的第二工作區，計及p 的影響，在同一逆變角 下的電壓更小，相當于也發生變化，因而調速特性更軟。)coscos(34. 22Tp0rUEU（7-16） 4. 電磁轉矩方程 n轉差功率轉差功率 可以從轉子整流電路的功率傳遞關系入手，暫且忽略轉子銅耗，則轉子整流器的輸出功率就是電動機的轉差功率 dd0Dp0rs)3cos34. 2(IIsXsEPn 電磁轉矩公式而電磁功率 Pm = Ps /s，因此電磁轉矩為dd0D

32、p0r00s0me)3cos34. 2(1IIXEsPPTdMd0d0D0d3ICIIXU（7-19） 0 理想空載機械角轉速rad/s ；CM 串級調速系統的轉矩系數， 式中 因為，)3(1d0D0d0MIXUC它也是電流 Id 的函數。EM30CC（7-20） 可見， CM 和 CE的關系與直流他勵電動機中Cm 和 Ce的關系完全一致。d0D0dE03UXICn由于0 =2n0 /60，所以 （7-17） 5. 串級調速的機械特性方程 當串級調速系統在第一工作區運行時， p= 0 ，代入式（7-19），再令 dTe/dt = 0，可求出電磁轉矩的計算最電磁轉矩的計算最大值大值Te1m，經過

33、數學推導得第一工作區的機械特性方程式第一工作區的機械特性方程式： D0er0pdd031(2.34cos)XTEII（7-19） 24m111m1e1messssTT(7-21)n第一工作區的機械特性方程式 24m111m1e1messssTT(7-21)s1m = s1m- s10 在給定 值下，從理想空載到計算最大轉矩點的轉差率增量； s1 = s- s10 在相應的 值下，由負載引起的轉差率增量式中 s10 相應 值下的理想空載轉差率；s1m 對應于計算最大轉矩Te1m的臨界轉差率：322320DLDTT10m1XRRRXss(7-22)Te1m 系統在第一工作區的“計算最大轉矩”。 由

34、于在異步電動機串級調速時，負載增大到一定程度，必然會出現轉子整流器的強迫延遲換相現象，也就是說，系統必然會進入第二工作區。而 Te1m 是在 p= 0 的條件下由式（7-19）求得的，它只表示若系統能繼續保持第一工作狀態將會達到的最大轉矩。當系統進入 第二工作區后， Te1m 實際是不存在的，故稱之為“第一工作區的計算最大轉矩”。n第二工作區的機械特性方程式 (7-23)2cos4m222m2p2e1messssTTs2m = s2m- s20 計及強迫延時換相，對應于某一p 值時的轉差率增量； s2 = s- s20 在給定 與p值下，由負載引起的轉差率增量;式中 s20相應 與 p 值下的

35、理想空載轉差率：p0r2T20coscosEUs322320DLDTT20m2XRRRXss(7-24)而S2m并不表示在第二工作區對應實際最大轉矩的轉差率，只是數學推導過程中的一個量而已，目的是讓兩個工作區的表達式形式一致，便于工程計算。 n注意： 在用式（7-23）計算第二工作區的一段機械特性時，等號左邊分母中仍用Te1m ，這是為了使第一、二工作區的機械特性計算公式盡量一致，不要誤解為第二工作區的最大轉矩就是Te1m ，它具有另外一個最大轉矩Te2m 。 2cos4m222m2p2e1messssTT(7-23)n 幾種最大轉矩的關系和計算 從異步電動機的銘牌數據可計算出額定轉矩TeN和

36、正常運行時的最大轉矩Tem 。 對串級調速系統來說，有實用意義的是第一工作區的計算最大轉矩 Te1m 和第二工第二工作區真正的最大轉矩作區真正的最大轉矩 Te2m （可證明，Te2m 對應于p= 15）。還有第一、二工作區交界的轉矩值，稱作交接轉矩稱作交接轉矩 Te1-2 。 可得41955. 0eme1mTT827. 0eme2mTT716. 0em2e1TT（7-25） （7-26） （7-27） 式（7-26）說明，異步電動機串級調速異步電動機串級調速時所能產生的最大轉矩比正常接線時減少時所能產生的最大轉矩比正常接線時減少了了17.3%，這在選用電機時必須注意。 6. 異步電動機串級調速

37、時的機械特性 圖7-11 異步電動機串級調速時的機械特性 返回目錄返回目錄s20*7.4 串級調速系統的技術經濟指標串級調速系統的技術經濟指標 l串級調速系統的效率串級調速系統的效率l串級調速系統的功率因數串級調速系統的功率因數l串級調速裝置的電壓和容量串級調速裝置的電壓和容量l在串級調速時（圖7-12a），Ps未被全部消耗掉，而是扣除了轉子銅損 PCur、雜散損耗 Ps 和附加的串級調速裝置損耗 Ptan 后通過轉子整流器與逆變器返回電網，這部分返回電網的功率稱作回饋功率 Pf 。l對整個串級調速系統來說，它從電網吸收的凈有功功率應為 Pin = P1 Pf 。 *7.4.1 串級調速系統的

38、效率串級調速系統的效率圖7-12 串級調速系統效率分析a)系統的功率傳遞 b)系統的功率流程圖 n 串級調速系統功率流程 n 串級調速系統效率及比較l串級調速系統的總效率 %100%100f1mechmechin2schPPpPPP%100)1()1(tanmechmmechmpppsPpsP(7-28)式中 p 是異步電動機定子和轉子內的總損耗； ptan 附加的串級調速傳動裝置損耗 。 在串級調速系統中，當電動機的轉速降低時，如果負載轉矩不變， p 和 ptan 都基本不變，式（7-28）分子和分母中的項隨著s的增大而同時減少，對值的影響并不太大。 mmechschmmechtan(1)1

39、00%(1)PspPsppp (7-28) 轉子回路串電阻調速的效率 當電動機轉子回路串電阻調速時，調速系統的效率是mmech2R1mmech(1)100%=100%(1)PspPPPspp其中，Pm(1- s) 項隨s 的變化和串級調速時一樣，而所串電阻越大時，pCus 越大，p 也越大，因而效率 R 越低，幾乎是隨著轉速的降低而成比例地減少。 l 效率的比較p串級調速系統的總效率是比較高的，且當電動機轉速降低時，sch 的減少并不多。p而繞線轉子異步電動機轉子回路串電阻調速時的效率幾乎隨轉速的降低而成比例地減少。圖7-13 電氣串級調速系統與轉子串電阻調速系統 = f (s) 的比較 *7

40、.4.2 串級調速系統的功率因數及其改善途徑串級調速系統的功率因數及其改善途徑 串級調速系統的功率因數與系統所用的異步電動機、不可控整流器和逆變器三大部分有關：l異步電動機本身的功率因數就會隨著負載的減輕而下降；l轉子整流器的換相重迭和強迫延遲導通等作用都會通過電機從電網吸收換相無功功率；l逆變器的相控作用使其電流與電壓不同相，也要消耗無功功率。n 串級調速系統的功率因數 在串級調速系統中，從交流電網吸收的總有功功率是電動機吸收的有功功率與逆變器回饋至電網的有功功率之差，然而從交流電網吸收的總無功功率卻是電動機和逆變器所吸收的無功功率之和（見圖7-12），因此，串級調速系統總功率因數可用下式表

41、示。 功率因數計算公式 s 系統總的視在功率；Q1 電動機從電網吸收的無功功率；Qf 逆變變壓器從電網吸收的無功功率。2f12f1f1insch)()(cosQQPPPPSP式中(7-29) 功率因數范圍p一般串級調速系統在高速運行時的功率因數為0.60.65，比正常接線時電動機的功率因數減少0.1左右；p在低速時可降到0.40.5（對調速范圍為2的系統）。這是串級調速系統的主要缺點。l對于寬調速的串級調速系統，隨著轉差率對于寬調速的串級調速系統，隨著轉差率的增大，系統的功率因數還要下降，這是的增大，系統的功率因數還要下降，這是串級調速系統能否被推廣應用的關鍵問題串級調速系統能否被推廣應用的關鍵問題之一。之一。l常用的方法是增加靜止無功補償裝置電常用的方法是增加靜止無功補償裝置電力電容器，采用無功就地補償來解決。力電容器，采用無功就地補償來解決。*7.4.2 串級調速裝置的電壓和容量串級調速裝置的電壓和容量 串級調速裝置是指整個串級調速系統中除異步電動機以外為實現串級調速而附加的所有功率部件，包括轉子整流器、逆變器和逆變變壓器。從經濟角度出發，必須正確合理地選擇這些附加設備的電壓和容量，以提高整個調速系統的性能價格比。n 整流器和逆變器容量 選擇主要依據其電流與電壓的定額。l電流定額決定于異步電動