第7章绕线转子异步电动机双馈调速系统.ppt

电力拖动自动控制系统 —运动控制系统 绕线转子异步电动机双馈调速系统 转差功率是人们在研究异步电动机调速方法时所关心的问题，因为节约电能也是异步电动机调速的主要目的之一。作为异步电动机，必然有转差功率，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。 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。 绕线转子异步电动机双馈调速系统 对于绕线型异步电动机，定、转子电路可以同时与外电路相连，转差功率可以从转子输出，也可以向转子馈入，故称作双馈调速系统。 “双馈”的一个特点是转差功率可以回馈到电网，也可以由电网馈入。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，则要视电动机的工况而定。 绕线转子异步电动机双馈调速方法早在20世纪30年代就已被提出，到了60~70年代，当可控电力电子器件出现以后，才得到更好的应用。 7.1 绕线转子异步电动机双馈调速工作原理 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。 在双馈调速工作时，绕线型异步电动机定子侧与交流电网直接连接，转子侧与交流电源或外接电动势相连，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，通过控制附加电动势的幅值，实现绕线型异步电动机的调速。 7.1.1 绕线转子异步电动机转子附加电动势的作用 异步电动机运行时其转子相电动势为 (7-1) 式中s ——异步电动机的转差率； 7.1.1 绕线转子异步电动机转子附加电动势的作用 图7-1 绕线型异步电动机转子附加电动势的原理图 转子相电流 在转子短路情况下，转子相电流的表达式为 （7-2） 式中 ——转子绕组每相电阻； —— 时的转子绕组每相漏抗。 串电阻调速 在绕线转子异步电动机转子串电阻调速时，转子电流Ir会在外接电阻上产生一个交流电压UR 这一交流电压与转子电流有着相同的频率和相位，调速时产生的转差功率被消耗在外接电阻上。 如果在转子绕组回路中引入一个可控的交流附加电动势Eadd来代替外接电阻，附加电动势的幅值和频率与交流电压UR相同，相位与转子电动势 Er相反（如图7-1所示），则它对转子电流的作用与外接电阻是相同的，附加电动势将会吸收原先消耗在外接电阻上的转差功率。 转子附加电动势的原理图 图7-1 绕线型异步电动机转子附加电动势的原理图 转子附加电动势的作用 引入附加电动势后，电动机转子回路的合成电动势减小了，转子电流和电磁转矩也相应减小，由于负载转矩未变，电动机必然减速，因而s增大，转子电动势Er=sEr0随之增大，转子电流Ir也逐渐增大，直至转差率增大到s2(s1)时，转子电流Ir又恢复到负载所需的值，电动机便进入新的较低转速的稳定状态。 转子附加电动势的作用 此时，未串入附加电动势和串入附加电动势后的转子电流相等 : 而减小Eadd则可使电动机的转速升高。所以在绕线型异步电动机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。 7.1.2 绕线转子异步电动机双馈调速的五种工况 在绕线型异步电动机转子侧引入一个可控的附加电动势并改变其幅值，就可以实现对电动机转速的调节。 可控附加电动势的引入必然在转子侧形成功率的传送，既可以把转子侧的转差功率传输到与之相连的交流电源或外电路中去，也可以是从外面吸收功率到转子中来。 从功率传送的角度看，可以认为是用控制异步电动机转子中转差功率的大小与流向来实现对电动机转速的调节。 7.1.2 绕线转子异步电动机双馈调速的五种工况 考虑到电动机转子电动势与转子电流的频率在不同转速下有不同的数值(f2=sf1)，其值与交流电网的频率往往不一致，所以不能把电动机的转子直接与交流电网相连，而必须通过一个中间环节。 这个中间环节除了有功率传递作用外，还应具有对不同频率的电功率进行变换的功能，故称为功率变换单元（Power Converter Unit，简称CU），见图7-2。 图7-2 绕线型异步电动机在转子附加电动势时的工况及其功率流程 a)次同步速电动状态 b)反转倒拉制动状态 c)超同步速回馈制动状态 d)超同步速电动状态 e)次同步速回馈制动状态 CU——功率变换单元 忽略机械和杂散损耗时，异步电动机的功率关系为 （7-4） Pm——电动机定子传入转子的电磁功率， sPm ——包括转子损耗的转子电路输入功率，即转差功率，