第十 交流调压调速及绕线型异步电动机的串级调速.ppt

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第十 交流调压调速及绕线型异步电动机的串级调速

第十章 交流调压调速及绕线型异步电动机的串级调速 一、异步电动机稳态数学模型和调速方法 1. 异步电动机的机械特性 简化等效电路的相电流 异步电动机的电磁转矩(机械特性方程式 ) 当s较大时,忽略分母中s的一次项和零次项 异步电动机的机械特性 三相异步电动机定子每相电动势的有效值 保持电源频率为额定频率,只改变定子电压的调速方法称作调压调速。 由于受电动机绝缘和磁路饱和的限制,定子电压只能降低,不能升高,故又称作降压调速。 1. 异步电动机调压调速的主电路 图10-4 晶闸管交流调压器调速 可调 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。 图10-1 绕线型异步电动机转子附加电动势的原理图 在绕线型异步电动机转子侧引入一个可控的附加电动势 ,附加电动势的幅值和频率与交流电压 相同,相位与转子电动势 相反,改变其幅值,就可以实现对电动机转速的调节。 图10-2 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 图10-3 绕线型异步电动机转子侧连接的功率变换单元 将异步电动机的转子电压先整流成直流电压,然后再引入一个附加的直流电动势,控制此直流附加电动势的幅值,就可以调节异步电动机的转速。 采用工作在有源逆变状态的晶闸管可控整流装置作为产生附加直流电动势的电源,这就形成了图10-3a中所示的功率变换单元CU2。 图10-4 电气串级调速系统原理图 系统在稳定工作时,整流后的直流回路电压平衡方程式: 或 (10-5) 式中, 、 ——UR与UI的电压整流系数 起动 控制逆变角β,使电动机可在一定的动态转矩下加速起动。 调速 当增大β角使β=β2β1,电动机在增高了的转速下稳定运行。 停车 只能靠减小β角减小 ,并依靠负载阻转矩的作用自由停车。 理想空载转速 在串级调速系统中,电动机的极对数与旋转磁场转速都不变,同步转速也是恒定的,但是它的理想空载转速却能够连续平滑地调节。 换相重叠 (1)第一种工作状态的特征是 0 ≤ ? ≤ 60°, ? p = 0 此时,转子整流电路处于正常的不可控整流工作状态。 (2)第二种工作状态的特征是 ? = 60°, 0 ? p 30 ° 这时,由于强迫延迟换相的作用,使得整流电路类似处于可控整流工作状态, ? p 角相当于整流器件的控制角。 (3)第三种工作状态 当 ?p = 30°时,整流电路中会出现4个器件同时导通,形成共阳极组和共阴极组器件双换流的重叠现象,此后 ?p 保持为30°,而 ? 角继续增大,这是一种非正常的故障状态。 转子整流电路的电流和电压 转子整流电路的输出电压为 逆变器直流侧电压 电压平衡方程 转差率 可改写成 第一工作区 串级调速系统的总效率 式中 ∑p 是异步电动机定子和转子内的总损耗; ptan 附加的串级调速传动装置损耗 。 转子回路串电阻调速的效率 S —系统总的视在功率; Q1 —电动机从电网吸收的无功功率; Qf —逆变变压器从电网吸收的无功功率。 逆变变压器的二次侧相电压 图10-13 双闭环控制的串级调速系统 图11-13 所示的系统与直流不可逆双闭环调速系统一样,具有静态稳速与动态恒流的作用。 所不同的是它的控制作用都是通过异步电动机转子回路实现的。 由于串级调速系统的转子整流器是不可控的,系统本身不能产生电气制动作用,减速过程只能靠负载作用自由降速。 为了使串级调速装置不受过电压损坏,将电动机转子先接入电阻或频敏变阻器起动,待转速升高到串级调速系统的设计最低转速时,才把串级调速装置投入运行。 由于这类机械不经常起动,所用的起动电阻等都可按短时工作制选用,容量与体积都较小。从串电阻起动换接到串级调速可以利用对电动机转速的检测或利用时间原则自动控制。 (1) 先合上装置电源总开关S,使逆变器在 ?min 下等待工作。 (2) 然后

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