绕线转子异步电机双馈调速系统
《交流调速系统》课后习题答案
《交流调速系统》课后习题答案第 5 章 闭环控制的异步电动机变压调速系统5-1 异步电动机从定子传入转子的电磁功率m P 中，有一部分是与转差成正比的转差功率s P ，根据对s P 处理方式的不同，可把交流调速系统分成哪几类？并举例说明。
答：从能量转换的角度上看，转差功率是否增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调速系统 效率高低的标志。
从这点出发，可以把异步电机的调速系统分成三类 。
1）转差功率消耗型调速系统：这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中，降电压调速、转差离合器调速、转子串电阻调速都属于这一类。
在三类异步电机调速系统中，这类系统的效率最低，而且越到低速时效率越低，它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降低的（恒转矩负载时）。
可是这类系统结构简单，设备成本最低，所以还有一定的应用价值。
2）转差功率馈送型调速系统：在这类系统中，除转子铜损外，大部分转差功率在转子侧通 过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率越多，绕线电机串级调速或双馈电机调速属于这一类。
无论是馈出还是馈入的转差功率，扣除变流装置本身的损耗后，最终都转化成 有用的功率，因此这类系统的效率较高，但要增加一些设备。
3）转差功率不变型调速系统：在这类系统中，转差功率只有转子铜损，而且无论转速高低，转差功率基本不变，因此效率更高，变极对数调速、变压变频调速属于此类。
其中变极对数 调速是有级的，应用场合有限。
只有变压变频调速应用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统，取代直流调速；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。
5-2 有一台三相四极异步电动机，其额定容量为5.5kW ，频率为50Hz ，在某一情况下运行，自定子方面输入的功率为6.32kW ，定子铜损耗为341W ，转子铜损耗为237.5W ，铁心损耗为167.5W ，机械损耗为45W ，附加损耗为29W ，试绘出该电动机的功率流程图，注明各项功率或损耗的值，并计算在这一运行情况下该电动机的效率、转差率和转速。
异步电机双馈调速工作原理
异步电机双馈调速工作原理首先，异步电机双馈调速的基本工作原理是通过降低转子电压的频率来调整转子的转速。
根据电机的转子电压等于输入电压减去转子电流的电压降，通过降低转子电压的频率，可以实现转子转速的调整。
具体来说，通过改变额外绕组的电压和频率，调整电机的转子电压和转速。
当降低转子电压的频率时，转子电流的幅值减小，转子电力降低，转子的转速也随之降低。
反之，当增加转子电压的频率时，转子电流的幅值增加，转子电力增加，转子的转速也随之增加。
其次，异步电机双馈调速还包括电流均分控制。
电流均分控制是指通过调整额外绕组的电压和频率，使额外绕组的电流分布均匀，使得转子的各个绕组受到的转矩相等。
通常情况下，额外绕组的电流分布不均匀，可能导致转子产生额定转矩以下的转矩。
电流均分控制可以通过调整额外绕组的电压和频率，使得额外绕组的电流分布均匀，从而实现转矩均分，提高电机的工作效率。
最后，异步电机双馈调速还涉及到转矩控制。
转矩控制是指在转速调整的同时，实现对电机输出转矩的控制。
通过改变额外绕组的电压和频率，可以调整转子的电磁转矩大小。
一般来说，转子电压越大，额外绕组电压越大，电磁转矩也越大。
通过控制额外绕组的电压和频率，可以实现对电机输出转矩的控制，使电机能够适应不同负载条件下的需要。
需要注意的是，异步电机双馈调速需要额外安装绕组和调速装置，相比于普通的异步电机，成本和复杂度都会有相应的增加。
但由于其实现了转速和转矩的调控，使得电机能够适应不同负载条件和工作需求，广泛应用于风力发电、轨道交通等领域，成为现代工业中常见的调速技术之一综上所述，异步电机双馈调速的工作原理包括转子电压降频调整、电流均分控制和转矩控制三个方面。
通过调整额外绕组的电压和频率，可以实现电机的转速和转矩的调节，从而适应不同工况和需求。
这项技术的应用在现代工业中具有重要的意义，可以提高电机的工作效率和稳定性，减少能源的消耗。
(完整word版)《交流调速系统》课后习题答案
《交流调速系统》课后习题答案第 5 章 闭环控制的异步电动机变压调速系统5-1 异步电动机从定子传入转子的电磁功率m P 中，有一部分是与转差成正比的转差功率s P ，根据对s P 处理方式的不同，可把交流调速系统分成哪几类？并举例说明。
答：从能量转换的角度上看，转差功率是否增大，是消耗掉还是得到回收，是评价调速系统 效率高低的标志。
从这点出发，可以把异步电机的调速系统分成三类 。
1）转差功率消耗型调速系统：这种类型的全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中，降电压调速、转差离合器调速、转子串电阻调速都属于这一类。
在三类异步电机调速系统中，这类系统的效率最低，而且越到低速时效率越低，它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降低的（恒转矩负载时）。
可是这类系统结构简单，设备成本最低，所以还有一定的应用价值。
2）转差功率馈送型调速系统：在这类系统中，除转子铜损外，大部分转差功率在转子侧通 过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率越多，绕线电机串级调速或双馈电机调速属于这一类。
无论是馈出还是馈入的转差功率，扣除变流装置本身的损耗后，最终都转化成 有用的功率，因此这类系统的效率较高，但要增加一些设备。
3）转差功率不变型调速系统：在这类系统中，转差功率只有转子铜损，而且无论转速高低，转差功率基本不变，因此效率更高，变极对数调速、变压变频调速属于此类。
其中变极对数 调速是有级的，应用场合有限。
只有变压变频调速应用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统，取代直流调速；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。
5-2 有一台三相四极异步电动机，其额定容量为5.5kW ，频率为50Hz ，在某一情况下运行，自定子方面输入的功率为6.32kW ，定子铜损耗为341W ，转子铜损耗为237.5W ，铁心损耗为167.5W ，机械损耗为45W ，附加损耗为29W ，试绘出该电动机的功率流程图，注明各项功率或损耗的值，并计算在这一运行情况下该电动机的效率、转差率和转速。
21双馈调速原理
运动控制系统专题报告说明书题目：绕线式异步电动机双馈调速系统专业班级：电气自动化03班学号：姓名：指导教师：成绩：2014年6月16日至6月30日一．双馈调速原理双馈调速理论是从串级调速理论发展而来，针对串级调速系统不能实现能量的双向流动和功率因素低的缺点进行了改进。
两者所使用的原理是相同的，即利用在电机转子上附加电势实现电机的速度调节。
只不过串级调速系统只能实现与电机感应电势反方向的附加电势，而双馈调速系统要实现附加电势的频率、幅值、相位的完全控制。
1．1附加电势的种类根据异步电动机的特性，从转予电流表达式：可以看出，在转子电流，，基本不变的情况下，改变转子侧外加电压玑，可以改变转差率S 。
这就是为什么附加电势能够调节电机转速的原因，因此对电机转速的控制问题就变成了对外加电压U ，的控制问题。
异步电动机的外加电压矢量U ，有三种典型方向可以使用 (1)U 2与转子感应电势E 20s 同相 (2)U 2与转子感应电势E 20s 反相 (3U 2超前转子感应电势姬，E 20s 90度其中，与转子感应电势E 20s 同相和反相的外加电压U2的作用是使电机转速升高和降低，超前转子感应电势 E 20s 90度的外加电压U2的作用是改善电机定子侧功率因数。
在实际控制时，外加电压的相位可以是以上两种典型方向的矢量合成，但必须保证外加电压与转子感应电势频率相同。
下面用图示的方法说明各种附加电势对系统的影响：(1)异步电动机正常运行时的矢量关系如图1．1(a)所示。
其中忽略异步电动机的定子阻抗z 1后有.1U ≈-.1E =.2sE 电机定子电流.m .2.1I I I -+=电机定子、转子的功率因数角分别为α,β。
(2)附加电势与转U2与转子感应电势E 20s 同相时的矢量关系如图1．1(b)所示。
由于电网电压没有变化，迫使电机转子合成电势的折算值.2sE保持不变，即满足.2..22.ESUsE+=随着附加电势折算值U2的增大，系统新的转差率S会随之减小，即电机转速升高。
绕线转子异步电动机双馈调速系统
此时功率变换单元CU得组成如图7-3a所示,其中 CU1就是整流器,CU2就是有源逆变器。对于工况4 和5,电动机转子要从电网吸收功率,必须用一台变 频器与转子相连,其结构如图7-3b,CU2工作在可控 整流状态,CU1工作在逆变状态。
Er sEr0
(7-1)
式中s ——异步电动机得转差率;
Er0 ——绕线型异步电动机转子开路相电动势, 也就就是转子开路额定相电压值。
7、1、1 绕线转子异步电动机 转子附加电动势得作用
图7-1 绕线型异步电动机转子附加电动势得原理图
转子相电流
在转子短路情况பைடு நூலகம்,转子相电流得表达式为
Ir
sEr0 Rr2 (sX r0 )2
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,才得到更好得应用。
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,她 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。
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交
11
7、1、2 绕线转子异步电动 机双馈调速得五种工况
在绕线型异步电动机转子侧引入一个可控得附加 电动势并改变其幅值,就可以实现对电动机转速 得调节。
可控附加电动势得引入必然在转子侧形成功率得 传送,既可以把转子侧得转差功率传输到与之相 连得交流电源或外电路中去,也可以就是从外面 吸收功率到转子中来。
7、2、1串级调速系统得工作原 理
双馈与绕线转子异步电机
双馈发电机与绕线式异步发电机
双馈发电机与绕线式异步发电机基本没差别，应该说原理、结构二者基本相同，两种叫法。
准确讲，双馈发电机是绕线式异步发电机的一种特殊型式，主要针对的用途稍有不同。
双馈发电机都是转子侧采用变频器供电，常规的绕线式异步发电机则在转子侧接入电阻调节速度，这样因为变频器供电具谐波和高频冲击，所以电机本体设计时双馈发电机会比规绕线式异步发电机更多考虑绝缘和增大电感加强滤波效，而且由于变频器具有一定的电压等级，为了充分利用变频器容量，所以设计双馈发电机的转子电压要和变频器匹配，一般来说，双馈发电机比常规绕线式异步发电机设计的更高些，例如用风电双馈电机转电压690V般规绕线式异步发电机300伏。
本质上，二者没什么大的差别，主要应用场合的区别，导致在某些小地方有一定的变化。
双馈发电机与绕线转式异步电机有着完全相同的结构，所以一般称双馈发机为异步发电机。
但事实上，双馈发电机转在外部励磁情况下是一种同步发电机，因此，其正确的名称应该交流励磁的同步发电机，虽然转子的机械转动来是异步的，但磁场是同步的，而一般所说同步发电机无论机械转速还是磁场都同步的，这是不同点。
绕线电机双馈转子变频调速系统在矿井提升机中的应用
研 发 和 制 造 能 力 ， 进 煤 炭 产 业 升级 。 ” 为 高 耗 能 的矿 山大 型 促 作 机 电设 备 应 成 为优 先 考 虑 的 节 能对 象 。
Ｔｌ
１ 问题 的提 出
目前 ，多数现有的矿井提升机 ９ ％左右是绕线异步 电机提 ｏ 升系统 ， ７ ％采用高能耗的转子串电阻调速方式 ， 且 ０ 这种方式结 构及控制方式均简单 ，可在一定程度上满足提升系统的运行要 求， 但存 在的突 出问题却不容忽视 ： 一是 电机转差功率全部消耗 于转子电阻网路 中 ，而提 升机有较 长时间运 行在低速重载的工 况下 ， 时转差功率非常大 ， 此 这就造 成了巨大的能源浪费 。二是 系统调速模式 为有级调速 ， 切换 冲击电流大 。 运行平稳性 差 ， 安 全性低 。三是系统发热严重 ， 工作环境恶劣。四是系统 占地面积 大， 设备维护量大 。因此 ， 引入 矿井 交流提升机双馈转子变频调 速 系统 ， 以节能 、 色、 绿 先进为鲜明特征 ， 为矿 山提 升系统提供有 重要竞争力的国产装备 ， 具有巨大的经济效益和社会效益 。
稳定直流 电压的同时 ，可对网侧功率 数和谐波进行 调节和补 偿， 使系统对电网造成 的影响可忽略不计。
（ ）全 数 字转 子 变频 矢 量 控 制 系 统 采 用 完 全 自主研 发 的 高 ４
护齐全 、 动作灵敏 ， 故障判断 准确 ， 障率低 ， 故 自动化程 度高 。
投入新系统后 ，比使用老 系统具 有明显 的经济效 益和社会
（ ） 回路 采用 “ ２主 背靠 背” 的双三 电平交一 直一 交结 构 ， 其
的； 利用上位机实 现提升系统监 视 、 断 。 通过局域 网连接实 诊 并
矿井绕线提升机双馈转子变频调速系统的研究
●
前 端 的变频 器 相 比 ， 方 便 地 实 现 了变 频 器 能 量 的双 向 流动 。
｛
． ＿ ～． Biblioteka ｛ ． ● 图 １ 三 电平 背 靠 背 主 回路 拓 扑 结 构 示 意 图
● ●
在实 现能量 双 向流动 的同 时可 获得 比两 电平 结 构 ． ＿ 优 异 的多 的性 能指 标。 ， 在 相 同 的输 出 电压 等 级 的情 况 所谓 “ 双馈 ” ， 就 是 指 把 绕线 转 子 异 步 电动 机 的 定 二极管 箝 位 三 电平 结 构 功 率 器 件 的 电压 等 级 仅 为 子绕 组和 转子绕 组分 别与 交 流 电 网或其 他 含 电动 势 的 下 ， ¨ 两 电平 的一半 ， 大大 减轻 降 低 了功 率 器件 和 电机 绝 ㈠ 一 々 ｌ ｌ ～ ＿ ｌ ＿ ＿ ； ． ＿ ． ． Ｉ ＝ 电路 相连 接 ， 使 它 们 可 以 进 行 电 功率 的 相 互 传 递 。异 ｜ ＿ 一 ＿ １ ． 了， 缘 承受 的 电压 应 力 ， 减 小 了 变 频 器 系 统 的 电 磁 干 扰 步 电动机 由电 网供 电并 以 电动 状 态 运 行 时 ， 它 蜒从 电 网 （ Ｅ ＭＩ ） ， 在获 取 相 同 的 系统 指 标 的 同 时二 极 管 箝 位 三 输人 （ 馈人 ） 电功率 ， 而在其 轴上 输 出机 械 功率 给负 载 ， — 蚶 ＿ １ ． ＝ ． ， 脑 电平仅需 ｌｌ 两 电平 开关 频 率 的一 半 ， 这 就 减 小 系统 的 开 以拖动 负载运 行 ； 当 电机 以发 电状 态运 行 时 ， 它 被拖 着 关 损耗 ， 同时背靠背 拓扑 利 于 功率 系 统结 构 化设 计 ， 利 运转 ， 从 轴上输 入机 械功 率 ， 经 机 电能 量 变换 后 以 电功 ． Ⅲ ＿ 二 ， — ： Ｉ － ＇ 叶 ●． １ 于维护 ， 使 系统可靠 性 大大增 强 。 ． １ １ 率 的形 式从 定子侧 输 出 （ 馈 出） 到 电网 。 为了使 变频 器 具 有 优 良 的技 术 性 能 ， 需 要 与之 相 在 双馈 调速工 作 时 ， 将定 、 转 子三 相 绕组 分 别接 人 两 个独 立 的三相对 称 电源 ： 定 子 绕 组接 入 ５ ０ Ｈ ｚ的工频 配合 的控制 方法 。交 流 电动机 需 要输 入 三 相 正 弦 电流 从 而 电源 ； 转 子绕 组 接 人 频 率 、 幅值 、 相 位 都 可 以按 照要 求 的最终 目的是 在 电动 机 空 间形 成 圆形 旋 转 磁 场 ， 把 逆 变 器 进 行调 节 的 交 流 电源 ， 采 用 交一 直一 交 变 频 器 给转 子 产生 恒定 的 电磁 转 矩 。 如果 对 准 这 一 目标 ， 和交 流 电动机 视 为 一 体 ， 按 照 跟 踪 圆 形 旋 转 磁 场 来 控 绕 组供 电。 制逆 变器 的工作 ， 效果 应该 更 好 ， 这 种控 制 方 法称 作 磁 ３ 双 三 电 平 变 频 器 链跟 踪控 制 ， 磁链 的轨 迹 是 交 替 使 用 不 同 的 电压 空 间 在进行 双馈 调速 系统 的设 计 时 采用 背 靠 背双 三 电 矢量 得到 的 ， 所 以又 称 “ 电压 空 间矢 量 Ｐ ＷＭ（ Ｓ Ｖ Ｐ ＷＭ， 平 的拓扑结 构 ， 如图 １ 所 示 。鉴 于 矿 井 提 升 机 双 馈 调 ｐ ａ ｃ ｅ Ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ Ｐ ＷＭ） 控制 ” 。 速 系统 的实 际需 要 ， 系统 采 用 了三 电平 整 流 器 作 为 有 Ｓ
电机节能技术改造项目案例-绕线转子无刷双馈电机及变频控制系统2019年
绕线转子无刷双馈电机及变频控制系统
技术适用范围
适用于电机节能技术改造项目。
技术原理及工艺
无刷双馈电机是一种由两套三相不同极对数定子绕组和一套闭合、无电刷和滑环装置的转子构成的新型交流感应电机。
两套定子绕组分别称为功率绕组和控制绕组，转子采用特殊绕线转子结构。
基本原理是经过特殊设计的转子使两套定子绕组产生不同极对数的旋转磁场间接相互作用，并能对其相互作用进行控制来实现能量传递；既能作为电动机运行，也能作为发电机运行，兼有异步电机和同步电机的特点。
改变控制绕组的连接方式及其供电电源电压和电流的幅值、相位以及频率能实现无刷双馈电机的多种运行方式。
技术原理图如下：
技术指标
（1）节电率30~60％；
（2）效率高于96％；
（3）调速范围20~300％；
（4）功率因素85~99％；
（5）噪音低于95dB；
（6）控制精度1％。
技术功能特性
（1）低压变频器实现高压电机变频调速：小容量低压
变频系统控制高压大功率电机运行，实现变频调速节能。
谐波量小，变频控制系统的功率仅占总功率的 1/3~1/2，节电率为 30~60%；
（2）取消了电刷和滑环，提高了系统整体运行的可靠
性和安全性；
（3）变速恒频发电：用作发电机，可进行变速恒频发电；
（4）基本免维护，高效可靠低成本，占地面积小，无须高压系统的运行维护条件，没有复杂的冷却系统。
应用案例
中国石化武汉分公司循环水泵无刷双馈同步电动机节能改造项目。
技术提供单位为金路达有限公司。
异步机双馈调速系统的仿真研究与实现的开题报告
异步机双馈调速系统的仿真研究与实现的开题报告一、选题依据随着发电技术的不断发展，双馈发电机作为一种新型发电机，已经被广泛应用于风电、水电等领域。
双馈发电机具有旋转变压器等特殊的电气特性，可通过调节电气参数控制电机转矩与功率因数之间的关系，提高发电机的稳定性和效率。
而异步机双馈调速系统在双馈发电机的控制中则起到至关重要的作用，是实现双馈发电机高效稳定运行的关键控制技术。
目前，国内外关于异步机双馈调速系统的研究主要集中于理论分析和实验研究，而缺少对其进行全面系统的仿真研究的相关资料。
针对这一问题，本课题将通过建立异步机双馈调速系统的仿真模型，对其电气特性进行分析和优化，为提高双馈发电机的输出效率和性能水平提供理论支持。
二、研究目的和意义1. 确定异步机双馈调速系统的关键参数，分析其对发电机性能的影响。
2. 建立异步机双馈调速系统的仿真模型，对其稳态电气特性进行分析和优化。
3. 通过仿真结果，优化双馈发电机的控制策略，提高电机的稳定性和效率。
4. 为双馈发电机的研究和应用提供理论支持和技术指导。
三、研究内容本课题主要研究内容包括：1. 异步机双馈调速系统的基本原理和电气特性分析。
2. 建立异步机双馈调速系统的仿真模型，确定系统的关键参数和参考值。
3. 分析电机转矩、速度、功率的变化规律，评估系统的性能指标。
4. 优化系统控制策略，改进电机的控制性能和运行效率。
5. 基于仿真结果，对异步机双馈调速系统的优化和改进提出建议。
四、研究方法本课题主要采用以下方法进行研究：1. 理论分析法：通过分析双馈发电机的基本结构和电气特性，建立数学模型，探究系统的电气特性变化规律和影响因素。
2. 计算机仿真法：采用Matlab/Simulink软件建立异步机双馈调速系统的仿真模型，模拟系统运行过程，评估系统的性能指标和控制策略。
3. 实验研究法：通过实验平台对模型仿真结果进行验证，并对仿真所得结果进行分析和改进。
五、研究进度安排1. 第一阶段（1月-2月）：完成文献调研，制定研究计划和方案，确定仿真系统的基本框架和参数设置。
双馈电机调速
双馈电机调速科学技术的迅猛发展，人类社会已进入到一个飞速发展的时期，能源、材料、信息的发展在其中起到了举足轻重的作用。
纵观人类历史文明的每次进步与更迭都与能源与材料的开发应用密切相关。
中国是世界最大的发展中国家,同时也是世界第二大能源消费国, 正确认识中国能源消费状况与能源消费结构,实现能源、经济和社会之间的协调发展,是中国所面临和必须解决的重要课题。
上世纪70年代,石油危机给工业国家的经济带来了沉重的打击,这大大促进了全球范围内对可再生能源的开发及节能技术的研究。
尤其是近年来,随着石油价格的节节攀升,世界上许多国家一方面把可再生能源作为常规矿物能源的一种补充、替代能源，将可再生能源作为其能源发展战略的重要组成部分，另一方面积极开发和推广低功耗、高效率的节能技术。
作为世界上第二大能源消费国，我国一直把节能减排当成一个重要的战略来选择，并在十一五规划中提出了具体的目标和要求。
电能是能量的一种形式。
与其它形式的能源相比，电能具有明显的优越性，它适于大量生产、集中管理、远距离传输和自动控制。
故电能在工农业及人类生活中获得广泛的应用。
作为与电能生产、输送和应用有关的能量转换装置——电机，在电力工业、工矿企业、农业、交通运输业、国防、科学文化及日常生活等方面都是十分重要的设备。
目前，风机、水泵等机械设备的耗电量几占整个工业耗电量的一半，众所周知，采用变频调速技术后，风机和泵类负载可节约大量电能，平均30%左右。
因此开发高效率的交流调速系统，经济地利用好这一部分电能，对应对当前能源紧张和实践国家节能要求都有着很好的现实意义。
交流调速系统的应用与成熟是与电力电子技术，微电子技术以及控制技术的发展密切相关的。
20世纪上半页，鉴于直流拖动系统优越的调速性能，高性能可调速拖动都采用直流电动机，而当时约占电力拖动容量80%以上的不变速拖动都采用交流电动机，这种分工在一定的时间内已成为一种公认的格局。
那时，交流调速系统的多种方案虽然已经问世，并已获得应用，但其性能却始终不能与直流调速系统相匹敌。
电力拖动课件及其课后题答案
• 变压调速系统的特点 异步电机闭环变压调速系统不同于直流 电机闭环变压调速系统的地方是：静特性 左右两边都有极限，不能无限延长，它们 是额定电压 UsN 下的机械特性和最小输出 电压Usmin下的机械特性。 当负载变化时，如果电压调节到极限值， 闭环系统便失去控制能力，系统的工作点 只能沿着极限开环特性变化。
（4）近似动态结构框图
∆TL ∆U1 3np ω1R2
+
∆TM
-
np Js
2U1AsA
-
∆ω
3npU 21A ω12 R’2
图7-12 异步电机微偏线性化的近似动态结构框图
（5）异步电机的近似线性化传递函数 于是，异步电机的近似线性化传递函数为
3np ω R ' 2U1A sA ∆ω ( s ) 1 2 WMA ( s ) = = 2 3npU1A ∆U1 ( s ) J s+ 2 ' ω1 R2 np 2 sAω1 K MA U1A = = 2 ' Jω1 R2 Tm s + 1 s +1 2 2 3npU1A
后者相当于忽略异步电机的漏感电磁惯 性。在此条件下
TM ≈ 3np
ω1 R
' 2
U s
2 1
（7-4）
这是在上述条件下异步电机近似的线性 机械特性。
（2）稳态工作点计算 设A为近似线性机械特性上的一个稳态工作 点，则在A点上
TMA ≈ 3n 3np
ω1 R
' 2
U s
2 1A A
（7-5）
在A点附近有微小偏差时，TM= TMA+∆TM ， U1 = U1A + ∆U1 ，而 s = s1 + ∆s，代入式（7-4） 得
绕线转子异步电动机的串级调速系统
s
串电阻调速可通过分析转子回路电流来认识其调速的物 理过程 异步电动机电磁转矩的物理表达式
M
nT
3~
T CTm I 2 cos 2
I2
电磁转矩T只与转子回路中的有功电流 成正比
I 2T I 2 cos 2
R 绕线转子异步电动机转子回路串电阻调速
a)电路图
1 b)机械特性 0 TL T
E2s
输出 E add 有功功率
5
电机达到超同步 速的新稳态工作 点
由正转变成反转
反向串联
6.1 串级调速的原理与类型（续3）
3．附加电势获得的方法
~
M A TI E 2S VR i2 U do U i VI
控制系统
次同步速串级调速系统主电路 附加电势吸收电机转子送来的转差功率 Ps 这部份能量可通过有源逆变送回电 网
~
MA
TG
Ld Id
R Ld R1
n f T | 1
Ud 0 2.34s0 E20
Ui 0 2.34U2T cos 1
S
0
U cos 1 s0 | 1 2T E20 空载时I d 0
1
下的人为机
Ud
Ui
+ 负载
+ -
U i0
U d 0 Ui 0
S0=0 90
15
6.2 次同步速串级调速系统（续4）
1．能量传递关系
四.串调系统的能量传递关系与效率
a)
Pin
P1
Pm
pCu 2 pFe Ps PF P1 Pm
Pmec
pCu 2 ps p
P2 pmec
电力拖动课后习题答案
1.交流调速系统按转差功率的处理方式可分为三种类型 （1）转差功率消耗型 （2）转差功率不变型 （3）转差功率馈送型2.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。
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（视电机的工况而定），故称作双馈电机。
可认为是在转子绕组回路中附加一个交流电动势。
３基本原理：（e r T I ∝）异步电机运行时其转子相电动势为式中 s — 异步电机的转差率； r0E — 绕线转子异步电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转子相电流的表达式为式中 R r —时的转子绕组每相漏抗。
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。
r I =1）E add 与 E r 同相 当 E add ↑ 转速上升 2）当E add ↓ 转速下降 同理，反相时若减小串入的反相附加电动势，则可使电动机的转速升高，反之转速降低。
４.异步电机双馈调速的五种工况 （11n ns n -=） 由于转子电动势与电流的频率随转速变化，即 f 2 = s f 1 ，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。
P m —从电机定子传入转子（或由转子传出给定子）的电磁功率； sP m —输入或输出转子电路的功率，即转差功率；(1-s )P m —电机轴上输出或输入的功率。
1)电机在次同步转速下作电动运行 条件:转子侧每相加上与 E r0 同相或反向的附加电动势E add ，并把转子三相回路连通 电动运行 定子侧输入功率，轴上输出机械功率 0 < s < 1 m P 0> m sP 0> m (1s)P 0->r r sE E =r I =1r0add s E E +↑r I →↑e T →↑()n s →↑↓'add0r 2add 0r 1E E s E E s +=+21s s >1r0add s E E +↓r I →↓e T →↓()n s →↓↑'add0r 2add 0r 1E E s E E s +=+12s s <m m m )1(P s sP P -+=2)电机在反转时作倒拉制动运行 条件：轴上带有位能性恒转矩负载（这是进入倒拉制动运行的必要条件），转子回路叠加反向的 E add 。
切换型异步电动机双馈调速系统
切换型异步电动机双馈调速系统马小亮【摘要】常规双馈调速系统(DFM)用接于转子侧的小功率低电压变频器调节大功率高电压绕线异步电动机转速,但调速范围窄.介绍的切换型双馈调速系统(SDFM)保留了DFM所有优点,且可扩宽调速范围,实现零至最高速的恒转矩调速.它把整个调速范围分成高速和低速两段,高速段定子接电网,按DFM工作,低速段定子离网,改接直流励磁电源或三相短接,电机变成一台定、转子功能互换的同步电动机或异步电动机.由于技术相近,已掌握双馈风力发电技术的企业开发该系统很容易.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2016(046)001【总页数】5页(P10-14)【关键词】切换型双馈调速系统;宽调速范围;恒转矩;直流励磁;定子短接【作者】马小亮【作者单位】天津电气科学研究院有限公司,天津300180【正文语种】中文【中图分类】TM343绕线异步电动机的双馈调速（DFM），又称转子侧变频调速，已有很长历史，特别是近年来随双馈风力发电技术的推广应用它更为人们熟悉。
在双馈调速系统中，电机定子绕组接电网，转子绕组接变频器，通过改变变频器的输出电压和频率实现调速。
由于流过变频器的功率是异步电机的转差功率，因此变频器的功率等于最大工作转差功率smaxPm.N（smax为最大工作转差率，Pm.N为电机额定功率），调速范围越窄变频器容量越小，例如若只要求转速在额定转速的±30%内变化，则变频器功率仅为电机额定功率的30%，用小功率变频器调节大功率电机转速是双馈调速的最大优点。
除此之外，双馈调速还有下述优点：1）用较低电压的变频器调节6 kV，10 kV或更高电压的电机转速。
变频器额定输出电压按调速时最大转差对应的转子电压选取，等于smaxVro（Vro为堵转时的转子电压），绕线异步电动机的Vro小于定子电压，加之smax小，变频器电压远低于定子电压。
若某6 kV电动机，Vro=1 140 V，smax=0.3，则smaxVro=342 V，选用380 V低压变频器就能满足该6 kV电动机的调速要求。
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Er 与 Eadd 同相
当 Eadd ，
Ir
sE r 0 Eadd Rr (sX r 0 )
2 2
s1 Er 0 Eadd I r Te n s
转速上升；
转子附加电动势的作用（续）
当 Eadd ，
Ir
sE r 0 Eadd Rr (sX r 0 )
工作条件： 转子侧每相加以附加电动势-Eadd ，转子电流Ir将 减小，从而使电动机减速，进入新的稳态工作。
Ir sE r 0 Eadd Rr ( sX r 0 )
2 2
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。
s n
0 n1
交流调速系统按转差功率的分类（续）
（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。
前面已分别讨论了转差功率消耗型和不变型 两种调速方法，本章将讨论转差功率回馈型调 速方法。
5.1 异步电机双馈调速工作原理
Ir sE r 0 Eadd
2
Rr ( sX r 0 )
2
运行工况
电机定子侧输出功率给电网，电机成为 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。电机的功率关系为
Pm (1 s) Pm s Pm
功率流程
s n
SP
0 n1
P
Pm
(1 S ) P
SP
Pm sPm (1 s) Pm
功率流程
s n
SP
1 2n1
P
Pm
(1 S ) P
SP
CU
0
n1
0
-Te
c） 超同步速回馈制动状态
4. 电机在超同步转速下作电动运行
工作条件：
设电机原已在 0 < s < 1 作电动运行，轴上 拖动恒转矩的反抗性负载。
如转子侧串入了同相的附加电动势+Eadd， 电机将加速到s < 0的新的稳态下工作，即电机 在超过其同步转速下稳定运行。
双馈调速的功率传输
（1）转差功率输出状态
P1
M 3~
Pmech
Ps
PCU
（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。
P1
M 3~
Pmech
Ps
PCU
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
工作条件： 进入这种运行状态的必要条件是有位能性 机械外力作用在电机轴上。
此时，如果处于发电状态运行的电机转子
回路再串入一个附加电动势 +Eadd ，电机将在
比未串入 +Eadd 时的转速更高的状态下作回馈
制，s <
0，电机功率由负载通过电机
轴输入，经过机电能量变换 分别从电机定子侧与转子侧 馈送至电网。此时式（5-4） 可改写成
系统组成
图5-5 电气串级调速系统原理图
功率变换单元
UR — 三相不可控整流装置，将异步电机 转子相电动势 sEr0 整流为直流电压 Ud 。 UI — 三相可控整流装置，工作在有源逆变 状态：
可提供可调的直流电压 Ui ，作为电机调速所 需的附加直流电动势； 可将转差功率变换成交流功率，回馈到交流电 网。
势调速的关键就是在转子侧串入一个可变频、可变幅 的交流电压。
对于只用于次同步电动状态的情况来说，比较方
便的办法是将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。
对直流附加电动势的技术要求
首先，它应该是可平滑调节的，以满足对电动 机转速平滑调节的要求；
2 2
使得：
s1 Er 0 Eadd I r Te n s
转速下降；
转子附加电动势的作用（续）
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。
结
论
串级调速系统能够靠调节逆变角 实现平 滑无级调速 系统能把异步电动机的转差功率回馈给交 流电网，从而使扣除装置损耗后的转差功 率得到有效利用，大大提高了调速系统的 效率。
风力发电技术
风力发电技术是目前开发最成熟和商业化运作最 成功的新能源技术，在我国有广阔的发展前景。
近几年，我国风电发展速度惊人，风电装机容量 以每年翻一番的势头迅猛增长。有关专家认为， 中国拥有全球最大的风电市场，在短短的几年时 间内，国内就诞生了数十家风电机组制造企业。
运行工况：
电机的轴上输出功率由定子侧与转子侧两部分
输入功率合成，电机处于定、转子双输入状态，
其输出功率超过额定功率，式（5-4）改写成
P sPm (1 s) P m m
s n
功率流程
1 2n1
SP
P
Pm
(1 S ) P
SP
0 n1
CU
Te
0
d） 超同步速电动状态
5. 电机在次同步转速下作回馈制动运行
a）转子输出功率的工况
~
M 3~
TI
CU1
sEr0
CU2
图5-4 异步电机转子侧连接的功率变换单元
b）转子输入功率的工况
~
M 3~
TI
PCU1
sEr0
PCU2
返回目录
图5-4 异步电机转子侧连接的功率变换单元
5.3 异步电机在次同步电动状态下的 双馈系统——串级调速系统
基本思路
如前所述，在异步电机转子回路中附加交流电动
风力发电技术
齿轮箱可以将很低的风轮转速( 1 500 kW的风 机通常为12~22 r/min) 变为很高的发电机转 速。同时也使得发电机易于控制 , 实现稳定的频 率和电压输出。 风机的控制系统要根据风速、风向对系统加以控 制，在稳定的电压和频率下运行，自动地并网和 脱网；同时监视齿轮箱、发电机的运行温度，液 压系统的油压， 对出现的任何异常进行报警， 必要时自动停机。
风力发电技术
最简单的风力发电机可由叶轮和 发电机两部分构成， 立在一定高 度的塔干上，这即是小型离网风 机。 最初的风力发电机发出的电能随 风变化, 时有时无，电压和频率不 稳定。为了解决这些问题，现代 风机增加了齿轮箱、偏航系统、 液压系统、刹车系统、电力电子 和控制系统等。
风力发电系统
其次，从节能的角度看，希望产生附加直流电 动势的装置能够吸收从异步电动机转子侧传递 来的转差功率并加以利用。
系统方案
根据以上两点要求，较好的方案是采用工作在 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5-4a中所示 的功率变换单元PCU2。 按照上述原理组成的异步电机在低于同步转速 下作电动状态运行的双馈调速系统如图5-5所示， 习惯上称之为电气串级调速系统。
Ps
双馈调速的基本结构 电网 从电路拓 扑结构上看， 可认为是在
K1
M
K2 TI
转子绕组回
路中附加一 个交流电动 势。
3~
功率变换单元
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 = s f1 ，因此必须通过功率变换单元 （Power Converter Unit—PCU）对不同频率 的电功率进行电能变换。 对于双馈系统来说，PCU应该由双向变频 器构成，以实现功率的双向传递。
Er sEr 0
(5-1)
式中
s — 异步电动机的转差率；
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。
转子相电流的表达式为：
sE r 0 R (sX r 0 )
2 r 2
Ir
(5-2)
式中 Rr — 转子绕组每相电阻；
Xr0 — s = 1时的转子绕组每相漏抗。
所谓“双馈”，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。 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。
绕线转子异步电动机
P1
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。
5.2 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
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 sPm (1 s) P m m
转子附加电动势
~
引入可控的交 流附加电动势
M 3~
Er sEr 0
Ir
~ ~ ~
Eadd
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。
Ir sE r 0 Eadd Rr (sX r 0 )