7.1 异步电机双馈调速工作原理

绕线转子异步电机双馈调速系统——转差功率馈送型调速系统

7.1 异步电机双馈调速工作原理

本节提要

概述

异步电机转子附加电动势的作用

一、概述

转差功率的利用

众所周知，作为异步电动机，必然有转差功率，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. 但要利用转差功率，就必须使异步电动机的转子绕组有与外界实现电气联接的条件，显然笼型电动机难以胜任，只有绕线转子电动机才能做到.

绕线转子异步电动机

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。

绕线转子异步电动机转子串电阻调速

根据电机理论，改变转子电路的串接电阻，可以改变电机的转速。转子串电阻调速的原理如图所示，调速过程中，转差功率完全消耗在转子电阻上。

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。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。

双馈调速的基本结构

如上图所示，在双馈调速工作时，除了电机定子侧与交流电网直接连接外，转子侧也要与交流电网或外接电动势相连，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。

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，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。

对于双馈系统来说，CU应该由双向变频器构成，以实现功率的双向传递。

双馈调速的功率传输

（1）转差功率输出状态

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；

（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.

二、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

Er = sEr0

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：

式中 Rr —转子绕组每相电阻;

Xr0 — s = 1时的转子绕组每相漏抗

转子附加电动势

绕线转子异步电动机转子附加电动势的原理图

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。

有附加电动势时的转子相电流：

如图7-1所示，绕线转子异步电动机在外接附加电动势时，转子回路的相电流表达式

转子附加电动势的作用

1. Er 与 Eadd 同相

当Eadd ↑ ，

s1Er0 + Eadd ↑→ I r ↑→ Te ↑→ n ↑→ s ↓

使得：

这里：

s1 > s2 转速上升；

转子附加电动势的作用（续）

当Eadd ↓ ，

s1Er0 + Eadd ↓→ I r ↓→ Te ↓→ n ↓→ s ↑

使得：

这里：

s1 < s2 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。