串级调速系统的工作原理
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7.2绕线转子异步电动机串级调 速系统
? 在异步电动机转子回路中附加交流电动势调速的关 键就是在转子侧串入一个可变频、可变幅的附加电 动势 。怎样才能获得这样的附加电动势呢？
A
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7.2.1串级调速系统的工作原理
?对于转子侧输出转差功率 的情况来说，比较方便 的办法是，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 。这样，就把交流变压变频这一复杂 问题，转化为与频率无关的直流变压问题，对问 题的分析与工程实现都更加容易。
A
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7.2.1串级调速系统的工作原理
?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 ；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。
?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 7-3a中所示的功率变
换单元 CU2 。
A
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图7-4 电气串级调速系统原理图
A
4
串级调速系统的工作原理
?系统在稳定工作时，必有 Ud> Ui。
由图7-4可以写出整流后的直流回路电压平衡方程
? 或式：UKd 1
?U
sEr 0
i ? IdR
? K2U T 2
cos
? IdR
(7-5)
式者中都，是K三1、相K桥2 —式—电U路R，与则UI的K1电? 压K2整?流2.3系4数；，如两
A
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串级调速系统的工作原理
? 从 率上s，式而②中与可电以I d动看机出转，子U交d中流包电含流了Ir电之动间机有的固转定差的 比例关系，因此它近似地反映了电动机电磁转矩 的大小，而 β角是控制变量。所以该式可以看作
是 表在达串式级调速系统中异。s步?电f动(Id机, ?机)械特性的间接
A
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串级调速系统的工作原理
? 1．起动 异步电动机在静止不动时，其转子电动势为 Er0； 控制逆变角 β，使在起动开始的瞬间， Ud与Ui的差 值能产生足够大的 Id，以满足所需的电磁转矩，但 又不超过允许的电流值，这样电动机就可在一定 的动态转矩下加速起动。
A
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串级调速系统的工作原理
?随着异步电动机转速的增高，其转子电动
势本减恒少定(U，，d ?为必U了须i )维相持应加地速增过大程β角中以动减态小转U矩i值基，
维持
基本恒定。当电动机加速到
所需转速时，不再调整β角，电动机即在
此转速下稳定运行。
A
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串级调速系统的工作原理
?设此时的s=s1， β= β1,则式（7-5）可写作
? K1s1Er 0 ? K2U 2T cos 1 ? I dL R
? 式中 IdL为对应于负载转矩的直流回路电流。
A
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串级调速系统的工作原理
? 2．调速 ? 当 动增机的大转β角速使不β能=β立2>即β1时改，变逆，变所电以压Id将Ui增减大小，，电但磁电
转矩增大，使电动机加速。随着电动机转速的增 高， K1sEr0减少， Id回落，直到新的平衡状态， 电动机在增高了的转速下稳定运行。式中 β2>β1
? ，s2<s1 K1s2 Er 0 ? K2U 2T co 2 ? sI dLR
A
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串级调速系统的工作原理
? 3．停车
? 对于处于低同步转速下运行的双馈调速系统，必 须在异步电动机转子侧输入电功率时才能实现制
动。
?在串级调速系统中与转子连接的是 不可控整流装 置，它只能从电动机转子侧输出电功率，而不可 能向转子输入电功率。因此 串级调速系统没有制
动停车功能 。只能靠减小 β角减小 Id，并依靠负 载阻转矩的作用自由停车。
A
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? 结论：
（1）串级调速系统能够靠调节逆变角 β实现平滑无 级调速。
（2）系统能把绕线型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。
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? 在异步电动机转子回路中附加交流电动势调速的关 键就是在转子侧串入一个可变频、可变幅的附加电 动势 。怎样才能获得这样的附加电动势呢？
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7.2.1串级调速系统的工作原理
?对于转子侧输出转差功率 的情况来说，比较方便 的办法是，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 。这样，就把交流变压变频这一复杂 问题，转化为与频率无关的直流变压问题，对问 题的分析与工程实现都更加容易。
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7.2.1串级调速系统的工作原理
?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 ；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。
?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 7-3a中所示的功率变
换单元 CU2 。
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图7-4 电气串级调速系统原理图
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串级调速系统的工作原理
?系统在稳定工作时，必有 Ud> Ui。
由图7-4可以写出整流后的直流回路电压平衡方程
? 或式：UKd 1
?U
sEr 0
i ? IdR
? K2U T 2
cos
? IdR
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式者中都，是K三1、相K桥2 —式—电U路R，与则UI的K1电? 压K2整?流2.3系4数；，如两
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串级调速系统的工作原理
? 从 率上s，式而②中与可电以I d动看机出转，子U交d中流包电含流了Ir电之动间机有的固转定差的 比例关系，因此它近似地反映了电动机电磁转矩 的大小，而 β角是控制变量。所以该式可以看作
是 表在达串式级调速系统中异。s步?电f动(Id机, ?机)械特性的间接
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串级调速系统的工作原理
? 1．起动 异步电动机在静止不动时，其转子电动势为 Er0； 控制逆变角 β，使在起动开始的瞬间， Ud与Ui的差 值能产生足够大的 Id，以满足所需的电磁转矩，但 又不超过允许的电流值，这样电动机就可在一定 的动态转矩下加速起动。
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串级调速系统的工作原理
?随着异步电动机转速的增高，其转子电动
势本减恒少定(U，，d ?为必U了须i )维相持应加地速增过大程β角中以动减态小转U矩i值基，
维持
基本恒定。当电动机加速到
所需转速时，不再调整β角，电动机即在
此转速下稳定运行。
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串级调速系统的工作原理
?设此时的s=s1， β= β1,则式（7-5）可写作
? K1s1Er 0 ? K2U 2T cos 1 ? I dL R
? 式中 IdL为对应于负载转矩的直流回路电流。
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串级调速系统的工作原理
? 2．调速 ? 当 动增机的大转β角速使不β能=β立2>即β1时改，变逆，变所电以压Id将Ui增减大小，，电但磁电
转矩增大，使电动机加速。随着电动机转速的增 高， K1sEr0减少， Id回落，直到新的平衡状态， 电动机在增高了的转速下稳定运行。式中 β2>β1
? ，s2<s1 K1s2 Er 0 ? K2U 2T co 2 ? sI dLR
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串级调速系统的工作原理
? 3．停车
? 对于处于低同步转速下运行的双馈调速系统，必 须在异步电动机转子侧输入电功率时才能实现制
动。
?在串级调速系统中与转子连接的是 不可控整流装 置，它只能从电动机转子侧输出电功率，而不可 能向转子输入电功率。因此 串级调速系统没有制
动停车功能 。只能靠减小 β角减小 Id，并依靠负 载阻转矩的作用自由停车。
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? 结论：
（1）串级调速系统能够靠调节逆变角 β实现平滑无 级调速。
（2）系统能把绕线型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。
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