电力拖动自动控制系统课件

电力拖动自动控制系统 —运动控制系 统

第 7章

绕线转子异步电动机 双馈调速系统

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。

绕线转子异步电动机双馈调速系统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。 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。

绕线转子异步电动机双馈调速系统―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。

内 容 提 要绕线型异步电动机双馈调速工作原理 绕线型异步电动机串级调速系统 串级调速的机械特性 串级调速系统的技术经济指标 双闭环控制的串级调速系统 串级调速系统的起动方式 绕线转子异步风力发电机组

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

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

异步电动机运行时其转子相电动势为 (7-1) Er sEr 0 式中 s ——异步电动机的转差率；

相电动势，也就是转子开路额定相电压值。

E r 0——绕线型异步电动机转子开路

转子相电流在转子短路情况下，转子相电流的表达式为

Ir

sEr 0 R ( sX r 0 )2 r 2

(7-2)

式中 Rr ——转子绕组每相电阻； X r 0—— s 1 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， Ir 转子电流 会在外接电阻上产生一个交流 电压 ，这一交流电压与转子电流有着相 UR 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。

转子附加电动势的作用

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U R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 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 sEr 0随 之增大，转子电流 I r 也逐渐增大，直至转 s2 ( s1 ) 时，转子电流又恢复到 差率增大到 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 (s2 s1 ) :

s1Er 0 R (s1 X r 0 )2 r 2

Ir

s2 Er 0 Eadd R (s2 X r 0 )2 r 2

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，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( f 2 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。