2-4 绕线式异步电动机的调速

1、2-4 绕线式异步电动机的调速绕线式异步电动机的调速 绕线式异步电动机：转子绕组可以通过滑环绕线式异步电动机：转子绕组可以通过滑环及电刷与外部进行电的联系及电刷与外部进行电的联系 绕线式异步电动机调速方式比鼠笼式异步电绕线式异步电动机调速方式比鼠笼式异步电动机更加灵活动机更加灵活: 除了变频和定子调压调速外，更可通过直除了变频和定子调压调速外，更可通过直接控制转子回路内的滑差功率实现转子串电阻调接控制转子回路内的滑差功率实现转子串电阻调速、转子斩波变阻调速、串级调速和双馈调速等速、转子斩波变阻调速、串级调速和双馈调速等多种调速方式。多种调速方式。 而且由于变流装置设置在转子侧，要处理而且由于变

2、流装置设置在转子侧，要处理的仅是滑差功率而不是全部的电磁功率，因而具的仅是滑差功率而不是全部的电磁功率，因而具有调速装置容量小、投资省的显著特点，在各类有调速装置容量小、投资省的显著特点，在各类调速方式中颇具特色。调速方式中颇具特色。一、绕线式异步电动机变滑差调速的本质一、绕线式异步电动机变滑差调速的本质绕线式异步电动机功率关系绕线式异步电动机功率关系: 当电机拖动恒转当电机拖动恒转矩负载运行时，电磁矩负载运行时，电磁功率功率PM 基本为一恒基本为一恒值值 变滑差调速的变滑差调速的本质本质就就 是改变滑差是改变滑差功率功率Ps的消耗的消耗 Ps越大，越大，s越大，越大，n越小越小二、转子串电阻

3、调速二、转子串电阻调速:在绕线式异步电机转子回路在绕线式异步电机转子回路外接三相附加电阻外接三相附加电阻Rf转矩一滑差曲线转矩一滑差曲线(T-s曲线曲线)：负载转矩恒定时，负载转矩恒定时， Rf越越大，大，n越小越小 在电机的正常负载变化范围内，当电源电压在电机的正常负载变化范围内，当电源电压一定时主磁通一定时主磁通M基本上是定值，转子电流基本上是定值，转子电流I2可可以维持在它的额定值工作以维持在它的额定值工作 根据转子电流公式根据转子电流公式:22222222222)()(xsrrExsrEIfN可得：可得：常数srrsrfN22显然，串的电显然，串的电阻越大，阻越大，S越大，越大，n越小

4、越小转子回路的功率因数：转子回路的功率因数：常数22222222222)()(cosxsrrsrrxsrsrffNN1emMTP电磁功率：电磁功率：电磁转矩：电磁转矩：22cosICTMTem斩波变阻的方式可实现转子串电阻调速的无级调速斩波变阻的方式可实现转子串电阻调速的无级调速转子三相绕组经滑环接至整流桥，将三相交流电变转子三相绕组经滑环接至整流桥，将三相交流电变为直流，施加到一个受斩波器控制的单个外接电阻为直流，施加到一个受斩波器控制的单个外接电阻上。当斩波器开路时，上。当斩波器开路时， 接入转子回路；当斩波器导接入转子回路；当斩波器导通时，通时， 被短路，等效阻值为零。改变斩波器的占空被

5、短路，等效阻值为零。改变斩波器的占空比，可使外接电阻的等效阻值从零至比，可使外接电阻的等效阻值从零至Rf无级变化。无级变化。 转子串电阻调速是一种转子串电阻调速是一种耗能耗能的调速方式，的调速方式，恒转矩负载恒转矩负载时采用这种调速方法是时采用这种调速方法是不适宜不适宜的。的。 但是对于但是对于负载转矩随转速平方变化负载转矩随转速平方变化的风机、的风机、水泵类负载还是水泵类负载还是有着调速节能的应用前景有着调速节能的应用前景，特，特别是转子斩波变阻调速方式由于方法简单、价别是转子斩波变阻调速方式由于方法简单、价格低廉、可靠性高，在格低廉、可靠性高，在500kW以下的中、小容以下的中、小容量机组

6、中仍不失为一种可以考虑的实用方案。量机组中仍不失为一种可以考虑的实用方案。三、串级调速系统三、串级调速系统 绕线式异步电绕线式异步电动机串级调速的基动机串级调速的基本思想就是在转子本思想就是在转子回路中串入一个与回路中串入一个与转子同频的附加电转子同频的附加电势势Ef ，取代串电阻，取代串电阻调速中的外接电阻调速中的外接电阻Rf ，进行滑差功率，进行滑差功率的吸收或补充，实的吸收或补充，实现速度的调节现速度的调节 如果如果Ef 和和I2的相位相反，则附加电势吸收电功的相位相反，则附加电势吸收电功率，其作用和外加电阻相似，增加这个电势，电率，其作用和外加电阻相似，增加这个电势，电机滑差增大、转速

7、降低。机滑差增大、转速降低。 如果如果Ef 和和I2的相位相同，增加这个电势，补偿的相位相同，增加这个电势，补偿了部分甚至全部转子电阻固有损耗，电机滑差减了部分甚至全部转子电阻固有损耗，电机滑差减小、转速升高。小、转速升高。 习惯上将前一种称为习惯上将前一种称为亚同步串级调速亚同步串级调速，后一，后一种称为种称为超同步串级调速超同步串级调速。 超同步串级调速需要从定子及转子侧均馈入超同步串级调速需要从定子及转子侧均馈入电功率才能在同步转速以上作电动运行，常称为电功率才能在同步转速以上作电动运行，常称为双馈调速系统双馈调速系统。晶闸管亚同步串级调速系统晶闸管亚同步串级调速系统1、不控整流器决定了

8、滑差功率流动方向只能是从电、不控整流器决定了滑差功率流动方向只能是从电机转子到电网机转子到电网(附加电势只能吸收功率，附加电势增附加电势只能吸收功率，附加电势增大，滑差增大大，滑差增大)2、通过改变有源逆变器中移相角、通过改变有源逆变器中移相角以改变直流回路以改变直流回路电压电压U 的大小，从而改变与其相联系的异步电机转的大小，从而改变与其相联系的异步电机转子附加电势子附加电势Ef ，以达到调节电机转速的目的。，以达到调节电机转速的目的。 串级调速系统的机械特性串级调速系统的机械特性与直流电机的特性颇为相似，与直流电机的特性颇为相似，几乎是一簇平行下斜的直线几乎是一簇平行下斜的直线 在一定的负

9、载在一定的负载Id下改变逆下改变逆变角可以实现调速，而变角可以实现调速，而在保在保持一定时，电机的转速随负持一定时，电机的转速随负载增大而下降，特性较软。载增大而下降，特性较软。 所以除了一些对调速精度所以除了一些对调速精度要求不高、调速范围不大的要求不高、调速范围不大的场合，例如风机、水泵的调场合，例如风机、水泵的调速可以采用开环控制以外，速可以采用开环控制以外，一般需要采用带速度反馈和一般需要采用带速度反馈和电流反馈的电流反馈的双闭环双闭环调速系统。调速系统。双闭环双闭环控制串控制串级调速级调速系统系统晶闸管亚同步串级调速系统的主要缺点是晶闸管亚同步串级调速系统的主要缺点是功率因数低功率因

10、数低。造成晶闸管亚同步串级调速系统功率因数低的造成晶闸管亚同步串级调速系统功率因数低的原因原因：(1) 逆变器晶闸管换流需要落后的感性无功电流逆变器晶闸管换流需要落后的感性无功电流(2) 电机转子电势很低，工作在低频状态下的不控电机转子电势很低，工作在低频状态下的不控整流器元件存在严重的换流重迭现象换流重迭角整流器元件存在严重的换流重迭现象换流重迭角很大。很大。(3) 逆变器晶闸管采用移相触发控制，造成电压、逆变器晶闸管采用移相触发控制，造成电压、电流波形非正弦畸变，各类谐波无功的存在恶化电流波形非正弦畸变，各类谐波无功的存在恶化了系统功率因数。了系统功率因数。要改善晶闸管亚同步串级调速系统的

11、功率因数，要改善晶闸管亚同步串级调速系统的功率因数，最主要的是最主要的是减少有源逆变器对无功的需求减少有源逆变器对无功的需求，这可，这可从两方面采取措施：从两方面采取措施：(1) 改变晶闸管的换流方式，由电网电压自然换流改变晶闸管的换流方式，由电网电压自然换流改为电容强迫换流，使有源逆变电路不仅无需感改为电容强迫换流，使有源逆变电路不仅无需感性无功，甚至可以产生感性无功，进一步还可补性无功，甚至可以产生感性无功，进一步还可补偿异步电机的无功需要。为此，必须采用高功率偿异步电机的无功需要。为此，必须采用高功率因数的串级调速装置。因数的串级调速装置。(2) 可以采用改变逆变变压器抽头来变化变压器可

12、以采用改变逆变变压器抽头来变化变压器次级电压，以满足小逆变角下工作的条件，或者次级电压，以满足小逆变角下工作的条件，或者采用两个逆变器的纵续联接替代一大容量逆变器采用两个逆变器的纵续联接替代一大容量逆变器(3) 另外还可在转子直流回路中加入斩波器调压另外还可在转子直流回路中加入斩波器调压以缩小逆变角变化范围的改善功率因数方案以缩小逆变角变化范围的改善功率因数方案四、双馈调速系统四、双馈调速系统逆变逆变整流整流调节调节1或或2均可改变电均可改变电机的转速。机的转速。由于超同步电动运行时由于超同步电动运行时II桥工作在可控整流状桥工作在可控整流状态，保持较小的移相角态，保持较小的移相角2可以提高系

13、统的功率可以提高系统的功率因数，因数，故一般常采用变故一般常采用变化桥化桥I的移相角的移相角1来调速。来调速。要实现双馈调速运行，要求变流装置能把电网的要实现双馈调速运行，要求变流装置能把电网的工频电流变成与转子感应电势同频率的交流电流工频电流变成与转子感应电势同频率的交流电流送入电机的转子绕组。因此，送入电机的转子绕组。因此，在中、小功率系统在中、小功率系统中采用异步电机中采用异步电机交交-直直-交变频调速交变频调速系统，其中的系统，其中的转子侧变流器必须采用强迫换流或自关断功率器转子侧变流器必须采用强迫换流或自关断功率器件。件。大功率双馈调速系统大功率双馈调速系统则多采用则多采用交交-交变频器交变频器，其优点是变流器在电网其优点是变流器在电网 侧可利用电网电侧可利用电网电压自然换流，转子侧可利用转子感应电势实现换压自然换流，转子侧可利用转子感应电势实现换流，避开了强迫换流引发的系列问题。流，避开了强迫换流引发的系列问题。与亚同步串级调速系统相比，双馈调速系统具与亚同步串级调速系统相比，双馈调速系统具有以下优点：有以下优点：(1) 在相同的额定功率和调速范围条件下，由于在相同的额定功率和调速范围条件下，由于双馈调速系统可以在同步转速上、下运行，转双馈调速系统可以在同步转速上、下运行，转子回路中设置的调速装置容量要比亚同步串级子回路中设置的调速