第十 交流调压调速及绕线型异步电动机的串级调速

1、University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-301第十章第十章 交流调压调速及绕线型异步电动交流调压调速及绕线型异步电动机的串级调速机的串级调速 University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-302 专业技术基础课程。专业技术基础课程。 了解各类电机的基本结构。了解各类电机的基本结构。 理解电机中的能量转换关系。理解电机中的能量转换关系。 掌握

2、电机稳态运行时的分析方法和运行性能。掌握电机稳态运行时的分析方法和运行性能。 理解电机稳态运行时各种参数的物理意义，并理解电机稳态运行时各种参数的物理意义，并 能熟练应用等效电路和相量图。能熟练应用等效电路和相量图。 通过实验，掌握电机的基本实验方法和电机通过实验，掌握电机的基本实验方法和电机 使用的基本技能。使用的基本技能。 教学目的教学目的1.掌握交流调压调速的基本原理和系统构掌握交流调压调速的基本原理和系统构成。掌握交流感应电动机机械特性的建立成。掌握交流感应电动机机械特性的建立方法。方法。2.掌握双馈调速的基本原理。熟练掌握双馈调速的基本原理。熟练掌握串调系统的主要问题：效率、功率因掌

3、握串调系统的主要问题：效率、功率因数、调速范围和逆变器的容量、起动方式。数、调速范围和逆变器的容量、起动方式。掌握串调系统的机械特性。掌握速度电流掌握串调系统的机械特性。掌握速度电流双闭环串级调速系统的基本组成和工作原双闭环串级调速系统的基本组成和工作原理。理。 重重 点点1.调压调速的控制方法。调压调速的控制方法。2.串调系统的运串调系统的运行与设计。行与设计。难难 点点1.调压调速控制的机理。调压调速控制的机理。2.串调系统的运串调系统的运行机理分析。行机理分析。 University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤

4、奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-303教学内容教学内容第一节第一节 异步电动机的调压调速异步电动机的调压调速 第二节第二节 绕线型异步电动机的双馈调速绕线型异步电动机的双馈调速University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-304一、异步电动机稳态数学模型和调速方法一、异步电动机稳态数学模型和调速方法1. 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性图图10-2 异步电动机简化等效电路（忽略励磁电流异步电动机简化等效电路（忽略励磁电流)10.1 异步电动机的调压

5、调速异步电动机的调压调速University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3052212lrlsrssrsLLsRRUIIl 简化等效电路的相电流简化等效电路的相电流l 异步电动机传递的电磁功率异步电动机传递的电磁功率 l 机械同步角速度机械同步角速度 sRIPrrm2 3pmn11University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-306l 异步电动机的

6、电磁转矩（机械特性方程式异步电动机的电磁转矩（机械特性方程式 ）222222111133ppsrmrermsrlslrnn U R sPRTIssRRsLLl 最大转矩，又称临界转矩最大转矩，又称临界转矩 221212)(23lrlsssspemLLRRUnTl 临界转差率：对应最大转矩的转差率临界转差率：对应最大转矩的转差率2212)(lrlssrmLLRRsUniversity of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-307当当s很小时，忽略分母中含很小时，忽略分母中含s各项各项2

7、13psern U sTsRl 转矩近似与转矩近似与s成正比，机械特性近似为直线成正比，机械特性近似为直线 异步电动机的机械特性式的分析异步电动机的机械特性式的分析当当s较大时，忽略分母中较大时，忽略分母中s的一次项和零次项的一次项和零次项l 转矩近似与转矩近似与s成反比，机械特性是一段双曲线成反比，机械特性是一段双曲线22221131psreslslrn U RTss RLLUniversity of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-308图图10-3 异步电动机的机械特性异步电动

8、机的机械特性异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3092. 异步电动机的调速方法与气隙磁通异步电动机的调速方法与气隙磁通由异步电动机的机械特性方程式由异步电动机的机械特性方程式可知，能够改变的参数可分为可知，能够改变的参数可分为3类：类：电动机参数电动机参数、电源电压电源电压和和电源频率电源频率（或角频率）。（或角频率）。22222113psresrlslrn U R sTsRRsLL（1）异步电动机的调速方法）异步电动

9、机的调速方法University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3010l 三相异步电动机定子每相电动势的有效值三相异步电动机定子每相电动势的有效值忽略定子绕组电阻和漏磁感抗压降忽略定子绕组电阻和漏磁感抗压降14.44SgsmNEf N k14.44SsgsmNUEf Nk（2）异步电动机的气隙磁通）异步电动机的气隙磁通l 气隙磁通气隙磁通 l 为了保持气隙磁通恒定，应使为了保持气隙磁通恒定，应使 11/mgsEfUf或近似为或近似为 1gEf常数s1Uf常数Universi

10、ty of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3011l 保持电源频率为额定频率，只改变定子电压的调保持电源频率为额定频率，只改变定子电压的调速方法称作速方法称作调压调速调压调速。l 由于受电动机绝缘和磁路饱和的限制，定子电压由于受电动机绝缘和磁路饱和的限制，定子电压只能降低，不能升高，故又称作只能降低，不能升高，故又称作降压调速降压调速。二、异步电动机调压调速二、异步电动机调压调速l 调压调速的基本特征：调压调速的基本特征：电动机同步转速保持额定电动机同步转速保持额定值不变值不变 l

11、 气隙磁通气隙磁通 随定子电压的降低而减小，属于随定子电压的降低而减小，属于弱磁调速弱磁调速。11160NNpfnnn14.44SsmsNUf N kUniversity of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3012图图10-4 晶闸管交流调压器调速晶闸管交流调压器调速TVC双向双向晶闸管交流晶闸管交流调压器调压器a) 不可逆电路不可逆电路b) 可逆电路可逆电路1. 异步电动机调压调速的主电路异步电动机调压调速的主电路University of Science and Techno

12、logy Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3013可调可调 调压调速的机械特性表达式调压调速的机械特性表达式22222113psresrlslrn U R sTsRRsLLsUl 电磁转矩与定子电压的平方成正比电磁转矩与定子电压的平方成正比 2. 异步电动机调压调速的机械特性异步电动机调压调速的机械特性l 理想空载转速保持为同步转速不变理想空载转速保持为同步转速不变 01NnnUniversity of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实

13、创新2022-5-3014l 临界转矩临界转矩 221212)(23lrlsssspemLLRRUnTl 随定子电压的减小而成平方比地下降随定子电压的减小而成平方比地下降l 临界转差率保持不变临界转差率保持不变 2212)(lrlssrmLLRRsUniversity of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3015图图10-5 异步电动机调压调速的机械特性异步电动机调压调速的机械特性异步电动机调压调速的机械特性异步电动机调压调速的机械特性University of Science a

14、nd Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3016带恒转矩负载工作时，定子侧带恒转矩负载工作时，定子侧输入的电磁功输入的电磁功率率故电磁功率恒定不变，与转速无关。故电磁功率恒定不变，与转速无关。 11LmmLpTPTnl 转差功率转差功率 l带恒转矩负载的降压调速就是靠增大转差功带恒转矩负载的降压调速就是靠增大转差功率、减小输出功率来换取转速的降低。率、减小输出功率来换取转速的降低。l增加的转差功率全部消耗在转子电阻上，这增加的转差功率全部消耗在转子电阻上，这就是就是转差功率消耗型转差功率消耗型的由来。的由来。

15、1 LsmmLpTPsPsTsnUniversity of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3017l 增加转子电阻值，临增加转子电阻值，临界转差率加大，可以界转差率加大，可以扩大恒转矩负载下的扩大恒转矩负载下的调速范围，这种高转调速范围，这种高转子电阻电动机又称作子电阻电动机又称作交流力矩电动机交流力矩电动机。l 缺点是机械特性缺点是机械特性较软。较软。 图图10-6 高转子电阻电动机（交流力矩高转子电阻电动机（交流力矩电动机）在不同电压下的机械特性电动机）在不同电压下的机械特性U

16、niversity of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3018图图10-7 带转速负反馈闭环控带转速负反馈闭环控制的交流调压调速系统制的交流调压调速系统 3. 闭环控制的调压调速系统闭环控制的调压调速系统University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3019图图10-8 转速闭环控制的交流调压调速系统静特性转速闭环控制的交流调压调速系统静特性sNUmins

17、U闭环控制的调压调速系统闭环控制的调压调速系统静特性静特性University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3020l 三相异步电动机直接接电网起动时，起动电流比三相异步电动机直接接电网起动时，起动电流比较大，而起动转矩并不大。较大，而起动转矩并不大。2212lrlsrssrstsstLLRRUII2222113psrestsrlslrn U RTRRLL4. 降压控制应用降压控制应用l 中、大容量电动机的起动电流大，会使电网压降中、大容量电动机的起动电流大，会使电网压降过

18、大，影响其它用电设备的正常运行。过大，影响其它用电设备的正常运行。l 必须采取措施来降低其起动电流，常用的办法是必须采取措施来降低其起动电流，常用的办法是降压起动。降压起动。(1) 软起动器软起动器University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3021 起动转矩与电压的平方成正比，起动转矩的减小起动转矩与电压的平方成正比，起动转矩的减小将比起动电流的降低更多，降压起动时又会出现将比起动电流的降低更多，降压起动时又会出现起动转矩不够的问题。起动转矩不够的问题。 降压起动只

19、适用于中、大容量电动机空载（或轻降压起动只适用于中、大容量电动机空载（或轻载）起动的场合。载）起动的场合。当负载转矩一定时，轻载降压运行有一个最佳电当负载转矩一定时，轻载降压运行有一个最佳电压值，此时效率最高。压值，此时效率最高。University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3022l为了减少轻载时的能量损耗，降低定子电为了减少轻载时的能量损耗，降低定子电压可以降低气隙磁通，这样可以同时降低压可以降低气隙磁通，这样可以同时降低铁损和励磁电流。铁损和励磁电流。l过分降低电

20、压和磁通，转子电流必然增大，过分降低电压和磁通，转子电流必然增大，定子电流反而可能增加，铁损的降低将被定子电流反而可能增加，铁损的降低将被铜损的增加填补，效率反而更差了。铜损的增加填补，效率反而更差了。l当负载转矩一定时，轻载降压运行有一个当负载转矩一定时，轻载降压运行有一个最佳电压值，此时效率最高。最佳电压值，此时效率最高。返回目录返回目录（2）轻载降压运行）轻载降压运行University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3023l在双馈调速工作时，绕线型异步电动机在双馈调

21、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电动势的幅值，实现绕线型异步电动机的调速。的调速。一、绕线转子异步电动机双馈调速工作原理一、绕线转子异步电动机双馈调速工作原理10.2 绕线转子异步电动机双馈调速绕线转子异步电动机双馈调速University of Science and Technology Lia

22、oning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3024图图10-1 绕线型异步电动机转子附加电动势的原理图绕线型异步电动机转子附加电动势的原理图1. 绕线转子异步电动机转子附加电动势的作用绕线转子异步电动机转子附加电动势的作用University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3025l在绕线型异步电动机转子侧引入一个可控的在绕线型异步电动机转子侧引入一个可控的附加电动势附加电动势 ，附加电动势的幅值和频率与，附加电动势的幅值和频

23、率与交流电压交流电压 相同，相位与转子电动势相同，相位与转子电动势 相相反，改变其幅值，就可以实现对电动机转速反，改变其幅值，就可以实现对电动机转速的调节。的调节。RUaddErE转子附加电动势的作用转子附加电动势的作用University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3026图图10-2 绕线型异步电动机在转子附加电动势时的工况及其功率流程绕线型异步电动机在转子附加电动势时的工况及其功率流程a)次同步速电动状态次同步速电动状态 b)反转倒拉制动状态反转倒拉制动状态 c)超

24、同步速回馈制动状态超同步速回馈制动状态d)超同步速电动状态超同步速电动状态 e)次同步速回馈制动状态次同步速回馈制动状态 CU功率变换单元功率变换单元2. 绕线转子异步电动机双馈调速的五种工况绕线转子异步电动机双馈调速的五种工况University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3027图图10-3 绕线型异步电动机转子侧连接的功率变换单元绕线型异步电动机转子侧连接的功率变换单元绕线转子异步电动机转子侧连接的功率变换单元绕线转子异步电动机转子侧连接的功率变换单元Univers

25、ity of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3028l 将异步电动机的转子电压先整流成直流电压，然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。加电动势的幅值，就可以调节异步电动机的转速。l 采用工作在有源逆变状态的晶闸管可控整流装置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，这就形成了图作为产生附加直流电动势的电源，这就形成了图1

26、0-3a中所示的功率变换单元中所示的功率变换单元CU2。二、绕线转子异步电动机串级调速系统二、绕线转子异步电动机串级调速系统1. 串级调速系统的工作原理串级调速系统的工作原理University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3029图图10-4 电气串级调速系统原理图电气串级调速系统原理图University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3030l 系统

27、在稳定工作时，整流后的直流回路电压平衡系统在稳定工作时，整流后的直流回路电压平衡方程式：方程式： 或或 (10-5)l 式中，式中， 、 UR与与UI的电压整流系数的电压整流系数RIUUdidRIUKsEKdTrcos22012K1Kl 上式近似地反映了电动机电磁转矩的大小，可上式近似地反映了电动机电磁转矩的大小，可以看作是在串级调速系统中异步电动机机械特以看作是在串级调速系统中异步电动机机械特性的间接表达式性的间接表达式。),(dIfs University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创

28、新2022-5-3031 起动起动 控制逆变角控制逆变角，使电动机可在一定的动态转矩下，使电动机可在一定的动态转矩下加速起动。加速起动。 随着异步电动机转速的增高，其转子电动势减少，随着异步电动机转速的增高，其转子电动势减少，相应地增大相应地增大角以减小角以减小 值，维持值，维持 基基本恒定。当电动机加速到所需转速时，不再调本恒定。当电动机加速到所需转速时，不再调整整角，电动机即在此转速下稳定运行。角，电动机即在此转速下稳定运行。 ()diUUdU11, ss工作原理工作原理University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世

29、致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3032l 调速调速 当增大当增大角使角使=21，电动机在增高了的转速下，电动机在增高了的转速下稳定运行。稳定运行。l 停车停车 只能靠减小只能靠减小角减小角减小 ，并依靠负载阻转矩的作，并依靠负载阻转矩的作用自由停车。用自由停车。iU工作原理工作原理dIUniversity of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3033三、串级调速的机械特性三、串级调速的机械特性1. 串级调速机械特性的特征串级调速机械特性的特征l 理想空载转速理

30、想空载转速 在串级调速系统中，电动机的极对数与旋转磁场在串级调速系统中，电动机的极对数与旋转磁场转速都不变，同步转速也是恒定的，但是它的理转速都不变，同步转速也是恒定的，但是它的理想空载转速却能够连续平滑地调节。想空载转速却能够连续平滑地调节。其理想空载转速其理想空载转速 n n0 0 为：为：在不同的在不同的角下异步电动机串级调速的机械特性是角下异步电动机串级调速的机械特性是近似平行的。近似平行的。2T0101r0cos(1)(1)UnnsnEUniversity of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新

31、求实创新2022-5-3034图图10-6 异步电动机串级调速时的机械特性异步电动机串级调速时的机械特性a) 大电机大电机 b)小电机小电机 串级调速时的机械特性图串级调速时的机械特性图University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3035l 换相重叠换相重叠2. 串级调速的转子整流电路串级调速的转子整流电路 当当 Id 较小，较小， 在在0 60之间时，各整流器件之间时，各整流器件都在对应相电压波形的自然换相点处开始换流，都在对应相电压波形的自然换相点处开始换流，到到

32、 处结束换流，整流波形正常。处结束换流，整流波形正常。 当电流当电流 Id 大于大于60时，出现了强迫延迟换相现象，时，出现了强迫延迟换相现象，所延迟的角度称作强迫延时换相角所延迟的角度称作强迫延时换相角 p 。University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3036（1）第一种工作状态的特征是）第一种工作状态的特征是 0 60， p = 0 此时，转子整流电路处于正常的不可控整流工此时，转子整流电路处于正常的不可控整流工作状态。作状态。（2）第二种工作状态的特征是）第二

33、种工作状态的特征是 = 60， 0 p 30 这时，由于强迫延迟换相的作用，使得整流电这时，由于强迫延迟换相的作用，使得整流电路类似处于可控整流工作状态，路类似处于可控整流工作状态， p 角相当于整角相当于整流器件的控制角。流器件的控制角。l 转子整流电路的工作状态转子整流电路的工作状态University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3037（3）第三种工作状态）第三种工作状态 当当 p = 30时，整流电路中会出现时，整流电路中会出现4个器件同个器件同时导通，形成共阳极

34、组和共阴极组器件双换流的时导通，形成共阳极组和共阴极组器件双换流的重叠现象，此后重叠现象，此后 p 保持为保持为30，而，而 角继续增角继续增大，这是一种非正常的故障状态。大，这是一种非正常的故障状态。University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3038图图10-8 转子整流电路的转子整流电路的 = f ( Id )， p = f ( Id )l 转子整流电流与转子整流电流与 、 p 间的间的函数关系函数关系University of Science and Tech

35、nology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3039l 转子整流电路的电流和电压转子整流电路的电流和电压)6sin(26)cos(cos26p0D0rppD0r0d XEXEI(10-9)式中，式中，RD = sRs + Rr 为折算到转子侧的电动机定为折算到转子侧的电动机定子和转子每相等效电阻。子和转子每相等效电阻。ppdr0D dD0r0pdD dcoscos()2.342232.34cos2UsER IsXsEIR I(10-10)University of Science and Technology Liaoning

36、博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-30403. 串级调速机械特性方程式串级调速机械特性方程式图图10-9 串级调速系统的主电路及等效电路串级调速系统的主电路及等效电路University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3041l转子整流电路的输出电压为转子整流电路的输出电压为l逆变器直流侧电压逆变器直流侧电压l电压平衡方程电压平衡方程)23(cos34. 2D0Ddp0rdRsXIsEU(10-11)(10-12)(10-13)

37、23(cos34. 2TTd2TiRXIUULdidRIUU稳态电路方程稳态电路方程University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3042l 转差率转差率d0Dp0rLDTTd2T3cos34. 2)223(cos34. 2IXERRRXIUs（10-14） l 串级调速时的转速特性为串级调速时的转速特性为d0Dp0rLDTT0Dd2Tp0r03cos34. 2)2233()coscos(34. 2IXERRRXXIUEnnUniversity of Science a

38、nd Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-30430d0D0d0d0Dp0rE33cos34. 2nIXUnIXEC（10-17） l 电动势系数电动势系数可改写成可改写成 )(1dERIUCn（10-18） l 表明，异步电动机串级调速系统与直流它励电动表明，异步电动机串级调速系统与直流它励电动机的转速特性在形式上完全相同，改变电压即可机的转速特性在形式上完全相同，改变电压即可得到一族平行移动的调速特性。得到一族平行移动的调速特性。 l 在异步电动机串级调速系统中，它是通过改变的在异步电动机串级调速系统中，它

39、是通过改变的控制角控制角 来实现的。来实现的。University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3044D0med0ddMd0031()XPTUIIC I 0 理想空载机械角转速理想空载机械角转速(rad/s ) ；CM 串级调速系统的转矩系数，串级调速系统的转矩系数， （10-19） l 电磁转矩方程电磁转矩方程可见，可见， CM 和和 CE的关系与直流他励电动机的关系与直流他励电动机中中Cm 和和 Ce的关系完全一致。的关系完全一致。)3(1d0D0d0MIXUCUni

40、versity of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3045第一工作区第一工作区 24m111m1e1messssTT(10-21) 机械特性方程机械特性方程式式第二工作区第二工作区 (10-23)2cos4m222m2p2e1messssTT第一、二工作区交界的转矩值，称作第一、二工作区交界的转矩值，称作交接转矩交接转矩Te1-2 。University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创

41、新求实创新2022-5-3046图图10-10 异步电动机串级调速时的机械特性异步电动机串级调速时的机械特性 异步电动机串级调速时的机械特性异步电动机串级调速时的机械特性University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3047四四、串级调速系统的技术经济指标、串级调速系统的技术经济指标1. 串级调速系统的效率串级调速系统的效率图图10-11 串级调速系统效率分析串级调速系统效率分析a)系统的功率传递系统的功率传递 b)系统的功率流程图系统的功率流程图 University

42、 of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3048l串级调速系统的总效率串级调速系统的总效率式中式中 p 是异步电动机定子和转子内的总损耗；是异步电动机定子和转子内的总损耗； ptan 附加的串级调速传动装置损耗附加的串级调速传动装置损耗 。mechmech2schin1fmmechmmechtan100%100%(1)100%(1)PpPPPPPspPsppp (10-28)University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经

43、世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3049%100%100sCurFeCusmechmechmech12RppppPpPPP%100)1 ()1 (mechmmechmppsPpsP=l 转子回路串电阻调速的效率转子回路串电阻调速的效率University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3050图图10-12 电气串级调速系统与转子串电阻电气串级调速系统与转子串电阻调速系统调速系统 = f (s) 的比较的比较 两种效率的比较两种效率的比较Univ

44、ersity of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3051 S 系统总的视在功率；系统总的视在功率；Q1 电动机从电网吸收的无功功率；电动机从电网吸收的无功功率；Qf 逆变变压器从电网吸收的无功功率。逆变变压器从电网吸收的无功功率。2f12f1f1insch)()(cosQQPPPPSP式中式中(10-29)2. 串级调速系统的功率因数串级调速系统的功率因数一般串级调速系统在高速运行时的功率因数为一般串级调速系统在高速运行时的功率因数为0.60.65；在低速时可降到；在低速时可降到

45、0.40.5（对调速范围为（对调速范围为2的系统）。这是串级调速系统的主要缺点。采用的系统）。这是串级调速系统的主要缺点。采用无功就地补偿来解决。无功就地补偿来解决。University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3052逆变变压器的二次侧相电压逆变变压器的二次侧相电压 )11 (15. 10r2TDEU（11-32） T02T13.45(1)rWE ID（11-33） 逆变变压器的容量计算逆变变压器的容量计算4. 串级调速装置的电压和容量串级调速装置的电压和容量Univ

46、ersity of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3053图图10-13 双闭环控制的串级调速系统双闭环控制的串级调速系统 五五、 双闭环控制的串级调速系统双闭环控制的串级调速系统University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3054l图图11-13 所示的系统与直流不可逆双闭环所示的系统与直流不可逆双闭环调速系统一样，具有静态稳速与动态恒流调速系统一样，具

47、有静态稳速与动态恒流的作用。的作用。l所不同的是它的控制作用都是通过异步电所不同的是它的控制作用都是通过异步电动机转子回路实现的。动机转子回路实现的。l由于串级调速系统的转子整流器是不可控由于串级调速系统的转子整流器是不可控的，系统本身不能产生电气制动作用，减的，系统本身不能产生电气制动作用，减速速过程只能靠负载作用自由降速。过程只能靠负载作用自由降速。系统分析系统分析University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2022-5-3055六、六、串级调速系统的起动方式串级调速系统的起动方式1. 间接起动间接起动l 为了使串级调速装置不受过电压损坏，将电动为了使串级调速装置不受过电压损坏，将电动机转子先接入电阻或频敏变阻器起动，待转速机转子先接入电阻或频敏变阻器起动，待转速升高到串级调速系统的设计最低转速时，才把升高到串级调速系统的设计最低转速时，才把串级调速装置投入运行。串级调速装置投入运行。l 由于这类机械不经常起动，所用的起动电阻等由于这类机械不经常起动，所用的起动电阻等都可按短时工作制选用，容量与体积都较小。都可按短时工作制选用，容量与体积都较小。从串电阻起动换接到串级调速可以利用对电动从串电阻起动换接到串级调速可以利用对电动机转