第二章-绕线式异步电动机串级调速系统课件

第一节串级调速的原理与基本类型第二节串级调速系统转子整流电路的工作特性第三节串级调速系统的调速特性和机械特性第四节串级调速的效率和功率因数第五节串级调速闭环控制系统第六节串级调速系统应用中的几个问题第七节串级调速系统应用实例

第二章绕线式异步电动机串级调速系统1第一节串级调速的原理与基本类型第二章绕线式异步电动机第一节串级调速的原理与基本类型一.串级调速的原理二.串级调速的基本运行状态及功率关系三.附加电动势的实现四.次同步串级调速主电路2第一节串级调速的原理与基本类型2一.串级调速的原理

我们知道，对于绕线转子异步电动机，可以在其转子回路串入电阻来减小电流，增大转差率，从而改变转速。这种方法就是转子串电阻调速方法。转子串电阻调速方法的主要缺点：大量转差功率将在转子所串电阻上变成热量被消耗掉，因此不适合对大容量电机降速，对小容量电机也因效率太低而不适宜长期运行。

基本结论是：

串入电阻越大，转速越低，转差就越大，机械功率在电磁功率中所占的比率就越低，效率越低。转子串电阻调速方法有什么缺点？3一.串级调速的原理我们知道，对于绕线转子异步电

串级调速的基本原理是什么？

针对绕线转子异步电动机转子串电阻调速方法转差功率消耗在电阻上，运行效率太低的缺点，引入了一种新的调速方法：基本思路是转子不串入附加电阻-----改为串入附加电动势来调速，并将调速引起的转差功率损耗，回馈回电网或电动机本身，既提高效率、又实现变转差率调速的方法，该方法被称为绕线转子异步电动机的串级调速控制方案。

4串级调速的基本原理是什么？针对工作原理：三相异步电动机的转子感应电压为：式中：转子电流为：异步电动机电磁转矩为：由电动机结构确定的转矩系数气隙磁通折算到转子侧的定子电流转子侧功率因数5工作原理：式中：转子电流为：异步电动机电磁转矩为：由电动机结电磁转矩的表达式中：转矩系数由电动机结构决定电源频率及定子相电压不变时，气隙磁通则不变转子侧功率因数由于S通常较小而近似为1

电机稳定运行时，电磁转矩基本恒定因此上式中的电流就基本是个恒定的值电流I2=CONST（常数）6电磁转矩的表达式中：因此上式中的电流就基本是个恒定如果此时在电路中加入一个附加电动势Eadd，附加电动势的频率与转子相电动势sE20的频率相同，而相位相同或者相反分母中只有s为变量，而s的值通常很少，从而可以认定分母为一个不变的定值由于E20是一个电机参数决定的常数，因此Eadd的变化就能导致S发生变化7如果此时在电路中加入一个附加电动势Eadd，附加电动势的频率

将绕线异步电动机的转子电路中串入交流附加电势

Eadd

a.如串入的附加电势Eadd与转子感生电势方向相反，频率相同则转子电流将变小：转子电流将减小，会引起交流电动机拖动转矩的减小，设原来电机拖动转矩与负载相等处于平衡状态，串入附加电势必然引起电动机降速，在降速的过程中，随着速度减小，转差率S增大，分子中sE2回升，电流也回升，使拖动转矩升高后再次与负载平衡，降速过程最后会在某一个较低的速度下重新稳定运行。*这种向下调速的情况成为低于同步速的串级调速。（低同步串调）8将绕线异步电动机的转子电路中串入交流附加电势Eadb.如串入的附加电势Eadd与转子感生电势方向相同，频率相同则转子电流将变大：转子电流的增大，会引起交流电动机拖动转矩的增大，设原来电机拖动转矩与负载相等，处于平衡状态，串入附加电势引起电动机升速，在升速的过程中，随着速度增加，转差率S减小，分子中sE2减小，电流也减小，使拖动转矩减小后再次与负载平衡，降速过程最后会在某一个较高的速度下重新稳定运行。*这种向上调速的情况称为高于同步速的串级调速。（超同步串调）9b.如串入的附加电势Eadd与转子感生电势方向相同，频率相在转子回路中串入附加电动势，不仅改变了转子回路的有功功率的大小，而且可以通过调节附加电动势的相位来调节异步电动机的功率因数（即调节了转子电流的无功分量）10在转子回路中串入附加电动势，不仅改变了转子回路的有功功率的大二.串级调速的基本运行状态及功率传递方向11二.串级调速的基本运行状态及功率传递方向11串级调速系统有四种基本运行状态：snTesPmsPmP1Pm(1-s)PmCU001n1次同步速度电动运行状态~

电动机电动运行0<s<1，从定子侧输入功率，轴上输出机械功率，而转差功率从转子侧馈送到电网。由于电机在低于同步转速下工作，故称为次同步转速的电动运行。12串级调速系统有四种基本运行状态：snTesPmsPmP1Pm超同步转速电动状态

PmTeCU

不断加大+Eadd，就可提高电机的转速。当接近额定转速时，如继续加大+Eadd，电机将加速到s<0的新的稳态下工作，即电机在超过其同步转速下稳定运行。电机处于定、转子双输入状态。绕线型异步电机在转子中串入附加电动势后可以在超同步转速下作电动运行，并可使输出超过其额定功率，这一特殊工况正是由定、转子双馈的条件形成的。电机的轴上输出功率由定子侧与转子侧两部分输入功率合成。13超同步转速电动状态PmTeCU不断加大+Eadd，就可电动机转子输出转差功率，经附加电动势回馈给电网，定子也向电网回馈功率。s<0超同步速度再生制动状态

-TePmCU电动机被负载拖动，产生电气制动14电动机转子输出转差功率，经附加电动势回馈给电网，定子也向电网很多工作机械为了提高其生产率，希望电力拖动装置能缩短减速和停车的时间，因此必须使运行在低于同步转速电动状态的电机切换到制动状态下工作。

电机定子侧输出功率给电网，电机成为发电机处于制动状态工作，并产生制动转矩以加快减速停车过程。次同步速度再生制动状态

Pm-TeCU

0<s<1

15很多工作机械为了提高其生产率，希望电力拖动装置能缩短减速和停

次同步速串调速系统的主要优点：①在调速范围不大时，装置容量小

②系统把大部份转差功率回馈给了电网，所以在低速时的效率较转差功率消耗型的调速系统要高

原因是异步电动机的功率因数本来就不高，再加上装置的变换电路及逆变变压器的工作都要从电网中吸收无功功率。——系统的功率因数低。

串调系统的主要缺点:16次同步速串调速系统的主要优点：①在调速范围不大时，

：不是以电机是否工作在同步转速以上或以下来区分超同步或次同步串级调速系统，而是以转差功率的传递方向来区分的。超同步串调调速系统也会工作在同步转速以下（超同步速串级调速系统的再生制动），次同步串调调速系统也会工作在同步转速以上（次同步速串级调速系统的回馈制动）特别强调17：不是以电机是否工作在同

电动机转子电动势与电流的频率在不同转速下有不同的数值，其值与交流电网的频率往往不一致(f2=sf1)，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。或者说，恒压恒频（工频）的交流电网不能向电动机转子提供一个变频变压的附加电动势，需要通过一个中间换流环节来解决。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（PowerConverterUnit，简称CU）。三.附加电动势Eadd的实现18电动机转子电动势与电流的频率在不同转速下有不同的数值

要实现前面所述的绕线异步电动机转子串联交流附加电动势完成调速的基本思想，则所串入的交流附加电势应该满足如下条件：

1.首先，转子是三相交流电路，因此交流附加电势应为三相对称交流电。

因此附加的三相交流电势3.附加的三相交流电势

可见，三相交流附加电势的实现在实际中十分困难。实用的串级调速系统，一般采用将转子电路接整流电路，在直流回路中串入直流附加电势，通过调节直流附加电势的大小来调速的控制方案。2.转子感应的三相交流电势的频率、大小都是随转差率变化的，也应随之变频变压。在控制过程中，要始终保持与转子感应的相位相同或相反，即相位要同步。三相交流电势19要实现前面所述的绕线异步电动机转子串联交流附加a)转子输出功率的工况次同步速串级调速系统主电路

20a)转子输出功率的工况次同步速串级调速系统主电路20b)转子输入功率的工况超同步速串级调速系统主电路21b)转子输入功率的工况超同步速串级调速系统主电路21

从能量关系来说，低同步串级调速电动状态的基本能量关系是串入附加电势，吸收转子降速引起的转差功率，并将吸收的功率回馈电网的过程。低同步串级调速系统，首先把转子交流能量通过二极管整流桥整成直流电，在直流电路中串入可调直流电源，调节所串入的直流电源的电压对转子调速，并从直流附加电源将转差功率回馈电网。按照所串直流电源的情况可将串级调速系统分为电气串级调速系统和机械串级调速系统两大类。四.次同步串级调速系统的基本类型及主电路。22从能量关系来说，低同步串级调速电动状态的基本电气串级调速系统由晶闸管有源逆变电路作为可控直流电源，通过控制逆变角控制转子转速，其交流侧通过逆变变压器接电网。呈现恒转矩机械特性。机械串级调速系统用直流电动机作为可控直流电源，通过控制直流电动机的励磁控制转子转速。所吸收转差功率可以通过直流电动机与绕线电动机的轴间直连将转差功率直接反馈给绕线电动机。23电气串级调速系统由晶闸管有源逆变电路作为可控直流电源，通过控绕线异步机转子整流器有源逆变器绕线异步机转子整流器直流电动机电气串级调速系统机械串级调速系统逆变变压器24绕线异步机转子整流器有源逆变器绕线异步机转子整流器直流电动机次同步速串级调速系统的构成绕线转子异步电动机MA起动电阻R切换用接触器1C、2C串调装置主电路（交直交变频电路）不控整流桥VR平波电抗器有源逆变桥VI逆变变压器TI测速信号取自测速发电机TG电流反馈信号在逆变桥交流侧采样经整流得到电流反馈信号也可在直流侧采样得到控制系统为转速、电流双闭环控制系统25次同步速串级调速系统的构成绕线转子异步电动机MA起动电阻R

对于电气串级调速系统，如忽略损耗，则电机轴上输出的转矩为：

对于机械串级调速系统，如忽略损耗，则电机轴上输出的机械功率为：结论：电气串级调速系统具有近似恒转矩的机械特性。结论：机械串级调速系统具有近似恒功率的机械特性。*电气串级调速系统因效率高、技术成熟和低成本而获得广泛应用。常数常数26对于电气串级调速系统，如忽略损耗，则电机轴上输出的转电动机稳态时：27电动机稳态时：27如果系统中的负载保持不变，则电动机会加速→S减小，sE20也就减小→Id减小，达到另一个动态平衡由于惯性维持不变β增大→Id增大→Te增大28如果系统中的负载保持不变，则电动机会加速→S减小，sE20也β为逆变器的逆变角β=-α在上述的电路中，为了防止逆变颠覆，逆变角的取值范围为30°≤β≤90°β取得最小值30°，电动机最低速运行β取得最大值90°

，电动机最高速运行29β为逆变器的逆变角β=-α在上述的电路中，为了防止逆b.起动控制：控制逆变角，使在起动开始的瞬间，Ud与Uβ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。随着转速的增高，相应地增大角以减小值

Uβ

，从而维持加速过程中动态转矩基本恒定。（1）起动：a.起动条件：对串级调速系统而言，起动应有足够大的转子电流Ir或足够大的整流后直流电流Id，为此，转子整流电压Ud与逆变电压Uβ间应有较大的差值。30b.起动控制：控制逆变角，使在起动开始的瞬间，Ud与Uβ的b.调速过程：随着转速的增高，相应地增大角以减小值

Uβ

，从而维持加速过程中动态转矩基本恒定。（2）调速a.调速原理：通过改变角的大小调节电动机的转速。31b.调速过程：（2）调速a.调速原理：通过改变角的大小调节结论：（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。（3）停车串级调速系统没有制动停车功能。只能靠减小

角逐渐减速，并依靠负载阻转矩的作用自由停车。32结论：（3）停车串级调速系统没有制动停车功能。只能靠减小第二节低同步串级调速系统整流电路的工作特性一.转子整流器的电路二.转子整流电路的三种工作状态

33第二节低同步串级调速系统整流33一.转子整流电路D0可以看成导通角为0的三相全控整流电路两个三相半波可控整流电路串接34一.转子整流电路D0可以看成导通角为0的三相全控整流电路两个假设条件（1）整流器件具有理想的整流特性，管压降及漏电流均可忽略；（2）转子直流回路中平波电抗器的电感为无穷大，直流电流波形平直；（3）忽略电动机励磁阻抗及变压器绕组电阻的影响。

35假设条件35

换相重叠现象

设电动机在某一转差率下稳定运行，转子三相的感应电动势为ea、eb、ec。当各整流器件依次导通时，必有器件间的换相过程，这时处于换相中的两相电动势同时起作用，产生换相重叠压降，如下图所示。36换相重叠现象设电动机在某一转差率下稳定运行换相重叠压降edr换相重叠角37换相重叠压降edr换相重叠角37根据电力电子学中可知：38根据电力电子学中可知：38二.整流电路的三种工作区域1.第一工作区域该工作区域中有两个晶闸管发生换流，换流时两个晶闸管所在的支路都导通，一个管子的电流逐渐减少至零从而关断，另一个管子的电流逐渐增大直至完全导通。两个管子都处于导通时候称为换流重叠，从而有换流重叠角，当转子整流电流增大，换流重叠角γ也随之增大。39二.整流电路的三种工作区域1.第一工作区域39此时由于是不可控整流电路，因此a=0，XD=sXD0，E2=sE20，上述的公式则可以变换为40此时由于是不可控整流电路，因此a=0，XD=sXD0，E2=转子整流器输出电压和转子相电流的波形图如下：41转子整流器输出电压和转子相电流的波形图如下：41当整流电路中的电流Id增大到使得换流重叠角γ=60°时，前一对晶闸管换流的终点就成了下一对换流晶闸管的换流的起点。因此我们把换流重叠角γ

≤60°时的工作区域称为第一工作区域。

如果在此基础上整流电流再增大电路则进入第二工作区域。下面我们先看γ=60°时的电压电流波形图42当整流电路中的电流Id增大到使得换流重叠角γ=60°时，前一γ=60°时的电压电流波形图前一换流终点为下一换流起点，但并没有出现强迫延迟角43γ=60°时的电压电流波形图前一换流终点为下一换流起点，但并2.第二工作区域

在γ=60°时，负载电流继续增大，最初时重叠角会大于60°，但稳定以后，两个二极管的重叠角会均匀地保持60°不变，但所有二极管的换流都被迫从自然换流点向后延迟一个角度ap。电流越大，这个强迫延时换相角ap就越大，但是ap也有一个取值范围：(0°，30°]442.第二工作区域电流越大，这个强迫延时换相角ap就越大，但是

在第二工作区域内，γ=60°保持不变化，强迫延迟角从大于零度到小于等于三十度之间变化。此阶段电路中任何时刻均有三个晶闸管处于同时导通的状态。每个管子出现的强迫延迟角都相同。此时电路中所对应的电压电流的表达式，可以用第一工作区域中表达式中的γ=60°，a=ap代替即可。45在第二工作区域内，γ=60°保持不变化，强迫延迟角4646γ=60°，对应工作区域的电流电压图47γ=60°，对应工作区域的电流电压图473.第三工作区域转子整流器的故障状态特征：当重叠达到600、强迫延时换相角达到300时的电压电流波形如右图所示。（Id过大，的情况）483.第三工作区域转子整流器的故障状态特征：当重叠达到600

如果负载电流继续增大，重叠角又会大于600，但强迫延时换相角会保持300不变。原因是：即使前面两个管子换流未换完，后面该导通的管子也会承受正压而导通，这样，就会出现共阴极管和共阳极管都在换流，四个二极管同时导通----转子整流器短路的故障情况。*串级调速系统要避免运行时严重过载的情况。为什么此时就是故障情况呢？49如果负载电流继续增大，重叠角又会大于600，但强迫延

转子整流电路的

=f(Id)、=f(Id)不同工作区域的和的变化曲线50转子整流电路的=f(Id)、第三节串级调速系统的调速特性与机械特性一.串级调速系统的调速特性二.串级调速系统的机械特性51第三节串级调速系统的调速特性一.串级调速系统的调速特性51

n与电流Id和逆变角β之间的关系式，需要从直流等效电路入手加以推导：第一工作状态下，整流器-逆变器的直流回路等效电路如下：1.串级调速系统的调速特性

（n与电流Id及逆变角之间的关系式）52n与电流Id和逆变角β之间的关系式，需要从直流等效电转子整流电路的输出电压为逆变器直流侧电压电压平衡方程53转子整流电路的输出电压为53

由直流等效电路列出的第一工作状态下的电压方程式将代入上式得转速n为式中，R∑、Ce均为常数，U受逆变角控制。结果类似于直流电动机调压调速的速度表达式，但因R∑更大，故串级调速的调速特性很软。54由直流等效电路列出的第一工作状态下的电压方程式将

改变β，相当于他励直流电机调压调速。特性为n=f（Id），但由于RΣ比直流电机电枢回路总电阻大，故n=f（Id）相对要软一些。而在第二工作状态时：特性更软。上式中U、R∑、CE的表达式：在串级调速系统中，CE是负载电流的函数，它是使转速特性成为非线性的重要因素55改变β，相当于他励直流电机调压调速。特性为n=f第二工作区域的调速特性负载增大至第二工作区域时，出现强迫延迟角，从而不变整流器输出端电压出现强迫延迟的影响56第二工作区域的调速特性负载增大至第二工作区域时，出现强迫延迟第二工作区域中的转速表达式为：负载增加即整流电流增大，从而会使得转速减小。第二工作区域的调速特性比第一工作区域的特性更软。57第二工作区域中的转速表达式为：负载增加即整流电流增大，从而会*机械特性推导思路：在已经推出调速特性s—Id

关系之后，继续推导电磁转矩Te—Id关系，两者联立，得到机械特性s—Te关系2.串级调速系统的机械特性（s或n与Te的关系）58*机械特性推导思路：在已经推出调速特性s—Id关系之后，异步电动机串级调速时的机械特性

a)大电机b）小电机59异步电动机串级调速时的机械特性a)大电机b）小电机交流异步电动机的电磁转矩表达式为：转子整流电路中如果忽略转子铜耗，则转子整流器的输出功率就是电动机的转差功率，转差功率表达式为：Ud60交流异步电动机的电磁转矩表达式为：转子整流电路中如果忽略转子则第一工作区域的电磁转矩表达式如下：其中的Cm与串级调速系统等效电势系数Ce表达式类似61则第一工作区域的电磁转矩表达式如下：其中的Cm与串级调速系统则第二工作区域的电磁转矩表达式如下：其中的Cm′与串级调速系统等效电势系数Ce′表达式类似62则第二工作区域的电磁转矩表达式如下：其中的Cm′与串级调速系第一工作状态的机械特性及最大转矩把电流Id的表达式代入上面电磁转矩的表达式中要求最大值则求电磁转矩对转差率s求导等于零63第一工作状态的机械特性及最大转矩把电流Id的表达式代入上面电求得最大电磁转矩T1m和对应的临界转差率S1m为：64求得最大电磁转矩T1m和对应的临界转差率S1m为：64第一工作区域和第二工作区域交界处对应的电流及电磁转矩的值为：可以看出求导得到的最大电磁转矩大于电磁转矩的临界值因此在第一工作区域实际取不到最大电磁转矩的值。因此第一工作区域的实际最大电磁转矩为一二工作区域的临界值。65第一工作区域和第二工作区域交界处对应的电流可以看出求导得到的第二工作状态的机械特性及最大转矩按第一工作区域电磁转矩的求法求第二工作区域的表达式66第二工作状态的机械特性及最大转矩按第一工作区域电磁转矩的求法求得最大电磁转矩T2m和对应的临界转差率S2m为：=90°时电磁转矩取得最大值，ap=15°67求得最大电磁转矩T2m和对应的临界转差率S2m为：=90°时异步电动机忽略定子电阻时，正常接线时的最大电磁转矩为：因此可以得出：当串级调速系统带额定负载时运行于第一工作区内。电机过载倍数在2左右，即最大自然拖动转矩为额定转矩的2倍，所以额定负载TeN/Temax约为0.5，故额定负载线必然在0.716之内。串级调速系统与转子自然接线相比，最大拖动转矩减少到原来的82.6%,即异步电动机的过载能力损失17%左右。68异步电动机忽略定子电阻时，正常接线时的最大电磁因此可以得出：异步电动机串级调速时的机械特性曲线图s20横轴为串调时的拖动转矩与与电机自然特性最大拖动转矩的比值。负载比值达到0.716及以上时，串级调速系统进入第二工作状态运行69异步电动机串级调速时的机械特性曲线图s20横轴为串调时的拖动第四节串级调速系统的效率和功率因数一.串级调速系统的总效率二.串级调速系统的总功率因数70第四节串级调速系统的效率一.串级调速系统的总效率70一.串调系统的总效率是指串调系统电机轴上的输出功率与从电网输入的总有功功率之比。下图是反映串调系统各部分有功和无功功率间关系的单线图。P为有功功率Q为无功功率，系统从电网输入的总有功功率Pw是定子取用功率P1和逆变变压器返回功率PT的差。

71一.串调系统的总效率是指串调系统电机轴上的输出功率与从电网输输入定子定子的铜耗和铁耗输入转子转子损耗机械功率机械损耗电动机轴上的输出功率72输入定子定子的铜耗和铁耗输入转子转子损耗机械功率机械损耗电动1、定子输入功率定子输入功率Pi由电网向整个串调系统提供的有功功率Pin及晶闸管逆变器返回到电网的回馈功率PF构成；定子输入功率Pi减去定子损耗ΔP1（包括定子的铜耗和铁耗）得到电磁功率Pe；Pe中的一部分转变为转差功率Ps，另一部分转变成机械功率Pm；2、旋转磁场传送的电磁功率731、定子输入功率定子输入功率Pi由电网向整个串调系统提供的有3、回馈电网的功率转差功率减去转子损耗ΔP2和转子整流器、晶闸管逆变器的损耗ΔPi，剩下部分即为回馈电网的功率PF；4、电网向整个系统提供的有功功率：5、电机轴上输出功率：；电机轴上输出功率Pex则要从机械功率Pm中减去机械损耗ΔPm后获得。743、回馈电网的功率转差功率减去转子损耗ΔP2和转子整流器、晶6、串级调速系统的总效率

由于大部分转差功率被送回电网，使串级调速系统从电网输入的总有功功率并不多，故串级调速系统的效率很高。效率可达90％以上。如果是转子串电阻的形式，系统的效率会是多少呢？756、串级调速系统的总效率由于大部分转差功率被送回电二.串级调速系统的总功率因数

普通异步电动机的功率因数在0.8—0.9之间,如果采用串级调速而不采取任何改善功率因数的措施,则串级调速系统的总功率因数会很低,即使高速运行也只有0.6左右。a.由于逆变变压器和异步电动机均为电感性,工作时都要从电网吸收无功功率,所以其无功功率是相加的，使功率因数表达式中的分母增大，因此系统总功率因数降低。串级调速系统总功率因数低的原因有主要有两个：76二.串级调速系统的总功率因数普通异步电动机的功率因数b.由于转子整流器的接入造成了转子电流的换流重叠和波形畸变，使得绕线电动机自身的功率因数变低，从而也造成系统总功率因数降低。分析参考总功率因数表达式：77b.由于转子整流器的接入造成了转子电流的换流重叠和波形畸变，方法二：采用高功率因数的串级调速系统。改善功率因数的方法：方法一：接入电力电容器进行功率补偿。有两种典型的电路结构：斩波式串级调速系统

GTO串级调速系统GTO价格较高，该方案适用于大容量绕线异步电动机的串级调速。通过控制GTO开通关断时刻，使逆变电路产生超前于电网电压的电流，从而使系统的逆变侧呈现电容性，提高总功率因数占空比可调，逆变角固定于最小值78方法二：采用高功率因数的串级调速系统。改善功率因数的方法：方功率因数

定子相电压与串级调速系统的总电流(定子相电流和逆变变压器一次侧相电流向量之和)之间的夹角为串级调速系统的总功率因数角。

逆变角的变化将使逆变变压器一次侧的电流相位发生改变。逆变角增大，电机高速运转，系统功率因数角减小，功率因数增大。一般情况下高速运行时：λ=0.6～0.65

低速运行时：λ=0.4～0.5均低于正常接线时的功率因数水平79功率因数定子相电压与串级调速系统的总电流(定子相电串级调速形态中由于换流重叠角的存在以及强迫延迟角的出现，都将使整流器通过电动机向电网吸收换相无功功率，从而使得串级调速系统的功率因数降低。电力电容器进行相位补偿是因为能产生相位超前于相位电压的电流信号80串级调速形态中由于换流重叠角的存在以及强迫电力电容器进行相位缺点：电力电容器对电网谐波敏感，容易发热，况且与电机电抗之间容易产生自激现象，从而使电机端子电压升高TICU2CU1sPe~M3~M3~M3~81缺点：电力电容器对电网谐波敏感，容易发热，况且与电机电抗之间

第五节串级调速的闭环控制系统

一.双闭环串级调速系统的组成和工作原理二.双闭环串级调速系统的动态结构图82第五节串级调速的82一.双闭环控制串级调速系统的组成

为了提高静态调速精度，并获得较好的动态特性，须采用闭环控制，和直流调速系统一样，通常采用具有静态稳速与动态恒流的双闭环控制方式。

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，所谓动态性能的改善只是指起动与加速过程性能的改善，减速过程只能靠负载作用自由降速。

与直流调速的区别：它的控制作用都是通过异步电动机转子回路实现的。

83一.双闭环控制串级调速系统的组成为了提高静态调速精度为了防止逆变器逆变颠覆，在电流调节器ACR输出电压为零时，应整定触发脉冲输出相位角为转速反馈信号取自异步电动机轴上联接的测速电机电流反馈信号取自逆变器交流侧的电流互感器，也可通过霍尔变换器或直流互感器取自转子直流回路。84为了防止逆变器逆变颠覆，在电流调节器ACR输出电压为零时，应

逆变变压器绕线异步电动机

电流互感器

转子整流器

测速发电机

速度调节器

电流调节器

晶闸管触发器

逆变器85逆变绕线异步电流转子测速发速度电流晶闸管触发器二.串级调速系统的动态数学模型可控整流装置、调节器以及反馈环节的动态结构图均与直流调速系统中相同。在异步电动机转子直流回路中，不少物理量都与转差率有关，所以要单独处理。转子直流回路的传递函数列出串级调速系统转子直流回路的动态电压平衡方程式86二.串级调速系统的动态数学模型可控整流装置、调节器以及反馈环s=1时转子整流器输出的空载电压；逆变器直流侧的空载电压；转子直流回路总电感；折算到转子侧的电机每相漏感；折算到二次侧的逆变变压器每相漏感平波电抗器电感；转差率为s时转子直流回路等效电阻87s=1时转子整流器输出的空载电压；逆变器直流侧的空载电压；转转子直流回路的时间常数转子直流回路的放大系数转子直流回路的动态结构图需要指出，串级调速系统转子直流回路传递函数中的时间常数TLn和放大系数KLn都是转速n的函数，它们是非定常的。nn88转子直流回路的时间常数转子直流回路的放大系数转子直流回路

异步电动机的传递函数异步电动机的电磁转矩电力拖动系统的运动方程式为异步电动机在串级调速时的传递函数为89异步电动机的传递函数异步电动机的电磁转矩电力拖动系统的运双闭环串级调速系统的动态结构图：90双闭环串级调速系统的动态结构图：90调节器参数的设计

双闭环控制串级调速系统的动态校正一般主要按抗扰性能考虑，即应使系统在负载扰动时有良好的动态响应能力。

采用工程设计方法进行动态设计时，采用典型I型系统设计电流环，转速环按典型II型系统设计。91调节器参数的设计双闭环控制串级调速系统的动态校正

第六节串级调速应用中的几个问题

一.电动机的选择二.起动方式的选择

三.串调装置的选择92第六节串级调速应用中的92一.电动机的选择串级调速系统电动机容量选择：首先按自然接线计算所