電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)(陳伯時(shí))ppt7-2,3異步電機(jī)在次同步電動(dòng)狀態(tài)下雙饋系統(tǒng)——串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)

1、1 17.2 7.2 異步電機(jī)在次同步電動(dòng)狀態(tài)下的異步電機(jī)在次同步電動(dòng)狀態(tài)下的雙饋系統(tǒng)雙饋系統(tǒng)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng) l串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 l串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的其他類(lèi)型串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的其他類(lèi)型 2 2l學(xué)習(xí)要點(diǎn)：學(xué)習(xí)要點(diǎn)： 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)性能的一般性討論：串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)性能的一般性討論： （1 1）起動(dòng)）起動(dòng) （2 2）調(diào)速）調(diào)速 （3 3）停止。）停止。 重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)、難點(diǎn)： 逆變器的控制作用。逆變器的控制作用。 3 3l基本思路基本思路 在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中附加交流電動(dòng)勢(shì)調(diào)速的在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中附加交流電動(dòng)勢(shì)調(diào)速的關(guān)鍵就是在轉(zhuǎn)子側(cè)串入一個(gè)可變頻、可變幅的電關(guān)鍵就是在

2、轉(zhuǎn)子側(cè)串入一個(gè)可變頻、可變幅的電壓。怎樣才能獲得這樣的電壓呢？壓。怎樣才能獲得這樣的電壓呢？ 對(duì)于只用于次同步電動(dòng)狀態(tài)的情況來(lái)說(shuō)，比較對(duì)于只用于次同步電動(dòng)狀態(tài)的情況來(lái)說(shuō)，比較方便的辦法是將轉(zhuǎn)子電壓先整流成直流電壓，然方便的辦法是將轉(zhuǎn)子電壓先整流成直流電壓，然后再引入一個(gè)附加的直流電動(dòng)勢(shì)，控制此直流附后再引入一個(gè)附加的直流電動(dòng)勢(shì)，控制此直流附加電動(dòng)勢(shì)的幅值，就可以調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。加電動(dòng)勢(shì)的幅值，就可以調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。7.2.1 7.2.1 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 4 4n 對(duì)直流附加電動(dòng)勢(shì)的技術(shù)要求對(duì)直流附加電動(dòng)勢(shì)的技術(shù)要求 l首先，它應(yīng)該是可平滑調(diào)節(jié)的，以滿首

3、先，它應(yīng)該是可平滑調(diào)節(jié)的，以滿足對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速平滑調(diào)節(jié)的要求；足對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速平滑調(diào)節(jié)的要求；l其次，從節(jié)能的角度看，希望產(chǎn)生附其次，從節(jié)能的角度看，希望產(chǎn)生附加直流電動(dòng)勢(shì)的裝置加直流電動(dòng)勢(shì)的裝置能夠吸收從異步能夠吸收從異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)傳遞來(lái)的轉(zhuǎn)差功率并加電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)傳遞來(lái)的轉(zhuǎn)差功率并加以利用以利用。5 5n 系統(tǒng)方案系統(tǒng)方案 根據(jù)以上兩點(diǎn)要求，較好的方案是采根據(jù)以上兩點(diǎn)要求，較好的方案是采用用工作在有源逆變狀態(tài)的晶閘管可控整流工作在有源逆變狀態(tài)的晶閘管可控整流裝置裝置作為產(chǎn)生附加直流電動(dòng)勢(shì)的電源，這作為產(chǎn)生附加直流電動(dòng)勢(shì)的電源，這就形成了圖就形成了圖7-4a7-4a中所示的功率變換單元中所示的功

4、率變換單元CU2CU2。 按照上述原理組成的異步電機(jī)在低于按照上述原理組成的異步電機(jī)在低于同步轉(zhuǎn)速下作電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行的雙饋調(diào)速系同步轉(zhuǎn)速下作電動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行的雙饋調(diào)速系統(tǒng)如圖統(tǒng)如圖7-57-5所示，習(xí)慣上稱之為所示，習(xí)慣上稱之為電氣串級(jí)調(diào)電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)速系統(tǒng)。 6 6圖圖7-5 7-5 電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)原理圖電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)原理圖 n 系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成20r2radd0rr)(sXREsEI7 7n 功率變換單元功率變換單元lUR UR 三相不可控整流裝置，將異步電機(jī)三相不可控整流裝置，將異步電機(jī)轉(zhuǎn)子相電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)子相電動(dòng)勢(shì) sEsEr0r0 整流為直流電壓整流為直流電壓 U Ud d 。lUI UI

5、 三三相可控整流裝置，工作在有源逆變相可控整流裝置，工作在有源逆變狀態(tài)：狀態(tài)：l可提供可調(diào)的直流電壓可提供可調(diào)的直流電壓 U Ui i ，作為電機(jī)調(diào)，作為電機(jī)調(diào)速所需的附加直流電動(dòng)勢(shì)；速所需的附加直流電動(dòng)勢(shì)；l可將轉(zhuǎn)差功率變換成交流功率，回饋到可將轉(zhuǎn)差功率變換成交流功率，回饋到交流電網(wǎng)。交流電網(wǎng)。8 8式（7-5）lId和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子交流電流Ir之間有固定的比例關(guān)系，它近似地反映了電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的大小，l是控制變量102212cos2.34didrTdUUI RK sEK UI RKK9 9n 工作原理工作原理（1）起動(dòng)起動(dòng)l起動(dòng)條件起動(dòng)條件 對(duì)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)而言，起動(dòng)應(yīng)有對(duì)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)而言，起動(dòng)

6、應(yīng)有足夠大的轉(zhuǎn)子電流足夠大的轉(zhuǎn)子電流 I Ir r 或足夠大的整或足夠大的整流后直流電流流后直流電流 I Id d 。 轉(zhuǎn)子整流電壓轉(zhuǎn)子整流電壓 U Ud d 與逆變電壓與逆變電壓 U Ui i 間應(yīng)有較大的差值。間應(yīng)有較大的差值。1010l 起動(dòng)控制起動(dòng)控制u控制逆變角控制逆變角 ，使在起動(dòng)開(kāi)始的瞬間，使在起動(dòng)開(kāi)始的瞬間，U Ud d與與 U Ui i 的差值能產(chǎn)生足夠大的的差值能產(chǎn)生足夠大的 I Id d ，以滿足所，以滿足所需的電磁轉(zhuǎn)矩，但又不超過(guò)允許的電流值，需的電磁轉(zhuǎn)矩，但又不超過(guò)允許的電流值，這樣電動(dòng)機(jī)就可在一定的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩下加速這樣電動(dòng)機(jī)就可在一定的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩下加速起動(dòng)。起動(dòng)。u隨著

7、轉(zhuǎn)速的增高，其轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)減少，必隨著轉(zhuǎn)速的增高，其轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)減少，必須相應(yīng)地增大須相應(yīng)地增大 角以減小角以減小 U Ui i ，從而維持，從而維持加速過(guò)程中動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩基本恒定加速過(guò)程中動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩基本恒定 。1111工作原理（續(xù)）工作原理（續(xù)）（2 2）調(diào)速）調(diào)速l調(diào)速原理：通過(guò)改變調(diào)速原理：通過(guò)改變 角的大小調(diào)節(jié)角的大小調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。l調(diào)速過(guò)程：調(diào)速過(guò)程： UiIdK1sEr0nTeTe = TLId1212工作原理（續(xù)）工作原理（續(xù)）（3 3）停車(chē)）停車(chē) 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)沒(méi)有制動(dòng)停車(chē)功能。串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)沒(méi)有制動(dòng)停車(chē)功能。只能靠減小只能靠減小 角逐漸減速，并依靠角逐漸減速，并依靠負(fù)載阻

8、轉(zhuǎn)矩的作用自由停車(chē)。負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的作用自由停車(chē)。 1313結(jié)結(jié) 論論l串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)能夠靠調(diào)節(jié)逆變角串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)能夠靠調(diào)節(jié)逆變角 實(shí)現(xiàn)平滑無(wú)級(jí)調(diào)速實(shí)現(xiàn)平滑無(wú)級(jí)調(diào)速l系統(tǒng)能把異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率回系統(tǒng)能把異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率回饋給交流電網(wǎng)，從而使扣除裝置損饋給交流電網(wǎng)，從而使扣除裝置損耗后的轉(zhuǎn)差功率得到有效利用，大耗后的轉(zhuǎn)差功率得到有效利用，大大提高了調(diào)速系統(tǒng)的效率。大提高了調(diào)速系統(tǒng)的效率。1414* *7.3 7.3 異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性機(jī)械特性本節(jié)提要本節(jié)提要l概述概述l異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速機(jī)械特性的特征異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速機(jī)械特性的特征l異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)子整

9、流電異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)子整流電路路l異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速機(jī)械特性方程式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速機(jī)械特性方程式1515l概概 述述 在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)整流器的輸出量整流器的輸出量U Ud d、I Id d分別與異步電動(dòng)分別與異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩有關(guān)。機(jī)的轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩有關(guān)。 因此，可以從電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子直流回路著手因此，可以從電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子直流回路著手來(lái)分析異步電動(dòng)機(jī)在串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械來(lái)分析異步電動(dòng)機(jī)在串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性。特性。1616* *7.3.1 7.3.1 異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速機(jī)械特性的特征的特征1. 1.理想空載轉(zhuǎn)速

10、理想空載轉(zhuǎn)速l在異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時(shí)，在異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速時(shí)，其其理想空載轉(zhuǎn)速就是其同步轉(zhuǎn)速，而且恒定理想空載轉(zhuǎn)速就是其同步轉(zhuǎn)速，而且恒定不變不變，調(diào)速時(shí)機(jī)械特性變軟，調(diào)速性能差。調(diào)速時(shí)機(jī)械特性變軟，調(diào)速性能差。l在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)與旋在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速都不變，同步轉(zhuǎn)速也是恒定的，轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速都不變，同步轉(zhuǎn)速也是恒定的，但是但是它的理想空載轉(zhuǎn)速卻能夠連續(xù)平滑地它的理想空載轉(zhuǎn)速卻能夠連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)。1717 根據(jù)式（根據(jù)式（7-5），當(dāng)系統(tǒng)在理想空載狀），當(dāng)系統(tǒng)在理想空載狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)（態(tài)下運(yùn)行時(shí)（Id = 0），轉(zhuǎn)子直流回路的電），

11、轉(zhuǎn)子直流回路的電壓平衡方程式變成壓平衡方程式變成 cos22001TUKEsKr其中，其中，s0 異步電動(dòng)機(jī)在串級(jí)調(diào)速時(shí)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)在串級(jí)調(diào)速時(shí)對(duì)應(yīng)于某一應(yīng)于某一 角的理想空載轉(zhuǎn)差率，并取角的理想空載轉(zhuǎn)差率，并取 K1 = K2，則，則 cos020rEUsT(7-6)1818 理想空載轉(zhuǎn)速方程理想空載轉(zhuǎn)速方程由此可得相應(yīng)的理想空載轉(zhuǎn)速由此可得相應(yīng)的理想空載轉(zhuǎn)速 n n0 0 為：為： )cos1 ()1 (0rT2syn0syn0EUnsnn(7-7)式中式中 n nsyn syn 異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。1919 特性分析特性分析l從式（從式（7-67-6）和式（）和式

12、（7-77-7）可知，）可知，在串級(jí)調(diào)在串級(jí)調(diào)速時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速是不同速時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速是不同的。的。當(dāng)改變逆變角當(dāng)改變逆變角 時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)差時(shí)，理想空載轉(zhuǎn)差率和理想空載轉(zhuǎn)速都相應(yīng)改變。率和理想空載轉(zhuǎn)速都相應(yīng)改變。l由式（由式（7-57-5）還可看出，在不同的）還可看出，在不同的 角下，角下，異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性是近異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性是近似平行的，其工作段類(lèi)似于直流電動(dòng)機(jī)似平行的，其工作段類(lèi)似于直流電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速的機(jī)械特性。變壓調(diào)速的機(jī)械特性。 20202 2機(jī)械特性的斜率與最大轉(zhuǎn)矩機(jī)械特性的斜率與最大轉(zhuǎn)矩 串級(jí)調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)子回路中接入了串級(jí)調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)

13、子回路中接入了串級(jí)調(diào)速裝置，實(shí)際上相當(dāng)于在電動(dòng)串級(jí)調(diào)速裝置，實(shí)際上相當(dāng)于在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中接入了一定數(shù)量的等效機(jī)轉(zhuǎn)子回路中接入了一定數(shù)量的等效電阻和電抗，其影響在任何轉(zhuǎn)速下都電阻和電抗，其影響在任何轉(zhuǎn)速下都存在。存在。 由于轉(zhuǎn)子回路電阻的影響，異步電動(dòng)由于轉(zhuǎn)子回路電阻的影響，異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性比其固有特機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性比其固有特性要軟得多。性要軟得多。 2121 轉(zhuǎn)子回路電阻的影響轉(zhuǎn)子回路電阻的影響l當(dāng)電機(jī)在最高速的特性上當(dāng)電機(jī)在最高速的特性上 （ = 90 = 90）帶額定負(fù)載，也難以達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速。帶額定負(fù)載，也難以達(dá)到其額定轉(zhuǎn)速。l整流電路換相重疊角將加大，并產(chǎn)生整流電

14、路換相重疊角將加大，并產(chǎn)生強(qiáng)迫延遲導(dǎo)通現(xiàn)象，使串級(jí)調(diào)速時(shí)的強(qiáng)迫延遲導(dǎo)通現(xiàn)象，使串級(jí)調(diào)速時(shí)的最大電磁轉(zhuǎn)矩比電動(dòng)機(jī)在正常接線時(shí)最大電磁轉(zhuǎn)矩比電動(dòng)機(jī)在正常接線時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩有明顯的降低。的最大轉(zhuǎn)矩有明顯的降低。 這樣，串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性便這樣，串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性便如圖如圖7-77-7所示。所示。 2222 串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性圖串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性圖圖圖7-7 異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性a) 大電機(jī)大電機(jī) b)小電機(jī)小電機(jī) 2323 從圖從圖7-57-5中可以看出，異步電動(dòng)機(jī)相當(dāng)中可以看出，異步電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于轉(zhuǎn)子整流器的供電電源。如果把電動(dòng)機(jī)于轉(zhuǎn)子整流器的供電電源。

15、如果把電動(dòng)機(jī)定子看成是整流變壓器的一次側(cè)，則轉(zhuǎn)子定子看成是整流變壓器的一次側(cè)，則轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于二次側(cè)，與帶整流變壓器的整繞組相當(dāng)于二次側(cè)，與帶整流變壓器的整流電路非常相似，因而可以引用電力電子流電路非常相似，因而可以引用電力電子技術(shù)中分析整流電路的一些結(jié)論來(lái)研究串技術(shù)中分析整流電路的一些結(jié)論來(lái)研究串級(jí)調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)子整流電路。級(jí)調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)子整流電路。 但是，兩者之間還存在著一些顯著的但是，兩者之間還存在著一些顯著的差異。差異。 * *7.3.2 7.3.2 異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)子整流電路轉(zhuǎn)子整流電路24241. 1. 轉(zhuǎn)子整流電路轉(zhuǎn)子整流電路圖圖7-8 轉(zhuǎn)子整流電路轉(zhuǎn)子整

16、流電路 D0D025252. 2. 電路分析電路分析l假設(shè)條件假設(shè)條件（1 1）整流器件具有理想的整流特性，）整流器件具有理想的整流特性，管壓降及漏電流均可忽略；管壓降及漏電流均可忽略；（2 2）轉(zhuǎn)子直流回路中平波電抗器的電）轉(zhuǎn)子直流回路中平波電抗器的電感為無(wú)窮大，直流電流波形平直；感為無(wú)窮大，直流電流波形平直；（3 3）忽略電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁阻抗的影響。）忽略電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁阻抗的影響。 2626n 換相重疊現(xiàn)象換相重疊現(xiàn)象 設(shè)電動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)差率下穩(wěn)定運(yùn)設(shè)電動(dòng)機(jī)在某一轉(zhuǎn)差率下穩(wěn)定運(yùn)行，轉(zhuǎn)子三相的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為行，轉(zhuǎn)子三相的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 e era ra、e erbrb、e erc rc。當(dāng)各整流器件依次導(dǎo)通

17、時(shí)，。當(dāng)各整流器件依次導(dǎo)通時(shí)，必有器件間的換相過(guò)程，這時(shí)處于必有器件間的換相過(guò)程，這時(shí)處于換相中的兩相電動(dòng)勢(shì)同時(shí)起作用，換相中的兩相電動(dòng)勢(shì)同時(shí)起作用，產(chǎn)生換相重疊壓降，如下圖所示。產(chǎn)生換相重疊壓降，如下圖所示。2727 換相重疊波形換相重疊波形換相重疊壓降換相重疊角2828 根據(jù)根據(jù)“電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)” ” 中介紹的理中介紹的理論，換相重疊角為論，換相重疊角為n 換相重疊角換相重疊角0rdD0r0dD0621arccos621arccosEIXsEIsX（8-8） 其中其中 X XD0 D0 s s = 1= 1時(shí)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的時(shí)折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子每相漏抗。電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子

18、每相漏抗。2929 由式（由式（7-87-8）可知，換相重疊角隨著）可知，換相重疊角隨著整流電流整流電流 I Id d 的增大而增加。的增大而增加。l當(dāng)當(dāng) I Id d 較小，較小， 在在0 0 60 60之間時(shí)，整之間時(shí)，整流電路中各整流器件都在對(duì)應(yīng)相電壓流電路中各整流器件都在對(duì)應(yīng)相電壓波形的自然換相點(diǎn)處換流，整流波形波形的自然換相點(diǎn)處換流，整流波形正常。正常。3030n轉(zhuǎn)子整流電路的工作狀態(tài)轉(zhuǎn)子整流電路的工作狀態(tài) （1 1）第一種工作狀態(tài)的特征是）第一種工作狀態(tài)的特征是 0 0 60 60， p p = = 0 0 此時(shí)，轉(zhuǎn)子整流電路處于正常的不可控此時(shí)，轉(zhuǎn)子整流電路處于正常的不可控整流工

19、作狀態(tài)，可稱之為第一工作區(qū)。整流工作狀態(tài)，可稱之為第一工作區(qū)。（2 2）第二種工作狀態(tài)的特征是）第二種工作狀態(tài)的特征是 = = 6060， 0 0 p p 30 30 這時(shí)，由于強(qiáng)迫延遲換相的作用，使得這時(shí)，由于強(qiáng)迫延遲換相的作用，使得整流電路好似處于可控的整流工作狀態(tài)，整流電路好似處于可控的整流工作狀態(tài)， p p 角相當(dāng)于整流器件的控制角，這一狀態(tài)角相當(dāng)于整流器件的控制角，這一狀態(tài)稱作第二工作區(qū)。稱作第二工作區(qū)。3131 轉(zhuǎn)子整流電路的工作狀態(tài)（續(xù)） （3 3）當(dāng)）當(dāng) = 30= 30時(shí)，整流電路中會(huì)出時(shí)，整流電路中會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)4 4個(gè)器件同時(shí)導(dǎo)通，形成共陽(yáng)極組和個(gè)器件同時(shí)導(dǎo)通，形成共陽(yáng)極組和共

20、陰極組器件雙換流的重疊現(xiàn)象，此共陰極組器件雙換流的重疊現(xiàn)象，此后后 p p 保持為保持為3030，而，而 角繼續(xù)增大，角繼續(xù)增大，整流電路處于第三種工作狀態(tài)，這是整流電路處于第三種工作狀態(tài)，這是一種非正常的故障狀態(tài)。一種非正常的故障狀態(tài)。3232 轉(zhuǎn)子整流電流與轉(zhuǎn)子整流電流與 、 p 間的函數(shù)關(guān)系間的函數(shù)關(guān)系 圖圖7-9 轉(zhuǎn)子整流電路的轉(zhuǎn)子整流電路的 = f ( Id )， p = f ( Id )Id1-23333n 串級(jí)調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)子整流電路的電流串級(jí)調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)子整流電路的電流和電壓和電壓 由于整流電路的不可控整流狀態(tài)是可由于整流電路的不可控整流狀態(tài)是可控整流狀態(tài)當(dāng)控制角為零時(shí)的特殊情況，控整流

21、狀態(tài)當(dāng)控制角為零時(shí)的特殊情況，所以可以直接引用可控整流電路的有關(guān)分所以可以直接引用可控整流電路的有關(guān)分析式來(lái)表示串級(jí)調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)子整流電路的電析式來(lái)表示串級(jí)調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)子整流電路的電流和電壓。流和電壓。)6sin(26)cos(cos26p0D0rppD0r0dXEXEI(7-9)3434n 串級(jí)調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)子整流電路的串級(jí)調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)子整流電路的電壓電壓式中，式中，R RD D = = sRsRs s + + R Rr r 為折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的電動(dòng)機(jī)為折算到轉(zhuǎn)子側(cè)的電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子每相等效電阻定子和轉(zhuǎn)子每相等效電阻。 dDpp0rd22)cos(cos34. 2IRsEUdDdDprIRIsXsE23cos34

22、. 200(7-10)3535上兩式中上兩式中l(wèi)當(dāng)當(dāng) 0 0 p p 30 30， =60 =60時(shí)表示時(shí)表示轉(zhuǎn)子整流電路工作在第二工作區(qū)；轉(zhuǎn)子整流電路工作在第二工作區(qū)；l當(dāng)當(dāng) p p = 0= 0， = 0 60 = 0 60 時(shí)表示轉(zhuǎn)子時(shí)表示轉(zhuǎn)子整流電路工作在第一工作區(qū)。整流電路工作在第一工作區(qū)。3636* *7.3.3 7.3.3 異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速機(jī)異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速機(jī)械特性方程式械特性方程式 圖圖7-10 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)a a）主電路）主電路b b）等效電路）等效電路 1. 1. 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)37372. 2. 系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電路方程系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)電路方程l轉(zhuǎn)子整流電路的輸出電

23、壓為轉(zhuǎn)子整流電路的輸出電壓為l逆變器直流側(cè)電壓逆變器直流側(cè)電壓l電壓平衡方程電壓平衡方程)23(cos34. 2D0Ddp0rdRsXIsEU(7-11)23(cos34. 2TTd2TiRXIUU(7-12)(7-13)LdidRIUU3838以上三式中以上三式中 R RL L直流平波電抗器的電阻；直流平波電抗器的電阻； X XT T 折算到二次側(cè)的逆變變壓器每折算到二次側(cè)的逆變變壓器每相等效漏抗，相等效漏抗，X XT T = = X XT T 1 1 + + X XT T 2 2 。 R RT T 折算到二次側(cè)的逆變變壓器每折算到二次側(cè)的逆變變壓器每相等效電阻，相等效電阻，R RT T =

24、 = R RT T 1 1 + + R RT T 2 2 。 39393. 3. 轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)速方程轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)速方程 解式（解式（7 71111） 式（式（7 71313），可），可以得到用轉(zhuǎn)差率表示的方程式以得到用轉(zhuǎn)差率表示的方程式d0Dp0rLDTTd2T3cos34. 2)223(cos34. 2IXERRRXIUs（7-14） 4040 轉(zhuǎn)速特性方程轉(zhuǎn)速特性方程 將將 s s = ( = (n n0 0 n n ) / ) / n n0 0代入上式，得代入上式，得到串級(jí)調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)速特性為到串級(jí)調(diào)速時(shí)的轉(zhuǎn)速特性為d0Dp0rLDTT0Dd2Tp0r03cos34. 2)2233()cosc

25、os(34. 2IXERRRXXIUEnn(7-15) 如令如令 p p = 0= 0，則式（，則式（7-157-15）就表示）就表示系統(tǒng)在第一工作區(qū)的轉(zhuǎn)速特性系統(tǒng)在第一工作區(qū)的轉(zhuǎn)速特性。4141 分析式（分析式（7-157-15）可以看出，等號(hào)）可以看出，等號(hào)右邊分子中的第一項(xiàng)是轉(zhuǎn)子直流回路右邊分子中的第一項(xiàng)是轉(zhuǎn)子直流回路的直流電壓的直流電壓 )coscos(34. 22Tp0rUEU（7-16） 第二項(xiàng)相當(dāng)于回路中的總電阻壓第二項(xiàng)相當(dāng)于回路中的總電阻壓降，可以寫(xiě)作降，可以寫(xiě)作 I Id d R R ，而分母則是轉(zhuǎn)，而分母則是轉(zhuǎn)子整流器的輸出電壓。子整流器的輸出電壓。 4242 等效電動(dòng)勢(shì)系

26、數(shù)公式等效電動(dòng)勢(shì)系數(shù)公式 借用直流電動(dòng)機(jī)的概念和有關(guān)算借用直流電動(dòng)機(jī)的概念和有關(guān)算式，引入電動(dòng)勢(shì)系數(shù)式，引入電動(dòng)勢(shì)系數(shù) C CE E ，使，使 0d0D0d0d0Dp0rE33cos34. 2nIXUnIXEC（7-17） 4343 轉(zhuǎn)速特性方程的直觀形式轉(zhuǎn)速特性方程的直觀形式則式（則式（7-157-15）可改寫(xiě)成）可改寫(xiě)成 )(1dERIUCn（7-18） 其中，其中， p0r0dcos34. 2EULDTT0D2233RRRXXR4444l注意注意 在直流調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)勢(shì)系在直流調(diào)速系統(tǒng)中，電動(dòng)勢(shì)系數(shù)數(shù) C Ce e 是常數(shù)，但是常數(shù)，但在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，中，C CE E是

27、負(fù)載電流的函數(shù)，它是使是負(fù)載電流的函數(shù)，它是使轉(zhuǎn)速特性成為非線性的重要因素轉(zhuǎn)速特性成為非線性的重要因素，故兩個(gè)符號(hào)的下角不同，以示區(qū)別。故兩個(gè)符號(hào)的下角不同，以示區(qū)別。4545兩種轉(zhuǎn)速特性的比較兩種轉(zhuǎn)速特性的比較l式（式（7-187-18）表明，異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)）表明，異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)與直流它勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性速系統(tǒng)與直流它勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速特性在形式上完全相同，改變電壓即可得在形式上完全相同，改變電壓即可得到一族平行移動(dòng)的調(diào)速特性。到一族平行移動(dòng)的調(diào)速特性。 l在直流調(diào)速系統(tǒng)中，須直接改變電壓在直流調(diào)速系統(tǒng)中，須直接改變電壓 U U；而在異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，；而在異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系

28、統(tǒng)中，它是通過(guò)改變式（它是通過(guò)改變式（7-167-16）第二項(xiàng)中的）第二項(xiàng)中的控制角控制角 來(lái)實(shí)現(xiàn)的。來(lái)實(shí)現(xiàn)的。4646兩種轉(zhuǎn)速特性的比較（續(xù)）兩種轉(zhuǎn)速特性的比較（續(xù)）l在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中總電阻在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中總電阻 R R 較大，較大，系統(tǒng)的調(diào)速特性較軟；對(duì)于系統(tǒng)的調(diào)速特性較軟；對(duì)于 p p 0 0 的第二工作區(qū)，計(jì)及的第二工作區(qū)，計(jì)及 p p 的影響，在的影響，在同一逆變角同一逆變角 下的電壓更小，相當(dāng)于下的電壓更小，相當(dāng)于也發(fā)生變化，因而調(diào)速特性更軟。也發(fā)生變化，因而調(diào)速特性更軟。47474. 4. 電磁轉(zhuǎn)矩方程電磁轉(zhuǎn)矩方程 l轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率 可以從轉(zhuǎn)子整流電路的功率傳遞可以從轉(zhuǎn)子整流電

29、路的功率傳遞關(guān)系入手，暫且忽略轉(zhuǎn)子銅耗，則關(guān)系入手，暫且忽略轉(zhuǎn)子銅耗，則轉(zhuǎn)子整流器的輸出功率就是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子整流器的輸出功率就是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率的轉(zhuǎn)差功率 dd0Dp0rs)3cos34. 2(IIsXsEP4848n 電磁轉(zhuǎn)矩公式電磁轉(zhuǎn)矩公式而電磁功率而電磁功率 P Pm m = = P Ps s / /s s，因此電磁轉(zhuǎn)矩為，因此電磁轉(zhuǎn)矩為ddDprsmeIIXEsPPT)3cos34. 2(100000dMddDdICIIXU0003（7-19） 0 0 理想空載機(jī)械角轉(zhuǎn)速理想空載機(jī)械角轉(zhuǎn)速(rad/s ) (rad/s ) ；C CMM 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，

30、式中式中 4949因?yàn)椋?3(1000dDdMIXUC它也是電流它也是電流 I Id d 的函數(shù)。與式（的函數(shù)。與式（8-178-17）的電動(dòng)勢(shì)）的電動(dòng)勢(shì)系數(shù)系數(shù) C CE E 相比可知，相比可知， C CM M 和和 C CE E 對(duì)對(duì) I Id d 的關(guān)系是一的關(guān)系是一樣的。由于樣的。由于 0 0 =2=2 n n0 0 /60/60，所以，所以 EM30CC（7-20） 可見(jiàn)，可見(jiàn)， C CM M 和和 C CE E的關(guān)系與直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)中的關(guān)系與直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)中C Cm m 和和 C Ce e的關(guān)系完全一致。的關(guān)系完全一致。50505. 5. 串級(jí)調(diào)速的機(jī)械特性方程串級(jí)調(diào)速的機(jī)械特性方

31、程 當(dāng)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)在第一工作區(qū)運(yùn)當(dāng)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)在第一工作區(qū)運(yùn)行時(shí)，行時(shí)， p p= 0 = 0 ，代入式（，代入式（7-197-19），再），再令令 d dT Te e/d/dt t = 0= 0，可求出，可求出電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)電磁轉(zhuǎn)矩的計(jì)算最大值算最大值T Te1me1m，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)推導(dǎo)，得得第一工作區(qū)的機(jī)械特性方程式第一工作區(qū)的機(jī)械特性方程式： 5151l第一工作區(qū)的機(jī)械特性方程第一工作區(qū)的機(jī)械特性方程式式24m111m1e1messssTT(7-21) s1m = s1m- s10 在給定在給定 值下，從值下，從理想空載到計(jì)算最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)的轉(zhuǎn)差率增量；理想空載到計(jì)算最大

32、轉(zhuǎn)矩點(diǎn)的轉(zhuǎn)差率增量； s1 = s- s10 在相應(yīng)的在相應(yīng)的 值下，由負(fù)值下，由負(fù)載引起的轉(zhuǎn)差率增量；載引起的轉(zhuǎn)差率增量；式中式中 5252s s10 10 相應(yīng)相應(yīng) 值下的理想空載轉(zhuǎn)差值下的理想空載轉(zhuǎn)差率；率；s s1m1m 對(duì)應(yīng)于計(jì)算最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)于計(jì)算最大轉(zhuǎn)矩T Te1me1m的臨的臨界轉(zhuǎn)差率：界轉(zhuǎn)差率：322320DLDTT10m1XRRRXss(7-22)5353 T Te1m e1m 系統(tǒng)在第一工作區(qū)的系統(tǒng)在第一工作區(qū)的“計(jì)算最大轉(zhuǎn)矩計(jì)算最大轉(zhuǎn)矩”。 由于在異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)，由于在異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)，負(fù)載增大到一定程度，必然會(huì)出現(xiàn)負(fù)載增大到一定程度，必然會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)子整流器的強(qiáng)迫

33、延遲換相現(xiàn)象，轉(zhuǎn)子整流器的強(qiáng)迫延遲換相現(xiàn)象，也就是說(shuō)，系統(tǒng)必然會(huì)進(jìn)入第二工也就是說(shuō)，系統(tǒng)必然會(huì)進(jìn)入第二工作區(qū)。而作區(qū)。而 T Te1m e1m 是在是在 p p= 0 = 0 的條件下的條件下由式（由式（7-197-19）求得的，它只表示若）求得的，它只表示若系統(tǒng)能繼續(xù)保持第一工作狀態(tài)將會(huì)系統(tǒng)能繼續(xù)保持第一工作狀態(tài)將會(huì)達(dá)到的最大轉(zhuǎn)矩。達(dá)到的最大轉(zhuǎn)矩。 5454l第二工作區(qū)的機(jī)械特性方程第二工作區(qū)的機(jī)械特性方程式式(7-23)2cos4m222m2p2e1messssTT s2m = s2m- s20 計(jì)及強(qiáng)迫延時(shí)換相，對(duì)計(jì)及強(qiáng)迫延時(shí)換相，對(duì)應(yīng)于某一應(yīng)于某一 p 值時(shí)的轉(zhuǎn)差率增量；值時(shí)的轉(zhuǎn)差率增量； s2 = s- s20 在給定在給定 與與 p值下，由值下