新疆大学：《运动控制系统》课程教学课件（PPT讲稿）第7章 绕线转子异步电动机双馈调速系统

亲藤火学 Xinjiang University 电气工程学院运动控制系统 电力拖动自动控制象统一运动控制条统 第7章 绕线转子异步电动机双馈调速系统

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

亲短火学 Xinjiang University 电气工程学院运动控制系统 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 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 ● “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年代就己被 提出，到了6070年代，当可控电力电子器件出现以后，才 得到更好的应用

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 ⚫ 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 ⚫ “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

新庭火学 Xinjiang University 电气工程学院运动控制系统 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

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

亲题火学 Xinjiang University 电气工程学院运动控制系统 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 M 率，而在其轴上输出机械 3 功率给负载，以拖动负载 Er=sErO Eadd 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 绕线型异步电动机转子附加电动势的原理图 势相连，从电路拓扑结构 上看，可认为是在转子绕 ●异步电动机运行时其转子相电 组回路中附加一个交流电 动势为E,=SE,0 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 异步电动机的转差率 绕线型异步电动机转子 开路相电动势

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 绕线型异步电动机转子附加电动势的原理图 ⚫异步电动机运行时其转子相电 动势为 r r0 E = sE 异步电动机的转差率 绕线型异步电动机转子 开路相电动势

亲藤火学 Xinjiang University 电气工程学院运动控制系统 转子相电流 ●在转子短路情况下，转子相电 M 3 流的表达式为，= VR2+(sX0)2 Er=SEro Eadd 转子绕组每相电阻 绕线型异步电动机转子附加电动势的原理图 S= 时的转子绕组每相漏 抗

转子相电流 ⚫在转子短路情况下，转子相电 流的表达式为 2 0 2 0 ( ) r r r r R sX sE I + = 转子绕组每相电阻 时的转子绕组每相漏 抗 s = 1 绕线型异步电动机转子附加电动势的原理图

嘉更火大学 Xinjiang University 电气工程学院运动控制系统 串电阻调速 M 3 Er=sErO Eadd 串电阻 调速 在绕线转子异步电动机转子串电阻调速时，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

串电阻调速 在绕线转子异步电动机转子串电阻调速时，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 串电阻 调速

亲莲大学 Xinjiang University 电气工程学院运动控制系统 转子附加电动势的作用 引入一个可控的交流附加电动势 附加电动势的幅值和频率与交流电压 相同 相位与转子电动势相反 M 3 Er=sEro Eadd 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 电动机减速 转子电动势增大 此时，未串入附加电动势和串入附加 转子电流增大 电动势后的转子电流相等S2>S)： 直至转差率增大到2(>S)时， SEro S2Ero-Eadd 电动机便进入新的较低转速的稳定 R2+(5Xo) VR+(SXo)月 状态

转子附加电动势的作用 引入一个可控的交流附加电动势 附加电动势的幅值和频率与交流电压 相同 相位与转子电动势相反 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 电动机减速 转子电动势增大 转子电流增大 直至转差率增大到 时， 电动机便进入新的较低转速的稳定 状态 2 1 s s ( )  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 2 1 : ( ) s s  1 0 2 0 2 2 2 2 1 0 2 0 ( ) ( ) r r add r r r r r s E s E E I R s X R s X − = = + +

亲群大学 Xinjiang University 电气工程学院运动控制系统 7.1.2绕线转子异步电动机双馈调速的五种工况 2t ●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 (1-s)Pm (1-s)Pm CU CU 现对电动机转速的调节 c) 0n1 d 州 ●可控附加电动势的引入必 然在转子侧形成功率的传送， (1-s)Pm sPm (1-s)Pm 可以把转子侧的转差功率传 CU a） CU 二Te e 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 (I-s)Pm CU 2-1 b) 功率传送的角度看，可以认 绕线型异步电动机在转子附加电动势时的工况及 为是用控制异步电动机转子 其功率流程 中转差功率的大小与流向来 a)次同步速电动状态b)反转倒拉制动状态c) 超同步速回馈制动状态 实现对电动机转速的调节 d)超同步速电动状态e)次同步速回债制动状态 CU一功率变换单元

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 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 b)反转倒拉制动状态 c) 超同步速回馈制动状态 d)超同步速电动状态 e)次同步速回馈制动状态 CU——功率变换单元

嘉惠火学 Xinjiang University 电气工程学院运动控制系统 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 清果翻壬凝 (1-s)Pm -s)Pn d) 其值与交流电网的频率往往 不一致，所以不能把电动机 m 的转子直接与交流电网相连， (1-s)Pm sPm (1-s)Pm 而必须通过一个中间环节。 CU e a 这个中间环节除了有功率传 递作用外，还应具有对不同 率的电功率进行变换的功 (1-s)Pm CU 能 故称为功率变换单元 2-1 b) 绕线型异步电动机在转子附加电动势时的工况及 (Power Converter Unit, 其功率流程 简称CU) a)次同步速电动状态b)反转倒拉制动状态c) 超同步速回馈制动状态 d)超同步速电动状态e)次同步速回债制动状态 CU一功率变换单元

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( )， 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） 2 1 f = sf 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 b)反转倒拉制动状态 c) 超同步速回馈制动状态 d)超同步速电动状态 e)次同步速回馈制动状态 CU——功率变换单元

新庭大学 Xinjiang University 电气工程学院-运动控制系统 甚于稳态模型的异步电动机调速 忽略机械和杂散损耗时，异 步电动机的功率关系为 (I-s)P (1-s)Pm =sPm +(1-S)P CU 0 d) -s)Pm (1-s)Pin 电动机定子传 CU 电动机轴上输出或输 CU 0 a) 入转子的 入的功率 电磁功率 包括转子损耗的转子 b) 电路输入功率，即转 2-1 差功率 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b)反转倒拉制动状态c)超 同步速回馈制动状态 d)超同步速电动状态e)次同步速回馈制动状态 CU一功率变换单元

基于稳态模型的异步电动机调速 忽略机械和杂散损耗时，异 步电动机的功率关系为 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 b)反转倒拉制动状态 c)超 同步速回馈制动状态 d)超同步速电动状态 e)次同步速回馈制动状态 CU——功率变换单元 m m Pm P = sP + (1− s) 电动机定子传 入转子的 电磁功率 包括转子损耗的转子 电路输入功率，即转 差功率 电动机轴上输出或输 入的功率