电力拖动自动系统第讲.ppt
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1、第三十四讲,要求:1.掌握异步电动机串级调速机械特性方程 式分析方法; 2.了解串级调速系统技术经济指标种类及 功率因素改善方法; 3.了解斩波控制的串级调速系统工作原理 4.掌握串级调速装置的电压与容量计算方 法; 5.了解串级调速系统双闭环控制的结构;,7.3.3 异步电动机串级调速机械 特性方程式 1、电路结构 由串级调速系统主电路接线图(当整流器和逆变器都为三相桥式电路时)和相应的等效电路,可得图710;,图710 串级调速系统 a)主电路b)等效电路,2、系统的稳态电路方程 考虑到电动机转子与逆变变压器的电阻和换相重叠压降后: 转子整流电路的输出电压为: (7-11),逆变器直流侧电
2、压 (7-12),电压平衡方程 UdUiIdRL (7-13) 以上三式中,RL直流平波电抗器的电阻; XT折算到二次侧的逆变变压器每相等效漏抗, RT折算到二次侧的逆变变压器每相等效电阻, 。,3、转差率与转速方程 解式(711)式(713),可以得到用转差率表示的方程式 (7-14),转速特性方程 将s=(n0n)/n0代入上式,得到串级调速时的转速特性为 (7-15),如令p=0,则式(7-15)就表示系统在第一工作区的转速特性。 分析式(7-15)可以看出,等号右边分子中的第一项是转子直流回路的直流电压 U=2.34(Er0cos p UT2cos) (7-16),第二项相当于回路中的
3、总电阻压降,可以写作IdR,而分母则是转子整流器的输出电压。如借用直流电动机的概念和有关算式,引入电动势系数CE,使 (7-17),转速特性方程的直观形式 则式(7-15)可改写成 其中, ,,注意: 在直流调速系统中,电动势系数Ce是常数,但在串级调速系统中,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,故两个符号的下角不同,以示区别。,两种转速特性的比较 A.式(7-18)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,改变电压即可得到一族平行移动的调速特性。,B在直流调速系统中,须直接改变电压U;而在异步电动机串级调速系统中,它是通过改变式(7-16)
4、第二项中的控制角来实现的。,在串级调速系统中总电阻R较大,系统的调速特性较软;对于p0的第二工作区,计及p的影响,在同一逆变角下的电压更小,相当于也发生变化,因而调速特性更软。,4、电磁转矩方程 转差功率 可以从转子整流电路的功率传递关系入手,暂且忽略转子铜耗,则转子整流器的输出功率就是电动机的转差功率,电磁转矩公式 电磁功率PmPs/s,因此电磁转矩为 (7-19) 式中0 理想空载机械角转速rad/s ; CM 串级调速系统的转矩系数,,因为, ,故它也是电流Id的函数。 与式(7-17)的电动势系数CE相比可知, CM和CE对Id的关系是一样的。 由于0=2pn0/60,所以 (7-20
5、) 可见,CM和CE的关系与直流他励电动机中 Cm和Ce的关系完全一致。,5、串级调速的机械特性方程 当串级调速系统在第一工作区运行时, p=0 ,代入式(7-19),再令 ,可求出电磁转矩的计算最大值Telm,经过适当的数学推导,得第一工作区的机械特性方程式:,第一工作区的机械特性方程式 (7-21) 式中s1m=s1ms10在给定值下,从理想空载到计算最大转矩点的转差率增量; s1=ss10在相应值下,由负载引起的转差率增量; s10 相应值下的理想空载转差率;,s1m 对应于计算最大转矩Telm的临界转差率: Telm 系统在第一工作区的“计算最大转矩”。,(7-22),由于在异步电动机
6、串级调速时,负载增大到一定程度,必然会出现转子整流器的强迫延迟换相现象,也就是说,系统必然会进入第二工作区。 而Telm是在p=0的条件下由式(7-19)求得的,它只表示若系统能继续保持第一工作状态将会达到的最大转矩。,第二工作区的机械特性方程式 式中s2m=s2ms20 计及强迫延时换相,对应于某一p值时的转差率增量; s2=ss20在给定与p值下,由负载引起的转差率增量;,s20相应与p值下的理想空载转差率: 而,(7-24),注意:在用式(7-23)计算第二工作区的一段机械特性时,等号左边分母中仍用,这是为了使第一、二工作区的机械特性计算公式尽量一致,不要误解为第二工作区的最大转矩就是,
7、它具有另外一个最大转矩。,几种最大转矩的关系和计算 从异步电动机的铭牌数据可计算出额定转矩和正常运行时的最大转矩。 对串级调速系统来说,有实用意义的是第一工作区的计算最大转矩Telm和第二工作区真正的最大转矩Te2m(可证明, Te2m对应于 p=15)。还有第一、二工作区交界的转矩值,称作交接转矩Te1-2。,按照上面的推导,可得 式(7-26)说明,异步电动机串级调速时所能产生的最大转矩比正常接线时减少了17.3%,这在选用电机时必须注意。,(7-25),(7-27),(7-26),另外,由式(7-27)可知,Te1-2=0.716Tem,而异步电动机的转矩过载能力一般大于2,即Tem2T
8、eN,所以当电动机在额定负载下工作时,还是处于第一工作区。,图7-11 异步电动机串级调速时的机械特性,7.4 串级调速系统的技术 经济指标及其提高方案 *7.4.1 串级调速系统的效率,图7-12 串级调速系统效率分析 a)系统的功率传递 b)系统的功率流程图,1、串级调速系统功率流程 在串级调速时(图7-12a),ps未被全部消耗掉,而是扣除了转子铜损pcur、杂散损耗ps和附加的串级调速装置损耗ptan后通过转子整流器与逆变器返回电网,这部分返回电网的功率称作回馈功率pf。,对整个串级调速系统来说,它从电网吸收的净有功功率应为Pin P1pf 。,2、串级调速系统效率及比较 串级调速系统
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