电力拖动自动控制系统运动控制系统第阮毅.pptx

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1、会计学1电力电力(dinl)拖动自动控制系统拖动自动控制系统 运动控制运动控制系统第阮毅系统第阮毅第一页，共64页。内容提要内容提要(ni rn t yo)n n绕线转子异步电机转子变频控制原理n n绕线转子异步电机转子变频控制的四种基本工况n n绕线转子异步电机转子变频串级调速系统(xtng)n n绕线转子异步电机转子变频双馈控制系统(xtng)第1页/共64页第二页，共64页。8.1 8.1 绕线转子异步电机转子变频绕线转子异步电机转子变频绕线转子异步电机转子变频绕线转子异步电机转子变频(bin pn)(bin pn)控制原控制原控制原控制原理理理理定子与交流(jioli)电网连接双馈调速

2、原理(yunl)示意图转子接交流电源或外接电动势P1Psn定子侧与交流电网连接n转子侧与电力电子装置连接，改变转子侧外接的电动势，可以控制转差频率，同时控制转子侧输出或输入的电功率，只增加不多的转子电路损耗。第2页/共64页第三页，共64页。异步电机转子附加异步电机转子附加异步电机转子附加异步电机转子附加(fji)(fji)电动势的作用电动势的作用电动势的作用电动势的作用n n异步电机运行(ynxng)时其转子相电动势为n n n n式中 s 异步电动机的转差率；n n Er0 绕线转子异步电动机在转子不动时的相电动势，或称转子开路电动势，也就是转子额定相电压值。(8-1)第3页/共64页第四

3、页，共64页。n n转子相电流的表达式为：n n式中 Rr 转子绕组(roz)每相电阻；n n Xr0 s=1时的转子绕组(roz)每相漏抗。(8-2)第4页/共64页第五页，共64页。n n 转子转子转子转子(zhun z)(zhun z)附加电动势附加电动势附加电动势附加电动势 图8-1 绕线转子(zhun z)异步电动机转子(zhun z)附加电动势的原理图附加电动势与转子(zhun z)电动势有相同的频率，可同相或反相串接。引入可控的交流附加电动势第5页/共64页第六页，共64页。n n有附加(fji)电动势时的转子相电流：n n 如图8-1所示，绕线转子异步电动机在外接附加(fji)

4、电动势时，转子回路的相电流表达式(8-3)第6页/共64页第七页，共64页。n n 转子转子转子转子(zhun z)(zhun z)附加电动势的作用附加电动势的作用附加电动势的作用附加电动势的作用1.Er 与 Eadd 同相当 Eadd ，使得(sh de)：这里：转速(zhun s)上升；第7页/共64页第八页，共64页。转子转子转子转子(zhun z)(zhun z)附加电动势的作用（续）附加电动势的作用（续）附加电动势的作用（续）附加电动势的作用（续）l l当当 Eadd Eadd ，l l使得使得(sh de)(sh de)：l l这里：这里：转速(zhun s)下降；第8页/共64页

5、第九页，共64页。转子转子转子转子(zhun z)(zhun z)附加电动势的作用（续）附加电动势的作用（续）附加电动势的作用（续）附加电动势的作用（续）2.Er 与 Eadd反相 同理可知，若减少或串入反相的附加电动势，则可使电动机的转速降低。所以，在绕线转子(zhun z)异步电动机的转子(zhun z)侧引入一个可控的附加电动势，就可调节电动机的转差频率和转速。第9页/共64页第十页，共64页。转子转子转子转子(zhun z(zhun z)电路变频器电路变频器电路变频器电路变频器n n异步电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，所以不能把电机转

6、子直接与交流电网相连，必须(bx)通过一个中间变换环节才能连接到交流电网。第10页/共64页第十一页，共64页。绕线转子异步电机转子变频绕线转子异步电机转子变频绕线转子异步电机转子变频绕线转子异步电机转子变频(bin pn)(bin pn)控制系统的基本结构控制系统的基本结构控制系统的基本结构控制系统的基本结构功率变换单元功率变换单元电网K1M3 K2TIPm(1-s)PmsPm通过调节转差功率(gngl)大小和流向调节转速转子转子(zhun z)电路变频器电路变频器第11页/共64页第十二页，共64页。n n 图8-2只能(zh nn)用于由转子电路馈出电功率的系统，又称作串级调速系统图图8

7、-2 转子转子(zhun z)电路连接不控整流器和晶闸管有源逆变器用以馈出电功率电路连接不控整流器和晶闸管有源逆变器用以馈出电功率sPm第12页/共64页第十三页，共64页。n n转子电路可馈入、馈出电功率的双馈系统转子电路可馈入、馈出电功率的双馈系统(xt(xt ng)ng)，功率变换装置必须是可，功率变换装置必须是可逆的，如图逆的，如图8-38-3所示，其中所示，其中CU1CU1和和CU2CU2都可兼作可控整流和逆变单元。都可兼作可控整流和逆变单元。图图8-3 8-3 转子转子(zhun z)(zhun z)电路连接可馈出或馈入电功率的双电路连接可馈出或馈入电功率的双PWMPWM交交-直直

8、-交变频器交变频器sPm第13页/共64页第十四页，共64页。8.2 8.2 绕线转子异步电机转子变频控制的四种绕线转子异步电机转子变频控制的四种绕线转子异步电机转子变频控制的四种绕线转子异步电机转子变频控制的四种(s zh(s zh n n)基本工况基本工况基本工况基本工况 本节摘要(zhiyo)电机在次同步转速下作电动运行电机在超同步转速下作电动运行电机在超同步转速下作发电运行电机在次同步转速下作发电运行第14页/共64页第十五页，共64页。n n 异步电机的功率异步电机的功率异步电机的功率异步电机的功率(gngl)(gngl)关系关系关系关系 忽略(hl)机械损耗和杂散损耗时，异步电机在

9、任何工况下的功率关系都可写作（8-4a）式中 Pm 从电机(dinj)定子传入转子（或由转子传 出给定子）的电磁功率，sPm 输入或输出转子电路的功率，即转 差功率，(1-s)Pm 电机(dinj)轴上输出或输入的功率。第15页/共64页第十六页，共64页。当转子变频器传输功率的方向不同时，和 可正可负，因而使绕线转子异步电机转子变频控制系统(kn zh x tn)产生电动与发电、次同步与超同步排列组合的四种基本工作状况。第16页/共64页第十七页，共64页。图图图图8-4 8-4 绕线型异步电动机在转子绕线型异步电动机在转子绕线型异步电动机在转子绕线型异步电动机在转子(zhun z(zhun

10、 z)附加电动势时的工况及其功率流程附加电动势时的工况及其功率流程附加电动势时的工况及其功率流程附加电动势时的工况及其功率流程a)a)次同步速电动状态次同步速电动状态次同步速电动状态次同步速电动状态 c)c)超同步速发电状态超同步速发电状态超同步速发电状态超同步速发电状态b)b)超同步速电动状态超同步速电动状态超同步速电动状态超同步速电动状态 d)d)次同步速发电状态次同步速发电状态次同步速发电状态次同步速发电状态 CU CU功率变换单元功率变换单元功率变换单元功率变换单元第17页/共64页第十八页，共64页。1.1.电机在次同步电机在次同步电机在次同步电机在次同步(tngb)(tngb)转速

11、下作电动运行转速下作电动运行转速下作电动运行转速下作电动运行转子侧每相加上与转子侧每相加上与 Er0 Er0 反相的附加电动势反相的附加电动势+Eadd+Eadd（Eadd Er0Eadd Er0），并把转子三相），并把转子三相(sn(sn xin)xin)回路连通。回路连通。运行工况：运行工况：电机作电动运行，转差率为电机作电动运行，转差率为 0 s 1 0 s 1，从定，从定子侧输入功率，轴上输出机械功率。子侧输入功率，轴上输出机械功率。第18页/共64页第十九页，共64页。l l 功率功率功率功率(gngl)(gngl)流程流程流程流程snTesPmsPmP1Pm(1-s)PmCU001

12、n1a）次同步速电动状态 第19页/共64页第二十页，共64页。2.2.电动电动电动电动(din dn)(din dn)机在超同步转速下作电动机在超同步转速下作电动机在超同步转速下作电动机在超同步转速下作电动(din(din dn)dn)运行运行运行运行n n当电动机已在当电动机已在 的情况的情况(qngkung)下作电动运行，轴下作电动运行，轴上拖动恒转矩的额定负载，若上拖动恒转矩的额定负载，若转子侧串入了与转子侧串入了与 同相的附加同相的附加电动势电动势 ，则式（，则式（8-3）变为：）变为：n n 从前面讨论可知，只要不断加从前面讨论可知，只要不断加大附加电动势的幅值大附加电动势的幅值

13、，就，就可提高电动机的转速。可提高电动机的转速。第20页/共64页第二十一页，共64页。2.2.电动机在超同步转速电动机在超同步转速电动机在超同步转速电动机在超同步转速(zhun s)(zhun s)下作电动运下作电动运下作电动运下作电动运行行行行n n当电动机的转速到达或超过额当电动机的转速到达或超过额定转速时，如继续加大定转速时，如继续加大 ，转，转子电动势子电动势 必然反相变负，电必然反相变负，电动机将加速到动机将加速到 的新的稳态下的新的稳态下工作工作(gngzu)，即超同步电，即超同步电动运行状态。必须指出，此时动运行状态。必须指出，此时电动机转速虽然超过了其同步电动机转速虽然超过了

14、其同步转速，但它仍拖动着负载作电转速，但它仍拖动着负载作电动运转。因此电动机轴上可以动运转。因此电动机轴上可以输出比其铭牌所示额定功率还输出比其铭牌所示额定功率还要高的功率。要高的功率。第21页/共64页第二十二页，共64页。2.2.电动电动电动电动(din dn(din dn)机在超同步转速下作电机在超同步转速下作电机在超同步转速下作电机在超同步转速下作电动动动动(din dn(din dn)运行运行运行运行n n电动机轴上输出机械功率由定电动机轴上输出机械功率由定子子(dngz)侧与转子侧两部分侧与转子侧两部分输入电功率合成，电动机处于输入电功率合成，电动机处于定、转子双输入状态，式（定、

15、转子双输入状态，式（8-4a）可改写成）可改写成：n n（式中（式中s本身为负值）。本身为负值）。n n 其功率流程示于图其功率流程示于图8-4b。第22页/共64页第二十三页，共64页。3.3.电机在超同步转速电机在超同步转速电机在超同步转速电机在超同步转速(zhun s)(zhun s)下作发电运行下作发电运行下作发电运行下作发电运行l l工作条件：l l 进入这种运行状态的必要条件是有机械外力作用在电机(dinj)轴上，并使电机(dinj)能在超过其同步转速n1的情况下运行。典型的应用是风力发电机(dinj)。第23页/共64页第二十四页，共64页。l l运行工况：运行工况：l l 电机

16、处在发电状态工作，电机处在发电状态工作，s 0s 0 0，电机仍处于发电状态。，电机仍处于发电状态。第26页/共64页第二十七页，共64页。l l 功率功率功率功率(gngl)(gngl)流程流程流程流程d）次同步速发电状态 Pm-TeCU第27页/共64页第二十八页，共64页。8.3 8.3 绕线转子异步电机转子变频绕线转子异步电机转子变频绕线转子异步电机转子变频绕线转子异步电机转子变频(bin pn)(bin pn)串级调速系串级调速系串级调速系串级调速系统统统统n n绕线转子异步电机调速系统工作在次同步电动状态，称作绕线转子异步电动机的串级调速系统。n n串级调速系统分为(fn wi)n

17、 n机械串级调速系统n n电气串级调速系统第28页/共64页第二十九页，共64页。n n转差功率得以机械(jxi)形式帮助异步电动机拖动负载图8-6 机械(jxi)串级调速系统（Kramer系统）原理图第29页/共64页第三十页，共64页。*电气电气电气电气(dinq)(dinq)串级调速系统的组成串级调速系统的组成串级调速系统的组成串级调速系统的组成n n将转差功将转差功率率(gngl(gngl)逆变后回逆变后回馈到交流馈到交流电网电网图8-7 绕线转子异步电机电气(dinq)串级调速系统原理图第30页/共64页第三十一页，共64页。串级调速系统工作串级调速系统工作(gngzu)原理原理n

18、n直流回路稳态电压平衡(pnghng)方程n n (8-4)n n整流电压输出n n (8-5)式中 和 都是相电压（8-9）第31页/共64页第三十二页，共64页。n ns是电动机的转差率，而 Id间接反映电动机电磁转矩的大小，n n调制度M 是控制变量，式(8-9)可以当作串级调速系统(xtng)中异步电动机机械特性的间接表达式。n n反映了机械特性的线性段。第32页/共64页第三十三页，共64页。串级系统串级系统串级系统串级系统(xt(xt ng)ng)调速原理调速原理调速原理调速原理n n降低调制度M，按式（8-8）将提高逆变器的输入电压，在动态中首先反映的是减少电流 Id的，使电磁转

19、矩减小，迫使电动机转速降低，实现调速。与此同时，转差率s增大，从而恢复 与负载(fzi)电流平衡，使串级调速系统恢复到新的稳态。第33页/共64页第三十四页，共64页。异步电动机串级调速机械异步电动机串级调速机械(jxi)特性特性的特征的特征n n1.1.理想理想理想理想(l(l xixi ng)ng)空载转速可以连续平滑调节空载转速可以连续平滑调节空载转速可以连续平滑调节空载转速可以连续平滑调节n n串级调速系统的理想串级调速系统的理想串级调速系统的理想串级调速系统的理想(l(l xixi ng)ng)空载转速空载转速空载转速空载转速 与同步转速与同步转速与同步转速与同步转速 是不同的是不同

20、的是不同的是不同的n n调节调制比，理想调节调制比，理想调节调制比，理想调节调制比，理想(l(l xixi ng)ng)空载转差率空载转差率空载转差率空载转差率 和理想和理想和理想和理想(l(l xixi ng)ng)空载转速空载转速空载转速空载转速 n n 都相应改变，得到近似平行的机械特性。都相应改变，得到近似平行的机械特性。都相应改变，得到近似平行的机械特性。都相应改变，得到近似平行的机械特性。Id=0第34页/共64页第三十五页，共64页。2机械特性的斜率机械特性的斜率(xil)与最大转矩与最大转矩 串级调速时，转子回路中接入了串级调速装串级调速时，转子回路中接入了串级调速装置置(包括

21、整流和逆变装置、逆变变压器等包括整流和逆变装置、逆变变压器等)，实际上相当于在电动机转子回路中接入，实际上相当于在电动机转子回路中接入了一定数量的等效电阻和电抗，它们的影了一定数量的等效电阻和电抗，它们的影响在任何转速下都存在。响在任何转速下都存在。由于转子回路阻由于转子回路阻抗的影响，异步电动机串级调速时的机械抗的影响，异步电动机串级调速时的机械特性比其固有特性要软得多。特性比其固有特性要软得多。第35页/共64页第三十六页，共64页。图8-8 异步电动机串级调速时的机械(jxi)特性第36页/共64页第三十七页，共64页。转子变频器的电压和容量转子变频器的电压和容量转子变频器的电压和容量转

22、子变频器的电压和容量(rngling)(rngling)与串级调速与串级调速与串级调速与串级调速系统的效率系统的效率系统的效率系统的效率 串串级级调调速速装装置置是是指指整整个个串串级级调调速速系系统统中中除除异异步步电电动动机机以以外外为为实实现现串串级级调调速速而而附附加加的的所所有有功功率率部部件件，包包括括转转子子整整流流器器、逆逆变变(n bin)器器和和逆逆变变(n bin)变变压压器器。从从经经济济角角度度出出发发，必必须须正正确确合合理理地地选选择择这这些些附附加加设设备备的的电电压压和和容容量量，以以提提高高整整个个调速系统的性能价格比。调速系统的性能价格比。第37页/共64

23、页第三十八页，共64页。整流器容量整流器容量整流器容量整流器容量(rngling)(rngling)l l主要依据其电流与电压的定额。主要依据其电流与电压的定额。l l电电流流定定额额决决定定(judng)于于异异步步电电动动机机转转子子的的额额定定电电流流和和所所拖动的负载电流拖动的负载电流IrN；l l电电压压定定额额则则决决定定(judng)于于异异步步电电动动机机转转子子的的额额定定相相电电压压（即即转转子子开开路路电电动动势势 Er0）和和系系统统的的调调速速范范围围 D。这这里里n1为为同步转速。同步转速。(8-13)第38页/共64页第三十九页，共64页。n nnmin nmin

24、 是调速系统的最低转速，对应于最大理想是调速系统的最低转速，对应于最大理想是调速系统的最低转速，对应于最大理想是调速系统的最低转速，对应于最大理想(lxing)(lxing)空载转差率空载转差率空载转差率空载转差率 s0max s0max，（8-14）n调速范围越大时，调速范围越大时，s0max也越大，整流器和逆变器也越大，整流器和逆变器所承受的电压越高（所承受的电压越高（s0max Er0）。）。n对于只需要对于只需要(xyo)低调速范围的生产机械，如风机低调速范围的生产机械，如风机水泵等，采用串级调速系统时，只用低电压小功率的水泵等，采用串级调速系统时，只用低电压小功率的变频器就够了。变频

25、器就够了。第39页/共64页第四十页，共64页。转子转子转子转子(zhun z(zhun z)变频器容量变频器容量变频器容量变频器容量n n转子变频器和逆变(n bin)变压器容量的选择主要依据其电流与电压的定额。电压定额取决于系统的调速范围，电流定额取决于异步电动机转子的额定电流和所拖动的负载。第40页/共64页第四十一页，共64页。逆变逆变逆变逆变(n bin)(n bin)变压器容量变压器容量变压器容量变压器容量n n用伏安数表示的逆变变压器容量为用伏安数表示的逆变变压器容量为n n将式（将式（8-158-15）代入，得）代入，得n n当当系系统统调调速速范范围围降降低低时时，逆逆变变变

26、变压压器器和和整整个个串串级级调调速速装置的容量都相应减小。装置的容量都相应减小。n n串串级级调调速速系系统统往往往往(w(w ngwngw ng)ng)被被推推荐荐用用于于有有限限调调速速范范围围的的场场合合（例例如如 =1.52.0=1.52.0范范围围内内无无级级调调速速），而而很很少少用于从零转速到额定转速全范围调速的系统。用于从零转速到额定转速全范围调速的系统。第41页/共64页第四十二页，共64页。n n注意:必须具备起动(q dn)装置（如起动(q dn)电阻、频敏变阻器），使转子从零速起动(q dn)到最低转速，然后才能投入转子变频器运行。第42页/共64页第四十三页，共64

27、页。3 3、串级调速系统、串级调速系统、串级调速系统、串级调速系统(xt(xt ng)ng)的效率的效率的效率的效率第43页/共64页第四十四页，共64页。串级调速系统串级调速系统串级调速系统串级调速系统(xt(xt ng)ng)的效率的效率的效率的效率l l串级调速系统串级调速系统(xtng)的总效率的总效率l l式式中中 p 是是异异步步电电动动机机定定子子和和转子内的总损耗；转子内的总损耗；l l ptan 附附加加的的串串级级调调速速传传动动(tandem drive)装装l l 置损耗置损耗。(8-17)第44页/共64页第四十五页，共64页。串级调速系统串级调速系统串级调速系统串级

28、调速系统(xt(xt ng)ng)的效率的效率的效率的效率 在串级调速系统中，当电动机在串级调速系统中，当电动机的转速降低时，如果负载转矩的转速降低时，如果负载转矩不变，不变，p 和和 ptan 都基本都基本(jbn)不变，式（不变，式（8-17）分子）分子和分母中的项随着和分母中的项随着s增大而同时增大而同时减少，对减少，对sch值的影响并不太值的影响并不太大。大。第45页/共64页第四十六页，共64页。串级调速系统串级调速系统串级调速系统串级调速系统(xt(xt ng)ng)的功率因数的功率因数的功率因数的功率因数n n在串级调速系统中，从交流电网吸收的总有功功率是电动机吸收的有在串级调速

29、系统中，从交流电网吸收的总有功功率是电动机吸收的有功功率与逆变器回馈至电网的有功功率之差，然而从交流电网吸收的功功率与逆变器回馈至电网的有功功率之差，然而从交流电网吸收的总无功功率总无功功率(w(w nn nn l l)却是电动机和逆变器所吸收的无功功率却是电动机和逆变器所吸收的无功功率(w(w nn nn l l)之和（见图之和（见图8-9a8-9a），串级调速系统的功率因数可用），串级调速系统的功率因数可用下式表示：下式表示：n n串级调速系统的功率因数较低串级调速系统的功率因数较低第46页/共64页第四十七页，共64页。串级调速系统串级调速系统串级调速系统串级调速系统(xt(xt ng)

30、ng)的双闭环控制的双闭环控制的双闭环控制的双闭环控制n n由于串级调速系统机械特性的静差率较大，所以开环控制的串级由于串级调速系统机械特性的静差率较大，所以开环控制的串级调速系统系统只能用于对调速精度要求不高的场合。调速系统系统只能用于对调速精度要求不高的场合。n n为了为了(wi le)(wi le)提高静态调速精度，并获得较好的动态性能，须采用提高静态调速精度，并获得较好的动态性能，须采用闭环控制。闭环控制。n n和直流调速系统一样，通常采用具有电流反馈与转速反馈的双闭和直流调速系统一样，通常采用具有电流反馈与转速反馈的双闭环控制方式。由于串级调速系统的转子整流器是不可控的，系统环控制方

31、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起动与加本身不能产生电气制动作用，所谓动态性能的改善只是起动与加速过程性能的改善，减速时只能靠负载自由降速。速过程性能的改善，减速时只能靠负载自由降速。第47页/共64页第四十八页，共64页。双闭环控制的串级调速系统结构原理图双闭环控制的串级调速系统结构原理图双闭环控制的串级调速系统结构原理图双闭环控制的串级调速系统结构原理图图8-11 双闭环控制的串级调速系统(xtng)第48页/共64页第四十九页，共64页。双闭环控制的串级调速系统动态结构双闭环控制的串级调速系统动态结构双闭环控制的串级调速系统

32、动态结构双闭环控制的串级调速系统动态结构(jigu)(jigu)框图框图框图框图n n转子直流电压转子直流电压(diny)(diny)的动态方程式（忽略直流电路滤波电容的的动态方程式（忽略直流电路滤波电容的充放电电流）充放电电流）n n 分别为转子整流器输出的理想空载电压分别为转子整流器输出的理想空载电压(diny)(diny)、逆变器输、逆变器输入的直流电压入的直流电压(diny)(diny)，n n 分别为转子电路的总电感，包括转子绕组和逆变变压器绕组的分别为转子电路的总电感，包括转子绕组和逆变变压器绕组的漏感和转子电路的总电阻，漏感和转子电路的总电阻，第49页/共64页第五十页，共64页

33、。n n代入转差率与转速的关系(gun x)n n （8-21）n n等号两边拉普拉斯变化得：n n （8-22）转子流回路(hul)的放大系数和时间常数；第50页/共64页第五十一页，共64页。n n串级调速系统转子(zhun z)直流回路的线性化动态结构框图图8-12 串级调速系统转子直流回路(hul)的线性化动态结构框图第51页/共64页第五十二页，共64页。n n在转子直流回路中传输在转子直流回路中传输(chun sh)(chun sh)的异步电动机转差功率为的异步电动机转差功率为 n n电动机的电磁功率为电动机的电磁功率为n n电磁转矩为电磁转矩为 n n n n 理想空载机械角速度

34、，理想空载机械角速度，(rad/s)(rad/s)n n定义：定义：为串级调速系统的电动势系数，为串级调速系统的电动势系数，n n 为串级调速系统的转矩系数，为串级调速系统的转矩系数，第52页/共64页第五十三页，共64页。n n （8-238-23）n n串级调速系统的电动势系数和转矩系数与直流调速系统中的相关串级调速系统的电动势系数和转矩系数与直流调速系统中的相关系数相似系数相似(xin(xin s)s)，而式（，而式（8-238-23）所示的转矩电流关系在形式上与）所示的转矩电流关系在形式上与直流调速系统完全相同。但须注意，在上述分析中忽略了异步电直流调速系统完全相同。但须注意，在上述分

35、析中忽略了异步电动机的许多非线性因素。在异步电动机串级调速系统中，气隙磁动机的许多非线性因素。在异步电动机串级调速系统中，气隙磁通的大小会随着电机的工作状态而变化，因此所定义的通的大小会随着电机的工作状态而变化，因此所定义的CECE和和CMCM实实际上不是常数，把它们视作常数所得到的电机模型只是近似的线际上不是常数，把它们视作常数所得到的电机模型只是近似的线性模型。性模型。第53页/共64页第五十四页，共64页。n n电力拖动系统电力拖动系统(xt(xt ng)ng)的运动方程式为的运动方程式为n n或写成或写成n n异步电动机在串级调速时的传递函数为异步电动机在串级调速时的传递函数为n n串

36、级调速系统串级调速系统(xt(xt ng)ng)的机电时间常数，的机电时间常数，第54页/共64页第五十五页，共64页。n n双闭环控制串级调速系统近似的动态(dngti)结构框图图8-13 双闭环控制串级调速系统的近似(jn s)动态结构框图第55页/共64页第五十六页，共64页。8.4 8.4 绕线转子异步电机转子变频绕线转子异步电机转子变频绕线转子异步电机转子变频绕线转子异步电机转子变频(bin pn)(bin pn)双馈控制系统双馈控制系统双馈控制系统双馈控制系统n n双馈控制双馈控制(kngzh)变频调速系统原理结构变频调速系统原理结构图图第56页/共64页第五十七页，共64页。n

37、n双馈变频调速系统常用于要求大起动转矩、有限调速范围的场合。双馈变频调速系统常用于要求大起动转矩、有限调速范围的场合。适用于在同步转速上下调速的大功率有限调速范围的生产机械，适用于在同步转速上下调速的大功率有限调速范围的生产机械，如大型球磨机。如大型球磨机。n n双馈变频调速系统更适用于大功率带位势负载的可逆调速系统，双馈变频调速系统更适用于大功率带位势负载的可逆调速系统，例如矿井提升机。需要提升满载车厢例如矿井提升机。需要提升满载车厢(chxing)(chxing)时，电机多工作时，电机多工作在次同步电动状态；下放车厢在次同步电动状态；下放车厢(chxing)(chxing)时，电机反转，多

38、工作时，电机反转，多工作在超同步发电状态，传动系统回馈发电。在超同步发电状态，传动系统回馈发电。第57页/共64页第五十八页，共64页。双馈控制双馈控制双馈控制双馈控制(kngzh)(kngzh)变频调速系统的控制变频调速系统的控制变频调速系统的控制变频调速系统的控制(kngzh)(kngzh)n n为了提高(t go)运行性能，可采用按气隙磁链定向的矢量控制。n n参考式7-49，7-50可得异步电动机在d轴和q轴上的动态等值电路，如图8-15所示。第58页/共64页第五十九页，共64页。图8-15 异步电动机在d轴和q轴上的动态(dngti)等值电路a)d轴电路 b)q轴电路第59页/共6

39、4页第六十页，共64页。n n按气隙磁链按气隙磁链 定向时，把定向时，把 轴取在轴取在 方向上，则方向上，则n n异步电动机按气隙磁链定向的电磁转矩方程异步电动机按气隙磁链定向的电磁转矩方程(fngchng)(fngchng)为为n n （8-368-36）n n电磁转矩的幅值电磁转矩的幅值 与与 和和 成正比。在矢量控制的双馈调速系统中，成正比。在矢量控制的双馈调速系统中，应设置气隙磁链调节器和转子电流应设置气隙磁链调节器和转子电流 轴分量调节器。轴分量调节器。第60页/共64页第六十一页，共64页。双馈控制风力双馈控制风力(fngl)发电系统发电系统n n风力发电机组的转速风力发电机组的转

40、速(zhun s)会随时变化，会随时变化，而用电电源却需要恒压恒频，所以需要风而用电电源却需要恒压恒频，所以需要风力发电机实现力发电机实现“变速恒频变速恒频”控制。控制。n n双馈控制的绕线转子异步发电机是能够实现双馈控制的绕线转子异步发电机是能够实现变速恒频控制的一种方案。此时绕线转子变速恒频控制的一种方案。此时绕线转子异步电机运行在双馈发电工作状态。异步电机运行在双馈发电工作状态。第61页/共64页第六十二页，共64页。n n绕线转子异步电机转子由风机带动作绕线转子异步电机转子由风机带动作(dngzu)(dngzu)发发电机运行，由于风机叶片的转速不高，而异步电机电机运行，由于风机叶片的转

41、速不高，而异步电机转速一般在转速一般在10001000转转/分以上，故必须经齿轮箱升速。分以上，故必须经齿轮箱升速。图8-16 绕线转子(zhun z)异步风力发电机组原理图第62页/共64页第六十三页，共64页。n n发电机转速大于其定子旋转磁场同步转速时，控制发电机转速大于其定子旋转磁场同步转速时，控制CU1CU1整流而整流而CU2CU2逆逆变，电机处于超同步发电状态，发电机轴上输入功率通过定子绕组和变，电机处于超同步发电状态，发电机轴上输入功率通过定子绕组和转子绕组同时馈入电网。电机处于超同步发电机状态。转子绕组同时馈入电网。电机处于超同步发电机状态。n n当风速较低时，发电机转速当风速较低时，发电机转速 小于其定子旋转磁场同步转速小于其定子旋转磁场同步转速 ，控制，控制CU1CU1逆变而逆变而CU2CU2整流，电网通过整流，电网通过CU2CU2和和CU1CU1向发电机转子提供转差功向发电机转子提供转差功率，电机处于次同步发电机状态。率，电机处于次同步发电机状态。n n近年常采用近年常采用(c(c iyng)iyng)低速的多极永磁同步发电机和全功率的低速的多极永磁同步发电机和全功率的PWMPWM变变频器构成风力发电系统，可以省去齿轮箱。频器构成风力发电系统，可以省去齿轮箱。第63页/共64页第六十四页，共64页。