绕线转子异步电动机串级调速优化方案

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：在这种调速方式中，转子转差功率经不控整流器、晶闸管整流器和变压器回馈电源，因此属于异步电动机转差功率回馈型调速，系统效率比较高，是较节能的交流调速方式。上述回路电阻和换流电压降使绕线转子异步电动机串级调速机械特性较其固有机械特性的斜率大、机械特性软，在负载增加时转速降较大。绕线转子异步电动机串级调速比较异步电动机定子调压调速，其效率提高，调速范围扩大，调速性能好，但是尚不及变频调速。

绕线转子异步电动机双馈控制电动机的调速范围宽，但是对转子电源的要求很高。一般绕线转子异步电动机是在同步速以下调速，工作在低同步速电动状态，这时仅需要将转差功率回输电源，利用晶闸管整流技术就可以实现转差功率的回馈控制，这种系统称为绕线转子异步电动机串级调速系统，如图3.35所示。

串级调速系统的转子电源由不控整流和晶闸管整流器组成，二极管整流器将转子的交流变为直流，直流电压U_d不受转子频率f_r变化的影响，U_d=2.34sU_r0。欲使晶闸管整流器工作在有源逆变状态，逆变状态晶闸管控制角的范围为90°≤α≤180°，以逆变角β表示时，β=180°-α，范围为0°≤β≤90°。晶闸管整流器直流侧电压U_dβ=2.34U_Tcosβ，式中U_T是网侧变压器二次电压，控制β就可以控制直流侧电压U_dβ，从而控制直流电流I_d和转子侧电流I_r，即

因此，绕线转子异步电动机串级调速系统改变逆变角β就可以控制转子电流进行调速。系统中，平波电抗器L_d的作用是平滑电流I_d。在这种调速方式中，转子转差功率经不控整流器、晶闸管整流器和变压器回馈电源，因此属于异步电动机转差功率回馈型调速，系统效率比较高，是较节能的交流调速方式。串级调速系统晶闸管整流器交流侧电流I_T与电压U_T的相位差φ与逆变角β有关，在深控状态时β较大，系统的功率因数λ较低，λ=cosφ≈cosβ，并且I_T为方波，谐波较大。因为使用了不控整流器，晶闸管串调系统只能输出转差功率，电动机不能如双馈电机一样进行次同步速下的回馈制动，如果要快速制动需要采用其他制动措施，这些是串级调速系统的不足之处。

图3.35 绕线转子异步电动机串级调速系统

图3.36 串级调速机械特性

绕线转子异步电动机串级调速的机械特性如图3.36所示，因为R_Σ包含转子电阻、电抗器电阻和变压器电阻等，所以串级调速系统转子回路电阻R_Σ比较大，而且绕线转子异步电动机转子的漏抗比较大，漏抗在整流器换流时会造成换流电压降，使二极管整流器输出电压U_d减小，漏抗越大，负载越大，换流电压降也越大。上述回路电阻和换流电压降使绕线转子异步电动机串级调速机械特性较其固有机械特性的斜率大、机械特性软，在负载增加时转速降较大。串级调速系统的机械特性随晶闸管整流器逆变角β变化，最大转矩随β减小而减小，在负载不变时调节逆变角β，转速随之变化，如图3.36所示。晶闸管整流器在负载较小时会发生电流断续现象，负载越小电流断续越严重，在电流断续区电动机的转速降很大，因此电动机工作一般要避开电流的断续区。增大电抗器L_d可以减小电流断续区的范围。

串级调速系统的晶闸管整流器采用转速电流双闭环控制，系统起动时，ASR输出的电流给定U_i^∗为限幅值，ACR输出的移相信号U_c最大，触发器输出β=90°的脉冲，晶闸管整流器电压U_dβ=0，起动前转子电动势E_r=sE_r0=E_r0，U_d=2.34E_r0，有

所以起动时转子电流迅速上升，ACR限制了起动时的转子最大电流，当转速达到给定转速时，有

改变转速给定U_n^∗，系统即通过ASR和ACR控制U_dβ，调节转速。ASR和ACR采用PI调节器，可以实现转速和电流的无静差控制。

绕线转子异步电动机串级调速比较异步电动机定子调压调速，其效率提高，调速范围扩大，调速性能好，但是尚不及变频调速。变频调速系统有更宽的调速范围，转速降小，转差损耗也较小，因此在变频调速发展后，串级调速已经很少应用。

绕线转子异步电动机串级调速优化方案

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