交流串级调速系统详解

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：图2.47串级调速系统原理图整流后的直流回路电压平衡方程式为或式中，UT2 为逆变变压器的二次相电压；β 为逆变装置的逆变角；R 为转子直流回路的总电阻。式可以看作在串级调速系统中异步电动机机械特性的间接表达式s=f。对串级调速系统而言，启动应有足够大的转子电流Ir 或足够大的整流后直流电流Id 。因此串级调速系统没有制动停车功能，只能靠减小β 角逐渐减速，并依靠负载阻转矩的作用自由停车。

串级调速是利用有源逆变的原理对绕线式异步电动机进行调速的一种方法，这种调速方法具有结构简单、效率高、节能等优点，其调速范围宽，加之价格低廉，因此在风机和泵类负载方面应用较多。

绕线式异步电动机晶闸管串级调速系统原理图如图2.47 所示。它是在转子回路中串入晶闸管变流电路，借以引入附加可调电动势，从而控制电动机的转速。图中，M 为三相绕线式异步电动机，其转子相电动势sEr0 经三相不可控整流装置UR 整流，输出直流电压Ud 。工作在有源逆变状态的三相可控整流装置UI 除提供可调的直流电压Ui 作为电动机调速所需的附加电动势外，还可将经UR 整流后输出的异步电动机转差功率变换成交流功率回馈到电网。L 为平波电抗器，TI 为逆变变压器。整流装置电压Ud 和逆变装置电压Ui 的极性以及直流电路电流Id 的方向如图2.47 所示。显然，系统在稳定工作时，必有Ud > Ui 。

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图2.47　串级调速系统原理图

整流后的直流回路电压平衡方程式为

或

式中，UT2 为逆变变压器的二次相电压；β 为逆变装置的逆变角；R 为转子直流回路的总电阻。

式（2.93）可以看作在串级调速系统中异步电动机机械特性的间接表达式s=f（Id，β）。

下面分析启动、调速与停车三种工作状况，假设电动机轴上带有反抗性恒转矩负载。

（1）启动

电动机能从静止状态启动的必要条件是能够产生大于轴上负载转矩的电磁转矩。对串级调速系统而言，启动应有足够大的转子电流Ir 或足够大的整流后直流电流Id 。为此，转子整流电压Ud 与逆变电压Ui 间应有较大的差值。控制逆变角β，使在启动开始的瞬间，Ud 与Ui 的差值能产生足够大的Id ，以满足所需的电磁转矩，但又不超过允许的电流值，这样电动机就可在一定的动态转矩下加速启动。随着转速的增高，其转子电动势减少，为了维持加速过程中的动态转矩基本恒定，必须相应地增大β 角以减小值Ui ，从而维持加速过程中动态转矩基本恒定。当电动机加速到所需转速时，不再调整β，电动机即在此转速下稳定运行。

（2）调速

改变β 角的大小就可以调节电动机的转速。当增大β 使β=β2 > β1 时，逆变电压Ui 减小，但电动机的转速不能立即改变，所以Id 将增大，电磁转矩增大，使电动机加速。随着电动机转速的增高，2.34sEr0 减小，Id 回降，直到新的平衡状态，电动机在增高的转速下稳定运行。同理，减小β 时，可使电动机在降低了的转速下稳定运行。

（3）停车

在串级调速系统中与转子联接的是不可控整流装置，它只能从电动机转子侧输出电功率，而不能向转子输入电功率。因此串级调速系统没有制动停车功能，只能靠减小β 角逐渐减速，并依靠负载阻转矩的作用自由停车。

根据以上对串级调速系统工作原理的分析可得出下列结论：

①串级调速系统能够靠调节逆变角β 实现平滑无级调速。

②系统能把异步电动机的转差功率回馈给交流电网，从而使扣除装置损耗后的转差功率得到有效利用，大大提高了调速系统的效率。

交流串级调速系统详解

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