发布时间 : 星期日 文章第7章 绕线转子异步电动机双馈调速系统更新完毕开始阅读
式中s0——异步电动机在串级调速时对应于某一β角的理想空载转差率 取K1?K2，则
s0?由此可得相应的理想空载转速n0为
n0?nsyn(1?s0)?nsyn(1?式中nsyn——异步电动机的同步转速。
由式（7-6）和式（7-7）可知，在串级调速时，理想空载转速n0与同步转速nsyn是不同的。当改变逆变角β时，理想空载转差率s0和理想空载转速n0都相应改变。β越大，s0越小，而n0越高。β角的调节范围对应于电动机调速范围的上、下限，一般逆变角的调节范围为30°~90°，其下限30°是为了防止逆变颠复而设置的最小逆变角β段类似于直流电动机变压调速的机械特性。
2．机械特性的斜率与最大转矩 串级调速时，异步电动机转子回路虽然不需要串入调速电阻，但由于其转子回路中接入了串级调速装置(包括整流和逆变装置、平波电抗器、逆变变压器等)，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，它们的影响在任何转速下都存在。由于转子回路电阻的影响，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。这样，即使当电动机在最高速的特性上（β=90°）带额定负载，也难以达到其额定转速。一般异步电动机固有机械特性上的额定转差率约为0.03~0.05，而在串级调速时却可达0.10左右。另外，由于转子回路电抗的影响，整流电路换相重叠角将加大，并产生强迫延迟导通现象（见第7.3.2节），使串级调速时的最大电磁转矩比电动机在正常接线时的最大转矩有明显的降低，第7.3.3节将表明，大约降低了17.3%。这样，串级调速时的机械特性便如图7-6所示。
s00.20.40.60.81.00.20.4a)0.60.8s0?0s0?0.2??90?U2Tcos? （7-6） Er0U2Tcos?) （7-7）
Er0min，其具体数值也可根据系统的电气参数来设定。
由式（7-5）还可看出，在不同的β角下，异步电动机串级调速时的机械特性是近似平行的，其工作
s0固有特性0.20.40.6s0?0.6s0?0固有特性??90?s0?0.4s0?0.6s0?0.2s0?0.4s0?0.81.0Te*0.8s0?0.81.00.20.40.6b)0.81.0Te* 图7-6 异步电动机串级调速时的机械特性 a) 大电动机 b)小电动机
7.3.2 串级调速的转子整流电路
异步电动机转子电动势相当于转子整流器的供电电源。如果把电动机定子看成是整流变压器的一次侧，则转子绕组相当于二次侧，与带整流变压器的整流电路非常相似，因而可以引用电力电子
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技术中分析整流电路的一些结论来研究串级调速时的转子整流电路。但是，两者之间还存在着一些显著的差异，主要是：（1）一般整流变压器输入输出的频率是一样的，而异步电动机转子绕组感应电动势Er的幅值与频率都是电动机转速的函数，所以其输入输出之间还有频率的变换；（2）异步电动机折算到转子侧的漏抗值也与转子频率或转差率有关；（3）由于异步电动机折算到转子侧的漏抗值比一般整流变压器的等效漏抗要大，所以在串级调速的转子整流电路中出现的换相重叠现象比一般整流变压器供电的整流电路中严重，从而在负载较大时会引起整流器件的强迫延迟换相现象，改变了不可控整流电路的工作状态。总之，在分析串级调速系统的转子整流电路时必须注意上述因素。
为了简化分析，先作如下假设：（1）整流器件具有理想的整流特性，管压降及漏电流均可忽略；（2）转子直流回路中平波电抗器的电感为无穷大，直流电流平直；（3）忽略电动机励磁阻抗的影响。 图7-7表示转子三相桥式整流电路。设电动机在某一转差率s下稳定运行，转子三相的感应电动势为era、erb、erc。当各整流器件依次导通时，必有器件间的换相过程，这时处于换相中的两相电动势同时起作用，产生换相重叠压降。根据《电力电子技术》知识，换相重叠角为
??arccos?1????2XD0Id?2sXD0Id??arccos??1?? （7-8）
6sEr0?6Er0??式中XDO——s?1时折算到转子侧的电动机定子和转子每相漏抗。
Idi1eraerbi3VD3i5VD5VD1abercXDOVD4VD6cVD2 图7-7 串级调速系统的转子整流电路
由式（7-8）可知，换相重叠角?随着整流电流Id的增大而增加。当Id较小，?在0°~60°之间时，整流电路中各整流器件都在对应相电压波形的自然换相点处换流，整流波形正常。当负载电
流Id增大到按式（7-8）计算出来的?角大于60°时，器件在自然换相点处未能结束换流，从而迫使本该在自然换相点换流的器件推迟换流，出现了强迫延迟换相现象，所延迟的角度称作强迫延时换相角?p。需要指出的是，强迫延时换相只说明在Id超过某一值时，整流器件比自然换相点滞后
??p角换流，但从总体上看，6个器件在360°内轮流工作，每一对器件的换流过程最多只能是60，也就是说，Id再大，只能使?＝60不变[41]。
由此可见，串级调速时的异步电动机转子整流电路有两种正常工作状态。第一种工作状态的特征是0≤≤60，?p?0，此时转子整流电路处于正常的不可控整流工作状态，可称之为第一工作区。第二种工作状态的特征是?=60、0
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????电路好似处于可控的整流工作状态，?p角相当于整流器件的控制角，这一状态称作第二工作区。 重叠现象，此后?p保持为30°，而?角继续增大，整流电路处于第三种工作状态，这是一种非正
当??30°时，整流电路中会出现4个器件同时导通，形成共阳极组和共阴极组器件双换流的
常的故障状态，在实际工作中应予防止，以后不再讨论。图7－8表示了在不同工作状态下转子整流电流Id与?、?p间的函数关系。
图7－8 转子整流电路的?=f(Id)，?p =f(Id)
由于整流电路的不可控整流状态是可控整流状态当控制角为零时的特殊情况，所以可以直接引用可控整流电路的有关分析式来表示串级调速时转子整流电路的电流和电压。
6Er06Er0??cos?p?cos(?p??)??sin(?p?) （7-9） 2XD02XD06cos?p?cos(?p??)Ud?2.34sEr0?2RDId2整流电压 （7-10） 3XD0?2.34sEr0cos?p?Id?2RDId?'式中，RD?sRs?Rr——折算到转子侧的电动机定子和转子每相等效电阻。
整流电流 Id??=60°时表示转子整流电路工作在第二工作区，?=0~60?上两式中，当0
时表示转子整流电路工作在第一工作区。
7.3.3 串级调速机械特性方程式
根据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）及相应的等效电路（见图7－9），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，可以列出系统的稳态电路方程式如下： 转子整流电路的输出电压
Ud?2.34sEr0cos?p?Id(逆变器直流侧电压
3?sXD0?2RD) （7-11）
Ui?2.34UT2cos??Id(3?XT?2RT) （7-12）
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电压平衡方程 Ud?Ui?IdRL （7-13） 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，XT?XT1?XT2；
'RT——折算到二次侧的逆变变压器每相等效电阻，RT?RT1?RT2。
XT1RT1L?RLXT2RT2IdsEr0?UT232RD?sXD0LRL3?XT2RTId2.34UTcos?2.34sEr0cos?pUdUi 图7－9 串级调速系统主电路及等效电路 a）主电路 b）等效电路 解式（7－11）~式（7－13），可以得到用转差率s表示的方程式 s?2.34UT2cos??Id(3?XT?2RT?2RD?RL)3 （7-14）
2.34Er0cos?p??XD0Id再计及s?(n0?n)n0，并代入上式，得到串级调速时的转速特性为
3XD03XT??2.34(Ecos??Ucos?)?I(??2R?2R?R)r0pT2dTDL????n?n0?? (7-15) 3??2.34Er0cos?p?XD0Id???如令αp=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
（7-16） U?2.34(Er0cos?p?UT2cos?) 第二项相当于回路中的总电阻压降，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
CE?2.34Er0cos?p?n03?XD0Id?Ud0?3?n0XD0Id （7-17）
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