发布时间 : 星期三 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
则式（7-15）可改写成
n?1(U?IdR?) （7-18） CE其中，Ud0?2.34Er0cos?p
R?=
3XD0??3XT??2RT?2RD?RL。
在直流调速系统中，电动势系数Ce是常数，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。
式（7-18）与直流他励电动机的转速特性在形式上完全相同，改变电压U即可得到一族平行的调速特性。所不同的是，在直流调速系统中，直接改变电压U；而在异步电动机串级调速系统中，是通过改变式（7-16）第二项中的控制角?来实现的。此外，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?p?0的第二工作区，计及?p的影响，在同一逆变角β值下的电压U更小，相当于n0也发生变化，因而调速特性更软。
以上所述是异步电动机串级调速时的转速特性，为了得到相应的以电磁转矩表示的机械特性，必须先求出电磁转矩表达式。可以从转子整流电路的功率传递关系入手，忽略转子铜耗，则转子整流器的输出功率就是异步电动机的转差功率
Ps?(2.34sEr0cos?p?而电磁功率Pm?Ps/s，因此电磁转矩为
3sXD0?Id)Id
PmP3XD01?s?(2.34Er0cos?p?Id)Id ?0s?0?0?3XD0Ud0?Id?Id?CMId （7-19） ??0 Te?式中?0——理想空载机械角转速，单位为弧度/秒，
CM=
3XD01(Ud0?Id)——串级调速系统的转矩系数，是电流Id的函数。 ?0?2?n0，60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?所以
CM?30?CE （7-20）
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。
当串级调速系统在第一工作区运行时，?p?0，代入式（7-19），再令矩的计算最大值
dTe?0，可求出电磁转dIdTe1m，经过适当的数学推导，得第一工作区的机械特性方程式[1]：
式中?s1mTe4? （7-21）
?s1Te1m?s1m??2?s1?s1m?s1m?s10——在给定?值下，从理想空载到计算最大转矩点的转差率增量；
7- 13
?s1?s?s10——在相应的?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Te1m的临界转差率：
3XT?2RT?2RD?RL? s1m?2s10? （7-22）
3XD0?若代入第二工作区的条件?p?0,??60°，经过相应的数学推导，也可求得第二工作区的机械特性
方程式[54]
4cos?pT e? （7-23）
?s2Te1m?s2m??2?s2?s2m式中?s2m?s2m?s20——计及强迫延时换相，对应于某一?p值时的转差率增量；
2?s2?s?s20——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：
s20?UT2cos?
Er0cos?p3XT而 s2m?2s20???2RT?2RD?RL （7-24）
3XD0?式中各量的下标“1”和“2”分别表示第一工作区与第二工作区。须注意，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Te1m，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Te1m，下面将会指出，它具有另外一个最大转矩Te2m。
由于在给定?值下，s20是随?p的变化而变化的（即随负载而变），所以s2m也随?p变化。s2m并不表示在第二工作区实际最大转矩时的转差率，它只是对式（7-23）的数学推导过程中为了计算方便而出现的一个量而已。式（7-21）和式（7-23）与异步电动机正常接线时机械特性的工程表达式相似，是便于计算的。 在求得式（7-21）时曾经指出，Te1m是系统在第一工作区的“计算最大转矩”，这是什么意思呢？前已指出，在异步电动机串级调速时，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Te1m是在?p=0的条件下由式（7-19）求得的，它只是如果系统能继续保持第一工作状态将会达到的最大转矩。当系统进入第二工作状态后，式（7-21）已经不适用了，所以Te1m实际上并不存在，故称之为第一工作状态的“计算最大转矩”。
从异步电动机的铭牌数据可计算出额定转矩TeN和正常运行时的最大转矩Tem。对串级调速系统来说，有实用意义的是式（7-21）中的Te1m和第二工作区真正的最大转矩Te2m（可以证明，Te2m对应于?p?15）。最好能够再给出第一、二工作区交界的转矩值Te1?2，称作交接转矩。按照上面的推导，可得[41]
?Te1m?0.955 （7-25） Tem 7- 14
Te2m?0.827 （7-26） TemTe1?2?0.716 （7-27） Tem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%，这在选用电动机时必须注意。异步电动机的转矩过载能力一般大2，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7-10为异步电动机串级调速时的机械特性。
sn0n0固有机械特性电流断续时曲线s10s20?1第一工作区第二工作区?2??11Te1?2Te2m1.0Te/Tem00.50.7160.827 图7-10 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
调速系统的技术经济指标主要包括效率、功率因数以及调速方法所引起的附加装置容量等等。
7.4.1 串级调速系统的效率
异步电动机在正常运行时，由定子输入电动机的有功功率常用P1表示，扣除定子铜损pCus和铁损pFe后经气隙传送到电动机转子的功率即为电磁功率Pm。电磁功率在转子中分成两部分，即机械功率Pmech和转差功率Ps，其中Pmech=(1?s)Pm，而Ps?sPm。在转子回路短接或转子串电阻调速时，Ps全部消耗在转子回路中，而在串级调速时（图7-11a），Ps并未被全部消耗掉，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?P2为轴上输出功率。 1?Pf。这样可画出系统的功率流程图如图7-11b所示。图中P
7- 15
PinP1P2QinPfQ1QfPinP1Pm3~LMPfPtanPSPCus?PFePmechP2PSPmechPCur?PS 图7-11 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
串级调速系统的总效率ηsch（下标sch是电气串级调速Scherbius系统的缩写）是指电动机轴上
的输出功率P2与系统从电网输入的净有功功率Pin之比，可用下式表示
?sch?? ?P?pmechP2?100%?mech?100% PinP1?Pf(Pm?pCusPm(1?s)?pmech?100%?pFe)?(Ps?pCur?ps?ptan)Pm(1?s)?pmech?100% （7-28）
Pm(1?s)?pCus?pFe?pCur?ps?ptanPm(1?s)?pmech?100%Pm(1?s)?pmech??p?ptan?式中?p是异步电动机定子和转子内的总损耗。在串级调速系统中，当电动机转速降低时，如果负载转矩不变，?p和ptan都基本不变，式(7-28)分子和分母中的Pm(1?s)项随着s的增大而同时减小，对?sch值的影响并不太大。当电动机转子回路串电阻调速时，调速系统的效率是
?R?Pm(1?s)?pmechP2?100%??100% PPm(1?s)?pmech??p1其中，Pm(1?s)项随着s的变化和串级调速时一样，但所串电阻越大时pCur越大，?p也越大，因此效率?R越低，几乎随转速的降低而成比例地减少，图7-12中比较了这两种调速方法的效率与转差率之间的关系。
7.4.2 串级调速系统的功率因数
串级调速系统的功率因数与系统所用的异步电动机、不可控整流器和逆变器三大部分有关。异步电动机本身的功率因数会随着负载的减轻而下降，而转子整流器的换相重迭和强迫延迟导通等作用都会通过电动机从电网吸收换相无功功率，所以在串级调速时电动机的功率因数要比转子回路短接时降低10%以上。另外逆变器的相控作用使其电流与电压不同相，也要消耗无功功率。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却是电动机和逆变器所吸收的无功功率之和（见图7-11），
7- 16