交流調(diào)速系統(tǒng)

6.1交流調(diào)速的基本類型

現(xiàn)在，從數(shù)百瓦的伺服系統(tǒng)到數(shù)萬千瓦的特大功率高速拖動(dòng)系統(tǒng)；從一般要求的小范圍調(diào)速，到高精度、快響應(yīng)、大范圍的調(diào)速；從單機(jī)拖動(dòng)到多機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，已幾乎都可采用交流調(diào)速系統(tǒng)。交流電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行可靠及慣性小等優(yōu)點(diǎn)，交流調(diào)速已成為節(jié)能方面的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，它在工業(yè)中的應(yīng)用有著廣闊的前景。

交流電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：

異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式為：因此，異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有改變電動(dòng)機(jī)定子供電頻率，改變轉(zhuǎn)差率及改變極對(duì)數(shù)等三種。其中改變轉(zhuǎn)差率又可通過調(diào)定子電壓、轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)差電壓及定、轉(zhuǎn)子頻率差等方法實(shí)現(xiàn)。同步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速可用改變供電頻率從而改變同步轉(zhuǎn)速方法實(shí)施。

變極調(diào)速轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速調(diào)壓調(diào)速串級(jí)調(diào)速，有以下四種基本類型：

a、電氣串級(jí)；b、機(jī)械串級(jí)； c、低同步串級(jí)調(diào)速； d、超同步串級(jí)調(diào)速。各種交流電機(jī)的調(diào)速方法電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速變頻調(diào)速。變頻器是其核心環(huán)節(jié)，變頻調(diào)速有如下幾種方式：

1、間接變頻（交—直—交變頻）

a、電壓型變頻調(diào)速； b、電流型變頻調(diào)速；

c、脈沖寬度調(diào)制（PWM）變頻調(diào)速。 2、直接變頻（交—交變頻） 3、矢量變換控制電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速

20世紀(jì)80年代中期研制開發(fā)出一種新型交流調(diào)速系統(tǒng)——開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，它將新型的電機(jī)、現(xiàn)代電力電子技術(shù)與控制技術(shù)融為一體，形成一個(gè)典型的機(jī)電一體化的調(diào)速系統(tǒng)。由于它在效率、調(diào)速性能和成本方面都具有一定的優(yōu)勢(shì)，已成為當(dāng)代電力拖動(dòng)的一個(gè)熱門課題，將會(huì)在調(diào)速領(lǐng)域占有一席之地。交流調(diào)速的控制策略近年來發(fā)展非常迅速，諸如轉(zhuǎn)差矢量控制，自適應(yīng)控制（磁通自適應(yīng)、斷續(xù)電流自適應(yīng)、參數(shù)自適應(yīng)等模型參考自適應(yīng)控制），狀態(tài)觀測(cè)器（磁通觀測(cè)器、力矩觀測(cè)器等），為補(bǔ)償速度降以提高精度的前饋控制，以節(jié)能、平穩(wěn)、快速等為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化控制，線性二次型積分控制，滑模變結(jié)構(gòu)控制，直接轉(zhuǎn)矩控制及模糊控制等已見諸國(guó)內(nèi)外有關(guān)文獻(xiàn)及雜志中。交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展展望6.2交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)容提要：

6.2.1三相交流調(diào)壓電路 6.2.2異步電動(dòng)機(jī)在調(diào)壓時(shí)的機(jī)械特性 6.2.3閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 6.2.4調(diào)壓調(diào)速時(shí)的效率和出力

在恒定交流電源與電動(dòng)機(jī)之間接入晶閘管，通過控制晶閘管的導(dǎo)通角，可以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的端電壓，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速，這種裝置稱晶閘管交流調(diào)壓器。交流調(diào)壓器與可控整流器一樣都是利用相位控制，在工作原理上有其相似之處，只是在帶交流電機(jī)負(fù)載的波形分析、雙向晶閘管的觸發(fā)控制等有其特殊性，在此不加詳述。下面給出幾種三相交流調(diào)壓電路及其一相輸出電壓波形。（注：圖中反并聯(lián)連接的晶閘管也可用雙向晶閘管代替。）6.2.1三相交流調(diào)壓電路

圖中電路(a)為帶零線的星形（Y0）三相調(diào)壓電路， 它是三個(gè)單相反并聯(lián)調(diào)壓電路的組合，晶閘管移相范圍為1800。此電路每相負(fù)載上所得到的電壓與電流波形正負(fù)半波對(duì)稱，可稱為三相對(duì)稱電路。由于輸出電壓呈缺角正弦波狀，電路就有較大的奇次諧波電流，在α=900時(shí)三次諧波電流最大。因?yàn)楦飨嗳沃C波電流同相，故中線上有較大諧波電流流過。因此此線路較少采用。

電路（b）為不帶零線的星形三相調(diào)壓電路，晶閘管移相范圍為1500。此電路每相負(fù)載上所得到的電壓與電流波形正負(fù)半波對(duì)稱，其輸出電壓中只有奇次諧波，并以三次諧波所占比重最大。由于沒有零線，所以雖有三次諧波電勢(shì)而無它的通路，故沒有三次諧波電流。

電路（c）為半控調(diào)壓電路，每相只有一個(gè)晶閘管，移相范圍為2100。此電路設(shè)備簡(jiǎn)單，但每相的電壓電流波形正負(fù)半波不對(duì)稱，負(fù)載電流兼有奇、偶次諧波。而無直流分量。偶次諧波電流會(huì)產(chǎn)生與基波轉(zhuǎn)矩相反的負(fù)轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩減少，效率降低。因此，此電路僅在簡(jiǎn)單的小容量電機(jī)中使用。

電路（d）為晶閘管與負(fù)載接成內(nèi)三角形的三相調(diào)壓電路，它實(shí)際上也是三個(gè)單相交流電路的組合，晶閘管移相范圍為1800。在同樣負(fù)載容量下，此電路的晶閘管承受的電壓比其它型式電路要高，電路中存在三次諧波電流。電機(jī)要能引出六個(gè)接線端，定子繞組要能承受線電壓，實(shí)際很少使用。

電路（e）只用三個(gè)晶閘管，它們位于三相繞組后面可減少電網(wǎng)浪涌電壓對(duì)它的沖擊，即使三相繞組發(fā)生相間短路也不致?lián)p壞晶閘管，它的移相范圍為2100。此電路要求定子繞組中性點(diǎn)能拆開，且只能接成Y形。電路上有偶次諧波，對(duì)電機(jī)不利。

優(yōu)勝電路：

綜上所述，電路（b）、(e)性能較好，在交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中多采用這兩個(gè)方案。

根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)時(shí)的簡(jiǎn)化等值電絡(luò)圖如圖6—2所示。6.2.2異步電動(dòng)機(jī)

在調(diào)壓時(shí)的機(jī)械特性圖6—2異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化等值電路圖

式中：R1、2——

定子每相電阻和折算到定子 側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻；

——

定子每相漏感和折算到定子 側(cè)的轉(zhuǎn)子每相漏感； Lm——

勵(lì)磁電感； U1、ω1——

電動(dòng)機(jī)定子相電壓和供電角 頻率。由圖可得轉(zhuǎn)子等值電流為：

通常勵(lì)磁電流Im很小，可以忽略，于是，三相電磁功率：同步機(jī)械角速度：由上可以得到異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為：異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式的推導(dǎo)：（上式就是異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式） 對(duì)S求導(dǎo)并令可求出產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)差率Sm及最大轉(zhuǎn)矩Tm分別為：上式表明，當(dāng)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率一定時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比。對(duì)應(yīng)不同的定子電壓，可得到一組機(jī)械特性曲線，如圖6—3所示，圖中U1N表示定子額定電壓。

右圖分析： 帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，普通籠型異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓時(shí)的穩(wěn)定工作點(diǎn)為A—B—C，轉(zhuǎn)差率在0—Sm范圍內(nèi)變化，調(diào)速范圍很小。如帶風(fēng)機(jī)類負(fù)載運(yùn)行，工作點(diǎn)為D、E、F，調(diào)速范圍稍大些。圖6－3異步電動(dòng)機(jī)在不同定 子電壓時(shí)的機(jī)械特性為了能在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下擴(kuò)大調(diào)壓調(diào)速范圍，使電機(jī)在較低速下穩(wěn)定運(yùn)行又不致過熱，可采用電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組有較高電阻值時(shí)的機(jī)械特性。在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下的交流力矩電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。圖6-4顯示此類電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍增大了，而且在堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩下工作也不致燒毀電動(dòng)機(jī)。圖6－4交流力矩電機(jī)在不同定子電壓時(shí)的機(jī)械特性6.2.3閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)6.2.3.1

系統(tǒng)的組成及其靜特性異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速時(shí)，采用普通電機(jī)的調(diào)速范圍很窄；采用力矩電機(jī)時(shí)，調(diào)速范圍雖有所增大，但機(jī)械特性變軟，負(fù)載變化時(shí)的靜差率太大，開環(huán)控制難以解決這個(gè)矛盾。對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速范圍要求在D＝2以上時(shí)，常采用帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，要求不高時(shí)也可采用定子電壓負(fù)反饋。系統(tǒng)組成及靜特性如下：（a）原理圖(b)靜特性圖6—5轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)控制的交流調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)設(shè)本系統(tǒng)帶負(fù)載TL在A點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)負(fù)載增大導(dǎo)致轉(zhuǎn)速下降時(shí)，通過轉(zhuǎn)速反饋控制作用提高定子電壓，從而使電機(jī)過渡到另一條機(jī)械特性上的點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。同理，當(dāng)負(fù)載減少時(shí)，電機(jī)便過渡到降低定子電壓機(jī)械特性上的點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。按照反饋控制規(guī)律，工作點(diǎn)、、連起來就是閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性。這種采用不同機(jī)械特性上取得相應(yīng)工作點(diǎn)連接起來獲得閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的分析方法，不會(huì)因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)與直流電動(dòng)的機(jī)械特性差別很大而改變。雖然交流力矩電機(jī)的機(jī)械特性很軟，但只要選取合適的系統(tǒng)放大系數(shù)，閉環(huán)系統(tǒng)靜特性仍然可以很硬。如果采用PI調(diào)節(jié)器，閉環(huán)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)節(jié)。改變給定信號(hào)，系統(tǒng)靜特性便可平行地上下移動(dòng)，從而達(dá)到調(diào)速的目的。與直流電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)不同的是： 在定子額定電壓U1N和最小輸出電壓U1min相對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性是閉環(huán)系統(tǒng)靜特性左右兩邊的極限； 當(dāng)負(fù)載變化達(dá)到兩側(cè)極限時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)便失去控制能力，回到開環(huán)機(jī)械特性上工作。系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖6－6異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖對(duì)圖6-5（a）所示的系統(tǒng)，可畫出系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖，見圖6-6。圖中：Ks=U1/Uct----晶閘管交流調(diào)壓器VVC和 觸發(fā)裝置GT的放大系數(shù)； Uct----觸發(fā)裝置的控制電壓； α=Un/n----為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)； Un----測(cè)速發(fā)電機(jī)TG輸出的反饋電壓；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR采用PI調(diào)節(jié)器；n=f(U1,T)是由式（6-7）描述的異步電動(dòng)機(jī)械特性方程，它是一個(gè)非線性函數(shù)。穩(wěn)態(tài)時(shí)： T=TL 根據(jù)和，可由式（6-7）計(jì)算或用機(jī)械特性圖解法求出所需的U1及相應(yīng)的Uct。6.2.3.2近似的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖6-7異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖中各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)為:⑴轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR 常用PI調(diào)節(jié)器消除靜差并改善動(dòng)特性，其傳遞函數(shù)為⑵晶閘管交流調(diào)壓器和觸發(fā)裝置GT-V 假定該環(huán)節(jié)輸入輸出關(guān)系是線性的,在動(dòng)態(tài)中可近似為－階慣性環(huán)節(jié)，其近似條件與晶閘管觸發(fā)與整流裝置一樣。本環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)可表示為: 對(duì)于三相Y接調(diào)壓電路，可取=3.3ms

⑶測(cè)速反饋環(huán)節(jié)ＦＢＳ

考慮到反饋濾波的作用,

傳遞函數(shù)為:⑷異步電動(dòng)機(jī)ＭＡ

由于描述異步電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)過程是一組非線性方程，難于寫出其傳遞函數(shù)表達(dá)式。為了研究問題簡(jiǎn)便起見，忽略電機(jī)的電磁慣性及空載轉(zhuǎn)矩，只分析電機(jī)在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近的動(dòng)態(tài)特性，采用微偏線性化的方法求得電動(dòng)機(jī)近似的傳遞函數(shù)。圖6－8異步電動(dòng)機(jī)微偏線性化近似動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如果只考慮ΔU1到Δω間的傳遞函數(shù)，不考慮負(fù)載擾動(dòng)，可令ΔTL=0，圖中小閉環(huán)的傳遞函數(shù)可變?yōu)?于是，異步電動(dòng)機(jī)的近似線性化傳遞函數(shù)為：式中

KMA————異步電機(jī)的傳遞系數(shù)， Tm———

異步電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)，

當(dāng)系統(tǒng)的輸出為轉(zhuǎn)速時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)傳遞系數(shù)應(yīng)為：應(yīng)該指出的是，上述傳遞函數(shù)是微偏線性化的數(shù)學(xué)模型，只能用于線性機(jī)械特性段上工作點(diǎn)附近穩(wěn)定性的判別和動(dòng)態(tài)校正，不適用于大范圍起制動(dòng)時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)指標(biāo)的計(jì)算。6.2.4調(diào)壓調(diào)速時(shí)的效率和出力推導(dǎo)過程：異步電動(dòng)機(jī)的效率可用電機(jī)軸上輸出的總機(jī)械功率Pm與電磁功率PM之比表示,即電機(jī)的轉(zhuǎn)差功率為：6.2.4.1

調(diào)壓調(diào)速的功率損耗 上式可化為： 負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的通用表達(dá)式為：

式中C為常數(shù)，α＝0、1、2分別表示恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成比例的負(fù)載以及轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速平方成比例的負(fù)載(如泵、風(fēng)機(jī)等)。所以，電動(dòng)機(jī)的輸出功率P2為：在S=0時(shí)，從上式可得電動(dòng)機(jī)最大輸出功率最后，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差功率損耗系數(shù)為PS與P2max之比：上式對(duì)s求導(dǎo)可得產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)差功率損耗系數(shù)時(shí)的轉(zhuǎn)差為： 相應(yīng)的圖6－9不同性質(zhì)負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差功率損耗系數(shù)曲線由圖或計(jì)算結(jié)果均表明,α＝2時(shí),電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差功率損耗系數(shù)為0.148,是最小的.所以調(diào)壓調(diào)速方式適用于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載。對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載則不宜長(zhǎng)期在低速下工作，以免電動(dòng)機(jī)過熱；解決此問題的辦法可采用變極與調(diào)壓相結(jié)合的方法。6.2.4.2高次諧波對(duì)電動(dòng)機(jī)出力的影響影響電動(dòng)機(jī)的出力，其原因有三個(gè)： 一是高次諧波使電動(dòng)機(jī)的損耗增大； 二是高次諧波使電動(dòng)機(jī)的總感抗增大，減少，從而影響了輸出轉(zhuǎn)矩； 三是高次諧波電流會(huì)產(chǎn)生六倍于基波頻率的脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩，嚴(yán)重影響電動(dòng)機(jī)正常工作。在使用晶閘管調(diào)壓調(diào)速時(shí),要考慮高次諧波的影響,選用電動(dòng)機(jī)容量時(shí)應(yīng)適當(dāng)增大,例如,在=0.33運(yùn)行時(shí),采用三相Y連接,容量加8%;三相Y0連接，增加14%；三相半控電路,增加38.2%，三個(gè)晶閘管三角形連接，增加43.4%。調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，使用維修方便；缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)差功率損耗大，效率低。適用于調(diào)速精度要求不高（一般為3%），調(diào)速范圍在10：1以內(nèi)的裝置，如低速電梯，起重機(jī)械，風(fēng)機(jī)水泵等。6.3繞線型異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子外接電阻調(diào)速操作方便及價(jià)廉。單其缺點(diǎn)也很突出：表現(xiàn)在電阻上消耗大量能量，效率低，經(jīng)濟(jì)性差；調(diào)速時(shí)機(jī)械特性變軟，靜態(tài)調(diào)速精度差，只能在同步轉(zhuǎn)速以下調(diào)節(jié)；調(diào)速是有級(jí)的，不平滑。如果在調(diào)速的同時(shí)把這部分能量加以利用，則可獲得經(jīng)濟(jì)高效的運(yùn)行。利用在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串入附加電勢(shì)以改變轉(zhuǎn)差功率從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速，即串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)就為這種裝置。6.3.1串級(jí)調(diào)速基本原理繞線型異步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子短路時(shí)，轉(zhuǎn)子相電流I2為: 式中E20——轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)的相電勢(shì)，又稱開路相電勢(shì)；X20——S＝1時(shí)轉(zhuǎn)子繞組每相漏抗；R2——轉(zhuǎn)子繞組每相電阻。如在轉(zhuǎn)子回路中引入一個(gè)交流附加電勢(shì)Eadd并與轉(zhuǎn)子電勢(shì)E2＝SE20串聯(lián)，兩者具有相同的頻率，相位相同或反相，如圖6-10所示。此時(shí)圖6－10繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子調(diào)速過程可做如下描述：

在引入反相電勢(shì)瞬間，轉(zhuǎn)子回路總電勢(shì)減小，轉(zhuǎn)子電流隨之減小，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)減小,由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩未變，電機(jī)就要減速。隨著轉(zhuǎn)速的降低，轉(zhuǎn)子電勢(shì)逐漸增高，因而轉(zhuǎn)子電流又逐漸增大，直至s=s2（s2>s1）時(shí)，轉(zhuǎn)子電流恢復(fù)到原值，電機(jī)便進(jìn)入新的穩(wěn)定狀態(tài)工作。上兩式的平衡關(guān)系可表示為:同理可知，串入同相的附加電勢(shì)，可使電機(jī)轉(zhuǎn)速增加。6.3.2串級(jí)調(diào)速的四種運(yùn)行狀態(tài)根據(jù)轉(zhuǎn)子電路引入的附加電勢(shì)與轉(zhuǎn)子繞組電勢(shì)之間的大小和相位關(guān)系的不同，串級(jí)調(diào)速有四種運(yùn)行狀態(tài)，其實(shí)質(zhì)是利用附加電勢(shì)來控制轉(zhuǎn)子中轉(zhuǎn)差功率的流向從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速。圖中的能量傳遞關(guān)系均未考慮電動(dòng)機(jī)內(nèi)部各種損耗，認(rèn)為定子輸入功率等于電磁功率。分析:⑴低于同步速電動(dòng)狀態(tài) 在上述假設(shè)條件下可以認(rèn)為轉(zhuǎn)子電流I2與轉(zhuǎn)子電勢(shì)E2相位趨于一致，而與附加電勢(shì)Eadd相位相反，故轉(zhuǎn)差功率sP1被附加電勢(shì)裝置吸收后回饋電網(wǎng)，而從電網(wǎng)吸收的功率中的（1-s）P1輸送給負(fù)載。⑵高于同步速電動(dòng)狀態(tài) 轉(zhuǎn)子串入的Eadd與E2初始相位和I2相位趨于一致。但當(dāng)超同步速運(yùn)行時(shí)，s<0，使E2反相,而I2相位不變?nèi)耘cEadd一致.此時(shí)電網(wǎng)通過附加電勢(shì)裝置向轉(zhuǎn)子輸入轉(zhuǎn)差功率|s|P1,同時(shí)向定子輸入功率P1,形成定、轉(zhuǎn)子“雙饋電狀態(tài)”，這時(shí)負(fù)載功率為(1+|s|)P1。⑶高于同步速再生制動(dòng)狀態(tài) 這時(shí)轉(zhuǎn)子電流與轉(zhuǎn)子電勢(shì)相位一致而與附加電勢(shì)相位相反，轉(zhuǎn)差功率|s|P1被附加電勢(shì)裝置吸收后回饋電網(wǎng)。定子向電網(wǎng)回饋功率P1?；仞侂娋W(wǎng)總功率(1+|s|)P1來自負(fù)載機(jī)械功率，電機(jī)在高于同步速下產(chǎn)生電氣制動(dòng)。⑷低于同步速再生狀態(tài) 這時(shí)I2與E2反相而與sP1同相，電網(wǎng)向轉(zhuǎn)子輸入轉(zhuǎn)差功率SP1，定子則向電網(wǎng)回饋功率P1，回饋電網(wǎng)功率中的（1-s）P1來自負(fù)載機(jī)械功率，電機(jī)在低于同步速下產(chǎn)生電氣制動(dòng)。6.3.3串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的基本類型串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)是與轉(zhuǎn)子電勢(shì)同頻率的附加電勢(shì)裝置。由于轉(zhuǎn)子電勢(shì)頻率隨轉(zhuǎn)差率而變，為達(dá)調(diào)速目的，附加電勢(shì)頻率除了必須能隨電機(jī)轉(zhuǎn)速而變，使兩者頻率相同且同步變化外，其幅值亦應(yīng)可調(diào)，這實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)變頻裝置，它可采用交—交變頻或交—直—交變頻電路，從而保證實(shí)現(xiàn)功率的可逆?zhèn)鬟f。但是要獲取這樣的可控電源是有相當(dāng)難度的，人們常采用間接的辦法來完成。一種簡(jiǎn)易的方法是：不采用交流附加電勢(shì)，而是把轉(zhuǎn)子電勢(shì)先整流為直流電壓，然后與一個(gè)可控的直流附加電壓進(jìn)行比較，改變此電壓幅值，同樣可達(dá)電機(jī)調(diào)速的目的。這樣就把交流變壓變頻問題，轉(zhuǎn)化為與頻率無關(guān)的直流變壓?jiǎn)栴}，簡(jiǎn)化了分析與控制。然而，必須指出的是：由于轉(zhuǎn)子側(cè)不可控整流器只能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子功率的單方向傳遞，輸出功率；而不能向轉(zhuǎn)子輸入功率，因此這類串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)只能實(shí)現(xiàn)在電動(dòng)狀態(tài)下低于同步速的調(diào)速，而不能在高于同步速運(yùn)行，故稱之為低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，這種系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用。低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)差功率回饋方式的不同，可分為機(jī)械串級(jí)調(diào)速與電氣串級(jí)調(diào)速兩種。異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)如圖6-12示，圖中異步電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)同軸連接,共同拖動(dòng)負(fù)載。繞線型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率經(jīng)整流后輸給直流電動(dòng)機(jī),后者把這部分電功率轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功率反饋到負(fù)載軸上,相當(dāng)于在負(fù)載上增加了一個(gè)拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩,這樣就充分地利用了轉(zhuǎn)差功率。若忽略交直流電機(jī)各種內(nèi)部損耗，異步電動(dòng)機(jī)輸入功率為P1，輸出機(jī)械功率為（1-s）P1；直流電動(dòng)機(jī)輸入和輸出功率相等為sP1，因此兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)輸出的總機(jī)械功率近似等于P1，可見系統(tǒng)的效率大大提高了。而且調(diào)速時(shí)，交直流電機(jī)輸出功率均隨轉(zhuǎn)差率而變，但兩機(jī)合成總輸出功率卻保持不變，與異步機(jī)轉(zhuǎn)速無關(guān)，所以此系統(tǒng)屬恒功率調(diào)速系統(tǒng)。圖6-12異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖。改變直流電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流i?即可調(diào)速。如增大i?，直流機(jī)反電勢(shì)即附加電勢(shì)增大，使直流回路電流Id降低，相應(yīng)異步機(jī)轉(zhuǎn)子電流下降，異步機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩下降，使電機(jī)減速。與此同時(shí)，s增大，轉(zhuǎn)子電勢(shì)E2=SE20增大，轉(zhuǎn)子側(cè)整流電壓增加，使Id恢復(fù)增加直至原值，異步機(jī)能在較低的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。同理，如減小i?，異步機(jī)就在較高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。這種系統(tǒng)增加了一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，使系統(tǒng)機(jī)組龐大，又因轉(zhuǎn)速較低時(shí)，直流機(jī)不能產(chǎn)生足夠的附加直流電勢(shì)，因而調(diào)速范圍不大，在2：1以內(nèi)，使其應(yīng)用受到限制。圖6-13為異步電動(dòng)機(jī)電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的原理圖。圖中轉(zhuǎn)子電勢(shì)sE20經(jīng)三相不可控整流器UR整流后加至三相有源逆變器UI上，逆變器將直流電壓逆變成三相交流電壓，再經(jīng)逆變變壓器TI把轉(zhuǎn)差功率sP1回饋到交流電網(wǎng)，使系統(tǒng)效率大大提高。圖6－13異步電動(dòng)機(jī)電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)原理圖由圖可列出轉(zhuǎn)子直流回路電勢(shì)平衡方程式為:或

式中:Ud、Ui——整流器與逆變器輸出電壓； Ｋ１、Ｋ２——ＵＲ與ＵＩ兩個(gè)變流裝置的 電壓整流系數(shù)，如兩者均采用三相橋 式，則Ｋ１＝Ｋ２＝２．３４；Ｉd、Ｒ——轉(zhuǎn)子直流回路電流與電阻；ＵT2——逆變變壓器次級(jí)相電壓；β——晶閘管逆變角。上式?jīng)]有考慮電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組及逆變變壓器漏抗對(duì)整流電路的影響。從式可見，Ud包含了電機(jī)的轉(zhuǎn)差率；Ｉd與轉(zhuǎn)子電流Ｉ2有固定的比例關(guān)系，可還以反映電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩大小。改變逆變器中晶閘管逆變角β，就可改變附加電壓Ui的大小，從而使電機(jī)轉(zhuǎn)速得到調(diào)節(jié)。其調(diào)節(jié)過程如下述：當(dāng)電機(jī)及逆變變壓器接入交流電后，如整流電壓小于逆變電壓，則Ｉd=0，電機(jī)不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)增加β，減少逆變電壓，使Ud>U-i，轉(zhuǎn)子回路產(chǎn)生電流Ｉd，電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)起來。此后隨著轉(zhuǎn)速上升，轉(zhuǎn)差率下降，整流電壓降低，使Ud與Ui達(dá)到新的平衡，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。反之亦然。這種串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)由于β值連續(xù)可調(diào)，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速也能平滑連續(xù)調(diào)節(jié)，它屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速系統(tǒng)。6.3.4超同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)面討論的低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)差功率只能從轉(zhuǎn)子輸出并經(jīng)逆變器反饋回電網(wǎng)，功率傳遞方向是單一的，如果把轉(zhuǎn)子整流器改為可控變流器，見圖6—14，就能改變轉(zhuǎn)差功率的傳遞方向，電機(jī)轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速，這就是超同步串級(jí)調(diào)速。6.3.4.1超同步串級(jí)調(diào)速工作原理圖6－14超同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)原理圖當(dāng)1UR處于整流狀態(tài)，而2UR（即圖6—13UI）處于逆變狀態(tài)時(shí)，電機(jī)在低同步電動(dòng)狀態(tài)下工作，能量傳遞關(guān)系見圖6—11（a）。若控制觸發(fā)脈沖使1UR工作于逆變狀態(tài)，2UR工作于整流狀態(tài)，則轉(zhuǎn)差功率從電網(wǎng)經(jīng)串級(jí)調(diào)速裝置輸入電機(jī)轉(zhuǎn)子。同時(shí)，定子仍從電網(wǎng)吸收功率，兩部分功率均轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率從軸上輸出。如忽略電機(jī)損耗，則功率關(guān)系為P1－sP1=(1-s)P1。由于s為負(fù)值，功率關(guān)系可寫成P1＋∣s∣P1=(1＋∣s∣)P1，它表明電機(jī)轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速，電機(jī)仍在電動(dòng)狀態(tài)工作，這種情況稱超同步電動(dòng)狀態(tài)，能量傳遞關(guān)系見圖6—11（b）。超同步運(yùn)行時(shí)，設(shè)1UR的逆變角為β1，其調(diào)節(jié)范圍為；2UR的控制角為α2，在間可調(diào)，則可列出理想空載時(shí)轉(zhuǎn)子直流回路電壓平衡方程式為：所以，由上式可見，調(diào)節(jié)β1或α2均能改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速?？梢跃S持一定，而增大β1使轉(zhuǎn)速升高，也可令保持恒定，通過減少α2來提高轉(zhuǎn)速。通常用前者進(jìn)行調(diào)速，主要原因在于2UR是可控整流器，選用較小的α2可提高系統(tǒng)的功率因數(shù)。6.3.4.2超同步串級(jí)調(diào)速的再生制動(dòng)對(duì)于圖6—14所示的超同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，當(dāng)1UR工作于整流狀態(tài)，2UR工作于逆變狀態(tài)，系統(tǒng)處于低同步電動(dòng)狀態(tài)。如電機(jī)在某一轉(zhuǎn)差率s1（0<s1<1）下運(yùn)行，見圖6—15第一象限a點(diǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩T＝PS/SΩ1為正（s、PS均為正）。如果突然改變1UR與2UR的工作狀態(tài)，使它們分別轉(zhuǎn)換成逆變與整流，且滿足>s(注意他們的極性已反向)，此時(shí)電機(jī)就變?yōu)閺霓D(zhuǎn)子側(cè)送入功率，即轉(zhuǎn)差功率變負(fù)，使電磁轉(zhuǎn)矩也變成負(fù)值，對(duì)電機(jī)產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，進(jìn)入第二象限b點(diǎn)工作;圖6－15超同步串級(jí)調(diào)速的再生制動(dòng)特性若電機(jī)軸上帶有阻轉(zhuǎn)矩負(fù)載，則負(fù)載協(xié)助起制動(dòng)作用，電機(jī)從轉(zhuǎn)子側(cè)和機(jī)械軸上同時(shí)輸入功率，并轉(zhuǎn)換成電磁功率從定子向電網(wǎng)回饋，電機(jī)處于再生制動(dòng)狀態(tài)，其能量傳遞關(guān)系見圖6—11（d），由于此時(shí)轉(zhuǎn)速仍低于同步轉(zhuǎn)速,所以稱低同步再生制動(dòng)狀態(tài)。與此相應(yīng)，在高于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，也有超同步的電動(dòng)和再生制動(dòng)狀態(tài)，其能量傳遞關(guān)系見圖6—11（b）和（c）。6.3.4.3超同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)⑴在同樣的額定功率和調(diào)速范圍下，系統(tǒng)可以在電機(jī)同步轉(zhuǎn)速上、下進(jìn)行調(diào)速，其附加的串級(jí)調(diào)速裝置的容量比單純的低同步串級(jí)調(diào)速時(shí)的裝置容量減少一半。⑵由于轉(zhuǎn)差功率可以雙向傳遞，能實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)，使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。⑶在超同步串級(jí)調(diào)速運(yùn)行時(shí)，變壓器側(cè)變流器2UR的控制角α2較小，因而逆變變壓器從電網(wǎng)吸收的無功功率也較小，系統(tǒng)的功率因數(shù)較高。6.4串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的工作特性內(nèi)容提要: 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)子整流電路工作狀態(tài) 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速特性 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩特性 串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性6.4.1串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)子整流電路工作狀態(tài)轉(zhuǎn)子整流電路與具有整流變壓器的整流電路之間的差異，主要是： ①由于異步機(jī)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)e2的幅值與頻率都與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)，如把它看作整流變壓器副邊時(shí)，它輸出電壓的頻率與幅值是隨轉(zhuǎn)速變化的量; ②折算到異步機(jī)轉(zhuǎn)子側(cè)的漏抗值亦與轉(zhuǎn)子頻率（轉(zhuǎn)差率）有關(guān)； ③由于折算到轉(zhuǎn)子側(cè)漏抗值比整流變壓器的要大，所以，在轉(zhuǎn)子整流電路中出現(xiàn)的換相重疊現(xiàn)象比一般整流變壓器供電的整流電路嚴(yán)重，從而在負(fù)載較大時(shí)出現(xiàn)整流元件強(qiáng)迫延遲導(dǎo)通現(xiàn)象，改變了不可控整流電路的工作。6.4.1.1整流電路第一工作狀態(tài)圖6—16為三相橋式轉(zhuǎn)子整流電路。設(shè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子u相感應(yīng)電勢(shì)為:根據(jù)電力電子整流電路分析可得有關(guān)表達(dá)式，換流重疊角：換流壓降圖6—16異步機(jī)轉(zhuǎn)子整流電路由上式可見，換流重疊角隨著轉(zhuǎn)子直流整流電流Id的增大而加大。當(dāng)Id較小，<600時(shí)，各相轉(zhuǎn)子電勢(shì)e2u、e2v、e2w與各整流元件上的電流i1、i2、i3…的波形如圖6—17（a）所示。圖中除換流期間有三個(gè)整流元件同時(shí)導(dǎo)通外，其余時(shí)間只有兩個(gè)元件導(dǎo)通，這是整流電路正常工作狀態(tài)。當(dāng)負(fù)載電流Id增大到使=600時(shí)，整流電路共陰極組兩個(gè)元件（如VD1與VD3）換流剛結(jié)束，立刻出現(xiàn)共陰極組兩個(gè)元件（如VD2與VD4）開始換流。這樣整流電路始終處于換流狀態(tài)，在任何時(shí)刻都有三個(gè)元件同時(shí)導(dǎo)通，這仍屬自然換流正常工作，波形如圖6—17（b）所示。上述分析均在≤600范圍內(nèi)，稱為整流電路第一工作狀態(tài)，轉(zhuǎn)子整流電流Id及輸出電壓Ud為圖6—17轉(zhuǎn)子整流電路的電勢(shì)和電流波形6.4.1.2整流電路第二工作狀態(tài)從圖6—17（c）還可看出，產(chǎn)生強(qiáng)迫延遲導(dǎo)通換流現(xiàn)象后，直流電流Id再增加只會(huì)引起延遲導(dǎo)通角αρ從00增大到300，而重疊角保持600

不變。這是由于αρ+-600=αρ2，穩(wěn)態(tài)時(shí)αρ1=αρ2

，所以可得=600不變。當(dāng)=600，00≤αρ≤300時(shí)，整流電路進(jìn)入第二工作狀態(tài)，此時(shí)整流元件不再在自然換流點(diǎn)換流，而要延遲αρ角才換流，如同可控整流一樣，αρ相當(dāng)于元件的控制角，轉(zhuǎn)子整流電路類似一個(gè)可控整流電路。于是，可直接引用可控整流電路的某些表達(dá)式，用來描述轉(zhuǎn)子整流電路在第二工作狀態(tài)時(shí)的整流電壓與整流電流，即上兩式中， 而=600

6.4.1.3整流電路第三工作狀態(tài)當(dāng)αρ增大至300時(shí)，將出現(xiàn)四個(gè)元件同時(shí)導(dǎo)通的現(xiàn)象，整流電路進(jìn)入第三工作狀態(tài)，此時(shí)強(qiáng)迫延遲導(dǎo)通角αρ保持300不變，而換流重疊角又重新開始隨著Id的增大而增大，>600。由于共陽極組換流尚未結(jié)束，共陰極組換流就已開始，形成共陽極元件與共陰極元件雙雙換流的重疊現(xiàn)象，轉(zhuǎn)子短路，這是一種故障狀態(tài)，因此不再對(duì)它進(jìn)行討論。6.4.2串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速特性第一工作狀態(tài)是第二工作狀態(tài)在αρ=00時(shí)的特殊形式。所以，在第二工作狀態(tài)下推導(dǎo)出的一系列表達(dá)式中，以αρ=00

，≠00代入，即可獲得第一工作狀態(tài)的相應(yīng)表達(dá)式。轉(zhuǎn)子整流電路在第二工作狀態(tài)的輸出電壓Ud與有源逆變電路直流側(cè)電壓Ui分別為： 并有Ud=Ui+IdRL

由上三式可得以轉(zhuǎn)差率表示的方程式：以S=(n1-n)/n1代入上式，得串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速特性方程：如設(shè)：串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速特性方程可改寫成：上式與直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性有同樣的形式。與直流調(diào)壓調(diào)速一樣，在串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中，改變電壓U也可對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，并可獲得與直流調(diào)壓相似的調(diào)速特性。但串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是通過改變逆變角β來改變電壓的，系統(tǒng)的電勢(shì)系數(shù)Ce不是常數(shù)，而是負(fù)載電流Id的函數(shù)，它相當(dāng)于直流電機(jī)存在電樞反應(yīng)的去磁作用。此外,回路的電阻Ｒ∑較大，使調(diào)速特性較軟。αρ≠00的第二工作狀態(tài)調(diào)速特性與第一工作狀態(tài)的相比，其電樞反應(yīng)的去磁作用更強(qiáng)，同一β值時(shí)Ｕ值更小。6.4.3串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩特性

采用轉(zhuǎn)子整流電路的功率平衡關(guān)系，直接導(dǎo)出系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩特性表達(dá)式。在不考慮電機(jī)銅損耗時(shí)，轉(zhuǎn)子整流器輸出功率即為其轉(zhuǎn)差功率Ｐs電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩當(dāng)轉(zhuǎn)子整流電路處于第一工作狀態(tài)時(shí)為求電磁轉(zhuǎn)矩最大值，令，有T1m是在第一工作狀態(tài)（即未出現(xiàn)強(qiáng)迫延遲導(dǎo)通現(xiàn)象）求出的異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩最大值。實(shí)際上由于負(fù)載增大時(shí)，轉(zhuǎn)子整流電路進(jìn)入第二工作狀態(tài)，所以實(shí)際上最大轉(zhuǎn)矩在機(jī)械特性T＝f（S）第二工作區(qū)內(nèi)出現(xiàn)。式（6—49）所表示的最大轉(zhuǎn)矩是不存在的，故稱之為第一工作區(qū)的計(jì)算最大轉(zhuǎn)矩。同樣可以推導(dǎo)出在αp=150時(shí)發(fā)生的第二工作狀態(tài)最大轉(zhuǎn)矩T2m：相應(yīng)的直流回路電流上面第一式就是串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際最大轉(zhuǎn)矩表達(dá)式。當(dāng)αp>150時(shí)，異步機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩將減小。在第一工作區(qū)與第二工作區(qū)交界處就是轉(zhuǎn)子整流電路是否發(fā)生強(qiáng)迫延遲導(dǎo)通現(xiàn)象的臨界工作點(diǎn)，將此時(shí)的轉(zhuǎn)矩與電流稱為交接轉(zhuǎn)矩T1－2及交接電流Id1－2。只要將＝600、αp＝00代入式（6－50）及式（6－39），即可求出此二參數(shù)：忽略定子電阻后，異步機(jī)在固有特性上的最大轉(zhuǎn)矩為

則可求得：

T1m/Tm=0.955,T2m/Tm=0.826,T1-2/Tm=0.716圖6－18異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性曲線可見，異步機(jī)在串級(jí)調(diào)速工作時(shí)產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩比它在正常接線時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩減小17．4％，在選擇電動(dòng)機(jī)容量時(shí)應(yīng)予注意。此外，因?yàn)門1－2＝0．716Tm，而電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩過載能力一般在2倍以上，即Tm≥2TN，于是TN≤0.7T1－2

。故當(dāng)電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)矩TN下工作時(shí)，處于轉(zhuǎn)子整流電路第一工作狀態(tài)，即在機(jī)械特性第一工作區(qū)內(nèi)，見圖6－18。6.4.4串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性

（1）第一工作區(qū)的機(jī)械特性方程（≤600，αp＝00）式中ΔS1m——異步機(jī)從理想空載到計(jì)算最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率增量，ΔS1m＝S1m—S10；ΔS1——由負(fù)載引起的轉(zhuǎn)差率增量，ΔS1＝S－S10；S10——給定β值下理想空載轉(zhuǎn)差率（電流連續(xù)時(shí)）;S1m——對(duì)應(yīng)計(jì)算最大轉(zhuǎn)矩T1m的臨界轉(zhuǎn)差率;（2）第二工作區(qū)的機(jī)械特性方程（≤600，αp＝00～300）由于在給定β值時(shí)，S20是隨而變化的，所以S2m也是隨而變化，S2m并不表示實(shí)際最大轉(zhuǎn)矩T2m時(shí)的轉(zhuǎn)差率，S20實(shí)際上也是不存在的，因?yàn)榭蛰d時(shí)不能出現(xiàn)強(qiáng)迫延遲導(dǎo)通現(xiàn)象。所以S2m、S20是在對(duì)式（6－58）數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程中為計(jì)算方便而出現(xiàn)的量。轉(zhuǎn)差率增量通用表達(dá)式為：當(dāng)?。?0時(shí)，ΔSm＝ΔS1m，ΔS＝ΔS1，用于第一工作區(qū)。若取αp＝00～300，ΔSm＝ΔS2m時(shí)，ΔS＝ΔS2，用于第二工作區(qū)。見圖6－18曲線中AB段為機(jī)械特性第一工作區(qū)，BC段為第二工作區(qū)，C點(diǎn)以后為第三工作區(qū)，此區(qū)不能正常工作，當(dāng)考慮轉(zhuǎn)子直流回路的平波電抗器電感為有限值時(shí)，電流Id減小到一定程度后便產(chǎn)生斷續(xù)現(xiàn)象，異步機(jī)的機(jī)械特性將與晶閘管供電的直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械性一樣，發(fā)生上翹，如圖中虛線所示。圖6－19雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)原理圖6.5串級(jí)調(diào)速的雙閉環(huán)控制系統(tǒng)內(nèi)容提要：雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的組成雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的確定繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子外接電阻調(diào)速是一種傳統(tǒng)調(diào)速方法，曾獲廣泛應(yīng)用。此法簡(jiǎn)單。操作方便及價(jià)廉。單其缺點(diǎn)也很突出：表現(xiàn)在電阻上消耗大量能量，效率低，經(jīng)濟(jì)性差；調(diào)速時(shí)機(jī)械特性變軟，靜態(tài)調(diào)速精度差，只能在同步轉(zhuǎn)速以下調(diào)節(jié)；調(diào)速是有級(jí)的，不平滑。如果在調(diào)速的同時(shí)把這部分能量加以利用，則可獲得經(jīng)濟(jì)高效的運(yùn)行。利用在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串入附加電勢(shì)以改變轉(zhuǎn)差功率從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速，即串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)就為這種裝置。對(duì)繞線型異步電動(dòng)機(jī)而言，其轉(zhuǎn)子側(cè)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速有影響的參數(shù)有電流，電勢(shì)和阻抗。穩(wěn)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)子電流由負(fù)載大小決定，不能隨意調(diào)節(jié)；轉(zhuǎn)子回路阻抗的調(diào)節(jié)屬耗能型調(diào)速，已作討論；故而我們專注于研究轉(zhuǎn)子電勢(shì)調(diào)節(jié)上來。6.5.1雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的組成圖6－8為雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)原理圖。圖中轉(zhuǎn)速負(fù)反饋信號(hào)取自與異步機(jī)機(jī)械相連的測(cè)速發(fā)電機(jī)，電流負(fù)反饋信號(hào)取自逆變器交流側(cè)，亦可通過霍爾變換器或直流互感器取自轉(zhuǎn)子直流回路。為防止逆變器顛覆，在電流調(diào)節(jié)器ACR輸出電壓為零時(shí)，應(yīng)整定觸發(fā)脈沖輸出相位角＝。此系統(tǒng)與直流不可逆雙閉環(huán)系統(tǒng)類似，具有靜態(tài)穩(wěn)速與動(dòng)態(tài)恒流加速作用，不同之處在于它的控制作用均通過異步機(jī)轉(zhuǎn)子回路進(jìn)行。6.5.2雙閉環(huán)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的

動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型本系統(tǒng)的可控整流電路、調(diào)節(jié)器、給定環(huán)節(jié)及反饋環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)與直流調(diào)速系統(tǒng)類似，不再重復(fù)。但異步機(jī)轉(zhuǎn)子直流主回路不少參量都與轉(zhuǎn)差率有關(guān)，故要著重進(jìn)行研究。6.5.2.1轉(zhuǎn)子直流回路傳遞函數(shù)由圖6－13的轉(zhuǎn)子直流回路，可列出其動(dòng)態(tài)平衡方程：可改寫成：式中——轉(zhuǎn)子整流器在s