《教学课件第4章交流调压调速系统和串级调速系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《教学课件第4章交流调压调速系统和串级调速系统（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第4章章 交流调压调速系统和串级调速系统交流调压调速系统和串级调速系统第一节第一节 概概 述述第二节第二节 交流异步电动机调压调速系统交流异步电动机调压调速系统第三节第三节 绕线式异步电动机串级调速系统绕线式异步电动机串级调速系统 一、交流调速系统的特点一、交流调速系统的特点 （1）容量大。）容量大。（2）转速高且耐高压。）转速高且耐高压。（3）交流电机的体积小，结构简单、经济可靠、惯性小。）交流电机的体积小，结构简单、经济可靠、惯性小。（4）交流电机坚固耐用，可在恶劣环境下使用。）交流电机坚固耐用，可在恶劣环境下使用。（5）高性能、高精度的新型交流拖动系统已达到同直流）高性能、高精度的新型
2、交流拖动系统已达到同直流 拖动系统一样的性能指标。拖动系统一样的性能指标。（6）交流调速系统能显著地节能。）交流调速系统能显著地节能。 从各方面来看，交流调速系统最终将取代直流调速系统。从各方面来看，交流调速系统最终将取代直流调速系统。二、交流调速系统的分类二、交流调速系统的分类 从交流电机转速表达式：从交流电机转速表达式：可归纳出三类调速方法：可归纳出三类调速方法：变极对数变极对数p的调速、变转差率的调速、变转差率s调速及变电源频率调速及变电源频率f1调速。调速。 原始的分类方法有原始的分类方法有： 1）变极调速；）变极调速；2）变）变s调速：调压调速、绕线式异步电动机转子串电阻调速、调速：
3、调压调速、绕线式异步电动机转子串电阻调速、 绕线式异步电动机串级调速、电磁转差离合器调速；绕线式异步电动机串级调速、电磁转差离合器调速；3）变频调速。）变频调速。 科科学学分分类类方方法法（根根据据对对转转差差功功率率的的处处理理方方法法分分类类）分分为为三三类类：（1）转转差差功功率率消消耗耗型型调调速速系系统统：转转差差功功率率全全部部转转化化成成热热能能而被消耗掉。而被消耗掉。 特特点点：系系统统的的效效率率低低，结结构构简简单单。调调压压调调速速、绕绕线线式式异异步步电动机转子串电阻调速、电磁转差离合器调速系统属于此类。电动机转子串电阻调速、电磁转差离合器调速系统属于此类。（2）转转差
4、差功功率率回回馈馈型型调调速速系系统统转转差差功功率率的的少少部部分分被被消消耗耗掉掉，大大部部分分通通过过变变流流装装置置回回馈馈给给电电网网或或者者转转化化为为机机械械能能予予以利用。以利用。 特点特点：效率高。串级调速属该类系统。：效率高。串级调速属该类系统。（3）转转差差功功率率不不变变型型调调速速系系统统调调速速过过程程中中，转转差差功功率率基本不变。基本不变。 特点特点：效率最高。变极调速、变频调速系统属于此类。：效率最高。变极调速、变频调速系统属于此类。第二节第二节 交流异步电动机调压调速系统交流异步电动机调压调速系统 一、交流异步电动机调压调速原理和方法一、交流异步电动机调压调
5、速原理和方法 1、调压调速原理、调压调速原理 异步电动机的机械特性方程式异步电动机的机械特性方程式 当当s一一定定时时， ，改改变变U1得得到到一一组组不不同同的的人人为为特特性性如如图图4-1所所示示。在在带带恒恒转转矩矩负负载载TL时时，可可得得到到不不同同的的稳稳定定转转速，如图中的速，如图中的A、B、C点。点。图图4-1 异步电动机在不同电压下的机械特性异步电动机在不同电压下的机械特性 2、调压调速方法、调压调速方法 获取交流调压电源的方法：获取交流调压电源的方法： （1）调压器调压调压器调压 如图如图4-2（a）所示。）所示。图图4-2 异步电动机调压调速原理异步电动机调压调速原理
6、（2）饱和电抗器调压）饱和电抗器调压 如图如图4-2（b）所示，饱和电抗器）所示，饱和电抗器LS是带有直流励磁绕组是带有直流励磁绕组的交流电抗器。的交流电抗器。（3）晶闸管交流调压器调压）晶闸管交流调压器调压 如图如图4-2（c）所示。单相调压电路如图）所示。单相调压电路如图4-3所示，其控所示，其控制方法有两种：制方法有两种： 1）相位控制方式）相位控制方式 通过改变晶闸管的导通角来改变输出交流电压。电压通过改变晶闸管的导通角来改变输出交流电压。电压输出波形如图输出波形如图4-4所示。所示。 特点：输出电压较为精确、快速性好；但有谐波污染。特点：输出电压较为精确、快速性好；但有谐波污染。 图
7、图4-4 晶闸管相位控制下的负载电压波形晶闸管相位控制下的负载电压波形 图图4-3 晶闸管单相调压电路晶闸管单相调压电路 2）开关控制方式）开关控制方式 把晶闸管作为开关，将负载与电源完全接通几个半波，把晶闸管作为开关，将负载与电源完全接通几个半波，然后再完全断开几个半波。交流电压的大小靠改变通断时然后再完全断开几个半波。交流电压的大小靠改变通断时间比间比t0/ tp来调节。输出电压波形如图来调节。输出电压波形如图4-5所示。所示。图图4-5 晶闸管开关控制下的负载电压波形晶闸管开关控制下的负载电压波形特点：采用特点：采用“过零过零”触发，谐波污染小；转速脉动较大。触发，谐波污染小；转速脉动较
8、大。 二、交流调压电路二、交流调压电路 晶闸管三相交流调压电路如图晶闸管三相交流调压电路如图4-6所示。这种电路接法的所示。这种电路接法的特点是负载输出谐波分量低，适用于低电压大电流的场合。特点是负载输出谐波分量低，适用于低电压大电流的场合。 图图4-6三相全波星形联结的调压电路三相全波星形联结的调压电路 电路正常工作的条件：电路正常工作的条件： （1）在在三三相相电电路路中中至至少少要要有有一一相相的的正正向向晶晶闸闸管管与与另另一一相相的反向晶闸管同时导通。的反向晶闸管同时导通。 （2）要求采用宽脉冲或双窄脉冲触发电路。）要求采用宽脉冲或双窄脉冲触发电路。 （3）要要求求U、V、W三三相相
9、电电路路中中正正向向晶晶闸闸管管的的触触发发信信号号相相位位互互差差120，三三相相电电路路中中反反向向晶晶闸闸管管的的触触发发信信号号相相位位也也互互差差120；但但同同一一相相中中反反并并联联的的两两个个正正、反反向向晶晶闸闸管管的的触触发脉冲相位应互差发脉冲相位应互差 180。 根根据据上上面面的的结结论论，可可得得出出三三相相调调压压电电路路中中各各晶晶闸闸管管触触发发的的次次序序为为VT1 、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT1，相邻两个晶闸管的触发信号相位差为，相邻两个晶闸管的触发信号相位差为60。 三、闭环控制的调压调速系统三、闭环控制的调压调速系统 （一）异步电动机调
10、压调速时的机械特性（一）异步电动机调压调速时的机械特性 1、普通异步电动机调压调速时存在的问题、普通异步电动机调压调速时存在的问题 1）普普通通异异步步电电动动机机调调压压时时调调速速范范围围不不大大（恒恒转转矩矩负负载载），如图，如图4-1中中A、B、C点；点； 2）在在ssm的的低低速速段段，调调速速范范围围虽虽大大，但但系系统统运运行行不不稳稳定定，且且低低速速时时，转转差差功功率率增增大大，转转子子阻阻抗抗减减小小，转转子电流增大。子电流增大。 2、解决问题的措施、解决问题的措施 使用高转子电阻的电机。高转子电阻电机的机械特性使用高转子电阻的电机。高转子电阻电机的机械特性如图如图4-7
11、所示。所示。图图4-7 高转子电阻异步电动机在不同电压下的机械特性高转子电阻异步电动机在不同电压下的机械特性可见：恒转矩负载下，调速范围变大，转子电流减小。可见：恒转矩负载下，调速范围变大，转子电流减小。（二）闭环控制的调压调速系统（二）闭环控制的调压调速系统 转子电阻的增大使调速范围扩大，机械特性变软，转速转子电阻的增大使调速范围扩大，机械特性变软，转速 静差率变大。解决方法：采用带速度负反馈的闭环控制。静差率变大。解决方法：采用带速度负反馈的闭环控制。（a）原理图）原理图 （b）静特性）静特性 图图4-8 转速闭环调压调速系统转速闭环调压调速系统（三）调压调速系统闭环静态结构图（三）调压调
12、速系统闭环静态结构图 图图4-94-9调压调速系统静态结构框图调压调速系统静态结构框图 它与单闭环直流调速系统的静态结构框图非常相似，只它与单闭环直流调速系统的静态结构框图非常相似，只要将直流调速系统中的晶闸管整流器、直流电动机换成要将直流调速系统中的晶闸管整流器、直流电动机换成晶闸管交流调压器（图中的晶闸管调压装置）、异步电晶闸管交流调压器（图中的晶闸管调压装置）、异步电动机即可。动机即可。（四）调压调速系统的可逆运行及制动（四）调压调速系统的可逆运行及制动图图4-10 电动机的正、反转及制动电路电动机的正、反转及制动电路（四）调压调速系统的可逆运行及制动（四）调压调速系统的可逆运行及制动
13、1、可逆运行、可逆运行 方法：改变定子供电电压的相序，如图方法：改变定子供电电压的相序，如图4-10所示。图所示。图中晶闸管中晶闸管16供给电动机定子正相序电源；而晶闸管供给电动机定子正相序电源；而晶闸管710及及1、4供给定子反相序电源。供给定子反相序电源。 2、反接制动与能耗制动、反接制动与能耗制动 反接制动时，工作的晶闸管为供给反相序电源的反接制动时，工作的晶闸管为供给反相序电源的6个元个元件。件。 耗能制动时，可不对称地控制某几个晶闸管工作。耗能制动时，可不对称地控制某几个晶闸管工作。例：使例：使1、2、6三个元件导通，其它元件都不工作，这样三个元件导通，其它元件都不工作，这样就可使电
14、机定子绕阻中流过直流电流，实现能耗制动。就可使电机定子绕阻中流过直流电流，实现能耗制动。 所以调压调速系统具有良好的制动特性。所以调压调速系统具有良好的制动特性。（五）调压调速系统中的能耗与效率分析（五）调压调速系统中的能耗与效率分析 1、转差功率、转差功率Ps 传到转子上的电磁功率传到转子上的电磁功率P2与转子轴上输出的机械功率与转子轴上输出的机械功率PM之差之差Ps为为 Ps称为转差功率，它被转子发热而消耗掉。下图为异步称为转差功率，它被转子发热而消耗掉。下图为异步电动机的能量流程图。电动机的能量流程图。 2、电动机的效率、电动机的效率 若忽略其它损耗，则电动机的效率为若忽略其它损耗，则电
15、动机的效率为讨论：讨论： 1)恒转矩负载时：有恒转矩负载时：有Te=TL不变；因不变；因f1不变，故不变，故n0不变，不变，电磁功率电磁功率P2也不变。随着转速的降低，转差功率也不变。随着转速的降低，转差功率sP2增增大，效率降低。大，效率降低。 2)风机泵类负载时：有风机泵类负载时：有Te=TL=Kn2，Te、P2随转速以平随转速以平方速率下降，尽管低速时，方速率下降，尽管低速时，s增大，但总的转差功率增大，但总的转差功率Ps=sP2下降，损耗变小。下降，损耗变小。 故调压调速系统适合于风机、水泵等设备的调速节能。故调压调速系统适合于风机、水泵等设备的调速节能。四、电磁转差离合器调速系统四、
16、电磁转差离合器调速系统电磁转差离合器调速系统是由笼型异步电动机、电磁转电磁转差离合器调速系统是由笼型异步电动机、电磁转差离合器以及控制装置组合而成。差离合器以及控制装置组合而成。（一）电磁转差离合器的基本结构与工作原理（一）电磁转差离合器的基本结构与工作原理 1、电磁转差离合器的组成、电磁转差离合器的组成 它由电枢、机座、磁极、励磁绕组、导磁体组成。它由电枢、机座、磁极、励磁绕组、导磁体组成。1)直直流流励励磁磁绕绕组组：由由控控制制装装置置输输出出的的可可调调压压直直流流电电供供电电，产生固定磁场；产生固定磁场；2)机座：它既是离合器的结构体，又是磁路的一部分；机座：它既是离合器的结构体，又
17、是磁路的一部分；3)电电枢枢：圆圆筒筒形形实实心心钢钢体体，兼兼有有导导磁磁、导导电电作作用用，直直接接套套在在异异步步电电动动机机5的的轴轴上上，作作为为主主动动转转子子，转转速速与与异异步步电电动动机机相同。运行时，在电枢中感应电动势并产生涡流；相同。运行时，在电枢中感应电动势并产生涡流；4)磁磁极极：它它是是齿齿轮轮形形的的。作作为为从从动动转转子子固固定定在在从从动动轴轴6上上而输出转矩，在机械上与电枢而输出转矩，在机械上与电枢3无连接，借助气隙分开；无连接，借助气隙分开；5)异步电机为原动机，与电磁转差离合器组成一个整体；异步电机为原动机，与电磁转差离合器组成一个整体；6)从动轴：输
18、出机械转矩；从动轴：输出机械转矩；7)是磁导体：它既是结构体又是磁路的一部分是磁导体：它既是结构体又是磁路的一部分。 2、电磁转差离合器的转动原理、电磁转差离合器的转动原理1）励励磁磁绕绕组组通通以以直直流流电电产产生生主主磁磁通通，磁磁路路为为：机机座座气隙气隙电枢电枢气隙气隙磁极磁极导磁体导磁体机座；机座；2）磁磁路路中中磁磁极极有有齿齿有有槽槽，在在齿齿凸凸极极部部分分磁磁力力线线较较密密，在槽间部分磁力线较稀，气隙磁场为空间脉动磁场；在槽间部分磁力线较稀，气隙磁场为空间脉动磁场；3）原原动动机机拖拖动动电电枢枢恒恒速速定定向向旋旋转转，电电枢枢切切割割脉脉动动磁磁场场，电枢中感生电动势
19、并产生电流（涡流）；电枢中感生电动势并产生电流（涡流）；4）涡涡流流为为交交变变涡涡流流，它它产产生生幅幅向向脉脉动动的的电电枢枢反反应应磁磁场场，与主磁通合成并产生转矩；与主磁通合成并产生转矩；5）此此电电磁磁转转矩矩驱驱动动磁磁极极跟跟着着电电枢枢同同方方向向运运动动，磁磁极极就就带着生产机械一同旋转。带着生产机械一同旋转。 3、电磁转差离合器的转速和转向、电磁转差离合器的转速和转向1）从动轴的转速）从动轴的转速n取决于励磁电流的大小；取决于励磁电流的大小；2）从动轴的转向则取决于原动机的转向。）从动轴的转向则取决于原动机的转向。电磁转差离合器本身并不是一个电动机，它只是一种传电磁转差离合
20、器本身并不是一个电动机，它只是一种传递功率的装置。递功率的装置。（二）电磁转差离合器的机械特性及调速系统（二）电磁转差离合器的机械特性及调速系统1、电磁转差离合器的机械特性、电磁转差离合器的机械特性式中式中 n1原动机转速；原动机转速； Te电磁转差离合器轴上输出转矩；电磁转差离合器轴上输出转矩； IL电磁转差离合器的励磁电流；电磁转差离合器的励磁电流； K与电磁转差离合器结构有关的常数。与电磁转差离合器结构有关的常数。经验公式表达：经验公式表达：2、电磁转差离合器闭环调速系统、电磁转差离合器闭环调速系统电磁转差离合器的机械特性很软，实际使用时都加上转电磁转差离合器的机械特性很软，实际使用时都
21、加上转速负反馈控制，从而可获得速负反馈控制，从而可获得10:1的调速范围。闭环系统的的调速范围。闭环系统的组成与相应的静特性如下图所示。组成与相应的静特性如下图所示。第三节第三节 绕线式异步电动机串级调速系统绕线式异步电动机串级调速系统 一、串级调速原理一、串级调速原理（一）串电阻调速的原理（一）串电阻调速的原理 绕线式异步机在转子回路中串接电阻的调速原理：绕线式异步机在转子回路中串接电阻的调速原理： 从串电阻调速的原理中可获得串级调速的启发。从串电阻调速的原理中可获得串级调速的启发。已经降低，实现了调速达到新的平衡，但速度使=-dLeedLeefTTTIsndtdnTTTIE2200)( （
22、二）串级调速原理（二）串级调速原理 在转子回路中串入与转子电势同频率的附加电势，通在转子回路中串入与转子电势同频率的附加电势，通过改变附加电势的幅值和相位实现调速。过改变附加电势的幅值和相位实现调速。 当转子串入的附加电势当转子串入的附加电势Ef相位与转子电势相位与转子电势sE20的相位相差的相位相差180时，电机在额定转速以下调速，称为次同步调速。时，电机在额定转速以下调速，称为次同步调速。 当附加电势当附加电势Ef相位与转子感应电势相位与转子感应电势sE20的相位相同时，串的相位相同时，串级调速可向高于同步转速的方向调速。级调速可向高于同步转速的方向调速。（三）串级调速系统的基本类型（三）
23、串级调速系统的基本类型 工程上获取与转子感应电势工程上获取与转子感应电势sE20反相位同频率且频率随反相位同频率且频率随转子频率变化的交流变频电源转子频率变化的交流变频电源Ef比较困难，所以在次同步比较困难，所以在次同步串级调速系统中采用整流器将转子电势串级调速系统中采用整流器将转子电势sE20整流为直流电整流为直流电势，再与转子回路中串入的直流附加电动势势，再与转子回路中串入的直流附加电动势E进行比较。进行比较。而可调直流附加电动势而可调直流附加电动势E在工程上比较容易实现。在工程上比较容易实现。 按产生直流附加电势方式的不同，次同步串级调速系统按产生直流附加电势方式的不同，次同步串级调速系
24、统可分为电气串级调速系统和机械串级调速系统。可分为电气串级调速系统和机械串级调速系统。 1.电气串级调速系统电气串级调速系统 系统中，直流附加电势系统中，直流附加电势E由逆变器由逆变器UI产生，改变逆变角就产生，改变逆变角就改变了逆变电势，相当于改变了直流附加电动势改变了逆变电势，相当于改变了直流附加电动势E，可实，可实现串级调速。在不考虑损耗的情况下，电机轴输出机械功现串级调速。在不考虑损耗的情况下，电机轴输出机械功率为：率为： ，角速度，角速度 ，则电机输出转矩，则电机输出转矩为：为：，恒转矩调速特性。，恒转矩调速特性。2、机械串级调速系统、机械串级调速系统 机机械械串串级级调调速速系系统
25、统的的构构成成如如下下图图所所示示。直直流流附附加加电电势势E由由直直流流电电机机产产生生，通通过过改改变变电电机机的的励励磁磁电电流流大大小小可可改改变变电电枢枢电电势势，相相当当于于改改变变直直流流附附加加电电势势E的的值值，实实现现串串级级调调速。速。 在不考虑损耗的情况下，电机轴输出机械功率为：在不考虑损耗的情况下，电机轴输出机械功率为： （1-s）P2+sP2=P2=常数。具有恒功率调速特性。常数。具有恒功率调速特性。二、电气串级调速系统中电动机转子的工作状态二、电气串级调速系统中电动机转子的工作状态转子整流器与一般整流器的不同点：转子整流器与一般整流器的不同点：1）转子三相感应电势
26、的幅值和频率都是转差率）转子三相感应电势的幅值和频率都是转差率s的函数。的函数。2）折算到转子侧的漏抗值也是转差率）折算到转子侧的漏抗值也是转差率s的函数。的函数。3）电机折算到转子侧的漏抗值较大，换流重叠现象严重，）电机折算到转子侧的漏抗值较大，换流重叠现象严重，转子整流器会出现转子整流器会出现“强迫延迟换流强迫延迟换流”现象，引起转子整现象，引起转子整流电路的特殊工作状态流电路的特殊工作状态 。 （1）第一工作状态：转子整流器的换流重叠角）第一工作状态：转子整流器的换流重叠角0 60二二极管元件在自然换流点换流。极管元件在自然换流点换流。（2）第二工作状态：换流重叠角保持）第二工作状态：换
27、流重叠角保持 =60不变，强迫不变，强迫延迟换流角在延迟换流角在0 30间变化。间变化。 强迫延迟换流角强迫延迟换流角 ：二极管元件的起始换流点从自然：二极管元件的起始换流点从自然换流点向后延迟一段时间，这段时间所对应的换流点向后延迟一段时间，这段时间所对应的 角。角。（3）第三工作状态：）第三工作状态： =30不变，随不变，随Id增大增大 从从60继续继续增大。第三工作状态属于故障工作状态。增大。第三工作状态属于故障工作状态。图图4-19 转子整流电路的转子整流电路的 =f(Id)、 =f (Id)三、串级调速系统的调速特性和机械特性三、串级调速系统的调速特性和机械特性（一）串级调速系统的调
28、速特性（一）串级调速系统的调速特性 图图4-19 电气串调系统主回电气串调系统主回路接线图和直流等效电路路接线图和直流等效电路 由直流等效电路列出的由直流等效电路列出的第一工作状态下第一工作状态下的电压方程式的电压方程式将将 代入上式得转速代入上式得转速n n为为 改改变变，相相当当于于他他励励直直流流电电机机调调压压调调速速。特特性性为为n=f（Id），但但由由于于R比比直直流流电电机机电电枢枢回回路路总总电电阻阻大大，故故n=f（Id）相对要软一些。相对要软一些。而在第二工作状态时：特性更软而在第二工作状态时：特性更软。（二）串级调速系统的机械特性与最大转矩（二）串级调速系统的机械特性与最
29、大转矩 因因转转子子整整流流器器有有第第一一和和第第二二工工作作状状态态，所所以以串串调调系系统统机机械特性也有第一和第二两个工作区。械特性也有第一和第二两个工作区。 串串调调系系统统的的额额定定工工作作点点位位于于机机械械特特性性第第一一工工作作区区；串串调调系系统统在在该该区区的的过过载载能能力力比比绕绕线线式式异异步步电电机机固固有有特特性性的的过过载载能力降低了能力降低了17左右。而最大转矩发生在第二工作区。左右。而最大转矩发生在第二工作区。 串调系统的机械串调系统的机械特性比绕线异步电特性比绕线异步电动机固有机械特性动机固有机械特性软，最大转矩比固软，最大转矩比固有机械特性的小。有机
30、械特性的小。四、双闭环控制的串级调速系统四、双闭环控制的串级调速系统1.1.双闭环串调系统的组成双闭环串调系统的组成图图4-22 双闭环串级双闭环串级调速系统的组成框图调速系统的组成框图 2.串级调速系统的调速原理串级调速系统的调速原理 整定触发脉冲，使逆变角为最小值整定触发脉冲，使逆变角为最小值min。通常。通常min限制为限制为30，以防止逆变失败。当，以防止逆变失败。当ACR的输出电压为上限幅值时，的输出电压为上限幅值时，应整定逆变角为最大值应整定逆变角为最大值max=90。 利用利用ASR的输出饱和限的输出饱和限幅值和幅值和ACR的电流负反馈调节作用，使双闭环串调系统在的电流负反馈调节
31、作用，使双闭环串调系统在加速过程中实现恒流升速，获得良好的加速特性。加速过程中实现恒流升速，获得良好的加速特性。（二）闭环串调系统动态结构图（二）闭环串调系统动态结构图 双闭环串调系统的设计方法与双闭环直流调速系统基本双闭环串调系统的设计方法与双闭环直流调速系统基本相同，通常也采用工程设计方法。即先设计电流环，然后相同，通常也采用工程设计方法。即先设计电流环，然后把设计好的电流环看作是速度环中的一个等效环节，再进把设计好的电流环看作是速度环中的一个等效环节，再进行转速环的设计。应用工程设计方法进行动态设计时，电行转速环的设计。应用工程设计方法进行动态设计时，电流环宜按典流环宜按典系统设计，转速
32、环宜按典系统设计，转速环宜按典系统设计。系统设计。图图4-23 双闭环串级调速系统的动态结构图双闭环串级调速系统的动态结构图 五、串级调速系统的效率和功率因数五、串级调速系统的效率和功率因数（一）串调系统的总效率（一）串调系统的总效率是指串调系统电机轴上的输出功率与从电网输入的总有功是指串调系统电机轴上的输出功率与从电网输入的总有功功率之比。下图是反映串调系统各部分有功和无功功率间功率之比。下图是反映串调系统各部分有功和无功功率间关系的单线图。关系的单线图。1、定子输入功率、定子输入功率定子输入功率定子输入功率P1由电网向整个串调系统提供的有功功率由电网向整个串调系统提供的有功功率PW及晶闸管
33、逆变器返回到电网的回馈功率及晶闸管逆变器返回到电网的回馈功率PT构成；构成；2、旋转磁场传送的电磁功率、旋转磁场传送的电磁功率定子输入功率定子输入功率P1减去定子损耗减去定子损耗P1（包括定子的铜耗和铁（包括定子的铜耗和铁耗）得到电磁功率耗）得到电磁功率P2；P2中的一部分转变为转差功率中的一部分转变为转差功率Ps，另一部分转变成机械功率另一部分转变成机械功率PM；3、回馈电网的功率、回馈电网的功率转差功率减去转子损耗转差功率减去转子损耗P2和转子整流器、晶闸管逆变和转子整流器、晶闸管逆变器的损耗器的损耗Ps，剩下部分即为回馈电网的功率，剩下部分即为回馈电网的功率PT；4、电网向整个系统提供的
34、有功功率：、电网向整个系统提供的有功功率：5、电机轴上输出功率：、电机轴上输出功率：；电机轴上输出功率电机轴上输出功率P0则要从机械功率则要从机械功率PM中减去机械损耗中减去机械损耗Pm后获得。后获得。6、串级调速系统的总效率、串级调速系统的总效率 由于大部分转差功率被送回电网，使串级调速系统从由于大部分转差功率被送回电网，使串级调速系统从电网输入的总有功功率并不多，故串级调速系统的效率电网输入的总有功功率并不多，故串级调速系统的效率很高。效率可达很高。效率可达9090以上。以上。 (二二) 串级调速系统的总功率因数串级调速系统的总功率因数 晶闸管串调系统功率因数低。晶闸管串调系统功率因数低。
35、主要原因：主要原因：1、逆变变压器和异步电机都要从电网吸收无功，故串调系、逆变变压器和异步电机都要从电网吸收无功，故串调系统比固有特性下异步电机从电网吸收的无功增多，而串调系统比固有特性下异步电机从电网吸收的无功增多，而串调系统把转差功率的大部分又回馈给电网，使系统从电网吸收的统把转差功率的大部分又回馈给电网，使系统从电网吸收的有功减少，这是造成串调系统功率因数低的主要原因。例：有功减少，这是造成串调系统功率因数低的主要原因。例：1)串调系统从电网吸收的有功功率串调系统从电网吸收的有功功率Pw等于异步电机从电网等于异步电机从电网吸收的有功吸收的有功P1与通过逆变器回馈到电网的有功功率与通过逆变
36、器回馈到电网的有功功率-PT的代数的代数和，即和，即PW= P1- PT，有功功率减少；，有功功率减少；2)串调系统从电网吸收的无功串调系统从电网吸收的无功Qw等于异步电机吸收的无功等于异步电机吸收的无功Q1与逆变变压器吸收的无功与逆变变压器吸收的无功QT之和，即之和，即Qw=Q1+QT，无功功，无功功率增加。率增加。串调系统的总功率因数降低为串调系统的总功率因数降低为 式中式中 PW串调系统从电网吸收的总有功功率；串调系统从电网吸收的总有功功率； S串调系统的总视在功率。串调系统的总视在功率。2、由由于于串串调调系系统统接接入入转转子子整整流流器器，不不仅仅出出现现换换流流重重叠叠现现象象，还还使使转转子子电电流流发发生生畸畸变变，这这将将使使异异步步电电机机本本身身的的功功率率因因数降低，这是造成串调系统功率因数低的另一个原因。数降低，这是造成串调系统功率因数低的另一个原因。为为改改善善串串调调系系统统的的功功率率因因数数，提提出出多多种种解解决决方方法法，可可归归为为两两大大类类：一一类类是是利利用用电电力力电电容容器器补补偿偿；另另一一类类是是采采用用高高功功率率因数的串级调速系统。因数的串级调速系统。
