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1、绕线转子异步电机双馈调速系统绕线转子异步电机双馈调速系统转差功率馈送型调速系统转差功率馈送型调速系统现代交流调速系统引言 （1 1）转差功率消耗型）转差功率消耗型）转差功率消耗型）转差功率消耗型异步电机采用调压控制异步电机采用调压控制异步电机采用调压控制异步电机采用调压控制等调速方式，转速越低时，转差功率的消耗越等调速方式，转速越低时，转差功率的消耗越等调速方式，转速越低时，转差功率的消耗越等调速方式，转速越低时，转差功率的消耗越大，效率越低大，效率越低大，效率越低大，效率越低。（2 2）转差功率不变型）转差功率不变型）转差功率不变型）转差功率不变型变频调速方法转差功率变频调速方法转差功率变频
2、调速方法转差功率变频调速方法转差功率很小，而且不随转速变化，效率较高；很小，而且不随转速变化，效率较高；很小，而且不随转速变化，效率较高；很小，而且不随转速变化，效率较高；但在定但在定但在定但在定子电路中须配备与电动机容量相当的变压变频子电路中须配备与电动机容量相当的变压变频子电路中须配备与电动机容量相当的变压变频子电路中须配备与电动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备成本最高。器，相比之下，设备成本最高。器，相比之下，设备成本最高。器，相比之下，设备成本最高。 交流调速系统按转差功率的处理方式可分为三交流调速系统按转差功率的处理方式可分为三交流调速系统按转差功率的处理方式可分为三交流调速系
3、统按转差功率的处理方式可分为三种类型种类型种类型种类型。l l 交流调速系统按转差功率的分类（续）交流调速系统按转差功率的分类（续）交流调速系统按转差功率的分类（续）交流调速系统按转差功率的分类（续） （3 3）转差功率馈送型）转差功率馈送型）转差功率馈送型）转差功率馈送型控制绕线转子异步电控制绕线转子异步电控制绕线转子异步电控制绕线转子异步电动机的转子电压，利用其转差功率并达到调节动机的转子电压，利用其转差功率并达到调节动机的转子电压，利用其转差功率并达到调节动机的转子电压，利用其转差功率并达到调节转速的目的，这种调节方式具有良好的调速性转速的目的，这种调节方式具有良好的调速性转速的目的，这
4、种调节方式具有良好的调速性转速的目的，这种调节方式具有良好的调速性能和效率；能和效率；能和效率；能和效率；但要增加一些设备。但要增加一些设备。但要增加一些设备。但要增加一些设备。 前面已分别讨论了转差功率消耗型和不变前面已分别讨论了转差功率消耗型和不变前面已分别讨论了转差功率消耗型和不变前面已分别讨论了转差功率消耗型和不变型两种调速方法，本章将讨论转差功率回馈型型两种调速方法，本章将讨论转差功率回馈型型两种调速方法，本章将讨论转差功率回馈型型两种调速方法，本章将讨论转差功率回馈型调速方法。调速方法。调速方法。调速方法。5.1异步电机双馈调速工作原理 所谓所谓所谓所谓“ “双馈双馈双馈双馈” ”
5、，是指把绕线转子异步电机，是指把绕线转子异步电机，是指把绕线转子异步电机，是指把绕线转子异步电机的定子绕组与交流电网连接，转子绕组与其他的定子绕组与交流电网连接，转子绕组与其他的定子绕组与交流电网连接，转子绕组与其他的定子绕组与交流电网连接，转子绕组与其他含电动势的电路相连接，使它们可以进行电功含电动势的电路相连接，使它们可以进行电功含电动势的电路相连接，使它们可以进行电功含电动势的电路相连接，使它们可以进行电功率的相互传递。率的相互传递。率的相互传递。率的相互传递。PsP1从广义上讲，定子功率从广义上讲，定子功率和转差功率可以分别向和转差功率可以分别向定子和转子馈入，也可定子和转子馈入，也可
6、以从定子或转子输出，以从定子或转子输出，故称作双馈电机故称作双馈电机。l l 双馈调速的基本结构双馈调速的基本结构双馈调速的基本结构双馈调速的基本结构功率变换单元功率变换单元电网K1M3 K2TI 从电路拓从电路拓从电路拓从电路拓扑结构上看，扑结构上看，扑结构上看，扑结构上看，可认为是在可认为是在可认为是在可认为是在转子绕组回转子绕组回转子绕组回转子绕组回路中附加一路中附加一路中附加一路中附加一个交流电动个交流电动个交流电动个交流电动势。势。势。势。l l 功率变换单元功率变换单元功率变换单元功率变换单元 由于转子电动势与电流的频率随转速变化，由于转子电动势与电流的频率随转速变化，由于转子电动
7、势与电流的频率随转速变化，由于转子电动势与电流的频率随转速变化，即即即即 f f2 2 = = s fs f1 1 ，因此必须通过功率变换单元，因此必须通过功率变换单元，因此必须通过功率变换单元，因此必须通过功率变换单元（Power Converter UnitPower Converter UnitPCUPCU）对不同频率的）对不同频率的）对不同频率的）对不同频率的电功率进行电能变换。电功率进行电能变换。电功率进行电能变换。电功率进行电能变换。 对于对于对于对于双馈系统双馈系统双馈系统双馈系统来说，来说，来说，来说，P PCUCU应该由应该由应该由应该由双向变频双向变频双向变频双向变频器器器
8、器构成，以实现功率的双向传递。构成，以实现功率的双向传递。构成，以实现功率的双向传递。构成，以实现功率的双向传递。功率变换单元功率变换单元K1M3 K2TIl l 双馈调速的功率传输双馈调速的功率传输（1）转差功率输出状态）转差功率输出状态PCUP1PsM3 Pmech（2 2）转差功率输入状态）转差功率输入状态）转差功率输入状态）转差功率输入状态 当电机以发电状态运行时，它被拖着运转，当电机以发电状态运行时，它被拖着运转，从轴上输入机械功率，经机电能量变换后以电从轴上输入机械功率，经机电能量变换后以电功率的形式从定子侧输出（馈出）到电网。功率的形式从定子侧输出（馈出）到电网。 PsP1M3
9、PCUPmech异步电机转子附加电动势的作用异步电机转子附加电动势的作用n n异步电机运行时其转子相电动势为异步电机运行时其转子相电动势为异步电机运行时其转子相电动势为异步电机运行时其转子相电动势为式中式中式中式中 s 异步电动机的转差率异步电动机的转差率异步电动机的转差率异步电动机的转差率； E Er0 r0 绕线转子异步电动机在转子不动时的绕线转子异步电动机在转子不动时的绕线转子异步电动机在转子不动时的绕线转子异步电动机在转子不动时的相电动势，或称转子开路电动势，也就是转子额相电动势，或称转子开路电动势，也就是转子额相电动势，或称转子开路电动势，也就是转子额相电动势，或称转子开路电动势，也
10、就是转子额定相电压值。定相电压值。定相电压值。定相电压值。(5-1)n n转子相电流的表达式为：转子相电流的表达式为：转子相电流的表达式为：转子相电流的表达式为：式中式中R Rr r 转子绕组每相电阻；转子绕组每相电阻；X Xr0r0 s =s = 1 1时的转子绕组每相漏抗。时的转子绕组每相漏抗。(5-2)n n 转子附加电动势转子附加电动势转子附加电动势转子附加电动势 图图5-1 绕线转子异步电动机转子附加电动势的原理图绕线转子异步电动机转子附加电动势的原理图附加电动势与转子电附加电动势与转子电动势动势有相同的频率有相同的频率，可同相或反相串接。可同相或反相串接。 引入可控的交流附加电动势
11、(5-3)n n 转子附加电动势的作用转子附加电动势的作用转子附加电动势的作用转子附加电动势的作用n nE Er r 与与与与 E Eaddadd 同相同相同相同相l l当当 E Eaddadd ， 转速上升转速上升；转子附加电动势的作用（续）转子附加电动势的作用（续）转子附加电动势的作用（续）转子附加电动势的作用（续）l l当 Eadd ，使得：转速下降转速下降；转子附加电动势的作用（续）转子附加电动势的作用（续）转子附加电动势的作用（续）转子附加电动势的作用（续） 2. 2. E Er r 与与 E Eaddadd反相反相 同理可知，若减少或串入反相的附加电同理可知，若减少或串入反相的附加
12、电同理可知，若减少或串入反相的附加电同理可知，若减少或串入反相的附加电动势，则可使电动机的转速降低。动势，则可使电动机的转速降低。动势，则可使电动机的转速降低。动势，则可使电动机的转速降低。 所以，所以，在绕线转子异步电动机的转子侧引入在绕线转子异步电动机的转子侧引入在绕线转子异步电动机的转子侧引入在绕线转子异步电动机的转子侧引入一个可控的附加电动势，就可调节电动机的一个可控的附加电动势，就可调节电动机的一个可控的附加电动势，就可调节电动机的一个可控的附加电动势，就可调节电动机的转速转速转速转速。 5.2 异步电机双馈调速的五种工况异步电机双馈调速的五种工况 本节摘要本节摘要本节摘要本节摘要n
13、 n电机在次同步转速下作电动运行电机在次同步转速下作电动运行电机在次同步转速下作电动运行电机在次同步转速下作电动运行n n电机在反转时作倒拉制动运行电机在反转时作倒拉制动运行电机在反转时作倒拉制动运行电机在反转时作倒拉制动运行n n电机在超同步转速下作回馈制动运行电机在超同步转速下作回馈制动运行电机在超同步转速下作回馈制动运行电机在超同步转速下作回馈制动运行n n电机在超同步转速下作电动运行电机在超同步转速下作电动运行电机在超同步转速下作电动运行电机在超同步转速下作电动运行n n电机在次同步转速下作回馈制动运行电机在次同步转速下作回馈制动运行电机在次同步转速下作回馈制动运行电机在次同步转速下作
14、回馈制动运行n n 异步电机的功率关系异步电机的功率关系异步电机的功率关系异步电机的功率关系 忽略机械损耗和杂散损耗时，异步电机在任何工况忽略机械损耗和杂散损耗时，异步电机在任何工况忽略机械损耗和杂散损耗时，异步电机在任何工况忽略机械损耗和杂散损耗时，异步电机在任何工况下的功率关系都可写作下的功率关系都可写作下的功率关系都可写作下的功率关系都可写作 （5-4） 式中式中 Pm 从电机定子传入转子（或由转子传出给定子）从电机定子传入转子（或由转子传出给定子） 的电磁功率，的电磁功率， sPm 输入或输出转子电路的功率，即转差功率，输入或输出转子电路的功率，即转差功率， (1-s)Pm 电机轴上输
15、出或输入的功率。电机轴上输出或输入的功率。 由于转子侧串入附加电动势极性和大小的不同，由于转子侧串入附加电动势极性和大小的不同，由于转子侧串入附加电动势极性和大小的不同，由于转子侧串入附加电动势极性和大小的不同， s s 和和和和 P Pmm 都可正可负，因而可以有以下五种不同的工作情况。都可正可负，因而可以有以下五种不同的工作情况。都可正可负，因而可以有以下五种不同的工作情况。都可正可负，因而可以有以下五种不同的工作情况。 1. 1. 电机在次同步转速下作电动运行电机在次同步转速下作电动运行电机在次同步转速下作电动运行电机在次同步转速下作电动运行l l工作条件：工作条件：工作条件：工作条件：
16、 转子侧每相加以附加电动势转子侧每相加以附加电动势转子侧每相加以附加电动势转子侧每相加以附加电动势-E-Eaddadd ，转子电流，转子电流，转子电流，转子电流I Ir r将将将将减小减小减小减小，从而使电动机减速，进入新的稳态工作。，从而使电动机减速，进入新的稳态工作。，从而使电动机减速，进入新的稳态工作。，从而使电动机减速，进入新的稳态工作。l l运行工况：运行工况：运行工况：运行工况： 电机作电动运行，转差率为电机作电动运行，转差率为电机作电动运行，转差率为电机作电动运行，转差率为 0 0 s s 1 1s1，进入倒拉制动运行状态（第四象限）。，进入倒拉制动运行状态（第四象限）。，进入倒
17、拉制动运行状态（第四象限）。，进入倒拉制动运行状态（第四象限）。 l l运行工况：运行工况：运行工况：运行工况：此时由电网输入电机定子的此时由电网输入电机定子的此时由电网输入电机定子的此时由电网输入电机定子的功率和由负载输入电机轴的功率两部功率和由负载输入电机轴的功率两部功率和由负载输入电机轴的功率两部功率和由负载输入电机轴的功率两部分合成转差功率，并从转子侧馈送给分合成转差功率，并从转子侧馈送给分合成转差功率，并从转子侧馈送给分合成转差功率，并从转子侧馈送给电网。电网。电网。电网。式（式（式（式（5-45-4）可改写作）可改写作）可改写作）可改写作 l l 功率流程功率流程b）反转倒拉制动状
18、态 Te012s-n-n1PmPCU3. 电机在超同步转速下作回馈制动运行电机在超同步转速下作回馈制动运行电机在超同步转速下作回馈制动运行电机在超同步转速下作回馈制动运行l l工作条件：工作条件：工作条件：工作条件： 进入这种运行状态的必要条件是有位能性进入这种运行状态的必要条件是有位能性进入这种运行状态的必要条件是有位能性进入这种运行状态的必要条件是有位能性机械外力作用在电机轴上。机械外力作用在电机轴上。机械外力作用在电机轴上。机械外力作用在电机轴上。 此时，此时，此时，此时，处于发电状态运行的电机转子回路处于发电状态运行的电机转子回路处于发电状态运行的电机转子回路处于发电状态运行的电机转子
19、回路串入一个附加电动势串入一个附加电动势串入一个附加电动势串入一个附加电动势 + +E Eaddadd ，电机将在比未串，电机将在比未串，电机将在比未串，电机将在比未串入入入入 + +E Eaddadd 时的转速更高的状态下作回馈制动运时的转速更高的状态下作回馈制动运时的转速更高的状态下作回馈制动运时的转速更高的状态下作回馈制动运行。行。行。行。l l运行工况：运行工况：运行工况：运行工况：电机处在发电状态工作，电机处在发电状态工作，电机处在发电状态工作，电机处在发电状态工作，s s 0 0，电机功率由负载通过，电机功率由负载通过，电机功率由负载通过，电机功率由负载通过电机轴输入，经过机电能量
20、电机轴输入，经过机电能量电机轴输入，经过机电能量电机轴输入，经过机电能量变换分别从电机定子侧与转变换分别从电机定子侧与转变换分别从电机定子侧与转变换分别从电机定子侧与转子侧馈送至电网。子侧馈送至电网。子侧馈送至电网。子侧馈送至电网。此时式此时式此时式此时式（5-45-4）可改写成）可改写成）可改写成）可改写成 l l 功率流程功率流程c） 超同步速回馈制动状态 -TePmCU4. 4. 电机在超同步转速下作电动运行电机在超同步转速下作电动运行电机在超同步转速下作电动运行电机在超同步转速下作电动运行l l工作条件：工作条件：工作条件：工作条件： 设电机原已在设电机原已在设电机原已在设电机原已在
21、0 0 s s 1 1 作电动运行，作电动运行，作电动运行，作电动运行，轴上轴上轴上轴上拖动恒转矩的反抗性负载。拖动恒转矩的反抗性负载。拖动恒转矩的反抗性负载。拖动恒转矩的反抗性负载。 如如如如转子侧串入了同相的附加电动势转子侧串入了同相的附加电动势转子侧串入了同相的附加电动势转子侧串入了同相的附加电动势+ +E Eaddadd，电机将加速到电机将加速到电机将加速到电机将加速到s s 0 0的新的稳态下工作，即电机的新的稳态下工作，即电机的新的稳态下工作，即电机的新的稳态下工作，即电机在超过其同步转速下稳定运行。在超过其同步转速下稳定运行。在超过其同步转速下稳定运行。在超过其同步转速下稳定运行
22、。l l运行工况：运行工况：运行工况：运行工况：电机的轴上输出功率由定子侧与转子侧两部电机的轴上输出功率由定子侧与转子侧两部电机的轴上输出功率由定子侧与转子侧两部电机的轴上输出功率由定子侧与转子侧两部分输入功率合成，电机处于定、转子双输入状态，分输入功率合成，电机处于定、转子双输入状态，分输入功率合成，电机处于定、转子双输入状态，分输入功率合成，电机处于定、转子双输入状态，其输出功率超过额定功率，其输出功率超过额定功率，其输出功率超过额定功率，其输出功率超过额定功率，式（式（式（式（5-45-4）改写成）改写成）改写成）改写成l l 功率流程功率流程d） 超同步速电动状态 PmTeCU5. 5
23、. 电机在次同步转速下作回馈制动运行电机在次同步转速下作回馈制动运行电机在次同步转速下作回馈制动运行电机在次同步转速下作回馈制动运行工作条件：工作条件： 很多工作机械为了提高其生产率，希望电力拖很多工作机械为了提高其生产率，希望电力拖很多工作机械为了提高其生产率，希望电力拖很多工作机械为了提高其生产率，希望电力拖动装置能缩短减速和停车的时间，因此必须使运行动装置能缩短减速和停车的时间，因此必须使运行动装置能缩短减速和停车的时间，因此必须使运行动装置能缩短减速和停车的时间，因此必须使运行在低于同步转速电动状态的电机切换到制动状态下在低于同步转速电动状态的电机切换到制动状态下在低于同步转速电动状态
24、的电机切换到制动状态下在低于同步转速电动状态的电机切换到制动状态下工作。工作。工作。工作。 设电机原在低于同步转速下作电动运行，其转子设电机原在低于同步转速下作电动运行，其转子设电机原在低于同步转速下作电动运行，其转子设电机原在低于同步转速下作电动运行，其转子侧已加入一定的侧已加入一定的侧已加入一定的侧已加入一定的 - - E Eaddadd 。要使之进入制动状态，可。要使之进入制动状态，可。要使之进入制动状态，可。要使之进入制动状态，可使使使使 |- |- E Eaddadd| | 大于此时的大于此时的大于此时的大于此时的sEsEr0 r0 ，此时，此时，此时，此时I Ir r变为负值，电动
25、变为负值，电动变为负值，电动变为负值，电动机进入制动状态。机进入制动状态。机进入制动状态。机进入制动状态。l l 运行工况运行工况 电机定子侧输出功率给电网，电机成为电机定子侧输出功率给电网，电机成为电机定子侧输出功率给电网，电机成为电机定子侧输出功率给电网，电机成为发电机处于制动状态工作，并产生制动转矩发电机处于制动状态工作，并产生制动转矩发电机处于制动状态工作，并产生制动转矩发电机处于制动状态工作，并产生制动转矩以加快减速停车过程。电机的功率关系为以加快减速停车过程。电机的功率关系为以加快减速停车过程。电机的功率关系为以加快减速停车过程。电机的功率关系为 l l 功率流程功率流程e） 次同
26、步速回馈制动状态 Pm-TeCUl l五种工况小结五种工况小结图5-2 异步电机在转子附加电动势时的工况及其功率流程 五种工况都是异步电五种工况都是异步电机转子加入附加电动势机转子加入附加电动势时的运行状态。时的运行状态。 在工况在工况a,b,c中，转子中，转子侧都输出功率，可把转侧都输出功率，可把转子的交流电功率先变换子的交流电功率先变换成直流，然后再变换成成直流，然后再变换成与电网具有相同电压与与电网具有相同电压与频率的交流电功率。频率的交流电功率。 a）转子输出功率的工况）转子输出功率的工况TICU2CU1sEr0M3图5-4 异步电机转子侧连接的功率变换单元b）转子输入功率的工况）转子
27、输入功率的工况 图5-4 异步电机转子侧连接的功率变换单元TIPCU2PCU1sEr0M3返回目录返回目录5.3 异步电机在次同步电动状态下的异步电机在次同步电动状态下的 双馈系统双馈系统串级调速系统串级调速系统 n n基本思路基本思路 如前所述，在异步电机转子回路中附加交流电动如前所述，在异步电机转子回路中附加交流电动如前所述，在异步电机转子回路中附加交流电动如前所述，在异步电机转子回路中附加交流电动势调速的关键就是在转子侧串入一个可变频、可变幅势调速的关键就是在转子侧串入一个可变频、可变幅势调速的关键就是在转子侧串入一个可变频、可变幅势调速的关键就是在转子侧串入一个可变频、可变幅的交流电压
28、。的交流电压。的交流电压。的交流电压。 对于只用于次同步电动状态的情况来说，比较方对于只用于次同步电动状态的情况来说，比较方对于只用于次同步电动状态的情况来说，比较方对于只用于次同步电动状态的情况来说，比较方便的办法是将转子电压先整流成直流电压，然后再引便的办法是将转子电压先整流成直流电压，然后再引便的办法是将转子电压先整流成直流电压，然后再引便的办法是将转子电压先整流成直流电压，然后再引入一个附加的直流电动势，控制此直流附加电动势的入一个附加的直流电动势，控制此直流附加电动势的入一个附加的直流电动势，控制此直流附加电动势的入一个附加的直流电动势，控制此直流附加电动势的幅值，就可以调节异步电动
29、机的转速。幅值，就可以调节异步电动机的转速。幅值，就可以调节异步电动机的转速。幅值，就可以调节异步电动机的转速。n n 对直流附加电动势的技术要求对直流附加电动势的技术要求 l l首先，它应该是可平滑调节的，以满足对电动首先，它应该是可平滑调节的，以满足对电动首先，它应该是可平滑调节的，以满足对电动首先，它应该是可平滑调节的，以满足对电动机转速平滑调节的要求；机转速平滑调节的要求；机转速平滑调节的要求；机转速平滑调节的要求；l l其次，从节能的角度看，希望产生附加直流电其次，从节能的角度看，希望产生附加直流电其次，从节能的角度看，希望产生附加直流电其次，从节能的角度看，希望产生附加直流电动势的
30、装置能够吸收从异步电动机转子侧传递动势的装置能够吸收从异步电动机转子侧传递动势的装置能够吸收从异步电动机转子侧传递动势的装置能够吸收从异步电动机转子侧传递来的转差功率并加以利用。来的转差功率并加以利用。来的转差功率并加以利用。来的转差功率并加以利用。 n n 系统方案系统方案 根据以上两点要求，较好的方案是采用工作在根据以上两点要求，较好的方案是采用工作在根据以上两点要求，较好的方案是采用工作在根据以上两点要求，较好的方案是采用工作在有源逆变状态的晶闸管可控整流装置作为产生附有源逆变状态的晶闸管可控整流装置作为产生附有源逆变状态的晶闸管可控整流装置作为产生附有源逆变状态的晶闸管可控整流装置作为
31、产生附加直流电动势的电源，这就形成了图加直流电动势的电源，这就形成了图加直流电动势的电源，这就形成了图加直流电动势的电源，这就形成了图5-4a5-4a中所示中所示中所示中所示的功率变换单元的功率变换单元的功率变换单元的功率变换单元PCU2PCU2。 按照上述原理组成的异步电机在低于同步转速按照上述原理组成的异步电机在低于同步转速按照上述原理组成的异步电机在低于同步转速按照上述原理组成的异步电机在低于同步转速下作电动状态运行的双馈调速系统如图下作电动状态运行的双馈调速系统如图下作电动状态运行的双馈调速系统如图下作电动状态运行的双馈调速系统如图5-55-5所示，所示，所示，所示，习惯上称之为习惯上
32、称之为习惯上称之为习惯上称之为电气串级调速系统。电气串级调速系统。电气串级调速系统。电气串级调速系统。图5-5 电气串级调速系统原理图 n n 系统组成系统组成n n 功率变换单元功率变换单元l lUR 三相不可控整流装置，将异步电机转子相电动势 sEr0 整流为直流电压 Ud 。l lUI 三相可控整流装置，工作在有源逆变状态：l l可提供可调的直流电压可提供可调的直流电压 U Ui i ，作为电机调速所，作为电机调速所需的附加直流电动势；需的附加直流电动势；l l可将转差功率变换成交流功率，回馈到交流电可将转差功率变换成交流功率，回馈到交流电网。网。n n 工作原理工作原理（1 1）起动）
33、起动）起动）起动l l起动条件：起动条件： 对串级调速系统而对串级调速系统而言，起动应有足够大的言，起动应有足够大的转子电流转子电流 I Ir r 或足够大或足够大的整流后直流电流的整流后直流电流 I Id d ，为此，转子整流电压，为此，转子整流电压 U Ud d 与逆变电压与逆变电压 U Ui i 间应间应有较大的差值。有较大的差值。l l 起动控制起动控制uu控制逆变角控制逆变角控制逆变角控制逆变角 ，使在起动开始的瞬间，使在起动开始的瞬间，使在起动开始的瞬间，使在起动开始的瞬间，U Ud d与与与与 U Ui i 的差值能产生足够大的的差值能产生足够大的的差值能产生足够大的的差值能产生
34、足够大的 I Id d ，以满足所需的，以满足所需的，以满足所需的，以满足所需的电磁转矩，但又不超过允许的电流值，这样电磁转矩，但又不超过允许的电流值，这样电磁转矩，但又不超过允许的电流值，这样电磁转矩，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起动。电动机就可在一定的动态转矩下加速起动。电动机就可在一定的动态转矩下加速起动。电动机就可在一定的动态转矩下加速起动。uu随着转速的增高，相应地增大随着转速的增高，相应地增大随着转速的增高，相应地增大随着转速的增高，相应地增大 角以减小值角以减小值角以减小值角以减小值 U Ui i ，从而维持加速过程中动态转矩基本恒定，从而维持加速
35、过程中动态转矩基本恒定，从而维持加速过程中动态转矩基本恒定，从而维持加速过程中动态转矩基本恒定 。工作原理（续）工作原理（续）（2）调速）调速l l调速原理：通过改变 角的大小调节电动机的转速。l l调速过程：UiIdUdnTeTe = TLId工作原理（续）工作原理（续）（3） 停车停车 串级调速系统没有制动停车功能。只能靠减小 角逐渐减速，并依靠负载阻转矩的作用自由停车。 结结 论论n n串级调速系统能够靠调节逆变角串级调速系统能够靠调节逆变角 实现平实现平滑无级调速滑无级调速n n系统能把异步电动机的转差功率回馈给交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
36、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率得到有效利用，大大提高了调速系统的效率。效率。风力发电技术风力发电技术n n风力发电技术是目前开发最成熟和商业化运作最风力发电技术是目前开发最成熟和商业化运作最成功的新能源技术，在我国有广阔的发展前景。成功的新能源技术，在我国有广阔的发展前景。n n近几年，我国风电发展速度惊人，风电装机容量近几年，我国风电发展速度惊人，风电装机容量以每年翻一番的势头迅猛增长。有关专家认为，以每年翻一番的势头迅猛增长。有关专家认为，中国拥有全球最大的风电市场，在短短的几年时中国拥有全球最大的风电市场，在短短的几年时间内，国内就诞生了数十家
37、风电机组制造企业。间内，国内就诞生了数十家风电机组制造企业。 风力发电技术风力发电技术n n最简单的风力发电机可由叶轮和最简单的风力发电机可由叶轮和最简单的风力发电机可由叶轮和最简单的风力发电机可由叶轮和发电机两部分构成，发电机两部分构成，发电机两部分构成，发电机两部分构成， 立在一定高立在一定高立在一定高立在一定高度的塔干上，这即是小型离网风度的塔干上，这即是小型离网风度的塔干上，这即是小型离网风度的塔干上，这即是小型离网风机。机。机。机。n n最初的风力发电机发出的电能随最初的风力发电机发出的电能随最初的风力发电机发出的电能随最初的风力发电机发出的电能随风变化风变化风变化风变化, , 时有
38、时无，电压和频率不时有时无，电压和频率不时有时无，电压和频率不时有时无，电压和频率不稳定。为了解决这些问题，现代稳定。为了解决这些问题，现代稳定。为了解决这些问题，现代稳定。为了解决这些问题，现代风机增加了齿轮箱、偏航系统、风机增加了齿轮箱、偏航系统、风机增加了齿轮箱、偏航系统、风机增加了齿轮箱、偏航系统、液压系统、刹车系统、电力电子液压系统、刹车系统、电力电子液压系统、刹车系统、电力电子液压系统、刹车系统、电力电子和控制系统等。和控制系统等。和控制系统等。和控制系统等。风力发电系统风力发电系统风力发电技术风力发电技术n n齿齿齿齿轮轮轮轮箱箱箱箱可可可可以以以以将将将将很很很很低低低低的的的
39、的风风风风轮轮轮轮转转转转速速速速( ( 1 1 500 500 kWkW的的的的风风风风机机机机通通通通常常常常为为为为1222 1222 r/min) r/min) 变变变变为为为为很很很很高高高高的的的的发发发发电电电电机机机机转转转转速速速速。同同同同时时时时也也也也使使使使得得得得发发发发电电电电机机机机易易易易于于于于控控控控制制制制, , 实实实实现现现现稳稳稳稳定定定定的的的的频频频频率和电压输出。率和电压输出。率和电压输出。率和电压输出。n n风风风风机机机机的的的的控控控控制制制制系系系系统统统统要要要要根根根根据据据据风风风风速速速速、风风风风向向向向对对对对系系系系统统
40、统统加加加加以以以以控控控控制制制制，在在在在稳稳稳稳定定定定的的的的电电电电压压压压和和和和频频频频率率率率下下下下运运运运行行行行，自自自自动动动动地地地地并并并并网网网网和和和和脱脱脱脱网网网网；同同同同时时时时监监监监视视视视齿齿齿齿轮轮轮轮箱箱箱箱、发发发发电电电电机机机机的的的的运运运运行行行行温温温温度度度度，液液液液压压压压系系系系统统统统的的的的油油油油压压压压， 对对对对出出出出现现现现的的的的任任任任何何何何异异异异常常常常进进进进行行行行报报报报警警警警， 必要时自动停机。必要时自动停机。必要时自动停机。必要时自动停机。 变速双馈风力发电机工作原理变速双馈风力发电机工作
41、原理如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，如果超过发电机同步转速，转子也处于发电状态，通过变流器向电网馈电。通过变流器向电网馈电。通过变流器向电网馈电。通过变流器向电网馈电。通过叶轮将风能转变为机械转矩通过叶轮将风能转变为机械转矩通过叶轮将风能转变为机械转矩通过叶轮将风能转变为机械转矩( ( 风轮转动惯量风轮转动惯量风轮转动惯量风轮转动惯量) ) 通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的通过主轴传动链，经过齿轮箱增速到异步发电机的通过主轴传动链，经过齿轮
42、箱增速到异步发电机的转速转速转速转速通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。通过励磁变流器励磁而将发电机的定子电能并入电网。变速双馈风力发电机工作原理变速双馈风力发电机工作原理n n电机转子由两个电机转子由两个电机转子由两个电机转子由两个“ “背靠背背靠背背靠背背靠背” ”连接的电压型连接的电压型连接的电压型连接的电压型PWMPWM变变变变换器（分别称做机侧变换器和网侧变换器）进行换器（分别称做机侧变换器和网侧变换器）进行换器（分别称做机侧变换器和网侧变换器）进行换器（分别称做机侧变换器和网
43、侧变换器）进行励磁，双励磁，双励磁，双励磁，双PWMPWM变换器向转子绕组馈入所需的励磁变换器向转子绕组馈入所需的励磁变换器向转子绕组馈入所需的励磁变换器向转子绕组馈入所需的励磁电流，实现最大风能捕捉和定子输出无功的调节。电流，实现最大风能捕捉和定子输出无功的调节。电流，实现最大风能捕捉和定子输出无功的调节。电流，实现最大风能捕捉和定子输出无功的调节。当电机亚同步速运行时，往转子中馈入能量，网当电机亚同步速运行时，往转子中馈入能量，网当电机亚同步速运行时，往转子中馈入能量，网当电机亚同步速运行时，往转子中馈入能量，网侧作整流器运行，转子侧变换器作逆变器运行，侧作整流器运行，转子侧变换器作逆变器
44、运行，侧作整流器运行，转子侧变换器作逆变器运行，侧作整流器运行，转子侧变换器作逆变器运行，提供励磁电流；当电机超同步速运行时，电机同提供励磁电流；当电机超同步速运行时，电机同提供励磁电流；当电机超同步速运行时，电机同提供励磁电流；当电机超同步速运行时，电机同时由定子和转子发出电能给电网时由定子和转子发出电能给电网时由定子和转子发出电能给电网时由定子和转子发出电能给电网。核心部分核心部分核心部分核心部分：双馈变流系统及其控制系统双馈变流系统及其控制系统双馈变流系统及其控制系统双馈变流系统及其控制系统。本章小结 1.了解和掌握异步电机双馈运行的条件和了解和掌握异步电机双馈运行的条件和工作原理工作原理; 2. 掌握五种工况及其功率流程掌握五种工况及其功率流程; 3. 熟悉异步电机串级调速系统的组成及控熟悉异步电机串级调速系统的组成及控制方法。制方法。 课程开始课程开始
