异步电机在次同步电动状态下的双馈系统——串级调速系统

    一、基本思路
    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、可变幅的电压。怎样才能获得这样的电压呢？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机的转速。
    这样，就把交流变压变频这一复杂问题，转化为与频率无关的直流变压问题，对问题的分析与工程实现都方便多了。
    对直流附加电动势的技术要求
    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；
    其次，从节能的角度看，希望产生附加直流电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。

    二、系统方案
    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加直流电动势的电源，这就形成了图7-4a中所示的功率变换单元CU2。
    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7-5所示，习惯上称之为电气串级调速系统（或称Scherbius系统）。
    系统组成

    功率变换单元
    UR — 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。
    UI — 三相可控整流装置，工作在有源逆变状态：
    可提供可调的直流电压 Ui ，作为电机调速所需的附加直流电动势；
    可将转差功率变换成交流功率，回馈到交流电网。

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    三、工作原理
    （1）起动
    起动条件：
    对串级调速系统而言，起动应有足够大的转子电流 Ir 或足够大的整流后直流电流 Id ，为此，转子整流电压 Ud 与逆变电压 Ui 间应有较大的差值。
    起动控制
    控制逆变角

，使在起动开始的瞬间，Ud与 Ui 的差值能产生足够大的 Id ，以满足所需的电磁转矩，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。
随着转速的增高，相应地增大

角以减小值 Ui ，从而维持加速过程中动态转矩基本恒定。
    工作原理（续）
    （2）调速
    调速原理：通过改变

角的大小调节电动机的转速。自动控制网www.eadianqi.com版权所有
调速过程：

    工作原理（续）
    （3）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
结论
串级调速系统能够靠调节逆变角

实现平滑无级调速
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率得到有效利用，大大提高了调速系统的效率。

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