傲世皇朝招商客服，转差功率始终是人们在研究异步电动机调速方法时所关心的问题，因为节约电能是异步电动机调速的主要目的之一，而如何处理转差功率又在很大程度上影响着调速系统的效率。

　　（1）转差功率消耗型——异步电机采用调压控制等调速方式，转速越低时，转差功率的消耗越大，效率越低；但这类系统的结构简单，设备成本最低，所以还有一定的应用价值。

　　（2）转差功率不变型——变频调速方法转差功率很小，而且不随转速变化，效率较高；但在定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。

　　（3）转差功率馈送型——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转速的目的，这种调节方式具有良好的调速性能和效率；但要增加一些设备。

　　前两章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馈送型调速方法。

　　众所周知，作为异步电动机，必然有转差功率，要提高调速系统的效率，除了尽量减小转差功率外，还可以考虑如何去利用它。

　　但要利用转差功率，就必须使异步电动机的转子绕组有与外界实现电气联接的条件，显然笼型电动机难以胜任，只有绕线转子电动机才能做到。

　　绕线转子异步电动机结构如图所示，从广义上讲，定子功率和转差功率可以分别向定子和转子馈入，也可以从定子或转子输出，故称作双馈电机。

　　转子串电阻调速的原理如图所示，调速过程中，转差功率完全消耗在转子电阻上。

　　所谓“双馈”，就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。

　　至于电功率是馈入定子绕组和/或转子绕组，还是由定子绕组和/或转子绕组馈出，则要视电机的工况而定。

　　如上图所示，在双馈调速工作时，除了电机定子侧与交流电网直接连接外，转子侧也要与交流电网或外接电动势相连，从电路拓扑结构上看，可认为是在转子绕组回路中附加一个交流电动势。

　　由于转子电动势与电流的频率随转速变化，即f2=sf1，因此必须通过功率变换单元（PowerConverterUnit—CU）对不同频率的电功率进行电能变换。

　　异步电动机由电网供电并以电动状态运行时，它从电网输入（馈入）电功率，而在其轴上输出机械功率给负载，以拖动负载运行；

　　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功率的形式从定子侧输出（馈出）到电网。

　　Er0—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，也就是转子额定相电压值。

　　如图7-1所示，绕线转子异步电动机在外接附加电动势时，转子回路的相电流表达式

　　所以，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，就可调节电动机的转速。

　　由于转子侧串入附加电动势极性和大小的不同，s和Pm都可正可负，因而可以有以下五种不同的工作情况。

　　转子侧每相加上与Er0同相的附加电动势+Eadd（EaddEr0），并把转子三相回路连通。

　　电机作电动运行，转差率为0s1，从定子侧输入功率，轴上输出机械功率。

　　轴上带有位能性恒转矩负载（这是进入倒拉制动运行的必要条件），此时逐渐减少 + Eadd 值，并使之反相变负，只要反相附加电动势 – Eadd 有一定数值，则电机将反转。

　　电机进入倒拉制动运行状态，转差率 s  1，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分合成转差功率，并从转子侧馈送给电网。式（7-4）可改写作

　　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，并使电机能在超过其同步转速n1的情况下运行。

　　此时，如果处于发电状态运行的电机转子回路再串入一个与 sEr0 反相的附加电动势 +Eadd ，电机将在比未串入 +Eadd 时的转速更高的状态下作回馈制动运行。

　　电机处在发电状态工作，s  1，电机功率由负载通过电机轴输入，经过机电能量变换分别从电机定子侧与转子侧馈送至电网。此时式（7-4）可改写成

　　设电机原已在 0 s 1 作电动运行，转子侧串入了同相的附加电动势+Eadd，轴上拖动恒转矩的反抗性负载。

　　当接近额定转速时，如继续加大+Eadd电机将加速到的新的稳态下工作，即电机在超过其同步转速下稳定运行。

　　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，其输出功率超过额定功率，式（7-4）改写成

　　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，因此必须使运行在低于同步转速电动状态的电机切换到制动状态下工作。

　　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 + Eadd 。要使之进入制动状态，可以在电机转子侧突加一个反相的附加电动势。

　　在低于同步转速下作电动运行，Eadd 由“+”变为“-”，并使 - Eadd 大于制动初瞬的sEr0 ，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，并产生制动转矩以加快减速停车过程。电机的功率关系为

　　在工况a,b,c中，转子侧都输出功率，可把转子的交流电功率先变换成直流，然后再变换成与电网具有相同电压与频率的交流电功率。

　　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。

　　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。

　　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）。

　　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 。

　　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。

　　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 。

　　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。

　　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。

　　由于串级调速系统机械特性的静差率较大，所以开环控制系统只能用于对调速精度要求不高的场合。为了提高静态调速精度，并获得较好的动态特性，须采用闭环控制，和直流调速系统一样，通常采用具有电流反馈与转速反馈的双闭环控制方式。

　　图7-17所示为双闭环控制的串级调速系统原理图。图中，转速反馈信号取自异步电动机轴上联接的测速发电机，电流反馈信号取自逆变器交流侧的电流互感器，也可通过霍尔变换器或直流互感器取自转子直流回路。

　　为了防止逆变器逆变颠覆，在电流调节器ACR输出电压为零时，应整定触发脉冲输出相位角为  = min 。

　　图7－17所示的系统与直流不可逆双闭环调速系统一样，具有静态稳速与动态恒流的作用。

　　串级调速系统是依靠逆变器提供附加电动势而工作的，为了使系统工作正常，对系统的起动与停车控制必须有合理的措施予以保证。总的原则是在起动时必须使逆变器先电机而接上电网，停车时则比电机后脱离电网，以防止逆变器交流侧断电，使晶闸管无法关断，造成逆变器的短路事故。

　　为了使串级调速装置不受过电压损坏，须采用间接起动方式，即将电动机转子先接入电阻或频敏变阻器起动，待转速升高到串级调速系统的设计最低转速时，才把串级调速装置投入运行。

　　（2）然后依次接通接触器K1，接入起动电阻R，再接通K0，把电机定子回路与电网接通，电动机便以转子串电阻的方式起动。

　　（3）待起动到所设计的nmin（smax）时接通K2，使电动机转子接到串级调速装置，同时断开K1，切断起动电阻，此后电动机就可以串级调速的方式继续加速到所需的转速运行。

　　（1）由于没有制动作用，应先断开K2，使电动机转子回路与串级调速装置脱离；

　　（2）再断开K0，以防止当K0断开时在转子侧感生断闸高电压而损坏整流器与逆变器。

　　直接起动又称串级调速方式起动。在起动控制时让逆变器先于电动机接通交流电网，然后使电动机的定子与交流电网接通，此时转子呈开路状态，可防止因电动机起动时的合闸过电压通过转子回路损坏整流装置，最后再使转子回路与整流器接通。

　　（1）接触器的工作顺序为 S－K0－K2，此时不需要起动电阻。当转子回路接通时，由于转子整流电压小于逆变电压，直流回路无电流，电动机尚不能起动。

　　（2）待发出给定信号后，随着  的增大，逆变电压降低，产生直流电流，电动机才逐渐加速，直至达到给定转速。

　　上述的异步电动机串级调速系统是从定子侧馈入电能、从转子侧馈出电能的系统，从广义上说，它也是双馈调速系统的一种。

　　但人们往往狭义地认为双馈（Double Fed）就是从定子侧与转子侧都馈入电能的工作状态，以示与串级调速的区别。

　　从第7-1-2节的分析可知，异步电机双馈工作时，其转子电路应连接一台变频器作为功率变换单元，以供给转子绕组所需频率的电功率，控制这个电功率即可实现调速。

　　由于双馈调速系统与串级调速系统相似都适用于大功率、有限调速范围的场合，一般调速范围仅为1.4~1.5。

　　交-交变频器是一种功率可双向传输的静止变频器，只有一次功率转换，适用于大功率变频场合，其输出频率仅为输入频率的1/3~1/2，所以用于双馈调速是合理的。

　　要在任何转速下使变频器输出电压与电机转子感应电动势都有相同的频率，对变频器输出的频率有两种控制方式：

　　由独立的控制器控制变频器的输出频率，即直接控制输入电机转子的电压频率 f2 。由于 f2 满足 f2 = s f1 的关系式，所以电机一定在对应于 s 的转速下运行，且不随负载变化。

　　他控式双馈调速中会出现同步电动机中存在的突加负载时易失步等缺陷，所以它只适用于负载平稳、对调速的快速性要求不高的场合，如风机、泵类负载，在实际中应用很少。

　　异步电机转子的输入频率是通过控制器自动控制的，这个输入频率应能自动跟踪电机的转差频率，所以须有相应的检测装置与反馈控制环节。

　　自控式双馈调速电机与一般异步电机相同，其转速随负载变化，但它还具有调节电机定子侧无功功率的功能。

　　由于对变频器的输出可以自动控制，使系统有较强的调节能力，稳定性也较好，可以避免失步现象，所以可用于有冲击性负载的场合。这种方式还具有调节电机定子侧无功功率的功能。

　　双馈调速系统可以看作是异步电动机转子变压变频调速系统，为改善系统的动态品质，可以仿照定子变压变频系统那样采用矢量控制方法，建立对电磁转矩的控制规律。

　　将三相异步电动机的数学模型变换到以同步转速旋转的dq 两相坐标系后，可得到异步电动机 d 轴和 q 轴的动态等效电路，如图7-23所示。

　　图7-23中，Lm是联系定转子电磁关系的互感，对应的磁链就是气隙磁链的d轴分量 md 和q轴分量mq ，流过Lm的电流可称为励磁电流 imd 和 imq ，且有：

　　在双馈调速系统中常用定子磁链定向或气隙磁链定向，现在取按气隙磁链 m 定向，即把 d 轴取在 m 方向上，则

　　式（7-46）表明，若能维持气隙磁通 m 为恒值，则 Te 与 irq 成正比，只要控制转子电流的 q 轴分量就可以控制电磁转矩，负号表明 Te 是作用在转子本身的反作用转矩。

　　为了使 m 为恒值，必须设置磁链观测器和有关的反馈控制系统，对此在文献 [ 61、62 ] 中有较详细的讨论。

　　通过本章学习，主要了解和掌握异步电机双馈运行的条件和工作原理，掌握五种工况及其功率流程。在此基础上，熟悉和掌握异步电机串级调速和双馈调速系统的组成及控制方法。