2.1 感应电动机稳态模型
根据电机学原理[2],在下述三个假定条件下:
·忽略空间和时间谐波;
· 忽略磁饱和;
·忽略铁损,感应电动机的稳态模型可以用T型等效电路表示,如图1所示。
图1 感应电动机T型等效电路
各参数定义如下: Rs、Rr′—定子每相电阻和折合到定子侧的转子每相电阻;
—定子每相漏感和折合到定子侧的转子每相漏感;
Lm—定子每相绕组产生气隙主磁通的等效电感,即励磁电感;
Us、ω1—定子相电压和供电角频率;
Is、Is′—定子相电流和折合到定子侧的转子相电流。
忽略励磁电流, 得到如图2所示的简化等效电路:
图2 感应电动机简化等效电路
电流公式可表示为
和最大转矩
恒压恒频供电时感应电动机的机械特性如图3所示,其中为同步转速。
图3 感应电动机恒压恒频供电时的机械特性
2.2 感应电动机降压恒频调速
降低供电电压的幅值,保持电源的频率不变,一般称作调压调速,降压恒频调速的特点是同步转速保持不变,每极气隙磁通φm将随定子电压Us的降低而减小,最大转矩Temax将随定子电压Us的降低而成平方的减小,临界静差保持不变,其机械特性如图4所示。当负载转矩恒定时, 电磁功率随着转速的降低而增加,而机械功率却随之减小。因此,降压恒频调速属于转差功率消耗型调速方式。
图4 感应电动机降压恒频供电时的机械特性
降压恒频调速的缺点是机械特性变软,过载能力差,启动转矩减小,转矩负载调速范围小。降压恒频调速主回路结构简单,控制容易,但性能欠佳。随着变频调速技术的发展,降压恒频调速已不作为调速的主要手段,常用于中、大功率感应电动机的降压起动[3]。
2.3 绕线型感应电动机双馈调速
定子侧供电电源保持额定状态,加大转子回路电阻Rr′即为绕线型感应电动机转子回路串电阻调速,其特点是:同步转速和气隙磁通φm保持不变,最大转矩Temax也保持不变,临界静差随着电阻Rr′的增加而加大。由式(4)可知,当电磁转矩相同时,转子回路电阻与转差之比为常数,绕线型感应电动机转子回路串电阻的机械特性如图5所示。
图5 绕线型感应电动机转子回路串电阻的机械特性
转子回路电阻越大,转差功率越大,效率越低,为了提高调速系统的效率,可在转子回路串入用功率变换器构成的附加电动势,等值电路如图6所示,将经频率折算和绕组折算得到定子侧等效附加电动势。当>0时,功率变换器将转差功率回馈至电网,这就是低于同步转速的串级调速。当<0时,转子回路串入的附加电动势从电网吸取能量注入转子回路,使转差s<0,转速n高于同步转速,这就是高于同步转速的串级调速,或称为超同步串级调速。超同步串级调速转子回路的功率变换器要求能量可以双向流动,其结构与控制比低于同步转速的串级调速复杂[3]。
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