### 电力拖动自动控制系统中的转差功率馈送型调速系统
#### 一、引言及转差功率的重要性
转差功率是指在交流电动机中，由于转速与同步速度之间的差异产生的功率损失。这一功率损失对于电动机的效率有着重要的影响。根据转差功率的处理方式，交流调速系统可以分为三种主要类型：转差功率消耗型、转差功率不变型以及转差功率馈送型。
- **转差功率消耗型**：这种方式通常用于异步电机的调压控制等调速方法中。随着转速降低，转差功率消耗增大，从而导致系统效率下降。
- **转差功率不变型**：通过变频调速实现，转差功率相对稳定且较小，效率较高，但需要配备与电动机容量相当的变压变频器，设备成本较高。
- **转差功率馈送型**：通过控制绕线转子异步电动机的转子电压，利用转差功率来调节转速。虽然需要增加一些额外设备，但具备较好的调速性能和较高的效率。
#### 二、绕线转子异步电机双馈调速工作原理
**2.1 双馈调速的基本概念**
双馈调速是一种特殊的交流调速方法，主要应用于绕线转子异步电机。该方法通过将电机的定子绕组与电网连接，并通过转子绕组与外部电路相连，实现电功率的双向传递。
- **定子绕组**：与交流电网直接相连。
- **转子绕组**：通过功率变换单元（例如双向变频器）与外部电路连接。
**2.2 异步电机转子附加电动势的作用**
为了改变电机的转速，可以在转子绕组中加入一个可控的附加电动势。附加电动势的大小和方向决定了电机转速的变化趋势。
- 当附加电动势与转子电动势同相时，会增加转子电流，从而提高转速。
- 当附加电动势与转子电动势反相时，会减少转子电流，导致转速降低。
**2.3 异步电机双馈调速的五种工况**
1. **次同步转速下的电动运行**：电机转速低于同步转速，工作在电动模式。此时，附加电动势的方向与转子电动势相反，以减少转差功率并提高效率。
2. **反转时的倒拉制动运行**：电机转速反向，通过调整附加电动势的方向来实现制动。
3. **超同步转速下的回馈制动运行**：电机转速高于同步转速，工作在发电模式。转差功率从转子馈回到电网。
4. **超同步转速下的电动运行**：电机在超同步转速下工作，此时需要通过外部电源提供额外的能量支持。
5. **次同步转速下的回馈制动运行**：类似于第三种工况，但在次同步转速下实现。
#### 三、功率变换单元与双馈调速系统
**3.1 功率变换单元的作用**
功率变换单元（Power Converter Unit—CU）是双馈调速系统中的关键部件之一，用于实现不同频率电功率的转换。由于转子电动势和电流的频率随转速变化，因此需要使用功率变换单元来适应这种变化。
- **双向变频器**：在双馈调速系统中通常使用双向变频器来实现功率的双向传递。它可以将来自转子绕组的交流电转换为直流电，然后再转换为所需频率的交流电，以便于与电网或其他设备连接。
**3.2 双馈调速系统的功率传输**
- **转差功率输出状态**：在电动状态下，电机从电网吸收电功率并在轴上输出机械功率。
- **转差功率输入状态**：在发电状态下，电机从轴上输入机械功率，并通过定子侧输出电功率至电网。
#### 四、总结
绕线转子异步电机双馈调速系统通过控制转子电压来利用转差功率，不仅可以提高调速系统的效率，还能够实现更广泛的调速范围。通过适当的附加电动势和功率变换单元的应用，可以实现多种不同的工作模式，从而满足不同应用场景的需求。这种调速方法在现代工业自动化领域中具有重要的应用价值。
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