異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)

異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)第1頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六本章提要異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速電路異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性閉環(huán)控制的變壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖第2頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六5.1異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速電路變壓調(diào)速是異步電機(jī)調(diào)速方法中比較簡便的一種。由電力拖動(dòng)原理可知，當(dāng)異步電機(jī)等效電路的參數(shù)不變時(shí)，在相同的轉(zhuǎn)速下，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比，因此，改變定子外加電壓就可以改變機(jī)械特性的函數(shù)關(guān)系，從而改變電機(jī)在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。第3頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六過去改變交流電壓的方法多用自耦變壓器或帶直流磁化繞組的飽和電抗器，自從電力電子技術(shù)興起以后，這類比較笨重的電磁裝置就被晶閘管交流調(diào)壓器取代了。目前，交流調(diào)壓器一般用三對(duì)晶閘管反并聯(lián)或三個(gè)雙向晶閘管分別串接在三相電路中，主電路接法有多種方案，用相位控制改變輸出電壓。第4頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六Y型接法0負(fù)載abca)uaubuciaUa0VT1VT2VT3第5頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六型接法負(fù)載b)abcuaubucia第6頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六交流變壓調(diào)速系統(tǒng)可控電源M3~~TVC利用晶閘管交流調(diào)壓器變壓調(diào)速TVC——雙向晶閘管交流調(diào)壓器

圖5-1利用晶閘管交流調(diào)壓器變壓調(diào)速

第7頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六控制方式TVC的變壓控制方式第8頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六電路結(jié)構(gòu)：

采用晶閘管反并聯(lián)供電方式，實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)可逆和制動(dòng)。圖5-2采用晶閘管反并聯(lián)的異步電動(dòng)機(jī)可逆和制動(dòng)電路

可逆和制動(dòng)控制第9頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六

反向運(yùn)行方式

圖5-2所示為采用晶閘管反并聯(lián)的異步電動(dòng)機(jī)可逆和制動(dòng)電路，其中，晶閘管1~6控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行，反轉(zhuǎn)時(shí)，可由晶閘管1，4和7~10提供逆相序電源，同時(shí)也可用于反接制動(dòng)。第10頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六制動(dòng)運(yùn)行方式當(dāng)需要能耗制動(dòng)時(shí)，可以根據(jù)制動(dòng)電路的要求選擇某幾個(gè)晶閘管不對(duì)稱地工作，例如讓1，2，6三個(gè)器件導(dǎo)通，其余均關(guān)斷，就可使定子繞組中流過半波直流電流，對(duì)旋轉(zhuǎn)著的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動(dòng)作用。必要時(shí)，還可以在制動(dòng)電路中串入電阻以限制制動(dòng)電流。返回目錄第11頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六5.2異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，在下述三個(gè)假定條件下：忽略空間和時(shí)間諧波，忽略磁飽和，忽略鐵損，

異步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效電路示于圖5-3。第12頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六異步電動(dòng)機(jī)等效電路圖5-3異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效電路

Us1RsLlsL’lrLmR’r/sIsI0I’rLm第13頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六參數(shù)定義Rs、R’r

——定子每相電阻和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻；Lls、L’lr——定子每相漏感和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相漏感；Lm——定子每相繞組產(chǎn)生氣隙主磁通的等效電感，即勵(lì)磁電感；Us、1——定子相電壓和供電角頻率；s

——轉(zhuǎn)差率。第14頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六電流公式由圖可以導(dǎo)出(5-1)式中第15頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六在一般情況下，LmLl1，則，C1

1這相當(dāng)于將上述假定條件的第③條改為忽略鐵損和勵(lì)磁電流。這樣，電流公式可簡化成(5-2)第16頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六轉(zhuǎn)矩公式令電磁功率Pm=3Ir'2Rr'/s

同步機(jī)械角轉(zhuǎn)速m1=1/np式中np

—極對(duì)數(shù)，則異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為（5-3）第17頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六式（5-3）就是異步電機(jī)的機(jī)械特性方程式。它表明，當(dāng)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率一定時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比。

這樣，不同電壓下的機(jī)械特性便如圖5-4所示，圖中，UsN表示額定定子電壓。第18頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性TeOnn0TemaxsmTLUsN0.7UsNABCFDE0.5UsN風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性圖5-4異步電動(dòng)機(jī)不同電壓下的機(jī)械特性第19頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六最大轉(zhuǎn)矩公式將式（5-3）對(duì)s求導(dǎo)，并令dTe/ds=0，可求出對(duì)應(yīng)于最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的靜差率和最大轉(zhuǎn)矩（5-4）（5-5）第20頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六由圖5-4可見，帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載工作時(shí)，普通籠型異步電機(jī)變電壓時(shí)的穩(wěn)定工作點(diǎn)為A、B、C，轉(zhuǎn)差率s的變化范圍不超過0~sm

，調(diào)速范圍有限。如果帶風(fēng)機(jī)類負(fù)載運(yùn)行，則工作點(diǎn)為D、E、F，調(diào)速范圍可以大一些。第21頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六為了能在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下擴(kuò)大調(diào)速范圍，并使電機(jī)能在較低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行而不致過熱，就要求電機(jī)轉(zhuǎn)子有較高的電阻值，這樣的電機(jī)在變電壓時(shí)的機(jī)械特性繪于圖5-5。顯然，帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)的變壓調(diào)速范圍增大了，堵轉(zhuǎn)工作也不致燒壞電機(jī)，這種電機(jī)又稱作交流力矩電機(jī)。第22頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六交流力矩電機(jī)的機(jī)械特性TeOnn0UsN0.7UsNABCTL0.5UsN恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性圖5-5高轉(zhuǎn)子電阻電動(dòng)機(jī)（交流力矩電動(dòng)機(jī)）在不同電壓下的機(jī)械特性

返回目錄第23頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六5.3閉環(huán)控制的變壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性采用普通異步電機(jī)的變電壓調(diào)速時(shí)，調(diào)速范圍很窄，采用高轉(zhuǎn)子電阻的力矩電機(jī)可以增大調(diào)速范圍，但機(jī)械特性又變軟，因而當(dāng)負(fù)載變化時(shí)靜差率很大（見圖5-5），開環(huán)控制很難解決這個(gè)矛盾。為此，對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載，要求調(diào)速范圍大于D=2時(shí)，往往采用帶轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)（見圖5-6a）。第24頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六1.系統(tǒng)組成圖5-6帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)控制的交流變壓調(diào)速系統(tǒng)ASRU*n+-UnGT+M3~TGa)原理圖

--~Ucn第25頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六2.系統(tǒng)靜特性eTOnn0TLUsNAA’A’’Usmin恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性圖5-6b閉環(huán)控制變壓調(diào)速系統(tǒng)的靜特性U*n3U*n1U*n2第26頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六在已知的電動(dòng)機(jī)參數(shù)和系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)放大系數(shù)后，即可求出不同給定電壓Un時(shí)，調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，如圖所示。引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，顯然使系統(tǒng)靜特性的硬度大大提高了。而影響調(diào)速精度，主要因素是α,Kp,Ks，它們的選擇和直流調(diào)速系統(tǒng)是類似的。

第27頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六下面從物理概念上來分析一下靜特性的形成。設(shè)開始時(shí)，給定電壓為Um，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為TL系統(tǒng)工作在⑤的a點(diǎn)上。第28頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩增至TL’這時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速必然下降，閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使電機(jī)工作在新的特性曲線③b點(diǎn)

調(diào)節(jié)過程如下：第29頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六采用閉環(huán)控制時(shí)，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化后，通過速度反饋，自動(dòng)控制加在電動(dòng)機(jī)定子上的電壓高低。系統(tǒng)的閉環(huán)靜特性實(shí)際上在各個(gè)不同的電壓對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性上各取一點(diǎn)，由此組成一條新的比較硬的S=f(Te)特性。第30頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六

盡管異步力矩電機(jī)的機(jī)械特性很軟，但由系統(tǒng)放大系數(shù)決定的閉環(huán)系統(tǒng)靜特性卻可以很硬。如果采用PI調(diào)節(jié)器，照樣可以做到無靜差。改變給定信號(hào)，則靜特性平行地上下移動(dòng)，達(dá)到調(diào)速的目的。第31頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六變壓調(diào)速系統(tǒng)的特點(diǎn)異步電機(jī)閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)不同于直流電機(jī)閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的地方是：靜特性左右兩邊都有極限，不能無限延長，它們是額定電壓UsN下的機(jī)械特性和最小輸出電壓Usmin下的機(jī)械特性。當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，如果電壓調(diào)節(jié)到極限值，閉環(huán)系統(tǒng)便失去控制能力，系統(tǒng)的工作點(diǎn)只能沿著極限開環(huán)特性變化。第32頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六3.系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)

Ksn=f(Us,Te)

ASRU*nUnUcUs--TLn圖5-7異步電機(jī)閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖

第33頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)第34頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六根據(jù)圖5-6a所示的原理圖，可以畫出靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖5-7所示。圖中，Ks=Us/Uc

為晶閘管交流調(diào)壓器和觸發(fā)裝置的放大系數(shù)；=Un/n為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；ASR采用PI調(diào)節(jié)器；n=f(Us,Te

)是式（5-3）所表達(dá)的異步電機(jī)機(jī)械特性方程式，它是一個(gè)非線性函數(shù)。第35頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六穩(wěn)態(tài)時(shí)，

Un*=Un=n

Te=TL根據(jù)負(fù)載需要的n和TL可由式（5-3）計(jì)算出或用機(jī)械特性圖解法求出所需的Us以及相應(yīng)的Uc。返回目錄第36頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六5.4閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析和設(shè)計(jì)時(shí)，須先繪出動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。由圖5-7的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖可以得到動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖5-8所示。其中有些環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)可以直接寫出來，只有異步電機(jī)傳遞函數(shù)的推導(dǎo)須費(fèi)一番周折。第37頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖5-8異步電動(dòng)機(jī)閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖

MA——異步電機(jī)FBS——測(cè)速反饋環(huán)節(jié)

WFBS(s)

U*n(s)Un(s)Uc

(s)-n(s)WASR(s)WGT-V(s)WMA

(s)Us(s)第38頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR常用PI調(diào)節(jié)器，用以消除靜差并改善動(dòng)態(tài)性能，其傳遞函數(shù)為第39頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六晶閘管交流調(diào)壓器和觸發(fā)裝置裝置的輸入-輸出關(guān)系原則上是非線性的，在一定范圍內(nèi)可假定為線性函數(shù)，在動(dòng)態(tài)中可以近似成一階慣性環(huán)節(jié)，正如直流調(diào)速系統(tǒng)中的晶閘管觸發(fā)和整流裝置那樣。傳遞函數(shù)可寫成第40頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六其近似條件是對(duì)于三相全波Y聯(lián)結(jié)調(diào)壓電路，可取Ts=3.3ms

對(duì)其他型式的調(diào)壓電路則須另行考慮。第41頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六測(cè)速反饋環(huán)節(jié)考慮到反饋濾波作用，測(cè)速反饋環(huán)節(jié)FBS的傳遞函數(shù)可寫成第42頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六異步電機(jī)近似的傳遞函數(shù)異步電機(jī)的動(dòng)態(tài)過程是由一組非線性微分方程描述的，要用一個(gè)傳遞函數(shù)來準(zhǔn)確地表示它的輸入輸出關(guān)系是不可能的。在這里，可以先在一定的假定條件下，用穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近的微偏線性化方法求出一種近似的傳遞函數(shù)。其結(jié)果如下兩式所示：第43頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六第44頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六將上兩式的微偏量關(guān)系畫在一起，即得異步電機(jī)在忽略電磁慣性時(shí)的微偏線性化動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖5-9所示。如果只考慮U1到之間的傳遞函數(shù)，可先取TL

=0，圖5-9中小閉環(huán)傳遞函數(shù)可變換成第45頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六（4）近似動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖3npω1Rr2UsASA3npU2sAωs2R’rnpJsΔUsΔTeΔTLΔ+--圖5-9忽略電磁慣性時(shí)異步電機(jī)微偏線性化的近似動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖

第46頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六（5）異步電機(jī)的近似線性化傳遞函數(shù)于是，異步電機(jī)的近似線性化傳遞函數(shù)為

第47頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六式中KMA—異步電機(jī)的傳遞系數(shù)，Tm—異步電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)，

第48頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六由于忽略了電磁慣性，只剩下同軸旋轉(zhuǎn)體的機(jī)電慣性，異步電機(jī)便近似成一個(gè)線性的一階慣性環(huán)節(jié)，即(5-13)把得到的四個(gè)傳遞函數(shù)式寫入圖5-8中各方框內(nèi)，即得異步電機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)微偏線性化的近似動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖。第49頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六最后，應(yīng)該再強(qiáng)調(diào)一下，具體使用這個(gè)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖時(shí)要注意下述兩點(diǎn)：由于它是偏微線性化模型，只能用于機(jī)械特性線性段上工作點(diǎn)附近的穩(wěn)定性判別和動(dòng)態(tài)校正，不適用于起制動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)速大范圍變化的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。由于它完全忽略了電磁慣性，分析與計(jì)算有很大的近似性。返回目錄第50頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六第51頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六*5.6變壓控制在軟起動(dòng)器和輕載降壓節(jié)

能運(yùn)行中的應(yīng)用

除了調(diào)速系統(tǒng)以外，異步電動(dòng)機(jī)的變壓控制在軟起動(dòng)器和輕載降壓節(jié)能運(yùn)行中也得到了廣泛的應(yīng)用。本節(jié)主要介紹它們的基本原理，關(guān)于其運(yùn)行中的一些具體問題可參看參考文獻(xiàn)[42]，[43]，[44]。第52頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六*5.6.1軟起動(dòng)器起動(dòng)電流問題常用的三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，而且性能良好，運(yùn)行可靠。對(duì)于小容量電動(dòng)機(jī)，只要供電網(wǎng)絡(luò)和變壓器的容量足夠大（一般要求比電機(jī)容量大4倍以上），而供電線路并不太長（起動(dòng)電流造成的瞬時(shí)電壓降落低于10%~15%），可以直接通電起動(dòng)，操作也很簡便。對(duì)于容量大一些的電動(dòng)機(jī)，問題就不這么簡單了。第53頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六起動(dòng)電流和轉(zhuǎn)矩公式在式（5-2）和式（5-3）中已導(dǎo)出異步電動(dòng)機(jī)的電流和轉(zhuǎn)矩方程式，起動(dòng)時(shí)，s

=1，因此起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩分別為（5-19）

（5-20）

第54頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六

由上述二式不難看出，在一般情況下，三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流比較大，而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大。對(duì)于一般的籠型電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)其額定值的倍數(shù)大約為起動(dòng)電流倍數(shù)

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)

起動(dòng)電流和轉(zhuǎn)矩分析第55頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六起動(dòng)電流和轉(zhuǎn)矩分析（續(xù)）中、大容量電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流大，會(huì)使電網(wǎng)壓降過大，影響其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至使該電動(dòng)機(jī)本身根本起動(dòng)不起來。這時(shí)，必須采取措施來降低其起動(dòng)電流，常用的辦法是降壓起動(dòng)。

第56頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六降壓起動(dòng)的矛盾由式（5-19）可知，當(dāng)電壓降低時(shí)，起動(dòng)電流將隨電壓成正比地降低，從而可以避開起動(dòng)電流沖擊的高峰。但是，式（5-20）又表明，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的減小將比起動(dòng)電流的降低更快，降壓起動(dòng)時(shí)又會(huì)出現(xiàn)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩夠不夠的問題。為了避免這個(gè)麻煩，降壓起動(dòng)只適用于中、大容量電動(dòng)機(jī)空載（或輕載）起動(dòng)的場(chǎng)合。第57頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)方法傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)方法有：星-三角（Y-Δ）起動(dòng)定子串電阻或電抗起動(dòng)自耦變壓器（又稱起動(dòng)補(bǔ)償器）降壓起動(dòng)它們都是一級(jí)降壓起動(dòng)，起動(dòng)過程中電流有兩次沖擊，其幅值都比直接起動(dòng)電流低，而起動(dòng)過程時(shí)間略長，如圖5-12所示。

第58頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六軟起動(dòng)方法

現(xiàn)代帶電流閉環(huán)的電子控制軟起動(dòng)器可以限制起動(dòng)電流并保持恒值，直到轉(zhuǎn)速升高后電流自動(dòng)衰減下來（圖5-12中曲線c），起動(dòng)時(shí)間也短于一級(jí)降壓起動(dòng)。主電路采用晶閘管交流調(diào)壓器，用連續(xù)地改變其輸出電壓來保證恒流起動(dòng)，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)可用接觸器給晶閘管旁路，以免晶閘管不必要地長期工作。第59頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六軟起動(dòng)方法（續(xù)）視起動(dòng)時(shí)所帶負(fù)載的大小，起動(dòng)電流可在(0.5~4)IsN

之間調(diào)整，以獲得最佳的起動(dòng)效果，但無論如何調(diào)整都不宜于滿載起動(dòng)。負(fù)載略重或靜摩擦轉(zhuǎn)矩較大時(shí)，可在起動(dòng)時(shí)突加短時(shí)的脈沖電流，以縮短起動(dòng)時(shí)間。

軟起動(dòng)的功能同樣也可以用于制動(dòng)，用以實(shí)現(xiàn)軟停車。第60頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六三種起動(dòng)過程的電流比較圖5-12異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程與電流沖擊一級(jí)降壓起動(dòng)軟起動(dòng)器直接起動(dòng)第61頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六*5.6.2輕載降壓節(jié)能運(yùn)行

電機(jī)功率損耗

三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的總損耗可用下式表達(dá)（5-21）—定子銅損；—鐵損；—轉(zhuǎn)子銅損；—機(jī)械損耗；—雜散損耗。

式中PCusPFePCurPmechPs第62頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六電機(jī)運(yùn)行效率電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率為（5-22）

式中—效率；—輸入電功率；—軸上輸出功率。第63頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六當(dāng)電動(dòng)機(jī)在額定工況下運(yùn)行時(shí)，由于輸出功率大，總損耗只占很小的成分，所以額定效率N

較高，一般可達(dá)75%~95%，最大效率發(fā)生在(0.7~1.1)P2N

的范圍內(nèi)。電動(dòng)機(jī)容量越大時(shí)，N

越高。第64頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六完全空載時(shí)，理論上P2=0

，則=0。但實(shí)際上生產(chǎn)機(jī)械總有一些摩擦負(fù)載，只能算作輕載，這時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩很小。電磁轉(zhuǎn)矩可表示成

Te=KTmIr'cosr（5-23）第65頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六

電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，氣隙磁通m

基本不變，因此輕載時(shí)轉(zhuǎn)子電流Ir’

很小，PCur很小，但PFe、Pmech、Ps基本不變，而定子電流為

（5-24）

受勵(lì)磁電流的牽制，定子電流并沒有轉(zhuǎn)子電流降低得那么多。總之，輕載時(shí)在式（5-22）的分母中所占的成分較大，效率將急劇降低。如果電動(dòng)機(jī)長期輕載運(yùn)行，將無謂地消耗許多電能。第66頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六由上述分析可知，為了減少輕載時(shí)的能量損耗，關(guān)鍵是降低氣隙磁通m，這樣可以同時(shí)降低鐵損PFe和勵(lì)磁電流I0

，降低定子電壓可以達(dá)到這一目的。但是，如果過份降低電壓和磁通，由式（5-23）可知，轉(zhuǎn)子電流Ir’必然增大，則定子電流Is反而可能增加，鐵損的降低將被銅損的增加填補(bǔ)，效率反而更差了。第67頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六如圖5-13所示，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，輕載降壓節(jié)能有一個(gè)最佳電壓值，此時(shí)效率最高，這樣，=f(Us)

的曲線可由試驗(yàn)取得。圖5-13輕載降壓節(jié)能的效率曲線與最佳電壓值

返回目錄maxUs*最佳電壓第68頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六本章小結(jié)本章主要討論交流變壓調(diào)速問題，學(xué)習(xí)要求是：了解交流變壓的基本方式；掌握交流變壓調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)特性和閉環(huán)特性；了解系統(tǒng)模型的非線性性質(zhì)和線性化方法；了解交流變壓調(diào)速系統(tǒng)在軟起動(dòng)器和輕載降壓節(jié)能運(yùn)行中的應(yīng)用。課程開始第69頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六第70頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六第五章異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)第一節(jié)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速原理和方法第二節(jié)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的組成及特性分析第71頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六第一節(jié)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速原理和方法一、調(diào)壓調(diào)速原理根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程式機(jī)械特性方程式第72頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六式中P------電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)。U1，W1-------電動(dòng)機(jī)定子相電壓和供電角頻率S---------轉(zhuǎn)差率R1，R2’-------定子每相電阻和折算到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻。Ll1,Ll2’---------定子每相漏感和折算到釘子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相漏感。可見，當(dāng)轉(zhuǎn)差率S一定時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比。這就是說明：不同的定子電壓，可得到一般不同的人為的機(jī)械特性。第73頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六如下圖所示，帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載T2時(shí)，可得不同的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。圖中A，B，C點(diǎn)。由于普通異步電動(dòng)機(jī)工作段轉(zhuǎn)差率S很小，因此，對(duì)輕負(fù)載來說，調(diào)速范圍很小.第74頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六但對(duì)風(fēng)機(jī)，泵類負(fù)載，由于其負(fù)載特性采用調(diào)壓調(diào)速則可得到較大的調(diào)速范圍，如圖中D，E，F(xiàn)點(diǎn)。所謂調(diào)壓調(diào)速，就是通過改變定子外加電壓來改變其機(jī)械特性的函數(shù)關(guān)系，從而達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)在一定輸出轉(zhuǎn)矩下轉(zhuǎn)速的目的。第75頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六二、調(diào)壓調(diào)速的方法交流調(diào)壓調(diào)速是一種比較簡便的調(diào)速方法，供電電源大都取自工頻三相380V交流電網(wǎng)。為了獲得可調(diào)電壓，必須加上調(diào)壓。過去主要采用自耦變壓器或飽和電抗器。如下圖第76頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六采用飽和電抗器LS是帶有直流勵(lì)磁繞組的交流電抗器，改變直流勵(lì)磁電流可以控制鐵芯的飽和程度，從而改變交流電抗值，鐵芯飽和時(shí)，交流電抗小，因而電動(dòng)機(jī)得到電壓高，鐵芯不飽和時(shí)，交流電抗變大，因而定子電壓降低，實(shí)現(xiàn)降壓調(diào)速。第77頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六自從電力電子技術(shù)發(fā)長起來后，使用晶閘管元件組成的調(diào)壓器很快成為自動(dòng)交流調(diào)壓器的主要形式。如圖

第78頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六采用三對(duì)反并聯(lián)的晶閘管，調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)定子電壓，即晶閘管交流調(diào)壓器。交流調(diào)壓器的工作原理主要是相位控制。這種控制形式輸出電壓較為精確，調(diào)速精度高，快速性好，調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)速較小。但由于相段控制的導(dǎo)通波形，只是工頻正弦波的一部分，會(huì)產(chǎn)生很復(fù)雜的諧波，

第79頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六在晶閘管調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中，晶閘管可借負(fù)載電流過零而自行關(guān)斷，不需要另加續(xù)流裝置，故線路簡單，調(diào)試容易，維修方便。但在低速時(shí)，由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差損耗增大，致使電動(dòng)機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重，所以用于一些短時(shí)工作制和短時(shí)重變工作制的調(diào)速系統(tǒng)中。例如，電梯，起重機(jī)械及家電產(chǎn)品中。第80頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六第二節(jié)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的組成及特性分析一轉(zhuǎn)速閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的組成如前所述，由于交流異步電動(dòng)機(jī)在低壓時(shí)的機(jī)械特性很軟，故工作不易穩(wěn)定。負(fù)載稍有波動(dòng)，就會(huì)引起轉(zhuǎn)速很大變化，為了提高調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械特性的硬度及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性，常采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖所示。第81頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六第82頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六二系統(tǒng)的靜特性和動(dòng)特性分析。(一)靜特性分析：靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下第83頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六Kn--------ASR靜態(tài)放大倍數(shù)

Ks--------調(diào)壓裝置（包括觸發(fā)器）放大倍數(shù)

α---------轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)根據(jù)結(jié)構(gòu)圖，可寫出各環(huán)節(jié)的輸出量與輸入量關(guān)系：第84頁，共98頁，2023年，2月20日，星期六組合上式得

N0---------異步電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速

第85頁，共98頁，2023年，2月20