第五章閉環(huán)異步機(jī)調(diào)壓調(diào)速

1、1第五章第五章閉環(huán)控制的異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 一種轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)一種轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng) 電力拖動自動控制系統(tǒng)電力拖動自動控制系統(tǒng) 運(yùn)動控制系統(tǒng)運(yùn)動控制系統(tǒng)2n5.1 異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法n5.2 異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速原理異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速原理n5.3 異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速電路異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速電路n5.4 閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性n5.5 閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖(*)n5.6 轉(zhuǎn)差功率損耗分析轉(zhuǎn)差功率損耗分析n5.7 降壓控制在

2、軟起動器和輕載降壓節(jié)能運(yùn)行中的應(yīng)用降壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能運(yùn)行中的應(yīng)用第五章第五章閉環(huán)控制的異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)35.1 異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法異步電動機(jī)異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型包括異步電動機(jī)包括異步電動機(jī)穩(wěn)穩(wěn)態(tài)等值電路態(tài)等值電路和和機(jī)械特性機(jī)械特性，兩者既有聯(lián)系，又，兩者既有聯(lián)系，又有區(qū)別。有區(qū)別。穩(wěn)態(tài)等值電路穩(wěn)態(tài)等值電路描述了在一定的轉(zhuǎn)差率下電動描述了在一定的轉(zhuǎn)差率下電動機(jī)的機(jī)的穩(wěn)態(tài)電氣特性穩(wěn)態(tài)電氣特性。機(jī)械特性機(jī)械特性則表征了則表征了轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩與與轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率（或轉(zhuǎn)速）（或轉(zhuǎn)速）的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。的穩(wěn)態(tài)

3、關(guān)系。4異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型與轉(zhuǎn)速相關(guān)的基本物理量：與轉(zhuǎn)速相關(guān)的基本物理量：同步頻率同步頻率f1同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速n1同步電角速度同步電角速度1同步機(jī)械角速度同步機(jī)械角速度m1電機(jī)轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)速電機(jī)轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)速n電機(jī)轉(zhuǎn)子軸電角速度電機(jī)轉(zhuǎn)子軸電角速度電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度m轉(zhuǎn)差轉(zhuǎn)差s轉(zhuǎn)差頻率轉(zhuǎn)差頻率fs轉(zhuǎn)差電角速度轉(zhuǎn)差電角速度s轉(zhuǎn)差機(jī)械角速度轉(zhuǎn)差機(jī)械角速度msl轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率s與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n的關(guān)系的關(guān)系11nnsn1(1)ns n或或 1160pfnn112f11mpnn np p為電動機(jī)極對數(shù)為電動機(jī)極對數(shù) 5 根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，在下述三個假定條件下：根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，

4、在下述三個假定條件下：n忽略空間和時間諧波忽略空間和時間諧波n忽略磁飽和忽略磁飽和n忽略鐵損忽略鐵損 異步電機(jī)的異步電機(jī)的T T型穩(wěn)態(tài)等效電路示于圖型穩(wěn)態(tài)等效電路示于圖5-35-3。異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型穩(wěn)態(tài)等值電路穩(wěn)態(tài)等值電路6 異步電動機(jī)等效電路異步電動機(jī)等效電路圖圖5-3 異步電動機(jī)的異步電動機(jī)的T型穩(wěn)態(tài)等效電路型穩(wěn)態(tài)等效電路 異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型穩(wěn)態(tài)等值電路穩(wěn)態(tài)等值電路7l 參數(shù)定義參數(shù)定義異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型穩(wěn)態(tài)等值電路穩(wěn)態(tài)等值電路nRs、Rr定子每相電阻定子每相電阻和折合到定子側(cè)的和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻轉(zhuǎn)子

5、每相電阻；nLls、Llr定子每相漏感定子每相漏感和折合到定子側(cè)的和折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相漏感轉(zhuǎn)子每相漏感；nLm定子每相繞組產(chǎn)生氣隙主磁通的等效電感，即定子每相繞組產(chǎn)生氣隙主磁通的等效電感，即勵磁電勵磁電感感；nUs、 1定子相電壓定子相電壓和和供電角頻率供電角頻率；n s轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率;8l 電流公式電流公式2lr1ls212r1ssrLCLsRCRUImlsm1ls1s11jj1LLLLRC(5-1)式中式中由圖可以導(dǎo)出由圖可以導(dǎo)出異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型穩(wěn)態(tài)等值電路穩(wěn)態(tài)等值電路9異步電動機(jī)簡化等效電路異步電動機(jī)簡化等效電路 在一般情況下，在一般情況下，LmLl1，則，

6、則，C1 1 這相當(dāng)于將上述假這相當(dāng)于將上述假定條件的第條改為忽略鐵損和勵磁電流定條件的第條改為忽略鐵損和勵磁電流。mlsm1ls1s11jj1LLLLRCssr222rs1lslrUIIRRLLs忽略鐵損忽略鐵損忽略勵磁電流忽略勵磁電流l 電流簡化公式電流簡化公式(5-2)異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型穩(wěn)態(tài)等值電路穩(wěn)態(tài)等值電路10l 電磁轉(zhuǎn)矩公式電磁轉(zhuǎn)矩公式電磁功率電磁功率 P Pmm = 3 = 3I Ir r2 2 R Rr r / /s s 同步機(jī)械角轉(zhuǎn)速同步機(jī)械角轉(zhuǎn)速 m1m1 = = 1 1 / / n np p式中式中 n np p 極對數(shù)，則異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為極

7、對數(shù)，則異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為2lrls212rs1r2spr2 r1p1mme/33LLsRRsRUnsRInPT(5-3)(5-3) 即異步電機(jī)的機(jī)械特性方程式。表明，當(dāng)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率一即異步電機(jī)的機(jī)械特性方程式。表明，當(dāng)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率一定時，定時，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比。 異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型機(jī)械特性機(jī)械特性11l 最大轉(zhuǎn)矩公式最大轉(zhuǎn)矩公式 將式（將式（5-3）對對s求導(dǎo)求導(dǎo)，并令，并令dTe/ds=0，可求出對應(yīng)，可求出對應(yīng)于于臨界靜差率臨界靜差率和和臨界最大轉(zhuǎn)矩臨界最大轉(zhuǎn)矩2lrls212rs1r2spe/3LLsRRsRUnT

8、2lrls212srm)(LLRRs2lrls212ss12spmaxe)(23LLRRUnT（5-4）（5-5）異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型機(jī)械特性機(jī)械特性12將機(jī)械特性方程式分母展開將機(jī)械特性方程式分母展開2222222112222222113232psresrsrlslrpsrlslrssrrn U R sTs RRsR RsLLn U R sLLsR ssR RR異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型機(jī)械特性機(jī)械特性2lrls212rs1r2spe/3LLsRRsRUnTl 機(jī)械特性曲線特點機(jī)械特性曲線特點13當(dāng)當(dāng)s很小很小時，忽略分母中含時，忽略分母中含s各項各

9、項213psern U sTsR轉(zhuǎn)矩近似與轉(zhuǎn)矩近似與s s成正比，機(jī)械特性近似為直線成正比，機(jī)械特性近似為直線 異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型機(jī)械特性機(jī)械特性l 機(jī)械特性曲線特點機(jī)械特性曲線特點22222221132psrelslrssrrn U R sTLLsR ssR RR 14當(dāng)當(dāng)s較大較大時，忽略分母中時，忽略分母中s的一次項和零次項的一次項和零次項轉(zhuǎn)矩近似與轉(zhuǎn)矩近似與s成反比，機(jī)械特性是一段雙曲線成反比，機(jī)械特性是一段雙曲線22221131psreslslrn U RTss RLL異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型機(jī)械特性機(jī)械特性l 機(jī)械特性曲線特點機(jī)械特性曲

10、線特點22222221132psrelslrssrrn U R sTLLsR ssR RR15l異步電動機(jī)由異步電動機(jī)由額定額定電壓電壓UsN、額定頻率額定頻率f1N供電，且供電，且無外加無外加電阻和電抗電阻和電抗時的機(jī)時的機(jī)械特性方程式，稱械特性方程式，稱作作固有特性固有特性或或自然自然特性特性。異步電動機(jī)的機(jī)械特性曲線異步電動機(jī)的機(jī)械特性曲線異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型機(jī)械特性機(jī)械特性l 機(jī)械特性曲線特點機(jī)械特性曲線特點16基于異步電動機(jī)基于異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型的的調(diào)速方法調(diào)速方法n所謂所謂基于穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型的調(diào)速基于穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型的調(diào)速，就是人為地，就是人為地改

11、改變機(jī)械特性的參數(shù)變機(jī)械特性的參數(shù)，使電動機(jī)的，使電動機(jī)的穩(wěn)定工作點偏穩(wěn)定工作點偏離固有特性離固有特性，工作在，工作在人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性上，以達(dá)到上，以達(dá)到調(diào)速的目的。調(diào)速的目的。2psre222r1s1lslr3/n U RsTRRLLs能夠改變的參數(shù)可分為能夠改變的參數(shù)可分為3 3類：類：電動機(jī)參數(shù)電動機(jī)參數(shù)電源電壓電源電壓電源頻率（或角頻率）電源頻率（或角頻率）17n5.1 異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法n5.2 異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速原理異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速原理n5.3 異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速電路異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速電路n5.4 閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜

12、特性閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性n5.5 閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖(*)n5.6 轉(zhuǎn)差功率損耗分析轉(zhuǎn)差功率損耗分析n5.7 降壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能運(yùn)行中的應(yīng)用降壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能運(yùn)行中的應(yīng)用第五章第五章閉環(huán)控制的異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)185.2 異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速原理異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速原理l 異步電動機(jī)的異步電動機(jī)的氣隙磁通氣隙磁通m氣隙磁通氣隙磁通m在定子每相繞組中的在定子每相繞組中的感應(yīng)電勢感應(yīng)電勢Eg14.44SgsmNEf N k為了使參考極性與為了使參考極性與電動狀態(tài)下的實際電動狀態(tài)下的

13、實際極性相吻合，感應(yīng)極性相吻合，感應(yīng)電動勢采用電壓降電動勢采用電壓降的表示方法，由高的表示方法，由高電平指向低電平電平指向低電平Ns定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)定子每相繞組串聯(lián)匝數(shù)kNs定子基波繞組系數(shù)定子基波繞組系數(shù)19l忽略忽略定子繞組定子繞組電阻電阻和和漏磁感抗壓降漏磁感抗壓降14.44SsgsmNUEf N kl可知，當(dāng)可知，當(dāng)f1等于常數(shù)時等于常數(shù)時11/mgsEfUfl為了保持氣隙磁通恒定，應(yīng)使為了保持氣隙磁通恒定，應(yīng)使 1gEf常數(shù)s1Uf常數(shù)或近似為或近似為 20l調(diào)壓調(diào)速原理：調(diào)壓調(diào)速原理：n保持保持電源頻率為電源頻率為額定頻率額定頻率，只，只改變定子電改變定子電壓壓的調(diào)速方法稱作的

14、調(diào)速方法稱作調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速。n由于由于受電動機(jī)絕緣和磁路飽和的限制受電動機(jī)絕緣和磁路飽和的限制，定，定子電壓子電壓只能降低只能降低，不能升高，故又稱作，不能升高，故又稱作降降壓調(diào)速壓調(diào)速。21l調(diào)壓調(diào)速的基本特征：調(diào)壓調(diào)速的基本特征：n電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速保持額定值不變電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速保持額定值不變 n氣隙磁通氣隙磁通 隨定子電壓的降低而減小，屬于隨定子電壓的降低而減小，屬于弱磁調(diào)速弱磁調(diào)速。11160NNpfnnn14.44SsmsNUf N k2222222113psresrlslrn U R sTsRRsLLnUs可調(diào)可調(diào)n電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩Te與定子電壓的平方成正比與定子電壓的平方成正比n理想

15、空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速n0保持為同步轉(zhuǎn)速保持為同步轉(zhuǎn)速n1N不變不變n臨界轉(zhuǎn)差率臨界轉(zhuǎn)差率Sm保持不變保持不變n臨界轉(zhuǎn)矩臨界轉(zhuǎn)矩Tem隨定子電壓的減小而成平方比地下降隨定子電壓的減小而成平方比地下降l調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性 2221()rmslslrRsRLL01Nnn22221132()psemsslslrn UTRRLL23TeOnn0TemaxsmTLUsN0.7UsNABCFDE0.5UsN風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載特性風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性圖圖5-4 異步電動機(jī)在不同電壓下的機(jī)械特性異步電動機(jī)在不同電壓下的機(jī)械特性2lrls212rs1r2spe/3LLsRR

16、sRUnT不同電壓下的機(jī)械特性如圖不同電壓下的機(jī)械特性如圖5-4所示，所示，UsN表示額定定子電壓。表示額定定子電壓。l調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性調(diào)壓調(diào)速的機(jī)械特性 n帶帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行時，普運(yùn)行時，普通籠型異步電機(jī)變電壓時的通籠型異步電機(jī)變電壓時的穩(wěn)定工作點為穩(wěn)定工作點為 A、B、C，降壓調(diào)速時的降壓調(diào)速時的穩(wěn)定工作范圍穩(wěn)定工作范圍 0ssm ，調(diào)速范圍有限。，調(diào)速范圍有限。n帶帶風(fēng)機(jī)類負(fù)載風(fēng)機(jī)類負(fù)載運(yùn)行，則穩(wěn)運(yùn)行，則穩(wěn)定工作點為定工作點為D、E、F，調(diào)調(diào)速范圍稍大一些速范圍稍大一些。2411LmmLpTPTn由于由于1和和TL均為常數(shù)均為常數(shù) ，故，故Pm恒定不變與轉(zhuǎn)速無關(guān)恒定不變與轉(zhuǎn)速

17、無關(guān)l調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速屬于屬于轉(zhuǎn)差功率消耗轉(zhuǎn)差功率消耗型（型（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載）n轉(zhuǎn)差功率隨著轉(zhuǎn)差率的加大而增加。轉(zhuǎn)差功率隨著轉(zhuǎn)差率的加大而增加。1 LsmmLpTPsPsTsnn考慮考慮恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載工作時，定子側(cè)輸入的電磁功率工作時，定子側(cè)輸入的電磁功率帶帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的的降壓調(diào)速降壓調(diào)速是靠是靠增大轉(zhuǎn)差功率增大轉(zhuǎn)差功率、減小減小輸出功率輸出功率來換取來換取轉(zhuǎn)速的降低轉(zhuǎn)速的降低。增加的增加的轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率全部全部消耗在轉(zhuǎn)子電阻消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，這就是上，這就是轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差功率消耗型差功率消耗型的由來。的由來。25l交流力矩電動機(jī)交流力矩電動機(jī)增加轉(zhuǎn)子電阻值增加轉(zhuǎn)子電阻值，臨臨

18、界轉(zhuǎn)差率加大界轉(zhuǎn)差率加大，可以，可以擴(kuò)大擴(kuò)大恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下的下的調(diào)速范圍調(diào)速范圍，并使電機(jī)并使電機(jī)能在較低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行能在較低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行而不致過熱，而不致過熱，這種高這種高轉(zhuǎn)子電阻電動機(jī)又稱轉(zhuǎn)子電阻電動機(jī)又稱作作交流力矩電動機(jī)交流力矩電動機(jī)。2221()rmslslrRsRLLUsN0.7UsNABCTL0.5UsN恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性n0Te0s,n10圖圖5-5 交流力矩電動機(jī)在不同電壓下的機(jī)械特性交流力矩電動機(jī)在不同電壓下的機(jī)械特性優(yōu)點：調(diào)壓調(diào)速范圍增大，堵轉(zhuǎn)工作也不致燒壞電機(jī)優(yōu)點：調(diào)壓調(diào)速范圍增大，堵轉(zhuǎn)工作也不致燒壞電機(jī)缺點：機(jī)械特性較軟缺點：機(jī)械特性較軟26n5.1 異

19、步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法n5.2 異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速原理異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速原理n5.3 異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速電路異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速電路n5.4 閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性n5.5 閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖(*)n5.6 轉(zhuǎn)差功率損耗分析轉(zhuǎn)差功率損耗分析n5.7 降壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能運(yùn)行中的應(yīng)用降壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能運(yùn)行中的應(yīng)用第五章第五章閉環(huán)控制的異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)27調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速是異步電機(jī)調(diào)速方法中比較簡是異步電機(jī)調(diào)速

20、方法中比較簡便的一種。便的一種。因此，因此，改變定子外加電壓就可以改變機(jī)改變定子外加電壓就可以改變機(jī)械特性的函數(shù)關(guān)系械特性的函數(shù)關(guān)系，從而改變電機(jī)在一，從而改變電機(jī)在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。5.3 異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速的主電路異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速的主電路28l 改變交流電壓的方法改變交流電壓的方法過去改變交流電壓的方法多用過去改變交流電壓的方法多用自耦變壓器自耦變壓器或帶直流磁化繞組的或帶直流磁化繞組的飽和電抗器飽和電抗器，自從電，自從電力電子技術(shù)興起以后，這類比較笨重的電力電子技術(shù)興起以后，這類比較笨重的電磁裝置就被磁裝置就被晶閘管交流調(diào)壓器晶閘管交流調(diào)壓器取代了。取代了。目前

21、，交流調(diào)壓器一般用目前，交流調(diào)壓器一般用三對晶閘管反并三對晶閘管反并聯(lián)聯(lián)或或三個雙向晶閘管分別串接三個雙向晶閘管分別串接在三相電路在三相電路中，主電路接法有多種方案，用中，主電路接法有多種方案，用相位控制相位控制改變輸出電壓。改變輸出電壓。29l 交流調(diào)壓器的負(fù)載接法交流調(diào)壓器的負(fù)載接法a) a) Y Y形接法形接法0 0負(fù)載負(fù)載a ab bc cu ua au ub bu uc ci ia aU Ua0a0VTVT1 1VTVT2 2VTVT3 3b) b) 形接法形接法i ia a負(fù)載負(fù)載a ab bc cu ua au ub bu uc c30l 交流變壓調(diào)速系統(tǒng)可控電源交流變壓調(diào)速系統(tǒng)

22、可控電源TVCTVC雙向晶閘雙向晶閘管交流調(diào)壓器管交流調(diào)壓器 不可逆電路不可逆電路可逆電路可逆電路31n5.1 異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法n5.2 異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速原理異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速原理n5.3 異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速電路異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速電路n5.4 閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性n5.5 閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖(*)n5.6 轉(zhuǎn)差功率損耗分析轉(zhuǎn)差功率損耗分析n5.7 降壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能運(yùn)行中的應(yīng)用降壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能運(yùn)行中的應(yīng)用第五章第五章閉環(huán)控制的

23、異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)325.4 閉環(huán)控制的變壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性閉環(huán)控制的變壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性n開環(huán)控制存在的問題開環(huán)控制存在的問題：采用采用普通異步電機(jī)普通異步電機(jī)的變電壓調(diào)速時，的變電壓調(diào)速時，調(diào)速范圍很窄調(diào)速范圍很窄，采用高，采用高轉(zhuǎn)子電阻的轉(zhuǎn)子電阻的交流力矩電機(jī)交流力矩電機(jī)可以增大調(diào)速范可以增大調(diào)速范圍，但圍，但機(jī)械特性變軟機(jī)械特性變軟，因而當(dāng)負(fù)載變化時，因而當(dāng)負(fù)載變化時靜差率很大靜差率很大（見圖（見圖5-55-5），開環(huán)控制很難解），開環(huán)控制很難解決這個矛盾。決這個矛盾。n解決途徑解決途徑：為此，對于恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載，為此，對于恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載，要

24、求調(diào)速范圍要求調(diào)速范圍DD大于大于2 2時，往往采用時，往往采用帶轉(zhuǎn)速帶轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)（見圖（見圖5-6a5-6a）。）。331. 閉環(huán)系統(tǒng)的組成閉環(huán)系統(tǒng)的組成圖圖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)帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)控制的交流變壓調(diào)速系統(tǒng)ASRASRU U* *n n+ +- -U Un nGTGT+ +MM33TGTGa) 原理圖原理圖 - U Uc cn n342. 閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性（閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性（A-AA)eT0nn0TLUsNAAAUs min恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性U*n3U*n1U*n2b) b) 靜特性靜特性圖圖5-6 帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)

25、控制的交流變壓調(diào)速系統(tǒng)帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)控制的交流變壓調(diào)速系統(tǒng)n當(dāng)系統(tǒng)帶負(fù)載在當(dāng)系統(tǒng)帶負(fù)載在 A 點點穩(wěn)定運(yùn)行時穩(wěn)定運(yùn)行時，如果，如果負(fù)載負(fù)載增大增大引起引起轉(zhuǎn)速下降轉(zhuǎn)速下降，反反饋控制饋控制作用能作用能提高定子提高定子電壓電壓，從而在右邊一條，從而在右邊一條機(jī)械特性上找到機(jī)械特性上找到新的工新的工作點作點 A 。n同理，當(dāng)同理，當(dāng)負(fù)載降低負(fù)載降低時，時，會在左邊一條特性上得會在左邊一條特性上得到定子電壓低一些的到定子電壓低一些的新新工作點工作點 A 。n按照反饋控制規(guī)律，按照反饋控制規(guī)律，將將A 、A、A 連接起來連接起來便是便是閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性。35雖然雖然異步電機(jī)異步電機(jī)和

26、和直流電機(jī)直流電機(jī)的的開環(huán)特性開環(huán)特性差別很大差別很大，但，但是在不同電壓的開環(huán)機(jī)械是在不同電壓的開環(huán)機(jī)械特性上各取一個相應(yīng)的工特性上各取一個相應(yīng)的工作點，連接起來便得到作點，連接起來便得到閉閉環(huán)系統(tǒng)靜特性環(huán)系統(tǒng)靜特性，這樣的，這樣的分分析方法析方法對兩種電機(jī)是對兩種電機(jī)是完全完全一致一致的。的。盡管盡管交流力矩電機(jī)交流力矩電機(jī)的的機(jī)械特性很軟機(jī)械特性很軟，但由系統(tǒng)放大，但由系統(tǒng)放大系數(shù)決定的系數(shù)決定的閉環(huán)系統(tǒng)靜特性閉環(huán)系統(tǒng)靜特性卻可以卻可以很硬很硬。如果采用如果采用PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器，可以做到，可以做到無靜差無靜差。改變給定信。改變給定信號，則靜特性平行地上下移動，達(dá)到調(diào)速的目的。號，則靜特性

27、平行地上下移動，達(dá)到調(diào)速的目的。363. 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特點閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的特點異步電機(jī)異步電機(jī)閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)不同于閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)不同于直流電機(jī)直流電機(jī)閉環(huán)變閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的地方是：壓調(diào)速系統(tǒng)的地方是：n靜特性左右靜特性左右兩邊都有極限兩邊都有極限，不能無限延長，它們，不能無限延長，它們是是額定電壓額定電壓 UsN 下的機(jī)械特性和下的機(jī)械特性和最小輸出電壓最小輸出電壓Usmin下的機(jī)械特性。下的機(jī)械特性。n當(dāng)負(fù)載變化時，如果當(dāng)負(fù)載變化時，如果電壓調(diào)節(jié)到極限值電壓調(diào)節(jié)到極限值，閉環(huán)系，閉環(huán)系統(tǒng)便統(tǒng)便失去控制能力失去控制能力，系統(tǒng)的工作點只能沿著極限開，系統(tǒng)的工作點只能沿著極限開環(huán)特性變化。環(huán)

28、特性變化。374. 系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)框構(gòu)系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)框構(gòu) 根據(jù)圖根據(jù)圖5-6a所示原理圖，可所示原理圖，可以畫出靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖以畫出靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖(圖圖5-7)。圖圖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)框圖異步電機(jī)閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 圖圖5-6a 異步電機(jī)閉環(huán)調(diào)壓異步電機(jī)閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的原理圖調(diào)速系統(tǒng)的原理圖38圖中：圖中：nKs=Us/Uc為晶閘管為晶閘管交流調(diào)壓器交流調(diào)壓器和和觸發(fā)裝置觸發(fā)裝置的的放大系放大系數(shù)數(shù)；n = Un/n 為為轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；nASR采用采用PI調(diào)節(jié)器；調(diào)節(jié)器；nn =f (Us, Te )是異步電機(jī)是異步電機(jī)機(jī)械特性機(jī)械特性方程式方程式（5-3

29、），它是一個非線性函數(shù)。它是一個非線性函數(shù)。 K Ks sn=fn=f( (U Us s，T Te e) ) ASRASRU U* *n nU Un nU Uc cU Us s- -T-TL Ln n穩(wěn)態(tài)時穩(wěn)態(tài)時 Un* = Un = n; Te = TL根據(jù)負(fù)載需要的根據(jù)負(fù)載需要的 n 和和TL 可由式（可由式（5-3）計算出或用）計算出或用機(jī)械特性圖解法求出所需的機(jī)械特性圖解法求出所需的 Us 以及相應(yīng)的以及相應(yīng)的 Uc。39n5.1 異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法n5.2 異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速原理異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速原理n5.3 異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速電路異步電

30、動機(jī)調(diào)壓調(diào)速電路n5.4 閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性n5.5 閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖(*)n5.6 轉(zhuǎn)差功率損耗分析轉(zhuǎn)差功率損耗分析n5.7 降壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能運(yùn)行中的應(yīng)用降壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能運(yùn)行中的應(yīng)用第五章第五章閉環(huán)控制的異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)405.5 閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)分析和設(shè)計時，須先對系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)分析和設(shè)計時，須先繪出動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。繪出動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。由靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖可以得到動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖由

31、靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖可以得到動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。其中有些環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)可以直接寫其中有些環(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)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。須費(fèi)一番周折。41n 系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖圖圖5-8 異步電動機(jī)閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖異步電動機(jī)閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖WWFBSFBS( (s s) ) U U* *n n( (s s) )U Un n( (s s) )U Uc c ( (s s) )- -n n( (s s) )WWASRASR( (s s) )WWGT-VGT-V ( (s s) )WWMAMA ( (s s) )U Us s(

32、 (s s) )圖圖5-6a 異步電機(jī)閉環(huán)調(diào)壓異步電機(jī)閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的原理圖調(diào)速系統(tǒng)的原理圖圖圖5-7 異步電機(jī)閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)異步電機(jī)閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖的靜態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 MA異步電機(jī)異步電機(jī) FBS測速反饋環(huán)節(jié)測速反饋環(huán)節(jié)42ssKsWnnnASR1)(WWFBSFBS( (s s) ) U U* *n n( (s s) )U Un n( (s s) )U Uc c ( (s s) )- -n n( (s s) )WWASRASR( (s s) )WWGT-VGT-V ( (s s) )WWMAMA ( (s s) )U Us s( (s s) )n轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR轉(zhuǎn)速

33、調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR常用常用PI調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)器，用以，用以消除靜差消除靜差并改善并改善動態(tài)性能，其傳遞函數(shù)為動態(tài)性能，其傳遞函數(shù)為43輸入輸入-輸出關(guān)系原則上是輸出關(guān)系原則上是非線性非線性的，的，在一定范圍內(nèi)可假定在一定范圍內(nèi)可假定為線性函數(shù)為線性函數(shù)，在動態(tài)中可以，在動態(tài)中可以近似成一階慣性環(huán)節(jié)近似成一階慣性環(huán)節(jié)，正如，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。直流調(diào)速系統(tǒng)中的晶閘管觸發(fā)和整流裝置那樣。對于對于三相全波三相全波Y聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)調(diào)壓電路，可取調(diào)壓電路，可取Ts = 3.3ms。對其他。對其他型式的調(diào)壓電路則須另行考慮。型式的調(diào)壓電路則須另行考慮。WWFBSFBS( (s s) )

34、 U U* *n n( (s s) )U Un n( (s s) )U Uc c ( (s s) )- -n n( (s s) )WWASRASR( (s s) )WWGT-VGT-V ( (s s) )WWMAMA ( (s s) )U Us s( (s s) )n晶閘管交流調(diào)壓器和觸發(fā)裝置晶閘管交流調(diào)壓器和觸發(fā)裝置1)(ssVGTsTKsW其近似條件是其近似條件是sc31T441)(onFBSsTsWWWFBSFBS( (s s) ) U U* *n n( (s s) )U Un n( (s s) )U Uc c ( (s s) )- -n n( (s s) )WWASRASR( (s s

35、) )WWGT-VGT-V ( (s s) )WWMAMA ( (s s) )U Us s( (s s) )n 測速反饋環(huán)節(jié)測速反饋環(huán)節(jié)考慮到考慮到反饋濾波反饋濾波作用，測速反饋環(huán)節(jié)作用，測速反饋環(huán)節(jié)FBS的傳遞函數(shù)的傳遞函數(shù)可寫成可寫成45WWFBSFBS( (s s) ) U U* *n n( (s s) )U Un n( (s s) )U Uc c ( (s s) )- -n n( (s s) )WWASRASR( (s s) )WWGT-VGT-V ( (s s) )WWMAMA ( (s s) )U Us s( (s s) )n 異步電動機(jī)環(huán)節(jié)的線性化異步電動機(jī)環(huán)節(jié)的線性化異步電機(jī)的

36、動態(tài)過程是由一組非線性微分方程描述異步電機(jī)的動態(tài)過程是由一組非線性微分方程描述的，要用一個傳遞函數(shù)來準(zhǔn)確地表示它的輸入輸出的，要用一個傳遞函數(shù)來準(zhǔn)確地表示它的輸入輸出關(guān)系是不可能的。關(guān)系是不可能的。可以在可以在一定的假定條件一定的假定條件下，用下，用穩(wěn)態(tài)工作點附近穩(wěn)態(tài)工作點附近的的微微偏線性化方法偏線性化方法求出其近似的傳遞函數(shù)。求出其近似的傳遞函數(shù)。46電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩2lrls212rs1r2spe)()(/3LLsRRsRUnT當(dāng)當(dāng) s 很小時，可以認(rèn)為很小時，可以認(rèn)為（5-3）后者相當(dāng)于忽略異步電機(jī)的漏感電磁慣性，后者相當(dāng)于忽略異步電機(jī)的漏感電磁慣性，得到得到異步電機(jī)近似的線性機(jī)械特性

37、異步電機(jī)近似的線性機(jī)械特性sURnT2sr1pe3n 異步電動機(jī)環(huán)節(jié)的線性化異步電動機(jī)環(huán)節(jié)的線性化（1）異步電機(jī)近似的線性機(jī)械特性）異步電機(jī)近似的線性機(jī)械特性47A2sAr1peA3sURnTsURnT2sr1pe3在在A點附近點附近有有微小偏差微小偏差時，時，Te= TeA+ Te ，Us = UsA + Us ，s = sA + s，代入式（，代入式（5-6）得）得設(shè)設(shè)A為近似線性機(jī)械特性上的一個為近似線性機(jī)械特性上的一個穩(wěn)態(tài)工作點穩(wěn)態(tài)工作點，則在，則在A點點上上（5-7）)()(3A2ssAr1peeAssUURnTT)2(32sAsAsAA2sAr1peeAsUUsUsURnTT將上式

38、展開，并將上式展開，并忽略兩個和兩個以上微偏量的乘積忽略兩個和兩個以上微偏量的乘積，則，則（5-8）n 異步電動機(jī)環(huán)節(jié)的線性化異步電動機(jī)環(huán)節(jié)的線性化（2）穩(wěn)態(tài)工作點的計算）穩(wěn)態(tài)工作點的計算48從式（從式（5-8）中減去式（）中減去式（5-7），得），得 )2(32sAsAsAr1pesUUsURnT1s11s（5-95-9）(5-10)(5-10)根據(jù)轉(zhuǎn)差率根據(jù)轉(zhuǎn)差率)2(312sAsAsAr1peUUsURnT此即在穩(wěn)態(tài)工作點附近微偏量此即在穩(wěn)態(tài)工作點附近微偏量 Te與與 Us和和 間的關(guān)系間的關(guān)系n 異步電動機(jī)環(huán)節(jié)的線性化異步電動機(jī)環(huán)節(jié)的線性化（3）線性機(jī)械特性的偏微線性化）線性機(jī)械特性的

39、偏微線性化 1: 同步角轉(zhuǎn)速同步角轉(zhuǎn)速 : 轉(zhuǎn)子角轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子角轉(zhuǎn)速可得可得代入（代入（5-95-9），得），得(5-11)(5-11)49tnJTTddpLetnJTTd)(dpLen 異步電動機(jī)環(huán)節(jié)的線性化異步電動機(jī)環(huán)節(jié)的線性化（4）異步電動機(jī)的微偏量運(yùn)動方程）異步電動機(jī)的微偏量運(yùn)動方程帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時電力拖動系統(tǒng)的帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時電力拖動系統(tǒng)的運(yùn)動方程式運(yùn)動方程式為為按上面相同的方法處理，可得在按上面相同的方法處理，可得在穩(wěn)態(tài)工作點穩(wěn)態(tài)工作點A附近附近的的微偏量運(yùn)動方程式微偏量運(yùn)動方程式為為(5-12)(5-12)50n 異步電動機(jī)環(huán)節(jié)的線性化異步電動機(jī)環(huán)節(jié)的線性化（5）近似動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖）近似動

40、態(tài)結(jié)構(gòu)框圖將式將式（5-11）和和（5-12）的微偏量關(guān)系畫在一起，的微偏量關(guān)系畫在一起，即得即得異步電機(jī)異步電機(jī)在在忽略電磁慣性忽略電磁慣性時的時的微偏線性化動態(tài)微偏線性化動態(tài)結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖，如，如圖圖5-9所示。所示。3 3n np p 1 1R Rr r2 2U UsAsAs sA A3 3n np pU U 2 2sAsA s s2 2 R Rr rn np p Js Js U Us s T Te e T TL L + +- - -圖圖5-9 異步電機(jī)微偏線性化的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖（忽略電磁慣性）異步電機(jī)微偏線性化的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖（忽略電磁慣性） 2psAesAAs1r13(2)nUTU

41、 sUReLpd()dJTTnt51如果只考慮如果只考慮 Us到到 之間的之間的傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)，可先取，可先取 TL=0，圖，圖5-9中中小閉環(huán)小閉環(huán)的的傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)可變換成可變換成r212sApppr2s2sApp3131RUnsnJJsnRUnJsn3 3n np p 1 1R Rr r2 2U UsAsAs sA A3 3n np pU U 2 2sAsA s s2 2 R Rr rn np p Js Js U Us s T Te e T TL L + +- - -圖圖5-95-9521132323)()()(mMA2sA2pr21sA1Ar212sAppAsAr1psMAsTKs

42、UnRJUsRUnsnJsURnsUssW（6）異步電機(jī)的近似線性化傳遞函數(shù)）異步電機(jī)的近似線性化傳遞函數(shù)n 異步電動機(jī)環(huán)節(jié)的線性化異步電動機(jī)環(huán)節(jié)的線性化3 3n np p 1 1R Rr r2 2U UsAsAs sA A3 3n np pU U 2 2sAsA s s2 2 R Rr rn np p Js Js U Us s T Te e T TL L + +- - -圖圖5-95-953式中式中KMA 異步電機(jī)的異步電機(jī)的傳遞系數(shù)傳遞系數(shù)Tm 異步電機(jī)拖動系統(tǒng)的異步電機(jī)拖動系統(tǒng)的機(jī)電時間常數(shù)機(jī)電時間常數(shù) sAA1sA1AMA)(22UUsK2sA2pr21m3 UnRJT1)(mMAMA

43、sTKsWn 異步電動機(jī)環(huán)節(jié)的線性化異步電動機(jī)環(huán)節(jié)的線性化（6）異步電機(jī)的近似線性化傳遞函數(shù)）異步電機(jī)的近似線性化傳遞函數(shù)(5-13)(5-13)由于由于忽略電磁慣性忽略電磁慣性，只，只剩下剩下同軸旋轉(zhuǎn)體的同軸旋轉(zhuǎn)體的機(jī)電慣性機(jī)電慣性，異步電機(jī)便異步電機(jī)便近似成一個線性的一階慣性環(huán)節(jié)近似成一個線性的一階慣性環(huán)節(jié)。54把得到的四個傳遞函數(shù)式寫入圖把得到的四個傳遞函數(shù)式寫入圖5-8中各方框內(nèi)，即中各方框內(nèi)，即得得異步電機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)微偏線性化的近似動態(tài)結(jié)異步電機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)微偏線性化的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。構(gòu)框圖。n 異步電機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)微偏線性化的異步電機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)微偏線性化的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖近似

44、動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖ASRnn1( )nsWsKssGT Vs( )1KWsT sMAMAm( )1KWsT sFBSon( )1WsT s55 最后，應(yīng)該再強(qiáng)調(diào)一下，具體使用這個動態(tài)結(jié)構(gòu)最后，應(yīng)該再強(qiáng)調(diào)一下，具體使用這個動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖時要注意下述兩點：框圖時要注意下述兩點：由于它是由于它是偏微線性化模型偏微線性化模型，只能，只能用于用于機(jī)械特性線機(jī)械特性線性段上工作點附近性段上工作點附近的的穩(wěn)定性判別穩(wěn)定性判別和和動態(tài)校正動態(tài)校正，不不適用適用于于起制動起制動時時轉(zhuǎn)速大范圍變化轉(zhuǎn)速大范圍變化的的動態(tài)響應(yīng)動態(tài)響應(yīng)。由于它完全由于它完全忽略了電磁慣性忽略了電磁慣性，分析與計算有很大，分析與計算有很大的的近

45、似性近似性。ASRnn1( )nsWsKssGT Vs( )1KWsT sMAMAm( )1KWsT sFBSon( )1WsT s56n5.1 異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法n5.2 異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速原理異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速原理n5.3 異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速電路異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速電路n5.4 閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性n5.5 閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖(*)n5.6 轉(zhuǎn)差功率損耗分析轉(zhuǎn)差功率損耗分析n5.7 降壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能運(yùn)行中的應(yīng)用降壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能

46、運(yùn)行中的應(yīng)用第五章第五章閉環(huán)控制的異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)575.6 轉(zhuǎn)差功率損耗分析轉(zhuǎn)差功率損耗分析 轉(zhuǎn)差功率損耗轉(zhuǎn)差功率損耗與系統(tǒng)的與系統(tǒng)的調(diào)速范圍調(diào)速范圍和所帶和所帶負(fù)載負(fù)載的性質(zhì)的性質(zhì)都有密切的關(guān)系。都有密切的關(guān)系。58C為常數(shù)為常數(shù)2, 1, 0對應(yīng)對應(yīng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載與轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)載與轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)載與轉(zhuǎn)速平方成正比的負(fù)與轉(zhuǎn)速平方成正比的負(fù)載（風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載）載（風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載）n異步機(jī)的電磁功率：異步機(jī)的電磁功率：n不同性質(zhì)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩可近似表示為：不同性質(zhì)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩可近似表示為：59定義定義轉(zhuǎn)差功率損耗系數(shù)轉(zhuǎn)差功率損耗系數(shù)為為 ，可導(dǎo)出，可導(dǎo)出)1

47、 (max2ssPPs轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)差功率輸出機(jī)械功率輸出機(jī)械功率（5-15）代入（）代入（5-14）（5-16）是標(biāo)志轉(zhuǎn)差功率損）是標(biāo)志轉(zhuǎn)差功率損耗大小的指標(biāo)。耗大小的指標(biāo)。60)1 (max2ssPPs對于對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，=0，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)差功率損耗系數(shù)差功率損耗系數(shù)與與s成正比成正比，調(diào)速越深損耗越大調(diào)速越深損耗越大。當(dāng)當(dāng)=1或或=2 時，在時，在s=0和和s=1處都有處都有=0，而在，而在當(dāng)中的某一當(dāng)中的某一s值處值處最大。最大。11ms(5-17)(5-17)最大轉(zhuǎn)差功率損耗系數(shù)為最大轉(zhuǎn)差功率損耗系數(shù)為max11(5-18)(5-18)61結(jié)論結(jié)論n =0對于對于恒轉(zhuǎn)矩恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載負(fù)載

48、, 與與s 成正比成正比，轉(zhuǎn)速越低轉(zhuǎn)速越低時，時，轉(zhuǎn)差轉(zhuǎn)差功率損耗越大功率損耗越大，因此，因此，變壓變壓調(diào)速不宜長期在低速工作調(diào)速不宜長期在低速工作。n =1對于對于轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成正比轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成正比的負(fù)載，當(dāng)?shù)呢?fù)載，當(dāng)s=0.5時，轉(zhuǎn)差功時，轉(zhuǎn)差功率 損 耗 最 大 ， 其 值 為率 損 耗 最 大 ， 其 值 為 max=0.25 。n =2對于對于風(fēng)機(jī)泵類風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載，當(dāng)負(fù)載，當(dāng)s = 0 . 3 3 時 ， 最 大 值 只 有時 ， 最 大 值 只 有 max=0.148，在在s=01區(qū)間，區(qū)間， 值都較小。值都較小。變壓調(diào)速對風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載比較適宜。變壓調(diào)速對風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載比較適宜。62n

49、5.1 異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法異步電動機(jī)穩(wěn)態(tài)數(shù)學(xué)模型和調(diào)速方法n5.2 異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速原理異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速原理n5.3 異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速電路異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速電路n5.4 閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性閉環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性n5.5 閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的近似動態(tài)結(jié)構(gòu)圖n5.6 轉(zhuǎn)差功率損耗分析轉(zhuǎn)差功率損耗分析n5.7 降壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能運(yùn)行中的應(yīng)用降壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能運(yùn)行中的應(yīng)用第五章第五章閉環(huán)控制的異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)控制的異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)635.7 變壓控制在軟起動器變壓控制在軟起動器和輕載降

50、壓節(jié)能運(yùn)行中的應(yīng)用和輕載降壓節(jié)能運(yùn)行中的應(yīng)用 除了除了調(diào)速調(diào)速系統(tǒng)以外，異步電動機(jī)的系統(tǒng)以外，異步電動機(jī)的變壓控制變壓控制在在軟起動器軟起動器和和輕載降壓節(jié)能輕載降壓節(jié)能運(yùn)運(yùn)行中也得到了廣泛的應(yīng)用。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)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于其運(yùn)行中的一些具體問題可參看參考文獻(xiàn)文獻(xiàn)42，43，44。641 1 軟起動器軟起動器n起動電流問題起動電流問題常用的三相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，而常用的三相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，而且性能良好，運(yùn)行可靠。且性能良好，運(yùn)行可靠。對于對于小容量電動機(jī)小容量電動機(jī)，只要，

51、只要供電網(wǎng)絡(luò)和變壓器供電網(wǎng)絡(luò)和變壓器的的容容量足夠大量足夠大（一般要求比電機(jī)容量大（一般要求比電機(jī)容量大4倍以上），倍以上），而而供電線路并不太長供電線路并不太長（起動電流造成的瞬時電壓（起動電流造成的瞬時電壓降落低于降落低于10%15%），可以直接通電起動，操），可以直接通電起動，操作也很簡便。作也很簡便。對于對于容量大一些的容量大一些的電動機(jī)，問題就不這么簡單了。電動機(jī)，問題就不這么簡單了。 65n 起動電流和起動轉(zhuǎn)矩分析起動電流和起動轉(zhuǎn)矩分析 在式在式（5-2）和式和式（5-3）中已導(dǎo)出異步電動機(jī)的中已導(dǎo)出異步電動機(jī)的電流和轉(zhuǎn)矩方程式，起動時電流和轉(zhuǎn)矩方程式，起動時，s=1，起動電流起動

52、電流和和起動起動轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩分別為分別為2lrls212rs1r2spe)()(/3LLsRRsRUnT2lrls212rssrstsstLLRRUII2lrls212rs1r2spest3LLRRRUnT（5-195-19） （5-205-20） 由上述二式不難看出，在一般情況下，三相異步電動由上述二式不難看出，在一般情況下，三相異步電動機(jī)的機(jī)的起動電流比較大起動電流比較大，而，而起動轉(zhuǎn)矩并不大起動轉(zhuǎn)矩并不大。2lrls212rssrsLLsRRUII66對于對于一般的籠型電動機(jī)一般的籠型電動機(jī)，74sNsstIIIK3 . 19 . 0eNestTTTK起動電流倍數(shù)起動電流倍數(shù) 起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)起

53、動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) n 起動電流和起動轉(zhuǎn)矩分析起動電流和起動轉(zhuǎn)矩分析中、大容量電動機(jī)中、大容量電動機(jī)的的起動電流大起動電流大，會使，會使電網(wǎng)壓降電網(wǎng)壓降過大過大，影響其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至使該，影響其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行，甚至使該電動機(jī)本身根本電動機(jī)本身根本起動不起來起動不起來。這時，必須采取措。這時，必須采取措施來降低其起動電流，常用的辦法是施來降低其起動電流，常用的辦法是降壓起動降壓起動。67n 降壓起動的矛盾降壓起動的矛盾由式（由式（5-19）可知，當(dāng)）可知，當(dāng)電壓降低電壓降低時，時，起動電流起動電流將隨將隨電壓成電壓成正比地降低正比地降低，從而可以避開起動電流沖擊的，從而可以避開起動電流

54、沖擊的高峰。高峰。但是，式（但是，式（5-20）又表明，）又表明，起動轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩與電壓的與電壓的平方平方成正比成正比，起動轉(zhuǎn)矩的減小將比起動電流的降低更快起動轉(zhuǎn)矩的減小將比起動電流的降低更快，降壓起動時又會出現(xiàn)降壓起動時又會出現(xiàn)起動轉(zhuǎn)矩夠不夠起動轉(zhuǎn)矩夠不夠的問題。的問題。 2lrls212rssrstsstLLRRUII2lrls212rs1r2spest3LLRRRUnT為了避免這個麻煩，為了避免這個麻煩，降壓起動降壓起動只適用于中、大容量只適用于中、大容量電動機(jī)電動機(jī)空載（或輕載）起動空載（或輕載）起動的場合的場合68n 傳統(tǒng)的降壓起動方法傳統(tǒng)的降壓起動方法 傳統(tǒng)的降壓起動方法有：傳統(tǒng)的

55、降壓起動方法有： 星星-三角（三角（Y-）起動）起動定子串電阻或電抗起動定子串電阻或電抗起動自耦變壓器（又稱起動補(bǔ)償器）降壓起動自耦變壓器（又稱起動補(bǔ)償器）降壓起動 它們都是它們都是一級降壓起動一級降壓起動，起動過程中起動過程中電流電流有有兩次沖擊兩次沖擊，其幅值都比直接起動電流低，其幅值都比直接起動電流低，而起動過程時間略長，如而起動過程時間略長，如圖圖5-12所示。所示。 69n 三種起動過程的電流比較三種起動過程的電流比較sNsII圖圖5-12 異步電動機(jī)的異步電動機(jī)的起動過程與電流沖擊起動過程與電流沖擊一級降壓起動 軟起動器 直接起動70n 軟起動方法軟起動方法現(xiàn)代現(xiàn)代帶電流閉環(huán)帶電流

56、閉環(huán)的的電子控制軟起動器電子控制軟起動器可以可以限制起動電流并限制起動電流并保持恒值，直到轉(zhuǎn)速升高后電流自動衰減下來保持恒值，直到轉(zhuǎn)速升高后電流自動衰減下來（圖（圖5-12中中曲線曲線c），起動時間也短于一級降壓起動。），起動時間也短于一級降壓起動。主電路采用主電路采用晶閘管交流調(diào)壓器晶閘管交流調(diào)壓器，用連續(xù)地改變其輸出電壓，用連續(xù)地改變其輸出電壓來保證來保證恒流起動恒流起動，穩(wěn)定運(yùn)行時可用接觸器給晶閘管旁路穩(wěn)定運(yùn)行時可用接觸器給晶閘管旁路，以免晶閘管不必要地長期工作。以免晶閘管不必要地長期工作。sNsII一級降壓起動 軟起動器 直接起動71n視起動時所帶負(fù)載的大小，視起動時所帶負(fù)載的大小，起動電流可在起動電流可在 (0.54) IsN 之間調(diào)整之間調(diào)整，以獲得最佳的起動效果，但無論如何調(diào)整都，以獲得最佳的起動效果，但無論如何調(diào)整都不宜于滿載起動不宜于滿載起動。n負(fù)載略重或靜摩擦轉(zhuǎn)矩較大時，可在起動時突加短時負(fù)載略重或靜摩擦轉(zhuǎn)矩較大時，可在起動時突加短時的脈沖電流，以縮短起動時間。的脈沖電流，以縮短起動時間。n軟起動軟