(6.1)--第四次课课件电力拖动自动控制系统.ppt

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1、交流调速技术交流调速技术第四次课第四次课三相异步电机恒频三相异步电机恒频调压调速调压调速本次课主要学习内容本次课主要学习内容o从不同层面分析各种三相异步电机调速系统 （熟悉，属于难点内容）o从三相异步电机的稳态等值电路分析调压调速（掌握，属于难点，重点内容）o三相异步电机（恒频）调压调速系统的组成结构、运行原理和性能分析（掌握，属于重点内容）1.从不同层面分析各种三相异步电机调速系统 人们对调速系统性能的需求（或者说要求）决定了所采用的调速控制策略，及所构建出的调速系统。对调速系统的性能要求：（1）是否需要有级调速？（2）稳态性能如何？（3）动态性能如何？（4）是否节能？（1）为提高稳态性能：

2、用转速闭环的调速系统取代转速开环的调速系统。（2）为提高动态性能 用基于动态模型的调速系统取代基于稳态模型的调速系统。（3）为提高节能效果 用转差功率不变型或转差功率馈送型调速系统取代转差功率消耗型调速系统。1.从不同层面分析各种三相异步电机调速系统异步电动机的调速方法（从节能性能的角度分类）按照转差功率是否增大，能量是被消耗还是被按照转差功率是否增大，能量是被消耗还是被利用，分为三类利用，分为三类转差功率消耗型（定子降电压、或转子串电阻）转差功率消耗型（定子降电压、或转子串电阻）转差功率馈送型（转差功率馈送型（串级调速串级调速）转差功率不变型（转差功率不变型（变压变频变压变频，变极对数），变

3、极对数）n基于稳态模型的控制策略基于稳态模型的控制策略恒频变压调速（调压调速）、基于稳态模型的变压变频控制策略如转差频率控制的调速系统 依据电机稳态模型控制规律简单，动态性能不高，至今在一般调速系统中普遍应用。n基于动态模型的控制策略基于动态模型的控制策略矢量控制变频调速系统、直接转矩控制变频调速系统 依据电机的动态模型，用于高性能的调速系统中。异步电动机的调速方法（从动态性能的层面，提出的不同控制策略）异步电动机的工作原理o思考异步电动机通电之后的如何转动起来？定子绕组通电，产生旋转磁场（旋转磁场转速为n0，也称同步速），旋转磁场与转子之间出现相对运动，转子导条切割磁力线，产生感应电势、感应

4、电流、电磁转矩。转子在电磁转矩的作用下，沿着旋转磁场的旋转方向转动起来。转子转速记为n，nn0.转差率s=（n0-n）/n0转差率与静差率的区别o转差率s=（n0-n）/n0o静差率s=（n0-nN）/n0区别：（1）其描述的对象不同：转差率仅针对异步电机，而静差率可针对一切调速系统；（2）含义不同，转差率描述的是某一转速相对于同步转速的转差比例关系，针对某一转速值；静差率描述的是某一转速范围下负载变化时的转速稳定程度，针对的是一个转速段。异步电动机的主要额定值异步电动机的主要额定值o额定功率：指电机在额定运行时，转轴上输额定功率：指电机在额定运行时，转轴上输出的机械功率出的机械功率PNo额定

5、电压额定电压UN线电压线电压o额定电流额定电流IN线电流线电流o额定转速额定转速nNo额定功率因数额定功率因数 o额定频率额定频率o在三个假定条件下：在三个假定条件下：忽略空间和时间谐波，（各忽略空间和时间谐波，（各电压电流量均为正弦量）电压电流量均为正弦量）忽略磁饱和（电感参数为常忽略磁饱和（电感参数为常数）数）忽略铁损（忽略激磁回路的忽略铁损（忽略激磁回路的电阻）电阻）o异步电动机的稳态模型可异步电动机的稳态模型可以用以用T型等效电路表示：型等效电路表示：图图 异步电动机异步电动机T型等型等效电路效电路2.由三相异步电机稳态等值电路分析调压调速由稳态等值电路分析能量传递关系注意：下标注意：

6、下标1表示定子（也有的用下标表示定子（也有的用下标s表示）；表示）；下标下标2表示转子（也有的用下标表示转子（也有的用下标r表示）；表示）；P表示输出功率（也有的用表示输出功率（也有的用P2表示）。表示）。参数定义参数定义nRs、Rr 定子每相电阻和折合到定子侧的 转子每相电阻；nLls、Llr 定子每相漏感和折合到定子侧的 转子每相漏感；nLm定子每相绕组产生气隙主磁通的 等效电感，即励磁电感；nUs、1 定子相电压和电源角频率；n s 转差率转差率。o异步电动机由额定电压、额定频率供电，且无外加电阻和电抗时的机械特性方程式为固有特性。o人为地改变机械特性的参数，包括电动机参数、电源电压和电

7、源频率（或角频率），使电动机的稳定工作点偏离固有特性，工作在人为机械特性上，以达到调速的目的。恒频调压调速（简称调压调速）恒频调压调速（简称调压调速）l保保持持电电源源频频率率为为额额定定频频率率，只只改改变变定定子子电压的调速方法称作调压调速。电压的调速方法称作调压调速。l由由于于受受电电动动机机绝绝缘缘和和磁磁路路饱饱和和的的限限制制，定定子子电电压压只只能能降降低低，不不能能升升高高，故故又又称称作降压调速。作降压调速。为什么调节定子供电电压可调节转速？6.2.2 异步电动机调压调速的机械特性异步电动机调压调速的机械特性图图 异步电动机调压调速的机械特性异步电动机调压调速的机械特性异步电

8、动机调压调速性能变差原因分析异步电动机调压调速性能变差原因分析o异步电动机以磁场能为媒介把电能转换成机械能o要从磁场入手分析输出转矩减小的原因o直流电动机有独立励磁，可是异步电动机磁场怎么分析？异步电动机的气隙磁通异步电动机的气隙磁通l三相异步电动机定子每相电动势的有效值三相异步电动机定子每相电动势的有效值忽略定子绕组电阻和漏磁感抗压降忽略定子绕组电阻和漏磁感抗压降异步电动机调压调速异步电动机调压调速l调调压压调调速速的的基基本本特特征征：电电动动机机同同步步转转速速保保持持额定值不变额定值不变 l气隙磁通气隙磁通 随定子电压的降低而减小，属于随定子电压的降低而减小，属于弱磁调速。弱磁调速。异

9、步电动机调压调速的效率异步电动机调压调速的效率带恒转矩负载工作时，定子侧输入的电磁带恒转矩负载工作时，定子侧输入的电磁功率功率故故电磁功率恒定不变，与转速无关。电磁功率恒定不变，与转速无关。均为常数均为常数 异步电动机调压调速的机械特性异步电动机调压调速的机械特性p转差功率随着转差率的加大而增加。转差功率随着转差率的加大而增加。p带恒转矩负载的降压调速就是靠带恒转矩负载的降压调速就是靠增大转差功增大转差功率率、减小输出功率来换取转速的降低。、减小输出功率来换取转速的降低。p增加的转差功率全部消耗在转子电阻上，这增加的转差功率全部消耗在转子电阻上，这就是转差功率消耗型的由来。就是转差功率消耗型的

10、由来。异步电动机调压调速的机械特性异步电动机调压调速的机械特性l增加转子电阻值，增加转子电阻值，临界转差率加大，临界转差率加大，可以扩大恒转矩负可以扩大恒转矩负载下的调速范围，载下的调速范围，这种高转子电阻电这种高转子电阻电动机又称作交流力动机又称作交流力矩电动机。矩电动机。l缺点是机械特性缺点是机械特性较软。较软。图图 高转子电阻电动机（交流力矩电高转子电阻电动机（交流力矩电动机）在不同电压下的机械特性动机）在不同电压下的机械特性异步电动机调压调速主电路异步电动机调压调速主电路图图 晶闸管交流调压器调速晶闸管交流调压器调速TVC双双向晶闸管向晶闸管交流调压交流调压器器a)不可逆电不可逆电路路

11、b)可逆电路可逆电路3.闭环控制的调压调速系统闭环控制的调压调速系统l要求带恒转要求带恒转矩负载的调矩负载的调压系统具有压系统具有较大的调速较大的调速范围时，往范围时，往往须采用带往须采用带转速反馈的转速反馈的闭环控制系闭环控制系统统。图图 带转速负反馈闭环控制的带转速负反馈闭环控制的交流调压调速系统交流调压调速系统 l当系统带负载稳定时，如果负载增大或减小，当系统带负载稳定时，如果负载增大或减小，引起转速下降或上升，反馈控制作用会自动引起转速下降或上升，反馈控制作用会自动调整定子电压，使闭环系统工作在新的稳定调整定子电压，使闭环系统工作在新的稳定工作点。工作点。l按照反馈控制规律，将稳定工作点连接起来按照反馈控制规律，将稳定工作点连接起来便是闭环系统的静特性。便是闭环系统的静特性。3.闭环控制的调压调速系统闭环控制的调压调速系统l静特性左右静特性左右两边都有极两边都有极限，它们是限，它们是额定电压下额定电压下的机械特性的机械特性和最小输出和最小输出电压下的机电压下的机械特性。械特性。图图 转速闭环控制的交流调压转速闭环控制的交流调压调速系统静特性调速系统静特性3.闭环控制的调压调速系统闭环控制的调压调速系统