山东理工大学：《运动控制系统》课程教学资源（讲稿）第6章 基于稳态模型的异步电动机调速系统 6.2 异步电动机的调压调速

目录 少求理子大军 第6章基于稳态模型的异步电动机调速系统 6.1异步电动机的稳态数学模型和调速方法 6.2异步电动机的调压调速 6.3异步电动机的变压变频调速 6.4电力电子变压变频器 6.5转速开环变压变频调速系统 6.6转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 目录 第6章 基于稳态模型的异步电动机调速系统 6.1 异步电动机的稳态数学模型和调速方法 6.2 异步电动机的调压调速 6.3 异步电动机的变压变频调速 6.4 电力电子变压变频器 6.5 转速开环变压变频调速系统 6.6 转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统

主要内容 中东理子大军 6.2异步电动机的调压调速 6.2.1异步电动机调压调速的主电路 6.2.2异步电动机调压调速的机械特性 6.2.3闭环控制的调压调速系统 62.4降压控制在软起动器和轻载降压节能运行中的应用 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 主要内容 6.2 异步电动机的调压调速 6.2.1 异步电动机调压调速的主电路 6.2.2 异步电动机调压调速的机械特性 6.2.3 闭环控制的调压调速系统 6.2.4 降压控制在软起动器和轻载降压节能运行中的应用

6.2异步电动机调压调速 上东程工大军 ●调压调速：保持电源频率f为额定频率，只改变定子电压U、的调速方法 ·由于受电动机绝缘和磁路饱和的限制，定子电压只能降低，不能升高， 故又称作降压调速。 ●调压调速的基本特征是：电动机同步转速保持为额定值不变，即： 60JIN n=nIN= np 气隙磁通随定子电压的降低而减小，属于弱磁调速。 U ①m≈ 4.44fN,kNs 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 6.2 异步电动机调压调速  调压调速：保持电源频率f1为额定频率，只改变定子电压Us的调速方法  由于受电动机绝缘和磁路饱和的限制，定子电压只能降低，不能升高， 故又称作降压调速。  调压调速的基本特征是：电动机同步转速保持为额定值不变，即：  气隙磁通随定子电压的降低而减小，属于弱磁调速。 p n f n n 1N 1 1N 60 = = 1 Φ 4.44 S s m s N U fNk ≈

6.2.1异步电动机调压调速的主电路 中东程子大军 实现调压调速的方法 ◆调压调速是异步电机调速方法中比较简便的一种。 ◆过去：改变交流电压的方法多用自耦变压器或带直流磁化绕组的饱和 电抗器，自从电力电子技术兴起以后，这类比较笨重的电磁装置就被 晶闸管交流调压器取代了。 ◆目前：交流调压器一般用三对晶闸管反并联或三个双向晶闸管分别串 接在三相电路中，主电路接法有多种方案，用相位控制改变输出电压。 改变定子电压也是改变转差率 Us→a→s→n 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 6.2.1 异步电动机调压调速的主电路 实现调压调速的方法  调压调速是异步电机调速方法中比较简便的一种。  过去：改变交流电压的方法多用自耦变压器或带直流磁化绕组的饱和 电抗器，自从电力电子技术兴起以后，这类比较笨重的电磁装置就被 晶闸管交流调压器取代了。  目前：交流调压器一般用三对晶闸管反并联或三个双向晶闸管分别串 接在三相电路中，主电路接法有多种方案，用相位控制改变输出电压。 改变定子电压也是改变转差率 US →α → s → n

6.2.1异步电动机调压调速的主电路 少求理2大军 △攻文△女 TVC 采用晶闸管 TVC 双 反并联供电方 向晶闸管交 本本本本 式，实现异步 流调压器 电动机可逆和 制动。 M M 图6-4晶闸管交流调压器调速 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 6.2.1 异步电动机调压调速的主电路 M 3~ ~ TVC 图6-4 晶闸管交流调压器调速 •TVC—— 双 向晶闸管交 流调压器 采用晶闸管 反并联供电方 式，实现异步 电动机可逆和 制动

6.2.2异步电动机调压调速的机械特性 山东理子大写 调压调速的机械特性表达式： 3n,U2Rs T。 √U可调 o(sR,+R°+s(L+L/ ●电磁转矩与定子电压的平方成正比。 理想空载转速保持为同步转速不变：几o=n1N ● 临界转差率保持不变： R Sm VR?+o(L,+L)月 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 6.2.2 异步电动机调压调速的机械特性  Us可调  调压调速的机械特性表达式： ( ) ( ) 2 ' 2 2 ' 22 ' 1 1 3 psr e s r ls lr nU Rs T ω ω sR R s L L       = ++ +  电磁转矩与定子电压的平方成正比。  理想空载转速保持为同步转速不变： 0 1N n n =  临界转差率保持不变： 2 ' 2 1 2 ' ( ) s ls lr r m R L L R s + + = ω

T电磁转矩公式说明 的求程子大军 ▣ T电磁转矩公式： 下式是异步电机的机械特性方程式。表明，当转速 或转差率一定时，电磁转矩与定子电压的平方成正比一即交流调压 调速的理论根据。 口异步电动机变压调速原理：因此，由电力拖动原理可知，当异步电机 等效电路的参数不变时，在相同的转速下，电磁转矩与定子电压的平 方成正比，因此，改变定子外加电压就可以改变机械特性的函数关系， 从而改变电机在一定负载转矩下的转速。 3n U2Rs sR+R,）+s2o(L+L 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 Te 电磁转矩公式 说明  Te电磁转矩公式：下式是异步电机的机械特性方程式。表明，当转速 或转差率一定时，电磁转矩与定子电压的平方成正比——即交流调压 调速的理论根据。  异步电动机变压调速原理：因此，由电力拖动原理可知，当异步电机 等效电路的参数不变时，在相同的转速下，电磁转矩与定子电压的平 方成正比，因此，改变定子外加电压就可以改变机械特性的函数关系， 从而改变电机在一定负载转矩下的转速。 ( ) ( ) 2 ' 2 2 ' 22 ' 1 1 3 psr e s r ls lr nU Rs T ω ω sR R s L L       = ++ +

6.2.2异步电动机调压调速的机械特性 山东理子大写 临界转矩随定子电压的减小而成平方比地下降。 3n,U? Tem n恒转矩负载特性 2@,R,+VR+o(L+L,)2 A 风机类负载特性 no D Sm 0.5UsN 0.8sN 临界转矩随电压成平方关系下 UsN 降，恒转矩负载下带载能力急 剧下降！」 Temax Te 图6-5异步电动机调压调速的机械特性 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系  临界转矩随定子电压的减小而成平方比地下降。 [ ] 2 ' 2 1 2 1 2 2 ( ) 3 s s ls lr p s em R R L L n U T + + + = ω ω 6.2.2 异步电动机调压调速的机械特性 图6-5 异步电动机调压调速的机械特性 临界转矩随电压成平方关系下 降，恒转矩负载下带载能力急 剧下降！！

6.2.2异步电动机调压调速的机械特性 少求理子大军 口带恒转矩负载时，普通笼型异步电动 n恒转矩负载特性 机降压调速时的稳定工作范围为 风机类负载特性 no D B ∠E 0<S<Sm Sm 0.5sN 0.8U5N ▣调速范围有限，图中A、B、C为恒转 UsN 矩负载在不同电压时的稳定工作点。 口带风机类负载运行，调速范围可以稍 大一些，图中D、E、F为风机类负载 Temax Te 在不同电压时的稳定工作点。 图6-5异步电动机调压调速的机械特性 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系 带恒转矩负载时，普通笼型异步电动 机降压调速时的稳定工作范围为 调速范围有限，图中A、B、C为恒转 矩负载在不同电压时的稳定工作点。  带风机类负载运行，调速范围可以稍 大一些，图中D、E、F为风机类负载 在不同电压时的稳定工作点。 0 m < <s s 6.2.2 异步电动机调压调速的机械特性 图6-5 异步电动机调压调速的机械特性

6.2.2异步电动机调压调速的机械特性 中东理子大 ◆异步电动机调压调速的效率 带恒转矩负载工作时，定子侧输入的电磁功率： Po=onT =07L 0T,均为常数 故电磁功率恒定不变，与转速无关。 而输出功率： Pn6=0n12=(1-y)0Z np 故输出功率随转差率的增加而减小。 电气与电子工程学院自动化系

电气与电子工程学院自动化系  异步电动机调压调速的效率 带恒转矩负载工作时，定子侧输入的电磁功率： 故电磁功率恒定不变，与转速无关。 1 1 L m mL p T P T n ω = = ω ω1 、TL 均为常数 6.2.2 异步电动机调压调速的机械特性 而输出功率： 1 (1 ) L mech m L p T P Ts n ω = = − ω 故输出功率随转差率的增加而减小