感应电动机调速方法

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1、感应电动机调速方法　　1概述　　与直流电动机相比，感应电动机具有结构简单、制造容易、维护工作量小等优点，但感应电动机的控制却比直流电动机复杂的多。早期的交流传动均用于不可调传动，而可调传动则用直流传动，随着电力电子技术、控制技术和计算机技术的发展，交流可调传动的应用已成为不争的事实。交流可调传动的应用主要分为三个方面:　　·用于大量的风机、水泵类电机的调速，以获得可观的节能效益;　　·用于高性能的传动系统，取代直流传动系统;　　·用于特大容量、极高转速的交流调速。　　按照感应电动机的功率流向，从定子传入转子的电磁功率可分成两部分:　　·一部分是机械轴上

2、输出的机械功率;　　·另一部分是与转差s成正比的转差功率。　　按转差功率可以把感应电动机的调速系统分成三类:　　(1)转差功率消耗型调速系统　　转差功率转换成热能消耗在转子回路中，以增加转差功率的消耗来换取转速的降低，这类系统的效率较低，且随着转速的降低而降低，这类系统结构简单，设备成本低，仍具有一定的应用价值，例如降电压调速。　　(2)转差功率馈送型调速系统　　转差功率的一部分被消耗掉，大部分则通过变换装置回馈给电网或转化成机械能予以利用，这类系统的效率比转差功率消耗型高，若转差功率由转子侧送入，则可使转速高于同步转速，此类系统只能用于绕线型感应电动

3、机，应用场合受到一定的限制，设备成本高于前一种，例如绕线电动机双馈调速。　　(3)转差功率不变型调速系统　　在这类系统中，无论转速高低，转差功率都为转子铜损，保持不变，因此效率也较高，变极对数调速和变压变频调速属于此类。其中变极对数调速是有级的，应用场合有限。只有变压变频调速应用较广。　　感应电动机的转速表达式为　　其中:s—转差;　　f—电源频率;　　—电机极对数;　　—同步转速。　　由式(1)可知，可以通过改变转差s或同步转速实现调速，转差功率消耗型和转差功率馈送型属于改变转差的调速方法，转差功率不变型属于改变同步转速的调速方法。　　电力传动控制系

4、统的运动方程为:　　由式(2)可知，通过电磁转矩来控制转速的变化率，进而达到控制转速或转角的目的。因此，转矩控制是电力传动系统的根本问题。为了有效地控制电磁转矩，充分利用电机铁芯，必须在控制转矩的同时对磁链(或磁通)进行控制。因为当磁链(或磁通)很小时，即使电流很大，实际转矩仍然很小。何况由于物理条件限定，电流总是有限的。因此，磁链控制与转矩控制同样重要，不可偏废［1］。　　2感应电动机稳态模型及基于稳态模型的控制方法　　2.1感应电动机稳态模型　　根据电机学原理［2］，在下述三个假定条件下:　　·忽略空间和时间谐波;　　·忽略磁饱和;　　·忽略铁损，

5、感应电动机的稳态模型可以用T型等效电路表示，如图１所示。　　图1感应电动机T型等效电路　　各参数定义如下:Rs、Rr′—定子每相电阻和折合到定子侧的转子每相电阻;　　—定子每相漏感和折合到定子侧的转子每相漏感;　　Lm—定子每相绕组产生气隙主磁通的等效电感，即励磁电感;　　Us、ω1—定子相电压和供电角频率;　　Is、Is′—定子相电流和折合到定子侧的转子相电流。　　忽略励磁电流,得到如图2所示的简化等效电路:　　图2感应电动机简化等效电路　　电流公式可表示为　　和较大转矩　　恒压恒频供电时感应电动机的机械特性如图3所示，其中为同步转速。　　图3感应电

6、动机恒压恒频供电时的机械特性　　2.2感应电动机降压恒频调速　　降低供电电压的幅值，保持电源的频率不变，一般称作调压调速，降压恒频调速的特点是同步转速保持不变，每极气隙磁通φm将随定子电压Us的降低而减小，较大转矩Temax将随定子电压Us的降低而成平方的减小，临界静差保持不变，其机械特性如图4所示。当负载转矩恒定时,电磁功率随着转速的降低而增加，而机械功率却随之减小。因此，降压恒频调速属于转差功率消耗型调速方式。　　图4感应电动机降压恒频供电时的机械特性　　降压恒频调速的缺点是机械特性变软，过载能力差，启动转矩减小，转矩负载调速范围小。降压恒频调速主

7、回路结构简单，控制容易，但性能欠佳。随着变频调速技术的发展，降压恒频调速已不作为调速的主要手段，常用于中、大功率感应电动机的降压起动［3］。　　2.3绕线型感应电动机双馈调速　　定子侧供电电源保持额定状态，加大转子回路电阻Rr′即为绕线型感应电动机转子回路串电阻调速，其特点是:同步转速和气隙磁通φm保持不变，较大转矩Temax也保持不变，临界静差随着电阻Rr′的增加而加大。由式(4)可知，当电磁转矩相同时，转子回路电阻与转差之比为常数，绕线型感应电动机转子回路串电阻的机械特性如图5所示。　　图5绕线型感应电动机转子回路串电阻的机械特性　　转子回路电阻越

8、大，转差功率越大，效率越低，为了提高调速系统的效率，可在转子回路串入用功率变换器构成的附加电动