电力拖动自动控制系统—运动控制系统.ppt

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1、电力拖动自动控制系统—运动控制系统第5章基于稳态模型的异步电动机调速系统基于稳态模型的异步电动机调速在基于稳态模型的异步电动机调速系统中，采用稳态等值电路来分析异步电动机在不同电压和频率供电条件下的转矩与磁通的稳态关系和机械特性，并在此基础上设计异步电动机调速系统。基于稳态模型的调速方法常用的基于稳态模型的异步电动机调速方法有调压调速和变压变频调速两类。内容提要异步电动机稳态数学模型和调速方法异步电动机调压调速异步电动机变压变频调速电力电子变压变频器转速开环变压变频调速系统转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统5.1异步电动机稳态数学模型和调速方法异步电动机

2、稳态数学模型包括异步电动机稳态等值电路和机械特性，两者既有联系，又有区别。稳态等值电路描述了在一定的转差率下电动机的稳态电气特性。机械特性则表征了转矩与转差率（或转速）的稳态关系。5.1.1异步电动机稳态数学模型转差率与转速的关系或电动机极对数供电电源频率同步转速异步电动机稳态等效电路图5-1异步电动机T型等效电路假定条件：①忽略空间和时间谐波，②忽略磁饱和，③忽略铁损异步电动机稳态等效电路式中转子相电流（折合到定子侧）异步电动机稳态等效电路图5-2异步电动机简化等效电路忽略励磁电流异步电动机稳态等效电路简化等效电路的相电流异步电动机的机械特性异步电动机传递

3、的电磁功率机械同步角速度异步电动机的机械特性异步电动机的电磁转矩（机械特性方程式）异步电动机的机械特性对s求导，并令最大转矩，又称临界转矩异步电动机的机械特性临界转差率：对应最大转矩的转差率异步电动机的机械特性将机械特性方程式分母展开异步电动机的机械特性当s很小时，忽略分母中含s各项转矩近似与s成正比，机械特性近似为直线异步电动机的机械特性当s较大时，忽略分母中s的一次项和零次项转矩近似与s成反比，机械特性是一段双曲线异步电动机的机械特性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，称作固有特性或自然特性。图5-3异步电动机的机械

4、特性5.1.2异步电动机的调速方法与气隙磁通异步电动机的调速方法所谓调速，就是人为地改变机械特性的参数，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。异步电动机的调速方法由异步电动机的机械特性方程式可知，能够改变的参数可分为3类：电动机参数、电源电压和电源频率（或角频率）。异步电动机的气隙磁通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异步电动机的气隙磁通气隙磁通为了保持气隙磁通恒定，应使或近似为5.2异步电动机调压调速保持电源频率为额定频率，只改变定子电压的调速方法称作调压调速。由于受电动机绝缘和磁路饱和的

5、限制，定子电压只能降低，不能升高，故又称作降压调速。异步电动机调压调速调压调速的基本特征：电动机同步转速保持额定值不变气隙磁通随定子电压的降低而减小，属于弱磁调速。5.2.1异步电动机调压调速的主电路图5-4晶闸管交流调压器调速TVC——双向晶闸管交流调压器a)不可逆电路b)可逆电路5.2.2异步电动机调压调速的机械特性可调调压调速的机械特性表达式电磁转矩与定子电压的平方成正比5.2.2异步电动机调压调速的机械特性临界转差率保持不变理想空载转速保持为同步转速不变5.2.2异步电动机调压调速的机械特性临界转矩随定子电压的减小而成平方比地下降5.2.2异

6、步电动机调压调速的机械特性图5-5异步电动机调压调速的机械特性5.2.2异步电动机调压调速的机械特性带恒转矩负载时，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。5.2.2异步电动机调压调速的机械特性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。均为常数5.2.2异步电动机调压调速的机械特性转差功率随着转差率的加大而增加。带恒转矩负载的降压调速就是靠增大转差功率、减小输出

7、功率来换取转速的降低。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。5.2.2异步电动机调压调速的机械特性增加转子电阻值，临界转差率加大，可以扩大恒转矩负载下的调速范围，这种高转子电阻电动机又称作交流力矩电动机。缺点是机械特性较软。图5-6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5.2.3闭环控制的调压调速系统要求带恒转矩负载的调压系统具有较大的调速范围时，往往须采用带转速反馈的闭环控制系统。图5-7带转速负反馈闭环控制的交流调压调速系统5.2.3闭环控制的调压调速系统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

8、上升，反馈控制作用会自动调整定子电压，使闭环系统工作