吴涛中国地质大学机械与电子工程学院自动化教研室

串级调速（变转差率）
调压调速
流＋有源逆变）
②交交变频 交流调压
电流源型
电压源型
①交直交变频
（整流＋无源逆变 ） ②交交变频 ①电流源型 ②电压源型
电
动 机
开关磁阻电动机
变频调速，自控式
注：表中①与②表明两种类型都有，或①，或②。
5.1.2交流调速系统的分类（续1）
开关磁阻电机
图2.1 8/6极SRM结构
V M
系统中的
K s U d / U ct
在 U ct 确定时是不变的；
交流调压调速系统中，不但与
U ct大小有关，还与负载的功率因数角有关；
n f ( U1 ,T ) 是一个复杂的非线性函数，且 n f ( U1 ,T ) 表达式中的参数还
是随着电动机转速的变化而大幅变化，且也呈非线性。
2 14 2 f y ( , t ) IWy cost cos IWy cost cos3 2 3 2 14 2 IWy cost cos5 ... f y1 f y 3 f y 3 5 2
4
2 f y1 IWy cost cos Fy1 cos 2
5.2.5
交流调压调速系统的制动
交流调压调速系统在需要制动时，通常采用在定子绕组中通入直流电流 的 Id “能耗制动”方法。定子绕组Id I F


d
A
FA
S

A
FB

B
C
a)
B
CF C
b)
FA
FB
0.9 N s k N1 Fs 3 Id p
5.1.2交流调速系统的分类
电动机类别 绕线式转子 异 步 电 动 机 鼠笼式转子 感应电动机 ①变频调速，他控式 ②变频调速，矢量控 制 同 步 常规意义 同步电动机 无换向器电机 无刷直流电动机 变频调速，自控式 变频调速，自控式 ①交直交变频（可 控整流＋有源逆变） ②交交变频 交直交变频 交直交，（单极性 脉动电流） 电压源型 电流源型 感应电动机 调速原理 变换器形式 ①交直交变频（整 变换器的 电源特性
无刷直流电动机
5.1.2交流调速系统的分类（续2）

B
a
Z

A
a
③
iA eA
④
N
X
②
N
i
A
n
T
e
S
B
n
T
S
C
C
Y
b
⑤ ⑥
①
c
a)
b)
+ -
电机本体 定子－－m相，集中（或分布）绕组， 功率变换器
转子－－永磁，梯形波磁密，图a
控制系统 永磁无刷直流电动机
BQ
位置检测器
5.1.3 异步电动机调速系统的分类
交流电机几个重要概念复习（续10）
3、等效电路和电磁关系
U 1 E1 I 1 (r1 jx1 )
E1 I 0 (rm jxm )
r2' ' E I ( jx2 ) s
' 2





E 1 E2
' 2
' 2


'
I1 I I 0

第 5章
交流电机几个重要概念复习（续9）
三相合成磁势为:
f1 ( , t ) f a f b f c 3 F1 cos( t ) 2
•结论：三相对称交流绕组通过三相对称电流时将`。 •旋转磁势的幅值为: 旋转磁势的转速为n = 60f/p
F1
3 F1 1.35(WI / p)k w 2
第5章 异步电动机调压调速系统
吴涛 中国地质大学
机械与电子工程学院自动化教研室
交流电机几个重要概念复习
1、交流电机定子绕组的感应电势（交流电机中电枢绕组指定子部分）以同步电机为例
交流电机几个重要概念复习（续1）
导体中的感应电势 ： ex(t) = Bxlv = Bmsin(wt)lv = Bmsin(wt)lv
5.1.4 现代交流调速系统发展趋势
1、控制理论和控制技术的研究和开发
2、变频器主电路拓扑结构研究 3、PWM模式改进与优化 4、中压变频装置研究与开发
5.2
鼠笼型异步电动机。
异步电动机调压调速系统
异步电动机调压调速系统常称之为交流调压调速系统，又有简称之为交调系统，该系统使用的电动机一般是
5.2.1 异步电动机调压时的开环机械特性
/s 3 pU12 R2 T 2 2 / s x1 x2 ] 1[ R1 R2
s
0
Tl 2
U1 / U N 1.0
U1 / U N 0.707
A B
sm U1 / U N 0.5
T
1 Tl1
Tm
异步电动机调压调速时的开环机械特性
低转差率电动机 交流力矩电动机
n
A SR
* Un
U ct
t
TL
n
n0
* Un 1 * Un 2 * Un 3
U1N 时的
机械特性
+
KS
U1
n f (U1 , T )
-
Un

a)
图5-8 异步电动机调压调速系统稳态结构图及静特性
U1 min
时的机 械特性
* Un 4
0
b)
T
该系统与直流系统有许多本质上的不同之处 ： 直流电动机
0.9 N s k N 1 Fs 1.5 Id p
图5-9 异步电动机能耗制动时绕组通直流的接线方式及合成磁势基波幅值
•旋转磁势的转向:由带有超前电流的相转向带有滞后电流的相。当某相电流达到最大值时，旋转磁势的波幅刚好 转到该线绕组的轴线上。改变旋转磁场转向的方法：调换任意两相电源线（改变相序）
•同步转速的概念：电源频率f=50Hz,旋转磁势的转速为某些固定值，如二极电机为3000r/min;这些固定的转速叫
同步转速。
以忽略不计，一个气隙上消耗的磁势为：fy=Wyiy/2
交流电机几个重要概念复习（续4）
A
fy
X
i
fy iWy/2 -π/2 π/2
Wy
A
3π/2 A
α
X
交流电机几个重要概念复习（续5）
如果通过线圈的电流为正弦波: 则矩形波的高度也随时间将按正弦变化。 整距集中绕组产生的磁势是一个位置固定，幅值随时间按正弦变化的矩形脉振磁势。脉振磁势可以表示为:
5.2.3 调压调速系统的系统原理图
～
* Un
A SR

U ct
VVC
M 3~
Un
TG
n
异步电动机速度单闭环调压调速系统原理图
+ +
* Un
* 电流限定 U im
～
+ +
U n
A SR
-
+
U ct
Un
TG
M 3~
图5-7
带电流限流环节的单闭环调压调速系统
5.2.4 系统稳态结构图及其静特性
1.异步电动机功率(能量)图
输入功率
电磁功率
总机械功率
输出功率
P 1
定子 铜耗
Pm pCu 2 pFe
铁耗
Pmec
pCu 2 p
P2 pmec
P 1 P m
Pmec P2
Ps
b)
a)
附加 风摩 转子铜耗 损耗 损耗
图5-1 异步电动机的功率图 a)详细的 2.按主要特征称呼 b)简化的
常见的异步电动机调速类别有：①调压调速；②电磁转差离合器调速；③绕线转子转子回路串电阻调速； ④串级调速；⑤变极调速；⑥变频调速；⑦定子回路串电抗调速。
3.按所改变的物理量分
5.1.3 异步电动机调速系统的分类（续1）
n 60 f1 ，可把异步电动机分成三类： 1 s p
根据异步电动机转速公式
变频调速。改变量是电源频率 f1，上述的第⑥种； 变极调速。改变量是电机的极对数
p ，上述的第⑤种；
变转差率调速。改变量是电机的转差率，上述的①、②、③、④、⑦五种。
i y 2 I cost
2 fy IWy cost Fy cost 2 f y Fy cost
脉振磁势的幅值:


2
2 3 2 2


2 Fy IWy 2
交流电机几个重要概念复习（续6）
（2）矩形脉振磁势波的分解 按照富立叶级数分解的方法可以把矩形波分解为基波和一系列谐波。 fy1称为基波磁通势
基波磁通势最大幅值
4
Fy1
2 I yWy 0.9 I yWy 2
4
交流电机几个重要概念复习（续7）
（3）整距分布绕组的磁势 单个线圈产生矩形脉振磁势，取其基波为正弦脉振磁势；q个正弦脉振磁势在空间依次错开一个槽距角α。 线圈组的磁势等于q个线圈磁势在空间的叠加，其叠加方法类似于感应电势的叠加。 •结论：线圈组的磁势为: Fq1=qFy1kq=0.9qWyIykq 绕组的分布系数:
5.2.2 调压调速主电路
～ ～
～ ～ ～
Ls
+ b a) c)
M 3~
a)
M
~
M 3~
c)
b)
图5-4 早期的异步电动机调压调速原理电路图 自耦变压器降压 分段电抗器降压 饱和电抗器降压
5.2.2 调压调速主电路（续）
A B