交流调速部分-复习及习题解答

二、交流调速系统问题2-1：交流调速技术引起人们广泛重视的原因是什么?交流电动机优点，20世纪30年代，交流调速系统存在问题，70年代电子技术发展，高性能交流调速技术的不断涌现：矢量变换控制、直接转矩控制、无速度传感器控制系统、数字化技术等，非线性解耦控制、人工神经网络自适应控制、模糊控制等新的控制策略不断推进。

问题2-2：简述异步电机的工作原理。

三相异步电动机的定子通入对称三相电流产生旋转磁场 → 与静止的转子有相对运动 → 产生感应电动势 →转子导体有感应电流 → 转子导体带电导体在磁场中受电磁力的作用 → 两边同时受到电磁力的作用，产生电磁力矩 →转子转动 → 带动生产机械运动。

问题2-3：设异步电动机运行时，定子电流的须率为f 1，试问此时定子磁势F1、转子磁势F2是多少？请画出异步动电机的等效电路，并按频率折算(折算前后磁动势不变)和绕组折算(折算前后电机内部的电磁性能和功率不变)对相关参数进行折算，最后得出T 形效电路。

问题2-4：请写出异步电动机的电磁关系。

定子输入功率： P 1= P m + P cu1+ P fe定子铜耗：P cu1=3I 12R 1定子铁耗： P Fe = P Fe1=3I 12R 1转子铜耗：P cu2=3I’22R’2电磁功率： P m = P out + P cu2机械损耗：P s 附加损耗： P’f轴上输出功率： P out = P 2 + P s + P’f输出功率： P 2问题2-5：常用的异步电动机调速有哪些？哪些属于转差功率消耗型？哪些属于转差功率不变型？哪些属于转差功率回馈型？① 异步电动机调速方法有：降电压调速、绕线式异步电机转子串电阻调速、串级调速、变极调速、变频调速等。

② 降电压调速、绕线式异步电机转子串电阻调速属于转差功率消耗型③ 串级调速属于转差功率回馈型④ 变极调速、变频调速属于转差功率不变型。

问题2-6：变极调速方法对笼型与绕线式电动机是否都适用，为什么?变极调速只适合于本身具备改变极对数的笼型电动机（双速电动机、三速和四速电动机），它们可以通过改变极对数是用改变定子绕组的接线方式来完成调速，绕线式电动机一般采用转子传电阻或串级调速。

问题2-7：采用改变电动机极对数的方法调速时，改变极对数时，是否只需改变定子输入功率P 1输出功率P 2 效率=电动机定子绕组的联结方式就可以了，还需要注意什么问题？采用改变电动机极对数的方法调速时，改变极对数时，除了需要改变电动机定子绕组的联结方式外，还应注意保持电源的相序不变，即：要对调电源端子。

如：变极前：A→0 B→240℃C→480℃（120℃）变极后：A→0 B→120℃C→240℃与变极前不一致。

应对调B、C 两相，以保证变极前后的电源相序一致。

问题2-8：请简述交流异步电动机变极调速的工作原理，并说明其特点和应用场合。

变极调速是通过改变定子绕组的极对数来改变旋转磁场同步转速进行调速的，是无附加转差损耗的高效调速方式。

改变极对数是用改变定子绕组的接线方式来完成的（双速电动机、三速和四速电动机）这种改变极对数来调速的笼型电动机，通常称为多速感应电动机或变极感应电动机。

缺点：有级调速，而且调速级差大，从而限制了它的使用范围。

特点：具有较硬的机械特性，稳定性良好；无转差损耗，效率高；接线简单、控制方便、价格低；有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。

变极调速适合于：按2～4档固定调速变化的场合，（不需要无级调速的生产机械），如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。

问题2-9：晶闸管交流调压调速系统中，对触发脉冲有何要求，为什么？晶闸管交流调压调速系统中，要求用宽脉冲、双窄脉冲或脉冲列触发，以保证可靠换流，防止直通。

晶闸管是半控器件，只需要用脉冲触发其导通，不需要控制其关断。

问题2-10：请简述交流异步电动机定子调压调速的工作原理，并对三种常用的调压方法进行说明。

当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。

调压调速的主要装置是一个能提供电压变化的电源。

目前常用的调压方式有串联饱和电抗器、自耦变压器以及晶闸管调压等几种。

晶闸管调压方式为最佳。

调压调速的特点：调压调速线路简单，易实现自动控制。

调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中，效率较低。

调压调速一般适用于100KW以下的生产机械。

①通过改变自耦变压器变比，来改变电机电压，从而进行调速。

②通过改变直流励磁电流来控制铁心的饱和程度，改变交流电抗值，改变电机电压，实现降压调速。

饱和，交流电抗小，电机定子电压高。

③通过控制晶闸管的导通角，来调节电动机的端电压，从而进行调速。

问题2-11：在交流异步电动机变压调速系统中，怎样解决调速范围小和机械特性软的问题？在交流异步电动机变压调速系统中，由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，械特性曲线软，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。

为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如专供调压调速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。

为了扩大稳定运行范围，当调速在2：1以上的场合应采用反馈控制以达到自动调节转速目的。

问题2-12：交流调速的主要应用领域有哪些？已普及国民经济各部门的传动领域：⑴冶金机械①轧钢机主传动（大容量、低转速、过载能力强，交交变频调速取代直流调速。

②高炉热风炉鼓风机。

⑵机车牵引：电气机车、电动机车等（不消耗汽油、不排废气、噪声小，将燃油机车改电动机车）。

⑶数控机床：主传动（调速范围宽、静差率小）、进给传动（输出转矩大、动态响应好、定位精度高）采用交流传动，异步电动机或同步电动机取代直流电动机。

⑷矿井提升机：交交变频电源供电（优良的调速性能和位置控制以获得平稳、安全的制动运行，消除失控现象，提高可靠性。

⑸起重、装卸机械：环境恶劣、频繁迅速启动和调速。

⑹原子能及化工设备：使用条件恶劣要求调速范围宽。

⑺建筑电气设备：空调系统、电梯传动、供水系统等。

⑻纺织、食品机械：纺织卷绕机、肉类搅拌机等。

问题2-13：请简述自耦调压器调速的工作原理，并说明其优缺点。

在交流异步电动机变压调速系统中，由于电动机的转矩与电压平方成正比，通过改变自耦变压器变比，来改变电机电压，从而进行调速。

自耦调压器调速可以实现无级调速，但启动转矩也与电压平方成正比，因而只能适合空载启动或者轻载启动。

自耦调压器调速结构简单，但性能指标和经济指标都不高，常用于特殊效功率场合。

问题2-14：请简述串饱和电抗器调压调速的工作原理，并说明其优缺点。

在交流异步电动机变压调速系统中，由于电动机的转矩与电压平方成正比，通过改变直流励磁电流来控制铁心的饱和程度，以改变串接在定子回路中的交流电抗值，从而调节电机定子绕组上得到的电压，实现降压调速。

如铁心饱和，交流电抗小，电机定子电压高，电机升速。

反之则电机减速。

串饱和电抗器调压调速控制简单，但电磁装置太笨重。

问题2-15：请简述晶闸管调压调速的工作原理，并说明其优缺点。

画出几种晶闸管主电路的连接方法，指出他们各自的特点。

在交流异步电动机变压调速系统中，由于电动机的转矩与电压平方成正比，通过控制晶闸管的导通角，来调节电动机的端电压，从而进行调速。

优点：维护方便，噪声小，可以四象限运行。

缺点：电网输入电压为正弦波，但输出电压不为正弦波，谐波大，功率因素低，机械特性软。

解决办法：采用闭环系统。

①三相分支双向控制绕组Y连接：特点：用双脉冲或者宽60°脉冲触发晶闸管SCR，输出含有奇次谐波，绕组Y连接。

如电机绕组带中线，可消取三次谐波电流，但仍然存在其他次谐波，产生脉动转矩和附加损耗。

与其它接法相比，此接法谐波分量最小。

②三相分支双向控制绕组△连接：特点：用双脉冲或者宽60°脉冲触发SCR，输出含有奇次谐波，绕组△连接。

有其它的高次谐波，产生脉动转矩和附加损耗。

③三相分支单向控制绕组Y连接：特点：每一相制用一个用晶闸管和一个二极管反并联，可以降低成本，但各相波形不对称，输出含有偶次谐波，降低了运行性能，所以只用于小容量装置。

④三相△形双向控制绕组△连接特点：晶闸管串接在相绕组回路中，在同等容量下，晶闸管承受的电压高而电流小，适合于电机绕组△连接的情况。

⑤三相零点△连接，单向控制特点：电路简单，晶闸管放在负载后面，可以减小电网浪涌电压对它的冲击，但因为是单向控制奇次、偶次谐波都存在，运行效率稍低。

只适合于小容量电机。

问题2-16：请简述转差离合器调压调速的工作原理，并说明其优缺点。

电磁转差离合器由电枢、磁极和励磁绕组三部分组成。

①电枢和后者没有机械联系，都能自由转动。

②电枢与电动机转子同轴联接称主动部分，由电动机带动；③磁极用联轴节与负载轴对接称从动部分当电枢与磁极均为静止时，如励磁绕组通以直流，则沿气隙圆周表面将形成若干对N、S极性交替的磁极，其磁通经过电枢。

当电枢随拖动电动机旋转时，由于电枢与磁极间相对运动，因而使电枢感应产生涡流，此涡流与磁通相互作用产生转矩，带动有磁极的转子按同一方向旋转，但其转速恒低于电枢的转速N1，这是一种转差调速方式，变动转差离合器的直流励磁电流，便可改变离合器的输出转矩和转速。

电磁调速电动机的调速特点：装置结构及控制线路简单、运行可靠、维修方便；调速平滑、无级调速；对电网无谐影响；速度失大、效率低。

本方法适用于中、小功率，要求平滑动、短时低速运行的生产机械。

问题2-17：请简述绕线式异步电动机转子串电阻调速的工作原理，并说明其优缺点。

绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行，串入的电阻越大，电动机的转速越低。

此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。

属有级调速，机械特性较软。