异步电动机调压调速系统

• 控制方式
TVC的变压控制方式
• 可逆和制动控制 电路结构： 电路结构： 采用晶闸管 反并联供电 方式， 方式，实现 异步电动机 可逆和制动。 可逆和制动。
图5-2 采用晶闸管反并联的异步电动机可逆和制动电路
反向运行方式 图5-2所示为采用晶闸管反并联的异步电 动机可逆和制动电路，其中， 动机可逆和制动电路，其中，晶闸管 1~6 控制电动机正转运行，反转时， 控制电动机正转运行，反转时，可由晶闸 提供逆相序电源， 管 1，4 和 7~10 提供逆相序电源，同时也 可用于反接制动。 可用于反接制动。
'2 r
3np
' r
2 ' p s r
(
)
2
（5-3）
式（5 - 3）就是异步电机的机械特性方 程式。它表明，当转速或转差率一定时， 程式。它表明，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。 电磁转矩与定子电压的平方成正比。 这样，不同电压下的机械特性便如图5 这样，不同电压下的机械特性便如图5-4 所示，图中， 表示额定定子电压。 所示，图中，UsN表示额定定子电压。
为了能在恒转矩负载下扩大调速范围， 为了能在恒转矩负载下扩大调速范围，并 使电机能在较低转速下运行而不致过热， 使电机能在较低转速下运行而不致过热，就 要求电机转子有较高的电阻值，这样的电机 要求电机转子有较高的电阻值， 在变电压时的机械特性绘于图5 在变电压时的机械特性绘于图5-5。 显然，带恒转矩负载时的变压调速范围增 显然， 大了，堵转工作也不致烧坏电机， 大了，堵转工作也不致烧坏电机，这种电机 又称作交流力矩电机。 又称作交流力矩电机。
引入转速负反馈，显然使系统静特性的硬度大大 提高了。而影响调速精度，主要因素是α,Kp,Ks，它 们的选择和直流调速系统是类似的。
下面从物理概念上来分析一下静特性的形成。 下面从物理概念上来分析一下静特性的形成。 设开始时，给定电压为Um，负载转矩为TL 设开始时，给定电压为Um，负载转矩为TL 系统工作在⑤ 点上。 系统工作在⑤的a 点上。
Rs Is Us Lls L’lr I’r Lm Lm I0 R’r /s
ω1
图5-3 异步电动机的稳态等效电路
• 参数定义
– Rs、R’r ——定子每相电阻和折合到定子侧的 ——定子每相电阻和折合到定子侧的 转子每相电阻； 转子每相电阻； – Lls、L’lr ——定子每相漏感和折合到定子侧的 ——定子每相漏感和折合到定子侧的 转子每相漏感； 转子每相漏感； – Lm——定子每相绕组产生气隙主磁通的 ——定子每相绕组产生气隙主磁通的 等效电感，即励磁电感； 等效电感，即励磁电感； – Us、ω1 ——定子相电压和供电角频率； ——定子相电压和供电角频率 定子相电压和供电角频率； – s ——转差率。 ——转差率 转差率。
尽管异步力矩电机的机械特性很软， 尽管异步力矩电机的机械特性很软， 但由系统放大系数决定的闭环系统静特 性却可以很硬。 性却可以很硬。 如果采用PI调节器 调节器， 如果采用PI调节器，照样可以做到无 静差。改变给定信号， 静差。改变给定信号，则静特性平行地 上下移动，达到调速的目的。 上下移动，达到调速的目的。
• 交流力矩电机的机械特性
n n0
A B 0.5UsN C UsN 恒转矩负载特性
0.7UsN
O
TL
Te
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图5-5 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
5.3 闭环控制的变压调速系统及其静特性
采用普通异步电机的变电压调速时， 采用普通异步电机的变电压调速时 ， 调 速范围很窄， 速范围很窄 ， 采用高转子电阻的力矩电机 可以增大调速范围，但机械特性又变软， 可以增大调速范围 ， 但机械特性又变软 ， 因而当负载变化时静差率很大（见图5 因而当负载变化时静差率很大（见图5-5）， 开环控制很难解决这个矛盾。 开环控制很难解决这个矛盾。 为此， 对于恒转矩性质的负载， 为此 ， 对于恒转矩性质的负载 ， 要求调 速范围大于D=2 速范围大于 D=2 时 ， 往往采用带转速反馈 的闭环控制系统（见图5 的闭环控制系统（见图5-6a）。
•电流公式
由图可以导出
I =
' r
Us R Rs + C1 + ω12 Lls + C1 L'lr s
' r 2
(
)
2
(5-1)
式中
Rs + jω1 Lls Lls C1 = 1 + ≈ 1+ jω1 Lm Lm
在一般情况下， >>L 在一般情况下，Lm>>Ll1，则，C1 ≈ 1 这 相当于将上述假定条件的第③ 相当于将上述假定条件的第③条改为忽略 铁损和励磁电流。这样， 铁损和励磁电流。这样，电流公式可简化 成 Us ' Is ≈ Ir = ' 2 (5-2) (5 2 Rr Rs + + ω12 (Lls + L'lr ) s
– Ks = Us/Uc 为晶闸管交流调压器和触发装置的 放大系数； 放大系数； 为转速反馈系数； – α = Un/n 为转速反馈系数； – ASR采用PI调节器； ASR采用 调节器 采用PI调节器； – n =f (Us, Te )是式（5-3）所表达的异步电机机 是式（ 械特性方程式，它是一个非线性函数。 械特性方程式，它是一个非线性函数。
Te max =
2ω1 Rs + R + ω ( Lls + L )
2 s 2 1
[
3npU
2 s ' 2 lr
] （ 5-5）
由图5 可见，带恒转矩负载工作时， 由图5-4可见，带恒转矩负载工作时， 普通笼型异步电机变电压时的稳定工作点 为 A、B、C，转差率 s 的变化范围不超 调速范围有限。 过 0 ~ sm ，调速范围有限。如果带风机类 负载运行，则工作点为D 负载运行，则工作点为D、E、F，调速范 围可以大一些。 围可以大一些。
•Y型接法
ia VT1 ua VT2
a)
Ua0 a
b 0
ub VT3 uc c 负载
•∆型接法
ia ua b) ub c uc b 负载
a
• 交流变压调速系统可控电源
•利用晶闸管交流调 压器变压调速 •TVC——双向晶闸 •TVC—— 管交流调压器
~
TVC
M 3~ 图耗制动时， 当需要能耗制动时，可以根据制动电 路的要求选择某几个晶闸管不对称地工作， 路的要求选择某几个晶闸管不对称地工作， 三个器件导通， 例如让 1，2，6 三个器件导通，其余均关 就可使定子绕组中流过半波直流电流， 断，就可使定子绕组中流过半波直流电流， 对旋转着的电动机转子产生制动作用。 对旋转着的电动机转子产生制动作用。必 要时， 要时，还可以在制动电路中串入电阻以限 制制动电流。 制制动电流。
如果负载转矩增至TL’这时电机转速必然下降， 如果负载转矩增至TL’这时电机转速必然下降， 闭环系统进行调节， 闭环系统进行调节，使电机工作在新的特性曲 线③b点 调节过程如下： 调节过程如下：
采用闭环控制时，当负载发生变化后， 采用闭环控制时，当负载发生变化后， 通过速度反馈， 通过速度反馈，自动控制加在电动机定 子上的电压高低。 子上的电压高低。系统的闭环静特性实 际上在各个不同的电压对应的机械特性 上各取一点， 上各取一点，由此组成一条新的比较硬 特性。 的S=f (Te) 特性。
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5.2 异步电动机改变电压时的机械特 性
根据电机学原理，在下述三个假定条件下： 根据电机学原理，在下述三个假定条件下： 忽略空间和时间谐波， 忽略空间和时间谐波， 忽略磁饱和， 忽略磁饱和， 忽略铁损， 忽略铁损， 异步电机的稳态等效电路示于图5 异步电机的稳态等效电路示于图5-3。
• 异步电动机等效电路
3. 系统静态结构
-TL ASR U*n Un Uc Us n
Ks
n=f(Us,Te)
α
图5-7 异步电机闭环变压调速系统的静态结构图
系统静态结构
根据图5 6a所示的原理图 根据图5-6a所示的原理图，可以画出静 所示的原理图， 态结构图，如图5 所示。图中， 态结构图，如图5-7所示。图中，
• 异步电动机机械特性
n n0 sm
恒转矩负载特性 A D C B E 0.5UsN 0.7UsN F UsN 风机类负载特性
O
TL
Temax Te
图5-4 异步电动机不同电压下的机械特性
•最大转矩公式 将式（ 将式 （ 5-3 ） 对 s 求导 ， 并令 dTe/ds=0 ， 可 求导， 并令d /ds 求出对应于最大转矩时的静差率和最大转 矩 ' Rr sm = 2 2 ' 2 Rs + ω1 ( Lls + Llr ) （ 5-4）
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， 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， 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。 电磁装置就被晶闸管交流调压器取代了。 目前， 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， 路中，主电路接法有多种方案，用相位控 制改变输出电压。 制改变输出电压。
• 转矩公式
令电磁功率 Pm = 3Ir'2 Rr' /s ωm1 = ω1 / np 同步机械角转速 极对数， 式中 np —极对数，则异步电机的电磁转矩为
3n U R / s R Te = = I = ' 2 ωm1 ω1 s Rr 2 ' ω1 Rs + +ω1 Lls + Llr s P m