第十 交流调压调速及绕线型异步电动机的串级调速

最大转矩，又称临界转矩
Tem
21 Rs Rs2 12 ( Lls L'lr ) 2

3n pU
2 s

临界转差率：对应最大转矩的转差率
sm
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2 Biblioteka Baidus

2 1 ( Lls

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1.掌握交流调压调速的基本原理和系统构 成。掌握交流感应电动机机械特性的建立 方法。2.掌握双馈调速的基本原理。熟练 专业技术基础课程。 掌握串调系统的主要问题：效率、功率因 教学目的 了解各类电机的基本结构。 数、调速范围和逆变器的容量、起动方式。 理解电机中的能量转换关系。 掌握串调系统的机械特性。掌握速度电流 掌握电机稳态运行时的分析方法和运行性能。 双闭环串级调速系统的基本组成和工作原 理解电机稳态运行时各种参数的物理意义，并 理。 能熟练应用等效电路和相量图。 1.调压调速的控制方法。2.串调系统的运 重 通过实验，掌握电机的基本实验方法和电机 点 行与设计。 使用的基本技能。 1.调压调速控制的机理。2.串调系统的运 难 点 行机理分析。
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异步电动机的机械特性式的分析
当s很小时，忽略分母中含s各项
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3npU s
转矩近似与s成正比，机械特性近似为直线 当s较大时，忽略分母中s的一次项和零次项
Te 3n pU s2 Rr' R 2 2 L L' 2 1s s 1 ls lr 1 s
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闭环控制的调压调速系统静特性
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图10-8 转速闭环控制的交流调压调速系统静特性
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转矩近似与s成反比，机械特性是一段双曲线
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异步电动机的机械特性
图10-3 异步电动机的机械特性
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带恒转矩负载工作时，定子侧输入的电磁功 1TL 率 Pm m1TL np 故电磁功率恒定不变，与转速无关。 转差功率 1TL Ps sPm smTL s np
带恒转矩负载的降压调速就是靠增大转差功 率、减小输出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。
n1 n1N
气隙磁通 随定子电压的降低而减小，属于弱磁调速。
Us Φm 4.44 f1 N s k NS
np
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1. 异步电动机调压调速的主电路
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• 起动转矩与电压的平方成正比，起动转矩的减小 将比起动电流的降低更多，降压起动时又会出现 起动转矩不够的问题。 • 降压起动只适用于中、大容量电动机空载（或轻 载）起动的场合。
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2
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电磁转矩与定子电压的平方成正比 理想空载转速保持为同步转速不变
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教学内容 第一节 异步电动机的调压调速 第二节 绕线型异步电动机的双馈调速
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10.1 异步电动机的调压调速 一、异步电动机稳态数学模型和调速方法
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10.2 绕线转子异步电动机双馈调速 一、绕线转子异步电动机双馈调速工作原理
在双馈调速工作时，绕线型异步电动机 定子侧与交流电网直接连接，转子侧与 交流电源或外接电动势相连，从电路拓 扑结构上看，可认为是在转子绕组回路 中附加一个交流电动势，通过控制附加 电动势的幅值，实现绕线型异步电动机 的调速。
TVC——双向 晶闸管交流 调压器 a) 不可逆电路 b) 可逆电路
图10-4 晶闸管交流调压器调速
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2. 异步电动机调压调速的机械特性 调压调速的机械特性表达式
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2. 异步电动机的调速方法与气隙磁通 （1）异步电动机的调速方法 由异步电动机的机械特性方程式
Te 3n pU s2 Rr' s sR R ' 2 s 2 2 L L' 2 1 s r 1 ls lr
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临界转差率保持不变
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临界转矩
Tem 21 Rs Rs2 12 ( Lls L'lr ) 2

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随定子电压的减小而成平方比地下降
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二、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限制，定子电压 只能降低，不能升高，故又称作降压调速。 调压调速的基本特征：电动机同步转速保持额定 值不变 60 f1N
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简化等效电路的相电流 Us ' Is Ir ' 2 Rr Rs 12 Lls L'lr s


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异步电动机传递的电磁功率
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机械同步角速度
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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）。
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（2）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
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1. 异步电动机的机械特性
图10-2 异步电动机简化等效电路（忽略励磁电流)
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图10-6 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
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3. 闭环控制的调压调速系统
图10-7 带转速负反馈闭环控 制的交流调压调速系统
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(1) 软起动器 三相异步电动机直接接电网起动时，起动电流比 较大，而起动转矩并不大。
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4. 降压控制应用

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异步电动机调压调速的机械特性
图10-5 异步电动机调压调速的机械特性
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Eg 4.44 f1Ns kNS Φm
忽略定子绕组电阻和漏磁感抗压降 气隙磁通
Us Eg 4.44 f1Ns kNS Φm
Φm Eg / f1 Us / f1
Eg f1
为了保持气隙磁通恒定，应使 Us 或近似为 常数
f1
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常数
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第十章 交流调压调速及绕线型异步电动 机的串级调速
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当负载转矩一定时，轻载降压运行有一个最佳电 压值，此时效率最高。
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（2）轻载降压运行 为了减少轻载时的能量损耗，降低定子电 压可以降低气隙磁通，这样可以同时降低 铁损和励磁电流。 过分降低电压和磁通，转子电流必然增大， 定子电流反而可能增加，铁损的降低将被 铜损的增加填补，效率反而更差了。 当负载转矩一定时，轻载降压运行有一个 最佳电压值，此时效率最高。

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3n pU s2 Rr'
R R ' 2 2 L L' 2 1 s r 1 ls lr 中、大容量电动机的起动电流大，会使电网压降
过大，影响其它用电设备的正常运行。 必须采取措施来降低其起动电流，常用的办法是 降压起动。
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异步电动机的电磁转矩（机械特性方程式 ）
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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。