第1頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)第二篇交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)第2頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)容提要※緒論※交流調(diào)速系統(tǒng)的主要類型※交流變壓調(diào)速系統(tǒng)※交流變頻調(diào)速系統(tǒng)※*繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)—轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)第二篇交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)第3頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論發(fā)展及現(xiàn)狀

直流電力拖動(dòng)和交流電力拖動(dòng)在19世紀(jì)先后誕生。在20世紀(jì)上半葉的年代里，鑒于直流拖動(dòng)具有優(yōu)越的調(diào)速性能，高性能可調(diào)速拖動(dòng)都采用直流電機(jī)，而約占電力拖動(dòng)總?cè)萘?0%以上的不變速拖動(dòng)系統(tǒng)則采用交流電機(jī)，分工在一段時(shí)期內(nèi)已成為一種舉世公認(rèn)的格局。交流調(diào)速系統(tǒng)的多種方案雖然早已問世，并已獲得實(shí)際應(yīng)用，但其性能卻始終無法與直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵。第4頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論發(fā)展及現(xiàn)狀（續(xù)）

直到20世紀(jì)60~70年代，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，使得采用電力電子變換器的交流拖動(dòng)系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)，特別是大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制的出現(xiàn)，高性能交流調(diào)速系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生，一直被認(rèn)為是天經(jīng)地義的交直流拖動(dòng)按調(diào)速性能分工的格局終于被打破了。第5頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論直流、交流調(diào)速比較

1、直流電機(jī)工藝復(fù)雜、增加直流電機(jī)成本。2、換向器的換向能力限制了直流電機(jī)的容量和速度。3、電刷的火花限制了直流電機(jī)的安裝和使用環(huán)境。4、直流電機(jī)的大部分功率通過換向器流入電樞的轉(zhuǎn)子發(fā)熱多，電機(jī)效率低。（中大容量電機(jī)需要強(qiáng)迫風(fēng)冷或水冷）5、換向器和電刷的磨損降低的可靠性。第6頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論直流、交流調(diào)速比較（續(xù)）

交流電機(jī)控制比較復(fù)雜，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，安裝環(huán)境要求低適用于易燃易爆環(huán)境，交流拖動(dòng)取代直流可調(diào)拖動(dòng)的呼聲越來越強(qiáng)烈，交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當(dāng)前電力拖動(dòng)控制的主要發(fā)展方向。實(shí)際應(yīng)用中交流調(diào)速系統(tǒng)在以下幾個(gè)方面優(yōu)于直流調(diào)速系統(tǒng)。第7頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論直流、交流調(diào)速比較（續(xù)）交流調(diào)速

1、大功率負(fù)載情況下，電力機(jī)車、卷揚(yáng)機(jī)等控制系統(tǒng)。2、高速運(yùn)行的場(chǎng)合，高速電鉆、離心機(jī)等控制轉(zhuǎn)速達(dá)數(shù)千到上萬。3、易燃、易爆、多塵環(huán)境。4、中壓（6-10KV）調(diào)速系統(tǒng)可以節(jié)省變電站容量。第8頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論為什么交流調(diào)速系統(tǒng)100年才發(fā)展起來1、交流調(diào)速系統(tǒng)的難點(diǎn)和復(fù)雜性，難點(diǎn)來自轉(zhuǎn)矩控制困難。交流電機(jī)是一個(gè)多輸入多輸出、非線性、強(qiáng)耦合且時(shí)變的被控對(duì)象。電機(jī)轉(zhuǎn)矩為

第9頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論轉(zhuǎn)矩控制的難點(diǎn)：

（1）

是由定子電流和轉(zhuǎn)子電流共同產(chǎn)生（2）

和是兩個(gè)耦合的變量，對(duì)一般的鼠籠電機(jī)是無法測(cè)量的，無法直接控制。（3）

是與轉(zhuǎn)速相關(guān)的時(shí)變量，隨溫度變化，隨之變化。上式是由穩(wěn)態(tài)等值電路推導(dǎo)的平均轉(zhuǎn)矩，更何況瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩。第10頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論2、電力電子器件發(fā)展的限制3、調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)和成本的限制

交流調(diào)速系統(tǒng)技術(shù)的突破及發(fā)展現(xiàn)狀。20世紀(jì)70年代石油危機(jī)席卷全球節(jié)能問題變得日益重要，發(fā)現(xiàn)占電機(jī)用電量一半以上的風(fēng)機(jī)，泵類負(fù)載利用閥門和擋板調(diào)節(jié)流量和壓力，浪費(fèi)大量電能，迫使先進(jìn)工業(yè)國家，投入大量的人力和財(cái)力進(jìn)行高效和高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)的研究。第11頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論1）電力電子技術(shù)和脈寬調(diào)制的發(fā)展：

電力電子器件的不斷進(jìn)步，為交流電機(jī)控制系統(tǒng)的完善提供了物質(zhì)保證，絕緣柵雙極性晶體管的實(shí)用化，為高頻化PWM技術(shù)成為可能，目前電力電子正向高壓，大功率、高頻化、組合化、智能化。2）應(yīng)用矢量控制技術(shù)和現(xiàn)代控制理論：交流電機(jī)是一個(gè)多變量、非線性的被控對(duì)象，過去從電機(jī)穩(wěn)態(tài)方程出發(fā)研究其控制特性，動(dòng)態(tài)效果不理想。20世紀(jì)70年代提出矢量變換的第12頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論方法研究電機(jī)的動(dòng)態(tài)控制過程，不但控制其大小而且控制其相位，利用狀態(tài)重構(gòu)和估計(jì)的現(xiàn)代控制概念實(shí)現(xiàn)交流電機(jī)磁通和轉(zhuǎn)矩的重構(gòu)和解耦控制。（1坐標(biāo)變換矢量控制系統(tǒng)（2轉(zhuǎn)差頻率矢量控制系統(tǒng)（3直接和間接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)3）計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展（1交流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)即可用專門硬件電路也可用總線形式，或單片機(jī)組成最小目標(biāo)系統(tǒng)，復(fù)雜的系統(tǒng)可采用微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器。（2數(shù)字仿真和輔助設(shè)計(jì)。第13頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論4）高精度的交流電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制坐標(biāo)矢量變換控制系統(tǒng)機(jī)械和電磁解耦特性是通過參考坐標(biāo)系放在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)上來實(shí)的，構(gòu)成運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)在電流環(huán)和速度環(huán)外加上位置環(huán)，調(diào)整困難，在解耦的基礎(chǔ)上提出了以下方法（1）滑模變結(jié)構(gòu)控制（不需要精確建模，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，動(dòng)靜態(tài)性能優(yōu)良）（2）最優(yōu)位置控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)）第14頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論5）開發(fā)新型電機(jī)和無機(jī)械傳感器技術(shù)小功率運(yùn)動(dòng)控制中得到重視和應(yīng)用的永磁同步電機(jī)。目前研究和發(fā)展的開關(guān)磁阻電機(jī)。為滿足高性能的調(diào)速，閉環(huán)控制必不可少，為實(shí)現(xiàn)位置和速度控制，用測(cè)速電機(jī)和光電碼盤來檢測(cè)信號(hào)，傳感器的安裝，帶來了系統(tǒng)成本的增加體積增大、可靠性降低、易受環(huán)境的影響，使得成本合理、性能優(yōu)良的無速度傳感器交流系統(tǒng)成為研究的熱點(diǎn)，該技術(shù)是在電機(jī)轉(zhuǎn)子和機(jī)座上不安裝電磁或光電傳感器的情況下、第15頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論

利用檢測(cè)到的電壓電流和電機(jī)的數(shù)學(xué)模型推出電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置和速度的技術(shù)、有不改變電機(jī)、省去機(jī)械傳感器、降低維護(hù)費(fèi)用，不怕粉塵、潮濕的環(huán)境的特點(diǎn)。交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域主要有三個(gè)方面：■一般性能的節(jié)能調(diào)速■高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)■特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速第16頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論

1.一般性能的節(jié)能調(diào)速

在過去大量的所謂“不變速交流拖動(dòng)”中，風(fēng)機(jī)、水泵等通用機(jī)械的容量幾乎占工業(yè)電力拖動(dòng)總?cè)萘康囊话胍陨?，其中有不少?chǎng)合并不是不需要調(diào)速，只是因?yàn)檫^去的交流拖動(dòng)本身不能調(diào)速，不得不依賴擋板和閥門來調(diào)節(jié)送風(fēng)和供水的流量，因而把許多電能白白地浪費(fèi)了。

如果換成交流調(diào)速系統(tǒng)，把消耗在擋板和閥門上的能量節(jié)省下來，每臺(tái)風(fēng)機(jī)、水泵平均都可以節(jié)約20~30%以上的電能，效果是很可觀的。但風(fēng)機(jī)、水泵的調(diào)速范圍和對(duì)動(dòng)態(tài)快速性的要求都不高，只需要一般的調(diào)速性能。第17頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論

2.高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)許多在工藝上需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械過去多用直流拖動(dòng)，鑒于交流電機(jī)比直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、工作可靠、維護(hù)方便、慣量小、效率高，如果改成交流拖動(dòng)，顯然能夠帶來不少的效益。但是，由于交流電機(jī)原理上的原因，其電磁轉(zhuǎn)矩難以像直流電機(jī)那樣通過電樞電流施行靈活的實(shí)時(shí)控制。

第18頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論

高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)（續(xù)）

20世紀(jì)70年代初發(fā)明了矢量控制技術(shù)，或稱磁場(chǎng)定向控制技術(shù)，通過坐標(biāo)變換，把交流電機(jī)的定子電流分解成轉(zhuǎn)矩分量和勵(lì)磁分量，用來分別控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和磁通，就可以獲得和直流電機(jī)相仿的高動(dòng)態(tài)性能，從而使交流電機(jī)的調(diào)速技術(shù)取得了突破性的進(jìn)展。

其后，又陸續(xù)提出了直接轉(zhuǎn)矩控制、解耦控制等方法，形成了一系列可以和直流調(diào)速系統(tǒng)媲美的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng)。第19頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論

3.特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速

直流電機(jī)的換向能力限制了它的容量轉(zhuǎn)速積不超過106

kW·r/min，超過這一數(shù)值時(shí)，其設(shè)計(jì)與制造就非常困難了。交流電機(jī)沒有換向器，不受這種限制，因此，特大容量的電力拖動(dòng)設(shè)備，如厚板軋機(jī)、礦井卷揚(yáng)機(jī)等，以及極高轉(zhuǎn)速的拖動(dòng)，如高速磨頭、離心機(jī)等，都以采用交流調(diào)速為宜。第20頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論

◆交流調(diào)速系統(tǒng)的主要類型

交流電機(jī)主要分為異步電機(jī)（即感應(yīng)電機(jī)）和同步電機(jī)兩大類，每類電機(jī)又有不同類型的調(diào)速系統(tǒng)?，F(xiàn)有文獻(xiàn)中介紹的異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)種類繁多，可按照不同的角度進(jìn)行分類。第21頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論

●按電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法分類

常見的交流調(diào)速方法有：①降電壓調(diào)速；②轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速；③轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速；④繞線電機(jī)串級(jí)調(diào)速或雙饋電機(jī)調(diào)速；⑤變極對(duì)數(shù)調(diào)速；⑥變壓變頻調(diào)速等等其中，

①~

④為變S（轉(zhuǎn)差率）調(diào)速。第22頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論

●按電動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換類型分類按照交流異步電機(jī)的原理，從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率可分成兩部分：一部分是拖動(dòng)負(fù)載的有效功率，稱作機(jī)械功率；另一部分是傳輸給轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)差功率，與轉(zhuǎn)差率s成正比。PmechPmPs第23頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論

即

Pm=Pmech+Ps

Pmech=(1–s)Pm

Ps=sPm

從能量轉(zhuǎn)換的角度上看，轉(zhuǎn)差功率是否增大，是消耗掉還是得到回收，是評(píng)價(jià)調(diào)速系統(tǒng)效率高低的標(biāo)志。從這點(diǎn)出發(fā)，可以把異步電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)分成三類。第24頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論

1.轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)這種類型的全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成熱能消耗在轉(zhuǎn)子回路中，上述的第①、②、③三種調(diào)速方法都屬于這一類。在三類異步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，這類系統(tǒng)的效率最低，而且越到低速時(shí)效率越低，它是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來換取轉(zhuǎn)速的降低的（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)）?？墒沁@類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備成本最低，所以還有一定的應(yīng)用價(jià)值。第25頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論

2.轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)在這類系統(tǒng)中，除轉(zhuǎn)子銅損外，大部分轉(zhuǎn)差功率在轉(zhuǎn)子側(cè)通過變流裝置饋出或饋入，轉(zhuǎn)速越低，能饋送的功率越多，上述第④種（繞線電機(jī)串級(jí)調(diào)速）調(diào)速方法屬于這一類。無論是饋出還是饋入的轉(zhuǎn)差功率，扣除變流裝置本身的損耗后，最終都轉(zhuǎn)化成有用的功率，因此這類系統(tǒng)的效率較高，但要增加一些設(shè)備。第26頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論

3.轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)在這類系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)差功率只有轉(zhuǎn)子銅損，而且無論轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率基本不變，因此效率更高，上述的第⑤、⑥兩種調(diào)速方法屬于此類。其中變極對(duì)數(shù)調(diào)速是有級(jí)的，應(yīng)用場(chǎng)合有限。只有變壓變頻調(diào)速應(yīng)用最廣，可以構(gòu)成高動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速系統(tǒng)，取代直流調(diào)速；但在定子電路中須配備與電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)淖儔鹤冾l器，相比之下，設(shè)備成本最高。第27頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論

●

同步電機(jī)的調(diào)速

同步電機(jī)沒有轉(zhuǎn)差，也就沒有轉(zhuǎn)差功率，所以同步電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)只能是轉(zhuǎn)差功率不變型（恒等于0）的，而同步電機(jī)轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)又是固定的，因此只能靠變壓變頻調(diào)速，沒有像異步電機(jī)那樣的多種調(diào)速方法。在同步電機(jī)的變壓變頻調(diào)速方法中，從頻率控制的方式來看，可分為他控變頻調(diào)速和自控變頻調(diào)速兩類。第28頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論

●

同步電機(jī)的調(diào)速

自控變頻調(diào)速利用轉(zhuǎn)子磁極位置的檢測(cè)信號(hào)來控制變壓變頻裝置換相，類似于直流電機(jī)中電刷和換向器的作用，因此有時(shí)又稱作無換向器電機(jī)調(diào)速，或無刷直流電機(jī)調(diào)速。

開關(guān)磁阻電機(jī)是一種特殊型式的同步電機(jī)，有其獨(dú)特的比較簡(jiǎn)單的調(diào)速方法，在小容量交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中很有發(fā)展前途。第29頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論

◆

交流調(diào)速系統(tǒng)的組成（通稱運(yùn)動(dòng)控制）

晶閘管或大功率晶體管組成功率變換器控制電路電源UN、fN（恒定）給定提供U、I、f~M執(zhí)行器部分為執(zhí)行器提供可控的電源控制部分--對(duì)執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)控制和管理第30頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論

●功率變換器組成：

AC/DC整流器DC/AC逆變器DC/DC斬波器—調(diào)壓AC/AC直接變頻—交-交變頻器

調(diào)壓—降壓器串級(jí)交-直變頻器第31頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月第五章閉環(huán)控制的異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速系統(tǒng)

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一種轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)

本章提要?異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速電路?異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性?閉環(huán)控制的變壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性第32頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-1

異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速電路

變壓調(diào)速是異步電機(jī)調(diào)速方法中比較簡(jiǎn)便的一種。由電力拖動(dòng)原理可知，當(dāng)異步電機(jī)等效電路的參數(shù)不變時(shí)，在相同的轉(zhuǎn)速下，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比，因此，改變定子外加電壓就可以改變機(jī)械特性的函數(shù)關(guān)系，從而改變電機(jī)在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。第33頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-1異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速電路

過去改變交流電壓的方法多用自耦變壓器或帶直流磁化繞組的飽和電抗器，自從電力電子技術(shù)興起以后，這類比較笨重的電磁裝置就被晶閘管交流調(diào)壓器取代了。目前，交流調(diào)壓器一般用三對(duì)晶閘管反并聯(lián)或三個(gè)雙向晶閘管分別串接在三相電路中，主電路接法有多種方案，用相位控制改變輸出電壓。第34頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月Y型接法0負(fù)載abca)uaubuciaUa0VT1VT2VT3

§5-1異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速電路第35頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

型接法負(fù)載b)abcuaubucia§5-1

異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速電路第36頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

交流變壓調(diào)速系統(tǒng)可控電源M3~~TVC利用晶閘管交流調(diào)壓器變壓調(diào)速TVC——雙向晶閘管交流調(diào)壓器圖5-1利用晶閘管交流調(diào)壓器變壓調(diào)速

§5-1

異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速電路第37頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

控制方式TVC的變壓控制方式§5-1

異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速電路第38頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月電路結(jié)構(gòu)：

采用晶閘管反并聯(lián)供電方式，實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)可逆和制動(dòng)。圖5-2采用晶閘管反并聯(lián)的異步電動(dòng)機(jī)可逆和制動(dòng)電路

可逆和制動(dòng)控制§5-1

異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速電路第39頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

反向運(yùn)行方式

圖5-2所示為采用晶閘管反并聯(lián)的異步電動(dòng)機(jī)可逆和制動(dòng)電路，其中，晶閘管1~6控制電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)運(yùn)行，反轉(zhuǎn)時(shí)，可由晶閘管1，4和7~10提供逆相序電源，同時(shí)也可用于反接制動(dòng)?！?-1

異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速電路第40頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-1

異步電動(dòng)機(jī)變壓調(diào)速電路制動(dòng)運(yùn)行方式當(dāng)需要能耗制動(dòng)時(shí)，可以根據(jù)制動(dòng)電路的要求選擇某幾個(gè)晶閘管不對(duì)稱地工作，例如讓1，2，6三個(gè)器件導(dǎo)通，其余均關(guān)斷，就可使定子繞組中流過半波直流電流，對(duì)旋轉(zhuǎn)著的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制動(dòng)作用。必要時(shí)，還可以在制動(dòng)電路中串入電阻以限制制動(dòng)電流。第41頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-2

異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性

根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，在下述三個(gè)假定條件下：忽略空間和時(shí)間諧波，忽略磁飽和，忽略鐵損，

異步電機(jī)的穩(wěn)態(tài)等效電路示于圖5-3。第42頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

異步電動(dòng)機(jī)等效電路§5-2

異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性定子每相電阻、漏感折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻、漏感，s為轉(zhuǎn)差率定子每相繞組產(chǎn)生氣隙主磁通的等效電感，即勵(lì)磁電感定子相電壓和供電角頻率第43頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月電流公式由圖可以導(dǎo)出(5-1)

式中§5-2

異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性第44頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-2

異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性

在一般情況下，Lm

Ll1，則，C1

1這相當(dāng)于將上述假定條件的第③條改為忽略鐵損和勵(lì)磁電流。這樣，電流公式可簡(jiǎn)化成(5-2)第45頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

轉(zhuǎn)矩公式令電磁功率Pm=3Ir'2Rr'/s

同步機(jī)械角轉(zhuǎn)速

m1=

1/np式中np—極對(duì)數(shù)，則異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為（5-3）§5-2

異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性第46頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-2

異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性

式（5-3）就是異步電機(jī)的機(jī)械特性方程式。它表明，當(dāng)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率一定時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比。

這樣，不同電壓下的機(jī)械特性便如圖5-4所示，圖中，UsN表示額定定子電壓。第47頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性TeOnn0TemaxsmTLUsN0.7UsNABCFDE0.5UsN風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性圖5-4異步電動(dòng)機(jī)不同電壓下的機(jī)械特性§5-2

異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性第48頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月最大轉(zhuǎn)矩公式

將式（5-3）對(duì)s求導(dǎo)，并令dTe/ds=0，可求出對(duì)應(yīng)于最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)差率和最大轉(zhuǎn)矩（5-4）（5-5）§5-2

異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性第49頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-2

異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性

由圖5-4可見，帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載工作時(shí)，普通籠型異步電機(jī)變電壓時(shí)的穩(wěn)定工作點(diǎn)為A、B、C，轉(zhuǎn)差率

s

的變化范圍不超過0~sm

，調(diào)速范圍有限。如果帶風(fēng)機(jī)類負(fù)載運(yùn)行，則工作點(diǎn)為D、E、F，調(diào)速范圍可以大一些。第50頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性TeOnn0TemaxsmTLUsN0.7UsNABCFDE0.5UsN風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性圖5-4異步電動(dòng)機(jī)不同電壓下的機(jī)械特性§5-2

異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性第51頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-2

異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性

為了能在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下擴(kuò)大調(diào)速范圍，并使電機(jī)能在較低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行而不致過熱，就要求電機(jī)轉(zhuǎn)子有較高的電阻值，這樣的電機(jī)在變電壓時(shí)的機(jī)械特性繪于圖5-5。顯然，帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)的變壓調(diào)速范圍增大了，堵轉(zhuǎn)工作也不致燒壞電機(jī)，這種電機(jī)又稱作交流力矩電機(jī)。第52頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月

交流力矩電機(jī)的機(jī)械特性TeOnn0UsN0.7UsNABCTL0.5UsN恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性圖5-5高轉(zhuǎn)子電阻電動(dòng)機(jī)（交流力矩電動(dòng)機(jī)）在不同電壓下的機(jī)械特性

§5-2

異步電動(dòng)機(jī)改變電壓時(shí)的機(jī)械特性第53頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-3閉環(huán)控制的變壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性

采用普通異步電機(jī)的變電壓調(diào)速時(shí)，調(diào)速范圍很窄，采用高轉(zhuǎn)子電阻的力矩電機(jī)可以增大調(diào)速范圍，但機(jī)械特性又變軟，因而當(dāng)負(fù)載變化時(shí)靜差率很大（見圖5-5），開環(huán)控制很難解決這個(gè)矛盾。為此，對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載，要求調(diào)速范圍大于D=2時(shí)，往往采用帶轉(zhuǎn)速反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)（見圖5-6a）。第54頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月1.系統(tǒng)組成圖5-6帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)控制的交流變壓調(diào)速系統(tǒng)ASRU*n+-UnGT+M3~TGa)原理圖

--~Ucn§5-3閉環(huán)控制的變壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性第55頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月2.系統(tǒng)靜特性TeOnn0TLUsNAA’A’’Usmin恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性圖5-6b閉環(huán)控制變壓調(diào)速系統(tǒng)的靜特性U*n3U*n1U*n2§5-3閉環(huán)控制的變壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性第56頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-3閉環(huán)控制的變壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性

圖5-6b所示的是閉環(huán)控制變壓調(diào)速系統(tǒng)的靜特性。當(dāng)系統(tǒng)帶負(fù)載在A點(diǎn)運(yùn)行時(shí)，如果負(fù)載增大引起轉(zhuǎn)速下降，反饋控制作用能提高定子電壓，從而在右邊一條機(jī)械特性上找到新的工作點(diǎn)A’。同理，當(dāng)負(fù)載降低時(shí)，會(huì)在左邊一條特性上得到定子電壓低一些的工作點(diǎn)

A’’。第57頁，課件共64頁，創(chuàng)作于2023年2月§5-3閉環(huán)控制的變壓調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性

按照反饋控制規(guī)律，將A’’、A、A’連接起來便是閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性。盡管異步電機(jī)的開環(huán)機(jī)械特性和直流電機(jī)的開環(huán)特性差別很大，但是在不同電壓的開環(huán)機(jī)械特性上各取一個(gè)相應(yīng)的工作點(diǎn)，連接起來便得到閉環(huán)系統(tǒng)靜特性，這樣的分析方法對(duì)兩種電機(jī)是完全一致的。第58頁，課件共64頁