第3章 第1～2节 异步电动机的控制

电机控制课件(第一章至第六章)

第3章 异步电动机的控制3.0 复习基础知识三相交流异步电机的电磁功率、电磁转矩、机械特性。 电磁转矩几种表示方式： 1、物理表达式(电磁表达式)T C T I 2 cos 2' '

2、参数表达式T m1 1 ( R1 R2 s'

U12

2

R2 s' 2

'

3 pU 1

2

R2 s' 2

'

) ( X 1 X 2 )

1 [( R1

R2 s

'

) ( X 1 X 2 ) ]2

3、实用表达式

T

2Tm s sm sm s1

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电动机最大转矩

Tm

3 pU 1 2 1 [ R1 2

2 ' 2

R 1 ( X 1 X 2 ) ]

最大转矩时的临界转差率 4、电磁转矩的功率表达式 转子铜耗 机械功率 5、转速公式PC u sPM2

sm R2'

R 1 ( X 1 X2

' 2

)

2

T

PM 1

P

P (1 s ) PM

n (1 s ) n s

60 f p

(1 s )

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3.1 异步电动机调速方法概述异步电动机的控制，主要是指调速 调速方法： 变极调速、 调压调速、转子串电阻调速、串级调速、 滑差离合器调速、变频调速等 按调速方法分为两类： 1、保持旋转磁场的同步速度 n s 恒定，调节转差率s调速 调压调速、绕线式转子串电阻和串级调速和滑差离合器调速等 2、调节电动机旋转磁场的同步速度ns调速 变极调速和变频调速 变频、调压调速及串级调速与电力电子技术相结合 改善调速性能

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按能量转换类型(转差功率状态)分三类

电磁功率PM--从定子传入转子转差功率Ps--传输给转子电路 与转差率 s 成正比 PM = Pmech + Ps Pmech= (1 – s) PM Ps = sPM 1)转差功率消耗型调速系统 2)转差功率馈送型调速系统

PM T 1

机械功率Pmech--传给负载的有效功率

3)转差功率不变型调速系统

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3.2 异步电机调压调速3.2.1 调压调速的理论基础 异步电动机的电磁转矩与定子电压的平方成正比T U12

改变异步电动机的端电压 改变电机机械特性与负载机械特性的交界点 实现调速 异步电机在不同电压下的机械特性 电压U1>U2>U3TS T L T0

s1 s 2 s 3

稳态转速随定子电压的降低而降低 调压调速的效果与两个因素有关5

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1、调压调速的效果与电机机械特性的形状有关 转子电阻大，临界转差率大，机械特性软 调压时，转速变化明显，调速效果好

电机的转子电阻小，机械特性硬，调速效果不明显采用转子电阻大的电机设计 2、调压调速方法的效果与负载性质有关 适用于风机(包括风扇)、水泵类负载 负载转矩与转速的平方成正比TL n2

(1 s )

2

电压调低，电磁转矩减小，转速降低 PL T L 负载转矩也减小 电机的输出功率显著减小PM T 1 ( T 0 T L ) 1

电磁功率也减小6

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p c u 2 s PM

转子损耗可能有增加

例如： 设转矩之比

s 0 .1TL TL'

s ' 0 .22

(1 s ') (1 s )'

2

0 .8 0 .9 '

2

T ' T

PM T 1

PM T 1T' 2

电磁功率之比 转子铜耗之比

PM PM' '

'

8 T 9 sT sT' '

s PM s PM

0 .2 8 0 .1 9

2

128 81

2

比恒转矩负载时增加得少，电机效率不会变得太低7

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3.2.2调压调速主回路接线方式 单 相 异步电机 星 形 ( Y) 接 法 三相 三 角 形 ( ) 接 法

晶闸管调压调速，主电路的接法有不同的方案 1、单相异步电动机 主、副两套绕组 一套绕组中串接反并联的两个晶闸管(或一个双向晶闸管) 电源端串接反并联的两个晶闸管

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2、三相异步电动机 Y接法： 6个晶闸管两两反并联或3个双向晶闸管，分别串接在 Y接法的三相绕组上。

接法： 6个晶闸管两两反并联或采用3个双向晶闸管串入每线中。 比较： Y接法，电动机三相电压对称，谐波较少，性能最优。 接法，由于3次谐波电压引起的3次谐波电流可以在三相绕 组中自由流通，使得绕组中电流增大，绕组铜耗增大。9

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对触发脉冲的要求： ①三相电路中，至少要有一相正向和另一相反向晶闸管同时导通； ②触发脉冲与相应电源有一定的相序关系，即同步问题； ③各晶闸管触发脉冲间有一定的相位关系 脉冲顺序：VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6 VT1与VT4,VT3与VT6,VT5与VT2相差180° VT1-VT3-VT5及VT4-VT6-VT2互差120° ④脉冲方式有要求，采用双脉冲或宽脉冲 3.2.3 调压调速晶闸管的控制方式 1、通断控制方式――整周波通断方式 晶闸管作为开关 与电源接通几个周波，断开几个周波 改变通断时间比，改变定子电压有效值10

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2、相位控制方式 改变晶闸管的触发相位角α 改变输出电压波形实现调速

晶闸管在每个电源电压周期中选定的时刻与电源接通 改变移相角α,定子电压的有效值随着改变 α增大，导通时间短，输出电压小

比较： 整周波通断方式缺点： ①电源电压的通断，导致电机电流的变化，可能引起转速的波动

②重新通电时，可能会出现电流冲击11

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相位控制方式缺点： ①输出电压中存在高次谐波，高次谐波电流产生附加损耗 产生脉动转矩，噪声增大 ②异步电动机相当于感性负载 当晶闸管触发角α大于电机功率因数角φ时 改变α才能改变电压 若α<φ,电流导通时间为180°,相位控制不起作用

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3.2.4 转速负反馈调压调速系统 提高机械特性的硬度，减小负载和电网电压波动引起的速度波动 1、系统组成

三相异步电动机 触发器、调压主电路转速给定、转速反馈 速度调节器ASR 2、静态结构图Kp转速调节器放大倍数 Ks触发调压装置放

大倍数 α为转速反馈系数 KD电动机传递系数中比例系数13

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3、静特性T=f(n) 静态结构图→转速与给定的关系→电磁转矩实用表达式→ 静特性表达式 画出静特性曲线根据静态结构图 电动机定子电压为n K pK sK D 1 K p K s K D u gn

U 1 K p K s [u gn n ]

K p K s [ u gn (1 s ) n s ]

忽略定子电阻R1,电机的最大转矩为Tm 3 pU 12

2 1 X K

(X K X

1

X 2 )'

电机机械特性的实用表达式T 2T sm s m

s sm14

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T 2(

3 pU 1 2 1 X

2

)(

1 sm s s sm

) (

3 p K p K s [u gn n ]2 2

2

K

1X K2

)(

1 sm s s sm

)

K [u gn n ] sm s s sm

2

令

K

3 pK p K s

2