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机电运动控制系统 第二章 异步电机的控制 浙江大学电气工程学院贺益康 教授交流电机分类 ?交流电机分 ?异步电机??电机速度永远不等于由电机极对数和供电频率决定 的同步速 同步速的交流电机(与旋转磁场同步) ?同步电机??电机速度永远等于同步速的交流电机(与旋转磁场 同步速 同步)§2-1 异步电动机的调速方法按调速公式分类 n1 - s ns n n ?异步电机是转子速度 永远与同步速 不同、存在转 s 速之差的电机 nn s s? 1 0 0 % ?滑差 反映速度之差,提供转子切割励磁 n s 磁场以感应转子电势、电流,进而产生电磁转矩,实现机 电能量变换,是异步电机中极为重要的变量,反映电机负 载、运行状态,决定异步电机运行特性。§2-1 异步电动机的调速方法 1、变同步速调速60 f 1 nf s ( ?电机供电频率,p?电机极对数) 1 p (1)变频调速 f ?改变电机供电频率,改变旋转磁场同步速,实现转 1 子速度 n 变化 s ?手段:静止变频器,实现无级调速 ?变频调速是本课程重点 (2)变极调速 ?必须同时改变定、转子极对数,故只适用于鼠笼式 鼠笼式异步电机 ?有级调速(多为倍极)§2-1 异步电动机的调速方法 2、变滑差S调速 1 变S调速功率本质 ??控制异步电机转子中滑差功率消耗多少的调速方式 ?功率分配 P ?定子输入功率 1 ?进入气隙电磁功率 P M ?轴上输出机械功率 P 2 ?转子回路滑差功率 P S§2-1 异步电动机的调速方法功率关系PPppT? M 1 cu1 Fe 1T?电磁转矩, ?气隙磁场同步(机械)角速度, 1? 1s ? 转子机械角速度。 1 PPP M 2 S PT 1sT? 2 11sPM PPPSP s M 2 M§2-1 异步电动机的调速 方法 PSP ?结论 s M P P 一定(恒转矩负载时),改变转子内的消耗,改 M s n 变s ,调节; P n ?设法使消耗越多,速度可调节越低,但运行效率越 s 低; s ?只适合于运行有滑差的异步电机。变滑差调速方法?调压调速 (2)变滑差调速方法 ①调压调速 A、机理 ?异步电机T-S曲线 2最大转矩T ?U m 1 R 2 临界转差Sm? xx12U T s ?调节定子电压时,变,不变 1 m m T ?各电压下 曲线与负载曲线交点即运行点 T ?s LU?运行点s? n1变滑差调速方法?调压调速 B、交流调压方法采用双向晶闸管构成的交流固态调压器,并采用速度负 反馈(速度闭环)提高机械特性硬度。 ?速度负反馈调压调速系统变滑差调速方法?调压调速 ?常用三相交流固态调压器对称接法变滑差调速方法?调压调速 ?常用三相交流固态调压器不对称接法变滑差调速方法?调压调速 C、调压调速的特殊问题 ?用于调压调速的异步电机应是高转子电阻电机(高滑差 电机,转子串电阻绕线式异步电机)限制转子发热(滑差功率消耗型调速)软化T-S曲线,扩大调速范围变滑差调速方法?调压调速 ?适合拖动风机/水泵类负载电机 s P ?sP ?转子发热与滑差消耗有关,而 与 调速 s M 范围有关。 n ?风机/水泵调速范围不宽(100~70%),两者特 N 性相配 ?同一套交流调压装置可用作异步电机恒流软起动器 I2 ~ 3 I st 1N变滑差调速方法?串级调速 ③绕线式异步电机串级调速 A、思想 来源于绕线式异步电机转子串电阻调速 ?转子串电阻调速 R ?转子绕组串入三相可调电阻 fRR 2 f 2 s?定子电压不变不变 ,但?T ?U m m 1N xx 12R s T 随 ↑→与负载转矩交点处 ↑ f L → n↓(反之亦然)变滑差调速方法?串级调速 ?从滑差功率消耗看: 23I R ?转子铜损,不可逆消耗 2 2 2 3I R ?转子外接“电阻”上损耗,两种消耗方式: 2 f 2 3I R R?当 为真实电阻时, 不可逆地“真实”消 2 f f 耗??转子串电阻调速 转子串电阻调速 2 3I R ?当 R为“虚拟”电阻(电势形式), “假”消耗。 f 2 f从转子回路吸收:sP? s? nM “假消耗” 向转子回路补充: sP? s? n? M 达到不真实消耗转差功率,又实现调速目的??串级调速 串级调速变滑差调速方法?串级调速 ?串级调速思想:在转子回路中引入与转子同频(滑差频 sf 率 )的转子电势,以吸收或补充滑差功率,从而达到调速 1 的一种方法 E ?关键部件??产生附加电势 的装置,要求: f (A)能“吸收”或“补充”滑差功率 ??必须与转子电势同频, E I 使 与转子电流 可构成 2 f 确定相位关系变滑差调速方法?串级调速 E E 与I 反相位,吸收功率 f f