运动控制学理论资料.ppt

　　将式（5-29）对s求导， 并令dTem/ds=0， 可求出对应于最大转矩时的静差率  和最大转矩 　　 （5-30） （5-31） 　　根据电机稳定运行条件　　　　　　　可知, 在图5-16中， 带恒转矩负载TL工作时， 普通笼形异步电动机变电压时的稳定工作点为A、 B、 C， 转差率s的变化范围不超过0~Sm， 调速范围有限。 如果带风机类负载运行， 则稳定工作点为D、 E、 F， 调速范围可以稍大一些。 采用普通异步电动机的变电压调速时， 调速范围很窄。  　　除了调压调速外， 异步电动机的变压控制在软启动器和轻载降压节能运行中也得到了广泛的应用。  　　常用的三相异步电动机结构简单， 价格便宜， 而且性能良好， 运行可靠。 对于小容量电动机， 只要供电网络和变压器的容量足够大（一般要求比电机容量大4倍以上）， 而供电线路并不太长（启动电流造成的瞬时电压降低于10%~15%）， 可以直接通电启动， 操作也很 简便。 对于容量大一些的电动机， 问题就不这么简单了。 　　在式（5-26）和式（5-29）中已导出异步电动机的电流和转矩方程式， 启动时， s=1， 因此启动电流和启动转矩分别为 (5-32) (5-33) 　　由以上两式不难看出， 在一般情况下， 三相异步电动机的启动电流比较大， 而启动转矩并不大。 中、 大容量电动机的启动电流大， 会使电网压降过大， 影响其他用电设备的正常运行， 甚至使该电动机本身根本启动不起来。 这时， 必须采取措施来降低其启动电流， 常用的 办法是降压启动。  　　由式（5-32）可知， 当电压降低时， 启动电流将随电压成正比地降低， 从而可以避开启动电流的冲击。  　　但是， 式（5-33）又表明， 启动转矩与电压的平方成正比， 启动转矩的减小将比启动电流的降低更快， 降压启动时又会出现启动转矩不够的问题。 为了避免出现此问题， 降压启动只适用于中、 大容量电动机空载（或轻载）启动的场合。传统的降压启动方法有： 星-三角（Y-△）启动、 定子串电阻或电抗启动、 自耦变压器（又称启动补偿器）降压启动等。 它们都是一级降压启动， 启动过程中电流有两次冲击， 其幅值都比直接启动电流低， 而启动过程时间略长， 如图5-17所示， 纵坐标I1/I1N 为最大电流和额定电流之比。  图5-17　异步电动机的启动过程与电流冲击 　　带电流闭环的电子控制软启动器可以限制启动电流并保持恒值， 直到转速升高后电流自动衰减下来, 启动时间也比一级降压启动时间短。 主电路采用晶闸管交流调压器， 连续改变其输出电压来保证恒流启动， 稳定运行时可用接触器使晶闸管旁路， 以免晶闸管长期工作。  　　根据启动时所带负载的大小， 可以调整启动电流以获得最佳的启动效果， 但无论如何调整， 都不宜于满载启动。 负载略重或静摩擦转矩较大时， 可在启动时突加短时的脉冲电流， 以缩短启动时间。 软启动的功能同样也可以用于制动， 以实现软停车。  5.4　逆变器的分类及指标 5.4.1　直接变换 　　所谓直接变换， 就是交流输入通过开关器件与输出连接， 通过开关器件的通断控制， 得到同频率或不同频率的输出交流波形。 不改变输出频率的直接变换器称为交流控制器； 改变输出频率的直接变换器称为周波变换器（Cycloconverter）， 又称为交/交变换（或AC-AC 变换）。 　　周波变换器的输出频率远低于输入频率， 一般取输入交流频率的1/n， n一般取整数。 周波变换器一般采用晶闸管反并联的结构， 或采用双向晶闸管， 通过自然换相关断晶闸管。 直接变换通常应用于大功率（大于100 kW）工业设备。  　　常用的交/交变压变频器输出的每一相都是一个正、 反两组晶闸管可控整流装置反并联的可逆线路。 也就是说， 每一相都相当于一套直流可逆调速系统的反并联可逆线路， 如图5-18(a)所示。  图5-18　交/交变压变频器每一相的可逆线路及正反组工作顺序 　　正、 反两组晶闸管按一定周期相互切换， 在负载上就获得交变的输出电压u0。 u0的幅值取决于各组可控整流装置的控制角α， u0的频率取决于正、 反两组整流装置的切换频率。 如果控制角一直不变， 则输出平均电压是方波， 如图5-18(b)所示。  　　要获得正弦波输出， 就必须在每一组整流装置导通期间不断改变其控制角。 例如， 在正向组导通的半个周期中， 使控制角α由π/2（对应于平均电压u0=0）逐渐减小到0（对应于u0最大）， 然后再逐渐增加到π/2（u0再变为0）， 如图5-19所示。 当α角按正弦规律变化时， 半周中的平均输出电压即为图中虚线所示的正弦波。 对反向组负半周的控制类同。  　　图5-20是单相交