交流调压调速系统

1、第章交流调压调速系统第一页，共65页。内容提要内容提要n概述概述n交流调速系统的主要类型交流调速系统的主要类型n交流调压调速系统交流调压调速系统n交流变压变频调速系统交流变压变频调速系统n绕线转子异步电机调速系统绕线转子异步电机调速系统n交流调速系统的交流调速系统的MATLAB仿真仿真第二页，共65页。交流调速系统的主要类型交流调速系统的主要类型交流调速系统交流调速系统(AC Speed Regulating System): 以实现交流电动机转速调以实现交流电动机转速调节为目标的电力拖动自动控制系节为目标的电力拖动自动控制系统统.第三页，共65页。励磁同步电动机励磁同步电动机 一、交流调速系

2、统的分类一、交流调速系统的分类交流电动机交流电动机异步电动机异步电动机 永磁同步电动机永磁同步电动机 无刷直流电动机及开关无刷直流电动机及开关磁阻电动机都满足磁阻电动机都满足“定子电定子电流的频率与转速有严格比例流的频率与转速有严格比例关系关系”的条件，所以也把它的条件，所以也把它归入同步电动机。归入同步电动机。 当电机转子的转速与当电机转子的转速与定子电流的频率有严格定子电流的频率有严格比例关系的电动机称比例关系的电动机称同同步电动机步电动机，无严格比例关，无严格比例关系的电动机称系的电动机称异步电动机异步电动机。特种同步电动机特种同步电动机 无刷直流电动机无刷直流电动机开关磁阻电动机开关磁

3、阻电动机直流无换向器电动机直流无换向器电动机交流无换向器电动机交流无换向器电动机 交流电动机是定交流电动机是定子绕组通入交流电子绕组通入交流电的电机，其定子磁的电机，其定子磁动势是一个旋转的动势是一个旋转的磁动势。磁动势。同步电动机同步电动机 第四页，共65页。交流调速系统的分类交流调速系统的分类电动机类别电动机类别调速原理调速原理电力电子变换器电力电子变换器形式形式变换器的变换器的电源特性电源特性异异步步电电动动机机绕线式转子绕线式转子感应电动机感应电动机串级调速（变转差）串级调速（变转差）交直交变频交直交变频（整流有源逆变）（整流有源逆变）交交变频交交变频电流源型电流源型鼠笼式转子鼠笼式转

4、子感应电动机感应电动机调压调速调压调速交流调压交流调压电压源型电压源型变频调速，他控式变频调速，他控式变频调速，矢量控变频调速，矢量控制制交直交变频交直交变频（整流无源逆变）（整流无源逆变）交交变频交交变频电流源型电流源型电压源型电压源型同同步步电电动动机机常规意义常规意义同步电动机同步电动机无换向器无换向器电机电机变频调速，自控式变频调速，自控式交直交变频（可控交直交变频（可控整流有源逆变）整流有源逆变）交交变频交交变频电流源型电流源型无刷直流电动机无刷直流电动机变频调速，自控式变频调速，自控式交直交变频交直交变频电压源型电压源型开关磁阻电动机开关磁阻电动机变频调速，自控式变频调速，自控式交

5、直交，交直交，（单极性脉动电流）（单极性脉动电流）第五页，共65页。交流调速按对象划 分异步电动机调速同步电动机调速按Ps变化情况划分Ps功率消耗型Ps功率回馈型Ps功率不变型交流调压调速系统串级调速变频调速实现方式SPWM按对象划 分他控同步电动机变频调速系统自控同步电动机变频调速系统实现方式次同步串级调速系统超同步串级调速系统恒U1/1控制恒Eg /1控制恒Er /1控制 转速开环恒 压 频 比控 制 变 频调速系统 转速闭环转 差 频 率控 制 变 频调速系统矢量控制 变 频调速系统第六页，共65页。二、异步电动机调速系统的分类二、异步电动机调速系统的分类spfn1601可归纳出三类调速

6、方法：可归纳出三类调速方法：变极对数变极对数p的调速、变转差率的调速、变转差率s调速及变电源频率调速及变电源频率f1调速。调速。 原始的分类方法有原始的分类方法有： 1）变极调速；）变极调速；2）变）变s调速：调压调速、绕线式异步电动机转子串电阻调速、调速：调压调速、绕线式异步电动机转子串电阻调速、绕线式异步电动机串级调速、电磁转差离合器调速；绕线式异步电动机串级调速、电磁转差离合器调速；3）变频调速。）变频调速。 (1)从异步电机转速表达式从异步电机转速表达式第七页，共65页。从定子传入转子从定子传入转子的电磁功率的电磁功率总机械功率总机械功率转子铜耗转子铜耗（转差功率）（转差功率）定义：转

7、差功率定义：转差功率 Ps s Pem1mccemPs P2cuemspsPP2emmeccuPPpemP(2)按电动机的能量转换类型分类按电动机的能量转换类型分类第八页，共65页。 按照交流异步电机按照交流异步电机的原理，从定子传入的原理，从定子传入转子的转子的电磁功率电磁功率可分可分成两部分：一部分是成两部分：一部分是拖动负载的有效功率，拖动负载的有效功率，称作称作机械功率机械功率；另一；另一部分是传输给转子电部分是传输给转子电路的路的转差功率转差功率，与转，与转差率差率 s s 成正比。成正比。 PmechPmPs第九页，共65页。（1）转差功率消耗型）转差功率消耗型调速系统：转差功率全

8、部转化成热能而被调速系统：转差功率全部转化成热能而被消耗掉。消耗掉。 特点特点：系统的效率低，结构简单。：系统的效率低，结构简单。调压调速、绕线式异步电动调压调速、绕线式异步电动机转子串电阻调速、电磁转差离合器调速系统机转子串电阻调速、电磁转差离合器调速系统属于此类。属于此类。（2）转差功率回馈型）转差功率回馈型调速系统调速系统转差功率的少部分被消耗掉，转差功率的少部分被消耗掉，大部分通过变流装置回馈给电网或者转化为机械能予以利用。大部分通过变流装置回馈给电网或者转化为机械能予以利用。 特点特点：效率较高。：效率较高。串级调速串级调速属该类系统。属该类系统。（3）转差功率不变型）转差功率不变型

9、调速系统调速系统调速过程中，转差功率基本调速过程中，转差功率基本不变。不变。 特点特点：效率最高。：效率最高。变极调速、变频调速变极调速、变频调速系统属于此类。系统属于此类。科学分类方法（科学分类方法（根据对转差功率的处理方法分类根据对转差功率的处理方法分类）分为三类：）分为三类：第十页，共65页。第第 5 章章交流调压调速系统交流调压调速系统一种转差功率消耗型调速系统一种转差功率消耗型调速系统 第十一页，共65页。本章提要本章提要n异步电异步电动动机改变电压时的机械特性机改变电压时的机械特性n异步电动机变压调速电路异步电动机变压调速电路n闭环控制的调压调速系统及其静特性闭环控制的调压调速系统

10、及其静特性第十二页，共65页。一、异步电动机的固有机械特性一、异步电动机的固有机械特性式中：式中：为定子每相电阻和折算到定子侧的转子为定子每相电阻和折算到定子侧的转子每相电阻；每相电阻；为定子每相漏感和折算到定子侧的转子每为定子每相漏感和折算到定子侧的转子每相漏感相漏感2lrsl212rs1r2spe/3LLsRRsRUnTrs,RRs1L1rL5.1 异步电动机改变电压时的机械特性异步电动机改变电压时的机械特性第十三页，共65页。n可见，当可见，当电源频率电源频率 1、转差率转差率s s一定时，一定时，电磁转矩与定子电电磁转矩与定子电压的平方成正比压的平方成正比。当电压。当电压Us和频率和频

11、率 1一定时，机械特性方一定时，机械特性方程式程式Te= f（s）是一个二次表达式。在定子电压）是一个二次表达式。在定子电压Us和频率和频率 1均为额定值的情况下，可画出异步电动机的固有机均为额定值的情况下，可画出异步电动机的固有机械特性曲线如图所示。械特性曲线如图所示。 nsTeTq0Temaxsman001bTL异步电动机固有机械特性异步电动机固有机械特性第十四页，共65页。注意：注意： （1）设计电动机时通常把额定转矩）设计电动机时通常把额定转矩Ten确定为确定为 左右。定左右。定义最大转矩义最大转矩Temax与额定转矩与额定转矩Ten之比为之比为emax21TenemaxMTTM称为过

12、载倍数。称为过载倍数。 nsTeTq0Temaxsman001bTL异步电动机固有机械特性异步电动机固有机械特性第十五页，共65页。 (2) (2)异步电动机的工作区域，一般只能在异步电动机的工作区域，一般只能在 范围内，在范围内，在该范围内转矩可以近似看成和转差率成正比，故称为该范围内转矩可以近似看成和转差率成正比，故称为机械特机械特性的线性段性的线性段，大于，大于sm部分则为部分则为机械特性的非线性段机械特性的非线性段。 m0ss nsTeTq0Temaxsman001bTL图异步电动机固有机械特性图异步电动机固有机械特性（3）在机械特性曲线上，转速）在机械特性曲线上，转速为零时所对应的为

13、零时所对应的起始转矩为起始转矩为Tq，且且s=1，此点对应着电机刚开，此点对应着电机刚开始启动的状态，此时启动电始启动的状态，此时启动电流很大，可达电机额定电流流很大，可达电机额定电流的的47倍，但启动转矩却不大。倍，但启动转矩却不大。 第十六页，共65页。 异步电动机调压调速方式广泛应用于启动时限制启动异步电动机调压调速方式广泛应用于启动时限制启动电流和一些调速精度要求不高的场合，目前调压调速方电流和一些调速精度要求不高的场合，目前调压调速方式在式在家用风扇、电动工具家用风扇、电动工具等小容量系统中仍然普遍应用。等小容量系统中仍然普遍应用。 根据异步电动机机械特性方程式，根据异步电动机机械特

14、性方程式，当当电源频率电源频率 1、转差率转差率s s一定时，电磁转矩与定子电压的平方成正比，一定时，电磁转矩与定子电压的平方成正比，这这说明不同的定子电压，可以得到不同的人为机械特性。说明不同的定子电压，可以得到不同的人为机械特性。二、调压时的人为机械特性二、调压时的人为机械特性第十七页，共65页。调压时的机械特性TeOnn1TemaxsmTL UsN0.7UsNABCFDE0.5UsN风机类负载特性风机类负载特性恒转矩负载特性恒转矩负载特性Tst 图图5-2 异步电动机在异步电动机在不同电压下的机械特性不同电压下的机械特性特点：特点：(1)n1不变不变(2)T(包括包括Tst)正正比于比于

15、u1的平方的平方(3)Sm不变不变(4)降压调速降压调速第十八页，共65页。 带恒转矩负载带恒转矩负载TL时，可得不同的稳定转速，时，可得不同的稳定转速，如图如图5-2中的中的A，B，C点。由于普通异步电动点。由于普通异步电动机工作段转差率机工作段转差率S很小，因此对恒转矩负载来很小，因此对恒转矩负载来说，调速范围很小。但是，对风机泵类机械，说，调速范围很小。但是，对风机泵类机械，由于其负载特性为由于其负载特性为TL=kna(a1)，采用调压调，采用调压调速则可得到较大的调速范围，如图速则可得到较大的调速范围，如图5-2中的中的D，E，F点。点。第十九页，共65页。 显然，带恒转矩负载时的变压

16、调速范围增显然，带恒转矩负载时的变压调速范围增大了，堵转工作也不致烧坏电机，这种电机又大了，堵转工作也不致烧坏电机，这种电机又称作称作交流力矩电机交流力矩电机。 为了能在恒转矩负载下扩大调速范围，并使电为了能在恒转矩负载下扩大调速范围，并使电机能在较低转速下运行而不致过热，就要求电机转机能在较低转速下运行而不致过热，就要求电机转子有较高的电阻值，这样的电机在变电压时的机械子有较高的电阻值，这样的电机在变电压时的机械特性绘于特性绘于图图5-35-3。第二十页，共65页。 交流力矩电机的机械特性交流力矩电机的机械特性图5-3 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 UsN0.7U

17、sNABCTL0.5UsN恒转矩负载特性n0Te0s,n10第二十一页，共65页。 所谓的所谓的调压调速调压调速，就是通过改变定子外加电就是通过改变定子外加电压来改变其机械特性的函数关系，从而达到改变电压来改变其机械特性的函数关系，从而达到改变电动机在一定输出转矩下转速的目的。动机在一定输出转矩下转速的目的。 那么，怎样实现调压调速呢？那么，怎样实现调压调速呢？第二十二页，共65页。M3M3M3TULSVVC+-(a)(b)(c)图5-2 异步电动机调压调速原理5.2 异步电动机变压调速电路异步电动机变压调速电路一、调压调速方法一、调压调速方法 获取交流调压电源的方法：获取交流调压电源的方法：

18、 （1）调压器调压调压器调压 如图（如图（a）所示。）所示。第二十三页，共65页。（2）饱和电抗器调压）饱和电抗器调压 如图（如图（b）所示，饱和电抗器）所示，饱和电抗器LS是带有直流励磁绕组的交是带有直流励磁绕组的交流电抗器。流电抗器。（3）晶闸管交流调压器调压）晶闸管交流调压器调压 如图（如图（c）所示。单相调压电路如图所示，其控制方法有两种：）所示。单相调压电路如图所示，其控制方法有两种： 1）相位控制方式）相位控制方式 通过改变晶闸管的导通角来改变输出交流电压。电压输出波通过改变晶闸管的导通角来改变输出交流电压。电压输出波形如图所示。形如图所示。 特点：输出电压较为精确、快速性好；但有

19、谐波污染。特点：输出电压较为精确、快速性好；但有谐波污染。第二十四页，共65页。RU1U1VT2VT图5-3 晶闸管单相调压电路U02t图 5-4 晶 闸 管 相 位 控 制 下的 负 载 电 压 波 形 晶闸管相位控制下的负载电压波形晶闸管相位控制下的负载电压波形 晶闸管单相调压电路晶闸管单相调压电路 第二十五页，共65页。 2）开关控制方式）开关控制方式 把晶闸管作为开关，将负载与电源完全接通几个半波，把晶闸管作为开关，将负载与电源完全接通几个半波，然后再完全断开几个半波。交流电压的大小靠改变然后再完全断开几个半波。交流电压的大小靠改变通断时通断时间比间比t0/ tp来调节。输出电压波形如

20、图所示。来调节。输出电压波形如图所示。U00t通pt断t图 5-5 晶 闸 管 开 关 控 制 下 的 负 载 电 压 波 形 晶闸管开关控制下的负载电压波形晶闸管开关控制下的负载电压波形特点：采用特点：采用“过零过零”触发，谐波污染小；转速脉动较大。触发，谐波污染小；转速脉动较大。第二十六页，共65页。 二、交流调压电路二、交流调压电路 晶闸管三相交流调压电路如图所示。这种电路接法的特点晶闸管三相交流调压电路如图所示。这种电路接法的特点是是负载输出谐波分量低，适用于低电压大电流的场合负载输出谐波分量低，适用于低电压大电流的场合。 三相全波星形联结的调压电路三相全波星形联结的调压电路第二十七页

21、，共65页。 电路正常工作的条件：电路正常工作的条件： （1）在三相电路中至少要有一相的正向晶闸管与另一相的反）在三相电路中至少要有一相的正向晶闸管与另一相的反向晶闸管同时导通。向晶闸管同时导通。 （2）要求采用宽脉冲或双窄脉冲触发电路。）要求采用宽脉冲或双窄脉冲触发电路。 （3）要求）要求U、V、W三相电路中正向晶闸管的触发信号三相电路中正向晶闸管的触发信号相位互差相位互差120，三相电路中反向晶闸管的触发信号相位，三相电路中反向晶闸管的触发信号相位也互差也互差120；但同一相中反并联的两个正、反向晶闸管；但同一相中反并联的两个正、反向晶闸管的触发脉冲相位应互差的触发脉冲相位应互差 180。

22、 根据上面的结论，可得出三相调压电路中各晶闸管触发的次序根据上面的结论，可得出三相调压电路中各晶闸管触发的次序为为VT1 、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT1，相邻两个，相邻两个晶闸管的触发信号相位差为晶闸管的触发信号相位差为60。第二十八页，共65页。调压调速系统的可逆运行及制动调压调速系统的可逆运行及制动M312345678910图5-11 电动机的正反转及制动电路图图5-4 电动机的正、反转及制动电路电动机的正、反转及制动电路第二十九页，共65页。 1、可逆运行、可逆运行 方法：改变定子供电电压的相序，如图所示。图方法：改变定子供电电压的相序，如图所示。图中晶闸管中晶闸管16

23、供给电动机定子正相序电源；而晶闸管供给电动机定子正相序电源；而晶闸管710及及1、4供给定子反相序电源。供给定子反相序电源。 2、反接制动与能耗制动、反接制动与能耗制动 反接制动时，工作的晶闸管为供给反相序电源的反接制动时，工作的晶闸管为供给反相序电源的6个元个元件。件。 耗能制动时，可不对称地控制某几个晶闸管工作。耗能制动时，可不对称地控制某几个晶闸管工作。例：使例：使1、2、6三个元件导通，其它元件都不工作，这样三个元件导通，其它元件都不工作，这样就可使电机定子绕阻中流过直流电流，实现能耗制动。就可使电机定子绕阻中流过直流电流，实现能耗制动。 所以调压调速系统具有良好的制动特性。所以调压调

24、速系统具有良好的制动特性。第三十页，共65页。5.3 闭环控制的调压调速系统及其静特性闭环控制的调压调速系统及其静特性 采用普通异步电机的变电压调速时，调速范围采用普通异步电机的变电压调速时，调速范围很窄，采用很窄，采用高转子电阻的力矩电机可以增大调速范高转子电阻的力矩电机可以增大调速范围，但机械特性又变软，围，但机械特性又变软，因而当负载变化时静差率因而当负载变化时静差率很大，开环控制很难解决这个矛盾。很大，开环控制很难解决这个矛盾。 为此，对于恒转矩性质的负载，要求调速范围为此，对于恒转矩性质的负载，要求调速范围大于大于D=2时，往往采用带转速反馈的闭环控制系统时，往往采用带转速反馈的闭环

25、控制系统（见图（见图5-6a）。）。第三十一页，共65页。1. 系统组成系统组成图图5-6 带转速负反馈闭环控制的交流变压调速系统带转速负反馈闭环控制的交流变压调速系统ASRU*n+-UnGT+M3TGa)原理图原理图 -Ucn第三十二页，共65页。2. 系统静特性系统静特性eTOnn0TLUsNAAAUs min恒转矩负载特性恒转矩负载特性图图5-6b 闭环控制变压调速系统的静特性闭环控制变压调速系统的静特性U*n3U*n1U*n2第三十三页，共65页。 当系统带负载在当系统带负载在 A 点运行时，如果负载增大引点运行时，如果负载增大引起转速下降，反馈控制作用能提高定子电压，从起转速下降，反

26、馈控制作用能提高定子电压，从而在右边一条机械特性上找到新的工作点而在右边一条机械特性上找到新的工作点 A。同。同理，当负载降低时，会在左边一条特性上得到定子电理，当负载降低时，会在左边一条特性上得到定子电压低一些的工作点压低一些的工作点 A。第三十四页，共65页。 按照反馈控制规律，将按照反馈控制规律，将A、A、A 连接起来便连接起来便是是闭环系统的静特性闭环系统的静特性。尽管异步电机的开环机械特性尽管异步电机的开环机械特性和直流电机的开环特性差别很大，但是在不同电压的和直流电机的开环特性差别很大，但是在不同电压的开环机械特性上各取一个相应的工作点，连接起来便开环机械特性上各取一个相应的工作点

27、，连接起来便得到闭环系统静特性，这样的分析方法对两种电机是得到闭环系统静特性，这样的分析方法对两种电机是完全一致的。完全一致的。第三十五页，共65页。 尽管异步力矩电机的机械特性很软，但由系尽管异步力矩电机的机械特性很软，但由系统放大系数决定的闭环系统静特性却可以很硬。统放大系数决定的闭环系统静特性却可以很硬。 如果采用如果采用PI调节器，照样可以做到无静差。调节器，照样可以做到无静差。改改变给定信号，则静特性平行地上下移动，达到调速变给定信号，则静特性平行地上下移动，达到调速的目的。的目的。第三十六页，共65页。(1) 电动机的额定转矩电动机的额定转矩Ten设定为 左右。 emax21T定义

28、最大转矩Temax与额定转矩Ten之比为enemaxMTT M称为过载倍数，它表示电动机在短时间内允许超过额定负载的能力。如果让异步电动机带动接近于Temax的负载长时间运行，就会使电动机因过热而损坏。 异步电机闭环变压调速系统不同于直流电机闭环变压调速系统的地方是:3.变压调速系统的特点第三十七页，共65页。当负载变化时 （2）异步电动机的工作区域，一般只能在0sm范围内，在该范围内转矩可以近似看成和转差率成正比，故称为机械特性的线性段，大于sm部分则称为机械特性的非线性段。 n 静特性左右两边都有极限，不能无限延长n 它们是额定电压 UsN 下的机械特性和最小输出电压Usmin下的机械特性

29、n 如果电压调节到极限值，闭环系统便失去控制能力，系统的工作点只能沿着极限开环特性变化。第三十八页，共65页。（3）在机械特性曲线上，转速为零时所对应的起始转矩为Tq，且s=1，电机刚开始启动，此时启动电流很大，可达电机额定电流的47倍，但启动转矩却不大。n直流电动机启动时，要减小启动转矩，以防启动转矩太大，造成机械冲击，损伤设备。减小启动转矩，也就减小了启动电流。n异步电动机启动时，则存在两方面的问题，一要解决启动电流的问题，二要解决启动转矩不足的矛盾。第三十九页，共65页。4 调压调速系统中的能耗与效率分析调压调速系统中的能耗与效率分析 (1)转差功率转差功率Ps 传到转子上的电磁功率传到

30、转子上的电磁功率P2与转子轴上输出的机械功率与转子轴上输出的机械功率PM之差之差Ps为为2002111 955095509550sMeeePPPT nT nTnnsP Ps称为转差功率，它被转子发热而消耗掉。下图为异步称为转差功率，它被转子发热而消耗掉。下图为异步电动机的能量流程图。电动机的能量流程图。Cu1PCu2PFePMPDMP0P1P2P第四十页，共65页。 （2）电动机的效率）电动机的效率 若忽略其它损耗，则电动机的效率为若忽略其它损耗，则电动机的效率为snnPPPPM10210讨论：讨论： 1)恒转矩负载时：有恒转矩负载时：有Te=TL不变；因不变；因f1不变，故不变，故n0不变，

31、不变，电磁功率电磁功率P2也不变。随着转速的降低，转差功率也不变。随着转速的降低，转差功率sP2增增大，效率降低。大，效率降低。 2)风机泵类负载时：有风机泵类负载时：有Te=TL=Kn2，Te、P2随转速以平随转速以平方速率下降，尽管低速时，方速率下降，尽管低速时，s增大，但总的转差功率增大，但总的转差功率Ps=sP2下降，损耗变小。下降，损耗变小。 故调压调速系统适合于风机、水泵等设备的调速节能故调压调速系统适合于风机、水泵等设备的调速节能。第四十一页，共65页。三、系统静态结构三、系统静态结构 图图5-7 异步电动机闭环变压调速系统的静态结构图异步电动机闭环变压调速系统的静态结构图 根据

32、图根据图5-6（a）所示的系统可以画出其静态结）所示的系统可以画出其静态结构图如图构图如图5-7所示。所示。 第四十二页，共65页。图中，图中，nKs = U1/Uc 为晶闸管交流调压器和触发装置的为晶闸管交流调压器和触发装置的放大系数；放大系数；n = Un/n 为转速反馈系数；为转速反馈系数；nASR采用采用PI调节器；调节器；nn =f (U1, T)是式（是式（5-3）所表达的异步电机机械）所表达的异步电机机械特性方程式，它是一个非线性函数特性方程式，它是一个非线性函数。 第四十三页，共65页。 稳态时，稳态时， Un* = Un = n T = TL 根据负载需要的根据负载需要的 n

33、 和和TL 可由式（可由式（5-3）计算出所需的计算出所需的 Us 以及相应的以及相应的 Uc。第四十四页，共65页。5.3.2 闭环变压调速系统的动态结构图闭环变压调速系统的动态结构图 对系统进行动态分析和设计时，须先绘对系统进行动态分析和设计时，须先绘出动态结构图。由图出动态结构图。由图5-7的静态结构图可的静态结构图可以得到动态结构图，如图以得到动态结构图，如图5-8所示。所示。 其中有些环节的传递函数可以直接写出其中有些环节的传递函数可以直接写出来，只有异步电机传递函数的推导须费一来，只有异步电机传递函数的推导须费一番周折。番周折。第四十五页，共65页。 系统动态结构系统动态结构图图5

34、-8 异步电动机闭环变压调速系统的动态结构框图异步电动机闭环变压调速系统的动态结构框图 MA异步电机异步电机 FBS测速反馈环节测速反馈环节 WFBS(s) U*n(s)Un(s)Uc (s)-n(s)WASR(s)WGT-V (s)WMA (s)U1(s)第四十六页，共65页。 转速调节器转速调节器ASR 转速调节器转速调节器ASR常用常用PI调节器，调节器，用以消用以消除静差并改善动态性能除静差并改善动态性能，其传递函数为，其传递函数为ssKsWnnnASR1)(第四十七页，共65页。 晶闸管交流调压器和触发装置晶闸管交流调压器和触发装置 装置的输入装置的输入- -输出关系原则上是非线性输

35、出关系原则上是非线性的，在一定范围内可假定为线性函数，在的，在一定范围内可假定为线性函数，在动态中可以近似成一阶惯性环节，正如直动态中可以近似成一阶惯性环节，正如直流调速系统中的晶闸管触发和整流装置那流调速系统中的晶闸管触发和整流装置那一样。传递函数可写成一样。传递函数可写成1)(ssVGTsTKsW第四十八页，共65页。 其近似条件是其近似条件是 对于三相全波对于三相全波Y Y联结调压电路，可取联结调压电路，可取 Ts = 3.3ms 对其他型式的调压电路则须另行考虑。对其他型式的调压电路则须另行考虑。sc31T第四十九页，共65页。 测速反馈环节测速反馈环节 考虑到反馈滤波作用，测速反馈环

36、节考虑到反馈滤波作用，测速反馈环节FBS的传递函数可写成的传递函数可写成1)(onFBSsTsW第五十页，共65页。 异步电机近似的传递函数异步电机近似的传递函数 异步电机的动态过程是由一组非线性微异步电机的动态过程是由一组非线性微分方程描述的，要用一个传递函数来准确分方程描述的，要用一个传递函数来准确地表示它的输入输出关系是不可能的。地表示它的输入输出关系是不可能的。 在这里，可以先在一定的假定条件下，在这里，可以先在一定的假定条件下，用稳态工作点附近的微偏线性化方法求出用稳态工作点附近的微偏线性化方法求出一种近似的传递函数。一种近似的传递函数。第五十一页，共65页。（1）异步电机近似的线性

37、机械特性）异步电机近似的线性机械特性 由式（由式（5-3）已知电磁转矩为）已知电磁转矩为（5-3）当当 s 很小时，可以认为很小时，可以认为212e2222111123/()()pU RsTRRLLs21RRs2211()RLLs且且第五十二页，共65页。 后者相当于忽略异步电机的漏感电磁惯后者相当于忽略异步电机的漏感电磁惯性。在此条件下，性。在此条件下，（5-6） 这是在上述条件下这是在上述条件下异步电机近似的机械异步电机近似的机械特性。特性。21123pTU sR第五十三页，共65页。（2）稳态工作点计算）稳态工作点计算 设设A为近似机械特性上的一个稳态工作点，为近似机械特性上的一个稳态工

38、作点，则在则在A点上点上（5-7） 在在A点附近有微小偏差时，点附近有微小偏差时，T= TA+D DT ，U1 = U1A + D DUs ，而，而 s = sA + D Ds，代入式，代入式（5-6）得）得2A1AA123pTUsR第五十四页，共65页。（3）微偏线性化）微偏线性化 （5-8） 将上式展开，并忽略两个和两个以上微将上式展开，并忽略两个和两个以上微偏量的乘积，则偏量的乘积，则（5-9）2A1A1A123() ()pTTUUssRDDD22A1AA1AA11A123(2)pTTU sU sUUsRDDD第五十五页，共65页。 从式（从式（5-9）中减去式（）中减去式（5-7），得），得（5-10） 21AA11A123(2)pTUsUUsRDDD1DDs 已知转差率已知转差率 ，其中，其中 1是同步角转是同步角转速，速， 是转子角转速，则是转子角转速，则(5-11)11s第五十六页，共65页。 将式（将式（5-11）代入式（）代入式（5-10），得），得（5-11） 式（式（5-11）就是在）就是在稳态工作点附近微偏量稳态工作点附