第2章-调压调速2

07五月2026第二章异步电动机调压调速系统第一节调压调速的原理和方法第二节闭环控制的异步电动机调压调速系统第三节电磁转差离合器调速系统07五月2026一.异步电动机调压调速原理

调压调速：即通过调节通入异步电动机的三相交流电压大小来调节转子转速的方法。理论依据：来自异步电动机的机械特性方程式：

因异步电动机的拖动转矩与供电电压的平方成正比，因此降低供电电压，拖动转矩就减小，电机就会降到较低的运行速度。

第一节调压调速的原理与方法07五月2026不同供电电压对应的机械特性曲线如图所示，图中垂直虚线为恒转矩负载线。（1）变软、变瘦（2）调速范围小07五月2026问题与分析（1）调压调速对于恒转矩负载，调速范围很小（A-B-C），而对于风机类负载调速范围则较大（F-E-D）。（2）随着定子电压的降低，T（max）与定子电压的平方成正比地降低，而sm与U1无关，保持不变。07五月2026方法一：由图2-2可知，应设法增大sm。而由下式显然：增大sm可通过增大转子电阻的方法来解决，即采用具有较高转子电阻的电动机，这种电动机又称作交流力矩电动机。如何扩大恒转矩类负载的调速范围？07五月2026高转子电阻电动机

调压时的人为机械特性好处：

其调速范围扩大了，且堵转时也不致烧坏电动机。弊端：

机械特性变得很软，负载变化时的静差率很大；低速时过载能力较低。07五月2026方法二：根据自控原理知识，调压调速要获得较好调速性能，应引入速度负反馈构成闭环系统。详见2.2速度负反馈构成闭环系统的引入07五月20268

二.异步电动机调压调速方法07五月2026调压调速的三种方法1.自耦调压器----对小容量电机,体积重量大。

2.饱和电抗器----控制铁心的饱和程度改变串联阻抗，体积重量大。

3.晶闸管三相交流调压器-----用电力电子装置调压调速，体积小，轻便。

对电力电子电路中的晶闸管器件，有两种控制方式,现以晶闸管单相交流调压器电路为例来加以说明:晶闸管调压两种控制方式晶闸管导通和关断条件是什么？07五月2026*相位控制方式更适合于电动机负载。2.相位控制优点：输出电压较为准确，调速精度较高，快速性好，低速时转速脉动较小缺点：复杂的谐波，对电网造成谐波污染优点：“零”触发控制方式，几乎不产生谐波污染。缺点：加在电动机上的电压变化剧烈，使转速脉动大，在低速时影响尤为严重1.通断控制07五月2026一.转速闭环调压调速系统的组成

由于异步电动机的开环机械特性很软,且开环调压调速的调速范围太小,

为提高机械特性硬度，扩大调速范围，减少静差率，必须采用闭环系统取代开环系统。

带转速负反馈的闭环调压调速系统原理图见图所示，在要求不高时也可采用定子电压反馈控制。第二节异步电动机调压调速系统07五月2026转速闭环调压调速系统的组成07五月2026二.转速闭环调压调速系统的静特性分析静态结构图：各控制环节的输入输出关系为：07五月2026联立推得：将临界转矩Tcr和U1代入Te表达式，得静特性表达式：

根据异步电动机机械特性的实用表达式，当电动机在额定负载以下运行时，转差率s很小，s/scr<<scr/s，故在忽略定子电阻R1的条件下，可得到电动机的临界转矩为：式中，Xk---异步电动机的短路电抗07五月2026闭环交流调压调速系统的静特性表达式：调速系统的静特性曲线图中特性1、2、3、4、5为开环机械特性。引入转速负反馈显然使系统静特性硬度大大提高了。而影响调速精度的主要因素是放大系数K、Kp、Ks、α，它们的选择和直流调速系统是类似的。

设开始时系统工作在特性2的a点上：给定电压为Un*，负载转矩为TL。

如负载转矩增为TL’，则系统过渡到特性4运行于b点：电动机输出转矩为TL‘。

同理，负载降低至TL“时，系统过渡到特性1运行于c点。

按照反馈控制规律，将工作点c、a、b连起来，便是闭环静特性了。07五月2026实质：系统的闭环静特性实际上是在几个不同的电压所对应的机械特性上各取一点，组成一条新的、较硬的特性。结论：尽管异步电动机的开环机械特性和直流电动机的开环机械特性差别很大，但在不同开环机械特性上各取一相应的工作点，连接起来得到闭环静特性这样的分析方法是完全一致的。07五月2026失控区需要指出，这种系统存在失控区(见图2-7阴影线部分)。右边极限：在额定电压U1N下的机械特性；左边极限：最小输出电压U1(min)下的机械特性；当负载变化达到两侧极限时，闭环系统便失去控制能力，回到开环机械特性上工作。07五月2026三.调压调速系统中的功率损耗分析能量流程图输出功率：机械损耗：转差功率：转子铜耗：输入功率：定子铜耗：励磁铁耗：电磁功率：机械功率：07五月2026异步电动机调压调速时的转差功率计算效率：转差功率与负载类型关系推导：07五月2026异步电动机的负载特性：将负载表达式代入转差率算式，得：恒功率负载恒转矩负载；负载与转速成正比；负载与转速平方成比例，为风机泵类负载；07五月2026取参考基准求转差损耗系数：不同负载的转差损耗系数曲线不同负载的转差损耗系数曲线分析结论：

对风机泵负载，调压调速引起的转差损耗最小，因此：调压调速系统适合于对风机泵类负载的调速。07五月2026第三节电磁转差离合器调速系统滑差电机又称为电磁离合器电机。滑差电机调速系统=电磁转差离合器调速系统=笼型异步机+电磁转差离合器+控制装置调速性能：与调压调速系统相当。07五月2026一.电磁转差离合器的基本结构与工作原理

电磁转差离合器结构原理图07五月2026

工作原理

异步电动机带着主动轴及电枢以n1的速度旋转

当励磁绕组有励磁时，磁极与电枢之间出现磁场

电枢运动切割磁力线，电磁感应产生涡流，涡流的磁场与磁极相互吸引，使得磁极沿着电枢的旋转方向转动

磁极带着从动轴07五月2026因此，从动轴随主动轴运动，速度为n且从动轴速度n必然小于主动轴n1。*调节励磁绕组励磁，就可以改变从动轴的速度（相当于调节离合状态）**如果励磁绕组不励磁，从动轴将停止旋转。

07五月2026二.滑差电机调速系统的组成与机械特性

电磁转差离合器本身的机械特性，是在不同励磁电流时的一族机械特性，如图所示。式中，n1―原动机转速；Te―电磁转差离合器轴上输出转矩；IL―电磁转差离合器的励磁电流；