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1、论述绕线式交流异步电动机转子回路串电阻调速原理 兰州理工大学 控制理论与控制工程 谯自健122081101015 0引言绕线式交流异步电动机转子回路串电阻调速是传统调速方 式之一，其结构简单，易于实现。本文通过对绕线式交流异步 电动机转子回路串电阻调速的原理、效率和缺点方面作出分 析。1绕线式交流异步电动机转子回路串电阻调速原理转子串电阻调速的线路图和机械特性如图（a）和（b）所示，拖动恒转矩负载时，可以得到几级不同的速度。图（a）转子回路串电阻调速线路图图（b）机械特性曲线根据电机学原理知：60f “n- （1-S）（ 1）p极对数其中n为电动机转速，f为电源频率，S为转差率Pm = (1
2、- S)Pe( 2)Pa二 S*Pe （ 3）其中Pe为异步电动机电磁功率，Pm为异步电动机机械功率，Pa为转子铜耗即转差功率所以得Pe Pm Pa=1:（1-S）: S 由式（4）可以看出S越大，则输出机械功率 Pm减小，相反 转差功率Pa在增大，而转速n随S的增大而减小。所以所绕 线式异步交流电动机转子回路串电阻调速的实质是通过改变转 差功率或者转差率的大小来调节转速n的。当串入的电阻阻值越大则转差功率增大，随之转差率S变大，从而使转速 n下降。2绕线式异步交流电动机转子回路串电阻调速的优缺点绕线式转子异步电动机，通过转子回路串入不同数值的电 阻R，改变转差率S调速的传统方法，可以获得不同
3、斜率的机 械特性，从而实现速度的调节。这种调速方法简单方便，但存 在如下缺点：（1）调速是有级的，不平滑。（2）在深度调速时机械特性很软，致使负载有较小 变化，便可引起转速的很大的波动，降低了静态调速精度。（3）转差功率Pa消耗在电阻发热上，效率低。由于是通过增大转子回路的电阻值来降低电动机转速的，当拖动 恒转矩负载时，转速 n越低，转差率S就越大，从而使得转 差功率也愈大，电能消耗大，效率更低。当转差功率S=0.5时，效率 0.5。三相异步电动机转子回路串电阻的人为机械特性是一组同 步转速n1,最大转矩Tm不变，临界转差率 Sm与转子回路串 入电阻增大（R1vR2vR3 ）时，电机转差率越大
4、（Sa：s：Sc） 电动机转速越低。如图一所示：R卢R声0兀T图一电动机转子回路串电阻的机械特性3转子回路串电阻调速的效率和节能问题由于电磁转矩TGmlCOS2，在转子回路中串电阻调速 时，爲和C0S2为常数，在ll2的前提下，调速时T不变，所 以属于恒转矩调速，适用于恒转矩负载。从转子效率上看Pm Pa (1S)PeSPe可以看出，转速越低，S越大，则效率 R越低。由于转子串 电阻调速线路简单，所用设备少，在对调速性能不高的生产机 械，如电车提升机构仍在应用。根据电机学理论电磁功率等于机械功率加上转差功率，而 转差功率等于电磁功率的 S倍，随着转速降低，S增大，转差 功率增大，所以不节能。但
5、是，上式的成立仅指带恒转矩负 载，转差率S变而电磁功率不变的前提下是对的，这时调速 是不节能的。然而，在风机泵类负载条件下，由于调速，转轴 功率按转速的三次方迅速下降，输入电磁功率不是恒定的，而 是按转速的二次方下降，这时调速是节能的。绕线型异步电机转子回路串电阻效率Y-S）*100 00 , n减小，S增大，所以 减小，节能效果差。首先我们认为节能效 果的大小用效率 二出功率来衡量是不确切的。节能效果是在风口输入功率机，泵供给流量相同的条件下看调速与不调速，电网输入功率P1的变化大小。在由额定流量往小调节时，效率一般要逐渐 降低，这仅说明P2比P1减少的多，由于 P1逐渐减小，节能 量在增加
6、，所以节能效果与效率不是一回事。如图二所示，图二所以转子串电阻调速与其他低效调速方法（如调压调速， 电磁调速，液力耦合器）相比轴功率等效于随转速二次方下降 这一点是一样的，所以说转子串电阻调速在所有低效调速方法 中节能效果是最高的，不管是高效还是低效都有很大节能效 果。当然高效方法节约功率比低效多些。闭环控制的异步电动机调压调速系统动态分析为了对系统进行动态分析和设计，绘制系统的动态结构图 是必须的。图三(异步电动机调压调速系统静态结构图)可以得到系统的动态框图，如图四所示#图四 异步电动机调压调速系统的动态结构框图 图中各个环节的传递函数如下。(1)速度调节器ASR为消除静差，改善系统的动态
7、性能，通常采用PI调节器，其传递函数为Wars ( P)=KnnP 1(2 )晶闸管交流调压器和触发装置假设其输入、输出是线性的，其动态特性可近似看成一阶惯性环节，其传递函数为Wgt_v(P) =KsTsP 1（3）测速反馈环节考虑到反馈的滤波作用，其传递函数为3春（4 ）异步电动机环节由于异步电动机是一个多输入、多输出，耦合非线性系 统，用一个传递函数来准确描述异步电动机在整个调速范围内 的输入输出关系是不的，因此，可以采用在其稳态工作点附近 微偏线性化的方法得到近似的传递函数。图五 异步电动机在不同定子供电供压下的机械特性曲线 异步电动机在其稳定工作点 A点（见图五）的机械特性方程 为2T
8、3npU sAr / SaeiA22叫4(FS+R/SA)2 + X+xr)2式中SA为异步电动机在工作点A对应的同步旋转角速度。通常在异步电动机稳定工作点附近s值很小，可以认为Rr /S Rs,Rr IS(Xs+ Xr)后者相当于忽略异步电动机的漏感电磁惯性。因此可以得到稳 态工作点A附近的线性机械特性方程式I1S 一弘A代入上式得匚 T，3npiSA Rr电力拖动系统的运动方程式为J dTei - TldtTeiA在工作点A稳定运行时，npdt式中Fa为异步电动机在工作点 A时的旋转速度。当在附近有微小偏差时，两式相减得，TeiA kTei - (Tla +_Tl)=J d( A ) np
9、dtJ d np dt根据上式异步电动机微偏线性化的近似动态结构关系，动态结构图如图六所示图六 异步电动机微偏线性化的近似动态结构图如果只考虑uS与二之间的传递函数，可令rL=o,于是异步电动机的近似线性化传递函数为WMA P = pUs P3nplSA212U SA SA2R丿“弩SA鼻 2SA Rr JpK MA2 SA SA1TmP 12U SA JSA Rr p i3np2U2SAP式中K MA2sa SAU SA为异步电动机传递系数;J 2saRT m2 23np2U 2sa为异步电动机拖动系统的机电时间常数。由于忽略了电磁惯 性，异步电动机便近似成了一个线性的一阶惯性环节。的要磁型性，分态和计算工很点算近似次函分采忽不能用动大
