电力拖动自动控制系统陈伯时5交流拖动控制系统ppt课件

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1、电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统1第 2 篇电力拖力拖动自自动控制系控制系统交流拖动控制系统交流拖动控制系统电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统2内容提要l概述概述l交流交流调速系速系统的主要的主要类型型l5 5交流交流变压调速系速系统l6 6交流交流变频调速系速系统l7 7绕线转子异步子异步电机双机双馈调速系速系统转差功率差功率馈送型送型调速系速系统l8 8同步同步电动机机变压变频调速系速系统 电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统3概 述 2020世纪世纪6060年代以前的电气传年

2、代以前的电气传动动 80% 80%交流不交流不调速速传动 18% 18%直流可直流可调速速传动 2% 2%交流可交流可调速速传动电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统4直流电机的缺乏 具有电刷和换向器，必需经常检查具有电刷和换向器，必需经常检查维修。维修。 换向火花使其运用环境遭到限制。换向火花使其运用环境遭到限制。 换向才干限制电机的容量和速度换向才干限制电机的容量和速度极限容量极限容量 转速约为转速约为 。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统5 直到20世纪6070年代，随着电力电子技术的开展，出现了采用电力电子变换器的

3、交流拖动系统，大规模集成电路和计算机控制的运用，使高性能的交流调速系统得到开展，不断被以为是天经地义的交直流拖动按调速性能分工的格局终于被突破。 交流拖动控制系统曾经成为当前电力拖动控制的主要开展方向。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统6交流拖动控制系统的运用领域交流拖动控制系统的运用领域主要有三个方面：主要有三个方面：普通性能的节能调速普通性能的节能调速 高性能的交流调速系统和伺服系统高性能的交流调速系统和伺服系统 特大容量、极高转速的交流调速特大容量、极高转速的交流调速 电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统71. 1

4、. 普通性能的节能调速普通性能的节能调速 在在过过去去，风风机机、水水泵泵等等通通用用机机械械的的依依赖赖挡挡板板和和阀阀门门来来调调理理送送风风和和供供水水的的流流量量，因因此此把把许许多多电电能白白地浪费了。能白白地浪费了。 假设换成交流调速系统，把耗费在挡板和阀门上的能量节省下来，每台风机、水泵平均都可以节约 2030% 以上的电能，效果是很可观的。 但风机、水泵的调速范围和对动态快速性的要求都不高，只需求普通的调速性能。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统8 许多在工艺上需求调速的消费机械过去多用直流拖动，鉴于交流电机比直流电机构造简单、本钱低廉、任

5、务可靠、维护方便、惯量小、效率高，假设改成交流拖动，显然可以带来不少的效益。 电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统92. 2. 高性能的交流调速系统和伺服系统高性能的交流调速系统和伺服系统 由于交流电机原理上的缘由，其电磁转由于交流电机原理上的缘由，其电磁转矩难以像直流电机那样经过电枢电流施行矩难以像直流电机那样经过电枢电流施行灵敏的实时控制。灵敏的实时控制。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统10 20世纪70年代初发明了矢量控制技术，或称磁场定向控制技术，经过坐标变换，把交流电机的定子电流分解成转矩分量和励磁分量，用来

6、分别控制电机的转矩和磁通，就可以获得和直流电机相仿的高动态性能，从而使交流电机的调速技术获得了突破性的进展。高性能的交流调速系统和伺服系统续高性能的交流调速系统和伺服系统续 其后，又陆续提出了直接转矩控制、解耦控制等方法，构成了一系列可以和直流调速系统媲美的高性能交流调速系统和交流伺服系统。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统11交流调速系统的两大类交流调速系统的两大类 异步电动机调速系统 同步电动机调速系统电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统12异步异步电动机的机的转速速1 1改动极对数改动极对数2 2改动电源频率改动电

7、源频率3 3改动电动机的转差率改动电动机的转差率 这第这第3 3条不能阐明问题！它包含了多种条不能阐明问题！它包含了多种 性能差别很大的调速方法。性能差别很大的调速方法。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统13按电动机的实践调速方法分类按电动机的实践调速方法分类 降电压调速 转差离合器调速 转子串电阻调速 绕线电机串级调速或双馈电机调速 变极对数调速 变压变频调速这只是罗列，看不出规律来。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统14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 按照交流异步按照交流异步电机机的原理，从定

8、子的原理，从定子传入入转子的子的电磁功率可分磁功率可分成两部分：成两部分：一部分是拖一部分是拖动负载的有的有效功率，称作机械功效功率，称作机械功率；率；另一部分是另一部分是传输给转子子电路的路的转差功率，与差功率，与转差率差率 s s 成正比。成正比。 PmechPmPs电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统15 即 Pm = Pmech + Ps Pmech = (1 s) Pm Ps = sPm 从能量转换的角度上看，转差功率能否增大，是耗费掉还是得到回收，是评价调速系统效率高低的标志。从这点出发，可以把异步电机的调速系统分成三类 。电电力拖力拖动动自自动

9、动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统161. 1. 转差功率耗费型调速系统转差功率耗费型调速系统 全部全部转差功率都差功率都转换成成热能耗能耗费在在转子回路中，如子回路中，如降降压调速、速、转差离差离合器合器调速、速、串串电阻阻调速。速。 效率最低，越到低速效率最低，越到低速时效率越低；效率越低； 但系但系统构造构造简单，设备本本钱低。低。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统172. 2. 转差功率馈送型调速系统转差功率馈送型调速系统 如第如第类：串：串级调速，双速，双馈调速。速。 一部分一部分转差功率被耗差功率被耗费掉，大部分那么掉，大部分那

10、么经过变流安装回流安装回馈给电网或从网或从电网网馈入或入或转化成机械能予以利用。化成机械能予以利用。 效率效率较高，但要添加一些高，但要添加一些设备。 电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统183. 3. 转差功率不变型调速系统转差功率不变型调速系统 无论转速高低，转差功率中的转子铜损部分根本不变，如变极调速、变压变频调速。 变极对数调速是有级的，运用场一切限。 只需变压变频调速运用最广，而且效率更高，设备本钱也最高。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统19 同步电机的调速同步电机的调速 同步同步电机没有机没有转差，也就没有

11、差，也就没有转差功率，差功率，所以同步所以同步电机机调速系速系统只能是只能是转差功率不差功率不变型恒等于型恒等于 0 0 的，而同步的，而同步电机机转子极子极对数又是固定的，因此只能靠数又是固定的，因此只能靠变压变频调速，没有像异步速，没有像异步电机那机那样的多种的多种调速方法。速方法。 在同步在同步电机的机的变压变频调速方法中，从速方法中，从频率控制的方式来看，可分率控制的方式来看，可分为他控他控变频调速和自控速和自控变频调速两速两类。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统20 自控自控变频调速速 利用利用转子磁极位置的子磁极位置的检测信号来控制信号来控制变

12、压变频安装安装换相，相，类似于直流似于直流电机中机中电刷和刷和换向器的作用，因此有向器的作用，因此有时又称又称作无作无换向器向器电机机调速，或无刷直流速，或无刷直流电机机调速。速。 开关磁阻开关磁阻电机机 是一种特殊型式的同步是一种特殊型式的同步电机，有其独特的比机，有其独特的比较简单的的调速方法，在小速方法，在小容量交流容量交流电机机调速系速系统中很有开展出路。中很有开展出路。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统21第 5 章交流交流调速的根本速的根本类型和交流型和交流变压调速系速系统 一种一种转差功率耗差功率耗费型型调速速系系统 电电力拖力拖动动自自动动

13、控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统22本章提要本章提要u异步电动机变压调速电路异步电动机变压调速电路u异步电动机改动电压时的机械特性异步电动机改动电压时的机械特性u闭环控制的变压调速系统及其静特性闭环控制的变压调速系统及其静特性u闭环变压调速系统的近似动态构造图闭环变压调速系统的近似动态构造图u变压控制在软起动器和轻载降压节能变压控制在软起动器和轻载降压节能运转中的运用运转中的运用电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统23本章要点本章要点本章主要本章主要讨论交流交流变压调速速问题了解交流了解交流变压的根本方式；的根本方式；掌握交流掌握交流变压调速

14、系速系统的的闭环特性；特性；重点、重点、难点点: : 异异步步电动机机改改动电压时机机械械特特性性的的变化化规律。律。 电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统245.1 5.1 异步电动机变压调速电路异步电动机变压调速电路 变压调速是异步电机调速方法中比较简便的一种。 由电力拖动原理可知，当异步电机等效电路的参数不变时，在一样的转速下，电磁转矩与定子电压的平方成正比 因此，改动定子外加电压就可以改动机械特性的函数关系，从而改动电机在一定负载转矩下的转速。(5-3)电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统25 交流变压调速系统可控

15、电源交流变压调速系统可控电源M3TVC利用晶利用晶闸管交流管交流调压器器变压调速速TVCTVC双向晶双向晶闸管交流管交流调压器器 图5-1 利用晶闸管交流调压器变压调速 电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统26 控制方式控制方式TVC的变压控制方式任务周期任务周期1S电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统27n电路构造：路构造： 采用晶采用晶闸管反并管反并联供供电方式，方式，实现异异步步电动机可逆机可逆和制和制动。图5-2 采用晶闸管反并联的异步电动机可逆和制动电路 可逆和制动控制电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电

16、力力传动传动控制系控制系统统28l 反向运反向运转方式方式l 图5-25-2所示所示为采用晶采用晶闸管反并管反并联的异步的异步电动机可逆和制机可逆和制动电路，路，其中，晶其中，晶闸管管 16 16 控制控制电动机机正正转运运转，反，反转时，可由晶，可由晶闸管管 1 1、4 4 和和 710 710 提供逆相序提供逆相序电源，源，同同时也可用于反接制也可用于反接制动。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统29l制制动运运转方式方式l 当需求能耗制当需求能耗制动时，可以根据，可以根据制制动电路的要求路的要求选择某几个晶某几个晶闸管不管不对称地任称地任务，例如，例如

17、让 1、2、6 三个器三个器件件导通，其他均关断，就可使定子通，其他均关断，就可使定子绕组中流中流过半波直流半波直流电流，流，对旋旋转着的着的电动机机转子子产生制生制动作用。作用。l 必要必要时，还可以在制可以在制动电路中串入路中串入电阻以限制制阻以限制制动电流。流。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统30图图5-3 异步电动机的稳态等效电路异步电动机的稳态等效电路 Us1RsLlsLlrLmRr /sIsI0IrLm5.2 异步电动机改动电压时的机异步电动机改动电压时的机械特性械特性三个假定条件：三个假定条件：1忽略空间和时间谐波，忽略空间和时间谐波，2忽

18、略磁饱和，忽略磁饱和，3忽略铁损，忽略铁损，电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统31 参数定义参数定义lRsRs、Rr Rr 定子每相定子每相电阻和折合到定子阻和折合到定子侧的的转子每相子每相电阻；阻；lLlsLls、Llr Llr 定子每相漏感和折合到定子定子每相漏感和折合到定子侧的的转子每相漏感；子每相漏感；lLm Lm 定子每相定子每相绕组产生气隙主磁通生气隙主磁通的等效的等效电感，即励磁感，即励磁电感；感；ls s 转差率。差率。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统32电流公式电流公式由图可以导出由图可以导出(5-

19、1)(5-1) 式中式中电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统33 在普通情况下，LmLls，那么，C1 1 这相当于将上述假定条件的第3)条改为忽略铁损和励磁电流。这样，电流公式可简化成(5-2)电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统34 转矩公式转矩公式令令电磁功率磁功率 Pm = 3Ir2 Rr /s Pm = 3Ir2 Rr /s 同步机械角同步机械角转速速 m1 = m1 = 1/np1/np式式中中 np np 极极对数数，那那么么异异步步电机机的的电磁磁转矩矩为 5-35-3电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统

20、统电电力力传动传动控制系控制系统统35最大转矩公式最大转矩公式 将式5-3对s求导，并令dTe/ds=0，可求出对应于最大转矩时的静差率和最大转矩5-45-5电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统36异步电动机机械特性异步电动机机械特性TeOnn0TemaxsmTLUsN0.7UsNABCFDE0.5UsN风机类负载特性恒转矩负载特性图图5-4 异步电动机不同电压下的机械特性异步电动机不同电压下的机械特性电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统37 带恒转矩负载任务时，普通笼型异步电机带恒转矩负载任务时，普通笼型异步电机变电压时

21、的稳定任务点为变电压时的稳定任务点为A A、B B、C C，转差率，转差率s s的的变化范围不超越变化范围不超越 0sm 0sm ，调速范围有限。，调速范围有限。 带风机类负载运转，那么任务点为带风机类负载运转，那么任务点为D D、E E、F F，调速范围可以大一些。，调速范围可以大一些。 为了能在恒转矩负载下扩展调速范围，并使电机能在较低转速下运转而不致过热，就要求电机转子有较高的电阻值。 显然，带恒转矩负载时的变压调速范围增大了，堵转任务也不致烧坏电机，这种电机又称作交流力矩电机。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统38 交流力矩电机的机械特性交流力矩电

22、机的机械特性TeOnn0UsN0.7UsNABCTL0.5UsN恒转矩负载特性图图5-5 高转子电阻电动机交流力矩电动机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在不同电压下的机械特性 电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统395.3 5.3 闭环控制的变压调速系统及其闭环控制的变压调速系统及其静特性静特性 采用普通异步电机的变电压调速时，调速范围很窄，采用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，因此当负载变化时静差率很大，开环控制很难处理这个矛盾。 为此，对于恒转矩性质的负载，要求调速范围大于D=2时，往往采用带转速反响的闭环控制系

23、统。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统401. 系统组成系统组成图5-6 带转速负反响闭环控制的交流变压调速系统ASRU*n+-UnGT+M3TGa)原理图 -Ucn电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统412. 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5-6b 闭环控制变压调速系统的静特性U*n3U*n1U*n2假设负载增大引假设负载增大引起转速下降，反起转速下降，反响控制造用能提响控制造用能提高定子电压，从高定子电压，从而在右边一条机而在右边一条机械特性上找到新械

24、特性上找到新的任务点的任务点 A A。按照反响控制规按照反响控制规律，将律，将A、A、A 衔接起来便是衔接起来便是闭环系统的静特闭环系统的静特性性电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统42 虽然异步然异步电机的开机的开环机械特性和直流机械特性和直流电机的机的开开环特性差特性差别很大，但是在不同很大，但是在不同电压的开的开环机械机械特性上各取一个相特性上各取一个相应的任的任务点，点，衔接起来便得到接起来便得到闭环系系统静特性，静特性，这样的分析方法的分析方法对两种两种电机是机是完全一致的。完全一致的。 虽然异步力矩然异步力矩电机的机械特性很机的机械特性很软，但由

25、系，但由系统放大系数决放大系数决议的的闭环系系统静特性却可以很硬。静特性却可以很硬。 假假设采用采用PIPI调理器，照理器，照样可以做到无静差。可以做到无静差。改改动给定信号，那么静特性平行地上下挪定信号，那么静特性平行地上下挪动，到，到达达调速的目的。速的目的。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统43 变压调速系统的特点变压调速系统的特点 异步异步电机机闭环变压调速系速系统不同于直流不同于直流电机机闭环变压调速系速系统的地方是：静特性的地方是：静特性左右两左右两边都有极限，不能无限延伸，它都有极限，不能无限延伸，它们是是额定定电压 UsN UsN 下的机械

26、特性和最小下的机械特性和最小输出出电压UsminUsmin下的机械特性。下的机械特性。 当当负载变化化时，假，假设电压调理到极限理到极限值，闭环系系统便失去控制才干，系便失去控制才干，系统的任的任务点点只能沿着极限开只能沿着极限开环特性特性变化。化。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统443. 3. 系统静态构造系统静态构造 Ksn=f(Us,Te) ASRU*nUnUcUs-TLn图5-7 异步电机闭环变压调速系统的静态构造图 电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统45图中，中，Ks = Us/Uc Ks = Us/Uc

27、为晶晶闸管交流管交流调压器和触器和触发安装安装的放大系数；的放大系数； = Un/n = Un/n 为转速反响系数；速反响系数；ASRASR采用采用PIPI调理器；理器；n =f (Us, Te )n =f (Us, Te )是式是式5-35-3所表达的异步所表达的异步电机机械特性方程式，它是一个非机机械特性方程式，它是一个非线性函数。性函数。 电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统46 稳态时，稳态时， Un* = Un = Un* = Un = n n Te = TL Te = TL 根据负载需求的根据负载需求的 n n 和和TL TL 可由式可由式5-5

28、-3 3计算出或用机械特性图解法求出所需计算出或用机械特性图解法求出所需的的 Us Us以及相应的以及相应的UcUc。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统475.4 5.4 闭环变压调速系统的近似动闭环变压调速系统的近似动态构造图态构造图 对系系统进展展动态分析和分析和设计时，须先先绘出出动态构造构造图。由。由图5-75-7的静的静态构造构造图可以得到可以得到动态构造构造图，如，如图5-85-8所示。所示。 其中有些其中有些环节的的传送函数可以直接写送函数可以直接写出来，只需异步出来，只需异步电机机传送函数的推送函数的推导须费一番周折。一番周折。电电力拖力拖

29、动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统48 系统动态构造系统动态构造图5-8 异步电动机闭环变压调速系统的动态构造框图 MA异步电机 FBS测速反响环节 WFBS(s) U*n(s)Un(s)Uc (s)-n(s)WASR(s)WGT-V (s)WMA (s)Us(s)电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统49 转速调理器转速调理器ASRASR 转速调理器ASR常用PI调理器，用以消除静差并改善动态性能，其传送函数为电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统50 晶闸管交流调压器和触发安装晶闸管交流调压器和触

30、发安装 安装的输入安装的输入- -输出关系原那么上是非线性的，输出关系原那么上是非线性的，在一定范围内可假定为线性函数，在动态中可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。传送函数可写成以近似成一阶惯性环节。传送函数可写成 其近似条件是 对于三相全波Y结合调压电路，可取Ts=3.3ms。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统51 测速反响环节测速反响环节 思索到反响滤波作用，测速反响环节FBS的传送函数可写成电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统52 异步电机近似的传送函数异步电机近似的传送函数 异步电机的

31、动态过程是由一组非线性微分方程描画的，要用一个传送函数来准确地表示它的输入输出关系是不能够的。 在这里，可以先在一定的假定条件下，用稳态任务点附近的微偏线性化方法求出一种近似的传送函数。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统531 1异步电机近似的线性机械特性异步电机近似的线性机械特性 由式5-3知电磁转矩为当 s 很小时，可以以为且电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统54 后者相当于忽略异步电机的漏感电磁惯性。在此条件下，5-6 这是在上述条件下异步电机近似的线性机械特性。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传

32、动传动控制系控制系统统552 2稳态任务点计算稳态任务点计算 设设A A为近似线性机械特性上的一个稳态为近似线性机械特性上的一个稳态任务点，那么在任务点，那么在A A点上点上5-75-7 在在A A点附近有微小偏向时，点附近有微小偏向时，Te= Te= TeA+TeA+TeTe，Us=UsA+Us=UsA+UsUs，而，而s=sA+s=sA+s s，代，代入式入式5-65-6得得电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统563 3微偏线性化微偏线性化 将上式展开，并忽略两个和两个以上微偏量的乘积，那么5-8电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控

33、制系控制系统统57 式5-8减去式5-7，得5-9 知转差率知转差率 ，其中，其中 1 1是同步角转是同步角转速，速， 是转子角转速，那么是转子角转速，那么5-10电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统58 将式将式5-105-10代入式代入式5-95-9，得，得5-115-11 式式5-115-11就就是是在在稳稳态态任任务务点点附附近近微微偏偏量量TeTe与与UsUs和和间的关系。间的关系。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统59 带恒转矩负载时电力拖动系统的运动方带恒转矩负载时电力拖动系统的运动方程式为程式为 按上面一

34、样的方法处置，可得在稳态任按上面一样的方法处置，可得在稳态任务点务点A A附近的微偏量运动方程式为附近的微偏量运动方程式为5-125-12电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统60 将式5-11和5-12的微偏量关系画在一同，即得异步电机在忽略电磁惯性时的微偏线性化动态构造图，如图5-9所示。 假设只思索U1到之间的传送函数，可先取 TL = 0，图5-9中小闭环传送函数可变换成电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统614 4近似动态构造图近似动态构造图3np1Rr2UsASA3npU 2sAs2 Rrnp JsUsTeTL+

35、-图5-9 忽略电磁惯性时异步电机微偏线性化的近似动态构造图 电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统625 5异步电机的近似线性化传送函数异步电机的近似线性化传送函数 于是，异步电机的近似线性化传送函数为电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统63式中式中 KMA KMA 异步异步电机的机的传送系数，送系数， Tm Tm 异异步步电机机拖拖动系系统的的机机电时间常常数，数， 电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统64 由于忽略了电磁惯性，只剩下同轴旋转由于忽略了电磁惯性，只剩下同轴旋转体的机电惯

36、性，异步电机便近似成一个线体的机电惯性，异步电机便近似成一个线性的一阶惯性环节，即性的一阶惯性环节，即(5-13)(5-13) 把得到的四个传送函数式写入图把得到的四个传送函数式写入图5-85-8中中各方框内，即得异步电机变压调速系统微各方框内，即得异步电机变压调速系统微偏线性化的近似动态构造图。偏线性化的近似动态构造图。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统65 最后，应该再强调一下，详细运用这个动态构造图时要留意下述两点：由于它是偏微线性化模型，只能用于机械特性线性段上任务点附近的稳定性判别和动态校正，不适用于起制动时转速大范围变化的动态呼应。由于它完全忽

37、略了电磁惯性，分析与计算有很大的近似性。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统66*5.6 *5.6 变压控制在软起动器和轻载变压控制在软起动器和轻载降压节能运转中的运用降压节能运转中的运用 除了除了调速系速系统以外，异步以外，异步电动机的机的变压控制在控制在软起起动器和器和轻载降降压节能运能运转中也中也得到了广泛的运用。得到了广泛的运用。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统67*5.6.1 *5.6.1 软起动器软起动器l起起动电流流问题l 常用的三相异步常用的三相异步电动机构造机构造简单，价，价钱廉廉价，而且性能良好，运

38、价，而且性能良好，运转可靠。可靠。l 对于小容量于小容量电动机，只需供机，只需供电网网络和和变压器的容量足器的容量足够大普通要求比大普通要求比电机容量大机容量大4 4倍以倍以上，而供上，而供电线路并不太路并不太长起起动电流呵斥的瞬流呵斥的瞬时电压降落低于降落低于10%10%15%15%，可以直接通，可以直接通电起起动，操作也很操作也很简便。便。l 对于容量大一些的于容量大一些的电动机，机，问题就不就不这么么简单了。了。 电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统68n 起动电流和转矩公式起动电流和转矩公式 在式在式5-25-2和式和式5-35-3中已导出异步中已导

39、出异步电动机的电流和转矩方程式，起动时，电动机的电流和转矩方程式，起动时，s s =1=1，因此起动电流和起动转矩分别为，因此起动电流和起动转矩分别为5-19 5-20 电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统69 由上述二式不难看出，在普通情况下，由上述二式不难看出，在普通情况下，三相异步电动机的起动电流比较大，而起三相异步电动机的起动电流比较大，而起动转矩并不大。对于普通的笼型电动机，动转矩并不大。对于普通的笼型电动机，起动电流和起动转矩对其额定值的倍数大起动电流和起动转矩对其额定值的倍数大约为约为起动电流倍数起动电流倍数 起动转矩倍数起动转矩倍数 n 起动

40、电流和转矩分析起动电流和转矩分析电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统70起动电流和转矩分析续起动电流和转矩分析续 中、大容量电动机的起动电流大，会使电网压降过大，影响其它用电设备的正常运转，甚至使该电动机本身根本起动不起来。这时，必需采取措施来降低其起动电流，常用的方法是降压起动。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统71n 软起动器原理图软起动器原理图电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统72n 降压起动的矛盾降压起动的矛盾 由式5-19可知，当电压降低时，起动电流将随电压成正比地降低，从

41、而可以避开起动电流冲击的顶峰。 但是，式5-20又阐明，起动转矩与电压的平方成正比，起动转矩的减小将比起动电流的降低更快，降压起动时又会出现起动转矩够不够的问题。为了防止这个费事，降压起动只适用于中、大容量电动机空载或轻载起动的场所。 电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统73n 传统的降压起动方法传统的降压起动方法 传统的降压起动方法有： 星-三角Y-起动定子串电阻或电抗起动自耦变压器又称起动补偿器降压起动 它们都是一级降压起动，起动过程中电流有两次冲击，其幅值都比直接起动电流低，而起动过程时间略长，如图5-12所示。 电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统

42、统电电力力传动传动控制系控制系统统74n 三种起动过程的电流比较三种起动过程的电流比较图5-12 异步异步电动机的机的起起动过程与程与电流冲流冲击一级降压起动 软起动器 直接起动电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统75n 软起动方法软起动方法 现代带电流闭环的电子控制软起动器可现代带电流闭环的电子控制软起动器可以限制起动电流并坚持恒值，直到转速升高以限制起动电流并坚持恒值，直到转速升高后电流自动衰减下来图后电流自动衰减下来图5-125-12中曲线中曲线c c，起动时间也短于一级降压起动。起动时间也短于一级降压起动。 主电路采用晶闸管交流调压器，用延续主电路采

43、用晶闸管交流调压器，用延续地改动其输出电压来保证恒流起动，稳定运地改动其输出电压来保证恒流起动，稳定运转时可用接触器给晶闸管旁路，以免晶闸管转时可用接触器给晶闸管旁路，以免晶闸管不用要地长期任务。不用要地长期任务。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统76p软起动方法续软起动方法续 起动时所带负载的大小，起动电流可在起动时所带负载的大小，起动电流可在 (0.54)IsN (0.54)IsN 之间调整，以获得最正确的起之间调整，以获得最正确的起动效果，但无论如何调整都不宜于满载起动效果，但无论如何调整都不宜于满载起动。负载略重或静摩擦转矩较大时，可在动。负载略重

44、或静摩擦转矩较大时，可在起动时突加短时的脉冲电流，以缩短起动起动时突加短时的脉冲电流，以缩短起动时间。时间。 软起动的功能同样也可以用于制动，用软起动的功能同样也可以用于制动，用以实现软停车。以实现软停车。 电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统77本章小结本章小结 本章主要讨论交流变压调速问题，学习要求是：了解交流变压的根本方式；掌握交流变压调速系统的开环特性和闭环特性；了解系统模型的非线性性质和线性化方法；了解交流变压调速系统在软起动器中的运用。电电力拖力拖动动自自动动控制系控制系统统电电力力传动传动控制系控制系统统78作作 业业 5-1、5-2、5-4