1、哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院第第 2 篇篇电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统交流拖动控制系统交流拖动控制系统哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院2内容提要内容提要?概述?交流调速系统的主要类型?交流变压调速系统?交流变频调速系统?*绕线转子异步电机双馈调速系统转差功率馈送型调速系统?*同步电动机变压变频调速系统哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院3概述概述?直流电力拖动和交流电力拖动在19世纪先后诞生。在20世纪上半叶的年代里，鉴于直流拖动具有优越的调速性能，高性能可调速拖动都采用直流电机，而约占电力拖动总容量80%以上的不变速拖动
2、系统则采用交流电机。?交流调速系统的多种方案虽然早已问世，并已获得实际应用，但其性能却始终无法与直流调速系统相比。?随着电力电子技术的发展，使得采用电力电子变换器的交流拖动系统得以实现，特别是大规模集成电路和计算机控制的出现，高性能交流调速系统便应运而生。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院4直流电机的缺点?直流电机具有电刷和换相器因而必须经常检查维修；?换向火花使直流电机的应用环境受到限制；?换向能力限制了直流电机的容量和速度。交流电机没有上面的弱点。目前，交流拖动控制系统已经成为当前电力拖动控制的主要发展方向。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院5 交流拖动
3、控制系统的应用领域交流拖动控制系统的应用领域主要有三个方面：?一般性能的节能调速一般性能的节能调速?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哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院61. 一般性能的节能调速一般性能的节能调速?应用数量巨大：风机、水泵等通用机械的容量几乎占工业电力拖动总容量的一半以上；?过去的调速运行手段：因为过去的交流拖动调速比较困难，不得不依赖挡板和阀门来调节送风和供水的流量，因而把许多电能白白地浪费了；?如果采用交流调速系统，把消耗在挡板和阀门上的能量节省下来，每台风机、水泵平均都可
4、以节约 20 30% 以上的电能，效果是很可观的。?风机、水泵的调速范围和对动态快速性的要求都不高，只需要一般的调速性能。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院72. 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?许多在工艺上需要调速的生产机械过去多用直流拖动；?由于交流电机比直流电机结构简单、成本低廉、工作可靠、维护方便、惯量小、效率高，如果改成交流拖动，显然能够带来不少的效益。?由于交流电机原理上的原因，其电磁转矩难以像直流电机那样通过电枢电流施行灵活的实时控制。?20世纪70年代初发明了矢量控制技术，通过坐标变换，把交流电机的定子电流分解成转矩分量和励磁分量
5、，用来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。?又出现了直接转矩控制、解耦控制等方法，形成了一系列高性能交流调速系统和交流伺服系统。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院83. 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?直流电机的换向能力限制了它的容量转速积不超过106 kW r /min，超过这一数值时，其设计与制造就非常困难了。?交流电机没有换向器，不受这种限制，因此，特大容量的电力拖动设备，如厚板轧机、矿井卷扬机等，以及极高转速的拖动，如高速磨头、离心机等，都以采用交流调速为宜。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院9?
6、交流调速系统的主要类型交流调速系统的主要类型交流电机主要分为异步电机异步电机（即感应电机）和同步电机同步电机两大类，每类电机又有不同类型的调速系统。现有文献中介绍的异步电机调速系统种类繁多，可按照不同的角度进行分类。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院10按电动机的调速方法分类按电动机的调速方法分类常见的交流调速方法有：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；变压变频调速等等。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院11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电机的原理，从定子传入转子的电磁功
7、率可分成两部分：?拖动负载的有效功率，称作机械功率；?传输给转子电路的转差功率，与转差率 s 成正比。PmechPmPs哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院12即Pm = Pmech+ Ps Pmech= (1 s) PmPs= sPm从能量转换的角度上看，转差功率是否增大，是消耗掉还是得到回收转差功率是否增大，是消耗掉还是得到回收，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 。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院131. 转差功率消耗型调速系统转差功率消耗型调速系统特点：全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中。上述的：降电压调
8、速；转差离合器调速；转子串电阻调速；三种调速方法都属于这一类。?这类系统的效率最低，?而且越到低速时效率越低，?它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降低的（恒转矩负载时）。可是这类系统结构简单，设备成本最低，所以还有一定的应用价值。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院142.转差功率馈送型调速系统转差功率馈送型调速系统特点：除转子铜损外，大部分转差功率在转子侧通过变流装置馈出或馈入，转速越低，能馈送的功率越多，上述的绕线电机串级调速或双馈电机调速；属于这一类。?无论是馈出还是馈入的转差功率，扣除变流装置本身的损耗后，最终都转化成有用的功率，?因此，这类系统的效率较高，但要增加一
9、些设备。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院153. 转差功率不变型调速系统转差功率不变型调速系统特点：转差功率只有转子铜损，而且无论转速高低，转差功率基本不变，因此效率更高。上述的变极对数调速；变压变频调速。属于此类。?变极对数调速是有级的，应用场合有限。?只有变压变频调速应用最广，可以构成高动态性能的交流调速系统，取代直流调速；但在定子电路中须配备与电动机容量相当的变压变频器，相比之下，设备成本最高。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院16 同步电机的调速同步电机的调速同步电机没有转差，也就没有转差功率，所以同步电机调速系统只能是转差功率不变型（恒等于 0
10、）的，而同步电机转子极对数又是固定的，因此只能靠变压变频调速，没有像异步电机那样的多种调速方法。在同步电机的变压变频调速方法中，从频率控制的方式来看，可分为他控变频调速他控变频调速和自控变频调速自控变频调速两类。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院17?自控变频调速自控变频调速利用转子磁极位置的检测信号来控制变压变频装置换相，类似于直流电机中电刷和换向器的作用，因此有时又称作无换向器电机调速，或无刷直流电机调速。?开关磁阻电机开关磁阻电机是一种特殊型式的同步电机，有其独特的比较简单的调速方法，在小容量交流电机调速系统中很有发展前途。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教
11、育学院第第 5 章章电力拖动自动控制系统电力拖动自动控制系统闭环控制的异步电动机变压调速系统闭环控制的异步电动机变压调速系统 一种转差功率消耗型调速系统哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院19本章提要本章提要?异步电动机变压调速电路异步电动机变压调速电路?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?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?闭环变压调速系统的近似动态结构图闭环变压调速系统的近似动态结构图?转差功率损耗分析转差功率损耗分析?变压控制在软起动器和轻载降压节能运行变压控制在软起动器和轻载降压节能运行中的应用中的应用哈尔滨工业大
12、学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院205.1 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，在相同的转速下，电磁转矩与定子电压的平方成正比。?改变定子外加电压就可以改变机械特性的函数关系，从而改变电机在一定负载转矩下的转速。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院21?过去改变交流电压的方法多用自耦变压器或带直流磁化绕组的饱和电抗器，自从电力电子技术兴起以后，这类比较笨重的电磁装置就被晶闸管交流调压器取代了。?目前，交流调压器一般用三对晶闸管反并联或三个双向晶闸管分别串接在三相电路
13、中，主电路接法有多种方案，用相位控制改变输出电压。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院22Y型接法0负载abca)uaubuciaUa0VT1VT2VT3哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院23型接法负载b)abcuaubucia哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院24 交流变压调速系统可控电源M3TVC图5-1 利用晶闸管交流调压器变压调速利用晶闸管交流调压器变压调速TVC双向晶闸管交流调压器哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院25 控制方式TVC的变压控制方式哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院26?电路结构：
14、采用晶闸管反并联供电方式，实现异步电动机可逆和制动。图5-2 采用晶闸管反并联的异步电动机可逆和制动电路 可逆和制动控制哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院27?反向运行方式图5-2所示为采用晶闸管反并联的异步电动机可逆和制动电路，其中，晶闸管 16控制电动机正转运行，反转时，可由晶闸管 1，4 和 710 提供逆相序电源，同时也可用于反接制动。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院28?制动运行方式?当需要能耗制动时，可以根据制动电路的要求选择某几个晶闸管不对称地工作，例如让1，2，6 三个器件导通，其余均关断，就可使定子绕组中流过半波直流电流，对旋转着的电动机
15、转子产生制动作用。?必要时，还可以在制动电路中串入电阻以限制制动电流。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院295.2 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根据电机学原理，在下述三个假定条件下： 忽略空间和时间谐波， 忽略磁饱和， 忽略铁损，异步电机的稳态等效电路示于图5-3。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院30 异步电动机等效电路图5-3 异步电动机的稳态等效电路Us1RsLlsLlrLmRr/sIsI0IrLm哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院31 参数定义?Rs、Rr定子每相电阻和折合到定子侧的转子每相电阻；?L
16、ls、Llr定子每相漏感和折合到定子侧的转子每相漏感；?Lm定子每相绕组产生气隙主磁通的等效电感，即励磁电感；?Us、1 定子相电压和供电角频率；?s 转差率。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院32转子电流公式由图可以导出(5-1)式中()2r1s212r1ssrllLCLsRCRUI+=msm1s1s111LLLjLjRCll+=哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院33在一般情况下，LmLl1，则，C1 1 这相当于将上述假定条件的第条改为忽略铁损和励磁电流。这样，电流公式可简化成(5-2)()2rs212rssrsllLLsRRUII+=哈尔滨工业大学哈尔
17、滨工业大学远程教育学院远程教育学院34 转矩公式令电磁功率Pm= 3Ir2 Rr /s同步机械角转速m1= 1 / np式中 np极对数，则异步电机的电磁转矩为（5-3）()+=2rs212rs1r2spr2 r1p1mme/33llLLsRRsRUnsRInPT哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院35式（5 - 3）就是异步电机的机械特性方程式。它表明，当转速或转差率一定时，电磁转矩与定子电压的平方成正比电磁转矩与定子电压的平方成正比。这样，不同电压下的机械特性便如图5-4所示，图中，UsN表示额定定子电压。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院36 异步电动机
18、机械特性TeOnn0TemaxsmTLUsN0.7UsNABCFDE0.5UsN风机类负载特性恒转矩负载特性图5-4 异步电动机不同电压下的机械特性哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院37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（5-4）（5-5）2rs212srm)(llLLRRs+=2rs212ss12spmaxe)(23llLLRRUnT+=哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院38由图5-4可见：?带恒转矩负载工作时，普通笼型异步电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
19、 sm，调速范围有限。?如果带风机类负载运行，则工作点为D、E、F，调速范围可以大一些。?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图5-5。?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，这种电机又称作交流力矩电机。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院39 交流力矩电机的机械特性TeOnn0UsN0.7UsNABCTL0.5UsN恒转矩负载特性图5-5 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哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院405.3
20、 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，因而当负载变化时静差率很大（见图5-5），开环控制很难解决这个矛盾。为此，对于恒转矩性质的负载，要求调速范围大于D=2时，往往采用带转速反馈的闭环控制系统（见图5-6a）。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院411. 系统组成图5-6 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-Ucn哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院422. 系统静特性eTOnn0T
21、LUsNAAAUs min恒转矩负载特性图5-6 b) 闭环控制变压调速系统的静特性U*n3U*n1U*n2哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院43上图表示的是闭环控制变压调速系统的静特性。?当系统带负载在 A 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，从而在右边一条机械特性上找到新的工作点 A。同理，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 A。?按照反馈控制规律，将A、A、A 连接起来便是闭环系统的静特性。?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，但是在不同电压的开环机械特性上各取一个相应的工作点，连接起来便得到闭环系
22、统静特性，这样的分析方法对两种电机是完全一致的。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院44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闭环系统静特性却可以很硬。如果采用PI调节器，照样可以做到无静差。改变给定信号，则静特性平行地上下移动，达到调速的目的。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院45 变压调速系统的特点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：静特性左右两边都有极限，不能无限延长，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。当负载变化时，如果电压调节到极限值，闭环系统便失
23、去控制能力，系统的工作点只能沿着极限开环特性变化。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院463. 系统静态结构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结构图哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院47根据静态结构图?Ks= Us/Uc为晶闸管交流调压器和触发装置的放大系数；?= Un/n 为转速反馈系数；?ASR采用PI调节器；?n =f (Us, Te)是式（5-3）所表达的异步电机机械特性方程式，它是一个非线性函数。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院48稳态时，Un*= Un= nTe= T
24、L根据负载需要的 n 和TL 可由式（5-3）计算出或用机械特性图解法求出所需的Us 以及相应的 Uc。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院495.4 闭环变压调速系统的近似动态结构图闭环变压调速系统的近似动态结构图对系统进行动态分析和设计时，由静态结构图可以得到动态结构图。图5-8 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FBS测速反馈环节WFBS(s)U*n(s)Un(s)Uc(s)-n(s)WASR(s)WGT-V(s)WMA(s)Us(s)哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院50 转速调节器ASR转速调节器ASR常用PI调节器，用以消除静差并
25、改善动态性能，其传递函数为ssKsWnnnASR1)(+=哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院51 晶闸管交流调压器和触发装置装置的输入-输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样。传递函数可写成1)(ssVGT+=sTKsW哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院52其近似条件是对于三相全波Y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。sc31T哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院53 测速反馈环节考虑到反馈滤波作用，测速反馈环节FB
26、S的传递函数可写成1)(onFBS+=sTsW哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院54 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。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一种近似的传递函数。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院55（1）异步电机近似的线性机械特性由式（5-3）已知电磁转矩为（5-3）当 s 很小时，可以认为+=2rs212rs1r2spe)()(/3llLLsRRsRUnTsRRrssRLLllrrs1)(+且哈尔滨工业大学哈尔滨工业
27、大学远程教育学院远程教育学院56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。sURnT2sr1pe3哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院57（2）稳态工作点计算设A为近似线性机械特性上的一个稳态工作点，则在A点上（5-7）在A点附近有微小偏差时，Te= TeA+Te，Us= UsA+ Us，而 s = sA+ s，代入式（5-6）得A2sAr1peA3sURnTTeOnn0TemaxsmTLUsN0.7UsNABCFDE0.5UsN风机类负载特性恒转矩负载特性哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院58（3
28、）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，则（5-8）)()(3A2ssAr1peeAssUURnTT+)2(32sAsAsAA2sAr1peeAsUUsUsURnTT+哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院59从式（5-8）中减去式（5-7），得（5-9）)2(32sAsAsAr1pesUUsURnT+1=s已知转差率，其中1是同步角转速，是转子角转速，则(5-10)11=s哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院60将式（5-10）代入式（5-9），得（5-11）式（5-11）就是在稳态工作点附近微偏量Te与Us和间的关系。)2(312sAsAsA
29、r1peUUsURnT哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院61带恒转矩负载时电力拖动系统的运动方程式为按上面相同的方法处理，可得在稳态工作点A附近的微偏量运动方程式为（5-12）tnJTTddpLe=tnJTTd)(dpLe=哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院62将式（5-11）和（5-12）的微偏量关系画在一起，即得异步电机在忽略电磁惯性时的微偏线性化动态结构图，如图5-9所示。如果只考虑U1到之间的传递函数，可先取 TL= 0，图5-9中小闭环传递函数可变换成r212sApppr2s2sApp3s1s31sRUnnJJnRUnJn+=+哈尔滨工业大学哈尔滨
30、工业大学远程教育学院远程教育学院63（4）近似动态结构图3np1Rr2UsASA3npU 2sAs2 RrnpJsUsTeTL+-图5-9 忽略电磁惯性时异步电机微偏线性化的近似动态结构图哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院64（5）异步电机的近似线性化传递函数于是，异步电机的近似线性化传递函数为1132323)()()(mMA2sA2pr21sA1Ar212sAppAsAr1psMA+=+=+=sTKsUnRJUsRUnsnJsURnsUssW哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院65式中KMA 异步电机的传递系数，Tm 异步电机拖动系统的机电时间常数，sAA1
31、sA1AMA)(22UUsK=2sA2pr21m3 UnRJT=哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院66由于忽略了电磁惯性，只剩下同轴旋转体的机电惯性，异步电机便近似成一个线性的一阶惯性环节，即(5-13)把得到的四个传递函数式写入图5-8中各方框内，即得异步电机变压调速系统微偏线性化的近似动态结构图近似动态结构图。1)()()(mMAsMA+=sTKsUssW哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院67最后，应该再强调一下，具体使用这个动态结构图时要注意下述两点：?由于它是偏微线性化模型，只能用于机械特性线性段上工作点附近的稳定性判别和动态校正，不适用于起制动时转
32、速大范围变化的动态响应。?由于它完全忽略了电磁惯性，分析与计算有很大的近似性。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院68*5.6 变压控制在软起动器和轻载降压节能运行中的应用变压控制在软起动器和轻载降压节能运行中的应用除了调速系统以外，异步电动机的变压控制在软软起动器起动器和轻载降压节能轻载降压节能运行中也得到了广泛的应用。*5.6.1 软起动器软起动器起动电流问题三相异步电动机结构简单，价格便宜，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（起动电流造成的瞬时电压降落低于10%15%），可以直接通电
33、起动，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。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院69?起动电流和转矩公式起动时，s=1，因此起动电流和起动转矩分别为()()2rs212rssrstsstllLLRRUII+=()()2rs212rs1r2spest3llLLRRRUnT+=（5-19）（5-20）哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院70由上述二式不难看出，在一般情况下，三相异步电动机的起动电流比较大，而起动转矩并不大。对于一般的笼型电动机，起动电流和起动转矩对其额定值的倍数大约为74sNsstI=IIK3 . 19 . 0eNestT=TT
34、K起动电流倍数起动转矩倍数?起动电流和转矩分析哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院71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，影响其他用电设备的正常运行，甚至使该电动机本身根本起动不起来。必须采取措施来降低其起动电流，常用的办法是降压起动降压起动。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院72降压起动的矛盾降压起动的矛盾?当电压降低时，起动电流将随电压成正比地降低，从而可以避开起动电流冲击的高峰。?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。?为了避免这个麻烦，降压起动只适用
35、于中、大容量电动机空载（或轻载）起动的场合。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院73?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。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院74?软起动方法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保持恒值，直到转速升高后电流自动衰减下来（图5-12中曲线c），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，用连续地改变其输出电压来保证恒流起动，稳定运
36、行时可用接触器给晶闸管旁路，以免晶闸管不必要地长期工作。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院75软起动方法（续）视起动时所带负载的大小，起动电流可在(0.54) IsN之间调整，以获得最佳的起动效果，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，可在起动时突加短时的脉冲电流，以缩短起动时间。软起动的功能同样也可以用于制动，用以实现软停车。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院76?三种起动过程的电流比较图5-12 异步电动机的起动过程与电流冲击一级降压起动软起动器直接起动哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院77*5.6.2 轻载降压节
37、能运行轻载降压节能运行?电机功率损耗三相异步电动机运行时的总损耗可用下式表达smechCurFeCuspppppp+=（5-21） 定子铜损； 铁损； 转子铜损； 机械损耗； 杂散损耗。式中PCusPFePCurPmechPs哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院78?电机运行效率电动机的运行效率为pPPPP+=2212（5-22）式中 效率； 输入电功率； 轴上输出功率。1P2P哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院79?当电动机在额定工况下运行时，由于输出功率大，总损耗只占很小的成分，所以额定效率N较高，一般可达75% 95% ，最大效率发生在( 0.7 1.1
38、 ) P2N的范围内。?电动机容量越大时，N越高。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院80完全空载时，理论上P2 = 0，则= 0。但实际上生产机械总有一些摩擦负载，只能算作轻载，这时，电磁转矩很小。电磁转矩可表示成Te= KT m Ir cosr（5-23）哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院81电动机在正常运行时，气隙磁通m基本不变，因此，轻载时转子电流Ir很小，PCur很小，但PFe、Pmech、Ps 基本不变，而定子电流为0rsIII&+=（5-24）受励磁电流的牵制，定子电流并没有转子电流降低得那么多。总之，轻载时在式（5-22）的分母中所占的成分较大
39、，效率将急剧降低。如果电动机长期轻载运行，将无谓地消耗许多电能。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院82由上述分析可知，为了减少轻载时的能量损耗，关键是降低气隙磁通降低气隙磁通m ，这样可以同时降低铁损PFe和励磁电流I0，降低定子电压可以达到这一目的。但是，如果过份降低电压和磁通，由式（5-23）可知，转子电流Ir必然增大，则定子电流Is 反而可能增加，铁损的降低将被铜损的增加填补，效率反而更差了。哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院83如图5-13所示，当负载转矩一定时，轻载降压节能有一个最佳电压值，此时效率最高，这样，= f ( Us )的曲线可由试验取得。图5-13 轻载降压节能的效率曲线与最佳电压值maxUs*最佳电压哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学远程教育学院远程教育学院84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：?了解交流变压的基本方式；?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和轻载降压节能运行中的应用。
