第5章 交流调压调速系统.ppt

第 2 篇 电力拖动控制系统 内容提要 概述 交流调速系统的主要类型 交流调压调速系统 交流变压变频调速系统 绕线转子异步电机调速系统 交流调速系统的MATLAB仿真 交流调速系统的主要类型 交流调速系统(AC Speed Regulating System): 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统. 按照交流异步电机的原理，从定子传入转子的电磁功率可分成两部分：一部分是拖动负载的有效功率，称作机械功率；另一部分是传输给转子电路的转差功率，与转差率 s 成正比。 第 5 章 电力拖动控制系统 本章提要 异步电动机改变电压时的机械特性 异步电动机变压调速电路 闭环控制的调压调速系统及其静特性 可见，当电源频率?1、转差率s一定时，电磁转矩与定子电压的平方成正比。当电压Us和频率?1一定时，机械特性方程式Te= f（s）是一个二次表达式。在定子电压Us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械特性曲线如图所示。 注意： （1）设计电动机时通常把额定转矩Ten确定为 左右。定义最大转矩Temax与额定转矩Ten之比为 (2)异步电动机的工作区域，一般只能在 范围内，在该范围内转矩可以近似看成和转差率成正比，故称为机械特性的线性段，大于sm部分则为机械特性的非线性段。 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，目前调压调速方式在家用风扇、电动工具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，当电源频率?1、转差率s一定时，电磁转矩与定子电压的平方成正比，这说明不同的定子电压，可以得到不同的人为机械特性。 调压时的机械特性 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，这种电机又称作交流力矩电机。 交流力矩电机的机械特性 5.3 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，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）。 1. 系统组成 2. 系统静特性 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统静特性，这样的分析方法对两种电机是完全一致的。 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。 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。 3.变压调速系统的特点 (1) 电动机的额定转矩Ten设定为 左右。 当负载变化时 （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4~7倍，但启动转矩却不大。 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。 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。 三、系统静态结构 图中， Ks = U1/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 (U1, T)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。 稳态时， Un* = Un = ?n T = TL 根据负载需要的 n 和TL 可由式（5-3）计算出所需的 Us 以及相应的 Uc。 5.3.2 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，须先绘出动态结构图。由图5-7的静态结构图可以得到动态结构图，如图5-8所示。 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番周折。 系统动态结构 转速调节器AS