河南理工大学自动控制系统课件第七章 交流异步电动机的其他调速方法.ppt

第 七 章 自动控制系统 内容提要 交流调压调速系统——转差功率消耗型调速系统 绕线转子异步电机双馈调速系统——转差功率回馈型调速系统 第一节 交流调压调速 —转差功率消耗型调速系统 一、交流调压调速系统的特性及组成 式（7- 1）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。 这样，不同电压下的机械特性便如图7-7所示，图中，UsN表示额定定子电压。 异步电动机机械特性 最大转矩公式 将式（7-1）对s求导，并令dTM/ds=0，可求出对应于最大转矩时的静差率和最大转矩 （7-2） （7-3） 由图7-7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 ~ 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7-8。 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。 （二）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7-8），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D大于2时，往往采用带转速反馈的闭环控制系统（见图7-9a）。 1. 系统组成 2. 系统静特性 图7-9b所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。 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，闭环系统便失去控制能力，系统的工作点只能沿着极限开环特性变化。 3. 系统静态结框构 图中： 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 (U1，TM )是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 TM = TL 根据负载需要的 n 和TL 可计算出或用机械特性图解法求出所需的 U1 以及相应的 Uc。 （三） 近似的动态结构框图 对系统进行动态分析和设计时，须先绘出动态结构框图。由系统的静态结构图（图7-10）可以直接得到动态结构图如图7-11所示。 系统动态结构 1） 转速调节器ASR 转速调节器ASR常用PI调节器，用以消除静差并改善动态性能，其传递函数为 2）晶闸管交流调压器和触发装置 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 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。 测速反馈环节 考虑到反馈滤波作用，测速反馈环节FBS的传递函数可写成 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