電力拖動自動控制系統(tǒng)課件一三

第2篇電力拖動自動控制系統(tǒng)交流拖動控制系統(tǒng)內(nèi)容提要概述交流調(diào)速系統(tǒng)的主要類型交流變壓調(diào)速系統(tǒng)交流變頻調(diào)速系統(tǒng)*繞線轉(zhuǎn)子異步電機雙饋調(diào)速系統(tǒng)——轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)*同步電動機變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)概述

直流電力拖動和交流電力拖動在19世紀先后誕生。在20世紀上半葉的年代里，鑒于直流拖動具有優(yōu)越的調(diào)速性能，高性能可調(diào)速拖動都采用直流電機，而約占電力拖動總?cè)萘?0%以上的不變速拖動系統(tǒng)則采用交流電機，這種分工在一段時期內(nèi)已成為一種舉世公認的格局。交流調(diào)速系統(tǒng)的多種方案雖然早已問世，并已獲得實際應用，但其性能卻始終無法與直流調(diào)速系統(tǒng)相匹敵。

直到20世紀60~70年代，隨著電力電子技術的發(fā)展，使得采用電力電子變換器的交流拖動系統(tǒng)得以實現(xiàn)，特別是大規(guī)模集成電路和計算機控制的出現(xiàn)，高性能交流調(diào)速系統(tǒng)便應運而生，一直被認為是天經(jīng)地義的交直流拖動按調(diào)速性能分工的格局終于被打破了。這時，直流電機具有電刷和換相器因而必須經(jīng)常檢查維修、換向火花使直流電機的應用環(huán)境受到限制、以及換向能力限制了直流電機的容量和速度等缺點日益突出起來，用交流可調(diào)拖動取代直流可調(diào)拖動的呼聲越來越強烈，交流拖動控制系統(tǒng)已經(jīng)成為當前電力拖動控制的主要發(fā)展方向。交流拖動控制系統(tǒng)的應用領域主要有三個方面：一般性能的節(jié)能調(diào)速

高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)

特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速

1.一般性能的節(jié)能調(diào)速

在過去大量的所謂“不變速交流拖動”中，風機、水泵等通用機械的容量幾乎占工業(yè)電力拖動總?cè)萘康囊话胍陨?，其中有不少場合并不是不需要調(diào)速，只是因為過去的交流拖動本身不能調(diào)速，不得不依賴擋板和閥門來調(diào)節(jié)送風和供水的流量，因而把許多電能白白地浪費了。一般性能的節(jié)能調(diào)速（續(xù)）如果換成交流調(diào)速系統(tǒng)，把消耗在擋板和閥門上的能量節(jié)省下來，每臺風機、水泵平均都可以節(jié)約20~30%以上的電能，效果是很可觀的。但風機、水泵的調(diào)速范圍和對動態(tài)快速性的要求都不高，只需要一般的調(diào)速性能。2.高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)許多在工藝上需要調(diào)速的生產(chǎn)機械過去多用直流拖動，鑒于交流電機比直流電機結構簡單、成本低廉、工作可靠、維護方便、慣量小、效率高，如果改成交流拖動，顯然能夠帶來不少的效益。但是，由于交流電機原理上的原因，其電磁轉(zhuǎn)矩難以像直流電機那樣通過電樞電流施行靈活的實時控制。20世紀70年代初發(fā)明了矢量控制技術，或稱磁場定向控制技術，通過坐標變換，把交流電機的定子電流分解成轉(zhuǎn)矩分量和勵磁分量，用來分別控制電機的轉(zhuǎn)矩和磁通，就可以獲得和直流電機相仿的高動態(tài)性能，從而使交流電機的調(diào)速技術取得了突破性的進展。高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)（續(xù)）高性能能的交交流調(diào)調(diào)速系系統(tǒng)和和伺服服系統(tǒng)統(tǒng)（續(xù)續(xù)）其后，，又陸陸續(xù)提提出了了直接接轉(zhuǎn)矩矩控制制、解解耦控控制等等方法法，形形成了了一系系列可可以和和直流流調(diào)速速系統(tǒng)統(tǒng)媲美美的高高性能能交流流調(diào)速速系統(tǒng)統(tǒng)和交交流伺伺服系系統(tǒng)。。3.特大容容量、、極高高轉(zhuǎn)速速的交交流調(diào)調(diào)速直流電電機的的換向向能力力限制制了它它的容容量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速積積不超超過106kW·r/min，超過這這一數(shù)數(shù)值時時，其其設計計與制制造就就非常常困難難了。。交流電電機沒沒有換換向器器，不不受這這種限限制，，因此此，特特大容容量的的電力力拖動動設備備，如如厚板板軋機機、礦礦井卷卷揚機機等，，以及及極高高轉(zhuǎn)速速的拖拖動，，如高高速磨磨頭、、離心心機等等，都都以采采用交交流調(diào)調(diào)速為為宜。。交流調(diào)調(diào)速系系統(tǒng)的的主要要類型型交流電電機主主要分分為異步電電機（即感感應電電機））和同步電電機兩大類類，每每類電電機又又有不不同類類型的的調(diào)速速系統(tǒng)統(tǒng)?，F(xiàn)有文文獻中中介紹紹的異異步電電機調(diào)調(diào)速系系統(tǒng)種種類繁繁多，，可按按照不不同的的角度度進行行分類類。按電動動機的的調(diào)速速方法法分類類常見的的交流流調(diào)速速方法法有：：①降電壓壓調(diào)速速；②轉(zhuǎn)差離離合器器調(diào)速速；③轉(zhuǎn)子串串電阻阻調(diào)速速；④繞線電電機串串級調(diào)調(diào)速或或雙饋饋電機機調(diào)速速；⑤變極對對數(shù)調(diào)調(diào)速；；⑥變壓變變頻調(diào)調(diào)速等等等。。在研究究開發(fā)發(fā)階段段，人人們從從多方方面探探索調(diào)調(diào)速的的途徑徑，因因而種種類繁繁多是是很自自然的的。現(xiàn)現(xiàn)在交交流調(diào)調(diào)速的的發(fā)展展已經(jīng)經(jīng)比較較成熟熟，為為了深深入掌掌握其其基本本原理理，就就不能能滿足足于這這種表表面上上的羅羅列，，而要要進一一步探探討其其本質(zhì)質(zhì)，認認識交交流調(diào)調(diào)速的的基本本規(guī)律律。~按電動動機的的能量量轉(zhuǎn)換換類型型分類類按照交交流異異步電電機的的原理理，從從定子子傳入入轉(zhuǎn)子子的電電磁功功率可可分成成兩部部分：：一部部分是是拖動動負載載的有有效功功率，，稱作作機械械功率率；另另一部部分是是傳輸輸給轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子電電路的的轉(zhuǎn)差差功率率，與與轉(zhuǎn)差差率s成正比比。PmechPmPs即Pm=Pmech+PsPmech=(1––s)PmPs=sPm從能量量轉(zhuǎn)換換的角角度上上看，，轉(zhuǎn)差差功率率是否否增大大，是是消耗耗掉還還是得得到回回收，，是評評價調(diào)調(diào)速系系統(tǒng)效效率高高低的的標志志。從從這點點出發(fā)發(fā)，可可以把把異步電電機的的調(diào)速速系統(tǒng)統(tǒng)分成三三類。。1.轉(zhuǎn)差功功率消消耗型型調(diào)速速系統(tǒng)統(tǒng)這種類類型的的全部部轉(zhuǎn)差差功率率都轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成成熱能能消耗耗在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子回回路中中，上上述的的第①、②、③三種調(diào)調(diào)速方方法都都屬于于這一一類。。在三三類異異步電電機調(diào)調(diào)速系系統(tǒng)中中，這這類系系統(tǒng)的的效率率最低低，而而且越越到低低速時時效率率越低低，它它是以以增加加轉(zhuǎn)差差功率率的消消耗來來換取取轉(zhuǎn)速速的降降低的的（恒恒轉(zhuǎn)矩矩負載載時））?？煽墒沁@這類系系統(tǒng)結結構簡簡單，，設備備成本本最低低，所所以還還有一一定的的應用用價值值。2.轉(zhuǎn)差功功率饋饋送型型調(diào)速速系統(tǒng)統(tǒng)在這類類系統(tǒng)統(tǒng)中，，除轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子銅銅損外外，大大部分分轉(zhuǎn)差差功率率在轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子側(cè)側(cè)通過過變流流裝置置饋出出或饋饋入，，轉(zhuǎn)速速越低低，能能饋送送的功功率越越多，，上述述第④種調(diào)速速方法法屬于于這一一類。。無論論是饋饋出還還是饋饋入的的轉(zhuǎn)差差功率率，扣扣除變變流裝裝置本本身的的損耗耗后，，最終終都轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成成有用用的功功率，，因此此這類類系統(tǒng)統(tǒng)的效效率較較高，，但要要增加加一些些設備備。3.轉(zhuǎn)差功功率不不變型型調(diào)速速系統(tǒng)統(tǒng)在這類類系統(tǒng)統(tǒng)中，，轉(zhuǎn)差差功率率只有有轉(zhuǎn)子子銅損損，而而且無無論轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速高高低，，轉(zhuǎn)差差功率率基本本不變變，因因此效效率更更高，，上述述的第第⑤、⑥兩種調(diào)調(diào)速方方法屬屬于此此類。。其中中變極極對數(shù)數(shù)調(diào)速速是有有級的的，應應用場場合有有限。。只有有變壓壓變頻頻調(diào)速速應用用最廣廣，可可以構構成高高動態(tài)態(tài)性能能的交交流調(diào)調(diào)速系系統(tǒng)，，取代代直流流調(diào)速速；但但在定定子電電路中中須配配備與與電動動機容容量相相當?shù)牡淖儔簤鹤冾l頻器，，相比比之下下，設設備成成本最最高。。同步電電機的的調(diào)速速同步電電機沒沒有轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差，，也就就沒有有轉(zhuǎn)差差功率率，所所以同同步電電機調(diào)調(diào)速系系統(tǒng)只只能是是轉(zhuǎn)差差功率率不變變型（（恒等等于0）的，，而同同步電電機轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子極極對數(shù)數(shù)又是是固定定的，，因此此只能能靠變變壓變變頻調(diào)調(diào)速，，沒有有像異異步電電機那那樣的的多種種調(diào)速速方法法。在同步步電機機的變變壓變變頻調(diào)調(diào)速方方法中中，從從頻率率控制制的方方式來來看，，可分分為他控變變頻調(diào)調(diào)速和自控變變頻調(diào)調(diào)速兩類。。自控變變頻調(diào)調(diào)速利用轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子磁磁極位位置的的檢測測信號號來控控制變變壓變變頻裝裝置換換相，，類似似于直直流電電機中中電刷刷和換換向器器的作作用，，因此此有時時又稱稱作無無換向向器電電機調(diào)調(diào)速，，或無刷直直流電電機調(diào)調(diào)速。開關磁磁阻電電機是一種種特殊殊型式式的同同步電電機，，有其其獨特特的比比較簡簡單的的調(diào)速速方法法，在在小容容量交交流電電機調(diào)調(diào)速系系統(tǒng)中中很有有發(fā)展展前途途。第5章電力拖拖動自自動控控制系系統(tǒng)閉環(huán)控控制的的異步步電動動機變變壓調(diào)調(diào)速系系統(tǒng)——一種轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差功功率消消耗型型調(diào)速速系統(tǒng)統(tǒng)本章提要異步電動機變壓調(diào)調(diào)速電路異步電動機改變電壓時的機機械特性閉環(huán)控制的變壓調(diào)調(diào)速系統(tǒng)及其靜特特性閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)的近似動態(tài)結構構圖轉(zhuǎn)差功率損耗分析析變壓控制在軟起動動器和輕載降壓節(jié)節(jié)能運行中的應用用5.1異步電動機變壓調(diào)調(diào)速電路變壓調(diào)速是異步電電機調(diào)速方法中比比較簡便的一種。。由電力拖動原理可可知，當異步電機機等效電路的參數(shù)數(shù)不變時，在相同同的轉(zhuǎn)速下，電磁磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓壓的平方成正比，，因此，改變定子子外加電壓就可以以改變機械特性的的函數(shù)關系，從而而改變電機在一定定負載轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。過去改變交流電壓壓的方法多用自耦耦變壓器或帶直流流磁化繞組的飽和和電抗器，自從電電力電子技術興起起以后，這類比較較笨重的電磁裝置置就被晶閘管交流流調(diào)壓器取代了。。目前，交流調(diào)壓器器一般用三對晶閘閘管反并聯(lián)或三個個雙向晶閘管分別別串接在三相電路路中，主電路接法法有多種方案，用用相位控制改變輸輸出電壓。Y型接法0負載abca)uaubuciaUa0VT1VT2VT3型接法負載b)abcuaubucia交流變壓調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)可控電源M3~~TVC利用晶閘管交流調(diào)調(diào)壓器變壓調(diào)速TVC——雙向晶閘管交流調(diào)調(diào)壓器圖5-1利用晶閘管交流調(diào)調(diào)壓器變壓調(diào)速控制方式TVC的變壓控制方式電路結構：采用晶閘管反并聯(lián)聯(lián)供電方式，實現(xiàn)現(xiàn)異步電動機可逆逆和制動。圖5-2采用晶閘管反并聯(lián)聯(lián)的異步電動機可可逆和制動電路可逆和制動控制反向運行方式圖5-2所示為采用晶閘管管反并聯(lián)的異步電電動機可逆和制動動電路，其中，晶晶閘管1~6控制電動機正轉(zhuǎn)運運行，反轉(zhuǎn)時，可可由晶閘管1，4和7~10提供逆相序電源，，同時也可用于反反接制動。制動運行方式當需要能耗制動時時，可以根據(jù)制動動電路的要求選擇擇某幾個晶閘管不不對稱地工作，例例如讓1，2，6三個器件導通，其其余均關斷，就可可使定子繞組中流流過半波直流電流流，對旋轉(zhuǎn)著的電電動機轉(zhuǎn)子產(chǎn)生制制動作用。必要時時，還可以在制動動電路中串入電阻阻以限制制動電流流。返回目錄5.2異步電動機改變電電壓時的機械特性性根據(jù)電機學原理，，在下述三個假定定條件下：忽略空間和時間諧諧波，忽略磁飽和，忽略鐵損，異步電機的穩(wěn)態(tài)等等效電路示于圖5-3。異步電動機等效電電路圖5-3異步電動機的穩(wěn)態(tài)等效電路

Us1RsLlsL’lrLmR’r/sIsI0I’rLm參數(shù)定義Rs、R’r——定子每相電阻和折折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相電阻；Lls、L’lr——定子每相漏感和折折合到定子側(cè)的轉(zhuǎn)子每相漏感；Lm——定子每相繞組產(chǎn)生生氣隙主磁通的等效電感，即勵磁磁電感；Us、1——定子相電壓和供電電角頻率；s——轉(zhuǎn)差率。電流公式由圖可以導出(5-1)式中在一般情況下，LmLl1，則，C11這相當于將上述假假定條件的第③條改為忽略鐵損和和勵磁電流。這樣樣，電流公式可簡簡化成(5-2)轉(zhuǎn)矩公式令電磁功率Pm=3Ir'2Rr'/s同步機械角轉(zhuǎn)速m1=1/np式中np—極對數(shù)，則異步電電機的電磁轉(zhuǎn)矩為為（5-3）式（5-3）就是異步電機的的機械特性方程式式。它表明，當轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率一定定時，電磁轉(zhuǎn)矩與定子電電壓的平方成正比比。這樣，不同電壓下下的機械特性便如如圖5-4所示，圖中，UsN表示額定定子電壓壓。異步電動機機械特特性TeOnn0TemaxsmTLUsN0.7UsNABCFDE0.5UsN風機類負載特性性恒轉(zhuǎn)矩負載特性性圖5-4異步電動機不同電壓下的機機械特性最大轉(zhuǎn)矩公式將式（5-3）對s求導，并令dTe/ds=0，可求出對應于最最大轉(zhuǎn)矩時的靜靜差率和最大轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩（5-4）（5-5）由圖5-4可見，帶恒轉(zhuǎn)矩矩負載工作時，，普通籠型異步步電機變電壓時時的穩(wěn)定工作點點為A、B、C，轉(zhuǎn)差率s的變化范圍不超超過0~sm，調(diào)速范圍有限限。如果帶風機機類負載運行，，則工作點為D、E、F，調(diào)速范圍可以大大一些。為了能在恒轉(zhuǎn)矩矩負載下擴大調(diào)調(diào)速范圍，并使使電機能在較低低轉(zhuǎn)速下運行而而不致過熱，就就要求電機轉(zhuǎn)子子有較高的電阻阻值，這樣的電電機在變電壓時時的機械特性繪繪于圖5-5。顯然，帶恒轉(zhuǎn)矩矩負載時的變壓壓調(diào)速范圍增大大了，堵轉(zhuǎn)工作作也不致燒壞電電機，這種電機機又稱作交流力力矩電機。交流力矩電機的的機械特性TeOnn0UsN0.7UsNABCTL0.5UsN恒轉(zhuǎn)矩負載特性性圖5-5高轉(zhuǎn)子電阻電動動機（交流力矩矩電動機）在不同電壓下的的機械特性返回目錄5.3閉環(huán)控制的變壓壓調(diào)速系統(tǒng)及其其靜特性采用普通異步電電機的變電壓調(diào)調(diào)速時，調(diào)速范范圍很窄，采用用高轉(zhuǎn)子電阻的的力矩電機可以以增大調(diào)速范圍圍，但機械特性性又變軟，因而而當負載變化時時靜差率很大（（見圖5-5），開環(huán)控制很很難解決這個矛矛盾。為此，對于恒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負載載，要求調(diào)速范范圍大于D=2時，往往采用帶帶轉(zhuǎn)速反饋的閉閉環(huán)控制系統(tǒng)（（見圖5-6a）。1.系統(tǒng)組成圖5-6帶轉(zhuǎn)速負反饋閉環(huán)控制的交流變壓調(diào)速系統(tǒng)ASRU*n+-UnGT+M3~TGa)原理圖

--~Ucn2.系統(tǒng)靜特性eTOnn0TLUsNAA’A’’Usmin恒轉(zhuǎn)矩負載特性圖5-6b閉環(huán)控制變壓調(diào)速系統(tǒng)的靜特性U*n3U*n1U*n2圖5-6b所示的是閉環(huán)控控制變壓調(diào)速系系統(tǒng)的靜特性。。當系統(tǒng)帶負載載在A點運行時，如果果負載增大引起起轉(zhuǎn)速下降，反反饋控制作用能能提高定子電壓壓，從而在右邊邊一條機械特性性上找到新的工工作點A’。同理，當負載降降低時，會在左左邊一條特性上上得到定子電壓壓低一些的工作作點A’’。按照反饋控制規(guī)規(guī)律，將A’’、A、A’連接起來便是閉閉環(huán)系統(tǒng)的靜特特性。盡管異步步電機的開環(huán)機機械特性和直流流電機的開環(huán)特特性差別很大，，但是在不同電電壓的開環(huán)機械械特性上各取一一個相應的工作作點，連接起來來便得到閉環(huán)系系統(tǒng)靜特性，這這樣的分析方法法對兩種電機是是完全一致的。。盡管異步力矩電電機的機械特性性很軟，但由系系統(tǒng)放大系數(shù)決決定的閉環(huán)系統(tǒng)統(tǒng)靜特性卻可以以很硬。如果采用PI調(diào)節(jié)器，照樣可可以做到無靜差差。改變給定信信號，則靜特性性平行地上下移移動，達到調(diào)速速的目的。變壓調(diào)速系統(tǒng)的的特點異步電機閉環(huán)變變壓調(diào)速系統(tǒng)不不同于直流電機機閉環(huán)變壓調(diào)速速系統(tǒng)的地方是是：靜特性左右右兩邊都有極限限，不能無限延延長，它們是額額定電壓UsN下的機機械特特性和和最小小輸出出電壓壓Usmin下的機機械特特性。。當負載載變化化時，，如果果電壓壓調(diào)節(jié)節(jié)到極極限值值，閉閉環(huán)系系統(tǒng)便便失去去控制制能力力，系系統(tǒng)的的工作作點只只能沿沿著極極限開開環(huán)特特性變變化。。3.系統(tǒng)靜靜態(tài)結結構Ksn=f(Us,Te)

ASRU*nUnUcUs--TLn圖5-7異步電機閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)結構圖

根據(jù)圖圖5-6a所示的的原理理圖，，可以以畫出出靜態(tài)態(tài)結構構圖，，如圖圖5-7所示。。圖中中，Ks=Us/Uc為晶閘閘管交交流調(diào)調(diào)壓器器和觸觸發(fā)裝裝置的的放大大系數(shù)數(shù)；=Un/n為轉(zhuǎn)速速反饋饋系數(shù)數(shù)；ASR采用PI調(diào)節(jié)器器；n=f(Us,Te)是式（（5-3）所表表達的的異步步電機機機械械特性性方程程式，，它是是一個個非線線性函函數(shù)。。穩(wěn)態(tài)時時，Un*=Un=nTe=TL根據(jù)負負載需需要的的n和TL可由式式（5-3）計算算出或或用機機械特特性圖圖解法法求出出所需需的Us以及相相應的的Uc。返回目錄5.4閉環(huán)變變壓調(diào)調(diào)速系系統(tǒng)的的近似似動態(tài)態(tài)結構構圖對系統(tǒng)統(tǒng)進行行動態(tài)態(tài)分析析和設設計時時，須須先繪繪出動動態(tài)結結構圖圖。由由圖5-7的靜態(tài)態(tài)結構構圖可可以得得到動動態(tài)結結構圖圖，如如圖5-8所示。。其中有有些環(huán)環(huán)節(jié)的的傳遞遞函數(shù)數(shù)可以以直接接寫出出來，，只有有異步步電機機傳遞遞函數(shù)數(shù)的推推導須須費一一番周周折。。系統(tǒng)動動態(tài)結結構圖5-8異步電動機閉環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結構框圖

MA——異步電機FBS——測速反饋環(huán)節(jié)

WFBS(s)

U*n(s)Un(s)Uc

(s)-n(s)WASR(s)WGT-V(s)WMA

(s)Us(s)轉(zhuǎn)速調(diào)調(diào)節(jié)器器ASR轉(zhuǎn)速調(diào)調(diào)節(jié)器器ASR常用PI調(diào)節(jié)器器，用用以消消除靜靜差并并改善善動態(tài)態(tài)性能能，其其傳遞遞函數(shù)數(shù)為晶閘管管交流流調(diào)壓壓器和和觸發(fā)發(fā)裝置置裝置的的輸入入-輸出關關系原原則上上是非非線性性的，，在一一定范范圍內(nèi)內(nèi)可假假定為為線性性函數(shù)數(shù)，在在動態(tài)態(tài)中可可以近近似成成一階階慣性性環(huán)節(jié)節(jié)，正正如直直流調(diào)調(diào)速系系統(tǒng)中中的晶晶閘管管觸發(fā)發(fā)和整整流裝裝置那那樣。。傳遞遞函數(shù)數(shù)可寫寫成其近似似條件件是對于三三相全全波Y聯(lián)結調(diào)調(diào)壓電電路，，可取取Ts=3.3ms對其他他型式式的調(diào)調(diào)壓電電路則則須另另行考考慮。。測速反反饋環(huán)環(huán)節(jié)考慮到到反饋饋濾波波作用用，測測速反反饋環(huán)環(huán)節(jié)FBS的傳遞遞函數(shù)數(shù)可寫寫成異步電電機近近似的的傳遞遞函數(shù)數(shù)異步電電機的的動態(tài)態(tài)過程程是由由一組組非線線性微微分方方程描描述的的，要要用一一個傳傳遞函函數(shù)來來準確確地表表示它它的輸輸入輸輸出關關系是是不可可能的的。在這里里，可可以先先在一一定的的假定定條件件下，，用穩(wěn)穩(wěn)態(tài)工工作點點附近近的微微偏線線性化化方法法求出出一種種近似似的傳傳遞函函數(shù)。。（1）異步步電機機近似似的線線性機機械特特性由式（（5-3）已知知電磁磁轉(zhuǎn)矩矩為（5-3）當s很小時時，可可以認認為且后者相相當于于忽略略異步步電機機的漏漏感電電磁慣慣性。。在此此條件件下，，（5-6）這是在在上述述條件件下異異步電電機近近似的的線性性機械械特性性。（2）穩(wěn)態(tài)態(tài)工作作點計計算設A為近似似線性性機械械特性性上的的一個個穩(wěn)態(tài)態(tài)工作作點，，則在在A點上（5-7）在A點附近近有微微小偏偏差時時，Te=TeA+Te，Us=UsA+Us，而s=sA+s，代入入式（（5-6）得（3）微偏偏線性性化將上式式展開開，并并忽略略兩個個和兩兩個以以上微微偏量量的乘乘積，，則（5-8）從式（（5-8）中減減去式式（5-7），得得（5-9）

已知轉(zhuǎn)差率，其中1是同步角轉(zhuǎn)速，是轉(zhuǎn)子角轉(zhuǎn)速，則(5-10)將式（（5-10）代入入式（（5-9），得得（5-11）式（5-11）就是是在穩(wěn)穩(wěn)態(tài)工工作點點附近近微偏偏量Te與Us和間的關關系。。帶恒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩負負載時時電力力拖動動系統(tǒng)統(tǒng)的運運動方方程式式為按上面面相同同的方方法處處理，，可得得在穩(wěn)穩(wěn)態(tài)工工作點點A附近的的微偏偏量運運動方方程式式為（5-12）將式（（5-11）和（（5-12）的微微偏量量關系系畫在在一起起，即即得異異步電電機在在忽略略電磁磁慣性性時的的微偏偏線性性化動動態(tài)結結構圖圖，如如圖5-9所示。。如果只只考慮慮U1到之間的的傳遞遞函數(shù)數(shù)，可可先取取TL=0，圖5-9中小閉閉環(huán)傳傳遞函函數(shù)可可變換換成（4）近似似動態(tài)態(tài)結構構圖3npω1Rr2UsASA3npU2sAωs2R’rnpJsΔUsΔTeΔTLΔ+--圖5-9忽略電電磁慣慣性時時異步步電機機微偏偏線性性化的的近似似動態(tài)態(tài)結構構圖（5）異步步電機機的近近似線線性化化傳遞遞函數(shù)數(shù)于是，，異步步電機機的近近似線線性化化傳遞遞函數(shù)數(shù)為式中KMA—異步電電機的的傳遞遞系數(shù)數(shù)，Tm—異步電機拖動動系統(tǒng)的機電電時間常數(shù)，，由于忽略了電電磁慣性，只只剩下同軸旋旋轉(zhuǎn)體的機電電慣性，異步步電機便近似似成一個線性性的一階慣性性環(huán)節(jié)，即(5-13)把得到的四個個傳遞函數(shù)式式寫入圖5-8中各方框內(nèi)，，即得異步電電機變壓調(diào)速速系統(tǒng)微偏線線性化的近似動態(tài)結構構圖。最后，應該再再強調(diào)一下，，具體使用這這個動態(tài)結構構圖時要注意意下述兩點：：由于它是偏微微線性化模型型，只能用于于機械特性線線性段上工作作點附近的穩(wěn)穩(wěn)定性判別和和動態(tài)校正，，不適用于起起制動時轉(zhuǎn)速速大范圍變化化的動態(tài)響應應。由于它完全忽忽略了電磁慣慣性，分析與與計算有很大大的近似性。。返回目錄*5.5轉(zhuǎn)差功率損耗耗分析（略））返回目錄*5.6變壓控制在軟軟起動器和輕輕載降壓節(jié)能能運行中的應應用除了調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)以外，異步步電動機的變變壓控制在軟起動器和輕載降壓節(jié)能能運行中也得到到了廣泛的應應用。本節(jié)主要介紹紹它們的基本本原理，關于于其運行中的的一些具體問問題可參看參參考文獻[42]，[43]，[44]。*5.6.1軟起動器起動電流問題題常用的三相異異步電動機結結構簡單，價價格便宜，而而且性能良好好，運行可靠靠。對于小容容量電動機，，只要供電網(wǎng)網(wǎng)絡和變壓器器的容量足夠夠大（一般要要求比電機容容量大4倍以上），而而供電線路并并不太長（起起動電流造成成的瞬時電壓壓降落低于10%~15%），可以直接接通電起動，，操作也很簡簡便。對于容容量大一些的的電動機，問問題就不這么么簡單了。起動電流和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩公式在式（5-2）和式（5-3）中已導出異步步電動機的電電流和轉(zhuǎn)矩方方程式，起動時，s=1，因此起動電電流和起動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩分別為（5-19）（5-20）由上述二式不不難看出，在在一般情況下下，三相異步步電動機的起起動電流比較較大，而起動動轉(zhuǎn)矩并不大大。對于一般般的籠型電動動機，起動電電流和起動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩對其額定定值的倍數(shù)大大約為起動電流倍數(shù)數(shù)起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)數(shù)起動電流和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩分析起動電流和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩分析（續(xù)續(xù)）中、大容量電電動機的起動動電流大，會會使電網(wǎng)壓降降過大，影響響其他用電設設備的正常運運行，甚至使使該電動機本本身根本起動動不起來。這這時，必須采采取措施來降降低其起動電電流，常用的的辦法是降壓起動。降壓起動的的矛盾由式（5-19）可知，當當電壓降低低時，起動動電流將隨隨電壓成正正比地降低低，從而可可以避開起起動電流沖沖擊的高峰峰。但是，式（（5-20）又表明，，起動轉(zhuǎn)矩矩與電壓的的平方成正正比，起動動轉(zhuǎn)矩的減減小將比起起動電流的的降低更快快，降壓起起動時又會會出現(xiàn)起動動轉(zhuǎn)矩夠不不夠的問題題。為了避避免這個麻麻煩，降壓起動只只適用于中中、大容量量電動機空空載（或輕輕載）起動動的場合。傳統(tǒng)的降壓壓起動方法法傳統(tǒng)的降壓壓起動方法法有：星-三角（Y-Δ）起動定子串電阻阻或電抗起起動自耦變壓器器（又稱起起動補償器器）降壓起起動它們都是一一級降壓起起動，起動動過程中電電流有兩次次沖擊，其其幅值都比比直接起動動電流低，，而起動過過程時間略略長，如圖圖5-12所示。軟起動方法法現(xiàn)代帶電流流閉環(huán)的電電子控制軟軟起動器可可以限制起起動電流并并保持恒值值，直到轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速升高后后電流自動動衰減下來來（圖5-12中曲線c），起動時時間也短于于一級降壓壓起動。主主電路采用用晶閘管交交流調(diào)壓器器，用連續(xù)續(xù)地改變其其輸出電壓壓來保證恒恒流起動，，穩(wěn)定運行行時可用接接觸器給晶晶閘管旁路路，以免晶晶閘管不必必要地長期期工作。軟起動方法法（續(xù)）視起動時所所帶負載的的大小，起起動電流可可在(0.5~4)IsN之間調(diào)整，，以獲得最最佳的起動動效果，但但無論如何何調(diào)整都不不宜于滿載載起動。負負載略重或或靜摩擦轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩較大時時，可