2012交流电动机调速系统的研究

交流电动机调速系统的研究

第六章 交流异步电动机

交流曳引电动机广泛使用在电梯的电气控制系统中。实际上交流曳引电动机就是一台交流鼠笼式异步电动机。由于交流电力传动技术以及其控制理论的发展与提高，同时，大功率半导体器件（GTO、GTR等）技术的日趋完善，以及PLC、微电子、微处理器等技术在电力拖动系统中得以充分地利用，使得结构简单、维护保养方便、价格低廉的交流异步电动机在电梯的电力控制系统中又得以充分发挥其最大的效率。使用交流鼠笼式电动机变频变压调速拖动系统的电梯（VVVF交流调速电梯）在目前电梯的电气控制应用中具有领先地位。 6.1交流异步电动机变频调速基本原理

从电机及电力拖动中可知，三相交流异步电动机的机械特性可分成两种：①异步电动机的固有机械特性是指异步电动机工作在额定电压UN和额定频率fN下，按规定的接线方式接线，定子、转子及外接电阻均为0时，讨论转速n与电磁转矩Tem的关系：n=f（Tem）（见图1）。②异步电动机的人为机械特性是指人为地改变电动机参数或电源参数而得的机械特性。电动机参数又可分为三类： 1．异步电动机的结构参数

2．异步电动机的运行参数

3．异步电动机的输入参数 U1和f 1。

异步电动机调速调节转子电阻、定子端电压、磁极对数时的机械特性见图（2） 。

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交流异步电动机变频调速时电动机的转速为：

式中：f1为电源频率；P为磁极对数；S为转差率。交流异步电动机定子绕组上的感应电动势：

式中：N1为定子绕组匝数；k1为绕组系数；φm为气隙合成磁通。

忽略电动机定子绕组的阻抗压降，交流异步电动机的端电压：

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交流电动机调速系统的研究 交流异步电动机的电磁转矩：

式中：C′T为电动机的转矩常数；I′2 cosφ转子电流有功分量。

从电磁转距公式可知，连续不断地改变送入异步电动机定子端的的供电电源频

率f1，则可连续地改变异步电动机的同步转速： 。但是若U1不变，

则f 这样会出现电动机的转子电流有功分量I′1上升将会导致的φm下降增加，

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cosφ的变化；电动机效率η会下降及电动机最大转距Tm会变化等问题，严重的

时候会出现电动机的堵转。或者由于f1 的减低会使φm增大，导致电机磁路饱和使I0增大，即电动机的铜耗PCu、和铁耗PFe增大。

因此在电梯电气控制系统中，要求变频的同时，必须同时改变电动机定子端输入的端电压，从而保持气隙合成磁通φm 近似不变。 6.2 变频变压（VVVF）调速时电动机的机械特性

根据端电压和频率不同的比例关系，将会有几种不同的变频调速方式。 1．比例控制方式

根据电压公式，在忽略异步电动机定子绕组的阻抗压降后可近似的得到：

，要维持φm 不变的情况下，只要U1和f 1成比例的变化即可，从最大

转矩公式中可研得知：

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交流电动机调速系统的研究 在低频段时，由于定子绕组中的Xm，Xδ1，X′δ2以及Lδ1，L′δ2不可忽略，则将会增加使得最大转矩Tm也将随f 1的降低而降低就会将使低频段时异步电动机的起动转矩Tq大大减小。这在电梯的电力拖动控制系统中是不希望出现的。 2．恒磁通控制方式

要求调速范围大、恒转矩的电梯负载希望在整个调速范围中保持Tem= C不变，

按公式 进行控制减小时，应适当提高输入定子的端电压U1，以补偿异

步电动机定子绕组的阻抗压降。按Tem=C的恒磁通φem=C控制方式，变频时异步电动机机械特性见图（3） 。这是电梯的电力拖动控制系统要求和希望的。 3．恒功率控制方式

这种控制方式是在变频调速时，保持异步电动机定子绕组的电流为恒定值。即通过PI调节器和电流闭环系统调节作用而实现的。但这种控制方式仅仅适用负载变化不大的场合，而不适用于电梯的电力拖动控制系统。

由此可见，按Tem= C的恒磁通变频的异步电动机的机械特性是电梯电力拖动所需求的。

6.3变压变频运行时机械特性分折

异步电动机的T 型等效电路见图4。

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