异步电动机调压调速的机械特性
异步电动机
变压变频调速
中没有附加的损耗，效率最高。

须配置与电动机容量相当的变压变频器，设备 成本最高。

变极对数调速也是转差功率不变型调速系统， 属于有级调速。
同步电动机调速

同步电动机没有转差，也就没有转差功率，所以
同步电动机调速系统只能是转差功率不变型。

同步电动机转子极对数是固定的，只能靠变压变 频调速。
同步电动机调速
绪论 内 容 提 要

运动控制系统及其组成 运动控制系统转矩控制规律
生产机械的负载转矩特性


运动控制系统及其组成
电机学 电力电子技术 微电子技术 计算机控制技术 控制理论 信号检测与处理技 术
图1-1运动控制及其相关学科
运动控制系统及其组成
图1-2 运动控制系统及其组成
运动控制系统的转矩控制规律
运动控制系统的基本运动方程式
d m J Te TL D m K m dt d m m dt
运动控制系统的转矩控制规律
忽略阻尼转矩和扭转弹性转矩，运
动控制系统的简化运动方程式
d m J Te TL dt d m m dt
生产机械的负载转矩特性
图 异步电动机的机械特性
有特性或自然特性。
异步电动机

异步电动机的调速方法
所谓调速，就是人为地改变机械特性的参数，
使电动机的稳定工作点偏离固有特性，工作在
人为机械特性上，以达到调速的目的。 能够改变的参数可分为3类： 电动机参数、电源电压和电源频率（或角频率）
异步电动机
调压调速：

保持电源频率为额定频率，只改变定子电压的调 速方法称作调压调速。

结构简单，设备成本少，还有一定的应用价值。
转差功率馈送型（绕线电机串行调速）

转差功率一部分被消耗掉，大部分则通过变流装
置回馈给电网或转化成机械能予以利用。

功率既可以从转子馈入又可以馈出的系统称作双 馈调速系统。

效率较高，只能采用绕线转子感应电动机。
转差功率不变型（变压变频调速）

变压变频调速，转子铜损基本不变，转子电路


2
s Lls L
2 2 1
' lr

2

U s 可调

电磁转矩与定子电压的平方成正比
异步电动机
调压调速的机械特性： 理想空载转速保持为同步转速不变
n0 n1N

临界转差率保持不变
sm Rr' R s2 12 ( Lls L'lr ) 2
异步电动机
在同一轴上，负载转矩和转速之间
的函数关系，称为生产机械的机械 特性。
生产机械的负载转矩特性
介绍几种典型的生产机械负载转矩特性：

负载转矩的大小恒定，称作恒转矩负载
a）反抗性恒转矩负载 b) 位能性恒转矩负载

恒功率负载 风机、泵类负载
生产机械的负载转矩特性
1．反抗转矩：又称摩擦性转矩， 其特点如下：

由于受电动机绝缘和磁路饱和的限制，定子电压 只能降低，不能升高，故又称作降压调速。
异——双向晶 闸管交流调压 器 a) 不可逆电路 b) 可逆电路
晶闸管交流调压器调速
异步电动机

调压调速的机械特性表达式
Te
3n pU s2 Rr' s
' 1 sR R s r
恒功率负载

负载转矩与转速
成反比，而功率
为常数，称作恒 功率负载
TL
m
PL

常数
m
图1-4 恒功率转矩负载
风机、泵类负载

负载转矩与转速的
平方成正比，称作
风机、泵类负载
TL n
2 m
2
图1-5 风机、泵类负载
练习题
反抗静态转矩与位能静态转矩有何区别，各有什么
特点？
练习题
反抗静态转矩与位能静态转矩有何区别，各有什么
特点？
答：反抗性恒转矩负载恒与运动方向相反。
位能性恒转矩负载作用方向恒定，与运动方向 无关。
交流调速系统


交流电动机有异步电动机和同步电动机两大类。
按转差功率将异步电动机的调速系统分成三类：
转差功率消耗型
转差功率不变型 转差功率不变型
转差功率消耗型（调压调速）

全部转差功率都转换成热能消耗在转子回路中。 以增加转差功率的消耗来换取转速降低（恒转 矩负载时），越到低速效率越低。


转矩大小恒定不变； 作用方向始终与速度n的方 向相反， 当n的方向发生变化时，它的作用方 向也随之发生变化，恒与运动方向相 图1-3 恒转矩负载
反，即总是阻碍运动的。
生产机械的负载转矩特性
2．位能转矩 , 其特点为：
转矩大小恒定不变；
作用方向不变，与运动方向无关，
即在某一方向阻碍运动而在另一 方向促进运动。

从频率控制的方式来看，同步电动机调速可分为
他控变频调速和自控变频调速两类。

自控变频调速利用转子磁极位置检测信号来控制 变压变频装置换相，又称作无换向器电动机调速， 或无刷直流电动机调速。
异步电动机
稳态等效电路：
假定条件： ①忽略空间和时间谐波， ②忽略磁饱和，③忽略铁 损 忽略励磁电流
异步电动机

最大转矩，又称临界转矩
Tem

21 Rs Rs2 12 ( Lls L'lr ) 2

3n pU s2

临界转差率：对应最大转矩的转差率
sm
' Rr 2 Rs

2 1 ( Lls

' 2 Llr )
异步电动机
当s很小时，忽略分母中含s各项
Te

3npU s
1R
2 s ' r
s
转矩近似与s成正比，机械特性近似为直线
异步电动机
当s较大时，忽略分母中s的一次项和零次项
1 Te 2 2 2 ' s 1s Rs 1 Lls Llr

3n pU R
2 s
' r
转矩近似与s成反比，机械特性是一段双曲线
异步电动机
机械特性

异步电动机由额定 电压、额定频率供 电，且无外加电阻 和电抗时的机械特 性方程式，称作固
调压调速的机械特性

临界转矩
Tem
21 Rs R ( Lls L )
2 s 2 1

3n pU
2 s ' 2 lr

随定子电压的减小而成平方比地下降
异步电动机
调压调速的机械特性


调速范围有限，图中A、 B、C为恒转矩负载在 不同电压时的稳定工作 点。 带风机类负载运行，调 速范围可以稍大一些， 图中D、E、F为风机 类负载在不同电压时的 稳定工作点。