论述绕线式异步电机转子回路串电阻调速

1、论述绕线式交流异步电动机转子回路串电阻调速原理兰州理工大学 控制理论与控制工程 谯自健 1220811010150 引言 绕线式交流异步电动机转子回路串电阻调速是传统调速方式之一，其结构简单，易于实现。本文通过对绕线式交流异步电动机转子回路串电阻调速的原理、效率和缺点方面作出分析。1 绕线式交流异步电动机转子回路串电阻调速原理转子串电阻调速的线路图和机械特性如图（a)和（b）所示，拖动恒转矩负载时，可以得到几级不同的速度。 。图（a）转子回路串电阻调速线路图图（b）机械特性曲线根据电机学原理知：（1）其中n为电动机转速，f为电源频率，S为转差率 （2） （3）其中Pe为异步电动机电磁功率，Pm

2、为异步电动机机械功率，Pa为转子铜耗即转差功率(4)所以得 由式（4）可以看出S越大，则输出机械功率Pm减小，相反转差功率Pa在增大，而转速n随S的增大而减小。所以所绕线式异步交流电动机转子回路串电阻调速的实质是通过改变转差功率或者转差率的大小来调节转速n的。当串入的电阻阻值越大则转差功率增大，随之转差率S变大，从而使转速n下降。2 绕线式异步交流电动机转子回路串电阻调速的优缺点 绕线式转子异步电动机，通过转子回路串入不同数值的电阻R，改变转差率S调速的传统方法，可以获得不同斜率的机械特性，从而实现速度的调节。这种调速方法简单方便，但存在如下缺点： （1）调速是有级的，不平滑。 （2）在深度调

3、速时机械特性很软，致使负载有较小变化，便可引起转速的很大的波动，降低了静态调速精度。 （3）转差功率Pa消耗在电阻发热上，效率低。由于是通过增大转子回路的电阻值来降低电动机转速的，当拖动恒转矩负载时，转速n越低，转差率S就越大，从而使得转差功率也愈大，电能消耗大，效率更低。当转差功率S=0.5时，效率<0.5。三相异步电动机转子回路串电阻的人为机械特性是一组同步转速n1，最大转矩Tm不变，临界转差率Sm与转子回路串入电阻增大（R1<R2<R3）时，电机转差率越大（）,电动机转速越低。如图一所示： 图一 电动机转子回路串电阻的机械特性3 转子回路串电阻调速的效率和节能问题 由于

4、电磁转矩,在转子回路中串电阻调速时，和为常数，在的前提下，调速时T不变，所以属于恒转矩调速，适用于恒转矩负载。从转子效率上看可以看出，转速越低，S越大，则效率越低。由于转子串电阻调速线路简单，所用设备少，在对调速性能不高的生产机械，如电车提升机构仍在应用。根据电机学理论电磁功率等于机械功率加上转差功率，而转差功率等于电磁功率的S倍，随着转速降低，S增大，转差功率增大，所以不节能。但是，上式的成立仅指带恒转矩负载，转差率S变而电磁功率不变的前提下是对的，这时调速是不节能的。然而，在风机泵类负载条件下，由于调速，转轴功率按转速的三次方迅速下降，输入电磁功率不是恒定的，而是按转速的二次方下降，这时调

5、速是节能的。绕线型异步电机转子回路串电阻效率，n减小，S增大，所以减小，节能效果差。首先我们认为节能效果的大小用效率来衡量是不确切的。节能效果是在风机，泵供给流量相同的条件下看调速与不调速，电网输入功率P1的变化大小。在由额定流量往小调节时，效率一般要逐渐降低，这仅说明P2比P1减少的多，由于P1逐渐减小，节能量在增加，所以节能效果与效率不是一回事。如图二所示， 图二所以转子串电阻调速与其他低效调速方法（如调压调速，电磁调速，液力耦合器）相比轴功率等效于随转速二次方下降这一点是一样的，所以说转子串电阻调速在所有低效调速方法中节能效果是最高的，不管是高效还是低效都有很大节能效果。当然高效方法节约

6、功率比低效多些。闭环控制的异步电动机调压调速系统动态分析 为了对系统进行动态分析和设计，绘制系统的动态结构图是必须的。图三（异步电动机调压调速系统静态结构图）可以得到系统的动态框图，如图四所示。图三 异步电动机调压调速系统结构图图四 异步电动机调压调速系统的动态结构框图图中各个环节的传递函数如下。（1） 速度调节器ASR为消除静差，改善系统的动态性能，通常采用PI调节器，其传递函数为 （2） 晶闸管交流调压器和触发装置假设其输入、输出是线性的，其动态特性可近似看成一阶惯性环节，其传递函数为 （3） 测速反馈环节考虑到反馈的滤波作用，其传递函数为 （4） 异步电动机环节 由于异步电动机是一个多输

7、入、多输出，耦合非线性系统，用一个传递函数来准确描述异步电动机在整个调速范围内的输入输出关系是不的，因此，可以采用在其稳态工作点附近微偏线性化的方法得到近似的传递函数。 图五 异步电动机在不同定子供电供压下的机械特性曲线异步电动机在其稳定工作点A点（见图五）的机械特性方程为 式中为异步电动机在工作点A对应的同步旋转角速度。通常在异步电动机稳定工作点附近s值很小，可以认为 后者相当于忽略异步电动机的漏感电磁惯性。因此可以得到稳态工作点A附近的线性机械特性方程式 在A点附近有微小偏差时，展开上式，忽略两个以上微偏量乘积项得，将代入上式得电力拖动系统的运动方程式为在工作点A稳定运行时，式中为异步电动机在工作点A时的旋转速度。当在A点附近有微小偏差时， 两式相减得， 根据上式异步电动机微偏线性化的近似动态结构关系，动态结构图如图六所示。 图六 异步电动机微偏线性化的近似动态结构图如果只考虑式中为异步电动机传递系数；为异步电动机拖动系统的机电时间常数。由于忽略了电磁惯性，异步电动机