异步电动机调速系统课件

异步电动机调速系统预备知识：预备知识：1.1.旋转磁场旋转磁场旋转磁场同步转速旋转磁场同步转速 2.转差率转差率 三相异步电动机只有在三相异步电动机只有在 n n1 时，时，转子绕组与气隙旋转磁密转子绕组与气隙旋转磁密之间才有相对运动，才能在转子绕组中感应电动势、电流，之间才有相对运动，才能在转子绕组中感应电动势、电流，产生产生电磁转矩。电磁转矩。可见，异步电动机运行时转子的转速可见，异步电动机运行时转子的转速 n 总是与同步转总是与同步转速速n1不相等。不相等。异步的名称就是由此而来的。异步的名称就是由此而来的。通常把同步转速通常把同步转速n1和电动机转子转速和电动机转子转速n二者之差与同步转速二者之差与同步转速n1的比值称为的比值称为转差率转差率（也叫（也叫转差转差或者或者滑差滑差），用），用s 表示，即表示，即（5-1）第第5 5章章 交流异步电机交流异步电机 转子磁动势转子磁动势 当异步电动机定子绕组电流所产生的磁通当异步电动机定子绕组电流所产生的磁通1 1在气隙中以同在气隙中以同步转速步转速n1旋转时，若转子转速为旋转时，若转子转速为n，便以（，便以（n1-n）的）的相对转速相对转速切切割转子三相绕组，于是在转子绕组中产生三相对称的感应电动割转子三相绕组，于是在转子绕组中产生三相对称的感应电动势和电流，其频率为势和电流，其频率为 转子三相对称电流也会产生圆形旋转磁动势转子三相对称电流也会产生圆形旋转磁动势Fr，其合成基，其合成基波磁动势的幅值为波磁动势的幅值为 3.3.三相交流异步电动机的负载运行三相交流异步电动机的负载运行三相交流异步电动机的负载运行三相交流异步电动机的负载运行（5-2）4.异步电动机的等效电路异步电动机的等效电路经过归算后，定子、转子的电动势方程式经过归算后，定子、转子的电动势方程式磁动势方程式磁动势方程式励磁支路的电动势方程式励磁支路的电动势方程式图图5-1 异步电动机异步电动机T型等效电路型等效电路（绕组归算、频率归算）（绕组归算、频率归算）5.5.三相交流异步电动机的功率和电磁转矩三相交流异步电动机的功率和电磁转矩三相交流异步电动机的功率和电磁转矩三相交流异步电动机的功率和电磁转矩功率关系功率关系能量转换关系能量转换关系同步电角速度同步电角速度5 5.1 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态三相异步电动机的机械特性及各种运转状态一、物理表达式一、物理表达式式中：式中：异步机的转矩系数异步机的转矩系数 异步机每极磁通异步机每极磁通 二、参数表达式二、参数表达式 由于异步电动机的电磁功率为由于异步电动机的电磁功率为分子分母同乘以分子分母同乘以（1-s），），即得即得 由异步电动机的近似等效电路由异步电动机的近似等效电路 得异步电动机的机械特性参数表达式得异步电动机的机械特性参数表达式可得可得则得则得临界转差率临界转差率 使使 ，即可求得，即可求得 最大转矩最大转矩 由于由于起动转矩起动转矩 起动转矩倍数起动转矩倍数 三、人为机械特性三、人为机械特性（一）降低（一）降低 降低后电动机电流将大于降低后电动机电流将大于额定值，电动机如长时连续运行，额定值，电动机如长时连续运行，最终温升将超过允许值，导致电最终温升将超过允许值，导致电动机寿命缩短，甚至烧坏。动机寿命缩短，甚至烧坏。（二）定子电路串联对称电抗（二）定子电路串联对称电抗 定子电路串联对称电抗一般用定子电路串联对称电抗一般用于笼型异步电动机的降压起动，以于笼型异步电动机的降压起动，以限制电动机的起动电流。限制电动机的起动电流。电抗不消耗有功功率，电抗不消耗有功功率，而串而串电阻时电阻消耗有功功率。电阻时电阻消耗有功功率。（三）定子电路串联对称电阻（三）定子电路串联对称电阻 与串联对称电抗时相同，定子与串联对称电抗时相同，定子串联对称电阻一般也用于笼型异步电串联对称电阻一般也用于笼型异步电动机的减压起动动机的减压起动。定子回路串入电阻并不影响同步定子回路串入电阻并不影响同步转速转速n1，但是最大电磁转矩，但是最大电磁转矩Te、起动、起动转矩转矩Tst 和临界转差率和临界转差率 sm都随着定子都随着定子回路电阻值的增大而减小。回路电阻值的增大而减小。（四）转子电路内串联对称电阻（四）转子电路内串联对称电阻 转子电路串联对称电阻适转子电路串联对称电阻适用于绕线转子异步电动机的用于绕线转子异步电动机的起动，也可用于调速。起动，也可用于调速。绕线式三相异步电动机通绕线式三相异步电动机通过滑环，过滑环，可以把三相对称电可以把三相对称电阻串入转子回路后再三相短阻串入转子回路后再三相短路。转子回路串入电阻并不路。转子回路串入电阻并不影响同步转速影响同步转速n1。又因为最大。又因为最大电磁转矩与转子回路电阻无电磁转矩与转子回路电阻无关，即转子串入电阻后，关，即转子串入电阻后，Te不不变。由于临界转差率与转子变。由于临界转差率与转子回路电阻成正比，当转子串回路电阻成正比，当转子串入电阻后入电阻后sm增大。增大。五、制动运转状态五、制动运转状态 异步电动机可工作于回馈制动，反接制动及能耗异步电动机可工作于回馈制动，反接制动及能耗制动三种制动状态。其共同特点是电动机转矩与转速制动三种制动状态。其共同特点是电动机转矩与转速的方向相反，以实现制动。此时，电动机由轴上吸收的方向相反，以实现制动。此时，电动机由轴上吸收机械能，并转换为电能。机械能，并转换为电能。四、电动运转状态四、电动运转状态 电动运转状态的特点是电动机电动运转状态的特点是电动机转矩的方向与旋转的方向相同。转矩的方向与旋转的方向相同。回馈制动状态回馈制动状态 位能负载带动异位能负载带动异步电动机进入回步电动机进入回馈制动状态馈制动状态 当异步电动机由于某种原因（例如变多极及当异步电动机由于某种原因（例如变多极及位能负载的作用位能负载的作用），使其转速高于同步速度），使其转速高于同步速度 时，时，转子感应电动势反向，转子电流的有功分量也改转子感应电动势反向，转子电流的有功分量也改变了方向，其无功分量的方向则不变。此时异步变了方向，其无功分量的方向则不变。此时异步电动机既回馈电能，又在轴上产生机械制动转矩，电动机既回馈电能，又在轴上产生机械制动转矩，即在制动状态下工作。即在制动状态下工作。也为负，与转速方向相反也为负，与转速方向相反异步电动机轴上输出的机械功率也为负异步电动机轴上输出的机械功率也为负 与与直直流流电电机机相相似似，异异步步电电动动机机的的回回馈馈制制动动还还可可用用于于正正向向回回馈馈制制动动运运行行（例例如如电电车车下下坡坡）或或反反向向回回馈馈制制动动运运行行（位位能能性性负负载载）的的拖拖动动系系统统中中，以以获获得得稳稳定定的的转转速速，这这时时负负载载的的势势能能转转化化为为回回馈馈给电网的电能。给电网的电能。5 5.2 交流调速的基本方法交流调速的基本方法交流调速的基本方法交流调速的基本方法 转差功率消耗型异步电动机调速方法转差功率消耗型异步电动机调速方法 这类方法的共同特点是在调速过程中均产生大量的转差功率，这类方法的共同特点是在调速过程中均产生大量的转差功率，并消耗在转子电路中。转差功率消耗型调速方法主要有改并消耗在转子电路中。转差功率消耗型调速方法主要有改 变定变定子电压调速法、转子电路串接电阻调速法等。子电压调速法、转子电路串接电阻调速法等。一一.改变定子电压调速改变定子电压调速 异步电动机在同步转速异步电动机在同步转速n1和和临界转差率临界转差率 sm 保持不变的情况保持不变的情况下，输出转矩与所加定子电压的下，输出转矩与所加定子电压的平方成正比。因此，改变定子电平方成正比。因此，改变定子电压就可以改变其机械特性的函数压就可以改变其机械特性的函数关系，从而改变电动机在一定输关系，从而改变电动机在一定输出转矩下的转速。出转矩下的转速。图图5-3 异步电动机调压调速的机械特性异步电动机调压调速的机械特性 对于恒转矩调速，如能增加异步电动机的转子电阻（如绕线对于恒转矩调速，如能增加异步电动机的转子电阻（如绕线转子异步电动机或高转差率笼型转子异步电动机），则改变电动转子异步电动机或高转差率笼型转子异步电动机），则改变电动机定子电压可获得较大的调速范围，如图所示。机定子电压可获得较大的调速范围，如图所示。但此时电动机的机械特性但此时电动机的机械特性太软，往往不能满足生产机械太软，往往不能满足生产机械的要求，且低压时的过载能力的要求，且低压时的过载能力较低，负载的波动稍大，电动较低，负载的波动稍大，电动机就有可能停转。对于恒转矩机就有可能停转。对于恒转矩性质的负载，如果要求调速范性质的负载，如果要求调速范围较大，往往采用带转速反馈围较大，往往采用带转速反馈控制的交流调压器，以改善低控制的交流调压器，以改善低速时电动机的机械特性。速时电动机的机械特性。图图5-4 高转子电阻电动机在不同电压下的高转子电阻电动机在不同电压下的机械特性机械特性 闭环控制的变压调速系统及其静特性闭环控制的变压调速系统及其静特性闭环控制的变压调速系统及其静特性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，开环控制很难解决这个矛盾。为此，对于恒转矩性质的负载，要求调速范围大于D=2时，往往采用带转速反馈的闭环控制系统。1.1.系统组成系统组成图5-5 带转速负反馈闭环控制的交流变压调速系统ASRU*n+-UnGT+M3TGa)原理图-Ucn2.2.系统静特性系统静特性eTOnn0TLUsNAAAUs min恒转矩负载特性图5-6 闭环控制变压调速系统的静特性U*n3U*n1U*n23.3.系统静态结构系统静态结构 Ksn=f(U1,Te)ASRU*nUnUcUs-TLn图5-7 异步电机闭环变压调速系统的静态结构图 二二.转子电路串接电阻调速转子电路串接电阻调速 这种方法只适用于绕线转子异步电动机，如图所示：这种方法只适用于绕线转子异步电动机，如图所示：变频调速系统原理框图变频调速系统原理框图控制器控制器逆变器逆变器电压电压/电流检测电流检测转速转速/位置检测位置检测给定给定M3 变频调速变频调速变频调速变频调速 优点：不同转速时转差功率不变，转差损耗小，机械特性硬，优点：不同转速时转差功率不变，转差损耗小，机械特性硬，调速范围宽，调速精度高调速范围宽，调速精度高缺点：变频装置成本较高，变频调速原理较复杂缺点：变频装置成本较高，变频调速原理较复杂5.3 5.3 转差功率不变型异步电动机调速方法转差功率不变型异步电动机调速方法转差功率不变型异步电动机调速方法转差功率不变型异步电动机调速方法 变变频频调调速速的的基基本本方方式式 在在异异步步电电动动机机调调速速时时，总总是是希希望望主主磁磁通通 m保保持持为为额额定定值值，这这是是因因为为如如果果磁磁通通太太弱弱，电电动动机机的的铁铁心心得得不不到到充充分分利利用用，是是一一种种浪浪费费；而而如如果果磁磁通通太太强强，又又会会使使铁铁心心饱饱和和，导导致致过过大大的的励励磁磁电电流流，严严重重时时甚甚至至会会因因绕绕组组过过热热而而损损坏坏电电机机。对对于于直直流流电电动动机机，其其励励磁磁系系统统是是独独立立的的，只只要要对对电电枢枢反反应应的的补补偿偿合合适适，容容易易保保持持 m不不变变，而而在在异异步步电电动动机机中中，磁磁通通是是定定子子和和转转子子磁磁势势共共同同作作用用的的结结果果，所所以以保保持持 m不不变变的的方方法法与与直直流流电电动动机机的的情情况况不不同同。根根 据据 异异 步步 电电 动动 机机 定定 子子 每每 相相 电电 动动 势势 有有 效效 值值 的的 公公 式式 如果略去定子阻抗压降，则定子端电压如果略去定子阻抗压降，则定子端电压UsEg，即有，即有 上式表明，在变频调速时，若定子端电压不变，则随着频率上式表明，在变频调速时，若定子端电压不变，则随着频率f1的的升高，气隙磁通升高，气隙磁通 m将减小。将减小。又从转矩公式又从转矩公式可知，在可知，在 相同的情况下，相同的情况下，m 减小势必导致电动机输出转矩下减小势必导致电动机输出转矩下降，使电动机的利用率恶化。降，使电动机的利用率恶化。同时，电动机的最大转矩也将减小，同时，电动机的最大转矩也将减小，严重时会使电动机堵转。严重时会使电动机堵转。反之，若减小频率反之，若减小频率f1，则，则 m将增加，使磁路饱和，励磁电流将增加，使磁路饱和，励磁电流上升，导致铁损急剧增加，这也是不允许的。上升，导致铁损急剧增加，这也是不允许的。因此，在变频调速因此，在变频调速过程中应同时改变定子电压和频率，以保持主磁通不变。过程中应同时改变定子电压和频率，以保持主磁通不变。而如何而如何按比例改变电压和频率，这要分基频（额定频率）以下和基频以按比例改变电压和频率，这要分基频（额定频率）以下和基频以上两种情况讨论。上两种情况讨论。1）基基频频以以下下调调速速。要要保保持持 m不不变变，应应使使定定子子端端电电压压Us与与频频率率 f1 成比例地变化，即成比例地变化，即 由最大转矩公式由最大转矩公式 其中其中 ，当，当 f1 相对较高时，因相对较高时，因 可忽略定子电阻可忽略定子电阻Rs，这样上式可简化为，这样上式可简化为 常数常数 由由于于Tmax=KTTN，因因此此为为了了保保证证变变频频调调速速时时电电机机过过载载能能力力不不变，就要求变频前后的定子端电压、频率及转矩满足变，就要求变频前后的定子端电压、频率及转矩满足 上式表示：上式表示：在变频调速时为了使异步电动机的过载能力保持在变频调速时为了使异步电动机的过载能力保持不变，定子端电压的变化规律。不变，定子端电压的变化规律。对于恒转矩调速，因为对于恒转矩调速，因为TN=TN，可得，可得即对于恒转矩负载，采用恒压频比控制方式，即对于恒转矩负载，采用恒压频比控制方式，既保证了电机的过既保证了电机的过载能力不变，同时又满足主磁通载能力不变，同时又满足主磁通 m保持不变的要求。保持不变的要求。这说明变频这说明变频调速适用于恒转矩负载。调速适用于恒转矩负载。常数常数 下下面面分分析析恒恒压压频频比比控控制制变变频频调调速速时时，异异步步电电动动机机的的人人为为机机械械特特性性。因因为为Us/f1=常常数数，故故磁磁通通 m基基本本保保持持不不变变也也近近似似为为常常数数，此时异步电动机的电磁转矩可表示为此时异步电动机的电磁转矩可表示为 由由于于Us/f1=常常数数，且且当当f1相相对对较较高高时时，可可看看出出，不不同同频频率率时时的的最大转矩最大转矩Tmax保持不变，所对应的最大转差率为保持不变，所对应的最大转差率为 不同频率时最大转矩所对应的转速降落为不同频率时最大转矩所对应的转速降落为 因此，恒压频比控制变频调速时，由于最大转矩和最大转矩因此，恒压频比控制变频调速时，由于最大转矩和最大转矩所对应的转速降落均为常数，此时异步电动机的机械特性是一组所对应的转速降落均为常数，此时异步电动机的机械特性是一组相互平行且硬度相同的曲线，如图所示。相互平行且硬度相同的曲线，如图所示。但在但在f1变到很低时，变到很低时，也很小，也很小，Rs 不能被忽略，不能被忽略，且由于且由于Us和和Es都较小，定都较小，定子阻抗压降所占的份额比子阻抗压降所占的份额比较大。此时，最大转矩和较大。此时，最大转矩和最大转矩对应的转速降落最大转矩对应的转速降落不再是常数，而是变小了。不再是常数，而是变小了。为保持低频时电动机有足为保持低频时电动机有足够大的转矩，可以人为地够大的转矩，可以人为地使定子电压使定子电压Us抬高一些，抬高一些，近似地补偿一些定子压降。近似地补偿一些定子压降。On图5-8 恒压频比控制时变频调速的机械特性补偿定子压降后的特性 对于恒功率调速对于恒功率调速，由于，由于保持恒定，则，保持恒定，则，即即代入可得代入可得 由由此此可可见见，在在恒恒功功率率调调速速时时，如如按按 常常数数 控控制制定定子子电电压压的的变变化化，能能使使电电机机的的过过载载能能力力保保持持不不变变，但但磁磁通通将将发发生生变变化化；若若按按 常常数数控控制制定定子子电电压压的的变变化化，则则磁磁通通 m将将基基本本保保持持不变，但电机的过载能力保持将在调速过程中发生变化。不变，但电机的过载能力保持将在调速过程中发生变化。2）基基频频以以上上调调速速。频频率率f1从从额额定定频频率率f1N往往上上增增加加，若若仍仍保保持持Us/f1=常常数数，势势必必使使定定子子电电压压Us超超过过额额定定电电压压UN，这这是是不不允允许许的的。这这样样，基基频频以以上上调调速速应应采采取取保保持持定定子子电电压压不不变变的的控控制制策策略略，通通过过增增加加频频率率f1，使使磁磁通通 m与与f1成成反反比比地地降降低低，这这是是一一种种类类似似于于直流电机弱磁升速的调速方法。直流电机弱磁升速的调速方法。设保持定子电压设保持定子电压Us=UN，改变频率时异步电动机的电磁转矩，改变频率时异步电动机的电磁转矩 由于由于f1较高，可忽略定子电阻较高，可忽略定子电阻Rs，故最大转矩为，故最大转矩为 其其对对应应的的最最大大转转差差与与转转速速降降落落为为常常数数。这这样样，保保持持定定子子电电压压Us不不变变，升升高高频频率率调调速速时时，最最大大转转矩矩随随频频率率的的升升高高而而减减小小，而而最最大大转转矩矩对对应应的的转转速速降降落落是是常常数数，因因此此对对应应的的机机械械特特性性是是平平行行的的，硬硬度度也也相相同同的的。但但频频率率越越高高，最最大大转转矩矩越越小小，如如右右图所示。图所示。O图5-9 基频以上恒压变频调速的机械特性 基频以上变频调速过程中，异步电动机的电磁功率为基频以上变频调速过程中，异步电动机的电磁功率为 在异步电动机的转差率在异步电动机的转差率s 很小时，由于很小时，由于上式中的上式中的Rs、均可忽略，即基频以上变频调速时，异步均可忽略，即基频以上变频调速时，异步电动机的电磁功率可近似为电动机的电磁功率可近似为 由由于于变变频频调调速速过过程程中中，若若保保持持Us不不变变，转转差差率率s变变化化也也很很小小，故故可可近近似似认认为为调调速速过过程程中中Pm是是不不变变的的，即即在在基基频频以以上上的的变变频频调调速速，可近似为恒功率调速。可近似为恒功率调速。f1N图5-10 异步电机变压变频调速的控制特性 恒转矩调速恒转矩调速UsUsNmNm恒功率调速恒功率调速mUsf1O 把基频以下和基频以上两种情况综合起来，可得到异步电把基频以下和基频以上两种情况综合起来，可得到异步电动机变频调速控制特性，如图所示。动机变频调速控制特性，如图所示。变压变频控制特性变压变频控制特性异步电动机异步电动机的电动势的电动势 Eg 气隙（或互感）磁通在定子每相绕组中的感应电动势；气隙（或互感）磁通在定子每相绕组中的感应电动势；Es 定子全磁通在定子每相绕组中的感应电动势；定子全磁通在定子每相绕组中的感应电动势；Err 转子全磁通在转子绕组中的感应电动势（折合到定子边）转子全磁通在转子绕组中的感应电动势（折合到定子边）异步电动机异步电动机的磁通的磁通气隙磁通气隙磁通定子全磁通（简称定子磁通）定子全磁通（简称定子磁通）转子全磁通（简称转子磁通）转子全磁通（简称转子磁通）电机变频调速时是保持气隙磁通、定子全磁通、还是转子全磁电机变频调速时是保持气隙磁通、定子全磁通、还是转子全磁通为额定值不变？通为额定值不变？都可以都可以基频以下电压电压补偿控制基频以下电压电压补偿控制基频以下电压电压补偿控制基频以下电压电压补偿控制 由机械特性方程式可以看出，对于同一组转矩 Te 和转速 n（或转差率s）的要求，电压 Us 和频率 1 可以有多种配合。在 Us 和 1 的不同配合下机械特性也是不一样的，因此可以有不同方式的电压频率协调控制。图5-11 异步电动机稳态等效电路和感应电动势 Us1RsLlsLlrLmRr/sIsI0Ir 异步电动机等效电路异步电动机等效电路EgEsEr1.1.恒定子磁通控制恒定子磁通控制恒定子磁通控制恒定子磁通控制 保持定子磁通恒定：保持定子磁通恒定：定子电动势不好直接控制，能够直接控制的只有定子定子电动势不好直接控制，能够直接控制的只有定子电压，按电压，按补偿定子电阻压降，就能够得到恒定子磁通。补偿定子电阻压降，就能够得到恒定子磁通。常值常值忽略励磁电流，转子电流忽略励磁电流，转子电流电磁转矩电磁转矩 临界转差率临界转差率 临界转矩临界转矩 频率变化时，恒定子磁通控制的临界转矩恒定不变频率变化时，恒定子磁通控制的临界转矩恒定不变。恒压频比控制时的转矩式恒压频比控制时的转矩式 两式相比可知，恒定子磁通控制时转矩表达式的分母小于两式相比可知，恒定子磁通控制时转矩表达式的分母小于恒压频比控制特性中的同类项。恒压频比控制特性中的同类项。当当转转差差率率s相相同同时时，采采用用恒恒定定子子磁磁通通控控制制方方式式的的电电磁磁转转矩矩大大于恒压频比控制方式。于恒压频比控制方式。2.2.恒恒 E Eg g/1 1 控制控制 如果在电压频率协调控制中，恰当地提高电压 Us 的数值，使它在克服定子阻抗压降以后，能维持 Eg/1 为恒值（基频以下），则无论频率高低，每极磁通 m 均为常值。由等效电路可以看出 代入电磁转矩关系式，得 利用与前相似的分析方法，当s很小时，则 这表明机械特性的这一段近似为一条直线。当 s 接近于1时，可忽略式分母中的 R22 项，则 s 值为上述两段的中间值时，机械特性在直线和双曲线之间逐渐过渡，整条特性与恒压频比特性相似。性能比较性能比较 对比可以看出，恒 Eg/1 特性分母中含 s 项的参数要小于恒 Us/1 特性中的同类项，因此，当 s相同时，恒 Eg/1 控制方式的电磁转矩大于恒Us/1的控制方式，线性段范围更宽。将转矩公式对 s 求导，并令 dTe/ds=0，可得恒Eg/1控制特性在最大转矩时的转差率 和临界转矩 值得注意的是，在上式中，当Eg/1 为恒值时，Temax 恒定不变，如下图所示，其稳态性能优于恒 Us/1 控制的性能。这正是恒 Eg/1 控制中补偿定子压降所追求的目标。机械特性曲线机械特性曲线OnTemax图5-12 恒 Eg/1 控制时变频调速的机械特性3.3.恒恒 E Errrr/1 1 控制控制 如果把电压频率协调控制中的电压再进一步提高，把转子漏抗上的压降也抵消掉，得到恒 Err/1 控制，那么，机械特性会怎样呢？由此可写出 代入电磁转矩基本关系式，得 这时的机械特性完全是一条直线 由此可见，只要能够按照转子全磁通幅值 mr=Constant 进 行控制，就可以获得恒 Err/1 了。这正是矢量控制系统所遵循的原则 几种电压频率协调控制方式的特性比较几种电压频率协调控制方式的特性比较a）恒压频比控制）恒压频比控制b）恒定子磁通控制）恒定子磁通控制c）恒气隙磁通控制）恒气隙磁通控制d）恒转子磁通控制）恒转子磁通控制图图5-13 异步电动机在不同控制方式下的机械特性异步电动机在不同控制方式下的机械特性 显然，恒 Err/1 控制的稳态性能最好，可以获得和直流电机一样的线性机械特性。这正是高性能交流变频调速所要求的性能。现在的问题是，怎样控制变频装置的电压和频率才能获得恒定的 Err/1 呢？按照电动势和磁通的关系，可以看出，当频率恒定时，电动势与磁通成正比。气隙磁通的感应电动势 Eg 对应于气隙磁通幅值 m，那么，转子全磁通的感应电动势 Err 就应该对应于转子全磁通幅值 rm：由此可见，只要能够按照转子全磁通幅值 rm=Constant 进 行控制，就可以获得恒 Err/1 了。这正是矢量控制系统所遵循的原则 4 4几种协调控制方式的比较几种协调控制方式的比较 综上所述，在正弦波供电时，按不同规律实现电压频率协调控制可得不同类型的机械特性。（1）恒压频比（Us/1=Constant）控制最容易实现，它的变频机械特性基本上是平行下移，硬度也较好，能够满足一般的调速要求，但低速带载能力有些差强人意，须对定子压降实行补偿。（2）恒Eg/1 控制是通常对恒压频比控制实行电压补偿的标准，可以在稳态时达到m=Constant，从而改善了低速性能。但机械特性还是非线性的，产生转矩的能力仍受到限制。（3）恒 Err/1 控制可以得到和直流他励电机一样的线性机械特性，按照转子全磁通 rm 恒定进行控制，即得 Err/1=Constant 而且，在动态中也尽可能保持 rm 恒定是矢量控制系统的目标，当然实现起来是比较复杂的。要实现变频调速必须有专用的变频电源，要实现变频调速必须有专用的变频电源，随着新型电力电随着新型电力电子器件和半导体变流技术、自动控制技术等的不断发展，子器件和半导体变流技术、自动控制技术等的不断发展，变频变频电源目前都是应用电力电子器件构成的变频装置。电源目前都是应用电力电子器件构成的变频装置。下图所示为下图所示为采用电力电子变频器供电的异步电动机变频调速系统。采用电力电子变频器供电的异步电动机变频调速系统。5.4 5.4 电力电子变压变频器电力电子变压变频器电力电子变压变频器电力电子变压变频器 从整体结构上看，电力电子变压变频器可分为交-直-交和交-交两大类。1.交交-直直-交变压变频器交变压变频器 交-直-交变压变频器先将工频交流电源通过整流器变换成直流，再通过逆变器变换成可控频率和电压的交流，如下图所示。变压变频变压变频(VVVF)中间直流环节中间直流环节恒压恒频恒压恒频(CVCF)逆变逆变DCACAC50Hz整流整流 交交-直直-交交PWMPWM变压变频器基本结构变压变频器基本结构图5-14 交-直-交PWM变压变频器变压变频变压变频(VVVF)中间直流环节中间直流环节恒压恒频恒压恒频(CVCF)PWM逆变器逆变器DCACAC50Hz调压调频调压调频C5.5 引 言 直流电机的主磁通和电枢电流分布的空间位置是确定的，而且可以独立进行控制，交流异步电机的磁通则由定子与转子电流合成产生，它的空间位置相对于定子和转子都是运动的，除此以外，在笼型转子异步电机中，转子电流还是不可测和不可控的。因此，异步电机的动态数学模型要比直流电机模型复杂得多，在相当长的时间里，人们对它的精确表述不得要领。转速开环恒压频比控制调速系统转速开环恒压频比控制调速系统转速开环恒压频比控制调速系统转速开环恒压频比控制调速系统 通用变频器通用变频器通用变频器通用变频器-异步电动机调速系统异步电动机调速系统异步电动机调速系统异步电动机调速系统概述概述 现代通用变频器大都是采用二极管整流和由快速全控开关器件 IGBT 或功率模块IPM 组成的PWM逆变器，构成交-直-交电压源型变压变频器。所谓“通用”，包含着两方面的含义：（1）可以和通用的笼型异步电机配套使用；（2）具有多种可供选择的功能，适用于各种不同性质的负载。系统介绍系统介绍 不少机械负载，例如风机和水泵，并不需要很高的动态性能，只要在一定范围内能实现高效率的调速就行，因此可以只用电机的稳态模型来设计其控制系统。采用异步电机的稳态数学模型，为了实现电压-频率协调控制，可以采用转速开环恒压频比带低频电压补偿的控制方案，这就是常用的通用变频器控制系统。1.1.系统组成系统组成M3电压检测泵升限制电流检测温度检测电流检测单片机显示设定接口PWM发生器驱动电路URUIR0R1R2RbVTbKR0R1RbR22.2.控制电路控制电路tff*ufu斜坡函数U/f 曲线脉冲发生器驱动电路工作频率设定升降速时间设定电压补偿设定PWM产生 PWM变压变频器的基本控制作用 5.6 5.6 转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统转速闭环转差频率控制的变压变频调速系统0.问题的提出问题的提出 前节所述的转速开环变频调速系统可以满足平滑调速的要求，但静、动态性能都有限，要提高静、动态性能，首先要用转速反馈闭环控制。是否能够提高系统的动态性能呢？我们知道，任何电力拖动自动控制系统都服从于基本运动方程式 提高调速系统动态性能主要依靠控制转速的变化率 d/dt，根据基本运动方程式，控制电磁转矩就能控制 d/dt，因此，归根结底，调速系统的动态性能就是控制转调速系统的动态性能就是控制转矩的能力矩的能力。在异步电机变压变频调速系统中，需要控制的是电压（或电流）和频率，怎样能够通过控制电压（电流）和频率来控制电磁转矩，这是寻求提高动态性能时需要解决的问题。1.1.转差频率控制的基本概念转差频率控制的基本概念 直流电机的转矩与电枢电流成正比，控制电流就能控制转矩，因此，把直流双闭环调速系统转速调节器的输出信号当作电流给定信号，也就是转矩给定信号。在交流异步电机中，影响转矩的因素较多，控制异步电机转矩的问题也比较复杂。将 按照恒 Eg/1 控制（即恒 m 控制）时的电磁转矩公式 代入上式，得 令 s=s1，并定义为转差角频率；是电机的结构常数；则 当电机稳态运行时，s 值很小，因而 s也很小，只有1的百分之几，可以认为 s Llr Rr，则转矩可近似表示为 上式表明，在s 值很小的稳态运行范围内，如果能够保持气隙磁通m不变，异步电机的转矩就近似与转差角频率s 成正比。这就是说，在异步电机中控制s，就和直流电机中控制电流一样，能够达到间接控制转矩的目的。控制转差频率就代表控制转矩，这就是转差频率控制的控制转差频率就代表控制转矩，这就是转差频率控制的基本概念。基本概念。2.2.基于异步电机稳态模型的转差频率控制规律基于异步电机稳态模型的转差频率控制规律 上面分析所得的转差频率控制概念是在转矩近似公式上得到的，当1 较大时，就得采用精确转矩公式，把这个转矩特性（即机械特性）可以看出：在s 较小的稳态运行段上，转矩 Te基本上与s 成正比，当Te 达到其最大值Temax 时，s 达到sm值。图图5-17 恒气隙磁通控制的机械特性恒气隙磁通控制的机械特性取 dTe/ds=0 可得 在转差频率控制系统中，只要给s 限幅，使其限幅值为 就可以基本保持 Te与s 的正比关系，也就可以用转差频率控制来代表转矩控制。这是转差频率控制的基本规律之一。这是转差频率控制的基本规律之一。上述规律是在保持m恒定的前提下才成立的，于是问题又转化为，如何能保持m 恒定？我们知道，按恒 Eg/1 控制时可保持m恒定。在上图的等效电路中可得：由此可见，要实现恒 Eg/1控制，须在Us/1=恒值的基础上再提高电压 Us 以补偿定子电流压降。如果忽略电流相量相位变化的影响，不同定子电流时恒 Eg/1 控制所需的电压-频率特性 Us=f(1,Is)如下图所示。不同定子电流时恒控制所需的电压-频率特性OUs/1=Const.Eg/1=Const.定子电流增大的趋势 上述关系表明，只要 Us 和1及 Is 的关系符合上图所示特性，就能保持 Eg/1 恒定，也就是保持 m 恒定。这这是转差频率控制的基本规律之二。是转差频率控制的基本规律之二。总结起来，转差频率控制的规律是：（1）在 s sm 的范围内，转矩 Te 基本上与 s 成正比，条件是气隙磁通不变。（2）在不同的定子电流值时，按上图的函数关系 U1=f(1,Is)控制定子电压和频率，就能保持气隙磁通m恒定。FBS电压型逆变器PWMM3 ASR 转差频率控制的转速闭环变压变频调速系统结构原理图3.3.转差频率控制的变压变频调速系统转差频率控制的变压变频调速系统系统组成 控制原理控制原理 实现上述转差频率控制规律的转速闭环变压变频调速系统结构原理图如图所示。频率控制频率控制转速调节器ASR的输出信号是转差频率给定 s*，与实测转速信号 相加，即得定子频率给定信号 1*，即 电压控制电压控制由 1和定子电流反馈信号 Is 从微机存储的 Us=f(1,Is)函数中查得定子电压给定信号 Us*，用 Us*和 1*控制PWM电压型逆变器，即得异步电机调速所需的变压变频电源。性能评价性能评价 转差角频率 s*与实测转速信号 相加后得到定子频率输入信号 1*这一关系是转差频率控制系统突出的特点或优点。它表明，在调速过程中，实际频率1随着实际转速 同步地上升或下降，有如水涨而船高，因此加、减速平滑而且稳定。同时，由于在动态过程中转速调节器ASR饱和，系统能用对应于 sm 的限幅转矩Tem 进行控制，保证了在允许条件下的快速性。由此可见，转速闭环转差频率控制的交流变压变频调速系统能够象直流电机双闭环控制系统那样具有较好的静、动态性能，是一个比较优越的控制策略，结构也不算复杂。然而，它的静、动态性能还不能完全达到直流双闭环系统的水平，存在差距的原因有以下几个方面：（1）在分析转差频率控制规律时，是从异步电机稳态等效电路和稳态转矩公式出发的，所谓的“保持磁通 m恒定”的结论也只在稳态情况下才能成立。在动态中 m如何变化还没有深入研究，但肯定不会恒定，这不得不影响系统的实际动态性能。（2）Us=f(1,Is)函数关系中只抓住了定子电流的幅值，没有控制到电流的相位，而在动态中电流的相位也是影响转矩变化的因素。（3）在频率控制环节中，取 1=s+，使频率得以与转速同步升降，这本是转差频率控制的优点。然而，如果转速检测信号不准确或存在干扰，也就会直接给频率造成误差，因为所有这些偏差和干扰都以正反馈的形式毫无衰减地传递到频率控制信号上来了。前节论述的基于稳态数学模型的异步电机调速系统虽然能够在一定范围内实现平滑调速，但是，如果遇到轧钢机、数控机床、机器人、载客电梯等需要高动态性能的调速系统或伺服系统，就不能完全适应了。要实现高动态性能的系统，必须首先认真研究异步电机的动态数学模型。第六章第六章第六章第六章 异步电动机的动态数学模型和坐标变换异步电动机的动态数学模型和坐标变换异步电动机的动态数学模型和坐标变换异步电动机的动态数学模型和坐标变换 异步电动机动态数学模型的性质异步电动机动态数学模型的性质异步电动机动态数学模型的性质异步电动机动态数学模型的性质1.直流电机数学模型的性质直流电机数学模型的性质 直流电机的磁通由励磁绕组产生，可以在电枢合上电源以前建立起来而不参与系统的动态过程（弱磁调速时除外），因此它的动态数学模型只是一个单输入和单输出系统。直流电机直流电机模型模型Udn输入变量电枢电压 Ud；输出变量转速 n；控制对象参数：p机电时间常数 Tm；p电枢回路电磁时间常数 Tl；p电力电子装置的滞后时间常数 Ts。l l 控制理论和方法控制理论和方法 在工程上能够允许的一些假定条件下，可以描述成单变量（单输入单输出）的三阶线性系统，完全可以应用经典的线性控制理论和由它发展出来的工程设计方法进行分析与设计。但是，同样的理论和方法用来分析与设计交流调速系统时，就不那么方便了，因为交流电机的数学模型和直流电机模型相比有着本质上的区别。2.2.交流电机数学模型的性质交流电机数学模型的性质（1）异步电机变压变频调速时需要进行电压（或电流）和频率的协调控制，有电压（电流）和频率两种独立的输入变量。在输出变量中，除转速外，磁通也得算一个独立的输出变量。因为电机只有一个三相输入电源，磁通的建立和转速的变化是同时进行的，为了获得良好的动态性能，也希望对磁通施加某种控制，使它在动态过程中尽量保持恒定，才能产生较大的动态转矩。A1A2Us1(Is)模型的非线性模型的非线性（2）在异步电机中，电流乘磁通产生转矩，转速乘磁通得到感应电动势，由于它们都是同时变化的，在数学模型中就含有两个变量的乘积项。这样一来，即使不考虑磁饱和等因素，数学模型也是非线性的。l l 模型的高阶性模型的高阶性（3）三相异步电机定子有三个绕组，转子也可等效为三个绕组，每个绕组产生磁通时都有自己的电磁惯性，再算上运动系统的机电惯性，和转速与转角的积分关系，即使不考虑变频装置的滞后因素，也是一个八阶系统。总起来说，异步电机的动态数学模型是一个高阶、非线高阶、非线性、强耦合的多变量系统性、强耦合的多变量系统。三相异步电动机的多变量非线性数学模型三相异步电动机的多变量非线性数学模型三相异步电动机的多变量非线性数学模型三相异步电动机的多变量非线性数学模型 假设条件：假设条件：（1）忽略空间谐波，设三相绕组对称，在空间互差120电角度，所产生的磁动势沿气隙周围按正弦规律分布；（2）忽略磁路饱和，各绕组的自感和互感都是恒定的；（3）忽略铁心损耗；（4）不考虑频率变化和温度变化对绕组电阻的影响。ABCuAuBuC1uaubucabc 三相异步电动机的物理模型物理模型物理模型物理模型物理模型 无论电机转子是绕线型还是笼型的，都将它等效成三相绕线无论电机转子是绕线型还是笼型的，都将它等效成三相绕线转子，并折算到定子侧，折算后的定子和转子绕组匝数都相转子，并折算到定子侧，折算后的定子和转子绕组匝数都相等。这样，实际电机绕组就等效成下图所示的三相异步电机等。这样，实际电机绕组就等效成下图所示的三相异步电机的物理模型。的物理模型。图中，定子三相绕组轴线 A、B、C 在空间是固定的，以 A 轴为参考坐标轴；转子绕组轴线 a、b、c 随转子旋转，转子 a 轴和定子A 轴间的电角度 为空间角位移变量。规定各绕组电压、电流、磁链的正方向符合电动机惯例和右手螺旋定则。这时，异步电机的数学模型由下述电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程组成。1.1.电压方程电压方程电压方程电压方程三相定子绕组的电压平衡方程为 与此相应，三相转子绕组折算到定子侧后的电压方程为 式中uA,uB,uC,ua,ub,uc 定子和转子相电压的瞬时值；iA,iB,iC,ia,ib,ic 定子和转子相电流的瞬时值；A,B,C,a,b,c 各相绕组的全磁链；Rs,Rr定子和转子绕组电阻。上述各量都已折算到定子侧，为了简单起见，表示折算的上角标“”均省略，以下同此。电压方程的矩阵形式电压方程的矩阵形式将电压方程写成矩阵形式，并以微分算子 p 代替微分符号 d/dt或写成 2.2.磁链方程磁链方程每个绕组的磁链是它本身的自感磁链和其它绕组对它的互感磁链之和，因此，六个绕组的磁链可表达为 或写成 l l 电感的种类和计算电感的种类和计算定子漏感 Lls 定子各相漏磁通所对应的电感，由于绕组的对称性，各相漏感值均相等；转子漏感 Llr 转子各相漏磁通所对应的电感。定子互感 Lms与定子一相绕组交链的最大互感磁通；转子互感 Lmr与转子一相绕组交链的最大互感磁通。由于折算后定、转子绕组匝数相等，且各绕组间互感磁通都通过气隙，磁阻相同，故可认为 Lms=Lmr 自感表达式自感表达式 对于每一相绕组来说，它所交链的磁通是互感磁通与漏感磁通之和，因此，定子各相自感为转子各相自感为 两相绕组之间只有互感。互感又分为两类：（1）定子三相彼此之间和转子三相彼此之间位置都是固定的，故互感为常值；（2）定子任一相与转子任一相之间的位置是变化的，互感是角位移 的函数。转矩方程的三相坐标系形式转矩方程的三相坐标系形式 电磁转矩 二极直流电机的物理模型dqFACifiaic励磁绕组电枢绕组补偿绕组 直流电机的物理模型直流电机的物理模型 虽然电枢本身是旋转的，但其绕组通过换向器电刷接到端接板上，电刷将闭合的电枢绕组分成两条支路。当一条支路中的导线经过正电刷归入另一条支路中时，在负电刷下又有一根导线补回来。这样，电刷两侧每条支路中导线的电流方向总是相同的，因此，电枢磁动势的轴线始终被电刷限定在 q 轴位置上，其效果好象一个在 q 轴上静止的绕组一样。但它实际上是旋转的，会切割 d 轴的磁通而产生旋转电动势，这又和真正静止的绕组不同，通常把这种等效的静止绕组称作“伪静止绕组”（pseudo-stationary coils）。电枢磁动势的作用可以用补偿绕组磁动势抵消，或者由于其作用方向与 d 轴垂直而对主磁通影响甚微，所以直流电机的主磁通基本上唯一地由励磁绕组的励磁电流决定，这是直流电机的数学模型及其控制系统比较简单的根本原因。交流电机的物理模型交流电机的物理模型 如果能将交流电机的物理模型（见下图）等效地变换成类似直流电机的模式，分析和控制就可以大大简化。坐标变换正是按照这条思路进行的。在这里，不同电机模型彼此等效的原则是：在不同坐标下所产生的磁动势完全一致。众所周知，交流电机三相对称的静止绕组众所周知，交流电机三相对称的静止绕组 A A、B B、C C，通以三相平衡的正弦电流时，所产生的合成磁动势是，通以三相平衡的正弦电流时，所产生的合成磁动势是旋转磁动势旋转磁动势F F，它在空间呈正弦分布，以同步转速，它在空间呈正弦分布，以同步转速 1 1 （即电流的角频率）顺着（即电流的角频率）顺着 A A-B B-C C 的相序旋转。这样的物的相序旋转。这样的物理模型绘于下图理模型绘于下图a a中。中。（1 1）交流电机绕组的等效物理模型）交流电机绕组的等效物理模型ABCABCiAiBiCF1a）三相交流绕组 （2 2）等效的两相交流电机绕组）等效的两相交流电机绕组Fii1b）两相交流绕组 然而，旋转磁动势并不一定非要三相不可，除单相以外，二相、三相、四相、等任意对称的多相绕组，通以平衡的多相电流，都能产生旋转磁动势，当然以两相最为简单。图b中绘出了两相静止绕组 和 ，它们在空间互差90，通以时间上互差90的两相平衡交流电流，也产生旋转磁动势 F。当图a和b的两个旋转磁动势大小和转速都相等时，即认为图b的两相绕组与图a的三相绕组等效。（3 3）旋转的直流绕组与等效直流电机模型）旋转的直流绕组与等效直流电机模型1FMTimitMTc）旋转的直流绕组 图b中绘出了两相静止绕组 和 ，它们在空间互差90，通以时间上互差90的两相平衡交流电流，也产生旋转磁动势 F。当图a和b的两个旋转磁动势大小和转速都相等时，即认为图b的两相绕组与图a的三相绕组等效。再看图c中的两个匝数相等且互相垂直的绕组 M 和 T，其中分别通以直流电流 im 和it，产生合成磁动势 F，其位置相对于绕组来说是固定的。如果让包含两个绕组在内的整个铁心以同步转速旋转，则磁动势 F 自然也随之旋转起来，成为旋转磁动势。把这个旋转磁动势的大小和转速也控制成与图 a 和图 b 中的磁动势一样，那么这套旋转的直流绕组也就和前面两套固定的交流绕组都等效了。当观察者也站到铁心上和绕组一起旋转时，在他看来，M 和 T 是两个通以直流而相互垂直的静止绕组。如果控制磁通的位置在 M 轴上，就和直流电机物理模型没有本质上的区别了。这时，绕组M相当于励磁绕组，T 相当于伪静止的电枢绕组。等效的概念等效的概念 由此可见，以产生同样的旋转磁动势为准则，图a的三相交流绕组、图b的两相交流绕组和图c中整体旋转的直流绕组彼此等效。或者说，在三相坐标系下的 iA、iB、iC，在两相坐标系下的 i、i 和在旋转两相坐标系下的直流 im、it 是等效的，它们能产生相同的旋转磁动势。就图c 的 M、T 两个绕组而言，当观察者站在地面看上去，它们是与三相交流绕组等效的旋转直流绕组；如果跳到旋转着的铁心上看，它们就的的确确是一个直流电机模型了。这样，通过坐标系的变换，可以找到与交流三相绕组等效的直流电机模型。现在的问题是，如何求出iA、iB、iC 与 i、i 和 im、it 之间准确的等效关系，这就是坐标变换的任务。2.2.三相三相三相三相-两相变换（两相变换（两相变换（两相变换（3/23/2变换）变换）变换）变换）现在先考虑上述的第一种坐标变换在三相静止绕组A、B、C和两相静止绕组、之间的变换，或称三相静止坐标系和两相静止坐标系间的变换，简称 3/2 变换。3.3.两相两相两相旋转变换（两相旋转变换（2s/2r2s/2r变换）变换）从上图等效的交流电机绕组和直流电机绕组物理模型的图 b 和图 c 中从两相静止坐标系到两相旋转坐标系 M、T 变换称作两相两相旋转变换，简称 2s/2r 变换，其中 s 表示静止，r 表示旋转。把两个坐标系画在一起，即得下图。it siniFs1imcosimimsinitcosiitMT 异步电动机的坐标变换结构图3/2三相/两相变换;VR同步旋转变换;M轴与轴（A轴）的夹角 3/2VR等效直流等效直流电机模型电机模型ABC iAiBiCit1im1ii异步电动机异步电动机 异步电机的坐标变换结构图矢量控制思路矢量控制思路异步电动机坐标变换结构图异步电动机坐标变换结构图异步电动机坐标变换结构图异步电动机坐标变换结构图等效直流等效直流电机模型电机模型交流电动机交流电动机交流电动机交流电动机 矢量控制系统原理结构图 控制器控制器VR-12/3电流控制电流控制变频器变频器3/2VR等效直流等效直流电机模型电机模型+i*m1i*t1 1i*1i*1i*Ai*Bi*CiAiBiCi1i1im1it1反馈信号异步电动机给定信号 矢量控制系统原理结构图l要要提提高高调调速速系系统统的的效效率率，除除了了尽尽量量减减小小转转差差功功率率外外，还可以考虑如何去利用它。还可以考虑如何去利用它。l对对于于绕绕线线型型异异步步电电动动机机，定定、转转子子电电路路可可以以同同时时与与外外电电路路相相连连，转转差差功功率率可可以以从从转转子子输输出出，也也可可以以向向转转子子馈馈入入，故故称称作作双双馈馈调调速系统。速系统。第七章第七章第七章第七章 绕线转子异步电动机双馈调速系统绕线转子异步电动机双馈调速系统绕线转子异步电动机双馈调速系统绕线转子异步电动机双馈调速系统PsP17.1 绕线转子异步电动机双馈调速工作原理绕线转子异步电动机双馈调速工作原理l异异步步电电动动机机由由电电网网供供电电并并以以电电动动状状态态运运行行时时，它它从从电电网网输输入入（馈馈入入）电电功功率率，而而在在其其轴轴上上输输出机械功率给负载，以拖动负载运行。出机械功率给负载，以拖动负载运行。l在在双双馈馈调调速速工工作作时时，绕绕线线型型异异步步电电动动机机定定子子侧侧与与交交流流电电网网直直接接连连接接，转转子子侧侧与与交交流流电电源源或或外外接接电电动动势势相相连连，从从电电路路拓拓扑扑结结构构上上看看，可可认认为为是是在在转转子子绕绕组组回回路路中中附附加加一一个个交交流流电电动动势势，通通过过控控制制附附加加电电动动势势的的幅幅值值，实实现现绕绕线线型型异异步步电电动机的调速。动机的调速。绕线转子异步电动机转子附加电动势的作用绕线转子异步电动机转子附加电动势的作用图图7-1 绕线型异步电动机转子附加电动势的原理图绕线型异步电动机转子附加电动势的原理图l l 绕线转子异步电动机转子串电阻调速 根据电机理论，改变转子电路的串接电阻，可以改变电机的转速。转子串电阻调速的原理如图所示，调速过程中，转差功率完全消耗在转子电阻上。PmPmechPs转子附加电动势的作用转子附加电动势的作用l 如如果果在在转转子子绕绕组组回回路路中中引引入入一一个个可可控控的的交交流流附附加加电电动动势势 来来代代替替外外接接电电阻阻，附附加加电电动动势势的的幅幅值值和和频频率率与与交交流流电电压压 相相同同，相相位位与与转转子子电电动动势势 相相反反（如如图图7-1所所示示），则则它它对对转转子子电电流流的的作作用用与与外外接接电电阻阻是是相相同同的的，附附加加电电动动势势将将会会吸吸收收原原先先消消耗耗在在外外接接电电阻阻上上的转差功率。的转差功率。l l 双馈调速的功率传输（1）转差功率输出状态 异步电动机由电网供电并以电动状态运行时，它从电网输入（馈入）电功率，而在其轴上输出机械功率给负载，以拖动负载运行；CUP1PsM3 Pmech（2）转差功率输入状态 当电机以发电状态运行时，它被拖着运转，从轴上输入机械功率，经机电能量变换后以电功率的形式从定子侧输出（馈出）到电网。PsP1M3 CUPmech转子附加电动势的作用转子附加电动势的作用转子附加电动势的作用转子附加电动势的作用l异步电动机运行时其转子相电动势为异步电动机运行时其转子相电动势为 (7-1)式中式中 异步电动机的转差率异步电动机的转差率；绕线型异步电动机转子开路相电动势，也绕线型异步电动机转子开路相电动势，也就是转子