開環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的研究畢業(yè)論文

1、<p>　　開環(huán)變壓調(diào)速系統(tǒng)的研究</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著電力電子學(xué)、微電子學(xué)和自動控制理論的發(fā)展，交流電動機(jī)的調(diào)速技術(shù)近年來發(fā)展迅猛。由于交流傳動克服了直流傳動的缺點(diǎn)，發(fā)揮了交流電動機(jī)固有的特點(diǎn)，當(dāng)前又很好地解決了交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的電源裝置，所以交流傳動已進(jìn)入了與直流傳動相媲美、相競爭的時代，并有明顯的取代趨勢

2、。</p><p>　　交流調(diào)速技術(shù)是一門橫跨電力、電子、電機(jī)、計算機(jī)和現(xiàn)代控制理論的新興的綜合技術(shù)，它的內(nèi)容在不斷充實(shí)、豐富和發(fā)展。在國外，交流調(diào)速技術(shù)已進(jìn)入實(shí)用化階段，在國內(nèi)，雖然在實(shí)用化方面差距較大，但近年來發(fā)展很快，近期會出現(xiàn)一個推廣近代交流調(diào)速的新熱潮。</p><p><b>　　關(guān)鍵詞：交流調(diào)速；</b></p><p><

3、b>　　目錄</b></p><p>　　1.2交流調(diào)速系統(tǒng)的基本類型6</p><p>　　1.2.1異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基本類型6</p><p>　　1.2.2同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基本類型6</p><p>　　1.2.3現(xiàn)代交流調(diào)速的技術(shù)基礎(chǔ)6</p><p>　　電動機(jī)的調(diào)速性能指標(biāo)

4、10</p><p><b>　　調(diào)速范圍10</b></p><p><b>　　調(diào)速方向11</b></p><p><b>　　調(diào)速的平滑性11</b></p><p><b>　　調(diào)速的穩(wěn)定性11</b></p><p

5、><b>　　調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性12</b></p><p>　　調(diào)速時的允許負(fù)載12</p><p>　　一 交流電動機(jī)調(diào)速的特點(diǎn)</p><p>　　自19世紀(jì)80年代起至19世紀(jì)末以前，工業(yè)上傳動所用電動機(jī)一直以直流電動機(jī)為唯一方式。到19世紀(jì)末，出現(xiàn)了三項電源和結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用的交流籠型電動機(jī)以后，交流電動機(jī)傳動在不調(diào)速的場合才代

6、替了直流電動機(jī)傳動裝置。然而，隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，調(diào)速對變速傳動裝置是一項基本的要求，現(xiàn)代應(yīng)用的許多變速傳動系統(tǒng)，在要求滿足一定的調(diào)速范圍和連續(xù)（無級）調(diào)速的同時，還必須具有持續(xù)的穩(wěn)定性和良好的瞬態(tài)性能。雖然直流電動機(jī)可以滿足這些要求，但由于直流電動機(jī)在容量、體積、重量、成本、制造和運(yùn)行維護(hù)方面都不及交流電動機(jī)，所以長期以來人們一直渴望開發(fā)出交流調(diào)速電動機(jī)代替直流電動機(jī)。從60年代起，國外對交流電動機(jī)調(diào)速已開始重視。隨著電力電子學(xué)與電子

7、技術(shù)的發(fā)展，特別是電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展，使得采用半導(dǎo)體變流技術(shù)的交流調(diào)速系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。尤其是70年代以來，大規(guī)模集成電路和計算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)，為交流電力拖動系統(tǒng)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件，促使了各種類型交流調(diào)速系統(tǒng)：如串級調(diào)速系統(tǒng)、變頻調(diào)速系統(tǒng)、無換向器電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)以及矢量控制調(diào)速系統(tǒng)等的飛速發(fā)展。目前交流電力拖動系統(tǒng)已具備了較寬的調(diào)速范圍、較高的穩(wěn)</p><p>　　長期以來，雖然直流電力

8、拖動系統(tǒng)獲得了廣泛應(yīng)用，但由于直流電動機(jī)本身在結(jié)構(gòu)上有機(jī)械整流器和電刷，這就不可避免地帶來了一下三個主要特點(diǎn)：</p><p>　?。?）存在機(jī)械磨損、噪聲大、壽命低、維護(hù)困難；</p><p>　　（2）換向產(chǎn)生火花，在易燃易爆等惡劣環(huán)境中不適用；</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以制造大容量、高轉(zhuǎn)速及高電壓的直流電動機(jī)。</p><p&

9、gt;　　交流電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、不產(chǎn)生火花、運(yùn)行可靠，便于制造大容量電動機(jī)。因此，由交流電動機(jī)組成的調(diào)速系統(tǒng)克服了直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn)，充分發(fā)揮了交流電動機(jī)本身固有的優(yōu)點(diǎn)。和直流拖動系統(tǒng)相比，交流拖動系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：</p><p>　?。?）交流電動機(jī)堅固耐用，用交流電動機(jī)組成的拖動系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠、運(yùn)行噪聲小、維護(hù)方便；</p><p>　?。?）能夠適應(yīng)易燃、易爆、高空、井下等惡劣環(huán)

10、境，適應(yīng)范圍廣；</p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)簡單，便于制造大容量、高轉(zhuǎn)速、高電壓電動機(jī)，這就為交流拖動系統(tǒng)開辟了更廣泛的領(lǐng)域；</p><p>　?。?）由于高性能、高精度新型調(diào)速系統(tǒng)的不斷出現(xiàn)和發(fā)展，交流拖動系統(tǒng)已達(dá)到與直流拖動系統(tǒng)同樣的性能指標(biāo)。因此，越來越廣地應(yīng)用于國民各個生產(chǎn)領(lǐng)域。</p><p>　　1.2交流調(diào)速系統(tǒng)的基本類型</p>

11、<p>　　交流電動機(jī)有異步電動機(jī)和同步電動機(jī)兩大類。每種電動機(jī)又都有不同類型的調(diào)速方法。</p><p>　　1.2.1異步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基本類型</p><p>　　現(xiàn)有的異步電動機(jī)調(diào)速方法種類繁多，常見的有：變壓調(diào)速；轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速；繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)串級調(diào)速和雙饋電機(jī)調(diào)速；變極對數(shù)調(diào)速；變壓變頻調(diào)速等?，F(xiàn)在交流調(diào)速的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，為了深入掌握其基本原理，就不能滿足這

12、種表面上的羅列，而是進(jìn)一步探討其本質(zhì)，認(rèn)識交流調(diào)速的基本規(guī)律。</p><p>　　按照交流異步電動機(jī)的原理，從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率分成兩部分：一部分是帶負(fù)載的有效功率，稱作機(jī)械功率；另一部分是傳給轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)差功率。從能量轉(zhuǎn)換的角度看，轉(zhuǎn)差功率是否增大，是消耗掉還是得到回收，是評價調(diào)速系統(tǒng)效率高低的標(biāo)志。從這點(diǎn)出發(fā)可把異步電動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)分成以下三類：</p><p>　　1．轉(zhuǎn)差功率消耗

13、型調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　2．轉(zhuǎn)差功率饋送型調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　3．轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　1.2.2同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的基本類型</p><p>　　同步電動機(jī)沒有轉(zhuǎn)差，也就沒有轉(zhuǎn)差功率，所以同步電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)只能是轉(zhuǎn)差功率不變型的，而同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子極對數(shù)又是固定的，因此只能靠變壓變頻調(diào)速，沒有像異步電動

14、機(jī)那樣的多種調(diào)速方法。在同步電動機(jī)的變壓變頻調(diào)速方法中，從頻率控制的方式來看，可分為他控變頻調(diào)速和自控變頻調(diào)速兩類。</p><p>　　從多方面來看，交流調(diào)速系統(tǒng)完全可以取代直流調(diào)速系統(tǒng)，并將為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及節(jié)電節(jié)能等方面帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 </p><p>　　1.2.3現(xiàn)代交流調(diào)速的技術(shù)基礎(chǔ)</p><p>　　20世紀(jì)60~70年代，有了靜止的電

15、力電子交流裝置以后。逐步解決了調(diào)速裝置的減少設(shè)備、縮小體積、降低成本、提高效率等問題，才使交流調(diào)速系統(tǒng)獲得論文飛速發(fā)展。</p><p>　　圖1-1 表示現(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)的一般組成框圖</p><p>　　@@@ 三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性</p><p>　　轉(zhuǎn)矩特性: 異步機(jī)的 T 與 s 之間的關(guān)系 T = f (s)</p><

16、p>　　機(jī)械特性: 異步機(jī) n 與T 之間的關(guān)系 n = f (T)</p><p>　　固有特性: 在額定電壓、額定頻率，定子和轉(zhuǎn)子電路不外串參數(shù)時的 T = f (s) 和 n = f (T)</p><p>　　人為特性: 在改變電壓、頻率及定子電路、轉(zhuǎn)子電路參數(shù)時的</p><p>　　T = f (s) 和 n =

17、f (T) </p><p><b>　　固有特性</b></p><p>　　T = kT sR2U1p2 ／R22+(sX2) 2 和 n = (1－ s) n0 </p><p>　　轉(zhuǎn)矩特性 機(jī)械特性</p><p><b>　　

18、固有特性 </b></p><p>　　額定狀態(tài)臨界狀態(tài)起動狀態(tài)代表三個重要的工作狀態(tài)</p><p><b>　?。?）額定狀態(tài) </b></p><p>　　額定狀態(tài)說明了電動機(jī)長期運(yùn)行能力。</p><p>　　在額定 UN下，以額定轉(zhuǎn)速 nN運(yùn)行、輸出額定功率PN時，電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩為：T 2＝

19、 9.55 PN／nN</p><p><b>　?。?）臨界狀態(tài) </b></p><p>　　臨界轉(zhuǎn)差率 SM SM＝R2／X2</p><p>　　過載倍數(shù) KM KM＝TM／TN</p><p>　　Y 系列: KM ＝2～2.2</p><p><b&

20、gt;　　機(jī)械特性</b></p><p><b>　　(3) 起動狀態(tài) </b></p><p>　　TS 體現(xiàn)了電動機(jī)直接起動的能力。</p><p>　　若 TS>TL 電機(jī)能起動，否則將起動不了。</p><p>　　起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù): K s＝Ts／TN</p>&l

21、t;p>　　Y系列: KS ＝1.6～2.2</p><p><b>　　（二）人為特性</b></p><p>　?。?）降低定子電壓時的人為特性</p><p>　　定子電壓降低時的人為機(jī)械特性</p><p>　?。?）增加轉(zhuǎn)子電阻時的人為特性</p><p>　　轉(zhuǎn)子

22、電阻增加時的人為機(jī)械特性</p><p>　　轉(zhuǎn)子串聯(lián)合適的電阻: TS → TM</p><p><b>　　機(jī)械特性的軟硬 </b></p><p>　　硬特性：負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速變化不大。</p><p>　　軟特性：負(fù)載增加時，轉(zhuǎn)速下降較快。</p><p>　　不同場合選用不同電機(jī)<

23、/p><p>　　金屬切削選硬特性電機(jī)</p><p>　　重載起動選軟特性電機(jī)</p><p>　?。ㄋ模╇妱訖C(jī)的自適應(yīng)負(fù)載能力</p><p>　　電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。</p><p>　　電動機(jī)工作在特性曲線的</p><p><b&g

24、t;　　哪一點(diǎn)上？</b></p><p>　　應(yīng)當(dāng)運(yùn)行于與負(fù)載機(jī)械特性的交點(diǎn)上。</p><p>　　a 點(diǎn)→TL↑→n↓→I2↑→T↑ </p><p>　　自適應(yīng)負(fù)載能力是電動機(jī)區(qū)別于其它動力機(jī)械的重要特點(diǎn)。</p><p>　　電動機(jī)的調(diào)速性能指標(biāo)</p><p><b>　　調(diào)速范圍&l

25、t;/b></p><p>　　調(diào)速范圍是指電動機(jī)在額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩T=TN 時，即電動機(jī)在滿載（電流為額定值）情況下所能得到的最高轉(zhuǎn)速與最低轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速范圍，用D表示，即</p><p><b>　　調(diào)速方向</b></p><p>　　調(diào)速方向指調(diào)速后的轉(zhuǎn)速比原來的額定轉(zhuǎn)速（基本轉(zhuǎn)速）高還是低。若比基本轉(zhuǎn)速高，稱為往上調(diào)，比基本轉(zhuǎn)速

26、低，稱為往下調(diào) 。</p><p><b>　　調(diào)速的平滑性</b></p><p>　　調(diào)速的平滑性由一定調(diào)速范圍內(nèi)能得到的轉(zhuǎn)速級數(shù)來說明。級數(shù)越多，相鄰兩轉(zhuǎn)速的差值越小，平滑性越好。如果轉(zhuǎn)速只能跳躍式的調(diào)節(jié)，例如只能從3000 r/min 一下調(diào)節(jié)到 1500 r/min ，再又調(diào)節(jié)到1000 r/min 等，兩者中間的轉(zhuǎn)速無法得到，這種調(diào)速稱為有級調(diào)速（step

27、ped speed regulation ）。如果在一定的調(diào)速范圍內(nèi)的任何轉(zhuǎn)速都可以得到則稱為無級調(diào)速（stepless speed regulation ）。無級調(diào)速的平滑性當(dāng)然比有級調(diào)速好。</p><p>　　平滑的程度可用相鄰兩轉(zhuǎn)速之比來衡量，稱為平滑系數(shù)（smooth factor），其定義為，相鄰兩極轉(zhuǎn)速中，高一級轉(zhuǎn)速ni 與第一級轉(zhuǎn)速ni-1 之比，

28、 </p><p>　　即 </p><p>　　σ越接近于1，平滑性越好。無級調(diào)速時σ=1，平滑性最好。</p><p><b>　　調(diào)速的穩(wěn)定性</b></p><p>　　調(diào)速的穩(wěn)定性是用來說明電動機(jī)在新的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時，負(fù)載變化而引起轉(zhuǎn)速變化的程度，通常用靜差

29、率（static slip）來表示。其定義為：在某一機(jī)械特性上運(yùn)行時電動機(jī)有理想空載到滿載時的轉(zhuǎn)速差與理想空載轉(zhuǎn)速之百分比，即</p><p>　　δ越小，穩(wěn)定性越好。</p><p>　　靜差率與機(jī)械特性的硬度有關(guān)。機(jī)械特性的硬度的定義為</p><p>　　α越大，轉(zhuǎn)矩變化時，n變化的程度就越小，機(jī)械特性就越硬，靜差率δ就越小，穩(wěn)定性就越好。靜差率還與理想空載轉(zhuǎn)

30、速n0的大小有關(guān)。例如兩條平行的機(jī)械特性硬度相同，中的n0-nf 相同，由于n0不同，它們的δ就不同，n0大的，δ小，n0小的，δ就大。</p><p>　　生產(chǎn)機(jī)械在調(diào)速時，為保持一定的穩(wěn)定性會對靜差率提出一定的要求。</p><p>　　靜差率還會對調(diào)速范圍起到制約的作用，因為如果調(diào)速時所得到的最低轉(zhuǎn)速下的δ太大，則該轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性太差，便難以滿足生產(chǎn)機(jī)械的要求。</p>

31、<p><b>　　調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性</b></p><p>　　調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性主要考慮調(diào)速設(shè)備的初級投資、調(diào)速時電能的損耗、運(yùn)行時的維修費(fèi)用等。</p><p>　　調(diào)速時電能的損耗除了要考慮電動機(jī)本身的損耗外，還要考慮電源的效率。</p><p><b>　　調(diào)速時的允許負(fù)載</b></p><

32、p>　　電動機(jī)在各種不同轉(zhuǎn)速下滿載運(yùn)行時，如果允許輸出的功率相同，則這種調(diào)速方法稱為恒功率調(diào)速（constant power speed adjustment）；如果允許輸出的轉(zhuǎn)矩形同，則這種調(diào)速方法稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速（speed control with constant torque）。</p><p>　　不同的生產(chǎn)機(jī)械對此的要求往往不同。例如切削機(jī)床，要求精加工小切削量時，工件轉(zhuǎn)速高，粗加工大切削量時，

33、工件轉(zhuǎn)速低。因此，它希望電動機(jī)能具有恒功率調(diào)速的性能。另一類生產(chǎn)機(jī)械，例如起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等則要求電動機(jī)在各種轉(zhuǎn)速下都能輸出同樣的轉(zhuǎn)矩，因此，它希望電動機(jī)具有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速的性能。</p><p>　　那么對于三相異步電動機(jī)來說，由于</p><p>　　所以三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法可以分為兩大類：一類是通過改變同步轉(zhuǎn)速n0來改變轉(zhuǎn)速n，具體方法有變極調(diào)速（改變p）和變頻調(diào)速（改變f1）；另一類

34、是通過改變轉(zhuǎn)差率s來實(shí)現(xiàn)調(diào)速，這就需要讓電動機(jī)從固有特性上運(yùn)行改為人為特性上運(yùn)行，具體方法有變壓調(diào)速（改變U1），轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速（改變R2），等等。</p><p>　　二、交流電動機(jī)調(diào)速在國民經(jīng)濟(jì)中的重要作用</p><p>　　在電氣傳動領(lǐng)域，由于歷史的原因，目前工礦企業(yè)中存在著大量的直流調(diào)速系統(tǒng)，如果把直流調(diào)速系統(tǒng)逐步地改造成交流調(diào)速系統(tǒng)，不僅可以大大地延長設(shè)備使用壽命，而且可以

35、大大降低維修費(fèi)用，特別是在某些特殊場合：如油田、化工企業(yè)、井下、水下等地方采用交流調(diào)速系統(tǒng)更是方便、可靠、安全、易行，可以大大提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本、保證安全生產(chǎn)，從而獲得很大的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　特別指出的是交流調(diào)速在節(jié)能方面的重大作用。在當(dāng)前的拖動系統(tǒng)中，交流拖動多數(shù)是不調(diào)速的。如果能利用電子技術(shù)根據(jù)某些機(jī)械的工藝要求和負(fù)載的變化情況對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，不僅可以提高產(chǎn)品質(zhì)量還可達(dá)到節(jié)能目的

36、。特別是對風(fēng)機(jī)、水泵類機(jī)械設(shè)備應(yīng)用交流調(diào)速，更是當(dāng)前節(jié)能工作中一個待解決的問題。根據(jù)1980年的不完全統(tǒng)計，全國風(fēng)機(jī)擁有量約為230萬臺，總裝備容量約1000萬千瓦，耗電量占全國發(fā)電量的10％。全國水泵擁有量約為1300萬臺，總裝備容量約2100萬千瓦，耗電量占全國發(fā)電量的21％，而整個工業(yè)用電占全國耗電量的67％，由此可知，風(fēng)機(jī)、水泵耗電量就占工業(yè)用電的一半左右。目前很多地方采用擋板或閥門來調(diào)節(jié)風(fēng)量或流量，能源浪費(fèi)相當(dāng)嚴(yán)重。如果對風(fēng)機(jī)

37、、水泵采用調(diào)速控制，則可大大降低電能的浪費(fèi)，以平均節(jié)電20％計算，則全年可節(jié)電85億千瓦時，經(jīng)濟(jì)效益及其客觀。所以交流電動機(jī)調(diào)速有著廣闊的發(fā)展前景，越來越為世界各國所重視。</p><p>　　三、交流電動機(jī)調(diào)速的發(fā)展動向與類型</p><p>　　交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了幾個階段，下面僅介紹帶有方向性的典型現(xiàn)代交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)：</p><p><b

38、>　　晶閘管調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)</b></p><p>　　它是根據(jù)交流異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比，采用晶閘管“交流開關(guān)”來調(diào)節(jié)加到電動機(jī)定子上的電壓，從而實(shí)現(xiàn)交流電動機(jī)的調(diào)速。</p><p>　　交流電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速的性能指標(biāo)不是很高，但由于其控制裝置結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)速容易，因此多用于中、小功率的短時和重復(fù)短時工作制負(fù)載中，如電梯、吊車等拖動系統(tǒng)。</p>

39、<p><b>　　串級調(diào)速系統(tǒng)</b></p><p>　　它是在繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路中傳入與轉(zhuǎn)子電勢相同頻率的附加電勢，通過改變附加電勢幅值的大小和相位來實(shí)現(xiàn)調(diào)速，這是一種比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的調(diào)速方法，有次同步及超同步兩種串調(diào)方式，可以四象限運(yùn)行，調(diào)速性能較好，多用在較大容量拖動系統(tǒng)中。</p><p>　　異步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)</p>

40、<p>　　它是根據(jù)改變供電電壓的頻率（電壓也需適應(yīng)變化）從而改變交流電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。由于它在調(diào)速是幾乎不改變電動機(jī)機(jī)械特性的硬度，所以調(diào)速性能很好。</p><p>　　交流電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的種類很多，從60年代提出的電壓源型變頻器開始，相繼發(fā)展了電流源型、脈寬調(diào)制型等各種變頻器。元件從普通晶體閘流管TH發(fā)展到可關(guān)斷晶閘管GTO、電力晶閘管GTR、絕緣門極晶閘管IGBTJ及MOS晶閘

41、管 MTC等全控型元件、控制單元也從分立元件發(fā)展到大規(guī)模數(shù)字集成電路及采用微機(jī)控制，從而使變頻裝置的可靠性及經(jīng)濟(jì)性不斷提高。</p><p>　　在70年代末開始提出的矢量變換控制，只有在計算機(jī)技術(shù)發(fā)展以后才得以實(shí)現(xiàn)。這種控制的設(shè)想是模擬直流電動機(jī)的控制特點(diǎn)來進(jìn)行交流電動機(jī)的控制。直流電動機(jī)之所以調(diào)速性能好，是因為直流電動機(jī)的電樞電流I和磁通 相互獨(dú)立而且垂直，可以互不影響分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。而異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子電流I2和

42、主磁通 n兩個參量既不垂直又不獨(dú)立，轉(zhuǎn)矩控制條件很復(fù)雜。所謂矢量變換控制是根據(jù)坐標(biāo)變換理論，將交流電動機(jī)的定子電流i1分解成磁場定向坐標(biāo)的磁場電流分量i1m和與之垂直的轉(zhuǎn)矩分量i1T，由于i1m和i1T在同一個同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上，其相對關(guān)系是靜止的，相當(dāng)于直流量，因此，對這種直流量進(jìn)行控制就同于直流電動機(jī)的控制了。它是目前交流調(diào)速的發(fā)展方向。</p><p>　　同步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)</p><

43、p>　　以上所述均為異步電動機(jī)的調(diào)速，隨著異步電動機(jī)變頻調(diào)速的發(fā)展，同步電動機(jī)變頻調(diào)速也日趨成熟。同步電動機(jī)的變頻調(diào)速分為他控式和自控式，前者和異步電動機(jī)的變頻原理相同，后者又稱為無換向器電動機(jī)調(diào)速。</p><p>　　無換向器電動機(jī)是由同步電動機(jī)、靜止變頻器和位置檢測器構(gòu)成的一種新型電動機(jī)。它具有直流電動機(jī)調(diào)速性能號的特點(diǎn)，且結(jié)構(gòu)簡單，由于沒有機(jī)械換向器，故不會產(chǎn)生火花，便于維護(hù)，容易制造大容量、高轉(zhuǎn)速

44、電動機(jī)，而且可以簡便地實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，其輸入端功率因數(shù)及效率也都較高。故特別適用于要求高轉(zhuǎn)速及惡劣條件下使用。</p><p>　　近幾年來交流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)有了飛躍發(fā)展，特別是計算機(jī)的普遍應(yīng)用，新器件的出現(xiàn)以及控制理論的發(fā)展，有些問題已得到根本的突破，不久的將來，國產(chǎn)系列化的交流調(diào)速裝置一定會進(jìn)入生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，發(fā)揮巨大的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)</p

45、><p>　　用改變異步電動機(jī)定子電壓來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)電動機(jī)轉(zhuǎn)速的控制系統(tǒng)稱為調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)。這種系統(tǒng)電路簡單、調(diào)試方便、成本低廉，多用于對調(diào)速性能要求不高的中、小容量拖動裝置中。本章著重分析采用晶閘管的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)的工作原理及靜特性等。</p><p>　　異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速的原理</p><p>　　用改變異步電動機(jī)定子電壓實(shí)現(xiàn)調(diào)速的方法稱為調(diào)壓調(diào)速。</p>

46、<p>　　異步電動機(jī)的機(jī)械特性方程式為</p><p>　　由上式可知，當(dāng)轉(zhuǎn)差S一定時，電磁轉(zhuǎn)矩T∝U12,這說明不同的定子電壓，可以得到一組不同的認(rèn)為機(jī)械特性，如圖1-1所示。在帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TL時，可得到不同的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，如圖1-1中的A、B、C點(diǎn)。由圖可明顯地看出，由于普通異步電動機(jī)工作段轉(zhuǎn)差S很小，因此，對恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載來說調(diào)速范圍很小，但是，對風(fēng)機(jī)、泵類機(jī)械，由于其負(fù)載特性為Te=kna (a＞1

47、) ,采用調(diào)壓調(diào)速則可得到較大的調(diào)速范圍，如圖1-1所示之 D、E、F、點(diǎn)。為了在恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下擴(kuò)大調(diào)速范圍，電動機(jī)須在低速下能穩(wěn)定運(yùn)行而又不致過熱，故常采用高轉(zhuǎn)子電阻電動機(jī)，圖1-2繪出了這種電動機(jī)的特性。</p><p>　　圖1-1 異步電動機(jī)在不同電壓下的機(jī)械特性</p><p>　　圖1-2 高轉(zhuǎn)子電阻異步電動機(jī)在不</p><p><b>

48、　　同電壓下的機(jī)械特性</b></p><p>　　調(diào)壓調(diào)速過去常用的方法是在異步電動機(jī)定子回路傳入飽和電抗器LS，或在定子測加自耦調(diào)壓器TU，如圖1-3（a）、（b）所示。晶閘管元件出現(xiàn)以后，由于它幾乎不消耗銅、鐵材料，體積小，重量輕，控制方便，因此，用晶閘管元件組成的調(diào)壓器，很快便成為交流調(diào)壓器的主要形式，如圖1-3（c）所示。 </p><p>　?。╝）定子測加自耦變壓

49、器 （b）定子測串飽和電抗器 （c）用晶閘管調(diào)壓器 </p><p>　　圖1-3 異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速方法</p><p><b>　　2、調(diào)壓調(diào)速方法</b></p><p>　　獲取交流調(diào)壓電源的方法：</p><p><b>　　調(diào)壓器調(diào)壓</b></p>

50、<p>　　如圖1-3（a）所示。</p><p><b>　　飽和電抗器調(diào)壓</b></p><p>　　如圖1-3（b）所示。飽和電抗器LS是帶有直流勵磁繞組的交流電抗器。</p><p>　?。?）晶閘管交流調(diào)壓器調(diào)壓</p><p>　　如圖1-3（c）所示。單相調(diào)壓電路如圖1-4所示，其控制方法有

51、兩種：</p><p><b>　　1）相位控制方式</b></p><p>　　通過改變晶閘管的導(dǎo)通角來改變輸出交流電壓。電壓輸出波形如圖1-5所示。</p><p>　　特點(diǎn)：輸出電壓較為精確、快速性好；但有諧波污染。</p><p>　　圖1-4 晶閘管單相調(diào)壓電路 圖1-5 晶閘管相位控制

52、下的負(fù)載電壓波形</p><p><b>　　2）開關(guān)控制方式</b></p><p>　　把晶閘管作為開關(guān)，將負(fù)載與電源完全接通幾個半波，然后再完全斷開幾個半波。交流電壓的大小靠改變通斷時間比t0/ tp來調(diào)節(jié)。輸出電壓波形如圖1-6所示。 </p><p>　　圖1-6 晶閘管開關(guān)控制下的負(fù)載電壓波形</p><

53、;p>　　特點(diǎn)：采用“過零”觸發(fā)，諧波污染小；轉(zhuǎn)速脈動較大。 </p><p><b>　　二、交流調(diào)壓電路</b></p><p>　　晶閘管三相交流調(diào)壓電路如圖1-7所示。這種電路接法的特點(diǎn)是負(fù)載輸出諧波分量低，適用于低電壓大電流的場合。</p><p>　　圖1-7三相全波星形聯(lián)結(jié)的調(diào)壓電路</p><p>

54、　　電路正常工作的條件：</p><p>　?。?）在三相電路中至少要有一相的正向晶閘管與另一相的反向晶閘管同時導(dǎo)通。</p><p>　?。?）要求采用寬脈沖或雙窄脈沖觸發(fā)電路。</p><p>　　（3）要求U、V、W三相電路中正向晶閘管的觸發(fā)信號相位互差120°，三相電路中反向晶閘管的觸發(fā)信號相位也互差120°；但同一相中反并聯(lián)的兩個正、反

55、向晶閘管的觸發(fā)脈沖相位應(yīng)互差 180°。</p><p>　　根據(jù)上面的結(jié)論，可得出三相調(diào)壓電路中各晶閘管觸發(fā)的次序為VT1 、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6、VT1……，相鄰兩個晶閘管的觸發(fā)信號相位差為60°。</p><p>　　三、開環(huán)控制的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　?。ㄒ唬┊惒诫妱訖C(jī)調(diào)壓調(diào)速時的機(jī)械特性 </p>

56、;<p>　　1、普通異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速時存在的問題</p><p>　　1）普通異步電動機(jī)調(diào)壓時調(diào)速范圍不大（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載），如圖1-1中A、B、C點(diǎn)；</p><p>　　2）在s≥sm的低速段，調(diào)速范圍雖大，但系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定，且低速時，轉(zhuǎn)差功率增大，轉(zhuǎn)子阻抗減小，轉(zhuǎn)子電流增大。</p><p><b>　　2、解決問題的措施</b&

57、gt;</p><p>　　使用高轉(zhuǎn)子電阻的電機(jī)。高轉(zhuǎn)子電阻電機(jī)的機(jī)械特性如圖1-8所示。</p><p>　　圖1-8 高轉(zhuǎn)子電阻異步電動機(jī)在不同電壓下的機(jī)械特性</p><p>　　可見：恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載下，調(diào)速范圍變大，轉(zhuǎn)子電流減小。</p><p>　　晶閘管三相交流調(diào)壓電路</p><p>　　三相調(diào)壓電路有多種

58、組成形式，就使用的晶閘管元件的種類而言：有單向晶閘管和雙向晶閘管組成的調(diào)壓電路。就電路的鏈接方式而言有全波調(diào)壓電路、半波調(diào)壓電路、Y形連接調(diào)壓電路以及形連接調(diào)壓電路。就晶閘管的控制方式而言有相位控制調(diào)壓電路和通斷控制調(diào)壓電路。我主要討論由雙向晶閘管組成的三相全波相位控制的Y形連接調(diào)壓電路。</p><p>　　1.2.1 三相全波相位控制的Y形連接調(diào)壓電路</p><p>　　用三只

59、雙向晶閘管作開關(guān)元件，分別接至負(fù)載就構(gòu)成了三</p><p>　　項調(diào)壓電路。負(fù)載可以是Y形連接也可以是連接。圖1-5</p><p>　　為Y形連接調(diào)壓電路。通過控制觸發(fā)脈沖的相位控制角α，</p><p>　　便可以控制加在負(fù)載上的電壓大小。對于這種不帶零線的</p><p>　　調(diào)壓電路，為使三相電流構(gòu)成通路，任意時刻至少要有兩<

60、/p><p>　　個晶閘管同時導(dǎo)通。為了調(diào)整電壓，需要控制出發(fā)脈沖的</p><p>　　相位角α。為此對出發(fā)電路的要求是：</p><p>　　三相正（或負(fù)）觸發(fā)脈沖依次間隔1200，而每一相正、負(fù)觸發(fā)脈沖間隔1800；</p><p>　　為了保證電路起始工作時能兩相同時導(dǎo)通，以及在感性負(fù)載和控制角較大時，仍能保持兩相同時導(dǎo)通，和三相全控整流

61、橋一樣，要求采用雙脈沖或?qū)捗}沖（大于600）。</p><p>　　為了保證輸出三相電壓對稱可調(diào)，應(yīng)保持觸發(fā)脈沖與電源電壓同步；</p><p>　　對雙向晶閘管一般采用一、三象限觸發(fā)。</p><p>　　下面結(jié)合圖1-5所示的電路具體分析觸發(fā)脈沖的相位和調(diào)壓電路輸出電壓的關(guān)系。由于該電路為純阻性負(fù)載，電壓波形和電流波形相似，相位差φ為00。</p>

62、<p><b>　　α=00時</b></p><p>　　在A相電壓正半周的零起點(diǎn)即αA+處發(fā)出觸發(fā)脈沖，觸發(fā)雙向?qū)㈤l管VTA,而后依次相隔600即于αC-、、αB+、αA-、αC+、αB-、αA+,處發(fā)出觸發(fā)脈沖。在這種情況下，晶閘管相當(dāng)于一個二極管。忽略晶閘管的壓降，此時調(diào)壓電路相當(dāng)于一般的三相交流電路，加到負(fù)載上的電壓是額定電源電壓。這時的波形如圖1-6所示。</p

63、><p>　　圖 1-6 α=00 時A相負(fù)載電壓、電流波形（φ=00）</p><p><b>　　α=300</b></p><p>　　這時每個晶閘管都自零點(diǎn)滯后300觸發(fā)導(dǎo)通，其波形如圖1-7所示。波形中ωt=00~~300時，VTA沒有觸發(fā)不導(dǎo)通，A相沒有電壓輸出，VTB原已觸發(fā)導(dǎo)通，B相輸出負(fù)電壓，VTC</p>

64、<p>　　原也已觸發(fā)導(dǎo)通，C相輸出正電壓。ωt=300~~600時，VTA觸發(fā)導(dǎo)通，A相輸出正電壓，VTB、VTC繼續(xù)導(dǎo)通分別輸出正、負(fù)電壓，則A相輸出原電源波形。ωt=600~~900時，VTA和VTB仍導(dǎo)通分別輸出正、負(fù)電壓，但VTC由于過零且尚未出發(fā)而關(guān)斷，故A相負(fù)載上電壓為A、B相電源線電壓的一半，所以電壓波形出現(xiàn)缺口。ωt=900~~1200時，VTC得到觸發(fā)而導(dǎo)通，此時三個晶閘管都導(dǎo)通，A相輸出原電源波形。

65、ωt=1200~~1500時，VTB關(guān)斷,A相負(fù)載上電壓為A、C相線電壓的一半，所以輸出波形升高一塊。ωt=1500~~1800時，三個晶閘管又都導(dǎo)通，A相又輸出原電源波形。</p><p><b>　　α=600</b></p><p>　　這時每個晶閘管都自零點(diǎn)滯后α=600觸發(fā)導(dǎo)通，其波形如圖1-8所示。ωt=00~~300時，VTA不導(dǎo)通，A相沒有電壓輸

66、出，VTB開始觸發(fā)導(dǎo)通，B相輸出負(fù)電壓，VTC原已導(dǎo)通分別輸出正電壓。ωt=300~~600時，VTA仍不導(dǎo)通，A相仍無電壓輸出，VTB導(dǎo)通，輸出負(fù)電壓，VTC過零關(guān)斷且尚未觸發(fā)。ωt=600~~900時，VTA觸發(fā)導(dǎo)通，VTB導(dǎo)通，VTC尚未觸發(fā)，A相</p><p>　　負(fù)載上電壓為A、B相電源線電壓的一半。ωt=1200~~1500時，VTA導(dǎo)通, VTB過零關(guān)斷且尚未觸發(fā)，VTC觸發(fā)導(dǎo)通，A相負(fù)載上

67、電壓為A、C相線電壓的一半。ωt=1500~~1800時，VTA、 VTC導(dǎo)通，VTB關(guān)斷，A相負(fù)載上電壓仍為A、C相線電壓的一半。</p><p><b>　　α=900</b></p><p>　　ωt=300~~900時，VTA關(guān)斷，A相無電壓輸出。ωt=900~~1200時，VTA觸發(fā)導(dǎo)通, VTB原已導(dǎo)通，VTC已過零關(guān)斷且尚未觸發(fā)，A相負(fù)載上電壓為A

68、、B相線電壓的一半。ωt=1200~~1500時，VTA仍導(dǎo)通, VTB由于uA＞uB，A、B相回路電流不過零仍導(dǎo)通，VTC仍關(guān)斷，A相負(fù)載上電壓仍為A、B相電壓的一半。ωt=1500~~1800時，在uA=uB 時，VTB電流過零而關(guān)斷，VTC觸發(fā)導(dǎo)通，VTA通過負(fù)載和VTC構(gòu)成回路而維持導(dǎo)通，A相負(fù)載電壓為A、C相線電壓的一半。ωt=1800~~2100時，由于uAC＞0,導(dǎo)通電流沒有減小到維持電流一下，VTA、VTC繼續(xù)導(dǎo)通

69、，直到ωt=2100時，VTA關(guān)斷。其波形圖如圖1-9所示。</p><p><b>　　α=1200</b></p><p>　　ωt=300~~1200時，VTA關(guān)斷，A相無電壓輸出。ωt=1200~~1500時，VTA觸發(fā)導(dǎo)通, 此時uA＞uB，VTB承受負(fù)電壓在原負(fù)脈沖觸發(fā)導(dǎo)通后繼續(xù)導(dǎo)通，VTC關(guān)斷，A相負(fù)載上電壓為A、B相線電壓的一半。ωt=1500~

70、~1800時，VTB、VTA關(guān)斷, VTC尚未觸發(fā)導(dǎo)通處于關(guān)斷狀態(tài)，A相負(fù)載上電壓為零。ωt=1800~~2100時，VTC得到觸發(fā)，在設(shè)計時使得VTA原觸發(fā)脈沖仍然存在時，VTA仍可導(dǎo)通，A相負(fù)載上電壓為A、C相電壓的一半。其波形圖如圖1-10所示。</p><p><b>　　α=1500</b></p><p>　　根據(jù)電壓波形分析可知，當(dāng)α＞1500時，三個

71、晶閘管不能構(gòu)成導(dǎo)通條件，所以這種由三個雙向晶閘管構(gòu)成的三相Y型連接的調(diào)壓電路最大移相范圍為1500。</p><p>　　由圖1-6至圖1-10所示的波形可以看出，隨著α角的增大，電流的不連續(xù)程度增加，每相負(fù)載上的電壓已不是正弦波，但正、負(fù)半周對稱。因此，調(diào)壓電路輸出電壓中只有奇次諧波，以三次諧波所占比重最大。由于這種線路沒有零線，故無三次諧波通路，減少三次諧波對電源的影響，同時由以上波形可清楚地看出，α=00調(diào)

72、壓電路輸出全壓，α增大則輸出電壓減少，α=1500時輸出電壓為零?？刂平铅劣?0至1500變化，則輸出電壓從最大到零連續(xù)變化，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。</p><p>　　3.3 異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速的性能分析</p><p>　　異步電動機(jī)在相控調(diào)壓調(diào)速時由于電源輸入電壓有一段時間被晶閘管所阻斷，各相繞組中的電流一般是不連續(xù)的，電流的波形是非正弦的，除了基波以外還有許多諧波分量出現(xiàn)。為了分析電機(jī)的

73、性能，得從基本方程式出發(fā)，首先算出電流的變化規(guī)律，然后才能計算電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和各種特性。由于異步電動機(jī)調(diào)壓控制是的電流波形計算在電力電子電路分析中具有典型性。</p><p>　　由于異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子一般認(rèn)為是對稱的，所以通常選用固定在定子上的坐標(biāo)α，β（或用d‘，q’表示）。在α，β坐標(biāo)系上表示的異步電動機(jī)基本方程式為</p><p>　　由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速ωr是隨電機(jī)轉(zhuǎn)矩而變的，它和電機(jī)的

74、電流有關(guān)，所以方程式是一組非線性方程，為了便于求解，我們先假定ωr為某一定值，這樣只要知道電機(jī)的端電壓Uα1</p><p>　　和Uβ1，即可由兩式子求解出定子和轉(zhuǎn)子上的電流和電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　我們把上式加以整理，可改寫成</p><p><b>　　或簡寫成 </b></p><p>　　對上式前

75、乘,并經(jīng)整理，可得</p><p>　　上式中 </p><p>　　方程式實(shí)際上 就是一個典型的狀態(tài)方程</p><p><b>　　其中， </b></p><p>　　從電路理論我們知道狀態(tài)方程的通解為</p><p>　　其中 是狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，它表示在輸入U為零的情況下

76、，由初始條件X(0)所決定的狀態(tài)。如狀態(tài)的初值X(0)和電機(jī)的參數(shù)已知，在一定的輸入電壓下，按照X（t）等式就可以求解方程式，算出電機(jī)電流的變化規(guī)律。由于狀態(tài)方程本是一組一階的微分方程式組。在有關(guān)參數(shù)已知的條件下，它也可以直接用龍格——庫塔法進(jìn)行數(shù)值積分求解。</p><p>　　實(shí)際上求解方程式的困難在于狀態(tài)方程的初值X(0)往往是不知道的。但考慮到在穩(wěn)定運(yùn)行的條件下，電力電子電路的狀態(tài)是呈周期性的，在三相系統(tǒng)

77、里每隔三分之一或六分之一周期類似的狀態(tài)全重復(fù)出現(xiàn)，因此，可以利用所謂狀態(tài)推移定理，從一個時刻的狀態(tài)推算出相隔一定時間的另一個狀態(tài)，在電路初始狀態(tài)未知的情況下，往往就需要根據(jù)狀態(tài)推移定理，求出初值。然后才能最后解出方程式。</p><p>　　在異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速的情況下，假定電源電壓是正弦的</p><p>　　但是由于晶閘管開關(guān)的存在，隨著各開關(guān)的通斷電路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓谧兓．?dāng)開關(guān)導(dǎo)通，電機(jī)

78、某相繞組接到電源時，該相的輸入端電壓就等于電源相電壓；而當(dāng)開關(guān)關(guān)斷時繞組不接電源，該相繞組的端電壓就等于繞組的內(nèi)電勢。基于以上的原理，我們可以求得電機(jī)在不同連續(xù)時的方程式如下。</p><p>　　因為電源電壓假定是三相平衡的，其綜合矢量E可以用α，β二軸上的投影ea+jeβ來表示。在文獻(xiàn)上取β軸和α相繞組軸線相重 </p><p><b>　　即</b&

79、gt;</p><p><b>　　由于 </b></p><p><b>　　故若另</b></p><p><b>　　則</b></p><p>　　在上式表明正弦電源電壓本身也可以寫成狀態(tài)方程的形式,這對簡化方程式的書寫形式和進(jìn)行計算機(jī)求解時有利的。</p

80、><p><b>　?。?）三相通電</b></p><p>　　在三相晶閘管均導(dǎo)通時電機(jī)的三相繞組均接電網(wǎng)，電機(jī)的端電壓就是電網(wǎng)電壓，這時狀態(tài)方程中的U為</p><p>　　把它帶入式，同時把pe式關(guān)系也一同寫進(jìn)方程式，于是得三相導(dǎo)電時的狀態(tài)方程</p><p>　　這是最簡單的狀態(tài)方程式，如知道狀態(tài)的初值，即可求得其解

81、</p><p><b>　?。?）二相通電 </b></p><p>　　假定α相的晶閘管開關(guān)不通，ia=iβ1=0,Ub=eb,Ue=ee,于是</p><p>　　而Uβ1=Ua因α相不接電源，它決定電機(jī)繞組的內(nèi)電勢。由電機(jī)基本方程式可知</p><p>　　把上式代入基本方程式中，并將等式左邊矩陣內(nèi)第一行Uβ1=

82、ρLmiβ2和等式右邊矩陣內(nèi)第一行中第三項ρLmiβ2相肖，即得二相通電時的基本方程式為</p><p>　　若把它改寫成狀態(tài)方程的形式，可得</p><p><b>　　其中</b></p><p><b>　　而輸入電壓</b></p><p>　　在二相通電時的矩陣L2和C2與三相通電時的L和

83、C3不同。如把電源電壓也寫在一起，可得二相通電時的狀態(tài)方程為：</p><p><b>　?。?）三相均不通電</b></p><p>　　在三相均不通電時，iβ1=0,iα1=0,而電機(jī)的端電壓就等于內(nèi)電勢，于是</p><p>　　將其代入基本方程式，并將等式兩邊矩陣中相同的項消除以后得</p><p>　　把它改寫

84、成狀態(tài)方程的形式得</p><p><b>　　或</b></p><p>　　此時i0和電源電壓e已無直接聯(lián)系。</p><p>　　異步電機(jī)的調(diào)壓調(diào)速主要是通過改變每相電流的斷流時間γ角如下圖來實(shí)現(xiàn)的。在γ＜600的情況下，通電流的方式有三相全通和二相通電兩種模式交替出現(xiàn)；而在600＜γ＜1200的情況下，是二相通電和三相全不通兩種模式交替

85、出現(xiàn)。當(dāng)γ＞=1200時三相繞組實(shí)際上已不可能通電，電機(jī)就不會運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　下面以γ＜600的情況為例進(jìn)行分析計算。</p><p>　　由于對稱的關(guān)系過程以600為一周期重復(fù)出現(xiàn)，所以只要研究600范圍內(nèi)的情況就可以推斷出整個過程。在圖3-6中示出了α相電流的變化情況。由于電流是滯后于相電壓的，所以α相電流為零的時間比電勢過零點(diǎn)滯后一個ψ角。接著有一段時間因晶閘管沒有觸發(fā)而

86、電流為零。以后再移相角α處晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，α相繞組重新通電。我們現(xiàn)在著重研究在α相開始重新通電以前的600范圍內(nèi)電機(jī)的電磁過程。這相當(dāng)于3-6中從ω1t0的瞬間開始到α點(diǎn)止的一段時間，它可以分為兩個階段。第一階段是從相角為ω1t0開始到ψ的一段時間內(nèi)三相繞組通電。設(shè)它的初值為i3（ω1t0），則由式可以求得在任一時刻ω1t時的狀態(tài)變量為 </p><p>　　圖 3-6 相控調(diào)壓時的穩(wěn)態(tài)相電流波形</

87、p><p>　　而在ω1t=ψ時，α相電流過零，ia=0,即iβ1=0這時的狀態(tài)變量i3就轉(zhuǎn)變成二相通電時的狀態(tài)變量i2即</p><p>　　i3(ψ)=i2(ψ)</p><p>　　于是就進(jìn)入第二階段——二相通電電階段。</p><p>　　第二階段的持續(xù)時間為從ψ到ψ+γ。在這段時間里的狀態(tài)變量，其解為</p><p&

88、gt;　　而當(dāng)ω1t=α=ψ+γ時α相又重新通電，進(jìn)入三相通流狀態(tài)于是i2(ψ+γ)=i3(ψ+γ)。</p><p>　　由于i2(ψ+γ)=i3(ω1t0)是在時間上相隔600的二組狀態(tài)變量，它們是電機(jī)中綜合矢量在二個相隔600的不同瞬間在α軸和β軸上的投影。當(dāng)電機(jī)由對稱的三相電力電子電路供電時，綜合矢量的變化以600為周期，即每隔600時間綜合矢量的大小相同，而相位轉(zhuǎn)過了600。它們在β軸和α軸上的投影分別

89、為</p><p>　　由此可得在時間上相隔600的二組狀態(tài)變量之間的關(guān)系式為</p><p>　　上式通常稱為狀態(tài)推移定理，而T叫做狀態(tài)推移矩陣，它表征著在時間上相差600的二組狀態(tài)變量之間的內(nèi)在聯(lián)系。</p><p>　　對于具有二套（定子和轉(zhuǎn)子）繞組的異步電機(jī)而言，其狀態(tài)推移矩陣的形式為</p><p>　　若有多套繞組，其狀態(tài)推移矩陣

90、的形式依次類推。</p><p>　　根據(jù)狀態(tài)推移定理異步電動機(jī)調(diào)壓運(yùn)行時，在穩(wěn)定的情況下應(yīng)滿足條件</p><p>　　I3(ψ+γ)=Ti3(ωt0) </p><p>　　在狀態(tài)變量初值未知的情況下上式就是利用迭代法求解初值的依據(jù)，在求得狀態(tài)變量初值之后根據(jù)工作模式的不同，可根據(jù)上面的式子算出電機(jī)的電流，然后再導(dǎo)出電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。在圖3-7中示出了按上述方法求

91、得的某一電機(jī)的定子電流波形（b）與實(shí)測波形（a）之間的對比。從圖可見，計算結(jié)果是相當(dāng)吻合的。</p><p>　　這里需要指出的是，以上的計算都是在假定電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速ωr為某一定值時進(jìn)行。此外，在晶閘管調(diào)壓的情況下，電流過零時的滯后相角ψ已不完全決定于負(fù)載，而是與斷流時間γ角有關(guān)。通常為了計算方便，一般是先假定γ角為某一常數(shù)，用迭代法算出α與ψ之間的關(guān)系。通過設(shè)定一系列的轉(zhuǎn)速和γ角進(jìn)行計算，可以求得電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與

92、轉(zhuǎn)速和γ角之間的關(guān)系如圖3-8所示，這些曲線的形狀和電機(jī)定子串電抗調(diào)速時的特性頗為相似。</p><p>　　計算結(jié)果表明，對稱的雙向晶閘管相控調(diào)壓的作用相當(dāng)于串聯(lián)一個等效電抗器，其值根據(jù)段流角γ的不同可表示如下式 </p><p>　　其中 </p><p>　　而 f(γ)之值對于三相調(diào)壓而言，為</p>