交流调速的“P理论”及其公式研究

添加时间：2012-06-10 16:30:16 来源：爱中国能源网

2 交流调速的P理论
2.1 电动机调速的功率控制原理——P理论
电动机的转速是机械运动的物理量，故转速首要遵守的是力学法则，调速研究的出发点也应该是力学，而不是电磁学。根据动力学原理，旋转电动机的转速普遍表达为
（5） 式中：Ω——电动机角速度; PM—— 机械功率;T —— 输出转矩. 由于受转矩平衡方程式的约束，异步电机的稳态输出转矩必须服从客观存在的负载转矩TL，而负载转矩辄取决于负载性质，与控制无关。动态转矩是功率激励和转速惯性作用的结果，并自动随转速响应而减小，直至新的转矩平衡时降至零。因此，输出转矩T（即电磁转矩）不能成为调速控制量，电机只能通过功率控制才能实现调速。因此，PM便成为电动机调速控制的唯一物理量，即所有电动机调速都必须通过改变其输出功率方可实现，为方便称谓，这一原理简称为“P理论”。
2.2异步电机模型与电气调速原理
     为了实现电动机调速的电气控制，可以按照电动机的电——机能量转换、守恒原理，间接实现对电动机的机械功率控制。鉴于异步电机（或称感应电动机）是交流调速的主流，故分析以异步电机为例。
图1是根据异步电机的能量转换所构建的物理模型，其中的定子部分从电源中吸收电功率P1，然后在磁场的作用下，将P1转换为电磁功率Pem，且有
（7） 其中，p1为定子损耗。 图1 异步电机的功率转换模型
      由于定子固定，无法完成机械功率转换，为此，需将电磁功率通过电磁感应传输至转子，由转子来完成电磁功率——机械功率的转换。旋转磁场作用，在模型中等效为连接定子—转子的能量传输通道，即感应通道。应该注意，为了避免增大损耗，调速过程中必须要使主磁通量。
按电—机能量转换守恒，异步电机转子的功率方程为
(8) 式中：—定、转子的电磁功率；—转子损耗功率。 可见，为了控制机械功率PM以实现调速，其电气控制原理共有 l 电磁功率控制 l 损耗功率控制
     其中的损耗功率控制只能在自然运行基础上增大，因此调速一定是低效率的；电磁功率控制则不增大损耗，调速一定是高效率的。异步电机调速的主要性能取决于调速的原理，而不是具体方法。
根据公式（5），异步电机转速表达为
(9) 其中：，称为理想空载角速度； ，称为角速度降。 将式(9)两端乘以系数，可得工程表达式
(10) 可见，异步电机转速均可表达为理想空载转速与转速降差值。其中，理想空载转速决定于转子的净电磁功率，转速降则决定于净损耗功率,至于输出转矩，则由负载决定。从转速角度看，异步电机调速有改变理想空载转速和转速降等两种方法，电磁功率控制改变的是理想空载转速，损耗功率控制改变的是转速降。
    需要强调指出，异步电机的同步转速n1表达为式（3），而理想空载转速n0表达为式（10），两者有本质的区别。前者是旋转磁场的变化速度，后者是假定在无损耗的理想状态下，电动机的全部电磁功率都转化为机械功率所能获得的机械运动速度，影响电机调速的显然是n0，而和n1没有直接、必然的联系。

<<上一页[1][2][3][4][5][6]下一页>>