交流调压调速系统

　　由异步电动机电磁转矩和机械特性方程可知，异步电动机的输出转矩与定子电压的平方成正比，因此，改变异步电动机的定子电压也就是改变电动机的转矩及机械特性，从而实现调速，这是一种比较简单而方便的方法。
　一、采用晶闸管的交流调压电路
　　1．单相交流调压电路
　　单相晶闸管交流调压电路的种类很多，但应用最广的是反并联电路。现以此电路为代表分析它带电阻性负载及电感性负载的工作情况。
　　图1所示为单相交流反并联电路及其带电阻性负载时的电压电流波形。
　
　　　　　　　　　　　　图1 单相交流反并联电路及波形图
　　　　　　　　　　　　(a)反并联晶闸管电路图 (b)双向晶闸管示意图
　　　　　　　　　(c) 较小时的电压电流波形图 (d) 较大时的电压电流波形图
　　由图1可见：不断重复触发VS1、VS2，负载上便得到正负对称的交流电压。改变晶闸管控制角的大小，就可以改变负载上交流电压的大小。对于电阻性负载其电流波形与电压波形同相。如果晶闸管调压电路带电感性负载（如异步电动机），其电流波形由于电感上电流不能突变而有滞后现象，其电路和波形如图2所示。
　　由图可见：不断重复触发VS1、VS2，负载上便得到正负对称的交流电压。改变晶闸管控制角的大小，就可以改变负载上交流电压的大小。对于电阻性负载其电流波形与电压波形同相。如果晶闸管调压电路带电感性负载（如异步电动机），其电流波形由于电感上电流不能突变而有滞后现象，其电路和波形如图2所示。

　　　　　　　　　图2 带电感性负载的电路及波形图
　　由于电感性负载中电流的波形滞后于电压的波形，因此，当电压过零变为负值后电流经过一个延迟角才能降到零，从而晶闸管也要经过一个延迟角才能关断。延迟角的大小与控制角、负载功率因数角都有关系，这一点和单相整流电路带电感性负载相似。
　　2.三相交流调压电路
　　工业中常用的异步电动机都是三相的，因此晶闸管交流调压电路大都采用三相交流调压电路。将三对反并联的晶闸管（或三个双向晶闸管）分别接至三相负载就构成了一个典型的三相交流调压电路。负载可以是Y形连接，也可以是形连接，Y形接法的电阻性负载如图3所示。
图3 Y形接法电阻性负载图
　　三相交流调压电路的分析与单相电路的分析大同小异,但必须注意它的特殊性。1）为保证输出电压对称并有相应的控制范围，首先要求触发信号必须与交流电源有一致的相序和相位差。2） 其次是在感性负载或小导通角情况下，为了确保晶闸管可靠触发，如同三相全控桥式整流电路一样，要求采用控制角大于60度双脉冲或宽脉冲触发电路。
　二、异步电动机调压调速系统
　　1．异步电动机调压调速特性
　　如图.4所示为异步电动机改变定子电压时的一组机械特性曲线。

　　　　(a)普通异步电动机的特性　　　　(b)笼型异步电动机的特性
　　图4　异步电动机改变定子电压时的一组机械特性曲线
　　在某一负载的情况下，将稳定工作于不同的转速[如图(a)中a,b,c三点对应的转速。
　　由图可见，异步电动机调压调速的特点如下： 1）异步电动机在轻载时，即使外加电压变化很大，转速变化也很小。即电动机的转速变化范围不大； 2）异步电动机在重载时，如果降低供电电压，则转速下降很快，甚至停转，从而引起电动机过热甚至烧坏； 3）如果要使电动机能在低速段运行（如点d），一方面传动系统运行不稳定，另外，随着电动机转速的降低会引起转子电流相应增大，可能引起过热而损坏电动机。所以，为了使电动机能在低速下稳定运行又不致过热，要求电动机转子绕组有较高的电阻。对于笼型异步电动机，可以将电动机转子的鼠笼由铸铝材料改为电阻率较大的黄铜条，使之具有如图(b)所示的机械特性。即使这样，调速范围仍不大，且低速时运行稳定性不好，不能满足生产机械的要求。
　　1．异步电动机调压调速系统
　　为了既能保证低速时的机械特性硬度，又能保证一定的负载能力，一般在调压调速系统里采用转速负反馈构成闭环系统，其控制系统原理框图如图5
　　　　　　
　　1）晶闸管交流调压系统:

　　2）速度调节过程如下：
　　　　
　　3）特点：(1) 只要能平滑地改变定子电压，就能平滑调节异步电动机的转速；
　　(2)加转速负反馈后，低速的特性较硬，调速范围亦较宽。
　　异步电动机调压调速时的损耗及容量限制
　　传到转子上的电磁功率与转子轴上产生的机械功率之差叫损耗功率，也叫转差功率。
　　由于旋转磁场和转子具有不同的速度，因此，转差功率为：
　　　　　
　　由上可见： 1)转差功率的大小由转差率S决定； 2)这个转差功率,它将通过转子导体发热而消耗掉； 3)在调压调速中，如果工作在低速状态，S将较大，即转差功率很大，所以，这种调压调速方法不太适合于长期工作在低速的工作机械，如要用于这种机械，电动机容量就要适当选择大一些。另外，若负载具有转矩随转速降低而减小的特性（如通风机类型的工作机械），则当向低速方向调速时转矩减小，电磁功率及输入功率也减小，从而使转差功率较恒转矩负载时小得多。因此，定子调压调速的方法特别适合于通风机及泵类等机械。