3.3 异步电机调压调速系统性能分析

3.3.1 异步电机调压调速系统损耗分析

假设负载转矩特性用以下通式表示：

式中，当 x =0是表示恒转矩负载特性； x =1表示与转速成正比的负载特性； x =2表示风机及水泵类负载特性。

由于转速稳态情况下电机电磁转矩等于负载转矩，所以稳态时电磁功率 P _M 如下：

根据机械功率与电磁功率关系推导电机输出的机械功率 P _m 如下：

由式（3-32）可见，最大的机械功率如下：

根据转差功率与电磁功率关系推导转差功率 P _s 如下：

由于调压调速过程中定子供电频率恒定，所以式（3-34）中系数 为常数。为了方便分析调压调速系统损耗特性，定义转差功率损耗系数如下：

当 x =0时， σ _ps = s ，由此可见当电机带恒转矩负载时，转速越低，转差功率损耗越大，效率越低；当 x =1或2时：

求解满足式（3-36）的 s 值 s _max 如下：

把式（3-37）代入式（3-35）中，进一步求解出最大的转差功率损耗系数 σ _{ps_max} 如下：

根据式（3-38）可见：当 x =1时， s _max =0.5， σ _{ps_max} =0.25；当 x =2时， s _max =0.3333， σ _{ps_max} =0.1481。全面比较 x =0、 x =1及 x =2三种情况负载对应的最大转差功率损耗系数可见，当电机驱动风机或泵类负载时，电机的转差功率损耗最小，电机效率最高。

3.3.2 异步电机调压调速系统磁通变化

若忽略定子阻抗压降，则异步电机调压调速过程中，气隙感应电动势近似等于端电压：

所以

从式（3-40）可见，由于调压调速过程中频率没有变化，这样随着定子电压的降低电机的气隙磁通逐渐降低，电机处于弱磁运行状态。从而导致降低定子电压后电机产生的最大转矩也随之降低，最终影响了电机负载能力。采用本书附录A的表A-1异步电机参数，利用MATLAB计算定子电压220V、（ ）V、（220 / 2）V三种情况不同电磁转矩及不同转速时气隙磁链如图3-9所示，由结果可见随着定子电压的升高，气隙磁链也随之增大；即使相同的定子电压，由于电机运行的工作点不同，对应的气隙磁链也在变化。