電機與拖動基礎(chǔ)10章

1、v交流調(diào)速在工業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛。1）凡是能用交流調(diào)速的場合，都用交流調(diào)速；2）直流調(diào)速達不到的，如大容量、高轉(zhuǎn)速、高電壓以及環(huán)境惡劣的場合；3）原來不調(diào)速的風(fēng)機、泵類負載，采用交流調(diào)速后，可以大幅度節(jié)能。交流電動機主要包括同步電動機和異步電動機兩種。v異步電動機的轉(zhuǎn)速為：)1 (60)1 (11spfsnn三相異步電動機的調(diào)速方法大致可以分成以下幾種類型：（1）改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速，包括降低電源電壓、繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻等方法；（2）改變旋轉(zhuǎn)磁通勢同步轉(zhuǎn)速調(diào)速，包括改變定于繞組極對數(shù)、改變供電電源頻率等方法；（3）雙饋調(diào)速，包括串級調(diào)速，屬改變理想空載轉(zhuǎn)速的一種調(diào)速方法；（4）利用轉(zhuǎn)差

2、離合器調(diào)速。v三相異步電動機降低電源電壓人為機械特性，其同步轉(zhuǎn)速n1不變，sm不變，電磁轉(zhuǎn)矩TU2。對一般鼠籠式電動機拖動恒轉(zhuǎn)矩負載，調(diào)速范圍很窄。v若拖動泵類負載，調(diào)速效果較好，但在低速運行時電流過大和功率因數(shù)低。v如要求拖動恒轉(zhuǎn)矩負載并且有較好的調(diào)速效果，則應(yīng)選擇高轉(zhuǎn)差率電動機。2212211221)XX(sRRf2sRpU322122112)XX(sRRUIv為了提高調(diào)壓調(diào)速機械特性的硬度，可采用速度閉環(huán)控制系統(tǒng)。v異步電動機同步轉(zhuǎn)速n1與電機及對數(shù)成反比，改變定子繞組的極對數(shù)，就可以改變同步轉(zhuǎn)速n1 ，實現(xiàn)變極調(diào)速。極對數(shù)的改變是通過改變繞組的接線方式得到的。v電動機的極對數(shù)是成倍變化

3、的，因此，同步轉(zhuǎn)速也成倍變化。鼠籠式異步電動機轉(zhuǎn)子磁極數(shù)決定于定子的磁極數(shù)，遍及運行時，不必進行任何改動。v繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子磁極不能自動隨定子磁極改變，而轉(zhuǎn)子磁極數(shù)的改變有比較麻煩，因此不采用遍及調(diào)速。v已知v因此，改變?nèi)喈惒诫妱訖C電源頻率，因此，改變?nèi)喈惒诫妱訖C電源頻率，可以改變旋轉(zhuǎn)磁通勢的同步轉(zhuǎn)速，達可以改變旋轉(zhuǎn)磁通勢的同步轉(zhuǎn)速，達到調(diào)速的目的。額定頻率稱為基頻，到調(diào)速的目的。額定頻率稱為基頻，變頻調(diào)速時，可以從基頻向上調(diào)，也變頻調(diào)速時，可以從基頻向上調(diào)，也可以從基頻向下調(diào)?？梢詮幕l向下調(diào)。pfn1160v我們知道，三相異步電動機每相電壓我們知道，三相異步電動機每相電壓 U1E1

4、=4.44f1N1kdp11v為了不使磁路進入飽和狀態(tài)，降低電源頻率時，必須同時為了不使磁路進入飽和狀態(tài)，降低電源頻率時，必須同時降低電源電壓。降低電源電壓有兩種控的制方法。降低電源電壓。降低電源電壓有兩種控的制方法。1. 保持保持 E1/f1 =常數(shù)常數(shù) ：0I2 IR1jX1R2jX2RmjXm21EE2 Rs)s1( 1U sRXsREf2pm60n2sRImPT222222211122211Mv分析最大轉(zhuǎn)矩Tm及相應(yīng)的轉(zhuǎn)差率sm：2222211112222221111RXssR1fE2pfmXsRsRfE2pfm sRXsREf2pm60n2sRImPT222222211122211M

5、0RXssRRXsRfE2pfmdsdT, 0dsdT2222222222111122m22222XRsR)X(sR因此常數(shù)221112221111mL21fE2pm21XX1fE2pfmT常數(shù)pf60L2Rpf60XRnsn122121mm2 sRXsREf2pm60n2sRImPT222222211122211Mv當改變頻率時，若保持E1/f1=常數(shù)，最大轉(zhuǎn)矩Tm=常數(shù)，與頻率無關(guān)，并且最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落相等，也就是不同頻率的各條機械特性是平行的，硬度相同。v可以證明恒磁通變頻調(diào)速為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。22mXRs常數(shù)22111mL21fE2pm21T常數(shù)pf60L2Rnsn1221mmv

6、若若T=常數(shù)，即常數(shù)，即2222111111222211222222RRfm p Em pfEssTffRRXXss212222=RfsCRXs222212=RRfCCXss22222212222122=0f R sCRCXsCXsf R sCR222121212221124222f Rf RCf LCRKsfCf L2222222224222RRCLCRKCL式 中 ，1122,NNNTTIIII所以，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。2221212122211211111114222,601,=606060f Rf RCf LCRKsfCf LnnsnsfnpnnnpnpTnsfnffp當 ，又 ，n=由

7、 于 各 條 機 械 特 性 是 平 行 的 ， 對 于 同 一 個相 等 ，111212222222 12122EKkTffEkfIRR fXFLsK根據(jù)s=的結(jié)論，的變頻調(diào)速中，在 不變時，轉(zhuǎn)子電流常數(shù)2. 保持保持U1/f1=常數(shù)常數(shù)當降低當降低f1時，保持時，保持U1/f1=常數(shù)，則常數(shù)，則 1 常數(shù)。常數(shù)。22122112211)XX(sRRf2sRpUmT221221212111XXsRRsRffU2pmv最大轉(zhuǎn)矩Tm為：21122111121=22()mm pUTfRRXX22121112111XXRRffU2pm21v從上式可以看出，當頻率減小時，從上式可以看出，當頻率減小時，

8、最大轉(zhuǎn)矩不是一個常數(shù)。最大轉(zhuǎn)矩不是一個常數(shù)。v保持保持U1/F1=常數(shù)降低頻率調(diào)速近常數(shù)降低頻率調(diào)速近似為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。似為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。v升高電源電壓是不允許的，因此升高頻率向上調(diào)速時，只能保持電壓為UN不變，頻率越高，磁通m越低，是一種降低磁通升速的方法，類似他勵直流電動機弱磁升速情況。v保持不變升高頻率時，電動機電磁轉(zhuǎn)矩22122112211XXsRRf2sRpUmTv由于f1較高，R1比X1，X2及R2/s 都小很多，故22121111211mXXRRf2fpUm21T21211211f1XXf2pUm21212221212mXXRXXRRS12112f1LLf2Rv因此，頻率升高

9、時，Tm減小，sm也減小，最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落為pf2XXsRRf2fpUmTP1221221112111M常數(shù)pf60LLf2Rnsn121221mmv升高頻率，保持UN不變時，近似恒功率調(diào)速方式常數(shù)sRUmpf2sRf2pUmP2211121211Mv綜上所述，三相異步電動機變頻調(diào)速具有以下幾個特點：綜上所述，三相異步電動機變頻調(diào)速具有以下幾個特點： 從基頻向下調(diào)速，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式；從基頻向上調(diào)速，從基頻向下調(diào)速，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式；從基頻向上調(diào)速，近似為恒功率調(diào)速方式；近似為恒功率調(diào)速方式； 調(diào)速范圍大；調(diào)速范圍大； 轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好；轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好； 運行時小，效率高；運行時小，效率高；

10、頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，變頻調(diào)速為無級調(diào)速。頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，變頻調(diào)速為無級調(diào)速。v轉(zhuǎn)子回路串入電阻人為機械特轉(zhuǎn)子回路串入電阻人為機械特性，拖動恒轉(zhuǎn)矩負載時，所串性，拖動恒轉(zhuǎn)矩負載時，所串電阻越大，轉(zhuǎn)速越低。電阻越大，轉(zhuǎn)速越低。22cosITm當電源電壓一定時，m基本不變，轉(zhuǎn)子電流維持在額定值。v設(shè)轉(zhuǎn)子電流不變I2N=I2則：常數(shù)則：sRRsRXsRREXsRES2N2222s22222N22v轉(zhuǎn)子回路功率因數(shù)為222s2s22XsRRs/ )RR(cos常數(shù)N2222N2N2222s2s22cosXsRs/RXsRRs/ )RR(cosv可見，轉(zhuǎn)子回路串電阻是屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法，當負載轉(zhuǎn)矩可見，轉(zhuǎn)子

11、回路串電阻是屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法，當負載轉(zhuǎn)矩TL=TN時，根據(jù)上式，則有：時，根據(jù)上式，則有：33S222S211S2N2sRRsRRsRRsRv該調(diào)速方法的調(diào)速范圍不大，負載小時，調(diào)速范圍更小。該調(diào)速方法的調(diào)速范圍不大，負載小時，調(diào)速范圍更小。由于轉(zhuǎn)子回路電流很大，使電阻的體積笨重，抽頭不易，由于轉(zhuǎn)子回路電流很大，使電阻的體積笨重，抽頭不易，所以調(diào)速的平滑性不好，基本上屬有級調(diào)速。多用于斷續(xù)所以調(diào)速的平滑性不好，基本上屬有級調(diào)速。多用于斷續(xù)工作的生產(chǎn)機械上，在低速運行的時間不長，且要求調(diào)速工作的生產(chǎn)機械上，在低速運行的時間不長，且要求調(diào)速性能不高的場合，如用于橋式起重機。性能不高的場合，如用于橋

12、式起重機。 PM : pCu2 : Pm=1 : s : (1-s)v采用降壓調(diào)速或串電阻調(diào)速時，與擴大調(diào)速范圍，必須增采用降壓調(diào)速或串電阻調(diào)速時，與擴大調(diào)速范圍，必須增大轉(zhuǎn)差率大轉(zhuǎn)差率s。這樣一來，將使轉(zhuǎn)子回路總銅損耗增大，降。這樣一來，將使轉(zhuǎn)子回路總銅損耗增大，降低了電機的效率。低了電機的效率。v電磁轉(zhuǎn)差離合器主要由電樞與磁極兩個旋轉(zhuǎn)部分組成。 電樞隨異步電動機轉(zhuǎn)子同速旋轉(zhuǎn)。若勵磁繞組的勵磁電流If=0，磁極及所連之負載不轉(zhuǎn)動，處于“離”狀態(tài)。當If0時，磁極及所連之負載跟著電樞轉(zhuǎn)動，nn?！稗D(zhuǎn)差”，T越大轉(zhuǎn)差越大。v電磁轉(zhuǎn)差離合器原理與異步電動機很相似，機械特性也相似，但理想空載點的轉(zhuǎn)速

13、為異步電動機轉(zhuǎn)速n而不是同步轉(zhuǎn)速n1。改變If 的就可以調(diào)節(jié)負載的轉(zhuǎn)速。v電磁轉(zhuǎn)差離合器設(shè)備簡單，控制方便，可平滑調(diào)速，這是它的優(yōu)點。但是，由于其機械特性較軟轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差，調(diào)速范圍較小。低速時，效率也較低。適合于通風(fēng)機和泵類負載，與異步電動機降壓調(diào)速相似。v電磁轉(zhuǎn)差離合器與異步電動機裝成一體，稱為滑差電機或電磁調(diào)速電動機。10.6.1 雙饋調(diào)速的基本原理雙饋調(diào)速的基本原理v雙饋雙饋:是指繞線式異步電動機的定、轉(zhuǎn)子三相繞組分別接到是指繞線式異步電動機的定、轉(zhuǎn)子三相繞組分別接到兩個獨立的三相對稱電源，其中定于繞組的電源為固定頻兩個獨立的三相對稱電源，其中定于繞組的電源為固定頻率的工業(yè)電源，而轉(zhuǎn)子電

14、源電壓的幅值、頻率和相位則需率的工業(yè)電源，而轉(zhuǎn)子電源電壓的幅值、頻率和相位則需按運行要求分別進行調(diào)節(jié)。要求轉(zhuǎn)子電源頻率在任何情況按運行要求分別進行調(diào)節(jié)。要求轉(zhuǎn)子電源頻率在任何情況下都應(yīng)與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢同頻率。下都應(yīng)與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢同頻率。v繞線式異步電動機雙饋調(diào)速系統(tǒng)不僅能調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，繞線式異步電動機雙饋調(diào)速系統(tǒng)不僅能調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，還能改變電動機定子邊的功率因數(shù)。還能改變電動機定子邊的功率因數(shù)。v當普通異步電動機定子邊加額定電壓且?guī)蠙C械負載時，轉(zhuǎn)當普通異步電動機定子邊加額定電壓且?guī)蠙C械負載時，轉(zhuǎn)子有功電流的有效值子有功電流的有效值I2s為：為：2S222222S22222S222

15、2a2XREsRXRRXRsEI常數(shù)22a2RsEI忽略X2s：v由于轉(zhuǎn)子回路合成電動勢的減小，使電流 減小，于是電磁轉(zhuǎn)矩隨之減小，因負載轉(zhuǎn)矩不變，轉(zhuǎn)子便減速。隨著轉(zhuǎn)速的降低，轉(zhuǎn)子回路感應(yīng)電動勢增大，當轉(zhuǎn)差率增大到 s時。22222a2REsRUEsI22EUss22222a2RsERUEsI或： 電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩達到了新的平衡，電機在新的轉(zhuǎn)差率s下運行，即ss，轉(zhuǎn)速降低了。v這種情況要分幾種情況討論v當U2sE222222a2RsERUEsI22EUss 電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩達到了新的平衡，電機在新的轉(zhuǎn)差率s下運行，即ssE2時：轉(zhuǎn)速可調(diào)高于同步轉(zhuǎn)速。v可以使定子邊的功率因數(shù)cos1得到改善

16、。v如果U2與轉(zhuǎn)子電動勢sE2相差某一個角度時，既能調(diào)速，又能提高功率因數(shù)cos1。v前述的雙饋調(diào)速要求加在電機轉(zhuǎn)子繞組的電壓頻率與轉(zhuǎn)子繞前述的雙饋調(diào)速要求加在電機轉(zhuǎn)子繞組的電壓頻率與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢同頻率。如果把異步電機轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢變?yōu)榻M感應(yīng)電動勢同頻率。如果把異步電機轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢變?yōu)橹绷麟妱觿?，同時把轉(zhuǎn)子外加電壓也變?yōu)橹绷髁?，這就是串直流電動勢，同時把轉(zhuǎn)子外加電壓也變?yōu)橹绷髁?，這就是串級調(diào)速的基本思路。級調(diào)速的基本思路。v整流橋把異步電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差電動勢、電流變成直流，整流橋把異步電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差電動勢、電流變成直流，逆變器的作用是給電機轉(zhuǎn)子回路提供直流電動勢，同時給逆變器的作用是給電機轉(zhuǎn)子回路提供直流電動勢，同時給轉(zhuǎn)子電流提供通路，并把轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)子電流提供通路，并把轉(zhuǎn)差功率sPM（扣除轉(zhuǎn)子繞組銅損（扣除轉(zhuǎn)子繞組銅損耗）大部分反送回交流電源。耗）大部分反送回交流電源。v異步電動機轉(zhuǎn)子相電動勢為：異步電動機轉(zhuǎn)子相電動勢為：sPMcos22UkE22sEEs2121sEkEkESdv逆變器直流側(cè)直流電動勢為：REEIddv直流回路直流電流為：Ed=E+IdRv式中式中R是直流回路等效電阻。因是直流回路等效電阻。因R R較小，可忽略