第12章三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

1、第十二章第十二章 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速第一節(jié)第一節(jié) 變極調(diào)速變極調(diào)速第二節(jié)第二節(jié) 變頻調(diào)速變頻調(diào)速第三節(jié)第三節(jié) 調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差能耗調(diào)速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差能耗調(diào)速第12章2調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可從三個(gè)參數(shù)入手：調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可從三個(gè)參數(shù)入手：1 1）改變定子繞組的極對(duì)數(shù)）改變定子繞組的極對(duì)數(shù)p p2 2）改變供電電源的頻率）改變供電電源的頻率f f1 13 3）改變轉(zhuǎn)差率）改變轉(zhuǎn)差率s s160(1)(1)snnfssp第12章3第一節(jié)第一節(jié) 變極調(diào)速變極調(diào)速 改變定子的極對(duì)數(shù)，通常用改變定子的極對(duì)數(shù)，通常用改變定子繞組聯(lián)結(jié)改變定子繞組聯(lián)結(jié)的方法。的方法。 變極調(diào)速電動(dòng)機(jī)一般采用變

2、極調(diào)速電動(dòng)機(jī)一般采用籠型轉(zhuǎn)子籠型轉(zhuǎn)子，其，其轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)能自動(dòng)轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)能自動(dòng)地與定子極對(duì)數(shù)相對(duì)應(yīng)地與定子極對(duì)數(shù)相對(duì)應(yīng)。概念概念: : 變極調(diào)速是一種通過改變定子繞組極對(duì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的變極調(diào)速是一種通過改變定子繞組極對(duì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的調(diào)速方式。在一定電源頻率下，由于同步速調(diào)速方式。在一定電源頻率下，由于同步速 與極對(duì)數(shù)成反與極對(duì)數(shù)成反比，因此，改變定子繞組極對(duì)數(shù)便可以改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。比，因此，改變定子繞組極對(duì)數(shù)便可以改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。pfn1160第12章4圖12-1 改變定子繞組聯(lián)結(jié)方法以改變定子極對(duì)數(shù) a) 2p=4 b)2p=2a) 2p=4 b)2p=2第12章5 由此可知：

3、若要使定子繞組的極對(duì)數(shù)改變一倍，只要改變定由此可知：若要使定子繞組的極對(duì)數(shù)改變一倍，只要改變定子繞組的連接方式，即將每相繞組分成兩個(gè)子繞組的連接方式，即將每相繞組分成兩個(gè)“半相繞組半相繞組”，通過，通過改變其引出端的聯(lián)結(jié)方式，使其中任一改變其引出端的聯(lián)結(jié)方式，使其中任一“半相繞組半相繞組”中的電流反中的電流反向，即可使定子繞組的極對(duì)數(shù)增大（或減少）一倍。向，即可使定子繞組的極對(duì)數(shù)增大（或減少）一倍。 常用的改變定子繞組極對(duì)數(shù)的連接方法有兩種。常用的改變定子繞組極對(duì)數(shù)的連接方法有兩種。第12章6圖12-2 常用的兩種三相繞組改變聯(lián)結(jié)的方法a)a)星型連接改變成星型連接改變成并聯(lián)的兩個(gè)星型連接并聯(lián)

4、的兩個(gè)星型連接 b)b)三角型連接改變成三角型連接改變成并聯(lián)的兩個(gè)星型連接并聯(lián)的兩個(gè)星型連接 第12章7 注意：注意： 繞組聯(lián)結(jié)改變后，應(yīng)將繞組聯(lián)結(jié)改變后，應(yīng)將V V、W W兩相的出線端交換，兩相的出線端交換，以保持高速與低速時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同。以保持高速與低速時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相同。1 1）極對(duì)數(shù)為）極對(duì)數(shù)為p p時(shí)時(shí): : U U、V V、W W相位相位 0 0、120120、2402402 2）極對(duì)數(shù)為）極對(duì)數(shù)為2p2p時(shí)時(shí): : U U、V V、W W相位相位 0 0、240240、480480 在極對(duì)數(shù)為在極對(duì)數(shù)為p p及及2p2p下相序?qū)⑾喾?，下相序?qū)⑾喾?，V V、W W兩端必須反向兩端必

5、須反向?qū)φ{(diào)對(duì)調(diào)，以，以保持變速前后電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向相同保持變速前后電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向相同。第12章8 上述兩種變極連接方法，雖然都能使定子繞組的極對(duì)數(shù)減少上述兩種變極連接方法，雖然都能使定子繞組的極對(duì)數(shù)減少一半，轉(zhuǎn)速增大一倍，但一半，轉(zhuǎn)速增大一倍，但電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力的變化卻不同電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力的變化卻不同。 所謂調(diào)速過程中所謂調(diào)速過程中電動(dòng)機(jī)負(fù)載能力的變化電動(dòng)機(jī)負(fù)載能力的變化，是指在保持定子電，是指在保持定子電流為額定值的條件下，調(diào)速前后電動(dòng)機(jī)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩和功率的流為額定值的條件下，調(diào)速前后電動(dòng)機(jī)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩和功率的變化。變化。 現(xiàn)分析以上兩種變極調(diào)速方法改接前后電動(dòng)機(jī)的現(xiàn)分析以上兩種變極調(diào)速方法改

6、接前后電動(dòng)機(jī)的容許輸出轉(zhuǎn)容許輸出轉(zhuǎn)矩和功率矩和功率的變化情況。的變化情況。（1） 設(shè)電源線電壓為設(shè)電源線電壓為UN，當(dāng)定子繞組由單星形改接成雙星形時(shí)當(dāng)定子繞組由單星形改接成雙星形時(shí)，改接前電動(dòng)機(jī)的輸出功率為改接前電動(dòng)機(jī)的輸出功率為2Y11x13cos3cosNIIPUU 改接成雙星形后，如保持定子繞組相電流改接成雙星形后，如保持定子繞組相電流I1不變，并假設(shè)在不變，并假設(shè)在改接后，改接后，和和cos1 1均保持不變，則電動(dòng)機(jī)的輸出功率為均保持不變，則電動(dòng)機(jī)的輸出功率為 2YY1x113cos3cos22NPUUII 第12章9 比較兩式可知：改接前后電動(dòng)機(jī)的輸出功率之比比較兩式可知：改接前后電

7、動(dòng)機(jī)的輸出功率之比 ，即改接后電動(dòng)機(jī)的允許輸出功率增加了一倍。即改接后電動(dòng)機(jī)的允許輸出功率增加了一倍。 根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與輸出功率間的關(guān)系根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與輸出功率間的關(guān)系 由于改接后由于改接后輸出功率增加一倍輸出功率增加一倍，轉(zhuǎn)速也增加一倍轉(zhuǎn)速也增加一倍，因此改接前后，因此改接前后電動(dòng)機(jī)輸出的允許輸出轉(zhuǎn)矩之比為電動(dòng)機(jī)輸出的允許輸出轉(zhuǎn)矩之比為 2YY2Y/2PPe9550/esTPnY2Y2YYYY95509550 2/12ssTPPTnn（12-4） 上式說明：上式說明：Y/YY變極調(diào)速屬變極調(diào)速屬于于恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)，其機(jī)械特性如圖，其機(jī)械特性如圖所示。這種變極調(diào)速方法

8、適用于所示。這種變極調(diào)速方法適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的拖動(dòng)系統(tǒng)，如起重恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的拖動(dòng)系統(tǒng)，如起重機(jī)、傳輸帶等機(jī)械。機(jī)、傳輸帶等機(jī)械。Y聯(lián)結(jié)改成聯(lián)結(jié)改成YY聯(lián)結(jié)，恒轉(zhuǎn)矩時(shí)的機(jī)械特性聯(lián)結(jié)，恒轉(zhuǎn)矩時(shí)的機(jī)械特性第12章10（2）當(dāng)定子繞組由三角形改接成雙星形時(shí)當(dāng)定子繞組由三角形改接成雙星形時(shí)，改接前電動(dòng)機(jī)的輸出，改接前電動(dòng)機(jī)的輸出功率為功率為 211N1x3cos3cos3PU IIU 改接成雙星形后，如保持定子繞組相電流改接成雙星形后，如保持定子繞組相電流Is不變，并假設(shè)在不變，并假設(shè)在改接后，改接后，和和cos1均保持不變，則電動(dòng)機(jī)的輸出功率為均保持不變，則電動(dòng)機(jī)的輸出功率為 2YY111x32cos3

9、cos2NPUIIU 比較兩式可得改接前后電動(dòng)機(jī)的輸出功率之比為比較兩式可得改接前后電動(dòng)機(jī)的輸出功率之比為 22YY30.8662PP（12-5）22YYYY95509550/32ssTPPTnn第12章11 即采用即采用/YY改接方法，電改接方法，電動(dòng)機(jī)的輸出功率在改接前后基動(dòng)機(jī)的輸出功率在改接前后基本保持不變，所以本保持不變，所以/YY變極變極調(diào)速屬于調(diào)速屬于恒功率性質(zhì)恒功率性質(zhì)。根據(jù)轉(zhuǎn)。根據(jù)轉(zhuǎn)矩關(guān)系式可知，采用矩關(guān)系式可知，采用/YY改改接方法，當(dāng)轉(zhuǎn)速增加一倍時(shí)，接方法，當(dāng)轉(zhuǎn)速增加一倍時(shí)，轉(zhuǎn)矩則減小一半。其機(jī)械特性轉(zhuǎn)矩則減小一半。其機(jī)械特性如圖如圖12-3所示。所示。 從以上分析可以看出

10、，從以上分析可以看出，異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速簡單可靠、成異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速簡單可靠、成本低、效率高、機(jī)械特性硬，且既可適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速也可適用本低、效率高、機(jī)械特性硬，且既可適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速也可適用于恒功率調(diào)速，屬于轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速方法，于恒功率調(diào)速，屬于轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速方法，但變極調(diào)速是但變極調(diào)速是有有級(jí)調(diào)速級(jí)調(diào)速，不能實(shí)現(xiàn)均勻平滑的無級(jí)調(diào)速，且能實(shí)現(xiàn)的速度檔也不，不能實(shí)現(xiàn)均勻平滑的無級(jí)調(diào)速，且能實(shí)現(xiàn)的速度檔也不可能太多?？赡芴?。 此外，多速電動(dòng)機(jī)的尺寸一般比同容量的普通電動(dòng)機(jī)稍大，此外，多速電動(dòng)機(jī)的尺寸一般比同容量的普通電動(dòng)機(jī)稍大，運(yùn)行性能也稍差一些，且接線頭較多，并需要專門的換接開

11、關(guān)，運(yùn)行性能也稍差一些，且接線頭較多，并需要專門的換接開關(guān)，但總體上，變極調(diào)速還是一種比較經(jīng)濟(jì)的調(diào)速方法。但總體上，變極調(diào)速還是一種比較經(jīng)濟(jì)的調(diào)速方法。聯(lián)結(jié)改成聯(lián)結(jié)改成YY聯(lián)結(jié)，恒功率時(shí)的機(jī)械特性聯(lián)結(jié)，恒功率時(shí)的機(jī)械特性第12章12圖圖 Y/YY接變極調(diào)速的機(jī)械特性接變極調(diào)速的機(jī)械特性2121112max2122UmRXTpRXf1212212st2212()() pRXmRTfXUR假定假定,半相繞組參數(shù)半相繞組參數(shù)1122X2222RRX、 Y聯(lián)結(jié)時(shí)：聯(lián)結(jié)時(shí)：1122X2RRXp、 YY聯(lián)結(jié)時(shí)：聯(lián)結(jié)時(shí)：1122Xp4444RRX、Y-YYY-YY聯(lián)結(jié)時(shí)機(jī)械特性的變化聯(lián)結(jié)時(shí)機(jī)械特性的變化Y

12、Y mY mY Y stY stT2TT2T、第12章13圖圖 /YY接變極調(diào)速的機(jī)械特性接變極調(diào)速的機(jī)械特性2211m1x1a21222UpRRXXmTf2212121st2212()() U RpRRXXmTf假定假定,半相繞組參數(shù)半相繞組參數(shù)1122X2222RRX、 Y聯(lián)結(jié)時(shí)：聯(lián)結(jié)時(shí)：1122X3U2 pRRX、 YY聯(lián)結(jié)時(shí)：聯(lián)結(jié)時(shí)：1122XUp4444RRX、-YY-YY聯(lián)結(jié)時(shí)機(jī)械特性的變化聯(lián)結(jié)時(shí)機(jī)械特性的變化22TT33YYmmYYststTT、第12章14 變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬，平滑性好等特點(diǎn)，是變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍寬，平滑性好等特點(diǎn)，是異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速最有發(fā)展前途的

13、一種方法調(diào)速最有發(fā)展前途的一種方法。 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，許多簡單可靠、性能優(yōu)異、價(jià)格隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，許多簡單可靠、性能優(yōu)異、價(jià)格便宜的變頻調(diào)速裝置已得到廣泛應(yīng)用。便宜的變頻調(diào)速裝置已得到廣泛應(yīng)用。 這里僅介紹變頻調(diào)速的原理、性能及特性，而不具體研究各這里僅介紹變頻調(diào)速的原理、性能及特性，而不具體研究各種變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制電路。種變頻調(diào)速系統(tǒng)的控制電路。 （1）變頻調(diào)速的基本原理）變頻調(diào)速的基本原理 從異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式從異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式n=ns(1-s)可知，若改變電源頻率可知，若改變電源頻率f1，則可平滑地改變異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速則可平滑地改變異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速ns=60f

14、1/p，異步電動(dòng)機(jī)的，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n也隨之改變，所以改變電源頻率可以調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)也隨之改變，所以改變電源頻率可以調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。速。第二節(jié)第二節(jié) 變頻調(diào)速變頻調(diào)速第12章15 （2）變頻調(diào)速的基本方式）變頻調(diào)速的基本方式 在異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，總是希望主磁通在異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速時(shí)，總是希望主磁通 m保持為額定值，這是保持為額定值，這是因?yàn)橐驗(yàn)槿绻磐ㄌ跞绻磐ㄌ?，電?dòng)機(jī)的鐵心得不到充分利用，是一種浪費(fèi)；，電動(dòng)機(jī)的鐵心得不到充分利用，是一種浪費(fèi)； 而而如果磁通太強(qiáng)如果磁通太強(qiáng)，又會(huì)使鐵心飽和，導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重，又會(huì)使鐵心飽和，導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)蚶@組過熱而

15、損壞電機(jī)。時(shí)甚至?xí)蚶@組過熱而損壞電機(jī)。 對(duì)于對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)，其勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，只要對(duì)電樞反應(yīng)的，其勵(lì)磁系統(tǒng)是獨(dú)立的，只要對(duì)電樞反應(yīng)的補(bǔ)償合適，容易保持補(bǔ)償合適，容易保持 m不變不變. 而在而在異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子磁勢共同作用的結(jié)果，中，磁通是定子和轉(zhuǎn)子磁勢共同作用的結(jié)果，所以保持所以保持 m不變的方法與直流電動(dòng)機(jī)的情況不同。根據(jù)異步電動(dòng)不變的方法與直流電動(dòng)機(jī)的情況不同。根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)定子每相電動(dòng)勢有效值的公式機(jī)定子每相電動(dòng)勢有效值的公式 11W14.44Ef N k如果略去定子阻抗壓降，則定子端電壓如果略去定子阻抗壓降，則定子端電壓UE，即有，即有 11W14

16、.44UEf N k 上式表明，在變頻調(diào)速時(shí)，上式表明，在變頻調(diào)速時(shí)，若定子端電壓不變，則隨著頻率若定子端電壓不變，則隨著頻率f1的升高，氣隙磁通的升高，氣隙磁通 m將減小將減小。 （12-6）第12章16又從轉(zhuǎn)矩公式又從轉(zhuǎn)矩公式 可知，在可知，在I2 相同的情況下，相同的情況下， m 減小勢必導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)輸出減小勢必導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩下降，使電動(dòng)機(jī)的利用率惡化。同時(shí)，電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩也轉(zhuǎn)矩下降，使電動(dòng)機(jī)的利用率惡化。同時(shí)，電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩也將減小，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)。將減小，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)。 反之，若減小頻率反之，若減小頻率f1，則，則 m將增加，使磁路飽和，勵(lì)磁電流將增加，使磁路飽和

17、，勵(lì)磁電流上升，導(dǎo)致鐵損急劇增加，這也是不允許的。上升，導(dǎo)致鐵損急劇增加，這也是不允許的。 因此，在變頻調(diào)速過程中應(yīng)同時(shí)改變定子電壓和頻率，以保因此，在變頻調(diào)速過程中應(yīng)同時(shí)改變定子電壓和頻率，以保持主磁通不變。持主磁通不變。 而如何按比例改變電壓和頻率，這要分而如何按比例改變電壓和頻率，這要分基頻（額定頻率）以基頻（額定頻率）以下下和和基頻以上基頻以上兩種情況討論。兩種情況討論。T1m22cosTC I11W14.44UEf N k 上式表明，在變頻調(diào)速時(shí)，上式表明，在變頻調(diào)速時(shí)，若定子端電壓不變，則隨著頻率若定子端電壓不變，則隨著頻率f1的升高，氣隙磁通的升高，氣隙磁通 m將減小將減小。 第

18、12章17 1） 基頻以下調(diào)速?；l以下調(diào)速。根據(jù)式（根據(jù)式（12-6），要保持），要保持 m不變，應(yīng)使不變，應(yīng)使定子端電壓定子端電壓Us與頻率與頻率f1成比例地變化，即成比例地變化，即11UEff常數(shù) 由最大轉(zhuǎn)矩公式由最大轉(zhuǎn)矩公式 21max2211212()sUmTRXXR其中其中 ，當(dāng)，當(dāng) f1 相對(duì)較高時(shí)，因相對(duì)較高時(shí)，因 可忽略定子電阻可忽略定子電阻R1，這樣上式可簡化為，這樣上式可簡化為121122 ()XXf LL121()XXR221max2211218()m pUUTCfLLf（12-8）第12章18 由于由于Tmax =KTTN，因此為了，因此為了保證變頻調(diào)速時(shí)電機(jī)過載能力

19、不保證變頻調(diào)速時(shí)電機(jī)過載能力不變變，就要求變頻前后的定子端電壓、頻率及轉(zhuǎn)矩滿足，就要求變頻前后的定子端電壓、頻率及轉(zhuǎn)矩滿足KT=KT（12-11）22221N1NUUf Tf T11NNUUTffT 對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，因?yàn)閷?duì)于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，因?yàn)門N =TN，由式（，由式（12-11）可得）可得常數(shù)1s1s/fUfU221NTUTCK f221NTUTCK f頻率變?yōu)轭l率變?yōu)閒1時(shí)：時(shí)：頻率為頻率為f1時(shí)：時(shí)： 上式表示上式表示在變頻調(diào)速時(shí)為了使異步電動(dòng)機(jī)的過載能力保持不在變頻調(diào)速時(shí)為了使異步電動(dòng)機(jī)的過載能力保持不變，定子端電壓的變化規(guī)律。變，定子端電壓的變化規(guī)律。 即對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，采用恒壓頻比控

20、制方式，即對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，采用恒壓頻比控制方式， 既保證了電機(jī)既保證了電機(jī)的過載能力不變，同時(shí)又滿足主磁通的過載能力不變，同時(shí)又滿足主磁通 m保持不變的要求。保持不變的要求。這說明這說明變頻調(diào)速適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載變頻調(diào)速適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。第12章19 下面分析恒壓頻比控制變頻調(diào)速時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械下面分析恒壓頻比控制變頻調(diào)速時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性。因?yàn)樘匦?。因?yàn)閁/f1=常數(shù)，故磁通常數(shù)，故磁通 m基本保持不變也近似為常數(shù)，基本保持不變也近似為常數(shù)，此時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可表示為此時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可表示為2112222112122()()Um psf RTfsRRsXX 由于

21、由于U/f1=常數(shù)，且當(dāng)常數(shù)，且當(dāng)f1相對(duì)較高時(shí)，不同頻率時(shí)的最大轉(zhuǎn)相對(duì)較高時(shí)，不同頻率時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩矩Tmax保持不變，所對(duì)應(yīng)的最大轉(zhuǎn)差率為保持不變，所對(duì)應(yīng)的最大轉(zhuǎn)差率為22m221211121RRsXXfRXX（12-17） 當(dāng)當(dāng)s很小時(shí)，可以忽略式很小時(shí)，可以忽略式12-18分母中的含分母中的含s的各項(xiàng)的各項(xiàng)（12-19）211122Um psfTsfR（12-18）第12章20 由式由式12-19可得可得 221160 2(/)2sTRnsnm pUf 當(dāng)當(dāng)s很小時(shí)，機(jī)械特性近似為一條直線。在此直線上，轉(zhuǎn)矩為很小時(shí)，機(jī)械特性近似為一條直線。在此直線上，轉(zhuǎn)矩為某一數(shù)值時(shí)，其轉(zhuǎn)速降為：某一數(shù)

22、值時(shí)，其轉(zhuǎn)速降為： 160sfnsnsp211122Um psfTsfR212112(/)TRsfm p Uf 當(dāng)當(dāng)U U/ /f f1 1= =常數(shù)，對(duì)于同一轉(zhuǎn)矩常數(shù)，對(duì)于同一轉(zhuǎn)矩T T，在變頻時(shí)，轉(zhuǎn)速降，在變頻時(shí)，轉(zhuǎn)速降n n近似近似不變。不變。 即異步電動(dòng)機(jī)在即異步電動(dòng)機(jī)在f fN N=50HZ=50HZ以下，當(dāng)以下，當(dāng)U U/ /f f1 1= =定值，并且當(dāng)轉(zhuǎn)差率定值，并且當(dāng)轉(zhuǎn)差率s s較小時(shí)，變頻的人為機(jī)械特性基本上是一族平行直線。較小時(shí)，變頻的人為機(jī)械特性基本上是一族平行直線。第12章21 但在但在f1變到很低變到很低時(shí)，時(shí)， 也很小，也很小， R1 不能被忽略，且由于不能被忽略

23、，且由于U1和和E1都較小，都較小，定子阻抗壓降所占的份額比較大。此定子阻抗壓降所占的份額比較大。此時(shí)，時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落不再是常數(shù)，而是變小了降落不再是常數(shù)，而是變小了。 為保持低頻時(shí)電動(dòng)機(jī)有足夠大的轉(zhuǎn)為保持低頻時(shí)電動(dòng)機(jī)有足夠大的轉(zhuǎn)矩，可以人為地使定子電壓矩，可以人為地使定子電壓U1抬高一抬高一些，近似地補(bǔ)償一些定子壓降。些，近似地補(bǔ)償一些定子壓降。 因此，恒壓頻比控制變頻調(diào)速時(shí)，由于因此，恒壓頻比控制變頻調(diào)速時(shí)，由于最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩和和最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落均為常數(shù)，此時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是一組均為常數(shù)，此時(shí)異步電動(dòng)

24、機(jī)的機(jī)械特性是一組相互平行且硬度相同的曲線，如圖相互平行且硬度相同的曲線，如圖12-4所示。所示。12()XX圖圖 U/f1=定值時(shí)異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的特性定值時(shí)異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的特性21max2211212()sUmTRXXR第12章22 2） 基頻以上調(diào)速?；l以上調(diào)速。 頻率頻率f f1 1從額定頻率從額定頻率f f1N1N往上增加，若仍保持往上增加，若仍保持U U/ /f f1 1 = =常數(shù)，勢常數(shù)，勢必使定子電壓必使定子電壓U U超過額定電壓超過額定電壓U UN N，這是不允許的。，這是不允許的。 這樣，基頻以上調(diào)速應(yīng)采取這樣，基頻以上調(diào)速應(yīng)采取保持定子電壓不變保持定子電壓不變的

25、控制策略，的控制策略，通過增加頻率通過增加頻率f f1 1，使磁通，使磁通 m m與與f f1 1成反比地降低，成反比地降低，這是一種類似于這是一種類似于直流電機(jī)弱磁升速的調(diào)速方法。直流電機(jī)弱磁升速的調(diào)速方法。2222111123/2(/ )()pU RsTfRRsXX設(shè)保持定子電壓設(shè)保持定子電壓U=UN，改變頻率時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，改變頻率時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩第12章23 由于由于f1較高，可忽略定子電阻較高，可忽略定子電阻R1，故最大轉(zhuǎn)矩為，故最大轉(zhuǎn)矩為22max222112111112331124 ()2()pUpUTCfXXffRRXX 其對(duì)應(yīng)的其對(duì)應(yīng)的最大轉(zhuǎn)差最大轉(zhuǎn)差與與轉(zhuǎn)速降

26、落轉(zhuǎn)速降落為為常數(shù)。常數(shù)。 這樣，保持定子電壓這樣，保持定子電壓U不變，不變，升高頻率調(diào)速時(shí)，升高頻率調(diào)速時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩隨頻率的最大轉(zhuǎn)矩隨頻率的升高而減小升高而減小，而，而最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落是常數(shù)降落是常數(shù)，因此對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性是，因此對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性是平行的，硬度也相同的。但頻率越高，平行的，硬度也相同的。但頻率越高，最大轉(zhuǎn)矩越小。最大轉(zhuǎn)矩越小。由基頻向上變頻調(diào)速的機(jī)械特性由基頻向上變頻調(diào)速的機(jī)械特性22m221211121RRsXXfRXX212mm1221221260602pRfRns npLLRXX第12章24 基頻以上調(diào)速性質(zhì)的分析基頻以上調(diào)速性質(zhì)的分析： 假定基頻以

27、上變頻調(diào)速過程中電機(jī)的功率因數(shù)假定基頻以上變頻調(diào)速過程中電機(jī)的功率因數(shù) 、效率、效率 均不變，每相繞組中均不變，每相繞組中的電流仍保持額定值的電流仍保持額定值 不變。此時(shí)，三相異步電動(dòng)機(jī)的輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩分別滿足不變。此時(shí)，三相異步電動(dòng)機(jī)的輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩分別滿足下列關(guān)系：下列關(guān)系：111112cosUIUmPNN11229550fUnPT結(jié)論：結(jié)論： 由于基頻以上的調(diào)速過程中保持由于基頻以上的調(diào)速過程中保持 ，基頻以上的變頻調(diào)速，基頻以上的變頻調(diào)速屬于恒功率調(diào)速，其輸出轉(zhuǎn)矩反比于定子繞組的供電頻率（或轉(zhuǎn)速屬于恒功率調(diào)速，其輸出轉(zhuǎn)矩反比于定子繞組的供電頻率（或轉(zhuǎn)速) )1cosNI1NUU

28、 1第12章25基頻以下調(diào)速性質(zhì)的分析：基頻以下調(diào)速性質(zhì)的分析： 假定變頻調(diào)速過程中電機(jī)的功率因數(shù)假定變頻調(diào)速過程中電機(jī)的功率因數(shù) 、效率、效率 均不變，為了充分利用電動(dòng)機(jī)，均不變，為了充分利用電動(dòng)機(jī)，每相繞組中的電流應(yīng)保持額定值每相繞組中的電流應(yīng)保持額定值 不變。此時(shí)，三相異步電動(dòng)機(jī)的輸出功率和輸出轉(zhuǎn)不變。此時(shí)，三相異步電動(dòng)機(jī)的輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩分別滿足下列關(guān)系：矩分別滿足下列關(guān)系：1cosNI1211 111111cos()NNfPmUUfUI11229550fUnPT結(jié)論：結(jié)論： 由于基頻以下的調(diào)速過程中保持由于基頻以下的調(diào)速過程中保持 = =常數(shù)，基頻以下的變頻調(diào)常數(shù)，基頻以下的變頻調(diào)

29、速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，其輸出功率正比于定子頻率（或轉(zhuǎn)速）速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，其輸出功率正比于定子頻率（或轉(zhuǎn)速）11/ fU第12章26 把基頻以下和基頻以上兩種情況綜合起來，可得到異步電把基頻以下和基頻以上兩種情況綜合起來，可得到異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制特性，如圖所示。動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制特性，如圖所示。 異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)的控制特性異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速時(shí)的控制特性第12章27 （3）變頻調(diào)速的實(shí)現(xiàn)）變頻調(diào)速的實(shí)現(xiàn) 要實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速必須有專用的變頻電源，隨著新型電力電要實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速必須有專用的變頻電源，隨著新型電力電子器件和半導(dǎo)體變流技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等的不斷發(fā)展，變頻子器件和半導(dǎo)體變流技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等

30、的不斷發(fā)展，變頻電源目前都是應(yīng)用電力電子器件構(gòu)成的變頻裝置。電源目前都是應(yīng)用電力電子器件構(gòu)成的變頻裝置。 下圖所示為采用下圖所示為采用電力電子變頻器電力電子變頻器供電的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速供電的異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)。 第12章28 綜上所述，三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速具有優(yōu)異的性能綜上所述，三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速具有優(yōu)異的性能: 調(diào)速范圍大，調(diào)速的平滑性好，可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速；調(diào)速范圍大，調(diào)速的平滑性好，可實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速； 調(diào)速時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性硬度不變，穩(wěn)定性好；調(diào)速時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性硬度不變，穩(wěn)定性好； 變頻時(shí)變頻時(shí)Us按不同規(guī)律變化可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速，按不同規(guī)律變化可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩

31、或恒功率調(diào)速，以適應(yīng)不同負(fù)載的要求，是異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速最有發(fā)展前途的一以適應(yīng)不同負(fù)載的要求，是異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速最有發(fā)展前途的一種方法。種方法。 但是，要實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速必須有專用的變頻電源。隨著新型電但是，要實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速必須有專用的變頻電源。隨著新型電力電子器件和半導(dǎo)體變流技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等的不斷發(fā)展，變力電子器件和半導(dǎo)體變流技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等的不斷發(fā)展，變頻電源目前都是應(yīng)用電力電子器件構(gòu)成的變頻裝置頻電源目前都是應(yīng)用電力電子器件構(gòu)成的變頻裝置 關(guān)于變頻電源及其變頻調(diào)速的具體控制線路將在本專業(yè)后關(guān)于變頻電源及其變頻調(diào)速的具體控制線路將在本專業(yè)后續(xù)課程中介紹，有興趣的同學(xué)也可參考有關(guān)的專著或文獻(xiàn)。續(xù)

32、課程中介紹，有興趣的同學(xué)也可參考有關(guān)的專著或文獻(xiàn)。第12章29第三節(jié)第三節(jié) 能耗轉(zhuǎn)差調(diào)速能耗轉(zhuǎn)差調(diào)速對(duì)于改變轉(zhuǎn)差實(shí)現(xiàn)調(diào)速的方案，其效率可由下式給出：對(duì)于改變轉(zhuǎn)差實(shí)現(xiàn)調(diào)速的方案，其效率可由下式給出：sPPsPPPPemememmec1)1 (12 上式表明，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越低，效率越低。因此，一般來說，改變上式表明，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速越低，效率越低。因此，一般來說，改變轉(zhuǎn)差率的調(diào)速方案的經(jīng)濟(jì)性較差。轉(zhuǎn)差率的調(diào)速方案的經(jīng)濟(jì)性較差。 目前常用的調(diào)速方法：目前常用的調(diào)速方法：改變定子電壓的調(diào)壓調(diào)速改變定子電壓的調(diào)壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子繞組串轉(zhuǎn)子繞組串電阻調(diào)速電阻調(diào)速、利用滑差離合器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速利用滑差離合器調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以及以及雙饋調(diào)速與串級(jí)調(diào)速雙饋調(diào)速與串級(jí)調(diào)速。第12章30一、轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻調(diào)速一、轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻調(diào)速 轉(zhuǎn)子電路串電阻越大，轉(zhuǎn)速降轉(zhuǎn)子電路串電阻越大，轉(zhuǎn)速降越大，認(rèn)為機(jī)械特性越軟。越大，認(rèn)為機(jī)械特性越