三相異步電動機電流拖動的調速學習教案

1、會計學1三相三相(sn xin)異步電動機電流拖動的調異步電動機電流拖動的調速速第一頁，共89頁。調速的基本原理)1 (60)1 (11spfsnn能耗轉差調速變頻調速變極調速串級調速電磁轉差離合器調速調速方法(fngf)：第1頁/共89頁第二頁，共89頁。10.110.1能能耗轉差調速耗轉差調速21UTem2UTem調速范圍有限：ms0CBA轉速：第2頁/共89頁第三頁，共89頁。第3頁/共89頁第四頁，共89頁。為了提高調壓調速機械特性的硬度，可以(ky)采用速度閉環(huán)控制系統(tǒng)，這樣既能提高低速時的機械特性硬度，又能保證一定的過載能力。第4頁/共89頁第五頁，共89頁。LememLemmTe

2、mTTTIsEsnTTICTIR,cos222222第5頁/共89頁第六頁，共89頁。根據(jù)根據(jù)2222N22222c12221NEEIIRRRXXss常數(shù)（10-2）2c12N1RRRss（10-3）可得第6頁/共89頁第七頁，共89頁。NNNmNTmNTemTICICT2222coscos所以常數(shù)222222221121122)()()(cosXsRsRXsRRsRRNNcc可見(kjin)，轉子串電阻調速前后的轉矩相等，是一種恒轉矩調速方式。第7頁/共89頁第八頁，共89頁。轉子串電阻(dinz)調速時，轉子功率損耗為pCu2=sPem=3I22（R2+Rc1） （10-7）忽略機械損耗，

3、則輸出功率為P2=Pem（1s）em22Cu2emem(1)1(1)PsPsPpPssP 調速時轉子電路的效率為： 可見，當轉速降低，即s增高時，轉子損耗功率pCu2=sPem增高，下降。故這種調速方法適用(shyng)于恒轉矩負載。對于通風機負載也可應用。第8頁/共89頁第九頁，共89頁?！纠?0-1】一臺三相(sn xin)繞線式異步電動機的額定數(shù)據(jù)是：PN=75 kW，U1N=380 V，I1N=148 A，nN=720 r/min，KT= 2.4，E2N=213 V，I2N=220 A，拖動TL=0.85TN恒轉矩負載，要求電動機運行在n=660 r/min。（1） 若采用轉子回路串電

4、阻調速，求每相應串的電阻值；（2） 若采用降壓調速，求電源電壓值。第9頁/共89頁第十頁，共89頁。1NN17507200.04750nnsn22mNTT10.042.42.410.183ssKKN2N22N0.04 2130.0224 33220s ERI第10頁/共89頁第十一頁，共89頁。接著計算在接著計算在TL=0.85TN時固有機械特性的轉差時固有機械特性的轉差TNemmm2K TTssssc20.12110.02240.0567 0.034sRRs轉子回路應串電阻為117506600.12750nnsn在TL=0.85TN、轉子回路串電阻且n=660 r/min時的轉差率為第11頁

5、/共89頁第十二頁，共89頁。（2） 求電源電壓求電源電壓mNNm2TTss降壓(jin y)時，根據(jù)TemU21有mLNNm20.850.85TTTssmLm2TTssmNm0.850.85 0.040.2830.12TsTsm11Nm3800.283202 VTUUT第12頁/共89頁第十三頁，共89頁。為了保證恒轉矩調速，要求保持m基本(jbn)不變，這樣就要求降低頻率時必須同時降低電源電壓。11111144. 444. 4kfUkfENNm降低頻率f1的同時降低電源電壓(diny)U1的方法有兩種。第13頁/共89頁第十四頁，共89頁?！?1Uf常數(shù)221em222111232RpUs

6、TRfRXXs2211221211232RfUpsfRRXXs（10-9）近似恒磁通控制(kngzh)方式壓頻比近似恒磁通控制(kngzh)方式第14頁/共89頁第十五頁，共89頁。（10-10）21m221111234pUTfRRXX211221111234UfpfRRXX第15頁/共89頁第十六頁，共89頁。隨著頻率的降低(jingd)，最大轉矩減小，可能無法帶動負載第16頁/共89頁第十七頁，共89頁。低頻低壓時異步電低頻低壓時異步電第17頁/共89頁第十八頁，共89頁。2. “=常數(shù)常數(shù)”的的運行方式運行方式11EfsRXsREfpnsRIPTemem2222222112221)(23

7、6023第18頁/共89頁第十九頁，共89頁。22112122232RpfEsfRXs21122212312pfEsXRfsR（10-11）所以222122221211)()2()(23lLsfrrsffEpT上式即為保持 為常數(shù)變頻調速時的機械特性方程式。11/ fE第19頁/共89頁第二十頁，共89頁。分析上式不難發(fā)現(xiàn)：當電動機帶動恒轉矩負載時，只需 也為常數(shù)即可。1sf常數(shù)npnnpfsf60)(60121上式表明：在不同頻率下由負載產生的轉速(zhun s)降相同，即各機械特性相互平行。第20頁/共89頁第二十一頁，共89頁。特點1：保持 ， 不同時，各機械特性相互平行。常數(shù)11/ f

8、E1f將機械特性方程式對s求導，并令 可得：0/dsdT121212fsLfrsmlm常數(shù)22112max1)(83lLfEpT特點2：調速時，不同頻率(pnl)下電機產生的最大轉矩不變。第21頁/共89頁第二十二頁，共89頁。第22頁/共89頁第二十三頁，共89頁。下面來分析(fnx)恒磁通變頻調速屬于哪種調速方式：令 ，轉子電流為CfE11/22212221222212)()2()(lLsfRCsfxsREI可見， 僅由 決定，若 2I1sfCICTCsf21當NNNIIIITT1122,所以， 為常數(shù)(chngsh)時的變頻調速為恒轉矩調速方式。11/ fE第23頁/共89頁第二十四頁，

9、共89頁。10.2.2從基頻向上調速從基頻向上調速（10-15）221Nem222111232RpUsTRfRXXs設，并且由于f1較高，R1比X1、X2、R2/s都小很多，忽略R1 ，因此(ync)Tm和sm分別為 （10-16）22m22112111212 ()RRsf LLfRXX0dsdTem第24頁/共89頁第二十五頁，共89頁。（10-17）21Nm22221111123144pUTfRRfLL21N21111231142pUfffLL（10-18）21mm1112602 ()Rfns nf LLp常數(shù)第25頁/共89頁第二十六頁，共89頁。第26頁/共89頁第二十七頁，共89頁。

10、（10-19）2121emem122112123/22/pURsfPTfpRRsXX221211em21223/232/pURsfUPsfpRRs（10-20）異步電動機的電磁(dinc)功率公式為在正常運行時s很小，s的變化亦很小，可以(ky)近似認為不變，則Pem常數(shù)。第27頁/共89頁第二十八頁，共89頁?？偨Y(zngji)變頻調速的特點1、1）在基頻以下變頻調速時，需定子電壓與頻率配合控制，A、 的配合控制為恒磁通變頻調速，屬于恒轉矩調速方式；B、 的配合控制為近似恒磁通變頻調速，屬于近似恒轉矩調速方式； 常數(shù)11/ fU常數(shù)11/ fE2）在基頻以上調節(jié)轉速時，21max111,fT

11、fUUmN屬于近似恒功率調速。第28頁/共89頁第二十九頁，共89頁。2、機械特性(txng)相互平行，特性(txng)硬，調速范圍寬，穩(wěn)定性好；3、s較小時，轉差功率損耗(snho)小，效率較高；4、 可連續(xù)調節(jié)，易于實現(xiàn)無級調速。1f第29頁/共89頁第三十頁，共89頁。10.2.3恒功率運行恒功率運行（10-21）212em213UfPRf第30頁/共89頁第三十一頁，共89頁。異步電機恒功率運行方式有兩種：異步電機恒功率運行方式有兩種：“21m22221111123144pUTfRRfLL12ffs忽略(hl)R1，則最大轉矩可表示為（10-22）21m2221112318UpTffL

12、L第31頁/共89頁第三十二頁，共89頁。圖 10-8U1=常數(shù)(chngsh)、常數(shù)(chngsh)的運行方式的調節(jié)特性（a） 轉矩曲線；（b） 電壓、電流曲線12ffs12ffs21f第32頁/共89頁第三十三頁，共89頁。當轉差率當轉差率s很小時，很小時，（10-23）22RXs11222222/EsEIRRsXem1 2213cos2pTE If11em1232pEsETfR即21em121312sUpTfRf第33頁/共89頁第三十四頁，共89頁。從式（從式（10-23）可見，）可見，U1=常數(shù)、常常數(shù)、常數(shù)運行時，電磁轉矩與數(shù)運行時，電磁轉矩與f1成反比。因此成反比。因此(ync)

13、，則定子電流亦為常數(shù)。則定子電流亦為常數(shù)。（10-24）111222222122/EUUfIsRRfRsX12ffs12ffs第34頁/共89頁第三十五頁，共89頁。2. “f2=常數(shù)常數(shù)(chngsh)、常、常數(shù)數(shù)(chngsh)”的運行方的運行方式式矩矩Tm與與f1成反比，如圖成反比，如圖10-9 （a）所示。）所示。211Uf21m21112318UpTffLLm11Tf211Uf第35頁/共89頁第三十六頁，共89頁。211Uf第36頁/共89頁第三十七頁，共89頁。根據(jù)根據(jù)(gnj)式（式（10-20）可求）可求得電磁轉矩為得電磁轉矩為（10-25）22212121em2211221

14、23/33222/pURspUf UspTffRRfRs11Uf11212122212121Kf fUfK fIRfR fRf（10-26）m11Tf211Uf第37頁/共89頁第三十八頁，共89頁。1f211Uf1f第38頁/共89頁第三十九頁，共89頁?！纠纠?0-2】一臺三相】一臺三相4極籠型極籠型異步電動機的額定數(shù)據(jù)為：異步電動機的額定數(shù)據(jù)為：U1N=380 V，I1N=30 A，1NN11500 14550.031500nnsn解： 固有(gyu)機械特性時，額定轉差率為11fU第39頁/共89頁第四十頁，共89頁。根據(jù)根據(jù)(gnj)簡化機簡化機械特性，當械特性，當TL=0.8TN

15、時，有時，有LNN0.024TssT112 103634.53 Hz6060pnf1N111N38034.53262.4 V50UUffmin/10363610001rnnn第40頁/共89頁第四十一頁，共89頁。第41頁/共89頁第四十二頁，共89頁。c10.3.1變極調速的基本變極調速的基本原理原理第42頁/共89頁第四十三頁，共89頁。以“倍極比”單繞組變極為(j wi)例說明原理：根據(jù)電流(dinli)方向可判斷出其產生的脈振磁勢是四極。第43頁/共89頁第四十四頁，共89頁。由兩個線圈的正向串聯(lián)(chunlin)變換成反向串聯(lián)(chunlin)或并聯(lián):結果：極對數(shù)減半(jin bn)

16、，轉速加倍第44頁/共89頁第四十五頁，共89頁?？梢姡灰獙⒁幌嗫梢?，只要將一相第45頁/共89頁第四十六頁，共89頁。min/1500, 421rnpmin/3000, 22rnp第46頁/共89頁第四十七頁，共89頁。第47頁/共89頁第四十八頁，共89頁。當定子繞組從當定子繞組從Y形改為形改為(i wi)YY形時，假設電動機的功率形時，假設電動機的功率因數(shù)因數(shù)cos1和效率和效率不變，每半相不變，每半相Y1N 1N13cosPUIYY1N1N1Y3(2)cos2PUIPYYYY1Y95509550PPTnnYY接法時YYYYYYYYY1Y1Y2295509550955022PPPTTn

17、nn可見，改變接法后，輸出功率近似(jn s)增加了一倍，而轉矩近似(jn s)保持不變，屬于恒轉矩調速。第48頁/共89頁第四十九頁，共89頁。第49頁/共89頁第五十頁，共89頁。第50頁/共89頁第五十一頁，共89頁。注意：要保證改接后電機的轉速不變，則改接的同時(tngsh)必須調換三相電源中任意兩相的相序。第51頁/共89頁第五十二頁，共89頁。當定子當定子 繞組繞組1N1133cosPUIYY1N1123(2 ) cos1.153PUIPP195509550PPTnn接法時電機(dinj)的輸出轉矩為：YY接法時接法時YY接法時YYYYYYY1Y1219550955095500.5

18、77233PPPTTTnnn第52頁/共89頁第五十三頁，共89頁。當形接法改接成當形接法改接成YY接法后，電動機輸出接法后，電動機輸出第53頁/共89頁第五十四頁，共89頁。（10-27）222222()sEIRsX10.4繞線式轉子繞線式轉子(zhun z)異步電異步電機的機的雙饋調速及串級調速雙饋調速及串級調速10.4.1雙饋調速的基本原理雙饋調速的基本原理第54頁/共89頁第五十五頁，共89頁。.2U第55頁/共89頁第五十六頁，共89頁。2EsUsnTTTIUEsLemema,2222U2s E 當轉子(zhun z)外接電壓 與轉子(zhun z)電動勢反相且 ，此時有2U2s E

19、222222()sEIRsXLemTTUEs22第56頁/共89頁第五十七頁，共89頁。在這種情況下，轉在這種情況下，轉（10-28）2222a2222222222coss EURIIRs XRs X222222a2222s EURsE RIRR（）可得。如果改變轉子回路所加電壓U2，則s改變，從而(cng r)達到調速的目的。22UssE第57頁/共89頁第五十八頁，共89頁。2） 轉子轉子(zhun z)（10-29）222222a2222s EURsE RIRR（）2U2s E有，可分幾種情況討論。第一種情況是U20）時，將式）時，將式（10-33）變形為）變形為（10-34）2U2sE

20、22emTm222222cos1sEUTCsERsX2emD21UTTsE第66頁/共89頁第六十七頁，共89頁。式中，式中，TD為為 =0時異步電機時異步電機的電磁轉矩，即產生的轉子的電磁轉矩，即產生的轉子電流形成的電磁轉矩。將實用轉電流形成的電磁轉矩。將實用轉矩公式代入得矩公式代入得（10-35）mDmD2emmDmD2mDmD22TTUTsssssEssssmDmD mD2DD22mDmD2mD22TTsUTTssssEss2U2sE2U2U2sE第67頁/共89頁第六十八頁，共89頁。（10-36）22emTm2DD22222cos1sEUTCTTsERsXmDDmDmD2TTssss

21、mD mD2D22mD22TsUTssE（10-37）第68頁/共89頁第六十九頁，共89頁。第69頁/共89頁第七十頁，共89頁。從式（從式（10-37）可見：）可見：U20，即即 與相位相同時，與相位相同時，TD0；U20，即，即 與相與相位相反時，位相反時，TD0。 在在s=0（即（即n=n1）處，）處，TD將出現(xiàn)最大值將出現(xiàn)最大值。（10-38）2U2sE2U2sEmD2mDmD22TUTsE2022(cossintan)UsE 2U第70頁/共89頁第七十一頁，共89頁。從式（從式（10-38）可見）可見(kjin)，改變，改變 的大的大（10-40）2U2U2sE2U2sE202U

22、sE 202UsE（10-39）第71頁/共89頁第七十二頁，共89頁。繞線式異步電機雙繞線式異步電機雙饋調速時的理想空載轉饋調速時的理想空載轉速速n1為為。（10-41）2U2sE2U2sE211012(1)(1)UnnsnE第72頁/共89頁第七十三頁，共89頁。3. 雙饋調速系統(tǒng)的組成雙饋調速系統(tǒng)的組成第73頁/共89頁第七十四頁，共89頁。由于異步電動機轉由于異步電動機轉子感應電動勢的頻率子感應電動勢的頻率第74頁/共89頁第七十五頁，共89頁。10.4.210.4.2串級調速的基本原理串級調速的基本原理1. 1. 串級調速的基本原理串級調速的基本原理繞線式異步電機的雙饋調速繞線式異步

23、電機的雙饋調速要求加在電機轉子要求加在電機轉子(zhun z)(zhun z)繞繞組的電壓頻率與轉子組的電壓頻率與轉子(zhun z)(zhun z)第75頁/共89頁第七十六頁，共89頁。根據(jù)外加根據(jù)外加(wiji)直直流電源的不同，繞線式流電源的不同，繞線式異步電機的串級調速分異步電機的串級調速分為三種基本類型：第一為三種基本類型：第一指標的限制；第三種是指標的限制；第三種是晶閘管串級調速。晶閘管串級調速。第76頁/共89頁第七十七頁，共89頁。圖圖10-22是晶閘管串是晶閘管串級調速框圖。圖中的整級調速框圖。圖中的整流器把異步電動機轉子流器把異步電動機轉子第77頁/共89頁第七十八頁，共

24、89頁。由其等效電路可知(k zh)：222222)(sxrEsEIad若定子電壓及負載轉矩不變時， ，同時，s 在正常運行時很小， 則有：常數(shù)2I22rsx常數(shù)adEsE2改變 時，s將發(fā)生變化。adE第78頁/共89頁第七十九頁，共89頁。分析(fnx)：1）設 與 反相，則：adE2Es常數(shù)adEsE2nsEad當 時，電動機在固有機械特性上運行， 最高， ；當 時，0adEn1nn 2EEad0, 1ns可見： 在 之間變化可實現(xiàn)(shxin)轉速由高到低變化，由于 所以這種調速叫做次同步串級調速。adE20E1nn 第79頁/共89頁第八十頁，共89頁。2）設 與 同相，則：常數(shù)ad

25、EsE2adE2EsnsEad當 時，電動機在固有機械特性上運行，當 增加到某一值時， ，此時轉子電流僅由 產生，電動機仍產生拖動轉矩，若 再增加，0adEadE1,0nnsadEadE1,0nns電機(dinj)在高于同步轉速下運行，此時稱為超同步串級調速。第80頁/共89頁第八十一頁，共89頁。由功率(gngl)關系上分析：轉子回路的功率為 ，就是轉差功率，222cos3IsEsP引入附加電動勢后， 將發(fā)生變化。在次同步串級調速中， 與 反相位，且 所以 將吸收功率 ， 吸收的就是轉差功率。adE2E2sEEadadE22cos3IsEadadE若 常數(shù)， 常數(shù)， 也近似為常數(shù)，由于LT2I2cos22cos3IsEPads所以調節(jié) 就能調節(jié)轉差功率，改變了