第十二章三相異步電動機的調速課件

1、第十二章 三相異步電動機的調速要求電動機具有幾種轉速在一定范圍內可以連續(xù)調速異步電動機在變頻調速大量應用之前調速性能較差，要求調速性能較高的生產機械不得不采用直流電動機拖動。直流電動機有換向器的存在，使得它的應用也存在一些缺陷。異步電動機沒有換向器，所以不存在直流電動機的缺點，只是因為調速性能不理想而不得不采用直流電動機，因此如何提高異步電動機的調速性能，就是我們追求的理想目標。10/14/20221第十二章 三相異步電動機的調速要求電動機具有幾種轉速異步電動三相異步電動機的調速方法概述異步電動機轉速的表達式（1）改變定子繞組的極對數(shù)p；（2）改變電源的頻率f1,以改變ns進行調速，稱為變頻調

2、速；（3）改變電動機的轉差率； 改變定子繞組的端電壓； 改變定子繞組的外加電阻或電抗； 轉子回路加電阻或電抗； 轉子回路引進fsf的外加電勢。異步電動機調速的方法改變同步轉速10/14/20222三相異步電動機的調速方法概述異步電動機轉速的表達式（1）改變第一節(jié) 變極調速 由于一般異步電動機正常運行時的轉差率很小，電動機的轉速n=ns(1-s)主要取決于同步轉速。 從ns=60f1/p可知， 在電源頻率保持不變的情況下，改變定子繞組的極對數(shù)p， 即可改變電動機的同步轉速ns，從而使電動機的轉速n也隨之改變，這就是變極調速的基本原理。 1、變極原理10/14/20223第一節(jié) 變極調速 由于一般

3、異步電動機正常運行時的轉10/14/2022410/11/202242、三相繞組的聯(lián)結方式10/14/202252、三相繞組的聯(lián)結方式10/11/2022510/14/2022610/11/202263、變極前后轉矩和功率的關系變極調速時，電動機的容許輸出功率或轉矩在變速前后的關系。輸出功率為 在高、低速運行時，電動機繞組內均流過額定電流，這樣在兩種聯(lián)結法下的轉矩之比為當定子繞組從一個三角形聯(lián)結改成二個星形聯(lián)結的并聯(lián)時，極對數(shù)也減小一倍， 也增加一倍。兩種聯(lián)結法的功率比為10/14/202273、變極前后轉矩和功率的關系變極調速時，電動機的容許輸出功率采用/YY改接方法，電動機的輸出功率在改接

4、前后基本保持不變，屬于恒功率性質。根據轉矩關系式可知，采用/YY改接方法，當轉速增加一倍時，轉矩則近似減小一半。其機械特性如圖所示。Y/YY變極調速屬于恒轉矩性質，其機械特性如圖所示。這種變極調速方法適用于恒轉矩負載的拖動系統(tǒng)，如起重機、傳輸帶等機械。10/14/20228采用/YY改接方法，電動機的輸出功率在改接前后基本保持不變 從以上分析可以看出，異步電動機的變極調速簡單可靠、成本低、效率高、機械特性硬，且既可適用于恒轉矩調速也可適用于恒功率調速，屬于轉差功率不變型調速方法，但變極調速是有級調速，不能實現(xiàn)均勻平滑的無級調速，且能實現(xiàn)的速度檔也不可能太多。此外，多速電動機的尺寸一般比同容量的

5、普通電動機稍大，運行性能也稍差一些，且接線頭較多，并需要專門的換接開關，但總體上，變極調速還是一種比較經濟的調速方法。4、變極調速的優(yōu)缺點10/14/20229 從以上分析可以看出，異步電動機的變極調速簡單可靠、第二節(jié) 變頻調速 當極對數(shù)一定時，三相異步電動機的同步轉速與定子電源的頻率f1成正比，改變f1就可以改變同步轉速，進而達到調速的目的。 如果電源頻率可以連續(xù)調節(jié)，則電動機的轉速就可以連續(xù)、平滑調節(jié)。 通常把異步電動機定子的額定頻率稱為基頻。變頻調速時，可以從基頻向下調節(jié)，也可以向基頻以上調節(jié)。10/14/202210第二節(jié) 變頻調速 當極對數(shù)一定時，三相異步電動機一、基頻以下調節(jié)的變頻

6、調速 三相異步電動機定子每相電壓U E，氣隙磁通為：10/14/202211一、基頻以下調節(jié)的變頻調速 三相異步電動機定子每相電壓U1、 保持E/f1=C保持E/f1=C變頻調速時的機械特性方程式為：10/14/2022121、 保持E/f1=C保持E/f1=C變頻調速時的機械特機械特性分析當電動機拖動恒轉矩負載時：同時由于：可見n僅由TL決定，與f1無關，因此保持E/f1=C變頻調速時，f1為不同值時各機械特性曲線是相互平行的。臨界轉差率和最大轉矩：10/14/202213機械特性分析當電動機拖動恒轉矩負載時：同時由于：可見n僅由機械特性曲線 變頻調速具有優(yōu)異的性能，它與他勵直流電動機降壓調

7、速相似。1）具有機械特性較硬，調速范圍較大，平滑性較高，低速時穩(wěn)定好等優(yōu)點。2）同時由于頻率可連續(xù)調節(jié)，所以變頻調速為無級調速，調速的平滑性好，3）此外，電動機拖動負載在不同轉速下運行時，轉差率較小，因此轉子銅耗小效率高。所以變頻調速是異步電動機調速最有發(fā)展前途的一種方法。10/14/202214機械特性曲線 變頻調速具有優(yōu)異的性能，它與他勵直調速方式基頻以下調速時的轉子電流：負載轉矩不變時： 所以保持E/f1=C時屬于恒轉矩調速方式 10/14/202215調速方式基頻以下調速時的轉子電流：負載轉矩不變時： 所以保持2、 保持U/f1=C忽略保持U/f1=C變頻調速時的機械特性方程式為：10

8、/14/2022162、 保持U/f1=C忽略保持U/f1=C變頻調速時的機10/14/20221710/11/202217二、基頻以上調節(jié)的變頻調速 當 f1fN 時，要保持m=C，定子電壓需要高于額定值，這是不允許的。因此保持 U1=UN ，這樣 f1，m，相當于弱磁調速。10/14/202218二、基頻以上調節(jié)的變頻調速 當 f1fN 時，要保持調速方式 由于f1升高后m減小，因此保持定轉子電流額定值不變，電磁轉矩將低于額定值。這時電動機的電磁功率為： 運行時若U1=UN不變，同時不同頻率下s變化不大，因此PM常數(shù)，所以可近似認為屬于恒功率調速方式。10/14/202219調速方式 由于

9、f1升高后m減小，因此保持定轉子電流額定三、變頻調速特點10/14/202220三、變頻調速特點10/11/202220四、變頻調速的實現(xiàn)變頻器10/14/202221四、變頻調速的實現(xiàn)變頻器10/11/20222110/14/20222210/11/202222第三節(jié) 能耗轉差調速一、轉子電路串聯(lián)電阻調速 轉子電路串聯(lián)電阻的數(shù)值愈大，人為機械特性愈軟 。10/14/202223第三節(jié) 能耗轉差調速一、轉子電路串聯(lián)電阻調速 轉子電路串聯(lián)電當轉速降低（s 增高）時，效率下降，轉子損耗功率增高，故經濟性不高。 轉子損耗功率為 輸出功率為 調速時轉子電路的效率為 功率損耗10/14/202224當轉

10、速降低（s 增高）時，效率下降，轉子損耗功率增高，故經濟在額定電壓時，磁通定值，調速時 調速方式恒轉矩調速10/14/202225在額定電壓時，磁通定值，調速時 調速方式恒轉矩調速10/11轉子串電阻調速特點方法簡單，調速范圍廣調速電阻消耗能量，轉速越低，效率越低機械特性變軟，負載變化時，轉速變化明顯因此這種調速方法適用于對調速性能要求不高的生產機械，如起重機，通風機，軋鋼輔助機等 10/14/202226轉子串電阻調速特點方法簡單，調速范圍廣因此這種調速方法適用于二、改變定子電壓調速同步轉速ns不變；sm不變；同一轉速下 ：T U12，調速范圍小。 改進：繞線式電機可加大轉子外串電阻，左圖可

11、以看出特性變軟后，調速范圍變大。低速穩(wěn)定性差（采用高滑差電機，特性軟）。 改進：速度閉環(huán) 10/14/202227二、改變定子電壓調速同步轉速ns不變；改進：繞線式電機可加大調速方式不計I0，TL=C不是恒功率調速不是恒轉矩調速10/14/202228調速方式不計I0，TL=C不是恒功率調速不是恒轉矩調速10/適用范圍降壓調速主要用于對調速精度和調速范圍要求不高的生產機械，如低速電梯、簡單的起重機械設備、風機、泵類等。適用的功率可從數(shù)KW到200300KW。10/14/202229適用范圍降壓調速主要用于對調速精度和調速范圍要求不高的生產機三、滑差電動機（一）電磁滑差離合器的調速原理當繞組內有

12、電流通過時，在電樞與感應子之間便有磁通相鏈，如圖中虛線所示。當異步電動機帶動電樞旋轉時，電樞便以相應的轉速在感應子所建立的磁場內旋轉，于是電樞的各點上磁通處在不斷重復的變化之中，根據電磁感應定律可知，電樞上將出現(xiàn)感應電動勢。當感應子也旋轉時，此感應電動勢為10/14/202230三、滑差電動機（一）電磁滑差離合器的調速原理當繞組內有電流通在此感應電動勢的作用下，電樞內將出現(xiàn)渦流，其值為渦流與感應子磁場相互作用力為轉矩為 如主動與從動部分間沒有相對運動，即 ，則 。因此電樞與感應子間必須存在轉速差，這點與異步電動機的工作原理極為相似。其區(qū)別僅在于異步電動機的旋轉磁場由三相交流電流產生，而滑差離合

13、器的旋轉磁場則由直流電流產生，由于電樞的轉動才起旋轉磁場的作用。10/14/202231在此感應電動勢的作用下，電樞內將出現(xiàn)渦流，其值為渦流與感應子（二）電磁滑差離合器的幾種結構類型1雙電樞無集電環(huán)滑差離合器 2杯形電樞滑差離合器 10/14/202232（二）電磁滑差離合器的幾種結構類型1雙電樞無集電環(huán)滑差離合 3爪式無集電環(huán)滑差離合器 （三）電磁滑差離合器的調速性能 滑差離合器的輸入功率 滑差離合器的輸出功率 10/14/202233 3爪式無集電環(huán)滑差離合器 （三）電磁滑差離合器的調速性能如果調速時離合器效率為滑差離合器在實際應用中總是與異步電動機組合在一起的，因此滑差電動機的總效率為

14、可見，滑差電動機的效率隨轉速之下降而下降 ，而損耗功率則隨轉速之下降而增高。10/14/202234如果調速時離合器效率為滑差離合器在實際應用中總是與異步電動機四、串級調速（一）串級調速的一般原理中等以上功率的繞線轉子異步電動機與其他電動機或電子設備串級聯(lián)接以實現(xiàn)平滑調速，稱為串級調速。異步電動機的串級調速，就是在異步電動機轉子電路內引入感應電動勢 ，以調節(jié)異步電動機的轉速。引入電動勢的方向，可與轉子電動勢 方向相同或相反，其頻率則與轉子頻率相同。 1 與 同相 未引入 時引入 后10/14/202235四、串級調速（一）串級調速的一般原理中等以上功率的繞線轉子異 未引入 時 超前 90 10/14/202236 未引入 時 超前 9 2 與 反相 顯然，對于右圖所示 超前 某一角度的一般情況，可將 分解為二個分量，即與 同相的分量 ，和超前 90的分量 ，它們既能使電動機調速，又能提高定子的功率因數(shù) sE2sE2sE210/14/202237 2 與 反相 顯然，對于右圖所示 （二）串級調速的機械特性根據相量圖異步電動機的轉矩為轉子電流的有功分量 10/14/202238（二）串級調速的機械特性根據相量圖異步電動機的轉矩為轉子電流 1 時轉矩為