電機(jī)及拖動(dòng)第12章

第12章三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法分類由異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表達(dá)式常用的調(diào)速方法有改變定子繞組的極對(duì)數(shù)調(diào)速（變極調(diào)速）；改變電源的頻率調(diào)速（變頻調(diào)速）；改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。（改變定子繞組外加電壓調(diào)速；繞線轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速；電磁滑差離合器調(diào)速；串級(jí)調(diào)速等）12.1變極調(diào)速

變極調(diào)速原理變極調(diào)速是通過(guò)改變定子繞組的連接方法，改變電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)，使同步轉(zhuǎn)速改變，達(dá)到改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。變極調(diào)速一般用于鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)。1.變極原理假設(shè)定子每相繞組是由兩個(gè)完全相同的“半相繞組”構(gòu)成，當(dāng)兩個(gè)“半相繞組”串聯(lián)或并聯(lián)時(shí)，可以形成不同的極對(duì)數(shù)。兩個(gè)“半相繞組”順接串聯(lián)形成四極磁場(chǎng)電路連接定子四極磁場(chǎng)兩個(gè)“半相繞組”反接串聯(lián)形成二極磁場(chǎng)電路連接定子二極磁場(chǎng)兩個(gè)“半相繞組”反接并聯(lián)形成二極磁場(chǎng)電路連接定子二極磁場(chǎng)2.兩種常用的變極方法Y接?雙Y接變極方法Y接時(shí)兩個(gè)“半相繞組”為順接串聯(lián)，高極對(duì)數(shù)。雙Y接時(shí)兩個(gè)“半相繞組”為反接并聯(lián)，低極對(duì)數(shù)。Δ接?雙Y接變極方法Δ接時(shí)兩個(gè)“半相繞組”為順接串聯(lián)，高極對(duì)數(shù)。雙Y接時(shí)兩個(gè)“半相繞組”為反接并聯(lián)，低極對(duì)數(shù)。注意：在變極調(diào)速，改變繞組連接時(shí)，為保持轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向不變，必須同時(shí)改變外施電源的相序。例如：雙Y接（低極對(duì)數(shù)，高速，2p=2）→Y接（高極對(duì)數(shù)，低速，2p=4）時(shí)，定子繞組的空間位置為：

3.變極調(diào)速時(shí)的容許輸出容許輸出是指在調(diào)速過(guò)程中，如果保持定、轉(zhuǎn)子繞組線圈中的電流為額定值的條件下，電動(dòng)機(jī)所允許輸出的功率或轉(zhuǎn)矩的限制值。由輸出功率當(dāng)忽略定子繞組損耗時(shí)，有Y接?雙Y接變極調(diào)速方法則有Y接?雙Y接變極調(diào)速方法：在變極調(diào)速前后容許輸出轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。適合恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。Δ接?雙Y接變極方法則有Δ接?雙Y接變極調(diào)速方法：在變極調(diào)速前后，容許輸出功率近似恒定，接近恒功率調(diào)速方式。比較適合恒功率負(fù)載。4.變極調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性討論機(jī)械特性的三個(gè)特殊點(diǎn)：理想空載點(diǎn)、最大轉(zhuǎn)矩、臨界轉(zhuǎn)差率、起動(dòng)點(diǎn)Y接?雙Y接變極調(diào)速方法則有臨界轉(zhuǎn)差率和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為

對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性Δ接?雙Y接變極調(diào)速方法則有臨界轉(zhuǎn)差率和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為

對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性12.2變頻調(diào)速改變頻率調(diào)速時(shí)的問(wèn)題由異步電動(dòng)機(jī)定子電路電動(dòng)勢(shì)平衡方程：1）如果定子相電壓保持不變，降低頻率使轉(zhuǎn)速下降時(shí)，則主磁通增大，大于額定運(yùn)行時(shí)的主磁通，使磁路過(guò)分飽和，導(dǎo)致勵(lì)磁電流增大，功率因數(shù)降低；2）增大頻率時(shí)，主磁通降低，小于額定運(yùn)行時(shí)的主磁通，使容許輸出轉(zhuǎn)矩下降。1.為使變頻調(diào)速時(shí)主磁通保持不變，端電壓的變化規(guī)律即端電壓必須與頻率成比例改變。1）對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，同時(shí)還可以使過(guò)載能力保持不變。設(shè)頻率改變后，電動(dòng)機(jī)的頻率、過(guò)載能力和電壓分別為則在頻率改變前，最大轉(zhuǎn)矩有而當(dāng)頻率改變后，最大轉(zhuǎn)矩為對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，有即頻率改變前后，電磁轉(zhuǎn)矩保持不變。頻率改變后頻率改變前2）對(duì)于恒功率負(fù)載，如果要保持過(guò)載能力不變，端電壓與頻率的關(guān)系為證明：對(duì)于恒功率負(fù)載如果要保持過(guò)載能力不變，即則由對(duì)于恒功率負(fù)載，端電壓與頻率的關(guān)系滿足

條件時(shí)，則在調(diào)速前后電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力保持不變，但主磁通將發(fā)生變化。變頻調(diào)速最適合恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負(fù)載。2.變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性1）對(duì)理想空載點(diǎn)（同步轉(zhuǎn)速），有2）當(dāng)頻率相對(duì)較高時(shí)，有如果按保持主磁通不變，改變頻率時(shí)，即端電壓與頻率成正比，最大轉(zhuǎn)矩不變，臨界轉(zhuǎn)查率與頻率成反比。最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速降為即在頻率變化時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速降不變。3）對(duì)于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩在頻率較高時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨頻率的降低而增大。在頻率較高時(shí)，改變頻率時(shí)的人為機(jī)械特性可以看成是固有機(jī)械特性的平移，特性的硬度不變。4）在頻率相對(duì)較低時(shí)，定子電阻不能忽略，如果按改變電壓，則隨頻率的降低，最大轉(zhuǎn)矩將減小。同時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小。例：一臺(tái)三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，額定數(shù)據(jù)為定子繞組為Δ接。采用變頻調(diào)速，使的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)速降為，試求變頻電源的輸出電壓和頻率。解：該電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速及額定轉(zhuǎn)差率為則由機(jī)械特性的線性表達(dá)式則在0.8倍額定負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速降為變頻調(diào)速后，人為特性的硬度不變，轉(zhuǎn)速降不變，則變頻后的同步轉(zhuǎn)速為則變頻電源的輸出電壓頻率為對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，按端電壓與頻率成正比降低，則變頻電源的輸出電壓為12.3改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速（能耗轉(zhuǎn)差調(diào)速）一、繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速1.調(diào)速原理當(dāng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串入電阻瞬間，轉(zhuǎn)速不能突變，轉(zhuǎn)差率不能突變。由轉(zhuǎn)子電流及電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，轉(zhuǎn)子電流減小，使電磁轉(zhuǎn)矩相應(yīng)減小，小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)減速。轉(zhuǎn)差率增大，使轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)和電流重新增大，直到電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡。2.轉(zhuǎn)子電路串電阻時(shí)的人為機(jī)械特性特點(diǎn)：與固有機(jī)械特性相比理想空載點(diǎn)相同；最大轉(zhuǎn)矩大小不變，臨界轉(zhuǎn)差率增大；轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻不大時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大；轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻越大，人為機(jī)械特性越軟。3.調(diào)速電阻的計(jì)算在額定電壓下，如果調(diào)速前后保持轉(zhuǎn)子電流為額定值，即則轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻為4.調(diào)速方式轉(zhuǎn)子側(cè)的功率因數(shù)為則轉(zhuǎn)矩為調(diào)速前后轉(zhuǎn)矩不變，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。適合恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。5.轉(zhuǎn)子調(diào)速時(shí)的經(jīng)濟(jì)性串入電阻調(diào)速后，轉(zhuǎn)子的銅損耗為不考慮機(jī)械損耗，則輸出功率為調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)子電路的效率為隨著轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)子電路功率損耗增大，轉(zhuǎn)子側(cè)的效率降低。二、改變定子電壓調(diào)速（降壓調(diào)速）1.調(diào)速原理當(dāng)降低定子端電壓的瞬間，轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)差率不能突變，電磁轉(zhuǎn)矩減小，小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)減速。隨著轉(zhuǎn)速的下降，轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)增大，使轉(zhuǎn)子電流增大，電磁轉(zhuǎn)矩重新增大，直到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡。2.降壓調(diào)速時(shí)的人為機(jī)械特性特點(diǎn)：與固有機(jī)械特性相比理想