第10章 三相交流電動機調(diào)速

（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）不變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速，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)速等；（4）利用轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速。第10章三相交流電動機調(diào)速變轉(zhuǎn)差率不變轉(zhuǎn)差率2023/2/51電機與拖動交流調(diào)速應(yīng)用的領(lǐng)域1.凡是能用直流調(diào)速的場合,都能用交流調(diào)速;2.直流調(diào)速達不到的,如大容量,高轉(zhuǎn)速,高電壓等,都能用交調(diào);3.原來不調(diào)速的風(fēng)機,泵類拖動,采用交調(diào),可以大幅度節(jié)能.2023/2/52電機與拖動一、繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速所串電阻越大，轉(zhuǎn)速越低.（拖動恒轉(zhuǎn)矩負載）調(diào)速過程:2023/2/53電機與拖動當(dāng)電源電壓一定時，主磁通

基本上是定值，設(shè)轉(zhuǎn)子電流I2維持在它的額定值工作，則：轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，保持電機轉(zhuǎn)子電流為額定值，則:a.轉(zhuǎn)子回路串電阻屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法2023/2/54電機與拖動當(dāng)電機轉(zhuǎn)子回路串了電阻后，轉(zhuǎn)子回路的功率因數(shù)為：

常數(shù)T不變2023/2/55電機與拖動當(dāng)負載為恒轉(zhuǎn)矩時，根據(jù)上式，則有：這種調(diào)速方法的調(diào)速范圍不大，一般為（2～3）:1。負載小時，調(diào)速范圍就更小了。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)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，如用于起重機。b.轉(zhuǎn)子回路串電阻屬有級調(diào)速2023/2/56電機與拖動c.轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速經(jīng)濟性差2023/2/57電機與拖動二、異步電動機改變定子電壓調(diào)速(調(diào)壓調(diào)速)snsm10TLUN0TstTmaxTemn1A0.8UN0.64Tst0.64Tmax2023/2/58電機與拖動1.對普通異步電機如果采用調(diào)壓調(diào)速拖動恒轉(zhuǎn)矩負載,調(diào)速范圍窄(S<Sm).2.一般調(diào)壓調(diào)速用于風(fēng)機,泵類負載a.整個范圍能運行;b.性能價格比好.3.異步電機調(diào)壓調(diào)速的閉環(huán)系統(tǒng);4.常用的調(diào)壓調(diào)速電路.2023/2/59電機與拖動三、變頻調(diào)速：

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)，也可以從基頻向下調(diào)。變頻調(diào)速的條件:變頻機組：靜止的變頻裝置:如何獲得變頻電源？2023/2/510電機與拖動1.從基頻向下變頻調(diào)速（機械特性）⑴保持=常數(shù)（恒磁通控制方式）2023/2/511電機與拖動最大轉(zhuǎn)矩處的轉(zhuǎn)速降落為：2023/2/512電機與拖動2023/2/513電機與拖動這種調(diào)速方法機械特性較硬，在一定的靜差率要求下，調(diào)速范圍寬，而且穩(wěn)定性好。由于頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，因此變頻調(diào)速為無級調(diào)速，平滑性好。另外，電動機在正常負載運行時，轉(zhuǎn)差率s較小，因此轉(zhuǎn)差功率較小，效率較高。經(jīng)分析，恒磁通變頻調(diào)速是屬于為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。即當(dāng)：時，2023/2/514電機與拖動⑵保持=常數(shù)（近似恒磁通控制方式）2023/2/515電機與拖動2023/2/516電機與拖動當(dāng)f下降不多時:當(dāng)f下降較多時:2023/2/517電機與拖動低頻補償(15Hz以下)2023/2/518電機與拖動2.從基頻向上變頻調(diào)速

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Φm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。2023/2/519電機與拖動2023/2/520電機與拖動因此，頻率越高時，越小，也減小，最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落為2023/2/521電機與拖動三相異步電動機變頻調(diào)速具有以下幾個特點：①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；②調(diào)速范圍大；③轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好；④運行時小，效率高；⑤頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，變頻調(diào)速為無級調(diào)速。2023/2/522電機與拖動2.變極繞組的連接方法：

Y→YY(2p→p)；Δ→YY(2p→p)。四、鼠籠式異步電機的變極調(diào)速(多速電機)1.可以采用兩套繞組，但為了提高材料的利用率，一般采用單繞組變極，即通過改變一套繞組的連接方式而得到不同極對數(shù)的磁動勢，以實現(xiàn)變極調(diào)速。3.說明：變極前后，三相繞組的相序發(fā)生改變，為保證電動機的轉(zhuǎn)向不變，須對調(diào)定子兩相繞組的出線端。

2023/2/523電機與拖動小結(jié):三相交流電動機調(diào)速的分類:調(diào)速的機械特性(U,R2,f)及特點:變頻調(diào)速的條件,低頻補償2023/2/524電機與拖動(1)雙饋調(diào)速的基本原理:

繞線式異步電動機多用在要求起動轉(zhuǎn)矩大或要求調(diào)速的負載場合,在這兩種場合下傳統(tǒng)的方法是在轉(zhuǎn)子回路中串聯(lián)電阻.但這種調(diào)速方法的效率是比較低的,而且調(diào)速性能也不理想.而如果采用了雙饋調(diào)速法,則效果要好一些.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)。

11.5.3繞線式異步電動機雙饋調(diào)速及串級調(diào)速原理：2023/2/525電機與拖動隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，繞線式異步電動機組成的雙饋調(diào)速系統(tǒng)，得到了許多人的重視。經(jīng)過試驗研究，已經(jīng)取得了重要的技術(shù)成就。下面討論這一技術(shù)問題。一、雙饋調(diào)速法：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)。我們知道，當(dāng)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為：2023/2/526電機與拖動為了簡化分析和突出主要的概念，暫時忽略轉(zhuǎn)子漏電抗的影響。當(dāng)定子電源電壓及負載轉(zhuǎn)矩保持不變的條件下，應(yīng)為常數(shù)，即

=常數(shù)2023/2/527電機與拖動現(xiàn)在分析繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子回路接有外電源的情況。為了簡單起見，在下面的分析中，凡是轉(zhuǎn)子的各物理量都應(yīng)理解為已經(jīng)進行過折合，不再用帶撇的符號表示了。定、轉(zhuǎn)子電壓、電動勢和電流的正方向如圖所示。其中Ｕ2是轉(zhuǎn)子外加三相對稱電源相電壓的有效值。下面分幾種情況討論。2023/2/528電機與拖動⑴轉(zhuǎn)子外接電壓與轉(zhuǎn)子電動勢反相：這種情況的相量圖如圖（a）所示。2023/2/529電機與拖動在這種情況下，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(dāng)轉(zhuǎn)差率增大到時，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢為。等于原先的，就能保持電子電流不變。電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)短達到了新的平衡，電機在新的轉(zhuǎn)差率下運行，即＞s，轉(zhuǎn)速降低了。注意，這里的轉(zhuǎn)差率s不再是電動機實際運行的轉(zhuǎn)差率，它的含義是在同樣負載轉(zhuǎn)矩下，轉(zhuǎn)子回路未接電壓時的轉(zhuǎn)差率，是個固定的數(shù)值。2023/2/530電機與拖動這種情況下轉(zhuǎn)子電流為：或所以電機實際運行的轉(zhuǎn)差率為：2023/2/531電機與拖動⑵轉(zhuǎn)子外接電壓與轉(zhuǎn)子電動勢同相這種情況要分幾種情況討論：1）當(dāng)如圖b所示：剛開始時，由于轉(zhuǎn)子回路合成電動勢增大，使增大，電磁轉(zhuǎn)矩增大，在負載轉(zhuǎn)矩不變的條件下，轉(zhuǎn)子加速。隨著轉(zhuǎn)速的增加（轉(zhuǎn)差率減小為），轉(zhuǎn)子回路感應(yīng)電動勢減小，直到等于原先的，才能保持不變，電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩達到新的平衡，電機在新的轉(zhuǎn)差率下運行。這時，<S,即電機的轉(zhuǎn)速升高了。2023/2/532電機與拖動2）當(dāng)僅由的作用就能產(chǎn)生，電機的轉(zhuǎn)速達同步速，為零，見圖（c）。2023/2/533電機與拖動3）當(dāng)在負載轉(zhuǎn)矩不變的條件下，電機的轉(zhuǎn)速可以超過同步速，轉(zhuǎn)差率＜0，如圖d）所示。這種情況下，轉(zhuǎn)子電流為：或2023/2/534電機與拖動電機實際運行的轉(zhuǎn)差率為：⑶轉(zhuǎn)子外接電壓與轉(zhuǎn)子電動勢相位差90°：1）當(dāng)領(lǐng)先：這種情況轉(zhuǎn)子回路的合成電動勢產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流入者同相（僅考慮的作用），其中有功電流為，無功電流為。由于無功電流與氣隙磁密同相，起了勵磁電流的作用，以知電機定子電流為：2023/2/535電機與拖動可見，定子邊的功率因數(shù)得到了改善。在調(diào)速范圍較大時，不能忽略轉(zhuǎn)子漏阻抗的影響，因為它對轉(zhuǎn)子電流的大小和相位都有影響。2023/2/536電機與拖動（2）串級調(diào)速的基本要求：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)橹绷麟妱觿?，同時把轉(zhuǎn)子外加電壓也變?yōu)橹绷髁浚@就是串級調(diào)速的基本思路。如圖所示：2023/2/537電機與拖動圖中的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，同時給轉(zhuǎn)子電流提供通路，并把轉(zhuǎn)差功率（扣除轉(zhuǎn)子繞組銅損耗）大部分反送回交流電源。異步電動機轉(zhuǎn)子相電動勢為：經(jīng)三相整流器后變?yōu)橹绷麟妱觿荩?/p>

2023/2/538電機與拖動式中是整流系數(shù)。逆變器直流側(cè)直流電動勢為：式中是逆變器的系數(shù)；是變壓器副邊相電壓；是逆變角。