三相異步電動機調速

三相異步電動機的調速12.3能耗轉差調速12.1變極調速12.2變頻調速本章主要介紹異步電動機的各種調速方法的基本原理、實現(xiàn)與特性。本章小結§12－1變極調速變極調速是一種通過改變定子繞組極對數(shù)來實現(xiàn)轉子轉速調節(jié)的調速方式。在一定電源頻率下，由于同步速與極對數(shù)成反比，因此，改變定子繞組極對數(shù)便可以改變轉子轉速。改變定子的極對數(shù)，通常用改變定子繞組聯(lián)結法的方法。轉子為籠型，則轉子的極對數(shù)自動隨定子的極對數(shù)對應。也可以在電動機上安裝兩組獨立的繞組，各個繞組聯(lián)結法不同構成不同的極對數(shù)。改變極對數(shù)p都是成倍的變化，轉速也是成倍的變化，故為有級調速。改變定子繞組的聯(lián)結法改變繞組極對數(shù)的原理。見下頁圖12－1，12－2三相異步電動機的轉子轉速可由下式給出：由上式可見，三相異步電動機的調速方法大致分為如下幾種：變極調速；變頻調速；改變轉差率調速；其中，改變轉差率的調速方法涉及：改變定子電壓的調壓調速；繞線式異步電動機的轉子串電阻調速；電磁離合器調速；繞線式異步電動機的雙饋調速與串級調速。圖12-1三相異步電動機變極前后定子繞組的接線圖

圖12-1a、b、c分別為三相異步電動機變極前后定子繞組的接線圖。其中，代表A相的半相繞組，代表A相的另一半相繞組。結論:只要改變定子半相繞組的電流方向便可以實現(xiàn)極對數(shù)的改變。

為了確保定子、轉子繞組極對數(shù)的同時改變以產生有效的電磁轉矩，變極調速一般僅適用于鼠籠式異步電動機。結論:對于三相異步電動機，為了確保變極前后轉子的轉向不變，變極的同時必須改變三相繞組的相序。這主要是極對數(shù)的改變會引起相序發(fā)生改變所致。圖12-2a三相異步電動機Y/YY接變極調速的接線圖12-2b三相異步電動機/YY接變極調速的接線a、Y/YY接變極調速

假定變極調速前后定子的功率因數(shù)、效率均不變，為了確保電動機得到充分利用，每半相繞組中的電流應均為額定值，于是變極前后電動機的輸出功率和輸出轉矩分別滿足下列關系：結論：Y/YY接變極調速屬于恒轉矩調速方式。

b、△/YY接變極調速

假定變極調速前后電機的功率因數(shù)、效率均不變，并設每半相繞組中的電流均為額定值，則/YY變極前后電動機的輸出功率和輸出轉矩分別滿足下列關系：結論：

/YY接變極調速屬于近似恒功率調速方式。

動畫演示/YY接變極調速的機械特性

Y/YY接變極調速的機械特性§12－2變頻調速變頻調速是改變電動機定子電源的頻率，從而改變其同步轉速的調速方法。一、變頻時的基本規(guī)律電動機定子電路的電壓平衡方程式：當U1不變時f1下降增大磁路過飽和f1上升減小輸出轉矩下降mF對于恒轉矩調速對于恒功率調速原則：任何負載類型下變頻調速時都能保證電動機過載能力不變，由此推出：ml對變頻調速的要求：（1）主磁通，以防止定子鐵心過飽和；（2）電動機的過載能力（或最大電磁轉矩）盡可能保持不變。a、基頻以下的變頻調速

由可知，要想確保主磁通不變，可滿足亦即變頻的同時必須調壓，實現(xiàn)定子電壓和頻率的協(xié)調控制?？紤]到因而，此時電機的過載能力保持不變。（1）保持=常數(shù)的機械特性

下面對兩種情況下變頻調速時的機械特性進行討論：

根據(jù)T型等效電路，可以獲得用感應電勢表示的電磁轉矩的表達式為：（7-14）利用可以獲得臨界轉差率和最大轉矩分別為：上式表明：若采用=常數(shù)控制，則最大轉矩保持不變。對應于最大轉矩處的轉速為：結論:

最大轉矩處的轉速降與頻率無關。亦即:在變頻調速過程中，若保持=常數(shù)，則機械特性的硬度保持不變。即不同頻率下的機械特性是平行的。

三相異步電動機變頻調速時的機械特性(=常數(shù))（2）保持=常數(shù)的機械特性

保持=常數(shù)可以實現(xiàn)嚴格意義上的不變和最大轉矩不變。但考慮到定子電勢難以直接測量，實際調速系統(tǒng)多采用=常數(shù)代替=常數(shù)實現(xiàn)變頻調速?，F(xiàn)分析保持=常數(shù)時三相異步電動機的機械特性。最大電磁轉矩為：

由此繪出保持=常數(shù)時變頻調速的典型機械特性如下圖所示。為便于比較，圖中還同時繪出了常數(shù)時的機械特性，如圖中的虛線所示。三相異步電動機變頻調速時的機械特性(=常數(shù))

由上圖可見，保持=常數(shù)，當減小時，最大電磁轉矩將有所降低。若忽略定子繞組電阻即令，則可推出：

由上式可見，的降低是由定子繞組電阻的影響所致。尤其是當?shù)偷绞沟每梢耘c相比較時，下降嚴重。解決措施：可以對的線性關系加以修正，提高低頻時的，以補償?shù)皖l時定子繞組電阻壓降的影響（見下圖）。具有低頻補償?shù)膮f(xié)調關系調速性質的分析：

假定變頻調速過程中電機的功率因數(shù)、效率均不變，為了充分利用電動機，每相繞組中的電流應保持額定值不變。此時，三相異步電動機的輸出功率和輸出轉矩分別滿足下列關系：結論：

由于基頻以下的調速過程中保持=常數(shù)，基頻以下的變頻調速屬于恒轉矩調速，其輸出功率正比于定子頻率（或轉速）（見下圖）三相異步電動機變頻調速時所容許的輸出轉矩、輸出功率與頻率之間的關系

b、基頻以上的變頻調速

當定子頻率超過基頻時，受電機繞組絕緣耐壓的限制，定子電壓無法進一步提高，只能保持。此時，三相異步電動機變頻調速時的機械特性：最大電磁轉矩：

臨界轉差率：（7-24）由上式得對應于最大轉矩時的轉速為：結論：最大轉矩處的轉速降與頻率無關，即機械特性的硬度保持不變。

右圖給出了三相異步電動機變頻調速時的典型機械特性。

假定基頻以上變頻調速過程中電機的功率因數(shù)、效率均不變，每相繞組中的電流仍保持額定值不變。此時，三相異步電動機的輸出功率和輸出轉矩分別滿足下列關系：一般結論：基頻以下為恒轉矩調速；基頻以上為恒功率調速；變頻調速過程中，異步電動機機械特性的硬度保持不變，調速范圍寬；頻率連續(xù)可調，可以實現(xiàn)無級調速。結論：由于基頻以上的調速過程中保持，基頻以上的變頻調速屬于恒功率調速，其輸出轉矩反比于定子繞組的供電頻率（或轉速)變頻調速異步電動機變頻時的機械特性：12.3能耗轉差調速一、轉子電路串聯(lián)電阻調速在額定電壓時，磁通定值，調速時當轉速降低（s增高）時，效率下降，轉子損耗功率增高，故經濟性不高。轉子電路串聯(lián)電阻的數(shù)值愈大，人為機械特性愈軟。轉子損耗功率為輸出功率為調速時轉子電路的效率為轉子電路串接不同電阻時的人為特性二、改變定子電壓調速改變異步電動機定子電壓的人為特性轉子電路電阻較高時改變定子電壓的人為特性多速電動機在變極變壓時的機械特性三、滑差電動機（一）電磁滑差離合器的調速原理滑差離合器的示意圖滑差離合器電樞內渦流的方向與路徑當繞組內有電流通過時，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(jù)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，此感應電動勢為動畫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。（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。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

未引入時

超前90°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)sE2sE2sE2

超前某一角度轉子電路電壓相量圖

（二）串級調速的機械特性根據(jù)相量圖異步電動機的轉矩為轉子電流的有功分量1．時轉矩為2．時轉矩為或（三）晶閘管串級調速的基本原理

晶閘管串級調速具有調速范圍寬，效率高（轉差功率可反饋電網），便于向大容量發(fā)展等優(yōu)點，是