電機拖動-第十二章-三相異步電動機調速課件

電機學及拖動基礎1重慶大學自動化學院電機學及拖動基礎電機學及拖動基礎2第十二章三相異步電動機的調速電機學及拖動基礎3主要內(nèi)容第一節(jié) 變極調速第二節(jié) 變頻調速第三節(jié) 調節(jié)轉差能耗調速電機學及拖動基礎異步電動機的調速方法：1.改變定子繞組的極對數(shù)p——變極調速2.改變供電電源的頻率f1——變頻調速3.改變轉差率s——調節(jié)轉差能耗調速4第一節(jié) 變極調速實現(xiàn)方法：改變定子繞組的聯(lián)結

改變定子極對數(shù)

調速電機學及拖動基礎——改變定子繞組的聯(lián)結，得到的極對數(shù)成倍地變化，同步轉速也成倍地變化，屬于有級調速。5電機學及拖動基礎——改變定子繞組的聯(lián)結，極對數(shù)p及2p下相序相反，須將V、W兩相出線端對調，以保持調速前后轉向相同。6電機學及拖動基礎若忽略定子損耗，電磁功率e

1P與輸入功率P相等，則：定子繞組從一個星形改為兩個星形聯(lián)結并聯(lián)（Y-YY）：極對數(shù)減小為原來的一半，ns增加一倍，其轉矩比——恒轉矩調速方式。帶恒轉矩性質的負載，配合較好。容許輸出功率或轉矩的變化：輸入功率 輸出功率假定不同極對數(shù)下η與均保持不變，則：7電機學及拖動基礎定子繞組從一個三角形改為兩個星形聯(lián)結并聯(lián)(Δ-YY)：極對數(shù)也減小為原來的一半，ns也增加一倍，其功率比——近似恒功率調速。帶恒功率性質的負載，配合較好。機械特性：電動機在高速下運轉

改變定子繞組聯(lián)結使極對數(shù)增加

電動機降速，降速過程中電動機工作在回饋制動狀態(tài)Y-YY聯(lián)結Δ-YY聯(lián)結8電機學及拖動基礎9優(yōu)點：調速時低速人為特性較硬，靜差率較高，經(jīng)濟性較好；定子繞組的不同聯(lián)結可實現(xiàn)恒轉矩或近似恒功率調速。缺點：屬于有級調速，適用于不需平滑調速的場合適用類型：籠型轉子異步電動機電機學及拖動基礎第二節(jié) 變頻調速對磁通Φ的要求：為使勵磁電流和功率因數(shù)保持不變，一般要求Φ不變?yōu)槭筬1變化時Φ不變，由——要求UΦ/f1=定值，即UΦ需與f1成比例地變化對過載能力的要求：最大轉矩頻率變化前后，額定轉矩之比為：f1較高時，

X1+X2′>>R1為使頻率變化前后有同樣的過載能力，則定子電壓的調節(jié)方法為：10電機學及拖動基礎對于恒轉矩調速：可見，如能保持UΦ/f1=定值，則可保證調速過程中：電動機過載能力基本不變；磁通Φ基本不變。對于恒功率調速：可見，如能保持

=定值，則可保證調速過程中：電動機過載能力基本不變；但此時磁通Φ將發(fā)生變化。如按恒轉矩調速保持UΦ/f1=定值，則調速過程中：磁通Φ基本不變；但電動機過載能力將發(fā)生改變。11機械特性：UΦ/f1=定值的變頻調速電機學及拖?優(yōu)點：動性能優(yōu)異，調速范圍大，低速靜差率較高，平滑性高；變基頻時UΦ按不同規(guī)律可實現(xiàn)恒轉矩或恒功率調速，適應負載礎要求——是籠型異步電動機最有發(fā)展前途的一種調速方法缺點：必須有專用的變頻電源；在恒轉矩調速時，低速時過載倍數(shù)大為降低，甚至不能帶動負載。適用類型：籠型轉子異步電動機12電機學及拖動基礎13第三節(jié) 調節(jié)轉差能耗調速共同特點：在調速過程中均產(chǎn)生大量的轉差功率sPe，并消耗在轉子電路，使轉子發(fā)熱，調速的經(jīng)濟性較差（串級調速除外）介紹以下幾種：轉子電路串電阻調速——用于繞線轉子異步電動機改變定子電壓調速——常用于籠型轉子異步電動機滑差電動機——用于籠型轉子異步電動機串級調速——用于繞線轉子異步電動機電機學及拖動基礎—

轉子電路串聯(lián)電阻調速實現(xiàn)方法：轉子串電阻RΩ

I2減小

T減小（T<Tz）

n減小

s增加

調速sE2增加

I2增加

T增加（T=Tz）

穩(wěn)定機械特性：轉子電路串聯(lián)電阻的數(shù)值愈大，人為機械特性愈軟。14電機學及拖動基礎調速性能分析：調速上限是nN，下限受允許靜差率的限制，調速范圍不大調速級數(shù)少，平滑性不高轉子串電阻為恒轉矩調速方法轉速降低(s增高)，η下降，轉子損耗增高，經(jīng)濟性不高轉子損耗 輸出功率轉子效率15優(yōu)點：方法簡單，初期投資不高，一般適用于恒轉矩負載電16缺點：調速范圍不大，平滑性不高，經(jīng)濟性不高機學及拖動?適用類型：基繞線轉子異步電動機礎電機學及拖動基礎二 改變定子電壓調速改變定子電壓的機械特性：對于恒轉矩負載：轉速低于nm的機械特性不能穩(wěn)定運行，僅ns～nm的轉速區(qū)段可調，故調速范圍很小對于通風機負載：轉速低于nm的機械特性也能穩(wěn)定運行，調速范圍擴大了轉子電阻較高時改變定子電壓的機械特性：對于恒轉矩負載：可得較寬調速范圍但是：特性太軟，靜差率常不能滿足要求；低壓時過載能力較低，負載稍波動即可導致停轉。17電機學及拖動基礎18目前，都采用晶閘管交流調壓閉環(huán)系統(tǒng)(P156)進行調速優(yōu)點：可實現(xiàn)平滑調速，得到低速硬特性和較大的調速范圍；且結構簡單，成本較低，應用較多——較有發(fā)展前途缺點：調速效率較低，功率因數(shù)比轉子串電阻時更低適用類型：一般用于高轉差率籠型轉子異步電動機也可用于繞線轉子異步電動機電機學及拖動基礎三 滑差電動機又稱“電磁調速異步電動機”，由籠型異步電動機、滑差離合器和控制裝置三部分構成。1.

滑差離合器的調速原理籠型異步電動機帶動電樞恒速旋轉感應子繞組內(nèi)通以直流勵磁電流感應子磁極處建立交鏈磁場電樞旋轉切割交鏈磁場，產(chǎn)生感應電動勢和渦流渦流與感應子磁場作用，在感應子中產(chǎn)生電磁力和轉矩轉矩使感應子帶動生產(chǎn)機械沿電樞的轉向旋轉平滑地調節(jié)滑差離合器的勵磁電流，實現(xiàn)感應子無極調速19——電樞與感應子間必須存在轉速差。異步電動機的能量通過電樞與感應子間的電磁感應傳遞到拖動裝置中。電機學及拖動基礎雙電樞無集電環(huán)滑差離合器：應用于小功率大范圍調速杯形電樞滑差離合器：適用于小功率爪式無集電環(huán)滑差離合器：適用于較大功率2. 滑差離合器的結構類型 （略）滑差離合器的調速性能機械特性：n1—主動部分轉速

n2—從動部分轉速

IB—勵磁電流20勵磁電流愈小，特性愈軟要得較大調速范圍，提高調速平滑性，須采用閉環(huán)系統(tǒng)電機學及拖動基礎滑差離合器輸入功率調速效率輸出功率若T1=T2=T，轉差功率調速性能分析：21容許輸出轉矩T隨轉速降低而降低，調速既非恒轉矩也非恒功率——最適用于通風機負載，最不適宜帶恒功率負載效率η隨轉速下降而下降，而損耗ΔP隨轉速下降而增高優(yōu)點：結構簡單，運行可靠，維護方便，加工容易，能平滑調速，用閉環(huán)系統(tǒng)可擴大其調速范圍缺點：須增加滑差離合器設備；調速效率低；在負載轉矩

Tz<10%TN時，可能失控（即存在不可控區(qū)）適用類型：籠型轉子異步電動機電機學及拖動基礎四 串級調速（1）Ef與E2s同相——（2）Ef與E2s反相——（3）Ef超前E2s角θ的一般情況——串級調速的一般原理串級調速：轉子電路串接感應電動勢Ef，以調節(jié)繞線轉子異步電動機轉速。引入電動勢Ef的方向，可與轉子電動勢

E2s方向相同或相反，其頻率則與轉子頻率相同。調速過程：I2↑T↑(T>Tz)→n↑s↓→I2↓T↓(T=Tz)I2↓T↓(T<Tz)→n↓s↑→I2↑T↑(T=Tz)Ef分解為：E2s同相分量Efcosθ；E2s超前90o分量Efsinθ如能使Ef平滑改變，并超前E2s，則既能平滑調節(jié)異步電動機的轉速，又能提高定子功率因數(shù)

。22電機學及拖動基礎2.

串級調速的機械特性轉子電流轉子電流有功分量轉矩TD——為Ef=0時，即普通異步電動機的轉矩θ=90o時：θ=0o時：或改寫為：23電機學及拖動基礎T1——Ef=0時異步電動機的轉矩，由旋轉磁場與E2s引起的那一部分電流相互作用產(chǎn)生T2——由旋轉磁場與Ef引起的那一部分電流相互作用產(chǎn)生機械特性表明：Ef>0且其數(shù)值增大時，機械特性向上移動；Ef<0且其絕對值增大時，機械特性向下移動——利用Ef大小和方向的改變，既可在ns以上又可在ns以下進行調速機械特性的工作部分較硬，當|-Ef|之值較大時，最大轉矩（即過載能力）降低，起動轉矩也減小24電機學及拖動基礎3.

晶閘管串級調速的基本原理實現(xiàn)過程：轉子電壓經(jīng)晶閘管整流電路變?yōu)橹绷麟妷篣d逆變器電壓Uβ視為加到轉子電路的電動勢Ef控制逆變角β，可改變Uβ（即Ef），從而實現(xiàn)異步電動機串級調速功率轉換過程：輸入功率P1，Pe≈P1時，負載機械功率P1(1-s)，轉子轉差功率sP1P′為反饋給電網(wǎng)的功率，如忽略損耗，則P′≈sP1——控制反饋功率P′也可調節(jié)異步電動機的轉速25電機學及拖動基礎26優(yōu)點：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(wǎng)），便于向大容量發(fā)展等優(yōu)點；應用范圍廣，適用于通風機負載，也可用于恒轉矩負載——是繞線轉子異步電動機最有發(fā)展前途的一種調速方法缺點：功率因數(shù)較差適用類型：繞線轉子異步電動機電機學及拖動基礎27本章小結變極調速：掌握其方法和特點——籠型轉子變