三相异步电动机电流拖动的调速学习教案

1、会计学1三相三相(sn xin)异步电动机电流拖动的调异步电动机电流拖动的调速速第一页，共89页。调速的基本原理)1 (60)1 (11spfsnn能耗转差调速变频调速变极调速串级调速电磁转差离合器调速调速方法(fngf)：第1页/共89页第二页，共89页。10.110.1能能耗转差调速耗转差调速21UTem2UTem调速范围有限：ms0CBA转速：第2页/共89页第三页，共89页。第3页/共89页第四页，共89页。为了提高调压调速机械特性的硬度，可以(ky)采用速度闭环控制系统，这样既能提高低速时的机械特性硬度，又能保证一定的过载能力。第4页/共89页第五页，共89页。LememLemmTe

2、mTTTIsEsnTTICTIR,cos222222第5页/共89页第六页，共89页。根据根据2222N22222c12221NEEIIRRRXXss常数（10-2）2c12N1RRRss（10-3）可得第6页/共89页第七页，共89页。NNNmNTmNTemTICICT2222coscos所以常数222222221121122)()()(cosXsRsRXsRRsRRNNcc可见(kjin)，转子串电阻调速前后的转矩相等，是一种恒转矩调速方式。第7页/共89页第八页，共89页。转子串电阻(dinz)调速时，转子功率损耗为pCu2=sPem=3I22（R2+Rc1） （10-7）忽略机械损耗，

3、则输出功率为P2=Pem（1s）em22Cu2emem(1)1(1)PsPsPpPssP 调速时转子电路的效率为： 可见，当转速降低，即s增高时，转子损耗功率pCu2=sPem增高，下降。故这种调速方法适用(shyng)于恒转矩负载。对于通风机负载也可应用。第8页/共89页第九页，共89页。【例10-1】一台三相(sn xin)绕线式异步电动机的额定数据是：PN=75 kW，U1N=380 V，I1N=148 A，nN=720 r/min，KT= 2.4，E2N=213 V，I2N=220 A，拖动TL=0.85TN恒转矩负载，要求电动机运行在n=660 r/min。（1） 若采用转子回路串电

4、阻调速，求每相应串的电阻值；（2） 若采用降压调速，求电源电压值。第9页/共89页第十页，共89页。1NN17507200.04750nnsn22mNTT10.042.42.410.183ssKKN2N22N0.04 2130.0224 33220s ERI第10页/共89页第十一页，共89页。接着计算在接着计算在TL=0.85TN时固有机械特性的转差时固有机械特性的转差TNemmm2K TTssssc20.12110.02240.0567 0.034sRRs转子回路应串电阻为117506600.12750nnsn在TL=0.85TN、转子回路串电阻且n=660 r/min时的转差率为第11页

5、/共89页第十二页，共89页。（2） 求电源电压求电源电压mNNm2TTss降压(jin y)时，根据TemU21有mLNNm20.850.85TTTssmLm2TTssmNm0.850.85 0.040.2830.12TsTsm11Nm3800.283202 VTUUT第12页/共89页第十三页，共89页。为了保证恒转矩调速，要求保持m基本(jbn)不变，这样就要求降低频率时必须同时降低电源电压。11111144. 444. 4kfUkfENNm降低频率f1的同时降低电源电压(diny)U1的方法有两种。第13页/共89页第十四页，共89页。”11Uf常数221em222111232RpUs

6、TRfRXXs2211221211232RfUpsfRRXXs（10-9）近似恒磁通控制(kngzh)方式压频比近似恒磁通控制(kngzh)方式第14页/共89页第十五页，共89页。（10-10）21m221111234pUTfRRXX211221111234UfpfRRXX第15页/共89页第十六页，共89页。随着频率的降低(jingd)，最大转矩减小，可能无法带动负载第16页/共89页第十七页，共89页。低频低压时异步电低频低压时异步电第17页/共89页第十八页，共89页。2. “=常数常数”的的运行方式运行方式11EfsRXsREfpnsRIPTemem2222222112221)(23

7、6023第18页/共89页第十九页，共89页。22112122232RpfEsfRXs21122212312pfEsXRfsR（10-11）所以222122221211)()2()(23lLsfrrsffEpT上式即为保持 为常数变频调速时的机械特性方程式。11/ fE第19页/共89页第二十页，共89页。分析上式不难发现：当电动机带动恒转矩负载时，只需 也为常数即可。1sf常数npnnpfsf60)(60121上式表明：在不同频率下由负载产生的转速(zhun s)降相同，即各机械特性相互平行。第20页/共89页第二十一页，共89页。特点1：保持 ， 不同时，各机械特性相互平行。常数11/ f

8、E1f将机械特性方程式对s求导，并令 可得：0/dsdT121212fsLfrsmlm常数22112max1)(83lLfEpT特点2：调速时，不同频率(pnl)下电机产生的最大转矩不变。第21页/共89页第二十二页，共89页。第22页/共89页第二十三页，共89页。下面来分析(fnx)恒磁通变频调速属于哪种调速方式：令 ，转子电流为CfE11/22212221222212)()2()(lLsfRCsfxsREI可见， 仅由 决定，若 2I1sfCICTCsf21当NNNIIIITT1122,所以， 为常数(chngsh)时的变频调速为恒转矩调速方式。11/ fE第23页/共89页第二十四页，

9、共89页。10.2.2从基频向上调速从基频向上调速（10-15）221Nem222111232RpUsTRfRXXs设，并且由于f1较高，R1比X1、X2、R2/s都小很多，忽略R1 ，因此(ync)Tm和sm分别为 （10-16）22m22112111212 ()RRsf LLfRXX0dsdTem第24页/共89页第二十五页，共89页。（10-17）21Nm22221111123144pUTfRRfLL21N21111231142pUfffLL（10-18）21mm1112602 ()Rfns nf LLp常数第25页/共89页第二十六页，共89页。第26页/共89页第二十七页，共89页。

10、（10-19）2121emem122112123/22/pURsfPTfpRRsXX221211em21223/232/pURsfUPsfpRRs（10-20）异步电动机的电磁(dinc)功率公式为在正常运行时s很小，s的变化亦很小，可以(ky)近似认为不变，则Pem常数。第27页/共89页第二十八页，共89页。总结(zngji)变频调速的特点1、1）在基频以下变频调速时，需定子电压与频率配合控制，A、 的配合控制为恒磁通变频调速，属于恒转矩调速方式；B、 的配合控制为近似恒磁通变频调速，属于近似恒转矩调速方式； 常数11/ fU常数11/ fE2）在基频以上调节转速时，21max111,fT

11、fUUmN属于近似恒功率调速。第28页/共89页第二十九页，共89页。2、机械特性(txng)相互平行，特性(txng)硬，调速范围宽，稳定性好；3、s较小时，转差功率损耗(snho)小，效率较高；4、 可连续调节，易于实现无级调速。1f第29页/共89页第三十页，共89页。10.2.3恒功率运行恒功率运行（10-21）212em213UfPRf第30页/共89页第三十一页，共89页。异步电机恒功率运行方式有两种：异步电机恒功率运行方式有两种：“21m22221111123144pUTfRRfLL12ffs忽略(hl)R1，则最大转矩可表示为（10-22）21m2221112318UpTffL

12、L第31页/共89页第三十二页，共89页。图 10-8U1=常数(chngsh)、常数(chngsh)的运行方式的调节特性（a） 转矩曲线；（b） 电压、电流曲线12ffs12ffs21f第32页/共89页第三十三页，共89页。当转差率当转差率s很小时，很小时，（10-23）22RXs11222222/EsEIRRsXem1 2213cos2pTE If11em1232pEsETfR即21em121312sUpTfRf第33页/共89页第三十四页，共89页。从式（从式（10-23）可见，）可见，U1=常数、常常数、常数运行时，电磁转矩与数运行时，电磁转矩与f1成反比。因此成反比。因此(ync)

13、，则定子电流亦为常数。则定子电流亦为常数。（10-24）111222222122/EUUfIsRRfRsX12ffs12ffs第34页/共89页第三十五页，共89页。2. “f2=常数常数(chngsh)、常、常数数(chngsh)”的运行方的运行方式式矩矩Tm与与f1成反比，如图成反比，如图10-9 （a）所示。）所示。211Uf21m21112318UpTffLLm11Tf211Uf第35页/共89页第三十六页，共89页。211Uf第36页/共89页第三十七页，共89页。根据根据(gnj)式（式（10-20）可求）可求得电磁转矩为得电磁转矩为（10-25）22212121em2211221

14、23/33222/pURspUf UspTffRRfRs11Uf11212122212121Kf fUfK fIRfR fRf（10-26）m11Tf211Uf第37页/共89页第三十八页，共89页。1f211Uf1f第38页/共89页第三十九页，共89页。【例【例10-2】一台三相】一台三相4极笼型极笼型异步电动机的额定数据为：异步电动机的额定数据为：U1N=380 V，I1N=30 A，1NN11500 14550.031500nnsn解： 固有(gyu)机械特性时，额定转差率为11fU第39页/共89页第四十页，共89页。根据根据(gnj)简化机简化机械特性，当械特性，当TL=0.8TN

15、时，有时，有LNN0.024TssT112 103634.53 Hz6060pnf1N111N38034.53262.4 V50UUffmin/10363610001rnnn第40页/共89页第四十一页，共89页。第41页/共89页第四十二页，共89页。c10.3.1变极调速的基本变极调速的基本原理原理第42页/共89页第四十三页，共89页。以“倍极比”单绕组变极为(j wi)例说明原理：根据电流(dinli)方向可判断出其产生的脉振磁势是四极。第43页/共89页第四十四页，共89页。由两个线圈的正向串联(chunlin)变换成反向串联(chunlin)或并联:结果：极对数减半(jin bn)

16、，转速加倍第44页/共89页第四十五页，共89页。可见，只要将一相可见，只要将一相第45页/共89页第四十六页，共89页。min/1500, 421rnpmin/3000, 22rnp第46页/共89页第四十七页，共89页。第47页/共89页第四十八页，共89页。当定子绕组从当定子绕组从Y形改为形改为(i wi)YY形时，假设电动机的功率形时，假设电动机的功率因数因数cos1和效率和效率不变，每半相不变，每半相Y1N 1N13cosPUIYY1N1N1Y3(2)cos2PUIPYYYY1Y95509550PPTnnYY接法时YYYYYYYYY1Y1Y2295509550955022PPPTTn

17、nn可见，改变接法后，输出功率近似(jn s)增加了一倍，而转矩近似(jn s)保持不变，属于恒转矩调速。第48页/共89页第四十九页，共89页。第49页/共89页第五十页，共89页。第50页/共89页第五十一页，共89页。注意：要保证改接后电机的转速不变，则改接的同时(tngsh)必须调换三相电源中任意两相的相序。第51页/共89页第五十二页，共89页。当定子当定子 绕组绕组1N1133cosPUIYY1N1123(2 ) cos1.153PUIPP195509550PPTnn接法时电机(dinj)的输出转矩为：YY接法时接法时YY接法时YYYYYYY1Y1219550955095500.5

18、77233PPPTTTnnn第52页/共89页第五十三页，共89页。当形接法改接成当形接法改接成YY接法后，电动机输出接法后，电动机输出第53页/共89页第五十四页，共89页。（10-27）222222()sEIRsX10.4绕线式转子绕线式转子(zhun z)异步电异步电机的机的双馈调速及串级调速双馈调速及串级调速10.4.1双馈调速的基本原理双馈调速的基本原理第54页/共89页第五十五页，共89页。.2U第55页/共89页第五十六页，共89页。2EsUsnTTTIUEsLemema,2222U2s E 当转子(zhun z)外接电压 与转子(zhun z)电动势反相且 ，此时有2U2s E

19、222222()sEIRsXLemTTUEs22第56页/共89页第五十七页，共89页。在这种情况下，转在这种情况下，转（10-28）2222a2222222222coss EURIIRs XRs X222222a2222s EURsE RIRR（）可得。如果改变转子回路所加电压U2，则s改变，从而(cng r)达到调速的目的。22UssE第57页/共89页第五十八页，共89页。2） 转子转子(zhun z)（10-29）222222a2222s EURsE RIRR（）2U2s E有，可分几种情况讨论。第一种情况是U20）时，将式）时，将式（10-33）变形为）变形为（10-34）2U2sE

20、22emTm222222cos1sEUTCsERsX2emD21UTTsE第66页/共89页第六十七页，共89页。式中，式中，TD为为 =0时异步电机时异步电机的电磁转矩，即产生的转子的电磁转矩，即产生的转子电流形成的电磁转矩。将实用转电流形成的电磁转矩。将实用转矩公式代入得矩公式代入得（10-35）mDmD2emmDmD2mDmD22TTUTsssssEssssmDmD mD2DD22mDmD2mD22TTsUTTssssEss2U2sE2U2U2sE第67页/共89页第六十八页，共89页。（10-36）22emTm2DD22222cos1sEUTCTTsERsXmDDmDmD2TTssss

21、mD mD2D22mD22TsUTssE（10-37）第68页/共89页第六十九页，共89页。第69页/共89页第七十页，共89页。从式（从式（10-37）可见：）可见：U20，即即 与相位相同时，与相位相同时，TD0；U20，即，即 与相与相位相反时，位相反时，TD0。 在在s=0（即（即n=n1）处，）处，TD将出现最大值将出现最大值。（10-38）2U2sE2U2sEmD2mDmD22TUTsE2022(cossintan)UsE 2U第70页/共89页第七十一页，共89页。从式（从式（10-38）可见）可见(kjin)，改变，改变 的大的大（10-40）2U2U2sE2U2sE202U

22、sE 202UsE（10-39）第71页/共89页第七十二页，共89页。绕线式异步电机双绕线式异步电机双馈调速时的理想空载转馈调速时的理想空载转速速n1为为。（10-41）2U2sE2U2sE211012(1)(1)UnnsnE第72页/共89页第七十三页，共89页。3. 双馈调速系统的组成双馈调速系统的组成第73页/共89页第七十四页，共89页。由于异步电动机转由于异步电动机转子感应电动势的频率子感应电动势的频率第74页/共89页第七十五页，共89页。10.4.210.4.2串级调速的基本原理串级调速的基本原理1. 1. 串级调速的基本原理串级调速的基本原理绕线式异步电机的双馈调速绕线式异步

23、电机的双馈调速要求加在电机转子要求加在电机转子(zhun z)(zhun z)绕绕组的电压频率与转子组的电压频率与转子(zhun z)(zhun z)第75页/共89页第七十六页，共89页。根据外加根据外加(wiji)直直流电源的不同，绕线式流电源的不同，绕线式异步电机的串级调速分异步电机的串级调速分为三种基本类型：第一为三种基本类型：第一指标的限制；第三种是指标的限制；第三种是晶闸管串级调速。晶闸管串级调速。第76页/共89页第七十七页，共89页。图图10-22是晶闸管串是晶闸管串级调速框图。图中的整级调速框图。图中的整流器把异步电动机转子流器把异步电动机转子第77页/共89页第七十八页，共

24、89页。由其等效电路可知(k zh)：222222)(sxrEsEIad若定子电压及负载转矩不变时， ，同时，s 在正常运行时很小， 则有：常数2I22rsx常数adEsE2改变 时，s将发生变化。adE第78页/共89页第七十九页，共89页。分析(fnx)：1）设 与 反相，则：adE2Es常数adEsE2nsEad当 时，电动机在固有机械特性上运行， 最高， ；当 时，0adEn1nn 2EEad0, 1ns可见： 在 之间变化可实现(shxin)转速由高到低变化，由于 所以这种调速叫做次同步串级调速。adE20E1nn 第79页/共89页第八十页，共89页。2）设 与 同相，则：常数ad

25、EsE2adE2EsnsEad当 时，电动机在固有机械特性上运行，当 增加到某一值时， ，此时转子电流仅由 产生，电动机仍产生拖动转矩，若 再增加，0adEadE1,0nnsadEadE1,0nns电机(dinj)在高于同步转速下运行，此时称为超同步串级调速。第80页/共89页第八十一页，共89页。由功率(gngl)关系上分析：转子回路的功率为 ，就是转差功率，222cos3IsEsP引入附加电动势后， 将发生变化。在次同步串级调速中， 与 反相位，且 所以 将吸收功率 ， 吸收的就是转差功率。adE2E2sEEadadE22cos3IsEadadE若 常数， 常数， 也近似为常数，由于LT2I2cos22cos3IsEPads所以调节 就能调节转差功率，改变了