电动机其它调速方式解析课件

1、 第六章异步电动机的其它调速方式 1 第一节 异步电动机的电磁转差离合器调速 第二节 异步电动机的转子串电阻调速 第三节 异步电动机的变极调速第四节 异步电动机的斩波内馈调速简介目 录2第一节 异步电机的电磁转差离合器调速一、电磁转差离合器的工作原理1、电磁转差离合器的结构31、电磁转差离合器的结构它主要由电枢、磁极两部分组成。电枢与磁极之间各自独立、自由旋转。电枢与异步电机同轴连接，为主动部分。电枢通常是整块铸钢圆筒，也有的加上笼形导条，没有绕组，具有导磁、导电功能。磁极有铁芯和励磁绕组两部分组成，与机械负载相连，为从动部分。励磁绕组通过集电环由直流电源供给励磁。42、电磁转差离合器的工作原

2、理励磁绕组通入直流电流后，产生固定磁场。异步电机以转速n1带动离合器的电枢旋转，电枢因切割磁力线产生感应电势，并产生涡流，涡流与磁极的磁场产生电磁力，形成电磁转矩使磁极跟着电枢旋转，从而带动负载。磁极的转速就是离合器的输出转速n2。若n1不变、负载不变，则n2取决于电磁转矩，而电磁转矩由励磁电流IL决定。改变励磁电流IL，就可以改变输出转速n2 。5电磁转差离合器名称由来转差：磁极转速永远低于电枢转速，存在转差，类似异步电动机。没有转差，磁极与电枢就没有相对运动，转矩也就没有了，则磁极转速必然面下来。因此转差一定存在。离合器：励磁电流为零，磁极不会转动，相当于电机与负载分开；加上励磁电流，磁极

3、立即转动，相当于电机与负载合上，类似机械离合器。电磁：离合靠电磁，故名。6二、电磁转差离合器调速系统的机械特性不加反馈控制时，调速系统的机械特性就是电磁转差离合器的机械持性。由于转差离合器的工作原理与异步电动机相似，所以它们两者的调速特性也相似。图6-2为电磁转差离合器机械特性。这是不同励磁电流时的一族机械持性。也可用经验公式来表示7n1 原动机转速；T 电磁转差离合器轴上输出转矩；IL 电磁转差离台器的励磁电流；K 与电磁转差离合器结构有关的参数。图6-2 电磁转差离合器机械特性8有公式 可以看出，负载转矩越大，输出转速越低；励磁电流越大，输出转速越高。从图可知，其机械特性很软，所以调速性能

4、很差。带恒转矩负载的调速范围较窄，较适合于风机、泵类负载。如同调压调速系统一样，在工业使用时都加以转速反馈控制，从而可获得较硬的闭环调速系统机械特性。9三、电磁转差离合器闭环调速系统Un*10 闭环系统的静特性 图2-16b所示是闭环控制电磁转差离合器调速系统的静特性。恒速原理：当系统带负载在 A 点运行时，如果负载增大引起转速下降，反馈控制作用能提高励磁电流，从而在右边一条机械特性上找到新的工作点 A 。eT0nn0TLILmaxAAAILmin恒转矩负载特性I*n3I*n1I*n2同理，当负载降低时，会在左边一条特性上得到励磁电流低一些的工作点 A。按照反馈控制规律，将A 、A、 A连接起

5、来便是闭环系统的静特性。11 闭环系统的静特性特点 尽管电磁转差离合器的开环机械特性很软，但由系统放大系数决定的闭环系统静特性却可以很硬。 如果采用PI调节器，照样可以做到无静差。改变给定信号，则静特性平行地上下移动，达到调速的目的。12 与异步电机闭环变压调速系统相同，闭环控制电磁转差离合器调速系统也有：静特性左右两边都有极限，不能无限延长，它们分别是最大励磁电流 ILmax 下的机械特性和最小励磁电流 ILmin下的机械特性。 当负载变化时，如果励磁电流调节到极限值，闭环系统便失去控制能力，系统的工作点只能沿着极限开环特性变化。13四、电磁转差离合器调速系统特点电磁转差离合器调速系统属于转

6、差功率消耗型，只是转差功率并非消耗在电机内部，而是消耗在电磁转差离合器中。 电磁转差离合器输出转速越低，转差损耗就越大，即转差损耗功率只与转差率成正比：PS =sP ，P为离合器输入功率。效率：=1-s （恒转矩负载时）低速带负载运行时，离合器发热比较严重，容量大时需要水冷。14装置简单、运行可靠，价格便宜。损耗较大、效率较低，特别是低速时。151、异步电机的转子串电阻调速原理异步电机运行时其转子相电动势为 转子相电流的表达式为式中 s 异步电机的转差率； Xr0 s = 1时的转子绕组每相漏抗。 Er0 绕线转子异步电机转子开路电动势。第二节 异步电机的转子串电阻调速16转子串电阻R时相电流

7、的表达式为调速过程：若增大转子的外串电阻，可使转子电流减小，导致电磁转矩小于负载转矩，使电机转速下降，转差率增大，从而使转子电流和电磁转矩回升，直到电磁转矩与负载转矩重新相平衡，电机稳定运行，但这时转速已经减小了。172、转子串电阻调速的机械特性ABCRr Rr+R1Rr+R2Tnn0 R1 R2 R3183、特点：转子串电阻时，同步转速不变，但改变了机械特性运行段的斜率，所串电阻越大，机械特性越软。在线性段，转子电阻与转差率成正比，即： 式中，SA、SB、Sc分别为A、B、C三点对应的转差率。19转子串电阻时，机械特性的最大转矩不变。在调速过程中，只要负载转矩不变，则电机定、转子电流也不变，

8、则输出转矩不变，为恒转矩调速，且为有级调速。转子串电阻，增大转子电路能量损耗 PS ： PS =s Pm；效率低： =1-s ，不宜长期运行。调速设备简单，初投资少，控制不复杂，但调速范围不大，适宜要求不高场合。常用于起重机一类的提升设备。20第二节 异步电机的变极调速一、变极调速原理从电动机的转速表达式 可知，改变定子绕组的磁极对数可以调速。变极调速为有级调速。一般情况下电机极对数成倍变化，转速也成倍变化。变极接线方法很多，以下介绍两种常用方法。21二、Y-Yy变极接法三相绕组Y接法，p =2123456123456三相绕组Yy接法，p =11、 Y-Yy变极的连接22 2、Y-Yy变极前后

9、特性比较可见：在额定转速和额定功率下，输出转矩保持不变，故属于恒转矩调速。（P=9550Tn）YYy比较极对数p21转速nnYnYynYy/nY=2输出功率PYPYyPYy/ PY=2输出转矩TYTYyTYy /TY=1起动转矩TSYTSYyTSYy / TSY =2最大转矩TmYTmYyTmYy / TmY=223 3、Y-Yy变极前后的机械特性 n2n0n00TZTSYTSYyTmYTmYyTYYy24三、D-Yy变极接法1、 D-Yy变极的连接三相绕组D接法，p =2123456三相绕组Yy接法，p =112345625 2、D-Yy变极前后特性比较 DYy比较极对数p21转速nnDnY

10、ynYy/nD=2输出功率PDPYyPD/ Pyy=0.866输出转矩TDTYyTD / Tyy =1.732起动转矩TSDTSYyTSD / TSYy =1.5最大转矩TmDTmYyTmD / TmYy =1.526可见，两种接法的输出功率相差约14.4%，可近似认为这种调速方法为恒功率调速。D-Yy变极后，输出转速提高一倍。D-Yy变极后，在额定情况下输出转矩近似减少一半。D-Yy变极后，起动转矩和最大转矩均减少为原来的2/3。27 3、D-Yy变极前后的机械特性 n2n0n00TZTSDTSYyTmDTmYyTDYy28第四节 异步电动机的斩波内馈调速简介1、斩波式内反馈调速装置主电路原

11、理图 29 图中：1KM、2KM、3KM开关，L1、L2、L3电抗器，R整流桥， I逆变桥，S关断桥，Sc斩波晶闸管，Rf启动频敏电阻，C电容， D整流二极管，F保险，Load电动机负载。内反馈调速是在电机内部的电磁系统中完成的转差功率转移，而传统串级调速则是在两个不同的电磁系统中实现转差功率的传输。 30 2、内反馈串级调速的调速原理范畴：仍属于绕线异步电机转子回路串附加电势进行调速的理论范畴。附加电势不是通过与电网联接的逆变变压器提供，而是通过安装在定子上的调节绕组从主绕组感应过来的电势所提供的，再通过变流装置将该电势串入电机的转子绕组，改变其串入电势的大小即可实现调速的目的。反馈调节绕组

12、以多层嵌套方式安装在电动机定子槽中。31 内反馈调速的实质在于将部分转子功率PS，通过调速装置反馈给电动机内部的调节绕组，产生正向的拖动转矩；反馈的功率越多，则轴输出功率的就越少，电机转速越低，即通过改变反馈的转差功率的多少使电动机转速得以连续调节。而内部的调节绕组接受反馈功率则意味电机从电网吸收的有功功率的减少，电能的节省。323、直流斩波器的作用作用：提高功率因数，减少谐波电流对电网的污染。原理：通过改变斩波器的占空比，调节逆变器直流侧输入电压，因此逆变器的超前角可取为最小值min，且固定不变，故可使逆变器的无功损耗减小到最低程度，从而提高系统的功率因数，同时也减少谐波电流对电网的污染，也

13、避免了因调速深度而带来的功率因数进一步降低的现象 334、内补偿提高功率因数：可以使调节绕组的无功功率呈容性。实现方式：a、通过超前换流的电力电子变流器来实现，电路及控制复杂；b、或通过内补偿方法来实现，简单、可靠。34 如果调节绕组容量允许，最好使Q30而呈容性，对调节绕组来说形成过补偿。调节绕组的负无功Q3，与主绕组及转子的感性无功相抵，结果使得功率绕组的激磁电流减小，一方面可使电机的功率因数提高，同时又可以减小电机的发热与损耗。如进一步使：Q1Q2Q3=0Q3=Q1Q2 的话，则可使电机的功率因数达到1。35 5、内补偿与电机电源端外补偿的区别外补偿只能改善电源的功率因数，而对电机内部的

14、感性无功问题丝毫无补。内补偿除了对调速状态有所改善之外，在自然运行时，也能使电机的功率因数进一步提高，并使输入电流降低，这对610kV的高压电机具有重要的意义。 366、优缺点（与串级调速相比较）取消了逆变变压器，缩小了体积，降低了系统造价和损耗，具有结构简单、效率高、成本低、谐波幅值低的优点。只能在同步转速以下运行，而且不能利用原有的电动机，需购置专用的内反馈电动机。37所谓的电机调速功率控制理论”（即P理论） 根据电机学的理论，电机的转速与机械功率及电磁转矩成如下关系：式中： 为机械转速，Pmesh为机械功率， T 为电磁转矩又，根据能量守恒，有38因此其中：Pm 为电磁功率， PS 为转子损耗。 上式表明，电机转速可以通过电磁功率或转差功率两种控制获得调节。电磁功率控制改变的是理想空载转速，调速是高效率的；转差功率控制增大转速降，调速是低效率的。所有调速方法都归属于功率控制原理之中。这一原理便是内馈调速发明人屈维谦率先提出的“电机调速的功率控制理论”（即P理论）。 39内馈调速是基于转子的高效电磁功