电力拖动课件-第十二章

第十二章三相异步电动机的调速由异步电动机转速的表达式第一节变极调速1第十二章三相异步电动机的调速由异步电动机转速的表达式第一星形联结改变成两个并联的星形联结三角形联结改变成两个并联的星形联结2星形联结改变成两个并联的星形联结三角形联结改变成两个并联的星Y联结改成YY联结Δ联结改成YY联结变极调速时，电动机的容许输出功率或转矩在变速前后的关系。输出功率为在高、低速运行时，电动机绕组内均流过额定电流，这样在两种联结法下的转矩之比为当定子绕组从一个三角形联结改成二个星形联结的并联时，极对数也减小一倍，也增加一倍。两种联结法的功率比为3Y联结改成YY联结Δ联结改成YY联结变极调速时，电动机的容许第二节变频调速对于恒转矩调速，如果变频装置保证随成正比地变化，则可保证在频率变化过程中电动机具有同样的过载能力，在恒转矩调速下的变频装置一般就是根据这一要求设计的。当定子频率较高时（式中为常数）可见，恒转矩变频调速时，如能保持=定值，则可保证调速过程中电动机的过载能力基本不变，同时可满足磁通Φ

基本不变的要求。4第二节变频调速对于恒转矩调速，如果变频装置保证在恒功率调速时由此可见，在恒功率调速时，如能满足=定值的条件，调速过程中电动机的过载能力也能保持不变，但此时磁通将发生变化了。如果此时按恒转矩调速满足=定值的条件，则磁通将基本不变，但电动机的过载能力将在调速过程中改变。变频调速具有优异的性能，调速范围较大，平滑性较高，变频时按不同规律变化可实现恒转矩或恒功率调速，以适应不同负载的要求，低速时特性的静差率较高，是异步电动机调速最有发展前途的一种方法。5在恒功率调速时由此可见，在恒功率调速时，如能满足第三节能耗转差调速一、转子电路串联电阻调速在额定电压时，磁通定值，调速时6第三节能耗转差调速一、转子电路串联电阻调速在额定电压时，当转速降低（s增高）时，效率下降，转子损耗功率增高，故经济性不高。转子电路串联电阻的数值愈大，人为机械特性愈软。转子损耗功率为输出功率为调速时转子电路的效率为转子电路串接不同电阻时的人为特性7当转速降低（s增高）时，效率下降，转子损耗功率增高，故经济二、改变定子电压调速改变异步电动机定子电压的人为特性转子电路电阻较高时改变定子电压的人为特性8二、改变定子电压调速改变异步电动机定子电压的人为特性转子电路多速电动机在变极变压时的机械特性9多速电动机在变极变压时的机械特性9三、滑差电动机（一）电磁滑差离合器的调速原理滑差离合器的示意图滑差离合器电枢内涡流的方向与路径当绕组内有电流通过时，在电枢与感应子之间便有磁通相链，如图中虚线所示。当异步电动机带动电枢旋转时，电枢便以相应的转速在感应子所建立的磁场内旋转，于是电枢的各点上磁通处在不断重复的变化之中，根据电磁感应定律可知，电枢上将出现感应电动势。当感应子也旋转时，此感应电动势为10三、滑差电动机（一）电磁滑差离合器的调速原理滑差离合器的示意在此感应电动势的作用下，电枢内将出现涡流，其值为涡流与感应子磁场相互作用力为转矩为如主动与从动部分间没有相对运动，即，则。因此电枢与感应子间必须存在转速差，这点与异步电动机的工作原理极为相似。其区别仅在于异步电动机的旋转磁场由三相交流电流产生，而滑差离合器的旋转磁场则由直流电流产生，由于电枢的转动才起旋转磁场的作用。11在此感应电动势的作用下，电枢内将出现涡流，其值为涡流与感应子（二）电磁滑差离合器的几种结构类型1．双电枢无集电环滑差离合器2．杯形电枢滑差离合器12（二）电磁滑差离合器的几种结构类型1．双电枢无集电环滑差离合3．爪式无集电环滑差离合器（三）电磁滑差离合器的调速性能滑差离合器的输入功率滑差离合器的输出功率133．爪式无集电环滑差离合器（三）电磁滑差离合器的调速性能如果调速时离合器效率为滑差离合器在实际应用中总是与异步电动机组合在一起的，因此滑差电动机的总效率为可见，滑差电动机的效率随转速之下降而下降，而损耗功率则随转速之下降而增高。14如果调速时离合器效率为滑差离合器在实际应用中总是与异步电动机四、串级调速（一）串级调速的一般原理中等以上功率的绕线转子异步电动机与其他电动机或电子设备串级联接以实现平滑调速，称为串级调速。异步电动机的串级调速，就是在异步电动机转子电路内引入感应电动势，以调节异步电动机的转速。引入电动势的方向，可与转子电动势方向相同或相反，其频率则与转子频率相同。1．与同相未引入时引入后15四、串级调速（一）串级调速的一般原理中等以上功率的绕线转子异

未引入时超前90°16未引入时超前92．与反相显然，对于右图所示超前某一角度的一般情况，可将分解为二个分量，即与同相的分量，和超前90°的分量，它们既能使电动机调速，又能提高定子的功率因数sE2sE2sE2超前某一角度转子电路电压相量图

172．与反相显然，对于右图所示（二）晶闸管串级调速的基本原理晶闸管串级调速具有调速范围宽，效率高（转差功率可反馈电网），便于向大容量发展等优点，是很有发展前途的绕线转子异步电动机的调速方法。它的应用范围很广，适用于通风机负载，也可用于恒转矩负载。其缺点是功率因数较差，现采用电容补偿等措施，功率因数可有所提高。总之，晶闸管串级调速向大功率发展，是很有前途的。晶闸管串级调速的原理线路图18（二）晶闸管串级调速的基本原理晶闸管串级调速具有作业：12-2；12-419作业：12-2；12-41912.4习题、小结思考题1：变频调速的异步电动机，在下列情况下应如何调速？（1）带恒转矩负载；（2）带恒功率负载；（3）负载转矩随转速平方成正比变化的调速。答：变频调速时，希望电机的主磁通不变，由于U1≈E1=4.44f1kw1NΦm,可见，应保证U1/f1等于常数。同时，还希望保持保持电机的过载能力不变。忽略相对值很小的定子电阻，最大转矩2012.4习题、小结思考题1：变频调速的异步电动机，在下列情如要保持调速前后的过载能力不变，则应保持即（1）如带恒转矩负载，即则电压和频率的调节方式为21如要保持调速前后的过载能力不变，则应保持即（1）如带恒转矩负（2）如带恒功率负载，即则电压和频率的调节方式为（3）如负载转矩随转速平方成正比变化，即22（2）如带恒功率负载，即则电压和频率的调节方式为（3）如负载则调节方式为思考题2：绕线转子异步电动机在转子回路串入电阻调速，保持负载转矩不变，待转速稳定后，其转子电流如何变化？答：如保持负载转矩不变，则转速稳定后电磁转矩仍保持不变。由电磁转矩公式23则调节方式为思考题2：绕线转子异步电动机在转子回路串入电阻调可见，在其他条件不变时，只有保持不变，才能保持电磁转矩不变。因此，转速稳定后，转子侧阻抗保持不变，转子电流也不变。【例12-1】一台YR315S-4型异步电动机，转子绕组为Y连结，其额定数据为：PN=90kW，UN=380(△连结)，Nn=1480r/min，E2N=410V，kT=3.0。电动机带额定负载运行，欲使转速降到n=750r/min。（1）若采用转子串联电阻调速，求每相应串入的电阻值；（2）若采用改变定子电压调速，求定子电压应是多少；（3）若采用变频调速，保持U1/f1=常数，求频率与电压；24可见，在其他条件不变时，只有保持不变，才能保解：(1)额定转差率转子每相电阻为固有特性上的临界转差率为25解：(1)额定转差率转子每相电阻为固有特性上的临界转差率为2（2）采用转子串电阻调速当n=750r/min时，转差率为由于电机带恒转矩负载运行，则转差率s将随转子回路的总电阻值（R2+Ra)成正比例变化，即故转子每相应串电阻为26（2）采用转子串电阻调速当n=750r/min时，转差率为由（3）由于s>sm,故不能采用调压调速。（4）变频调速在额定负载转矩下固有特性上的转速降为由于恒压变频调速时，人为机械特性的斜率不变，即转速降落值不变，所以变频后的同步转速为所以27（3）由于s>sm,故不能采用调压调速。（4）变频调速在额【例9-2】一台绕线式三相异步电动机带恒转矩负载运行，当转子回路不串电阻时，n=1445r/min，若在转子回路中每相串入一个大小等于0.5R2的电阻，这时电机的转速降到多少？解：由于电机带恒转矩负载运行，所以在转子回路串电阻前后电机的电磁转矩保持不变。根据电磁转矩计算公式可知，只有当电磁转矩才能保持不变。28【例9-2】一台绕线式三相异步电动机带恒转矩负载运行，当转解所以，串电阻前后转差率之比为转子未串电阻时电机的转差率为转子串电阻后电机的转差率为29所以，串电阻前后转差率之比为转子未串电阻时电机的转差率为转子电动机的转速变为【例9-3】一台YD132S-6/4型多速异步电动机，PN=3.0/4.0kW,Nn=970/1440r/min,kT=2.0/2.2,求负载转矩TL=0.9TN时电机的转速。解：（1）p=3时，kT=2.0额定转差率为30电动机的转速变为【例9-3】一台YD132S-6/4型多速异临界转差率为忽略空载转矩，有TeM=TL=0.9TN，此时的转差率为转速为31临界转差率为忽略空载转矩，有TeM=TL=0.9TN，此时（2）p=2时，km=2.2,额定转差率为临界转差率为Te=TL=0.9TN的转差率为32（2）p=2时，km=2.2,额定转差率为临界转差率为Te=转速为33转速为33第十二章三相异步电动机的调速由异步电动机转速的表达式第一节变极调速34第十二章三相异步电动机的调速由异步电动机转速的表达式第一星形联结改变成两个并联的星形联结三角形联结改变成两个并联的星形联结35星形联结改变成两个并联的星形联结三角形联结改变成两个并联的星Y联结改成YY联结Δ联结改成YY联结变极调速时，电动机的容许输出功率或转矩在变速前后的关系。输出功率为在高、低速运行时，电动机绕组内均流过额定电流，这样在两种联结法下的转矩之比为当定子绕组从一个三角形联结改成二个星形联结的并联时，极对数也减小一倍，也增加一倍。两种联结法的功率比为36Y联结改成YY联结Δ联结改成YY联结变极调速时，电动机的容许第二节变频调速对于恒转矩调速，如果变频装置保证随成正比地变化，则可保证在频率变化过程中电动机具有同样的过载能力，在恒转矩调速下的变频装置一般就是根据这一要求设计的。当定子频率较高时（式中为常数）可见，恒转矩变频调速时，如能保持=定值，则可保证调速过程中电动机的过载能力基本不变，同时可满足磁通Φ

基本不变的要求。37第二节变频调速对于恒转矩调速，如果变频装置保证在恒功率调速时由此可见，在恒功率调速时，如能满足=定值的条件，调速过程中电动机的过载能力也能保持不变，但此时磁通将发生变化了。如果此时按恒转矩调速满足=定值的条件，则磁通将基本不变，但电动机的过载能力将在调速过程中改变。变频调速具有优异的性能，调速范围较大，平滑性较高，变频时按不同规律变化可实现恒转矩或恒功率调速，以适应不同负载的要求，低速时特性的静差率较高，是异步电动机调速最有发展前途的一种方法。38在恒功率调速时由此可见，在恒功率调速时，如能满足第三节能耗转差调速一、转子电路串联电阻调速在额定电压时，磁通定值，调速时39第三节能耗转差调速一、转子电路串联电阻调速在额定电压时，当转速降低（s增高）时，效率下降，转子损耗功率增高，故经济性不高。转子电路串联电阻的数值愈大，人为机械特性愈软。转子损耗功率为输出功率为调速时转子电路的效率为转子电路串接不同电阻时的人为特性40当转速降低（s增高）时，效率下降，转子损耗功率增高，故经济二、改变定子电压调速改变异步电动机定子电压的人为特性转子电路电阻较高时改变定子电压的人为特性41二、改变定子电压调速改变异步电动机定子电压的人为特性转子电路多速电动机在变极变压时的机械特性42多速电动机在变极变压时的机械特性9三、滑差电动机（一）电磁滑差离合器的调速原理滑差离合器的示意图滑差离合器电枢内涡流的方向与路径当绕组内有电流通过时，在电枢与感应子之间便有磁通相链，如图中虚线所示。当异步电动机带动电枢旋转时，电枢便以相应的转速在感应子所建立的磁场内旋转，于是电枢的各点上磁通处在不断重复的变化之中，根据电磁感应定律可知，电枢上将出现感应电动势。当感应子也旋转时，此感应电动势为43三、滑差电动机（一）电磁滑差离合器的调速原理滑差离合器的示意在此感应电动势的作用下，电枢内将出现涡流，其值为涡流与感应子磁场相互作用力为转矩为如主动与从动部分间没有相对运动，即，则。因此电枢与感应子间必须存在转速差，这点与异步电动机的工作原理极为相似。其区别仅在于异步电动机的旋转磁场由三相交流电流产生，而滑差离合器的旋转磁场则由直流电流产生，由于电枢的转动才起旋转磁场的作用。44在此感应电动势的作用下，电枢内将出现涡流，其值为涡流与感应子（二）电磁滑差离合器的几种结构类型1．双电枢无集电环滑差离合器2．杯形电枢滑差离合器45（二）电磁滑差离合器的几种结构类型1．双电枢无集电环滑差离合3．爪式无集电环滑差离合器（三）电磁滑差离合器的调速性能滑差离合器的输入功率滑差离合器的输出功率463．爪式无集电环滑差离合器（三）电磁滑差离合器的调速性能如果调速时离合器效率为滑差离合器在实际应用中总是与异步电动机组合在一起的，因此滑差电动机的总效率为可见，滑差电动机的效率随转速之下降而下降，而损耗功率则随转速之下降而增高。47如果调速时离合器效率为滑差离合器在实际应用中总是与异步电动机四、串级调速（一）串级调速的一般原理中等以上功率的绕线转子异步电动机与其他电动机或电子设备串级联接以实现平滑调速，称为串级调速。异步电动机的串级调速，就是在异步电动机转子电路内引入感应电动势，以调节异步电动机的转速。引入电动势的方向，可与转子电动势方向相同或相反，其频率则与转子频率相同。1．与同相未引入时引入后48四、串级调速（一）串级调速的一般原理中等以上功率的绕线转子异

未引入时超前90°49未引入时超前92．与反相显然，对于右图所示超前某一角度的一般情况，可将分解为二个分量，即与同相的分量，和超前90°的分量，它们既能使电动机调速，又能提高定子的功率因数sE2sE2sE2超前某一角度转子电路电压相量图

502．与反相显然，对于右图所示（二）晶闸管串级调速的基本原理晶闸管串级调速具有调速范围宽，效率高（转差功率可反馈电网），便于向大容量发展等优点，是很有发展前途的绕线转子异步电动机的调速方法。它的应用范围很广，适用于通风机负载，也可用于恒转矩负载。其缺点是功率因数较差，现采用电容补偿等措施，功率因数可有所提高。总之，晶闸管串级调速向大功率发展，是很有前途的。晶闸管串级调速的原理线路图51（二）晶闸管串级调速的基本原理晶闸管串级调速具有作业：12-2；12-452作业：12-2；12-41912.4习题、小结思考题1：变频调速的异步电动机，在下列情况下应如何调速？（1）带恒转矩负载；（2）带恒功率负载；（3）负载转矩随转速平方成正比变化的调速。答：变频调速时，希望电机的主磁通不变，由于U1≈E1=4.44f1kw1NΦm,可见，应保证U1/f1等于常数。同时，还希望保持保持电机的过载能力不变。忽略相对值很小的定子电阻，最大转矩5312.4习题、小结思考题1：变频调速的异步电动机，在下列情如要保持调速前后的过载能力不变，则应保持即（1）如带恒转矩负载，即则电压和频率的调节方式为54如要保持调速前后的过载能力不变，则应保持即（1）如带恒转矩负（2）如带恒功率负载，即则电压和频率的调节方式为（3）如负载转矩随转速平方成正比变化，即55（2）如带恒功率负载，即则电压和频率的调节方式为（3）如负载则调节方式为思考题2：绕线转子异步电动机在转子回路串入电阻调速，保持负载转矩不变，待转速稳定后，其转子电流如何变化？答：如保持负载转矩不变，则转速稳定后电磁转矩仍保持不变。由电磁转矩公式56则调节方式为思考题2：绕线转子异步电动机在转子回路串入电阻调可见，在其他条件不变时，只有保持不变，才能保持电磁转矩不变。因此，转速稳定后，转子侧阻抗保持不变，转子电流也不变。【例12-1】一台YR315S-4型异步电动机，转子绕组为Y连结，其额定数据为：PN=90kW，UN=380(△连结)，Nn=1480r/min，E2N=410V，kT=3.0。电动机带额定负载运行，欲使转速降到n=750r/min。（1）若采用转子串联电阻调速，求每相应串入的电阻值；（2）若采用改变定子电压调速，求定子电压应是多少；（3）若采用变频调速，保持U1/f1=常数，求频率与电压；57可见，在其他条件不变时，只有保持不变，才能保解：(1)额定转差率转子每相电阻为固有特性上的临界转差率为58解：(1)额定转差