三相异步电动机的调速原理

第十二章

三相异步电动机调速黑龙江科技学院叶瑰昀第12章三相异步电动机的调速

12.1变极调速12.2变频调速12.3能耗转差调速

1.改变磁极对数p2.改变转差率s

3.改变电源频率f1(变频调速)调速方法：

n=(1－s)n0=(1－s)60f1

p——鼠笼电机调压调速滑差电机调速(电磁离合器调速)转子串电阻调速转子串电势调速变频机组交—直—交变频交—交变频

改变定子的极对数，通常用改变定子绕组联结法的方法。转子为笼型，则转子的极对数自动随定子的极对数对应。也可以在电动机上安装两组独立的绕组，各个绕组联结法不同构成不同的极对数。改变极对数p都是成倍的变化，转速也是成倍的变化，故为有级调速。12.1变极调速变极调速是一种通过改变定子绕组极对数来实现转子转速调节的调速方式。在一定电源频率下，由于同步转速与极对数成反比，因此，改变定子绕组极对数便可以改变转子转速。1变极原理

ττNSx1a2x2a1XA(c)2P=2①②ττNSx1a2x2a1XA(b)2P=2①②ττττNNSSx1a2x2a1XA(a)2P=4①②上图a、b、c分别为三相异步电动机变极前后定子绕组的接线图。其中，代表A相的半相绕组，代表A相的另一半相绕组。结论:只要改变定子半相绕组的电流方向便可以实现极对数的改变。为了确保定子、转子绕组极对数的同时改变以产生有效的电磁转矩，变极调速一般仅适用于鼠笼式异步电动机。结论:对于三相异步电动机，为了确保变极前后转子的转向不变，变极的同时必须改变三相绕组的相序。这主要是极对数的改变会引起相序发生改变所致。因为极对数为p时，如果A、B、C之间的相位关系为00，1200，2400，如图（a）所示；则在极对数为2p时，A、B、C之间的相位关系变为00，2400，4800（相当1200），如图（b）所示。显然，在极对数为p和2p下，A、B、C之间的相序相反，B、C两端应对调，以保证变速前后电动机的转向相同。ABC(a)P对极(b)2P对极ABC(1)三相异步电动机Y/YY接变极调速的接线(2)三相异步电动机△/YY接变极调速的接线变极接线方法BAAABBCCC2pppBAAABBCCC2ppp2变极调速时容许输出从充分利用电动机的角度出发，电动机在各种转速下的电流均为额定电流（每个支路的电流）。设电源电压UN不变，变极前后电动机的效率和功率因数不变。

容许输出时是指保持电流为额定值条件下，调速前、后电动机轴上输出的功率和转矩。（1）Y/YY接变极调速BAAABBCCC2ppp为了确保电动机得到充分利用，每半相绕组中的电流应均为额定值，于是变极前后电动机的输出功率和输出转矩分别满足下列关系：结论：Y/YY接变极调速属于恒转矩调速方式，适用于恒转矩负载。

从2p→p，因电动机的转差率很小，认为，nYY=2nY。（2）△/YY接变极调速BAAABBCCC2ppp结论：△/YY接变极调速属于近似恒功率调速方式，适用于恒功率负载。

Y联结改成YY联结Δ联结改成YY联结3.变极调速小结(1)调速方向YY→Y(△)：n

Y(△)→YY：n(2)调速范围D=2~4(3)调速的平滑性平滑性差。(4)调速的稳定性稳定性好。静差率：(5)调速的经济性经济性好。(6)调速时的允许负载①Y－YY(基本不变）δ=×100%n0－nn0

△nn0

=——恒转矩调速。②△

－

YY——（近似）恒功率调速。由异步电动机转速表达式n=[(60f1)/p](1-s)可知，当转差率变化不大时，n基本正比于f1，改变频率即可调节电动机转速。变频调速时，为了保证励磁电流和功率因数基本保持不变，希望磁通F也保持不变。如果F>FN，将引起磁路饱和使励磁电流增大，功率因数下降；如果F<FN，电动机允许输出转矩下降，其功率达不到充分利用而造成浪费；12.2变频调速1变频时的基本规律电动机定子电路的电压平衡方程式：当U1不变时，f1下降Φm增大，磁路过饱和。f1上升Φm减小，输出转矩下降。原则：任何负载类型下变频调速时都能保证电动机过载能力KT不变，由此推出。电动机的最大转矩为：当定子频率较高时，X1+X2'

>>R1,略去R1，则考虑频率变化前后输出额定转矩的关系若要保证频率变化前后具有相同的过载能力，即KT'

＝KT，则可根据下式调节定子电压：对于恒转矩调速对于恒功率调速对变频调速的要求：（1）主磁通Φm≤ΦN，以防止定子铁心过饱和；（2）电动机的过载能力（或最大电磁转矩Tm）尽可能保持不变。2变频时的人为机械特性(3)由异步电动机机械特性的参数表达式当s很小时机械特性可以近似为直线在某一转矩T下，其转速降为可见，当不变时，转速降近似不变。即变频的认为特性基本上是一族平行线。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。

U、f可变M3~3~整流电路逆变电路50Hz控制电路直流3变频调速小结(1)调速方向f1＜fN时：n

。(2)调速范围D较大。(3)调速的平滑性平滑性好（无级调速）。(4)调速的稳定性稳定性好。(5)调速的经济性初期投资大；运行费用不大。(6)调速时的允许负载f1＞fN时：n。①

f1＜fN时——恒转矩调速。②

f1＞fN时

——恒功率调速。变频器12.3能耗转差调速

n0TnOTMR2R2+RΩ1绕线型异步电动机转子串联电阻调速TZM3~3~RΩKM1)调速过程

ABCnC在额定电压时，磁通定值，调速时恒转矩调速n0TnOnMUNTZTZ2笼型异步电动机改变定子电压调速TZ(1)调速方向

U1(＜UN)↓→n↓(2)调速范围D较小。U1n0TnOnMUNU1(3)调速的平滑性若能连续调节U1，n可实现无级调速。(4)调速的稳定性稳定性差。(5)调速的经济性经济性较差。①需要可调交流电源。②cos1和均较低。(6)调速时的允许负载既非恒转矩调速，又非恒功率调速。因为T∝U1p2所以U1

→T(n)→P2为克服硬度低和过载能力差，采用闭环调速系统

闭环调节系统框图闭环调节系统静特性1)改变定子电压调速时，在转子电路中串入较大电阻对恒转矩调速，如能增加异步电动机转子电阻（绕线转子异步电动机转子串电阻或采用高转差率笼型异步电动机），则改变定子电压可获得较宽的调速范围，但机械特性变软，难满足静差率的要求。而且低压时，过载能力差，运行的稳定性差。不采用闭环调速时，在电压U1'下，转矩从TN增大到TN'

，转速从n2下降到n2'

，转速变换很大；采用闭环调速，转速下降时，调压装置把电压升高到U1

，转速从n2下降到n1'

，转速变化很小。3滑差电动机滑差电动机又称“电磁调速异步电动机”，其特点是在异步电动机轴上安装一个电磁滑差离合器，并由晶闸管控制装置调节离合器励磁绕组的电流，即可调节离合器的输出转速。滑差电动机由笼型异步电动机、滑差离合器和控制装置三部分组成。

以上几种改变转差率调速，都伴有转差功率产生，并将其消耗掉，而且，转速愈低，损耗愈大。4绕线型笼型异步电动机的串级调速

对转子串电阻调速或改变定子电压调速，这部分损耗除消耗在转子本身的电阻以外，大部分消耗在外串电阻上。能否在转子电路中不串电阻，而是将这部分电能反馈到电源中去。也就是说，在转子电路中串入一个与转子电势频率相同，相位可同可反的外加电势，主要用来吸收转差功率，这样，即可以调速，又作到节能，这种在转子电路串入附加电势的调速方法称为串级调速。

（1）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I2→T

→n

→sE2→I2

→T

···→T=TZ

为使电动机得到充分利用，调速前后电动机的电流应为额定电流，设调速前电动机的转差率为s，调速后电动机的转差率为s'

。由于s和s‘都很小，sX2和s’X2与R2比小得多。显然，Ef增加时，s'将减小；当Ef=sE2时，s'=0，电动机转速将达到同步转速；Ef＞sE2时，s'＜0，电动机转速将超过同步转速。称超同步串级调速，这时电动机从定子绕组输入电能外，还从转子输入电能，也称双馈运行。在引入ead的瞬间：I2→T→n→sE2→I2→T

···→T=TZI2

=

sE2－EfR22+(sX2)2(3)

Ef超前E2s

任意角度时：2．与反相显然，对于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（2

）串级调速的机械特性

1．时转矩为2．时转矩为Ef与sE2反相时，电动机在亚同步（小于同步转速）下调速；Ef与sE2同相时，电动机在超同步（大于同步转速）下调速；n0TnOE2sE2s+EadE2s－Ead（3）串级调速的调速性能①调速方向：双向②调速范围

D较大。③调速的平滑性平滑性好。④调速的稳定性稳定性好。⑤调速的经济性初期投资大；运行效率较高，运行费用不大。⑥调速时的允许负载因为

调速前后U1、f1