三相异步电动机调速

三相异步电动机的调速12.3能耗转差调速12.1变极调速12.2变频调速本章主要介绍异步电动机的各种调速方法的基本原理、实现与特性。本章小结§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。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。改变定子绕组的联结法改变绕组极对数的原理。见下页图12－1，12－2三相异步电动机的转子转速可由下式给出：由上式可见，三相异步电动机的调速方法大致分为如下几种：变极调速；变频调速；改变转差率调速；其中，改变转差率的调速方法涉及：改变定子电压的调压调速；绕线式异步电动机的转子串电阻调速；电磁离合器调速；绕线式异步电动机的双馈调速与串级调速。图12-1三相异步电动机变极前后定子绕组的接线图

图12-1a、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。图12-2a三相异步电动机Y/YY接变极调速的接线图12-2b三相异步电动机/YY接变极调速的接线a、Y/YY接变极调速

假定变极调速前后定子的功率因数、效率均不变，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。

b、△/YY接变极调速

假定变极调速前后电机的功率因数、效率均不变，并设每半相绕组中的电流均为额定值，则/YY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：

/YY接变极调速属于近似恒功率调速方式。

动画演示/YY接变极调速的机械特性

Y/YY接变极调速的机械特性§12－2变频调速变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。一、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下降增大磁路过饱和f1上升减小输出转矩下降mF对于恒转矩调速对于恒功率调速原则：任何负载类型下变频调速时都能保证电动机过载能力不变，由此推出：ml对变频调速的要求：（1）主磁通，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）尽可能保持不变。a、基频以下的变频调速

由可知，要想确保主磁通不变，可满足亦即变频的同时必须调压，实现定子电压和频率的协调控制。考虑到因而，此时电机的过载能力保持不变。（1）保持=常数的机械特性

下面对两种情况下变频调速时的机械特性进行讨论：

根据T型等效电路，可以获得用感应电势表示的电磁转矩的表达式为：（7-14）利用可以获得临界转差率和最大转矩分别为：上式表明：若采用=常数控制，则最大转矩保持不变。对应于最大转矩处的转速为：结论:

最大转矩处的转速降与频率无关。亦即:在变频调速过程中，若保持=常数，则机械特性的硬度保持不变。即不同频率下的机械特性是平行的。

三相异步电动机变频调速时的机械特性(=常数)（2）保持=常数的机械特性

保持=常数可以实现严格意义上的不变和最大转矩不变。但考虑到定子电势难以直接测量，实际调速系统多采用=常数代替=常数实现变频调速。现分析保持=常数时三相异步电动机的机械特性。最大电磁转矩为：

由此绘出保持=常数时变频调速的典型机械特性如下图所示。为便于比较，图中还同时绘出了常数时的机械特性，如图中的虚线所示。三相异步电动机变频调速时的机械特性(=常数)

由上图可见，保持=常数，当减小时，最大电磁转矩将有所降低。若忽略定子绕组电阻即令，则可推出：

由上式可见，的降低是由定子绕组电阻的影响所致。尤其是当低到使得可以与相比较时，下降严重。解决措施：可以对的线性关系加以修正，提高低频时的，以补偿低频时定子绕组电阻压降的影响（见下图）。具有低频补偿的协调关系调速性质的分析：

假定变频调速过程中电机的功率因数、效率均不变，为了充分利用电动机，每相绕组中的电流应保持额定值不变。此时，三相异步电动机的输出功率和输出转矩分别满足下列关系：结论：

由于基频以下的调速过程中保持=常数，基频以下的变频调速属于恒转矩调速，其输出功率正比于定子频率（或转速）（见下图）三相异步电动机变频调速时所容许的输出转矩、输出功率与频率之间的关系

b、基频以上的变频调速

当定子频率超过基频时，受电机绕组绝缘耐压的限制，定子电压无法进一步提高，只能保持。此时，三相异步电动机变频调速时的机械特性：最大电磁转矩：

临界转差率：（7-24）由上式得对应于最大转矩时的转速为：结论：最大转矩处的转速降与频率无关，即机械特性的硬度保持不变。

右图给出了三相异步电动机变频调速时的典型机械特性。

假定基频以上变频调速过程中电机的功率因数、效率均不变，每相绕组中的电流仍保持额定值不变。此时，三相异步电动机的输出功率和输出转矩分别满足下列关系：一般结论：基频以下为恒转矩调速；基频以上为恒功率调速；变频调速过程中，异步电动机机械特性的硬度保持不变，调速范围宽；频率连续可调，可以实现无级调速。结论：由于基频以上的调速过程中保持，基频以上的变频调速属于恒功率调速，其输出转矩反比于定子绕组的供电频率（或转速)变频调速异步电动机变频时的机械特性：12.3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多速电动机在变极变压时的机械特性三、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，此感应电动势为动画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。（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。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

未引入时

超前90°2．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

（二）串级调速的机械特性根据相量图异步电动机的转矩为转子电流的有功分量1．时转矩为2．时转矩为或（三）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