第十二章异步机的调速

第十二章三相异步电动机的调速

由异步电动机的转速公式可知，异步电动机有下列三种基本调速方法：（1）改变定子极对数调速。（2）改变电源频率调速。（3）改变转差率调速。第一节变极调速

（一）变极调速的原理

（1）电动机转速使如何改变的？

改变定子的极对数便可改变异步电动机的同步转速

n0=60f1/p

从而改变电动机的转速改变异步电动机的极对数是有级调速（2）适用电动机

变极调速一般只适用于鼠笼式电动机调速

（3）如何改变异步电动机的极对数

（a）改变定子绕组联结方法可以改变定子极对数

a)b)c)改变定子绕组联结方法以改变定子极对数（图12-1）a)2p=4b)2p=2c)2p=2（b）常用的两种三相绕组改变联结方法改变定子极对数的联结方法（图12-2）（二）变极调速的机械特性

（1）异步电动机的容许输出功率为：

Pe=hP1=3hUxI1cosj1

（2）假定不同极对数情况下电动机的效率和功率因数保持不变，则有：

Pe

正比于UxI1

（3）如果忽略定子损耗，电动机的电磁功率Pem

等于输入功率P1,则电动机转矩为：

T=9550Pem/nN

正比于UxI1/nN

正比于UxI1p

（4）如果在变极过程中施于异步电动机的线电压保持不变，电动机绕组流过额定电流，则由Y联结改为YY连接时的转矩比为：TY/TYY=UxIN(2p)/Ux(2IN)p=1

此调速方法近似为恒转矩，其机械特性如上图：

由Y联结改为YY连接时的机械特性（图12-3a）（5）同样，如果在变极过程中施于异步电动机的线电压保持不变，

电动机绕组流过额定电流，则由D联结该为YY连接时的功率比为：

PD/PYY=UxIN/0.577Ux(2IN)=0.866

使用此调速方法时，容许输出为近似恒功率，其机械特性如上图：由D联结该为YY连接时的机械特性（图12-3b）第二节变频调速

（一）变频调速的原理

（1）电动机转速是如何改变的？

改变供电频率便可改变异步电动机的同步转速

no=60f1/p,从而改变电动机的转速。

（2）变频调速的特点

变频调速可以适用于各种交流电动机调速，有较大的调速范围、很好的调速平滑性与足够硬度的机械特性，是异步电动机调速最有发展前途的一种方法。

（3）变频调速应注意的问题

变频调速时，希望调速过程中磁通F保持不变。这是因为如F>FN

，将引起磁路过分饱和，导致过大的励磁电流，严重时会因绕组过热而损坏电机，这是不允许的。如F<FN

将使电动机容许输出转矩T下降，同时，F太弱，电动机铁心得不到充分利用，是一种浪费。

（4）如何使磁通F保持不变？

由电动势方程：Ux

@Ex=4.44f1N1kw1

F可见，在频率变化时若使Ex/f1为定值即可使磁通F保持不变，近似的可以认为:保持Ux/f1为定值即可使磁通F保持不变。（5）如何在变频调速时使电动机的过载能力保持不变？

由异步电动机的最大转矩公式：

可引出最大转矩公式的近似表达式：

考虑到：

W0=2pf1/p

x1+x2'=2pf1(L1+L2')

则可以得到：

Tm

@C(Ux/f1)2TN=

Tm/KT≈C（UX/f1）2KTC=m1p/[8π2(L1+L2ˊ)

由此可见，改变频率，同时保持Ux/f1=定值，则电动机的最大转矩不会发生改变，而对于恒转矩调速，电动机的额定转矩也不会改变，所以过载能力也不会改变。（二）变频调速的机械特性

若保持(Ux/f1)=恒值，可以得到异步电动机变频时的机械特性

当电压值较高时各根机械特性基本平行的解释：

因为：

n0=60f1/psm

@r2'/(x1+x2')=r2'/2pf(L1+L2')

所以：

Dn

=n0sm

@60fr2'/2pfp(L1+L2')

=60r2'/2pp(L1+L2')

与频率无关，即

Dn1=Dn2

，电压值较高时各根机械特性基本平行

异步电动机采用变频调速的机械特性（图12-4）

(1）基频以下变频调速—恒转矩调速由上式可知：当Ux/f1常数时，在f1

较高时，即接近额定频率时，r1′﹤(x1+x2′)

，随着

f1的降低，Tm

减少的不多；当

f1较低时，

x1+x2‘较小；

r1相对变大，则随着

f1

的降低，Tm

就减小了。显然，当

f1降低时，最大转矩

不等于常数。但是，由于在效率和功率因数不变的情况下，P2∝UxI1，由此可推得T∝（UxI1/f1)，所以电动机得到充分利用时（电流维持额定值不变），T＝TN

＝定值。即：调速方式近似为恒转矩的。（2）基频以上变频调速

—恒功率调速

基频以上调速时，由于受到绝缘水平的限制，电压不得超过额定值，故只能使电压维持在额定值不变，使频率f1在工频fN基础上增加。由于Tm

@C(Ux/f1)2，所以最大转矩Tm将随f1的增大而减小。由于f1＞fN时，电压维持在额定值不变，当电动机得到充分利用（电流额定不变），假如电动机的功率因数和效率不变，则可以推得：P2∝UNIN＝定值。所以，此时电动机的输出功率近似恒功率性质。（a）

基频以下调速（

常数）

（b）基频以上调速（U1=常数）变频调速的机械特性Ux/f1＝(三)变频调速的主要类型和特点1、按装置形式分类（1）交—交变频器又称直接变频器。它把某一固定频率、固定电压的交流电源变换成为电压和频率都可调的交流电源。（2）交—直—交变频器又称间接变频器。它把交流电源先整流成幅值可变的直流电源，然后再将此直流电源变换成频率可调的交流电源，这种变频器实际上是由可控整流器和逆变器组成的。2、按无功能量处理方式分类（1）电压源型变频器这种变频器的特点是在直流侧并联一个大电容C，用电容储能来缓冲电源和负载之间的无功功率传输。从直流输出端看，电源因并联大电容，其等效阻抗变得很小，大电容又使电源电压稳定，因此具有恒压源特点。逆变器输出电压接近矩形波。（2）电流源型变频器这种变频器的特点是在直流回路中串入一个大电感L，利用大电感来限制电流的变化，用以吸收无功功率。从直流输出端看，因串入一个大电感，其等效阻抗变得很大，大电感又使电流稳定，因此具有恒流源特点。逆变器输出电流接近矩形波。3、按变频器工作方式分类（1）180○导通型变频器工作在这种方式下时，每个晶闸管的导通角为180○，在任意瞬间同时有三个晶闸管导通，每隔60○更换一个晶闸管。每个晶闸管在导通180○之后，立即换流，由同一相的另一晶闸管接替。这种变频器的特点是输出的线电压和相电压均不包含3次及3n次谐波，故对电机的运行影响不大。（2）120○导通型变频器工作在这种方式下时，每个晶闸管的导通角为120○，任意瞬间同时只有两个晶闸管导通。同一桥臂上两个晶闸管的导通有60○的间隔，因而不易造成短路。第三节能耗转差调速

一.转子电路串电阻调速

电路原理图（图12-5）机械特性（图12-6）

二.改变定子电压调速

机械特性.转子电阻较小.带风机类负载时（图12-7）

机械特性.转子电阻较大.带恒转矩负载时（图12-8）

闭环机械特性（图12-10）闭环系统示意图（图12-9）

三.串级调速

（一）串级调速的一般原理

串级调速适用于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

在异步电动机转子电路内引入与电动机转子频率相同的感应电动势Ef

（幅值和相位可调，频率与转子感应电势相同），以调节异步电动机的转速。（1）引入感应电动势Ef

与E2s同相

未引入Ef

时，转子电流为：

式中E2s＝sE2

引入Ef

后，转子电流变为：

因此转子电流I2

增加

异步电动机转矩T增加

使电动机转速增加，转差率s下降

从而使E2s+Ef

下降

一直加速到新的稳定点，调速过程结束。Ef愈大，转差率s下降愈大，转速增加愈大。（2）引入感应电动势Ef

与E2s反相

引入Ef

后，转子电流变为：

因此转子电流I2

下降

异步电动机转矩T下降

使电动机转速下降，转差率增加

从而使E2s+Ef

增加

一直减速到新的稳定点，调速过程结束。Ef愈大，转差率s增加愈大，转速下降愈多。（二）串级调速的基本类型1、机械串级调速转子电势经整流后，供给一台与异步电动机同轴无刷电机（即无