电机拖动-第十二章-三相异步电动机调速课件

重庆大学自动化学院电机学及拖动基础1第十二章三相异步电动机的调速2

主要内容第一节变极调速第二节变频调速第三节调节转差能耗调速3异步电动机的调速方法：1.改变定子绕组的极对数p——变极调速2.改变供电电源的频率f1——变频调速3.改变转差率s——调节转差能耗调速4第一节变极调速实现方法： 改变定子绕组的联结改变定子极对数调速

——改变定子绕组的联结，得到的极对数成倍地变化，同步转速也成倍地变化，属于有级调速。5

——改变定子绕组的联结，极对数p及2p下相序相反，须将V、W两相出线端对调，以保持调速前后转向相同。6容许输出功率或转矩的变化：输入功率假定不同极对数下η与均保持不变，则：若忽略定子损耗，电磁功率Pe与输入功率P1相等，则：定子绕组从一个星形改为两个星形联结并联（Y-YY）：

极对数减小为原来的一半，ns增加一倍，其转矩比

——恒转矩调速方式。带恒转矩性质的负载，配合较好。输出功率7定子绕组从一个三角形改为两个星形联结并联(Δ-YY)：

极对数也减小为原来的一半，ns也增加一倍，其功率比

——近似恒功率调速。带恒功率性质的负载，配合较好。机械特性： 电动机在高速下运转改变定子绕组联结使极对数增加电动机降速，降速过程中电动机工作在回馈制动状态Y-YY联结Δ-YY联结8优点： 调速时低速人为特性较硬，静差率较高，经济性较好； 定子绕组的不同联结可实现恒转矩或近似恒功率调速。缺点： 属于有级调速，适用于不需平滑调速的场合适用类型： 笼型转子异步电动机9第二节变频调速对磁通Φ的要求：为使励磁电流和功率因数保持不变，一般要求Φ不变为使f1变化时Φ不变，由

——要求UΦ/f1=定值，即UΦ需与f1成比例地变化对过载能力的要求：最大转矩频率变化前后，额定转矩之比为：f1较高时，X1+X2′>>R1为使频率变化前后有同样的过载能力，则定子电压的调节方法为：10对于恒转矩调速：

可见，如能保持UΦ/f1=定值，则可保证调速过程中：电动机过载能力基本不变；磁通Φ基本不变。对于恒功率调速：

可见，如能保持

=定值，则可保证调速过程中：电动机过载能力基本不变；但此时磁通Φ将发生变化。 如按恒转矩调速保持UΦ/f1=定值，则调速过程中：磁通Φ基本不变；但电动机过载能力将发生改变。11机械特性：

UΦ/f1=定值的变频调速优点： 性能优异，调速范围大，低速静差率较高，平滑性高；变频时UΦ按不同规律可实现恒转矩或恒功率调速，适应负载要求——是笼型异步电动机最有发展前途的一种调速方法缺点：必须有专用的变频电源；在恒转矩调速时，低速时过载倍数大为降低，甚至不能带动负载。适用类型：笼型转子异步电动机12第三节调节转差能耗调速共同特点：在调速过程中均产生大量的转差功率sPe，并消耗在转子电路，使转子发热，调速的经济性较差（串级调速除外）介绍以下几种：转子电路串电阻调速——用于绕线转子异步电动机改变定子电压调速——常用于笼型转子异步电动机滑差电动机——用于笼型转子异步电动机串级调速——用于绕线转子异步电动机13一转子电路串联电阻调速实现方法： 转子串电阻RΩI2减小T减小（T<Tz）n减小s增加调速

sE2增加I2增加T增加（T=Tz）稳定机械特性：

转子电路串联电阻的数值愈大，人为机械特性愈软。14调速性能分析：调速上限是nN，下限受允许静差率的限制，调速范围不大调速级数少，平滑性不高转子串电阻为恒转矩调速方法转速降低(s增高)，η下降，转子损耗增高，经济性不高转子损耗输出功率转子效率15优点： 方法简单，初期投资不高，一般适用于恒转矩负载缺点： 调速范围不大，平滑性不高，经济性不高适用类型： 绕线转子异步电动机16二改变定子电压调速改变定子电压的机械特性： 对于恒转矩负载：转速低于nm的机械特性不能稳定运行，仅ns～nm的转速区段可调，故调速范围很小 对于通风机负载：转速低于nm的机械特性也能稳定运行，调速范围扩大了转子电阻较高时改变定子电压的机械特性： 对于恒转矩负载：可得较宽调速范围 但是：特性太软，静差率常不能满足要求；低压时过载能力较低，负载稍波动即可导致停转。17目前，都采用晶闸管交流调压闭环系统(P156)进行调速优点： 可实现平滑调速，得到低速硬特性和较大的调速范围；

且结构简单，成本较低，应用较多——较有发展前途缺点： 调速效率较低，功率因数比转子串电阻时更低适用类型： 一般用于高转差率笼型转子异步电动机 也可用于绕线转子异步电动机18三滑差电动机又称“电磁调速异步电动机”，由笼型异步电动机、滑差离合器和控制装置三部分构成。1.滑差离合器的调速原理笼型异步电动机带动电枢恒速旋转感应子绕组内通以直流励磁电流感应子磁极处建立交链磁场电枢旋转切割交链磁场，产生感应电动势和涡流涡流与感应子磁场作用，在感应子中产生电磁力和转矩转矩使感应子带动生产机械沿电枢的转向旋转平滑地调节滑差离合器的励磁电流，实现感应子无极调速

——电枢与感应子间必须存在转速差。异步电动机的能量通过电枢与感应子间的电磁感应传递到拖动装置中。19双电枢无集电环滑差离合器：应用于小功率大范围调速杯形电枢滑差离合器：适用于小功率爪式无集电环滑差离合器：适用于较大功率2.滑差离合器的结构类型

（略）3.滑差离合器的调速性能机械特性：n1—主动部分转速n2—从动部分转速IB—励磁电流励磁电流愈小，特性愈软要得较大调速范围，提高调速平滑性，须采用闭环系统20滑差离合器输入功率调速效率输出功率若T1=T2=T，转差功率调速性能分析：容许输出转矩T随转速降低而降低，调速既非恒转矩也非恒功率——最适用于通风机负载，最不适宜带恒功率负载效率η随转速下降而下降，而损耗ΔP随转速下降而增高优点：结构简单，运行可靠，维护方便，加工容易，能平滑调速，用闭环系统可扩大其调速范围缺点：须增加滑差离合器设备；调速效率低；在负载转矩Tz<10%TN时，可能失控（即存在不可控区）适用类型：笼型转子异步电动机21四串级调速串级调速：转子电路串接感应电动势Ef，以调节绕线转子异步电动机转速。引入电动势Ef的方向，可与转子电动势E2s方向相同或相反，其频率则与转子频率相同。调速过程： （1）Ef与E2s同相——

（2）Ef与E2s反相——

（3）Ef超前E2s角θ的一般情况——1.串级调速的一般原理I2↑T↑(T>Tz)→n↑s↓→I2↓T↓(T=Tz)I2↓T↓(T<Tz)→n↓s↑→I2↑T↑(T=Tz)Ef分解为：E2s同相分量Efcosθ；E2s超前90o分量Efsinθ 如能使Ef平滑改变，并超前E2s，则既能平滑调节异步电动机的转速，又能提高定子功率因数。222.串级调速的机械特性转子电流转子电流有功分量转矩TD——为Ef=0时，即普通异步电动机的转矩θ=90o时：θ=0o时：

或改写为：23T1——Ef=0时异步电动机的转矩，由旋转磁场与E2s引起的那一部分电流相互作用产生T2——由旋转磁场与Ef引起的那一部分电流相互作用产生机械特性表明：

Ef>0且其数值增大时，机械特性向上移动；Ef<0且其绝对值增大时，机械特性向下移动——利用Ef大小和方向的改变，既可在ns以上又可在ns以下进行调速机械特性的工作部分较硬，当|-Ef|之值较大时，最大转矩（即过载能力）降低，起动转矩也减小24实现过程：转子电压经晶闸管整流电路变为直流电压Ud逆变器电压Uβ视为加到转子电路的电动势Ef控制逆变角β，可改变Uβ（即Ef），从而实现异步电动机串级调速3.晶闸管串级调速的基本原理功率转换过程：输入功率P1，Pe≈P1时，负载机械功率P1(1-s)，转子转差功率sP1P′为反馈给电网的功率，如忽略损耗，则P′≈sP1

——控制反馈功率P′也可调节异步电动机的转速25优点： 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；应用范围广，适用于通风机负载，也可用于恒转矩负载——是绕线转子异步电动机最有发展前途的一种调速方法缺点： 功率因数较差适用类型： 绕线转子异步电动机26本章小结变极调速：掌握其方法和特点——笼型转子变频调速：掌握其方