项目六 任务6三相异步电动机的变转差率调速控制

项目六：T68型卧式镗床电气控制阅读赏析4123三相异步电动机的能耗制动与回馈制动56三相异步电动机的反接制动三相异步电动机的制动控制安装调试三相异步电动机的变频调速三相异步电动机的变极调速三相异步电动机的变转差率调速T68型卧式镗床电气控制电路赏析71.三相异步电动机的转速公式n为电动机的转速；n1为旋转磁场的转速，即同步转速；f1为电动机的定子绕组供电频率；p为电动机的磁极对数；s为电动机的转差率。1）改变定子极对数p调速，即变极调速。2）改变电源频率f1调速，即变频调速。3）改变转差率s调速，即变转差率调速。2.三相异步电动机的三种基本调速方法相关知识——三相异步电动机的电气调速前两种调速方法，适用于三相绕线转子异步电动机。第三种调速方法，对三相笼型异步电动机和三相绕线转子异步电动机都适用。1.转子串电阻调速2.转子串附加电动势调速，也叫串级调速。3.定子调压调速二、常用的变转差率调速方法变转差率调速能保持电动机的同步转速n1不变。一、变转差率调速基础知识变转差率调速：保持电动机的定子磁极对数p和电源频率f1不变，只改变转差率s来实现调速。三、转子串电阻调速转子回路串电阻调速的机械特性当电动机拖动恒转矩负载，且TL=TN时，转子回路不串附加电阻时，电动机在固有机械特性上的A点，以转速nA稳定运行。1.调速过程分析同理，当转子串入的电阻为RP2时，电动机稳定在人为机械特性上的C点，以低速nC运行。当所串电阻为RP3时，电动机稳定在D点以更低速nD运行。当转子串入RP1时，转速因惯性不能突变，运行点从A点跃变到人为机械特性上的A’点，转子电流I2和电磁转矩T都减小，负载转矩TL不变，转速下降，转差率s增大，转子电动势、转子电流和电磁转矩均增大，运行点降到B点并稳定运行(TB=TL)。显然，nB<nA，转速降低了。1）转子串电阻后，同步转速n1和最大转矩Tm都不变，临界转差率sm增大，机械特性线性段的斜率增大。3）转子串电阻调速为恒转矩调速性质，适用于恒转矩负载的调速。2）对恒转矩负载，转子所串电阻值越大，人为机械特性就越软，转速n就降得越低，运行稳定性越差。2.调速特性4）当负载转矩TL不变时，转子串电阻调速前后稳定运行时，转子电流、定子电流、输入电功率和电磁转矩T都不变。但是，转子轴上输出的总机械功率随转速n的下降而减小。转子回路串电阻调速的机械特性smsm’sm’’sm’’’三、转子串电阻调速优点：结构简单，设备投资不高，工作可靠，调速电阻可兼作起动电阻和制动电阻使用。缺点：1）属于有级调速，调速平滑性差。2）机械特性变软，稳定性变差，转速下限受到限制，因而调速范围不大。3）转差功率损耗在电阻上，低速时转子发热严重，能耗较大，效率随转差率增加而下降。常用于重复短期运转、对调速性能要求不高的重载机械的调速，如起重运输设备等。应用：3.调速的特点与应用主令控制器控制的转子串电阻调速控制线路为提高工作的可靠性，控制电路接直流电源。分级起动电阻、调速电阻能耗制动零位继电器主令控制器4.转子串电阻调速控制线路（1）零位继电器KV线圈通电并自锁，为把主令控制器SA手柄置于“1”、“2”、“3”位准备通路。（2）KT2、KT3线圈得电，其延时常闭触头立即打开，确保KM2、KM3线圈断电，转子回路串入全部电阻，为起动做准备。◆起动前的准备先将主令控制器SA手柄置于“0”位，再合上隔离开关QS1、QS2：4.转子串电阻调速控制线路4.转子串电阻调速控制线路◆起动控制（1）KM1主触头闭合，电动机接入交流电，转子串两级电阻起动；KM1辅助常开触头闭合，KT1线圈得电，延时常开触头立即闭合。（2）KM1辅助常闭触头断开，KT2线圈失电开始延时。KT2延时结束，其常闭触头复位，KM2线圈得电：①KM2主触头闭合，切除一级电阻R1；②KM2辅助常闭触头断开，KT3线圈失电开始延时。KT3延时结束，其常闭触头复位，KM3线圈得电，其主触头闭合，切除另一级电阻R2，起动结束，电动机额定运行。将SA的手柄推到“3”位，触点SA1、SA2、SA3全接通，KM线圈得电：需要低速运行时，将SA手柄推向“2”或“1”位，转子电路串入一级电阻R2或两级电阻（R1+R2），电动机低速运行。◆调速控制◆制动控制将SA手柄推回“0”位，SA0接通，KM1、KM2、KM3线圈断电，切除电动机交流电；KT1线圈失电，KT2、KT3线圈得电。a.KM1常开触头断开，KT1线圈失电开始延时，延时断开触头仍然闭合；KM1常闭触头复位闭合。KM4得电，电动机接入直流电能耗制动；KM4常开触头闭合，KM3得电，短接全部转子电阻。b.KT1延时结束，延时断开触头复位断开，KM3、KM4线圈失电，制动结束。4.转子串电阻调速控制线路4.转子串电阻调速控制线路◆保护环节KA1、KA2、KA3、KA4均为过电流继电器，用作过电流保护。KA1、KA2、KA3为电动机正常运行时的过电流保护；KA4为能耗制动时的过电流保护。零位继电器KV作零位保护。零位保护是为防止设备和人身事故而必须采用的一种保护。用主令控制器控制电动机时，突然停电时操作手柄在工作位置上，为防止突然来电时电动机意外起动而采用的一种保护电路叫零位保护，由零位继电器或接触器来实现。零位保护能保证只有将操作手柄放在主令控制器的零位上时，零位继电器动作，其触点闭合才能接通接触器的控制回路，让电动机得电工作。转子串附加电动势调速又叫串级调速，是在绕线型异步电动机的转子回路串接三相附加电动势Ef，Ef的频率与转子电动势频率相同，通过调节Ef的大小和相位来实现调速。晶闸管串级调速原理图在绕线转子异步电动机转子侧，通过二极管或晶闸管整流桥，将转差频率交流电变为直流电，再经可控逆变器获得可调的直流电压Ud，作为调速所需的附加直流电动势。转差功率经变压器T反馈到交流电网。四、转子串附加电动势调速2.转子串附加电动势调速的原理1.转子串附加电动势调速的定义二极管整流电路晶闸管逆变电路附加电动势与转子电动势相位相反时，调速之后速度下降。逆变器的电压就是附加电动势。控制逆变器的逆变角，就能改变逆变器的电压，从而达到调速目的。附加电动势与转子电动势相位相同时，调速之后速度上升。3.转子串附加电动势调速的特性晶闸管串级调速原理图二极管整流电路晶闸管逆变电路1）调速过程中的转差损耗能回馈到电网或生产机械上，损耗小，效率高。2）在技术和经济指标上都有优越性，属节能型调速方式，具有恒转矩调速的性质。3）装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额定转速70%-90%的生产机械上。4）调速装置故障时可以切换至全速运行，以避免停产。

5）晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。4.转子串附加电动势调速的特点适用于风机、水泵，以及轧钢机、矿井提升机、挤压机等生产机械的调速。5.转子串附加电动势调速的应用定子调压调速时的机械特性调压调速最适用于转矩随转速降低而减小的负载。如：通风机类负载（图a)中曲线1），此时调速范围很宽。风扇大多采用定子调压调速。对恒转矩负载（图a)中曲线2），调压调速的调速范围很窄，通常难以满足工作需要。定子调压调速能保持同步转速n1、临界转差率sm都不变。调压只能从额定电压往下调，调速只能从额定转速往下调。五、定子调压调速1.定子调压调速的特性目前主要采用晶闸管交流调压器进行变压，通过调整晶闸管的触发角来改变电动机定子绕组的端电压。定子调压调速时的机械特性为了扩大对恒转矩负载的调速范围，通常采用转子电阻大、机械特性较软的高转差率电动机，如图b)所示。实际工作中，高转差率电动机的转差率和运行稳定性，难以满足生产工艺的要求，所以单纯改变电压调速很不实用。1.定子调压调速的特性采用速度反馈的闭环控制，提高低速时的机械特性硬度，以获得较宽的调速范围，并保证电动机有一定的过载能力。开环控制框图：闭环控制框图：控制器与被控对象间只有单方向顺序作用而无反向联系。输出端和输入端之间存在反馈回路，输出量对控制过程有直接影响。闭环的作用：应用反馈来减少偏差。优点：精度较高，对外部扰动和系统参数变化不敏感。缺点：存在稳定、振荡、超调等问题，系统性能分析和设计麻烦。优点：简单、稳定、可靠。缺点：精度通常较低、无自动纠偏能力。2.现代调压调速3）定子调压调速一般适用于100kW以下的生产机械。1）定子调压调速既非恒转矩调速，也非恒功率调速。最适用于通风机类负载，也可用于恒转矩负载，最不适用于恒功率负载。2）在转速较低时，转子电阻损耗较大，电动机发热严重，因而不宜在低速下长期运行。4.定子调压调速的应用1）定子调压调速线路简单，易实现自动控制。2）电压能够连续调节，因而能实现无级调速。3）电磁转矩T∝U2，随着U的下降，T大幅度下降，因而调速范围不大。4）调压调速过程中，转差功率以发热形式消耗在转子电阻中，效率较低。3.定子调压调速的特点定子调压调速控制器把两种传统的调速方式：定子调压调速和转子串电阻调速有机结合，用于控制三相绕线式异步电动机的。5.定子调压调速控制器2）在4档，采用转子串电阻调速，通过改变转子电阻，来获得不同的人为机械特性，从而实现对电动机的调速。1）在1~3档，采用定子调压调速，通过控制定子回路晶闸管的导通角改变定子电压，从而实现电动机调速。两种调速方式配合使用，其优点都得到了充分利用，控制效果非常好。注意：两种调速方式不是同时采用，而是在不同的档位，采用不同的调速方式。六、拓展学习——三相绕线型电动机转子串电阻调速控制凸轮控制器QCC转子电路串不对称电阻，由凸轮控制器控制其切换。凸轮控制器前后各有5个位置，采用对称接法。在正转和反转位置时，电动机工作情况类似。4对常开触头控制电动机正反转时定子绕组的换相。5对常开触头切换转子电路的电阻，以实现电动机转子串电阻起动和调速。1.凸轮控制器的12对触头及用途3对常闭触头（零位时接通的3对触头SA0），1对实现零位保护（手柄置0位才能起动电动机）；另2对除了保证手柄在0位才能起动外，还配合两个方向的行程开关SQ1、SQ2实现限位保护。电磁抱闸YB对电动机进行机械制动，实现准确停车。2.电路中的制动环节YB通电时，抱闸被电磁铁吸引松开制动轮，让电机自由旋转；YB断电时，电磁吸力消失，电磁抱闸落下，抱住制动轮，强迫电机快速停转。当凸轮控制器手柄向前方各位置转动时，左半部分的对应触头W与L2接通，V与L3接通，电动机正转，带动生产机械前进。此时行程开关SQ1仍被接入电路，但SQ2所在回路断开。当凸轮控制器手柄置“0”位时，合上电源开关QS，按下起动按钮SB，接触器KM线圈通电，做好起动准备，两个方向的行程开关SQ1、SQ2都被接入电路。3.控制电路工作过程当凸轮控制器手柄向后方各位置转动时，左半部分对应触头V与L2接通，W与L3接通，电动机反转，带动生产机械后退。此时行程开关SQ2仍被接入电路，但SQ1所在回路断开。生产机械前进到位，SQ1的常闭触头被撞开，切断接触器KM线圈电路，电动机和电磁抱闸YB都断电，制动器将电动机制动轮抱住，电动机准确停车，防止越位而发生事故，起限位保护作用。生产机械后退到位，撞开SQ2常闭触头，电动机停车，实现限位保护。当凸轮控制器手柄转动在“1”位时，右半部分5对常开触头都不闭合，转子电路接入全部外接电阻，电动机最低速运行。4.电动机的调速情况当凸轮控制器的手柄转动在“2”、“3”、“4”、“5”位时，右半部分5对常开触头接通的情况不同，接通的触头会使相应的电阻短路。手柄在不同档位时短接不对称电阻的情况，如下图所示：控制凸轮控制器手柄的位置，即可实现电动机的调速。随着转子电阻不断被切除，电动机转速逐步升高。5.电路中的保护措施（1