电机及拖动基础：第十六、十七讲 三相异步电动机的调速

1、第十第十六、十七六、十七讲讲 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速由异步电动机转速表达式1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速可知，异步电动机调速方法有三种，分别是：spfsnn160110改变定子绕组的极对数；改变供电电源的频率；改变电动机的转差率1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变

2、定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 变极调速变极调速改变定子的极对数，使异步电动机的同步转速n0=60f1/p改变，从而可以调节电机转速。改变定子的极对数，通常采用改变定子绕组联结法的方法，其原理如下图所示。三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 变极调速变极调速三相绕组的联结方法是相同的，因此只要了解其中一相的联结法即可知道其它两相。如果三相绕组为Y形接法，可将其改接成两个并联的星形联结，如下图所示。1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定

3、子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 变极调速变极调速如果三相绕组为D形接法，亦可将其改接成两个并联的星形联结，如下图所示。v 注意注意：绕组联结改变后，应将V、W两相的出线端交换，以保证改接前后电动机转速方向相同。1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 变极调速变极调速电动机的容许输出功率在变速前后的关系电动机的

4、容许输出功率在变速前后的关系电动机输出功率为1112cos3IUPPx假设不同极对数下，和cos1保持不变，则5 . 021233NN22YIUIUPPxxYY866. 0232333NN22DIUIUPPxxYY1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 变极调速变极调速电动机的容许输出转矩在变速前后的关系电动机的容许输出转矩在变速前后的关系电动机输出转矩为pIUnIUnPTxxT1010950

5、0则有732. 1223NNDpIUpIUTTxxYY122NNpIUpIUTTxxYYY1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 变极调速变极调速电动机变速前后机械特性变化情况电动机变速前后机械特性变化情况YYY时1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4

6、）串级调速）串级调速Y接法YY接法三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 变极调速变极调速电动机变速前后机械特性变化情况电动机变速前后机械特性变化情况 D DYY时1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速D接法YY接法三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 变频调速变频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

7、数基本保持不变，希望磁通F也保持不变。如果FFN，将引起磁路饱和使励磁电流增大，功率因数下降；如果FR1, 略去R1，则212012XXUmTxm2121212218fUCfLLpUmTxxm1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 变频调速变频调速考虑频率变化前后输出额定转矩的关系频率变化前后输出额定转矩的关系NTmTKT 21fKUCTTxNTTxxNNKKffUUTT2112若要保证频率变

8、化前后具有相同的过载能力，即KTKT，则可根据下式调节定子电压：NNNNTTffUU111. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 变频调速变频调速对于恒转矩负载， TNTN，则定值11fUfUxx对于恒功率负载，PTN= TN0TN 0 =定值，则有1N1NfTfT若要保证频率变化前后具有相同的过载能力，即KTKT，则可根据下式调节定子电压：定值11fUfUxx1. 变极调速变极调速2. 变频调

9、速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 变频调速变频调速改变电源频率时的人为机械特性改变电源频率时的人为机械特性异步电动机同步转速为：f1较高时，可忽略R1，则11060fpfn异步电动机最大转矩时的转差率为：221212XXRRsm1121fXXRsm1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电

10、动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 变频调速变频调速改变电源频率时的人为机械特性改变电源频率时的人为机械特性f1较小时，由于X1X2 较小，R1的影响不可忽略，此时Tm的随频率减小大为降低；f1较大时，可以忽略R1的影响，此时Tm的数值可认为基本不变。f11f12f13f14f15f161. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 变频调速变频调速变频调速的优缺点变频

11、调速的优缺点优点：优点：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。缺点：缺点：必须有专门的变频电源，在恒转矩调速时低速段电动机过载倍数大为降低，甚至不能带动负载。1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 能耗转差调速能耗转差调速能耗转差调速主要有：转子电路串

12、电阻调速、改变定子电压调速、滑差电动机调速、串级调速和脉冲调速。这些调速方法的共同特点是：在调速过程中产生大量的转差功率sPT，并消耗在转子电路中（串级调速将转差功率送回电网），调速的经济型差（串级调速除外）。1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 能耗转差调速能耗转差调速转子电路串电阻调速转子电路串电阻调速如右图所示，转子电路串电阻R后，使转子电流I2减小，转矩T=CTJI2cos2也相应减

13、小，TTz（原先T=Tz），电动机减速，转差率s=(n0-n)/n0将增加到s1，sE2将增加到s1E2。I2及T将增大一直到T=Tz时，电动机达到新的平衡状态，电动机以对应s1的转速运行。1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 能耗转差调速能耗转差调速转子电路串电阻调速转子电路串电阻调速右图给出所示，转子电路串电阻R1与R1后的人为机械特性。所串电阻数值越大，人为机械特性越软。调速上限是nN

14、，下限受允许静差率限制，调速范围只有23，当允许静差率为0.5时，调速范围只有2。1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速)1 (maxNDnn%1000DnnN三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 能耗转差调速能耗转差调速转子电路串电阻调速转子电路串电阻调速数量关系数量关系由于T=CTJI2cos2，在额定电压时，磁通F=FN=定值，转子串电阻调速时，I2=I2N，则222122222N22N22XsRREXsREII12N2s

15、RRsR参照上册P1361. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 能耗转差调速能耗转差调速转子电路串电阻调速转子电路串电阻调速数量关系数量关系转子串电阻调速时，转子电路功率因数为22212122/cosXsRRsRRN2222N2N22cos/cosXsRsR12N2sRRsR1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）

16、改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 能耗转差调速能耗转差调速转子电路串电阻调速转子电路串电阻调速数量关系数量关系这时，转矩T为定值N2N2NNcosTICTTJF可见，转子串电阻调速为恒转矩调速。1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 能耗转差调速能耗转差调速转子电路串电阻调速转子电路串电阻调速经济性分析经

17、济性分析转子损耗功率为若忽略机械损耗，则输出功率为DRRIsPPT22223sPPT12调速时转子电路的效率为ssPsPsPPPPTTT1112221. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 能耗转差调速能耗转差调速转子电路串电阻调速转子电路串电阻调速优缺点分析优缺点分析优点：优点：方法简单，初期投资不高，一般可适用于恒转矩负载，如起重机。也可适用于风机负载。缺点：缺点：当转速降低（s 增高）时，

18、效率下降，转子损耗功率增高，故经济性不高。1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 能耗转差调速能耗转差调速改变定子电压调速改变定子电压调速改变异步电动机定子电压时的人为机械特性如下图所示。当T=Tz时，电压由U1降到U1，转速将由n1降到n3。在nnm的机械特性部分，对恒转矩负载不能稳定运行，因此不能用于调速，所以，调速范围很小。1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能

19、耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 能耗转差调速能耗转差调速改变定子电压调速改变定子电压调速对于风机负载，负载特性如下图Tz，在nTz，使转速升高，转差率s减小，sE2Ef的数值下降，I2开始下降，T也跟着下降，电动机加速度下降，直到新的稳定转速时T=Tz，加速过程结束。zzTTTIEsEsnTTTI2f22)(1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变

20、定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 能耗转差调速能耗转差调速串级调速串级调速一般原理一般原理2) Ef与sE2反相引入Ef后，且Ef与sE2反相，转子电流I2变为2222222XsREsEIf 引入与sE2反相的Ef的转速减小过程与引入与sE2同相的Ef 的加速过程类似。zzTTTIEsEsnTTTI2f22)(1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调

21、速三相异步电动机的调速 能耗转差调速能耗转差调速串级调速串级调速一般原理一般原理 引入超前sE2某一角度q的Ef，以提高异步电动机功率因数。以Ef超前sE2 90为例分析其工作原理，见右图。1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 能耗转差调速能耗转差调速串级调速串级调速一般原理一般原理 对 于 引 入 超 前sE2某一角度q的Ef的一般情况，将Ef分解为两个量，与sE2同相的分量，与超前sE2

22、 90的分量，由此可见，可使电动机调速，又可提高功率因数。1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 能耗转差调速能耗转差调速串级调速串级调速机械特性机械特性根据右图所示的向量图， Ef超前sE2的角度为q，取sE2为参考向量，则222222222222sincossXRsXjREjEsEsXjREsEIfffqq1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回

23、路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 能耗转差调速能耗转差调速串级调速串级调速机械特性机械特性异步电动机的转矩为：aTJTJICICT22cosFF2222222222cossinsXRREsXERsEIffaqqqqcossin122222222222sEERXEEXsRRsEff转子电流的有功分量I2a为I2的实数部分，即1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压

24、调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 能耗转差调速能耗转差调速串级调速串级调速机械特性机械特性2222222XsRRsE为Ef=0时的转子电流的有功分量aDIXsRRsE22222222qqcossin12222sEERXEETTffD其中mDmDmDDssssTT21. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 能耗转差调速能耗转差调速串级调速串级调速机械特性机械特性讨论1) q=90时22212RXEEssssTTfmDmDmDv当Ef超前sE2 90时，临界转差率smD不变，最大转矩为Ef=0时的1+(Ef/E2 )(Xf/R2 )倍。1. 变极调速变极调速2. 变频调速变频调速3. 能耗转差调速能耗转差调速1）转子回路串电阻调速）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速）改变定子电压调速3）滑差电动机）滑差电动机4）串级调速）串级调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 能耗转差调速能耗转差调速串级调速串级调速机械特性机械特性讨论2) q=0时vT1为Ef=0时，电动机的转矩，与机械特性实用表达式一致；vT2为Ef所引