任务五 三相异步电动机的调速

1、任务五任务五 三相异步电动机调速三相异步电动机调速 12.1 变极调速变极调速12.2 变频调速变频调速12.3 能耗转差调速能耗转差调速 1. 改变磁极对数改变磁极对数 p2. 改变转差率改变转差率 s 3. 改变电源频率改变电源频率 f1(变频调速变频调速)调速方法：调速方法： n = (1 s) n0 = (1 s)60 f1 p 鼠笼电机鼠笼电机调压调速调压调速滑差电机调速滑差电机调速(电磁离合器调速电磁离合器调速)转子串电阻调速转子串电阻调速转子串电势调速转子串电势调速变频机组变频机组交交直直交变频交变频交交交变频交变频 改变定子的极对数改变定子的极对数，通常用，通常用改变定子绕组联

2、结法改变定子绕组联结法的的方法。转子为笼型，则转子的极对数自动随定子的极对方法。转子为笼型，则转子的极对数自动随定子的极对数对应。也可以在电动机上数对应。也可以在电动机上安装两组独立的绕组安装两组独立的绕组，各个各个绕组联结法不同构成不同的极对数。绕组联结法不同构成不同的极对数。 改变极对数改变极对数p p都是成倍的变化，转速也是成倍的变化，都是成倍的变化，转速也是成倍的变化，故为故为有级调速。有级调速。12.1 12.1 变极调速变极调速pfn1160变极调速是一种通过改变定子绕组极对数来实现转子转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，由于同步转

3、速速调节的调速方式。在一定电源频率下，由于同步转速 与极对数成反比，因此，改变定子绕组极对数与极对数成反比，因此，改变定子绕组极对数便可以改变转子转速。便可以改变转子转速。1 1 变极原理变极原理 NSx1a2x2a1XA(c) 2P=2NSx1a2x2a1XA(b) 2P=2NNSSx1a2x2a1XA(a) 2P=4 上图上图a、b、c分别为三相异步电动机变极前后定子绕组分别为三相异步电动机变极前后定子绕组的接线图。其中，的接线图。其中， 代表代表A相的半相绕组，相的半相绕组， 代表代表A相相的另一半相绕组。的另一半相绕组。11xa22xa结论结论: : 只要改变定子半相绕组的电流方向便可

4、以实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。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效的电磁转矩，变极调速一般仅适用于鼠笼式异步电动机。机。结论结论: : 对于三相异步电动机，为了确保变极前后转子的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。转向不变，变极的同时必须改变三相绕组的相序。这主这主要是极对数的改变会引起相序发生改变所致。要是极对数的改变会引起相序发生改变所致。因为极对数为因为极对数为p时，如果时，如果A 、 B

5、、C之间的相位关系为之间的相位关系为00，1200，2400，如图（，如图（a）所示；则在极对数为）所示；则在极对数为2p时，时， A 、B、C之间的相位关系变为之间的相位关系变为00，2400，4800 （相当（相当1200），），如图（如图（b）所示。显然，）所示。显然，在极对数为在极对数为p和和2p下，下， A 、 B、C之间的相序相反，之间的相序相反， B、C两端应对调，以保证变速前后两端应对调，以保证变速前后电动机的转向相同。电动机的转向相同。ABC(a) P对极对极(b) 2P对极对极ABC(1)三相异步电动机三相异步电动机Y/YY 接变极调速的接线接变极调速的接线(2)三相异步电

6、动机三相异步电动机 /YY 接变极调速接变极调速的接线的接线变极接线方法变极接线方法NUNINININININI2NI2BAAABBCCC2pppNUNINININININI2NI2BAAABBCCC2pppNI32 2 变极调速时容许输出变极调速时容许输出 从充分利用电动机的角度出发，电动机在各种转速下从充分利用电动机的角度出发，电动机在各种转速下的电流均为额定电流（每个支路的电流）。设电源电压的电流均为额定电流（每个支路的电流）。设电源电压UN不变，变极前后电动机的效率和功率因数不变。不变，变极前后电动机的效率和功率因数不变。 容许输出容许输出时是指保持电流为额定值条件下，调速前、时是指保

7、持电流为额定值条件下，调速前、后电动机轴上输出的功率和转矩。后电动机轴上输出的功率和转矩。（1）Y/YY接变极调速接变极调速NUNINININININI2NI2BAAABBCCC2ppp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：别满足下列关系：21)cos)2(3()cos3(1122NNNNYYYIUIUPP1)29550/()9550(121222nPnPTTYYYYYY结论：结论：Y/YY接变极调速属于恒转矩调速方式

8、，适接变极调速属于恒转矩调速方式，适 用于恒转矩负载。用于恒转矩负载。 从从2pp，因电动机的转差率很小，认为，因电动机的转差率很小，认为 ，nYY=2nY。（2）/YY接变极调速接变极调速NUNINININININI2NI2BAAABBCCC2pppNI3866. 023cos)2(3cos)3(31122NNNNYYIUIUPP3)29550/()9550(121222nPnPTTYYYY结论：结论：/YY接变极调速属于近似恒功率调速方式，接变极调速属于近似恒功率调速方式，适用于恒功率负载适用于恒功率负载。 Y Y联结改成联结改成YYYY联结联结联结改成联结改成YYYY联结联结3. 变极调

9、速小结变极调速小结(1) 调速方向调速方向 YYY ()：n Y () YY ： n (2) 调速范围调速范围 D = 2 4(3) 调速的平滑性调速的平滑性 平滑性差。平滑性差。(4) 调速的稳定性调速的稳定性 稳定性好。稳定性好。 静差率：静差率：(5) 调速的经济性调速的经济性 经济性好。经济性好。(6) 调速时的允许负载调速时的允许负载 YYY(基本不变）基本不变） = 100% n0n n0 n n0 = 恒转矩调速。恒转矩调速。 YY （近似）恒功率调速。近似）恒功率调速。 2007-7-31 由异步电动机转速表达式由异步电动机转速表达式n=(60f1)/p(1- -s)可知，当转

10、差可知，当转差率变化不大时，率变化不大时，n基本正比于基本正比于f1，改变频率即可调节电，改变频率即可调节电动机转速。动机转速。 变频调速时，为了保证励磁电流和功率因数基本保持不变频调速时，为了保证励磁电流和功率因数基本保持不变，希望磁通变，希望磁通F F也保持不变。也保持不变。 如果如果F FF FN，将引起磁路饱和使励磁电流增大，功率因，将引起磁路饱和使励磁电流增大，功率因数下降；数下降； 如果如果F FR1, 略去略去R1，则，则pf /210)(221121LLfXX2121012XXUmTm211212122118fUCfLLpUmTm 考虑考虑 频率变化前后输出额定转矩的关系频率变

11、化前后输出额定转矩的关系NTmTKT 211fKUCTTNTTNNKKffUUTT211211 若要保证频率变化前后具有相同的过载能力，即若要保证频率变化前后具有相同的过载能力，即KT KT，则可根据下式调节定子电压：，则可根据下式调节定子电压：NNTTffUU1111NNTT1111ffUU定值1111fUfU定值1111ffff11NNUUTT对变频调速的要求：对变频调速的要求：（1 1）主磁通）主磁通m m N N，以防止定子铁心过饱和；，以防止定子铁心过饱和；（2 2）电动机的过载能力（或最大电磁转矩）电动机的过载能力（或最大电磁转矩T Tm m）尽可能保）尽可能保持不变。持不变。11

12、60(1)sfnfp12221211121(2)()fmRRsXXfRXX222111222222221121121122()(2) ()()()sRUUmm psf RsTRfsRRsfLLRXXs211122Um psfTsfR(3) 由异步电动机机械特性的参数表达式由异步电动机机械特性的参数表达式当当s很小时很小时机械特性可以近似为直线机械特性可以近似为直线1222116060 2(/)sfTRnsnspm pUf 在某一转矩在某一转矩T下，其转速降为下，其转速降为1/Uf可可见，见，当当 不不变变时，时，转转速速降降近近似似不不变。变。即即变变频频的的认认为为特特性性基基本本上上是是一

13、一族族平平行行线。线。变频调速具有优异的性能，调变频调速具有优异的性能，调速范围较大，平滑性较高，变速范围较大，平滑性较高，变频时按不同规律变化可实现恒频时按不同规律变化可实现恒转矩或恒功率调速，以适应不转矩或恒功率调速，以适应不同负载的要求，低速时特性的同负载的要求，低速时特性的静差率较高，是异步电动机调静差率较高，是异步电动机调速最有发展前途的一种方法。速最有发展前途的一种方法。161514131211ffffff U、f 可可 变变M33整流电路整流电路逆变电路逆变电路50 Hz控制控制电路电路 直直 流流3 3 变频调速小结变频调速小结(1) 调速方向调速方向 f1fN 时：时：n 。

14、(2) 调速范围调速范围 D 较大。较大。(3) 调速的平滑性调速的平滑性 平滑性好（无级调速）。平滑性好（无级调速）。(4) 调速的稳定性调速的稳定性 稳定性好。稳定性好。(5) 调速的经济性调速的经济性 初期投资大；运行费用不大。初期投资大；运行费用不大。 (6) 调速时的允许负载调速时的允许负载f1fN 时：时：n 。 f1fN 时时 恒转矩调速。恒转矩调速。 f1 fN 时时 恒功率调速。恒功率调速。 变频器变频器 2007-7-31 2014-5-14 调速方法调速方法调速指标调速指标改变同步转速改变同步转速改变转差率改变转差率改变极对数改变极对数（笼型）（笼型）改变电源频率改变电源

15、频率（笼型）（笼型）转子串电阻转子串电阻（绕线型）（绕线型） 调速方向调速方向上、下上、下上、下上、下下调下调调速范围调速范围不广不广宽广宽广不广不广调速平滑性调速平滑性差差好好差差调速相对稳定调速相对稳定好好好好差差适合的负载类适合的负载类型型恒转矩恒转矩Y/YY恒功率恒功率/YY恒转矩（以下）恒转矩（以下）恒功率（以上恒功率（以上）恒转矩恒转矩电能损耗电能损耗小小小小低速时大低速时大设备投资设备投资少少多多少少12.3 12.3 能耗转差调速能耗转差调速 n0T n O TMR2R2+R1 1 绕线型异步电动机转子串联电阻调速绕线型异步电动机转子串联电阻调速TZM33RKM1) 1) 调速

16、过程调速过程 A AB BC CnC在额定电压时，磁通定值，调速时在额定电压时，磁通定值，调速时 定值222122222N22N22XsRREXsREII12N2sRRsR定值N2222N2N222212122cos/cosXsRsRXsRRsRR1N2N2NNcosTTCITF定值恒转矩调速恒转矩调速n0TnOnMUNTZTZ2 笼型异步电动机改变定子电压调速笼型异步电动机改变定子电压调速TZ(1) 调速方向调速方向 U1(UN) n(2) 调速范围调速范围 D 较小。较小。U1n0TnOnMUNU1(3) 调速的平滑性调速的平滑性 若能连续调节若能连续调节U1， n 可实现无级调速。可实现

17、无级调速。(4) 调速的稳定性调速的稳定性 稳定性差。稳定性差。(5) 调速的经济性调速的经济性 经济性较差。经济性较差。 需要可调交流电源。需要可调交流电源。 cos 1 和和 均较低。均较低。(6) 调速时的允许负载调速时的允许负载 既非恒转矩调速，又非恒功率调速。既非恒转矩调速，又非恒功率调速。 因为因为 TU1p2所以所以 U1 T (n) P2 为克服硬度低和过载能力差，采用为克服硬度低和过载能力差，采用闭环调速系统闭环调速系统 调节器调压装置MUn*UnnT0闭环调节系统框图闭环调节系统静特性1) 1) 改变定子电压调速时，在转子电路中串入较大电阻改变定子电压调速时，在转子电路中串

18、入较大电阻 对恒转矩调速，如能增加异对恒转矩调速，如能增加异步电动机转子电阻（绕线转步电动机转子电阻（绕线转子异步电动机转子串电阻或子异步电动机转子串电阻或采用高转差率笼型异步电动采用高转差率笼型异步电动机），则改变定子电压可获机），则改变定子电压可获得较宽的调速范围，但机械得较宽的调速范围，但机械特性变软，难满足静差率的特性变软，难满足静差率的要求。而且低压时，过载能要求。而且低压时，过载能力差，运行的稳定性差。力差，运行的稳定性差。不采用闭环调速时，在电不采用闭环调速时，在电压压U1下，转矩从下，转矩从TN增大到增大到TN ，转速从，转速从n2下降到下降到n2 ，转速变换很大；采用闭环转速

19、变换很大；采用闭环调速，转速下降时，调压调速，转速下降时，调压装置把电压升高到装置把电压升高到U1 ，转，转速从速从n2下降到下降到n1 ，转速变，转速变化很小。化很小。3 3 滑差电动机滑差电动机 滑差电动机又称滑差电动机又称“电磁调速异步电动机电磁调速异步电动机”，其特点是在，其特点是在异步电动机轴上安装一个电磁滑差离合器，并由晶闸管异步电动机轴上安装一个电磁滑差离合器，并由晶闸管控制装置调节离合器励磁绕组的电流，即可调节离合器控制装置调节离合器励磁绕组的电流，即可调节离合器的输出转速。的输出转速。 滑差电动机由笼型异步电动机、滑差离合器和控制装置滑差电动机由笼型异步电动机、滑差离合器和控

20、制装置三部分组成。三部分组成。 以上几种改变转差率调速，都伴有转差功率产生，以上几种改变转差率调速，都伴有转差功率产生，并将其消耗掉，而且，转速愈低，损耗愈大。并将其消耗掉，而且，转速愈低，损耗愈大。4 绕线型笼型异步电动机的串级调速绕线型笼型异步电动机的串级调速 对转子串电阻调速或改变定子电压调速，这部分损对转子串电阻调速或改变定子电压调速，这部分损耗除消耗在转子本身的电阻以外，大部分消耗在外串电耗除消耗在转子本身的电阻以外，大部分消耗在外串电阻上。能否在转子电路中不串电阻，而是将这部分电能阻上。能否在转子电路中不串电阻，而是将这部分电能反馈到电源中去。也就是说，在转子电路中串入一个与反馈到

21、电源中去。也就是说，在转子电路中串入一个与转子电势频率相同，相位可同可反的外加电势，主要用转子电势频率相同，相位可同可反的外加电势，主要用来吸收转差功率，这样，即可以调速，又作到节能，这来吸收转差功率，这样，即可以调速，又作到节能，这种在转子电路串入附加电势的调速方法称为串级调速。种在转子电路串入附加电势的调速方法称为串级调速。 （1）串级调速的一般原理）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。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

22、子电路内引入感应电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动势 ，以调节异步电动机的转速。引入电动势的方向，可与转，以调节异步电动机的转速。引入电动势的方向，可与转子电动势子电动势 方向相同或相反，其频率则与转子频率相同。方向相同或相反，其频率则与转子频率相同。fEsE2 1 与与 同相同相 fEsE2fE未引入未引入 时时2222222XsRsEIfE引入引入 后后2222222XsREsEIfI2 T n sE2 I2 T T =TZ 为使电动机得到充分利用，调速前后电动机的电流为使电动机得到充分利用，调速前后电动机的电流应为额定电流，设调速前电动机的转差率为应为额定

23、电流，设调速前电动机的转差率为s，调速后电调速后电动机的转差率为动机的转差率为s 。222222222222fE sEE sRs XRs X由于由于s和和 s 都很小，都很小，sX2和和sX2与与R2比小得多。比小得多。22fE sE sE2fEssE 显然，显然，Ef增加时，增加时，s将减小；当将减小；当Ef=sE2时，时，s =0，电动机，电动机转速将达到同步转速；转速将达到同步转速；EfsE2时，时， s 0，电动机转速将，电动机转速将超过同步转速。超过同步转速。称超同步串级调速称超同步串级调速，这时电动机从定子绕，这时电动机从定子绕组输入电能外，还从转子输入电能，也称组输入电能外，还从

24、转子输入电能，也称双馈运行双馈运行。在引入在引入 ead 的瞬间的瞬间： I2 T n sE2 I2 T T =TZ I2 = sE2Ef R22 + (sX2 )2 2fEssE (3) Ef超前超前E2s 任意角度时：任意角度时：2 与与 反相反相 fEsE21cossinfEcosfE显然，对于显然，对于 超前超前 某一角度的一般情况，可将某一角度的一般情况，可将 分解分解为二个分量，即与为二个分量，即与 同相的分量同相的分量 ， 和超前和超前 90的分量的分量 ，它们既能使电动机调速，又能提高定子，它们既能使电动机调速，又能提高定子的功率因数的功率因数 fEsE2fEsE2sE2（ 2 ） 串级调速的机械特性串级调速的机械特性 1 时转矩为时转矩为 9022212RXEEssssTTfmDmDmD 2 时转矩为时转矩为 0311222221