电机与拖动基础10章

1、v交流调速在工业中应用越来越广泛。1）凡是能用交流调速的场合，都用交流调速；2）直流调速达不到的，如大容量、高转速、高电压以及环境恶劣的场合；3）原来不调速的风机、泵类负载，采用交流调速后，可以大幅度节能。交流电动机主要包括同步电动机和异步电动机两种。v异步电动机的转速为：)1 (60)1 (11spfsnn三相异步电动机的调速方法大致可以分成以下几种类型：（1）改变转差率s调速，包括降低电源电压、绕线式异步电动机转子回路串电阻等方法；（2）改变旋转磁通势同步转速调速，包括改变定于绕组极对数、改变供电电源频率等方法；（3）双馈调速，包括串级调速，属改变理想空载转速的一种调速方法；（4）利用转差

2、离合器调速。v三相异步电动机降低电源电压人为机械特性，其同步转速n1不变，sm不变，电磁转矩TU2。对一般鼠笼式电动机拖动恒转矩负载，调速范围很窄。v若拖动泵类负载，调速效果较好，但在低速运行时电流过大和功率因数低。v如要求拖动恒转矩负载并且有较好的调速效果，则应选择高转差率电动机。2212211221)XX(sRRf2sRpU322122112)XX(sRRUIv为了提高调压调速机械特性的硬度，可采用速度闭环控制系统。v异步电动机同步转速n1与电机及对数成反比，改变定子绕组的极对数，就可以改变同步转速n1 ，实现变极调速。极对数的改变是通过改变绕组的接线方式得到的。v电动机的极对数是成倍变化

3、的，因此，同步转速也成倍变化。鼠笼式异步电动机转子磁极数决定于定子的磁极数，遍及运行时，不必进行任何改动。v绕线式异步电动机转子磁极不能自动随定子磁极改变，而转子磁极数的改变有比较麻烦，因此不采用遍及调速。v已知v因此，改变三相异步电动机电源频率，因此，改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁通势的同步转速，达可以改变旋转磁通势的同步转速，达到调速的目的。额定频率称为基频，到调速的目的。额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向上调，也变频调速时，可以从基频向上调，也可以从基频向下调。可以从基频向下调。pfn1160v我们知道，三相异步电动机每相电压我们知道，三相异步电动机每相电压 U1E1

4、=4.44f1N1kdp11v为了不使磁路进入饱和状态，降低电源频率时，必须同时为了不使磁路进入饱和状态，降低电源频率时，必须同时降低电源电压。降低电源电压有两种控的制方法。降低电源电压。降低电源电压有两种控的制方法。1. 保持保持 E1/f1 =常数常数 ：0I2 IR1jX1R2jX2RmjXm21EE2 Rs)s1( 1U sRXsREf2pm60n2sRImPT222222211122211Mv分析最大转矩Tm及相应的转差率sm：2222211112222221111RXssR1fE2pfmXsRsRfE2pfm sRXsREf2pm60n2sRImPT222222211122211M

5、0RXssRRXsRfE2pfmdsdT, 0dsdT2222222222111122m22222XRsR)X(sR因此常数221112221111mL21fE2pm21XX1fE2pfmT常数pf60L2Rpf60XRnsn122121mm2 sRXsREf2pm60n2sRImPT222222211122211Mv当改变频率时，若保持E1/f1=常数，最大转矩Tm=常数，与频率无关，并且最大转矩对应的转速降落相等，也就是不同频率的各条机械特性是平行的，硬度相同。v可以证明恒磁通变频调速为恒转矩调速方式。22mXRs常数22111mL21fE2pm21T常数pf60L2Rnsn1221mmv

6、若若T=常数，即常数，即2222111111222211222222RRfm p Em pfEssTffRRXXss212222=RfsCRXs222212=RRfCCXss22222212222122=0f R sCRCXsCXsf R sCR222121212221124222f Rf RCf LCRKsfCf L2222222224222RRCLCRKCL式 中 ，1122,NNNTTIIII所以，为恒转矩调速方式。2221212122211211111114222,601,=606060f Rf RCf LCRKsfCf LnnsnsfnpnnnpnpTnsfnffp当 ，又 ，n=由

7、 于 各 条 机 械 特 性 是 平 行 的 ， 对 于 同 一 个相 等 ，111212222222 12122EKkTffEkfIRR fXFLsK根据s=的结论，的变频调速中，在 不变时，转子电流常数2. 保持保持U1/f1=常数常数当降低当降低f1时，保持时，保持U1/f1=常数，则常数，则 1 常数。常数。22122112211)XX(sRRf2sRpUmT221221212111XXsRRsRffU2pmv最大转矩Tm为：21122111121=22()mm pUTfRRXX22121112111XXRRffU2pm21v从上式可以看出，当频率减小时，从上式可以看出，当频率减小时，

8、最大转矩不是一个常数。最大转矩不是一个常数。v保持保持U1/F1=常数降低频率调速近常数降低频率调速近似为恒转矩调速方式。似为恒转矩调速方式。v升高电源电压是不允许的，因此升高频率向上调速时，只能保持电压为UN不变，频率越高，磁通m越低，是一种降低磁通升速的方法，类似他励直流电动机弱磁升速情况。v保持不变升高频率时，电动机电磁转矩22122112211XXsRRf2sRpUmTv由于f1较高，R1比X1，X2及R2/s 都小很多，故22121111211mXXRRf2fpUm21T21211211f1XXf2pUm21212221212mXXRXXRRS12112f1LLf2Rv因此，频率升高

9、时，Tm减小，sm也减小，最大转矩对应的转速降落为pf2XXsRRf2fpUmTP1221221112111M常数pf60LLf2Rnsn121221mmv升高频率，保持UN不变时，近似恒功率调速方式常数sRUmpf2sRf2pUmP2211121211Mv综上所述，三相异步电动机变频调速具有以下几个特点：综上所述，三相异步电动机变频调速具有以下几个特点： 从基频向下调速，为恒转矩调速方式；从基频向上调速，从基频向下调速，为恒转矩调速方式；从基频向上调速，近似为恒功率调速方式；近似为恒功率调速方式； 调速范围大；调速范围大； 转速稳定性好；转速稳定性好； 运行时小，效率高；运行时小，效率高；

10、频率可以连续调节，变频调速为无级调速。频率可以连续调节，变频调速为无级调速。v转子回路串入电阻人为机械特转子回路串入电阻人为机械特性，拖动恒转矩负载时，所串性，拖动恒转矩负载时，所串电阻越大，转速越低。电阻越大，转速越低。22cosITm当电源电压一定时，m基本不变，转子电流维持在额定值。v设转子电流不变I2N=I2则：常数则：sRRsRXsRREXsRES2N2222s22222N22v转子回路功率因数为222s2s22XsRRs/ )RR(cos常数N2222N2N2222s2s22cosXsRs/RXsRRs/ )RR(cosv可见，转子回路串电阻是属恒转矩调速方法，当负载转矩可见，转子

11、回路串电阻是属恒转矩调速方法，当负载转矩TL=TN时，根据上式，则有：时，根据上式，则有：33S222S211S2N2sRRsRRsRRsRv该调速方法的调速范围不大，负载小时，调速范围更小。该调速方法的调速范围不大，负载小时，调速范围更小。由于转子回路电流很大，使电阻的体积笨重，抽头不易，由于转子回路电流很大，使电阻的体积笨重，抽头不易，所以调速的平滑性不好，基本上属有级调速。多用于断续所以调速的平滑性不好，基本上属有级调速。多用于断续工作的生产机械上，在低速运行的时间不长，且要求调速工作的生产机械上，在低速运行的时间不长，且要求调速性能不高的场合，如用于桥式起重机。性能不高的场合，如用于桥

12、式起重机。 PM : pCu2 : Pm=1 : s : (1-s)v采用降压调速或串电阻调速时，与扩大调速范围，必须增采用降压调速或串电阻调速时，与扩大调速范围，必须增大转差率大转差率s。这样一来，将使转子回路总铜损耗增大，降。这样一来，将使转子回路总铜损耗增大，降低了电机的效率。低了电机的效率。v电磁转差离合器主要由电枢与磁极两个旋转部分组成。 电枢随异步电动机转子同速旋转。若励磁绕组的励磁电流If=0，磁极及所连之负载不转动，处于“离”状态。当If0时，磁极及所连之负载跟着电枢转动，nn。“转差”，T越大转差越大。v电磁转差离合器原理与异步电动机很相似，机械特性也相似，但理想空载点的转速

13、为异步电动机转速n而不是同步转速n1。改变If 的就可以调节负载的转速。v电磁转差离合器设备简单，控制方便，可平滑调速，这是它的优点。但是，由于其机械特性较软转速稳定性差，调速范围较小。低速时，效率也较低。适合于通风机和泵类负载，与异步电动机降压调速相似。v电磁转差离合器与异步电动机装成一体，称为滑差电机或电磁调速电动机。10.6.1 双馈调速的基本原理双馈调速的基本原理v双馈双馈:是指绕线式异步电动机的定、转子三相绕组分别接到是指绕线式异步电动机的定、转子三相绕组分别接到两个独立的三相对称电源，其中定于绕组的电源为固定频两个独立的三相对称电源，其中定于绕组的电源为固定频率的工业电源，而转子电

14、源电压的幅值、频率和相位则需率的工业电源，而转子电源电压的幅值、频率和相位则需按运行要求分别进行调节。要求转子电源频率在任何情况按运行要求分别进行调节。要求转子电源频率在任何情况下都应与转子感应电动势同频率。下都应与转子感应电动势同频率。v绕线式异步电动机双馈调速系统不仅能调节电动机的转速，绕线式异步电动机双馈调速系统不仅能调节电动机的转速，还能改变电动机定子边的功率因数。还能改变电动机定子边的功率因数。v当普通异步电动机定子边加额定电压且带上机械负载时，转当普通异步电动机定子边加额定电压且带上机械负载时，转子有功电流的有效值子有功电流的有效值I2s为：为：2S222222S22222S222

15、2a2XREsRXRRXRsEI常数22a2RsEI忽略X2s：v由于转子回路合成电动势的减小，使电流 减小，于是电磁转矩随之减小，因负载转矩不变，转子便减速。随着转速的降低，转子回路感应电动势增大，当转差率增大到 s时。22222a2REsRUEsI22EUss22222a2RsERUEsI或： 电磁转矩与负载转矩达到了新的平衡，电机在新的转差率s下运行，即ss，转速降低了。v这种情况要分几种情况讨论v当U2sE222222a2RsERUEsI22EUss 电磁转矩与负载转矩达到了新的平衡，电机在新的转差率s下运行，即ssE2时：转速可调高于同步转速。v可以使定子边的功率因数cos1得到改善

16、。v如果U2与转子电动势sE2相差某一个角度时，既能调速，又能提高功率因数cos1。v前述的双馈调速要求加在电机转子绕组的电压频率与转子绕前述的双馈调速要求加在电机转子绕组的电压频率与转子绕组感应电动势同频率。如果把异步电机转子感应电动势变为组感应电动势同频率。如果把异步电机转子感应电动势变为直流电动势，同时把转子外加电压也变为直流量，这就是串直流电动势，同时把转子外加电压也变为直流量，这就是串级调速的基本思路。级调速的基本思路。v整流桥把异步电动机转子的转差电动势、电流变成直流，整流桥把异步电动机转子的转差电动势、电流变成直流，逆变器的作用是给电机转子回路提供直流电动势，同时给逆变器的作用是给电机转子回路提供直流电动势，同时给转子电流提供通路，并把转差功率转子电流提供通路，并把转差功率sPM（扣除转子绕组铜损（扣除转子绕组铜损耗）大部分反送回交流电源。耗）大部分反送回交流电源。v异步电动机转子相电动势为：异步电动机转子相电动势为：sPMcos22UkE22sEEs2121sEkEkESdv逆变器直流侧直流电动势为：REEIddv直流回路直流电流为：Ed=E+IdRv式中式中R是直流回路等效电阻。因是直流回路等效电阻。因R R较小，可忽略