电机与拖动基础10

1、第第10章章三相交流电动机三相交流电动机的调速的调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速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 有级调速。有级调速。无级调速。无级调速。第第 10章章 三相交流电动机的调速三相交流电动机的调速n0TnOnMUNTLTL10.1 笼型异步电动机的降电压调速笼型异步电动机的降电压调速TL(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。U1n0TnOnMUNU1三相异步电

2、动机的调速三相异步电动机的调速 (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 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 【例例 10.1】 三相笼型异步电动机，三相笼型异步电动机，PN = 15

3、kW，UN = 380 V，nN = 960 r/min， = 2。试。试求：求：(1) U1 = 380V，TL = 120 Nm 时的转速；时的转速；(2) U1 = 300V，TL = 100 Nm 时的转速。时的转速。解：解： (1) U1 = 380V，TL = 120 Nm 时时 n0 nN n0sN = 1 000 960 1 000= = 0.04 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 602 TN =PN nN= Nm = 149.28 Nm 6023.1415103960TM = TN = 2149.28 Nm = 298.56 Nm n = ( 1s ) n0 = (

4、 10.031 ) 1 000 r/min = 969 r/minsM = sN ( 21 ) = 0.04 (2 221 ) = 0.149 = 0.149 1 = 0.031 ( )2 298.56 120 298.56 120s = sM 1 TMT( )2TMT三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 n = ( 1s ) n0 = ( 10.044 ) 1 000 r/min = 956 r/min= 0.149 1 = 0.044 ( )2186100186100三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 (2) U1 = 300V，TL = 100 Nm 时时 sM 不变，不变，T

5、m U12 ，故，故 sM = 0.149TM = 298.56 Nm = 186 Nm 300 3802s = sM 1 TMT( )2TMTn0T n O TMR2R2+Rr10. 2 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TLM33RrKM(1) 调速方向调速方向 n (2) 调速范围调速范围 D 较小较小。三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 m不变，不变， (3) 调速的平滑性调速的平滑性 取决于取决于 Rr 的调节方式。的调节方式。 (4) 调速的稳定性调速的稳定性 稳定性差。稳定性差。 Rr 。(5) 调速的经济性调速的经济性 初期投资不大，但运行效

6、率较低。初期投资不大，但运行效率较低。 (6) 调速时的允许负载调速时的允许负载因为因为 调速前后调速前后 U1 、 f1 不变，不变， 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 I2N = sNE2 R22(sNX2)2 = E2 (sNX2)2 R2 2 sN 调速前调速前 恒转矩调速。恒转矩调速。 调速后调速后可见可见调速前调速前调速后调速后 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 I2N = sE2 ( R2Rr)2(sX2)2 = E2 X22 R2Rr 2 s R2Rr sR2 sN= cos 2 = R2 R22(sNX2)2 = R2/sN X22 R2 2 sN cos 2

7、 = R2Rr ( R2Rr)2(sX2)2 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 cos 2 = R2 Rr ( R2Rr)2(sX2)2 = ( R2Rr)/s X22 R2Rr 2 s = R2/sN X22 R2 2 sN 可见，调速前后可见，调速前后 cos 2 不变，不变，根据根据 T = CTm I2 cos 2可知调速时允许的转矩不变，为恒可知调速时允许的转矩不变，为恒 T 调速。调速。 【例例 10.2 】 一台三相绕线型异步电动机，拖动一恒一台三相绕线型异步电动机，拖动一恒转矩负载运行。已知转矩负载运行。已知 PN = 20 kW，nN = 1 420 r/min， U

8、2N =187 V， I2N = 68.5 A， = 2.3，TL = 100 Nm 。试。试求：求：(1) 转子电路未串电阻时的转速；转子电路未串电阻时的转速；(2) 转子电路串联电阻转子电路串联电阻 Rr = 0.015 9 时的转速。时的转速。解：解： (1) 转子电路未串联电阻时转子电路未串联电阻时 n0 nN n0sN = 1 500 1 420 1 500= = 0.053 3 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 602 TN =PN nN= Nm = 134.57 Nm 6023.14201031 420TM = TN = 2.3134.57 Nm = 309.5 Nm n

9、 = ( 1s ) n0 = ( 10.038 7 ) 1 500 r/min = 1 442 r/min(2) 转子串联电阻转子串联电阻 Rr 时，时，TM 不变，不变，sM(R2Rr)sM = sN ( 21 ) = 0.053 3(2.3 2.321 ) = 0.233 = 0.233 1 = 0.038 7 ( )2309.5100309.5100s = sM 1 TMT( )2TMT 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 R2 = sN U2N 3 I2N= = 0.084 1 0.053 3187 1.73268.5sM = sM R2Rr R2= 0.233 = 0.277

10、0.1 0.084 1由于由于 TL 不变，因此不变，因此 s (R2Rr)n = ( 1s) n0 = ( 10.046 ) 1 500 r/min = 1 431 r/min= 0.277 1 = 0.046 ( )2309.5100309.5100s = sM 1 ( )2TMTTMT 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 s = s R2Rr R2= 0.038 7 = 0.046 0.1 0.084 1TL10.3 笼型异步电动机的变极调速笼型异步电动机的变极调速n0TnOYYY0.5n0n0TnOYY0.5n0TL(1) 调速方向调速方向 YYY ()：n Y () YY ：

11、n (2) 调速范围调速范围 D = 2 4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 (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。图10.7 异步电动机-YY变极调速接线图10.6 异步电动机Y-YY变极调速接线 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 满载输出功率：满载输出功率： 满载输出转矩：满载输出转矩：(基本不变）基本不变） = 100% n0n n0 n n0 =P2 = 3 UN IN cos 1 T2 = P2 = ， 12 INYIN

12、YY因为因为 = 12 Y YY三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 恒转矩调速。恒转矩调速。 如果如果 cos 1 、不变，则不变，则 = 12 P2Y P2YY = 1 T2Y T2YY （恒转矩调速）（恒转矩调速）(2) YY 因为因为 = 3 IPN 2 IPN ININYY= 3 2 = 12 YY 如果如果cos 1 、 不变，则不变，则 P2 P2YY = 3 2 1 （恒功率调速）（恒功率调速） T2 T2YY= 2 = 1.732 3 2 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 （近似）恒功率调速。近似）恒功率调速。 【例例 10.3 】 某三相多速电动机，某三相多速电

13、动机，PN = 2.2/3.8 kW，nN = 1 440/2 880 r/min， = 2.0/2.0。拖动。拖动TL = 10 Nm 的的 恒转矩负载。恒转矩负载。求在两种不同极对数求在两种不同极对数时的转速。时的转速。解：解： (1) p = 2 时时 n0 nN n0sN = 1 500 1 440 1 500= = 0.04 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 602 TN =PN nN= Nm = 14.6 Nm 6023.14 2.2103 1 440TM = TN = 214.6 Nm = 29.2 Nm n = ( 1s ) n0 = ( 10.026 3 ) 1 50

14、0 r/min = 1 460.55 r/min (2) p = 1 时时 = 0.04(2 221 ) = 0.149 = 0.149 1 = 0.026 3 ( )229.21029.210s = sM 1 TMT( )2TMT三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 n0 nN nNsN = 3 000 2 880 3 000= = 0.04 sM = sN ( 21 ) 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 602 TN =PN nN= Nm = 12.61 Nm 6023.14 3.8103 2 880TM = TN = 212.61 Nm = 25.22 Nm n = ( 1s

15、 ) n0 = ( 10.030 8 ) 3 000 r/min = 2 907.6 r/min = 0.149 1 = 0.030 8 ( )225.221025.2210s = sM 1 TMT( )2TMT10.4 笼型异步电动机的变频调速笼型异步电动机的变频调速 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n0TnOn0f1fNU1L= UN n0TnOn0f1f N ， = =常数常数 U1f1 TLTL三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 (1) 调速方向调速方向 f1fN 时：时：n 。(2) 调速范围调速范围 D 较大。较大

16、。(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 。 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 = 常数常数 U1f1 因为因为 m 基本不变，基本不变， 基本不变。基本不变。 所以所以 T = CTm I2N cos 2 f1fN 时时 恒转矩调速。恒转矩调速。 P2 = T2U1 4.44 f1 kw1N1 m=T f

17、1 fN 时时 因为因为 U1L = UN 所以所以 T = CTm I2N cos 2 1f11n1 n T n = 常数常数 恒功率调速。恒功率调速。 变频器变频器 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 优点：优点：(1) 一体化的通用变频器和电动机的组合可以提供最大效率。一体化的通用变频器和电动机的组合可以提供最大效率。(2) 变速驱动，输出功率范围宽（如从变速驱动，输出功率范围宽（如从 120 W到到 7.5 kW）。）。(3) 在需要的时候，通用变频器可以方便地从电动机上移走。在需要的时候，通用变频器可以方便地从电动机上移走。 (4) 高

18、起动转矩。高起动转矩。 电机变频器一体化产品电机变频器一体化产品 【例例 10.4 】 某三相笼型异步电动机，某三相笼型异步电动机，PN = 15 kW，UN = 380 V，联结，联结，nN = 2 930 r/min，fN = 50 Hz，= 2.2。拖动一恒转矩负载运行，拖动一恒转矩负载运行， T = 40 Nm 。求：求：(1) f1 = 50 Hz，U1 = UN 时的转速；时的转速；(2) f1 = 40 Hz，U1 = 0.8UN 时的时的转速；转速； (3) f1 = 60 Hz，U1 = UN 时的转速。时的转速。解：解： (1)602 TN =PN nN= Nm = 48.

19、91 Nm 6023.14151032 930TM = TN = 2.248.91 Nm =107.61 Nm n0 nN n0sN = 3 000 2 930 3 000= = 0.023 3 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 n = ( 1s ) n0 = ( 10.018 7 )3 000 r/min = 2 944 r/min(2) = 0.023 3(2.2 2.221 ) = 0.096 9 = 0.0969 1 = 0.018 7 ( )2107.6140107.6140 U1 f1成比例减小时，成比例减小时，TM 不变，不变，sM 与与f1 成反比，成反比， 故故 TM

20、 = TM = 107.61 Nm s = sM 1 TMT( )2TMT三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 sM = sN ( 21 ) sM = sM f1 f1= 0.096 9 = 0.121 50 40 n = ( 1s) n0 = ( 10.023 3 ) 2 400 r/min = 2 344 r/min= 0.121 1 = 0.023 3 ( )2107.6140107.6140s = sM 1 ( )2TMTTMTn0 = 60 f1 p= r/min = 2 400 r/min 60401三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 (3) f1增加，增加，U1 不变时

21、，不变时， sM 。1 f1TM ,1 f12= 107.61 Nm = 74.73 Nm 50 602= 0.096 9 = 0.080 75 50 60= r/min = 3 600 r/min 60601三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 s = sM 1 ( )2TMT TM T= 0.023 4 n0 = 60 f 1 p n = ( 1s) n0 = ( 10.023 4 )3 600 r/min = 3 516 r/min TM = TM f1 f 12sM = sM f1 f 110. 6 绕线型异步电动机的串级调速绕线型异步电动机的串级调速 (1) 串级调速的原理串级调

22、速的原理 在转子电路中串联一个与在转子电路中串联一个与 e2s 频率相等、相位频率相等、相位相同或相反的附加电动势相同或相反的附加电动势 ead ，以代替，以代替 Rr 上的电压上的电压降，从而使这部分能量不致损耗掉。降，从而使这部分能量不致损耗掉。转子相电流：转子相电流：sE2 Ead R2j sX2I2s = I2s = sE2Ead R22(sX2 )2 e2s 与与 ead 同相位时：同相位时：在引入在引入 ead 的瞬间的瞬间：I2s T n sE2 I2s T T =TL 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 在引入在引入 ead 的瞬间的瞬间： I2s e2s与与ead 相位

23、相反时：相位相反时：T n sE2 I2s T T =TL (2) 串级调速的机械特性串级调速的机械特性n0TnOE2sE2s+EadE2sEad 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 I2s = sE2Ead R22 + (sX2 )2 (3) 串级调速的调速性能串级调速的调速性能 调速方向调速方向 调速范围调速范围 D 较大。较大。 调速的平滑性调速的平滑性 平滑性好。平滑性好。 调速的稳定性调速的稳定性 稳定性好。稳定性好。 调速的经济性调速的经济性 初期投资大；初期投资大；运行效率较高，运行效率较高，运行费用不大。运行费用不大。 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 调速时的允

24、许负载调速时的允许负载因为因为 调速前后调速前后 U1、f1 不变，不变，m不变，且不变，且 cos 2 也不变。也不变。所以所以 T = CTm I2N cos 2 不变。不变。 恒转矩调速。恒转矩调速。 10.7 同步电动机的调速同步电动机的调速 同步电动机的转速同步电动机的转速 调速方法调速方法 变频调速。变频调速。 60 f1pn = n0 =2. 自控式变频调速自控式变频调速 1. 他控式变频调速他控式变频调速 第第 10章章 三相交流电动机的调速三相交流电动机的调速U1f1= 常数常数 以隐极同步电动机为例，有下面的关系以隐极同步电动机为例，有下面的关系U1 E0Xs TM = 3

25、E0 = 4.44 kw1 N1 f10Xs = XaX = 2 f1 (LaL ) = 2 f1Ls (1) f1 fN 时，要保持时，要保持 2 60 = n2 60=60f1p=2 f1p1. 他控式变频调速他控式变频调速三相同步电动机的调速三相同步电动机的调速整理后得整理后得 32 2 TM = pkw1N1 Ls U1 f10 结论：结论： 在恒定励磁时，在恒定励磁时， U1f1若保持若保持 = 常数，常数， 则可以保持调速时过载能力不变。则可以保持调速时过载能力不变。 调节调节 If 实现过载能力和功率因数的调节。实现过载能力和功率因数的调节。 当当 f1 降得较低时，降得较低时，R1的影响不可忽略，的影响