三相交流电动机的调速

1、第第1010章章 三相交流电动机的调速三相交流电动机的调速绪论：绪论：随着电力电子技术和计算机技术的飞速发展，交随着电力电子技术和计算机技术的飞速发展，交流调速日趋完善，大有取代直流调速的趋势。流调速日趋完善，大有取代直流调速的趋势。主要体现在：主要体现在：1、凡是能用直流调速的场合，都能改用交流调、凡是能用直流调速的场合，都能改用交流调速；速；2、直流调速达不到的，如大容量、高转速、高、直流调速达不到的，如大容量、高转速、高电压及环境恶劣场合，能用交流调速；电压及环境恶劣场合，能用交流调速；3、原来不调速的，如风机、泵类负载，采用交、原来不调速的，如风机、泵类负载，采用交流调速后，可大幅度节

2、能。流调速后，可大幅度节能。n交流电机分同步电机和异步电机。交流电机分同步电机和异步电机。n同步电机其转速和旋转磁场转速相同，靠改变同步电机其转速和旋转磁场转速相同，靠改变电源频率调速。（由同步电机、变频器、磁极电源频率调速。（由同步电机、变频器、磁极位置检测器组成的自控式同步电机，改变定子位置检测器组成的自控式同步电机，改变定子电压即可调速，类似直流电机调速）电压即可调速，类似直流电机调速）异步电动机的调速方法异步电动机的调速方法异步电动机的转速异步电动机的转速1 1、改变旋转磁场转速：电源的频率改变旋转磁场转速：电源的频率f、电机的极对数电机的极对数p ；2 2、改变转差率改变转差率s：改

3、变电压改变电压U U；在转子外加电阻。；在转子外加电阻。3 3、双馈调速、串级调速双馈调速、串级调速-改变理想空载转速的调速方法改变理想空载转速的调速方法；4 4、利用转差离合器调速、利用转差离合器调速还有齿轮减速等还有齿轮减速等spfsnn160)1 (11复习复习: 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性转矩的三种表达式：转矩的三种表达式：221221221123：) 1 (xxsrrsrUfpT由参数表达式kkmssssTT 2)3(实用公式：实用公式：22cos:(2) ICTmT 由物理表达式由物理表达式11nnn 改变转差率调速基本原理改变转差率调速基本原理改变转差率调速

4、具体方法改变转差率调速具体方法10.1 笼型异步电机的降压调速笼型异步电机的降压调速负载转矩负载转矩T保持不变：保持不变：当外施电压当外施电压U1下降为额定值的下降为额定值的x倍倍时，时，s增加原有值的增加原有值的1/x2倍。倍。如：当如：当U1从从UN降低至降低至0.8UN时，转时，转差率便由原来的差率便由原来的s1=ab，增加至，增加至s2ac，s2应为应为s1的的1/0.821.56倍。倍。221221221123xxsrrsrUfpT负载性质为变转矩时：负载性质为变转矩时：n异步电动机转子电阻大，有较软机异步电动机转子电阻大，有较软机械特性，稳定运行区域较宽。械特性，稳定运行区域较宽。

5、n如果带风机、泵类机械，其负载转如果带风机、泵类机械，其负载转矩与转速平方成正比，即矩与转速平方成正比，即Tkn2，采用调压调速可以获得较大的调速采用调压调速可以获得较大的调速范围，取得明显的节能效果。范围，取得明显的节能效果。n带恒转矩负载时，带恒转矩负载时，调速范围很小。调速范围很小。不适宜采用调压调速方法。不适宜采用调压调速方法。降压调速特点：降压调速特点： ,电压降低，最大转矩下降较多；电压降低，最大转矩下降较多；n临界转差率和电压无关；临界转差率和电压无关；n方法简单；方法简单；n不属于恒转矩性质调速；不属于恒转矩性质调速；n低速下效率低低速下效率低n应用范围：长期高速，短时低速。应

6、用范围：长期高速，短时低速。21UTmn在转子回路中接入变阻器调速：线绕转子异步电机转子回线绕转子异步电机转子回路中接入变阻器可以改变异步电动机的机械特性。路中接入变阻器可以改变异步电动机的机械特性。n串级调速：线绕转子异步电动机转子回路中接入附加电势线绕转子异步电动机转子回路中接入附加电势实现调速。实现调速。10.2 绕线式异步电动机转子回路串电阻调速绕线式异步电动机转子回路串电阻调速1.1.在转子回路中接入变阻器调速在转子回路中接入变阻器调速NLTT 机械特性变软机械特性变软部分功率消耗在转子串联的电阻上，效率降低。部分功率消耗在转子串联的电阻上，效率降低。设带动恒转矩负载，且等于额定负载

7、。即设带动恒转矩负载，且等于额定负载。即CXSRSRXSRRSRRNNSS22222222222/cos为使容量得到充分利用，保持为使容量得到充分利用，保持I2不变不变22222222222XSREIXSRREINNSCSRSRRNS22故故又又串电阻调速的特点：串电阻调速的特点：n由物理转矩特性分析，它是恒转矩调速。由物理转矩特性分析，它是恒转矩调速。n损耗大，效率低。损耗大，效率低。n机械特性变软机械特性变软,稳定性变差稳定性变差.22cos ICTmT 例例10-12.2.串级调速（串电阻的改进方法）串级调速（串电阻的改进方法） 当转子回路串入与转子电势当转子回路串入与转子电势sE2频率

8、相同而相位相同或相反频率相同而相位相同或相反的附加电势的附加电势Ef后，转子电流后，转子电流I2.2222222xsrEsEIf n异步电动机双馈调速系统的组成异步电动机双馈调速系统的组成MPs)1( MsP10.3 鼠笼式电机变极调速鼠笼式电机变极调速n定子绕组需有特殊的绕法，使绕组的极对数能随外部接线的改变而改定子绕组需有特殊的绕法，使绕组的极对数能随外部接线的改变而改变。属于变。属于分级调速分级调速，具有两种不同转速的电动机称为双速电动机。，具有两种不同转速的电动机称为双速电动机。（转子为鼠笼式转子为鼠笼式）n变极电机定子绕组的绕制有两种方法：变极电机定子绕组的绕制有两种方法：双绕组变极

9、：双绕组变极：定定子上有两套极对数不同相互独立的绕组，每次运行只用子上有两套极对数不同相互独立的绕组，每次运行只用其中一套。绕组设计较方便，但材料利用率较差，很少使用。其中一套。绕组设计较方便，但材料利用率较差，很少使用。单绕组变极：单绕组变极：一套定子绕组，通过不同接法构成不同极对数。变极电动一套定子绕组，通过不同接法构成不同极对数。变极电动机为鼠笼式转子，它可以随着定子极对数的改变而自动改变极对数。机为鼠笼式转子，它可以随着定子极对数的改变而自动改变极对数。spfsnn160)1 (111. 变极调速原理变极调速原理半相绕组半相绕组电流改向电流改向极对数减极对数减小一半小一半转速提高转速提

10、高一倍一倍2. 极对数减半，同步转速加倍，转速也接近极对数减半，同步转速加倍，转速也接近加倍加倍变极前后的气隙磁密、转矩和功率关系变极前后的气隙磁密、转矩和功率关系气气隙隙磁磁密密成成正正比比额额定定转转矩矩近近似似与与变变极极前前后后气气隙隙功功率率变变极极前前后后气气隙隙磁磁密密：111111:ppBBTTPPkpNEkNpEBBNNNNNNNN 2.2.变极调速接线方式变极调速接线方式（1）Y-YY变换（恒转矩调速）变换（恒转矩调速）略略略略（2）-YY变换（恒功率调速）变换（恒功率调速）略略略略10.4 变频调速变频调速n改变供电电源的频率，可以改变转子的转速，为改变供电电源的频率，可

11、以改变转子的转速，为无级调速无级调速n变频调速时，通常希望电动机的主磁通变频调速时，通常希望电动机的主磁通 m保持不变，因保持不变，因为增大为增大 m将引起磁路过分饱和，激磁电流大大增加，功将引起磁路过分饱和，激磁电流大大增加，功率因数降低。如率因数降低。如 m太小，则电机容量得不到充分利用。太小，则电机容量得不到充分利用。n在改变频率的同时，在改变频率的同时，必须调节电压必须调节电压，可根据不同负载要求，可根据不同负载要求，配以不同的配以不同的U1/f1协调控制方式。协调控制方式。变频器变频器常数常数恒功率调速恒功率调速常数常数恒转矩调速：恒转矩调速： 111111:fUfEfU是恒磁通控制

12、方式。常数，常数，则保持降低电源频率的同时，mfU11常数）基频以下调速（保持11 10.4.1fU常数211212121112112121112212112111m182212212212fULLpmLLffpUmxxUfpmxxrrUfpmT额定频率称为基频。额定频率称为基频。11111144. 4dpkNfEU最大转矩最大转矩最大转矩为常数，与频率无关，最大转矩为常数，与频率无关，并且最大转矩对应的转速降相等，并且最大转矩对应的转速降相等，也就是不同频率的各条机械特性也就是不同频率的各条机械特性是近似平行的，硬度相同。是近似平行的，硬度相同。 1111212221212601fPfnfx

13、xrxxrrsk 常数常数最大转矩处的转速降最大转矩处的转速降 1:nsnkmn恒转矩调速方式恒转矩调速方式。 2212112111m21xxrrUpmT n实用时，保持实用时，保持U1/f1=常数，当减小常数，当减小f1时，时， (x1+ x2)随之减小，最大转矩随之减小，最大转矩减小。减小。n在在f1接近接近fN时，时， r1 (x1+ x2) ，随，随着着f1的减小，的减小，Tm减小得不多减小得不多n但当但当f1较低时，较低时， (x1+ x2)比较小，比较小， r1相对变大了，相对变大了，Tm就减小得多，在低就减小得多，在低频低速的机械特性变坏了。须加以频低速的机械特性变坏了。须加以补

14、偿才能获得恒最大转矩的特性。补偿才能获得恒最大转矩的特性。 n保持保持U1/f1=常数，降低常数，降低频率调速近似为恒转矩频率调速近似为恒转矩调速方式。调速方式。常数）基频以上调速（保持11 10.4.2fU1、理论中，调频前后，若保持功率不变，则、理论中，调频前后，若保持功率不变，则常数常数常数，即常数，即 1111fTTfTTP 常常数数常常数数 112112111211211212111211)(8)(22121fULLfpUmfTxxfpUmxxrrpUmTmm 属于恒功率调速形式属于恒功率调速形式2、实际中，升高频率向上调速时，升高电源、实际中，升高频率向上调速时，升高电源电压不允许

15、的，只能保持电压不变。电压不允许的，只能保持电压不变。 1111212221212601fPfnfxxrxxrrsk 212112112121112111)(22121fxxfpUmxxrrpUmTm频率越高，磁通越低，因此是一种弱磁升速的方法，类似他频率越高，磁通越低，因此是一种弱磁升速的方法，类似他励直流电动机弱磁调速。励直流电动机弱磁调速。最大转矩最大转矩常数常数最大转矩处的转速降最大转矩处的转速降 1:nsnkmn正常运行时，若保持正常运行时，若保持I1额定不变，额定不变，s变化就很小，可近似认为变化就很小，可近似认为PM是不是不变的。仍可属于恒功率调速形式。变的。仍可属于恒功率调速形

16、式。 pfxxsrrfsrpUmTPM122122112211122 srUmpfsrfpUmPM221112121122 保持保持U UN N不变升频不变升频调速的机械特性调速的机械特性综上所述，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；向上调速，近似为恒功率调速方式； 调速范围大；调速范围大； 机械特性较硬，静差率小，相对稳定性好；机械特性较硬，静差率小，相对稳定性好； 运行时运行时S较小，效率高；较小，效率高； 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。例例10-210.5 电磁转差离合器电磁转差离合器n电枢可以是鼠笼式，也可以是整块铸钢（可看电枢可以是鼠笼式，也可以是整块铸钢（可看作鼠笼）作鼠笼）n励磁绕组通过直流电，当励磁绕组通过直流