第10章 三相交流电动机调速

1、2022-7-2电机与拖动1)1 (60)1 (11spfsnn（1）改变转差率）改变转差率s调速，包括调速，包括降低电源电压、绕线式异降低电源电压、绕线式异步电动机转子回路串电阻步电动机转子回路串电阻等方法；等方法；（2）不变转差率）不变转差率s调速，改变旋转磁通势同步转速调速，调速，改变旋转磁通势同步转速调速，包括包括改变定于绕组极对数、改变供电电源频率改变定于绕组极对数、改变供电电源频率等方法；等方法；（3）双馈调速，包括串级调速等；）双馈调速，包括串级调速等；（4）利用转差离合器调速。）利用转差离合器调速。第第10章章 三相交流电动机调速三相交流电动机调速变转差率变转差率不变转差率不变

2、转差率2022-7-2电机与拖动2交流调速应用的领域交流调速应用的领域1.凡是能用直流调速的场合凡是能用直流调速的场合,都能用交流调速都能用交流调速;2.直流调速达不到的直流调速达不到的,如大容量如大容量,高转速高转速,高电压等高电压等,都能用交调都能用交调;3.原来不调速的风机原来不调速的风机,泵类拖动泵类拖动,采用交调采用交调,可以大可以大幅度节能幅度节能.2022-7-2电机与拖动3一、绕线式异步电动机转子回路串电阻调速一、绕线式异步电动机转子回路串电阻调速 所串电阻越大，所串电阻越大，转速越低转速越低.（拖动恒转矩负载）（拖动恒转矩负载）调速过程调速过程:222222sEIRRXs20

3、22-7-2电机与拖动422cosITm当电源电压一定时，主磁通当电源电压一定时，主磁通 基本上是定值，基本上是定值，设转子电流设转子电流I2维持在它的额定值工作，则：维持在它的额定值工作，则：m222222222222NsNEEIIRRRXXss转子串电阻调速，保持电机转子电流为额定值，则转子串电阻调速，保持电机转子电流为额定值，则:22sNRRRss 常数a.转子回路串电阻属恒转矩调速方法转子回路串电阻属恒转矩调速方法2022-7-2电机与拖动5 当电机转子回路串了电阻后，转子回路的功率因数为当电机转子回路串了电阻后，转子回路的功率因数为 ： 222222() /cosssRRSRRXs2

4、2222222222() /cossNsNRRSRsRRRXXssncos常数常数T不变2022-7-2电机与拖动6当负载为恒转矩时，根据上式，则有：当负载为恒转矩时，根据上式，则有：2122232123SSSNRRRRRRRssss这种调速方法的调速范围不大，一般为这种调速方法的调速范围不大，一般为 （23）:1。负。负载小时，调速范围就更小了。由于转子回路电流很大，载小时，调速范围就更小了。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，使电阻的体积笨重，抽头不易，所以调速的平滑性不好，基本上属基本上属有级调速有级调速。多用于断续工作的生产机械上，在。多用于断续工作

5、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，如低速运行的时间不长，且要求调速性能不高的场合，如用于起重机。用于起重机。 12(mSmTRTS21N1m1m1mNNmN2RSSSSs=)SSSSRb.转子回路串电阻属转子回路串电阻属有级调速有级调速2022-7-2电机与拖动7c.转子回路串电阻转子回路串电阻调速经济性差调速经济性差)1 ( : 1:2ssPpPmCuM1MPTConst s随着的增加，损耗增加（发热），但对电机无影响。2022-7-2电机与拖动8二、异步电动机改变定子电压调速二、异步电动机改变定子电压调速(调压调速调压调速)snsm10TLUN0TstTmaxT

6、emn1A0.8UN0.64Tst0.64Tmax2022-7-2电机与拖动91.对普通异步电机如果采用调压调速拖动恒转对普通异步电机如果采用调压调速拖动恒转矩负载矩负载,调速范围窄调速范围窄(SSm).2.一般调压调速用于一般调压调速用于风机风机,泵类泵类负载负载 a. 整个范围能运行整个范围能运行; b.性能价格比好性能价格比好.3.3.异步电机调压调速的闭环系统异步电机调压调速的闭环系统; ;4.常用的调压调速电路常用的调压调速电路.2022-7-2电机与拖动10三、变三、变 频频 调调 速速 ： 111114.44dpmUEfNkpfn1160改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁

7、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，达到调速的目的。通势的同步转速，达到调速的目的。额定频率称额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向上调，也可为基频，变频调速时，可以从基频向上调，也可以从基频向下调。以从基频向下调。1(1)ns n变频调速的条件变频调速的条件:1UConst11（E ）f变频机组：变频机组：静止的变频装置静止的变频装置:如何获得变频电源？如何获得变频电源？2022-7-2电机与拖动111. 从基频向下变频调速（机械特性）从基频向下变频调速（机械特性）11fE2221212221112222260MrmIPm pErsTnfsrxs 保持保持 =常数常

8、数 （恒磁通控制方式恒磁通控制方式 ）2222111111112221122222222rrm pfEm pfm pfEssffs xrrxssr2022-7-2电机与拖动120dTds由22mrsx,?mmmTSn211112212mm pfETfxx211112122m p Effx2111211222m pEfL常数21212260602mmrfrns nxpLp常数最大转矩处的转速降落为：最大转矩处的转速降落为：2022-7-2电机与拖动13mmTConstnConst2022-7-2电机与拖动14 这种调速方法机械特性较硬，在一定的静差率要这种调速方法机械特性较硬，在一定的静差率要求

9、下，调速范围宽，而且稳定性好。由于频率可求下，调速范围宽，而且稳定性好。由于频率可以连续调节，因此变频调速为以连续调节，因此变频调速为无级调速无级调速，平滑性，平滑性好。另外，电动机在正常负载运行时，转差率好。另外，电动机在正常负载运行时，转差率s s较较小，因此转差功率较小，效率较高。小，因此转差功率较小，效率较高。 NII11NII22NTT 经分析，恒磁通变频调速是属于为恒转矩调速方经分析，恒磁通变频调速是属于为恒转矩调速方式。即当：式。即当： 时，时，2022-7-2电机与拖动15221122211122()rm pUSTrfrxxS 2211122121122rfm p Usfrrx

10、xs 保持保持 =常数常数（近似（近似恒磁通控制方式恒磁通控制方式 ）11fU2022-7-2电机与拖动162112211112122mm pUTfrrxx21112211112122m p Uffrrxx222112mRSRXX212211260*mRfnPRXX2022-7-2电机与拖动17mmTConstnConstmmTn减小减小当当f下降不多时下降不多时:当当f下降较多时下降较多时:2022-7-2电机与拖动18低频补偿低频补偿(15Hz以下以下)2022-7-2电机与拖动192. 2. 从基频向上变频调速从基频向上变频调速 221122211122rm pUsTrfrxxs升高电源

11、电压是不允许的，因此升高频率向上升高电源电压是不允许的，因此升高频率向上调速时，调速时，只能保持电压为只能保持电压为U UN N不变不变，频率越高，频率越高，磁通磁通m m越低，是一种降低磁通升速的方法，类越低，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。似他励直流电动机弱磁升速情况。2022-7-2电机与拖动2021112211112122mm pU fTfRRxx211211211122m pUfxxf222212112mRRSxxRxx2112112RfLLf2022-7-2电机与拖动21 因此，频率越高时，因此，频率越高时， 越小，越小， 也减小，最大转矩也减小，最大转矩

12、对应的转速降落为对应的转速降落为mTmS211212602mmrfns nfLLp常数2022-7-2电机与拖动22三相异步电动机变频调速具有以下几个特点：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；从基频向上调速，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； 频率可以连续调节，频率可以连续调节，变频调速为无级调速。变频调速为无级调速。2022-7-2电机与拖动232.变极绕组的连接方法：变极绕组的连接方法： YYY(

13、2pp)； YY(2pp)。四、四、鼠笼式异步电机的鼠笼式异步电机的变极调速变极调速(多速电机多速电机)1.可以采用两套绕组，但为了提高材料的利用率，可以采用两套绕组，但为了提高材料的利用率，一般采一般采用单绕组变极，即通过改变一套绕组的连接方式而得到不用单绕组变极，即通过改变一套绕组的连接方式而得到不同极对数的磁动势，同极对数的磁动势，以实现变极调速。以实现变极调速。3.说明：变极前后，三相绕组的相序发生改变，为保证电说明：变极前后，三相绕组的相序发生改变，为保证电动机的转向不变，须对调定子两相绕组的出线端。动机的转向不变，须对调定子两相绕组的出线端。 2022-7-2电机与拖动24小结小结

14、:三相交流电动机调速的分类三相交流电动机调速的分类:调速的机械特性调速的机械特性(U,R2,f)及特点及特点:变频调速的条件变频调速的条件,低频补偿低频补偿2022-7-2电机与拖动25 (1)双馈调速的基本原理双馈调速的基本原理: 绕线式异步电动机多用在要求起动转矩大或要求绕线式异步电动机多用在要求起动转矩大或要求调速的负载场合调速的负载场合,在这两种场合下传统的方法是在在这两种场合下传统的方法是在转子回路中串联电阻转子回路中串联电阻.但这种调速方法的效率是比但这种调速方法的效率是比较低的较低的,而且调速性能也不理想而且调速性能也不理想.而如果采用了双而如果采用了双馈调速法馈调速法,则效果要

15、好一些则效果要好一些.双馈双馈:是指绕线式异步电动机的定、转子三相绕组分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率的工业电源，而转子电源电压的电源为固定频率的工业电源，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的幅值、频率和相位则需按运行要求分别进行调节。节。 11.5.3 绕线式异步电动机双馈调速及串级调速绕线式异步电动机双馈调速及串级调速原理：原理：2022-7-2电机与拖动26n随着电力电子技术的发展，绕线式异步电随着电力电子技术的发展，绕线式异步电动机组成的双馈调速系统，得到

16、了许多人动机组成的双馈调速系统，得到了许多人的重视。经过试验研究，已经取得了重要的重视。经过试验研究，已经取得了重要的技术成就。下面讨论这一技术问题。的技术成就。下面讨论这一技术问题。n一、双馈调速法：一、双馈调速法：n绕线式异步电动机双馈调速系统不仅能调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节电动机的转速，还能改变电动机定子边的功率因数。我们知道，当普通异步电动的功率因数。我们知道，当普通异步电动机定子边加额定电压且带上机械负载时，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转子有功电流的有效值 为：为：aI22022-7-2电机与拖动27n为了

17、简化分析和突出主要的概念，暂时忽为了简化分析和突出主要的概念，暂时忽略转子漏电抗的影响。当定子电源电压及略转子漏电抗的影响。当定子电源电压及负载转矩保持不变的条件下，负载转矩保持不变的条件下， 应为常数，应为常数，即即n n =常数常数2222222222222222SSSaxrsExrrxrsEIaI2222rsEIa2022-7-2电机与拖动28n现在分析绕线式异步电动机转子回路接有现在分析绕线式异步电动机转子回路接有外电源的情况。为了简单起见，在下面的外电源的情况。为了简单起见，在下面的分析中，凡是转子的各物理量都应理解为分析中，凡是转子的各物理量都应理解为已经进行过折合，不再用带撇的符

18、号表示已经进行过折合，不再用带撇的符号表示了。定、转子电压、电动势和电流的正方了。定、转子电压、电动势和电流的正方向如图所示。其中向如图所示。其中2是转子外加三相对称是转子外加三相对称电源相电压的有效值。下面分几种情况讨电源相电压的有效值。下面分几种情况讨论。论。2022-7-2电机与拖动29n 转子外接电压转子外接电压 与转子电动势与转子电动势 反相：反相：n这种情况的相量图如图这种情况的相量图如图（a）所示。所示。 2U2Es2022-7-2电机与拖动30 在这种情况下，由于转子回路合成电动势的在这种情况下，由于转子回路合成电动势的减小，使电流减小，使电流 减小，于是电磁转矩随之减减小，于

19、是电磁转矩随之减小，因负载转矩不变，转子便减速。随着小，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，转速的降低，转子回路感应电动势增大，当转差率增大到当转差率增大到 时，转子感应电动势时，转子感应电动势为为 。 等于原先的等于原先的 ，就能保持电，就能保持电子电流不变。电磁转矩与负载转短达到了子电流不变。电磁转矩与负载转短达到了新的平衡，电机在新的转差率新的平衡，电机在新的转差率 下运行，即下运行，即s，转速降低了。注意，这里的转差率，转速降低了。注意，这里的转差率s不再是电动机实际运行的转差率，它的含不再是电动机实际运行的转差率，它的含义是在同样负载转矩下，转子回路未

20、接电义是在同样负载转矩下，转子回路未接电压压 时的转差率，是个固定的数值。时的转差率，是个固定的数值。 aI2s2Es22UEs2Esss2U2022-7-2电机与拖动31 这种情况下转子电流为：这种情况下转子电流为：或或所以电机实际运行的转差率所以电机实际运行的转差率 为：为：222222rEsrUEsIa222222rsErUEsIas22EUss2022-7-2电机与拖动32n 转子外接电压 与转子电动势 同相n这种情况要分几种情况讨论 ：n1）当n如图b所示：刚开始时，由于转子回路合成电动势增大，使 增大，电磁转矩增大，在负载转矩不变的条件下，转子加速。随着转速的增加（转差率减小为 ）

21、，转子回路感应电动势减小，直到 等于原先的 ，才能保持不变，电磁转矩与负载转矩达到新的平衡，电机在新的转差率 下运行。这时， S,即电机的转速升高了。2U2Es22sEU aI2s22UEs2Esss2022-7-2电机与拖动33 2）当）当 仅由仅由 的作用就能产生的作用就能产生 ，电机的转速达，电机的转速达同步速，同步速， 为零，见图（为零，见图（c）。）。22sEU2UaI22Es2022-7-2电机与拖动34n3）当）当n在负载转矩不变的条件下，电机的转速可在负载转矩不变的条件下，电机的转速可以超过同步速，转差率以超过同步速，转差率 0，如图，如图 d）所所示。这种情况下，转子电流为：

22、示。这种情况下，转子电流为：n或或22sEU s222222rEsrUEsIa222222rsErUEsIa2022-7-2电机与拖动35n电机实际运行的转差率电机实际运行的转差率 为：为： 转子外接电压与转子电动势相位差转子外接电压与转子电动势相位差90：1）当）当 领先领先 ： 这种情况转子回路的合成电动势这种情况转子回路的合成电动势 产生的转子产生的转子电流入电流入 者同相（仅考虑者同相（仅考虑 的作用），其中有功的作用），其中有功电流为电流为 ，无功电流为，无功电流为 。由于无功电流。由于无功电流 与与气隙磁密气隙磁密 同相同相 ，起了励磁电流的作用，起了励磁电流的作用， 以以知电机定

23、子电流为：知电机定子电流为： s22EUss2U902Es2E2I2raI2rI2rI2)(201III2022-7-2电机与拖动36可见，定子边的功率因数可见，定子边的功率因数 得到了改善。得到了改善。在调速范围较大时，不能忽略转子漏阻抗在调速范围较大时，不能忽略转子漏阻抗的影响，因为它对转子电流的大小和相的影响，因为它对转子电流的大小和相位都有影响。位都有影响。1cos2022-7-2电机与拖动37n（2）串级调速的基本要求：）串级调速的基本要求：n前述的双馈调速要求加在电机转子绕组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，这就是串级调速的基本思变