調(diào)壓調(diào)速原理簡介

1、調(diào)壓調(diào)速原理 一. 三相異步電動機機械特性 三相異步電動機的機械特性是指電動機轉(zhuǎn)速與力矩之間的關(guān)系三相異步電動機的機械特性是指電動機轉(zhuǎn)速與力矩之間的關(guān)系 n=f(M)， 物理表達式為：物理表達式為：M=CMJ*m*I2*COS2 式中式中: CMJ - 異步電動機的轉(zhuǎn)矩系數(shù)異步電動機的轉(zhuǎn)矩系數(shù) m - 異步電動機每極磁通異步電動機每極磁通 I2 - 轉(zhuǎn)子電流的折算值轉(zhuǎn)子電流的折算值 COS2 - 轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù) I2= r2 r22+s 2 X22 COS2 = E2 (r2/s)2+X22 n = n0 (1-s) 式中式中: E2 -轉(zhuǎn)子電壓的折算值轉(zhuǎn)子電壓的折算值

2、r2 -轉(zhuǎn)子電阻的折算值轉(zhuǎn)子電阻的折算值 X2 -轉(zhuǎn)子電感的折算值轉(zhuǎn)子電感的折算值 s -電動機轉(zhuǎn)差率電動機轉(zhuǎn)差率 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 00.250.50.7511.251.51.7522.252.52.753 利用上述公式，繪出下圖利用上述公式，繪出下圖 n=f(M) n=f(I2) n=f(COS2 ) 圖圖1：三相異步電動機特性曲線：三相異步電動機特性曲線 M I2 COS2 M,I2, COS2 n 二. 三相異步電動機固有機械特性 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 00.250.50.7511.251.51.7522.252.52.753 Mma

3、x n s MQMe sm 圖圖2：三相異步電動機固有機械特性曲線：三相異步電動機固有機械特性曲線 Mmax：電動機最大轉(zhuǎn)矩：電動機最大轉(zhuǎn)矩 Mmax=To*Me To: 電動機過載倍數(shù)電動機過載倍數(shù) （查樣本）（查樣本） Me: 電動機額定轉(zhuǎn)矩電動機額定轉(zhuǎn)矩 MQ: 電動機啟動轉(zhuǎn)矩電動機啟動轉(zhuǎn)矩 sm : 產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時 的轉(zhuǎn)差率的轉(zhuǎn)差率 M C B A 二. 三相異步電動機固有機械特性 1。電動機的。電動機的Mmax，sm在電動機制作完成后，就在電動機制作完成后，就固定不變固定不變了。了。 2。電動機的。電動機的Me隨著隨著YZR電動機接電持續(xù)率（即電動機電動機接電持續(xù)率（即

4、電動機額定功率額定功率）的）的 不同而變化不同而變化。 3。從電動機固有的機械特性曲線中可以看出，電動機具有兩個不同。從電動機固有的機械特性曲線中可以看出，電動機具有兩個不同 的運行區(qū)域：的運行區(qū)域： A-B:不穩(wěn)定運行不穩(wěn)定運行區(qū)域，隨著速度的降低，電動機力矩反而降低。區(qū)域，隨著速度的降低，電動機力矩反而降低。 B-C:穩(wěn)定運行穩(wěn)定運行區(qū)域，隨著速度的降低，電動機力矩增大。區(qū)域，隨著速度的降低，電動機力矩增大。 4。點。點A為電動機固有機械特性的為電動機固有機械特性的“起動點起動點” 其特點：其特點：n = 0 (s=1) M=MQ IQ (78)Ie 二. 三相異步電動機固有機械特性 通過

5、上述分析，結(jié)論如下：通過上述分析，結(jié)論如下： 1。YZR電動機電動機固有固有機械機械特性不能直接特性不能直接用于用于驅(qū)動驅(qū)動。 2。YZR電動機必須電動機必須降低起動電流降低起動電流起動。起動。 3。YZR電動機必須運行于電動機必須運行于穩(wěn)定區(qū)域穩(wěn)定區(qū)域。 滿足上述要求，必須人為的改變滿足上述要求，必須人為的改變 YZR電動機的機械特性曲線電動機的機械特性曲線 三. 三相異步電動機人為機械特性 3.1。轉(zhuǎn)子電路串接對稱電阻的機械特性。轉(zhuǎn)子電路串接對稱電阻的機械特性 由式：由式： sm= r2 r12+(X1+ X2)2 可見，隨著可見，隨著r2阻值的阻值的增大增大，電動機，電動機sm將將增大增

6、大。 -1.25 -1 -0.75 -0.5 -0.25 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 00.250.50.7511.251.51.7522.252.52.753 Mmax n s sm 圖圖3：三相異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻機械特性曲線：三相異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻機械特性曲線 M 三. 三相異步電動機人為機械特性 sm sm r2 r2 +r r2 +r 由圖可知，增加轉(zhuǎn)子電阻：由圖可知，增加轉(zhuǎn)子電阻： 1。可以改變?？梢愿淖僺m 2?？梢愿淖兤饎愚D(zhuǎn)矩?？梢愿淖兤饎愚D(zhuǎn)矩 3?？梢宰岆妱訖C工作在穩(wěn)定區(qū)域?？梢宰岆妱訖C工作在穩(wěn)定區(qū)域 4?？梢越档推饎与娏??？梢越档推饎与娏?5。不能改變。

7、不能改變Mmax Me 三. 三相異步電動機人為機械特性 3.2。降低定子電壓的機械特性。降低定子電壓的機械特性 由式：由式： Mm= U12 r12+(X1+ X2)2 可見，當三相異步電動機定子電壓可見，當三相異步電動機定子電壓U1降低時，電動機降低時，電動機 最大最大轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩Mm將隨著將隨著U1降低而降低而與與U12成比例成比例 的降低。的降低。 m1 0 2 r1+ 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 00.250.50.7511.251.51.7522.252.52.753 Mmax n s sm 圖圖4：三相異步電動機降低定子電壓機械特性曲線：三相異步電動機降低定子電壓機

8、械特性曲線 M 三. 三相異步電動機人為機械特性 U1e 0.8U1e 由圖可知，降低定子電壓：由圖可知，降低定子電壓： 1?？梢愿淖?。可以改變Mmax 2?？梢愿淖兤饎愚D(zhuǎn)矩?？梢愿淖兤饎愚D(zhuǎn)矩MQ 3?？梢愿淖冝D(zhuǎn)矩?？梢愿淖冝D(zhuǎn)矩 4?？梢越档推饎与娏??？梢越档推饎与娏?5。不能改變。不能改變sm 0.5U1e MQ 0.64Mmax0.25Mmax 三. 三相異步電動機人為機械特性 需要說明是：需要說明是： 降低定子電壓運行時，如果負載保持額定值不變，電動機不能降低定子電壓運行時，如果負載保持額定值不變，電動機不能 連續(xù)長時間低速運行，否則容易燒毀電動機。連續(xù)長時間低速運行，否則容易燒毀電動機

9、。 其原因為：當電動機定子電壓其原因為：當電動機定子電壓U1降低時，電動機將減速，電動降低時，電動機將減速，電動 機轉(zhuǎn)差率機轉(zhuǎn)差率S將增大，轉(zhuǎn)子電壓（將增大，轉(zhuǎn)子電壓（U2=S*E2）也將增大，因而電動機轉(zhuǎn)）也將增大，因而電動機轉(zhuǎn) 子電流也將增大。子電流也將增大。 由式：由式： Me= 降壓前后降壓前后M相等，得：相等，得： 當轉(zhuǎn)子電阻當轉(zhuǎn)子電阻r2不變時，降壓前后因不變時，降壓前后因 sxse 所以所以I2xI2e，因此，因此負負 載保持額定值不變載保持額定值不變，電動機，電動機定子電壓降低定子電壓降低后后電動機電流將大于額定電動機電流將大于額定 值值。保持。保持電動機電流不變電動機電流不變

10、，應(yīng)，應(yīng)串接適量的轉(zhuǎn)子電阻串接適量的轉(zhuǎn)子電阻。 m1 0 *I2e2* r2 se I2e2* = r2 se I2x2* r2 sx 四. 三相異步電動機改變定子電壓調(diào)速 1。改變?nèi)喈惒诫妱訖C定子電壓的速度變化。改變?nèi)喈惒诫妱訖C定子電壓的速度變化 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 00.250.50.7511.251.51.7522.252.52.753 n s sm M n1 U1 U1 n1 a b Mmax 由左圖可見，當電動機負由左圖可見，當電動機負 載為載為Mj時，如定子電壓由時，如定子電壓由U1 減為減為U1，電動機轉(zhuǎn)速也將由，電動機轉(zhuǎn)速也將由 n1降為降為n1。

11、見。見a,b兩點。兩點。 由于三相異步電動機只能由于三相異步電動機只能 工作于穩(wěn)定區(qū)域，因而左圖可工作于穩(wěn)定區(qū)域，因而左圖可 以看到，以看到，降低定子電壓降低定子電壓可以進可以進 行調(diào)速，但行調(diào)速，但調(diào)速范圍較小調(diào)速范圍較小。 為了為了增大調(diào)速范圍增大調(diào)速范圍，同時，同時 降低電機定子電流降低電機定子電流，在調(diào)節(jié)電，在調(diào)節(jié)電 動機定子電壓的同時，電動機動機定子電壓的同時，電動機 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子應(yīng)應(yīng)串接電阻串接電阻。 Mj -1.25 -1 -0.75 -0.5 -0.25 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 00.250.50.7511.251.51.7522.252.52.753 Mma

12、x n s sm M U1e+ r2+R2 見左圖：電動機負載為見左圖：電動機負載為Mj 時時 1。電機自然特性運行點為。電機自然特性運行點為a點。點。 2。增加轉(zhuǎn)子電阻運行點改為。增加轉(zhuǎn)子電阻運行點改為b點。點。 3。改變定子電壓運行點改為。改變定子電壓運行點改為c點。點。 U1e+ r2 Mj 四. 三相異步電動機改變定子電壓調(diào)速 2。改變?nèi)喈惒诫妱訖C定子電壓及轉(zhuǎn)子電阻的速度變化。改變?nèi)喈惒诫妱訖C定子電壓及轉(zhuǎn)子電阻的速度變化 0.8U1e+ r2+R2 n1 n1 n1 a b c 四. 三相異步電動機改變定子電壓調(diào)速 由前頁可知：由前頁可知： 1。當負載為。當負載為Mj 時，在電動機

13、自然特性機械特性曲線圖上，電動機運時，在電動機自然特性機械特性曲線圖上，電動機運 行點為行點為“a”，電動機運行速度為，電動機運行速度為n1。 2。在電動機轉(zhuǎn)子串接電阻。在電動機轉(zhuǎn)子串接電阻R2后，電動機運行點為后，電動機運行點為“b”，電動機運行，電動機運行 速度為速度為n1(n1 n1 )。 3。在電動機定子電壓改為。在電動機定子電壓改為0.8U1e后，電動機運行點為后，電動機運行點為“c”，電動機運，電動機運 行速度為行速度為n1(n1 n1 n1 )。 由此可見，在電動機由此可見，在電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子上上串接一定的電阻串接一定的電阻，再通過，再通過調(diào)節(jié)電動機調(diào)節(jié)電動機 定子電壓定子電壓我們

14、就可以改變電動機的運行點，讓電動機運行我們就可以改變電動機的運行點，讓電動機運行速度降低速度降低， 達到達到調(diào)節(jié)速度調(diào)節(jié)速度的目的。的目的。 但通過上述措施進行的電動機調(diào)速，電動機但通過上述措施進行的電動機調(diào)速，電動機機械特性太軟機械特性太軟，不能，不能 滿足生產(chǎn)機械的要求，當負載發(fā)生變化或定子電壓過低時，電動機非滿足生產(chǎn)機械的要求，當負載發(fā)生變化或定子電壓過低時，電動機非 常常容易堵轉(zhuǎn)容易堵轉(zhuǎn)。為了解決這個問題，必須組成。為了解決這個問題，必須組成閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)。系統(tǒng)。 五. 閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) Uf n n? M 3 AC380V,50Hz Ur 給定電壓給定電壓 Uf 反饋電

15、壓反饋電壓 U 速度環(huán)速度環(huán)觸發(fā)電路觸發(fā)電路 速度轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換 速度傳感器速度傳感器 電動機電動機 負載負載 轉(zhuǎn)子電阻轉(zhuǎn)子電阻 可控硅可控硅 指令指令 調(diào)壓調(diào)速裝置調(diào)壓調(diào)速裝置 圖圖7。閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)框圖。閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)框圖 五. 閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 閉環(huán)調(diào)壓閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)既能調(diào)速系統(tǒng)既能提高提高電動機低速時的機械特電動機低速時的機械特 性性硬度硬度，又能，又能保證保證一定的一定的過載能力過載能力。 閉環(huán)調(diào)壓閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速裝置的可控硅可調(diào)速裝置的可控硅可根據(jù)根據(jù)觸發(fā)電路所發(fā)出觸發(fā)電路所發(fā)出 的的觸發(fā)脈沖的角度觸發(fā)脈沖的角度不同，不同，改變改變電動機電動機定子電壓定子電壓為不同值，為不同值，

16、進而讓進而讓電動機速度發(fā)生改變電動機速度發(fā)生改變。 但但閉環(huán)調(diào)壓閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速裝置的輸出電壓不是一個定值，針調(diào)速裝置的輸出電壓不是一個定值，針 對對不同負載和給定不同負載和給定，輸出電壓也不同輸出電壓也不同，但電動機的，但電動機的速度速度 基本基本等于給定等于給定要求的速度。要求的速度。 見左圖，當調(diào)壓調(diào)速裝置輸出電壓見左圖，當調(diào)壓調(diào)速裝置輸出電壓 為為U1時，對應(yīng)于電動機負載時，對應(yīng)于電動機負載Mj 時時 的電動機轉(zhuǎn)速為的電動機轉(zhuǎn)速為n1，當負載增至，當負載增至Mj 時，如時，如無速度反饋無速度反饋，則電動機，則電動機轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 將沿著對應(yīng)于將沿著對應(yīng)于U1的特性曲線的特性曲線下降下降 到到n1

17、，速度下降極為嚴重。，速度下降極為嚴重。 但如果增設(shè)了但如果增設(shè)了速度反饋速度反饋環(huán)節(jié)，組成環(huán)節(jié)，組成 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，當閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，當負載增至負載增至Mj時，時， 電動機電動機速度將下降速度將下降。正比與轉(zhuǎn)速的。正比與轉(zhuǎn)速的 反饋電壓反饋電壓Uf將降低將降低， U=Ur-Uf的的 數(shù)值將自動數(shù)值將自動增大增大。經(jīng)速度環(huán)計算，。經(jīng)速度環(huán)計算， 可控硅觸發(fā)角將前移，可控硅觸發(fā)角將前移，輸出電壓輸出電壓將將 增大增大。電動機將產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩與負。電動機將產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩與負 載平衡，當定子電壓增值載平衡，當定子電壓增值U1時，時， 電動機電動機速度速度將恢復將恢復為為n1， U=0， 電機將以電機將以n

18、1速度穩(wěn)定速度穩(wěn)定運行。運行。 五. 閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) -1.25 -1 -0.75 -0.5 -0.25 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 00.250.50.7511.251.51.7522.252.52.753 n s M Mj n1 n1 Mj U1U1 通過上述分析：閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)通過上述分析：閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 1。提高電動機機械特性的硬度。提高電動機機械特性的硬度。 2。電動機過載能力提高了。電動機過載能力提高了。 3。電動機運行速度始終等于給定。電動機運行速度始終等于給定 速度。速度。 五. 閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) -1.25 -1 -0.75 -0.5 -0.25 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 00.250.50.7511.251.51.7522.252.52.753 n s M Me 圖圖8。閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速電動機機械特性曲線。閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速電動機機械特性曲線 左圖，通過改變給定電壓左圖，通過改變給定電壓Ur可以可以 得到一些基本平行的特性曲線