第10章 三相交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速

（1）改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速，包括降低電源電壓、繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻等方法；（2）不變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速，改變旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)同步轉(zhuǎn)速調(diào)速，包括改變定于繞組極對(duì)數(shù)、改變供電電源頻率等方法；（3）雙饋調(diào)速，包括串級(jí)調(diào)速等；（4）利用轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速。第10章三相交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速變轉(zhuǎn)差率不變轉(zhuǎn)差率2023/2/51電機(jī)與拖動(dòng)交流調(diào)速應(yīng)用的領(lǐng)域1.凡是能用直流調(diào)速的場(chǎng)合,都能用交流調(diào)速;2.直流調(diào)速達(dá)不到的,如大容量,高轉(zhuǎn)速,高電壓等,都能用交調(diào);3.原來不調(diào)速的風(fēng)機(jī),泵類拖動(dòng),采用交調(diào),可以大幅度節(jié)能.2023/2/52電機(jī)與拖動(dòng)一、繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速所串電阻越大，轉(zhuǎn)速越低.（拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載）調(diào)速過程:2023/2/53電機(jī)與拖動(dòng)當(dāng)電源電壓一定時(shí)，主磁通

基本上是定值，設(shè)轉(zhuǎn)子電流I2維持在它的額定值工作，則：轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速，保持電機(jī)轉(zhuǎn)子電流為額定值，則:a.轉(zhuǎn)子回路串電阻屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法2023/2/54電機(jī)與拖動(dòng)當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串了電阻后，轉(zhuǎn)子回路的功率因數(shù)為：

常數(shù)T不變2023/2/55電機(jī)與拖動(dòng)當(dāng)負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩時(shí)，根據(jù)上式，則有：這種調(diào)速方法的調(diào)速范圍不大，一般為（2～3）:1。負(fù)載小時(shí)，調(diào)速范圍就更小了。由于轉(zhuǎn)子回路電流很大，使電阻的體積笨重，抽頭不易，所以調(diào)速的平滑性不好，基本上屬有級(jí)調(diào)速。多用于斷續(xù)工作的生產(chǎn)機(jī)械上，在低速運(yùn)行的時(shí)間不長，且要求調(diào)速性能不高的場(chǎng)合，如用于起重機(jī)。b.轉(zhuǎn)子回路串電阻屬有級(jí)調(diào)速2023/2/56電機(jī)與拖動(dòng)c.轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速經(jīng)濟(jì)性差2023/2/57電機(jī)與拖動(dòng)二、異步電動(dòng)機(jī)改變定子電壓調(diào)速(調(diào)壓調(diào)速)snsm10TLUN0TstTmaxTemn1A0.8UN0.64Tst0.64Tmax2023/2/58電機(jī)與拖動(dòng)1.對(duì)普通異步電機(jī)如果采用調(diào)壓調(diào)速拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,調(diào)速范圍窄(S<Sm).2.一般調(diào)壓調(diào)速用于風(fēng)機(jī),泵類負(fù)載a.整個(gè)范圍能運(yùn)行;b.性能價(jià)格比好.3.異步電機(jī)調(diào)壓調(diào)速的閉環(huán)系統(tǒng);4.常用的調(diào)壓調(diào)速電路.2023/2/59電機(jī)與拖動(dòng)三、變頻調(diào)速：

改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)電源頻率，可以改變旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)的同步轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)速的目的。額定頻率稱為基頻，變頻調(diào)速時(shí)，可以從基頻向上調(diào)，也可以從基頻向下調(diào)。變頻調(diào)速的條件:變頻機(jī)組：靜止的變頻裝置:如何獲得變頻電源？2023/2/510電機(jī)與拖動(dòng)1.從基頻向下變頻調(diào)速（機(jī)械特性）⑴保持=常數(shù)（恒磁通控制方式）2023/2/511電機(jī)與拖動(dòng)最大轉(zhuǎn)矩處的轉(zhuǎn)速降落為：2023/2/512電機(jī)與拖動(dòng)2023/2/513電機(jī)與拖動(dòng)這種調(diào)速方法機(jī)械特性較硬，在一定的靜差率要求下，調(diào)速范圍寬，而且穩(wěn)定性好。由于頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，因此變頻調(diào)速為無級(jí)調(diào)速，平滑性好。另外，電動(dòng)機(jī)在正常負(fù)載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率s較小，因此轉(zhuǎn)差功率較小，效率較高。經(jīng)分析，恒磁通變頻調(diào)速是屬于為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。即當(dāng)：時(shí)，2023/2/514電機(jī)與拖動(dòng)⑵保持=常數(shù)（近似恒磁通控制方式）2023/2/515電機(jī)與拖動(dòng)2023/2/516電機(jī)與拖動(dòng)當(dāng)f下降不多時(shí):當(dāng)f下降較多時(shí):2023/2/517電機(jī)與拖動(dòng)低頻補(bǔ)償(15Hz以下)2023/2/518電機(jī)與拖動(dòng)2.從基頻向上變頻調(diào)速

升高電源電壓是不允許的，因此升高頻率向上調(diào)速時(shí)，只能保持電壓為UN不變，頻率越高，磁通Φm越低，是一種降低磁通升速的方法，類似他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)弱磁升速情況。2023/2/519電機(jī)與拖動(dòng)2023/2/520電機(jī)與拖動(dòng)因此，頻率越高時(shí)，越小，也減小，最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落為2023/2/521電機(jī)與拖動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：①從基頻向下調(diào)速，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式；從基頻向上調(diào)速，近似為恒功率調(diào)速方式；②調(diào)速范圍大；③轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好；④運(yùn)行時(shí)小，效率高；⑤頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，變頻調(diào)速為無級(jí)調(diào)速。2023/2/522電機(jī)與拖動(dòng)2.變極繞組的連接方法：

Y→YY(2p→p)；Δ→YY(2p→p)。四、鼠籠式異步電機(jī)的變極調(diào)速(多速電機(jī))1.可以采用兩套繞組，但為了提高材料的利用率，一般采用單繞組變極，即通過改變一套繞組的連接方式而得到不同極對(duì)數(shù)的磁動(dòng)勢(shì)，以實(shí)現(xiàn)變極調(diào)速。3.說明：變極前后，三相繞組的相序發(fā)生改變，為保證電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向不變，須對(duì)調(diào)定子兩相繞組的出線端。

2023/2/523電機(jī)與拖動(dòng)小結(jié):三相交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速的分類:調(diào)速的機(jī)械特性(U,R2,f)及特點(diǎn):變頻調(diào)速的條件,低頻補(bǔ)償2023/2/524電機(jī)與拖動(dòng)(1)雙饋調(diào)速的基本原理:

繞線式異步電動(dòng)機(jī)多用在要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大或要求調(diào)速的負(fù)載場(chǎng)合,在這兩種場(chǎng)合下傳統(tǒng)的方法是在轉(zhuǎn)子回路中串聯(lián)電阻.但這種調(diào)速方法的效率是比較低的,而且調(diào)速性能也不理想.而如果采用了雙饋調(diào)速法,則效果要好一些.雙饋:是指繞線式異步電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子三相繞組分別接到兩個(gè)獨(dú)立的三相對(duì)稱電源，其中定于繞組的電源為固定頻率的工業(yè)電源，而轉(zhuǎn)子電源電壓的幅值、頻率和相位則需按運(yùn)行要求分別進(jìn)行調(diào)節(jié)。

11.5.3繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速原理：2023/2/525電機(jī)與拖動(dòng)隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，繞線式異步電動(dòng)機(jī)組成的雙饋調(diào)速系統(tǒng)，得到了許多人的重視。經(jīng)過試驗(yàn)研究，已經(jīng)取得了重要的技術(shù)成就。下面討論這一技術(shù)問題。一、雙饋調(diào)速法：繞線式異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)不僅能調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，還能改變電動(dòng)機(jī)定子邊的功率因數(shù)。我們知道，當(dāng)普通異步電動(dòng)機(jī)定子邊加額定電壓且?guī)蠙C(jī)械負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)子有功電流的有效值為：2023/2/526電機(jī)與拖動(dòng)為了簡(jiǎn)化分析和突出主要的概念，暫時(shí)忽略轉(zhuǎn)子漏電抗的影響。當(dāng)定子電源電壓及負(fù)載轉(zhuǎn)矩保持不變的條件下，應(yīng)為常數(shù)，即

=常數(shù)2023/2/527電機(jī)與拖動(dòng)現(xiàn)在分析繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路接有外電源的情況。為了簡(jiǎn)單起見，在下面的分析中，凡是轉(zhuǎn)子的各物理量都應(yīng)理解為已經(jīng)進(jìn)行過折合，不再用帶撇的符號(hào)表示了。定、轉(zhuǎn)子電壓、電動(dòng)勢(shì)和電流的正方向如圖所示。其中Ｕ2是轉(zhuǎn)子外加三相對(duì)稱電源相電壓的有效值。下面分幾種情況討論。2023/2/528電機(jī)與拖動(dòng)⑴轉(zhuǎn)子外接電壓與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)反相：這種情況的相量圖如圖（a）所示。2023/2/529電機(jī)與拖動(dòng)在這種情況下，由于轉(zhuǎn)子回路合成電動(dòng)勢(shì)的減小，使電流減小，于是電磁轉(zhuǎn)矩隨之減小，因負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，轉(zhuǎn)子便減速。隨著轉(zhuǎn)速的降低，轉(zhuǎn)子回路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增大，當(dāng)轉(zhuǎn)差率增大到時(shí)，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為。等于原先的，就能保持電子電流不變。電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)短達(dá)到了新的平衡，電機(jī)在新的轉(zhuǎn)差率下運(yùn)行，即＞s，轉(zhuǎn)速降低了。注意，這里的轉(zhuǎn)差率s不再是電動(dòng)機(jī)實(shí)際運(yùn)行的轉(zhuǎn)差率，它的含義是在同樣負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，轉(zhuǎn)子回路未接電壓時(shí)的轉(zhuǎn)差率，是個(gè)固定的數(shù)值。2023/2/530電機(jī)與拖動(dòng)這種情況下轉(zhuǎn)子電流為：或所以電機(jī)實(shí)際運(yùn)行的轉(zhuǎn)差率為：2023/2/531電機(jī)與拖動(dòng)⑵轉(zhuǎn)子外接電壓與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)同相這種情況要分幾種情況討論：1）當(dāng)如圖b所示：剛開始時(shí)，由于轉(zhuǎn)子回路合成電動(dòng)勢(shì)增大，使增大，電磁轉(zhuǎn)矩增大，在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變的條件下，轉(zhuǎn)子加速。隨著轉(zhuǎn)速的增加（轉(zhuǎn)差率減小為），轉(zhuǎn)子回路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減小，直到等于原先的，才能保持不變，電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩達(dá)到新的平衡，電機(jī)在新的轉(zhuǎn)差率下運(yùn)行。這時(shí)，<S,即電機(jī)的轉(zhuǎn)速升高了。2023/2/532電機(jī)與拖動(dòng)2）當(dāng)僅由的作用就能產(chǎn)生，電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)同步速，為零，見圖（c）。2023/2/533電機(jī)與拖動(dòng)3）當(dāng)在負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變的條件下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以超過同步速，轉(zhuǎn)差率＜0，如圖d）所示。這種情況下，轉(zhuǎn)子電流為：或2023/2/534電機(jī)與拖動(dòng)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行的轉(zhuǎn)差率為：⑶轉(zhuǎn)子外接電壓與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)相位差90°：1）當(dāng)領(lǐng)先：這種情況轉(zhuǎn)子回路的合成電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流入者同相（僅考慮的作用），其中有功電流為，無功電流為。由于無功電流與氣隙磁密同相，起了勵(lì)磁電流的作用，以知電機(jī)定子電流為：2023/2/535電機(jī)與拖動(dòng)可見，定子邊的功率因數(shù)得到了改善。在調(diào)速范圍較大時(shí)，不能忽略轉(zhuǎn)子漏阻抗的影響，因?yàn)樗鼘?duì)轉(zhuǎn)子電流的大小和相位都有影響。2023/2/536電機(jī)與拖動(dòng)（2）串級(jí)調(diào)速的基本要求：前述的雙饋調(diào)速要求加在電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的電壓頻率與轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)同頻率。如果把異步電機(jī)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢(shì)，同時(shí)把轉(zhuǎn)子外加電壓也變?yōu)橹绷髁?，這就是串級(jí)調(diào)速的基本思路。如圖所示：2023/2/537電機(jī)與拖動(dòng)圖中的整流橋把異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差電動(dòng)勢(shì)、電流變成直流，逆變器的作用是給電機(jī)轉(zhuǎn)子回路提供直流電動(dòng)勢(shì)，同時(shí)給轉(zhuǎn)子電流提供通路，并把轉(zhuǎn)差功率（扣除轉(zhuǎn)子繞組銅損耗）大部分反送回交流電源。異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子相電動(dòng)勢(shì)為：經(jīng)三相整流器后變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢(shì)：

2023/2/538電機(jī)與拖動(dòng)式中是整流系數(shù)。逆變器直流側(cè)直流電動(dòng)勢(shì)為：式中是逆變器的系數(shù)；是變壓器副邊相電壓；是逆變角。