電機與拖動基礎(chǔ)10

第10章三相交流電動機的調(diào)速三相異步電動機的調(diào)速1.改變磁極對數(shù)p2.改變轉(zhuǎn)差率s

3.改變電源頻率f1(變頻調(diào)速)調(diào)速方法：

n=(1－s)n0=(1－s)60f1

p——有級調(diào)速。無級調(diào)速。第10章三相交流電動機的調(diào)速n0TnOnMUNTLTL10.1籠型異步電動機的降電壓調(diào)速TL(1)調(diào)速方向

U1(＜UN)↓→n↓(2)調(diào)速范圍D較小。U1n0TnOnMUNU1三相異步電動機的調(diào)速(3)調(diào)速的平滑性若能連續(xù)調(diào)節(jié)U1，n可實現(xiàn)無級調(diào)速。(4)調(diào)速的穩(wěn)定性穩(wěn)定性差。(5)調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性較差。①需要可調(diào)交流電源。②cos1和均較低。(6)調(diào)速時的允許負(fù)載既非恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，又非恒功率調(diào)速。因為T∝U1p2所以U1

→T(n)→P2三相異步電動機的調(diào)速

【例10.1】

三相籠型異步電動機，PN=15kW，UN=380V，nN=960r/min，λ

=2。試求：(1)U1=380V，TL=120N·m時的轉(zhuǎn)速；(2)U1=300V，TL=100N·m時的轉(zhuǎn)速。解：(1)U1=380V，TL=120N·m時n0－nNn0sN=1000－9601000==0.04三相異步電動機的調(diào)速602TN=PN

nN=×N·m=149.28N·m602×3.1415×103960TM=λ

TN=

2×149.28N·m=298.56N·m

n

=(1－s)n0

=(1－0.031)×1000r/min=969r/minsM=sN(λ＋

λ2－1)=0.04×(2＋22－1)=0.149=0.149×－－1=0.031(

)2298.56120298.56120s=sM－－1TMT(

)2TMT三相異步電動機的調(diào)速

n

=(1－s)n0

=(1－0.044)×1000r/min=956r/min=0.149×－－1=0.044(

)2186100186100三相異步電動機的調(diào)速(2)U1=300V，TL=100N·m時

sM不變，Tm∝U12，故sM=0.149TM=×298.56N·m=186N·m

300

3802s=sM－－1TMT(

)2TMTn0TnOTMR2R2+Rr10.2繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻調(diào)速TLM3~3~RrKM(1)調(diào)速方向

n(2)調(diào)速范圍

D較小。三相異步電動機的調(diào)速Φm不變，(3)調(diào)速的平滑性取決于Rr的調(diào)節(jié)方式。(4)調(diào)速的穩(wěn)定性穩(wěn)定性差。Rr

→δ

。(5)調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性初期投資不大，但運行效率較低。(6)調(diào)速時的允許負(fù)載因為

調(diào)速前后U1、

f1不變，

三相異步電動機的調(diào)速

I2N

=sNE2R22＋(sNX2)2=E2

＋(sNX2)2R22

sN調(diào)速前——恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。調(diào)速后可見調(diào)速前調(diào)速后

三相異步電動機的調(diào)速

I2N

=sE2

(R2＋Rr)2＋(sX2)2=E2

＋X22R2＋Rr2

s

R2＋Rr

sR2

sN=

cos2

=R2R22＋(sNX2)2=R2/sN

＋X22R22

sN

cos2

=R2＋Rr

(R2＋Rr)2＋(sX2)2

三相異步電動機的調(diào)速

cos2

=R2＋Rr

(R2＋Rr)2＋(sX2)2=(R2＋Rr)/s

＋X22R2＋Rr2

s

=R2/sN

＋X22R22

sN可見，調(diào)速前后cos2不變，根據(jù)T=CTΦm

I2cos2可知調(diào)速時允許的轉(zhuǎn)矩不變，為恒T調(diào)速。

【例10.2】

一臺三相繞線型異步電動機，拖動一恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運行。已知PN=20kW，nN=1420r/min，

U2N=187V，I2N=68.5A，λ

=2.3，TL=

100N·m。試求：(1)轉(zhuǎn)子電路未串電阻時的轉(zhuǎn)速；(2)轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻Rr=0.0159時的轉(zhuǎn)速。解：(1)轉(zhuǎn)子電路未串聯(lián)電阻時n0－nNn0sN=1500－14201500==0.0533

三相異步電動機的調(diào)速602TN=PN

nN=×N·m=134.57N·m602×3.1420×1031420TM=λ

TN=

2.3×134.57N·m=309.5N·m

n

=(1－s)n0

=(1－0.0387)×1500r/min=1442r/min(2)轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻

Rr

時，TM不變，sM∝(R2＋Rr)sM=sN(λ＋

λ2－1)=0.0533×(2.3＋2.32－1)=0.233=0.233×－－1=0.0387(

)2309.5100309.5100s=sM－－1TMT(

)2TMT

三相異步電動機的調(diào)速R2=sNU2N

3I2N=

=0.08410.0533×187

1.732×68.5s'M=sMR2＋Rr

R2=×0.233

=0.277

0.10.0841由于TL不變，因此s

∝(R2＋Rr)n'

=(1－s')n0

=(1－0.046)×1500r/min=1431r/min=0.277×－－1=0.046(

)2309.5100309.5100s'=s'M－－1(

)2T'MTT'MT

三相異步電動機的調(diào)速s'

=s

R2＋Rr

R2=×0.0387

=0.046

0.10.0841TL10.3籠型異步電動機的變極調(diào)速n0TnOYYY0.5n0n0TnO△YY0.5n0TL(1)調(diào)速方向YY→Y(△)：n

Y(△)→YY：n(2)調(diào)速范圍D=2~4

三相異步電動機的調(diào)速(3)調(diào)速的平滑性平滑性差。(4)調(diào)速的穩(wěn)定性穩(wěn)定性好。圖10.7異步電動機Δ-YY變極調(diào)速接線圖10.6異步電動機Y-YY變極調(diào)速接線靜差率：(5)調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性好。(6)調(diào)速時的允許負(fù)載①YY－Y滿載輸出功率：滿載輸出轉(zhuǎn)矩：(基本不變）δ=×100%n0－nn0

△nn0

=P2=

3UNINcos1T2=P2=，12INYINYY因為=12

YYY三相異步電動機的調(diào)速——恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。如果cos1、η不變，則=12P2YP2YY=1T2YT2YY（恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）(2)YY－△因為=

3IPN2IPNIN△INYY=32=12

△

YY如果cos1、

η不變，則P2△P2YY=

32≈1（恒功率調(diào)速）T2△T2YY=×2=1.732

32三相異步電動機的調(diào)速——（近似）恒功率調(diào)速。

【例10.3】

某三相多速電動機，PN=2.2/3.8kW，nN=1440/2880r/min，

λ

=2.0/2.0。拖動TL

=

10N·m的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。求在兩種不同極對數(shù)時的轉(zhuǎn)速。解：(1)p=2時n0－nNn0sN=1500－14401500==0.04三相異步電動機的調(diào)速602TN=PN

nN=×N·m=14.6N·m602×3.142.2×1031440TM=λ

TN=

2×14.6N·m=29.2N·m

n

=(1－s)n0

=(1－0.0263)×1500r/min=1460.55r/min(2)p=1時=0.04×(2＋22－1)=0.149=0.149×－－1=0.0263(

)229.21029.210s=sM－－1TMT(

)2TMT三相異步電動機的調(diào)速n0－nNnNsN=3000－28803000==0.04sM=sN(λ＋

λ2－1)三相異步電動機的調(diào)速602TN=PN

nN=×N·m=12.61N·m602×3.143.8×1032880TM=λ

TN=

2×12.61N·m=25.22N·m

n

=(1－s)n0

=(1－0.0308)×3000r/min=2907.6r/min=0.149×－－1=0.0308(

)225.221025.2210s=sM－－1TMT(

)2TMT10.4籠型異步電動機的變頻調(diào)速

U、f可變M3~3~整流電路逆變電路50Hz控制電路直流n0TnOn0'f1＞fNU1L=UNn0TnOn0'f1＜fN，=常數(shù)U1f1

TLTL三相異步電動機的調(diào)速(1)調(diào)速方向f1＜fN時：n

。(2)調(diào)速范圍D較大。(3)調(diào)速的平滑性平滑性好（無級調(diào)速）。(4)調(diào)速的穩(wěn)定性穩(wěn)定性好。(5)調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性初期投資大；運行費用不大。(6)調(diào)速時的允許負(fù)載f1＞fN時：n。三相異步電動機的調(diào)速三相異步電動機的調(diào)速=常數(shù)

U1f1

因為→Φm基本不變，基本不變。所以

T

=

CTΦm

I2Ncos2

①

f1＜fN時——恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

P2=T2ΩU14.44f1

kw1N1Φm=≈TΩ②

f1＞fN時因為

U1L=

UN所以T

=

CTΦmI2Ncos2

∝1f1∝1n∝1n∝Tn

=常數(shù)——恒功率調(diào)速。變頻器三相異步電動機的調(diào)速三相異步電動機的調(diào)速優(yōu)點：(1)一體化的通用變頻器和電動機的組合可以提供最大效率。(2)變速驅(qū)動，輸出功率范圍寬（如從120W到7.5kW）。(3)在需要的時候，通用變頻器可以方便地從電動機上移走。(4)高起動轉(zhuǎn)矩。電機變頻器一體化產(chǎn)品

【例10.4】

某三相籠型異步電動機，PN=15kW，UN=380V，△聯(lián)結(jié)，nN=2930r/min，fN=50Hz，λ=2.2。拖動一恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運行，T

=

40N·m。求：(1)f1=50Hz，U1=UN時的轉(zhuǎn)速；(2)f1=40Hz，U1=0.8UN時的轉(zhuǎn)速；(3)f1=60Hz，U1=UN時的轉(zhuǎn)速。解：(1)602TN=PN

nN=×N·m=48.91N·m602×3.1415×1032930TM=λ

TN=

2.2×48.91N·m=107.61N·mn0－nNn0sN=3000－29303000==0.0233三相異步電動機的調(diào)速

n

=(1－s)n0

=(1－0.0187)×3000r/min=2944r/min(2)=0.0233×(2.2＋2.22－1)=0.0969=0.0969×－－1=0.0187(

)2107.6140107.6140U1f1成比例減小時，TM不變，sM與f1成反比，故T'M=TM=107.61N·m

s=sM－－1TMT(

)2TMT三相異步電動機的調(diào)速sM=sN(λ＋

λ2－1)s'M=sMf1

f'1=×0.0969

=0.121

50

40

n'

=(1－s')n'0

=(1－0.0233)×2400r/min=2344r/min=0.121×－－1=0.0233(

)2107.6140107.6140s'=s'M－－1(

)2T'MTT'MTn'0=60f'1

p=r/min

=2400r/min

60×401三相異步電動機的調(diào)速(3)f1增加，U1不變時，sM∝。1f1TM∝,1f12=×107.61N·m=74.73N·m

50

602=×0.0969

=0.08075

50

60=r/min

=3600r/min

60×601三相異步電動機的調(diào)速s"=sM－－1(

)2TMTTMT=0.0234""""n0=60f

1

p"

n"=(1－s")n0"=(1－0.0234)×3600r/min=3516r/minTM=TMf1

f

12""sM=

sMf1

f

1""10.6繞線型異步電動機的串級調(diào)速

(1)串級調(diào)速的原理在轉(zhuǎn)子電路中串聯(lián)一個與e2s

頻率相等、相位相同或相反的附加電動勢ead

，以代替Rr上的電壓降，從而使這部分能量不致?lián)p耗掉。轉(zhuǎn)子相電流：sE2±EadR2＋j

sX2I2s

=

I2s

=

sE2＋EadR22＋(sX2)2

e2s與ead

同相位時：在引入ead

的瞬間：I2s→T

→n

→sE2→I2s

→T

···→T=TL

三相異步電動機的調(diào)速在引入ead的瞬間：I2s

e2s與ead

相位相反時：→T→n→sE2→I2s→T

···→T=TL(2)串級調(diào)速的機械特性n0TnOE2sE2s+EadE2s－Ead

三相異步電動機的調(diào)速I2s

=

sE2－EadR22+(sX2)2(3)串級調(diào)速的調(diào)速性能①調(diào)速方向②調(diào)速范圍

D較大。③調(diào)速的平滑性平滑性好。④調(diào)速的穩(wěn)定性穩(wěn)定性好。⑤調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性初期投資大；運行效率較高，運行費用不大。

三相異步電動機的調(diào)速⑥調(diào)速時的允許負(fù)載因為

調(diào)速前后U1、f1不變，Φm不變，且cos2也不變。所以

T

=

CTΦm

I2Ncos2不變?！戕D(zhuǎn)矩調(diào)速。10.7同步電動機的調(diào)速同步電動機的轉(zhuǎn)速

調(diào)速方法——變頻調(diào)速。60f1pn=n0=2.自控式變頻調(diào)速1.他控式變頻調(diào)速第10章三相交流電動機的調(diào)速U1f1=常數(shù)以隱極同步電動機為例，有下面的關(guān)系U1E0XsTM=3E0=4.44kw1N1

f1Φ0Xs=Xa＋X=2

f1