電機拖動-第十二章-三相異步電動機調(diào)速課件

重慶大學自動化學院電機學及拖動基礎1第十二章三相異步電動機的調(diào)速2

主要內(nèi)容第一節(jié)變極調(diào)速第二節(jié)變頻調(diào)速第三節(jié)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差能耗調(diào)速3異步電動機的調(diào)速方法：1.改變定子繞組的極對數(shù)p——變極調(diào)速2.改變供電電源的頻率f1——變頻調(diào)速3.改變轉(zhuǎn)差率s——調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差能耗調(diào)速4第一節(jié)變極調(diào)速實現(xiàn)方法： 改變定子繞組的聯(lián)結(jié)改變定子極對數(shù)調(diào)速

——改變定子繞組的聯(lián)結(jié)，得到的極對數(shù)成倍地變化，同步轉(zhuǎn)速也成倍地變化，屬于有級調(diào)速。5

——改變定子繞組的聯(lián)結(jié)，極對數(shù)p及2p下相序相反，須將V、W兩相出線端對調(diào)，以保持調(diào)速前后轉(zhuǎn)向相同。6容許輸出功率或轉(zhuǎn)矩的變化：輸入功率假定不同極對數(shù)下η與均保持不變，則：若忽略定子損耗，電磁功率Pe與輸入功率P1相等，則：定子繞組從一個星形改為兩個星形聯(lián)結(jié)并聯(lián)（Y-YY）：

極對數(shù)減小為原來的一半，ns增加一倍，其轉(zhuǎn)矩比

——恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。帶恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負載，配合較好。輸出功率7定子繞組從一個三角形改為兩個星形聯(lián)結(jié)并聯(lián)(Δ-YY)：

極對數(shù)也減小為原來的一半，ns也增加一倍，其功率比

——近似恒功率調(diào)速。帶恒功率性質(zhì)的負載，配合較好。機械特性： 電動機在高速下運轉(zhuǎn)改變定子繞組聯(lián)結(jié)使極對數(shù)增加電動機降速，降速過程中電動機工作在回饋制動狀態(tài)Y-YY聯(lián)結(jié)Δ-YY聯(lián)結(jié)8優(yōu)點： 調(diào)速時低速人為特性較硬，靜差率較高，經(jīng)濟性較好； 定子繞組的不同聯(lián)結(jié)可實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或近似恒功率調(diào)速。缺點： 屬于有級調(diào)速，適用于不需平滑調(diào)速的場合適用類型： 籠型轉(zhuǎn)子異步電動機9第二節(jié)變頻調(diào)速對磁通Φ的要求：為使勵磁電流和功率因數(shù)保持不變，一般要求Φ不變?yōu)槭筬1變化時Φ不變，由

——要求UΦ/f1=定值，即UΦ需與f1成比例地變化對過載能力的要求：最大轉(zhuǎn)矩頻率變化前后，額定轉(zhuǎn)矩之比為：f1較高時，X1+X2′>>R1為使頻率變化前后有同樣的過載能力，則定子電壓的調(diào)節(jié)方法為：10對于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速：

可見，如能保持UΦ/f1=定值，則可保證調(diào)速過程中：電動機過載能力基本不變；磁通Φ基本不變。對于恒功率調(diào)速：

可見，如能保持

=定值，則可保證調(diào)速過程中：電動機過載能力基本不變；但此時磁通Φ將發(fā)生變化。 如按恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速保持UΦ/f1=定值，則調(diào)速過程中：磁通Φ基本不變；但電動機過載能力將發(fā)生改變。11機械特性：

UΦ/f1=定值的變頻調(diào)速優(yōu)點： 性能優(yōu)異，調(diào)速范圍大，低速靜差率較高，平滑性高；變頻時UΦ按不同規(guī)律可實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速，適應負載要求——是籠型異步電動機最有發(fā)展前途的一種調(diào)速方法缺點：必須有專用的變頻電源；在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，低速時過載倍數(shù)大為降低，甚至不能帶動負載。適用類型：籠型轉(zhuǎn)子異步電動機12第三節(jié)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差能耗調(diào)速共同特點：在調(diào)速過程中均產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)差功率sPe，并消耗在轉(zhuǎn)子電路，使轉(zhuǎn)子發(fā)熱，調(diào)速的經(jīng)濟性較差（串級調(diào)速除外）介紹以下幾種：轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速——用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機改變定子電壓調(diào)速——常用于籠型轉(zhuǎn)子異步電動機滑差電動機——用于籠型轉(zhuǎn)子異步電動機串級調(diào)速——用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機13一轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻調(diào)速實現(xiàn)方法： 轉(zhuǎn)子串電阻RΩI2減小T減?。═<Tz）n減小s增加調(diào)速

sE2增加I2增加T增加（T=Tz）穩(wěn)定機械特性：

轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻的數(shù)值愈大，人為機械特性愈軟。14調(diào)速性能分析：調(diào)速上限是nN，下限受允許靜差率的限制，調(diào)速范圍不大調(diào)速級數(shù)少，平滑性不高轉(zhuǎn)子串電阻為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法轉(zhuǎn)速降低(s增高)，η下降，轉(zhuǎn)子損耗增高，經(jīng)濟性不高轉(zhuǎn)子損耗輸出功率轉(zhuǎn)子效率15優(yōu)點： 方法簡單，初期投資不高，一般適用于恒轉(zhuǎn)矩負載缺點： 調(diào)速范圍不大，平滑性不高，經(jīng)濟性不高適用類型： 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機16二改變定子電壓調(diào)速改變定子電壓的機械特性： 對于恒轉(zhuǎn)矩負載：轉(zhuǎn)速低于nm的機械特性不能穩(wěn)定運行，僅ns～nm的轉(zhuǎn)速區(qū)段可調(diào)，故調(diào)速范圍很小 對于通風機負載：轉(zhuǎn)速低于nm的機械特性也能穩(wěn)定運行，調(diào)速范圍擴大了轉(zhuǎn)子電阻較高時改變定子電壓的機械特性： 對于恒轉(zhuǎn)矩負載：可得較寬調(diào)速范圍 但是：特性太軟，靜差率常不能滿足要求；低壓時過載能力較低，負載稍波動即可導致停轉(zhuǎn)。17目前，都采用晶閘管交流調(diào)壓閉環(huán)系統(tǒng)(P156)進行調(diào)速優(yōu)點： 可實現(xiàn)平滑調(diào)速，得到低速硬特性和較大的調(diào)速范圍；

且結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，應用較多——較有發(fā)展前途缺點： 調(diào)速效率較低，功率因數(shù)比轉(zhuǎn)子串電阻時更低適用類型： 一般用于高轉(zhuǎn)差率籠型轉(zhuǎn)子異步電動機 也可用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機18三滑差電動機又稱“電磁調(diào)速異步電動機”，由籠型異步電動機、滑差離合器和控制裝置三部分構(gòu)成。1.滑差離合器的調(diào)速原理籠型異步電動機帶動電樞恒速旋轉(zhuǎn)感應子繞組內(nèi)通以直流勵磁電流感應子磁極處建立交鏈磁場電樞旋轉(zhuǎn)切割交鏈磁場，產(chǎn)生感應電動勢和渦流渦流與感應子磁場作用，在感應子中產(chǎn)生電磁力和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩使感應子帶動生產(chǎn)機械沿電樞的轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)平滑地調(diào)節(jié)滑差離合器的勵磁電流，實現(xiàn)感應子無極調(diào)速

——電樞與感應子間必須存在轉(zhuǎn)速差。異步電動機的能量通過電樞與感應子間的電磁感應傳遞到拖動裝置中。19雙電樞無集電環(huán)滑差離合器：應用于小功率大范圍調(diào)速杯形電樞滑差離合器：適用于小功率爪式無集電環(huán)滑差離合器：適用于較大功率2.滑差離合器的結(jié)構(gòu)類型

（略）3.滑差離合器的調(diào)速性能機械特性：n1—主動部分轉(zhuǎn)速n2—從動部分轉(zhuǎn)速IB—勵磁電流勵磁電流愈小，特性愈軟要得較大調(diào)速范圍，提高調(diào)速平滑性，須采用閉環(huán)系統(tǒng)20滑差離合器輸入功率調(diào)速效率輸出功率若T1=T2=T，轉(zhuǎn)差功率調(diào)速性能分析：容許輸出轉(zhuǎn)矩T隨轉(zhuǎn)速降低而降低，調(diào)速既非恒轉(zhuǎn)矩也非恒功率——最適用于通風機負載，最不適宜帶恒功率負載效率η隨轉(zhuǎn)速下降而下降，而損耗ΔP隨轉(zhuǎn)速下降而增高優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，維護方便，加工容易，能平滑調(diào)速，用閉環(huán)系統(tǒng)可擴大其調(diào)速范圍缺點：須增加滑差離合器設備；調(diào)速效率低；在負載轉(zhuǎn)矩Tz<10%TN時，可能失控（即存在不可控區(qū)）適用類型：籠型轉(zhuǎn)子異步電動機21四串級調(diào)速串級調(diào)速：轉(zhuǎn)子電路串接感應電動勢Ef，以調(diào)節(jié)繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)速。引入電動勢Ef的方向，可與轉(zhuǎn)子電動勢E2s方向相同或相反，其頻率則與轉(zhuǎn)子頻率相同。調(diào)速過程： （1）Ef與E2s同相——

（2）Ef與E2s反相——

（3）Ef超前E2s角θ的一般情況——1.串級調(diào)速的一般原理I2↑T↑(T>Tz)→n↑s↓→I2↓T↓(T=Tz)I2↓T↓(T<Tz)→n↓s↑→I2↑T↑(T=Tz)Ef分解為：E2s同相分量Efcosθ；E2s超前90o分量Efsinθ 如能使Ef平滑改變，并超前E2s，則既能平滑調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速，又能提高定子功率因數(shù)。222.串級調(diào)速的機械特性轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流有功分量轉(zhuǎn)矩TD——為Ef=0時，即普通異步電動機的轉(zhuǎn)矩θ=90o時：θ=0o時：

或改寫為：23T1——Ef=0時異步電動機的轉(zhuǎn)矩，由旋轉(zhuǎn)磁場與E2s引起的那一部分電流相互作用產(chǎn)生T2——由旋轉(zhuǎn)磁場與Ef引起的那一部分電流相互作用產(chǎn)生機械特性表明：

Ef>0且其數(shù)值增大時，機械特性向上移動；Ef<0且其絕對值增大時，機械特性向下移動——利用Ef大小和方向的改變，既可在ns以上又可在ns以下進行調(diào)速機械特性的工作部分較硬，當|-Ef|之值較大時，最大轉(zhuǎn)矩（即過載能力）降低，起動轉(zhuǎn)矩也減小24實現(xiàn)過程：轉(zhuǎn)子電壓經(jīng)晶閘管整流電路變?yōu)橹绷麟妷篣d逆變器電壓Uβ視為加到轉(zhuǎn)子電路的電動勢Ef控制逆變角β，可改變Uβ（即Ef），從而實現(xiàn)異步電動機串級調(diào)速3.晶閘管串級調(diào)速的基本原理功率轉(zhuǎn)換過程：輸入功率P1，Pe≈P1時，負載機械功率P1(1-s)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差功率sP1P′為反饋給電網(wǎng)的功率，如忽略損耗，則P′≈sP1

——控制反饋功率P′也可調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速25優(yōu)點： 晶閘管串級調(diào)速具有調(diào)速范圍寬，效率高（轉(zhuǎn)差功率可反饋電網(wǎng)），便于向大容量發(fā)展等優(yōu)點；應用范圍廣，適用于通風機負載，也可用于恒轉(zhuǎn)矩負載——是繞線轉(zhuǎn)子異步電動機最有發(fā)展前途的一種調(diào)速方法缺點： 功率因數(shù)較差適用類型： 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機26本章小結(jié)變極調(diào)速：掌握其方法和特點——籠型轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速：掌握其方