調(diào)壓調(diào)速原理簡(jiǎn)介

1、調(diào)壓調(diào)速原理 一. 三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與力矩之間的關(guān)系三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與力矩之間的關(guān)系 n=f(M)， 物理表達(dá)式為：物理表達(dá)式為：M=CMJ*m*I2*COS2 式中式中: CMJ - 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù) m - 異步電動(dòng)機(jī)每極磁通異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)特性曲線：三相異步電動(dòng)機(jī)特性曲線 M I2 COS2 M,I2, COS2 n 二. 三相異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)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(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性曲線：三相異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性曲線 Mmax：電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩：電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩 Mmax=To*Me To: 電動(dòng)機(jī)過(guò)載倍數(shù)電動(dòng)機(jī)過(guò)載倍數(shù) （查樣本）（查樣本） Me: 電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 MQ: 電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 sm : 產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時(shí)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時(shí) 的轉(zhuǎn)差率的轉(zhuǎn)差率 M C B A 二. 三相異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性 1。電動(dòng)機(jī)的。電動(dòng)機(jī)的Mmax，sm在電動(dòng)機(jī)制作完成后，就在電動(dòng)機(jī)制作完成后，就固定不變固定不變了。了。 2。電動(dòng)機(jī)的。電動(dòng)機(jī)的Me隨著隨著YZR電動(dòng)機(jī)接電持續(xù)率（即電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)接電持續(xù)率（即

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

5、上述分析，結(jié)論如下：通過(guò)上述分析，結(jié)論如下： 1。YZR電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)固有固有機(jī)械機(jī)械特性不能直接特性不能直接用于用于驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)。 2。YZR電動(dòng)機(jī)必須電動(dòng)機(jī)必須降低起動(dòng)電流降低起動(dòng)電流起動(dòng)。起動(dòng)。 3。YZR電動(dòng)機(jī)必須運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)必須運(yùn)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(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線 三. 三相異步電動(dòng)機(jī)人為機(jī)械特性 3.1。轉(zhuǎn)子電路串接對(duì)稱電阻的機(jī)械特性。轉(zhuǎn)子電路串接對(duì)稱電阻的機(jī)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(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻機(jī)械特性曲線：三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻機(jī)械特性曲線 M 三. 三相異步電動(dòng)機(jī)人為機(jī)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?？梢愿淖儭？梢愿淖僺m 2?？梢愿淖兤饎?dòng)轉(zhuǎn)矩?？梢愿淖兤饎?dòng)轉(zhuǎn)矩 3?？梢宰岆妱?dòng)機(jī)工作在穩(wěn)定區(qū)域?？梢宰岆妱?dòng)機(jī)工作在穩(wěn)定區(qū)域 4?？梢越档推饎?dòng)電流?？梢越档推饎?dòng)電流 5。不能改變。

7、不能改變Mmax Me 三. 三相異步電動(dòng)機(jī)人為機(jī)械特性 3.2。降低定子電壓的機(jī)械特性。降低定子電壓的機(jī)械特性 由式：由式： Mm= U12 r12+(X1+ X2)2 可見，當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)定子電壓可見，當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)定子電壓U1降低時(shí)，電動(dòng)機(jī)降低時(shí)，電動(dòng)機(jī) 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(dòng)機(jī)降低定子電壓機(jī)械特性曲線：三相異步電動(dòng)機(jī)降低定子電壓機(jī)

8、械特性曲線 M 三. 三相異步電動(dòng)機(jī)人為機(jī)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?？梢愿淖儭？梢愿淖僊max 2。可以改變起動(dòng)轉(zhuǎn)矩?？梢愿淖兤饎?dòng)轉(zhuǎn)矩MQ 3?？梢愿淖冝D(zhuǎn)矩?？梢愿淖冝D(zhuǎn)矩 4?？梢越档推饎?dòng)電流。可以降低起動(dòng)電流 5。不能改變。不能改變sm 0.5U1e MQ 0.64Mmax0.25Mmax 三. 三相異步電動(dòng)機(jī)人為機(jī)械特性 需要說(shuō)明是：需要說(shuō)明是： 降低定子電壓運(yùn)行時(shí)，如果負(fù)載保持額定值不變，電動(dòng)機(jī)不能降低定子電壓運(yùn)行時(shí)，如果負(fù)載保持額定值不變，電動(dòng)機(jī)不能 連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間低速運(yùn)行，否則容易燒毀電動(dòng)機(jī)。連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間低速運(yùn)行，否則容易燒毀電動(dòng)機(jī)

9、。 其原因?yàn)椋寒?dāng)電動(dòng)機(jī)定子電壓其原因?yàn)椋寒?dāng)電動(dòng)機(jī)定子電壓U1降低時(shí)，電動(dòng)機(jī)將減速，電動(dòng)降低時(shí)，電動(dòng)機(jī)將減速，電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)差率機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)）也將增大，因而電動(dòng)機(jī)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(dāng)轉(zhuǎn)子電阻當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻r2不變時(shí)，降壓前后因不變時(shí)，降壓前后因 sxse 所以所以I2xI2e，因此，因此負(fù)負(fù) 載保持額定值不變載保持額定值不變，電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)定子電壓降低定子電壓降低后后電動(dòng)機(jī)電流將大于額定電動(dòng)機(jī)電流將大于額定 值值。保持。保持電動(dòng)機(jī)電流不變電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)改變定子電壓調(diào)速 1。改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)定子電壓的速度變化。改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)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(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù)由左圖可見，當(dāng)電動(dòng)機(jī)負(fù) 載為載為Mj時(shí)，如定子電壓由時(shí)，如定子電壓由U1 減為減為U1，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也將由，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速也將由 n1降為降為n1。

11、見。見a,b兩點(diǎn)。兩點(diǎn)。 由于三相異步電動(dòng)機(jī)只能由于三相異步電動(dòng)機(jī)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(jìn)可以進(jìn) 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(shí)，同時(shí) 降低電機(jī)定子電流降低電機(jī)定子電流，在調(diào)節(jié)電，在調(diào)節(jié)電 動(dòng)機(jī)定子電壓的同時(shí)，電動(dòng)機(jī)動(dòng)機(jī)定子電壓的同時(shí)，電動(dòng)機(jī) 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(dòng)機(jī)負(fù)載為見左圖：電動(dòng)機(jī)負(fù)載為Mj 時(shí)時(shí) 1。電機(jī)自然特性運(yùn)行點(diǎn)為。電機(jī)自然特性運(yùn)行點(diǎn)為a點(diǎn)。點(diǎn)。 2。增加轉(zhuǎn)子電阻運(yùn)行點(diǎn)改為。增加轉(zhuǎn)子電阻運(yùn)行點(diǎn)改為b點(diǎn)。點(diǎn)。 3。改變定子電壓運(yùn)行點(diǎn)改為。改變定子電壓運(yùn)行點(diǎn)改為c點(diǎn)。點(diǎn)。 U1e+ r2 Mj 四. 三相異步電動(dòng)機(jī)改變定子電壓調(diào)速 2。改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)定子電壓及轉(zhuǎn)子電阻的速度變化。改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)改變定子電壓調(diào)速 由前頁(yè)可知：由前頁(yè)可知： 1。當(dāng)負(fù)載為。當(dāng)負(fù)載為Mj 時(shí)，在電動(dòng)機(jī)

13、自然特性機(jī)械特性曲線圖上，電動(dòng)機(jī)運(yùn)時(shí)，在電動(dòng)機(jī)自然特性機(jī)械特性曲線圖上，電動(dòng)機(jī)運(yùn) 行點(diǎn)為行點(diǎn)為“a”，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度為，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度為n1。 2。在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接電阻。在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串接電阻R2后，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)為后，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)為“b”，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行 速度為速度為n1(n1 n1 )。 3。在電動(dòng)機(jī)定子電壓改為。在電動(dòng)機(jī)定子電壓改為0.8U1e后，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)為后，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行點(diǎn)為“c”，電動(dòng)機(jī)運(yùn)，電動(dòng)機(jī)運(yùn) 行速度為行速度為n1(n1 n1 n1 )。 由此可見，在電動(dòng)機(jī)由此可見，在電動(dòng)機(jī)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(guò)，再通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī) 定子電壓定子電壓我們

14、就可以改變電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)，讓電動(dòng)機(jī)運(yùn)行我們就可以改變電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)，讓電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度降低速度降低， 達(dá)到達(dá)到調(diào)節(jié)速度調(diào)節(jié)速度的目的。的目的。 但通過(guò)上述措施進(jìn)行的電動(dòng)機(jī)調(diào)速，電動(dòng)機(jī)但通過(guò)上述措施進(jìn)行的電動(dòng)機(jī)調(diào)速，電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性太軟機(jī)械特性太軟，不能，不能 滿足生產(chǎn)機(jī)械的要求，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化或定子電壓過(guò)低時(shí)，電動(dòng)機(jī)非滿足生產(chǎn)機(jī)械的要求，當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化或定子電壓過(guò)低時(shí)，電動(dòng)機(jī)非 常常容易堵轉(zhuǎn)容易堵轉(zhuǎn)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，必須組成。為了解決這個(gè)問(wèn)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(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 負(fù)載負(fù)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(dòng)機(jī)低速時(shí)的機(jī)械特電動(dòng)機(jī)低速時(shí)的機(jī)械特 性性硬度硬度，又能，又能保證保證一定的一定的過(guò)載能力過(guò)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(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)定子電壓定子電壓為不同值，為不同值，

16、進(jìn)而讓進(jìn)而讓電動(dòng)機(jī)速度發(fā)生改變電動(dòng)機(jī)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(gè)定值，針調(diào)速裝置的輸出電壓不是一個(gè)定值，針 對(duì)對(duì)不同負(fù)載和給定不同負(fù)載和給定，輸出電壓也不同輸出電壓也不同，但電動(dòng)機(jī)的，但電動(dòng)機(jī)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(dāng)調(diào)壓調(diào)速裝置輸出電壓見左圖，當(dāng)調(diào)壓調(diào)速裝置輸出電壓 為為U1時(shí)，對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)，對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)負(fù)載Mj 時(shí)時(shí) 的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為n1，當(dāng)負(fù)載增至，當(dāng)負(fù)載增至Mj 時(shí)，如時(shí)，如無(wú)速度反饋無(wú)速度反饋，則電動(dòng)機(jī)，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 將沿著對(duì)應(yīng)于將沿著對(duì)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(yán)重。，速度下降極為嚴(yán)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(dāng)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，當(dāng)負(fù)載增至負(fù)載增至Mj時(shí)，時(shí)， 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)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(dòng)數(shù)值將自動(dòng)增大增大。經(jīng)速度環(huán)計(jì)算，。經(jīng)速度環(huán)計(jì)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(dòng)機(jī)將產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩與負(fù)。電動(dòng)機(jī)將產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩與負(fù) 載平衡，當(dāng)定子電壓增值載平衡，當(dāng)定子電壓增值U1時(shí)，時(shí)， 電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)速度速度將恢復(fù)將恢復(fù)為為n1， U=0， 電機(jī)將以電機(jī)將以n

18、1速度穩(wěn)定速度穩(wěn)定運(yùn)行。運(yùn)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(guò)上述分析：閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)通過(guò)上述分析：閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 1。提高電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度。提高電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的硬度。 2。電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力提高了。電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力提高了。 3。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行速度始終等于給定。電動(dòng)機(jī)運(yùn)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(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線。閉環(huán)調(diào)壓調(diào)速電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線 左圖，通過(guò)改變給定電壓左圖，通過(guò)改變給定電壓Ur可以可以 得到一些基本平行的特性曲