三相交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速

1、第第1010章章 三相交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速三相交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速緒論：緒論：隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，交隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，交流調(diào)速日趨完善，大有取代直流調(diào)速的趨勢。流調(diào)速日趨完善，大有取代直流調(diào)速的趨勢。主要體現(xiàn)在：主要體現(xiàn)在：1、凡是能用直流調(diào)速的場合，都能改用交流調(diào)、凡是能用直流調(diào)速的場合，都能改用交流調(diào)速；速；2、直流調(diào)速達(dá)不到的，如大容量、高轉(zhuǎn)速、高、直流調(diào)速達(dá)不到的，如大容量、高轉(zhuǎn)速、高電壓及環(huán)境惡劣場合，能用交流調(diào)速；電壓及環(huán)境惡劣場合，能用交流調(diào)速；3、原來不調(diào)速的，如風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載，采用交、原來不調(diào)速的，如風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載，采用交流調(diào)速后，可大幅度節(jié)

2、能。流調(diào)速后，可大幅度節(jié)能。n交流電機(jī)分同步電機(jī)和異步電機(jī)。交流電機(jī)分同步電機(jī)和異步電機(jī)。n同步電機(jī)其轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速相同，靠改變同步電機(jī)其轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速相同，靠改變電源頻率調(diào)速。（由同步電機(jī)、變頻器、磁極電源頻率調(diào)速。（由同步電機(jī)、變頻器、磁極位置檢測器組成的自控式同步電機(jī)，改變定子位置檢測器組成的自控式同步電機(jī)，改變定子電壓即可調(diào)速，類似直流電機(jī)調(diào)速）電壓即可調(diào)速，類似直流電機(jī)調(diào)速）異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速1 1、改變旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速：電源的頻率改變旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速：電源的頻率f、電機(jī)的極對數(shù)電機(jī)的極對數(shù)p ；2 2、改變轉(zhuǎn)差率改變轉(zhuǎn)差率s：改

3、變電壓改變電壓U U；在轉(zhuǎn)子外加電阻。；在轉(zhuǎn)子外加電阻。3 3、雙饋調(diào)速、串級調(diào)速雙饋調(diào)速、串級調(diào)速-改變理想空載轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法改變理想空載轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法；4 4、利用轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速、利用轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速還有齒輪減速等還有齒輪減速等spfsnn160)1 (11復(fù)習(xí)復(fù)習(xí): 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性轉(zhuǎn)矩的三種表達(dá)式：轉(zhuǎn)矩的三種表達(dá)式：221221221123：) 1 (xxsrrsrUfpT由參數(shù)表達(dá)式kkmssssTT 2)3(實(shí)用公式：實(shí)用公式：22cos:(2) ICTmT 由物理表達(dá)式由物理表達(dá)式11nnn 改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速基本原理改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速基本原理改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

4、具體方法改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速具體方法10.1 籠型異步電機(jī)的降壓調(diào)速籠型異步電機(jī)的降壓調(diào)速負(fù)載轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩T保持不變：保持不變：當(dāng)外施電壓當(dāng)外施電壓U1下降為額定值的下降為額定值的x倍倍時(shí)，時(shí)，s增加原有值的增加原有值的1/x2倍。倍。如：當(dāng)如：當(dāng)U1從從UN降低至降低至0.8UN時(shí)，轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)差率便由原來的差率便由原來的s1=ab，增加至，增加至s2ac，s2應(yīng)為應(yīng)為s1的的1/0.821.56倍。倍。221221221123xxsrrsrUfpT負(fù)載性質(zhì)為變轉(zhuǎn)矩時(shí)：負(fù)載性質(zhì)為變轉(zhuǎn)矩時(shí)：n異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻大，有較軟機(jī)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻大，有較軟機(jī)械特性，穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域較寬。械特性，穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域較寬。

5、n如果帶風(fēng)機(jī)、泵類機(jī)械，其負(fù)載轉(zhuǎn)如果帶風(fēng)機(jī)、泵類機(jī)械，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速平方成正比，即矩與轉(zhuǎn)速平方成正比，即Tkn2，采用調(diào)壓調(diào)速可以獲得較大的調(diào)速采用調(diào)壓調(diào)速可以獲得較大的調(diào)速范圍，取得明顯的節(jié)能效果。范圍，取得明顯的節(jié)能效果。n帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，調(diào)速范圍很小。調(diào)速范圍很小。不適宜采用調(diào)壓調(diào)速方法。不適宜采用調(diào)壓調(diào)速方法。降壓調(diào)速特點(diǎn)：降壓調(diào)速特點(diǎn)： ,電壓降低，最大轉(zhuǎn)矩下降較多；電壓降低，最大轉(zhuǎn)矩下降較多；n臨界轉(zhuǎn)差率和電壓無關(guān)；臨界轉(zhuǎn)差率和電壓無關(guān)；n方法簡單；方法簡單；n不屬于恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)調(diào)速；不屬于恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)調(diào)速；n低速下效率低低速下效率低n應(yīng)用范圍：長期高速，短時(shí)低速。應(yīng)

6、用范圍：長期高速，短時(shí)低速。21UTmn在轉(zhuǎn)子回路中接入變阻器調(diào)速：線繞轉(zhuǎn)子異步電機(jī)轉(zhuǎn)子回線繞轉(zhuǎn)子異步電機(jī)轉(zhuǎn)子回路中接入變阻器可以改變異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。路中接入變阻器可以改變異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。n串級調(diào)速：線繞轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中接入附加電勢線繞轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中接入附加電勢實(shí)現(xiàn)調(diào)速。實(shí)現(xiàn)調(diào)速。10.2 繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速1.1.在轉(zhuǎn)子回路中接入變阻器調(diào)速在轉(zhuǎn)子回路中接入變阻器調(diào)速NLTT 機(jī)械特性變軟機(jī)械特性變軟部分功率消耗在轉(zhuǎn)子串聯(lián)的電阻上，效率降低。部分功率消耗在轉(zhuǎn)子串聯(lián)的電阻上，效率降低。設(shè)帶動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，且等于額定負(fù)載

7、。即設(shè)帶動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，且等于額定負(fù)載。即CXSRSRXSRRSRRNNSS22222222222/cos為使容量得到充分利用，保持為使容量得到充分利用，保持I2不變不變22222222222XSREIXSRREINNSCSRSRRNS22故故又又串電阻調(diào)速的特點(diǎn)：串電阻調(diào)速的特點(diǎn)：n由物理轉(zhuǎn)矩特性分析，它是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。由物理轉(zhuǎn)矩特性分析，它是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。n損耗大，效率低。損耗大，效率低。n機(jī)械特性變軟機(jī)械特性變軟,穩(wěn)定性變差穩(wěn)定性變差.22cos ICTmT 例例10-12.2.串級調(diào)速（串電阻的改進(jìn)方法）串級調(diào)速（串電阻的改進(jìn)方法） 當(dāng)轉(zhuǎn)子回路串入與轉(zhuǎn)子電勢當(dāng)轉(zhuǎn)子回路串入與轉(zhuǎn)子電勢sE2頻率

8、相同而相位相同或相反頻率相同而相位相同或相反的附加電勢的附加電勢Ef后，轉(zhuǎn)子電流后，轉(zhuǎn)子電流I2.2222222xsrEsEIf n異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)的組成異步電動(dòng)機(jī)雙饋調(diào)速系統(tǒng)的組成MPs)1( MsP10.3 鼠籠式電機(jī)變極調(diào)速鼠籠式電機(jī)變極調(diào)速n定子繞組需有特殊的繞法，使繞組的極對數(shù)能隨外部接線的改變而改定子繞組需有特殊的繞法，使繞組的極對數(shù)能隨外部接線的改變而改變。屬于變。屬于分級調(diào)速分級調(diào)速，具有兩種不同轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)稱為雙速電動(dòng)機(jī)。，具有兩種不同轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)稱為雙速電動(dòng)機(jī)。（轉(zhuǎn)子為鼠籠式轉(zhuǎn)子為鼠籠式）n變極電機(jī)定子繞組的繞制有兩種方法：變極電機(jī)定子繞組的繞制有兩種方法：雙繞組變極

9、：雙繞組變極：定定子上有兩套極對數(shù)不同相互獨(dú)立的繞組，每次運(yùn)行只用子上有兩套極對數(shù)不同相互獨(dú)立的繞組，每次運(yùn)行只用其中一套。繞組設(shè)計(jì)較方便，但材料利用率較差，很少使用。其中一套。繞組設(shè)計(jì)較方便，但材料利用率較差，很少使用。單繞組變極：單繞組變極：一套定子繞組，通過不同接法構(gòu)成不同極對數(shù)。變極電動(dòng)一套定子繞組，通過不同接法構(gòu)成不同極對數(shù)。變極電動(dòng)機(jī)為鼠籠式轉(zhuǎn)子，它可以隨著定子極對數(shù)的改變而自動(dòng)改變極對數(shù)。機(jī)為鼠籠式轉(zhuǎn)子，它可以隨著定子極對數(shù)的改變而自動(dòng)改變極對數(shù)。spfsnn160)1 (111. 變極調(diào)速原理變極調(diào)速原理半相繞組半相繞組電流改向電流改向極對數(shù)減極對數(shù)減小一半小一半轉(zhuǎn)速提高轉(zhuǎn)速提

10、高一倍一倍2. 極對數(shù)減半，同步轉(zhuǎn)速加倍，轉(zhuǎn)速也接近極對數(shù)減半，同步轉(zhuǎn)速加倍，轉(zhuǎn)速也接近加倍加倍變極前后的氣隙磁密、轉(zhuǎn)矩和功率關(guān)系變極前后的氣隙磁密、轉(zhuǎn)矩和功率關(guān)系氣氣隙隙磁磁密密成成正正比比額額定定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩近近似似與與變變極極前前后后氣氣隙隙功功率率變變極極前前后后氣氣隙隙磁磁密密：111111:ppBBTTPPkpNEkNpEBBNNNNNNNN 2.2.變極調(diào)速接線方式變極調(diào)速接線方式（1）Y-YY變換（恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）變換（恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）略略略略（2）-YY變換（恒功率調(diào)速）變換（恒功率調(diào)速）略略略略10.4 變頻調(diào)速變頻調(diào)速n改變供電電源的頻率，可以改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，為改變供電電源的頻率，可

11、以改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，為無級調(diào)速無級調(diào)速n變頻調(diào)速時(shí)，通常希望電動(dòng)機(jī)的主磁通變頻調(diào)速時(shí)，通常希望電動(dòng)機(jī)的主磁通 m保持不變，因保持不變，因?yàn)樵龃鬄樵龃?m將引起磁路過分飽和，激磁電流大大增加，功將引起磁路過分飽和，激磁電流大大增加，功率因數(shù)降低。如率因數(shù)降低。如 m太小，則電機(jī)容量得不到充分利用。太小，則電機(jī)容量得不到充分利用。n在改變頻率的同時(shí)，在改變頻率的同時(shí)，必須調(diào)節(jié)電壓必須調(diào)節(jié)電壓，可根據(jù)不同負(fù)載要求，可根據(jù)不同負(fù)載要求，配以不同的配以不同的U1/f1協(xié)調(diào)控制方式。協(xié)調(diào)控制方式。變變頻頻器器常常數(shù)數(shù)恒恒功功率率調(diào)調(diào)速速常常數(shù)數(shù)恒恒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩調(diào)調(diào)速速： 111111:fUfEfU是恒磁通控制方

12、式。常數(shù)，常數(shù)，則保持降低電源頻率的同時(shí)，mfU11常數(shù)）基頻以下調(diào)速（保持11 10.4.1fU常數(shù)211212121112112121112212112111m182212212212fULLpmLLffpUmxxUfpmxxrrUfpmT額定頻率稱為基頻。額定頻率稱為基頻。11111144. 4dpkNfEU最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩為常數(shù)，與頻率無關(guān)，最大轉(zhuǎn)矩為常數(shù)，與頻率無關(guān)，并且最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降相等，并且最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降相等，也就是不同頻率的各條機(jī)械特性也就是不同頻率的各條機(jī)械特性是近似平行的，硬度相同。是近似平行的，硬度相同。 1111212221212601fPfnfxx

13、rxxrrsk 常數(shù)常數(shù)最大轉(zhuǎn)矩處的轉(zhuǎn)速降最大轉(zhuǎn)矩處的轉(zhuǎn)速降 1:nsnkmn恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。 2212112111m21xxrrUpmT n實(shí)用時(shí)，保持實(shí)用時(shí)，保持U1/f1=常數(shù)，當(dāng)減小常數(shù)，當(dāng)減小f1時(shí)，時(shí)， (x1+ x2)隨之減小，最大轉(zhuǎn)矩隨之減小，最大轉(zhuǎn)矩減小。減小。n在在f1接近接近fN時(shí)，時(shí)， r1 (x1+ x2) ，隨，隨著著f1的減小，的減小，Tm減小得不多減小得不多n但當(dāng)?shù)?dāng)f1較低時(shí)，較低時(shí)， (x1+ x2)比較小，比較小， r1相對變大了，相對變大了，Tm就減小得多，在低就減小得多，在低頻低速的機(jī)械特性變壞了。須加以頻低速的機(jī)械特性變壞了。須加以補(bǔ)償

14、才能獲得恒最大轉(zhuǎn)矩的特性。補(bǔ)償才能獲得恒最大轉(zhuǎn)矩的特性。 n保持保持U1/f1=常數(shù)，降低常數(shù)，降低頻率調(diào)速近似為恒轉(zhuǎn)矩頻率調(diào)速近似為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。調(diào)速方式。常數(shù)）基頻以上調(diào)速（保持11 10.4.2fU1、理論中，調(diào)頻前后，若保持功率不變，則、理論中，調(diào)頻前后，若保持功率不變，則常常數(shù)數(shù)常常數(shù)數(shù)，即即 1111fTTfTTP 常常數(shù)數(shù)常常數(shù)數(shù) 112112111211211212111211)(8)(22121fULLfpUmfTxxfpUmxxrrpUmTmm 屬于恒功率調(diào)速形式屬于恒功率調(diào)速形式2、實(shí)際中，升高頻率向上調(diào)速時(shí)，升高電源、實(shí)際中，升高頻率向上調(diào)速時(shí)，升高電源電壓不允許的，

15、只能保持電壓不變。電壓不允許的，只能保持電壓不變。 1111212221212601fPfnfxxrxxrrsk 212112112121112111)(22121fxxfpUmxxrrpUmTm頻率越高，磁通越低，因此是一種弱磁升速的方法，類似他頻率越高，磁通越低，因此是一種弱磁升速的方法，類似他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速。勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速。最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩常數(shù)常數(shù)最大轉(zhuǎn)矩處的轉(zhuǎn)速降最大轉(zhuǎn)矩處的轉(zhuǎn)速降 1:nsnkmn正常運(yùn)行時(shí)，若保持正常運(yùn)行時(shí)，若保持I1額定不變，額定不變，s變化就很小，可近似認(rèn)為變化就很小，可近似認(rèn)為PM是不是不變的。仍可屬于恒功率調(diào)速形式。變的。仍可屬于恒功率調(diào)速形式。

16、 pfxxsrrfsrpUmTPM122122112211122 srUmpfsrfpUmPM221112121122 保持保持U UN N不變升頻不變升頻調(diào)速的機(jī)械特性調(diào)速的機(jī)械特性綜上所述，三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：綜上所述，三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： 從基頻向下調(diào)速，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式；從基頻從基頻向下調(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；向上調(diào)速，近似為恒功率調(diào)速方式； 調(diào)速范圍大；調(diào)速范圍大； 機(jī)械特性較硬，靜差率小，相對穩(wěn)定性好；機(jī)械特性較硬，靜差率小，相對穩(wěn)定性好； 運(yùn)行時(shí)運(yùn)行時(shí)S較小，效率高；較小，效率高； 頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，變頻調(diào)速為無級調(diào)速。頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，變頻調(diào)速為無級調(diào)速。例例10-210.5 電磁轉(zhuǎn)差離合器電磁轉(zhuǎn)差離合器n電樞可以是鼠籠式，也可以是整塊鑄鋼（可看電樞可以是鼠籠式，也可以是整塊鑄鋼（可看作鼠籠）作鼠籠）n勵(lì)磁繞組通過直流電，當(dāng)勵(lì)磁繞組通過直流