第四章交流異步電動機調速ppt課件

1、第四章第四章 交流異步電動機拖動系統的調速交流異步電動機拖動系統的調速由異步電動機轉速的表達式：由異步電動機轉速的表達式：16011sfnnssp調速方法有三種：調速方法有三種：改變定子繞組的極對數改變定子繞組的極對數 p p改變電源頻率改變電源頻率 f f改變電動機的轉差率改變電動機的轉差率 s s第一節(jié)第一節(jié) 繞線轉子異步電動機繞線轉子異步電動機轉子串電阻調速轉子串電阻調速轉子電路串接不同電轉子電路串接不同電阻時的人為特性阻時的人為特性v轉子回路串入電阻越大，轉子回路串入電阻越大，電機轉差率越大，電機轉電機轉差率越大，電機轉速越低；速越低；v低速時人為機械特性軟；低速時人為機械特性軟；v損

2、耗大，效率下降，屬于損耗大，效率下降，屬于恒轉矩調速恒轉矩調速v有級調速，設備簡單，只有級調速，設備簡單，只適合有載調速；在調速要適合有載調速；在調速要求不要和拖動容量不大的求不要和拖動容量不大的生產機械上應用十分普遍。生產機械上應用十分普遍。轉子電路串接轉子電路串接不同電阻時的不同電阻時的人為特性人為特性在額定電壓時，磁通恒定值，調速時在額定電壓時，磁通恒定值，調速時 定值222122222N22N22XsRREXsREII12N2sRRsR定值N2222N2N222212122cos/cosXsRsRXsRRsRR 當轉速降低當轉速降低s s 增高時，效率下降，轉子損耗功率增高時，效率下降

3、，轉子損耗功率增高，故經濟性不高。增高，故經濟性不高。 1N2N2NNcosTTCIT定值轉子損耗功率為轉子損耗功率為 22223ePsPIRR輸出功率為輸出功率為 21ePPs222111eeePsPsPPPssP 調速時轉子電路的效率為調速時轉子電路的效率為 第二節(jié)第二節(jié) 改變定子電壓調速改變定子電壓調速改變異步電動機定改變異步電動機定子電壓的人為特性子電壓的人為特性對恒轉矩負載，調速范圍對恒轉矩負載，調速范圍很小，適用價值不高；很小，適用價值不高；對于風機類負載，調速范對于風機類負載，調速范圍較大，但是低速時功率因圍較大，但是低速時功率因數低，電流大；數低，電流大；為了擴大在恒轉矩負載時

4、為了擴大在恒轉矩負載時的調速范圍，需要采用轉子的調速范圍，需要采用轉子電阻較大的高轉差率電動機。電阻較大的高轉差率電動機。一、調速原理和調速性能一、調速原理和調速性能v對于恒轉矩負載，對于恒轉矩負載，擴大了調速范圍；擴大了調速范圍；v缺點：機械特性太缺點：機械特性太軟。軟。轉子電路電阻較高時改轉子電路電阻較高時改變定子電壓的人為特性變定子電壓的人為特性v開環(huán)系統的調壓調速，機械特性較軟，調速開環(huán)系統的調壓調速，機械特性較軟，調速范圍不大；范圍不大；v為了克服這個缺點，現代的調壓調速系統廣為了克服這個缺點，現代的調壓調速系統廣泛采用測速反饋的閉環(huán)控制。泛采用測速反饋的閉環(huán)控制。二、調壓調速的閉環(huán)

5、控制原理二、調壓調速的閉環(huán)控制原理v1.1.電壓環(huán)電壓環(huán)v2.2.電流環(huán)電流環(huán)三、調壓調速閉環(huán)控制的靜態(tài)特性三、調壓調速閉環(huán)控制的靜態(tài)特性v閉環(huán)系統的機械特性的硬度比開環(huán)系統大大閉環(huán)系統的機械特性的硬度比開環(huán)系統大大提高；提高；v可將變極調速和調壓調速相結合，進一步擴可將變極調速和調壓調速相結合，進一步擴大調速范圍大調速范圍v變極調速：粗調變極調速：粗調v調壓調速：細調，從而實現平滑調速調壓調速：細調，從而實現平滑調速四、調壓調速電動機的容許輸出四、調壓調速電動機的容許輸出v1.1.保證電動機轉子電流為額定值時，轉速越保證電動機轉子電流為額定值時，轉速越低，轉差率低，轉差率S S越大，電動機輸

6、出的轉矩越?。辉酱?，電動機輸出的轉矩越小；v2.2.忽略空載損耗，輸出功率和內生機械功率忽略空載損耗，輸出功率和內生機械功率相等，轉速越低，電動機容許輸出的功率越相等，轉速越低，電動機容許輸出的功率越??；小；v所以，調壓調速既非恒轉矩，又非恒功率調所以，調壓調速既非恒轉矩，又非恒功率調速；速；v比較適合用于通風機負載，也可用于恒轉速比較適合用于通風機負載，也可用于恒轉速負載，不適合恒功率負載。負載，不適合恒功率負載。五、定子調壓調速的特點五、定子調壓調速的特點v優(yōu)點：調速平滑，采用閉環(huán)調速系統時，機優(yōu)點：調速平滑，采用閉環(huán)調速系統時，機械特性很硬，調速范圍可達到械特性很硬，調速范圍可達到101

7、0；v缺點：變轉差率調速，低速時功率損耗大，缺點：變轉差率調速，低速時功率損耗大，效率低效率低v適用：中小容量的交流電動機。適用：中小容量的交流電動機。v改變定子極對數的同時，必須相應改變轉子的級數。改變定子極對數的同時，必須相應改變轉子的級數。繞線式電機要滿足這個要求很困難；繞線式電機要滿足這個要求很困難；v而籠形異步電動機轉子的極對數能自動隨定子磁場而籠形異步電動機轉子的極對數能自動隨定子磁場的極對數的變化而變化，所以變極調速適用于籠形的極對數的變化而變化，所以變極調速適用于籠形異步電動機。異步電動機。v單繞組雙速電動機：一套定子繞組，具備兩種極對單繞組雙速電動機：一套定子繞組，具備兩種極

8、對數，根據接法不同，得到兩個不同的同步轉速；數，根據接法不同，得到兩個不同的同步轉速；v三速或四速電動機：定子中放兩套獨立的繞組。三速或四速電動機：定子中放兩套獨立的繞組。第三節(jié)第三節(jié) 改變定子極數調速改變定子極數調速一、變極方法一、變極方法改變定子磁極對數，通過改變定子繞組接線來改變定子磁極對數，通過改變定子繞組接線來實現；實現；使得定子每相繞組中一半繞組的電流改變方向。使得定子每相繞組中一半繞組的電流改變方向。二、三種常用的變極接線方式二、三種常用的變極接線方式v1 1、單星形并聯的雙星形、單星形并聯的雙星形v2 2、單星形反向串聯的單星形、單星形反向串聯的單星形v3 3、三角形雙星形、三

9、角形雙星形星形聯結改變成兩個并聯的星形聯結星形聯結改變成兩個并聯的星形聯結三角形聯結改變成兩個并聯的星形聯結三角形聯結改變成兩個并聯的星形聯結變極調速時，電動機的容許輸出功率或轉矩在變速前后的關系。變極調速時，電動機的容許輸出功率或轉矩在變速前后的關系。輸出功率為輸出功率為 21113cosPPU I 在高、低速運行時，電動機繞組內均流過額定電流，這樣在兩種聯在高、低速運行時，電動機繞組內均流過額定電流，這樣在兩種聯結法下的轉矩之比為結法下的轉矩之比為NN212YYYU IpTTUIp1. YYY1. YYY聯接變極調速聯接變極調速v功率增加一倍，轉速增加一倍，轉矩保持不便；功率增加一倍，轉速

10、增加一倍，轉矩保持不便；v屬于恒轉矩調速屬于恒轉矩調速v適用于：恒轉矩負載，如起重機、運輸帶等適用于：恒轉矩負載，如起重機、運輸帶等YYYYYY聯接變極調速的機械特性：聯接變極調速的機械特性：當定子繞組從一個三角形聯結改成二個星形聯結的并聯時，極對數當定子繞組從一個三角形聯結改成二個星形聯結的并聯時，極對數也減小一倍，也減小一倍， 也增加一倍。兩種聯結法的功率比為也增加一倍。兩種聯結法的功率比為snN22N330.86622YYU IPPUI2. YY聯接變極調速聯接變極調速 輸出的功率只增加了近似輸出的功率只增加了近似15%15%，故可以認為，故可以認為是恒功率調速；是恒功率調速； 轉速增加

11、一倍，功率近似不變，轉矩近似下轉速增加一倍，功率近似不變，轉矩近似下降一半；降一半；應用于各種機床切削等恒功率負載。應用于各種機床切削等恒功率負載。YYYY聯接變極調速的機械特性：聯接變極調速的機械特性：變極調速的特點：變極調速的特點：v操作簡單，機械特性硬，效率高，可以獲得操作簡單，機械特性硬，效率高，可以獲得恒轉矩或恒功率調速特性；恒轉矩或恒功率調速特性；v變極調速是一個有級調速，調速級數少，不變極調速是一個有級調速，調速級數少，不是平滑調速；是平滑調速；v一般用于機床設備上作為粗調。一般用于機床設備上作為粗調。第四節(jié)第四節(jié) 變頻調速變頻調速一、概念一、概念1. 1. 改變供電電源的頻率可

12、以使旋轉磁場的轉改變供電電源的頻率可以使旋轉磁場的轉速隨之變化，電動機的轉速也跟著改變，這速隨之變化，電動機的轉速也跟著改變，這種調速稱為變頻調速；種調速稱為變頻調速；2. 2. 以電源頻率以電源頻率50Hz50Hz為基本頻率。為基本頻率。v一般認為，在任何類型負載下變頻調速時，若能保一般認為，在任何類型負載下變頻調速時，若能保持電動機的過載能力不變，即過載倍數等于額定條持電動機的過載能力不變，即過載倍數等于額定條件下過載倍數，此時，電動機的運行性能較為理想。件下過載倍數，此時，電動機的運行性能較為理想。21max2211212sUmTRXXR121RXX當定子頻率較高時當定子頻率較高時2ma

13、x1UTCf21218/LLpmC（式中（式中 為常數）為常數）11UUff 定值NfmfNmNTTTTT21212121fUfUTTNNNNf二、恒轉矩變頻調速二、恒轉矩變頻調速121212121fUfUTTNNNNfv變頻后的轉矩等于額定轉矩，屬于恒轉矩調速變頻后的轉矩等于額定轉矩，屬于恒轉矩調速v當頻率很低時，當頻率很低時，r1r1不可忽略，相當于定子電路串入不可忽略，相當于定子電路串入一個降壓電阻，使定子感應電動勢降低，氣隙磁通一個降壓電阻，使定子感應電動勢降低，氣隙磁通減小，減小，TmTm較小較小v為了使低頻時為了使低頻時TmTm下降不太大，則要提高定子電壓，下降不太大，則要提高定子

14、電壓，來補償來補償r1r1的壓降，維持氣隙磁通不變。的壓降，維持氣隙磁通不變。v但這樣電動機的勵磁電流就增大，功率因數下降，但這樣電動機的勵磁電流就增大，功率因數下降，所以基頻向下調是有限度的，頻率不能過小。所以基頻向下調是有限度的，頻率不能過小。v從基頻從基頻50Hz50Hz往上調速時，如果也按比例升高往上調速時，如果也按比例升高電壓，則電壓會超過電動機的額定電壓，這電壓，則電壓會超過電動機的額定電壓，這是不允許的；是不允許的；v因而，保持電壓不變，頻率往上調，磁通就因而，保持電壓不變，頻率往上調，磁通就減小，所以是一種弱磁的調速方法；減小，所以是一種弱磁的調速方法；v對于恒功率負載，變頻時

15、，要求電機的輸出對于恒功率負載，變頻時，要求電機的輸出功率保持不變。功率保持不變。三、恒功率的變頻調速三、恒功率的變頻調速TNNNssPTT定值11UUff定值機械特性：機械特性： 與直流電動機與直流電動機類似，在類似，在nNnN轉速以轉速以上，用弱磁調速來上，用弱磁調速來升速。升速。變頻調速的特點：變頻調速的特點：v機械特性基本平行，機械特性硬；機械特性基本平行，機械特性硬；v調速范圍較大，轉速穩(wěn)定性好；調速范圍較大，轉速穩(wěn)定性好；v運行時轉差率小，效率高運行時轉差率小，效率高v頻率連續(xù)可調，是無級調速頻率連續(xù)可調，是無級調速v變頻時按不同規(guī)律變化可實現恒轉矩或恒功變頻時按不同規(guī)律變化可實現

16、恒轉矩或恒功率調速，以適應不同負載的要求；率調速，以適應不同負載的要求；v是異步電動機調速最有發(fā)展前途的一種方法。是異步電動機調速最有發(fā)展前途的一種方法。四、串級調速四、串級調速（一串級調速的一般原理（一串級調速的一般原理中等以上功率的繞線轉子異步電動機與其他電動機或電子設備串級中等以上功率的繞線轉子異步電動機與其他電動機或電子設備串級聯接以實現平滑調速，稱為串級調速。聯接以實現平滑調速，稱為串級調速。異步電動機的串級調速，就是在異步電動機轉子電路內引入感應電異步電動機的串級調速，就是在異步電動機轉子電路內引入感應電動勢動勢 ，以調節(jié)異步電動機的轉速。引入電動勢的方向，可與轉，以調節(jié)異步電動機

17、的轉速。引入電動勢的方向，可與轉子電動勢子電動勢 方向相同或相反，其頻率則與轉子頻率相同。方向相同或相反，其頻率則與轉子頻率相同。fEsE2 1 與與 同相同相 fEsE2fE未引入未引入 時時2222222XsRsEIfE引入引入 后后2222222XsREsEIffE 未引入未引入 時時sE2fE 超前超前 90 2 與與 反相反相 fEsE22222222XsREsEIf1cossinfEcosfE顯然，對于右圖所示顯然，對于右圖所示 超前超前 某某一角度的一般情況，可將一角度的一般情況，可將 分解為分解為二個分量，即與二個分量，即與 同相的分同相的分量量 ，和超前，和超前 90的的分量

18、分量 ，它們既能使電動機調，它們既能使電動機調速，又能提高定子的功率因數速，又能提高定子的功率因數 fEsE2fEsE2sE2sE2fE 超前 某一角度轉子電路電壓相量圖 （二串級調速的機械特性（二串級調速的機械特性222222222222sincossXRsXjREjEsEsXjREsEIfff根據相量圖根據相量圖異步電動機的轉矩為異步電動機的轉矩為1212cosTTaTCICI 轉子電流的有功分量轉子電流的有功分量 2222222222cossinsXRREsXERsEIffacossin122222222222sEERXEEXsRRsEffcossin12222sEERXEETTffD 1 時轉矩為時轉矩為 9022212RXEEssssTTfmDmDmD 2 時轉矩為時轉矩為 0312EEssssTTfmDmDmD21212222TTEEsssTssssTTmDmDmDmDmDmD或或（三晶閘管串級調速的基本原理（三晶閘管串級調速的基本原理 晶閘管串級調速具有調速范圍寬，效率高轉差功率可反饋電晶閘管串