第十二章異步機(jī)的調(diào)速

第十二章三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式可知，異步電動(dòng)機(jī)有下列三種基本調(diào)速方法：（1）改變定子極對(duì)數(shù)調(diào)速。（2）改變電源頻率調(diào)速。（3）改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。第一節(jié)變極調(diào)速

（一）變極調(diào)速的原理

（1）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速使如何改變的？

改變定子的極對(duì)數(shù)便可改變異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速

n0=60f1/p

從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速改變異步電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)是有級(jí)調(diào)速（2）適用電動(dòng)機(jī)

變極調(diào)速一般只適用于鼠籠式電動(dòng)機(jī)調(diào)速

（3）如何改變異步電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)

（a）改變定子繞組聯(lián)結(jié)方法可以改變定子極對(duì)數(shù)

a)b)c)改變定子繞組聯(lián)結(jié)方法以改變定子極對(duì)數(shù)（圖12-1）a)2p=4b)2p=2c)2p=2（b）常用的兩種三相繞組改變聯(lián)結(jié)方法改變定子極對(duì)數(shù)的聯(lián)結(jié)方法（圖12-2）（二）變極調(diào)速的機(jī)械特性

（1）異步電動(dòng)機(jī)的容許輸出功率為：

Pe=hP1=3hUxI1cosj1

（2）假定不同極對(duì)數(shù)情況下電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)保持不變，則有：

Pe

正比于UxI1

（3）如果忽略定子損耗，電動(dòng)機(jī)的電磁功率Pem

等于輸入功率P1,則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩為：

T=9550Pem/nN

正比于UxI1/nN

正比于UxI1p

（4）如果在變極過程中施于異步電動(dòng)機(jī)的線電壓保持不變，電動(dòng)機(jī)繞組流過額定電流，則由Y聯(lián)結(jié)改為YY連接時(shí)的轉(zhuǎn)矩比為：TY/TYY=UxIN(2p)/Ux(2IN)p=1

此調(diào)速方法近似為恒轉(zhuǎn)矩，其機(jī)械特性如上圖：

由Y聯(lián)結(jié)改為YY連接時(shí)的機(jī)械特性（圖12-3a）（5）同樣，如果在變極過程中施于異步電動(dòng)機(jī)的線電壓保持不變，

電動(dòng)機(jī)繞組流過額定電流，則由D聯(lián)結(jié)該為YY連接時(shí)的功率比為：

PD/PYY=UxIN/0.577Ux(2IN)=0.866

使用此調(diào)速方法時(shí)，容許輸出為近似恒功率，其機(jī)械特性如上圖：由D聯(lián)結(jié)該為YY連接時(shí)的機(jī)械特性（圖12-3b）第二節(jié)變頻調(diào)速

（一）變頻調(diào)速的原理

（1）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速是如何改變的？

改變供電頻率便可改變異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速

no=60f1/p,從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

（2）變頻調(diào)速的特點(diǎn)

變頻調(diào)速可以適用于各種交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速，有較大的調(diào)速范圍、很好的調(diào)速平滑性與足夠硬度的機(jī)械特性，是異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速最有發(fā)展前途的一種方法。

（3）變頻調(diào)速應(yīng)注意的問題

變頻調(diào)速時(shí)，希望調(diào)速過程中磁通F保持不變。這是因?yàn)槿鏔>FN

，將引起磁路過分飽和，導(dǎo)致過大的勵(lì)磁電流，嚴(yán)重時(shí)會(huì)因繞組過熱而損壞電機(jī)，這是不允許的。如F<FN

將使電動(dòng)機(jī)容許輸出轉(zhuǎn)矩T下降，同時(shí)，F(xiàn)太弱，電動(dòng)機(jī)鐵心得不到充分利用，是一種浪費(fèi)。

（4）如何使磁通F保持不變？

由電動(dòng)勢(shì)方程：Ux

@Ex=4.44f1N1kw1

F可見，在頻率變化時(shí)若使Ex/f1為定值即可使磁通F保持不變，近似的可以認(rèn)為:保持Ux/f1為定值即可使磁通F保持不變。（5）如何在變頻調(diào)速時(shí)使電動(dòng)機(jī)的過載能力保持不變？

由異步電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩公式：

可引出最大轉(zhuǎn)矩公式的近似表達(dá)式：

考慮到：

W0=2pf1/p

x1+x2'=2pf1(L1+L2')

則可以得到：

Tm

@C(Ux/f1)2TN=

Tm/KT≈C（UX/f1）2KTC=m1p/[8π2(L1+L2ˊ)

由此可見，改變頻率，同時(shí)保持Ux/f1=定值，則電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩不會(huì)發(fā)生改變，而對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩也不會(huì)改變，所以過載能力也不會(huì)改變。（二）變頻調(diào)速的機(jī)械特性

若保持(Ux/f1)=恒值，可以得到異步電動(dòng)機(jī)變頻時(shí)的機(jī)械特性

當(dāng)電壓值較高時(shí)各根機(jī)械特性基本平行的解釋：

因?yàn)椋?/p>

n0=60f1/psm

@r2'/(x1+x2')=r2'/2pf(L1+L2')

所以：

Dn

=n0sm

@60fr2'/2pfp(L1+L2')

=60r2'/2pp(L1+L2')

與頻率無關(guān)，即

Dn1=Dn2

，電壓值較高時(shí)各根機(jī)械特性基本平行

異步電動(dòng)機(jī)采用變頻調(diào)速的機(jī)械特性（圖12-4）

(1）基頻以下變頻調(diào)速—恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速由上式可知：當(dāng)Ux/f1常數(shù)時(shí)，在f1

較高時(shí)，即接近額定頻率時(shí)，r1′﹤(x1+x2′)

，隨著

f1的降低，Tm

減少的不多；當(dāng)

f1較低時(shí)，

x1+x2‘較??；

r1相對(duì)變大，則隨著

f1

的降低，Tm

就減小了。顯然，當(dāng)

f1降低時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩

不等于常數(shù)。但是，由于在效率和功率因數(shù)不變的情況下，P2∝UxI1，由此可推得T∝（UxI1/f1)，所以電動(dòng)機(jī)得到充分利用時(shí)（電流維持額定值不變），T＝TN

＝定值。即：調(diào)速方式近似為恒轉(zhuǎn)矩的。（2）基頻以上變頻調(diào)速

—恒功率調(diào)速

基頻以上調(diào)速時(shí)，由于受到絕緣水平的限制，電壓不得超過額定值，故只能使電壓維持在額定值不變，使頻率f1在工頻fN基礎(chǔ)上增加。由于Tm

@C(Ux/f1)2，所以最大轉(zhuǎn)矩Tm將隨f1的增大而減小。由于f1＞fN時(shí)，電壓維持在額定值不變，當(dāng)電動(dòng)機(jī)得到充分利用（電流額定不變），假如電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率不變，則可以推得：P2∝UNIN＝定值。所以，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出功率近似恒功率性質(zhì)。（a）

基頻以下調(diào)速（

常數(shù)）

（b）基頻以上調(diào)速（U1=常數(shù)）變頻調(diào)速的機(jī)械特性Ux/f1＝(三)變頻調(diào)速的主要類型和特點(diǎn)1、按裝置形式分類（1）交—交變頻器又稱直接變頻器。它把某一固定頻率、固定電壓的交流電源變換成為電壓和頻率都可調(diào)的交流電源。（2）交—直—交變頻器又稱間接變頻器。它把交流電源先整流成幅值可變的直流電源，然后再將此直流電源變換成頻率可調(diào)的交流電源，這種變頻器實(shí)際上是由可控整流器和逆變器組成的。2、按無功能量處理方式分類（1）電壓源型變頻器這種變頻器的特點(diǎn)是在直流側(cè)并聯(lián)一個(gè)大電容C，用電容儲(chǔ)能來緩沖電源和負(fù)載之間的無功功率傳輸。從直流輸出端看，電源因并聯(lián)大電容，其等效阻抗變得很小，大電容又使電源電壓穩(wěn)定，因此具有恒壓源特點(diǎn)。逆變器輸出電壓接近矩形波。（2）電流源型變頻器這種變頻器的特點(diǎn)是在直流回路中串入一個(gè)大電感L，利用大電感來限制電流的變化，用以吸收無功功率。從直流輸出端看，因串入一個(gè)大電感，其等效阻抗變得很大，大電感又使電流穩(wěn)定，因此具有恒流源特點(diǎn)。逆變器輸出電流接近矩形波。3、按變頻器工作方式分類（1）180○導(dǎo)通型變頻器工作在這種方式下時(shí)，每個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角為180○，在任意瞬間同時(shí)有三個(gè)晶閘管導(dǎo)通，每隔60○更換一個(gè)晶閘管。每個(gè)晶閘管在導(dǎo)通180○之后，立即換流，由同一相的另一晶閘管接替。這種變頻器的特點(diǎn)是輸出的線電壓和相電壓均不包含3次及3n次諧波，故對(duì)電機(jī)的運(yùn)行影響不大。（2）120○導(dǎo)通型變頻器工作在這種方式下時(shí)，每個(gè)晶閘管的導(dǎo)通角為120○，任意瞬間同時(shí)只有兩個(gè)晶閘管導(dǎo)通。同一橋臂上兩個(gè)晶閘管的導(dǎo)通有60○的間隔，因而不易造成短路。第三節(jié)能耗轉(zhuǎn)差調(diào)速

一.轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速

電路原理圖（圖12-5）機(jī)械特性（圖12-6）

二.改變定子電壓調(diào)速

機(jī)械特性.轉(zhuǎn)子電阻較小.帶風(fēng)機(jī)類負(fù)載時(shí)（圖12-7）

機(jī)械特性.轉(zhuǎn)子電阻較大.帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)（圖12-8）

閉環(huán)機(jī)械特性（圖12-10）閉環(huán)系統(tǒng)示意圖（圖12-9）

三.串級(jí)調(diào)速

（一）串級(jí)調(diào)速的一般原理

串級(jí)調(diào)速適用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)與其他電動(dòng)機(jī)或電子設(shè)備串級(jí)聯(lián)接以實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速

在異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路內(nèi)引入與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子頻率相同的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ef

（幅值和相位可調(diào)，頻率與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)相同），以調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。（1）引入感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ef

與E2s同相

未引入Ef

時(shí)，轉(zhuǎn)子電流為：

式中E2s＝sE2

引入Ef

后，轉(zhuǎn)子電流變?yōu)椋?/p>

因此轉(zhuǎn)子電流I2

增加

異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩T增加

使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加，轉(zhuǎn)差率s下降

從而使E2s+Ef

下降

一直加速到新的穩(wěn)定點(diǎn)，調(diào)速過程結(jié)束。Ef愈大，轉(zhuǎn)差率s下降愈大，轉(zhuǎn)速增加愈大。（2）引入感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ef

與E2s反相

引入Ef

后，轉(zhuǎn)子電流變?yōu)椋?/p>

因此轉(zhuǎn)子電流I2

下降

異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩T下降

使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差率增加

從而使E2s+Ef

增加

一直減速到新的穩(wěn)定點(diǎn)，調(diào)速過程結(jié)束。Ef愈大，轉(zhuǎn)差率s增加愈大，轉(zhuǎn)速下降愈多。（二）串級(jí)調(diào)速的基本類型1、機(jī)械串級(jí)調(diào)速轉(zhuǎn)子電勢(shì)經(jīng)整流后，供給一臺(tái)與異步電動(dòng)機(jī)同軸無刷電機(jī)（即無