電機(jī)拖動(dòng)-第十二章-三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速課件

重慶大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院電機(jī)學(xué)及拖動(dòng)基礎(chǔ)1第十二章三相異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的調(diào)速方法：1.改變定子繞組的極對(duì)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(shí)現(xiàn)方法： 改變定子繞組的聯(lián)結(jié)改變定子極對(duì)數(shù)調(diào)速

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

——改變定子繞組的聯(lián)結(jié)，極對(duì)數(shù)p及2p下相序相反，須將V、W兩相出線端對(duì)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(duì)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(gè)星形改為兩個(gè)星形聯(lián)結(jié)并聯(lián)（Y-YY）：

極對(duì)數(shù)減小為原來(lái)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(fù)載，配合較好。輸出功率7定子繞組從一個(gè)三角形改為兩個(gè)星形聯(lián)結(jié)并聯(lián)(Δ-YY)：

極對(duì)數(shù)也減小為原來(lái)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(fù)載，配合較好。機(jī)械特性： 電動(dòng)機(jī)在高速下運(yùn)轉(zhuǎn)改變定子繞組聯(lián)結(jié)使極對(duì)數(shù)增加電動(dòng)機(jī)降速，降速過(guò)程中電動(dòng)機(jī)工作在回饋制動(dòng)狀態(tài)Y-YY聯(lián)結(jié)Δ-YY聯(lián)結(jié)8優(yōu)點(diǎn)： 調(diào)速時(shí)低速人為特性較硬，靜差率較高，經(jīng)濟(jì)性較好； 定子繞組的不同聯(lián)結(jié)可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或近似恒功率調(diào)速。缺點(diǎn)： 屬于有級(jí)調(diào)速，適用于不需平滑調(diào)速的場(chǎng)合適用類型： 籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)9第二節(jié)變頻調(diào)速對(duì)磁通Φ的要求：為使勵(lì)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(shí)Φ不變，由

——要求UΦ/f1=定值，即UΦ需與f1成比例地變化對(duì)過(guò)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(shí)，X1+X2′>>R1為使頻率變化前后有同樣的過(guò)載能力，則定子電壓的調(diào)節(jié)方法為：10對(duì)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(guò)程中：電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力基本不變；磁通Φ基本不變。對(duì)于恒功率調(diào)速：

可見，如能保持

=定值，則可保證調(diào)速過(guò)程中：電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力基本不變；但此時(shí)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(guò)程中：磁通Φ基本不變；但電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力將發(fā)生改變。11機(jī)械特性：

UΦ/f1=定值的變頻調(diào)速優(yōu)點(diǎn)： 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(shí)UΦ按不同規(guī)律可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速，適應(yīng)負(fù)載要求——是籠型異步電動(dòng)機(jī)最有發(fā)展前途的一種調(diào)速方法缺點(diǎn)：必須有專用的變頻電源；在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，低速時(shí)過(guò)載倍數(shù)大為降低，甚至不能帶動(dòng)負(fù)載。適用類型：籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)12第三節(jié)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差能耗調(diào)速共同特點(diǎn)：在調(diào)速過(guò)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(jì)性較差（串級(jí)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(dòng)機(jī)改變定子電壓調(diào)速——常用于籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)滑差電動(dòng)機(jī)——用于籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速——用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)13一轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻調(diào)速實(shí)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(jī)械特性：

轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻的數(shù)值愈大，人為機(jī)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(jí)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(jì)性不高轉(zhuǎn)子損耗輸出功率轉(zhuǎn)子效率15優(yōu)點(diǎn)： 方法簡(jiǎn)單，初期投資不高，一般適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載缺點(diǎn)： 調(diào)速范圍不大，平滑性不高，經(jīng)濟(jì)性不高適用類型： 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)16二改變定子電壓調(diào)速改變定子電壓的機(jī)械特性： 對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：轉(zhuǎn)速低于nm的機(jī)械特性不能穩(wěn)定運(yùn)行，僅ns～nm的轉(zhuǎn)速區(qū)段可調(diào)，故調(diào)速范圍很小 對(duì)于通風(fēng)機(jī)負(fù)載：轉(zhuǎn)速低于nm的機(jī)械特性也能穩(wěn)定運(yùn)行，調(diào)速范圍擴(kuò)大了轉(zhuǎn)子電阻較高時(shí)改變定子電壓的機(jī)械特性： 對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)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(shí)過(guò)載能力較低，負(fù)載稍波動(dòng)即可導(dǎo)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(jìn)行調(diào)速優(yōu)點(diǎn)： 可實(shí)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(jiǎn)單，成本較低，應(yīng)用較多——較有發(fā)展前途缺點(diǎn)： 調(diào)速效率較低，功率因數(shù)比轉(zhuǎn)子串電阻時(shí)更低適用類型： 一般用于高轉(zhuǎn)差率籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī) 也可用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)18三滑差電動(dòng)機(jī)又稱“電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)”，由籠型異步電動(dòng)機(jī)、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(dòng)機(jī)帶動(dòng)電樞恒速旋轉(zhuǎn)感應(yīng)子繞組內(nèi)通以直流勵(lì)磁電流感應(yīng)子磁極處建立交鏈磁場(chǎng)電樞旋轉(zhuǎn)切割交鏈磁場(chǎng)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和渦流渦流與感應(yīng)子磁場(chǎng)作用，在感應(yīng)子中產(chǎn)生電磁力和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩使感應(yīng)子帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)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(lì)磁電流，實(shí)現(xiàn)感應(yīng)子無(wú)極調(diào)速

——電樞與感應(yīng)子間必須存在轉(zhuǎn)速差。異步電動(dòng)機(jī)的能量通過(guò)電樞與感應(yīng)子間的電磁感應(yīng)傳遞到拖動(dòng)裝置中。19雙電樞無(wú)集電環(huán)滑差離合器：應(yīng)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(wú)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(jī)械特性：n1—主動(dòng)部分轉(zhuǎn)速n2—從動(dòng)部分轉(zhuǎn)速IB—?jiǎng)?lì)磁電流勵(lì)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(fēng)機(jī)負(fù)載，最不適宜帶恒功率負(fù)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(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，加工容易，能平滑調(diào)速，用閉環(huán)系統(tǒng)可擴(kuò)大其調(diào)速范圍缺點(diǎn)：須增加滑差離合器設(shè)備；調(diào)速效率低；在負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tz<10%TN時(shí)，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(dòng)機(jī)21四串級(jí)調(diào)速串級(jí)調(diào)速：轉(zhuǎn)子電路串接感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ef，以調(diào)節(jié)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。引入電動(dòng)勢(shì)Ef的方向，可與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)E2s方向相同或相反，其頻率則與轉(zhuǎn)子頻率相同。調(diào)速過(guò)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(jí)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，又能提高定子功率因數(shù)。222.串級(jí)調(diào)速的機(jī)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(shí)，即普通異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩θ=90o時(shí)：θ=0o時(shí)：

或改寫為：23T1——Ef=0時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)與Ef引起的那一部分電流相互作用產(chǎn)生機(jī)械特性表明：

Ef>0且其數(shù)值增大時(shí)，機(jī)械特性向上移動(dòng)；Ef<0且其絕對(duì)值增大時(shí)，機(jī)械特性向下移動(dòng)——利用Ef大小和方向的改變，既可在ns以上又可在ns以下進(jìn)行調(diào)速機(jī)械特性的工作部分較硬，當(dāng)|-Ef|之值較大時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩（即過(guò)載能力）降低，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也減小24實(shí)現(xiàn)過(guò)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(dòng)勢(shì)Ef控制逆變角β，可改變Uβ（即Ef），從而實(shí)現(xiàn)異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速3.晶閘管串級(jí)調(diào)速的基本原理功率轉(zhuǎn)換過(guò)程：輸入功率P1，Pe≈P1時(shí)，負(fù)載機(jī)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速25優(yōu)點(diǎn)： 晶閘管串級(jí)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(diǎn)；應(yīng)用范圍廣，適用于通風(fēng)機(jī)負(fù)載，也可用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載——是繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)最有發(fā)展前途的一種調(diào)速方法缺點(diǎn)： 功率因數(shù)較差適用類型： 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)26本章小結(jié)變極調(diào)速：掌握其方法和特點(diǎn)——籠型轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速：掌握其方