1、2022-12-24电机与拖动1第第10章章 三相交流电动机调速三相交流电动机调速1160(1)(1)fnnssp(1)变转差率调速变转差率调速:降压降压 转子回路串电阻转子回路串电阻(2)不变转差率调速不变转差率调速:变极变极 变频变频221222111232()Rp UsTRfRXXs2022-12-24电机与拖动2交流调速应用的领域交流调速应用的领域1.凡是能用直流调速的场合凡是能用直流调速的场合,都能用交流调速都能用交流调速;2.直流调速达不到的直流调速达不到的,如大容量如大容量,高转速高转速,高电压等高电压等,都能用交流调速都能用交流调速;3.原来不调速的风机原来不调速的风机,泵类拖
2、动泵类拖动,采用交流调速采用交流调速,可可以大幅度节能以大幅度节能.2022-12-24电机与拖动3一、绕线式异步电动机转子回路串电阻调速一、绕线式异步电动机转子回路串电阻调速 222222sEIRRXs所串电阻越大，转速越低所串电阻越大，转速越低.拖动恒转矩负载拖动恒转矩负载调速过程调速过程:2mRS转子串，增大，速度减小2022-12-24电机与拖动4122cosTI 当电源电压一定时，主磁通当电源电压一定时，主磁通 基本是定值基本是定值，设转，设转子电流子电流I2维持在它的额定值工作，则：维持在它的额定值工作，则：222222222222NsNEEIIRRRXXss转子串电阻调速，保持电
3、机转子电流为额定值，则转子串电阻调速，保持电机转子电流为额定值，则:22sNRRRss 常数a.转子回路串电阻属恒转矩调速方法转子回路串电阻属恒转矩调速方法2022-12-24电机与拖动5 当电机转子回路串电阻后，转子回路的功率因数为当电机转子回路串电阻后，转子回路的功率因数为：222222()/cosssRRSRRXs22222222222()/cossNsNRRSRsRRRXXssncos常数常数T不变122(cos)TjTCI2022-12-24电机与拖动6当负载为恒转矩时，则：当负载为恒转矩时，则：2122232123SSSNRRRRRRRssss多用于断续工作的生产机械上，在低速运行
4、的时间不长，多用于断续工作的生产机械上，在低速运行的时间不长，且要求调速性能不高的场合，如起重机。且要求调速性能不高的场合，如起重机。12(mSmTRTS21N1m1m1mNNmN2RSSSSs=)SSSSRb.转子回路串电阻属转子回路串电阻属有级调速有级调速222(/3)NNNRSEI2022-12-24电机与拖动7C、转子回路串电阻调速经济性差、转子回路串电阻调速经济性差2:1:(1)MCumPpPss1MPTConst 随着随着s的增加，损耗增加，但对电机无影响的增加，损耗增加，但对电机无影响2022-12-24电机与拖动8二、异步电动机改变定子电压调速二、异步电动机改变定子电压调速(调
5、压调速调压调速)snsm10TLUN0TstTmaxTemn1A0.8UN0.64Tst0.64Tmax对普通异步电机如果采用调压对普通异步电机如果采用调压调速拖动恒转矩负载调速拖动恒转矩负载,调速范围窄调速范围窄(SSm).一般用于一般用于风机风机,泵类泵类负载负载 a.整个范围能运行整个范围能运行;b.性价比好。性价比好。高转差电机高转差电机2022-12-24电机与拖动9交流调压调速电路交流调压调速电路2022-12-24电机与拖动10异步电机调压调速的闭环系统异步电机调压调速的闭环系统TL2Bsnsm10TL10ATC如何调速如何调速?2022-12-24电机与拖动11三、变频调速三、
6、变频调速1160 fnp1(1)n ns111114.44dpmUEf Nk111()U EConstf变频调速的条件：如何获得变频电源？机组变频机组变频静止变频静止变频2022-12-24电机与拖动12机组变频机组变频+-UMTFYD f=np/602022-12-24电机与拖动13静止变频静止变频变频变频:AC DC AC:AC DC AC AC AC ACACABCtU,iTT 1T 2T 3T 42022-12-24电机与拖动141.从基频向下变频调速（机械特性）从基频向下变频调速（机械特性）11fE2221212221112222260MRmIPm pERsTnfsRxs 保持保持
7、=常数常数（恒磁通控制方式恒磁通控制方式）2221111112211222222122Rm pfEm pfEsffs xRRxsRs2022-12-24电机与拖动15,?mmmTSn211112212mm pfETfXX211112122m p EffX2111211222m pEfL常数21212260602mmRfRns nXpLp常数最大转矩处的转速降落为：最大转矩处的转速降落为：220mRd Tsd sX2022-12-24电机与拖动16mmTConstnConst恒磁通变频调速是属于恒转矩调速方恒磁通变频调速是属于恒转矩调速方式。即当：式。即当：时，时，NII11NTT 计算计算20
8、22-12-24电机与拖动17221122211122()Rm pUSTRfRXXS 2211122121122Rfm p UsfRRXXs 保持保持 =常数常数（近似（近似恒磁通控制方式恒磁通控制方式）11fU2022-12-24电机与拖动1821112211112122mm p UfTfRRXX222112mRSRXX212211260*mRfnPRXX2022-12-24电机与拖动19mmTConstnConstmmTn减小减小当当f下降不多时下降不多时:当当f下降较多时下降较多时:2022-12-24电机与拖动20低频补偿低频补偿(15Hz以下以下)UCo n s tf2022-12-
9、24电机与拖动212022-12-24电机与拖动222.2.从基频向上变频调速从基频向上变频调速 221122211122Rm pUsTRfRXXs只能保持电压为只能保持电压为U UN N不变不变，频率越高，磁通，频率越高，磁通m m越越低，类似他励直流电动机弱磁升速情况。低，类似他励直流电动机弱磁升速情况。2022-12-24电机与拖动2321112211112122mm pU fTfRRXX211211121122m pUffXX222212112mRRSXXRXX2112112RfLLf2022-12-24电机与拖动24 频率越高时，频率越高时，越小，越小，也减小，也减小，mTmS211
10、212602mmRfns nfLLp常数2022-12-24电机与拖动25变频调速的特点：变频调速的特点：从基频向下调速，为从基频向下调速，为恒转矩恒转矩调速方式；调速方式；从基频向上调速，近似为从基频向上调速，近似为恒功率恒功率调速方式；调速方式；调速范围大；调速范围大；转速稳定性好；转速稳定性好；运行时，效率高；运行时，效率高；变频调速为无级调速。变频调速为无级调速。2022-12-24电机与拖动263.变极绕组的连接方法：变极绕组的连接方法：YYY(2pp)YY(2pp)接线图接线图四、四、鼠笼式异步电机的鼠笼式异步电机的变极调速变极调速(多速电机多速电机)1.可以采用两套绕组，但为了提
11、高材料的利用率，可以采用两套绕组，但为了提高材料的利用率，一般采一般采用单绕组变极，即通过改变一套绕组的连接方式而得到不用单绕组变极，即通过改变一套绕组的连接方式而得到不同极对数的磁动势，同极对数的磁动势，以实现变极调速。以实现变极调速。4.说明：变极前后，三相绕组的相序发生改变，为保证电说明：变极前后，三相绕组的相序发生改变，为保证电动机的转向不变，须对调定子两相绕组的出线端。动机的转向不变，须对调定子两相绕组的出线端。2.工作原理工作原理5.绕线式异步电机绕线式异步电机2022-12-24电机与拖动27YYY(2pp)2022-12-24电机与拖动28YY(2pp)2022-12-24电机
12、与拖动29小结小结:三相交流电动机调速的分类三相交流电动机调速的分类:调速的机械特性调速的机械特性(U,R2,f)及特点及特点:变频调速的条件变频调速的条件,低频补偿低频补偿2022-12-24电机与拖动30 双馈调速的基本原理双馈调速的基本原理 绕线式异步电动机多用在要求起动转矩大或要求调速绕线式异步电动机多用在要求起动转矩大或要求调速的负载场合的负载场合,在这两种场合下传统的方法是在转子回路在这两种场合下传统的方法是在转子回路中串联电阻中串联电阻.但这种调速方法的效率是比较低的但这种调速方法的效率是比较低的,而且而且调速性能也不理想调速性能也不理想.而如果采用了双馈调速法而如果采用了双馈调
13、速法,则效果则效果要好一些要好一些.双馈双馈 是指绕线式异步电动机的定、转子三相绕组分别接到是指绕线式异步电动机的定、转子三相绕组分别接到两个独立的三相对称电源，其中定于绕组的电源为固两个独立的三相对称电源，其中定于绕组的电源为固定频率的工业电源，而转子电源电压的幅值、频率和定频率的工业电源，而转子电源电压的幅值、频率和相位则需按运行要求分别进行调节。相位则需按运行要求分别进行调节。五、五、绕线式异步电动机双馈调速及串级调速原理绕线式异步电动机双馈调速及串级调速原理2022-12-24电机与拖动31n随着电力电子技术的发展，绕线式异步电随着电力电子技术的发展，绕线式异步电动机组成的双馈调速系统
14、，得到了许多人动机组成的双馈调速系统，得到了许多人的重视。的重视。n一、双馈调速法：一、双馈调速法：n绕线式异步电动机双馈调速系统不仅能调绕线式异步电动机双馈调速系统不仅能调节电动机的转速，还能改变电动机定子边节电动机的转速，还能改变电动机定子边的功率因数。我们知道，当普通异步电动的功率因数。我们知道，当普通异步电动机定子边加额定电压且带上机械负载时，机定子边加额定电压且带上机械负载时，转子有功电流的有效值转子有功电流的有效值 为：为：aI22022-12-24电机与拖动32n为了简化分析和突出主要的概念，暂时忽为了简化分析和突出主要的概念，暂时忽略转子漏电抗的影响。当定子电源电压及略转子漏电
15、抗的影响。当定子电源电压及负载转矩保持不变的条件下，负载转矩保持不变的条件下，应为常数，应为常数，即即n n =常数常数2222222222222222SSSaxrsExrrxrsEIaI2222rsEIa2022-12-24电机与拖动33n现在分析绕线式异步电动机转子回路接有现在分析绕线式异步电动机转子回路接有外电源的情况。为了简单起见，在下面的外电源的情况。为了简单起见，在下面的分析中，凡是转子的各物理量都应理解为分析中，凡是转子的各物理量都应理解为已经进行过折合，不再用带撇的符号表示已经进行过折合，不再用带撇的符号表示了。定、转子电压、电动势和电流的正方了。定、转子电压、电动势和电流的正
16、方向如图所示。其中向如图所示。其中2是转子外加三相对称是转子外加三相对称电源相电压的有效值。下面分几种情况讨电源相电压的有效值。下面分几种情况讨论。论。2022-12-24电机与拖动34n 转子外接电压转子外接电压 与转子电动势与转子电动势 反相：反相：n这种情况的相量图如图这种情况的相量图如图（a）所示。所示。2U2Es2022-12-24电机与拖动35 在这种情况下，由于转子回路合成电动势的在这种情况下，由于转子回路合成电动势的减小，使电流减小，使电流 减小，于是电磁转矩随之减减小，于是电磁转矩随之减小，因负载转矩不变，转子便减速。随着小，因负载转矩不变，转子便减速。随着转速的降低，转子回
17、路感应电动势增大，转速的降低，转子回路感应电动势增大，当转差率增大到当转差率增大到 时，转子感应电动势时，转子感应电动势为为 。等于原先的等于原先的 ，就能保持电，就能保持电子电流不变。电磁转矩与负载转短达到了子电流不变。电磁转矩与负载转短达到了新的平衡，电机在新的转差率新的平衡，电机在新的转差率 下运行，即下运行，即s，转速降低了。注意，这里的转差率，转速降低了。注意，这里的转差率s不再是电动机实际运行的转差率，它的含不再是电动机实际运行的转差率，它的含义是在同样负载转矩下，转子回路未接电义是在同样负载转矩下，转子回路未接电压压 时的转差率，是个固定的数值。时的转差率，是个固定的数值。aI2
18、s2Es22UEs2Esss2U2022-12-24电机与拖动36 这种情况下转子电流为：这种情况下转子电流为：或或所以电机实际运行的转差率所以电机实际运行的转差率 为：为：222222rEsrUEsIa222222rsErUEsIas22EUss2022-12-24电机与拖动37n 转子外接电压 与转子电动势 同相n这种情况要分几种情况讨论：n1）当n如图b所示：刚开始时，由于转子回路合成电动势增大，使 增大，电磁转矩增大，在负载转矩不变的条件下，转子加速。随着转速的增加（转差率减小为 ），转子回路感应电动势减小，直到 等于原先的 ，才能保持不变，电磁转矩与负载转矩达到新的平衡，电机在新的转
19、差率 下运行。这时，S,即电机的转速升高了。2U2Es22sEU aI2s22UEs2Esss2022-12-24电机与拖动38 2）当）当 仅由仅由 的作用就能产生的作用就能产生 ，电机的转速达，电机的转速达同步速，同步速，为零，见图（为零，见图（c）。）。22sEU2UaI22Es2022-12-24电机与拖动39n3）当）当n在负载转矩不变的条件下，电机的转速可在负载转矩不变的条件下，电机的转速可以超过同步速，转差率以超过同步速，转差率 0，如图，如图 d）所所示。这种情况下，转子电流为：示。这种情况下，转子电流为：n或或22sEU s222222rEsrUEsIa222222rsErU
20、EsIa2022-12-24电机与拖动40n电机实际运行的转差率电机实际运行的转差率 为：为：转子外接电压与转子电动势相位差转子外接电压与转子电动势相位差90：1）当）当 领先领先 ：这种情况转子回路的合成电动势这种情况转子回路的合成电动势 产生的转子产生的转子电流入电流入 者同相（仅考虑者同相（仅考虑 的作用），其中有功的作用），其中有功电流为电流为 ，无功电流为，无功电流为 。由于无功电流。由于无功电流 与与气隙磁密气隙磁密 同相同相，起了励磁电流的作用，起了励磁电流的作用，以以知电机定子电流为：知电机定子电流为：s22EUss2U902Es2E2I2raI2rI2rI2)(201III2
21、022-12-24电机与拖动41可见，定子边的功率因数可见，定子边的功率因数 得到了改善。得到了改善。在调速范围较大时，不能忽略转子漏阻抗在调速范围较大时，不能忽略转子漏阻抗的影响，因为它对转子电流的大小和相的影响，因为它对转子电流的大小和相位都有影响。位都有影响。1cos2022-12-24电机与拖动42n（2）串级调速的基本要求：）串级调速的基本要求：n前述的双馈调速要求加在电机转子绕组前述的双馈调速要求加在电机转子绕组的电压频率与转子绕组感应电动势同频的电压频率与转子绕组感应电动势同频率。如果把异步电机转子感应电动势变率。如果把异步电机转子感应电动势变为直流电动势，同时把转子外加电压也为
22、直流电动势，同时把转子外加电压也变为直流量，这就是串级调速的基本思变为直流量，这就是串级调速的基本思路。如图所示：路。如图所示：2022-12-24电机与拖动43n图中的整流桥把异步电动机转子的转差电图中的整流桥把异步电动机转子的转差电动势、电流变成直流，逆变器的作用是给动势、电流变成直流，逆变器的作用是给电机转子回路提供直流电动势，同时给转电机转子回路提供直流电动势，同时给转子电流提供通路，并把转差功率（扣除转子电流提供通路，并把转差功率（扣除转子绕组铜损耗子绕组铜损耗 ）大部分反送回交流电）大部分反送回交流电源。源。n异步电动机转子相电动势为：异步电动机转子相电动势为：n经三相整流器后变为
23、直流电动势经三相整流器后变为直流电动势：nMsP22sEEs2121sEkEkESd2022-12-24电机与拖动44n式中式中 是整流系数。是整流系数。n逆变器直流侧直流电动势为：逆变器直流侧直流电动势为：n式中式中 是逆变器的系数；是逆变器的系数；是变压器副是变压器副边相电压；边相电压；是逆变角。是逆变角。n于是直流回路电流于是直流回路电流n 1kcos22UkE2k2UdIREEIdd2022-12-24电机与拖动45n式中式中R是直流回路等效电阻。是直流回路等效电阻。因因R R较小，较小，可忽略不计。上式变为：可忽略不计。上式变为：n当整流器、逆变器都为三相桥式电路当整流器、逆变器都为三相桥式电路时，时，得转差率，得转差率：cos2221UksEkEEd21kkcos22EUs 2022-12-24电机与拖动46n从上式可知，改变逆变角从上式可知，改变逆变角 的大小，就的大小，就能改变电动机的转差率能改变电动机的转差率S S。n这种调速方法适合于高电压、大容量绕这种调速方法适合于高电压、大容量绕线式异步电动机拖动风机、泵类负载等线式异步电动机拖动风机、泵类负载等要求调速不高的场合。要求调速不高的场合。
