1、第十二章第十二章 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速由异步电动机转速的表达式由异步电动机转速的表达式16011sfnnssp第一节第一节 变极调速变极调速2星形联结改变成两个并联的星形联结星形联结改变成两个并联的星形联结三角形联结改变成两个并联的星形联结三角形联结改变成两个并联的星形联结3Y Y联结改成联结改成YYYY联结联结联结改成联结改成YYYY联结联结变极调速时，电动机的容许输出功率或转矩在变速前后变极调速时，电动机的容许输出功率或转矩在变速前后的关系。输出功率为的关系。输出功率为 21113cosPPU I 在高、低速运行时，电动机绕组内均流过额定电流，这样在两种联在高、低速运行
2、时，电动机绕组内均流过额定电流，这样在两种联结法下的转矩之比为结法下的转矩之比为NN212YYYU IpTTUIp当定子绕组从一个三角形联结改成二个星形联结的并联时，极对数当定子绕组从一个三角形联结改成二个星形联结的并联时，极对数也减小一倍，也减小一倍，也增加一倍。两种联结法的功率比为也增加一倍。两种联结法的功率比为snN22N330.86622YYU IPPUI4第二节第二节 变频调速变频调速1f对于恒转矩调速，如果变频装置保证对于恒转矩调速，如果变频装置保证 随随 成正比地变化，则成正比地变化，则可保证在频率变化过程中电动机具有同样的过载能力，在恒转矩调可保证在频率变化过程中电动机具有同样
3、的过载能力，在恒转矩调速下的变频装置一般就是根据这一要求设计的。速下的变频装置一般就是根据这一要求设计的。xU21max2211212sUmTRXXR121RXX当定子频率较高时当定子频率较高时2max1UTCf21218/LLpmC（式中（式中 为常数）为常数）11UUff 定值可见，恒转矩变频调速时，如能保持可见，恒转矩变频调速时，如能保持 =定值，则可保证调速定值，则可保证调速过程中电动机的过载能力基本不变，同时可满足磁通过程中电动机的过载能力基本不变，同时可满足磁通 基本不变的基本不变的要求。要求。1/Uf5在恒功率调速时在恒功率调速时 TNNNssPTT定值11UUff定值由此可见，
4、在恒功率调速时，如能满足由此可见，在恒功率调速时，如能满足 =定值的条件，调速定值的条件，调速过程中电动机的过载能力也能保持不变，但此时磁通将发生变化了。过程中电动机的过载能力也能保持不变，但此时磁通将发生变化了。如果此时按恒转矩调速满足如果此时按恒转矩调速满足 =定值的条件，则磁通将基本定值的条件，则磁通将基本不变，但电动机的过载能力将在调速过程中改变。不变，但电动机的过载能力将在调速过程中改变。1/Uf1/Uf161514131211ffffff变频调速具有优异的性能，调速范围变频调速具有优异的性能，调速范围较大，平滑性较高，变频时按不同规较大，平滑性较高，变频时按不同规律变化可实现恒转矩
5、或恒功率调速，律变化可实现恒转矩或恒功率调速，以适应不同负载的要求，低速时特性以适应不同负载的要求，低速时特性的静差率较高，是异步电动机调速最的静差率较高，是异步电动机调速最有发展前途的一种方法。有发展前途的一种方法。6第三节第三节 能耗转差调速能耗转差调速一、转子电路串联电阻调速一、转子电路串联电阻调速 在额定电压时，磁通定值，调速时在额定电压时，磁通定值，调速时 定值222122222N22N22XsRREXsREII12N2sRRsR定值N2222N2N222212122cos/cosXsRsRXsRRsRR7当转速降低（当转速降低（s 增高）时，效率增高）时，效率下降，转子损耗功率增高
6、，故经下降，转子损耗功率增高，故经济性不高。济性不高。转子电路串联电阻的数值愈转子电路串联电阻的数值愈大，人为机械特性愈软大，人为机械特性愈软。1N2N2NNcosTTCIT定值转子损耗功率为转子损耗功率为 22223ePsPIRR输出功率为输出功率为 21ePPs222111eeePsPsPPPssP 调速时转子电路的效率为调速时转子电路的效率为 转子电路串接不同转子电路串接不同电阻时的人为特性电阻时的人为特性8二、改变定子电压调速二、改变定子电压调速改变异步电动机定改变异步电动机定子电压的人为特性子电压的人为特性转子电路电阻较高时改转子电路电阻较高时改变定子电压的人为特性变定子电压的人为特
7、性9多速电动机在变极多速电动机在变极变压时的机械特性变压时的机械特性10三、滑差电动机三、滑差电动机（一）电磁滑差离合器的调速原理（一）电磁滑差离合器的调速原理滑差离合器的示意图滑差离合器的示意图滑差离合器电枢内滑差离合器电枢内涡流的方向与路径涡流的方向与路径当绕组内有电流通过时，当绕组内有电流通过时，在电枢与感应子之间便有在电枢与感应子之间便有磁通相链，如图中虚线所磁通相链，如图中虚线所示。当异步电动机带动电示。当异步电动机带动电枢旋转时，电枢便以相应枢旋转时，电枢便以相应的转速在感应子所建立的的转速在感应子所建立的磁场内旋转，于是电枢的磁场内旋转，于是电枢的各点上磁通处在不断重复各点上磁通
8、处在不断重复的变化之中，根据电磁感的变化之中，根据电磁感应定律可知，电枢上将出应定律可知，电枢上将出现感应电动势。当感应子现感应电动势。当感应子也旋转时，此感应电动势也旋转时，此感应电动势为为21 BlRE11在此感应电动势的作用下，电枢内将出现涡流，其值为在此感应电动势的作用下，电枢内将出现涡流，其值为21ppZBlRZEI涡流与感应子磁场相互作用力为涡流与感应子磁场相互作用力为BlIF 转矩为转矩为 212222pZRlBpFRT如主动与从动部分间没有相对运动，即如主动与从动部分间没有相对运动，即 ，则，则 。因此电。因此电枢与感应子间必须存在转速差，这点与异步电动机的工作原理极为枢与感应
9、子间必须存在转速差，这点与异步电动机的工作原理极为相似。其区别仅在于异步电动机的旋转磁场由三相交流电流产生，相似。其区别仅在于异步电动机的旋转磁场由三相交流电流产生，而滑差离合器的旋转磁场则由直流电流产生，由于电枢的转动才起而滑差离合器的旋转磁场则由直流电流产生，由于电枢的转动才起旋转磁场的作用。旋转磁场的作用。210T12（二）电磁滑差离合器的几种结构类型（二）电磁滑差离合器的几种结构类型1双电枢无集电环滑差离合器双电枢无集电环滑差离合器 2杯形电枢滑差离合器杯形电枢滑差离合器 13 3爪式无集电环滑差离合器爪式无集电环滑差离合器 4212BITKnn（三）电磁滑差离合器的调速性能（三）电磁
10、滑差离合器的调速性能 21PPP滑差离合器的输入功率滑差离合器的输入功率 9550111nTP 滑差离合器的输出功率滑差离合器的输出功率 9550222nTP 14TTT21如果如果955021nnTPTPnn955012调速时离合器效率为调速时离合器效率为snsnnnPP111112122滑差离合器在实际应用中总是与异步电动机组合在一起的，因滑差离合器在实际应用中总是与异步电动机组合在一起的，因此滑差电动机的总效率为此滑差电动机的总效率为 s1121可见，滑差电动机的效率随转速之下降而下降可见，滑差电动机的效率随转速之下降而下降，而损耗功率则，而损耗功率则随转速之下降而增高。随转速之下降而增
11、高。15四、串级调速四、串级调速（一）串级调速的一般原理（一）串级调速的一般原理中等以上功率的绕线转子异步电动机与其他电动机或电子设备串级中等以上功率的绕线转子异步电动机与其他电动机或电子设备串级联接以实现平滑调速，称为串级调速。联接以实现平滑调速，称为串级调速。异步电动机的串级调速，就是在异步电动机转子电路内引入感应电异步电动机的串级调速，就是在异步电动机转子电路内引入感应电动势动势 ，以调节异步电动机的转速。引入电动势的方向，可与转，以调节异步电动机的转速。引入电动势的方向，可与转子电动势子电动势 方向相同或相反，其频率则与转子频率相同。方向相同或相反，其频率则与转子频率相同。fEsE2
12、1 与与 同相同相 fEsE2fE未引入未引入 时时2222222XsRsEIfE引入引入 后后2222222XsREsEIf16fE 未引入未引入 时时sE2fE 超前超前 90 17 2 与与 反相反相 fEsE22222222XsREsEIf1cossinfEcosfE显然，对于右图所示显然，对于右图所示 超前超前 某某一角度的一般情况，可将一角度的一般情况，可将 分解为分解为二个分量，即与二个分量，即与 同相的分同相的分量量 ，和超前，和超前 90的的分量分量 ，它们既能使电动机调，它们既能使电动机调速，又能提高定子的功率因数速，又能提高定子的功率因数 fEsE2fEsE2sE2sE2
13、fE 超前 某一角度转子电路电压相量图 18（二）晶闸管串级调速的基本原理（二）晶闸管串级调速的基本原理 晶闸管串级调速具有调速范围宽，效率高（转差功率可反馈电晶闸管串级调速具有调速范围宽，效率高（转差功率可反馈电网），便于向大容量发展等优点，是很有发展前途的绕线转子异步网），便于向大容量发展等优点，是很有发展前途的绕线转子异步电动机的调速方法。它的应用范围很广，适用于通风机负载，也可电动机的调速方法。它的应用范围很广，适用于通风机负载，也可用于恒转矩负载。其缺点是功率因数较差，现采用电容补偿等措施，用于恒转矩负载。其缺点是功率因数较差，现采用电容补偿等措施，功率因数可有所提高。总之，晶闸管串
14、级调速向大功率发展，是很功率因数可有所提高。总之，晶闸管串级调速向大功率发展，是很有前途的。有前途的。晶闸管串级调速晶闸管串级调速的原理线路图的原理线路图19作业：作业：12-212-2；12-412-42012.4 12.4 习题、小结习题、小结思考题思考题1 1：变频调速的异步电动机，在下列情况下应如何调速？：变频调速的异步电动机，在下列情况下应如何调速？（1 1）带恒转矩负载；（）带恒转矩负载；（2 2）带恒功率负载；（）带恒功率负载；（3 3）负载转矩随）负载转矩随转速平方成正比变化的调速。转速平方成正比变化的调速。答：变频调速时，希望电机的主磁通不变，由于答：变频调速时，希望电机的主
15、磁通不变，由于U U1 1EE1 1=4.44f=4.44f1 1k kw1w1NNm m,可见，应保证可见，应保证U U1 1/f/f1 1等于常数。等于常数。同时，还希望保持保持电机的过载能力不变。忽略相对值很同时，还希望保持保持电机的过载能力不变。忽略相对值很小的定子电阻，最大转矩小的定子电阻，最大转矩kfUpXXffUpTm1434321121121121如要保持调速前后的过载能力不变，则应保持如要保持调速前后的过载能力不变，则应保持NNTfUTfU11211211ffTTUUNN111,NNTT（1 1）如带恒转矩负载，即）如带恒转矩负载，即 则电压和频率的调节方式为则电压和频率的调
16、节方式为1111ffUU22（2 2）如带恒功率负载，即）如带恒功率负载，即,11ffnnTTNN1111ffUU则电压和频率的调节方式为则电压和频率的调节方式为（3 3）如负载转矩随转速平方成正比变化，即）如负载转矩随转速平方成正比变化，即2112ffnnTTNN23则调节方式为则调节方式为21111ffUU思考题思考题2 2：绕线转子异步电动机在转子回路串入电阻调速，保持：绕线转子异步电动机在转子回路串入电阻调速，保持负载转矩不变，待转速稳定后，其转子电流如何变化？负载转矩不变，待转速稳定后，其转子电流如何变化？答：如保持负载转矩不变，则转速稳定后电磁转矩仍保持不变。答：如保持负载转矩不变
17、，则转速稳定后电磁转矩仍保持不变。由电磁转矩公式由电磁转矩公式22122122112XXsRfsRpUmTem24可见，在其他条件不变时，只有可见，在其他条件不变时，只有 保持不变，才能保持保持不变，才能保持电磁转矩不变。因此，转速稳定后，转子侧阻抗保持不变，转电磁转矩不变。因此，转速稳定后，转子侧阻抗保持不变，转子电流也不变。子电流也不变。sR2【例例12-1 12-1】一台一台YR315S-4YR315S-4型异步电动机，转子绕组为型异步电动机，转子绕组为Y Y连结，其连结，其额定数据为：额定数据为：P PN N=90kW=90kW，U UN N=380(=380(连结连结)，NnNn=1
18、480r/min=1480r/min，E E2N2N=410=410V V，k kT T=3.0=3.0。电动机带额定负载运行，欲使转速降到。电动机带额定负载运行，欲使转速降到n=750r/minn=750r/min。（1 1）若采用转子串联电阻调速，求每相应串入的电阻值；）若采用转子串联电阻调速，求每相应串入的电阻值；（2 2）若采用改变定子电压调速，求定子电压应是多少；）若采用改变定子电压调速，求定子电压应是多少；（3 3）若采用变频调速，保持）若采用变频调速，保持U U1 1/f/f1 1=常数，求频率与电压；常数，求频率与电压；25解：解：(1)(1)额定转差率额定转差率0133.01
19、5001480150011nnnSNN0235.013434100133.03222NNNIEsR转子每相电阻为转子每相电阻为固有特性上的临界转差率为固有特性上的临界转差率为0755.01330133.012TTNmkkss26（2 2）采用转子串电阻调速）采用转子串电阻调速当当n=750r/minn=750r/min时，转差率为时，转差率为5.01500750150011nnns常数。sRRsRSN22由于电机带恒转矩负载运行，则转差率由于电机带恒转矩负载运行，则转差率s s将随转子回路的总电将随转子回路的总电阻值（阻值（R R2 2+R+Ra a)成正比例变化，即成正比例变化，即故转子每相
20、应串电阻为故转子每相应串电阻为86.00235.010133.05.01R2sRssN27（3 3）由于）由于ssssm m,故不能采用调压调速。故不能采用调压调速。（4 4）变频调速）变频调速在额定负载转矩下固有特性上的转速降为在额定负载转矩下固有特性上的转速降为min2015000133.01rsnnmin770207501rnnn由于恒压变频调速时，人为机械特性的斜率不变，即转速降落由于恒压变频调速时，人为机械特性的斜率不变，即转速降落值不变，所以变频后的同步转速为值不变，所以变频后的同步转速为所以所以HZnpf67.256077026011 28VUffUNN1.1953805067.
21、2511【例【例9-29-2】一台绕线式三相异步电动机带恒转矩负载运行，当转】一台绕线式三相异步电动机带恒转矩负载运行，当转子回路不串电阻时，子回路不串电阻时，n=1445r/minn=1445r/min，若在转子回路中每相串入一，若在转子回路中每相串入一个大小等于个大小等于0.5R0.5R2 2的电阻，这时电机的转速降到多少？的电阻，这时电机的转速降到多少？解：由于电机带恒转矩负载运行，所以在转子回路串电阻前后解：由于电机带恒转矩负载运行，所以在转子回路串电阻前后电机的电磁转矩保持不变。根据电磁转矩计算公式可知，只有电机的电磁转矩保持不变。根据电磁转矩计算公式可知，只有当当常数时，sRRsR
22、s22电磁转矩才能保持不变。电磁转矩才能保持不变。29所以，串电阻前后转差率之比为所以，串电阻前后转差率之比为5.122RRRsss0367.015001445150011nnns转子未串电阻时电机的转差率为转子未串电阻时电机的转差率为转子串电阻后电机的转差率为转子串电阻后电机的转差率为055.00367.05.15.1ss30电动机的转速变为电动机的转速变为min5.1417055.01150011rsnn【例【例9-39-3】一台】一台YD132S-6/4YD132S-6/4型多速异步电动机，型多速异步电动机，P PN N=3.0/4.0kW,=3.0/4.0kW,NnNn=970/144
23、0r/min,k=970/1440r/min,kT T=2.0/2.2,=2.0/2.2,求负载转矩求负载转矩T TL L=0.9T=0.9TN N时电机的时电机的转速。转速。解：（解：（1 1）p=3p=3时，时，k kT T=2.0=2.0额定转差率为额定转差率为03.01000970100011nnnsN31临界转差率为临界转差率为112.012203.0122TTNmkkss0266.019.029.02112.0122ememmTTTTss忽略空载转矩，有忽略空载转矩，有T TeMeM=T=TL L=0.9T=0.9TN N，此时的转差率为此时的转差率为转速为转速为min4.9730266.01100011rsnn32（2 2）p=2p=2时，时，k km m=2.2,=2.2,额定转差率为额定转差率为04.015001440150011nnnsN1664.012.22.204.0122TTNmkkss临界转差率为临界转差率为T Te e=T=TL L=0.9T=0.9TN N的转差率为的转差率为0356.019.02.29.02.21664.0122ememmTTTTss33转速为转速为min6.14460356.01150011rsnn
