1、电电机机学学及及拖拖动动基基础础1重庆大学自动化学院重庆大学自动化学院电电机机学学及及拖拖动动基基础础2第十二章第十二章 三相异步电动机三相异步电动机的调速的调速电电机机学学及及拖拖动动基基础础3 主要内容主要内容第一节第一节 变极调速变极调速第二节第二节 变频调速变频调速第三节第三节 调节转差能耗调速调节转差能耗调速电电机机学学及及拖拖动动基基础础4 异步电动机的调速方法：异步电动机的调速方法：1.1.改变定子绕组的极对数改变定子绕组的极对数p p变极调速变极调速2.2.改变供电电源的频率改变供电电源的频率f f1 1变频调速变频调速3.3.改变转差率改变转差率s s调节转差能耗调速调节转差
2、能耗调速16011sfnnssp电电机机学学及及拖拖动动基基础础5第一节第一节 变极调速变极调速 实现方法：实现方法：改变定子绕组的联结改变定子绕组的联结改变定子极对数改变定子极对数调速调速改变定子绕组的联结，得到的极对数成倍地变化，同改变定子绕组的联结，得到的极对数成倍地变化，同步转速也成倍地变化，属于有级调速。步转速也成倍地变化，属于有级调速。电电机机学学及及拖拖动动基基础础6改变定子绕组的联结，极对数改变定子绕组的联结，极对数p p及及2p2p下相序相反，须下相序相反，须将将V V、W W两相出线端对调，以保持调速前后转向相同。两相出线端对调，以保持调速前后转向相同。电电机机学学及及拖拖
3、动动基基础础7 容许输出功率或转矩的变化：容许输出功率或转矩的变化：1113cosPU I输入功率输入功率假定不同极对数下假定不同极对数下与与 均保持不变，则：均保持不变，则：1cos21PU I若忽略定子损耗，电磁功率若忽略定子损耗，电磁功率P Pe e与输入功率与输入功率P P1 1相等，则相等，则：119550essU IPTU I pnn 定子绕组从一个星形改为两个星形联结并联（定子绕组从一个星形改为两个星形联结并联（Y-YYY-YY）：）：极对数减小为原来的一半，极对数减小为原来的一半，n ns s增加一倍，其转矩比增加一倍，其转矩比恒转矩调速方式恒转矩调速方式。带恒转矩性质的负载，
4、配合较好。带恒转矩性质的负载，配合较好。NN212YYYU IpTTUIp21113cosPPU I 输出功率输出功率电电机机学学及及拖拖动动基基础础8 定子绕组从一个三角形改为两个星形联结并联定子绕组从一个三角形改为两个星形联结并联(-YY)-YY)：极对数也减小为原来的一半，极对数也减小为原来的一半，n ns s也增加一倍，其功率比也增加一倍，其功率比近似恒功率调速近似恒功率调速。带恒功率性质的负载，配合较好。带恒功率性质的负载，配合较好。N22N330.86622YYU IPPUI 机械特性：机械特性：电动机在高速下运转电动机在高速下运转改变定子绕组联结使极对数增加改变定子绕组联结使极对
5、数增加电动机降速，降速过程中电动机工作在回馈制动状态电动机降速，降速过程中电动机工作在回馈制动状态Y-YYY-YY联结联结-YY-YY联结联结电电机机学学及及拖拖动动基基础础9 优点：优点：调速时低速人为特性较硬，静差率较高，经济性较好；调速时低速人为特性较硬，静差率较高，经济性较好；定子绕组的不同联结可实现恒转矩或近似恒功率调速。定子绕组的不同联结可实现恒转矩或近似恒功率调速。缺点：缺点：属于有级调速，适用于不需平滑调速的场合属于有级调速，适用于不需平滑调速的场合 适用类型：适用类型：笼型转子异步电动机笼型转子异步电动机电电机机学学及及拖拖动动基基础础10第二节第二节 变频调速变频调速 对磁
6、通对磁通的要求：的要求：为使励磁电流和功率因数保持不变，为使励磁电流和功率因数保持不变，一般要求一般要求不变不变为使为使f f1 1变化时变化时不变，由不变，由要求要求U U/f/f1 1=定值，即定值，即U U需与需与f f1 1成比例地变化成比例地变化1114.44wUEf N k 对过载能力的要求：对过载能力的要求：21max2211212()smUTRXXR最大转矩最大转矩频率变化前后，额频率变化前后，额定转矩之比为：定转矩之比为：22max1max1NTTNTTTTKUfKTTKUfK f f1 1较高时，较高时，X X1 1+X+X2 2RR1 12max1UTCf为使频率变化前后
7、有同为使频率变化前后有同样的过载能力，则定子样的过载能力，则定子电压的调节方法为：电压的调节方法为：11NNTUfUfT电电机机学学及及拖拖动动基基础础11 对于恒转矩调速：对于恒转矩调速：可见，如能保持可见，如能保持U U/f/f1 1=定值定值，则可保证调速过程中：电动，则可保证调速过程中：电动机过载能力基本不变；磁通机过载能力基本不变；磁通基本不变。基本不变。NNTT 11UUff定值 对于恒功率调速：对于恒功率调速：可见，如能保持可见，如能保持 =定值定值，则可保证调速过程中：电，则可保证调速过程中：电动机过载能力基本不变；但此时磁通动机过载能力基本不变；但此时磁通将发生变化。将发生变
8、化。如按恒转矩调速保持如按恒转矩调速保持U U/f/f1 1=定值定值，则调速过程中：磁通，则调速过程中：磁通基本不变；但电动机过载能力将发生改变。基本不变；但电动机过载能力将发生改变。11NsNsNNTTT fT f 11UUff定值1/Uf2211NTNTTUfKTUfK 电电机机学学及及拖拖动动基基础础12 机械特性：机械特性：U U/f/f1 1=定值的变频调速定值的变频调速161514131211ffffff 优点：优点：性能优异，调速范围大，低速静差率较高，平滑性高；变性能优异，调速范围大，低速静差率较高，平滑性高；变频时频时U U按不同规律可实现恒转矩或恒功率调速，适应负载按不同
9、规律可实现恒转矩或恒功率调速，适应负载要求要求是笼型异步电动机最有发展前途的一种调速方法是笼型异步电动机最有发展前途的一种调速方法 缺点：缺点：必须有专用的变频电源；在恒转矩调速时，低速时必须有专用的变频电源；在恒转矩调速时，低速时过载倍数大为降低，甚至不能带动负载。过载倍数大为降低，甚至不能带动负载。适用类型：适用类型：笼型转子异步电动机笼型转子异步电动机电电机机学学及及拖拖动动基基础础13第三节第三节 调节转差能耗调速调节转差能耗调速共同特点：共同特点：在调速过程中均产生大量的转差功率在调速过程中均产生大量的转差功率sPsPe e，并消耗在转子，并消耗在转子电路，使转子发热，调速的经济性较
10、差（串级调速除外）电路，使转子发热，调速的经济性较差（串级调速除外）介绍以下几种：介绍以下几种：转子电路串电阻调速转子电路串电阻调速用于绕线转子异步电动机用于绕线转子异步电动机 改变定子电压调速改变定子电压调速常用于笼型转子异步电动机常用于笼型转子异步电动机 滑差电动机滑差电动机用于笼型转子异步电动机用于笼型转子异步电动机 串级调速串级调速用于绕线转子异步电动机用于绕线转子异步电动机电电机机学学及及拖拖动动基基础础14一一 转子电路串联电阻调速转子电路串联电阻调速 实现方法：实现方法：转子串电阻转子串电阻R RI I2 2减小减小T T减小（减小（TTTTz z）n n减小减小s s增加增加调
11、速调速sEsE2 2增加增加I I2 2增加增加T T增加（增加（T=TT=Tz z）稳定稳定 机械特性：机械特性：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。电电机机学学及及拖拖动动基基础础15调速性能分析：调速性能分析：调速上限是调速上限是n nN N，下限受允许静差率的限制，下限受允许静差率的限制，调速范围不大调速范围不大 调速级数少，调速级数少，平滑性不高平滑性不高 转子串电阻为转子串电阻为恒转矩调速方法恒转矩调速方法 转速降低转速降低(s(s增高增高)，下降，转子损耗增高，下降，转子损耗增高，经济性不高经济性不高2222N22222N2
12、212(/)()/EEIIRsXRRsX定值2N2122N22222122N2/()/coscos()/(/)RsRRsRRsXRsX定值1N2N2NNcosTTCIT定值22223ePsPIRR转子损耗转子损耗输出功率输出功率 21ePPs222111eeePsPsPPPssP 转子效率转子效率 电电机机学学及及拖拖动动基基础础16 优点：优点：方法简单，初期投资不高，一般适用于恒转矩负载方法简单，初期投资不高，一般适用于恒转矩负载 缺点：缺点：调速范围不大，平滑性不高，经济性不高调速范围不大，平滑性不高，经济性不高 适用类型：适用类型：绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机电电机机学学及及拖
13、拖动动基基础础17二二 改变定子电压调速改变定子电压调速 改变定子电压的机械特性：改变定子电压的机械特性：对于恒转矩负载：对于恒转矩负载：转速低于转速低于n nm m的机械特的机械特性不能稳定运行，仅性不能稳定运行，仅n ns sn nm m的转速区段的转速区段可调，故可调，故调速范围很小调速范围很小对于通风机负载：对于通风机负载：转速低于转速低于n nm m的机械特的机械特性也能稳定运行，性也能稳定运行，调速范围扩大了调速范围扩大了 转子电阻较高时改变定子电压的机械转子电阻较高时改变定子电压的机械特性：特性：对于恒转矩负载：对于恒转矩负载：可得较宽调速范围可得较宽调速范围但是：但是：特性太软
14、特性太软，静差率常不能满足，静差率常不能满足要求；要求；低压时过载能力较低低压时过载能力较低，负载稍，负载稍波动即可导致停转。波动即可导致停转。电电机机学学及及拖拖动动基基础础18 目前，都采用目前，都采用晶闸管交流调压闭环系统晶闸管交流调压闭环系统(P156)(P156)进行调速进行调速 优点：优点：可实现平滑调速，得到低速硬特性和较大的调速范围；可实现平滑调速，得到低速硬特性和较大的调速范围；且结构简单，成本较低，应用较多且结构简单，成本较低，应用较多较有发展前途较有发展前途 缺点：缺点：调速效率较低，功率因数比转子串电阻时更低调速效率较低，功率因数比转子串电阻时更低 适用类型：适用类型：
15、一般用于高转差率笼型转子异步电动机一般用于高转差率笼型转子异步电动机也可用于绕线转子异步电动机也可用于绕线转子异步电动机电电机机学学及及拖拖动动基基础础19三三 滑差电动机滑差电动机 又称又称“电磁调速异步电动机电磁调速异步电动机”，由，由笼型异步电动机笼型异步电动机、滑滑差离合器差离合器和和控制装置控制装置三部分构成。三部分构成。1.1.滑差离合器的调速原理滑差离合器的调速原理 笼型异步电动机带动电枢恒速旋转笼型异步电动机带动电枢恒速旋转感应子绕组内通以直流励磁电流感应子绕组内通以直流励磁电流感应子磁极处建立交链磁场感应子磁极处建立交链磁场电枢旋转切割交链磁场，产生感应电动势和涡流电枢旋转切
16、割交链磁场，产生感应电动势和涡流涡流与感应子磁场作用，在感应子中产生电磁力和转矩涡流与感应子磁场作用，在感应子中产生电磁力和转矩转矩使感应子带动生产机械转矩使感应子带动生产机械沿电枢的转向沿电枢的转向旋转旋转平滑地调节滑差离合器的励磁电流，平滑地调节滑差离合器的励磁电流，实现感应子无极调速实现感应子无极调速电枢与感应子间必须存在转速差。异步电动机的能电枢与感应子间必须存在转速差。异步电动机的能量通过电枢与感应子间的电磁感应传递到拖动装置中。量通过电枢与感应子间的电磁感应传递到拖动装置中。电电机机学学及及拖拖动动基基础础20 双电枢无集电环滑差离合器双电枢无集电环滑差离合器：应用于小功率大范围调
17、速：应用于小功率大范围调速 杯形电枢滑差离合器杯形电枢滑差离合器：适用于小功率：适用于小功率 爪式无集电环滑差离合器爪式无集电环滑差离合器：适用于较大功率：适用于较大功率2.2.滑差离合器的结构类型滑差离合器的结构类型 （略）（略）3.3.滑差离合器的调速性能滑差离合器的调速性能 机械特性：机械特性：4212BITKnnn n1 1主动部分转速主动部分转速n n2 2从动部分转速从动部分转速I IB B励磁电流励磁电流 励磁电流愈小，特性愈软励磁电流愈小，特性愈软 要得较大调速范围，提高调速平滑性，须采用闭环系统要得较大调速范围，提高调速平滑性，须采用闭环系统电电机机学学及及拖拖动动基基础础2
18、1219550 PnnT11 1/9550PTn滑差离合器输入功率滑差离合器输入功率212111/(1)/1PPnnnsns 调速效率调速效率 222/9550PT n输出功率输出功率12129550T nnPPP若若T T1 1=T=T2 2=T=T，转差功率，转差功率 调速性能分析：调速性能分析：容许输出转矩容许输出转矩T T随转速降低而降低，调速既非恒转矩也非恒功随转速降低而降低，调速既非恒转矩也非恒功率率最适用于通风机负载，最不适宜带恒功率负载最适用于通风机负载，最不适宜带恒功率负载 效率效率随转速下降而下降，而损耗随转速下降而下降，而损耗P P随转速下降而增高随转速下降而增高 优点：
19、优点：结构简单，运行可靠，维护方便，加工容易，能平结构简单，运行可靠，维护方便，加工容易，能平滑调速，用闭环系统可扩大其调速范围滑调速，用闭环系统可扩大其调速范围 缺点：缺点：须增加滑差离合器设备；调速效率低；在负载转矩须增加滑差离合器设备；调速效率低；在负载转矩T Tz z10%TTT(TTz z)nnssII2 2T(T=TT(T=Tz z)I I2 2T(TTT(T00且其数值增大时，机械特性向上移动；且其数值增大时，机械特性向上移动；E Ef f00且其绝对且其绝对值增大时，机械特性向下移动值增大时，机械特性向下移动利用利用E Ef f大小和方向的改大小和方向的改变，既可在变，既可在n
20、 ns s以上又可在以上又可在n ns s以下进行调速以下进行调速 机械特性的工作部分较硬，当机械特性的工作部分较硬，当|-E|-Ef f|之值较大时，最大转之值较大时，最大转矩（即过载能力）降低，起动转矩也减小矩（即过载能力）降低，起动转矩也减小电电机机学学及及拖拖动动基基础础25 实现过程：实现过程：转子电压转子电压经晶闸管整流电经晶闸管整流电路变为直流电压路变为直流电压U Ud d逆变器电压逆变器电压U U视为加到转视为加到转子电路的子电路的电动势电动势E Ef f控制逆变角控制逆变角，可改变，可改变U U（即（即E Ef f），），从而实现异步从而实现异步电动机串级调速电动机串级调速3
21、.3.晶闸管串级调速的基本原理晶闸管串级调速的基本原理 功率转换过程：功率转换过程：输入功率输入功率P P1 1，P Pe eP P1 1时，负载机械功率时，负载机械功率P P1 1(1-s)(1-s)，转子转子转差功率转差功率sPsP1 1P P为反馈给电网的功率为反馈给电网的功率，如忽略损耗，则，如忽略损耗，则P PsPsP1 1控制反馈功率控制反馈功率P P也可调节异步电动机的转速也可调节异步电动机的转速电电机机学学及及拖拖动动基基础础26 优点：优点：晶闸管串级调速具有调速范围宽，效率高（转差功率可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；反馈
22、电网），便于向大容量发展等优点；应用范围广，应用范围广，适用于通风机负载，也可用于恒转矩负载适用于通风机负载，也可用于恒转矩负载是绕线转是绕线转子异步电动机最有发展前途的一种调速方法子异步电动机最有发展前途的一种调速方法 缺点：缺点：功率因数较差功率因数较差 适用类型：适用类型：绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机电电机机学学及及拖拖动动基基础础27本章小结本章小结 变极调速：变极调速：掌握掌握其方法和特点其方法和特点笼型转子笼型转子 变频调速：变频调速：掌握掌握其方法和特点其方法和特点笼型转子笼型转子 调节转差能耗调速：调节转差能耗调速：了解了解转子串电阻调速转子串电阻调速的方法和特点的方法和特点绕线转子绕线转子了解了解变定子电压调速变定子电压调速的方法和特点的方法和特点笼型或绕线转子笼型或绕线转子了解了解滑差离合器调速滑差离合器调速的方法和特点的方法和特点笼型转子笼型转子掌握掌握串级调速串级调速的方法和特点的方法和特点绕线转子绕线转子 总之：总之：对于绕线转子异步电动机，对于绕线转子异步电动机，串级调速串级调速最有发展前途；最有发展前途；对于笼型转子异步电动机，对于笼型转子异步电动机，变频调速变频调速最有发展前途，其最有发展前途，其次是调压调速。次是调压调速。电电机机学学及及拖拖动动基基础础28第十二章第十二章 结束结束
