第12章 三相异步电动机的调速 l三相异步电动机调速方法分类 由异步电动机转速表达式 常用的调速方法有 Ø改变定子绕组的极对数调速(变极调速); Ø改变电源的频率调速(变频调速); Ø改变转差率调速改变定子绕组外加电压调 速;绕线转子电路串电阻调速;电磁滑差离合 器调速;串级调速等) 12.1 变 极 调 速 l变极调速原理 变极调速是通过改变定子绕组的连接方法,改 变电动机的极对数,使同步转速改变,达到改变 电动机的转速 l变极调速一般用于鼠笼型异步电动机 1.变极原理 假设定子每相绕组是由两个完全相同的“半相 绕组”构成,当两个“半相绕组”串联或并联时, 可以形成不同的极对数 两个“半相绕组”顺接串联形成四极磁场 电路连接 定子四极磁场 两个“半相绕组”反接串联形成二极磁场 电路连接 定子二极磁场 两个“半相绕组”反接并联形成二极磁场 电路连接 定子二极磁场 2.两种常用的变极方法 ØY接↔双Y接变变极方法 ØY接时时两个“半相绕组绕组 ”为顺为顺 接串联联,高极对对 数双Y接时时两个“半相绕组绕组 ”为为反接并联联, 低极对对数。
ØΔ接↔双Y接变变极方法 ØΔ接时时两个“半相绕组绕组 ”为顺为顺 接串联联,高极对对 数双Y接时时两个“半相绕组绕组 ”为为反接并联联, 低极对对数 l注意:在变极调速,改变绕组连接时,为保 持转子的旋转方向不变,必须同时改变外施 电源的相序 例如:双Y接(低极对对数,高速,2p=2)→Y接 (高极对对数,低速,2p=4)时时,定子绕组绕组 的空 间间位置为为: 3.变极调速时的容许输出 Ø容许输出是指在调速过程中,如果保持定、转 子绕组线圈中的电流为额定值的条件下,电动 机所允许输出的功率或转矩的限制值 Ø由输出功率 当忽略定子绕组损耗时,有 ØY接↔双Y接变变极调调速方法 则则有 üY接↔双Y接变变极调调速方法:在变变极调调速前后 容许输许输 出转转矩不变变,属于恒转转矩调调速方式 适合恒转转矩负载负载 ØΔ接↔双Y接变变极方法 则则有 üΔ接↔双Y接变变极调调速方法:在变变极调调速前后 ,容许输许输 出功率近似恒定,接近恒功率调调速 方式比较较适合恒功率负载负载 4.变极调速时的机械特性 讨论机械特性的三个特殊点: 理想空载点、最大转矩、临界转差率、起动点 ØY接↔双Y接变变极调调速方法 则则有 临界转差率和起动转矩为 对应的机械特性 ØΔ接↔双Y接变变极调调速方法 则则有 临界转差率和起动转矩为 对应的机械特性 12.2 变频调速 l改变频率调速时的问题 由异步电动机定子电路电动势平衡方程: 1)如果定子相电压保持不变,降低频率使转速下 降时,则主磁通增大,大于额定运行时的主磁通, 使磁路过分饱和,导致励磁电流增大,功率因数降 低; 2)增大频率时,主磁通降低,小于额定运行时的 主磁通,使容许输出转矩下降。
1.为使变频调速时主磁通保持不变,端电压的变 化规律 l即端电压必须与频率成比例改变 1)对于恒转矩负载,同时还可以使过载能力保 持不变 设频率改变后,电动机的频率、过载能力和电 压分别为 则在频率改变前,最大转矩有 而 当频率改变后,最大转矩为 对恒转矩负载,有 即频率改变前后, 电磁转矩保持不变 频率改变后 频率改变前 2)对于恒功率负载,如果要保持过载能力不变, 端电压与频率的关系为 证明:对于恒功率负载 如果要保持过载能力不变,即 则由 Ø对于恒功率负载,端电压与频率的关系满足 条件时,则在调速前后电动机的过载能力保持 不变,但主磁通将发生变化 Ø变频调速最适合恒转矩性质的负载 2.变频调速时的机械特性 1)对理想空载点(同步转速),有 2)当频率相对较高时,有 Ø如果按保持主磁通不变,改变频率时,即端电 压与频率成正比,最大转矩不变,临界转查率与 频率成反比 最大转矩时的转速降为 Ø即在频率变化时,最大转矩时的转速降不变 3)对于起动转矩 Ø在频率较高时,起动转矩随频率的降低而增大 Ø在频率较高时,改变频率时的人为机械特性可 以看成是固有机械特性的平移,特性的硬度不 变。
4)在频率相对较低时, 定子电阻不能忽略,如 果按 改变电 压 ,则随频率的降低, 最大转矩将减小同时, 起动转矩减小 例:一台三相鼠笼型异步电动机,额定数据为 定子绕组为Δ接采用变频调变频调 速,使 的恒转转矩负载负载 的转转速降为为 ,试试 求 变频电变频电 源的输输出电压电压 和频频率 解:该电动机的同步转速及额定转差率为 则由机械特性的线性表达式 则在0.8倍额定负载时转速降为 变频调速后,人为特性的硬度不变,转速降不 变,则变频后的同步转速为 则变频电源的输出电压频率为 对于恒转矩负载,按端电压与频率成正比降低, 则变频电源的输出电压为 12.3 改变转差率调速(能耗转差调速) 一、绕线转子电动机转子电路串电阻调速 1.调速原理 当绕线转子异步电动机转子电路串入电阻瞬 间,转速不能突变,转差率不能突变由转子电 流及电磁转矩的关系,转 子电流减小,使电磁转矩 相应减小,小于负载转矩, 电动机减速转差率增大, 使转子电动势和电流重新 增大,直到电磁转矩与负 载转矩相平衡 2.转子电路串电阻时的人为机械特性 Ø特点:与固有机械特性相比 ü理想空载点相同; ü最大转矩大小不变,临界 转差率增大; ü转子串联电阻不大时,起 动转矩增大; ü转子串联电阻越大,人为 机械特性越软。
3.调速电阻的计算 在额定电压下, 如果调速前后保持转 子电流为额定值,即 则转子串联电阻为 4.调速方式 转子侧的功率因数为 则转矩为 Ø调速前后转矩不变,为恒转矩调速方式适合 恒转矩负载 5.转子调速时的经济性 串入电阻调速后,转子的铜损耗为 不考虑机械损耗,则输出功率为 调速时转子电路的效率为 Ø随着转速降低,转差率增大,转子电路功率损 耗增大,转子侧的效率降低 二、改变定子电压调速(降压调速) 1.调速原理 当降低定子端电压的瞬间,转速及转差率不 能突变,电磁转矩减小, 小于负载转矩,电动机减速随着转速的下降, 转差率增大,转子电动势增大,使转子电流增 大,电磁转矩重新增大,直到与负载转矩相平衡 2.降压调速时的人为机械特性 Ø特点:与固有机械特性相比 ü理想空载点相同; ü最大转矩减小,临界转差 率不变; ü起动转矩减小; ü定子电压降低的越多,人 为机械特性越软 3.降压调速时的允许输出(调速方式) 由转矩 当降低定子电压后,转速下降,转差率增大,为 使转子电流保持额定值, 转矩将降低 Ø降压调速即不属于恒转矩调速方式,也不属于 恒功率调速方式。