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1、2020/7/10,电机与拖动,1,第10章 三相交流电动机调速,(1)变转差率调速:降压 转子回路串电阻,(2)不变转差率调速:变极 变频,2020/7/10,电机与拖动,2,交流调速应用的领域,1.凡是能用直流调速的场合,都能用交流调速; 2.直流调速达不到的,如大容量,高转速,高电压等,都能用交流调速; 3.原来不调速的风机,泵类拖动,采用交流调速,可以大幅度节能.,2020/7/10,电机与拖动,3,一、绕线式异步电动机转子回路串电阻调速,所串电阻越大，转速越低.,拖动恒转矩负载调速过程:,2020/7/10,电机与拖动,4,当电源电压一定时，主磁通 基本是定值，设转子电流I2维持在它
2、的额定值工作，则：,转子串电阻调速，保持电机转子电流为额定值，则:,a.转子回路串电阻属恒转矩调速方法,2020/7/10,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 ：,常数,T不变,2020/7/10,电机与拖动,6,当负载为恒转矩时，则：,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。,b.转子回路串电阻属有级调速,2020/7/10,电机与拖动,7,C、转子回路串电阻调速经济性差,随着s的增加，损耗增加，但对电机无影响,2020/7/10,电机与拖动,8,二、异步电动机改变定子电压调速(调压调速),对普通异步电机如果采用调压调速
3、拖动恒转矩负载, 调速范围窄(SSm).,一般用于风机,泵类负载 a. 整个范围能运行; b.性价比好。,高转差电机,2020/7/10,电机与拖动,9,交流调压调速电路,2020/7/10,电机与拖动,10,异步电机调压调速的闭环系统,TL2,B,C,如何调速?,2020/7/10,电机与拖动,11,三、变频调速,变频调速的条件：,如何获得变频电源？,机组变频 静止变频,2020/7/10,电机与拖动,12,机组变频,2020/7/10,电机与拖动,13,静止变频,2020/7/10,电机与拖动,14,1. 从基频向下变频调速（机械特性）, 保持 =常数 （恒磁通控制方式 ）,2020/7/
4、10,电机与拖动,15,最大转矩处的转速降落为：,2020/7/10,电机与拖动,16,恒磁通变频调速是属于恒转矩调速方式。即当： 时，,计算,2020/7/10,电机与拖动,17, 保持 =常数（近似恒磁通控制方式 ）,2020/7/10,电机与拖动,18,2020/7/10,电机与拖动,19,当f下降不多时:,当f下降较多时:,2020/7/10,电机与拖动,20,低频补偿(15Hz以下),2020/7/10,电机与拖动,21,2020/7/10,电机与拖动,22,2. 从基频向上变频调速,只能保持电压为UN不变，频率越高，磁通m越低，类似他励直流电动机弱磁升速情况。,2020/7/10,
5、电机与拖动,23,2020/7/10,电机与拖动,24,频率越高时， 越小， 也减小，,2020/7/10,电机与拖动,25,变频调速的特点：,从基频向下调速，为恒转矩调速方式； 从基频向上调速，近似为恒功率调速方式； 调速范围大； 转速稳定性好； 运行时，效率高； 变频调速为无级调速。,2020/7/10,电机与拖动,26,3.变极绕组的连接方法： YYY(2pp) YY(2pp) 接线图,四、鼠笼式异步电机的变极调速(多速电机),1.可以采用两套绕组，但为了提高材料的利用率，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同极对数的磁动势，以实现变极调速。,4.说明：变极前后，三相
6、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。,2.工作原理,5.绕线式异步电机,2020/7/10,电机与拖动,27,YYY(2pp),2020/7/10,电机与拖动,28,YY(2pp),2020/7/10,电机与拖动,29,小结:,三相交流电动机调速的分类:,调速的机械特性(U,R2,f)及特点:,变频调速的条件,低频补偿,2020/7/10,电机与拖动,30,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的负载场合,在这两种场合下传统的方法是在转子回路中串联电阻.但这种调速方法的效率是比较低的,而且调速性能也不理想.而如果采用了双馈调速法,
7、则效果要好一些. 双馈 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。,五、 绕线式异步电动机双馈调速及串级调速原理,2020/7/10,电机与拖动,31,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，得到了许多人的重视。 一、双馈调速法： 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，转子有功电流的有效值 为：,2020/7/10,电机与拖动,32,为了简化分
8、析和突出主要的概念，暂时忽略转子漏电抗的影响。当定子电源电压及负载转矩保持不变的条件下， 应为常数，即 =常数,2020/7/10,电机与拖动,33,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了。定、转子电压、电动势和电流的正方向如图所示。其中2是转子外加三相对称电源相电压的有效值。下面分几种情况讨论。,2020/7/10,电机与拖动,34, 转子外接电压 与转子电动势 反相： 这种情况的相量图如图（a）所示。,2020/7/10,电机与拖动,35,在这种情况下，由于转子回路合成电动势的减小，
9、使电流 减小，于是电磁转矩随之减小，因负载转矩不变，转子便减速。随着转速的降低，转子回路感应电动势增大，当转差率增大到 时，转子感应电动势为 。 等于原先的 ，就能保持电子电流不变。电磁转矩与负载转短达到了新的平衡，电机在新的转差率 下运行，即s，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，它的含义是在同样负载转矩下，转子回路未接电压 时的转差率，是个固定的数值。,2020/7/10,电机与拖动,36,这种情况下转子电流为： 或 所以电机实际运行的转差率 为：,2020/7/10,电机与拖动,37, 转子外接电压 与转子电动势 同相 这种情况要分几种情况讨论 ： 1）当 如图
10、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，电机在新的转差率 下运行。这时， S,即电机的转速升高了。,2020/7/10,电机与拖动,38,2）当 仅由 的作用就能产生 ，电机的转速达同步速， 为零，见图（c）。,2020/7/10,电机与拖动,39,3）当 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 0，如图 d）所示。这种情况下，转子电流为： 或,2020/7/10,电机与拖动,40,电机实际
11、运行的转差率 为： 转子外接电压与转子电动势相位差90： 1）当 领先 ： 这种情况转子回路的合成电动势 产生的转子电流入 者同相（仅考虑 的作用），其中有功电流为 ，无功电流为 。由于无功电流 与气隙磁密 同相 ，起了励磁电流的作用， 以知电机定子电流为：,2020/7/10,电机与拖动,41,可见，定子边的功率因数 得到了改善。 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位都有影响。,2020/7/10,电机与拖动,42,（2）串级调速的基本要求： 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率。如果把异步电机转子感应电动势变为直流电动势
12、，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路。如图所示：,2020/7/10,电机与拖动,43,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（扣除转子绕组铜损耗 ）大部分反送回交流电源。 异步电动机转子相电动势为： 经三相整流器后变为直流电动势：,2020/7/10,电机与拖动,44,式中 是整流系数。 逆变器直流侧直流电动势为： 式中 是逆变器的系数； 是变压器副边相电压； 是逆变角。 于是直流回路电流,2020/7/10,电机与拖动,45,式中R是直流回路等效电阻。因R较小，可忽略不计。上式变为： 当整流器、逆变器都为三相桥式电路时， ，得转差率：,2020/7/10,电机与拖动,46,从上式可知，改变逆变角 的大小，就能改变电动机的转差率S。 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、泵类负载等要求调速不高的场合。,
