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1、第四章第四章 交流异步电动机拖动系统的调速交流异步电动机拖动系统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：调速方法有三种：调速方法有三种：v改变定子绕组的极对数改变定子绕组的极对数 p pv改变电源频率改变电源频率 f fv改变电动机的转差率改变电动机的转差率 s s1第一节第一节 绕线转子异步电动机转绕线转子异步电动机转子串电阻调速子串电阻调速转子电路串接不同电转子电路串接不同电阻时的人为特性阻时的人为特性2v转子回路串入电阻越大，转子回路串入电阻越大，电机转差率越大，电机转电机转差率越大，电机转速越低；速越低；v低速时人为机械特性软；低速时人为机械特性软；v损耗大，效率下降
2、，属于损耗大，效率下降，属于恒转矩调速恒转矩调速v有级调速，设备简单，只有级调速，设备简单，只适合有载调速；在调速要适合有载调速；在调速要求不要和拖动容量不大的求不要和拖动容量不大的生产机械上应用十分普遍。生产机械上应用十分普遍。转子电路串接转子电路串接不同电阻时的不同电阻时的人为特性人为特性3在额定电压时，磁通恒定值，调速时在额定电压时，磁通恒定值，调速时 4 当转速降低（当转速降低（s 增高）时，效率下降，转子损耗功率增高）时，效率下降，转子损耗功率增高，故经济性不高。增高，故经济性不高。转子损耗功率转子损耗功率为为 输出功率为输出功率为 调速时转子电路的调速时转子电路的效率效率为为 5第
3、二节第二节 改变定子电压调速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对恒转矩负载，调速范围对恒转矩负载，调速范围很小，适用价值不高；很小，适用价值不高；对于风机类负载，调速范对于风机类负载，调速范围较大，但是低速时功率因围较大，但是低速时功率因数低，电流大；数低，电流大；为了扩大在恒转矩负载时为了扩大在恒转矩负载时的调速范围，需要采用转子的调速范围，需要采用转子电阻较大的高转差率电动机。电阻较大的高转差率电动机。一、调速原理和调速性能一、调速原理和调速性能6v对于恒转矩负载，对于恒转矩负载，扩大了调速范围；扩大了调速范围；v缺点：机械特性太缺点：机械特性
4、太软。软。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性7v开环系统的调压调速，机械特性较软，调速开环系统的调压调速，机械特性较软，调速范围不大；范围不大；v为了克服这个缺点，现代的调压调速系统广为了克服这个缺点，现代的调压调速系统广泛采用测速反馈的闭环控制。泛采用测速反馈的闭环控制。8二、调压调速的闭环控制原理二、调压调速的闭环控制原理v1.1.电压环电压环v2.2.电流环电流环9三、调压调速闭环控制的静态特性三、调压调速闭环控制的静态特性v闭环系统的机械特性的硬度比开环系统大大闭环系统的机械特性的硬度比开环系统大大提高；提高；v可将变极调速和调压调速相结合
5、，进一步扩可将变极调速和调压调速相结合，进一步扩大调速范围大调速范围v变极调速：粗调变极调速：粗调v调压调速：细调，从而实现平滑调速调压调速：细调，从而实现平滑调速10四、调压调速电动机的容许输出四、调压调速电动机的容许输出v1.1.保证电动机转子电流为额定值时，转速越保证电动机转子电流为额定值时，转速越低，转差率低，转差率S S越大，电动机输出的转矩越小；越大，电动机输出的转矩越小；v2.2.忽略空载损耗，输出功率和内生机械功率忽略空载损耗，输出功率和内生机械功率相等，转速越低，电动机容许输出的功率越相等，转速越低，电动机容许输出的功率越小；小；v所以，调压调速既非恒转矩，又非恒功率调所以，
6、调压调速既非恒转矩，又非恒功率调速；速；v比较适合用于通风机负载，也可用于恒转速比较适合用于通风机负载，也可用于恒转速负载，不适合恒功率负载。负载，不适合恒功率负载。11五、定子调压调速的特点五、定子调压调速的特点v优点：调速平滑，采用闭环调速系统时，机优点：调速平滑，采用闭环调速系统时，机械特性很硬，调速范围可达到械特性很硬，调速范围可达到1010；v缺点：变转差率调速，低速时功率损耗大，缺点：变转差率调速，低速时功率损耗大，效率低效率低v适用：中小容量的交流电动机。适用：中小容量的交流电动机。12v改变定子极对数的同时，必须相应改变转子的级数。改变定子极对数的同时，必须相应改变转子的级数。
7、绕线式电机要满足这个要求很困难；绕线式电机要满足这个要求很困难；v而笼形异步电动机转子的极对数能自动随定子磁场而笼形异步电动机转子的极对数能自动随定子磁场的极对数的变化而变化，所以变极调速适用于笼形的极对数的变化而变化，所以变极调速适用于笼形异步电动机。异步电动机。v单绕组双速电动机：一套定子绕组，具备两种极对单绕组双速电动机：一套定子绕组，具备两种极对数，根据接法不同，得到两个不同的同步转速；数，根据接法不同，得到两个不同的同步转速；v三速或四速电动机：定子中放两套独立的绕组。三速或四速电动机：定子中放两套独立的绕组。第三节第三节 改变定子极数调速改变定子极数调速13一、变极方法一、变极方法
8、v改变定子磁极对数，通过改变定子绕组接线改变定子磁极对数，通过改变定子绕组接线来实现；来实现；v使得定子每相绕组中一半绕组的电流改变方使得定子每相绕组中一半绕组的电流改变方向。向。14二、三种常用的变极接线方式二、三种常用的变极接线方式v1 1、单星形并联的双星形、单星形并联的双星形v2 2、单星形反向串联的单星形、单星形反向串联的单星形v3 3、三角形双星形、三角形双星形15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16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。变极调速时，电动机的容许输出
9、功率或转矩在变速前后的关系。输出功率为输出功率为 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1.YYY1.YYY联接变极调速联接变极调速v功率增加一倍，转速增加一倍，转矩保持不便；功率增加一倍，转速增加一倍，转矩保持不便；v属于恒转矩调速属于恒转矩调速v适用于：恒转矩负载，如起重机、运输带等适用于：恒转矩负载，如起重机、运输带等17YYYYYY联接变极调速的机械特性：联接变极调速的机械特性：18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
10、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2.YYYY联接变极调速联接变极调速 输出的功率只增加了近似输出的功率只增加了近似15%15%，故可以认为，故可以认为是恒功率调速；是恒功率调速；转速增加一倍，功率近似不变，转矩近似下转速增加一倍，功率近似不变，转矩近似下降一半；降一半；应用于各种机床切削等恒功率负载。应用于各种机床切削等恒功率负载。19YYYY联接变极调速的机械特性：联接变极调速的机械特性：20变极调速的特点：变极调速的特点：v操作简单，机械特性硬，效率高，可以获得操作简单，机械特性硬，效率高，可以获得恒转矩或恒功
11、率调速特性；恒转矩或恒功率调速特性；v变极调速是一个有级调速，调速级数少，不变极调速是一个有级调速，调速级数少，不是平滑调速；是平滑调速；v一般用于机床设备上作为粗调。一般用于机床设备上作为粗调。21第四节第四节 变频调速变频调速一、概念一、概念v1.1.改变供电电源的频率可以使旋转磁场的转改变供电电源的频率可以使旋转磁场的转速随之变化，电动机的转速也跟着改变，这速随之变化，电动机的转速也跟着改变，这种调速称为变频调速；种调速称为变频调速；v2.2.以电源频率以电源频率50Hz50Hz为基本频率。为基本频率。22v一般认为，在任何类型负载下变频调速时，若能保一般认为，在任何类型负载下变频调速时
12、，若能保持电动机的过载能力不变，即过载倍数等于额定条持电动机的过载能力不变，即过载倍数等于额定条件下过载倍数，此时，电动机的运行性能较为理想。件下过载倍数，此时，电动机的运行性能较为理想。当定子频率较高时当定子频率较高时（式中（式中 为常数）为常数）2324二、恒转矩变频调速二、恒转矩变频调速v变频后的转矩等于额定转矩，属于变频后的转矩等于额定转矩，属于恒转矩调速恒转矩调速25v当频率很低时，当频率很低时，r1r1不可忽略，相当于定子电路串入不可忽略，相当于定子电路串入一个降压电阻，使定子感应电动势降低，气隙磁通一个降压电阻，使定子感应电动势降低，气隙磁通减小，减小，TmTm较小较小v为了使低
13、频时为了使低频时TmTm下降不太大，则要提高定子电压，下降不太大，则要提高定子电压，来补偿来补偿r1r1的压降，维持气隙磁通不变。的压降，维持气隙磁通不变。v但这样电动机的励磁电流就增大，功率因数下降，但这样电动机的励磁电流就增大，功率因数下降，所以基频向下调是有限度的，频率不能过小。所以基频向下调是有限度的，频率不能过小。26v从基频从基频50Hz50Hz往上调速时，如果也按比例升高往上调速时，如果也按比例升高电压，则电压会超过电动机的额定电压，这电压，则电压会超过电动机的额定电压，这是不允许的；是不允许的；v因此，保持电压不变，频率往上调，磁通就因此，保持电压不变，频率往上调，磁通就减小，
14、所以是一种弱磁的调速方法；减小，所以是一种弱磁的调速方法；v对于恒功率负载，变频时，要求电机的输出对于恒功率负载，变频时，要求电机的输出功率保持不变。功率保持不变。三、恒功率的变频调速三、恒功率的变频调速27机械特性：机械特性：与直流电动机与直流电动机类似，在类似，在n nN N转速以转速以上，用弱磁调速来上，用弱磁调速来升速。升速。28变频调速的特点：变频调速的特点：v机械特性基本平行，机械特性硬；机械特性基本平行，机械特性硬；v调速范围较大，转速稳定性好；调速范围较大，转速稳定性好；v运行时转差率小，效率高运行时转差率小，效率高v频率连续可调，是无级调速频率连续可调，是无级调速v变频时按不
15、同规律变化可实现恒转矩或恒功变频时按不同规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；率调速，以适应不同负载的要求；v是异步电动机调速最有发展前途的一种方法。是异步电动机调速最有发展前途的一种方法。2930四、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 ，
16、以调节异步电动机的转速。引入电动势的方向，可，以调节异步电动机的转速。引入电动势的方向，可与转子电动势与转子电动势 方向相同或相反，其频率则与转子频率相方向相同或相反，其频率则与转子频率相同。同。1 与与 同相同相 未引入未引入 时时引入引入 后后31 未引入未引入 时时 超前超前 90 32 2 与与 反相反相 显然，对于右图所示显然，对于右图所示 超前超前 某一角度的一般情况，可将某一角度的一般情况，可将 分解为二个分量，即与分解为二个分量，即与 同相的分量同相的分量 ，和超，和超前前 90的分量的分量 ，它们既能使电动机调速，又能提，它们既能使电动机调速，又能提高定子的功率因数高定子的功
17、率因数 sE2sE2sE2 超前 某一角度转子电路电压相量图 33（二）串级调速的机械特性（二）串级调速的机械特性根据相量图根据相量图异步电动机的转矩为异步电动机的转矩为转子电流的有功分量转子电流的有功分量 34 1 时转矩为时转矩为 2 时转矩为时转矩为 或或35（三）晶闸管串级调速的基本原理（三）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36