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1、会计学1三相三相(sn xin)异步电动机的电力拖动异步电动机的电力拖动2第一页，共80页。1.1.机械特性机械特性(txng)(txng)的特点、表达的特点、表达式式3.3.三相异步电动机的常用起动三相异步电动机的常用起动(q dn)(q dn)方方法、特点和适用范围法、特点和适用范围l 重点重点(zhngdin)(zhngdin)：2.2.三相异步电动机的人为机械特性三相异步电动机的人为机械特性返 回4.4.三相异步电动机的各种调速方法、原理和应三相异步电动机的各种调速方法、原理和应用用5.5.三相异步电动机的各种制动方法、原理和应三相异步电动机的各种制动方法、原理和应用用第1页/共79页
2、第二页，共80页。本次本次本次本次(bn c)(bn c)课程内容和教学要求课程内容和教学要求课程内容和教学要求课程内容和教学要求内容：内容：三相异步电动机的各种调速。三相异步电动机的各种调速。要求要求(yoqi)(yoqi)：熟悉异步机各种调速原理和熟悉异步机各种调速原理和机械特性以机械特性以及应用场合。及应用场合。下 页上 页返 回第2页/共79页第三页，共80页。6.5 6.5 三相三相三相三相(sn xin)(sn xin)异步电动机的调速异步电动机的调速异步电动机的调速异步电动机的调速异步机异步机变极调速变极调速适用鼠笼电机适用鼠笼电机(改变改变(gibin)定子极定子极对数对数p调
3、速调速)变转差率变转差率 s 调速调速调压调速调压调速滑差电机滑差电机(dinj)(dinj)调速调速(电磁离合器调速电磁离合器调速)转子串电阻调速转子串电阻调速转子串电势调速转子串电势调速(串级调速串级调速)变频调速变频调速(改变电源频改变电源频率率f1调速调速)变频机变频机组组交交直直交变频交变频交交交变频交变频下 页上 页返 回由异步电动机的转速公式由异步电动机的转速公式适用绕线转子适用绕线转子第3页/共79页第四页，共80页。改变电动机的电压时，改变电动机的电压时，n1、sm不变，不变，T、Tm均与均与U1的平方的平方(pngfng)成正成正比变化，机械特性为比变化，机械特性为1.改变
4、(gibin)定子电压调速6.5.1 改变改变(gibin)转差率转差率调速调速特点：在调速过程中均产生大量的转差功率，并消耗在转子电路上，使转子发热。常用的改变转差率调速方法有：改变定子电压调速、转子回路串电阻调速、电磁转差离合器调速及串级调速。除串级调速外，调速的经济性都较差。U1n s下 页上 页返 回第4页/共79页第五页，共80页。拖动风机泵类负载：转矩随转速降低而减小的负载。A点为固有机械特性上的运行点，B和C点为降低电压后的运行点。特点：调速范围较大；ns j2 j1 cosj1，又因T=CTmI2cosj2，T不变时，j2cosj2I2。存在(cnzi)低速时功率因数低(cos
5、j1低)，电流大(I2大)的问题，应用不普遍。不适用(shyng)恒功率负载。拖动恒转矩负载：A点为固有机械特性上的运行点，B和C点为降低电压后的运行点。特点：调速方法比较简单；电压进一步降低，最大转矩减小很快，即使负载特性与机械特性有交 点，负载能力严重下降，若负载稍有波动，电机就会停转；对于(duy)转子电阻为正常值如一般的鼠笼式异步电动机，调速范围很窄，实 用价值不高。可以采取增加转子电阻如采用高转差率或绕线转子电动机和引入速度闭环加以改善。如何使电动机有较宽如何使电动机有较宽的调速范围？的调速范围？下 页上 页返 回第5页/共79页第六页，共80页。n高转差率电动机或在绕线型异步电动机
6、转子串固定(gdng)电阻高转差率电动机，如高转差率鼠笼电机、实心转子电机、双层转子电机等。调速范围增宽，但降压后特性变软。高速运行时，由于转差率较普通电机的大，运行效率要低些。低速运行时过载能力差，运行的稳定性差常不能满足生产工艺的要求(yoqi)；且由于降低了供电电压，为保持恒转矩负载，需要更大的电流，除降低效率外，还应注意过热的问题。为了提高调压调速机械特性的硬度为了提高调压调速机械特性的硬度(yngd)，采用速度闭环控制系统，采用速度闭环控制系统下 页上 页返 回第6页/共79页第七页，共80页。当电动机运行于图所示的A点时，这时的负载转矩为TL，系统处于平衡状态。当负载转矩变为TL时
7、，若没有(mi yu)转速反馈(称开环)，电动机电压不变，转速应由A点沿同一条机械特性降为C点稳定运行。n调压调速的闭环控制原理(yunl)下 页上 页返 回第7页/共79页第八页，共80页。闭环系统分析闭环系统分析闭环系统分析闭环系统分析 测速发电机测速发电机TG TG 测得电动机转速测得电动机转速(zhun s)(zhun s)，测速发电机的，测速发电机的u un n，当，当nu nu，将，将u u与给定电压与给定电压u*u*比较得比较得uu，将，将uu作为放大器输入端，经放大后的输出为触发器的发作为放大器输入端，经放大后的输出为触发器的发出信号，使触发器发出一定相位的脉冲，晶闸管调压出信
8、号，使触发器发出一定相位的脉冲，晶闸管调压器就输出一定值的电压，器就输出一定值的电压，调节给定电压调节给定电压u*u*的大小，的大小，就可得到不同输出电压值，就可得到不同输出电压值，从而达到调速的目的。从而达到调速的目的。下 页上 页返 回第8页/共79页第九页，共80页。系统系统系统系统(xt(xt ng)ng)的自动调的自动调的自动调的自动调节作用节作用节作用节作用 设给定电压设给定电压(diny)(diny)为为u*u*，负载为，负载为TLTL，定子电压，定子电压(diny)(diny)为为U1U1，系统，系统工作在特性工作在特性A A点。当负载增大为点。当负载增大为TLnuuUkTLn
9、uuUk角减小角减小 U1=U1T U1=U1T过渡到特性的过渡到特性的B B点上。点上。电动机转速下降为电动机转速下降为nBnB；速度闭环的本质是；速度闭环的本质是根据负载的变化，动态调整电源电压根据负载的变化，动态调整电源电压(diny)(diny)大小，大小，从而提高了电机特性的硬度。通过系统从而提高了电机特性的硬度。通过系统的调节作用，只要给定电压的调节作用，只要给定电压(diny)u*(diny)u*保持保持不变，系统就可以使电动机的转速不变，系统就可以使电动机的转速也基本保持不变。也基本保持不变。下 页上 页返 回u=u*-u第9页/共79页第十页，共80页。在不同在不同在不同在不
10、同(b tn)(b tn)的给定电压的给定电压的给定电压的给定电压u*u*下，可以得到下，可以得到下，可以得到下，可以得到一族基本一族基本一族基本一族基本平行的闭环控制系统的机械平行的闭环控制系统的机械平行的闭环控制系统的机械平行的闭环控制系统的机械特性，如图曲线特性，如图曲线特性，如图曲线特性，如图曲线1 1、2 2、3 3 所所所所示，如果连续地改变示，如果连续地改变示，如果连续地改变示，如果连续地改变u*u*，则可使系统平滑调速。则可使系统平滑调速。则可使系统平滑调速。则可使系统平滑调速。下 页上 页返 回第10页/共79页第十一页，共80页。调速性能调速性能调速性能调速性能(xngnn
11、g)(xngnng)调压调速闭环系统的调速方法最适用于风机类型的调压调速闭环系统的调速方法最适用于风机类型的负载负载(因这种调速方法因这种调速方法T T1/s1/s，而风机类负载，而风机类负载TLTL1/s)1/s)。调压调速适用于绕线异步电动机调压调速适用于绕线异步电动机(转子可串转子可串入电阻入电阻)，而对鼠笼电动机只能短时间欠载运行，而对鼠笼电动机只能短时间欠载运行(因因转子不能串入电阻转子不能串入电阻)；调速过程中，尤其在低速运行；调速过程中，尤其在低速运行损耗损耗(snho)(snho)大，转子串入电阻可减轻电机内部发热，而鼠大，转子串入电阻可减轻电机内部发热，而鼠笼型机只能短时运行
12、。笼型机只能短时运行。下 页上 页返 回第11页/共79页第十二页，共80页。在绕线式异步电动机的转子(zhun z)回路串入对称电阻，理想空载转速n1不变，最大转矩Tm不变，临界转差率正比于转子(zhun z)总电阻，r2sm。假设转子(zhun z)绕组本身电阻为r2，串入不同电阻时，其机械特性如图所示。当拖动恒转矩负载，且为额定负载转矩TN，电动机的转差率发生明显变化。显然，所串电阻越大，转速越低。2.转子回路(hul)串电阻调速n调速原理调速原理(yunl)调速过程：串电阻瞬间调速过程：串电阻瞬间下 页上 页返 回第12页/共79页第十三页，共80页。n n调速的性能与特点调速的性能与
13、特点调速的性能与特点调速的性能与特点n n调速范围调速范围调速范围调速范围n n这种调整方法对应的最高转速不这种调整方法对应的最高转速不这种调整方法对应的最高转速不这种调整方法对应的最高转速不n n超过理想空载转速；空载时转速超过理想空载转速；空载时转速超过理想空载转速；空载时转速超过理想空载转速；空载时转速n n变化不大，只适用于有载调速；变化不大，只适用于有载调速；变化不大，只适用于有载调速；变化不大，只适用于有载调速；n n低速运行时机械特性太软，静差低速运行时机械特性太软，静差低速运行时机械特性太软，静差低速运行时机械特性太软，静差n n度大，因而限制了调速范围。度大，因而限制了调速范
14、围。度大，因而限制了调速范围。度大，因而限制了调速范围。n n平滑性平滑性平滑性平滑性n n由于转子回路电流由于转子回路电流由于转子回路电流由于转子回路电流(dinli)(dinli)(dinli)(dinli)很大，很大，很大，很大，使电阻使电阻使电阻使电阻n n的体积笨重，抽头不易，所以调的体积笨重，抽头不易，所以调的体积笨重，抽头不易，所以调的体积笨重，抽头不易，所以调n n速的平滑性也不好速的平滑性也不好速的平滑性也不好速的平滑性也不好,基本上属有基本上属有基本上属有基本上属有n n级调速。级调速。级调速。级调速。n n经济性经济性经济性经济性n n 这种方法简单、容易实现，初这种方法
15、简单、容易实现，初这种方法简单、容易实现，初这种方法简单、容易实现，初n n期投资较少。但低速运行时损耗期投资较少。但低速运行时损耗期投资较少。但低速运行时损耗期投资较少。但低速运行时损耗n n大，效率低。大，效率低。大，效率低。大，效率低。下 页上 页返 回h h(1-s)PM/PM=1-s=n/n1 n第13页/共79页第十四页，共80页。n调速方式调速方式(fngsh)对于(duy)异步电动机而言，当电源电压仍为额定电压时，气隙磁通基本保持不变，如果调速前转子电流为额定值，希望调速后仍为额定值，则有：R是转子是转子(zhun z)回路所串联的电阻回路所串联的电阻必然有：已知电磁转矩为:如
16、果保持调速前后转子电流不变，电磁转矩也不变。因此，如果保持调速前后转子电流不变，电磁转矩也不变。因此，转子回路串电阻调速适用于恒转矩的系统，属于恒转矩调转子回路串电阻调速适用于恒转矩的系统，属于恒转矩调速方式。转子串电阻调速方法适用于对调速性能要求不高速方式。转子串电阻调速方法适用于对调速性能要求不高的生产机械如起重机械类恒转矩负载。的生产机械如起重机械类恒转矩负载。下 页上 页返 回第14页/共79页第十五页，共80页。n n调速时的损耗调速时的损耗调速时的损耗调速时的损耗(s(s nho)nho)电磁电磁电磁电磁(dinc)(dinc)功率：功率：功率：功率：PM=m1I2 r2/s=PM
17、=m1I2 r2/s=常数常数常数常数铜损耗：铜损耗：铜损耗：铜损耗：pCu2=m1I2 2r2=s PM pCu2=m1I2 2r2=s PM全机械功率：全机械功率：全机械功率：全机械功率：Pm=m1I2 2 r2(1-s)/s=(1-s)PMPm=m1I2 2 r2(1-s)/s=(1-s)PM 如当如当如当如当s=0.5s=0.5时，时，时，时，n=0.5n1n=0.5n1，此时：，此时：，此时：，此时：PM=Pm+pCu2 PM=Pm+pCu2，Pm=0.5 PMPm=0.5 PM，pCu2=0.5 PMpCu2=0.5 PM，电机效率很低，电机效率很低，电机效率很低，电机效率很低，r
18、2/s=r2/s=常数常数常数常数只改变了只改变了只改变了只改变了PmPm与与与与pCu2pCu2间的分配。间的分配。间的分配。间的分配。当当当当 RspCu2Pm RspCu2Pm ，说明转速降，说明转速降，说明转速降，说明转速降低是靠增大转子铜损减小总机械功率低是靠增大转子铜损减小总机械功率低是靠增大转子铜损减小总机械功率低是靠增大转子铜损减小总机械功率 Pm Pm得来的，故不得来的，故不得来的，故不得来的，故不经济。经济。经济。经济。下 页上 页返 回n转子转子(zhun z)回路功率因数回路功率因数第15页/共79页第十六页，共80页。n n调速电阻调速电阻调速电阻调速电阻(dinz)
19、(dinz)(dinz)(dinz)的计算的计算的计算的计算 同一同一(tngy)T(tngy)T值下有：值下有：下 页上 页返 回由已知的转速由已知的转速(zhun s)n(或转差率或转差率s)可求出可求出R。第16页/共79页第十七页，共80页。例：一台绕线转子异步电动机，转子每相电阻例：一台绕线转子异步电动机，转子每相电阻(dinz)为为0.16，在额定负载时，转子电流为，在额定负载时，转子电流为50A，转速为，转速为1440r/min，效率为效率为85%。现保持负载转矩不变，将转速降低到。现保持负载转矩不变，将转速降低到1050r/min，试求：，试求：转子每相应串入电阻转子每相应串入
20、电阻(dinz)值。值。此时电动机的电磁功率。此时电动机的电磁功率。电动机原来的输出功率和降速后的输出功率（忽略电动机原来的输出功率和降速后的输出功率（忽略pm+ps）。）。降速后的效率。降速后的效率。解解：转子转子(zhun z)每相应串入电阻值每相应串入电阻值 下 页上 页返 回第17页/共79页第十八页，共80页。此时此时(c sh)电动机的电电动机的电磁功率磁功率因调速前后的稳定运行时额定转矩不变，所以(suy)电磁功率不变，转子电流不变，且绕线转子电动机m1=m2=3，则电磁功率 W=30kW 电动机原来电动机原来(yunli)的输出功率和降速后的输出功率（忽的输出功率和降速后的输出
21、功率（忽略略pm+ps）因忽略pm+ps，所以P2Pm，则原来的输出功率PNPm=（1-sN）PM=(1-0.04)30kW=28.8kW降速后的输出功率P2Pm=（1-s）PM=(1-0.3)30kW=21kW降速后的效率降速后的效率下 页上 页返 回第18页/共79页第十九页，共80页。3.3.电磁电磁电磁电磁(dinc)(dinc)转差离合器调速（滑差电转差离合器调速（滑差电转差离合器调速（滑差电转差离合器调速（滑差电机调速）机调速）机调速）机调速）n n电磁转差离合器的组成电磁转差离合器的组成电磁转差离合器的组成电磁转差离合器的组成n n由三部分由三部分由三部分由三部分(b fen)(
22、b fen)(b fen)(b fen)组成：组成：组成：组成：n n1)1)1)1)笼型异步电动机：拖动电枢旋转。笼型异步电动机：拖动电枢旋转。笼型异步电动机：拖动电枢旋转。笼型异步电动机：拖动电枢旋转。n n2)2)2)2)电磁转差离合器：电枢，磁极，滑环等。电磁转差离合器：电枢，磁极，滑环等。电磁转差离合器：电枢，磁极，滑环等。电磁转差离合器：电枢，磁极，滑环等。n n3)3)3)3)可控硅整流电源：将交流电变为直流，提供直流可控硅整流电源：将交流电变为直流，提供直流可控硅整流电源：将交流电变为直流，提供直流可控硅整流电源：将交流电变为直流，提供直流n n励磁电流。励磁电流。励磁电流。励
23、磁电流。下 页上 页返 回第19页/共79页第二十页，共80页。n n结构结构结构结构(jigu)(jigu)下 页上 页返 回电磁转差离合器的结构形式有多种，无论哪种，都由电枢和磁极组成电磁转差离合器的结构形式有多种，无论哪种，都由电枢和磁极组成(磁极包括铁心和励磁绕组磁极包括铁心和励磁绕组)。这两部分之间没有机械上的联系，二者。这两部分之间没有机械上的联系，二者中有气隙，与异步电动机定、转子间的气隙相似，电枢和磁极都能自中有气隙，与异步电动机定、转子间的气隙相似，电枢和磁极都能自由旋转。电枢由异步电动机拖动旋转，因为异步电动机固有特性的直由旋转。电枢由异步电动机拖动旋转，因为异步电动机固有
24、特性的直线段特性较硬，可认为其转速不变，异步机为原动力，这部分称为主线段特性较硬，可认为其转速不变，异步机为原动力，这部分称为主动部分。此轴主动轴。可控硅整流电源通过电磁转差离合器上滑环，动部分。此轴主动轴。可控硅整流电源通过电磁转差离合器上滑环，给励磁绕组供电给励磁绕组供电(n din)(n din)。磁极通过联轴节与负载相联，称为从动部分。此。磁极通过联轴节与负载相联，称为从动部分。此轴轴叫从动轴。叫从动轴。第20页/共79页第二十一页，共80页。当磁极上通过直流励磁电流时，产生固定的磁极。异步电动机拖当磁极上通过直流励磁电流时，产生固定的磁极。异步电动机拖动电枢旋转，电枢就切割磁力线，而
25、产生涡流。如果将电枢看作不动，相动电枢旋转，电枢就切割磁力线，而产生涡流。如果将电枢看作不动，相当于固定的磁极在空间转动，可见它和异步电动机的旋转磁场当于固定的磁极在空间转动，可见它和异步电动机的旋转磁场(xun zhun c(xun zhun c chn)chn)作用相当。作用相当。电枢作为载流导体，处在磁场中，受到电磁力作用而产生转矩。电枢作为载流导体，处在磁场中，受到电磁力作用而产生转矩。下 页上 页返 回n n工作工作工作工作(gngzu)(gngzu)原理原理原理原理 电枢由整块铸钢制成，为圆筒形钢体。电枢相当于无穷多根导体组成的鼠笼转子，选择其一根分析受力情况。设异步机以n1的转速
26、拖动电枢逆时针旋转，切割磁场产生感应电势、电流，按右手定则，判断为，再以左手定则判断出对电枢产生顺时针方向的转矩T企图迫使电枢反转，但电枢的转向是由异步电动机的转向所决定的，因此，这个转矩就成为主动轴的阻转矩。而它的反作用(zuyng)转矩作用(zuyng)在磁极上，推动磁极逆时针方向旋转，将原动机(异步机)的机械功率传到负载上，其转速为n2，方向与n1同向，磁极带动负载一起旋转。从动轴转动后切割速度变为n=n1-n2 而磁极的转速n2又一定小于电枢转速n1，工作原理与异步机相似。第21页/共79页第二十二页，共80页。n n名称名称名称名称(mngch(mngchng)ng)电磁转差离合器名
27、称的由来：由于从动轴和负载相连，电磁转差离合器名称的由来：由于从动轴和负载相连，电磁转差离合器名称的由来：由于从动轴和负载相连，电磁转差离合器名称的由来：由于从动轴和负载相连，要向负载输出机械功率，由前面分析可知，只有要向负载输出机械功率，由前面分析可知，只有要向负载输出机械功率，由前面分析可知，只有要向负载输出机械功率，由前面分析可知，只有n0n0时，时，时，时，也就是说两轴间有转速差存在时，才有转矩产生，才能也就是说两轴间有转速差存在时，才有转矩产生，才能也就是说两轴间有转速差存在时，才有转矩产生，才能也就是说两轴间有转速差存在时，才有转矩产生，才能(cinng)(cinng)把主把主把主
28、把主动轴的功率传送给从动轴，故有转差二字。又因直流励磁电动轴的功率传送给从动轴，故有转差二字。又因直流励磁电动轴的功率传送给从动轴，故有转差二字。又因直流励磁电动轴的功率传送给从动轴，故有转差二字。又因直流励磁电流为零时，没有磁场，磁极不会转动，相当于把生产机械和流为零时，没有磁场，磁极不会转动，相当于把生产机械和流为零时，没有磁场，磁极不会转动，相当于把生产机械和流为零时，没有磁场，磁极不会转动，相当于把生产机械和电枢分开，一旦加上励磁电流，磁极立即转动，相当于把生电枢分开，一旦加上励磁电流，磁极立即转动，相当于把生电枢分开，一旦加上励磁电流，磁极立即转动，相当于把生电枢分开，一旦加上励磁电
29、流，磁极立即转动，相当于把生产机械和电枢产机械和电枢产机械和电枢产机械和电枢“合上合上合上合上”，作用和机械离合器一样。因此叫转，作用和机械离合器一样。因此叫转，作用和机械离合器一样。因此叫转，作用和机械离合器一样。因此叫转差差差差离合器。因异步机和生产机械之间不是通过机械直接连接，离合器。因异步机和生产机械之间不是通过机械直接连接，离合器。因异步机和生产机械之间不是通过机械直接连接，离合器。因异步机和生产机械之间不是通过机械直接连接，而是通过电磁作用互相联系起来，所以全名叫而是通过电磁作用互相联系起来，所以全名叫而是通过电磁作用互相联系起来，所以全名叫而是通过电磁作用互相联系起来，所以全名叫
30、“电磁转差电磁转差电磁转差电磁转差离离离离合器合器合器合器”，简称离合器。，简称离合器。，简称离合器。，简称离合器。下 页上 页返 回因为它的作用原理与异步机的相似，而且经常与异步机本因为它的作用原理与异步机的相似，而且经常与异步机本来配套成一体。小容量的装置中二者就装在一个机壳内，同来配套成一体。小容量的装置中二者就装在一个机壳内，同时转差也叫滑差，所以又常把电磁时转差也叫滑差，所以又常把电磁(dinc)(dinc)转差离合器和拖转差离合器和拖动它的异动它的异步电动机一起称为滑差电机，这种调速方法叫滑差电机调速。步电动机一起称为滑差电机，这种调速方法叫滑差电机调速。第22页/共79页第二十三
31、页，共80页。n n机械机械机械机械(jxi)(jxi)特特特特性性性性下 页上 页返 回 滑差电机调速系统的机械滑差电机调速系统的机械特性，就是电磁转差离合器本特性，就是电磁转差离合器本身的机械特性。即从动轴上的身的机械特性。即从动轴上的转矩与转速之间的关系。转矩与转速之间的关系。即即n2=f(T)n2=f(T)，由于它的工作原理，由于它的工作原理与异步电动机相似与异步电动机相似(xin s)(xin s)，所，所以机械以机械特性也和异步机相似特性也和异步机相似(xin s)(xin s)。离合器离合器的电枢相当于异步机的转子，的电枢相当于异步机的转子，用铸钢制成，由于它的电阻用铸钢制成，由
32、于它的电阻较大，所以机械特性和异步机较大，所以机械特性和异步机转子具有较大电阻时的机械特转子具有较大电阻时的机械特性相似性相似(xin s)(xin s)，特性比较软。，特性比较软。第23页/共79页第二十四页，共80页。n n分析分析分析分析(fnx)(fnx)当当n2=0n2=0时，切割磁场的转速最高，产生的转矩时，切割磁场的转速最高，产生的转矩MM最大，最大，磁极转动后，磁极转动后，n2nn2n直到直到n2=n1n=0T=0n2=n1n=0T=0。它的理想空载转速就是异步电动机的转速它的理想空载转速就是异步电动机的转速n1n1。改变励磁电流的大小，就改变了磁场的强弱。这实质改变励磁电流的
33、大小，就改变了磁场的强弱。这实质上和异步电动机改变定子电压的作用相同上和异步电动机改变定子电压的作用相同(xin tn)(xin tn)。所以改变励磁电。所以改变励磁电流大小，得到的机械特性相当于异步电动机改变定子电压的流大小，得到的机械特性相当于异步电动机改变定子电压的人为特性。用可控硅供电电源给直流励磁，通过连续改变可人为特性。用可控硅供电电源给直流励磁，通过连续改变可控硅控制角，可以得到很多条人为特性。控硅控制角，可以得到很多条人为特性。下 页上 页返 回 如果励磁电流太小，磁场太弱，产生的转矩太小，从动(cngdng)轴转动不起来，就会失控。所以有失控区。另外，在一定的磁场下，负载过大
34、，从动(cngdng)轴转速太低，也会形成从动(cngdng)部分跟不上主动部分，所以运行速度不能太低。第24页/共79页第二十五页，共80页。n n带反馈带反馈带反馈带反馈(f(f nku)nku)调速调速调速调速系统系统系统系统下 页上 页返 回第25页/共79页第二十六页，共80页。n n应用应用应用应用(yngy(yngyng)ng)滑差电机调速既不是恒转矩调速也不是恒功率调速。滑差电机调速既不是恒转矩调速也不是恒功率调速。滑差电机调速既不是恒转矩调速也不是恒功率调速。滑差电机调速既不是恒转矩调速也不是恒功率调速。优点：结构简单，运行可靠，能平滑优点：结构简单，运行可靠，能平滑优点：结
35、构简单，运行可靠，能平滑优点：结构简单，运行可靠，能平滑(pnghu)(pnghu)调速。调速。调速。调速。缺点：特性软缺点：特性软缺点：特性软缺点：特性软,低速时损耗大，电枢易发热变形。低速时损耗大，电枢易发热变形。低速时损耗大，电枢易发热变形。低速时损耗大，电枢易发热变形。应用：适合于风机及泵类负载如纺织、印染、造纸等工业应用：适合于风机及泵类负载如纺织、印染、造纸等工业应用：适合于风机及泵类负载如纺织、印染、造纸等工业应用：适合于风机及泵类负载如纺织、印染、造纸等工业部门的一般设备上。部门的一般设备上。部门的一般设备上。部门的一般设备上。下 页上 页返 回第26页/共79页第二十七页，共
36、80页。4.4.串级调速串级调速串级调速串级调速 串级调速的基本原理串级调速的基本原理串级调速的基本原理串级调速的基本原理 转子串入电阻调速时，调速瞬间：转子串入电阻调速时，调速瞬间：转子串入电阻调速时，调速瞬间：转子串入电阻调速时，调速瞬间：n n 来不及变化，当来不及变化，当来不及变化，当来不及变化，当r2I2Tnsr2I2TnspCu2(pCu2=sPM)pCu2(pCu2=sPM)转差功率转差功率转差功率转差功率sPMsPM消耗消耗消耗消耗(xioho)(xioho)在电阻上在电阻上在电阻上在电阻上浪费浪费浪费浪费。下 页上 页返 回能否找出一种方法，既将消耗在电阻上的功率利用能否找出
37、一种方法，既将消耗在电阻上的功率利用(lyng)起来，又能提高调速性能呢起来，又能提高调速性能呢?串级调速就是在串级调速就是在这种思想指导下，设计出来的。附加电势这种思想指导下，设计出来的。附加电势Ef与与I2反相位，反相位，提供提供Ef 的装置吸收电功率。若能够将吸收的电功率利的装置吸收电功率。若能够将吸收的电功率利用用(lyng)起来，就解决了转子串电阻调速耗能大的问起来，就解决了转子串电阻调速耗能大的问题。题。第27页/共79页第二十八页，共80页。分析分析分析分析(fnx)(fnx)下 页上 页返 回如果将电阻如果将电阻R换成电势换成电势(dinsh)Ef，且使，且使Ef与与sE2同频
38、率相位相同频率相位相反，则转子内串入电势反，则转子内串入电势(dinsh)Ef的等值电路如图的等值电路如图(b)。转子转子(zhun z)电流：电流：串入串入Ef瞬间，瞬间，n来不及变化来不及变化I2TnsI2T=TL 可见，串入可见，串入Ef后同样能达到调速的目的。后同样能达到调速的目的。第28页/共79页第二十九页，共80页。Ef Ef与与sE2sE2相位相反相位相反(xingfn)(xingfn)，即为反电势，说明提，即为反电势，说明提供供EfEf的的装置是吸收电功率的。如能将这部分功率加以利装置是吸收电功率的。如能将这部分功率加以利用，电机的效率即可提高。当然用，电机的效率即可提高。当
39、然EfEf也可以与也可以与sE2sE2相相位位相同，则相同，则nn1nn1。转子电势。转子电势sE2sE2的大小变化，频率也的大小变化，频率也变变化。化。f2=sf1 f2=sf1，Ef Ef的频率要随的频率要随f2f2变化是很困难的，所变化是很困难的，所以先将转子电势以先将转子电势E2sE2s变成直流，之后引入直流电势变成直流，之后引入直流电势Ef Ef 方向与方向与E2sE2s相反相反(xingfn)(xingfn)，这就是串级调速。串级，这就是串级调速。串级调速可分调速可分为：机械回馈式和电气回馈式。为：机械回馈式和电气回馈式。下 页上 页返 回第29页/共79页第三十页，共80页。电机
40、电机电机电机(dinj)(dinj)(dinj)(dinj)回馈式串级调速系统回馈式串级调速系统回馈式串级调速系统回馈式串级调速系统(机械回馈式串级调机械回馈式串级调机械回馈式串级调机械回馈式串级调速速速速)异步电动机异步电动机YMYM与与ZMZM直流电动机同轴，共同拖动负载。直流电动机同轴，共同拖动负载。YMYM的转子电势经整流后作为的转子电势经整流后作为(zuwi)ZM(zuwi)ZM的电枢电源，的电枢电源，ZMZM的电枢电动的电枢电动势作为势作为(zuwi)YM(zuwi)YM转子回路的附加直流电动势转子回路的附加直流电动势EfEf，通过改变，通过改变ZMZM的励的励磁电流磁电流If I
41、f的大小而改变的大小而改变ZMZM的的EfEf，即，即达到调速目的。达到调速目的。下 页上 页返 回n串级调速的实现串级调速的实现(shxin)第30页/共79页第三十一页，共80页。If=0 If=0，Ea=0 Ea=0，直流电势，直流电势Ef Ef 由直流电动机由直流电动机(dngj)(dngj)供给。供给。YM YM 运行在固有机械特性上，运行在固有机械特性上，n n 最高，最高，s s 最小。最小。当当If0If0时，时，Ea 0 Ea 0，转子引入附加电势，转子引入附加电势，IfEaEfI2T ns IfEaEfI2T ns I2T=TLI2T=TL，达到调速目的。达到调速目的。下
42、页上 页返 回l调速原理调速原理(yunl)第31页/共79页第三十二页，共80页。l l功率功率功率功率(gngl(gngl)关系关系关系关系 异步机异步机YMYM的电磁功率为的电磁功率为PMPM，其中，其中(1-s)PM(1-s)PM直接输送直接输送(sh sn)(sh sn)给给机械负载；而机械负载；而sPMsPM进入转子，进入转子，ZM ZM 输入功率为输入功率为sPM-pCu2sPM-pCu2，ZMZM输出功率为输出功率为sPM-pCu2-pZMsPM-pCu2-pZM，如果忽略损耗，则，如果忽略损耗，则pCu20pCu20，pZM pZM 00。ZMZM的输入为的输入为sPMsPM
43、，输出也为，输出也为sPMsPM，所以机械负载得到，所以机械负载得到的功率为的功率为sPM+(1-s)PM=PMsPM+(1-s)PM=PM，电机的效率大大提高。，电机的效率大大提高。可见，不论可见，不论s s多大，转速多大，转速n n的高低，负载上得到的功率总的高低，负载上得到的功率总是是PMPM，这样转差功率，这样转差功率sPMsPM得到利用，而没有浪费掉。这种得到利用，而没有浪费掉。这种电机回馈式串级调速系统，只适用于大功率，低调速范围电机回馈式串级调速系统，只适用于大功率，低调速范围DD（2323）的场合。（因）的场合。（因D D 大大ss大大sPMsPM大大ZM ZM 容量大容量大不
44、适合，还不如直接用直流机调速）不适合，还不如直接用直流机调速）下 页上 页返 回第32页/共79页第三十三页，共80页。电气回馈电气回馈电气回馈电气回馈(hu ku)(hu ku)(hu ku)(hu ku)式串级调式串级调式串级调式串级调速系统速系统速系统速系统 以前采用电气回馈以前采用电气回馈(hu ku)(hu ku)式串级调速系统，它与机械回式串级调速系统，它与机械回馈馈(hu ku)(hu ku)式串级式串级调速系统区别在于：调速系统区别在于：ZMZM不与不与 YM YM 同轴，而是拖动一台异步发同轴，而是拖动一台异步发电机电机YF YF。由它发出三相交流电，把转差率。由它发出三相交
45、流电，把转差率sPMsPM回馈回馈(hu ku)(hu ku)给给电网，电网，这种串级调速已不采用，而采用可控硅逆变器的电气串级调速这种串级调速已不采用，而采用可控硅逆变器的电气串级调速(SCR(SCR串级调速串级调速)，直流电势，直流电势EfEf由由SCRSCR逆变电源供给逆变电源供给(U)(U)，转子，转子整流电压为整流电压为UdUd。下 页上 页返 回第33页/共79页第三十四页，共80页。低同步低同步低同步低同步(tngb)(tngb)可控硅串级调速系可控硅串级调速系可控硅串级调速系可控硅串级调速系统统统统下 页上 页返 回第34页/共79页第三十五页，共80页。l l分析分析分析分析
46、(fnx)(fnx)当当UdEfUdEfUdEf，Id0Id0，T0T0，电机，电机输出功率；当输出功率；当Ud=EfUd=Ef，Id=0Id=0，T=0T=0，称理想空载，称理想空载(kn(kn zi),n=n1zi),n=n1，s=s0s=s0Ud=2.34s0E2=2.34U1cos=Ef Ud=2.34s0E2=2.34U1cos=Ef，其中，其中E2E2相电势；相电势；U1U1相电压；相电压；逆变角；逆变角；s0 s0 与理想空载与理想空载(kn zi)(kn zi)转速对转速对应的转差应的转差率；率；则：则：s0=U1cos/E2s0=U1cos/E2；n0 n0 串级调速时的理想
47、空载串级调速时的理想空载(kn zi)(kn zi)转转速，速，n0=n1(1-s0)n0=n1(1-s0)；n1n1异步机的同步转速。异步机的同步转速。改变逆变角改变逆变角 Ef Ef变化变化s0s0变化变化n0n0变化变化nn变化，变化，但但n1n1不变。不变。下 页上 页返 回第35页/共79页第三十六页，共80页。异步机串级调速时的机械异步机串级调速时的机械异步机串级调速时的机械异步机串级调速时的机械(jxi)(jxi)特性特性特性特性 无论采用无论采用(ciyng)(ciyng)哪种串级调速哪种串级调速方方法，对法，对YM YM 来说，其来说，其机械特性形状都是一样机械特性形状都是一
48、样的，即都是在转子内引的，即都是在转子内引入一个附加电势，改变入一个附加电势，改变附加电势的大小，可以附加电势的大小，可以改变改变s s的大小，达到调的大小，达到调速的目的。速的目的。下 页上 页返 回第36页/共79页第三十七页，共80页。l l特性特性特性特性(txng)(txng)分析分析分析分析 已知：已知：已知：已知：如果如果如果如果Ef=sE2Ef=sE2，则，则，则，则I2=0I2=0，T=0 T=0，称为理想空载状态。，称为理想空载状态。，称为理想空载状态。，称为理想空载状态。令此时的转差为令此时的转差为令此时的转差为令此时的转差为s0s0，则有，则有，则有，则有s0=Ef/E
49、2 s0=Ef/E2。改变。改变。改变。改变Ef s0Ef s0变化；变化；变化；变化；EfEf越大越大越大越大s0s0越大越大越大越大特性向下移动，且特性硬度减小；特性向下移动，且特性硬度减小；特性向下移动，且特性硬度减小；特性向下移动，且特性硬度减小；EfsmEfsm特性越软。特性越软。特性越软。特性越软。Ef Ef越大，调速作用越明越大，调速作用越明越大，调速作用越明越大，调速作用越明显。显。显。显。EfEf与与与与sE2sE2反相时，电机转速反相时，电机转速反相时，电机转速反相时，电机转速(zhun s)(zhun s)向低于向低于向低于向低于n1n1方向调方向调方向调方向调节，称节，
50、称节，称节，称低速同步调速；当低速同步调速；当低速同步调速；当低速同步调速；当EfEf相位与相位与相位与相位与sE2sE2同相时，电机转速同相时，电机转速同相时，电机转速同相时，电机转速(zhun(zhun s)s)向高向高向高向高于于于于n1n1的方向调节，称超同步串级调速。的方向调节，称超同步串级调速。的方向调节，称超同步串级调速。的方向调节，称超同步串级调速。下 页上 页返 回第37页/共79页第三十八页，共80页。特点特点特点特点(tdi(tdi n)n)优点：效率高，特性硬，调速范围优点：效率高，特性硬，调速范围优点：效率高，特性硬，调速范围优点：效率高，特性硬，调速范围(fnwi)