异步电动机调速.pptx

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1、异步电动机的调速方法：异步机变极调速鼠笼电动机变转差率 s 调速调压调速滑差电机调速(电磁离合器调速)转子串电阻调速转子串电势调速变频调速变频机组交直交变频交交变频第1页/共43页第一节第一节 变极调速变极调速 变极调速要采用专用变速电机，其转子为鼠笼式。根据：当f1一定时，ns1/p，改变极对数p，可变ns。变极原理：电机定子每相绕组由二部分组成，每一部分称为半相绕组，改变其中一个半相绕组的电流方向，电机产生的磁极对数即可改变。第2页/共43页 现改变接线，如果二个半相绕组的电流方向相同，则2 2p p=4=4；让一个半相绕组电流反向，则2 2p p=2=2，极对数可减半。第3页/共43页变

2、极接线方式：改变一个半相绕组的接线方式很多。如下：第4页/共43页1）YYY 变换(单星形变双星形)三相绕组的每相定子绕组有中心抽头。在Y接法中，将绕组1、2、3 端接电源，二个半相绕组电流相同，设此时极对数为2p，同步转速为ns。第5页/共43页 在YY接法中，将1 1、2 2、3 3 端都于0 0点相联，4 4、5 5、6 6端接电源，然后B B、C C二相接电源对调，每相二个半相绕组并联，其中一个半相绕组电流反相，这时，极对数为p p，同步转速为2 2ns，属恒转矩调速。第6页/共43页2 2）YY变换(三角形变双星形)在接线中，端点1 1、2 2、3 3接电源，4 4、5 5、6 6空

3、着，二个半相绕组中电流方向相同，设此时极对数为2 2p p，同步转速为ns s。第7页/共43页 在YY接线中，1 1、2 2、3 3端点连在一起，4 4、5 5、6 6端点接电源，其中一个半相绕组电流反向，这时极对数为p p，同步转速为2 2ns，属恒功率调速(近似)。第8页/共43页3 3）容许输出功率和转矩 输出功率：P2=P1=3U1I1cos式中：为电动机的效率；P1为电动机的输入功率；U1为电动机输定子相电压；I1为电动机定子相电流；cos为电动机定子的功率因数。现假设变极前后，和cos保持不变，则P2U1I1。已知 T=Pem/1，1=2f1/p，则T=Pem p/2f1 。设P

4、em=P1 1(忽略定子损耗)，T=3U1I1cos p/2f1 所以有：T U1I1 p第9页/共43页分析：为使电机得到充分利用，在变极前后均使电动机绕组内流过额定电流，即保持半相绕组电流为I I1N1N不变。Y接时：每相电压为U1,每相电流为I I1N1N，极对数p p=2=2，故TYU1 I1N2；YY接时：相电压为U1，每相电流为2 2I1N，极对数 p=1，故TYYU12I1N1。有TY=TYY，属恒转矩调速。又因P=T,PYY=2PY，则输出功率不等。第10页/共43页分析：接时，相电压等于线电压为U U1 1，相电流为I I1N 1N,极对数p p=2=2。可见，从-YY变换的

5、变极调速为非恒转矩调速亦非恒功率调速，但比较接近于恒功率调速方式，故可认为是近似恒功率调速，允许输出转矩将减少近一半。第11页/共43页4 4）应用及注意问题1 1、应用：a.a.变极调速适用变速电机其转子为鼠笼式。b.b.适用于有级调速的场合：Y-YY用于恒转矩生产机械 ，如起重运输等生产机械；-YY用于恒功率生产机械，如各种机床的粗加工和精加工。除以上两种变极方法外，还可以利用一套定子绕组改变成三种甚至四种极数的电动机，如2 2、4 4、8 8极及4 4、6 6、8 8、1212极等。这种变极调速的电动机称为多速电动机，已较普遍地用于生产机械上。第12页/共43页2 2、注意问题：改变定子

6、接线方式时，必须将三相绕组中任意两相的出线端交换一下，否则电机将反转。3 3、优点：变极调速的优点：设备简单，运行可靠，机械特性较硬，可以有恒转矩调速方式和恒功率调速方式。缺点：转速只能成倍增长，为有级调速。第13页/共43页应用举例：为了改善变极调速电动机的调速平滑性，可以综合应用变极调速与降压调速，即变极降压调速。粗调用变极法，细调用降压法。此法可以使降压调速不运行在转差率低的情况下。变极降压调速既扩大了调速范围，提高调速平滑性，又减小低速损耗。4 4、6 6、1010级三速如图所示。第14页/共43页第二节第二节 变频调速变频调速 已知：ns=60f1/p，当f1改变，ns和n都将改变。

7、1.1.变频与调压的配合(变频调速的控制方式)：当f1而U不变时，Xm Im mI0I1引起电动机过热。而Imcos1mpFe造成电动机带载能力下降。为了克服上述缺点，在工频（50Hz50Hz）以下调速时，采用恒磁通调压调速。即:第15页/共43页分析：当 f1时，再继续保持U1/f1=常数比较困难，因为f150Hz时，U U1N不允许，这样只能保持U不变。f1 Xm Im mT，而f1n，P=T属恒功率调速。所以工频以上采用恒压调速。第16页/共43页特性曲线：Dnns0TmnT 三相异步电动机 变频调速的机械特性fNf2f1f1f2f3f4f5f2f1fNf1f2f3f4f5第17页/共4

8、3页变频调速的特点：1)1)在基频以下变频调速时，应进行定子电压与频率的配合控制，保持E1/f1为常数的配合。控制时为恒磁通变频调速。保持U1/f1为常数配合控制时为近似恒磁通变频调速。前者属于恒转矩调速方式，后者属于近似恒转矩调速方式。在基频以上调速时，保持U1=U1N不变，随 f1升高，m m下降，属于近似恒功率调速方式。2)2)机械特性基本平行，属硬特性，调速范围宽，转速稳定性好。3)3)运行时s小，转差功率损耗小，效率高。4)4)可以连续调节，能实现无级调速。优点：具有良好的调速性能。缺点：需一套变频电源，成本较高。应用：冶金，化工，机械制造业，采矿等。第18页/共43页 第三节第三节

9、 调节转差能耗调速调节转差能耗调速一、转子串电阻调速1.1.串电阻后的机械特性：转子串电阻后，nS不变，R2sm，Tm不变，在同一T下，sR2+R，则转子串入不同值的电阻后，可得到不同的转速，机械特性如图。R2+R3R2+R2R2+R1sm2sm10 1n s nSsmR2T第19页/共43页2.2.调速时的损耗：转子铜耗：pCu2=sPe机械功率：Pmech=(1-s)Pe 如果忽略机械损耗，=P2/(P2+pCu2)=1-s。可看出转子串联电阻后，s增大，电机效率降低。当RspCu2Pmech，说明转速降低是靠增大转子铜耗，减小机械功率 得来的，故运行不经济。调速过程：串电阻瞬间的物理过程

10、第20页/共43页3.3.调速电阻的计算：同一T 值下有：由已知的转速 n(或转差率s)可求出R R。4.4.调速特点：属于有级调速，设备简单，只适用于有载调速，空载时转速变化不大。低速时特性软，损耗大，效率下降，属于恒转矩调速。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，如起重机械类负载，对通风机负载也可采用。第21页/共43页二、改变定子电压调速 由所学的知识可知，当U1变化时，sm不变，nS不变，TU12，TmU12，Tst U12，U1ns。机械特性如图所示，可见对于恒转矩负载，调速范围很小，实用价值不高。对于通风机负载，有良好的调速特性。-风机类负载特性nsns0Tz1Tz

11、2Asm0 1TTm0.64Tm0.25Tm0.5UN0.8UNUNTz1-恒转矩负载特性、Tz2第22页/共43页调速性能：调压调速通常只适用于通风机类型的负载 。调压调速在其它场合也可使用绕线异步电动机(转子可串入电阻)，并采用闭环控制系统，其特性曲线如图所示。调速过程中，尤其在低速运行损耗大，适用于中小容量的交流电动机。第23页/共43页三、滑差电动机 滑差电动机又称电磁调速异步电动机。它由笼型异步电动机、电磁滑差离合器和控制装置三部分组成：M33N NS SnTn1Tff磁极电枢(b(b）工作原理电磁转差离合器可控整流生产机械(a(a）结构示意第24页/共43页1 1、电磁滑差离合器的

12、调速原理 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。第25页/共43页 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，我们选择其一根分析受力情况。设异步机以n1 1的转速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

13、矩。而它的反作用转矩作用在磁极上，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26页/共43页电磁滑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n00时，也就是说两轴间有转速差存在时，才能产生转矩，把主动轴的功率传送给从动轴，故有滑差二字。又因直流励磁电流为零时，没有磁场，电动机旋转时磁极不会转动，相当于把生产机械和电动机分开。一旦加上励磁电流，即产生磁场，磁极立即转动，相当于把生

14、产机械和电动机“合上”，作用与机械离合器一样。因此叫滑差离合器。因异步机和生产机械之间不是通过机械直接连接，而是通过电磁作用互相联系起来，所以全名叫“电磁滑差离合器”。第27页/共43页特性曲线：第28页/共43页分析：由于电磁离合器的电枢用铸钢制成，它的电阻较大，所以特性比较软。当n2=0=0时，切割磁场的转速最高，产生的转矩T也最大。磁极转动后，n2n直到n2=n1n=0T=0。它的理想空载转速就是异步电动机的转速n1。改变励磁电流的大小，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。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人为特性。如果励磁电流

15、太小，磁场太弱，产生的转矩太小，从动轴转动不起来，就会失控。所以有失控区。第29页/共43页结构 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)。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，电枢和磁极都能自由旋转。第30页/共43页四、串级调速1.1.串级调速的基本原理 转子串入电阻调速时，转差功率sPem消耗在电阻上，下降，造成浪费。如果将电阻R换成电势Ef，且使Ef与sE2频率相同、相位相反。转子电流：串入Ef瞬间，n来不及变化I2Tns I2T=Tz，电动机稳定运行。可见，串入Ef后n下降，称为低同步。达到调速了的

16、目的。第31页/共43页2.2.串级调速的机械特性 第32页/共43页分析：Ef与sE2相位相反，即为反电势，说明提供Ef的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Ef也可以与sE2相位相同，则n n1，称为高同步。转子电势sE2的大小变化，频率也变化。f2=sf1，Ef的频率要随f2变化是很困难的，所以先将转子电势E2s变成直流，之后引入直流电势Ef 方向与E2s相反，这就是串级调速。串级调速可分为：机械回馈式和电气回馈式。第33页/共43页机械回馈式串级调速系统(电机回馈式串级调速)异步电动机YD与ZD直流电动机同轴，共同拖动负载。YD的转子电势经整流后与ZD

17、的电枢相并联，通过改变ZD的励磁电流I IL L的大小而改变ZD的Ed，即：达到调速目的。第34页/共43页低同步可控硅串级调速系统：第35页/共43页4.异步机串级调速时的机械特性 无论采用哪种串级调速方法，对YD 来说，其机械特性形状都是一样的，即都是在转子内引入一个附加电势，改变附加电势的大小，可以改变s的大小，达到调速的目的。第36页/共43页特点优点：效率高，特性硬，调速范围较宽，无级调速。缺点：系统总功率因数较低，设备体积大，成本高。适用：水泵，风机等节能调速等。第37页/共43页现代交流调速系统组成第38页/共43页1.转差功率消耗型调速系统 全部转差功率转换成热能的形式而消耗掉

18、。晶闸管调压调速属于这一类。在异步电动机调速系统中，这类系统的效率最低，是以增加转差功率为代价来换取转速的降低。但是由于这类系统结构最简单，所以对于要求不高的小容量场合还有一定的应用。第39页/共43页2.转差功率回馈型调速系统 转差功率一小部分消耗掉，大部分则通过变流装置回馈给电网。转速越低，回馈的功率越多。绕线式异步电动机串级调速属于这一类。显然这类调速系统效率较高。第40页/共43页3.转差功率不变型调速系统 转差功率中转子铜耗部分的消耗是不可避免的，但在这类系统中，无论转速高低，转差功率的消耗基本不变，因此效率很高。变频调速属于此类。目前在交流调速系统中，变频调速应用最多、最广泛，可以构成高动态性能的交流调速系统，取代直流调速。变频调速技术及其装置仍是2121世纪的主流技术与主流产品。第41页/共43页现代交流调速系统今后发展趋势发展趋势：1.以取代直流调速系统为目标的高性能交流调速系统的进一步研究与开发。2.新型拓扑结构功率变换器的研究与开发。3.PWM模式的改进和优化。4.中压变频装置（我国称为高压变频装置）的研究与技术开发。第42页/共43页谢谢您的观看！第43页/共43页