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1、交流电机变频调速及其交流电机变频调速及其应用异步电动机变压变应用异步电动机变压变频调速理论基础频调速理论基础本本 章章 提提 要要1.1 异步电动机运行原理异步电动机运行原理1.2 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性1.3 变频调速的基本控制方式变频调速的基本控制方式1.4 负载转矩特性及其与调速方负载转矩特性及其与调速方式的配合式的配合21.2 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性注意：注意：（1）设设计计电电动动机机时时通通常常把把额额定定转转矩矩Ten确确定定为为 左左右右,定义最大转矩定义最大转矩Temax与额定转矩与额定转矩Ten之比为之比为M称为过载倍数。称为过载倍数。n
2、sTeTq0Temaxsman001bTL图1-7异步电动机固有机械特性61.2 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性（2 2）异步电动机的工作区域，一般只能在）异步电动机的工作区域，一般只能在 范范围内，在该范围内转矩可以近似看成和转差率成正比，围内，在该范围内转矩可以近似看成和转差率成正比，故称为机械特性的线性段，大于故称为机械特性的线性段，大于sm部分则为机械特性部分则为机械特性的非线性段。的非线性段。nsTeTq0Temaxsman001bTL图1-7异步电动机固有机械特性（3）在机械特性曲线上，转速在机械特性曲线上，转速为零时所对应的起始转矩为为零时所对应的起始转矩为Tq，且，且
3、s=1，此点对应着电机刚开，此点对应着电机刚开始启动的状态，此时启动电流始启动的状态，此时启动电流很大，可达电机额定电流的很大，可达电机额定电流的47倍，但启动转矩却不大。倍，但启动转矩却不大。7 二、调压时的人为机械特性二、调压时的人为机械特性 异步电动机调压调速方式广泛应用于启动时限制异步电动机调压调速方式广泛应用于启动时限制启动电流和一些调速精度要求不高的场合，目前调压启动电流和一些调速精度要求不高的场合，目前调压调速方式在家用风扇、电动工具等小容量系统中仍然调速方式在家用风扇、电动工具等小容量系统中仍然普遍应用。普遍应用。当当电源频率电源频率 1、转速或、转速或转差率s一定时，电磁转矩
4、与定子电压的平方成正比，这说明不同的定子电压，可以得到不同的人为机械特性，如图1-8。1.2 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性8调压时的机械特性TeOnn0TemaxsmTL UsN0.7UsNABCFDE0.5UsN风机类负载特性风机类负载特性恒转矩负载特性恒转矩负载特性Tst 图图1-8 异步电动机在异步电动机在不同电压下的机械特性不同电压下的机械特性特点：(1)n0不变(2)Te(包括Tst)正 比于u1的平方(3)Sm不变9 带恒转矩负载带恒转矩负载TL时，可时，可得不同的稳定转速，如图得不同的稳定转速，如图2-1中的中的A，B，C点。由于普通点。由于普通异步电动机工作段转差率
5、异步电动机工作段转差率S很小，因此对恒转矩负载来很小，因此对恒转矩负载来说，调速范围很小。但是，说，调速范围很小。但是，对风机泵类机械，由于其负对风机泵类机械，由于其负载特性为载特性为TL=kna(a1)，采用，采用调压调速则可得到较大的调调压调速则可得到较大的调速范围，如图速范围，如图2-1中的中的D，E，F点。点。1.2 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性TeOnn0TemaxsmTL UsN0.7UsNABCFDE0.5UsN风机类负载特性风机类负载特性恒转矩负载特性恒转矩负载特性Tst 图图1-8 异步电动机在异步电动机在不同电压下的机械特性不同电压下的机械特性10交流调压调速的
6、基本结论1）恒转矩负载降压调速在恒转矩条件下，转子电流随转速的降低而增大由公式(1-17)可得：当Te=TL 时，有Us n 额定恒转矩条件下，降压则过载！例如冰箱、空调等。U I 电动机为非线性负载，不能简单套用欧姆定律。因此，降压调速的方法仅适用于负载较轻或因此，降压调速的方法仅适用于负载较轻或调速范围较小的情况。调速范围较小的情况。11显然，带恒转矩负载时的变压调速范围增大了，堵转工作也不致烧坏电机，这种电机又称作交流力矩电机。为了能在恒转矩负载下扩大调速范围，并使电机能在较低转速下运行而不致过热，就要求电机转子有较高的电阻值，这样的电机在变电压时的机械特性绘于图1-10。UsN0.7U
7、sNABCTL0.5UsN恒转矩负载特性n0Te0s,n10图1-10 高转子电阻电动机（交流力矩电动机）在不同电压下的机械特性 交流力矩电机的机械特性122）调压调速更适合于风机泵类负载转子电流随转速的下降不明显上升，有时还会下降（调速范围比较宽）由公式(1-17)可得：稳态运行时：U1 n s 必有最大值)1(rRss-r2202)1()1(rLRssIsknknTT-=2rprRsTe3nfI=p交流调压调速的基本结论13交流调压调速的基本结论解上式，得解上式，得s1/3。当当s1/31/3时，转子和定子电流将时，转子和定子电流将随速度的降低而降低。随速度的降低而降低。s0Ir1Ir=f
8、(s)图图1-11 风机泵类负载时转子电流变化曲线风机泵类负载时转子电流变化曲线调（降）压调速更适用调（降）压调速更适用于风机泵类负载。于风机泵类负载。14异步电动机变压调速 变压调速是一种典型的转差功率消耗型调变压调速是一种典型的转差功率消耗型调速系统。速系统。转差功率消耗型转差功率消耗型异步电动机降压调速异步电动机降压调速转子回路串电阻调速转子回路串电阻调速电磁转差离合器调速电磁转差离合器调速15 所谓的所谓的调压调速调压调速，就是通过改变定子外加就是通过改变定子外加电压来改变其机械特性的函数关系，从而达到电压来改变其机械特性的函数关系，从而达到改变电动机在一定输出转矩下转速的目的。改变电
9、动机在一定输出转矩下转速的目的。那么，怎样实现调压调速呢？那么，怎样实现调压调速呢？16Y形接法0负载abca)uaubuciaUa0VT1VT3VT5VT4VT6VT2RRR17形接法负载b)abcuaubucia18 交流变压调速系统可控电源M3TVC利用晶闸管交流调压器变压调速TVC双向晶闸管交流调压器 利用晶闸管交流调压器变压调速利用晶闸管交流调压器变压调速 19 控制方式控制方式1 1）相位控制）相位控制ut特点：能实现无级调速，对电网有污染，功率因数低202）周波控制（开关控制）特点：无污染，功率因数高；不能实现无级调速TonToff机械时间常数Tm1:10 控制方式控制方式21如
10、Tm1s,则TonToff0nn0s0T e图1-12 定子回路串接对称电抗或电阻时机械特性31（二）定子回路串电抗或电阻时的机械特性（二）定子回路串电抗或电阻时的机械特性异异步步电电动动机机定定子子回回路路串串电电阻阻启启动动/调调速速的的缺缺点点是是，在在电电阻阻上上功功率率损损耗耗较较大大，如如果果启启动动频频繁繁，则则电电阻阻的的温温升升很很高高，对对于于精精密密的的生生产产机机械械有有一一定定影影响响。功功率率较较大大或或高高压压笼笼型型转转子子异异步步电电动动机机启启动动时时，可可以以用用定定子子串串联联电电抗抗的的方方法法限限制制启启动动电电流流，以以免免因因串串联联电电阻阻而而
11、产产生生较较大大的的能能量量损损耗耗。例例如如，我我们们日日常常生生活活中中的的调调速速电电风风扇扇有有相相当一部分就是采用定子串联电抗的方法实现调速的。当一部分就是采用定子串联电抗的方法实现调速的。32（三）绕线转子异步电动机转子串电阻时（三）绕线转子异步电动机转子串电阻时的机械特性的机械特性 异步电动机转子串电阻时的机械特性异步电动机转子串电阻时的机械特性曲线如图曲线如图1-13所示。由图中可以看出，所示。由图中可以看出，转子电阻为转子电阻为R时，起动转矩为时，起动转矩为Tq，转，转子电阻增加到子电阻增加到R1时，起动转矩增加至时，起动转矩增加至Tq1，转子电阻增加到，转子电阻增加到R2时
12、，起动转时，起动转矩增加至矩增加至Tq2，如果再增加转子电阻，如果再增加转子电阻至至R3时，启动转矩却减小至时，启动转矩却减小至Tq3。异。异步电动机转子串电阻调速时，同步转步电动机转子串电阻调速时，同步转速速n0不变，而临界转差率与转子电阻不变，而临界转差率与转子电阻Ri成正比，即转子串接电阻越大，则成正比，即转子串接电阻越大，则临界转差率越大，机械特性越软。临界转差率越大，机械特性越软。图1-13 绕线式电动机转子串电阻机械特性TTq20n0nn1n2n3RR1R2R3TqTq1Tq333（三）绕线转子异步电动机转子串电阻时（三）绕线转子异步电动机转子串电阻时的机械特性的机械特性绕线转子异
13、步电动机转子串电阻调速的优点是设备和绕线转子异步电动机转子串电阻调速的优点是设备和线路简单，投资不高，启动转矩大。线路简单，投资不高，启动转矩大。但这种调速方法属于转差功率消耗型，即调速过程中但这种调速方法属于转差功率消耗型，即调速过程中增加的转差功率全部被转化成热能消耗，因此这种调增加的转差功率全部被转化成热能消耗，因此这种调速系统的效率随调速范围的增大而降低，机械特性较速系统的效率随调速范围的增大而降低，机械特性较软，因而稳定性差，调速范围受到一定的限制。软，因而稳定性差，调速范围受到一定的限制。34（三）绕线转子异步电动机转子串电阻时（三）绕线转子异步电动机转子串电阻时的机械特性的机械特
14、性目前，这种调速方式仍较多地应用目前，这种调速方式仍较多地应用于塔吊、行车吊钩、卷扬机等位能于塔吊、行车吊钩、卷扬机等位能性恒转矩负载的调速，或用于罗茨性恒转矩负载的调速，或用于罗茨风机、空气压缩机等恒转矩负载的风机、空气压缩机等恒转矩负载的起动过程。起动过程。随着高性能高效率变频调速技术的随着高性能高效率变频调速技术的广泛应用，恒转矩重负载的启动和广泛应用，恒转矩重负载的启动和调速问题都得到了很好的解决，绕调速问题都得到了很好的解决，绕线型电机转子串电阻调速方式正在线型电机转子串电阻调速方式正在快速地让位于变频调速方式快速地让位于变频调速方式。35作业题为什么说交流调压调速更适合于风机泵类负载？交流调压调速有哪些特点？36结束结束