华北电力大学电机学87讲异步电机(8)三相异步电动机的调速

第十九章三相异步电动机的调速第三篇异步电机1.掌握各种调速方法的基本原理2.理解各种调速方法的特点3.了解各种调速方法的应用本章基本要求三相异步电动机的调速概述变极调速变频调速不改变同步转速的调速方法主要内容三相异步电动机的调速19.1概述调速的必要性：工艺、效率、质量、节能环保等的要求异步电动机•优点：结构简单、制造容易、坚固耐用、价格便宜、运行可靠、维护方便、运行效率高、转动惯量小、动态响应快、使用环境和结构发展不受限制•缺点：不易实现性能高、简单可靠、操作方便、价格低廉、范围宽、连续平滑的调速三相异步电动机的调速19.1概述直流电动机•优点：易实现性能高、操作方便、范围宽、连续平滑的调速•缺点：存在机械换向器和电刷，结构复杂、成本高、可靠性低、转动惯量大、寿命短、维护麻烦、使用环境和结构发展受限，难以向高转速、高电压、大容量方向发展小结直流电动机以复杂的机械结构换取了简单的电量形式和控制方法；异步电动机以复杂的电量形式和控制方法换取了简单坚固的机械结构三相异步电动机的调速19.1概述发展趋势随着电力电子技术的进步和计算机控制技术的发展以及现代控制理论的应用，使异步电动机调速系统在调速性能、可靠性及成本等方面与直流电动机相媲美，逐渐取代直流调速系统转速表达式三相异步电动机的调速pfsnsn11601111nnns19.1概述调速方法三相异步电动机的调速1）改变同步转速n1改变极对数：变极调速（笼型）改变电源频率：变频调速（改变转差率）2）不改变同步转速n1改变电源电压：调压调速转子串电阻调速（绕线式）转子串附加电动势调速：串级调速•机械调速：通过改变齿轮比进行调速•电气调速：通过改变电机的电气量和参数进行调速19.2变极调速基本原理三相异步电动机的调速倍极比调速：变速比为2:l非倍极比调速：变速比不为2:l，如：3:2，4:31160fnpp变1n变n变分类定子绕组形式一套绕组：改变接法两套绕组：不同极对数，改变接法（体积增大，用料增多，成本增高）19.2变极调速适用范围三相异步电动机的调速笼型：转子极对数能自动地随着定子极对数的改变而改变一、变极原理•极数决定于定子绕组的联接方式，改变其联接，可变极•A1X1和A2X2顺向串联形成四极磁场；•A1X1和A2X2反向串联或反向并联，A2X2反向，形成两极磁场A1X1A2X2A1X1A2X2A1X1A2X219.2变极调速三相异步电动机的调速一、变极原理19.2变极调速三相异步电动机的调速二、倍极比电机的转向在由少极对数变为倍极对数时，相序发生了改变；为了使两种极对数时转子有同样的转向。变极时应把接至电源的B、C两相对调19.2变极调速三相异步电动机的调速特点：转速几乎成倍变化,为有级调速，平滑性较差；但方法简单，具有较硬的机械特性,稳定性好,可用于恒功率和恒转矩负载应用：车、铣、镗、磨、钻床、风机和水泵等19.3变频调速三相异步电动机的调速基本原理1160fnp1f变1n变n变基本要求•主磁通：主磁通Φm保持不变。若主磁通大于正常运行时的主磁通，则磁路过饱和而使励磁电流增大，功率因数降低；若主磁通小于正常运行时的主磁通，则电机转矩下降，得不到充分利用。改变频率的同时，必须调节电压，根据不同负载要求，配以不同的U1/f1协调控制方式11114.44wmUwkf常值19.3变频调速三相异步电动机的调速基本要求•过载能力：维持不变22221111111max22111112max121()44(2)81()kkkmNNmpUmpUmpUUTkfxffLfLfTUkkTfTpppp====＝＝1111NNTUfUfT19.3变频调速三相异步电动机的调速电压与频率的关系•恒转矩调速：此条件下变频调速，电机的主磁通和过载能力不变。•恒功率调速：此条件下变频调速，电机的过载能力不变，但主磁通发生变化。相反，主磁通不变（U1／f1为定值），过载能力发生变化。1111UUff常值11111111UfffUfff11MNNPTT常值1111NNTfTf19.3变频调速三相异步电动机的调速特点•优点：调速范围大；转速稳定性好；频率可以连续调节，为无级调速，平滑性好，变频时电压按不同规律变化可实现恒转矩调速或恒功率调速，以适应不同负载的要求。这是异步电机调速发展的方向•缺点：控制装置价格较贵19.4不改变同步转速的调速方法三相异步电动机的调速一、改变电源电压调速基本原理：当外加电压改变时，如果转差率不变，电机的电磁转矩将随外加电压的平方而变化，机械特性随外加电压的改变而变化MTms0sNTNU1s2s1230.8NU0.6NUMTms0sNU1s2s1230.8NU0.6NULT3s19.4不改变同步转速的调速方法三相异步电动机的调速一、改变电源电压调速1）对恒转矩负载，调速范围窄；电压不能过低，否则可能停转。不宜采用2）对风机、泵类负载，调速范围较大；当转差率大于临界转差率时，仍能稳定运行，但要注意电动机过电流的问题。特点：三相异步电动机的调速二、转子串电阻调速基本原理转子回路串入电阻后，改变了机械特性22111M1222111212[()()]rmpUsTrfrCxCxs22112M2222111222[()()]ttrrmpUsTrrfrCxCxs0sMT2r122rr0T2Tabcd1s2s三相异步电动机的调速222M1M22121(1)ttrrrsTTrrsss分析:恒转矩时，定、转子电流、输入功率、气隙磁场和电磁功率都不会发生改变，即与转子回路串入电阻大小无关。但由于调速电阻的增加，损耗增加，效率降低，不经济。由于比较简单，在中、小容量的绕线转子异步电动机中常用，例如桥式起重机1I1U2r2jx2I1jx1rmrmjxmI21srsab19.4不改变同步转速的调速方法三相异步电动机的调速二、转子串电阻调速特点：1）只适用于三相绕线型异步电动机2）调速范围不大，负载小时，调速范围就更小3）效率很低，在恒转矩调速时，转子回路所串电阻越大，转速越低，效率也更低4）调速的平滑性较差，为有级调速19.4不改变同步转速的调速方法三相异步电动机的调速三、转子串附加电动势调速（串级调速）基本原理：在绕线转子电动机的转子回路串接一个与转子电动势同频率的附加电动势。通过改变附加电动势的幅值和相位，可实现调速。这里只分析相位相同或相反两种情况。通过调节转子回路的电动势或电流的大小，从而达到改变转矩和转速的目的。2s2222222222s=()ffssEEEEIrxrsx19.4不改变同步转速的调速方法三相异步电动机的调速三、转子串附加电动势调速（串级调速）基本原理：P1PdIMsP(1)MsP变压器整流器逆变器电抗器～2sEfE2r2sjx2I19.4不改变同步转速的调速方法三相异步电动机的调速三、转子串附加电动势调速（串级调速）串入相位相反的附加电动势；转子电动势整流成为直流。转子经整流器输出的功率通过逆变器和变压器回馈给电网。改变逆变器的触发角，可改变逆变器两端电压，也就是改变了附加电动势的大小，从而实现调速的目。当附加电动势增加时，转速下降，当附加电动势为零时，电动机转速最高，电动机的转速只能在同步速以下变化。基本原理：19.4不改变同步转速的调速方法三相异步电动机的调速三、转子串附加电动势调速（串级调速）1）转子吸收的功率，可以回馈一部分给电网，效率高于串电阻调速2）设备费用较高，线路较复杂3）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。如不可逆轧钢机、矿井提升机等特点：例题三相异步电动机的调速0例题三相异步电动机的调速