三相交流电动机的调速

第10章三相交流电动机的调速绪论：随着电力电子技术和计算机技术的飞速发展，交流调速日趋完善，大有取代直流调速的趋势。主要体现在：1、凡是能用直流调速的场合，都能改用交流调速；2、直流调速达不到的，如大容量、高转速、高电压及环境恶劣场合，能用交流调速；3、原来不调速的，如风机、泵类负载，采用交流调速后，可大幅度节能。交流电机分同步电机和异步电机。同步电机其转速和旋转磁场转速相同，靠改变电源频率调速。（由同步电机、变频器、磁极位置检测器组成的自控式同步电机，改变定子电压即可调速，类似直流电机调速）异步电动机的调速方法异步电动机的转速1、改变旋转磁场转速：电源的频率f、电机的极对数p；2、改变转差率s：改变电压U；在转子外加电阻。3、双馈调速、串级调速--改变理想空载转速的调速方法；4、利用转差离合器调速还有齿轮减速等spfsnn160)1(11复习:三相异步电动机的机械特性转矩的三种表达式：2'212'21'221123：)1(xxsrrsrUfpT由参数表达式kkmssssTT2)3(实用公式：2'2cos:(2)ICTmT由物理表达式11nnn改变转差率调速基本原理改变转差率调速具体方法10.1笼型异步电机的降压调速负载转矩T保持不变：当外施电压U1下降为额定值的x倍时，s增加原有值的1/x2倍。如：当U1从UN降低至0.8UN时，转差率便由原来的s1=ab，增加至s2＝ac，s2应为s1的1/0.82＝1.56倍。2'212'21'221123xxsrrsrUfpT负载性质为变转矩时：异步电动机转子电阻大，有较软机械特性，稳定运行区域较宽。如果带风机、泵类机械，其负载转矩与转速平方成正比，即T＝kn2，采用调压调速可以获得较大的调速范围，取得明显的节能效果。带恒转矩负载时，调速范围很小。不适宜采用调压调速方法。降压调速特点：,电压降低，最大转矩下降较多；临界转差率和电压无关；方法简单；不属于恒转矩性质调速；低速下效率低应用范围：长期高速，短时低速。21UTm在转子回路中接入变阻器调速：线绕转子异步电机转子回路中接入变阻器可以改变异步电动机的机械特性。串级调速：线绕转子异步电动机转子回路中接入附加电势实现调速。10.2绕线式异步电动机转子回路串电阻调速1.在转子回路中接入变阻器调速NLTT机械特性变软部分功率消耗在转子串联的电阻上，效率降低。设带动恒转矩负载，且等于额定负载。即CXSRSRXSRRSRRNNSS22222222222//cos为使容量得到充分利用，保持I2不变22222222222XSREIXSRREINNSCSRSRRNS22故又串电阻调速的特点：由物理转矩特性分析，它是恒转矩调速。损耗大，效率低。机械特性变软,稳定性变差.2'2cosICTmT例10-12.串级调速（串电阻的改进方法）当转子回路串入与转子电势sE2频率相同而相位相同或相反的附加电势Ef后，转子电流I2.2222222xsrEsEIf异步电动机双馈调速系统的组成M~P1PmsPMMPs)1(MsP10.3鼠笼式电机变极调速定子绕组需有特殊的绕法，使绕组的极对数能随外部接线的改变而改变。属于分级调速，具有两种不同转速的电动机称为双速电动机。（转子为鼠笼式）变极电机定子绕组的绕制有两种方法：①双绕组变极：定子上有两套极对数不同相互独立的绕组，每次运行只用其中一套。绕组设计较方便，但材料利用率较差，很少使用。②单绕组变极：一套定子绕组，通过不同接法构成不同极对数。变极电动机为鼠笼式转子，它可以随着定子极对数的改变而自动改变极对数。spfsnn160)1(111.变极调速原理半相绕组电流改向极对数减小一半转速提高一倍2.极对数减半，同步转速加倍，转速也接近加倍变极前后的气隙磁密、转矩和功率关系气隙磁密成正比额定转矩近似与变极前后气隙功率变极前后气隙磁密：'''''1''1111''1':ppBBTTPPkpNEkNpEBBNNNNNNNN2.变极调速接线方式（1）Y-YY变换（恒转矩调速）略略（2）△-YY变换（恒功率调速）略略10.4变频调速改变供电电源的频率，可以改变转子的转速，为无级调速变频调速时，通常希望电动机的主磁通m保持不变，因为增大m将引起磁路过分饱和，激磁电流大大增加，功率因数降低。如m太小，则电机容量得不到充分利用。在改变频率的同时，必须调节电压，可根据不同负载要求，配以不同的U1/f1协调控制方式。变频器常数恒功率调速常数恒转矩调速：111111:fUfEfU是恒磁通控制方式。常数，常数，则保持降低电源频率的同时，mfU11常数）基频以下调速（保持1110.4.1fU常数　　211'2121'2111211'2121112'212112111m182212212212fULLpmLLffpUmxxUfpmxxrrUfpmT额定频率称为基频。11111144.4dpkNfEU最大转矩最大转矩为常数，与频率无关，并且最大转矩对应的转速降相等，也就是不同频率的各条机械特性是近似平行的，硬度相同。0TnABCD1f1'f1''f1'''f1n1'n1''n1'''nTLTm1111'21'22'2121'2601fPfnfxxrxxrrsk常数最大转矩处的转速降1:nsnkm恒转矩调速方式。2'212112111m21xxrrUpmT实用时，保持U1/f1=常数，当减小f1时，(x1+x2’)随之减小，最大转矩减小。在f1接近fN时，r1(x1+x2’)，随着f1的减小，Tm减小得不多但当f1较低时，(x1+x2’)比较小，r1相对变大了，Tm就减小得多，在低频低速的机械特性变坏了。须加以补偿才能获得恒最大转矩的特性。0TnABCD1f1'f1''f1'''f1n1'n1''n1'''nTL保持U1/f1=常数，降低频率调速近似为恒转矩调速方式。常数）基频以上调速（保持1110.4.2fU1、理论中，调频前后，若保持功率不变，则常数常数，即1111fTTfTTP常数常数11'2112111'211211'212111211)(8)(221][21fULLfpUmfTxxfpUmxxrrpUmTmm属于恒功率调速形式2、实际中，升高频率向上调速时，升高电源电压不允许的，只能保持电压不变。1111'21'22'2121'2601fPfnfxxrxxrrsk21'211211'2121112111)(221][21fxxfpUmxxrrpUmTm频率越高，磁通越低，因此是一种弱磁升速的方法，类似他励直流电动机弱磁调速。最大转矩常数最大转矩处的转速降1:nsnkm正常运行时，若保持I1额定不变，s变化就很小，可近似认为PM是不变的。仍可属于恒功率调速形式。0Tn1f1'f1''f1'''f1n1'n1''n1'''nTmpfxxsrrfsrpUmTPM12'212'211'2211122srUmpfsrfpUmPM'22111'2121122保持UN不变升频调速的机械特性综上所述，三相异步电动机变频调速具有以下几个特点：⑴从基频向下调速，为恒转矩调速方式；从基频向上调速，近似为恒功率调速方式；⑵调速范围大；⑶机械特性较硬，静差率小，相对稳定性好；⑷运行时S较小，效率高；⑸频率可以连续调节，变频调速为无级调速。例10-210.5电磁转差离合器电枢可以是鼠笼式，也可以是整块铸钢（可看作鼠笼）励磁绕组通过直流电，当If=0时，负载“松开”不动。当If不为0时，有旋转磁场，在电枢上感应电流，产生电磁转矩。显然电枢和励磁绕组必须有相对运动，才有电磁力，类似异步电机If越大，咬合越紧密，电磁力越大，转速越高特性同异步电机降压调速。和异步电机做成一体，称滑差电机或电磁调速异步电机