电工学（下册）现代传动及其控制技术 第2版 课件 教学PPT 作者 吴建强 哈尔滨 第5章现代电气传动速度控制系统5.1电气传动速度控制系统的一般性共识5.2直流电动机速度控制系统5.3交流电动机速度控制系统异步电动机的速度公式:)1 (60)1(1n1spfsn?=?=异步电动机调速方法有异步机变极调速鼠笼电机变转差率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5.1电气传动速度控制系统的一般性共识 一、变极调速 1、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。 1、Y-YY变极调速低速倍极数Y接法，高速少极数YY接法变极调速YYNNYYNUYCOSIUCOSIPN?333=YYYYNNYYYYNUYYCOSIUCOSIPN?23233=低速Y接法时（2P）不考虑cos?和的变化时2=YYYPP这种接法极数减少一半，转速增加一倍，功率增加一倍，接近恒转矩调速，适宜带起重电葫芦、运输传送带等恒转矩负载。 1/55.9/55.9=YYYYYYYYYnPnPTT高速YY接法时（P）变极调速 2、?-YY变极调速变极调速?=PNcosI3UYYNYYYYNNYYYYNUYYCOSIUCOSIPN?32233=?=PPYY15.1577.023232/55.9/55.9=?nnnnnPnPTTYYYYYYYY当电机的极数(电机圆周的电角度数将发生改变)改变后，UVW三相的相序可能发生变化，所以在变极的同时应改变相序，才能保持电机的转向不变。 注意如P=1，U、V、W三相绕组轴线的空间位置依次为0、120、240电角度，而当改变电机的极数P=2时，则U、V、W三相绕组轴线的空间位置依次为0、240、480（相当于120）电角度，这说明变极后绕组的相序改变了。 二、变频调速变频调速改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁通势的同步转速，达到调速的目的。 额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向上调，也可以从基频向下调。 5.2直流电动机速度控制系统变频调速11N111144.4kNfEU=因此当变频调速时，f1下降，若电压U1不变，则使1增加，使磁路过度饱和，I0增大，导致功率因数降低、损耗增加、效率降低，从而使电机的负载能力变小。 1.从基频向下变频调速我们知道，忽略定子漏阻抗压降，三相异步电动机每相电压降低电源频率时，必须同时降低电源电压。 常数=1111fUfU这种方法是恒磁通控制方式变频调速变频调速时的机械特性常数）（）（1r2=+=211212114fUCxxfPUmTm常数）2（f1）2（f1=+=?+=+=PfLLrnsnfLLrxxsmmm11211122160212 （1）同步点111160fnpfn=，则 （2）临界点在不同频率时，不仅最大转矩保持不变，而且对应于最大转矩时的转速降也不变。 所以，变频调速时的机械特性基本上是互相平行的。 （3）起动点122131（322112221211（22112212211（22111f8222LLfrPUmLLffrPUmxxrrfrPUmTst+=+（+（+=）因此起动转矩随频率下降而增加。 另外如果频率较低时，最大转矩将变小。 ）2（1f）2（+121121211121144xxpUmxxrrfpUmTm+?+=变频调速基频向下变频调速变频调速变频调速可证明，恒磁通变频调速属于恒转矩调速方式。 因此，从基频向下变频调速时常数）（=1111fUfU 2、调速范围大。 1、机械特性硬，稳定性好。 3、由于频率可以连续调节，因此变频调速为无级调速，平滑性好。 4、运行时s小，效率较高。 2.从基频向上变频调速升高电源电压是不允许的，因此升高频率向上调速时，只能保持电压为U1不变，频率越高，磁通1越低，是一种降低磁通升速的方法，类似他励直流电动机弱磁升速情况。 保持U1不变升高频率时，电动机电磁转矩()?2+?+=21221122112xxsrrfsrpUmT变频调速2121112112112111244fLLf（fpUmxxf（pUmTm+=+=）()212221212xxrxxrrSm+r+=()121121f2LLf+=变频调速122131（322112212211（22111f82LLfrPUmxxrrfrPUmTst+（+=）()常数=?2+=?pfLLfrnsnmm11121602变频调速根据电磁转矩方程式画出升高电源频率的机械特性，其运行段近似平行，如图所示因此，频率越高时，最大转矩对应的转速降落为Tm、Tst、sm均减小，f1增大，U1不变，1减弱。 变频调速从基频向上，保持U1不变，f1增大，1减弱，变频调速时，变频调速的特点 1、从基频向下调时，为恒转矩调速方式；从基频向上调时，为近似恒功率调速方式。 2、调速范围大。 3、调速稳定性好。 4、频率可以连续调节，变频调速为无级调速。 此种调速方法调速性能较好，发展很快。 其主要环节是变频电源（常由整流器、逆变器等组成）价格较高。 变频调速 三、变转差调速 1、转子回路串电阻调速绕线式异步电动机的转子回路串入对称三相调节电阻RP，其机械特性曲线T=f(s)形状将发生变化。 最大转矩的位置随所串电阻的增大而下移。 串入电阻前后的两个稳态，电磁转矩不变，属于恒转矩调速方式，适宜带恒转矩负载调速。 调速前后负载不变，转子、定子电流都不变，输入功率P1不变，Pem=T?1不变,而总的机械功率P=T?随着转速下降而减小。 所减少的功率消耗在了调节电阻上，低速时转子回路的总铜耗SPem（转差功率）大。 若电动机驱动恒转矩负载，本来工作于a点，串入调节电阻后，转子电流减小，电磁转矩T也相应减小，使TTL，电动机减速，转差率S升高，转差电动势SE2增加，I2和T回升直至T=TL，电机以低于a点的速度在b点稳定运行。 由于ab点的电磁转矩相等，所以常数=+=sRrsrPN225.3交流电动机速度控制系统转子回路串电阻调速的特点 1、调速方法简单，初投资少； 2、调速的平滑性差，调速范围不大； 3、铜耗大，效率低，电机发热严重。 2、串级调速转子电路串电阻调速，能量消耗大，不经济。 转子电路的损耗为sPem称为转差功率。 为使调速时转差功率大部分能回收利用，可采用串级调速方法。 所谓串级调速，就是在绕线型异步电动机转子电路中串入一个与E2频率相同而相位相同或相反的附加电动势Ef，通过改变Ef的大小来实现调速。 我们知道，当普通异步电动机定子边加额定电压且带上机械负载时，转子电流sEI+为2I222222)(x sr=电机正常运行时，忽略转子漏电抗的影响222rEsI设电源电压大小与频率不变，负载转矩不变，串入Ef=222rEEsIf? （1）转子外接电势与转子电动势反相在这种情况下，由于转子回路合成电动势减小，使转子电流减小，于是电磁转矩随之减小，因负载转矩不变，转子便减速。 随着转速的降低，转子回路感应电动势增大，转子电流回升，电磁转矩T也开始回升，当电磁转矩与负载转矩相等时，电动机达到了新的平衡，以较以前低的转速稳定运行。 （2）转子外接电势与转子电动势同相在这种情况下，由于转子回路合成电动势增加，通过同样的分析可知，电动机将会达到新的平衡，以较以前高的转速稳定运行。 串级调速的实现要求加在电机转子绕组的电压频率与转子绕组感应电动势同频率。 如果把异步电机转子感应电动势变为直流电动势，同时把转子外加电压也变为直流量，这就是串级调速的基本思路。 如图所示图中的整流桥把异步电动机转子的转差电动势、电流变成直流，逆变器的作用是给电机转子回路提供直流电动势，同时给转子电流提供通路，并把转差功率（扣除转子绕组铜损耗）大部分反送回交流电源。 1、机械特性硬； 2、调节范围大； 3、平滑性好； 4、效率高。 3、滑差电机（电磁调速异步电动机）滑差电机由三部分组成普通笼型异步电动机、滑差离合器和励磁调节装置。 电磁滑差离合器又称为转差离合器，示意图如图所示，一般由主动与从动两个基本部分组成。 图中1为主动部分，由笼型异步电动机带动，以恒速旋转，为一铁磁性材料制成的圆筒，称为电枢；2为从动部分，称为磁极，套有励磁绕组3，绕组通过集电环通以直流励磁电流。 工作原理励磁绕组通以直流电流，建立磁场，异步电动机带动电枢旋转时，电枢切割磁场，产生感应电势，在此感应电动势作用下，电枢内出现涡流，电枢受到的电磁力的作用，磁极则受到与电枢同样大小、方向相反的电磁转矩作用，此转矩带动从动部分和负载机械沿电枢的转向旋转。 产生电磁转矩，电磁转差离合器的特点 1、设备简单、控制方便； 2、可平滑调速； 3、机械特性软，转速稳定性较差； 4、低速时，效率低。 适合于通风机和泵类负载。 原理:对于转子电阻大、机械特性曲线较软的鼠笼式异步电动机，如所加在定子绕组上的电压发生改变，则负载转矩TL对应于不同的电源电压U 1、U 2、U3，可获得不同的工作点，从而获得不同的转速。 4、改变定子电压调速降压调速的特点: 1、拖动恒转矩负载，调速范围窄，可选用高转差率的电动机；拖动通风机型负载，调速范围较宽。 2、缺点是低压时机械特性太软，转速变化大，效率低，电机发热严重。 可采用速度负反馈的作用提高电机特性的硬度。 思考题:三相绕线式异步电动机转子回路串接电抗能否调速？这时的机械特性有何变化？212xxrSm+）2（1f12114rxxpUmTm+=2212211（22112）（+）xxrrfPUmTst+=答当转子回路串接电抗时，sm、Tm、Tst均下降，因此转子回路串接电抗，转速的变化是很小的，不能达到调速的目的。 内容仅供参考