第十二章 三相异步电动机的调速l要求电动机具有几种转速l在一定范围内可以连续调速异步电动机在变频调速大量应用之前调速性能 较差，要求调速性能较高的生产机械不得不采 用直流电动机拖动。直流电动机有换向器的存在，使得它的应用也 存在一些缺陷。异步电动机没有换向器，所以不存在直流电动 机的缺点，只是因为调速性能不理想而不得不 采用直流电动机，因此如何提高异步电动机的 调速性能，就是我们追求的理想目标。Date1三相异步电动机的调速方法概述异步电动机转速的表达式（1）改变定子绕组的极对数p；（2）改变电源的频率f1,以改变ns进行调速，称为变频调速；（3）改变电动机的转差率； 改变定子绕组的端电压； 改变定子绕组的外加电阻或电抗； 转子回路加电阻或电抗； 转子回路引进fsf的外加电势。异步电动机调速的方法改变同步转速Date2第一节 变极调速由于一般异步电动机正常运行时的转差率很小，电动 机的转速n=ns(1-s)主要取决于同步转速。从ns=60f1/p可知， 在电源频率保持不变的情况下，改 变定子绕组的极对数p， 即可改变电动机的同步转速ns， 从而使电动机的转速n也随之改变，这就是变极调速的基 本原理。 1、变极原理Date3Date42、三相绕组的联结方式Date5Date63、变极前后转矩和功率的关系变极调速时，电动机的容许输出功率或转矩在变速前后的 关系。输出功率为 在高、低速运行时，电动机绕组内均流过额定电流，这样在两种联 结法下的转矩之比为当定子绕组从一个三角形联结改成二个星形联结的并联时，极对数 也减小一倍， 也增加一倍。两种联结法的功率比为Date7采用/YY改接方法，电动机的输出 功率在改接前后基本保持不变，属于 恒功率性质。根据转矩关系式可知， 采用/YY改接方法，当转速增加一 倍时，转矩则近似减小一半。其机械 特性如图所示。Y/YY变极调速属于恒转矩性质，其 机械特性如图所示。这种变极调速方 法适用于恒转矩负载的拖动系统，如 起重机、传输带等机械。Date8从以上分析可以看出，异步电动机的变极调速简 单可靠、成本低、效率高、机械特性硬，且既可适 用于恒转矩调速也可适用于恒功率调速，属于转差 功率不变型调速方法，但变极调速是有级调速，不 能实现均匀平滑的无级调速，且能实现的速度档也 不可能太多。此外，多速电动机的尺寸一般比同容 量的普通电动机稍大，运行性能也稍差一些，且接 线头较多，并需要专门的换接开关，但总体上，变 极调速还是一种比较经济的调速方法。4、变极调速的优缺点Date9第二节 变频调速当极对数一定时，三相异步电动机的同步转速与 定子电源的频率f1成正比，改变f1就可以改变同步转 速，进而达到调速的目的。如果电源频率可以连续调节，则电动机的转速就 可以连续、平滑调节。 通常把异步电动机定子的额定频率称为基频。变 频调速时，可以从基频向下调节，也可以向基频以上 调节。Date10一、基频以下调节的变频调速三相异步电动机定子每相电压U E，气隙磁通为：Date111、 保持E/f1=C保持E/f1=C变频调速时的机械特性方程式为：Date12机械特性分析当电动机拖动恒转矩负载时 ： 同时由于 ： 可见n仅由TL决定，与f1无关，因此保持E/f1=C变频调速 时，f1为不同值时各机械特性曲线是相互平行的。临界转差率和最 大转矩：Date13机械特性曲线变频调速具有优异的性能，它与 他励直流电动机降压调速相似。1）具有机械特性较硬，调速范围较 大，平滑性较高，低速时稳定好等优 点。2）同时由于频率可连续调节，所以 变频调速为无级调速，调速的平滑性 好，3）此外，电动机拖动负载在不同转 速下运行时，转差率较小，因此转子 铜耗小效率高。所以变频调速是异步电动机调速最有 发展前途的一种方法。 Date14调速方式基频以下调速时的转子电流：负载转矩不变时： 所以保持E/f1=C时属于恒转矩调速方式 Date152、 保持U/f1=C忽略保持U/f1=C变频调速时的机械特性方程式为：Date16Date17二、基频以上调节的变频调速当 f1fN 时，要保持m=C，定子电压需要高于额定值，这是不 允许的。因此保持 U1=UN ，这样 f1，m，相当于弱磁调速。Date18调速方式由于f1升高后m减小，因此保持定转子电流额定值不变，电磁转 矩将低于额定值。这时电动机的电磁功率为：运行时若U1=UN不变，同时不同频率下s变化不大，因此PM常数 ，所以可近似认为属于恒功率调速方式。Date19三、变频调速特点Date20四、变频调速的实现变频器Date21Date22第三节 能耗转差调速一、转子电路串联电阻调速 转子电路串联电阻的数值愈 大，人为机械特性愈软 。 Date23当转速降低（s 增高）时，效率下降，转子损耗功 率增高，故经济性不高。 转子损耗功率为 输出功率为 调速时转子电路的效率为 功率损耗Date24在额定电压时，磁通定值，调速时 调速方式恒转矩调速Date25转子串电阻调速特点l方法简单，调速范围广l调速电阻消耗能量，转速越低，效率越低l机械特性变软，负载变化时，转速变化明显因此这种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，通风机，轧钢辅助机等 Date26二、改变定子电压调速l同步转速ns不变；lsm不变；l同一转速下 ：T U12，调速范围小。 改进：绕线式电机可加大转 子外串电阻，左图可以看出 特性变软后，调速范围变大 。l低速稳定性差（采用高滑差电机 ，特性软）。改进：速度闭环 Date27调速方式不计I0，TL=C不是恒功率调速不是恒转矩调速Date28适用范围降压调速主要用于对调速精度和调速范围要求不高的生产机械，如低速电梯、简单的起重机械设备、风机、泵类等。适用的功率可 从数KW到200300KW。Date29三、滑差电动机（一）电磁滑差离合器的调速原理当绕组内有电流通过时， 在电枢与感应子之间便有 磁通相链，如图中虚线所 示。当异步电动机带动电 枢旋转时，电枢便以相应 的转速在感应子所建立的 磁场内旋转，于是电枢的 各点上磁通处在不断重复 的变化之中，根据电磁感 应定律可知，电枢上将出 现感应电动势。当感应子 也旋转时，此感应电动势 为Date30在此感应电动势的作用下，电枢内将出现涡流，其值为涡流与感应子磁场相互作用力为转矩为 如主动与从动部分间没有相对运动，即 ，则 。因此电 枢与感应子间必须存在转速差，这点与异步电动机的工作原理极为 相似。其区别仅在于异步电动机的旋转磁场由三相交流电流产生， 而滑差离合器的旋转磁场则由直流电流产生，由于电枢的转动才起 旋转磁场的作用。Date31（二）电磁滑差离合器的几种结构类型1双电枢无集电环滑差离合器 2杯形电枢滑差离合器 Date323爪式无集电环滑差离合器 （三）电磁滑差离合器的调速性能 滑差离合器的输入功率 滑差离合器的输出功率 Date33如果调速时离合器效率为滑差离合器在实际应用中总是与异步电动机组合在一起的，因 此滑差电动机的总效率为 可见，滑差电动机的效率随转速之下降而下降 ，而损耗功率则 随转速之下降而增高。Date34四、串级调速（一）串级调速的一般原理中等以上功率的绕线转子异步电动机与其他电动机或电子设备串级 联接以实现平滑调速，称为串级调速。异步电动机的串级调速，就是在异步电动机转子电路内引入感应电 动势 ，以调节异步电动机的转速。引入电动势的方向，可与转 子电动势 方向相同或相反，其频率则与转子频率相同。1 与 同相 未引入 时引入 后Date35未引入 时超前 90 Date362 与 反相 显然，对于右图所示 超前 某 一角度的一般情况，可将 分解为 二个分量，即与 同相的分量 ，和超前 90的分量 ， 它们既能使电动机调速，又能提高 定子的功率因数 sE2sE2 sE2Date37（二）串级调速的机械特性根据相量图异步电动机的转矩为转子电流的有功分量 Date381 时转矩为 2 时转矩为 或Date39（三）晶闸管串级调速的基本原理晶闸管串级调速具有 调速范围宽，效率高（转 差功率可反馈电网），便 于向大容量发展等优点， 是很有发展前途的绕线转 子异步电动机的调速方法 。它的应用范围很广，适 用于通风机负载，也可用 于恒转矩负载。其缺点是 功率因数较差，现采用电 容补偿等措施，功率因数 可有所提高。总之，晶闸 管串级调速向大功率发展 ，是很有前途的。Date40第十章 结 束Date41