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1、第十六、十七讲 三相异步电动机的调速,杜少武,三相异步电动机的调速,由异步电动机转速表达式,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,可知，异步电动机调速方法有三种，分别是：,改变定子绕组的极对数；改变供电电源的频率；改变电动机的转差率,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,变极调速,改变定子的极对数，使异步电动机的同步转速n0=60f1/p改变，从而可以调节电机转速。,改变定子的极对数，通常采用改变定子绕组联结法的方法，其原理如下图
2、所示。,三相异步电动机的调速,变极调速,三相绕组的联结方法是相同的，因此只要了解其中一相的联结法即可知道其它两相。,如果三相绕组为Y形接法，可将其改接成两个并联的星形联结，如下图所示。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,变极调速,如果三相绕组为D形接法，亦可将其改接成两个并联的星形联结，如下图所示。,注意：绕组联结改变后，应将V、W两相的出线端交换，以保证改接前后电动机转速方向相同。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相
3、异步电动机的调速,变极调速,电动机的容许输出功率在变速前后的关系,电动机输出功率为,假设不同极对数下，h和cosj1保持不变，则,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,变极调速,电动机的容许输出转矩在变速前后的关系,电动机输出转矩为,则有,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,变极调速,电动机变速前后机械特性变化情况,YYY时,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速
4、3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,变极调速,电动机变速前后机械特性变化情况,DYY时,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,变频调速,由异步电动机转速表达式n=(60f1)/p(1-s)可知，当转差率变化不大时，n基本正比于f1，改变频率即可调节电动机转速。变频调速时，为了保证励磁电流和功率因数基本保持不变，希望磁通F也保持不变。如果FFN，将引起磁路饱和使励磁电流增大，功率因数下降；如果FFN，电动机允许输出转矩下降，其功率达不到充分利用而造成浪费；,1.变极调速2.变频调速3.能耗
5、转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,变频调速,在忽略定子漏阻抗的情况下，异步电动机定子电动势方程式为,为使在f1变化时F保持不变，Ux/f1必须为定值。,对于恒转矩调速，如果变频装置保证Ux随f1 成正比地变化，则可保证在频率变化过程中电动机具有同样的过载能力，在恒转矩调速下的变频装置一般就是根据这一要求设计的。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,变频调速,电动机的最大转矩为：,当定子频率较高时，X1+X2R1,略去R1，则,1.变极
6、调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,变频调速,考虑,频率变化前后输出额定转矩的关系,若要保证频率变化前后具有相同的过载能力，即KTKT，则可根据下式调节定子电压：,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,变频调速,对于恒转矩负载，TNTN，则,对于恒功率负载，PTN=TNW0TN W0=定值，则有,若要保证频率变化前后具有相同的过载能力，即KTKT，则可根据下式调节定子电压：,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速
7、1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,变频调速,改变电源频率时的人为机械特性,异步电动机同步转速为：,f1较高时，可忽略R1，则,异步电动机最大转矩时的转差率为：,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,变频调速,改变电源频率时的人为机械特性,f1较小时，由于X1X2 较小，R1的影响不可忽略，此时Tm的随频率减小大为降低；f1较大时，可以忽略R1的影响，此时Tm的数值可认为基本不变。,f11f12f13f14f15f16,1.变极调速2.变频调速3
8、.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,变频调速,变频调速的优缺点,优点：变频调速具有优异的性能，调速范围较大，平滑性较高，变频时按不同规律变化可实现恒转矩或恒功率调速，以适应不同负载的要求，低速时特性的静差率较高，是异步电动机调速最有发展前途的一种方法。缺点：必须有专门的变频电源，在恒转矩调速时低速段电动机过载倍数大为降低，甚至不能带动负载。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,能耗转差调速主要有：转子电路串电阻调速、
9、改变定子电压调速、滑差电动机调速、串级调速和脉冲调速。这些调速方法的共同特点是：在调速过程中产生大量的转差功率sPT，并消耗在转子电路中（串级调速将转差功率送回电网），调速的经济型差（串级调速除外）。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,转子电路串电阻调速,如右图所示，转子电路串电阻RW后，使转子电流I2减小，转矩T=CTJWI2cosj2也相应减小，TTz（原先T=Tz），电动机减速，转差率s=(n0-n)/n0将增加到s1，sE2将增加到s1E2。I2及T一直增加到T=Tz时，电动
10、机达到新的平衡状态，电动机以对应s1的转速运行。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,转子电路串电阻调速,右图给出所示，转子电路串电阻RW1与RW1后的人为机械特性。所串电阻数值越大，人为机械特性越软。调速上限是nN，下限受允许静差率限制，调速范围只有23，当允许静差率为0.5时，调速范围只有2。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,转子电路串电阻调速数量关系,由于T=CTJW
11、I2cosj2，在额定电压时，磁通F=FN=定值，转子串电阻调速时，I2=I2N，则,参照上册P136,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,转子电路串电阻调速数量关系,转子串电阻调速时，转子电路功率因数为,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,转子电路串电阻调速数量关系,这时，转矩T为,可见，转子串电阻调速为恒转矩调速。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻
12、调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,转子电路串电阻调速经济性分析,转子损耗功率为,若忽略机械损耗，则输出功率为,调速时转子电路的效率为,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,转子电路串电阻调速优缺点分析,优点：方法简单，初期投资不高，一般可适用于恒转矩负载，如起重机。也可适用于风机负载。缺点：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。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电
13、压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,改变定子电压调速,改变异步电动机定子电压时的人为机械特性如下图所示。,当T=Tz时，电压由U1降到U1，转速将由n1降到n3。在nnm的机械特性部分，对恒转矩负载不能稳定运行，因此不能用于调速，调速范围很小。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,改变定子电压调速,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,改变定子电
14、压调速,对恒转矩调速，如能增加异步电动机转子电阻（绕线转子异步电动机转子串电阻或采用高转差率笼型异步电动机），则改变定子电压可获得较宽的调速范围，如右图所示。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,改变定子电压调速,对异步电动机调压调速，若采用闭环调节系统，则既能提高低速时的机械特性，又能保证一定的过载能力。,闭环调节系统框图,闭环调节系统静特性,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,闭环调节系统,三相异步电动机的调
15、速,能耗转差调速,改变定子电压调速,为使调速时电动机能被充分利用，通常I2=I2N=恒值，R2也不变，则根据,可得到：,可见，这种调速方法既非恒功率又非恒转矩，适合Tz随n降低（s增加）而降低的负载（如通风机负载），对恒功率负载最不合适，勉强用于恒转矩负载。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,电动机允许输出,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,改变定子电压调速,缺点：调速时效率较低（与绕线式异步电动机转子串电阻调速时相当）；功率因数比转子串电阻时更低。低速时功率损耗较大，电动机发热严重。一般适用于高转差率异步电动机（或
16、称力矩电动机）。用于笼型异步电动机时低速时应在轻载下运行。改变定子电压一般可用于异步电动机的软启动（软启动器），以减小启动电流。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,优缺点,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,改变定子电压调速,当电动机极对数一定时改变定子电压，转速也随之改变；,当需要扩大电动机调速范围时，采用变压与变极配合的调速方法，一般根据调速范围自动控制极对数的改变。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,调压变极混合调速,三相异步电动机的调速
17、,能耗转差调速,滑差电动机,滑差电动机又称“电磁调速异步电动机”，其特点是在异步电动机轴上安装一个电磁滑差离合器，调节离合器励磁绕组的电流，即可调节离合器的输出转速。滑差电动机由笼型异步电动机、滑差离合器和控制装置三部分组成。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,滑差电动机,当滑差离合器又称转差离合器。由电枢、磁极和励磁绕组组成，如下图所示；,电枢由笼型异步电动机带动，以恒转速旋转，由铁磁材料制成的圆筒，又成为主动部分；磁极同样由铁磁材料制成，其上绕有励磁绕组，共同称从动部分，又称感应
18、子。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,电磁滑差离合器的调速原理,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,滑差电动机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，如左图中虚线所示。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,1.变
19、极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,滑差电动机电磁滑差离合器的调速原理,在此感应电动势的作用下，电枢内将出现涡流，如左图虚线所示，其值为,涡流与感应子磁场相互作用力为,由此产生的转矩为,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,滑差电动机电磁滑差离合器的调速原理,转矩T使感应子带动负载沿电枢转向（即异步电动机转向）旋转，平滑调节滑差离合器的励磁电流，即可实现滑差离合器的无级调速。,电枢和感应子之间必须存在转速差，否则T=0，这和异步电动机的工作原理相似。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1
20、）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,滑差电动机,双电枢无集电环滑差离合器 电枢与从动轴相联，磁极与主动轴相联，励磁绕组静止不动，不需集电环。加工工艺简单，尺寸大，特性软，用于小功率大范围调速。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,电磁滑差离合器的结构类型,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,杯形电枢滑差离合器 电枢用非磁性材料制成，形状似杯形，置于磁极与磁轭之间，磁极与主动轴相联，电枢与从动轴相联，励磁绕组静止不动，不需集电环。用于小功率场合。,1.变极
21、调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,滑差电动机,电磁滑差离合器的结构类型,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,爪式无集电环滑差离合器 电枢为圆筒结构，与主动轴相联，磁极为爪形结构，若干对爪形磁极由放在中间的隔磁环用铆钉固定，与从动轴相联，励磁绕组静止不动，不需集电环。用于大功率场合。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,滑差电动机,电磁滑差离合器的结构类型,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,电磁滑差离合器的调速系统的机械特性可近似用下列经验公式表示,励磁
22、电流越小，机械特性越软。一般采用闭环系统可获得较大的调速范围。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,滑差电动机,电磁滑差离合器的调速性能,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,滑差电动机电磁滑差离合器的调速性能,电磁滑差离合器的调速时的允许输出 安保持转差功率相同的原则确定。转差功率为,滑差离合器的输入功率,滑差离合器的输出功率,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,滑差电动机电磁滑差离合器的调速性能,在DP（允许温
23、升）一定的情况下，电磁滑差离合器的允许输出转矩T随转速的降低而降低。调速既非恒转矩，又非恒功率，非常适合风机负载的调速。调速时电磁滑差离合器的效率,很明显，电磁滑差离合器的效率随转速下降而下降。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,串级调速一般原理,绕线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。异步电动机串级调速，就是在异步电动机转子电路内引入感应电动势Ef，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 E2s方向相同或相反，其频率则与转子频率相
24、同。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,串级调速一般原理,Ef与sE2同相,Ef未引入时，转子电流I2为,引入Ef后，转子电流I2变为,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,串级调速一般原理,引入与sE2同相的Ef，转子电流I2增大了，根据T=CTJWI2cosj2，电磁转矩T增大，使TTz，使转速升高，转差率s减小，sE2Ef的数值下降，I2开始下降，T也跟着下降，电动机加速
25、度下降，直到新的稳定转速时T=Tz，加速过程结束。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,串级调速一般原理,Ef与sE2反相,引入Ef后，转子电流I2变为,引入与sE2反相的Ef的转速减小过程与引入与sE2同相的Ef 的加速过程类似。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,串级调速一般原理,引入超前sE2某一角度q的Ef，以提高异步电动机功率因数。以Ef超前sE2 90为例分析其工
26、作原理，见右图。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,串级调速一般原理,对于引入超前sE2某一角度q的Ef的一般情况，将Ef分解为两个量，与sE2同相的分量，与超前sE2 90的分量，由此可见，可使电动机调速，又可提高功率因数。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,串级调速机械特性,根据右图所示的向量图，Ef超前sE2的角度为q，取sE2为参考向量，则,1.变极调速2.变频调速
27、3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,串级调速机械特性,异步电动机的转矩为：,转子电流的有功分量I2a为I2的实数部分，即,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,串级调速机械特性,为Ef=0时的转子电流的有功分量,其中,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,串级调速机械特性,讨论,q=90时,当Ef
28、超前sE2 90时，临界转差率smD不变，最大转矩为Ef=0时的1+(Ef/E2)(Xf/R2)倍。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,串级调速机械特性,讨论,q=0时,T1为Ef=0时，电动机的转矩，与机械特性实用表达式一致；T2为Ef所引起的电流产生的转矩,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,串级调速机械特性,Ef与sE2反相时，电动机在亚同步（小于同步转速）下调速；Ef
29、与sE2同相时，电动机在超同步（大于同步转速）下调速；,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,串级调速晶闸管串级调速,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,三相异步电动机的调速,能耗转差调速,串级调速晶闸管串级调速,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，采用电容补偿等措施，功率因数有所提高。总之，晶闸管串级调速向大功率发展，是很有前途的。,1.变极调速2.变频调速3.能耗转差调速1）转子回路串电阻调速2）改变定子电压调速3）滑差电动机4）串级调速,Bye!,
