异步电动机的调速课件.ppt

第五节 三相异步电动机的调速,异步电动机的速度公式:,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,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,低速Y接法时（2P）,不考虑cosj和h的变化时：,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。,高速YY接法时（P）,变极调速,2、D-YY变极调速,变极调速,这种接法极数减少一半，转速增加一倍，转矩减小了近一半，而功率仅变化了15%，接近恒功率调速，应用于各种机床的粗加工和精加工。,低速D接法时（2p）：,高速YY接法时（p）：,不考虑cosj和h的变化时：,变极调速,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。,变频调速,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。,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：,（1）同步点,（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,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。,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,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,变频调速,变频调速,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，Tm、Tst、sm均减小，最大转矩对应的转速降落为：,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，,最大转矩和起动转矩都变小，类似于直流电动机的弱磁调速，属于恒功率调速方式。,变频调速,特性与基频向下调速类似，但：,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=TW1不变,而总的机械功率PM=TW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,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。,属于恒转矩调速，多用于断续工作的生产机械，在低速运行的时间不长，且要求调速性能不高的场合，如用于桥式起重机。,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 为：,电机正常运行时，忽略转子漏电抗的影响：,设电源电压大小与频率不变，负载转矩不变，串入Ef：,（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。,这种调速方法适合于高电压、大容量绕线式异步电动机拖动风机、泵类负载等，是绕线转子异步电动机很有发展前途的调速方法。,串级调速的特点：,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，产生电磁转矩，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。,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U1、U2、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？,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。,