模块3三相异步电动机的控制项目4三相异步电动机的调速与制动任务1掌握三相异步电动机调速(课件）-《电机与拖动》同步教学（高教版）

任务1掌握三相异步电动机调速 一、什么是交流调速 ① 改变转差率； ② 改变磁极对数； ③ 改变频率。 对于同步电机的调速可以用改变供电频率的方法实现。 由此可见交流调速有三大方法： 异步电机的转速为 调速就是在一定的负载下，根据生产的需要人为地改变电动机的转速。调速性能的好坏往往影响到生产机械的工作效率和产品质量。 交流电机有许多不同的调速方法及适用的对象，具体分类如下： 交流电机 异步电机 同步电机  变转差率调速  变极调速  变频调速 ———— 变频调速  改变转子电阻  改变定子电压  电磁转差离合器  串级调速 交－直－交变频 他控式 自控式 交－交变频 . 二、 交流调速拖动系统的特点 ⒈ 典型直流调速拖动系统 ① 发电机电动机组 ③ 晶闸管电动机调速系统 ② 带有交磁放大机的发电机电动机组 ⒉ 直流调速拖动系统存在的主要缺点 ① 存在机械磨损，噪声大，寿命短，维护困难； ② 存在换向火花，运行环境受到限制，在易燃、易爆等 恶劣环境中不能使用； ③ 结构复杂，难以制造大容量、高转速、高电压的直流 电动机； ④ 造价高。 . 3. 交流调速拖动系统的特点 ⑴ 可以扩大交流电机的容量，提高交流电机的转速和电压； ⑵ 交流电机，特别是鼠笼型电机，其设置环境的适应性广； ⑶ 维护省力； ⑷ 结构简单，坚固耐用，运行噪声小，惯性小； ⑸ 由于高性能、高精度的新型调速系统不断出现和发展， 完全可以得到同直流调速系统一样好的性能指标； ⑹ 造价低。 . 变极原理图 一、 变极方法 电流反向变极法 —— 绕组改接后，使其中一半绕组中的电流改 变了方向，从而改变了极对数。 2p p 二、 三相绕组的换接方法 . 低速倍极数D接法，高速少极数YY接法 。 2p p 注意：换接后相序发生了变化。为保持高速与低速时电 机的转向不变，应将B、C两相的出线端交换。 低速倍极数Y接法，高速少极数YY接法 2p p 三、 容许输出 忽略 pCu1 和 pFe p I U n I U n P T l l T l 1 l 1 9550 = 转矩 为了使调速时电动机得到充分利用，在高、低速运行时，电动机绕组内均流过额定电流。 ( ) 1 1 1 P p p P P Fe Cu T » + - = 电动机输出功率 1. 对于Y→YY， 极对数 p 减小一倍 为恒转矩调速 2.对于→YY， 极对数 p 减小一倍 既不是恒转矩调速，也不是恒功率调速，但比较接近于恒功率调速。 四、机械特性 Y-YY 变极调速机械特性 n 0 T TZ A B C 工作点变动情况：A → B→ C 1. 对于Y→YY， Y YY -YY 变极调速机械特性 TZ A B C 2.对于→YY， 工作点变动情况：A → B→ C 五、调速性能 ⑴ 调速范围 ⑶ 容许输出 ⑵ 平滑性 ⑷ 经济性 对于双速电机，其调速范围为2； 对于多速电机，其调速范围为3～4。 较差，有级调速。变级与变压结合应用可改善。 对于不同的变极方法，调速特性也不同， 这样可以适应不同的负载。 . 设备简单，运行效率和功率因数高。 一、 概述 异步电动机采用变频调速，可以得到很大的调速范围、很好的调速平滑性和有足够硬度的机械特性。根据异步电动机的转速公式，当转差率变化不大时，n基本上与f1成正比，如有频率可平滑调节的供电设备，即可平滑地调节异步电动机的转速。为保证电机的稳定运行，应维持电机的过载能力不变。 额定频率称为基频fN，变频调速时，可以从基频向上调，也可以从基频向下调。 异步电机的转速为 2.若f1↑（〉 fN ），则m↓，T↓，电机得不到充分利用； 1.若f1↓（〈 fN ），则m↑ ，磁路更饱和，pFe↑，cos↓。 应要求m不能变。 二、变频调速控制方式 改变频率分频率减小和频率增大两种情况。 1、从基频向下变频调速 f1 <fN 从基频向下变频调速 机械特性 。 属恒转矩调速。而 保持不变， 基本保持不变，因此 保持 n T P I C T const f U N m T m µ W = = \ = 2 2 1 1 cos j f f Q 2、从基频向上变频调速 f1 >fN 率调速。 基本保持不变，属恒功 于是 成反比， 与转速 ）成反比，因此 （或 与 保持 W = = \ = T P n I C T n f U N m T m 2 2 1 1 cos j f f N U Q n P，T TN T P P nN 2nN O 异步电动机变频调速容许输出转矩与功率 向上变频调速 向下变频调速 附：（机械特性） ①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； ②调速范围大； ③转速稳定性好； ④初期投资大，需要专用的变频装置，但运行费用不大，效率高； ⑤频率可以连续调节，变频调速为无级调速。 三、变频调速性能 特点：在调速过程中产生较大的转差功率 ps=SPT，并消耗在 转子回路或转差离合器中。 一、 绕线型异步电动机转子串电阻调速 ⒈ 调速原理与机械特性 ⑴ 调速原理 转子串电阻后，I2’↓，T↓，n↓，S↑，SE2↑， I2’↑，T↑，直至平衡点，在新的转差率下稳定运行。 ⑵ 机械特性 对于恒转矩负载 ① n1 不变 ② Tm 不变 ③ Sm∝（r2+Rs） ④ 外串电阻越大，则机械特性越软。 . ⒉ 调速电阻的计算 计算依据：转子串电阻调速时，如果保持电机转子电流 为额定值，必有： 对于特定条件T = TN时，由转速nN （对应转差率为SN） 调速到转速 n（对应转差率为S），则需外串电阻 Rs 为 . . 注意：此式仅在额定转矩时有效。 ⒊ 调速性能及应用 ⑴调速范围 上限为 nN，下限受静差率的限制，一般仅为2～3。 ⑵容许输出 . 属于恒转矩调速方式。 ⑶ 平滑性 ⑷ 经济性 调速级数少，平滑性差。 转子串电阻调速时，转子损耗的功率即为转差功率 不计机械损耗，则输出功率为 调速时，转子电路的效率为 n↓，S↑，↓，经济性差。 . ( ) S T S Cu R r I SP p p + = = = 2 2 2 2 3 ( ) T P S P - = 1 2 ( ) ( ) S SP P S P S p P P T T T S - = + - - = + = 1 1 1 2 2 h ⒈ 调速原理与方法 ⑴ 调速原理 与转子串电阻的调速原理相似。 ⑵ 调压方法 ① 定子串接饱和电抗器； ② 采用晶闸管调压器； ③ 改变定子绕组接线方法。 二、改变定子电压调速 ⒉ 调速性能 ⑴ 调速范围 降压调速范围小，只能往下调。 S S r I m P T T 1 1 2 2 2 1 1 µ W ¢ ¢ = W = ⑵ 容许输出 既非恒转矩，又非恒功率调速。 ⑶ 平滑性 ⑷ 经济性 因为 S↑，pcu2↑，所以经济性差。 平滑地改变定子电压，则能平滑地调节转速。 . 机械特性 转速低于nm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。若为通风机负载，转速低于nm时可以稳定运行，调速范围扩大了。 通风机 负载TZ ⒈ 概述 它由三相鼠笼型异步电动机、电磁转差离合器和 控制系统三部分组成。 ⒉ 电磁转差离合器的结构和工作原理 ⑴ 结构 ① 电枢 ② 磁极 ⑵ 工作原理 . 当励磁线圈有电流时，通过磁极产生作用力。 励磁电流不同，作用力的大小也不同，从而 调节转速。 三、电磁调速异步电动机———滑差电机 ⑶ 机械特性 若磁极对数为 p，则总电磁转矩 T 为 转矩T使感应子带动生产机械沿电枢的方向旋转，平滑地调节滑差离合器的励磁电流，即可实现无级调速。 转差离合器从动轴转速 ( ) ( ) AS p AS n n K R z n n R l B p pFR T - ¢ = ´ - ´ = = 60 2 2 2 2 2 p T K n n AS ¢ - = \ 1 异步电动机转速 在实际工作中，使用电磁转差离合器机械特性的近似经验公式为 4 2 B AS I T K n n - = n T IB1 IB2 IB3 IB4 IB5 IB1> IB1 > IB3 > IB14> IB5 不同励磁电流IB下的机械特性 由机械特性可以看出： ※ 机械特性的硬度小； ※ 转矩 T随励磁电流 ILB的减小而降低。 当转矩为常数时，IB↑，nAS↑实现调速。 ⒊ 电磁调速异步电动机的调速系统 用以提高机械特性的硬度，扩大调速范围。 ⒋ 调速性能 ⑴ 调速范围 一般可达 10：1 . . . ⑶ 容许输出 以保持转差功率不超过额定值为条件， 调速方式既非恒转矩，又非恒功率。 ⒌ 优缺点 优点：简单、可靠、维护方便，能平滑调速，机械特性较硬。 缺点：低速时效率低，能耗大。 滑差电机广泛应用于印染、纺织、造纸和电缆等行业。 . . ⑵ 经济性 提高滑差电机效率的方法：采用变极电动机作为 驱动电机，高速时采用4极方式，低速时采用6极 方式，以获得较高的效率。 滑差电机的效率随着输出轴转速的减小而下降。 ⒈ 概述 转子串电阻调速要消耗电能，不经济。在绕线式异步电动机的转子回路中外加一个附加电势 Ef ，用以控制转差功率来实现调速，这种调速方法称为串级调速。 ⒉ 串级调速基本工作原理 设电动机原来无外加电势，且在固有特性上稳定运行， 转差率为 S，转子电流 I2 为 . 四、串级调速 等值电路 等值电路为 ～ 1)现在引入外加电势 ，要求 与 相位相同。 由于加入了相位相同的附加电势 Ef，使 I2C > I2，T ↑ ， n ↑ ，S ↓ ，又使 E2 ↓ ，I2 ↓ ，T ↓ ，达到新的平衡， 电动机在较小的转差率 SC (SC<S)下运行。 等值电路为 ～ 2)现在引入外加电势 ，要求 与 相位相反。 . 由于加入了相位相反的附加电势 Ef，使 I2C < I2，T↓， n↓，S↑，又使 E2↑，I2↑，T↑，达到新的平衡， 电动机在较大的转差率 SC (SC>S)下运行。 如能用某一装置使附加电势 Ef，的数值平滑改变，则 异步电动机将实现平滑调节转速。 ⒊晶闸管串级调速系统 . 异步电动机的转子电压经晶匝管整流电路变为直流电压Ed，再由晶匝管逆变器将Eβ逆变为交流，功率经变压器反馈至交流电网。逆变器电压可被视为附加在转子电路的电动势Ef。控制逆变角β ，即可改变的Eβ数值。 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、泵类负载等要求调速不高的场合。 4. 调速性能及应用 ⑴调速范围 调速方向既可往上调，又可往下调。 ⑵容许输出 ⑶ 平滑性 ⑷ 经济性 平滑性好，可实现无级调速。 初期投资大，但运行费用不大，效率高。 因为调速时的 和 不变，所以 时的转矩不变。属于恒转矩调速方式。 例 题 一台绕线型三相异步电动机，其技术数据为： 拖动恒转矩负载 ，要求电动机的转速为 。试问 (1)当采用转子串电阻调速时，每相串入电阻值R (2)能否采用降低电源 电压调速 (3)当采用变频调速，保持 为常数，求频率与电压各为多少 解： (1)转子回路串电阻值的计算 额定转差率 N Z T T 85 . 0 = 4 . 2 , 213 , 220 , 380 min, / 720 2 = = = = = T N N N N V E A I V U r n K 转子每相电阻 转子回路每相串入附加调速电阻R (2)降低电源电压调速 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 (3)变频调速， =常数时的计算 当 时，在固有机械特性上运行的转差率为s N Z T T 85 . 0 = 0 183 . 0 647 . 5 183 . 0 183 . 0 183 . 0 4 . 2 2 85 . 0 2 = + - + * = s s s s T T N N 运行时转速降为 变频后人工机械特性的同步转速 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 变频的频率及相应的电压为 =常数，恒转矩调速，且 =常数，所以， 机械特性的近似直线部分，不同频率时互相平行 作 业 1.一台三相四极绕线型异步电机，频率 ，额定转速 。已知转子电阻 ，若电源电压和频率不变，电机的电磁转矩不变，问必须在转子每相串多少电阻才能使转速降为 。 2.某起重机的原动机是一台三相绕线型异步电动机，转子绕组为Y联结，电动机的额定数据为： 提升重物时，电动机负载转矩 ，若采用转子串接电阻调速，当转子每相串入的电阻为 时，电动机运行的转速为多少？ $$