三相異步電動(dòng)機(jī)電流拖動(dòng)的調(diào)速學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1三相三相(sn xin)異步電動(dòng)機(jī)電流拖動(dòng)的調(diào)異步電動(dòng)機(jī)電流拖動(dòng)的調(diào)速速第一頁，共89頁。調(diào)速的基本原理)1 (60)1 (11spfsnn能耗轉(zhuǎn)差調(diào)速變頻調(diào)速變極調(diào)速串級(jí)調(diào)速電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速調(diào)速方法(fngf)：第1頁/共89頁第二頁，共89頁。10.110.1能能耗轉(zhuǎn)差調(diào)速耗轉(zhuǎn)差調(diào)速21UTem2UTem調(diào)速范圍有限：ms0CBA轉(zhuǎn)速：第2頁/共89頁第三頁，共89頁。第3頁/共89頁第四頁，共89頁。為了提高調(diào)壓調(diào)速機(jī)械特性的硬度，可以(ky)采用速度閉環(huán)控制系統(tǒng)，這樣既能提高低速時(shí)的機(jī)械特性硬度，又能保證一定的過載能力。第4頁/共89頁第五頁，共89頁。LememLemmTe

2、mTTTIsEsnTTICTIR,cos222222第5頁/共89頁第六頁，共89頁。根據(jù)根據(jù)2222N22222c12221NEEIIRRRXXss常數(shù)（10-2）2c12N1RRRss（10-3）可得第6頁/共89頁第七頁，共89頁。NNNmNTmNTemTICICT2222coscos所以常數(shù)222222221121122)()()(cosXsRsRXsRRsRRNNcc可見(kjin)，轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速前后的轉(zhuǎn)矩相等，是一種恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。第7頁/共89頁第八頁，共89頁。轉(zhuǎn)子串電阻(dinz)調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)子功率損耗為pCu2=sPem=3I22（R2+Rc1） （10-7）忽略機(jī)械損耗，

3、則輸出功率為P2=Pem（1s）em22Cu2emem(1)1(1)PsPsPpPssP 調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)子電路的效率為： 可見，當(dāng)轉(zhuǎn)速降低，即s增高時(shí)，轉(zhuǎn)子損耗功率pCu2=sPem增高，下降。故這種調(diào)速方法適用(shyng)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。對(duì)于通風(fēng)機(jī)負(fù)載也可應(yīng)用。第8頁/共89頁第九頁，共89頁?！纠?0-1】一臺(tái)三相(sn xin)繞線式異步電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)是：PN=75 kW，U1N=380 V，I1N=148 A，nN=720 r/min，KT= 2.4，E2N=213 V，I2N=220 A，拖動(dòng)TL=0.85TN恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，要求電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在n=660 r/min。（1） 若采用轉(zhuǎn)子回路串電

4、阻調(diào)速，求每相應(yīng)串的電阻值；（2） 若采用降壓調(diào)速，求電源電壓值。第9頁/共89頁第十頁，共89頁。1NN17507200.04750nnsn22mNTT10.042.42.410.183ssKKN2N22N0.04 2130.0224 33220s ERI第10頁/共89頁第十一頁，共89頁。接著計(jì)算在接著計(jì)算在TL=0.85TN時(shí)固有機(jī)械特性的轉(zhuǎn)差時(shí)固有機(jī)械特性的轉(zhuǎn)差TNemmm2K TTssssc20.12110.02240.0567 0.034sRRs轉(zhuǎn)子回路應(yīng)串電阻為117506600.12750nnsn在TL=0.85TN、轉(zhuǎn)子回路串電阻且n=660 r/min時(shí)的轉(zhuǎn)差率為第11頁

5、/共89頁第十二頁，共89頁。（2） 求電源電壓求電源電壓mNNm2TTss降壓(jin y)時(shí)，根據(jù)TemU21有mLNNm20.850.85TTTssmLm2TTssmNm0.850.85 0.040.2830.12TsTsm11Nm3800.283202 VTUUT第12頁/共89頁第十三頁，共89頁。為了保證恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，要求保持m基本(jbn)不變，這樣就要求降低頻率時(shí)必須同時(shí)降低電源電壓。11111144. 444. 4kfUkfENNm降低頻率f1的同時(shí)降低電源電壓(diny)U1的方法有兩種。第13頁/共89頁第十四頁，共89頁?！?1Uf常數(shù)221em222111232RpUs

6、TRfRXXs2211221211232RfUpsfRRXXs（10-9）近似恒磁通控制(kngzh)方式壓頻比近似恒磁通控制(kngzh)方式第14頁/共89頁第十五頁，共89頁。（10-10）21m221111234pUTfRRXX211221111234UfpfRRXX第15頁/共89頁第十六頁，共89頁。隨著頻率的降低(jingd)，最大轉(zhuǎn)矩減小，可能無法帶動(dòng)負(fù)載第16頁/共89頁第十七頁，共89頁。低頻低壓時(shí)異步電低頻低壓時(shí)異步電第17頁/共89頁第十八頁，共89頁。2. “=常數(shù)常數(shù)”的的運(yùn)行方式運(yùn)行方式11EfsRXsREfpnsRIPTemem2222222112221)(23

7、6023第18頁/共89頁第十九頁，共89頁。22112122232RpfEsfRXs21122212312pfEsXRfsR（10-11）所以222122221211)()2()(23lLsfrrsffEpT上式即為保持 為常數(shù)變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性方程式。11/ fE第19頁/共89頁第二十頁，共89頁。分析上式不難發(fā)現(xiàn)：當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，只需 也為常數(shù)即可。1sf常數(shù)npnnpfsf60)(60121上式表明：在不同頻率下由負(fù)載產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速(zhun s)降相同，即各機(jī)械特性相互平行。第20頁/共89頁第二十一頁，共89頁。特點(diǎn)1：保持 ， 不同時(shí)，各機(jī)械特性相互平行。常數(shù)11/ f

8、E1f將機(jī)械特性方程式對(duì)s求導(dǎo)，并令 可得：0/dsdT121212fsLfrsmlm常數(shù)22112max1)(83lLfEpT特點(diǎn)2：調(diào)速時(shí)，不同頻率(pnl)下電機(jī)產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩不變。第21頁/共89頁第二十二頁，共89頁。第22頁/共89頁第二十三頁，共89頁。下面來分析(fnx)恒磁通變頻調(diào)速屬于哪種調(diào)速方式：令 ，轉(zhuǎn)子電流為CfE11/22212221222212)()2()(lLsfRCsfxsREI可見， 僅由 決定，若 2I1sfCICTCsf21當(dāng)NNNIIIITT1122,所以， 為常數(shù)(chngsh)時(shí)的變頻調(diào)速為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。11/ fE第23頁/共89頁第二十四頁，

9、共89頁。10.2.2從基頻向上調(diào)速?gòu)幕l向上調(diào)速（10-15）221Nem222111232RpUsTRfRXXs設(shè)，并且由于f1較高，R1比X1、X2、R2/s都小很多，忽略R1 ，因此(ync)Tm和sm分別為 （10-16）22m22112111212 ()RRsf LLfRXX0dsdTem第24頁/共89頁第二十五頁，共89頁。（10-17）21Nm22221111123144pUTfRRfLL21N21111231142pUfffLL（10-18）21mm1112602 ()Rfns nf LLp常數(shù)第25頁/共89頁第二十六頁，共89頁。第26頁/共89頁第二十七頁，共89頁。

10、（10-19）2121emem122112123/22/pURsfPTfpRRsXX221211em21223/232/pURsfUPsfpRRs（10-20）異步電動(dòng)機(jī)的電磁(dinc)功率公式為在正常運(yùn)行時(shí)s很小，s的變化亦很小，可以(ky)近似認(rèn)為不變，則Pem常數(shù)。第27頁/共89頁第二十八頁，共89頁?？偨Y(jié)(zngji)變頻調(diào)速的特點(diǎn)1、1）在基頻以下變頻調(diào)速時(shí)，需定子電壓與頻率配合控制，A、 的配合控制為恒磁通變頻調(diào)速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式；B、 的配合控制為近似恒磁通變頻調(diào)速，屬于近似恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式； 常數(shù)11/ fU常數(shù)11/ fE2）在基頻以上調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速時(shí)，21max111,fT

11、fUUmN屬于近似恒功率調(diào)速。第28頁/共89頁第二十九頁，共89頁。2、機(jī)械特性(txng)相互平行，特性(txng)硬，調(diào)速范圍寬，穩(wěn)定性好；3、s較小時(shí)，轉(zhuǎn)差功率損耗(snho)小，效率較高；4、 可連續(xù)調(diào)節(jié)，易于實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。1f第29頁/共89頁第三十頁，共89頁。10.2.3恒功率運(yùn)行恒功率運(yùn)行（10-21）212em213UfPRf第30頁/共89頁第三十一頁，共89頁。異步電機(jī)恒功率運(yùn)行方式有兩種：異步電機(jī)恒功率運(yùn)行方式有兩種：“21m22221111123144pUTfRRfLL12ffs忽略(hl)R1，則最大轉(zhuǎn)矩可表示為（10-22）21m2221112318UpTffL

12、L第31頁/共89頁第三十二頁，共89頁。圖 10-8U1=常數(shù)(chngsh)、常數(shù)(chngsh)的運(yùn)行方式的調(diào)節(jié)特性（a） 轉(zhuǎn)矩曲線；（b） 電壓、電流曲線12ffs12ffs21f第32頁/共89頁第三十三頁，共89頁。當(dāng)轉(zhuǎn)差率當(dāng)轉(zhuǎn)差率s很小時(shí)，很小時(shí)，（10-23）22RXs11222222/EsEIRRsXem1 2213cos2pTE If11em1232pEsETfR即21em121312sUpTfRf第33頁/共89頁第三十四頁，共89頁。從式（從式（10-23）可見，）可見，U1=常數(shù)、常常數(shù)、常數(shù)運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與數(shù)運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與f1成反比。因此成反比。因此(ync)

13、，則定子電流亦為常數(shù)。則定子電流亦為常數(shù)。（10-24）111222222122/EUUfIsRRfRsX12ffs12ffs第34頁/共89頁第三十五頁，共89頁。2. “f2=常數(shù)常數(shù)(chngsh)、常、常數(shù)數(shù)(chngsh)”的運(yùn)行方的運(yùn)行方式式矩矩Tm與與f1成反比，如圖成反比，如圖10-9 （a）所示。）所示。211Uf21m21112318UpTffLLm11Tf211Uf第35頁/共89頁第三十六頁，共89頁。211Uf第36頁/共89頁第三十七頁，共89頁。根據(jù)根據(jù)(gnj)式（式（10-20）可求）可求得電磁轉(zhuǎn)矩為得電磁轉(zhuǎn)矩為（10-25）22212121em2211221

14、23/33222/pURspUf UspTffRRfRs11Uf11212122212121Kf fUfK fIRfR fRf（10-26）m11Tf211Uf第37頁/共89頁第三十八頁，共89頁。1f211Uf1f第38頁/共89頁第三十九頁，共89頁。【例【例10-2】一臺(tái)三相】一臺(tái)三相4極籠型極籠型異步電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：異步電動(dòng)機(jī)的額定數(shù)據(jù)為：U1N=380 V，I1N=30 A，1NN11500 14550.031500nnsn解： 固有(gyu)機(jī)械特性時(shí)，額定轉(zhuǎn)差率為11fU第39頁/共89頁第四十頁，共89頁。根據(jù)根據(jù)(gnj)簡(jiǎn)化機(jī)簡(jiǎn)化機(jī)械特性，當(dāng)械特性，當(dāng)TL=0.8TN

15、時(shí)，有時(shí)，有LNN0.024TssT112 103634.53 Hz6060pnf1N111N38034.53262.4 V50UUffmin/10363610001rnnn第40頁/共89頁第四十一頁，共89頁。第41頁/共89頁第四十二頁，共89頁。c10.3.1變極調(diào)速的基本變極調(diào)速的基本原理原理第42頁/共89頁第四十三頁，共89頁。以“倍極比”單繞組變極為(j wi)例說明原理：根據(jù)電流(dinli)方向可判斷出其產(chǎn)生的脈振磁勢(shì)是四極。第43頁/共89頁第四十四頁，共89頁。由兩個(gè)線圈的正向串聯(lián)(chunlin)變換成反向串聯(lián)(chunlin)或并聯(lián):結(jié)果：極對(duì)數(shù)減半(jin bn)

16、，轉(zhuǎn)速加倍第44頁/共89頁第四十五頁，共89頁。可見，只要將一相可見，只要將一相第45頁/共89頁第四十六頁，共89頁。min/1500, 421rnpmin/3000, 22rnp第46頁/共89頁第四十七頁，共89頁。第47頁/共89頁第四十八頁，共89頁。當(dāng)定子繞組從當(dāng)定子繞組從Y形改為形改為(i wi)YY形時(shí)，假設(shè)電動(dòng)機(jī)的功率形時(shí)，假設(shè)電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)因數(shù)cos1和效率和效率不變，每半相不變，每半相Y1N 1N13cosPUIYY1N1N1Y3(2)cos2PUIPYYYY1Y95509550PPTnnYY接法時(shí)YYYYYYYYY1Y1Y2295509550955022PPPTTn

17、nn可見，改變接法后，輸出功率近似(jn s)增加了一倍，而轉(zhuǎn)矩近似(jn s)保持不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。第48頁/共89頁第四十九頁，共89頁。第49頁/共89頁第五十頁，共89頁。第50頁/共89頁第五十一頁，共89頁。注意：要保證改接后電機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，則改接的同時(shí)(tngsh)必須調(diào)換三相電源中任意兩相的相序。第51頁/共89頁第五十二頁，共89頁。當(dāng)定子當(dāng)定子 繞組繞組1N1133cosPUIYY1N1123(2 ) cos1.153PUIPP195509550PPTnn接法時(shí)電機(jī)(dinj)的輸出轉(zhuǎn)矩為：YY接法時(shí)接法時(shí)YY接法時(shí)YYYYYYY1Y1219550955095500.5

18、77233PPPTTTnnn第52頁/共89頁第五十三頁，共89頁。當(dāng)形接法改接成當(dāng)形接法改接成YY接法后，電動(dòng)機(jī)輸出接法后，電動(dòng)機(jī)輸出第53頁/共89頁第五十四頁，共89頁。（10-27）222222()sEIRsX10.4繞線式轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子(zhun z)異步電異步電機(jī)的機(jī)的雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速雙饋調(diào)速及串級(jí)調(diào)速10.4.1雙饋調(diào)速的基本原理雙饋調(diào)速的基本原理第54頁/共89頁第五十五頁，共89頁。.2U第55頁/共89頁第五十六頁，共89頁。2EsUsnTTTIUEsLemema,2222U2s E 當(dāng)轉(zhuǎn)子(zhun z)外接電壓 與轉(zhuǎn)子(zhun z)電動(dòng)勢(shì)反相且 ，此時(shí)有2U2s E

19、222222()sEIRsXLemTTUEs22第56頁/共89頁第五十七頁，共89頁。在這種情況下，轉(zhuǎn)在這種情況下，轉(zhuǎn)（10-28）2222a2222222222coss EURIIRs XRs X222222a2222s EURsE RIRR（）可得。如果改變轉(zhuǎn)子回路所加電壓U2，則s改變，從而(cng r)達(dá)到調(diào)速的目的。22UssE第57頁/共89頁第五十八頁，共89頁。2） 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子(zhun z)（10-29）222222a2222s EURsE RIRR（）2U2s E有，可分幾種情況討論。第一種情況是U20）時(shí)，將式）時(shí)，將式（10-33）變形為）變形為（10-34）2U2sE

20、22emTm222222cos1sEUTCsERsX2emD21UTTsE第66頁/共89頁第六十七頁，共89頁。式中，式中，TD為為 =0時(shí)異步電機(jī)時(shí)異步電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，即產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子的電磁轉(zhuǎn)矩，即產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流形成的電磁轉(zhuǎn)矩。將實(shí)用轉(zhuǎn)電流形成的電磁轉(zhuǎn)矩。將實(shí)用轉(zhuǎn)矩公式代入得矩公式代入得（10-35）mDmD2emmDmD2mDmD22TTUTsssssEssssmDmD mD2DD22mDmD2mD22TTsUTTssssEss2U2sE2U2U2sE第67頁/共89頁第六十八頁，共89頁。（10-36）22emTm2DD22222cos1sEUTCTTsERsXmDDmDmD2TTssss

21、mD mD2D22mD22TsUTssE（10-37）第68頁/共89頁第六十九頁，共89頁。第69頁/共89頁第七十頁，共89頁。從式（從式（10-37）可見：）可見：U20，即即 與相位相同時(shí)，與相位相同時(shí)，TD0；U20，即，即 與相與相位相反時(shí)，位相反時(shí)，TD0。 在在s=0（即（即n=n1）處，）處，TD將出現(xiàn)最大值將出現(xiàn)最大值。（10-38）2U2sE2U2sEmD2mDmD22TUTsE2022(cossintan)UsE 2U第70頁/共89頁第七十一頁，共89頁。從式（從式（10-38）可見）可見(kjin)，改變，改變 的大的大（10-40）2U2U2sE2U2sE202U

22、sE 202UsE（10-39）第71頁/共89頁第七十二頁，共89頁。繞線式異步電機(jī)雙繞線式異步電機(jī)雙饋調(diào)速時(shí)的理想空載轉(zhuǎn)饋調(diào)速時(shí)的理想空載轉(zhuǎn)速速n1為為。（10-41）2U2sE2U2sE211012(1)(1)UnnsnE第72頁/共89頁第七十三頁，共89頁。3. 雙饋調(diào)速系統(tǒng)的組成雙饋調(diào)速系統(tǒng)的組成第73頁/共89頁第七十四頁，共89頁。由于異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)由于異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率第74頁/共89頁第七十五頁，共89頁。10.4.210.4.2串級(jí)調(diào)速的基本原理串級(jí)調(diào)速的基本原理1. 1. 串級(jí)調(diào)速的基本原理串級(jí)調(diào)速的基本原理繞線式異步電機(jī)的雙饋調(diào)速繞線式異步

23、電機(jī)的雙饋調(diào)速要求加在電機(jī)轉(zhuǎn)子要求加在電機(jī)轉(zhuǎn)子(zhun z)(zhun z)繞繞組的電壓頻率與轉(zhuǎn)子組的電壓頻率與轉(zhuǎn)子(zhun z)(zhun z)第75頁/共89頁第七十六頁，共89頁。根據(jù)外加根據(jù)外加(wiji)直直流電源的不同，繞線式流電源的不同，繞線式異步電機(jī)的串級(jí)調(diào)速分異步電機(jī)的串級(jí)調(diào)速分為三種基本類型：第一為三種基本類型：第一指標(biāo)的限制；第三種是指標(biāo)的限制；第三種是晶閘管串級(jí)調(diào)速。晶閘管串級(jí)調(diào)速。第76頁/共89頁第七十七頁，共89頁。圖圖10-22是晶閘管串是晶閘管串級(jí)調(diào)速框圖。圖中的整級(jí)調(diào)速框圖。圖中的整流器把異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子流器把異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子第77頁/共89頁第七十八頁，共

24、89頁。由其等效電路可知(k zh)：222222)(sxrEsEIad若定子電壓及負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)， ，同時(shí)，s 在正常運(yùn)行時(shí)很小， 則有：常數(shù)2I22rsx常數(shù)adEsE2改變 時(shí)，s將發(fā)生變化。adE第78頁/共89頁第七十九頁，共89頁。分析(fnx)：1）設(shè) 與 反相，則：adE2Es常數(shù)adEsE2nsEad當(dāng) 時(shí)，電動(dòng)機(jī)在固有機(jī)械特性上運(yùn)行， 最高， ；當(dāng) 時(shí)，0adEn1nn 2EEad0, 1ns可見： 在 之間變化可實(shí)現(xiàn)(shxin)轉(zhuǎn)速由高到低變化，由于 所以這種調(diào)速叫做次同步串級(jí)調(diào)速。adE20E1nn 第79頁/共89頁第八十頁，共89頁。2）設(shè) 與 同相，則：常數(shù)ad

25、EsE2adE2EsnsEad當(dāng) 時(shí)，電動(dòng)機(jī)在固有機(jī)械特性上運(yùn)行，當(dāng) 增加到某一值時(shí)， ，此時(shí)轉(zhuǎn)子電流僅由 產(chǎn)生，電動(dòng)機(jī)仍產(chǎn)生拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，若 再增加，0adEadE1,0nnsadEadE1,0nns電機(jī)(dinj)在高于同步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，此時(shí)稱為超同步串級(jí)調(diào)速。第80頁/共89頁第八十一頁，共89頁。由功率(gngl)關(guān)系上分析：轉(zhuǎn)子回路的功率為 ，就是轉(zhuǎn)差功率，222cos3IsEsP引入附加電動(dòng)勢(shì)后， 將發(fā)生變化。在次同步串級(jí)調(diào)速中， 與 反相位，且 所以 將吸收功率 ， 吸收的就是轉(zhuǎn)差功率。adE2E2sEEadadE22cos3IsEadadE若 常數(shù)， 常數(shù)， 也近似為常數(shù)，由于LT2I2cos22cos3IsEPads所以調(diào)節(jié) 就能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差功率，改變了