華北電力大學(xué)電機(jī)學(xué)87講異步電機(jī)8三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速課件

第十九章三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速第三篇異步電機(jī)第十九章三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速第三篇異步電機(jī)11.掌握各種調(diào)速方法的基本原理2.理解各種調(diào)速方法的特點(diǎn)3.了解各種調(diào)速方法的應(yīng)用本章基本要求三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速1.掌握各種調(diào)速方法的基本原理本章基本要求三相異步電動(dòng)機(jī)的2概述變極調(diào)速變頻調(diào)速不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法主要內(nèi)容三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速概述主要內(nèi)容三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速319.1概述調(diào)速的必要性：工藝、效率、質(zhì)量、節(jié)能環(huán)保等的要求異步電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、堅(jiān)固耐用、價(jià)格便宜、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、運(yùn)行效率高、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、使用環(huán)境和結(jié)構(gòu)發(fā)展不受限制缺點(diǎn)：不易實(shí)現(xiàn)性能高、簡(jiǎn)單可靠、操作方便、價(jià)格低廉、范圍寬、連續(xù)平滑的調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速19.1概述調(diào)速的必要性：工藝、效率、質(zhì)量、節(jié)能環(huán)保等的要419.1概述直流電動(dòng)機(jī)優(yōu)點(diǎn)：易實(shí)現(xiàn)性能高、操作方便、范圍寬、連續(xù)平滑的調(diào)速缺點(diǎn)：存在機(jī)械換向器和電刷，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、可靠性低、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大、壽命短、維護(hù)麻煩、使用環(huán)境和結(jié)構(gòu)發(fā)展受限，難以向高轉(zhuǎn)速、高電壓、大容量方向發(fā)展小結(jié)直流電動(dòng)機(jī)以復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)換取了簡(jiǎn)單的電量形式和控制方法；異步電動(dòng)機(jī)以復(fù)雜的電量形式和控制方法換取了簡(jiǎn)單堅(jiān)固的機(jī)械結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速19.1概述直流電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速519.1概述發(fā)展趨勢(shì)隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，使異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在調(diào)速性能、可靠性及成本等方面與直流電動(dòng)機(jī)相媲美，逐漸取代直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速表達(dá)式三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速19.1概述發(fā)展趨勢(shì)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速619.1概述調(diào)速方法三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速1）改變同步轉(zhuǎn)速n1改變極對(duì)數(shù)：變極調(diào)速（籠型）改變電源頻率：變頻調(diào)速（改變轉(zhuǎn)差率）2）不改變同步轉(zhuǎn)速n1改變電源電壓：調(diào)壓調(diào)速轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速（繞線(xiàn)式）轉(zhuǎn)子串附加電動(dòng)勢(shì)調(diào)速：串級(jí)調(diào)速機(jī)械調(diào)速：通過(guò)改變齒輪比進(jìn)行調(diào)速電氣調(diào)速：通過(guò)改變電機(jī)的電氣量和參數(shù)進(jìn)行調(diào)速19.1概述調(diào)速方法三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速1）改變同步轉(zhuǎn)速719.2變極調(diào)速基本原理三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速倍極比調(diào)速：變速比為2:l非倍極比調(diào)速：變速比不為2:l，如：3:2，4:3分類(lèi)定子繞組形式一套繞組：改變接法兩套繞組：不同極對(duì)數(shù)，改變接法（體積增大，用料增多，成本增高）19.2變極調(diào)速基本原理三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速倍極比調(diào)速：819.2變極調(diào)速適用范圍三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速籠型：轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)能自動(dòng)地隨著定子極對(duì)數(shù)的改變而改變一、變極原理

極數(shù)決定于定子繞組的聯(lián)接方式，改變其聯(lián)接，可變極A1X1和A2X2順向串聯(lián)形成四極磁場(chǎng)；A1X1和A2X2反向串聯(lián)或反向并聯(lián)，A2X2反向，形成兩極磁場(chǎng)A1X1A2X2A1X1A2X2A1X1A2X219.2變極調(diào)速適用范圍三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速籠型：轉(zhuǎn)子極919.2變極調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速一、變極原理

19.2變極調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速一、變極原理1019.2變極調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速二、倍極比電機(jī)的轉(zhuǎn)向在由少極對(duì)數(shù)變?yōu)楸稑O對(duì)數(shù)時(shí)，相序發(fā)生了改變；為了使兩種極對(duì)數(shù)時(shí)轉(zhuǎn)子有同樣的轉(zhuǎn)向。變極時(shí)應(yīng)把接至電源的B、C兩相對(duì)調(diào)19.2變極調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速二、倍極比電機(jī)的轉(zhuǎn)向在1119.2變極調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特點(diǎn)：轉(zhuǎn)速幾乎成倍變化,為有級(jí)調(diào)速，平滑性較差；但方法簡(jiǎn)單，具有較硬的機(jī)械特性,穩(wěn)定性好,可用于恒功率和恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載應(yīng)用：車(chē)、銑、鏜、磨、鉆床、風(fēng)機(jī)和水泵等19.2變極調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特點(diǎn)：應(yīng)用：1219.3變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速基本原理基本要求主磁通：主磁通Φm保持不變。若主磁通大于正常運(yùn)行時(shí)的主磁通，則磁路過(guò)飽和而使勵(lì)磁電流增大，功率因數(shù)降低；若主磁通小于正常運(yùn)行時(shí)的主磁通，則電機(jī)轉(zhuǎn)矩下降，得不到充分利用。改變頻率的同時(shí)，必須調(diào)節(jié)電壓，根據(jù)不同負(fù)載要求，配以不同的U1/f1協(xié)調(diào)控制方式19.3變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速基本原理基本要求1319.3變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速基本要求過(guò)載能力：維持不變

19.3變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速基本要求1419.3變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速電壓與頻率的關(guān)系恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速：此條件下變頻調(diào)速，電機(jī)的主磁通和過(guò)載能力不變。恒功率調(diào)速：此條件下變頻調(diào)速，電機(jī)的過(guò)載能力不變，但主磁通發(fā)生變化。相反，主磁通不變（U1／f1為定值），過(guò)載能力發(fā)生變化。19.3變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速電壓與頻率的關(guān)系此條件1519.3變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍大；轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好；頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，為無(wú)級(jí)調(diào)速，平滑性好，變頻時(shí)電壓按不同規(guī)律變化可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速或恒功率調(diào)速，以適應(yīng)不同負(fù)載的要求。這是異步電機(jī)調(diào)速發(fā)展的方向缺點(diǎn)：控制裝置價(jià)格較貴19.3變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍大；1619.4不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速一、改變電源電壓調(diào)速基本原理：當(dāng)外加電壓改變時(shí)，如果轉(zhuǎn)差率不變，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩將隨外加電壓的平方而變化，機(jī)械特性隨外加電壓的改變而變化19.4不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速一、改1719.4不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速一、改變電源電壓調(diào)速1）對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速范圍窄；電壓不能過(guò)低，否則可能停轉(zhuǎn)。不宜采用2）對(duì)風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)負(fù)載，調(diào)速范圍較大；當(dāng)轉(zhuǎn)差率大于臨界轉(zhuǎn)差率時(shí)，仍能穩(wěn)定運(yùn)行，但要注意電動(dòng)機(jī)過(guò)電流的問(wèn)題。特點(diǎn)：19.4不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速一、改18三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速二、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速基本原理轉(zhuǎn)子回路串入電阻后，改變了機(jī)械特性

三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速二、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速基本原理轉(zhuǎn)子回路串入電19三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速分析:恒轉(zhuǎn)矩時(shí)，定、轉(zhuǎn)子電流、輸入功率、氣隙磁場(chǎng)和電磁功率都不會(huì)發(fā)生改變，即與轉(zhuǎn)子回路串入電阻大小無(wú)關(guān)。但由于調(diào)速電阻的增加，損耗增加，效率降低，不經(jīng)濟(jì)。由于比較簡(jiǎn)單，在中、小容量的繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)中常用，例如橋式起重機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速分析:恒轉(zhuǎn)矩時(shí)，定、轉(zhuǎn)子電流、輸入功率、2019.4不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速二、轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速特點(diǎn)：1）只適用于三相繞線(xiàn)型異步電動(dòng)機(jī)2）調(diào)速范圍不大，負(fù)載小時(shí)，調(diào)速范圍就更小3）效率很低，在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)子回路所串電阻越大，轉(zhuǎn)速越低，效率也更低4）調(diào)速的平滑性較差，為有級(jí)調(diào)速19.4不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速二、轉(zhuǎn)2119.4不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速三、轉(zhuǎn)子串附加電動(dòng)勢(shì)調(diào)速（串級(jí)調(diào)速）基本原理：在繞線(xiàn)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路串接一個(gè)與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)同頻率的附加電動(dòng)勢(shì)。通過(guò)改變附加電動(dòng)勢(shì)的幅值和相位，可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。這里只分析相位相同或相反兩種情況。通過(guò)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子回路的電動(dòng)勢(shì)或電流的大小，從而達(dá)到改變轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的目的。19.4不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速三、轉(zhuǎn)2219.4不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速三、轉(zhuǎn)子串附加電動(dòng)勢(shì)調(diào)速（串級(jí)調(diào)速）基本原理：19.4不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速三、轉(zhuǎn)2319.4不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速三、轉(zhuǎn)子串附加電動(dòng)勢(shì)調(diào)速（串級(jí)調(diào)速）串入相位相反的附加電動(dòng)勢(shì)；轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)整流成為直流。轉(zhuǎn)子經(jīng)整流器輸出的功率通過(guò)逆變器和變壓器回饋給電網(wǎng)。改變逆變器的觸發(fā)角，可改變逆變器兩端電壓，也就是改變了附加電動(dòng)勢(shì)的大小，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目。當(dāng)附加電動(dòng)勢(shì)增加時(shí)，轉(zhuǎn)速下降，當(dāng)附加電動(dòng)勢(shì)為零時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速最高，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速只能在同步速以下變化?；驹恚?9.4不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速三、轉(zhuǎn)2419.4不改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速三、轉(zhuǎn)子串附加電動(dòng)勢(shì)調(diào)速（串級(jí)調(diào)速）1）轉(zhuǎn)子吸收的功率，可以回饋一部分給電網(wǎng)，效率高于串電阻調(diào)速2）設(shè)備費(fèi)用較高，線(xiàn)路較復(fù)雜3）適合于高