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电力拖动基础--三相异步电动机的调速———————————————————————————————— 作者：———————————————————————————————— 日期： 电力拖动根底--三相异步电动机的调速教学目标 了解三相交流电动机的调速方法 ; 掌握三相交流电动机的降电压调速，转子回路串电阻调速，变极调速，变频调速的根本原理 4.1 概述 (1) 改变转差 s 调速，包括有降低电源电压、绕线式异步电动机转子回路串电阻等方法 (2) 改变旋转磁通势同步转速调速，包括有改变定子绕组极对数、改变供电电源频率等方法 (3) 双馈调速，包括串级调速，属改变理想空载转速的一种调速方法 (4) 利用转差离合器调速 (1) 改变供电电源的频率 f1 ，进展变频调速 (2) 改变定子极对数，进展变极调速 (3) 改变电动机的转差率进展调速 —— 如定子调压调速、绕线转子异步电动机转子串电阻调速、串级调速及电磁离合器调速4.2 降压调速 o 调速原理与调速性能 三相异步电动机降低电源电压的人为机械特性，其同步转速 n 1 不变、电磁转矩 在低速运行时，工作点不易稳定，即负载转矩或供电电压稍有波动，都会引起转速有较大的变化，甚至无法工作。

为了提高调压调速机械特性的硬度，采用速度闭环控制系统 对绕线式异步电动机，可以在其转子里串电阻；对鼠笼式异步电动机，可以采用电阻率高的黄铜条制做鼠笼转子 这种软特性的电机，在高速运行时，由于转差率较普通电机的大，运行效率要低些；低速运行时，由于降低了供电电压，为保持恒转矩负载，需要更大的电流，除降低效率外，应应注意过热的问题 o 调压调速的闭环控制原理当系统的实际转速低于要求的数值时，测速机的输出电压下降，调节器的输入和输出增大，迫使控制角减小，晶闸管调压装置的输出电压上升，转速升高并稳定在一定的数值上 只要速度的给定值保持不变，电动机的转速也就根本上保持不变 速度反应的作用：提高电机特性的硬度 o 降压调速的优缺点 优点：调速平滑，采用闭环调速系统，其机械特性很硬，调速范围可到达 10 缺点：由于是转差率调速，低速时，效率低 4.3 绕线式异步电动机转子回路串电阻调速异步电动机采用降压调速或串电阻调速时，欲扩大调速范围，必须增大转差率 s 这样，将使转子回路总铜耗增大，降低了电机的效率 这种调速方式多用于断续工作的生产机械上，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。

4.4 鼠笼式三相异步电动机变极调速 异步电动机旋转磁势同步速 n 1 与电机极对数成反比，改变鼠笼式三相异步电动机定子绕组的极对数，就改变了同步速 n 1 ，实现变极调速 o 变极方法 定子绕组产生的磁极对数的改变，是通过改变绕组的接线方式得到的 三相鼠笼式异步电动机的定子绕组，假设把每相绕组中一半线圈的电流改变方向，即半相绕组反向，那么电动机的极对数便成倍变化因此同步转速 n 1 也成倍变化，对拖动恒转矩负载运行的电动机来讲，运行的转速也接近成倍改变 绕线式异步电动机转子极对数不能自动随定子极对数变化，如同时改变定、转子绕组极对数又比拟麻烦，因此不采用变极调速 为了保证变极调速时电动机的转向不变，变极调速的同时，需要改变绕组的 相序或者说是电源的相序理由很简单，要使电动机转向不变，就要求磁通势旋转方向不变，也就是 A 、 B 、 C 三相绕组空间电角度依次相差 120 改变极对数前 A 、 B 、 C 三相绕组，在变极后就应该变成了 A 、 C 、 B 三相绕组4.5 变频调速 ????????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 o 从基频向下变频调速 如果降低电源频率时还保持电源电压额定不变，那么随着 f 1 下降，气隙磁通增加。

电动机磁路本来就刚进入饱和状态，气隙磁通增加，磁路过饱和，励磁电流会急剧增加，这是不能允许的因此，降低电源频率时，必须同时降低电源电压降低电源电压 U 1 主要有两种控制方法 这种调速方法与他励直流电动机降低电源电压调速相似，机械特性较硬，在一定的静差率要求下，调速范围宽，而且稳定性好由于频率可以连续调节，因此变频调速为无级调速，平滑性好另外，电动机在正常负载运行时，转差率较小，因此转差功率 P s 较小，效率较高 o 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 U N 不变，频率越高，磁通越低，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 三相异步电动机变频调速具有以下几个特点： (1) 从基频向下调速，为恒转矩调地方式；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) 运行时 s 小，效率高； (5) 频率 f 1 可以连续调节，变频调速为无级调速 异步电动机变频调速具行很好的调速性能，可与直流电动机调速相媲美 异步电动机变频调速的电源是一种能调压的变频装置，近年来，多采用由晶闸管元件或自关断的功率晶体管器件组成的变频器。

变频调速已经在很多领域内获得广泛应用，如轧钢机、辊道、纺织机、球磨机、鼓风机及化工企业中的某些设备等 4.6 电磁转差离合器 电磁转差离合器是一个离合器，主要由电枢与磁极两个旋转局部组成电枢局部与调速异步电动机联接，是主动局部；磁极局部与异步电动机所拖动的负载联接，是从动局部 电磁转差离合器构造有多种形式，但原理是一样的电枢局部可以装鼠笼绕组，也可以是整块铸钢为整块铸钢时，可以看成是无限多根鼠笼条并联，其中流过的涡流类似于鼠笼导条中的电流磁极上装有励磁绕组，由直流电流励磁，极数可多可少 电磁转差离合器的电枢局部在异步电动机运行时，随异步电动机转子同速旋转，转向设为顺时针方向，转速为 n 假设励磁绕组通入的励磁电流 I f =0 ，电枢与磁极二者之间那么既无电的联系也无磁的联系，磁极及所联之负载那么不转动，这时负载相当于被 “ 离开 〞 假设励磁电流 I f ≠ 0 ，那么磁极有了磁性，磁极与电枢二者之间就有了磁的联系由于电枢与磁极之间有相对运动，电枢鼠笼导条要感应电动势并产生电流，对着 N 极的导条电流流出纸面，对着 S 极的那么流入纸面电流在磁场中流过，受力 f ，使电枢受到逆时针方向的电磁转矩 T 。

电枢由异步电动机拖着同速转动， T 就是与异步电动机输出转矩相平衡的阻转矩磁极那么受到与电抠同样大小、相反方向的电磁转矩，也就是顺时针方向的电磁转矩 T 电磁转差离合器原理与异步电动机很相似，机械特性也相似，但理想空载点的转速为异步电动机转速 n 而不是同步转速 n 1 励磁电流 I f 越大，磁场增多，改变 I f 的大小好象改变异步电动 机电源电压的大小一样：假设转速一样，那么 I f 越大，电磁转矩 T 也越大；假设转矩一样，那么 I f 越大， 转速越高改变励磁电流 I f ，就可以调节负载的转速 电磁转差离合器设备简单，控制方便，可平滑调速，这是它的优点但是，由于其机械特性较软，转速稳定性较差，调速范围较低低速时，效率也较低适合于通风机和泵类负载，与异步电动机降压调速相似 电磁转差离合器与异步电动机装成一体时，即同一个机壳时，称为滑差电机或电磁调速异步电动机 4.7 绕线式异步电动机双馈调速及串级调速 所谓双馈，是指绕线式异步电动机的定、转子三相绕组分别接到两个独立的三相对称电源，其中定子绕组的电源为固定频率的工业电源，而转子电源电压的幅值、频率和相位那么需按运行要求分别进展调节。

o 双馈调速的根本原理 绕线式异步电动机双馈调速系统不仅能调节电动机的转速，还能改变电动机定子边的功率因数异步电动机双馈调速系统的组成 双馈电机转子回路要求能提供可控幅值、频率及相位的电源实现方法：采用晶闸管组成的交交变频器或交直变频器 异步电动机转子感应电动势的频率是随转速的变化而变化的，因此，要求在任何转速下，变频器输出的电压 应与转子感应电动势同频率实现方式：他控式、自控式 他控式：由独立的频率可控正弦波发生器发出控制信号，去控制交交变频器，使之产生转差频率电压 这种运行方式，虽然电机称异步电机，实际上相当于转子加交流励磁的同步电机运行类似于同步电动机，在恒转速下，电动机存在着最大电磁转矩，当负载转矩超过此值时，电动机将发生失步现象此外，运行中，也会出现转子振荡问题 起动异步电动机时，先将转子绕组接到起动电阻 R 上，以减小起动电流，增大起动转矩待电动机转速上升到设计值时，再将交交变频器投入运行这是由于受交交变频器输出频率范围小的限制，不可能在电机转速为零时投入变频器串级调速的根本原理 根本思路：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，也能满足同频率的要求，即大家的频率都为零。