[教育]異步電機的電力拖動

1、大連理工大學電氣工程系,1 三相異步電動機的機械特性,2 電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,3 三相異步電動機的起動,4 三相異步電動機的調速,5 三相異步電動機的制動,異步電機的電力拖動,1 三相異步電動機的機械特性,2 電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,3 三相異步電動機的起動,4 三相異步電動機的調速,5 三相異步電動機的制動,電機與拖動,返回主頁,大連理工大學電氣工程系,1 三相異步電動機的機械特性,一、電磁轉矩公式1.

2、電磁轉矩的物理公式,Pe = m2 E2 I2 cos?2E2 = 44 f1 kw2N2Φm,T = CTΦm I2 cos?2,※ 轉矩常數(shù):,,,第 4 章 異步電動機的電力拖動,,大連理工大學電氣工程系,2. 電磁轉矩的參數(shù)公式,,,1 三相異步電動機的機械特性,,大連理工大學電氣工程系,令,,,1 三相異步電動機的機械特性,,大連理工大學電氣工程系,3. 電磁轉矩的實用公式,由,最大（臨界）轉矩,臨界轉差率,由此

3、可見：① T (TM) ∝U12 ， sM 與 U1 無關。 ② sM∝R2 ， TM 與 R2 無關。,最大轉矩倍數(shù),,,1 三相異步電動機的機械特性,,大連理工大學電氣工程系,若忽略 T0，則,整理上面各式，得,,,1 三相異步電動機的機械特性,解上述方程，可得,|s | |sM| 時取負號。,,大連理工大學電氣工程系,當 T=TN 時，則,,,1 三相異步電動機的機械特性,(?MT &

4、#177; ?MT2－1 ),,,大連理工大學電氣工程系,【例 1.1 】 Y132M－4 型三相異步電動機帶某負載運行，轉速 n = 1 455 r/min，試問該電動機的負載轉矩 TL 是多少？若負載轉矩 TL = 45 N·m，則電動機的轉速 n 是多少？,由電工手冊查到該電機的 PN = 7.5 kW， n0 = 1 500 r/min，nN = 1 440 r/min，?MT = 2.2。由此求得,,,1

5、 三相異步電動機的機械特性,解：,,大連理工大學電氣工程系,= 0.166,TM = ?MT TN,= 2.2×49.76 N·m = 109.47 N·m,,,1 三相異步電動機的機械特性,忽略 T0，則,TL = T2,,大連理工大學電氣工程系,當 TL = T2 = T = 45 N·m 時,,,1 三相異步電動機的機械特性,= 0.036,n = ( 1－s ) n0 =

6、 ( 1－0.036 )×1 500 r/min = 1 446 r/min,,大連理工大學電氣工程系,二、固有特性,當 U1 、f1、R2、X2 = 常數(shù)時： T = f (s ) —— 轉矩特性 n = f (T ) —— 機械特性 當 U1L = U1N 、f1 = fN，且繞線型轉子中不外串電阻或電抗時的特性稱為固有特性。,,,,

7、,,,,,,M SN,N M S,1 三相異步電動機的機械特性,,大連理工大學電氣工程系,額定狀態(tài)是指各個物理 量都等于額定值的狀態(tài)。N點： n = nN ， s = sN ， T = TN ，P2 = PN。 額定狀態(tài)說明了電動機 長期運行的能力

8、TL≤TN，P2 ≤ PN，I1 ≤ IN。,1. 額定狀態(tài)（N點）,,,,sN = 0.01 ~ 0.09 很小， T 增加時，n 下降很少 —— 硬特性。,工作段,1 三相異步電動機的機械特性,,大連理工大學電氣工程系,臨界轉速,2. 臨界狀態(tài)（M 點）,對應 s = sM，T = TM 的狀態(tài)。,臨界狀態(tài)明了電動機的 短時過載能力。 過載倍數(shù),Y 系列三相異步電動機 ?MT

9、= 2 ~ 2.2,,,1 三相異步電動機的機械特性,,大連理工大學電氣工程系,3. 堵轉狀態(tài)（ S 點）,對應 s = 1，n = 0 的狀態(tài)。 —— 又稱為起動狀態(tài)。,堵轉狀態(tài)說明了電動機直接 起動的能力。 起動條件 (1)TS > (1.1 ~1.2)TL。 (2)IS＜允許值。 起動轉矩倍數(shù),TS,起動電流倍數(shù),,,Y 系列三相 異步電動機 ?ST = 1.

10、6 ~ 2.2 ?SC = 5.5 ~ 7.0,1 三相異步電動機的機械特性,,大連理工大學電氣工程系,【例 1.2 】 一臺Y225M－2 型三相異步電動機，若 TL = 200 N·m，試問能否帶此負載：(1) 長期運行；(2) 短時運行；(3) 直接起動（設 Is 在允許范圍內）。,解：,查電工手冊得知該電機的 PN = 45 kW，nN = 2 970 r/min，?MT = 2.2， ?ST

11、= 2.0。 (1) 電動機的額定轉矩,,,由于 TN＜TL ，故不能帶此負載長期運行。,1 三相異步電動機的機械特性,,大連理工大學電氣工程系,,,(2) 電動機的最大轉矩 TM = ?MT TN = 2.2×145 N·m = 319 N·m由于 TM＞TL ，故可以帶此負載短時運行。 (3) 電動機的起動轉矩 TST

12、 = ?STTN = 2.0×145 N·m = 290 N·m由于 TST＞TL ，且超過 1.1 倍 TL ，故可以帶此負載直接起動。,1 三相異步電動機的機械特性,,大連理工大學電氣工程系,U1'＞U1",三、人為特性,1. 降低定子電壓時的人為特性,U1'＞U1",SM 與U1無關 T 正比于 U12,,,1 三相異步電動機的機械特性,,大連理

13、工大學電氣工程系,2. 增加轉子電阻時的人為特性,sM 正比于 R2 ，TM 與 R2 無關。,,,1 三相異步電動機的機械特性,,大連理工大學電氣工程系,R2=X2,,,R2＜X2,R2＞X2,R2' ＜ R2",當 R2＜X2 時，sM＜1，R2?→TST?。 當 R2 = X2 時，sM = 1，TS= TM。 當 R2＞X2 時，sM＞1，R2?→TST ? 。,R2增加后， TST大小則與

14、R2 和 X2的相對大小有關。,1 三相異步電動機的機械特性,,,,大連理工大學電氣工程系,3. 改變定子頻率時的人為特性,(1) f1＜ fN,為保持 Φm = 常數(shù),,因為 n0∝ f1 ,,所以 △n = n0－nM = sM n0,（不變）,,,所以 TM 不變。,1 三相異步電動機的機械特性,,大連理工大學電氣工程系,f1＜fN,,(2) f1＞fN ， U1 = UN（不變） 調頻時：f1? → Φ

15、m ?因為 n0∝ f1，,所以 △n = n0－nM = sM n0 (不變),f1＞fN,,,,,1 三相異步電動機的機械特性,,大連理工大學電氣工程系,改變磁極對數(shù)時的人為特性,,×,×,,,,,,,(a) p = 2,,,S NN S,,,,,,,NS,(b) p = 1,,,1 三相異步電動機的機械特性,,大連理工大學電氣工程系,Y(2p ),YY(p

16、),?(2p ),定子繞組常用的接法,,,,,1 三相異步電動機的機械特性,,大連理工大學電氣工程系,1. Y －YY變極,(1) 2p→p ， n0 → 2n0。(2) N1→N1 /2，KT→4KT 。(3) sM 不變，U1不變。(4) ?n = n0－nM = sM n0 →2sMn0。(5) TM (TS) → 2TM (TS) 。,Y,YY,,,,,1 三相異步電動機的機械特性,,大連理工大學電氣工

17、程系,2. △－ YY變極,(1) 2p → p ，n0 → 2n0。(2) N1→N1 / 2，KT→4KT 。(3) sM 不變，,?,0.5n0,,(4)△n = n0－nM = sM n0 → 2sMn0。(5) TM (TT) → 2/3TM (TT) 。,,,,,1 三相異步電動機的機械特性,,大連理工大學電氣工程系,2 電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,一、負載的機械特性 n =

18、 f (TL) 轉速和轉矩的參考方向：,1. 恒轉矩負載特性(1) 反抗性恒轉矩負載,由摩擦力產生的。當 n＞0， TL＞0。 當 n＜ 0，TL＜0。 如機床平移機構、 壓延設備等。,,,第 4 章 異步電動機的電力拖動,,大連理工大學電氣工程系,,(2) 位能性恒轉矩負載,由重力作用產生的。 當 n＞0， TL＞0。 當 n＜ 0，TL＞0。 如起重機的提升機構 和礦井卷揚機等

19、。2. 恒功率負載特性,TL n = 常數(shù)。 如機床的主軸系統(tǒng)等。,,,,2 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行,,大連理工大學電氣工程系,3. 通風機負載特性,,TL∝n2 TL 的方向始終與 n 的方向相反。 如通風機、水泵、油泵等。,實際的通風機負載,,T0,TL = T0＋k n2,實際的機床平移機構,,,,,2 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行,,大連理工大學電氣工程系,二、穩(wěn)定運行條件,工作點：,在電動機的機械特性與負載

20、的機械特性的交點上。,穩(wěn)定運行:,即：T－TL = 0,運動方程:,T－TL＞ 0,→加速,T－TL＜ 0,→減速,n = 常數(shù),過渡過程:,,,2 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行,,大連理工大學電氣工程系,,a,干擾使 TL ?,a 點:,n ?,→ T ?,a',→ a'點。,→ a 點。,→n ?,→T ?,干擾過后 T＞TL,→T = TL,,,2 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行,,大連理工大學電氣工程系,,a,a&quo

21、t;,干擾使 TL ?,a 點:,n ? → T ? → a'點。,干擾過后 T＞TL →n ? →T ? →T = TL → a 點。,,,干擾使 TL ?,→T ?,→ a" 點。,→T = TL,干擾過后 T＜TL,→ n ?,→ T ?,→T = TL → a 點。,2 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行,,大連理工大學電氣工程系,,b 點:,干擾使 TL ?,→n ? →n = 0,→堵轉。,→T ?,干擾過后 T

22、＜TL ，不能運行。,b',,,2 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行,,大連理工大學電氣工程系,,b 點:,干擾使 TL ? n? →T? → n? → n = 0 →堵轉。,干擾過后 T ＜TL ，不能運行。,干擾使 TL ?,→T ?,→ b' 點。,→ n ??,b',干擾過后 T＜TL,→n ? → T ?,→ a 點。,,,2 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行,,大連理工大學電氣工程系,穩(wěn)

23、定運行的充分條件:,,,穩(wěn)定運行點,不穩(wěn)定 運行點,2 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行,,大連理工大學電氣工程系,電動機的自適應負載能力,電動機的電磁轉矩可以隨負載的變化而自動調整這種能力稱為自適應負載能力。,自適應負載能力是電動機區(qū)別于其他動力機械的重要特點。 如:柴油機當負載增加時，必須由操作者加大油門，才能帶動新的負載。,a 點→TL?,新的平衡,→a'點,a',T－TL＜0,→n?,→I2?,→T

24、?,I1?→P1?,,,,2 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行,,大連理工大學電氣工程系,3 三相異步電動機的起動,一、電動機的起動指標1. 起動轉矩足夠大 TST ＞TL TST ≥ (1.1 ~ 1.2) TL2. 起動電流不超過允許范圍。 異步電動機的實際起動情況 起動電流大：IST = ?SCIN = (5.5～7) IN 起動轉矩?。篢ST = ?StTN = (1.6～2.2)

25、TN,,,第 4 章 異步電動機的電力拖動,,大連理工大學電氣工程系,不利影響(1)大的 IST使電網電壓降低，影響自身及其他負載 工作。,(2) 頻繁起動時造成熱量積累，易使電動機過熱。二、籠型異步電動機的直接起動1. 小容量的電動機（PN ≤7.5kW）2. 電動機容量滿足如下要求：,,,3 三相異步電動機的起動,,大連理工大學電氣工程系,三、籠型異步電動機的減壓起動,1. 定子串聯(lián)電阻或電抗減壓起動,

26、M3~,起動,運行,,,3 三相異步電動機的起動,,大連理工大學電氣工程系,適用于：正常運行為△形聯(lián)結的電動機。,2. 星形－三角形減壓起動（Y－ ? 起動）,,,3 三相異步電動機的起動,,大連理工大學電氣工程系,適用于：正常運行為△形聯(lián)結的電動機。,2. 星形－三角形減壓起動（Y－ ? 起動）,Y 起動,,,3 三相異步電動機的起動,,大連理工大學電氣工程系,適用于：正常運行為△形聯(lián)結的電動機。,2. 星形－三角形減壓

27、起動（Y－ ? 起動）,? 起動,定子相電壓比,,,定子相電流比,起動電流比,3 三相異步電動機的起動,,大連理工大學電氣工程系,電源電流比,起動轉矩比,,,3 三相異步電動機的起動,,,IYI△,,ISTYIST△,=,=,13,,大連理工大學電氣工程系,(2) ISTY＜Imax （線路中允許的最大電流）。(3) TSTY＞(1.1 ～ 1.2)TL 。,Y－ ? 起動的使用條件,,,3 三相異步電動機的起動

28、,,(1) 正常運行時應采用 ? 形連接的電動機。,【例 3.1 】三相異步電動機，電源電壓 =380V，三相定子繞組?接法運行，額定電流IN=20A，啟動電流Ist/IN=7，求：（1）?接法時的啟動電流Ist ? （2）若啟動時改為Y接法，求 Ist Y,（1）Ist ? =7 IN =7?20=140A,解：,（2）,Ist Y = Ist ? /3=140/3=47A,大連理工大學電氣工程系,

29、3. 自耦變壓器減壓起動,,,3 三相異步電動機的起動,,大連理工大學電氣工程系,3. 自耦變壓器減壓起動,起動,,,3 三相異步電動機的起動,,大連理工大學電氣工程系,,,3. 自耦變壓器減壓起動,運行,3 三相異步電動機的起動,,大連理工大學電氣工程系,3. 自耦變壓器減壓起動,定子線電壓比,= KA,,,定子相電壓比,定子相電流比,3 三相異步電動機的起動,,大連理工大學電氣工程系,3. 自耦變壓器減壓起動,,,

30、起動電流比,電源電流比,= KA2,起動轉矩比,= KA2,3 三相異步電動機的起動,,大連理工大學電氣工程系,,,降壓比 KA 可調 QJ2 型三相自耦變壓器： KA = 0.55、0.64、0.73 QJ3 型三相自耦變壓器： KA = 0.4、0.6、0.8,3 三相異步電動機的起動,,(1) ISTa＜Imax

31、（線路中允許的最大電流） (2) TSTa＞(1.1 ～ 1.2)TL,自耦變壓器減壓起動的使用條件,延邊三角形換接降壓啟動,優(yōu)點：延邊三角形啟動可以獲得比“星形—三角形”啟動更大的啟動轉矩，而且設備簡單，只需一轉換開關。缺點：定子繞組的抽頭較多。,大連理工大學電氣工程系,【例 3.2 】 一臺 Y250M－6 型三相籠型異步電動機，UN = 380 V，? 聯(lián)結，PN = 37 kW， nN = 985 r/min，IN = 7

32、2 A，?ST= 1.8，?SC = 6.5。如果要求電動機起動時， 起動轉矩必須大于 250 N·m，從電源取用的電流必須小于 360A。試問：(1) 能否直接起動？(2) 能否采用 Y－? 起動？ (3) 能否采用 KA = 0.8 的自耦變壓器起動？,解： (1) 能否直接起動,,,直接起動時起動轉矩和起動電流為 TST = ?ST TN = 1.8×359 N·m = 646

33、N·m IST = ?SC IN = 6.5×72 A = 468 A,3 三相異步電動機的起動,,大連理工大學電氣工程系,雖然 TST＞250 N·m，但是 IST ＞360 A，所以 不能采用直接起動。,(2) 能否采用 Y－? 起動,雖然 ISTY＜360 A，但是 TSTY＜250 N·m，所以 不能采用 Y－? 起動。 (3) 能否采用 KA

34、= 0.8 的自耦變壓器起動 TSTa = KA2TST = 0.82×646 N·m = 413 N·m ISTa = KA2IST = 0.82×468 A = 300 A,,,3 三相異步電動機的起動,,大連理工大學電氣工程系,由于 TSTa ＞250 N·m，而且 ISTa＜360 A，所以 能采用 KA = 0.8 的自耦變壓器起動。,

35、,,3 三相異步電動機的起動,,1),解:,【例 3.3 】一臺Y225M-4型的三相異步電動機，定子繞組△型聯(lián)結，其額定數(shù)據(jù)為：PN=45kW,nN=1480r/min，UN=380V,?N=92.3%,cos?N=0.88,KC = 7.0,Ks = 1.9,KM = 2.2求：1) 額定電流IN? 2) 額定轉差率sN? 3) 額定轉矩TN 、最大轉矩TM 和起動轉矩TS 。,3 三相異步電動機

36、的起動,2）由nN=1480r/min，可知 p=2 （四極電動機）,3）,3 三相異步電動機的起動,,【例 3.4 】在上例中如果負載轉矩為 510.2N?m , 試問:（1） 在U=UN 和U ´=0.9UN兩種情況下電動機能否起動？（2）采用Y- ? 換接起動時，求起動電流和起動轉矩。 （3）當負載轉矩為額定轉矩的80%和50%時，電動機能否 Y- ? 換接起動？,解：(1) 在

37、U=UN時 TS = 551.8 N·m > 510.2 N·m,,在U´= 0.9UN 時,能起動,不能起動,3 三相異步電動機的起動,（3）在80%額定負載時:,在50%額定負載時:,（2） Ist ?=KCIN=7?82=589.4 A,不能起動,能起動,3 三相異步電動機的起動,大連理工大學電氣工程系,5. 軟起動器起動,限壓起動模式的起動過程,限

38、流起動模式的起動過程,3 三相異步電動機的起動,,,,大連理工大學電氣工程系,四、繞線型異步電動機轉子電路串聯(lián)電阻起動,1. 無級起動,3 三相異步電動機的起動,,,,大連理工大學電氣工程系,由幾何關系求得起動變阻器的最大值為,由銘牌數(shù)據(jù)求得轉子每相繞組電阻的公式為,3 三相異步電動機的起動,,,,大連理工大學電氣工程系,(1) 起動過程分析,①串聯(lián) RST1 和 RST2 起動（特性 a） 總電阻 R22 = R

39、2 + RST1+ RST2,n0,,a (R22),T2,,,,a1,,,a2,T1,切除 RST2,3 三相異步電動機的起動,,2. 有級起動,大連理工大學電氣工程系,,,b (R21),,b1,b2,② 合上 Q2 ，切除 RST2（特性 b） 總電阻 R21 = R2+ RST1,,,切除 RST1,3 三相異步電動機的起動,,大連理工大學電氣工程系,③ 合上 Q1 ，切除 RST1（特性 c） 總

40、電阻: R20＝R2,,c (R20),,c1,c2,,,p,3 三相異步電動機的起動,,大連理工大學電氣工程系,(2) 起動電阻的計算,① 選擇 T1 和 T2 起動轉矩： T1 = (0.8 ~ 0.9) TM 切換轉矩： T2 = (1.1 ~ 1.2) TL② 求出起切轉矩比 ?,③ 確定起動級數(shù) m 根據(jù)相似三角形的幾何關系來推導。,,,3 三相異步電動機的起動,,大連理工大

41、學電氣工程系,,同理可得：,,,因為 sa2 = sb1 ，sb2 = sc1 sM∝ R2,所以,3 三相異步電動機的起動,,大連理工大學電氣工程系,因此有下面的關系,R21 =βR2 R22 =βR21 =β2R2對于 m 級起動，有 R2m = βmR2式中 R2m = R2＋RST1＋RST

42、2＋ ··· ＋RSTm 于是得到下式：,因為,,,3 三相異步電動機的起動,,大連理工大學電氣工程系,對于 m 級起動，則有,在固有特性 c 上，有關系,因此可得,,,④ 重新計算? ，校驗是否在規(guī)定范圍內。,3 三相異步電動機的起動,,大連理工大學電氣工程系,⑤ 求出各級起動電阻,RSTi =(βi － β i-1 ) R2,3 三相異步電動機的起動,,,,i=1,2,3,…,大連理工大

43、學電氣工程系,【例 3.5 】 JR41－4 型三相繞線型異步電動機拖動某生產機械。已知電動機的 PN = 40 kW，nN = 1 435 r/min，?MT = 2.6， U2N = 290 V， I2N = 86 A。已知起動時的負載轉矩 TL = 200 N·m ，采用轉子電路串電阻起動。起動級數(shù)初步定為三級。求各級應串聯(lián)的起動電阻。,解： (1) 選擇起動轉矩 T1,,,TM = ?MT TN = 2.6&

44、#215;266.32 N·m = 692.43 N·m T1 = ( 0.8 ~ 0.9 )TM = ( 553.94 ~ 623.19 ) N·m取 T1 = 580 N·m,3 三相異步電動機的起動,,大連理工大學電氣工程系,(2) 求出起切轉矩比 ? (3) 求出切換轉矩 T2,由于 T2 >

45、;1.1TL，所以所選 m 和β 合適。(4) 求出轉子每相繞組電阻 R2,,,3 三相異步電動機的起動,,大連理工大學電氣工程系,,,3 三相異步電動機的起動,(5) 求出各級起動電阻 RST1 = (β－1)R2 = (2.2－1) ×0.084 4 ?=0.1 ? RST2 = (β2－ β)R2

46、 = (2.22－2.2) ×0.084 4 ?=0.22 ? RST3 = (β3－ β2)R2 = (2.23－ 2.22) ×0.084 4 ?=0.49 ?,,大連理工大學電氣工程系,頻敏變阻器 頻率高：損耗大，電阻大。 頻率低：損耗小，電阻小。 轉子電路起動時 f2 高，電阻大，

47、 TST' 大， IST' 小。 轉子電路正常運行時 f2 低，電阻小， 自動切除變阻器。,※五、繞線型異步電動機轉子電路串聯(lián)頻敏變阻器起動,頻敏變阻器,,,3 三相異步電動機的起動,,大連理工大學電氣工程系,,※六、改善起動性能的三相籠型異步電動機,1. 深槽型異步電動機 槽深 h 與槽寬 b 之比為：h / b = 8 ~ 12,,,,,漏電抗小↑漏電抗大,增大

48、↑電流密度,起動時，f2 高， 漏電抗大，電流的集 膚效應使導條的等效 面積減小，即 R2? ， 使 TST? 。 運行時， f2 很低， 漏電抗很小，集膚效 應消失，R2?→? ? 。,,,3 三相異步電動機的起動,,大連理工大學電氣工程系,2.雙籠型異步電動機,,,電阻大漏抗小電阻小漏抗大,上籠（外籠）下籠（內籠）,起動時， f2 高， 漏抗大，起主要

49、作用， I2 主要集中在外籠， 外籠 R2 大→ TST 大。 外籠 —— 起動籠。 運行時， f2 很低 ， 漏抗很小，R2 起主要作用， I2 主要集中在內籠。 內籠 —— 工作籠。,,,3 三相異步電動機的起動,,大連理工大學電氣工程系,4 三相異步電動機的調速,1. 改變磁極對數(shù) p2. 改變轉差率 s 3. 改變電源頻率 f1(變頻調速),調速方法：,—— 有

50、級調速。,,,第 4 章 異步電動機的電力拖動,,大連理工大學電氣工程系,一、電動機的調速指標,1. 調速范圍2. 調速方向3. 調速的平滑性 —— 平滑系數(shù) 調速的穩(wěn)定性 —— 靜差率 D、δ、 ?nN 的關系 (nN = nmax),,,4 三相異步電動機的調速,,大連理工大學電氣工程系,例如：nN = 1 430 r/min，△nN = 115 r/min ， 要求δ≤30%、則

51、 D = 5.3。,要求δ≤20%、則 D = 3.1。 再如： nN = 1 430 r/min， D = 20，δ≤5%， 則 ?nN = 3.76 r/min。5. 調速的經濟性6. 調速時的允許負載 不同轉速下滿載運行時： 輸出轉矩相同 —— 恒轉矩調速?！?輸出功率相同 —— 恒功率調速。,,,4 三相異步電動機的調速,,大連理工大學電氣工程系,二、籠型異步電動機的變頻調速

52、,U、f 可 變,整流電路,逆變電路,50 Hz,,,,,,,4 三相異步電動機的調速,,大連理工大學電氣工程系,1. 調速方向 f1＜fN 時：n ? 。 2. 調速范圍 D 較大。 3. 調速的平滑性 平滑性好（無級調速）。 調速的穩(wěn)定性 穩(wěn)定性好。 5. 調速的經濟性 初期投資大；運行費用不大。 6. 調速時的允許負載,f1＞fN 時：n ?

53、 。,,,4 三相異步電動機的調速,,大連理工大學電氣工程系,,,4 三相異步電動機的調速,因為,→Φm 基本不變， 基本不變。,所以,T = CTΦm I2N cos?2,(1) f1＜fN 時,—— 恒轉矩調速。,P2 = T2Ω,≈TΩ,(2) f1 ＞fN 時 因為 U1L = UN,所以 T = CTΦm I2N cos?2,∝T n,= 常數(shù),—— 恒功率調速。,,大連理工大

54、學電氣工程系,變頻器,4 三相異步電動機的調速,,大連理工大學電氣工程系,,,4 三相異步電動機的調速,優(yōu)點：(1) 一體化的通用變頻器和電動機的組合可以提供最大效率。(2) 變速驅動，輸出功率范圍寬（如從 120 W~7.5 kW）。(3) 在需要的時候，通用變頻器可以方便地從電動機上移走。 (4) 高起動轉矩。,電機變頻器一體化產品,,大連理工大學電氣工程系,【例 1 】 某三相籠型異步電動機，PN = 15 kW

55、，UN = 380 V， ?形聯(lián)結，nN = 2 930 r/min，fN = 50 Hz，?MT= 2.2。拖動一恒轉矩負載運行， T = 40 N·m 。求：(1) f1 = 50 Hz，U1 = UN 時的轉速；(2) f1 = 40 Hz，U1 = 0.8UN 時的轉速； (3) f1 = 60 Hz，U1 = UN 時的轉速。,解： (1),,,TM = ?MT TN = 2.2×48.91 N&#

56、183;m =107.61 N·m,4 三相異步電動機的調速,,大連理工大學電氣工程系,n = ( 1－s ) n0 = ( 1－0.018 7 )×3 000 r/min = 2 944 r/min(2),,,故 T'M = TM = 107.61 N·m,4 三相異步電動機的調速,,大連理工大學電氣工程系,,,n' = ( 1－s') n

57、'0 = ( 1－0.023 3 ) ×2 400 r/min = 2 344 r/min,4 三相異步電動機的調速,,大連理工大學電氣工程系,(3) f1增加，U1 不變時，,,,4 三相異步電動機的調速,= ( 1－0.023 4 )×3 600 r/min = 3 516 r/min,,大連理工大學電氣工程系,三、籠型異步電動機的變極調速,,,,,1. 調速方向 Y(△)

58、→YY ：n ? YY→Y (?) ： n?2. 調速范圍 D = 2 ~ 4,,,4 三相異步電動機的調速,3. 調速的平滑性 平滑性差。 調速的穩(wěn)定性 穩(wěn)定性好。,,大連理工大學電氣工程系,靜差率：5. 調速的經濟性 經濟性好。6. 調速時的允許負載 ① YY－Y 滿載輸出功率： 滿載輸出轉矩：,(基本不變）,因為,,,4 三相異步

59、電動機的調速,—— 恒轉矩調速。,,大連理工大學電氣工程系,如果 cos?1 、η不變，則,（恒轉矩調速）,(2) YY－?,因為,如果cos?1 、 η不變，則,≈1,（恒功率調速）,,,4 三相異步電動機的調速,——（近似）恒功率調速。,,大連理工大學電氣工程系,【例 2 】 某三相多速電動機，PN = 2.2/3.8 kW，nN = 1 440/2 880 r/min， ?MT = 2.0/2.0。拖動TL = 10 N&

60、#183;m 的 恒轉矩負載。求在兩種不同磁極對數(shù)時的轉速。,解： (1) p = 2 時,4 三相異步電動機的調速,,,TM = ?MT TN = 2×16 N·m = 29.2 N·m,,大連理工大學電氣工程系,n = ( 1－s ) n0 = ( 1－0.026 3 ) ×1 500 r/min = 1 460.55 r/min (2) p = 1 時,,,4 三

61、相異步電動機的調速,,大連理工大學電氣工程系,,,4 三相異步電動機的調速,TM = ?MT TN = 2×12.61 N·m = 25.22 N·m,n = ( 1－s ) n0 = ( 1－0.030 8 ) ×3 000 r/min = 2 907.6 r/min,,大連理工大學電氣工程系,四、籠型異步電動機的變壓調速,,TL,,1. 調速方向 U1(＜UN)↓ →

62、n↓2. 調速范圍 D 較小。,,,,,,4 三相異步電動機的調速,3. 調速的平滑性 若能連續(xù)調節(jié)U1， n 可實現(xiàn)無級調速。,,大連理工大學電氣工程系,調速的穩(wěn)定性 穩(wěn)定性差。5. 調速的經濟性 經濟性較差。 (1)需要可調交流電源。 (2)cos?1 和? 均較低。6. 調速時的允許負載 既非恒轉矩調速，又非恒功率調速。,因為,T∝U1P

63、2,所以,U1 ?,→T (n) ?,→ P2??,,,4 三相異步電動機的調速,,大連理工大學電氣工程系,【例 3 】 三相籠型異步電動機，PN = 15 kW，UN = 380 V，nN = 960 r/min，?MT = 2。試求：(1) U1 = 380V，TL = 120 N·m 時的轉速；(2) U1 = 300V，TL = 100 N·m 時的轉速。,解： (1) U1 = 380V，TL

64、= 120 N·m 時,4 三相異步電動機的調速,,,TM = ?MT TN = 2×149.28 N·m = 298.56 N·m,,大連理工大學電氣工程系,n = ( 1－s ) n0 = ( 1－0.031 ) ×1 000 r/min = 969 r/min,,,4 三相異步電動機的調速,,大連理工大學電氣工程系,,,n = ( 1－s ) n0

65、 = ( 1－0.044 ) ×1 000 r/min = 956 r/min,4 三相異步電動機的調速,(2) U1 = 300V，TL = 100 N·m 時 sM 不變，Tm ∝U12 ，故 sM = 0.149,,大連理工大學電氣工程系,五、繞線型異步電動機轉子串聯(lián)電阻調速,,,1. 調速方向 n ?2. 調速范圍 D 較小。,,,4 三相

66、異步電動機的調速,,大連理工大學電氣工程系,Φm不變，,3. 調速的平滑性 取決于 Rr 的調節(jié)方式。 調速的穩(wěn)定性 穩(wěn)定性差。,Rr? →δ ?? 。5. 調速的經濟性 初期投資不大，但運行效率較低。 6. 調速時的允許負載因為 調速前后 U1 、 f1 不變，,,,4 三相異步電動機的調速,調速前,—— 恒轉矩調速。,,大連理工大學電氣工程系,調速后可見調速前

67、調速后,,,4 三相異步電動機的調速,,大連理工大學電氣工程系,,,4 三相異步電動機的調速,可見，調速前后 cos?2 不變，根據(jù) T = CTΦm I2 cos?2可知調速時允許的轉矩不變，為恒轉矩調速。,,大連理工大學電氣工程系,【例 4 】 一臺三相繞線型異步電動機，拖動一恒轉矩負載運行。已知 PN = 20 kW，nN = 1 420 r/min， U2N =187 V， I2N = 68.5 A，?M

68、T = 2.3，TL = 100 N·m 。試求：(1) 轉子電路未串電阻時的轉速；(2) 轉子電路串聯(lián)電阻 Rr = 0.015 9 ? 時的轉速。,解： (1) 轉子電路未串聯(lián)電阻時,4 三相異步電動機的調速,,,TM = ?MT TN = 2.3×1357 N·m = 309.5 N·m,,大連理工大學電氣工程系,n = ( 1－s ) n0 = ( 1－0.038 7

69、 ) ×1 500 r/min = 1 442 r/min(2) 轉子串聯(lián)電阻 Rr 時，TM 不變，sM∝(R2＋Rr),,,4 三相異步電動機的調速,,大連理工大學電氣工程系,,,由于 TL 不變，因此 s ∝(R2＋Rr)n' = ( 1－s') n0 = ( 1－0.046 ) ×1 500 r/min = 1 431 r/min,4 三相異步電動機的調速,,大連

70、理工大學電氣工程系,六、繞線型異步電動機的串級調速,1. 串級調速的原理 在轉子電路中串聯(lián)一個與 e2s 頻率相等、相位相同或相反的附加電動勢 ead ，以代替 Rr 上的電壓降，從而使這部分能量不致?lián)p耗掉。轉子相電流：,e2s 與 ead 同相位時：,在引入 ead 的瞬間：,I2s?,→T ?,→n ?,→sE2?,→I2s ?,→T ?,··· →T =TL ?,,,,4 三相異