2-4 绕线式异步电动机的调速解析
第二章--绕线式异步电动机串级调速系统
b.起动控制：控制逆变角，使在起动开始的瞬间，Ud与Uβ的差值能产生 足够大的 Id ，以满足所需的电磁转矩，但又不超过允许的电流值，这样电动 机就可在一定的动态转矩下加速起动。
随着转速的增高，相应地增大角以减小值 Uβ ，从而维持加速过程中动态 转矩基本恒定 。
30
（2）调速
a.调速原理：通过改 变角的大小调节电动机 的转速。
由于电机在 低于同步转速 下工作，故称 为次同步转速 的电动运行。
sn
0 n1
~
P1 Pm
(1-s)Pm
CU
sPm
10
次同步速度电动运行状态
sPm
Te
12
不断加大+Eadd， s n
就可提高电机的转 速。当接近额定转
1
2n1
SP
速时，如继续加大
+Eadd，电机将加
P
速到s<0的新的稳
Pm
态下工作，即电机
转子电流 I2 的增大，会引起交流电动机
拖动转矩的增大，设原来电机拖动转矩与负载 相等，处于平衡状态，串入附加电势引起电 动机升速，在升速的过程中，随着速度增加， 转差率S减小，分子中sE2减小，电流也减小， 使拖动转矩减小后再次与负载平衡，降速过程 最后会在某一个较高的速度下重新稳定运行。
* 这种向上调速的情况称为高于同步速的串级调速。（超同步串调） 9
一.串级调速的原理 二.串级调速的基本运行状态及功率关系 三.附加电动势的实现 四.次同步串级调速主电路
2
一. 串级调速的原理
转子串电阻调速方法有什么缺点？
我们知道，对于绕线转子异步电动机，可以在其 转子回路串入电阻来减小电流，增大转差率，从而改 变转速。这种方法就是转子串电阻调速方法。
异步电动机的调速方法和各调速方法适用什么电动机
异步电动机的调速方法和各调速方法适用什么电动机异步电动机的调速方法有以下几种：改变电动机的极对数。
利用定子的两套或单套绕组，改变其连接方法，到达改变极对数的目的。
这种调速是分级的,不是平滑的。
改变电源的频率。
为此要有一套专用的变频电源。
改变外施电压，以改变转差率。
这种方法实用价值不大。
在转子回路中串入附加电阻。
这种方法只适用于绕线式异步电动机，可得到平滑调速。
1.变频调速向电机定子输以连续变化的频率及相应的电压，即可获得平滑的调速。
要有专用的变频变压电源。
这种调速适用于同步电机及鼠笼电动机的调速。
2.变极数调速转速n与极数P成正比，极数增加，即可降速；极数减少，即可增速。
适用于鼠笼电动机。
3.转子外接电阻调速当电网电压及频率不变时，在转子回路中串入电阻后,可以改善电动机的起动转矩，在绕线电机转子中串接启动电阻，减小启动电流。
适用于滑环电动机。
4.转子外加电压调速此方法也叫串级调速，是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，到达调速的目的。
这种方式有两种：电机反应方式和电气反应方式。
串级调速，多采用晶闸管串级调速，晶闸管低同步串级调速系统是在绕线异步电动机转子侧用大功率的晶闸管或整流二极管，将转子的转差频率交流变为直流，再用晶闸管逆变器将转子电流返回电源以改变电机转速的一种方式。
此控制调速系统效率利用率高，它能实现无级平滑调速，低速时机械特性也比较硬。
这种方法适用于滑环电动机。
此方法又有两种方式：1）电机反应方式，也叫库拉姆法，转子的转差电压经硅整流输入与主电机同轴的直流他励电机，通过直流电机的励磁调节，以调节反应量，从而获得调速。
2）电气反应方式，也叫沙尔比法，转子的转差电压经硅整流输入可控硅逆变器，逆变器交流输出通过反应变压器接与电网，改变逆变角，即可调速。
5,定子调压、转子变阻调速利用异步机转矩与定子端电压平方成正比的关系，同时利用转子改变外接电阻的关系开展调速。
转子变阻为粗调，定子调压为细调。
毕业设计(论文)-绕线式异步电动机的串级调速[管理资料]
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绕线式异步电动机的串级调速作者：摘要：本设计主要利用电力拖动控制设计出可靠安全且容易操作和维修。
主要介绍了机械和工艺对电器控制线路的要求，以及怎么设计出来的控制线路满足生产的要求，达到简单经济。
在设计电力拖动自动控制系统时，一般包括两部分内容，一是确定拖动方案和选择电动机，前者主要解决的是采用交流拖动方案还是直流拖动方案，后者主要解决的是选择电动机容量等问题。
根据电机学由异步电机转速公式n=60f1/Þ×(1-s p)可知异步电机的调速方法有改变定子频率、磁极对数和转差率等，而对于绕线式异步电机我们一般都采用的是改变转差率进行调速，而改变转差率实现异步电动机的调速方法有一：在绕线式异步电机的转子中串入不同的电阻实现电力拖动的速度调节，但这中方法存在着以下缺点：1）他是通过增大转子回路电阻来降低转速，当电机负载转矩恒定时，转速越低转差功率越大，这种方法是通过增大转差功率来降低转速的，但所增加的转差功率全部被转化为热量消耗掉了，这种调速方法效率岁调速的范围增大而降低。
2）调速时电机理想空载转速不变。
只能在额定转速以下调节，调速时机械特性变软，降低了静态调速精度，3）由于转子回来附加电阻的档数有限，无法实行无级调速，调速范围小。
二：串级调速，串级调速是通过绕线式异步电动机的转子回路引入附加电势而产生的。
它属于变转差率来实现串级调速的。
与转子串电阻的方式不同，串级调速可以将异步电动机的功率加以应用（回馈电网或是转化为机械能送回到电动机轴上），因此效率高。
它能实现无级平滑调速，低速时机械特性也比较硬。
特别是晶闸管低同步串级调速系统，技术难度小，性能比较完善，因而获得了广泛的应用。
关键词：异步电动机串级调速原理基本类型Abstract：The design of the main drag to control the use of electricity to design safe and reliable operation and maintenance easy. Introduces the process of mechanical and electrical control circuit, as well as how the control circuit designed to meet the requirements of the production to a simple economic. Automatic control in the design of electric drive system, generally comprises two parts, first drag the program to identify and select the motor, which is used mainly to solve the exchange program or drag drag DC program, which is the main solution is to choose electric machine capacity and so on.According to the study by the electric induction motor speed formula n = 60f1 / Þ × (1-sp) induction motor can see the speed control methods have to change the frequency of the stator, on the pole and a few slip, and so on, but for the winding - We induction motors generally used is to change the slip for governor, and change the slip of the induction motor to achieve a speed control methods: the wound-rotor induction motor in the string into a different resistance to realize the power delay Adjust the speed of the move, but there is method in the following shortcomings: 1) he is through loopincreased resistance to reduce the rotor speed, when the motor torque constant load, the lower the speed difference to the greater power, this approach is adopted Increasing deterioration of the power to reduce speed, but the increase in power all the difference to be converted into energy consumed, the efficiency of this method of speed-year-old governor to reduce the scope of the increase. 2) The speed at the same speed no-load motor ideal. Can only be rated below regulation speed, variable speed control when the mechanical properties of soft and reduce the static speed accuracy, 3) due to additional back rotor resistance limited number of stalls, unable to carry out stepless speed regulation, the small scope of the governor. Second: Cascade Speed, speed cascade through the wound-rotor induction motor circuit and the introduction of additional potential generated. It is a change to achieve slip cascade of speed. Rotor resistance and the string in different ways, can cascade speed asynchronous motor to power the application (or the power grid back into mechanical energy to send back to the motor shaft), so efficient. It can not achieve the smooth-class speed and low speed when the mechanical properties of relatively hard. Thyristor especially low speed synchronous cascade system, the technical difficulty of small, relatively perfect performance, which was widely used.Key words:asynchronous motor series of basic principles governing the type of一、串级调速的基本原理所谓串级调速就是在转子回路中串入与转子电动势E2同频率的附加电动势E add如图1—1所示。
浅谈绕线式三相异步电动机的调速控制
2、不能连续起动，连续启动时间间隔为1 分钟左右。
3、频敏包易烧毁，对绝缘要求高。
三、串极调速启动
串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机 的转差，达到调速的目的。 • 原速理前：后假转定子异电步流电近机似的保外持不加变电。源若电在压转E0子不回变路，中负引载入转一矩个都频不率变与，转则子电电机势在相调 同，而相位相同或相反的附加电势E1则转子电流I0为：
I0=(E0±E1)/ R0 （式4） R0= (R2+X0)1/2 E0-转子开路相电势；R2-转子回路电阻；X0-转子旋转时每相漏抗； 当机电的机一在个正常常数运，行所时以，改转变差附率加s电很势小E，1就故可R2以＞改X0变，转忽差略率X0s，，上从式而中实，现E调0取速电。动 实际E0±E1≈常数（式四） 势同相步设位串当相级E反调1=时速0时，（电小E动1于为机额负运定，行转改于数变额）E定1（的转即大速s小>，，0即）可n，在=当n额0附,s定=件s转0电,数当势以附与下件转调电子速势相，与电这转势称子相为相位低电相 同时，E1为正，改变E1的大小，可在额定转数以上调速，这称为超同步串级 调速(大于额定转数)(即s<0)。
P
sP
M
KM
KM1
逆变器
整流器
R
图能实现无级平滑调 速，低速时机械特性也比较硬，但是在运行中也必须要注 意以下两点：
• 1、必须有严格的启动和切换顺序，由于硅原件的赖压 和额定电流的影响，必须保证电机转速达到规定的最低转 速以上时才允许切换至串级调速运行状态，启动顺序是： 给控制回路送电，接通逆变器主电源转子接入频敏变阻器 （起保护作用），接通定子电源，启动电机，电机加速至 规定转速时切换至串调运行，此后立即切断频敏变阻器。
第3章 第3节 绕线式异步电动机的调速
可直接控制转子回路内的滑差功率 实现转子串电阻调速和串级调速等调速方式 串级调速－－变流装置在转子侧 调节滑差功率，调速装置容量小 3.3.1 绕线式异步电动机转子串电阻调速 1、转子串电阻调速原理 转子回路接三相附加电阻 机械特性从自然特性变为人工特性 最大转矩不变
临界转差率将随外加电阻的增大而增加
改变值，逆变器输出电压变化，实现调速
19
①第1工作区
（ p 0
600 ）
转子整流输出电压（考虑换流压降及电机转子侧电阻Rd）：
U d 2.34sE 2 ( 3sX d
2 Rd ) I d
逆变电压：
U 2.34U 2T cos ( 3X T
2 RT )I d
1）亚同步系统－－交直交 静止变流器作用： 回收利用转子绕组中的转差功 率－－传递有功功率 二极管不可控整流桥把转差频率 的交流变成直流 有源逆变器把直流变成电网频 率的交流回馈电网 PCU—Power Converter Unit
2）超同步系统－－交－交变流器
静止变流器能双向传递有功功率 既能运行于亚同步速度，又能运行 于超同步 同时相位能随意变化，传递无功 功率，改善功率因数
) cos1 (1
2X d Id 6 E2
)
Xd－－转子不动时折算到转子侧的总漏抗 Id－－负载电流即整流输出电流
E2－－电机静止时转子绕组相电势
γ角与转差率s无关 随着负载电流Id的增加而增加
当 Id 6E2 4Xd 时
60
14
2、转子整流电路3种工作状态 ①第1工作状态 负载不很大，换流重叠角γ随负载上升而增大，变化范围：
忽略分母中 有
七种电机调速方式比较
七种电机调速方式比较一、变极对数调速方法：这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的。
本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。
特点如下：1、具有较硬的机械特性，稳定性良好；2、无转差损耗，效率高；3、接线简单、控制方便、价格低；4、有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；5、可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。
二、变频调速方法：变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。
变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类，目前国内大都使用交-直-交变频器。
本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。
其特点：1、效率高，调速过程中没有附加损耗；2、应用范围广，可用于笼型异步电动机；3、调速范围大，特性硬，精度高；4、技术复杂，造价高，维护检修困难。
三、串级调速方法：串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。
大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。
根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速。
本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。
其特点为：1、可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高；2、装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额定转速70%-90%的生产机械上；3、调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产；4、晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。
四、绕线式电动机转子串电阻调速方法：绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。
串入的电阻越大，电动机的转速越低。
异步电动机的几种调速方法 ——转子回路串电阻调速
• 此外，在恒转矩调速时，从电磁转矩参数 表达式（略）可知，恒转矩调速时转差率s 将随转子回路总电阻成正比例变化，总电 阻增加一倍，则转差率也增加一倍，于是 根据等效电路可见：恒转矩调速时，定、 转子电流、输入功率、气隙磁场和电磁功 率皆不变，而与转子回路串入电阻的大小 无关。于是，如果把转速调得愈低，即转 差率愈大，就需要在转子回路串入愈大的 电阻，随之转子铜耗就愈大，电动机效率 就愈低。
• 当转子回路串入调速电阻时，若电动机总 负载转矩保持不变，电动机从一个运行点 到另一个运行点，相应地转差率从S1增加 到S2，转速则从n1(1-S1)降到n1(1-S2)。 增加调速电阻，转速便越下降。
• 从转子回路串电阻调速曲线图（略）可见 在一定的调速电阻变化范围内，调速范围 的大小随负载的轻重而变化；在空载下调 速，则调速范围甚小，实际上达不到调速 的目的。
• 可见这种调速方法很不经济，降低转速所 减少的输出功率全部消耗于调速电阻的铜 耗上。另一缺点是转子加电阻后电动机的 机械特性变软，即负载变化时转速将发生 显著变化。
• 由此可见在转子回路串电阻调速存在很多 缺点，但由于比较简单，又可平滑调速， 在中小容量的绕线式电动机还是用得不少， 例如交流电源的桥式起重机几乎都用到这 种方法调速。
• 在变阻器的电阻增加最初瞬间，电动机的 的转速还来不及改变，因此转子电流减小， 相应地电磁转矩也减小，电动机的转速开 始下降，而转子的电势开始增加流增加到与其 对应的电磁转矩和总负载转矩互相平衡为 止，这时电动机在一个较低转速下稳定运 行。
电动机保护器 www.cx-jl
异步电动机的几种调速方法 — —转子回路串电阻调速
• 在转子回路串一变阻器调速只适用于绕线 式异步电动机。调速时的接线图和起动时 的一样，所不同的是：一般起动变阻器都 是短时工作的，而调速用的变阻器应为长 期工作的。
异步电机变频调速原理分析
中国电机工程学报 Proceedings of the CSEE
Vol.29 No.00 Jul. 5, 2009 ©2009 Chin.Soc.for Elec.Eng.
恒压频比控制的 VVVF 调速系统原理
XXX，XXX
引言
三相交流异步电动机（以下简称电机）由于价 格低廉、可靠耐用，成为电力拖动系统中最常见的 动力机械。 变频调速系统是交流异步电动机的变 压变频调速系统的简称，在调速的过程中，转差功 率不随电机转速的变化而变化，电机的调速范围比 较宽，不管是在低速时还是在高速时都能获得较高 的效率，采取一定控制策略后可以实现高动态性 能，甚至可以和直流调速系统相媲美。
Te
=
Pe Ωs
=
mp 2πf s
I
2 r
Rr
/s
（4）
其中，Te 为电磁转矩。
VVVF 调速方式常为恒转矩（恒压频比）控制
和恒功率控制两种调速方式。1）基频以下，采用
恒转矩调速，其特点是负载转矩与转速无关，任何
转速下转矩总保持恒定或基本恒定。在这种调速控
图 5 恒压频比下的矩速特性
2）基频以上，采用恒功率调速，其特点是负载功 率保持不变,转矩反比与转速。在一个闭环控制系统 中，转差频率总是限定在小于 fm 的一个极小范围 内，s 极小，忽略 Xlr 故对（5）式简化，可得：
由于感应电动机的电磁转矩正比于电源电压 的二次方，通过改变电压可以得到交流力矩电机的 一组调速特性，如图 3 所示。在负载转矩(或转速) 不变时，可以通过调节电压来改变电动机的转速(或 转矩)。
图 1 棒磨机启动特性曲线
交流力矩电动机与一般鼠笼式异步电动机的 运转原理是完全相同的，但结构上有所不同，它是 采用电阻率较高的材料(例如黄铜、纯铜、铝锰合金 等)作转子的导条及端环，因此，力矩电机的转子电
论述绕线式异步电机转子回路串电阻调速
论述绕线式交流异步电动机转子回路串电阻调速原理兰州理工大学操纵理论与操纵工程谯自健 1220811010150 引言绕线式交流异步电动机转子回路串电阻调速是传统调速方式之一，其结构简单，易于实现。
本文通过对绕线式交流异步电动机转子回路串电阻调速的原理、效率和缺点方面作出分析。
1 绕线式交流异步电动机转子回路串电阻调速原理转子串电阻调速的线路图和机械特性如图（a)和（b）所示，拖动恒转矩负载时，能够取得几级不同的速度。
图（a）转子回路串电阻调速线路图图（b）机械特性曲线依照电机学原理知：60-S f n p =极对数（1） 其中n 为电动机转速，f 为电源频率，S 为转差率(1)Pm S Pe =-（2） *Pa S Pe = （3）其中Pe 为异步电动机电磁功率，Pm 为异步电动机机械功率，Pa 为转子铜耗即转差功率因此得::1:(1):Pe Pm Pa S S =- 由式（4）能够看出SPm 减小，相反转差功率Pa 在增大，而转速n 随S 的增大而减小。
因此所绕线式异步交流电动机转子回路串电阻调速的实质是通过改变转差功率或转差率的大小来调剂转速n 的。
当串入的电阻阻值越大那么转差功率增大，随之转差率S 变大，从而使转速n 下降。
2 绕线式异步交流电动机转子回路串电阻调速的优缺点 绕线式转子异步电动机，通过转子回路串入不同数值的电阻R ，改变转差率S 调速的传统方式，能够取得不同斜率的机械特性，从而实现速度的调剂。
这种调速方式简单方便，但存在如下缺点：（1）调速是有级的，不滑腻。
（2）在深度调速机会械特性很软，致使负载有较小转变，即可引发转速的专门大的波动，降低了静态调速精度。
（3）转差功率Pa 消耗在电阻发烧上，效率低。
由于是通过增大转子回路的电阻值来降低电动机转速的，当拖动恒转矩负载时，转速n 越低，转差率S 就越大，从而使得转差功率也愈大，电能消耗大，效率更低。
当转差功率S=0.5时，效率η<0.5。
相异步电动机的七种调速方法及特点：
三相异步电动机分类特点以及调速方法三相异步电动机分类：1、从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。
不改变同步转速的调速方法有1)绕线式电动机的转子串电阻调速、2)斩波调速、3)串级调速以及应用电磁转差离合器、4)液力偶合器、5)油膜离合器等调速。
不改变同步转速的调速方法在生产机械中广泛使用。
2、改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。
3、从调速时的能耗观点来看，有1)高效调速方法与2)低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法(如串级调速等)。
有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。
一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。
我们清楚三相异步电动机转速公式为：n=60f/p(1-s)从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可太到改变转速的目的，下面松文机电具体介绍其七种调速方法。
一、变极对数调速方法：这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的。
本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。
特点如下：1、具有较硬的机械特性，稳定性良好；2、无转差损耗，效率高；3、接线简单、控制方便、价格低；4、有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；5、可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。
二、变频调速方法：变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。
变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流-直流-交流变频器和交流-交流变频器两大类，目前国内大都使用交-直-交变频器。
绕线式电动机转子串电阻调速方法
绕线式电动机转子串电阻调速方法绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。
串入的电阻越大，电动机的转速越低。
此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。
属有级调速，机械特性较软。
1、串电阻启动增加起动转矩，降低起动电流，起动达速后切除启动电阻（就是短接转子回路）全速运行。
2、串电阻启动（电阻最大值起动），根据需要调整电阻的阻值，可以改变电机的运行速度，达到调速的目的（是有范围的调速）。
绕线式电机的启动电流是可调的，通过调整转子串联的电阻大小，可以调节绕线式电机的启动电流！原理：对于绕线式异步电动机，当电网电压及频率不变时，在转子回路中串入电阻后，可以改善电动机的起动转矩，在绕线电机转子中串接启动电阻，减小启动电流，电阻一般接为星形接法，根据公式：I0=U0/R0当转子串接电阻时R0↑,在U0不变的情况下，I0↓,此分析忽略电机感抗的损耗。
启动前将电阻全部接入转子回路，随着启动过程的结束，启动电阻被逐级短接，KM1,KM2,KM3逐级吸合，保证始终有较大的起动转矩，短接方式可以遵循时间和电流调节原则，KA1,KA2,KA3中间继电器可以根据实际工作情况而定。
RN=E N÷I N÷√3 R N：电机转子额定电阻E N：电机转子额定电压I N：电机转子额定电流例：240KW-6极电机，定子电流436A，定子电压380V。
转子电流376A，转子电压407VRN=(E N÷IN)÷√3=(407÷376)÷√3=（1.0824）÷√3=0.624Ω△RY1=1.4 RN = 1.4×1.0824 = 1.515Ω△RY2=0.5RN = 0.5×1.0824= 0.5412Ω△R1=0.3RN = 0.3×1.0824 = 0.3247Ω△R2=0.2 RN = 0.2×1.0824 = 0.21648Ω△R3=0.12 RN = 0.12×1.0824= 0.1299Ω△R4=0.07RN = 0.07×1.0824= 0.0757Ω△R5=0.04 RN = 0.04×1.0824 = 0.04329Ω△R6=0.02RN = 0.02×1.0824 = 0.021648Ω上为8级加速,总电阻值为（电压/电流√3）0.624Ω另注：输出的转矩一定时，转子串电阻越大（在一定范围内），速度越慢。
绕线转子异步电动机的串级调速系统
s
串电阻调速可通过分析转子回路电流来认识其调速的物 理过程 异步电动机电磁转矩的物理表达式
M
nT
3~
T CTm I 2 cos 2
I2
电磁转矩T只与转子回路中的有功电流 成正比
I 2T I 2 cos 2
R 绕线转子异步电动机转子回路串电阻调速
a)电路图
1 b)机械特性 0 TL T
E2s
输出 E add 有功功率
5
电机达到超同步 速的新稳态工作 点
由正转变成反转
反向串联
6.1 串级调速的原理与类型（续3）
3．附加电势获得的方法
~
M A TI E 2S VR i2 U do U i VI
控制系统
次同步速串级调速系统主电路 附加电势吸收电机转子送来的转差功率 Ps 这部份能量可通过有源逆变送回电 网
~
MA
TG
Ld Id
R Ld R1
n f T | 1
Ud 0 2.34s0 E20
Ui 0 2.34U2T cos 1
S
0
U cos 1 s0 | 1 2T E20 空载时I d 0
1
下的人为机
Ud
Ui
+ 负载
+ -
U i0
U d 0 Ui 0
S0=0 90
15
6.2 次同步速串级调速系统（续4）
1．能量传递关系
四.串调系统的能量传递关系与效率
a)
Pin
P1
Pm
pCu 2 pFe Ps PF P1 Pm
Pmec
pCu 2 ps p
P2 pmec
异步电动机的调速
10.1 三相异步电动机的降定子电压调速 调压调速是一种比较简单的调方法，控制电路价格
较低。但是低速时转子铜耗较大，效率较低。
• 其特点和性能为： 1）三相异步电动机降压调速方法比较简单； 2）对于一般的鼠笼式异步电动机，拖动恒转矩负载 时，调速范围很小，没多大实用价值； 3）若拖动泵类负载时，如通风机，降压调速有较好 调速效果，但在低速运行时，由于转差率s 增大， 消耗在转子电路的转差功率增大，电机发热严重； 4）低速时，机械性能太软，其调速范围和静差率达 不到生产工艺的要求； 5）采用下述闭环控制系统的调速范围一般为10:1。
• 1.转差率调速
改变转差率的方法很多，常用的方案有改变异步电
动机的定子电压调速，采用电磁转差（或滑差）离合
器调速，转子回路串电阻调速以及串极调速。前两种
方法适用于鼠笼式异步电动机，后者适合于绕线式异
步电动机。这些方案都能使异步电动机实现平滑调
速，但共同的缺点是在调速过程中存在转差损耗，即
在调节过程中转子绕组均产生大量的钢损耗
转子回路串电阻属恒转矩调速方法，其特点和性为： 1）绕线式异步电动机转子回路串电阻调速方法简单，调速设备简单，易于实现; 2）调速方法为分段多级调节，为有级调速系统，且调速的平滑性较差; 3）不利于空载或轻载调速，表现于转速变化很小; 4）低速时转差率s大。转差功率大，转子回路中的功率损耗大，效率低，发热严重经济性差; 5）调速范围不，也按比例身高电源电压时不允许的，只能保持电压为UN不变， 频率f1 越高，磁通 越低，是一种降低磁通升速的方法，这相当于他励直流电动机弱磁调速。
保持UN =常数,升高频率时，电动机的电磁转矩为
m
• 变频调速的特点和性能
• （1）变频调速设备（简称变频器）结构复杂，价格昂贵，容量有限。需要专用的变频电源， 应用上受到一定限制。但随着电力电子技术的发展，变频器向着简单可靠、性能优异、价格 便宜、操作方便等趋势发展；
异步电动机的调速
பைடு நூலகம்
′σ R2 x22 ] − [− 2 + ′ dT 3 pf1 E1 s R2 = ( ) =0 2 ′ ′ ds 2π f 1 R2 sx2σ 2 [ + ] ′ s R2 ′ ′ R2 x′ 2 R2 2σ = ⇒ sm = 2 ′ ′ s R2 x 2σ
一、变频调速
1) 保持E1/f1=const 保持E
异步电动机的调速
补充内容
异步电动机的调速
60 f 1 n = n1 (1 − s ) = (1 − s ) p 三相异步电动机的调速方法很多，大致可以分成以下 三相异步电动机的调速方法很多， 几种类型： 几种类型：
1)变频调速 1)变频调速 2)变极调速 2)变极调速 3)变转差率调速 3)变转差率调速 变转差率调速包括：包括降低电源电压、绕线式异步 变转差率调速包括：包括降低电源电压、 电动机转子回路串电阻
一、变频调速
′ R2 3 pU S T = 2 ′ R2 ′ 2 2πf1 R1 + + ( x1σ + x 2σ ) S
2 1
2) 保持U1/f1=const 保持U
==
sm =
3 p U1 2 f 2π 1 ′ R2 ′ 2 R1 + + (x1σ + x 2σ ) ' s
U1 ≈ E1 = 4.44 f1 N1k dp1Φ m
？
降低电源频率时，必须同时降低电源电压。 降低电源频率时，必须同时降低电源电压。降低电源电 压有两种控制方法。 压有两种控制方法。
一、变频调速
1) 保持E1/f1=const 保持E
R′ ′ 2 3( I 2 ) 2 PM s = 3p T = = 2π n1 2π f 1 R ′ Ω1 2 60 s ′ R2 2 3 pf 1 E1 s = 2π f 1 R 2 2 ′ ′ 2 + ( x 2σ ) s ′ E2 + (x ′ σ 2
异步电动机的串级调速
4. 高于同步转速的回馈制动运行状态 s＜0，Te＜0。则
PemTe00
P M(1s)P em 0 Ps sPem0
说通明 过电 定动 子机 回从馈轴给上电吸网收；机另械 一功 部率 分变PM为，转一差部功分率变P为s，电通磁过功产率生PemE ，f 装置回馈给电网。
可见，三相交流附加电势的取得在实际中十分困难。 超同步串级调速系统系统装置复杂，费用高。
实用的串级调速系统，一般采用低同步串级调速： 将转子电路接整流电路； 在直流回路中串入直流附加电动势； 通过调节直流附加电势的大小来调速的控制方案。
主要介绍低同步串级调速系统的基本类型。
低同步串级调速系统，首先把转子交流能量通过二极管整流桥整 成直流电，在直流电路中串入可调直流电源，调节所串入的直流电源 的电压对转子调速，并从直流附加电源将转差功率回馈电网。
I2'
sE 20 R2
E f jsX 20
I2'
I2
Te ' Te
n
s s'
n
s
I2 '
I
2
'
I2
n'
Te ' Te
电机在转速n′处实现平衡，转速调为n ′ 。
向高于同步速方向的串级调速
串附加电动势之前：电机匀速转动，I2，Te=Tl； 串附加电动势之后：
方向相反，频率相同
* 这种向下调速的情况成为向低于同步速方 向的串级调速。
b. 如串入的附加电势
Ef
与转子感生电势sE 20
方向相同，频率相同
* 这种向上调速的情况称为向高于同步 速方向的串级调速。
异步电动机的调速
6-2 三相异步电动机的调速复习1. 异步电机的基本工作原理、机械特性曲线2. 异步电动机的转速公式：n 0=60f/p ;其中S 为转差率、p 为定子极对数、f 为电源频率、n 为转子转速导引1. 思考异步电动机转子的转速能否变动？其影响因素有哪些？2. 通过转速公式能否找出调速的几种方法？本节内容重点三相异步电动机的几种调速方法、原理、优缺点及其适用场合授课内容一、 基本概念三相异步电动机的调速就是在同一负载下如何能得到不同的转速，以满足生产过程的要求。
调速的方法：p fS n S n n n n S 60)1()1(000-=-=∴-=可见，可通过三个途径进行调速：改变电源频率f ，改变磁极对数p ，改变转差率S 。
前两者是鼠笼式电动机的调速方法，后者是绕线式电动机的调速方法。
二、变极、变转差、变频调速（1）变极调速（调速原理图见105页，表6-3）原理：根据公式n=60f(1-s)/p，通过定子绕组抽头改变定子极对数p=1、2、3，从而依次得到“快、中、慢”三个转速；优点：所需设备简单方便；缺点：绕组引出头多，只能有级调速，级数少，极差大；适用：笼型电机且调速要求不高的场合；常用于金属切割机床或其他生产机械上；（注：绕线式电机转子级数不能随之改变，因此定子变极不适用）（2）变转差调速1. 转子电路串电阻调速原理：根据异步电机的机械特性，在绕线式异步电动机的转子电路中，串入一个三相调速变阻器进行调速，串入电阻越大，机械特性越软，相同负载力矩下的转速越低，相当于功率损耗到了所串电阻上，输出机械功率变少，转速下降。
优点：此方法能平滑地调节绕线式电动机的转速，且设备简单、投资少；缺点：变阻器增加了损耗，同时机械特性变软，电机运行稳定程度下降；适用：仅用于绕线式电动机短时调速或调速范围不太大的场合，如起重运输机械；2. 变电源电压调速原理：通过三相调压器为三相异步电动机的定子绕组提供电源电压，电磁驱动转矩与电压平方成正比，因此升压可使电机在大的驱动力下加速，降压可使电机在小的驱动力下减速；缺点：调速范围很小，因为电压的微弱下降会引起力矩的极快减小；适用：风机类负载（3）变频调速变频调速的优点是质量轻，体积小，惯性小，效率高，此方法可获得平滑且范围较大的调速效果，且具有硬的机械特性；但须有专门的变频装置——由可控硅整流器和可控硅逆变器组成，设备复杂，成本较高，应用范围不广三、利用电磁转差离合器调速示意图：电磁转差离合器的基本部件为电枢与磁极，这两者之间没有机械联系，各自可以自由旋转。
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要改善晶闸管亚同步串级调速系统的功率因数， 最主要的是减少有源逆变器对无功的需求，这可 从两方面采取措施： (1) 改变晶闸管的换流方式，由电网电压自然换流 改为电容强迫换流，使有源逆变电路不仅无需感 性无功，甚至可以产生感性无功，进一步还可补 偿异步电机的无功需要。为此，必须采用高功率 因数的串级调速装置。 (2) 可以采用改变逆变变压器抽头来变化变压器 次级电压，以满足小逆变角下工作的条件，或者 采用两个逆变器的纵续联接替代一大容量逆变器 (3) 另外还可在转子直流回路中加入斩波器调压 以缩小逆变角变化范围的改善功率因数方案
转子串电阻调速是一种耗能的调速方式， 恒转矩负载时采用这种调速方法是不适宜的。 但是对于负载转矩随转速平方变化的风机、 水泵类负载还是有着调速节能的应用前景，特 别是转子斩波变阻调速方式由于方法简单、价 格低廉、可靠性高，在500kW以下的中、小容 量机组中仍不失为一种可以考虑的实用方案。
三、串级调速系统 绕线式异步电 动机串级调速的基 本思想就是在转子 回路中串入一个与 转子同频的附加电 势Ef ，取代串电阻 调速中的外接电阻 Rf ，进行滑差功率 的吸收或补充，实 现速度的调节
四、双馈调速系统 调节β1或α2均可改变电 机的转速。 由于超同步电动运行时 II桥工作在可控整流状 态，保持较小的移相角 α2可以提高系统的功率 因数，故一般常采用变 化桥I的移相角β1来调速。 逆变
整流
要实现双馈调速运行，要求变流装置能把电网的 工频电流变成与转子感应电势同频率的交流电流 送入电机的转子绕组。因此，在中、小功率系统 中采用异步电机交-直-交变频调速系统，其中的 转子侧变流器必须采用强迫换流或自关断功率器 件。大功率双馈调速系统则多采用交-交变频器， 其优点是变流器在电网 侧可利用电网电 压自然换流，转子侧可利用转子感应电势实现换 流，避开了强迫换流引发的系列问题。
如果Ef 和I2的相位相反，则附加电势吸收电功 率，其作用和外加电阻相似，增加这个电势，电 机滑差增大、转速降低。 如果Ef 和I2的相位相同，增加这个电势，补偿 了部分甚至全部转子电阻固有损耗，电机滑差减 小、转速升高。 习惯上将前一种称为亚同步串级调速，后一 种称为超同步串级调速。 超同步串级调速需要从定子及转子侧均馈入 电功率才能在同步转速以上作电动运行，常称为 双馈调速系统。
转子回路的功率因数：
cos 2 r2 sN r2 2 2 ( ) x2 sN r2 rf ( s r2 rf s ) x2
2 2
常数
电磁转矩： Tem CT M I 2 cos2 电磁功率：
PM Tem1
斩波变阻的方式可实现转子串电阻调速的无级调速
转子三相绕组经滑环接至整流桥，将三相交流电变 为直流，施加到一个受斩波器控制的单个外接电阻 上。当斩波器开路时， 接入转子回路；当斩波器导 通时， 被短路，等效阻值为零。改变斩波器的占空 比，可使外接电阻的等效阻值从零至Rf无级变化。
负载转矩恒定时， Rf越 大，n越小
在电机的正常负载变化范围内，当电源电压 一定时．主磁通ΦM基本上是定值，转子电流I2可 以维持在它的额定值工作 根据转子电流公式:
I2
E2
r2 2 2 ( ) x2 sN
E2 r2 rf 2 2 ( ) 可得： 常数 阻越大，S越大， sN s n越小
双闭环 控制串 级调速 系统
晶闸管亚同步串级调速系统的主要缺点是功率因数低。
造成晶闸管亚同步串级调速系统功率因数低的原因： (1) 逆变器晶闸管换流需要落后的感性无功电流 (2) 电机转子电势很低，工作在低频状态下的不控 整流器元件存在严重的换流重迭现象换流重迭角 很大。 (3) 逆变器晶闸管采用移相触发控制，造成电压、 电流波形非正弦畸变，各类谐波无功的存在恶化 了系统功率因数。
晶闸管亚同步串级调速系统
1、不控整流器决定了滑差功率流动方向只能是从电 机转子到电网(附加电势只能吸收功率，附加电势增 大，滑差增大)
2、通过改变有源逆变器中移相角β以改变直流回路
电压U β的大小，从而改变与其相联系的异步电机转
子附加电势Ef ，以达到调节电机转速的目的。
串级调速系统的机械特性 与直流电机的特性颇为相似， 几乎是一簇平行下斜的直线 在一定的负载Id下改变逆 变角可以实现调速，而β在保 持一定时，电机的转速随负 载增大而下降，特性较软。 所以除了一些对调速精度 要求不高、调速范围不大的 场合，例如风机、水泵的调 速可以采用开环控制以外， 一般需要采用带速度反馈和 电流反馈的双闭环调速系统。
与亚同步串级调速系统相比，双馈调速系统具 有以下优点： (1) 在相同的额定功率和调速范围条件下，由于 双馈调速系统可以在同步转速上、下运行，转 子回路中设置的调速装置容量要比亚同步串级 调速系统中的装置容量减小一半。 (2) 由于滑差功率可以双向传送，具有再生制动 功能，双馈调速系统动态响应快。 (3) 超同步转速运行时系统功率因数高。 所以双馈调速系统在大容量、宽调速、对动 态性能要求高的场合获得广泛应用。
2-4 绕线式异步电动机的调速
绕线式异步电动机：转子绕组可以通过滑环 及电刷与外部进行电的联系 绕线式异步电动机调速方式比鼠笼式异步电 动机更加灵活: ①除了变频和定子调压调速外，更可通过直 接控制转子回路内的滑差功率实现转子串电阻调 速、转子斩波变阻调速、串级调速和双馈调速等 多种调速方式。 ②而且由于变流装置设置在转子侧，要处理 的仅是滑差功率而不是全部的电磁功率，因而具 有调速装置容量小、投资省的显著特点，在各类 调速方式中颇具特色。
一、绕线式异步电动机变滑差调速的本质
绕线式异步电动机功率关系: 当电机拖动恒转 矩负载运行时，电磁 功率PM 基本为一恒 值 变滑差调速的 本质就 是改变滑差 功率Ps的消耗 Ps越大，s越大， n越小
二、转子串电阻调速:在绕线式异步电机转子回路 外接三相附加电阻Rf
转矩一滑差曲线(T-s曲线)：