《调压调速》PPT课件
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缺点：复杂的谐波，对电网造成谐波污 染
2020年11月26日星期四
* 相位控制方式更适合于电动机负载。
第二节 异步电动机调压调速系统
一. 转速闭环调压调速系统的组成
由于异步电动机的开环机械特性很软,且开环调压调速 的调速范围太小, 为提高机械特性硬度，扩大调速范围， 减少静差率，必须采用闭环系统取代开环系统。
Te
2Tcr scr / s s / scr
2Tcr scr
s
在忽略定子电阻R1的条件下，可得到电动机的临界转矩为：
Tcr 3pU12 /(21 Xk )
式中，Xk---异步电动机的短路电抗
将临界转矩Tcr和U1代入Te表达式，得静特性表达式：
2020年11月26日星期四
闭环交流调压调速系统的静特性表达式：
2020年11月26日星期四
失控区
• 需要指出，这种系统存在失控区(见图2-7阴影线部分)。
• 右边极限：在额定电压U1N下的机械特性； • 左边极限：最小输出电压U1(min)下的机械特性；
• 当负载变化达到两侧极限时，闭环系统便失去控制能力， 回到开环机械特性上工作。
2020年11月26日星期四
滑差电机调速系统的机械特性
由于电磁转差离合器本身的机械特性很软，因此，工业 使用中需加上速度反馈，构成闭环调速系统。
2020年11月26日星期四
ZLT1型单手操作简易式转差离合器控制装置的电气原理图
2020年11月26日星期四
总体评价：
电磁离合器电机调速控制简单，价格低廉， 但内部损耗大，效率较低。
三.调压调速系统中的功率损耗分析
输入功率： 定子铜耗： 励磁铁耗： 电磁功率： 机械功率：
P1
Pcu1
3I
2 1
R1
PFe 3I m 2 rm
Pd Te .0 3I 2 '2 (R2 ' / s)
PM Te . (1 s)Pd
能量流程图
输出功率： 机械损耗：
P2
PM
PM
转差功率：PM
速度负反馈构成闭环系统的引入
• 方法二：
• 根据自控原理知识，调压调速要获得较好调速性能， 应引入速度负反馈构成闭环系统。
• 详见2.2
2020年11月26日星期四
二. 异步电动机调压调速方法
2020年11月26日星期四
8
调压调速的三种方法
1. 自耦调压器----对小容量电机,体积重量大。 2. 饱和电抗器----控制铁心的饱和程度改变串联阻抗，体积重量大。 3. 晶闸管三相交流调压器-----用电力电子装置调压调速，体积小，轻便。
带转速负反馈的闭环调压调速系统原理图见图所示， 在要求不高时也可采用定子电压反馈控制。
2020年11月26日星期四
转速闭环调压调速系统的组成
2020年11月26日星期四
二. 转速闭环调压调速系统的静特性分析
静态结构图： 各控制环节的输入输出关系为：
2020年11月26日星期四
联立推得：
根据异步电动机机械特性的实用表达式，当电动机在额定负载以下运 行时，转差率s很小，s/scr << scr/s，故
（2） 随着定子电压的降低，T（max）与定子电压的平方成 正比地降低，而sm与U1无关，保持不变。
2020年11月26日星期四
高转子电阻电动机 调压时的人为机械特性
• 好处：
其调速范围扩大了，且堵转时也 不致烧坏电动机。
• 弊端：
机械特性变得很软， 负载变化时的静差率很大；低速
时过载能力较低。
2020年11月26日星期四
调速系统的静特性曲线
2020年11月26日星期四
设开始时系统工作在特性2的a点
图中上特：性给1定、电2、压3为、U4、n*5，为负开载环转机矩械为特 性TL。。引入转速负反馈显然使系统静 特性如硬负度载大转大矩提增高为了T。L’，而则影系响统调过速渡 精到度特的性主4运要行因于素b是点放：大电系动数机输K、出K转p、矩 K为s T、L‘α。，它们的选择和直流调速系 统是同类理似，的负。载降低至TL“时，系统过
将负载表达式代入转差率算式，得：
2020年11月26日星期四
不同负载的转差损耗系数曲线
取参考基准
求转差损耗系数：
分析结论：
对风机泵负载，调压调速 引起的转差损耗最小，因此：
调压调速系统适合于对风 机泵类负载的调速。
2020年11月26日星期四
不同负载的转差损耗系数曲线
第三节 电磁转差离合器调速系统
当励磁绕组有励磁时， 磁极与电枢之间出现磁场
电枢运动切割磁力线， 电磁感应产生涡流，涡流的 磁场与磁极相互吸引，使得 磁极沿着电枢的旋转方向转 动
磁极带着从动轴
2020年11月26日星期四
2020年11月26日星期四
因此，从动轴随主动轴运动，速 度为n且从动轴速度n必然小于主 动轴n1。 * 调节励磁绕组励磁，就可以改 变从动轴的速度（相当于调节离 合状态） ** 如果励磁绕组不励磁，从动轴 将停止旋转。
第二章 异步电动机调压调速系统
第一节 调压调速的原理和方法 第二节 闭环控制的异步电动机调压调速系统 第三节 电磁转差离合器调速系统
2020年11月26日星期四
第一节 调压调速的原理与方法
一. 异步电动机调压调速原理
调压调速：即通过调节通入异步电动机的三相交流电压大小来调节转子转速的 方法。
理论依据：来自异步电动机的机械特性方程式：
二. 滑差电机调速系统的组成与机械特性
电磁转差离合器本身的机械特性， 是在不同励磁电流时的一族机械特性， 如图所示。
用经验公式表示如下：
n
n1
K
Te IL4
式中，
n1―原动机转速； Te ―电磁转差离合器轴上输出转矩； IL ―电磁转差离合器的励磁电流； K ―与电磁转差离合器结构有关的参数。
2020年11月26日星期四
因异步电动机的拖动转矩与供电电压的平方成正比，因此降低供电电压，拖动 转矩就减小，电机就会降到较低的运行速度。
2020年11月26日星期四
不同供电电压对应的机械特性曲线如图所示，图中垂直虚线为恒转矩 负载线。
2020年11月26日星期四
wk.baidu.com
问题与分析
（1）调压调速对于恒转矩负载，调速范围很小（A-B-C）， 而对于风机类负载调速范围则较大（F-E-D）。
渡到特性1运行于c点。 按照反馈控制规律，将工作点c、a、
b连起来，便是闭环静特性了。
实质：
系统的闭环静特性实际上是在几个不同的电压所 对应的机械特性上各取一点，组成一条新的、较硬的 特性。
结论：
尽管异步电动机的开环机械特性和直流电动机的 开环机械特性差别很大，但在不同开环机械特性上各 取一相应的工作点，连接起来得到闭环静特性这样的 分析方法是完全一致的。
晶闸管调压两种控制方式
对电力电子电路中的晶闸管器件，有两种控制方式,现以晶闸管单相交流调 压器电路为例来加以说明:
2020年11月26日星期四
1.通断控制
优点：“零”触发控制方式，几乎不产 生谐波污染。
缺点：加在电动机上的电压变化剧烈， 使转速脉动大，在低速时影响尤为 严重
2.相位控制
优点：输出电压较为准确，调速精度较 高，快速性好，低速时转速脉动较小
2020年11月26日星期四
滑差电机又称为电磁离合器电机。 滑差电机调速系统 =电磁转差离合器调速系统= 笼型异步机+电磁转差离合器+控制装置 调速性能：与调压调速系统相当。
2020年11月26日星期四
一. 电磁转差离合器的基本结构与工作原理
2020年11月26日星期四
电磁转差离合器结构原理图
工作原理
异步电动机带着主动轴 及电枢以n1的速度旋转
转子铜耗：Ps Pd PM sPd Pcu2
Pcu2 3I 2 2 R2
2020年11月26日星期四
异步电动机调压调速时的转差功率计算
效率： 转差功率与负载类型关系推导：
2020年11月26日星期四
异步电动机的负载特性：
0 恒转矩负载； 1 负载与转速成正比； 2 负载与转速平方成比例，为风机泵类负载； 1 恒功率负载
2020年11月26日星期四
* 相位控制方式更适合于电动机负载。
第二节 异步电动机调压调速系统
一. 转速闭环调压调速系统的组成
由于异步电动机的开环机械特性很软,且开环调压调速 的调速范围太小, 为提高机械特性硬度，扩大调速范围， 减少静差率，必须采用闭环系统取代开环系统。
Te
2Tcr scr / s s / scr
2Tcr scr
s
在忽略定子电阻R1的条件下，可得到电动机的临界转矩为：
Tcr 3pU12 /(21 Xk )
式中，Xk---异步电动机的短路电抗
将临界转矩Tcr和U1代入Te表达式，得静特性表达式：
2020年11月26日星期四
闭环交流调压调速系统的静特性表达式：
2020年11月26日星期四
失控区
• 需要指出，这种系统存在失控区(见图2-7阴影线部分)。
• 右边极限：在额定电压U1N下的机械特性； • 左边极限：最小输出电压U1(min)下的机械特性；
• 当负载变化达到两侧极限时，闭环系统便失去控制能力， 回到开环机械特性上工作。
2020年11月26日星期四
滑差电机调速系统的机械特性
由于电磁转差离合器本身的机械特性很软，因此，工业 使用中需加上速度反馈，构成闭环调速系统。
2020年11月26日星期四
ZLT1型单手操作简易式转差离合器控制装置的电气原理图
2020年11月26日星期四
总体评价：
电磁离合器电机调速控制简单，价格低廉， 但内部损耗大，效率较低。
三.调压调速系统中的功率损耗分析
输入功率： 定子铜耗： 励磁铁耗： 电磁功率： 机械功率：
P1
Pcu1
3I
2 1
R1
PFe 3I m 2 rm
Pd Te .0 3I 2 '2 (R2 ' / s)
PM Te . (1 s)Pd
能量流程图
输出功率： 机械损耗：
P2
PM
PM
转差功率：PM
速度负反馈构成闭环系统的引入
• 方法二：
• 根据自控原理知识，调压调速要获得较好调速性能， 应引入速度负反馈构成闭环系统。
• 详见2.2
2020年11月26日星期四
二. 异步电动机调压调速方法
2020年11月26日星期四
8
调压调速的三种方法
1. 自耦调压器----对小容量电机,体积重量大。 2. 饱和电抗器----控制铁心的饱和程度改变串联阻抗，体积重量大。 3. 晶闸管三相交流调压器-----用电力电子装置调压调速，体积小，轻便。
带转速负反馈的闭环调压调速系统原理图见图所示， 在要求不高时也可采用定子电压反馈控制。
2020年11月26日星期四
转速闭环调压调速系统的组成
2020年11月26日星期四
二. 转速闭环调压调速系统的静特性分析
静态结构图： 各控制环节的输入输出关系为：
2020年11月26日星期四
联立推得：
根据异步电动机机械特性的实用表达式，当电动机在额定负载以下运 行时，转差率s很小，s/scr << scr/s，故
（2） 随着定子电压的降低，T（max）与定子电压的平方成 正比地降低，而sm与U1无关，保持不变。
2020年11月26日星期四
高转子电阻电动机 调压时的人为机械特性
• 好处：
其调速范围扩大了，且堵转时也 不致烧坏电动机。
• 弊端：
机械特性变得很软， 负载变化时的静差率很大；低速
时过载能力较低。
2020年11月26日星期四
调速系统的静特性曲线
2020年11月26日星期四
设开始时系统工作在特性2的a点
图中上特：性给1定、电2、压3为、U4、n*5，为负开载环转机矩械为特 性TL。。引入转速负反馈显然使系统静 特性如硬负度载大转大矩提增高为了T。L’，而则影系响统调过速渡 精到度特的性主4运要行因于素b是点放：大电系动数机输K、出K转p、矩 K为s T、L‘α。，它们的选择和直流调速系 统是同类理似，的负。载降低至TL“时，系统过
将负载表达式代入转差率算式，得：
2020年11月26日星期四
不同负载的转差损耗系数曲线
取参考基准
求转差损耗系数：
分析结论：
对风机泵负载，调压调速 引起的转差损耗最小，因此：
调压调速系统适合于对风 机泵类负载的调速。
2020年11月26日星期四
不同负载的转差损耗系数曲线
第三节 电磁转差离合器调速系统
当励磁绕组有励磁时， 磁极与电枢之间出现磁场
电枢运动切割磁力线， 电磁感应产生涡流，涡流的 磁场与磁极相互吸引，使得 磁极沿着电枢的旋转方向转 动
磁极带着从动轴
2020年11月26日星期四
2020年11月26日星期四
因此，从动轴随主动轴运动，速 度为n且从动轴速度n必然小于主 动轴n1。 * 调节励磁绕组励磁，就可以改 变从动轴的速度（相当于调节离 合状态） ** 如果励磁绕组不励磁，从动轴 将停止旋转。
第二章 异步电动机调压调速系统
第一节 调压调速的原理和方法 第二节 闭环控制的异步电动机调压调速系统 第三节 电磁转差离合器调速系统
2020年11月26日星期四
第一节 调压调速的原理与方法
一. 异步电动机调压调速原理
调压调速：即通过调节通入异步电动机的三相交流电压大小来调节转子转速的 方法。
理论依据：来自异步电动机的机械特性方程式：
二. 滑差电机调速系统的组成与机械特性
电磁转差离合器本身的机械特性， 是在不同励磁电流时的一族机械特性， 如图所示。
用经验公式表示如下：
n
n1
K
Te IL4
式中，
n1―原动机转速； Te ―电磁转差离合器轴上输出转矩； IL ―电磁转差离合器的励磁电流； K ―与电磁转差离合器结构有关的参数。
2020年11月26日星期四
因异步电动机的拖动转矩与供电电压的平方成正比，因此降低供电电压，拖动 转矩就减小，电机就会降到较低的运行速度。
2020年11月26日星期四
不同供电电压对应的机械特性曲线如图所示，图中垂直虚线为恒转矩 负载线。
2020年11月26日星期四
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问题与分析
（1）调压调速对于恒转矩负载，调速范围很小（A-B-C）， 而对于风机类负载调速范围则较大（F-E-D）。
渡到特性1运行于c点。 按照反馈控制规律，将工作点c、a、
b连起来，便是闭环静特性了。
实质：
系统的闭环静特性实际上是在几个不同的电压所 对应的机械特性上各取一点，组成一条新的、较硬的 特性。
结论：
尽管异步电动机的开环机械特性和直流电动机的 开环机械特性差别很大，但在不同开环机械特性上各 取一相应的工作点，连接起来得到闭环静特性这样的 分析方法是完全一致的。
晶闸管调压两种控制方式
对电力电子电路中的晶闸管器件，有两种控制方式,现以晶闸管单相交流调 压器电路为例来加以说明:
2020年11月26日星期四
1.通断控制
优点：“零”触发控制方式，几乎不产 生谐波污染。
缺点：加在电动机上的电压变化剧烈， 使转速脉动大，在低速时影响尤为 严重
2.相位控制
优点：输出电压较为准确，调速精度较 高，快速性好，低速时转速脉动较小
2020年11月26日星期四
滑差电机又称为电磁离合器电机。 滑差电机调速系统 =电磁转差离合器调速系统= 笼型异步机+电磁转差离合器+控制装置 调速性能：与调压调速系统相当。
2020年11月26日星期四
一. 电磁转差离合器的基本结构与工作原理
2020年11月26日星期四
电磁转差离合器结构原理图
工作原理
异步电动机带着主动轴 及电枢以n1的速度旋转
转子铜耗：Ps Pd PM sPd Pcu2
Pcu2 3I 2 2 R2
2020年11月26日星期四
异步电动机调压调速时的转差功率计算
效率： 转差功率与负载类型关系推导：
2020年11月26日星期四
异步电动机的负载特性：
0 恒转矩负载； 1 负载与转速成正比； 2 负载与转速平方成比例，为风机泵类负载； 1 恒功率负载