交直流调速系统第五章 交流异步电动机调速及变频原理(第三版)
第五章-交流调压调速系统和串级调速系统
Te U
2 1
交直流调速系统
•最大转矩公式 将（5-1）对s求导，并令dTe/ds=0，可求出 对应于最大转矩时的静差率和最大转矩
sm
' R2 2 2 R1 1 ( Ll1 L'l 2 ) 2
2 3npU1
（5-2）
Te max
R R 2 2 ( L L' ) 2 21 1 1 1 l1 l2
交直流调速系统
5、1
交流调速系统的分类
变极 有级调速 变频
1、异步电动机交流调速方式
调压
60 f1 n (1 S )n1 (1 S ) p
串电阻
电磁转差离合器
串级 根据转速公式可归纳出三类调速方法（原始的分类方法）：
变极对数p的调速、变电源频率f1调速及变转差率s调速。
交直流调速系统
科学分类方法（根据对转差功率的处理方法分类）分为三类： （1）转差功率消耗型调速系统：转差功率全部转化成热能 而被消耗掉。 特点：系统的效率低，结构简单。调压调速、绕线式异步 电动机转子串电阻调速、电磁转差离合器调速系统属于此类。 （2）转差功率回馈型调速系统——转差功率的少部分被消 耗掉，大部分通过变流装臵回馈给电网或者转化为机械能予 以利用。 特点：效率高。串级调速属该类系统。
交直流调速系统
5.3 绕线式异步电动机串级调速系统
引言
转差功率的利用 众所周知，作为异步电动机，必然有转差 功率，要提高调速系统的效率，除了尽量减小转 差功率外，还可以考虑如何去利用它。 但要利用转差功率，就必须使异步电动机的 转子绕组有与外界实现电气联接的条件，显然笼 型电动机难以胜任，只有绕线转子电动机才能做 到。
交直流调速系统
交直流调速系统•引言•交直流调速系统基本原理•交直流调速系统组成与结构目录•交直流调速系统控制策略•交直流调速系统性能分析•交直流调速系统设计与实践•交直流调速系统应用与展望引言01CATALOGUE调速系统概述调速系统的定义调速系统是一种能够改变电动机转速的控制系统，通过调整电动机的输入电压、频率等参数，实现对电动机转速的精确控制。
调速系统的分类根据电动机类型不同，调速系统可分为直流调速系统和交流调速系统两大类。
其中，直流调速系统具有调速范围广、静差率小等优点，而交流调速系统则具有结构简单、维护方便等特点。
交直流调速系统的发展与应用发展历程交直流调速系统经历了从模拟控制到数字控制的发展历程。
早期的调速系统主要采用模拟控制技术，随着计算机技术的发展，数字控制技术逐渐取代了模拟控制技术，使得调速系统的性能得到了显著提升。
应用领域交直流调速系统广泛应用于工业生产的各个领域，如机械制造、冶金、化工、纺织等。
在现代化生产线中，交直流调速系统是实现自动化生产的关键技术之一，对于提高生产效率、降低能耗具有重要意义。
交直流调速系统基本原理02CATALOGUE直流电机通过电枢电流和磁通量的相互作用产生转矩，实现电机的旋转运动。
直流电机原理调速方式控制策略直流调速系统通过改变电枢电压、电枢电阻或磁通量来调节电机的转速。
直流调速系统常采用PID 控制、模糊控制等策略，实现电机转速的精确控制。
030201交流电机通过定子电流产生的旋转磁场与转子电流的相互作用，实现电机的旋转运动。
交流电机原理交流调速系统通过改变定子电压、频率或改变电机结构等方式来调节电机的转速。
调速方式交流调速系统常采用矢量控制、直接转矩控制等策略，实现电机转速的精确控制。
控制策略交直流混合调速系统原理混合调速原理交直流混合调速系统结合了直流和交流调速系统的优点，通过交直流变换器实现能量的双向流动和转速的精确控制。
能量转换交直流混合调速系统通过交直流变换器将直流电能转换为交流电能，或将交流电能转换为直流电能，以满足不同负载的需求。
交流调速系统与变频器应用习题答案
第1章绪论1-1 直流调速系统有那些缺点?答：（1）：直流电动机结构复杂，成本高，故障多，且维修困难。
（2）：使用场合受到限制，易燃易爆易腐蚀等恶环境不适用。
（3）：直流电动机换向器的换向能力限制了单机容量及最高转速。
1-2．交流调速系统的应用领域主要有哪几方面?答：（1）：以节能为目的，改恒速为调速的交流调速系统。
（2）：高性能交流调速系统和伺服系统。
（3）：特大容量，极高转速的交流调速系统。
（4）：取代热机、液压、气动控制的交流调速系统以及取代直流调速的交流调速系统。
1-3．交流调速系统按电动机参变量可分为哪几种类型?答：（1）：变级调速（2）：变转差率调速（3）：变频调速1-4．变频调速系统有哪些优点?答：调速范围大、稳定性能好、可靠性高、运行效率高、功率因数高、节电效果显著。
1-5．简述通用变频器的发展方向答：提高控制性能、减少装置体积、模块化、网络化、智能化。
第2章异步电动机调压调速系统2-1 交流异步电动机有哪些调压调速方法，各自的特点如何？答：1）定子串电抗器调压调速。
特点：控制铁心电感的饱和程度改变串联阻抗，体积重量大。
2）串自耦变压器调压调速。
特点：应用于小容量电机，体积重量大。
3）晶闸管组成的交流调压器实现的调压调速。
特点：体积小、重量轻、惯性小且控制方便、损耗低。
2-2 电磁转差离合器调速系统输出轴的转速能否与原动机的转速相等？为什么？如果要改变输出轴的旋转方向，如何实现？答：不能相等。
因为如果相等磁极和电枢间没有相对运动，转矩没有了，磁极的转速不能维持。
如果要改变输出轴的旋转方向，可通过改变电枢的旋转方向（即原动机的旋转方向）来实现。
2-3简述交流调压调速系统的优缺点和适用场合。
答： 调压调速系统的主要优点是电路简单，价格便宜，使用维护较方便；主要缺点是转差率损耗大，效率低。
应用范围：调速范围在10:1以内的设备，如低速电梯、起重机械、风机类机械。
2-4调定子电压调速时异步电动机具有怎样的机械特性？如何拓宽调速范围？答：机械特性变软、调速范围变小。
交直流调速系统(第3版)
读书笔记模板
01 思维导图
03 目录分析 05 精彩摘录
目录
02 内容摘要 04 读书笔记 06 作者介绍
思维导图
关键字分析思维导图
运行
变频
方式
岗位 器
原理
装置
交直流
系统
器 系统
通用
第版
变频器
调速
功能
动机
运行
欧陆
内容摘要
本书以自动化领域交直流调速职业岗位所要求的知识和技能为主线，以训练学生构建调速系统的工程能力为 目标，遵循从浅入深、层层递进的方式介绍了直流调速简介、单闭环直流调速系统、双闭环直流调速系统及数字 直流调速装置；交流调速介绍目前应用较广的交流异步电动机调速及变频原理、三菱变频器的运行方式与功能、 变频器常用控制电路、西门子MM440变频器的操作运行。
7.1变频器的基本控制电路 7.2变频器的工频切换电路 7.3 PLC控制的变频器电路 7.4变频器的恒压变频供水系统 7.5通用变频器的选择 7.6变频器外围电器的选择 7.7变频器的布线
8.1西门子MM440变频器的接线图及操作面板 8.2变频器的功能参数设置与面板运行操作 8.3变频器的外端子控制运行 8.4变频器的多段速控制运行
3.1双闭环调速系统的构成 3.2双闭环调速系统的静特性分析 3.3双闭环调速系统的启动过程分析 3.4双闭环调速系统的动态性能 3.5双闭环直流调速系统实训
4.1数字直流调速系统概述 4.2欧陆590系列直流调速装置工作原理 4.3欧陆590C直流调速装置的端子接线图及端子功能 4.4欧陆590C直流调速装置的操作面板及参数 4.5欧陆590C直流调速装置参数设定及运行实训
第五章交流异步电动 机调速及变频原理
交流电机变频调速原理及应用
变频时, 输出电压也要配合改变，因此，变频调速系统常更 0
I mN
全面地被称为变压变频（VVVF）调速系统。
1
s
s
r2
H Im
2．基频以下调速时的电压控制方式
异步电动机在变频调速时，主导变量是频率 f1
常用的电压配合控制方式有如下三种：
（1）恒压频比控制 U1 f1C
20世纪70年代，研究开发高性能的交流调速系统，期望用它来节约能源。 同期，电力电子技术、大规模集成电路、各种控制理论、计算机控制技术的 飞速发展，为交流调速电力拖动的发展创造了有利条件。
20世纪80年代，原有的交直流调速拖动系统的分工格局被逐渐打破。
20世纪90年代，交流调速系统已经占到了调速系统的主导地位。 目前的许多交流调速系统在装置容量上、动静态性能上、可四象限运
2 异步电动机调压调速系统（交调系统）
2.1 异步电动机调压时的开环机械特性
异步电动机的固有机械特性方程
S 恒转矩负载
0
风机泵类负载 Tl 2
Sm 0.5U1N
A
B 0.707U1N
1
Tl1
1.0U1N
T
Tm
低转差率电动机调压调速时的 开环机械特性
T
3pU12R2/s
1R1R2/s2x1x22
T U2 ，为减小损耗，电动机在额
无刷直流电动机 开关磁阻电动机 直流无换向器电动机 交流无换向器电动机
无刷直流电动机及 开关磁阻电动机都满足 “定子电流的频率与转 速有严格比例关系”的 条件，所以也把它归入 同步电动机。
交流调速系统的分类
电动机类别
调速原理
运动控制系统第五讲直流电机调速原理和调速驱动控制器课件
图45--7 简单的不可逆PWM变换器的主电路 Us—直流电源电压；C—滤波电容器；VT—功率开关器件；VD—续流二极管；M—直流电
5-8
1) 电压和电流波形
• (1) 在一个开关周期T内。 • (2) 当0 ≤ t < ton时，Ug为正，VT饱和导通，电源电压Us
通过VT加到直流电机电枢两端。 • (3) 当ton ≤ t < T时，Ug为负，VT关断，电枢电路中的电
我们很有必要对其进行认真的研究。
5.1.1 直流电机调速的发展历程
• 1．变流机组时代 • 图5-1所示的是早期直流电机的调速方案，
称为直流变流机组。系统主要由5大部件组 成：原动机、直流发电机、直流电动机、 励磁电源和生产机械。其基本工作原理是： 一台三相交流电动机拖动一台直流发电机， 直流发电机发出直流电，作为直流电动机 的供电电源，然后直流电动机拖动生产机 械。通过对励磁电路和放大装置的控制， 就能改变直流发电机的输出电压，从而达 到控制直流电动机转速的目的。
1.3 直流电机PWM基本电路
• 根据电机的运行功能状态，有不可逆运行 和可逆运行之分。PWM调节器也有相对应 的不可逆变换器和可逆变换器。
1．不可逆PWM变换器
• 图5-7所示的是简单的不可逆PWM变换器的 主电路原理图。该电路采用全控式电子晶 体管，开关频率可达20 kHz甚至更高，电 源电压Us一般由不可控整流电源提供，采 用大电容器C滤波，二极管VD在晶体管VT 关断时释放电感储能为电枢回路续流。下 面分析其运行特点。
5-1
• 2．相控整流时代
• 20世纪50年代末期，随着电力电子技术的 早期代表——晶闸管（SCR）的出现，直 流电机调压调速技术进入到一个新的时期。 图5-2所示的是相控整流电路图。相控整流 由5大部件组成：相控整流器、电抗器、直 流电机、直流励磁控制电路和相控整流器 触发电路。
交流调速系统之调压调速 课件
晶闸管导通区间 输出电流
输出电压
19
异步电动机调压调速系统
单相交流调压器在R-L负载下的电流分量见右图： 注意：为分析方便，该图取触发时刻为横 坐标零点，而不是电源电压过零点。
该坐标下，电源电压表达式：
触发VT1导通时，引起电流的强 制分量表达式：
引起电流的自由分量表达式：
20
异步电动机调压调速系统
异步电动机调压调速系统
第一章
第一节 第二节 第三节 第四节
异步电动机调压调速系统
调压调速的原理与方法 晶闸管三相交流调压电路 调压调速系统的组成及特性分析 滑差电机调速系统
第五节
异步电动机调压调速系统实例
1
异步电动机调压调速系统
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
二. 异步电动机调压调速方法
总电流表达式：
设VT1的导通角为 ，则有约束条件：
将此约束条件代入电流表达式，得到由阻抗角和触发角计算 角的 方程式：
该方程为超越方程，难于求解，结果已被作成曲线，实用中可以 查曲线求 。
21
异步电动机调压调速系统
f ( , )
对该曲线说明如下：
22
异步电动机调压调速系统
如负载阻抗角已知，按照电路图， 由转子折算电流可以求出定子电流
41
异步电动机调压调速系统
在忽略励磁损耗，即Rm=0时，利用分流原理， 可以获得I1 和I2’ 有如下关系：
在查曲线计算时，电流是一个重要的变量。
42
异步电动机调压调速系统
43
异步电动机调压调速系统
44
异步电动机调压调速系统
45
异步电动机调压调速系统
变频调速原理及概述
变频调速原理及概述异步电机调速系统的种类很多，但是效率最高、性能最好、应用最广的是变频调速，它可以构成高动态性能的交流调速系统来取代直流调速系统，是交流调速的主要发展方向。
变频调速是以变频器向交流电机供电，并构成开环或闭环系统，从而实现对交流电机的宽范围内无极调速。
变频器可把固定电压、固定频率的交流电压变换为可调电压、可调频率的交流电。
在变换过程中。
没有直流环节的称为交-交变频器，有中间直流环节的称为交-直-交变频器。
由直流电变为交流电的变换器称为逆变器。
目前应用最广的是交-直-交变频器，通常由整流器、中间直流储能电路和逆变器三部分组成。
人们所说的交流调速传动，主要是指采用电子式电力变换器对交流电动机的变频调速传动，除变频以外的另外一些简单的调速方案，例如变极调速、定子调压调速、转差离合器调速等，由于其性能较差，终将会被变频调速所取代。
交流调速传动控制技术之所以发展的如此迅速，和如下一些关键性技术的突破性进展有关，它们是电力电子器件（包括半控型和全控型器件）的制造技术、基于电力电子电路的电力变换技术、交流电动机的矢量变换控制技术、直接转矩控制技术、PWM（Pulse Width Modulation）技术以及以微型计算机和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术等。
变频器的发展：近二十年来，以功率晶体管GTR为逆变器功率元件、8位微处理器为控制核心、按压频比U/f控制原理实现异步机调速的变频器，在性能和品种上出现了巨大的技术进步。
其一，是所用的电力电子器件GTR以基本上为绝缘栅双极晶体管IGBT所替代，进而广泛采用性能更为完善的智能功率模块IPM，使得变频器的容量和电压等级不断地扩大和提高。
其二，是8位微处理器基本上为16位微处理器所替代，进而有采用功能更强的32位微处理器或双CPU，使得变频器的功能从单一的变频调速功能发展为含有逻辑和智能控制的综合功能。
其三，是在改善压频比控制性能的同时，推出能实现矢量控制和转矩直接控制的变频器，使得变频器不仅能实现调速，还可进行伺服控制。
交直流调速系统(第3版)(附微课视频)—习题答案(人邮)
《交直流调系统系统》（第三版）习题答案第1章 直流调速简介思考题答案1.1.3-1 调压调速、串电阻调速、弱磁调速。
调压调速。
1.1.3-2 弱磁调速，调压调速，串电阻调速。
1.2.3-1 直流调速系统经历了G-M 调速系统、V-M 调速系统、PWM 调速系统三个发展阶段，目前应用最广的是V-M 调速系统。
1.2.3-2 V-M 系统由给定电路、整流电路（含触发电路）、电机主回路、励磁电源等几部分构成。
给定电路电压为0，电机不转，给定电压升高，电机转速升高，反之，给定电减小，电机转速降低。
1.3.2-1额定负载下，生产机械要求电动机提供的最高转速与最低转速之比称为调速范围。
当系统在某一机械特性下运行时，电动机的负载由理想空载增加到额定负载时所对应的转速降N n ∆与理想空载转速0n 之比，称为静差率。
1.3.2-2 静差率是针对某一条机械特性曲线定义的，调速系统的静差率指的是最低转速min n 所在特性曲线的静差率。
1.3.2-3 （1）对某一条机械特性曲线而言，显然特性越硬，静差率越小；（2）对不同机械特性曲线，各曲线硬度相同时，静差率是不同的。
（3）系统的调速范围是满足某静差要求下的调速范围，静差率是某调速范围下的静差率。
两者之间的关系式为()N N1sn D s n =-∆ 1.3.2-4150010150D =＝，稳态转速降()()N N 0.0515007.89r/min 11010.05sn n D s ⨯∆-＝＝＝－ 1.5-1 通过调节给定电路的给定电压来控制电机的转速：给定电路电压为0，电机不转，给定电压升高，电机转速升高，反之，给定电减小，电机转速降低1.5-2 （1）先将负载电阻调至最大，给定电压调到零，此时电机不转；（2）慢慢增加给定电压，将电机转速升到1000r/min ；（3）减小负载电阻，电枢电流会增大，使之增大到1.1A ；（4）增大负载电流时，转速会有所下降，再增加给定电压转速会升高，但电流也会增大，适当增大负载电阻让电流回到1.1A 。
交直流调速课件
一、静态转矩的折算
先考虑简单的两轴系统，假如要把工作机构的转矩TL' 算到电动机轴上，其静态转矩的等效原则是：系统的传 送功率不变。 TL'ωL=TLω
TL 系统的等效负载 TL L j
TL
若考虑传动效率由电动机带动工作机构，
功率由电动机各工作机构传送，传动损耗由运动 机构承担，即电动机发出的功率比生产机械消耗 的功率大。根据功率不变原则，应有 TL TL TL'ωL=TLωηc TL c L jLc
技术进步与发展的四个特征
（1）全控型电力电子器件取代半控型器件， 变换技术由相位控制转变成脉宽调制； （2）模拟电子控制让位于计算机数字控制； （3）交流运动控制系统取代直流运动控制系 统； （4）计算机仿真与辅助设计逐步溶入运动控 制系统的性能分析与设计中。
1 电力拖动系统的动力学基础 1.1 电力拖动的动力学
绪论
1 交直流调速控制系统组成及其相关学科
+ 控制器 功率放大与 变换装置 信号处理 传感器 电动机及负载
控制对象为电动机，从电动机类型上看可分为直流电 动机、交流异步电动机和交流同步电动机，从用途上 看可分为用于调速系统的驱动电动机和用于伺服系统 的伺服电动机。电动机是调速控制系统的执行机构
功率放大与变换装置
nmax nN D nmin nmin
其中nmin 和nmax 都指电机额定负载时的转速 2静差率：当系统在某一转速下运行时，负载由 理想空载增加到额定值时所对应的转速降落 nN ，与理想空载转速 n0 之比，称作静差率 s ， 即 n n n
s
N
n0
100%
0
N
第五章 交流异步电动机调速及变频原理(第三版)
磁极对数 p 的改变，取决于电动机定子绕组的结
构和接线。通过改变定子绕组的接线，就可以改变电动
哪 里
有
机的磁极对数。
逻
辑
，
电动机的同步转速取决于磁场的极对数
那 里
就
有
自
n01
60 f1 p
( 转/分)
动 化 控
制
2019/7/30
重庆工业职业技术学院
交直流调速系统
一、变极调速
电动机的同步转速取决于磁场的极对数
n01
60 f1 p
( 转/分)
哪
里
有
磁极对数
每个电流周期 磁场转过的空间角度
同步转速n0
( f1 50Hz )
逻 辑 ， 那
p 1
360
3000 (转/分）
里 就
p2
180
1500 (转/分）
有 自
动
p3
120
1000 (转/分）
化 控
制
p4
90
750 (转/分）
2019/7/30
【知识目标】
1.了解交流电动机调速的3种基本方法。
哪 里
有
2．掌握通用变频器的基本结构及变频原理。充分理解和把握
逻 辑
，
基频（额定频率）以下和基频以上两种情况下调频与调压协调
那
里
就
控制特性。
有
自
3．了解通用变频器的各种分类方法和控制方式。
动 化
控
制
2019/7/30
重庆工业职业技术学院
交直流调速系统
，
那
里
就
有
自
动
第5章交流调压调速和串级调速
2．相位控制 通过控制晶闸管的导通角α，得到不同的电压 波形，如图5.2.7所示，从而起到调节电压的 作用。相位控制时输出电压较为准确，调速精 度较高，快速性好，低速时转速脉动较小，但 这种控制方式，会产生成分复杂的谐波，对电 网造成谐波污染，常用于中小功率、调速精度 与稳定性要求较高的场合。
5.2.3 调压调速系统的组成及特性 1．系统组成 采用普通异步电动机调压调速时，调速范围佷 窄，采用高转子电阻的力矩电动机时调速范围 是增大了，但机械特性却很软，当负载稍有波 动，就会引起很大的转速变化，难以实际使用， 因此对于恒转矩负载时，为提高机械特性硬度， 扩大调速范围，减少静差率，采用闭环控制。 带转速负反馈的闭环调压调速系统原理图如
5.1.1交流电机的调速方法及其分类 交流异步电动机的转速公式为：
60 f1 1 s n0 1 s n p
式中，f1为定子电压频率；p为极对数； s为转差率；n0为同步转速。
可见，交流异步电动机调速方法分为： 变频调速 变极对数调速 变转差率调速 其中变转差率的方法又可以通过调定子电 压、转子电阻、转差电压等方法实现。
（3）特大容量、极高转速的交流调速系统 直流电动机受换向器的限制，其容量转速积 不超过106KW· r/min。而交流电动机不受此限 制，其转速可达每分钟几万转。交流调速在高 速电梯上也有很好的应用实例。
（4） 取代热机、液力、气动控制的交流系统 世界石油资源的衰竭，环境污染促使交流电 动机车辆、电力机车牵引的发展。
系统组成： 转速调节器ASR、晶闸管调压装置、测速反 馈装置和异步电动机等组成。 改变给定 U * 的大小，就可改变电动机的转 n 速n。当由于某种因素使电动机的转速发生 变化，系统可自动进行调节以维持速度稳定。 理论上，只要有偏差存在，反馈闭环控制系 统就会自动地纠正偏差，使电动机的转速跟 随给定的变化。
交流调速5
P/N为给定转矩极性鉴别器，当期望的电磁 转矩为正时，P/N=1，当期望的电磁转矩为 负时，P/N=0，对于不同的电磁转矩期望值， 同样符号函数的控制效果是不同的。
6.7.2基于定子磁链控制的直接 转矩控制系统
sq
1 Ls
sd
Rs Lr Rr Ls Ls Lr
isq
(1 )isd
usq Ls
6.7.1定子电压矢量对定子磁 链与电磁转矩的控制作用
电磁转矩
Te np (isq sd - isd sq )
使d轴与定子磁链矢量重合
sd s sq 0
6.7.1定子电压矢量对定子磁 链与电磁转矩的控制作用
6.7.1定子电压矢量对定子磁链 与电磁转矩的控制作用
q轴分量 usq
为“+”时，定子磁链矢量正向旋转，转 差频率增大，电流转矩分量和电磁转矩 加大； 为“-”时，定子磁链矢量反向旋转，电 流转矩分量急剧变负，产生制动转矩； 为“0”时，定子磁链矢量停在原地，转 差频率为负，电流转矩分量和电磁转矩 减小 。
6.7异步电动机按定子磁链控 制的直接转矩控制系统
直接转矩控制系统简称DTC(Direct Torque Control)系统，是继矢量控制系统之后发展 起来的另一种高动态性能的交流电动机变压 变频调速系统。
在转速环内，,在定子坐标系下利用转矩反 馈直接控制电动机的电磁转矩，因而得名。
6.7异步电动机按定子磁链控 制的直接转矩控制系统
异步电动机的动态数学模型和坐 标变换
基于动态模型按转子磁链定向的 矢量控制系统： 基本思想 状态方程式 转子磁链计算
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电动机的同步转速取决于磁场的极对数
n01
60 f1 p
( 转/分)
2020/4/14
一、变极调速
电动机的同步转速取决于磁场的极对数
n01
60 f1 p
( 转/分)
磁极对数
p 1
p2 p3
p4
每个电流周期 磁场转过的空间角度
360 180 120 90
另一种是从三角形改成双星形，写动作机△转/动YY方，向如不图变。6-4 所示，这两种接法可使电动机极对数减少一半。
∆-YY后,极数减少一半,转速增大一倍,即 nYY 2n，容许输出功
率近似不变，所以这种变极调速属于恒功率调速，它适用于恒功 率负载。
2020/4/14
变极调速只用于笼型电动机。 这种方法的缺点是十分明显的:一台电动机最多只能安
知识拓展
获取交流电源的方法
如下左图所示。单相调压电路如右图所示。
VT1
晶闸管交流调压装置
~
VT2
~ U1
RU
VVC
晶闸管单相调压电路
图5-3 晶闸管单相调压电路
U
通过改变晶闸管
的导通角来改变
0
2
t
M 输出交流电压的
3~
大小。
晶闸管相位图控5-制4的下负晶载闸的电管负压相载波位电形控制压下波形
转子电阻的增大使调速范围扩大，机械特性变软，转 速转差率变大。解决方法：采用带速度负反馈的闭 环控制。
~
（a）原理图
GT
U
n
U ct
ASR
- Un
VVC
M
3~
2020/4/14
n
TG
(a)
（4）调压调速系统闭环静态结构图
给定
U
n
+-
调节器 Uct
晶闸管 调压装置
0
电动机转子绕组有较高的电阻。
TZ
Tm T
2020/4/14
（2）解决问题的措施 使用高转子电阻的电机。高转子电阻电机的机械特性
如图所示。
Sn 0 n0
A B
C
U1N
0.7U1N 0.5U1N
可见：恒转矩负载下， 调速范围变大，转子电 流减小。
1 0
2020/4/14
TL
Te
图5在-7不同 高电 转压 子 高下 电 转的 阻 子机 异 电械 步 阻特 电 异性 动 步机 电动机在不同电压下的机械特性
R1为定子每相绕组的内阻 Ll1为每相漏感
R2′为折算到定子侧的每相电阻 Ll2′为折算到定子侧的漏感
电机参数一定，当S ，f1不变时，T仅 与 U1有关。
2020/4/14
调压调速的机械特性
当s一定时， T ∝ U 2 ，改变U1得到一组不同的人为特性。在带恒转矩负载TZ时，
可得到不同的稳定转速，如下图中的1、2、3点。
第五章 交流异步电动机调速及变频原理
目录 Contents
5.1 交流异步电动机调速的基本类型 5.2 三相异步电动机的变频调速原理 5.3 通用变频器的基本结构与控制方式
2020/4/14
【知识目标】
1.了解交流电动机调速的3种基本方法。 2．掌握通用变频器的基本结构及变频原理。充分理解和把握 基频（额定频率）以下和基频以上两种情况下调频与调压协调 控制特性。 3．了解通用变频器的各种分类方法和控制方式。
(c)
调速2原020理/4/14
晶闸管三相交流调压电路如图所示。这种电路接法的特点 是负载输出谐波分量低，适用于低电压大电流的场合。
VT1
U
R
VT4
VT3
R
V
VT6
VT5
R
W
VT2
2020/4/14
图5-6 三相全波星形联结的调压电路
（3）采用转速负反馈闭环调速系统（既保证低速时机械 特性硬度，又保证一定负载能力）。
变频 (他控式、自控式）
调压
n
(1
S )n1
60 f1 p
(1
S)
串电阻
耗能型
电磁转差离合器 串级 设备费用高
变极 有级调速
2020/4/14
科学分类方法（根据对转差功率的处理方法）分为三 类：
（1）转差功率消耗型调速系统：转差功率全部转化成 热能而被消耗掉。
特点：系统的效率低，结构简单。调压调速、绕线式异步电动 机转子串电阻调速、电磁转差离合器调速系统属于此类。
置两套绕组，每套绕组最多只能有两种接法。所以最多只 能得到4种转速，与所要求的无级调速相去甚远。
2020/4/14
二、 变转差率调速
1.改变定子电压调速 异步电动机的机械特性方程式:
Te
1[( R1
3
pU
2 1
R2'
/
s
R2' / s)2 12 (Ll1
L'l 2 )2 ]
其中：p为电机极对数； U1为相电压有效值
动机转动方向不变。
目前，我国多极电动机定子绕组联绕方式常用的有两种： 一种是从星形改成双星形，写作Y/YY，如图所示；
Y-YY后,电动机极数减少一半,转速增大一倍,即
，容许输出功
率增大一倍，而容许输出转矩保持不变，所以这nYY种变2极nY调速属于恒转
矩调速，它适用于恒转矩负载。
2020/4/14
变极时，调换相序，以 保证变极调速以后，电
2020/4/14
5.1交流异步电动机调速的基本类型
2020/4/14
由异步电动机的转速公式：
n
n1( 1
s
)
60 f1 p
(1
s
)
可知，异步电动机有下列三种基本调速方法：
（1）改变定子极对数 p调速。 （2）改变电源频率 f调1 速。 （3）改变转差率 s 调速。
2020/4/14
异步电动机的调速方式：
同步转速n0不变，临界
n
转差率Sm不变
U
'' 1
U1'
UN
U1'' U1' TZ kn2
（1）异步电动机调压调速时存在的问 n0
题
Sm
1a
2
3
b
1）改变定子调压时调速范围不大 （恒转矩负载）。如图1、2、
0.5UN
c
3点。
0.7UN
2）低速时运行稳定性不好（如c点），
转子电流相应增大。为了既低
速运行稳定又不致过热，要求
（2）转差功率回馈型调速系统——转差功率的少部分 被消耗掉，大部分通过变流装置回馈给电网或者转化为 机械能予以利用。
特点：效率高。串级调速属该类系统。
（3）转差功率不变型调速系统——调速过程中，转差 功率基本不变。
特点：效率最高。变极调速、变频调速系统属于此类。
2020/4/14
一、变极调速
磁极对数 p 的改变，取决于电动机定子绕组的结
同步转速n0
( f1 50Hz )
3000 (转/分）
1500 (转/分）
1000 (转/分）
750 (转/分）
2020/4/14
以4极变2极为例： U相两个线圈，顺向串 联，定子绕组产生4极 磁场。
反向串联和反向并联，定子绕组产生2极磁场。
2020/4/14
变极时，调换相序，以 保证变极调速以后，电