串级调速系统概要

4）涡流为交变涡流，它产生幅向脉动的电枢反应磁场， 与主磁通合成并产生转矩；
5）此电磁转矩驱动磁极跟着电枢同方向运动，磁极就
带着生产机械一同旋转。
3、电磁转差离合器的转速和转向
1）从动轴的转速n取决于励磁电流的大小； 2）从动轴的转向则取决于原动机的转向。 电磁转差离合器本身并不是一个电动机，它只是一种传 递功率的装置。
U
0
通t0 断t p
t
图4-5 晶闸管开关控制下的负载电压波形
特点：采用“过零”触发，谐波污染小；转速脉动较大。
图5-5 晶闸管开关控制下的负载电压波形
二、交流调压电路 晶闸管三相交流调压电路如图4-6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
R
U
VT4
VT3
（ 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。
第二节
交流异步电动机调压调速系统
一、交流异步电动机调压调速原理和方法 1、调压调速原理 异步电动机的机械特性方程式
' 3 pU12 R2 /s Te ' 1[( R1 R2 / s ) 2 12 ( Ll1 L'l 2 ) 2 ]
VT2
~ U1
R
U
图 5-3 图 4-3 晶闸管单相调压电路 晶闸管单相调压电路
U
0

2
t
图5-4 晶闸管相位控制下 图4-4 晶闸管相位控制下的负载电压波形 的负载电压波形
2）开关控制方式 把晶闸管作为开关，将负载与电源完全接通几个半波， 然后再完全断开几个半波。交流电压的大小靠改变通断时 间比t0/ tp来调节。输出电压波形如图4-5所示。
若忽略其它损耗，则电动机的效率为
P0 PM n 1 s P1 P2 n0
讨论： 1)恒转矩负载时：有Te=TL不变；因f1不变，故n0不变，
电磁功率P2也不变。随着转速的降低，转差功率sP2增 大，效率降低。
2)风机泵类负载时：有Te=TL=Kn2，Te、P2随转速以平
方速率下降，尽管低速时，s增大，但总的转差功率
相位互差120°，三相电路中反向晶闸管的触发信号相位 也互差 120°；但同一相中反并联的两个正、反向晶闸管 的触发脉冲相位应互差 180°。 根据上面的结论，可得出三相调压电路中各晶闸管触发 的次序为 VT1 、 VT2 、 VT3 、 VT4 、 VT5 、 VT6 、 VT1…… ， 相邻两个晶闸管的触发信号相位差为60°。
它由电枢、机座、磁极、励磁绕组、导磁体组成。 1)直流励磁绕组：由控制装置输出的可调压直流电供电， 产生固定磁场； 2)机座：它既是离合器的结构体，又是磁路的一部分；
3)电枢：圆筒形实心钢体，兼有导磁、导电作用，直接套 在异步电动机 5的轴上，作为主动转子，转速与异步电动机 相同。运行时，在电枢中感应电动势并产生涡流； 4) 磁极：它是齿轮形的。作为从动转子固定在从动轴 6上 而输出转矩，在机械上与电枢3无连接，借助气隙分开；
Ps P2 PM 1 1 1 Te n0 Te n Te n0 n sP2 9550 9550 9550
Ps称为转差功率，它被转子发热而消耗掉。下图为异步 电动机的能量流程图。
P 1 P2 PM
P0
PCu1
PFe
PCu2
PM
图4-11 异步电动机的能量流程图
2、电动机的效率
第4章 交流调压调速系统和串级调速系统
• 第一节 概 述 • 第二节 交流异步电动机调压调速系统 • 第三节 绕线式异步电动机串级调速系统
一、交流调速系统的特点 （1）容量大。
（2）转速高且耐高压。
（3）交流电机的体积小，结构简单、经济可靠、惯性小。 （4）交流电机坚固耐用，可在恶劣环境下使用。 （5）高性能、高精度的新型交流拖动系统已达到同直流 拖动系统一样的性能指标。 （6）交流调速系统能显著地节能。 从各方面来看，交流调速系统最终将取代直流调速系统。
2 当s一定时， ，改变U1得到一组不同的人为特性如 Te U1
图4-1所示。在带恒转矩负载 TL时，可得到不同的稳定转 速，如图中的A、B、C点。
S
n
0
Sm
n0
A C B
0.5U1N
D E
风机类负载特性
F
0.7U1N
U 1N
1 0
Te max
Te
图4-1 异步电动机在不同电压下的机械特性 图5-1 异步电动机在不同电压下的机械特性
S 0
n n0
A B C
U1N 0.7U1N 0.5U1N
1 0
TL
Te
图5-7 高转子电阻异步电动机 在不同电压下的机械特性 图4-7 高转子电阻异步电动机在不同电压下的机械特性
可见：恒转矩负载下，调速范围变大，转子电流减小。
（二）闭环控制的调压调速系统
转子电阻的增大使调速范围扩大，机械特性变软，转速 静差率变大。解决方法：采用带速度负反馈的闭环控制。
二、交流调速系统的分类
n 从交流电机转速表达式：
60 f 1 1 s p
可归纳出三类调速方法：
变极对数p的调速、变转差率s调速及变电源频率f1调速。
原始的分类方法有： 1）变极调速；
2）变s调速：调压调速、绕线式异步电动机转子串电阻调速、
绕线式异步电动机串级调速、电磁转差离合器调速； 3）变频调速。
I L Ls X L u1 n
（3）晶闸管交流调压器调压 如图4-2（c）所示。单相调压电路如图4-3所示，其控 制方法有两种： 1）相位控制方式 通过改变晶闸管的导通角来改变输出交流电压。电压 输出波形如图4-4所示。 特点：输出电压较为精确、快速性好；但有谐波污染。
VT1
-
晶闸管 U1 调压装置
异步 电动机
n
转速反馈装置
4-9调压调速系统静态结构框图 图5-9 图 调压调速系统静态结构框图
它与单闭环直流调速系统的静态结构框图非常相似，只
要将直流调速系统中的晶闸管整流器、直流电动机换成 晶闸管交流调压器（图中的晶闸管调压装置）、异步电 动机即可。
（四）调压调速系统的可逆运行及制动
反接制动时，工作的晶闸管为供给反相序电源的6个元
件。 耗能制动时，可不对称地控制某几个晶闸管工作。 例：使1、2、6三个元件导通，其它元件都不工作，这样 就可使电机定子绕阻中流过直流电流，实现能耗制动。 所以调压调速系统具有良好的制动特性。
（五）调压调速系统中的能耗与效率分析
1、转差功率Ps 传到转子上的电磁功率P2与转子轴上输出的机械功率PM 之差Ps为
Te
第三节 绕线式异步电动机串级调速系统
一、串级调速原理 （一）串电阻调速的原理 绕线式异步机在转子回路中串接电阻的调速原理：
I2 sE20
( R2 R f ) 2 sX 20
2
dn 0 n s I 2 Te dt 使Te TdL 达到新的平衡，但速度 已经降低，实现了调速 。 R f I 2 Te (Te TdL ) 0
从串电阻调速的原理中可获得串级调速的启发。
（二）串级调速原理 在转子回路中串入与转子电势同频率的附加电势，通 过改变附加电势的幅值和相位实现调速。
I2
sE20 E f R2 sX 20
2 2
dn 0 n s I2 Te dt Te TdL 达到新的平衡，但速度 已经降低，实现了调速。 使 Ef I2 Te (Te TdL) 0
三、闭环控制的调压调速系统
（一）异步电动机调压调速时的机械特性 1、普通异步电动机调压调速时存在的问题
1 ）普通异步电动机调压时调速范围不大（恒转矩负 载），如图4-1中A、B、C点； 2）在s≥sm的低速段，调速范围虽大，但系统运行不稳 定，且低速时，转差功率增大，转子阻抗减小，转 子电流增大。 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4-7所示。
Ps=sP2下降，损耗变小。 故调压调速系统适合于风机、水泵等设备的调速节能。
四、电磁转差离合器调速系统
电磁转差离合器调速系统是由笼型异步电动机、电磁转 差离合器以及控制装置组合而成。 （一）电磁转差离合器的基本结构与工作原理
8 7 1 2 3 4
5
6
5-13 电磁转差离合器原理图
1、电磁转差离合器的组成
（二）电磁转差离合器的机械特性及调速系统
1、电磁转差离合器的机械特性
n n1
经验公式表达：
I L1 I L2 I L3 I L4
Te n n1 K 4 IL
I L4
I L3
I L2
0
I L1
图5-14 电磁转差离合器机械特性 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常数。
2、调压调速方法 获取交流调压电源的方法： （1）调压器调压 如图4-2（a）所示。
~ ~ LS ~ VVC
TU
+
-
M
3~ (a)
M
3~
M
3~ (c)
(b)
图4-2 异步电动机调压调速原理
图5-2 异步电动机调压调速原理
（2）饱和电抗器调压 如图4-2（b）所示，饱和电抗器LS是带有直流励磁绕组 的交流电抗器。
R
V
VT6 VT5
R
W
VT2
图 5-6 三相全波星形联结的调压电路 图 4-6三相全波星形联结的调压电路
电路正常工作的条件：
（1）在三相电路中至少要有一相的正向晶闸管与另一相 的反向晶闸管同时导通。 （2）要求采用宽脉冲或双窄脉冲触发电路。 （ 3）要求U、 V、 W三相电路中正向晶闸管的触发信号