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电机与拖动 第9章 三相异步电动机的调速 根据异步电动机的转速公式 三相异步电动机的调速方法很多，主要包括： 改变转差率调速。包括改变电动机定子电源电压、绕线式异步电动机转子回路串电阻、利用转差离合器、串级调速双馈调速（适用于绕线式异步电动机）等； 改变旋转磁场的同步转速调速。包括改变定子绕组极对数（适用于鼠笼式异步电动机）、改变供电电源频率。 9.1绕线式异步电动机转子串电阻调速 9.1.1 调速原理 根据前面的分析已知，在绕线式异步电动机的转子回路串入对称电阻的人为机械特性的特点是：理想空载转速不变，最大转矩不变，临界转差率正比于转子总电阻。假设转子绕组本身电阻为r2，串入不同电阻时，其机械特性如图9.1所示。当拖动恒转矩负载，且为额定负载转矩TN，电动机的转差率发生明显变化。显然，所串电阻越大，转速越低。 9.1.2 调速的性能和特点 调速范围 这种调整方法对应的最高转速不超过理想空载转，低速运行时机械特性太软，静差度大，因而限制了调速范围. 平滑性 由于转子回路电流很大，使电阻的体积笨重，抽头不易，所以调速的平滑性也不好,基本上属有级调整. 经济性 这种方法简单、容易实现，初期投资较少。但低速运行时效率低。 调速方式 对于异步电动机而言，当电源电压仍为额定电压时，气隙磁通基本保持不变，如果调速前转子电流为额定值，希望调速后仍为额定值，则有： （9-2） 式中R是转子回路所串联的电阻。 必然有： （9-3） 已知电磁转矩为: 根据（9-3）可以看出，如果保持调速前后转子电流不变，电磁转矩也不变。因此，转子回路串电阻调速适用于恒转矩的系统，属于恒转矩调速方式。 转子回路功率因数为： (9-4) 考虑式（9-3）后，则 (9-5) 当负载为恒转矩性质时，按照电磁转矩的计算公式： 9.2 降电压调速 9.2.1 降压调速的原理及性能 如图9.2(a)所示，如果电动机拖动恒转矩性质负载，A点为固有机械特性上的运行点，B和C点为降低电压后的运行点.可见。降压调速方法比较简单，但是，如电压进一步降低，最大转矩减小很快，即使负载特性与机械特性有交点，负载能力严重下降，负载稍有波动，电机就会停转；而且对于一般的鼠笼式异步电动机，降压调速范围很窄，没有多大实用价值。 为此，可以采取增加转自电阻和引入速度闭环加以改善。 (a) (b) 图9.2 三相异步电动机降压调速 1——恒转矩负载；2——泵类负载 9.2.2高转差率异步电动机的降压调速分析 如果要求电动机有较宽的调速范围，则应选用高转差率电动机，如高转差率鼠笼电机、实心转子电机、双层转子电机等。它们具有如图9.2(b)所示的机械特性。值得注意的是，这种软机械特性的电机，在高速运行时，由于转差率较普通电机的大，运行效率要低些；低速运行时，由于降低了供电电压，为保持恒转矩负载，需要更大的电流，除降低效率外，还应注意过热的问题。 9.2.3 调压调速的闭环控制原理 为了提高调压调速机械特性的硬度，采用速度闭环控制系统，其控制原理和机械特性如图9.3所示。当电动机运行于图9.3(b)所示的A点时，这时的负载转矩为TL，系统处于平衡状态。当负载转矩变为TL’时，如果没有转速反馈，电动机电压不变，转速应由A点沿同一条机械特性降为C点稳定运行。 可见，转速变化很大。现在是速度闭环控制，情况就不同了。当电机转速下降时，U’减小，这时U未变，偏差电压ΔU增大，使UK增大。 UK增大，α角减小，则可控硅输出电压增大，使电动机运行于图9.3(b)中的B点。可见，速度闭环的本质是根据负载的变化，动态调整电源电压大小，从而提高了电机特性的硬度 . 交流电机的基本原理 (a) (b) 图9.3 降压