§2-3 异步电机的双馈调速
三相异步电动机调速方法
三相异步电动机调速方法1.变频调速方法：变频调速方法是目前最常用的三相异步电动机调速方法之一、通过改变电源频率，来控制电动机的转速。
变频调速方法需要使用变频器（即变频器），变频器可以将电源的频率变为所需的频率，并将调节后的电源送给电动机，以控制其转速。
通过调整变频器的输出频率和电压来改变电动机的转速。
变频调速方法优点是能够实现无级调速，调速范围广，转速稳定，起动电流小，效果好。
缺点是设备系统复杂，成本较高。
2.架空电阻调速方法：架空电阻调速方法是一种简单且较经济的三相异步电动机调速方法。
该方法通过改变电动机的转子电阻，来改变电动机的转速。
在电动机转子电路中加入一个可调的架空电阻，通过改变架空电阻的大小来改变电动机的转速。
电动机转子电阻的改变会导致电动机的起始转矩变化，从而实现调速的目的。
架空电阻调速方法优点是简单易行，成本低，调速范围较广。
缺点是效率较低，控制性能差，电动机会产生额外的损耗。
3.双馈电机调速方法：双馈电机调速方法是一种比较先进的三相异步电动机调速方法。
双馈电机是一种具有两套绕组的异步电动机。
通过控制定子和转子的绕组之间的耦合电流，来改变电动机的转速。
通过改变转子绕组的输出电流和磁场，来改变电动机的转速。
双馈电机调速方法可以实现较大范围和较高精度的调速。
双馈电机调速方法优点是调速范围广，转速调节平稳，起动性能好。
缺点是设备复杂，成本较高。
总结：以上介绍了三种常见的三相异步电动机调速方法，包括变频调速方法、架空电阻调速方法和双馈电机调速方法。
不同的调速方法适用于不同的应用场景，可以根据具体需求选择合适的调速方法。
变频调速方法是目前最常用的调速方法，能够实现无级调速，调速精度高；架空电阻调速方法简单易行，成本低；双馈电机调速方法调速范围广，性能好。
根据实际情况选择合适的调速方法，可以提高电动机运行效率，满足不同的工作要求。
异步电动机的几种调速方法
异步电动机的几种调速方法本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March一、调速方法从异步电动机的转速关系式n=n1(1-S)=60(f1/P)(1-S)可见，要改变异步电动机的转速，可从下列三个方面着手：1.改变异步电动机定子绕组的极对数P，以改变定子旋转磁场的转速n1，即所谓变极调速（不能均匀调速）。
2.改变电动机所接电源的频率以改变n1，即所谓变频调速；3.改变电动机的转差率S。
其中，改变转差率S有很多种方法。
当负载的总制动转矩不变时，与它平衡的电磁转矩也跟着不变，于是，从电磁转矩参数表达式（略）可见，当频率f1和极对数P不变时，转差率S是定子端电压、定子电阻、漏抗等物理量的函数，因此，改变转差率S的方法有下列几种：(1)改变加与定子的端电压，为此需用调压器调压；2(2)改变定子电阻或漏抗，为此须在定子串联外加电阻或电抗器；(3)改变转子电阻，为此采用绕线式电动机，在转子回路串入外加电阻；(4)改变转子电抗，为此须在转子回路串入电抗或电容器。
(5)在转子回路中引入一个转差率f2=Sf1的外加电势，为此须利用另一台电机来供给所需的外加电势，该电机可与原来电动机共轴，或不共轴，这样将几台电机在电方面串联在一起以达到调速目的，称为串级调速。
串级调速可用一种可控硅调速来代替。
其基本原理为：先将异步电动机转子回路中的转差频率交流电流用半导体整流器整流为直流，再经过可控硅逆变器把直流变为交流，送回到交流电网中去。
这时逆变器的电压便相当于加到转子回路中的电势，控制逆变器的逆变角，可改变逆变器的电压，也即改变加于转子回路中的电势，从而实现调速的目的。
3从上分析，可见异步电动机的调速方法很多，下面介绍主要的三种，即变极调速、变频调速和改变转子电阻调速。
二、变极调速由于一般异步电动机正常运行时的转差率S都很小，电机的转速n=n1(1-S)决定于同步转速n1。
双馈电机调速
双馈电机调速科学技术的迅猛发展，人类社会已进入到一个飞速发展的时期，能源、材料、信息的发展在其中起到了举足轻重的作用。
纵观人类历史文明的每次进步与更迭都与能源与材料的开发应用密切相关。
中国是世界最大的发展中国家,同时也是世界第二大能源消费国, 正确认识中国能源消费状况与能源消费结构,实现能源、经济和社会之间的协调发展,是中国所面临和必须解决的重要课题。
上世纪70年代,石油危机给工业国家的经济带来了沉重的打击,这大大促进了全球范围内对可再生能源的开发及节能技术的研究。
尤其是近年来,随着石油价格的节节攀升,世界上许多国家一方面把可再生能源作为常规矿物能源的一种补充、替代能源，将可再生能源作为其能源发展战略的重要组成部分，另一方面积极开发和推广低功耗、高效率的节能技术。
作为世界上第二大能源消费国，我国一直把节能减排当成一个重要的战略来选择，并在十一五规划中提出了具体的目标和要求。
电能是能量的一种形式。
与其它形式的能源相比，电能具有明显的优越性，它适于大量生产、集中管理、远距离传输和自动控制。
故电能在工农业及人类生活中获得广泛的应用。
作为与电能生产、输送和应用有关的能量转换装置——电机，在电力工业、工矿企业、农业、交通运输业、国防、科学文化及日常生活等方面都是十分重要的设备。
目前，风机、水泵等机械设备的耗电量几占整个工业耗电量的一半，众所周知，采用变频调速技术后，风机和泵类负载可节约大量电能，平均30%左右。
因此开发高效率的交流调速系统，经济地利用好这一部分电能，对应对当前能源紧张和实践国家节能要求都有着很好的现实意义。
交流调速系统的应用与成熟是与电力电子技术，微电子技术以及控制技术的发展密切相关的。
20世纪上半页，鉴于直流拖动系统优越的调速性能，高性能可调速拖动都采用直流电动机，而当时约占电力拖动容量80%以上的不变速拖动都采用交流电动机，这种分工在一定的时间内已成为一种公认的格局。
那时，交流调速系统的多种方案虽然已经问世，并已获得应用，但其性能却始终不能与直流调速系统相匹敌。
三项异步电动机变频调速控制及其节能改造
三项异步电动机变频调速控制及其节能改造本文主要从三项异步电动机概述、三相笼型转子异步电动机的传统起动方式、三相异步电动机调速策略探讨、电动机节能注意事项等方面进行了阐述。
标签：三相异步电动机；调速；节能一、前言三项异步电动机在我国电网中应用非常广泛，技术也相对成熟，但是如何使其变频调速进行控制以及节能问题，都是需要进一步探讨与总结的重点问题。
二、三项异步电动机概述全国年总发电量的一半以上，耗能非常之高。
因此，加强和提高三相异步电动机的节能控制对我国电能的节约将会起到巨大的作用。
当电流在满负荷的情况下时，三相异步电动机的功效一般比较的高，可以达到85%左右。
但是，如果电流的负荷量下降的话，三相异步电动机的功效就会明显的降低。
因此，总的来说，三相异步电动机的功效还是比较低的。
如果我们通过对三相异步电动机节能控制，我们就会在这方面有所提高，从而提升电动机的运行效率，将会产生巨大的经济效益。
进行三相异步电动机的节能控制主要是从两方面的工作着手，首先就是要提升三相异步电动机的制造技术，而这方面如今已经取得了巨大的发展，另外一方面就是要做好电动机的运行控制技术，这才是我们进行电动机节能控制技术的关键。
三相异步电动机的功效是指三相异步电动机的输出功效同输入功效的比例，因此供电机的一部分电能是用来使电动机驱动的，即输入的功效，而另外一部分电能就会发生在三相异步电动机的自身损耗上，这就是我们所说的输出功效。
三相异步电动机的电能损耗主要是指电动机的铁和铜，而电动机的铜耗则是在电流通过电动机的铜线绕组时而产生的，相比之下，电动机的铁耗则是指电动机在运转的过程中，其定子和转子铁芯中产生的电流而发生的损耗，这主要是与电压有关。
电动机的损耗除了这两部分损耗外，还存在其他的损耗，但是这些损耗都比较小，可以忽略。
而三相异步电动机的节能原理就是在电压的负荷下降的时候，可以通过适当降低电源的电压的方法，从而减少电动机中铁耗，当电压下降的时候，相应的电流也会随之下降，这样也就降低了电动机中的铜耗，只有这样电动机的功效才会得到提高。
异步电动机调速方法
异步电动机调速方法
异步电动机是最常见的电动机械,广泛应用于各种工业和商业应用中。
由于其工作原理的特点,异步电动机需要调节转速才能获得所需的性能。
以下是几种异步电动机调速方法:
1. 调幅法:通过改变异步电动机的电压或频率,使电动机转速增加或减少。
这种方法适用于电动机的负载较小,且不需要高速响应的场合。
2. 调速法:通过改变异步电动机的转速来调节其输出电压或频率,使电动机转速达到所需的目标值。
这种方法适用于需要高速响应或需要高效率的场合。
3. 电容调速法:在异步电动机的两端加上电容,当电动机转速发生变化时,电容充放电,从而调节电动机的输出功率。
这种方法适用于需要高频响应和低噪声的场合。
4. 电枢调速法:在异步电动机的两端加上电枢,通过改变电枢的旋转速度来调节电动机的输出功率。
这种方法适用于需要高效率和低噪声的场合。
除了以上几种方法外,还有许多其他的异步电动机调速方法,例如电阻调速法、转子电阻调速法、转子磁敏电阻调速法等。
这些方法的选择取决于具体的应用场景和所需的性能指标。
在实际应用中,调速方法的选择需要考虑多方面的因素,例如电动机的负载、功率、转矩、噪声、可靠性等。
因此,在设计和制造异步电动机时,需要根据具体情况选择合适的调速方法。
异步电动机的调速方法
负载的机械特性：当电源的 频率和电压保持不变时，电 动机转速和负载转矩之间的 关系曲线n=f(T2+T0)
①转子电阻比较大的电机， 机械特性比较软，电磁转矩 随电压的平方迅速下降，电 机工作点的转速变化比较明 显，调速效果较好
第二章 异步电机的控制
2-1 异步电动机的调速方法
根据异步电动机的转速公式n=ns(1-s) ， 异步电动机的调速方法只有两大类： ①在电机中旋转磁场的同步速度ns恒定的情况下，
调节转差率s 和直流电动机的串电阻调速相类似，属于
耗能的低效调速方法 调压调速、转子串电阻调速、斩波调速、
滑差离合器调速 ②调节电机旋转磁场的同步速度ns 。
脉冲宽度按正弦规律变化的SPWM波形显著降 低了逆变器输出电压中的低次谐波，高频开关方式
又提高了输出谐波频率、降低了谐波幅值，也提高
了逆变器动态响应速度，在中、小型异步电机变频 调速中获得了极为广泛的应用。
空间电压矢量调制(SVPWM) 是将逆变器与交流 电机作为一个整体来考虑，通过对逆变器功率器 件的开关方式控制，输出不同的三相电压，构成 一个空间矢量，使电机气隙中产生的实际磁通尽 可能地逼近电网正弦电压供电时的理想圆形磁通 轨迹，从而使变频器 输出特性达到一个更高的 综合性能。由于SVPWM方法是将三相变量作统 一处理，易于数字实现，目前已呈现取代 SPWM的趋势
若不加励磁电流，磁极就会停转，相当于 把从动轴与主动轴分离，起到了离合器的作用。
电磁滑差离合器常与鼠笼式异步电机在结构上做成 一体，并配有同轴测速发电机和速度反馈闭环控制 装置，这种成套配置常称为电磁调速电机，简VS 电机或HC电机。
三相异步发电机的七种调速方式
利用晶闸管控制整流电路的输出电压，通过调节晶闸管的导 通角来改变整流电压的平均值，从而实现对异步电动机定子 电压的控制。
变压调速的优缺点
优点
调速范围广、平滑性好、机械特性硬度不变、对电网影响小。
缺点
需要使用变压器或晶闸管等元件，设备成本较高；调速过程中转矩随转速下降 而减小，不利于负载的稳定运行；调速过程中功率因数较低，损耗较大。
02
CHAPTER
变频调速
变频调速原理
01
变频调速是通过改变电机输入电源的频率来调节其 转速的。
02
电机转速与电源频率成正比，通过改变电源频率， 可以平滑地调节电机转速。
03
当电源频率降低时，电机转速降低；当电源频率升 高时，电机转速升高。
变频调速的实现方式
使用变频器
变频器是一种将电源频率转换为可变 频率的电子设备。通过改变变频器输 出频率，可以调节电机转速。
然而，串级调速也存在一些缺点，如设备复杂、维护困难、投资大等。此外，由于串级调速需要在转 子回路中串入附加电动势，因此可能会对电机本身的性能产生一定的影响。
05
CHAPTER
液力耦合器调速
液力耦合器调速原理
液力耦合器调速原理基于液力传动技 术，通过改变液力耦合器的工作腔内 的工作液量或转速，实现输入轴和输 出轴之间的转矩和转速的调节。
缺点
滑差调速的调速范围有限，且随着电阻的增加，电动机的效率降低。此外，滑差调速的控制精度较低，容易受到 负载变化和电源电压波动的影响。
04
CHAPTER
串级调速
串级调速原理
串级调速是通过在转子回路中串入一个可调节的附加电动 势，改变其大小和极性，实现对异步电动机的调速。
异步电机双馈调速工作原理
异步电机双馈调速工作原理首先，异步电机双馈调速的基本工作原理是通过降低转子电压的频率来调整转子的转速。
根据电机的转子电压等于输入电压减去转子电流的电压降，通过降低转子电压的频率，可以实现转子转速的调整。
具体来说，通过改变额外绕组的电压和频率，调整电机的转子电压和转速。
当降低转子电压的频率时，转子电流的幅值减小，转子电力降低，转子的转速也随之降低。
反之，当增加转子电压的频率时，转子电流的幅值增加，转子电力增加，转子的转速也随之增加。
其次，异步电机双馈调速还包括电流均分控制。
电流均分控制是指通过调整额外绕组的电压和频率，使额外绕组的电流分布均匀，使得转子的各个绕组受到的转矩相等。
通常情况下，额外绕组的电流分布不均匀，可能导致转子产生额定转矩以下的转矩。
电流均分控制可以通过调整额外绕组的电压和频率，使得额外绕组的电流分布均匀，从而实现转矩均分，提高电机的工作效率。
最后，异步电机双馈调速还涉及到转矩控制。
转矩控制是指在转速调整的同时，实现对电机输出转矩的控制。
通过改变额外绕组的电压和频率，可以调整转子的电磁转矩大小。
一般来说，转子电压越大，额外绕组电压越大，电磁转矩也越大。
通过控制额外绕组的电压和频率，可以实现对电机输出转矩的控制，使电机能够适应不同负载条件下的需要。
需要注意的是，异步电机双馈调速需要额外安装绕组和调速装置，相比于普通的异步电机，成本和复杂度都会有相应的增加。
但由于其实现了转速和转矩的调控，使得电机能够适应不同负载条件和工作需求，广泛应用于风力发电、轨道交通等领域，成为现代工业中常见的调速技术之一综上所述，异步电机双馈调速的工作原理包括转子电压降频调整、电流均分控制和转矩控制三个方面。
通过调整额外绕组的电压和频率，可以实现电机的转速和转矩的调节，从而适应不同工况和需求。
这项技术的应用在现代工业中具有重要的意义，可以提高电机的工作效率和稳定性，减少能源的消耗。
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• 转差功率
P s s P M m 2 U 2 I2 co 2 0 s
• 转子电流I 2
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• 电机转速降低，s’>s>0
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绕线转子异步电动机 接转差频率电压调速向量图2
态亚 同 步 制 动 状
•
❖
转子外接电压
•
U
2
与转子电动势
•
sE 2
❖ 同频率、相位相反，且
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双馈调速电动机
在各种工作状况下的能量关系3
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U1
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❖ 转子运行于超同步速的电动状态
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• 机械功率
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绕线转子异步电动机
接转差频率电压调速向量图5
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同
步
电
动
状
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与转子电动势
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❖ 同频率、相位相同，且
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• 转子电流I 2
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sE2U 2 r22(sx2)2
s2 E r22(s2x)2
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•❖ 转子运行于亚同步速的电动状态
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• 电磁功率
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• 机械功率
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• 转差功率
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❖ 双馈调速中的转差频率难以检测和控制。 ❖ 在工程实际中常对转子绕组的电流进行整流，并以直流形式在转
子中串入外加电动势，称之为串级调速。也叫低同步串级调速， 这是由于转差功率只能单方向由整流器送出的缘故。 ❖ 串级调速是双馈调速的一种特例。
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绕线式异步电动机正方向规定
§2-3 异步电机的双馈调速
§2-3 绕线式异步电动机的双馈调 速
A. 绕线式异步电动机调速方法 B. 双馈调速及串级调速的基本概念 C. 双馈调速电动机的特点 D. 双馈调速电动机在各种工作状况下的能量关系 E. 绕线式异步电机的串级调速系统 F. 双馈调速系统构成 G. 双馈调速的效率和功率因数 H. 双馈调速的矢量控制
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• 电机转速升高 0< s’<s
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绕线转子异步电动机
接转差频率电压调速向量图4
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B
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同
步
电
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态
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转子外接电压
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与转子电动势
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❖ 同频率、相位相反，且
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• 转速等于同步转速 , s’=0
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双馈调速能够实现的功能
E I 亚同步调速： 与 反相， f2 附电装置,吸收功率
E I 超同步调速： 与 同相， 附电装置,提供功率 f2 提供无功:向电网提供无功（交—交变频器馈电）
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B 双馈调速及串级调速的基本 概念
❖ 异步电动机定子输入功率P1、电磁功率PM、 机械功率Pmec、转差功率Ps、铁损耗和定子铜
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绕线转子异步电动机
接转差频率电压调速向量图1
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亚 同 步 电 动
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❖ 同频率、相位相反，且
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A 绕线式异步电动机调速方法
A.1. 转子绕组串接电阻
耗能、手动、不方便
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A.2 斩波变阻实现无级调速
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A.3 双馈调速（串级调速）
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损耗，P 有M 如 下关Pm 系 e c Ps
PMT1
P me c (1s)P M
P sSP M3I2 2r2
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B 双馈调速及串级调速的基本 概念
❖ 所谓双馈调速，就是将电能分别馈入绕线转子异步电动机的定子 绕组和转子绕组。改变转子外接电源的幅值和相位，就可以调节 异步电动机的转速、转矩和电动机定子侧的无功功率，这种双馈 调速的异步电动机不但可以在亚同步转速区运行，而且可以在超 同步转速区运行，因此双馈调速也叫超同步串级调速。
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• 电机转速 低于同步速,s’>s >0
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转子外接电压
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与转子电动势
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在各种工作状况下的能量关系2
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❖ 转子运行于次同步速的回馈制动状态
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• 机械功率
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I1 P s s P M m 2 U 2 I2 co 2 0 s
• 电机转速高于同步转速，s’<0
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绕线转子异步电动机
接转差频率电压调速向量图6
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❖ 转子外•接电U压• 2 超 前 ，转 转子 子sE电 回2 动 路E2势 的合成I•9电20a 0I• 2
B
动势 与I• 2 r 转子电流
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同相，其中有功电流 为 I1Im，(无I2)功电流为 由I于m 无功电流与气隙 磁密同相起到了励磁 电流的作用。定子电
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（ 为定子励磁
双馈调速电动机
在各种工作状况下的能量关系1
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