第30讲 三相同步电动机的调速
三相电动机的调速
三相电动机的调速（一）变频调速改变电源的频率，可使得到平滑且宽范围的调速性能。
传统同步变频机组占地面积、达结构复杂、造价昂贵，一般用于大型设备。
现由于利用晶闸管实现交流变频技术取得突破，因此得到推广。
（二）变级调速异步电动机的同步转速与磁极对数成反比，极对数增加一倍，同步转速下降一半，电动机的转速也近似下降一半。
所以改变极对数可以达到调速的目的。
改接绕组可以改变次级对数，如图所示图中定子每相绕组有两个线圈组成（图中仅汇出一组绕组A ）；当两个线圈串联时，定子旋转磁场为两对磁极，如图a所示。
当两个线圈并联时，定子旋转磁场为一对磁极，如图b所示。
不难看出，改变三相定子绕组的接法，就可以改变旋转磁场极对数，从而就改变了电动机的转速。
由于磁极只能按极对数来变化，因此这种调速方发是有级的。
由一套绕组得到两种转速，通常称之为单绕组双速电机。
它以变速比2：1的倍数比调速。
如在定子绕组上装设两套极对数不同的绕组，便可以得到三种或四种不同的转速。
变级调速的电机一般都是笼型电动机。
因为笼型电动机只需改变定子绕组的极对数，而转子绕组的极对数可以自动跟随定子极对数的变化而变化，使钉子和转子的极对数相等，从而产生平均的电磁转矩。
而绕线形电动机的转子极对数不能自动改变，因此一般不使用这种方法调速。
变级调速的优点是控制设备简单、损耗小；缺点是调速范围不大，而且不能平滑调速。
在机床上常将这种调速方法与齿轮变速配合使用。
（三）绕线形电机转子串电阻调速在负载转矩不变的情况下，如果改变转自电路的电阻，就可以改变电动机转差率，从而改变电动机的转速。
当在转子回路中串联的电阻越大，转速降越低。
这种方的调速范围为3:1。
这种方法调速较为简单，调速范围较大，但使电动机的机械特性变坏并且消耗电能较大。
因此，常用于要求短时间调速且调速又不太大的中、小型电动机。
三相异步电动机的调速控制ppt课件
三角形与双星形联结法（恒功率调速场合使用）
➢ 三角形联结时，p＝2 (低速）各相绕组互为240 电角度 ➢ 双星形联结时，p＝1 (高速) 各相绕组互为120 O 电角度 为保持变速前后转向不变，变极对数时必须改变电源的相序
O
主电路析
KM3接通 KM2、KM1断开
三角形
双星形
主电路分析
相序 U V W
电磁离合器
电枢 磁极 线圈
电磁调速异步电动机的控制
晶闸管可控 整流电源
测速发电机
一.三相笼型电动机的变极调速
n﹦60pf1 (1﹣S)
多速电动机
双速(一套绕组) √ 三速(两套绕组) 四速(两套绕组)
星形与双星形联结法（恒转矩调速场合使用）
➢ 星形联结时， p＝2 (低速）各相绕组互为240 O电角度 ➢ 双星形联结时，p＝1 (高速)各相绕组互为120 O电角度 为保持变速前后转向不变，变极对数时必须改变电源的相序
相序 W
U
V 三角形
KM3断开
双星形 KM2、KM1接通
控制电路分析
SC→低速 KM3接通(三角形) SC→高速 KM3接通(三角形)－ KM3断 KM2、KM1接通(双星形)
KT延时
二.绕线式电动机转子串电阻的调速
转子串电阻 → n → s
用凸轮控制器进行调速(吊车﹑起重机) (转子电路中串接三相不对称电阻)
SQ1、SQ2：限位开关
凸轮控制器 ➢ 黑点表示该位置触头接通 ➢ 无黑点表示该位置触头不接通
KT10～12： 决定KM通断 KT6～9： 控制电机转向 KT1～5： 短接电阻
三.电磁调速异步电动机的控制
电磁调速的组成: 异步电动机 电磁离合器 控制装置
第三章 同步电动机的变频调速控制
30年代
铝镍钴、铁氧体
差
易去磁
1
2 3
90年代 60年代 后期
铁氧体 稀土永磁： SmC05
3.6~4.0 24 33 38~40
价格低 （稀土的1/10） 热稳定性好 不怕去磁 钴含量高、价格高
70年代 初期
第三代
稀土永磁： SmC017 稀土永磁： 钕铁硼 Nd-Fe-B
我国储量世界第一， 温度可达200℃？
图示位置是转子磁极轴线 从某相绕组轴线转过30°的位 置，在此瞬间触发该相晶闸管， 从产生转矩的角度看是最有利 的。在此位置下，在绕组通电 的1/3周期里，载流导体正好 处于比较强的磁场中，所产生 的转矩平均值最大，脉动最小。 从时间相位上看，晶闸管触发 瞬间正好是该感应电势交变过 零之后的30°相位处，习惯上 将此点选作晶闸管触发相位的 基准点，称为空载换流超前 角 。
结 论
0 0 、 三相式，对转矩最为有利。
矛盾：
晶闸管靠反电势自然换流，要求 0 超前，目前常取 0 60 ，或按负载的 动态调节。转矩脉动大：凸极式无换向电 机中，还存在磁阻转矩，当 超前时为 0 负值，将使输出转矩减小。
二、逆变器晶闸管的换流问题
问题的提出： 直流无换向器电机的晶闸管直接接在直流电 源上,导通后无法自行关断，换流困难。必须采取 特殊的换流措施。 解决： 在过激状态下向逆变器提供超前的无功电流， 可利用电机的反电势来实现自然换流。
优点: (1) 只要精确地控制变频电源的频率就能准确控 制转速，无需速度反馈控制。 (2) 转矩干扰只影响同步电动机的功角，不影响 电机的转速可以在极低的转速下运行，调速范围 较宽。 (3)可以调节转子励磁来调节电机的功率因数,甚 至可在 下运行。 (4) 运行在超前功率因数下，有可能利用电动机 的反电势实现负载换流，克服强迫换流的弊病 （晶闸管)。 缺点：同步电机本身结构稍微复杂
三相电机七种调速方式
三相电机七种调速方式一、变极对数调速方法这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下：具有较硬的机械特性，稳定性良好；无转差损耗，效率高；接线简单、控制方便、价格低；有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。
本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。
二、变频调速方法变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。
变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。
其特点：效率高，调速过程中没有附加损耗；应用范围广，可用于笼型异步电动机；调速范围大，特性硬，精度高；技术复杂，造价高，维护检修困难。
本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。
三、串级调速方法串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。
大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。
根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，其特点为：可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高；装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额定转速70－90的生产机械上；调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产；晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。
本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。
四、绕线式电动机转子串电阻调速方法绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。
串入的电阻越大，电动机的转速越低。
此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。
三相电机调速方法
三相电机调速方法
三相电机调速方法有以下几种：
1. 变频调速：通过改变输入电源的频率，控制电机的转速。
可以通过改变变频器的输出频率，使得电机的转速得到调整。
2. 电阻调速：通过在电机的外回路中串接变阻器，改变电动机的电阻，从而改变电机的转矩和转速。
3. 自耦变压器调速：通过改变自耦变压器的输出电压，进而改变电机的额定转矩和转速。
自耦变压器具有多档位的输出电压，可以实现不同程度的调速效果。
4. 基于磁场调制的调速方法：通过改变电机的磁场行为，如变磁势、改变漆包线圈的接法等，来改变电机的转速。
5. 倒车变压器调速：通过改变电机的供电电压，从而改变电机的转速。
6. 转子电阻调速：在三相电机的转子回路中串联电阻，改变转子电阻的大小，进而改变电机的起动转矩和转速。
这种调速方法常用于开关电阻起动的电机中。
7. 油压机械调速：通过改变油压机械装置的工作状态，改变电机的负载，从而实现调速。
这种调速方法常用于一些需要频繁变速的场合，如卷绕机。
8. 整流调速：通过控制电机的输入电流，改变电机的转速。
可以通过改变整流器的工作状态，控制电机的转速。
以上是一些常见的三相电机调速方法，具体使用哪一种方法，需要根据具体的应用场景和要求来确定。
三相异步电动机改变同步转速的调速方法
三相异步电动机改变同步转速的调速方法
改变三相异步电动机的同步转速的调速方法主要有以下几种：
1. 变频调速：通过改变三相异步电动机的供电频率，控制电机的转速。
变频调速可以实现范围广、精度高的调速效果，适用于多种负载情况。
2. 极数调速：通过改变三相异步电动机的定子绕组的接法，即改变电机的极数，来实现不同的同步转速。
该方法的调速范围较窄，一般在5%~10%之间。
3. 转子电阻调速：在三相异步电动机的转子绕组上串入可变电阻，通过改变电阻的大小来改变电机的转速。
该方法成本较低，但效果较差，只适用于低精度的调速要求。
4. 异步电动机短时惯量调速：通过改变三相异步电动机的励磁电流大小，实现电机输出转矩的调整，从而改变电机的转速。
这种调速方法适用于短时的负载变化，如启动、制动等。
需要注意的是，不同的调速方法适用于不同的负载情况和调速需求。
选择合适的调速方法需要考虑电机特性、负载要求、调速范围和成本等因素。
三相电机七种调速方式
三相电机七种调速方式一、变极对数调速方法这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下：具有较硬的机械特性，稳定性良好；无转差损耗，效率高；接线简单、控制方便、价格低；有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。
本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。
二、变频调速方法变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。
变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。
其特点：效率高，调速过程中没有附加损耗；应用范围广，可用于笼型异步电动机；调速范围大，特性硬，精度高；技术复杂，造价高，维护检修困难。
本方法适用于要求精度高、调速性能较好场合。
三、串级调速方法串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入可调节的附加电势来改变电动机的转差，达到调速的目的。
大部分转差功率被串入的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用。
根据转差功率吸收利用方式，串级调速可分为电机串级调速、机械串级调速及晶闸管串级调速形式，多采用晶闸管串级调速，其特点为：可将调速过程中的转差损耗回馈到电网或生产机械上，效率较高；装置容量与调速范围成正比，投资省，适用于调速范围在额定转速70－90的生产机械上；调速装置故障时可以切换至全速运行，避免停产；晶闸管串级调速功率因数偏低，谐波影响较大。
本方法适合于风机、水泵及轧钢机、矿井提升机、挤压机上使用。
四、绕线式电动机转子串电阻调速方法绕线式异步电动机转子串入附加电阻，使电动机的转差率加大，电动机在较低的转速下运行。
串入的电阻越大，电动机的转速越低。
此方法设备简单，控制方便，但转差功率以发热的形式消耗在电阻上。
三相电机调速方法
三相电机调速方法嘿，朋友们！今天咱就来聊聊三相电机调速那点事儿。
咱先打个比方哈，三相电机就好比一辆汽车，那调速呢，就像是控制汽车的速度一样。
你想想，要是汽车只能一个速度跑，那多无趣呀，三相电机也是这个道理呀。
三相电机调速的方法有不少呢。
比如说变极调速，这就好像汽车换不同的挡位，通过改变电机的磁极对数来调整速度。
这就像是人换了双不同的鞋子，走起来的感觉和速度可就不一样啦。
还有变频调速，这可是个厉害的家伙！就如同给汽车装上了一个超级智能的油门控制系统，可以根据需要随时调整速度。
它能让电机在不同的频率下运行，从而实现速度的变化，是不是很神奇？再来说说串电阻调速，这就好比给电机的运行道路上设置一些小阻碍，通过改变电阻的大小来影响电流，进而影响电机的转速。
就像跑步的时候，前面有不同大小的障碍物，你得调整步伐和速度去应对。
还有降压调速呢，这就好像给电机“减压”，让它的动力输出发生变化，从而达到调速的目的。
每种调速方法都有它的特点和适用场景哦。
就像不同的鞋子适合不同的场合一样，变极调速简单直接，但调速范围有限；变频调速灵活多变，但成本相对较高；串电阻调速比较传统，但可能会有一些能量损耗；降压调速相对容易实现，但效果可能没那么突出。
那我们在实际应用中该怎么选择呢？这可得好好琢磨琢磨。
要是你需要大范围、高精度的调速，那变频调速可能是个不错的选择；要是要求不那么高，变极调速说不定就能满足需求呢。
哎呀呀，这三相电机调速可真是个有意思的事儿呀！它能让电机变得更加灵活多变，适应各种不同的工作需求。
咱可得好好研究研究，把它的本领都给发挥出来。
总之呢，三相电机调速的世界丰富多彩，就等我们去探索和发现啦！让我们一起加油，把这些调速方法都玩得团团转，让三相电机在我们的手中发挥出最大的作用！怎么样，是不是对三相电机调速有了更深的认识呀？赶紧去试试吧！。
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自控变频同步电动机
在基频以下调速时，需要电压频率协调控制。 需要一套直流调压装置，为逆变器提供可调的直流电源
。
调速时改变直流电压，转速将随之变化，逆变器的输出 频率自动跟踪转速。 在表面上只控制了电压，实际上也自动地控制了频率， 这就是自控变频同步电动机变压变频调速。
自控变频同步电动机
基频以上
Te max
3U sN Es 1 1 m xd m n1
同步电动机变频调速机械特性
他控变频同步电动机调速系统
他控变频调速的特点是电源频率与同步电动机的实际转 速无直接的必然联系。
控制系统结构简单，可以同时实现多台同步电动机调速
。
没有从根本上消除失步问题。
他控变频同步电动机调速系统
把电动机和逆变器、转子位置检测器 BQ合起来看，如同
是一台直流电动机。 从外部看来，改变直流电压，就可实现调速，相当于直 流电动机的调压调速。
自控变频同步电动机
在自控变频同步电动机中采用的电力电子逆变器和转子 位置检测器就相当于电子式换向器，用静止的电力电子
电路代替了容易产生火花的旋转接触式换向器，用电子
同步电动机的调速
忽略定子漏阻抗压降，则定子电压
U s 4.44 f1 N s k NS Φm
同步电动机变频调速的电压频率特性与异步电动机变频
调速相同。
基频以下采用带定子压降补偿的恒压频比控制方式，基 频以上采用电压恒定的恒功率弱磁控制方式。
同步电动机的调速
基频以下
Te max 3Es U s 常数 xd m
换向取代机械换向。
自控变频同步电动机
无换向器电动机——由于采用电子换相取代了机械式的 换向器，多用于带直流励磁的同步电动机。
正弦波永磁自控变频同步电动机——以正弦波永磁同步
电动机为核心，构成的自控变频同步电动机。
自控变频同步电动机
梯形波永磁自控变频同步电动机即无刷直流电动机——
以梯形波永磁同步电动机为核心的自控变频同步电动机，
在一个周期内，电磁转矩的平均值等于零，故同步电动
机不能起动。
同步电动机中转子有起动绕组，使电动机按异步电动机
的方式起动，当转速接近同步转速时再通入励磁电流牵 入同步。
同步电动机的调速
同步电动机的转速等于同步转速
60 f1 n n1 np
同步电动机有确定的极对数 同步电动机的调速只能是改变电源频率的变频调速。
采用了永磁材料磁极，磁能积高，体积小、重量轻； 转子没有铜损和铁损，没有滑环和电刷的摩擦损耗，运 行效率高；
转动惯量小，允许脉冲转矩大，可获得较高的加速度，
动态性能好；
结构紧凑，运行可靠。
同步电动机的分类
永磁同步电动机分类
正弦波永磁同步电动机——磁极采用永磁材料，输入三
相正弦波电流时，气隙磁场为正弦分布，称作正弦波永
第六节三相异步电动机的机械特性
第30讲 三相同步电动机的调速 和电动机的选择
1、同步电动机调速 2、电动机的选择
概述
同步电动机直接投入电网运行时，存在失步与起
动困难两大问题，曾制约着同，所以同步电 动机的调速只能是变频调速。
概述
变频技术的发展与成熟不仅实现了同步电动机的 调速，同时也解决了失步与起动问题，使之不再
同步电动机的分类
同步电动机按励磁方式分为可控励磁同步电动机 和永磁同步电动机两种。
可控励磁同步电动机在转子侧有独立的直流励磁，可以 通过调节转子的直流励磁电流，改变输入功率因数，可 以滞后，也可以超前。
永磁同步电动机的转子用永磁材料制成，无需直流励磁。
同步电动机的分类
永磁同步电动机的优点
是限制同步电动机运行的障碍。随着变频技术的
发展，同步电动机调速系统的应用日益广泛。 同步电动机调速可分为自控式和他控式两种，适 用于不同的应用场合。
同步电动机的特点
同步电动机的稳态转速恒等于同步转速，机械特性硬
60 f1 601 n1 np 2 n p
同步电动机有隐极与凸极之分。隐极式电机气隙均匀；
磁同步电动机，或简称永磁同步电动机缩写为PMSM。 梯形波永磁同步电动机——气隙磁场呈梯形波分布，性 能更接近于直流电动机。梯形波永磁同步电动机构成的 自控变频同步电动机又称作无刷直流电动机 ，缩写为
BLDM。
同步电动机的起动
当同步电动机在工频电源下起动时，定子磁动势以同步 转速旋转，电动机转速具有较大的滞后，不能快速跟上 同步转速；
凸极式则不均匀，磁极直轴磁阻小，极间交轴磁阻大， 两轴的电感系数不等，使数学模型更复杂一些。
同步电动机的特点
同步电动机转子有独立励磁，在极低的电源频率下也能 运行，同步电动机的调速范围比异步电动机更宽。
异步电动机要靠加大转差才能提高转矩，而同步电机只 须加大功角就能增大转矩，同步电动机比异步电动机对 转矩扰动具有更强的承受能力，动态响应快。
性能更接近于直流电动机。但没有电刷，故称无刷直流 电动机。
多台永磁或磁阻同步电动机并联接在公共的变频器上， 由统一的频率给定信号同时调节各台电动机的转速。
转子振荡和失步问题并未解决。
各台同步电动机的负载不能太大，否则会造成负载大的
同步电动机失步，进而使整个调速系统崩溃。
他控变频同步电动机调速系统
多台同步电动机的恒压频比控制调速系统
自控变频同步电动机调速系统
他控变频同步电动机调速系统变频器的输出频率与转子 转速或位置无直接的关系，若控制不当，仍然会造成失
步。
根据转子位置直接控制变频装置的输出电压或电流的相 位，就能从根本上杜绝失步现象，这就是自控变频同步 电动机的初衷。
自控变频同步电动机
需要两套可控 功率单元，系 统结构复杂。
自控变频同步电动机调速原理图 UI——逆变器 BQ——转子位置检测器
采用PWM逆变器，既完成变频，又实现调压。 整流器就可以用不可控整流器，或直接由直流母线供电， 系统结构简单，只需一套可控功率单元。
自控变频同步电动机
PWM控制的自控变频同步电动机及调速原理图
自控变频同步电动机
从电动机本身看，自控变频同步电动机是一台同步电动 机，可以是永磁式的，容量大时也可以用励磁式的。