第十 交流调压调速及绕线型异步电动机的串级调速
交流异步电机调速方法
交流异步电机调速方法交流异步电机是工业生产中常见的电动机之一，其调速方法多样，可以根据实际需求选择不同的调速方式。
在工业自动化控制系统中，常用的交流异步电机调速方法包括变频调速、电压调节、极数变换、串、并联联接等。
下面将分别对这些调速方法进行介绍：1. 变频调速变频调速是目前应用最广泛的一种交流异步电机调速方法。
通过变频器控制交流电源的频率和电压，可以实现电机的无级调速，使电机能够适应不同的负载需求。
变频调速具有调速范围广、效率高、输出扭矩大、启动平稳等优点，因此在工业生产中得到广泛应用。
2. 电压调节电压调节是利用变压器或自耦变压器来改变电机的供电电压，从而实现电机的调速。
电压调节调速方法简单、成本低，适用于一些负载要求不高的场合。
但由于其调速范围较小，且效率不高，因此在大型工业生产中使用较少。
3. 极数变换在需要较大转矩同时又要求较宽速度范围的场合，可采用极数变换调速方法。
即通过更换电机的定子绕组接线方式，改变电机的极数，从而实现调速。
极数变换调速方法具有输出扭矩大、调速范围广的优点，适用于一些需要较大转矩的场合。
4. 串、并联联接串、并联联接是利用多台电机串接或并接来实现调速的方法。
串联可使总电压增加，而并联则可使总电流增加，从而实现调速。
串、并联联接调速方法适用于负载变化小，要求调速范围较大的场合，但存在着系统复杂、运行维护成本高的问题。
除了上述几种调速方法外，还有一些其他调速方法，如机械调速、液压调速等。
不同的调速方法适用于不同的场合，选择合适的调速方法能够提高电机的运行效率，降低能耗，提高生产自动化程度。
在选择电机调速方法时，需要根据具体的生产需求和现场情况进行合理的选择和设计，以实现最佳的调速效果。
第二章--绕线式异步电动机串级调速系统
b.起动控制：控制逆变角，使在起动开始的瞬间，Ud与Uβ的差值能产生 足够大的 Id ，以满足所需的电磁转矩，但又不超过允许的电流值，这样电动 机就可在一定的动态转矩下加速起动。
随着转速的增高，相应地增大角以减小值 Uβ ，从而维持加速过程中动态 转矩基本恒定 。
30
（2）调速
a.调速原理：通过改 变角的大小调节电动机 的转速。
由于电机在 低于同步转速 下工作，故称 为次同步转速 的电动运行。
sn
0 n1
~
P1 Pm
(1-s)Pm
CU
sPm
10
次同步速度电动运行状态
sPm
Te
12
不断加大+Eadd， s n
就可提高电机的转 速。当接近额定转
1
2n1
SP
速时，如继续加大
+Eadd，电机将加
P
速到s<0的新的稳
Pm
态下工作，即电机
转子电流 I2 的增大，会引起交流电动机
拖动转矩的增大，设原来电机拖动转矩与负载 相等，处于平衡状态，串入附加电势引起电 动机升速，在升速的过程中，随着速度增加， 转差率S减小，分子中sE2减小，电流也减小， 使拖动转矩减小后再次与负载平衡，降速过程 最后会在某一个较高的速度下重新稳定运行。
* 这种向上调速的情况称为高于同步速的串级调速。（超同步串调） 9
一.串级调速的原理 二.串级调速的基本运行状态及功率关系 三.附加电动势的实现 四.次同步串级调速主电路
2
一. 串级调速的原理
转子串电阻调速方法有什么缺点？
我们知道，对于绕线转子异步电动机，可以在其 转子回路串入电阻来减小电流，增大转差率，从而改 变转速。这种方法就是转子串电阻调速方法。
交流异步电动机的串级调速程序
5中国校外教育理论LD TR0AND 0503AND N OT 0501OUT 0505LD TR0AND 0501OUT 0506EN D01交流异步电动机的串级调速程序◆钟绍实【摘要】串级调速是交流异步电动机调速的一种类型，通过改变逆变角的大小来改变直流电势的大小，达到调速的目的。
可编程控制器（PL C ）是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。
利用PLC 编制程序可以实现对交流异步电动机的串级调速。
【关键词】串级调速PLC电动机一、概述串级调速是交流异步电动机调速的一种类型,串级调速的思想就是将异步电动机的转子电压经过三相桥式整流变为直流电压，再在其直流侧由可控硅逆变电路产生与其相反的直流电势与三相桥式产生的直流电压串联，改变逆变角的大小来改变直流电势的大小，达到调速的目的，同时还能提高电动机的运行效率和调速的经济性。
可编程序控制器是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的产品，逐渐发展成为以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术通讯技术容为一体的新型工业自动控制装置。
二、交流异步电动机的串级调速程序1、PLC 输入输出配置2、梯形图：见图13、PLC 程序如下：LD N O T0000OUT TR 0LD TR 0AND 0001OR 0500OUT 0500LD TR 0AND 0500AN D N OT 0501AN D N OT 0502OUT 0503LD TR 0AND 0503OR 0501OUT TI M 00#0015LD TR 0AND TI M 00AN D N OT 0502OUT 0501LD TR 0AND 0002OR 0502OUT 0502LD TR ND 5OUT5参考文献：[1]方永承.工厂电气控制技术.上海：机械出版社.2001.[2]h t tp://w w w .bjpeu.ed /y an glb/aspj/[3]余雷声电气控制与L 应用上海：机械工业出版社年月（作者单位：辽宁信息职业技术学院）SB 10000停止K M 30502逆变线圈SB 20001启动K M 40503启动线圈SB 30002逆变L 10504逆变灯K M 10500启动线圈L20505启动灯K M 20501运行线圈L30506运行灯学科教育1402/20070A 002004.P C ..199810.。
异步电动机的串级调速
2024年1月16日星期二
向低于同步速方向的串级调速
串附加电动势之前：电机匀速转动，I2，Te=Tl； 串附加电动势之后：
I2'
sE20 R2
E f jsX 20
I2'
I2
Te ' Te
n
s s' n s I2 ' I2 ' I2 n'
Te ' Te
电机在转速n′处实现平衡，转速调为n ′ 。
串级调速的原理与基本类型
一.串级调速的原理 二.串级调速的基本运行状态及功率关系 三.串级调速系统的基本类型
2024年1月16日星期二
绕线型异步电动机的转子
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绕线型异步电动机的转子
2024年1月16日星期二
集电环
三相绕线型异步电动机示意图
转子三相绕组接成 Y 形
2024年1月16日星期二
2024年1月16日星期二
4. 高于同步转速的回馈制动运行状态 s＜0，Te＜0。则
Pem Te0 0
PM (1 s)Pem 0 Ps s Pem 0
说通明 过电 定动 子机 回从馈轴给上电吸网收；机另械 一功 部率 分变PM为，转一差部功分率变P为s，电通磁过功产率生PemE•，f 装置回馈给电网。
迟一个角度 p 。
电流越大，这个强迫延时换相 角就越大，但有：
00 p 300
2024年1月16日星期二
3.转子整流器的故障状态 （Id过大，p 300
特征：
当重叠达到600、 强迫延时 换相角达到300时的电压电流波 形如右图所示。
如果负载电流继续增大， 重叠角又会大于600，但强迫延 时换相角会保持300不变。原因 是：即使前面两个管子换流未 换完，后面该导通的管子也会 承受正压而导通，这样，就会 出现共阴极管和共阳极管都在 换流，四个二极管同时导通---转子整流器短路的故障情况 。
异步电机的串级调速原理及应用
33
万方数据
2007 年 6 月
长江工程职业技术学院学报
第 24 卷第 2 期
内部磁场 造成整个调速系统功率因数偏低 如高速满载运行时 其功率因数只有0.6 这是不 能达到 全国供用电规则 相关规定的 (2) 逆变 装置将直流逆变成交流时 将附带产生较多谐波 分量 会对电网造成污染 (3) 串级调速只能用于 绕线式异步电动机
师 大学 主要从事电力工程教学研究
32
电机的转速越低 则转差
功率越大 显然此转差功率将
变成热能白白浪费 很不经
济 利用串级调速的方法就可
有效回收利用转差功率
串级调速实质上就是在绕
线式异步电动机转子电路串联
外加电势调速 如图1所示
图 1 串级调速原理图
设电动机原来在外加电动
势 Ead = 0 的条件下运行 转差率是s1 转子电流
图 4 内反馈串级调速电机系统图
此外 内反馈串级调速电机系统通常采用微 机监控和PLC控制 不仅使维护量减少 大大降低 了整个系统故障几率 而且容易配备完善的保护 措施和更加灵活 方便的调速控制方式
4 与变频调速方式的比较及应用 变频调速是交流电机调速中最优越的调速方
式 调速性能好 具有恒转矩调速特性 适合各 种类型交流电动机 但由于其控制功率是被控电 机的视在功率 受电力半导体器件耐压水平的限 制 高压变频调速装置非常昂贵 性能价格比随 电动机电压升高和容量增大而明显下降 甚至需 要节电10余年才可回收设备投资 因此只适合工 艺上要求高性能调速的场合 如轧钢等 不适合 以节电为主要目的调速运行
绕线式异步电动机的串级调速汇总
绕线式异步电动机的串级调速一课程设计目的专业课程设计是学生基本完成全部理论课学习之后，综合运用所学知识、结合工程实际的实践教学。
通过设计使学生加深对所学专业课程内容的理解和掌握，了解工程设计的一般方法和步骤，培养理论联系实际、综合考虑问题和解决问题的能力。
二课程设计的内容从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转速两种。
在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有：绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。
改变同步转速的有：改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速及无换向电动机调速等。
从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种:高效调速指转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法(如串级调速等)。
有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中;电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中;液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。
一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。
转子电路串电阻调速，能量消耗大，不经济。
转子电路的损耗为sPem称为转差功率。
为使调速时这转差功率大部分能回收利用，可采用串级调速方法。
所谓串级调速，串级调速是指绕线式电动机转子回路中串入一个与E2频率相同而相位相同或相反的附加电动势Ef，通过改变Ef的大小来实现调速。
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。
串级调速的效率高，平滑性好，设备比变频调速简单，特别时调速范围较小时更为经济，缺点是功率因数较低。
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:1)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。
【精品】绕线型异步电动机串级调速
【精品】绕线型异步电动机串级调速摘要：绕线式异步电动机晶闸管串级调速，是在绕线式异步电动机的转子回路中串联晶闸管逆变器，借以引入附加可调电势，从而控制电机转速的一种调速方法。
由于它具有良好的调速特性，并能将电动机的转差功率回馈电网，效率较高，价格较低，因此在风机和泵类负载方面获得广泛应用，在只要求电机运行在第一象限的生产机械中也获得普遍应用。
绕线式异步电动机晶闸管串级调速系统主回路接线原理图如图所示。
转子在不同的转速下感应出转差频绕线式异步电动机晶闸管串级调速，是在绕线式异步电动机的转子回路中串联晶闸管逆变器，借以引入附加可调电势，从而控制电机转速的一种调速方法。
由于它具有良好的调速特性，并能将电动机的转差功率回馈电网，效率较高，价格较低，因此在风机和泵类负载方面获得广泛应用，在只要求电机运行在第一象限的生产机械中也获得普遍应用。
绕线式异步电动机晶闸管串级调速系统主回路接线原理图如图所示。
转子在不同的转速下感应出转差频率的电压，经一组不控的三
相桥式变流器变成直流电压，此电压再经一组全控桥式变流器实现有源逆变，把电能（转差功率）馈送回电网中去。
改变逆变角的大小，即可改变馈送回电网电能的多少，从而达到改变电机转速的目的。
交流异步电动机的调速方法及特点
交流异步电动机的调速方法及特点异步电动机是一种常用的电动机类型，广泛应用于工业生产和日常生活中。
为了满足不同工作条件下的需求，异步电动机需要进行调速。
本文将介绍异步电动机的调速方法及其特点，并从人类视角出发，用自然流畅的语言描述。
一、定子电压调制法定子电压调制法是一种常见的异步电动机调速方法。
其原理是通过改变定子电压的幅值和频率来实现调速。
具体操作是改变电源电压的大小和频率。
当电压增加时，电动机转速会增加；当电压减小时，电动机转速会降低。
这种调速方法的特点是操作简单，调速范围较大，但调速精度较低。
二、转子电流调制法转子电流调制法是另一种常用的异步电动机调速方法。
其原理是通过改变转子电流的幅值和相位来实现调速。
具体操作是改变转子电流的大小和相位差。
当电流增加时，电动机转速会增加；当电流减小时，电动机转速会降低。
这种调速方法的特点是调速响应快，调速精度高，但操作复杂，需要专门的电调设备。
三、频率变换调速法频率变换调速法是一种比较复杂但调速效果较好的异步电动机调速方法。
其原理是通过改变电源频率来实现调速。
具体操作是通过变频器将电源的频率转换为所需的频率。
这种调速方法的特点是调速范围广，调速精度高，但设备成本较高，需要专门的变频器设备。
四、电阻调速法电阻调速法是一种简单但调速范围较小的异步电动机调速方法。
其原理是通过在转子电路中串联电阻来改变转矩和转速。
具体操作是改变电阻的大小。
当电阻增加时，电动机转速会降低；当电阻减小时，电动机转速会增加。
这种调速方法的特点是操作简单，但调速范围有限，调速精度较低。
总结起来，异步电动机的调速方法有定子电压调制法、转子电流调制法、频率变换调速法和电阻调速法。
这些调速方法各有特点，适用于不同的工作条件和需求。
定子电压调制法操作简单，调速范围大；转子电流调制法调速响应快，调速精度高；频率变换调速法调速范围广，调速精度高；电阻调速法操作简单，但调速范围有限。
根据实际需求选择合适的调速方法，可以提高异步电动机的工作效率和稳定性。
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博学明德 经世致用 勤奋向上 求实创新
异步电动机的机械特性式的分析
当s很小时，忽略分母中含s各项
Te
3npU s
转矩近似与s成正比，机械特性近似为直线 当s较大时，忽略分母中s的一次项和零次项
Te 3n pU s2 Rr' R 2 2 L L' 2 1s s 1 ls lr 1 s
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带恒转矩负载工作时，定子侧输入的电磁功 1TL 率 Pm m1TL np 故电磁功率恒定不变，与转速无关。 转差功率 1TL Ps sPm smTL s np
带恒转矩负载的降压调速就是靠增大转差功 率、减小输出功率来换取转速的降低。 增加的转差功率全部消耗在转子电阻上，这 就是转差功率消耗型的由来。
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简化等效电路的相电流 Us ' Is Ir ' 2 Rr Rs 12 Lls L'lr s
2
异步电动机传递的电磁功率
3I R Pm s
机械同步角速度
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'2 r
最大转矩，又称临界转矩
Tem
21 Rs Rs2 12 ( Lls L'lr ) 2
3n pU
2 s
临界转差率：对应最大转矩的转差率
sm
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Rr'
2 Rs
2 1 ( Lls
' 2 Llr )
6/12
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1R
2 s ' r
s
转矩近似与s成反比，机械特性是一段双曲线
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异步电动机的机械特性
图10-3 异步电动机的机械特性
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1. 异步电动机的机械特性
图10-2 异步电动机简化等效电路（忽略励磁电流)
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n1 n1N
气隙磁通 随定子电压的降低而减小，属于弱磁调速。
Us Φm 4.44 f1 N s k NS
np
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1. 异步电动机调压调速的主电路
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教学内容 第一节 异步电动机的调压调速 第二节 绕线型异步电动机的双馈调速
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10.1 异步电动机的调压调速 一、异步电动机稳态数学模型和调速方法
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2. 异步电动机的调速方法与气隙磁通 （1）异步电动机的调速方法 由异步电动机的机械特性方程式
Te 3n pU s2 Rr' s sR R ' 2 s 2 2 L L' 2 1 s r 1 ls lr
1.掌握交流调压调速的基本原理和系统构 成。掌握交流感应电动机机械特性的建立 方法。2.掌握双馈调速的基本原理。熟练 专业技术基础课程。 掌握串调系统的主要问题：效率、功率因 教学目的 了解各类电机的基本结构。 数、调速范围和逆变器的容量、起动方式。 理解电机中的能量转换关系。 掌握串调系统的机械特性。掌握速度电流 掌握电机稳态运行时的分析方法和运行性能。 双闭环串级调速系统的基本组成和工作原 理解电机稳态运行时各种参数的物理意义，并 理。 能熟练应用等效电路和相量图。 1.调压调速的控制方法。2.串调系统的运 重 通过实验，掌握电机的基本实验方法和电机 点 行与设计。 使用的基本技能。 1.调压调速控制的机理。2.串调系统的运 难 点 行机理分析。
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(1) 软起动器 三相异步电动机直接接电网起动时，起动电流比 较大，而起动转矩并不大。
I sst
Test
' I rst
4. 降压控制应用
R
s
' 2 Rr
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• 起动转矩与电压的平方成正比，起动转矩的减小 将比起动电流的降低更多，降压起动时又会出现 起动转矩不够的问题。 • 降压起动只适用于中、大容量电动机空载（或轻 载）起动的场合。
Eg 4.44 f1Ns kNS Φm
忽略定子绕组电阻和漏磁感抗压降 气隙磁通
Us Eg 4.44 f1Ns kNS Φm
Φm Eg / f1 Us / f1
Eg f1
为了保持气隙磁通恒定，应使 Us 或近似为 常数
f1
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常数
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10.2 绕线转子异步电动机双馈调速 一、绕线转子异步电动机双馈调速工作原理
在双馈调速工作时，绕线型异步电动机 定子侧与交流电网直接连接，转子侧与 交流电源或外接电动势相连，从电路拓 扑结构上看，可认为是在转子绕组回路 中附加一个交流电动势，通过控制附加 电动势的幅值，实现绕线型异步电动机 的调速。
可知，能够改变的参数可分为3类： 电动机参数、电源电压和电源频率（或角频率）。
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（2）异步电动机的气隙磁通 三相异步电动机定子每相电动势的有效值
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增加转子电阻值，临 界转差率加大，可以 扩大恒转矩负载下的 调速范围，这种高转 子电阻电动机又称作 交流力矩电动机。 缺点是机械特性 较软。
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临界转差率保持不变
sm Rr' R s2 12 ( Lls L'lr ) 2
临界转矩
Tem 21 Rs Rs2 12 ( Lls L'lr ) 2
3n pU s2
随定子电压的减小而成平方比地下降
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第十章 交流调压调速及绕线型异步电动 机的串级调速
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二、异步电动机调压调速 保持电源频率为额定频率，只改变定子电压的调 速方法称作调压调速。 由于受电动机绝缘和磁路饱和的限制，定子电压 只能降低，不能升高，故又称作降压调速。 调压调速的基本特征：电动机同步转速保持额定 值不变 60 f1N
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异步电动机调压调速的机械特性
图10-5 异步电动机调压调速的机械特性
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Us
Lls
2 1
' 2 Llr
ห้องสมุดไป่ตู้
3n pU s2 Rr'
R R ' 2 2 L L' 2 1 s r 1 ls lr 中、大容量电动机的起动电流大，会使电网压降