交流电动机及变频调速技术

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1、周国兴教授交流电动机及变频调速技术第35页共35页交流电动机及变频调速技术周国兴教授第一章交流电动机与电力拖动基础知识第一节交流电机的工作原理-----异步电动机和同步电动机一．三相异步电动机当三相对称绕组旋转磁场Φm_①三相交流电压旋转速度为：图1异步电动机旋转方向由A,B,C相序而变。②表示为鼠笼，感应出电势e2=BLv,方向右手定则判断。(左手)，产生力矩使转子跟随旋转磁场方向，旋转速度为，所以叫异步电机。第35页共35页若，，，就没有力矩了。所以，=转差率：，如定子与异步电机一样为三相对称绕组。一．三相同步电机旋转磁场Φm_转子为直流励磁的电磁铁。如图示：因此，转

2、子就跟随定子旋转磁场，以同样的速度n1旋转，所以叫同步电动机。这种转子励磁的同步电机，目前主要用于发电机，及大功率的同步电动机。目前有一种转子为永磁的同步电动机，称为永磁同步电动机，在中小功率和伺服电机方面发展很有前途。图2图3这种电动机定子与异步电动机一样，只是将转子表面贴有（或嵌有）永磁铁（铷铁硼）。因此，转子就没有滑环和电刷了。见图3。因为同步电动机的特性好，再加上永磁的磁场可以设计得较高，因此同步电动机的功率密度可以做得较大。也就是同容量的永磁同步电动机比异步电动机小很多。另外，可以做成多极，扁形，适宜制成低速大力矩的无齿轮系统，目前已广泛用于电梯。如通力电梯中1

3、6极，P=8,.第35页共35页所以（变频器输出）这样的电梯曳引机就没有齿轮箱了。第一节交流异步电机的参数和机械特性一．等值电路图4等效电路图所以，异步电机有定子，转子和励磁共6个参数。这些参数难以检测，而且是非线性的，又可能随时而变化，这就是异步电动机难以控制的原因。几个公式：（转子频率）所以，当负载增加时，，产生足够力矩满足负载需要。二．异步电动机的功率关系1．输入功率2．去掉：定子损耗励磁损耗剩下电磁功率通过感应传递到转子。3．机械输出功率——减掉转子损耗。第35页共35页一个电动机名牌上标明10KW，即是轴上能输出额定功率10KW。其效率=4．几个力学公式：①功率

4、：9550÷975=9.8式中：T……Nm，n=转/分经验或GD2=GD2d+GD2f②力矩平衡：，电动机力矩，负载力矩负载折算到电动机轴上的GD2f一般情况下不知道，可以认为GD2f≤GD2d当加速恒速减速∴根据上式,可以计算电动机的起、制动时间和加速、减速时间。注意：负载力矩的或与负载性质和工作状态有关。三、异步电动机的机械特性（的关系曲线）1．机械特性曲线上4个点的说明：S②①点①同步转速点（即理想空载转速点）；点②额定工作点或工作点；点③最大力矩工作点（极限）；点④起动点，这时的力矩即为起动力矩；一般运行在①→②→③点直线为能稳定运行③③2．，因此定子电压下降会造

5、成力矩以平方关系的下降④13．起动点，电流很大，但并不大。第35页共35页图5：异步机机械特性4．为最大力矩点，超过这一力矩电机就堵转四．异步电动机调速方法：调极对数——双速，多速电动机调频率平滑调速调速方法调转差率（包括定子调压，转子调电阻），很少用了图6变频调速第35页共35页五、电气制动方法①电源反接制动（起重机上有用，制动电流很大，必须采取技术措施）②回馈制动：，减速过程，车辆下坡，重物下放。如电梯上从6极绕组切换到24极绕组时，回馈制动。转子转速（24极），发电状态图7：回馈制动过程右手判定电势方向，左手判定力矩方向。说明：转子感应电流产生的力矩是阻止转子的惯性

6、速度的，所以很快制动减速，直到转子转速。（24极）③能耗制动：定子绕组某两相突然送入直流电，形成电磁铁，转子的惯性使转子绕组中产生电流，产生制动力矩。见图：用右手判断转子感应电势（电流）方向。左手判断力矩为阻止电机转子原有的惯性运行方向，所以很快制动，能量消耗在转子电阻中。准确停车也叫直流制动第35页共35页防止倒溜图8：能耗制动第三节同步电动机转子直流励磁式和转子永磁式两类一．励磁式同步电动机（为图2）定子为三相对称绕组，送入三相电流后产生旋转磁场，其转速为；转子因为是电磁铁，所以就跟随着定子旋转磁场转动，且，所以称同步电动机。图9从矢量图上的几何关系，可知定子电流及其

7、分量转子励磁电流定子电流与轴夹角，与的夹角即为功率因数角，且。因此我们可以在控制系统中，可以设定的励磁分量，以调节第35页共35页角，即调节功率因数。如希望=0，即。这就是励磁同步电动机至今在大型电力拖动系统中，还是有市场的原因之一，它一方面可以作功，同时也能调节功率因数。同步电动机力矩。这就是同步电动机可用矢量变换的办法进行力矩控制的原理。二．永磁式同步电动机（图3）目前常用的为铷铁硼（Nd.Fe.B）永磁材料，1983年制成这种材料。全球85%的储量在中国，因此我国有发展永磁同步电机的有利条件。图10我们要设法检测转子的位