最新异步电动机变极调速原理

变频调速
通过改变供电电压的频率，改变电机定子的旋转速度。
电路调整
通过调整电机控制电路，改变电机的极对数。
变极调速的优缺点
优点
• 快速响应 • 宽调速范围 • 高效能利用
缺点
• 较复杂的控制系统 • 较高的成本 • 可能引起谐波产生
变极调速在工业领域的应用案例
行业 石油和天然气 纺织 制造业
应用案例 泵设备的调速控制 纺纱机的调速控制 机床的调速控制
异步电动机变极调速原理
异步电动机变极调速是通过改变电动机定子线圈的绕组方式来改变电动机的 转速和运行状态。
变极调速的基本概念
1 极对概念
电动机极对是指每个相邻 两个极之间的磁场空间。 变极调速通过改变电机极 对数来改变电机的输出速 度。
2 变极调速的定义
变极调速是一种通过改变 电动机的极对数，从而实 现对电动机转速的调节的 方法。
3 变极调速的意义
通过变极调速，可以适应 不同的负载需求，提高电 动机的效率和运行稳定性。
异步电动机的工作原理
定子与转子交互作用
异步电动机的转子通过定子的旋转磁场感应产生感 应电流，进而形成转矩。
三相交流电输入
异步电动机的定子通过三相交流电输入，产生旋转 磁场，驱动转子旋转。
变极调速的原理和作用
1
原理
通过改变定子线圈的绕组方式，改变电动机的磁场分布，从而改变电机的极对数， 实现调速。
2
作用
变极调速可以应对不同负载条件下的工作需求，提高电动机的运行效率和稳定性。
3
步骤1Biblioteka 通过控制定子线圈的连接或断开，改变电动机的极对数。
变极调速的实现方式
电机绕组切换
通过切换电机定子线圈的绕组连接方式，改变电机的极对数。

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
五、定子调压调速方法
当改变电动机的定子电压时，可以得到一组不同的机械特性曲线，从而获得不同转速。由于电动机的转矩与电压平方成正比，因此最大转矩下降很多，其调速范围较小，使一般笼型电动机难以应用。为了扩大调速范围，调压调速应采用转子电阻值大的笼型电动机，如
专供调压调速用的力矩电动机，或者在绕线式电动机上串联频敏电阻。为了扩大稳定运行范围，当调速在2：1以上的场合应采用反馈控制以达到自动调节转速目的。
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。属有级调速，机械特性较软。
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。

SB3常闭触头 先断开，切断 KM1线圈电路
SB2常开触头 后闭合
KM1自锁触头复位断开
KM1主触 头断开
电动机因惯 性继续旋转
KM1互锁触头复位闭合
KM2、KM3 线圈都得电
●按钮控制的双速电动机变极调速工作过程
2）高速运转
需要高速运转时，也需要先按下低速启动按钮SB2，把定子 绕组接成△，让电动机低速启动。 启动结束，再按下高速启动按钮SB3，把定子绕组换接成YY， 实现电动机高速运行。
KT常开延时闭合
KM1失电 拆除△接线，切除电动机正序电源
定子绕组尾端接反序电源
KM2得电 KM3得电
电动机YY连接， 定子绕组首端 高速运转 短接于一点
变极调速安装接线注意事项： 1）正确识别电动机定子绕组的9个接线端子。 2）交换任意两相电源的相序。
2）按钮控制的双速电动机变极调速
注意控制电路的线号
三、变极调速原理
把定子每相绕组都看成两个完全对称的“半相绕组”。
以U相为例，设相电流从绕组的头部U1流进，尾部U2流出。 当U相两个“半相绕组”头尾相串联时（顺串），根据右手 螺旋法则，可判断出定子绕组产生4极磁场。 若U相两个“半相绕组” 尾尾相串联（反串）或者头尾相并 联（反并），定子绕组产生2极磁场。
●按钮控制的双速电动机变极调速工作过程
1）低速运转
需要低速运转时，按下低速启动按钮SB2，把定子绕组接成 △，让电动机低速启动，并连续运转。
合上QS，M3线圈电路
SB2常开触头后 闭合，KM1线圈
通电
KM1电气互锁触头断开， 对KM2、KM3互锁
KM1主触 头闭合
相关知识——三相异步电动机的电气调速
• 什么叫恒转矩调速？

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
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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 。

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5.3.2 变压变频调速时的机械特性 式（5-5）已给出异步电机在恒压恒频正弦 波供电时的机械特性方程式 Te= f (s)。 当采 用恒压频比控制时，可以改写成如下形式：
Us s1 Rr' Te 3np ( sR R ' ) 2 s 2 2 ( L L' ) 2 （5-28） s r 1 ls lr 1

对于直流电机，励磁系统是独立的，只要 对电枢反应有恰当的补偿， m 保持不变 是很容易做到的。 在交流异步电机中，磁通 m 由定子和转 子磁势合成产生，要保持磁通恒定就需要 费一些周折了。

• 定子每相电动势
Eg 4.44 f1Ns kNS Φm
（5-11）
式中：Eg —气隙磁通在定子每相中感应电动势的有 效值，单位为V； f1 —定子频率，单位为Hz；
2
• 特性分析 当s很小时，可忽略上式分母中含s各项，则
U s s1 Te 3np R' s r 1
2
（5-29）
s1
Rr'Te Us 3n p 1
2
10 R T 60 n sn1 s1 2 n p n
阻抗压降所占的份量就比较显著，不再能
忽略。这时，需要人为地把电压 Us 抬高一
些，以便近似地补偿定子压降。
带定子压降补偿的恒压频比控制特性示
于下图中的 b 线，无补偿的控制特性则为a 线。
• 带压降补偿的恒压频比控制特性
Us
UsN
b —带定子压降补偿
a —无补偿
O
f 1N
图5-9 恒压频比控制特性
2
Eg R s1 Rr' 3np R '2 s 2 2 L'2 s 1 lr 1 r

m1 p U1 2 1 ( ) 常数 ' 4 f1 2 ( L1 L2 ) Te max的降低是由定子绕组电阻 r 的影响所致。尤其是当 f1 低到使得 r 由上式可见， 1 1 ( x1 x2 ) 相比较时， Te max下降严重。 可以与 Te max
解决措施： 可以对 U1 / f1的线性关系加以修正，提高低频时的 U1 / f1 ，以补偿 低频时定子绕组电阻压降的影响（见下图）。
TY 9550PY 9550PYY ( ) /( ) 1 TYY n1 2n1
结论：Y/YY接变极调速属于恒转矩调速方式。
第12章 三相异步电动机的调速
b、△/YY接变极调速
假定变极调速前后电机的功率因数 cos1 、效率 均不变，并设每半相绕组中的电 流均为额定值 I 1N ，则 /YY变极前后电动机的输出功率和输出转矩分别满足下列关系：
改变极对数p都是成倍的变化，转速也是成倍的变化，故为有级调速。 改变定子绕组的联结法改变绕组极对数的原理。 见下页图12－1，12－2
第12章 三相异步电动机的调速
三相异步电动机的转子转速可由下式给出：
60 f1 n (1 s) p
由上式可见，三相异步电动机的调速方法大致分为如下几种： 变极调速； 变频调速； 改变转差率调速； 其中，改变转差率的调速方法涉及： 改变定子电压的调压调速； 绕线式异步电动机的转子串电阻调速； 电磁离合器调速； 绕线式异步电动机的双馈调速与串级调速。
由此绘出保持U1 / f1=常数时变频调速的典型机械特性如下图所示。为便于比较，图 中还同时绘出了 Te max 常数时的机械特性，如图中的虚线所示。
三相异步电动机变频调速时 的机械特性( U1 / f1 =常数)

控制电路应具备手动控制和自 动控制两种模式，以满足不同 的控制需求。
控制电路应选择合适的控制元 件，如继电器、定时器和传感 器等，以实现精确的控制效果。
保护电路设计
01
保护电路负责监测控制电路的工作状态，并在出现异常情况时 及时切断主电路，以保护电动机和控制电路的安全。
02
保护电路应具备过载保护、短路保护、欠压保护和过流保护等
机械故障
检查电动机的轴承、转子等机械部件 是否正常，是否有异物卡住。
控制电路故障
检查控制电路的接线是否正确，控制 元件是否正常工作，如继电器、接触 器等。
调速不灵敏
总结词
调速器故障
当调速不灵敏时，可能是由于调速器故障 、电动机故障或控制电路故障等原因。
检查调速器的设定值是否正确，调速范围 是否合适，调速器是否需要调整或更换。
接触器选择
总结词
接触器是控制电路中的重要元件，选择合适的接触器能够确保电动机的正常运行 和保护电路安全。
详细描述
在选择接触器时，需要考虑其额定电流和电压，以确保接触器能够承受电动机的 正常电流和电压。同时，需要考虑接触器的机械寿命和电气寿命，以确保接触器 能够长期稳定地工作。
继电器选择
总结词
继电器是实现自动控制的关键元件，选择合适的继电器能够实现精确的控制逻辑和保护电路安全。
步骤2
调整控制电路板上的变极调速开关，观察电 动机的转速变化，确保调速功能正常。
步骤4
记录调试过程中的各项数据，为后续分析提 供依据。
调试结果分析
分析1
根据电动机的转速变化情况，判断变极调速控制 电路是否正常工作。
分析3
对比实际运行数据与理论值，分析误差产生的原 因，并提出改进措施。

三、变极调速方法
01 02
三角形（Δ ）接法和双星形（YY）接法； 星形（Y）接法和双星形（YY）接法。
∆-YY变极调速原理
原理
改变一相绕组中一半元件的电流方向即可改变磁极对数 方法 01
∆-YY变极调速原理
方法
绕组的U3、V3、W3悬空;
图1
∆-YY变极调速原理
方法
02
电动机绕组接成YY，电动机高速运行。 如图2所示，将绕组的U3、V3、W3接 至电源L1、L2、L3，UI（W2）、V1 （U2）、W1（V2)接在一起，为YY接 法，极对数为P，则电动机高速运行。
∆-YY变极调速控制电路
∆-YY控制电路
控制电路结构
见图5 转换开关SA控制电动机的低速和停止。 SA共有三个操作位置，位置L为低速位置， H为高速位置，s为开始起动和停车位置。
KT为时间继电器，控制电动机△起动时间。
图5
∆-YY变极调速控制电路 接触器KM1、KM2、KM3的线圈 接触器KM1、KM2、KM3常闭触点 接触器KM1和KM2常闭触点 中间继电器KA线圈和常开触点 FR为热继电器的常闭接点 KT为时间继电器的线圈 13-15为时间继电器延时闭合的常开触点 11-13为时间继电器延时断开的常闭触点 5-11为时间继电器的瞬时触点
∆-YY变极调速控制电路
工作原理分析
经过一段时间后→KT的延时时间到→其延动触头动作→使(11-13)断开→ (13-15)接通→因此KM3断电释放→进一步使KM1、KM2通电吸合→电动 机定子接成YY形高速运行。
停车时，将SA打向S位置→由于(3-5)和(3-13)都断开→所以KM1、KM2、 KM3和KT全部断电释放→电动机停车。
图4

里仅就其原理做简要介绍。
变极调速的电动机往往
被称为多极电动机，其定子
绕组的接线方式很多，其中 常见的一种是角接/双星接， 即△/YY，如图所示。
图变极调速定子接线图
由定子绕组展开图知： 只要改变一相绕组中一半元 件的电流方向即可改变磁极 对数。当T1、T2、T3外接三 相交流电源，而T4、T5、T6 对外断开时，电动机的定子 绕组接法为△，极对数为2P， 当T4、T5、T6外接三相交流 电源，而T1、T2、T3连接在 一起时，电动机定子绕组的 接法为YY，极对数为P，从 而实现调速，其控制电路图 如所示。
1．定子调压调速
图为定子调压的机械特性曲线， 由图可知对恒转矩负载而言，其调 速范围很窄，实用价值不大，但对 于随转通速风的机变负化载而而变言化，，其如负图载中转虚矩线TL 所示。可见其调速范围很宽，所以 目前大多数的风扇采用此法。
但是这种调速方法在电动机转 速较低时，转子电阻上的损耗较大， 使电动机发热较严重，所以这种调 速方法一般不宜在低速下长时间运 图 行。
定子调压调速 机械特性曲线
2．转子串接电阻调速
该方法仅适用于绕线形异步
电动机，其机械特性如图所示。
图中曲线是一Βιβλιοθήκη 电源电压不变，而转子电路所串电阻值不同的机
械特性曲线。从图中不难看出，
当串入电阻越大时，稳定运行速 度越低，且稳定性也越差。
转子串电阻调速的优点是方
法简单，设备投资不高，工作可
靠。但调速范围不大，稳定较差，
em
L
实现降速的调速。
当附加电动势的相位与转子电动势相位相同时，
为
E
正值，使串电动势后的转子电流大于原来的电流，
f
则
＞Tem ， TL