从公式直观来看,调速方式可从三个角度入手:改变 (频率)、改变 (极对数)、改变 (转差率)
交流调速的实质
控制机械功率 。机械功率大,转子加速;机械功率小,转子减速。
  • 电磁功率控制(变频):转差功率不变,高效节能
  • 转差功率控制(调压、串电阻、串级):通过改变 调速
    • 调压、串电阻是通过电阻把转差功率消耗掉,所以效率很低
    • 串级把原本被消耗掉的转差功率回馈给电网,效率高

一、变极调速*

1. 调速原理

对于三相鼠笼式感应电动机,通过绕组改接,使每相绕组的"半相绕组"中的电流反向,就可以使电动机的极对数成倍变化,从而使同步速和转速成倍变化。
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2. 调速特点

  1. 变极调速只适用于鼠笼型转子
  1. 变极调速为有级调速(多为倍级),平滑性差
  1. 为保证变极调速时电动机转向不变,变极调速的同时需改变电源的相序
极对数
绕组空间电角度
绕组相序
A: 0°, B: 120°, C: 240°
(倍极)
A: 0°, B: 240°, C: 480°

二、变频调速(VVVF)

1. 调速原理

2. 主要设备——变频器

变频器结构:交流电源 → 整流滤波 → → 逆变 → 可调
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3. 对变频调速的基本要求

📌
核心目标
  • 主磁通 保持不变(带负载能力不变、铁心不过饱和也不浪费)
    • 若要维持主磁通不变,则应当保持
  • 过载能力 (带负载能力不变)
  • 保持带负载能力不变,同样应当保持

    5. 变频调速时的机械特性

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    特性参数
    表达式
    同步速
    最大转矩点
    起动点
    💡
    读图要点:以基频 (通常50Hz)为界,分为两个调速区。

    基频以下(恒转矩区,带负载能力不变)

    • 不变:由 ,保持压频比恒定 → 曲线峰值水平对齐
    • 平行特性
      • → 同步速到最大转矩点之间的速度差是一个常数,整个曲线可以近似认为整体向下平移
    • 低频修正:上述参数机械特性都是忽略了之后近似的表达式。 很低时 压降不可忽略,,需提高电压补偿(Torque Boost)

    基频以上(恒功率区)

    • 急剧下降 封顶, → 曲线峰值迅速左缩,带载能力按平方规律衰减
    • 功率特性基本不变:
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    6. 变频调速(VVVF)的特点

    基频以下(恒转矩调速)

    基频以上(恒功率调速)

    在恒转矩负载下转差功率不变

    (1) 转矩与转差率的关系
    异步电机的电磁转矩 近似公式为:
    其中: 为极对数, 为转差率, 为定子频率, 为折算后的转子电阻。
    (2) 绝对转差频率 的稳定性
    在恒 控制下,。如果负载转矩 是恒定的(恒转矩负载),那么为了平衡负载,转矩 也必须保持不变。 观察公式可见,要使 不变,必须满足:
    这里的 即为绝对转差频率(或与转差角速度 成正比)。这意味着:在恒转矩调速过程中,转子相对于同步转速的"落后转速"是固定的。
    (3) 转差功率的表达式
    转差功率 的定义公式为:
    又因为气隙功率 (其中 是同步角速度 ),代入得:
    (4) 结论推导
    恒转矩负载下:
    • 不变;
    • 不变(由公式推导得出);
    • 因此, 保持不变

    变频调速优点:调同步速,通过控制电磁功率来控制转速,调速运行时。如果带恒转矩负载,转差功率()不变,调速效率高。
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    三、开环调压调速(适合通风机负载)

    1. 调速原理及机械特性

    👉🏻
    降低端电压,输出功率和输出转矩都会变小
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    2. 调压调速的特点

    • 带恒功率和恒转矩负载时调速范围不大( 范围)
    • 适用于通风机负载),调速范围宽(见上面的图👆)
    • 低速时, 较大,转子铜耗较大(),效率降低,电机发热严重
    • 为扩大调速范围、增大起动转矩且限制低速时的电流,一般采用转子电阻较大、机械特性较软的高滑差电机交流力矩电机),进行闭环控制
      • 闭环控制是为了解决特性较软的问题。
        闭环控制是为了解决特性较软的问题。

    四、绕线式异步电动机转子串电阻调速(恒转矩负载)

    1. 调速原理及机械特性

     
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    调速前:工作点1,;调速后:工作点2,
    👉🏻
    这些参数在调速过程中都是不变的常数
    电磁转矩 是关于的单值函数
    对于恒转矩负载
    ⚠️
    特别的,对于 的恒转矩负载:

    2. 调速特点

    1. 对恒转矩负载,调速前后转子电流不变
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    1. 对于恒转矩负载,调速前后转差功率增大:
      1. 👉🏻
        简单来说,输出转矩不变,转速降低,输出机械功率减少。减少的这部分功率全部转化为转子电阻消耗的电能。

    五、绕线式异步电动机的串级调速*

    1. 调速原理

    借助直流电机或电力电子设备,在绕线式异步电机的转子回路中串入一个与转子电势 同频率的附加电势 吸收并回馈异步电机的转差功率,通过改变附加电势的大小和相位调节异步电动机的转速。
    💡
    与转子回路串电阻调速不同:将转差功率 中大部分回馈电网,或转化成机械功率送回轴上,从而实现高效率调速。

    2. 串级调速的调速分析

    设电网 不变,调速前后负载转矩 不变。
    调速前:

    情况1: 反相

    串入瞬间, 来不及变,则:

    情况2: 同相

    串入瞬间, 来不及变,则:

    3. 串级调速的实现

    (1)串直流电动机调速

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    调速方法:转子串入同轴直流电动机,通过调节直流电动机的励磁电流调节其反电势和电枢电流实现转速的调节。
    功率流向
    转差功率 中的大部分从转子回路经直流电动机转换成机械功率回馈负载
    恒功率调速,能量单向流动。

    (2)串直流附加电势调速

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    调速方法:转子串入直流附加电势 ,通过调节逆变器导通角改变 ,从而调节转子电流,实现转速调节。
    功率流向
    转差功率 中大部分从转子回路单向回馈电网
    能量单向流动(交-直-交)。

    (3)双馈电动机调速

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    调速方法:定子由工频三相电源供电,转子由转差频率的三相交流电源供电。调节变频器输出频率可调速。
    依据定、转子磁动势空间相对静止,有:
    功率流向:调节变频器输出的相序,使
    • 定、转子电流同相序 亚同步串级调速 回馈电网
    • 定、转子电流反相序 超同步串级调速 电网经转子提供
    转差功率 在转子回路双向流动,能量双向流动。

    4. 串级调速的特点

    优点
    1. 可实现向低于或高于同步转速的两个方向的转速调节
    1. 机械特性硬,平滑性好,转差功率中的大部分回馈电网,调速效率高
    缺点:设备投资大,电路较复杂
    转差功率 双向流动:
    • 从转子回路"假消耗", 为正,
    • 向转子回路补充, 为负,

    小结

    调速方式
    控制方式
    效率
    特点
    变频 VVVF
    电磁功率控制
    高效节能
    转差功率不变
    调压
    转差功率控制
    低效耗能
    转差功率消耗
    串电阻
    转差功率控制
    低效耗能
    转差功率消耗
    串级
    转差功率控制
    高效节能
    大部分转差功率回馈,且可双向调节

    例题:重点掌握

    题目:某三相绕线式感应电动机额定数据如下:。定、转子绕组都是 Y 接法。拖动恒转矩负载 时,要求电动机运行在
    (1)若采用转子串电阻调速,每相应串入多大电阻?
    (2)若采用调压调速是否可行?
    (3)若采用调压调速将转速调至 650r/min,是否可行?
    (4)若采用变频调速将转速调至 540r/min,保持 ,频率和定子电压各应调多少
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    感觉这么多公式要融会贯通还是很不容易的……多刷刷题吧只能,把套路和易错点扫光
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