第14章-三相异步电动机的启动及速度调节课件.pptx

1、主要内容主要内容 启动性能启动性能启动方法启动方法调速方法调速方法启动过程启动过程： 指电动机从静止到达正常工作转速的过程。指电动机从静止到达正常工作转速的过程。启动过程特点启动过程特点： 电流一般较大，转矩并不大电流一般较大，转矩并不大14.1 异步电动机的启动性能异步电动机的启动性能 22122112XXsRRUI 原因原因:开始时候开始时候n0 ， s1功率因数cos 很低2221cosICTT 最初起动瞬间很大的启动电流引起定子最初起动瞬间很大的启动电流引起定子漏阻抗压降增大，主磁通约减少到额定值的一半。漏阻抗压降增大，主磁通约减少到额定值的一半。一般情况一般情况: NNIstIIKI

2、74 NNTsTTKT)3 . 19 . 0( 起动电流较大有什么影响呢？起动电流较大有什么影响呢？1、首先对于绕组来说是非常不利的，如果电机是属于频、首先对于绕组来说是非常不利的，如果电机是属于频繁起动的，频繁出现短时大电流会使电动机内部发热较多而繁起动的，频繁出现短时大电流会使电动机内部发热较多而过热。过热。影响：影响：2、对供电的变压器来讲，容量却是有限的。若变压器额定容、对供电的变压器来讲，容量却是有限的。若变压器额定容量相对不够大时，电动机短时较大的起动电流，会使变压量相对不够大时，电动机短时较大的起动电流，会使变压器输出电压短时下降幅度较大，超过了正常规定值，例如器输出电压短时下降

3、幅度较大，超过了正常规定值，例如U 10或更严重。这样一来，影响了几个方面：或更严重。这样一来，影响了几个方面：（1）起动电动机本身，由于电压太低起动转矩下降很多）起动电动机本身，由于电压太低起动转矩下降很多（），当负载较重时，可起动不了。），当负载较重时，可起动不了。（2）影响由同一台配电变压器供电的其他负载，比如说电灯）影响由同一台配电变压器供电的其他负载，比如说电灯会变暗，数控设备可能失常，重载的异步电动机可能停转会变暗，数控设备可能失常，重载的异步电动机可能停转等。等。21UTs 起动转矩不大有什么影响呢起动转矩不大有什么影响呢 ？电机的电机的起动是非常困难起动是非常困难， 1.1-1

4、.2的条件下，的条件下，电动机才能正常起动。一般地说，如果异步电动电动机才能正常起动。一般地说，如果异步电动机轻载和空载起动，直接起动时的起动转矩就够机轻载和空载起动，直接起动时的起动转矩就够大了，但是如果是重载起动例如大了，但是如果是重载起动例如，且要，且要求起动过程快时，某些异步电动机例如绕线式三求起动过程快时，某些异步电动机例如绕线式三相异步电动机，相异步电动机，往往小于往往小于1，直接起动的起动转，直接起动的起动转矩就不够大了。矩就不够大了。 sTNLTTTKn从上面分析看出，三相异步电动机直接起动有些从上面分析看出，三相异步电动机直接起动有些情况下是可行的，而下面两种情况下是不可行的

5、：情况下是可行的，而下面两种情况下是不可行的：变压器与电动机容量之比不足够大；变压器与电动机容量之比不足够大；起动转矩不能满足要求。起动转矩不能满足要求。n不能直接起动的第不能直接起动的第种情况下需要减小起动电流，种情况下需要减小起动电流，第第种情况下需要加大起动转矩。种情况下需要加大起动转矩。n即起动必须满足的条件是：即起动必须满足的条件是：起动电流要足够小；起动转矩要足够大起动电流要足够小；起动转矩要足够大。 起动电流：起动电流：221221121)()(rrUIIss从上面两个表达式我们可以看出，从上面两个表达式我们可以看出，降低起动电流的方法有：降低起动电流的方法有：降低电源电压；降低

6、电源电压；加大定子边电抗或电阻；加大定子边电抗或电阻；加大转子边电阻或电抗。加大转子边电阻或电抗。加大起动转矩的方法只有适当加大转子电阻加大起动转矩的方法只有适当加大转子电阻，但不能过份，但不能过份，否则起动转矩反而可能减小。否则起动转矩反而可能减小。而直接起动的最大优点就是不需要专门的起动设备。而直接起动的最大优点就是不需要专门的起动设备。)()(232212211221rrfrpUTs一、一、直接启动直接启动n利用闸刀或者接触器利用闸刀或者接触器把电动机直接接到具把电动机直接接到具有额定电压的电源上。有额定电压的电源上。14.2 鼠笼式异步电动机的启动方法鼠笼式异步电动机的启动方法一般地说

7、，容量在一般地说，容量在7.5kw以下的小容量鼠笼式异以下的小容量鼠笼式异步电动机都可直接起动。步电动机都可直接起动。优点优点：设备简单：设备简单 操作方便。操作方便。二、二、降压启动降压启动n若电源供电变压器的容量不够大时，就采取降压若电源供电变压器的容量不够大时，就采取降压启动。由于转矩是按照电压平方的规律而下降的，启动。由于转矩是按照电压平方的规律而下降的，所以这种方法适合于所以这种方法适合于对转矩要求不高的场合对转矩要求不高的场合。 n常用的降压启动方法常用的降压启动方法q自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动q星星- -三角启动三角启动q定子绕组串电阻或电抗启动定子绕组串电阻或电抗启动

8、1自耦变压器（启动补偿自耦变压器（启动补偿器）降压启动器）降压启动n设在额定电压下直接起动设在额定电压下直接起动时，起动电流为时，起动电流为Ist。n自耦变压器的变比为自耦变压器的变比为ka 起动时电压降低到起动时电压降低到1/ka倍倍，电动机的起动电流相应，电动机的起动电流相应减小到减小到1/ka倍倍 电网供给的起动电流比直电网供给的起动电流比直接起动时减小到接起动时减小到 1/ka2 倍倍直接st2aststast2Tk1TIk1I 2 2、星星- -三角启动三角启动n三角形连接直接起动时起动三角形连接直接起动时起动电流电流n星形连接起动，起动电流星形连接起动，起动电流n起动电流和转矩均减

9、少为起动电流和转矩均减少为1/3ZU3I I31Z3UI 优点：优点：设备少，操作简便设备少，操作简便3 3、定子绕组串电阻或者电抗器启动定子绕组串电阻或者电抗器启动 n在定子绕组的电路中串入一个三相电阻器或者电抗器来在定子绕组的电路中串入一个三相电阻器或者电抗器来产生一定的电压降，使得达到降低启动电流的目的。产生一定的电压降，使得达到降低启动电流的目的。 n由于电动机的转矩与电压平方成正比，所以随着电由于电动机的转矩与电压平方成正比，所以随着电压降低，启动电流减小压降低，启动电流减小1/k倍，启动转矩减少倍，启动转矩减少1/k2倍；倍；n串电阻器启动时，要消耗较大的功率；串电抗器启串电阻器启

10、动时，要消耗较大的功率；串电抗器启动时，当动时，当K2短接启动电抗器时还会产生较大的短路短接启动电抗器时还会产生较大的短路电流电流(电抗器储存能量的释放电抗器储存能量的释放)，所以串电抗器适合，所以串电抗器适合于于启动转矩要求不大且启动不频繁的场合启动转矩要求不大且启动不频繁的场合。三、软启动三、软启动n实现鼠笼式异步电动机的实现鼠笼式异步电动机的无级平滑启动无级平滑启动。n软起动器：软起动器：磁控式磁控式和和电子式电子式。n启动过程中，电动机所加的电压不是一个固定值，启动过程中，电动机所加的电压不是一个固定值，软启动装置输出电压按指定要求上升，使软启动装置输出电压按指定要求上升，使被控电动被

11、控电动机电压由零按指定斜率上升到全电压机电压由零按指定斜率上升到全电压，转速相应地，转速相应地由零加速到规定转速。由零加速到规定转速。n软起动器能保证电动机在不同负载下平滑启动，减软起动器能保证电动机在不同负载下平滑启动，减小电动机启动时对电网的冲击，又降低自身所受冲小电动机启动时对电网的冲击，又降低自身所受冲击力。击力。n鼠笼式电动机不能直接启动时，应选用软启动。鼠笼式电动机不能直接启动时，应选用软启动。14.3 绕线式异步电动机的启动绕线式异步电动机的启动n降压启动在限制启动电流的同时，大大降低了启降压启动在限制启动电流的同时，大大降低了启动转矩。在需要较大启动转矩的应用场合，人们动转矩。

12、在需要较大启动转矩的应用场合，人们不得不选择价格昂贵的绕线式异步电动机。不得不选择价格昂贵的绕线式异步电动机。 n绕线式异步电动机的特点是可以在转子回路中接绕线式异步电动机的特点是可以在转子回路中接入附加电阻，以改善其启动和调速性能。入附加电阻，以改善其启动和调速性能。 n如果如果 ，则获得最，则获得最大启动转矩。大启动转矩。 22121st2XXRRR 一、转子回路串电阻启动一、转子回路串电阻启动串入多级电阻，启动过程中采用逐级切除启动电阻串入多级电阻，启动过程中采用逐级切除启动电阻的方法。的方法。1 1起动开始时，使全部电阻均串入转子回路，随着转速的上起动开始时，使全部电阻均串入转子回路，

13、随着转速的上升，电磁转矩将减小。升，电磁转矩将减小。2 2为了缩短起动时间，通常随转速上升分级切除部分电阻，为了缩短起动时间，通常随转速上升分级切除部分电阻，使在整个起动过程中电动机保持有较大的电磁转矩。使在整个起动过程中电动机保持有较大的电磁转矩。3 3待起动完毕后，转子绕组便被短路，转入正常运行。待起动完毕后，转子绕组便被短路，转入正常运行。4. 4. 绕线式异步电动机应用在启动比较困难的场合。如铲土机、绕线式异步电动机应用在启动比较困难的场合。如铲土机、卷扬机、起重吊车等。卷扬机、起重吊车等。特点和适用场合特点和适用场合二、转子绕组外串频敏变阻器启动二、转子绕组外串频敏变阻器启动n频敏变

14、阻器（频敏变阻器（BP）：其电阻值能随着转子转速的）：其电阻值能随着转子转速的上升（转子电流频率上升（转子电流频率f2下降）而自动减小。下降）而自动减小。 n频敏变阻器结构相当于一个只有原边的变压器。频敏变阻器结构相当于一个只有原边的变压器。但其铁心用较厚的铁板叠成，涡流损耗比普通变但其铁心用较厚的铁板叠成，涡流损耗比普通变压器大。压器大。工作原理：工作原理：nBP实质上是一台只有初级绕组而且铁心损耗较大实质上是一台只有初级绕组而且铁心损耗较大的三相变压器。的三相变压器。BP的铁耗大就相当于的铁耗大就相当于Rm大。而铁大。而铁耗与磁通的频率（等于转子频率耗与磁通的频率（等于转子频率f2=sf1

15、）的）的1.3次方次方成正比。开始启动时，成正比。开始启动时，s较大，故较大，故f2较大，较大，Rm也较也较大，相当于转子电阻自动增加，则大，相当于转子电阻自动增加，则Ist减小、减小、Tst增大；增大；随着启动过程的进行，随着启动过程的进行，n逐渐变大、逐渐变大、s逐渐变小，则逐渐变小，则f2变小，也就是铁耗减小，所以变小，也就是铁耗减小，所以Rm变小，相当于转变小，相当于转子电阻自动变小。子电阻自动变小。 n启动完毕后，将转子回路短启动完毕后，将转子回路短路。路。 n频敏变阻器相当于一种无触频敏变阻器相当于一种无触点变阻器，点变阻器，结构简单结构简单，成本成本低低，所以应用较为广泛。，所以

16、应用较为广泛。 14.4 改善启动性能的三相鼠笼式异步电动机改善启动性能的三相鼠笼式异步电动机n鼠笼式异步电动机直接启动电流较大，启动转矩却鼠笼式异步电动机直接启动电流较大，启动转矩却不大。不大。n降压启动减小启动电流，但其启动转矩也显著降低。降压启动减小启动电流，但其启动转矩也显著降低。n利用利用“集肤效应集肤效应”，使启动时转子电阻增大，以增，使启动时转子电阻增大，以增大启动转矩并减小启动电流，而正常运行时候转子大启动转矩并减小启动电流，而正常运行时候转子电阻又能自动减小，转子铜耗不大，不影响运行效电阻又能自动减小，转子铜耗不大，不影响运行效率。率。n深槽式深槽式异步电动机和异步电动机和双

17、笼型双笼型异步电动机异步电动机1.深槽式异步电动机深槽式异步电动机特点：特点：槽形窄而深，槽深与槽宽之比为槽形窄而深，槽深与槽宽之比为1012（1）起动时起动时n在刚起动时，在刚起动时，f2=f1。频率较高，导体漏抗频率较高，导体漏抗大于电阻，漏抗占主大于电阻，漏抗占主要成分，槽电流的分要成分，槽电流的分布近似与漏抗成反比。布近似与漏抗成反比。槽底部分漏抗较大，槽底部分漏抗较大，该部分电流较小。愈该部分电流较小。愈接近于槽口漏抗愈小，接近于槽口漏抗愈小，该部分电流较大该部分电流较大集肤效应集肤效应。 由于电流的分布不均匀，等由于电流的分布不均匀，等效槽导体的有效面积减小效槽导体的有效面积减小集

18、肤效应使槽导体电阻增集肤效应使槽导体电阻增加加 集肤效应作用使槽集肤效应作用使槽漏磁通漏磁通有有所减少，所减少，转子漏抗转子漏抗也有所减也有所减少，二者均促使起动转矩增少，二者均促使起动转矩增大，改善了起动特性。大，改善了起动特性。等效截面（2 2）正常运行时正常运行时n在正常运行时，由于转子电流的在正常运行时，由于转子电流的频率很低频率很低，槽，槽导体的漏抗比电阻小得多，槽中电流将依电阻导体的漏抗比电阻小得多，槽中电流将依电阻而均匀分布，转子电阻恢复到固有的直流电阻。而均匀分布，转子电阻恢复到固有的直流电阻。n由于槽深而窄，转子漏抗较普通鼠笼式转子漏由于槽深而窄，转子漏抗较普通鼠笼式转子漏抗

19、大抗大功率因数及过载能力有所降低功率因数及过载能力有所降低。2.双鼠笼式异步电动机双鼠笼式异步电动机（ Double-squirrel-cage rotor ）n上笼上笼Top bar： 截面小，电阻大截面小，电阻大n下笼下笼Bottom bar： 截面大，电阻小截面大，电阻小n下笼交链的漏磁下笼交链的漏磁通比上笼多，漏通比上笼多，漏抗大抗大（1）起动时）起动时n转子电流的频率转子电流的频率f2=f1，转子漏抗大于转子电阻，电转子漏抗大于转子电阻，电流分配决定于漏抗流分配决定于漏抗。n下层鼠笼有较大的漏抗，电流较小，功率因数较下层鼠笼有较大的漏抗，电流较小，功率因数较低，所产生的电磁转矩也较小

20、。低，所产生的电磁转矩也较小。n上层鼠笼仅有非常小的漏抗，电流较大，且电阻上层鼠笼仅有非常小的漏抗，电流较大，且电阻较大，起动时所产生的电磁转矩也较大。上层鼠较大，起动时所产生的电磁转矩也较大。上层鼠笼又称笼又称起动鼠笼起动鼠笼。（2 2）起动过程结束后起动过程结束后n转子电流的频率很小，下层鼠笼的漏抗很小，两转子电流的频率很小，下层鼠笼的漏抗很小，两个鼠笼转子的电流分配决定于电阻。个鼠笼转子的电流分配决定于电阻。n下层鼠笼电阻较小，电流较大，运行时在产生电下层鼠笼电阻较小，电流较大，运行时在产生电磁转矩方面起主要的作用，下层鼠笼称为磁转矩方面起主要的作用，下层鼠笼称为运行鼠运行鼠笼笼。n双鼠

21、笼机械特性与等效电路双鼠笼机械特性与等效电路 双鼠笼电动机的双鼠笼电动机的Tf(s)曲线曲线设下层鼠笼的电阻和漏抗为设下层鼠笼的电阻和漏抗为rin和和xin，上层鼠，上层鼠笼的电阻为笼的电阻为rou，两层鼠笼共同漏抗为，两层鼠笼共同漏抗为xco14.5 异步电动机的调速方法综述异步电动机的调速方法综述n异步电动机结构简单、坚固耐用、维修方便、制造异步电动机结构简单、坚固耐用、维修方便、制造容易，大量被用来拖动转速基本不变的生产机械。容易，大量被用来拖动转速基本不变的生产机械。 n在实际应用中，许多机械需要调速，如车床、电力在实际应用中，许多机械需要调速，如车床、电力机车、风机、水泵等。机车、风

22、机、水泵等。n为了为了节能和方便节能和方便，则要求设法从电机本身出发进行，则要求设法从电机本身出发进行电气调速。电气调速。n异步电动机过去被认为调速性能不好。随着电力电异步电动机过去被认为调速性能不好。随着电力电子技术的发展，异步电动机的调速问题已经基本解子技术的发展，异步电动机的调速问题已经基本解决。异步电动机的调速性能甚至可以做到优于直流决。异步电动机的调速性能甚至可以做到优于直流电动机。电动机。 n剩余的问题是降低成本、实际应用。剩余的问题是降低成本、实际应用。 n我们知道，异步电动机的转速为：我们知道，异步电动机的转速为：n因此，三相异步电动机的调速方法很多，大致可因此，三相异步电动机

23、的调速方法很多，大致可以分成以下几种类型：以分成以下几种类型：（1）改变转差率）改变转差率s调速，调速，包括改变定子电压、绕线包括改变定子电压、绕线式异步电动机转子回路串电阻式异步电动机转子回路串电阻等方法；等方法；)1 (60)1 (11spfsnn调速方法分类：调速方法分类：（2 2）改变旋转磁通势同步转速调速，包括改变）改变旋转磁通势同步转速调速，包括改变定子定子绕组极对数绕组极对数、改变供电电源频率改变供电电源频率等方法；等方法；（3 3）双馈调速，包括）双馈调速，包括串级调速串级调速，属改变理想空载转，属改变理想空载转速的一种调速方法；速的一种调速方法；（4 4）利用）利用转差离合器

24、调速转差离合器调速。下面简要异步电机的几种常用调速方法。下面简要异步电机的几种常用调速方法。14.6 三相异步电动机的变极调速三相异步电动机的变极调速n改变旋转磁场的极对数，可以成倍地改变其同步转改变旋转磁场的极对数，可以成倍地改变其同步转速，由于正常运行时速，由于正常运行时s s很小，因此电动机的转速很小，因此电动机的转速n n也也将近似成倍地变化。将近似成倍地变化。n改变定子绕组极对数的方法有：改变定子绕组极对数的方法有：q（1 1）在定子中安放两套极对数不同的独立绕组；）在定子中安放两套极对数不同的独立绕组；q（2 2）在一套定子绕组中，改变它的连接方法，得）在一套定子绕组中，改变它的连

25、接方法，得到不同的极对数（单绕组变极异步电动机）到不同的极对数（单绕组变极异步电动机）q（3 3）在定子槽中安放两套极对数不同的独立绕组）在定子槽中安放两套极对数不同的独立绕组而每套独立绕组又可以分别改变它的连接方法。而每套独立绕组又可以分别改变它的连接方法。n变极调速方法只适应于鼠笼式电机变极调速方法只适应于鼠笼式电机n优点优点：设备简单，运行可靠，机械特性较硬，有：设备简单，运行可靠，机械特性较硬，有适应恒转矩或恒功率调速能力。适应恒转矩或恒功率调速能力。n局限性局限性：只能一级一级改变转速，不能平滑调速。：只能一级一级改变转速，不能平滑调速。n应用场合应用场合：不要求连续调节的场合。：不

26、要求连续调节的场合。一、单绕组变极三相异步电动机的变速原理一、单绕组变极三相异步电动机的变速原理二、二、变极三相电动机接法及其功率与转矩的关系变极三相电动机接法及其功率与转矩的关系1 D-YY变极调速变极调速n低速倍极数低速倍极数D接法，高速少极数接法，高速少极数YY接法接法 n不同接法时保持电压不同接法时保持电压U1和每个绕组中的电流和每个绕组中的电流Ij不变。不变。 输出功率关系：输出功率关系：n低速低速D接法时（倍极数时）接法时（倍极数时） n高速高速YY接法时（少极数时）接法时（少极数时） n假定不考虑假定不考虑cos和和的变化时的变化时 )()()( COSIU3PP12 15471

27、32PP2YY2.)()( )()()(YYYYP1YY2COSI23U3P n输出转矩关系输出转矩关系 q倍极数时倍极数时 q少极数时少极数时 )()(22PT 73211232PP2TTYY22YY22.)()()()( 2PTYY2YY2)()( n结论结论： D-YY接法转速变化接法转速变化一倍时，功率只变一倍时，功率只变化了化了15.47%，接近，接近恒功率调速；低速恒功率调速；低速时的转矩比高速时时的转矩比高速时转矩大到转矩大到1.732倍。倍。 2、Y-YY变极变极 低速倍极数低速倍极数Y接接法，高速少极法，高速少极数数YY接法接法 n输出功率关系输出功率关系 q低速低速Y Y接

28、法（即倍极数）时：接法（即倍极数）时：q高速高速YYYY接法时（少极数时）接法时（少极数时） q假定不考虑假定不考虑coscos和和的变化时的变化时 )()()(YYp1Y2COSI3U3P 2PPY2YY2 )()()()()(YYYYp1YY2COSI23U3P n输出转矩关系输出转矩关系 q倍极数时倍极数时 q少极数时少极数时 )()(Y2Y2PT 1P2PTTYY2Y2YY2Y2 )()()()( 2PTYY2YY2)()( 结论：结论：Y-YY接法若接法若转速增加一倍时，功转速增加一倍时，功率也增加了一倍；率也增加了一倍；Y-YY调速的方法属于调速的方法属于恒转矩调速。恒转矩调速。

29、14.7 异步电动机的变频调速异步电动机的变频调速 n已知：已知：n因此，改变三相异步电动机电源频率，可以改因此，改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁通势的同步转速，达到调速的目的。变旋转磁通势的同步转速，达到调速的目的。额定频率额定频率称为称为基频基频，变频调速时，可以从基频，变频调速时，可以从基频向上调向上调，也可以从基频，也可以从基频向下调向下调。pfn1160一、从基频向低频调速一、从基频向低频调速n三相异步电动机每相电压：三相异步电动机每相电压：n降低电源频率降低电源频率时，必须同时时，必须同时降低电源电压降低电源电压。n这是因为如果只降低定子频率这是因为如果只降低定子频率f1

30、而定子每相电压保而定子每相电压保持额定值不变，则持额定值不变，则m要增大。由于在要增大。由于在U1=UN , f1=fN时电动机的主磁路就已接近饱和，时电动机的主磁路就已接近饱和，m再增大，主再增大，主磁路必然过饱和，这将使磁路必然过饱和，这将使励磁电流急剧增大，铁损励磁电流急剧增大，铁损耗增加，耗增加，Cos下降。下降。mNkNfEU1111144. 4n降低电源电压降低电源电压 有两种控制方法。有两种控制方法。 保持保持 = =常数常数 ： 这种方法是恒磁通控制方式这种方法是恒磁通控制方式1U11fE sRxsREf2pm60n2sRImPT222222211122211M 2222221

31、111222222111122RxssRsRfEpfmxsRsRfEpfm 上式是保持气隙每极磁通为常数变频调速时的机械上式是保持气隙每极磁通为常数变频调速时的机械特性方程式。下面根据该方程式，具体分析一下特性方程式。下面根据该方程式，具体分析一下最大转矩最大转矩Tm及相应的转差率及相应的转差率sm。n最大转矩处最大转矩处 ，对应的转差率为，对应的转差率为sm，即：，即：0dsdT 22mxRs n式中式中 为转子静止时转子一相绕组漏电感系数折合为转子静止时转子一相绕组漏电感系数折合值，值，n 最大转矩处的转速降落为：最大转矩处的转速降落为： 2221111mxx1fE2pfmT 212111

32、xffE2pm21 常常数数 22111L21fE2pm21 2L 212Lf2x 常数常数 p60L2Rpf60 xRnsn221221mm n当改变频率时，若保持当改变频率时，若保持E1 / f1=常数，常数， 1最大转矩最大转矩Tm常数，常数， 与频率无关，与频率无关， 2 并且最大转矩对应的并且最大转矩对应的转速降落相等，也就是转速降落相等，也就是不同频率的各条机械特不同频率的各条机械特性是平行的。如图所示。性是平行的。如图所示。 在一定的静差率要求下，在一定的静差率要求下，调速范围宽，而且稳定调速范围宽，而且稳定性好。性好。 3 由于频率可以连续调节，因此变频调速为无级由于频率可以连

33、续调节，因此变频调速为无级调速，平滑性好。调速，平滑性好。经分析，恒磁通变频经分析，恒磁通变频调速是属于为恒转矩调速是属于为恒转矩调速方式。即当：调速方式。即当：I1I1N，I 2I 2N 时，时， TTN 保持保持 = =常数常数 22122112211xxSRRf2SRpUmT)( 221221212111xxsRRsRffU2pm 11fUn最大转矩最大转矩Tm为：为： 221111211mxxRRf2pUm21T 22121112111xxRRffU2pm21 n从上式可以看出，当频率减小时，最大转从上式可以看出，当频率减小时，最大转矩不是一个常数。矩不是一个常数。随频率的降低而减小随

34、频率的降低而减小。n已知（已知（ ）与）与f1成正比变化，成正比变化， R1与与f1无无 关。因此，在关。因此，在f1接近额定接近额定频率时，频率时， ， 随着随着f1的减小，的减小，Tm减少减少得不多，但是，当得不多，但是，当f1较低较低时，（时，（ ）比较）比较小，小，R1相对变大了。这相对变大了。这样一来，随着样一来，随着f1的降低，的降低， 21xx )( 211xxR 21xx Tm就减小了。显然此时的机械特性上面的机械特性，特就减小了。显然此时的机械特性上面的机械特性，特别在低频低速的机械特性变坏了。别在低频低速的机械特性变坏了。n保持保持U1 / f1 =常数降低频率调速常数降低

35、频率调速近似为恒转矩调速方式近似为恒转矩调速方式。二、从基频向高频调速二、从基频向高频调速n升高电源电压是不允许的，因此升高频率向上调升高电源电压是不允许的，因此升高频率向上调速时，只能保持电压为速时，只能保持电压为UN不变，频率越高，磁通不变，频率越高，磁通m越低，是一种降低磁通升速的方法，类似他励越低，是一种降低磁通升速的方法，类似他励直流电动机弱磁升速情况。直流电动机弱磁升速情况。n保持电压不变升高频率时，电动机电磁转矩保持电压不变升高频率时，电动机电磁转矩 22122112211xxsRRf2sRpUmT 2212111211221xxRRfpUmTm 21211211f1xxf2pU

36、m21 212221212mxxRxxRRS 12112f1LLf2R n因此，频率越高时，因此，频率越高时，Tm越小，越小，sm也减小，最大转矩对应的也减小，最大转矩对应的转速降落为转速降落为n根据电磁转矩方程式画根据电磁转矩方程式画 出升高电源频率的机械出升高电源频率的机械 特性，其运行段近似平特性，其运行段近似平 行，如图所示。行，如图所示。 常常数数 pf60LLf2Rnsn121221mm n综上所述，三相异步电动机变频调速具有以下几个综上所述，三相异步电动机变频调速具有以下几个特点：特点： 从基频向下调速，为恒转矩调速方式；从基频向从基频向下调速，为恒转矩调速方式；从基频向上调速，

37、近似为恒功率调速方式；上调速，近似为恒功率调速方式； 调速范围大；调速范围大； 转速稳定性好；转速稳定性好； 运行时小，效率高；运行时小，效率高； 频率可以连续调节，变频调速为无级调速。频率可以连续调节，变频调速为无级调速。14.8 改变定子电压调速改变定子电压调速 2212211221xxsRR60f2sRU3T)( n从表达式上可以看出从表达式上可以看出,异步电机的同步转速异步电机的同步转速 n1 与电与电压无关，不同电压的人为机械性，都得通过压无关，不同电压的人为机械性，都得通过 n1点。点。我们知道，电磁转矩我们知道，电磁转矩T与与S成正比，成正比，为此为此最大转矩最大转矩 Tm以及起

38、动转矩以及起动转矩 TS都要随都要随 U1的降低而按的降低而按 U1 的平的平方减小。而最大转矩对应的转差率方减小。而最大转矩对应的转差率 Sm 不变不变。如图如图所示。所示。snsm10TLUN0TstTmaxTemn1A0.8UN0.64Tst0.64Tmaxn降低定子电压可以降低转速，降低定子电压可以降低转速，但转速变化范围非常小。若拖但转速变化范围非常小。若拖动通风机负载，调速范围比较动通风机负载，调速范围比较大，且电动机能稳定运行于大大，且电动机能稳定运行于大于于Sm的区域。的区域。14.9 绕线异步电动机的调速绕线异步电动机的调速 一、在转子回路中串电阻调速一、在转子回路中串电阻调

39、速n我们知道，改变转子回路串入电阻值的大小，例如转子绕我们知道，改变转子回路串入电阻值的大小，例如转子绕组本身电阻为组本身电阻为R2，分别串入电阻，分别串入电阻RSl、RS2 、RS3时，所串电时，所串电阻越大，转速越低阻越大，转速越低.（拖动恒转矩负载，且为额定负载转（拖动恒转矩负载，且为额定负载转矩，即矩，即TL=TN ）n已知电磁转矩已知电磁转矩T为：为：n当电源电压一定时，主磁通当电源电压一定时，主磁通m基本上是定值，转子电流基本上是定值，转子电流I2可以维持在它的额定值工作。至于可以维持在它的额定值工作。至于COS ,作如下的推作如下的推导导 ：22mIT cos 2 n根据转子电流

40、：根据转子电流：从上式看出，转子串电阻调速时，如果保持电机转从上式看出，转子串电阻调速时，如果保持电机转子电流为额定值，必有：子电流为额定值，必有：222222222222xsRRExsREIIsNN 常数 sRRsRsN2222222222212/ )(cosxsRsRxsRRSRRNNss 常常数数 n cosn可见，转子回路串电阻是属可见，转子回路串电阻是属恒转矩调速方法恒转矩调速方法，当，当负载转矩负载转矩TL=TN时，根据上式，则有：时，根据上式，则有：n式中式中s1、s2、s3别是转子串入不同的电阻后的转差别是转子串入不同的电阻后的转差率。率。 这种调速方法的调速范围不大，一般为这

41、种调速方法的调速范围不大，一般为 （23）:1。 33S222S211S2N2sRRsRRsRRsR n负载小时，调速范围就负载小时，调速范围就更小了。由于转子回路更小了。由于转子回路电流很大，使电阻的体电流很大，使电阻的体积笨重，抽头不易，所积笨重，抽头不易，所以调速的以调速的平滑性不好平滑性不好，基本上属有级调速。基本上属有级调速。多多用于断续工作的生产机用于断续工作的生产机械上，在低速运行的时械上，在低速运行的时间不长，且要求调速性间不长，且要求调速性能不高的场合能不高的场合，如用于，如用于桥式起重机桥式起重机。二、绕线式异步电动机串级调速二、绕线式异步电动机串级调速1、串级调速的原理：

42、、串级调速的原理：n前述转子串电阻调速要消耗功率，若在转子加前述转子串电阻调速要消耗功率，若在转子加上电压就可不增加损耗上电压就可不增加损耗,但要求加在电机转子绕但要求加在电机转子绕组的电压频率与转子绕组感应电动势同频率。组的电压频率与转子绕组感应电动势同频率。如果如果把异步电机转子感应电动势变为直流电动把异步电机转子感应电动势变为直流电动势，同时把转子外加电压也变为直流量势，同时把转子外加电压也变为直流量，这就，这就是串级调速的基本思路。是串级调速的基本思路。s222s22s22jXRsEjXREI 22d22jsXREsEI dE 在转子回路中接入一个和在转子回路中接入一个和转子电势同相数

43、、同频率转子电势同相数、同频率的附加电势的附加电势n若若Ed与与sEd相位相反，则串入相位相反，则串入Ed后后,I2下降，电磁转下降，电磁转矩矩T也下降，如果负载转矩也下降，如果负载转矩T2不变，则电动机将减不变，则电动机将减速，速，s增大，电流增大，电流I2和电磁转矩和电磁转矩T回升，直到回升，直到T=T2。电动机则在新的转差率电动机则在新的转差率s下稳定运行。下稳定运行。 n由于转子电势的频率是变化的，所以要获得与转由于转子电势的频率是变化的，所以要获得与转子电势频率相同的附加电势，装置比较复杂。子电势频率相同的附加电势，装置比较复杂。 (2)(2)可控硅串级调速系统可控硅串级调速系统 n

44、图中的整流桥把异步电动机转子的转差电动图中的整流桥把异步电动机转子的转差电动势、电流变成直流，逆变器的作用是给电机势、电流变成直流，逆变器的作用是给电机转子回路提供直流电动势，同时给转子电流转子回路提供直流电动势，同时给转子电流提供通路，并把转差功率（扣除转子绕组铜提供通路，并把转差功率（扣除转子绕组铜损耗损耗 ）大部分反送回交流电源。）大部分反送回交流电源。n异步电动机转子相电动势为：异步电动机转子相电动势为：n经三相整流器后变为直流电动势经三相整流器后变为直流电动势：nMsP22sEEs2121sEkEkESdn式中式中 是整流系数。是整流系数。n逆变器直流侧直流电动势为：逆变器直流侧直流

45、电动势为：n式中式中 是逆变器的系数；是逆变器的系数； 是变压器副边相是变压器副边相电压；电压； 是逆变角。是逆变角。 n于是直流回路电流于是直流回路电流n 1kcos22UkE2k2U dIREEIddn式中式中R是直流回路等效电阻。因是直流回路等效电阻。因R R较小，可较小，可忽略不计。上式变为：忽略不计。上式变为：n当 整 流 器 、 逆 变 器 都 为 三 相 桥 式 电 路当 整 流 器 、 逆 变 器 都 为 三 相 桥 式 电 路时，时， ，得转差率，得转差率：cos2221UksEkEEd21kkcos22EUs n从上式可知，改变逆变角从上式可知，改变逆变角 的大小，就能的大

46、小，就能改变电动机的转差率改变电动机的转差率S S。n这种调速方法适合于高电压、大容量绕线这种调速方法适合于高电压、大容量绕线式异步电动机拖动风机、泵类负载等要求式异步电动机拖动风机、泵类负载等要求调速不高的场合。调速不高的场合。n串级调速特点串级调速特点：（1）效率高、）效率高、（2）机械特性硬，调速范围宽、）机械特性硬，调速范围宽、（3）平滑性好，无级调速）平滑性好，无级调速（4）但功率因数较低。）但功率因数较低。 逆变器吸收落后性的无功功率。逆变器吸收落后性的无功功率。n应用：水泵、风机的节能调速；压缩机、不可逆轧钢机、应用：水泵、风机的节能调速；压缩机、不可逆轧钢机、矿井提升以及挤压机等很多生产机械上。矿井提升以及挤压机等很多生产机械上。