[工学]第5章异步电机拖动课件.ppt

1、第五章三相异步电动机的电力拖动第五章三相异步电动机的电力拖动5.1三相异步电动机的机械特性（一）、物理表达式一、机械特性的三种表达式 11222121112MmPm E I cos,Ef N k,p 由于所以表明：三相异步电动机的电磁转矩是与主磁通表明：三相异步电动机的电磁转矩是与主磁通 与转子电流的与转子电流的有功分量有功分量 的乘积成正比的物理本质。的乘积成正比的物理本质。m22cosI1111221222MmMmTP/(pm N k)/I cosCI cos （二）、参数表达式221122211122r m pUsTr f(r)(xx)s 12222112UIr(r)(xx)s 由简化的

2、等效电路，得：将上式及2212Mr Pm Is 代入1MPT 说明：电磁转矩与电源参数（说明：电磁转矩与电源参数（1 1、f f1 1）、）、结构参数结构参数和运行参数（和运行参数（s s）有关。）有关。12121(r,r,x,x ,m,p)当U1、f1及电机的参数不变时，可画出T=f(s)的曲线。如图所示。经简单坐标变换，可得异步电动机的机械特性n=f(T)221122211122r m pUsTr f(r)(xx)s 发电状态发电状态电动状态电动状态电磁制动电磁制动状态状态在特性曲线上有两个最大转矩，最大转矩对应的转差率称为在特性曲线上有两个最大转矩，最大转矩对应的转差率称为临界临界转差率

3、转差率，可令，可令 求得求得:0dTds222212112mrrsxxr(xx)221111221121111244mm pUm pUTf(xx)frr(xx)说明：说明：（）上式中取（）上式中取“+”+”为电动状态；取为电动状态；取“”为发电状态为发电状态（）实际发电状态的（）实际发电状态的|Tm|Tm|电动状态的电动状态的TmTm,但工程上但工程上认为两者相等。认为两者相等。21122(1)mTU与成正比，与(xx成反比，而与r 无关mmNTT 令：令：称为过载倍数（或过载能力），它是电动机的重称为过载倍数（或过载能力），它是电动机的重要性能指标之一，通常要性能指标之一，通常1 62 2m

4、.结论：结论：2121(2)msU与r 成正比，与(xx成反比，而与无关2(3)rTs当 恒定不变时，常数在特性曲线上还有一个起动转矩，即在特性曲线上还有一个起动转矩，即 时的转矩时的转矩:)1(0sn211222112122Qm pU rTf(rr)(xx)结论：当其它参数一定时结论：当其它参数一定时1 1、起动转矩与电源电压平方成正比；、起动转矩与电源电压平方成正比；2 2、频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，起动转矩越小；、频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，起动转矩越小；QMNTKT 3 3、起动转矩倍数、起动转矩倍数理想空载点理想空载点临界运临界运行点行点起动状态点起动状态点以以临界运点

5、临界运点为界，三相异步电动机的机械特性曲线分为两个运行区域：为界，三相异步电动机的机械特性曲线分为两个运行区域：1、稳定运行区域：、稳定运行区域：0SSm2、不稳定运行区域：、不稳定运行区域：Sm S1三、实用表达式利用电磁转矩的参数表达式除以最大电磁转矩表达式，并且利用电磁转矩的参数表达式除以最大电磁转矩表达式，并且忽略忽略r1(因为因为r1r2/s),可得电磁转矩的实用表达式可得电磁转矩的实用表达式：2122221222mmmr(xx)Tsr sTs()(xx)sss 2mmmTTssss 工程上常根据电机的额定功率、额定转速、过载能力来工程上常根据电机的额定功率、额定转速、过载能力来求出

6、实用表达式。方法是：求出实用表达式。方法是：将将T Tm m和和s sm m代入即可得到机械特性的实用表达式代入即可得到机械特性的实用表达式。9550NNNPTn mMNTT 11NNnnsn 2(1)NmNmNmmTTsss将、代入实用表达式，得：当当SsSsm m(即特性的直线段）即特性的直线段），mmssss则：2mmTTss称为直线表达式2NmNmmNTTsss将、代入直线表达式，得：直线表达式用起来更为简便，但使用时需注意两点：（2）求临界转差率）求临界转差率Sm必须用：必须用：（）必须事先确认电机运行于机械特性的直线段，即（）必须事先确认电机运行于机械特性的直线段，即SSm2mmN

7、ss221mmmmNMMTTssssss()22mmmMNTTssss 二、三相异步电动机的固有机械特性二、三相异步电动机的固有机械特性固有机械特性固有机械特性是指定子对称三相绕组按规定的接线方式联接，不是指定子对称三相绕组按规定的接线方式联接，不经任何阻抗而直接施以额定电压和额定频率的对称三相电压，转经任何阻抗而直接施以额定电压和额定频率的对称三相电压，转子电路也不串任何阻抗而直接自行短路，子电路也不串任何阻抗而直接自行短路，n=f(T)的关系曲线。的关系曲线。sn0nNsNnmsm10TNTQTmT几个特殊点：几个特殊点：A AB BC CD1.起动点A:01Qn,s,TT 2.最大转矩点

8、B:mmmnn,ss,TT 3.额定运行点CNNNnn,ss,TT 4.同步运行点D100nn,s,T 直接起动转矩直接起动转矩代表电机短时过载极限代表电机短时过载极限11222NNNII,II,PP22100SSmE,I,II代表电机处于理想空载运行点代表电机处于理想空载运行点补充说明：补充说明：sn0nNsNnmsm10TNTQTmT根据电力拖动系统稳定运行条件，以临界运行点根据电力拖动系统稳定运行条件，以临界运行点B B为界，三相为界，三相异步电动机的机械特性曲线可分为两个运行区域：异步电动机的机械特性曲线可分为两个运行区域：A AB BC CD（）稳定运行区域：（）稳定运行区域：图中图

9、中DCBDCB之间的曲线，相应的之间的曲线，相应的转差率为转差率为0SSm0SSm（）不稳定运行区域：（）不稳定运行区域：图中图中ABAB之间的曲线，相应的之间的曲线，相应的转差率为转差率为SmS1S1结论：结论：三相异步电动机一般三相异步电动机一般只能稳定运行在只能稳定运行在0SSm区区间内。间内。例例5-15-1三、人为机械特性人为机械特性人为机械特性是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机械特性。械特性。1.1.降压定子端电压时的人为机械特性降压定子端电压时的人为机械特性1(1)n不变21()mmsU不变,T 随成比例下降21()QTU随成比例

10、下降特点：特点：12221112222,tan,cos;cos/mMmmZUSxaEUIrsIIT 注意：过载能力与起动能力都。若电动机拖动恒转矩负载运行，则同时，也下降。由T=C可知，定、转子铜耗都增加，绕组温升。长期低电压运行可能烧坏电机。若电压下降太多，使T要停转2.2.转子回路串对称电阻时的人为机械特性转子回路串对称电阻时的人为机械特性(绕线式）绕线式）特点：特点：1 0TQTmTs n0n1smR2TQsmR2+R1(1)n不变()mms随所串电阻R 的增加而增加,但T 不变(3)mQmQss当1时T 随R 的增加而减少。3.3.定、转子回路串对称定、转子回路串对称电阻时的人为机械特

11、性电阻时的人为机械特性特点：特点：1(1)n不变(2)mmQTs、T 都减少5.2三相异步电动机的起动 一、固有起动特性直接起动定子相电流直接起动定子相电流1112122121247QQNkUUII()IZ(rr)(xx)直接起动：直接起动：异步电动机按其额定的接法，定、转子回路不串任异步电动机按其额定的接法，定、转子回路不串任何阻抗，直接投入额定电压、频率的电网，电机从静止到稳定运何阻抗，直接投入额定电压、频率的电网，电机从静止到稳定运行的过程。这时的起动性能称为行的过程。这时的起动性能称为固有起动特性。固有起动特性。刚起动时，刚起动时，S=1,n=0,S=1,n=0,转子回路相当于短路。由

12、起动等值电路得：转子回路相当于短路。由起动等值电路得：但是，起动转矩不大，原因为：但是，起动转矩不大，原因为：起动电流大而起动转矩小是普通异步电动机固有起动性能的起动电流大而起动转矩小是普通异步电动机固有起动性能的主要矛盾。主要矛盾。过大的起动电流可引起供电电网的电压波动，对电机及其它用过大的起动电流可引起供电电网的电压波动，对电机及其它用户带来不良影响。另外，小的起动转矩对重载起动会造成困难。户带来不良影响。另外，小的起动转矩对重载起动会造成困难。为此，必须采取措施来解决上述问题。为此，必须采取措施来解决上述问题。1111(1),.Qmm由于起动电流大 定子漏阻抗I Z 压降大 使E 减小

13、又因为E,则减小122()1,cosxStgr刚起动时，使很大，很小。122cos(0.81.8)QMmNTCIT由二、二、三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动（一）、直接起动可以直接起动的条件：起动电流倍数可以直接起动的条件：起动电流倍数3()44()QHINNISKVAkIP KW方法两种：直接起动和降压起动（）、PN7.5KW时，能否直接起动，一般按下列经验公式来核定。笼型电动机的两个固有起动性能指标（产品目录中可查到）(47)QINII起动电流倍数K(0.81.8)QMNTT起动转矩倍数K(二)、降压起动(只用于轻载或空载的场合）设电源电压为U1N,定子串电抗XQ后的端电压

14、为U1,则1.1.定子回路串电抗起动定子回路串电抗起动11KNKQUZUZX 图图5-5-实际工程中，往往限定IQ的大小，要求计算XQ,则根据得：得：相当于降低定子绕组的外加电压相当于降低定子绕组的外加电压11QKQKQIZIZX 22QKQKQTZ()TZX KKQZZX 1QKXZ 其中：其中：113NNKQINUUZ(IK I 接法）113NNKQINUUZ(YIK I 接法）(2)、降压起动(只用于轻载或空载的场合）设自耦变压器的变比:1.1.自耦变压器的降压起动（又称补偿器起动）自耦变压器的降压起动（又称补偿器起动）12kN/N 图图5-55-5图图5-6 5-6 一相等值电路图一相

15、等值电路图原副边电压、电流关系为:12U/Uk 121I/I/k 11QkUIZ直接起动时的起动相电流：直接起动时的起动相电流：211 2QkkUUIZkZ 降压后二次侧起动相电流：降压后二次侧起动相电流：降压后一次侧起动相电流：降压后一次侧起动相电流：11 11 221QQkUIIkk Z 1 1211QQIIk 电网提供的起动电流减小倍数：电网提供的起动电流减小倍数：21QQTTk 起动转矩减小的倍数：起动转矩减小的倍数：自耦变压器一般有三个抽头可供选用：自耦变压器一般有三个抽头可供选用：直接起动时的起动转矩：直接起动时的起动转矩：21QTU降压起动时的起动转矩：降压起动时的起动转矩：22

16、QTU结论：结论：自耦变压器降压起动时，对电网而言起动电流降低自耦变压器降压起动时，对电网而言起动电流降低倍数与起动转矩降低倍数相同。与串电阻降压起动相比，倍数与起动转矩降低倍数相同。与串电阻降压起动相比，在限定相同起动电流的前提下，可以带较大的负载起动。在限定相同起动电流的前提下，可以带较大的负载起动。QJ2系列：系列：55%、64%、73%QJ3系列：系列：40%、60%、80%13QYQTT 适用于正常运行时定子绕组为三角形接线的电动机。适用于正常运行时定子绕组为三角形接线的电动机。起动时起动时 Y Y接；运行时接；运行时接。图接。图5-75-7起动线电流关系:(3).Y-(3).Y-降

17、压起动降压起动13QYQII 起动转矩关系:直接起动时的起动相电流：直接起动时的起动相电流：11QkUIZ直接起动时的起动线电流：直接起动时的起动线电流：13QQIIY起动时的起动相电流：起动时的起动相电流：113QYkUIZY起动时起动线电流：起动时起动线电流：1QYQYII直接起动时的起动转矩：直接起动时的起动转矩：21QTUY起动时的起动转矩：起动时的起动转矩：21()3QUT 可见，可见，Y Y-起动相当于自耦降压起动时抽头变比起动相当于自耦降压起动时抽头变比K=0.577K=0.577的的情况，适用于空载或轻载起动，是笼型异步电动机起动的基情况，适用于空载或轻载起动，是笼型异步电动机

18、起动的基本方法之一。本方法之一。正常运行时定子绕组为正常运行时定子绕组为接法的电动机长期处于空载运行时，接法的电动机长期处于空载运行时，可将其改为可将其改为Y Y接法，以提高功率因数和效率，节约电能。因此，接法，以提高功率因数和效率，节约电能。因此，国产国产4KW4KW以上的笼型电动机，都设计为额定电压为以上的笼型电动机，都设计为额定电压为380V,380V,定子绕定子绕组接法为组接法为。例例5-4三、绕线式异步电动机的起动一、转子回路串电阻起动 在转子回路中串联适当的电阻在转子回路中串联适当的电阻,既能限制起动电流，又能增既能限制起动电流，又能增大起动转矩。大起动转矩。可见，只要可见，只要R

19、足够大，就可使起动电流限制在规定的足够大，就可使起动电流限制在规定的范围内，根据前面对转子串电阻的人为特性分析知，当范围内，根据前面对转子串电阻的人为特性分析知，当Sm1时，时，TQ随随R的增的增加而减小。加而减小。因而绕线式转子串电阻起动，可获得比笼型电机因而绕线式转子串电阻起动，可获得比笼型电机优越的起动性能。优越的起动性能。起动相电流：起动相电流：1122212()()QQkUIIrRxx适用于重载起动或频繁起制动的拖动系统适用于重载起动或频繁起制动的拖动系统。为了有较大的起动转矩、使起动为了有较大的起动转矩、使起动过程平滑，应在转子回路中串入多级过程平滑，应在转子回路中串入多级对称电阻

20、，并随着转速的升高，逐渐对称电阻，并随着转速的升高，逐渐切除起动电阻。（称为分级起动）切除起动电阻。（称为分级起动）电动机由电动机由a a点点开始起动，经开始起动，经bcdebcdef ghf gh，完，完成起动过程。成起动过程。起动过程起动过程二、转子串频敏变阻器起动频敏变阻器是一铁损很大的三相电抗器。频敏变阻器是一铁损很大的三相电抗器。起动时，起动时，S2S2断开，转子串入频敏断开，转子串入频敏变阻器变阻器,S1,S1闭合，电机通电开始起动。闭合，电机通电开始起动。起动时起动时,频敏变阻器铁损大频敏变阻器铁损大,反反映铁损耗的等效电阻映铁损耗的等效电阻 大大,相当于转相当于转子回路串入一个

21、较大电阻。随着子回路串入一个较大电阻。随着 上升上升,减小减小,铁损减少铁损减少,等效电阻等效电阻 减小减小,相当于逐渐切除相当于逐渐切除 ,起动结起动结束束,S2,S2闭合，切除频敏变阻器，转子闭合，切除频敏变阻器，转子电路直接短路。电路直接短路。21ff n2fmRmR三相异步电动机的制动方式有三种：三相异步电动机的制动方式有三种：反接制动、回馈制动、能反接制动、回馈制动、能耗制动。耗制动。5.3三相异步电动机的制动一、一、反接制动反接制动反接制动是指通过反接制动是指通过外部条件使转子反转外部条件使转子反转或通过或通过改变外加三相交改变外加三相交流电源的相序流电源的相序，引起电磁转矩与转速

22、方向相反的一种制动状态。，引起电磁转矩与转速方向相反的一种制动状态。（一）、转向反向的反接制动相当于他励直流电动机的电势反向反接制动。相当于他励直流电动机的电势反向反接制动。实现实现：在转子回路串联适当大电阻：在转子回路串联适当大电阻R R。电机工作点由电机工作点由AB AB CC，n=0n=0，制动过程，制动过程开始，电机反转，直开始，电机反转，直到到D D点。在第四象限点。在第四象限才是制动状态。才是制动状态。由于电机反向旋转，由于电机反向旋转，n0n1s1。适用场合适用场合:适用于重物（位能性负载）匀低速下放。适用于重物（位能性负载）匀低速下放。（二）、定子两相对调的反接制动实现实现：将

23、电动机电源两相对调可实现反接制动。：将电动机电源两相对调可实现反接制动。.,11sn想空载转速变为理改变由于定子旋转磁场方向机械特性由曲线机械特性由曲线1 1变为曲线变为曲线2 2，工作点由，工作点由AB CAB C，n=0,n=0,制动过程结束。制动过程结束。相当于他励直流电动机的电压反向的反接制动。相当于他励直流电动机的电压反向的反接制动。适用场合适用场合:适用于反抗性负载的快速停车。适用于反抗性负载的快速停车。绕线式电动机绕线式电动机在定子两相在定子两相对调的同时对调的同时,可在转子回路可在转子回路串联制动电阻来限制制动串联制动电阻来限制制动电流和增大制动转矩电流和增大制动转矩 ,曲曲线

24、线3 3。在在C C点若不及时切断电源，可能有：点若不及时切断电源，可能有：（）负载为反抗性负载，且（）负载为反抗性负载，且|T|TC C|T|TL L,系统就会反向起动而进系统就会反向起动而进入第三象限，稳定运行于入第三象限，稳定运行于D D点，是反向电动状态。点，是反向电动状态。（）负载为位能性负载，在（）负载为位能性负载，在T T和和T TL L共同作用下，工作点下移共同作用下，工作点下移到到-n-n1 1点，然后在点，然后在T TL L作用下进入第四象限，稳定运行于作用下进入第四象限，稳定运行于HH点，点，将重物高速下放，此时电机处于回馈制动状态。将重物高速下放，此时电机处于回馈制动状

25、态。（）制动过程中制动过程中n 与n1反向，S1(2)(2)能量观点：能量观点：机械功率为机械功率为10MP(S)P电磁功率为电磁功率为22120M(r R)Pm Is 机械功率为负，说明电机从轴上输入机械功率；电磁功率为机械功率为负，说明电机从轴上输入机械功率；电磁功率为正说明电机从电源输入电功率。正说明电机从电源输入电功率。而而2McuPPp表明，轴上输入的机械功率转变成电功率后，连同定子传递给表明，轴上输入的机械功率转变成电功率后，连同定子传递给转子的电磁功率一起消耗在转子回路电阻上，因此反接制动的转子的电磁功率一起消耗在转子回路电阻上，因此反接制动的能量损耗较大。能量损耗较大。（三）反

26、接制动的运行特点（三）反接制动的运行特点习题5-8 绕线式异步电动绕线式异步电动机转子每相电阻机转子每相电阻的工程估算式的工程估算式2223NNNs ErI 例例5-72222222222222233NNNNNNNNNNSEIrjsxssxS ES EIIrrS ErI 相相相相由于很小，可忽略二、回馈制动是指三相异步电动机转子实际转速超过同步速的一种制动状态是指三相异步电动机转子实际转速超过同步速的一种制动状态（一）、转向反向的回馈制动 首先将定子两相反接首先将定子两相反接,定子旋转磁场定子旋转磁场的同步速为的同步速为-n-n1 1，特性曲线变为特性曲线变为2 2。工作。工作点由点由A A到

27、到B B。经过反接制动过程（由。经过反接制动过程（由B B到到C C）、反向加速过程（）、反向加速过程（C C到到-n-n1 1变化），变化），最后在位能负载作用下反向加速并超过最后在位能负载作用下反向加速并超过同步速，直到同步速，直到D D点保持稳定运行。点保持稳定运行。电机机械特性曲线电机机械特性曲线1 1，运行于，运行于A A点。点。实现实现：电动机转子在外力作用下，使：电动机转子在外力作用下，使nnnn1 1.相当于他励直流电动机电压反向的回馈制动相当于他励直流电动机电压反向的回馈制动适用场合：适用场合：使位能负载匀高速下滑使位能负载匀高速下滑（二）、转向不变的回馈制动电机机械特性曲线

28、电机机械特性曲线1 1，运行于，运行于A A点。点。电机工作点由电机工作点由A A变到变到B B，电磁转矩，电磁转矩为负，为负，电机处于回馈制，电机处于回馈制动状态。动状态。1Bnn 当电机采用变极（增加极数）或变当电机采用变极（增加极数）或变频（降低频率）进行调速时，机械频（降低频率）进行调速时，机械特性变为特性变为2 2。同步速变为。同步速变为 。1n、电车下坡、电车下坡、变极或频率下调、变极或频率下调相当于他励直流电动机电压不反向的回馈制动相当于他励直流电动机电压不反向的回馈制动（）|n|n1|，S0(2)(2)能量观点：能量观点：机械功率为机械功率为10MP(S)P电磁功率为电磁功率为

29、22120Mr Pm Is 机械功率为负，说明电机从轴上输入机械功率；电磁功率为机械功率为负，说明电机从轴上输入机械功率；电磁功率为负说明电机将轴上输入的机械能转换为电能回馈给电网。负说明电机将轴上输入的机械能转换为电能回馈给电网。（三）回馈制动的运行特点（三）回馈制动的运行特点例例5-85-8三、能耗制动实现实现：制动时，：制动时，S1S1断开断开,电机脱离电网，电机脱离电网，同时同时S2S2闭合闭合,在定子绕组中通入直流励磁在定子绕组中通入直流励磁电流。电流。直流励磁电流产生一个恒定的磁场，直流励磁电流产生一个恒定的磁场，因惯性继续旋转的转子切割恒定磁场，因惯性继续旋转的转子切割恒定磁场，

30、导体中感应电动势和电流。感应电流与导体中感应电动势和电流。感应电流与磁场作用产生的电磁转矩为制动性质，磁场作用产生的电磁转矩为制动性质，转速迅速下降，当转速为零时，感应电转速迅速下降，当转速为零时，感应电动势和电流为零，制动过程结束。动势和电流为零，制动过程结束。制动过程中，转子的动能转变为电能消耗在转子回路电阻制动过程中，转子的动能转变为电能消耗在转子回路电阻上上能耗制动。能耗制动。适用场合：适用场合：使反抗性负载准确停机，也可使位能负载匀速下放。使反抗性负载准确停机，也可使位能负载匀速下放。三相异步电动机能耗制动过程中电磁转矩三相异步电动机能耗制动过程中电磁转矩T T的产生，是由的产生，是

31、由于转子与定子磁动势之间有相对运动；至于定子磁动势相对于转子与定子磁动势之间有相对运动；至于定子磁动势相对于定子本身是旋转的还是静止的，以及相对转速是多少，都于定子本身是旋转的还是静止的，以及相对转速是多少，都是无关紧要的。是无关紧要的。为了找到能耗制动的机械特性，引入为了找到能耗制动的机械特性，引入等效电流等效电流的概念。的概念。即将直流电流等效为三相交流电流。等效替代的原则：即将直流电流等效为三相交流电流。等效替代的原则：（1 1）保持磁动势幅值不变，即）保持磁动势幅值不变，即F F-=F=F;（2 2）保持磁动势与转子之间相对转速（即转差）不变）保持磁动势与转子之间相对转速（即转差）不变

32、.11412WABNkFFIp114 12cos3032wAN kFFIp设将F-等效为三相合成旋转磁动势F,定子每相电流的有效值为I,则有：113 4222wN kFIp113 4222wN kIp114 132wN kIp23II11160,fnpn由于前后磁势与转子的相对转速不变，则F 相对转子的转速仍为（0-n)，由于同步转速为：n则能耗制动的转差率v为：v=能耗制动等效电路为：122213rIPTM2221222123()()mmrI xrxx能耗制动时，电动机内铁损耗很小，可以将其忽略，即能耗制动时，电动机内铁损耗很小，可以将其忽略，即rm=0，由等效电路得：由等效电路得：上式为能

33、耗制动的机械特性参数表达式。上式为能耗制动的机械特性参数表达式。122222()()mmI xIrxx 能耗制动时最大转矩：能耗制动时最大转矩：)(2322211xxxITmmmT22xxrmm能耗制动时机械特性的实用表达式：能耗制动时机械特性的实用表达式：mmmTTT2能耗制动时临界转差率：能耗制动时临界转差率：nTemA0n1C1B23 对笼型异步电动机对笼型异步电动机,可以可以增大直流励磁电流来增大初始增大直流励磁电流来增大初始制动转矩制动转矩 。对绕线型异步电动机对绕线型异步电动机,可可以增大转子回路电阻来增大以增大转子回路电阻来增大初始制动转矩初始制动转矩 。.101s，n所以能耗制

34、动时由于5.4三相异步电动机的调速由异步电动机的转速公式由异步电动机的转速公式116011fnn(s)(s)p 可知，异步电动机有下列三种基本可知，异步电动机有下列三种基本调速方法调速方法：（1 1）改变定子极对数）改变定子极对数 调速。调速。p（2 2）改变电源频率）改变电源频率 调速。调速。1f（3 3）改变转差率）改变转差率 调速。调速。s改变定子电压的调压调速、绕线式转子回路串电阻调速、改变定子电压的调压调速、绕线式转子回路串电阻调速、绕线式的串级调速等绕线式的串级调速等一、变极调速设定子每相绕组由两个完全对称的设定子每相绕组由两个完全对称的“半相绕组半相绕组”组成。组成。两个半相绕组

35、两个半相绕组顺向串联顺向串联（即首尾相接）定子绕组（即首尾相接）定子绕组产生产生4 4极磁场：极磁场：两个半相绕组两个半相绕组反向串联反向串联（尾尾相（尾尾相接）和接）和反向并联（头尾相联后再反向并联（头尾相联后再并联）并联），定子绕组产生，定子绕组产生2 2极磁场：极磁场：由此可见由此可见，要想实现极对数的改变，只要改变定子绕组要想实现极对数的改变，只要改变定子绕组中任何一个半相绕组的电流方向即可。中任何一个半相绕组的电流方向即可。对于实际电机要产生有效的电磁转矩，定、转子绕组的极对对于实际电机要产生有效的电磁转矩，定、转子绕组的极对数必须相等，因此，考虑实现的方便性，变极调速仅适用于数必须

36、相等，因此，考虑实现的方便性，变极调速仅适用于笼式异步电机笼式异步电机（笼型电机转子的极对数取决于定子的极对（笼型电机转子的极对数取决于定子的极对数）。数）。说明：说明：就三相异步电动机而言，为确保变极前后转子的转向就三相异步电动机而言，为确保变极前后转子的转向不变，变极的同时必须改变三相绕组的相序。不变，变极的同时必须改变三相绕组的相序。由于变极调速只能成倍地改变极对数，转子转速也只能成倍由于变极调速只能成倍地改变极对数，转子转速也只能成倍地变化，属地变化，属有级调速有级调速。二种常用变极接线方式注意注意：当改变当改变定子绕定子绕组接线组接线时，必时，必须同时须同时改变定改变定子绕组子绕组的

37、相序的相序、YYY接变极调速接变极调速结论：结论：YYY接变极调速属恒转矩调速方式接变极调速属恒转矩调速方式,用于起重机或传送用于起重机或传送带。带。机械特性图机械特性图5-25特点：特点：Y接时半相绕组顺串，极对数为接时半相绕组顺串，极对数为2P,同步转速为同步转速为n1YY半相绕组反并，极对数为半相绕组反并，极对数为P,同同步转速为步转速为2n111111111cos3cos123(2)cos95509550()/()12YNNYYNNNYYYYYYPU IPUIITPPTnn设变极前后、不变，则：为每半相绕组的电流额定值2、YY接变极调速接变极调速注意注意：当改变当改变定子绕定子绕组接线

38、组接线时，必时，必须同时须同时改变定改变定子绕组子绕组的相序的相序结论：结论：YY接变极调速属近似恒功率调速方式，用于机床接变极调速属近似恒功率调速方式，用于机床加工。加工。机械特性如图机械特性如图5-26特点：特点：接时半相绕组顺串，极对数为接时半相绕组顺串，极对数为2P,同步转速为同步转速为n1YY半相绕组反并，极对数为半相绕组反并，极对数为P,同同步转速为步转速为2n111111111cos3(3)cos30.86623(2)cos95509550()/()32NNYYNNNYYYYPUIPUIITPPTnn设变极前后、不变，则：为每半相绕组的电流额定值二、变频调速优点：可实现转子平滑调

39、速、获得较宽的调速范围和足够硬的机械特性。变频调速分为：变频调速分为：基频以下的变频调速、基频以上的变频调速基频以下的变频调速、基频以上的变频调速通过改变定子绕组供电频率来改变转子转速的调速方式。变频调速应满足的两个约束条件：变频调速应满足的两个约束条件：（）主磁通不应超过额定运行时的数值（）主磁通不应超过额定运行时的数值原因：超过后易造成定子铁心过饱和、励磁电流大，导致功率原因：超过后易造成定子铁心过饱和、励磁电流大，导致功率因数和效率降低。因数和效率降低。（）过载能力保持不变。（是电机可靠运行的必要条件）（）过载能力保持不变。（是电机可靠运行的必要条件）(一)、变频调速时频率与端电压的关系

40、、保持主磁通m不变，端电压的变化关系11111444WmUE.f N K 1111111111111444444WmWm.fN KU f U.f N KfU Uctf f 可见：为保持主磁通m不变，在变频的同时必须调节定子电压,即满足：说明：对于基频以下的变频调速，能够实现上式；对于基频以上的变频调速，当频率上升时，由于受电机绕组绝缘耐压限制，定子电压只能维持额定值不变，此时，频率上升，主磁通下降。2、过载能力保持不变，端电压的变化规律2211211mUUTC()ff 为了保持变频前、后过载能力不变，则：为了保持变频前、后过载能力不变，则：221111221111NNNNUUUfTf Tf T

41、UfT 或221111222211112111112442mm pUm pUTf rr(xx)frrf(LL)11121()LLr当频率f较高时，2 f，则122128m pC(LL)式中式中可见：可见：为了保持变频前、后过载能力不变，电压随频率的变化为了保持变频前、后过载能力不变，电压随频率的变化还与负载性质有关。还与负载性质有关。1NT式中为f时的额定转矩1111UUff=常数、对于恒转矩负载对于恒转矩负载，由于，由于TN=TN,所以只要所以只要95509550NNNNT nT nP1111UUff或常数对于恒功率负载，满足上式虽然保证了过载能力不变，但对于恒功率负载，满足上式虽然保证了过

42、载能力不变，但主磁通要变化主磁通要变化。1111mUfUf欲保持不变，则保证了变频时主磁通与过载能力均不变。保证了变频时主磁通与过载能力均不变。、对于恒功率负载，由于、对于恒功率负载，由于PN=常数常数,则则11NNNTnfTnf故：对于通风机负载，满足上式虽然保证了过载能力不变，但对于通风机负载，满足上式虽然保证了过载能力不变，但主磁通要变化主磁通要变化。（作业：5-21)21111()mUfUf欲保持不变，则3、对于通风机负载，、对于通风机负载，T=Kn2,则则2211()()NNNTnfTnf1111NNUfTUfT 由于（二）、频率调速时电动机的机械特性211221218mm pUT(

43、)(LL)f 最大转矩最大转矩212122121118Qm pr UT()(LL)ff 起动转矩起动转矩21211121260302mmr fr ns nctf(LL)pp(LL)临界点转速降临界点转速降11121()LLr变频调速时当频率f较高时，2 f，则21122mr Sf(LL)临界转差率临界转差率11mS/f 211mUT()f 11QT/f 11/Uf 当常数时三相异步电动机变频调速机械特性如图5-271 1、在基频以下调速时、在基频以下调速时,保持保持 .常数11/fU（）不同频率下的机械特性平行，（）不同频率下的机械特性平行，即机械特性的硬度不变。即机械特性的硬度不变。（）（）

44、f f1 1较高时（忽略较高时（忽略r r1 1的影响的影响),),随随着着f1下降下降，T Tm m不变，不变，T TQ Q增大。图中曲增大。图中曲线线（）（）f f1 1较低时（考虑较低时（考虑r r1 1的影响），的影响），随着随着f1下降，下降，T Tm m下降，下降，图中曲线图中曲线。通常在低速时适当提高电压（低频补通常在低速时适当提高电压（低频补偿）偿）、在基频以上调速时、在基频以上调速时,保持保持11NUU（）不同频率下的机械特性平行，即机械特性的硬度不变。（）不同频率下的机械特性平行，即机械特性的硬度不变。（）（）f f1 1较高时（忽略较高时（忽略r r1 1的影响的影响),

45、),随着随着f1上升上升，T Tm m变小（因为此变小（因为此时时最大转矩与频率的平方成反比最大转矩与频率的平方成反比）。图中曲线。图中曲线三相异步电动机变频调速特点：三相异步电动机变频调速特点：(1)基频以下的变频调速为恒转矩调速；基频以上为恒功率调速基频以下的变频调速为恒转矩调速；基频以上为恒功率调速基频以下的变频调速，保持基频以下的变频调速，保持11cosNI设变频调速过程中、不变，为每相绕组的电流额定值1211 111112121cos()9550()NNUPmU IUffPUTnf常数11/fU基频以上的变频调速基频以上的变频调速21111221cos19550()NNNPmUIct

46、PTnf()变频调速过程中，机械特性的硬度保持不变，调速范围宽变频调速过程中，机械特性的硬度保持不变，调速范围宽(3)频率连续可调，可实现无级调速频率连续可调，可实现无级调速三、变转差率调速包括：改变定子电压的调速、转子绕组串电阻的调速、串级调速特点：低速时转子铜耗较大，造成转子发热严重。P185 例5-10作业：5-20 5-22 改变电动机的定子电压时，机械特性为改变电动机的定子电压时，机械特性为（一）、调压调速随着电压降低，过载能力明显降低，因此仅适用轻载调速随着电压降低，过载能力明显降低，因此仅适用轻载调速场合场合对于恒转矩负载，调速范围小，对于恒转矩负载，调速范围小，如曲线如曲线.对

47、于对于通风机负载通风机负载调速范围宽，特调速范围宽，特别适用于该类负载。如曲线别适用于该类负载。如曲线.具具体原因：体原因：（）由稳定运行条件，通风机（）由稳定运行条件，通风机负载可稳定运行于负载可稳定运行于C1点点（）由电磁转矩公式，调压调速允许输出的转矩为：（）由电磁转矩公式，调压调速允许输出的转矩为：故调压调速既非恒转矩调速，故调压调速既非恒转矩调速，也非恒功率调速，它最适用也非恒功率调速，它最适用于转矩随转速降低而减小的于转矩随转速降低而减小的负载，如负载，如风机类负载风机类负载。2121211/lMNmrTPIss（）通风机负载所需的起动（）通风机负载所需的起动转矩较小。转矩较小。为

48、了提高调压调速机械特性的为了提高调压调速机械特性的硬度，可采用以下两种方案：硬度，可采用以下两种方案：采用转速闭环的方案；采用转速闭环的方案；与变极调速结合使用与变极调速结合使用。（二）绕线转子电动机的转子串接电阻调速绕线转子电动机的转子回路串接对称电阻时的机械特性为绕线转子电动机的转子回路串接对称电阻时的机械特性为 从机械特性看，转子串电阻从机械特性看，转子串电阻时，同步转速和最大转矩不变，时，同步转速和最大转矩不变，但临界转差率增大。当恒转矩负但临界转差率增大。当恒转矩负载时，电机的转速随转子串联电载时，电机的转速随转子串联电阻的增大而减小。阻的增大而减小。调速过程中，为了充分利用电动调速

49、过程中，为了充分利用电动机的绕组，要求保持机的绕组，要求保持IN=I2N，则：则：222222222222()()NNEEIIrrRxxss22NrrRss则：222222222222/coscos()()NNNrRsrsrRrxxss122122coscosMmMmNNTCICIT 可见，转子串电阻调速属可见，转子串电阻调速属恒转矩调速恒转矩调速三、绕线式电动机的串级调速在绕线式电动机的转子回路在绕线式电动机的转子回路串接一个与转子电动势串接一个与转子电动势 同同步频率的附加电动势步频率的附加电动势 。sE2fEfE通过改变通过改变 的幅值和相的幅值和相位，也可实现调速，这就位，也可实现调速，这就是串级调速。是串级调速。主编：撰稿教师：（以姓氏为序）制作：责任编辑：电子编辑：