第16讲三相异步电动机的起动与调速课件.ppt

1、1回顾点：回顾点：机械特性的三种表达式机械特性的三种表达式固有机械特性固有机械特性21max2211122()sUmTRRXX 221222112sRUmsTRRXXs222112()mRsRXX 定性分析定性分析分析分析T与电动机参与电动机参数之间的关系数之间的关系根据电动机产品目根据电动机产品目录中查到的数据进录中查到的数据进行计算行计算221221212stsU RmTRRXX n=0,s=12maxTNTKT过载倍数过载倍数,反映了电动机反映了电动机短时过载能力短时过载能力N/TTKstst起动转矩倍数起动转矩倍数,反映了电动机的反映了电动机的起动能力起动能力;只有当只有当TstTL（

2、一般（一般取：取：Tst(1.11.2)TL）电机才能）电机才能起动。起动。3几个特殊点几个特殊点n起动（堵转）点起动（堵转）点A；nn=0,T=Tst,I1st=(47)I1Nn额定工作点额定工作点B；nn=nN,T=TN,I1=I1Nn同步转速（理想空载）点同步转速（理想空载）点H；nn=ns,T=0,I2=0,I1=I0n最大转矩（临界）点最大转矩（临界）点P和和Pn电动状态最大转矩点电动状态最大转矩点PT=Tmax,s=smn回馈制动最大转矩点回馈制动最大转矩点PT=Tmax,s=sm 回馈制动时异步电动机的过载能力较电动状态时大回馈制动时异步电动机的过载能力较电动状态时大mmss m

3、axmaxTT固有机械特性固有机械特性4人为机械特性人为机械特性n异步电动机电磁转矩异步电动机电磁转矩T的数值由某一转速的数值由某一转速n（或（或s）的的电源电压电源电压U?、电源频率、电源频率f1、定子极对数、定子极对数p、定子及转、定子及转子电路的电阻及电抗（子电路的电阻及电抗（R1、R2、X1、X2）决定的。）决定的。n人为机械特性人为机械特性通过人为改变上述参数得到的机械通过人为改变上述参数得到的机械特性。特性。22221122221221121122sRRUUmpmssTfRRRXXRXXss人为机械特性人为机械特性5补充：补充：三相异步电动机三相异步电动机起动、调速、制动起动、调速

4、、制动6三相异步电动机的起动性能三相异步电动机的起动性能n起动电流倍数：起动电流倍数：sc=Ist/INn起动转矩倍数：起动转矩倍数：Kst=Tst/TNn起动时间起动时间n起动时消耗的能量起动时消耗的能量n起动设备的简单和可靠起动设备的简单和可靠 三相异步电动机的起动方法三相异步电动机的起动方法7一、三相笼型异步电动机的起动方法一、三相笼型异步电动机的起动方法（一）直接起动（一）直接起动n三相笼型异步电动机的起动方法三相笼型异步电动机的起动方法l直接起动直接起动l减压起动减压起动l软起动软起动n实现方法实现方法l通过一些直接起动设备，把通过一些直接起动设备，把全部电源电压全部电源电压（即全压

5、）（即全压）直接加到电动机的定子绕组直接加到电动机的定子绕组8l起动时，起动时，s=1，起动电流大起动电流大，可达额定电流的，可达额定电流的47倍，倍，某些笼型异步电动机甚至可达某些笼型异步电动机甚至可达812倍倍lf2=f1，接近于接近于90o，很小很小，起动转矩小起动转矩小122cosTmTCI1222112/stUIRsRXX2cos 2起动时刻，电机处于堵转状态（起动时刻，电机处于堵转状态（n=0,s=1）在等效电路中，由于在等效电路中，由于ZmZ2 可视励磁支路开可视励磁支路开路，则路，则Im=0，所以，所以I2=I1911NstIIKIAkVAkV341起动电动机容量电源总容量 一

6、般规定：一般规定：异步电动机的功率低于异步电动机的功率低于7.5kW时允许直接起时允许直接起动。如果功率大于动。如果功率大于7.5kW，而电源总容量较大，能符合，而电源总容量较大，能符合下式要求者，电动机也可允许直接起动。下式要求者，电动机也可允许直接起动。如果不能满足要求，则必须采用减压起动的方法如果不能满足要求，则必须采用减压起动的方法。10（二）减压起动（二）减压起动 1电阻减压或电抗减压起动电阻减压或电抗减压起动 n实现方法：实现方法：l起动时起动时Q2投向投向“起动起动”位置，起动电位置，起动电阻阻Rst或起动电抗或起动电抗Xst接入定子电路，闭接入定子电路，闭合主开关合主开关Q1，

7、电机起动，电机起动l转速接近于稳定转速时，转速接近于稳定转速时，Q2换接到换接到“运行运行”位置，电源电压直接加到定位置，电源电压直接加到定子绕组上，电动机起动结束。子绕组上，电动机起动结束。n优点：优点：起动平稳、运行可靠、构造简单起动平稳、运行可靠、构造简单n缺点：缺点：lT Tstst和电压的二次方成正比减小，只适和电压的二次方成正比减小，只适用于轻载起动的场合用于轻载起动的场合l起动时能量损耗较多，实际应用少起动时能量损耗较多，实际应用少11n实现方法：实现方法：利用自耦变压器降低加到电动机利用自耦变压器降低加到电动机 定子绕组的电压，减小起动电流。定子绕组的电压，减小起动电流。U，I

8、1一次侧相电压和电流一次侧相电压和电流Ux，Ix二次侧相电压和电流二次侧相电压和电流N1，N2一、二次绕组匝数一、二次绕组匝数Ist全压全压U起动时的起动电流起动时的起动电流2自耦减压起动自耦减压起动 21xUNUNxxstIUIU21xstININ121xININ2121stININ12n通过自耦变压器，从电网吸取的电流降低为通过自耦变压器，从电网吸取的电流降低为n电压电压Ux降低为降低为(N2/N1)Un起动转矩为起动转矩为lTst全压全压U起动时的起动转矩起动时的起动转矩n起动转矩和起动电流降低同样的倍数起动转矩和起动电流降低同样的倍数n优点：优点：电压抽头可供不同负载起动时选择电压抽头

9、可供不同负载起动时选择n缺点：缺点：体积大，质量大，价格高需要维护检修体积大，质量大，价格高需要维护检修n适用范围：适用范围：容量较大的低压电动机起动容量较大的低压电动机起动222111xstNNIIINN2211ststNTTN13n实现方法：实现方法：l起动时，将定子绕组联结成星形起动时，将定子绕组联结成星形l转速接近稳定时改联结成三角形转速接近稳定时改联结成三角形 n起动相电压变化情况起动相电压变化情况n起动相电流变化情况起动相电流变化情况n起动转矩变化情况起动转矩变化情况n优点：优点：体积小、重量轻、价廉物美、运行可靠、检修方便体积小、重量轻、价廉物美、运行可靠、检修方便n缺点：缺点：

10、起动电压只能降到起动电压只能降到 ，不能根据不同的负载选，不能根据不同的负载选择不同的起动电压择不同的起动电压3星形星形三角形（三角形（Y）起动）起动 3YUU3YII23ststYstTUTT13适用于正常运行时定子绕组为适用于正常运行时定子绕组为三角形三角形接线的电动机接线的电动机3131313IIIIYllY14FU1KM1L1L2L3UVWFRQSM3KM2UVWKM3FRSB2SB1KTFU2KM1KM3KM2KTKM3KM2KTKM1KM215实例：实例：某三相异步电机，三角形连接，以某三相异步电机，三角形连接，以200KV.A的三的三相变压器供电。已知：相变压器供电。已知：试分析

11、能否：直接起动？星试分析能否：直接起动？星-三角起动？选用变三角起动？选用变比为比为0.73的自耦变压器起动？的自耦变压器起动？NLscstNNNNTTKrnAIVUKwP8.0,6,8.1min/740,63,380,30分析：分析：1、故不能直接起动。但由于结论：尽管变压器的额定电流为：,30433786368.1SstLstNNSNscstNNststIITTAUSIAIITTKT16分析：分析：2、3、起动故不能采用起动时：YTTTTYLNststY,6.031的自耦变压器起动。故：可以选用变比为 73.044.20137873.073.096.073.0222SstBstLststB

12、stIAIITTTT17（三）软起动方法（三）软起动方法 1限流或恒流起动方法限流或恒流起动方法2斜坡电压起动法斜坡电压起动法用电子软起动器实现起动时限制电动机起动电流或保持恒用电子软起动器实现起动时限制电动机起动电流或保持恒定的起动电流，定的起动电流，主要用于轻载软起动主要用于轻载软起动。用电子软起动实现电动机起动时定子电压由小到大斜坡线用电子软起动实现电动机起动时定子电压由小到大斜坡线性上升，性上升，主要用于重载软起动主要用于重载软起动。3转矩控制起动法转矩控制起动法用电子软起动实现电动机起动时起动转矩由小到大线性上用电子软起动实现电动机起动时起动转矩由小到大线性上升，起动的平滑性好，能够

13、降低起动时对电网的冲击，是升，起动的平滑性好，能够降低起动时对电网的冲击，是较好的较好的重载软起动方法重载软起动方法。184转矩加脉冲突跳控制起动法转矩加脉冲突跳控制起动法5电压控制起动法电压控制起动法此方法此方法与转矩控制起动法类似与转矩控制起动法类似，其，其差别在于差别在于：起动：起动瞬间加脉冲突跳转矩以克服电动机的负载转矩，然瞬间加脉冲突跳转矩以克服电动机的负载转矩，然后转矩平滑上升。此法也适用于后转矩平滑上升。此法也适用于重载软起动重载软起动。用电子软起动器控制电压以保证电动机起动时产生用电子软起动器控制电压以保证电动机起动时产生较大的起动转矩，是较好的较大的起动转矩，是较好的轻载软起

14、动方法轻载软起动方法。19二、绕线转子异步电动机的起动方法二、绕线转子异步电动机的起动方法（一）转子串联电阻起动（一）转子串联电阻起动n实现方法：实现方法：l起动时，调在最大电阻位置起动时，调在最大电阻位置l随着转速的上升，均匀地减随着转速的上升，均匀地减小电阻，直到完全切除小电阻，直到完全切除l转速稳定后，将集电环短接，转速稳定后，将集电环短接，同时举起电刷同时举起电刷n优点：优点：可限制起动时的定、转子可限制起动时的定、转子电流、增大起动转矩、减少起动电流、增大起动转矩、减少起动时间时间n适用范围：适用范围：功率较大的重载起动功率较大的重载起动20（二）转子串联频敏变阻器起动（二）转子串联

15、频敏变阻器起动 n实现方法：实现方法：l起动时，转子频率较高，变阻器起动时，转子频率较高，变阻器内涡流损耗较大，内涡流损耗较大，RF也较大也较大l随着转速的上升，转子频率不断随着转速的上升，转子频率不断下降，涡流损耗及下降，涡流损耗及RF跟着下降，跟着下降，电动机平滑起动电动机平滑起动l起动结束，短接集电环，切除频起动结束，短接集电环，切除频敏变阻器敏变阻器 n优点：优点：结构简单、价格便宜、制造结构简单、价格便宜、制造容易、运行可靠、维护方便、能自容易、运行可靠、维护方便、能自动操作动操作n适用范围：适用范围：功率较大的重载起动功率较大的重载起动所谓所谓频敏变阻器频敏变阻器，是由厚钢板叠成铁

16、心并，是由厚钢板叠成铁心并在铁心柱上绕有线圈的电抗器在铁心柱上绕有线圈的电抗器2116011sfnnssp异步电动机的调速方法异步电动机的调速方法 可见可见：要调节异步电动机的转速，可从改变下列：要调节异步电动机的转速，可从改变下列三个参数入手：三个参数入手：1）改变定子绕组的极对数改变定子绕组的极对数 p;2）改变供电电源的频率改变供电电源的频率 f1;3）改变转差率改变转差率 s。三相异步电机的调速三相异步电机的调速22一、一、有极调速有极调速16011sfnnsspn实现方法：实现方法：l改变定子绕组联结，一般用于笼型转子，转子极对数改变定子绕组联结，一般用于笼型转子，转子极对数能自动与

17、定子极对数相对应能自动与定子极对数相对应l改变联结方法，得到的极对数成倍地变化，同步转速改变联结方法，得到的极对数成倍地变化，同步转速也成倍地变化，属于有级调速。也成倍地变化，属于有级调速。23n注：注：改变定子绕组联结后，要将改变定子绕组联结后，要将V、W两相出现端交换，两相出现端交换，以保持调速前后转向相同以保持调速前后转向相同 定子绕组常用的接法定子绕组常用的接法 Y/YY：/YY：24Y/YY：25/YY：26二、变频调速二、变频调速对于对于恒转矩恒转矩调速，如果变频装置保证调速，如果变频装置保证 随随 成成正比地变化，则可保证在频率变化过程中电动机正比地变化，则可保证在频率变化过程中

18、电动机具有同样的过载能力，在恒转矩调速下的变频装具有同样的过载能力，在恒转矩调速下的变频装置一般就是根据这一要求设计的。置一般就是根据这一要求设计的。1fxU1(60)(1)nfps2211max221211122()2()ssUmUmTXXRRXX 121RXX当定子频率较高时当定子频率较高时2max1UTCf12sfpsn6022721218/LLpmC（式中（式中 为常数）为常数）11UUff 定值可见，可见，恒转矩变频调速恒转矩变频调速时，如能保持时，如能保持 =定定值，则可保证调速过程中电动机的过载能力基本值，则可保证调速过程中电动机的过载能力基本不变，同时可满足磁通不变，同时可满足

19、磁通 基本不变的要求。基本不变的要求。1/Uf在在恒功率调速恒功率调速时：时：TNNNssPTT 定值11UUff定值28由此可见，在恒功率调速时，如能满足由此可见，在恒功率调速时，如能满足 =定定值的条件，调速过程中电动机的过载能力也能保持值的条件，调速过程中电动机的过载能力也能保持不变，但此时磁通将发生变化了。如果此时按恒转不变，但此时磁通将发生变化了。如果此时按恒转矩调速满足矩调速满足 =定值的条件，则磁通将基本不定值的条件，则磁通将基本不变，但电动机的过载能力将在调速过程中改变。变，但电动机的过载能力将在调速过程中改变。1/Uf1/Uf161514131211ffffff变频调速具有优

20、异的性能，变频调速具有优异的性能，调速范围较大调速范围较大，平平滑性较高滑性较高，变频时按不同规律变化可实现恒转变频时按不同规律变化可实现恒转矩或恒功率调速矩或恒功率调速，以适应不同负载的要求，以适应不同负载的要求，低低速时特性的静差率较高速时特性的静差率较高，是异步电动机调速最，是异步电动机调速最有发展前途的一种方法。有发展前途的一种方法。29 1转子串接电阻调速 该方法仅适用于绕线形异步电动该方法仅适用于绕线形异步电动机，其机械特性如图。图中曲线是一束机，其机械特性如图。图中曲线是一束电源电压不变，而电源电压不变，而转子电路所串电阻值转子电路所串电阻值不同的机械特性曲线不同的机械特性曲线。

21、从图中不难看出，。从图中不难看出，当串入电阻越大时，稳定运行速度越低当串入电阻越大时，稳定运行速度越低（nAnBnC），且稳定性也越差。），且稳定性也越差。转子串电阻调速的优点是方法简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。但调速单，设备投资不高，工作可靠。但调速范围不大，稳定性较差，平滑性也不是范围不大，稳定性较差，平滑性也不是很好，调速的能耗比较大。在对调速性很好，调速的能耗比较大。在对调速性能要求不高的地方得到广泛的应用，如能要求不高的地方得到广泛的应用，如运输、起重机械等。运输、起重机械等。三、能耗转差调速三、能耗转差调速30调速（串电阻）后调速（串电阻）后可见可见 I

22、2N=sE2(R2Rr)2(sX2)2 =E2 X22 R2Rr 2 s R2Rr sR2 sN=I2N=sNE2 R22(sNX2)2 =E2 (X2)2 R2 2 sN 调速前调速前 31=(R2Rr)/s X22 R2Rr 2 s =R2/sN X22 R2 2 sN 可见，调速前后可见，调速前后 cos 2 不变，不变，根据根据 T=CTm I2 cos 2可知调速时允许的转矩不变，为可知调速时允许的转矩不变，为恒转矩调速恒转矩调速。cos 2=R2 R22(sNX2)2 =R2/sN X22 R2 2 sN cos 2=R2Rr(R2Rr)2(sX2)2 调速前调速前调速后调速后R2

23、Rr sR2 sN=322 2、改变定子电压调速、改变定子电压调速 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；对于通风机负载而言，其负载转矩TL随转速的变化而变化，其调速范围宽，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行。Pcu2=sPe33 34 3串级调速 所谓所谓就是在绕线异步电动机的转子电路中就是在绕线异步电动机的转子电路中引入一个附加电动势引入一个附加电动势Ef（与（与E2S的频率相同，相位相同或的频率相同，相位相同或相反）来调节电动机的转

24、速，这种方法仅适于绕线异步电相反）来调节电动机的转速，这种方法仅适于绕线异步电动机。动机。由异步电动机的等值电路可以求得：由异步电动机的等值电路可以求得：222222)(XsREsI222222)(XsREEsIfadE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。3536 三相异步电动机的制动M33Q1一、能耗制动一、能耗制动1.制动原理制动原理 制动前制动前 Q1 合上，合上，Q2 断开，断开，M 为电动状态。为电动状态。制动时制动时 Q1 断开，断开，Q2 合上。合上。定子定子:U I1 恒定恒定 转子转子:n（惯性）（惯性）E

25、2 I2 M 为制动状态。为制动状态。nUQ2 RbI1FFT T37能耗制动原理：能耗制动原理：实现实现：制动时，：制动时，S1S1断开断开,电机脱离电网，同时电机脱离电网，同时S2S2闭闭合合,在定子绕组中通入直流励磁电流。在定子绕组中通入直流励磁电流。直流励磁电流产生一个恒定的磁场，因惯性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，导体中产生感应继续旋转的转子切割恒定磁场，导体中产生感应电动势和感应电流（右手定则）。感应电流与磁电动势和感应电流（右手定则）。感应电流与磁场作用产生的电磁转矩为制动性质（左手定则），场作用产生的电磁转矩为制动性质（左手定则），转速迅速下

26、降，当转速为零时，感应电动势和电转速迅速下降，当转速为零时，感应电动势和电流为零，制动过程结束。流为零，制动过程结束。38能耗制动控制原理能耗制动控制原理39能耗制动控制原理分析能耗制动控制原理分析40二、反接制动二、反接制动1.定子反向的反接制动定子反向的反接制动 迅速停车迅速停车3 3 Rb制制动动前前的的电电路路制制动动时时的的电电路路(1)制动原理制动原理411、电源两相反接的反接制动反接制动反接制动实现实现：将电动机电源两相反接：将电动机电源两相反接可实现反接制动。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绕线式电动机绕线式电动机在定子两相反在定子两相反接的

27、同时接的同时,可在转子回路串联可在转子回路串联制动电阻来限制制动电流和制动电阻来限制制动电流和增大制动转矩增大制动转矩 。42反接制动控制方法反接制动控制方法KMKMBRBRBRB2SB1SBKMBKMKMBKMKMKRnM343三、回馈制动三、回馈制动 若三相异步电动机原工作在电动状态，由于某种若三相异步电动机原工作在电动状态，由于某种原因（如带位能性负载下放或降压调速过渡过程），原因（如带位能性负载下放或降压调速过渡过程），在转向不变的情况下，转子的转速在转向不变的情况下，转子的转速n超过同步转速超过同步转速n0时，电动机便进入回馈制动状态（发动机状态）。时，电动机便进入回馈制动状态（发动机状态）。因为因为nn0，所以，所以 ,这是回馈制动的特这是回馈制动的特点。点。因为转差率因为转差率S0，所以转子电动势，所以转子电动势 0，转子电流反向，电磁转矩反向，为制动转矩。此时转子电流反向，电磁转矩反向，为制动转矩。此时原动机带动电动机转子以高于同步转速旋转，电动原动机带动电动机转子以高于同步转速旋转，电动机将原动机输入的机械功率转成电功率输出回馈电机将原动机输入的机械功率转成电功率输出回馈电网，成为一台发电机。网，成为一台发电机。000nnnS22sEEs