第8章拖动-(下)三相异步电动机的起动、调速与制动

1、8.4 异步电动机的调速异步电动机的调速 (1)变频调速变频调速(2)变极调速变极调速(3)变转差率调速变转差率调速变频和变极调速称为改变同步转速的调速方法；变频和变极调速称为改变同步转速的调速方法；变转差率调速又分：变转差率调速又分：(1)转子串电阻调速转子串电阻调速(2)串级调速串级调速(3)调压调速调压调速spfsnn1601118.4.1 变极调速变极调速（1）双绕组变极）双绕组变极（2）单绕组变极）单绕组变极变极原理变极原理1U2U1U 2U 1U2U1U 2U 一、一、 Y-YY变极调速变极调速假定各半相绕组的参数都相等，分别为假定各半相绕组的参数都相等，分别为R1/2，R2/2，

2、X1/2，X2 /2，Y接时，每相绕组参数为半相绕组参数的二倍，即接时，每相绕组参数为半相绕组参数的二倍，即R1， R2，X1 ，X2 ；YY接时接时(反向并联），每相绕组参数为半相绕组参数的反向并联），每相绕组参数为半相绕组参数的l/2，即即R1/4， R2/4， X1 /4， X2 /4。 22121112112221 XXRRfpUmTmY则则： 2212211221122 XXRRfRpUmTstY 221212 XXRRsmY Ten2n1YYYan1TLbTsYYTsYTmYYTmY mYmYYTXXRRfpUmT244442212212111211 mYmYYsXXRRs 221

3、2124444 stYstYYTRRRRfRpUmT244442422122112211 ， 112cos3IUPNY YNYYPIUP21122cos23 122255. 955. 9nPnPTYYYY YYYYYYYTnPnPT212222255. 9255. 9 2-YY变极接法变极接法假设每半相绕组的参数都相等，为假设每半相绕组的参数都相等，为R1/2， R2/2， X1 /2， X 2 /2 ， 接时每相绕组参数为接时每相绕组参数为R1， R2， X1 ， X2 ； YY接接(反向并联）时反向并联）时每相绕组为每相绕组为R1/4， R2/4， X1 /4， X2 /4。 221211

4、12112221 XXRRfpUmTm则则： 221212 XXRRsm 2212211221122 XXRRfRpUmTst mmYYTXXRRfUpmT32444423212212111211 mmYYsXXRRs2212124444 ststYYTXXRRfRUpmT32444424322122112211 Ten2n1YYan1TLbTsYYTsTmYYTm 112cos33IUPN 211232cos23PIUPNYY 12255. 9nPT 2121223123255. 9255. 9TnPnPTYYYYl例例8-6：YD132S-6/4三相异步电动机三相异步电动机PN3/4kw，

5、nN970/1475rmin，km 2.1/2.2，求，求TL=0.8TN时的速度。时的速度。l解：解： 1 . 231 mkp， 1184. 011 . 21 . 203. 0122 mkkssmNm03. 01000970100011 nnnsNNLeTTT8 . 0 0234. 018 . 01 . 28 . 01 . 2118. 0122 ememmTTTTss 2 . 222 mkp， min/9760234. 01100011rsnn 02. 015001470150011 nnnsN 0832. 012 . 22 . 202. 0122 mkkssmNm0157. 018 . 0

6、2 . 28 . 02 . 20832. 0122 ememmTTTTssNLeTTT8 . 0 min/5 .14760157. 01150011rsnn 8.4.2 变频调速变频调速 8.4.2.1 基频向下变频调速基频向下变频调速mwkNfEU 1111144. 4 (1)恒电势频比：保持恒电势频比：保持E1 f 1 常数常数 pfnEEXjsREI1112222260 ，因因 222221211222222111222123236023 XsRsRffEpsRXsREfpnsRIPTee 22112123210LfEpTdsdTm ，则则令令nTen1n”1Tmn1n”1f1f 1f”

7、1f”1pLRpfLfRnsnmm6026022212121 12122212fLfRXRsm (2)恒电压频比：保持恒电压频比：保持U1 f 1 常数常数 2212212121123 XXsRRsRffUpTe 221212 XXRRsm 22121112112321 XXRRffUpTm nTeTmf1f 1f”1f”1n”1n”1n1n18.4.2.2 基频向上的变频调速基频向上的变频调速 221221212231 XXsRRsRfpUTNe pLLRpfXXRnsnmm6026021212121 2121221211211832321fLLpUXXfUpTNNm 12122122fLL

8、RXXRsm TeTmf1f 1f”1f”1n1n1n”1n”1nl例例8-7：YVF280S-4三相异步电动机三相异步电动机PN75kW，UN 380V ， nN1450rmin，km 2.4，保持额定负载，采用恒压频比调速，求，保持额定负载，采用恒压频比调速，求n 550rmin时的频率和电压。时的频率和电压。l解：解：0333. 015001450150011 nnnsNNmin/600505501rnnn min/5015000333. 01rsnn Hznpf206060026011 VUffUNN152380502011 8.4.3 调压调速调压调速高转差率或绕线式电动机调压调速高

9、转差率或绕线式电动机调压调速带转速负反馈的调压调速带转速负反馈的调压调速l例例8-8：Y280S-4三相异步电动机三相异步电动机PN75kW，UN 380V （接），（接）， nN1480rmin，km 2.2，保持额定负载，采用调压调速，求，保持额定负载，采用调压调速，求UN 0.8 UN 时的转速。时的转速。l解：解：0133. 015001480150011 nnnsNN 0553. 012 . 22 . 20133. 0122 mkkssmNmNNmmmNNmTTkTTUUT408. 164. 064. 08 . 02 023. 01408. 1408. 10533. 0122 NmN

10、mmTTTTss0553. 0 mmss因，因， min/1465023. 01150011rsnn 8.4.4.1 绕线异步电动机绕线异步电动机 转子串电阻调速转子串电阻调速sm2n1R2smsm1nRs1+R2Rs2+R2TmTeTLTm常数常数 sRRsRs22eeCumesPPsPPP12l例例8-5：绕线式：绕线式YR280-4异步电动机异步电动机PN75kw，nN1480rmin， U1N 380V()， km 3， E2N 354V， I2N 128A，求，求(1)转子串转子串0.1电阻时的转速。电阻时的转速。 (2)转速为转速为1000r/min时，转子串的电阻。时，转子串的电

11、阻。l解：解： 0133. 0150014801500111 nnnsNCsRRsRsN 22带带恒恒转转矩矩负负载载时时， 0212. 012833540133. 03222NNNIEsR min/1386076. 01150011rsnn 076. 00133. 00212. 01 . 00212. 022 NssRRRs 3333. 0150010001500211 nnns 5088. 00212. 010133. 03333. 012RssRNs8.4.4.2 绕线异步电动机串级调速绕线异步电动机串级调速 在绕线式转子串一个频率与转子频率在绕线式转子串一个频率与转子频率f 2相同，相

12、位既可与转子相同，相位既可与转子电势电势E2s相同，也可反相的附加电势相同，也可反相的附加电势Ead 来减少输出机械功率，达到来减少输出机械功率，达到降速目的，称为串级调速。降速目的，称为串级调速。 22222222sEEsXREIsss ， 22cos ICTmTe 222222cos sXRR 222222 sXREEIadss 串入附加电势：串入附加电势：8.4.5 电磁调速电动机电磁调速电动机由鼠笼三相异步电机，由鼠笼三相异步电机，电磁转差离合器，测电磁转差离合器，测速发电机和控制装置速发电机和控制装置组成。组成。一、电动运转状态一、电动运转状态8.5 异步电动机的制动异步电动机的制动

13、 制动状态：三相异步电动机的电磁转矩制动状态：三相异步电动机的电磁转矩T为制动性为制动性的，与转速的，与转速n方向相反。方向相反。 制动方法：回馈制动、反接制动、倒拉反转、能耗制动方法：回馈制动、反接制动、倒拉反转、能耗制动和软制动，其相应的运行状态为回馈制动状态、反制动和软制动，其相应的运行状态为回馈制动状态、反接制动状态、倒拉反转运转运行状态和能耗制动状态。接制动状态、倒拉反转运转运行状态和能耗制动状态。8.5.1 回馈制动：回馈制动： n n1，s = ( n1- n )/ n1 90， P1 = m1U1I1cos1 0，电动机将电能回馈电网。电动机将电能回馈电网。转子电流的有功分量改

14、变了方向，转子电流的有功分量改变了方向，故故T Te e = C = CT Tm m I I2 2coscos 2 2 1s 1，P P2 2 为负值，即电动机由轴上输入机械功率。为负值，即电动机由轴上输入机械功率。反接制动时能量损耗极大。反接制动时能量损耗极大。sRRI3Pf222e )s1(PPe2 2e2e2PPPPP 转子电路的损耗为：转子电路的损耗为：用于稳定下放位能性负载。用于稳定下放位能性负载。例例8-12绕线式三相异步电动机绕线式三相异步电动机PN30 kw，UN380V， km3， nN730r/min，E2N390V，I2N50A。如果该电动机拖动位能性负。如果该电动机拖动

15、位能性负裁裁TL 0.8TN，当重物下放时，要求转速为，当重物下放时，要求转速为500rmin，求转子每，求转子每相应串多大电阻相应串多大电阻? 串入串入3.2电阻，转速为多少，何状态？串入电阻，转速为多少，何状态？串入6.2电阻，转速为多少，何状态？电阻，转速为多少，何状态？0266. 075073075011 nnnsNN解：解： 12. 05030266. 03903222NNNIsER 1550. 01330266. 0122 mmNmkkssNeLTTT8 . 0 6667. 1750500750min/500111 nnnsr倒倒拉拉反反转转时时： 电电动动时时的的转转差差率率：1

16、021. 018 . 038 . 03155. 0122 LmLmmTTTTss 4 . 912. 010210. 06667. 1121RssRb 581. 0021. 012. 02 . 312. 02222 sRRRsb 106. 1021. 012. 02 . 612. 03223 sRRRsb min/314581. 017501212rsnn min/5 .79106. 117501313rsnn 提升状态提升状态下放状态下放状态1nnnnnns0000 在电动机稳态运行时，突然改变异步电动机的三相电源相序，定子的旋在电动机稳态运行时，突然改变异步电动机的三相电源相序，定子的旋转磁

17、场反向，由于机械惯性，转子不会立即换向，而转子感应电动势和电流转磁场反向，由于机械惯性，转子不会立即换向，而转子感应电动势和电流反向，电磁转矩也反向，产生制动作用。反向，电磁转矩也反向，产生制动作用。03222 srIPe013222 RssIPm Pm0，电动机轴，电动机轴上是输入机械功率，上是输入机械功率，PM0，定子向转子传递，定子向转子传递电磁功率。转子回路消电磁功率。转子回路消耗从定子传到转子的电耗从定子传到转子的电磁功率和由负载输入的磁功率和由负载输入的机械功率，能耗很大。机械功率，能耗很大。 电动机稳定运行在电动机稳定运行在A点，电源相序改变时，由于机械惯性，制动开始转速来不及点

18、，电源相序改变时，由于机械惯性，制动开始转速来不及变化，变化，A点平移到点平移到B点，转矩为制动性负值，使电机沿曲线点，转矩为制动性负值，使电机沿曲线2减速，直至减速，直至C点点(n0)，切断电源，电机停转。，切断电源，电机停转。特点：应用于快速制动停车的场合，但不易实现特点：应用于快速制动停车的场合，但不易实现准确停车，需用控制装置在转速接近于零时切断准确停车，需用控制装置在转速接近于零时切断电源。也适用于频繁正、反转的生产机械。电源。也适用于频繁正、反转的生产机械。 反接制动时，为了防止电机电流过大，在转反接制动时，为了防止电机电流过大，在转子回路外串制动电阻，其电阻比转子本身的大得子回路

19、外串制动电阻，其电阻比转子本身的大得多，热量在外散热。其反接制动的特性为曲线多，热量在外散热。其反接制动的特性为曲线3，制动过程为制动过程为BC段。为保持较大的制动转矩，可段。为保持较大的制动转矩，可采用分级切除外串大电阻的分级制动方式。采用分级切除外串大电阻的分级制动方式。 如果不切断电源，电动机将反向起动。若负如果不切断电源，电动机将反向起动。若负载为反抗性负载，电动机反转，一直加速到载为反抗性负载，电动机反转，一直加速到D点，点，电机的转矩与负载转矩平衡，进入反向电动状态。电机的转矩与负载转矩平衡，进入反向电动状态。 如果电机在位能性负载的拖动下，一直反向加速如果电机在位能性负载的拖动下

20、，一直反向加速到到E点，达到转矩平衡点，达到转矩平衡T；电机转速高于同步转速，；电机转速高于同步转速，处于反向回馈制动状态。处于反向回馈制动状态。BC反反接制接制动状动状态态例例8-11 绕线式绕线式YR280M-8三相异步电动机三相异步电动机PN45 kw，UN380V， km2.4， nN735r/min，E2N359V，I2N76A。要求反接制动，。要求反接制动，开始制动转矩为开始制动转矩为2TN，求转子需串入多大电阻，求转子需串入多大电阻?02. 075073575011 nnnsNN解：解： 0545. 076335902. 03222NNNIEsR 0916. 014 . 24 .

21、 202. 0122 mmNmkkss旋旋转转磁磁场场反反向向。时时，转转速速来来不不及及变变化化，当当NLTT2 98. 175073575011 nnnsN 14. 20545. 010916. 00626. 112RssRmmb689. 3124 . 224 . 298. 1122 LmLmmTTTTss8.5.3 能耗制动能耗制动制动制动后后制动制动前前 把异步电动机的定子绕组从交流把异步电动机的定子绕组从交流电源上切断，并立即按一定接线方式电源上切断，并立即按一定接线方式把它接到直流电源上，此时电动机也把它接到直流电源上，此时电动机也处于制动状态。处于制动状态。将定子两相通直流电流，

22、建立一个恒将定子两相通直流电流，建立一个恒定磁场。转子因惯性旋转，其导体切定磁场。转子因惯性旋转，其导体切割恒定磁场产生感应电动势和电流，割恒定磁场产生感应电动势和电流，建立电磁转矩，转矩方向与转子旋转建立电磁转矩，转矩方向与转子旋转方向相反，起制动作用。在制动过程方向相反，起制动作用。在制动过程中，电机转速不断下降，电机将吸收中，电机转速不断下降，电机将吸收机械能转换成电能消耗在转子电阻上。机械能转换成电能消耗在转子电阻上。能耗制动时的机械特性持点：能耗制动时的机械特性持点： (1)机械特性曲线过机械特性曲线过 T-n 坐标的原点；坐标的原点； (2)当通入定子直流电流大小不变，其最大当通入定子直流电流大小不变，其最大转矩转矩Tm不变，如果转子回路电阻增大，则最不变，如果转子回路电阻增大，则最大转矩对应的转速增加。曲线大转矩对应的