第9章三相异步电动机的电力拖动

1、Page 1 第第 9 章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动Page 2本章教学基本要求本章教学基本要求1.掌握三相异步电动机机械特性的三种表达式掌握三相异步电动机机械特性的三种表达式（物理表达式、参数表达式、实用表达式）；（物理表达式、参数表达式、实用表达式）；2.掌握三相异步电动机启动掌握三相异步电动机启动、制动制动、调速的不同调速的不同方法及特点；方法及特点；3.通过实例了解三相异步电动机电力拖动在实际通过实例了解三相异步电动机电力拖动在实际中的应用。中的应用。 Page 3重点重点实用表达式在工程中的应用实用表达式在工程中的应用: :(1)(1)三相异步电动机能否直接

2、启动的判断及启动电三相异步电动机能否直接启动的判断及启动电抗器、启动电阻的计算；抗器、启动电阻的计算；(2)(2)三相异步电动机的制动方式、制动电阻的计算；三相异步电动机的制动方式、制动电阻的计算；(3)(3)三相异步电动机的调速方式及特点。三相异步电动机的调速方式及特点。 Page 46.1 6.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性6.1.1 6.1.1 机械特性的物理表达式机械特性的物理表达式 22cosTmTCI 三相异步电动机的转矩系数；三相异步电动机的转矩系数； 三相异步电动机气隙每极磁通量；三相异步电动机气隙每极磁通量； 转子电流折算值；转子电流折算值； 转子电路的

3、功率因数；转子电路的功率因数； (6-1) (6-1) TCm2I2cos 电动机的电磁转矩与气隙磁通和转子电流有功分电动机的电磁转矩与气隙磁通和转子电流有功分量的乘积成正比，这一表达式又称为三相异步电动机量的乘积成正比，这一表达式又称为三相异步电动机的物理表达式。该表达式适用于对三相异步电动机运的物理表达式。该表达式适用于对三相异步电动机运行进行定性分析。行进行定性分析。Page 56.1 6.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性Page 66.1.2 6.1.2 机械特性的参数表达式机械特性的参数表达式 6.1 6.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 1.

4、 1.参数表达式的推导参数表达式的推导 2223emrPIs22122112)()(xxsrrUI2222122211112123/3/22()() emPI rspU rsTffrr sxxp(6-2)(6-2)(6-3)(6-3)(6-4)(6-4)参数表达式参数表达式Page 76.1 6.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性图6-2 由参数表达式绘制三相异步电动机机械特性曲线 Page 86.1 6.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 式（式（6-46-4）对）对s求导求导,令令dT/ds=0 临界转差率临界转差率(breakdown slip) 三相

5、异步电机的最大转矩：三相异步电机的最大转矩： 221212)(xxrrsm (6-5) (6-5)(43221211121xxrrfpUTm (6-6) (6-6)Page 96.1 6.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 2. 2.固有机械特性：固有机械特性： 三相异步电动机的固有机械特性是指定子在三相异步电动机的固有机械特性是指定子在额定电压、额定频率下、按规定的接线方式接线，额定电压、额定频率下、按规定的接线方式接线，定子、转子回路不外接电阻（电容或电感）时，所定子、转子回路不外接电阻（电容或电感）时，所获得的机械特性曲线。获得的机械特性曲线。 Page 106.1 6

6、.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性图6-3 三相异步电动机固有机械特性 同步转速点同步转速点 A0, 0,1Tsnn额定运行点额定运行点 BNNNTTssnn,最大转矩点最大转矩点C C )1 (,1mmmsnnssTT启动点启动点D D sTTsn, 1, 0)()(2322122112221xxrrfrpUTsPage 116.1 6.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 3. 3.人为机械特性人为机械特性 人为机械特性是指人为地改变三相异步电动人为机械特性是指人为地改变三相异步电动机的某些参数或电源参数所得到的机械特性。机的某些参数或电源参数所得到的机

7、械特性。 (1)(1)降低定子回路端电压降低定子回路端电压(2)(2)转子回路串联对称电阻转子回路串联对称电阻(3)(3)定子回路串联对称电抗或电阻定子回路串联对称电抗或电阻 Page 126.1 6.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 6.1.3 6.1.3 机械特性的实用表达式机械特性的实用表达式 用式（用式（6-46-4）除以式（）除以式（6-66-6），得到），得到（6-116-11）由式（由式（6-56-5）可得）可得 （6-126-12）由式（由式（6-116-11）及式（）及式（6-126-12）得）得 （6-16-13 3） 2212212212112)()(

8、)(2xxsrrxxrrsrTTm221212)(xxrsrmmmmmmsrrsssssrrTT2121222Page 136.1 6.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性2 . 01 . 0ms4 . 02 . 0221msrr2ssssmm通常通常所以所以 忽略忽略 msrr212（6-13）式化简为实用表达式式化简为实用表达式 ssssTTmmm2（6-146-14） mTms只要求出 和 就可求出任一转差率s下的转矩T，并画出三相异步电动机的机械特性曲线mTmsPage 146.1 6.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 通常三相异步电动机额定转差率通

9、常三相异步电动机额定转差率sN=0.010.05 电动机工作于额定负载范围内时电动机工作于额定负载范围内时0ssN 此时此时 忽略式中忽略式中 ，实用表达式简化为：，实用表达式简化为： ssssmmmssssTTmm2（6-15） 临界转差率为临界转差率为 Nmmss2（6-16） 过载倍数过载倍数 NmmTT（6-17） Page 156.2 6.2 三相三相异步电动机异步电动机的启动的启动 启动是指电动机从静止状态开始转动直到某一启动是指电动机从静止状态开始转动直到某一转速稳定运行的过程。三相异步电动机直接启动是转速稳定运行的过程。三相异步电动机直接启动是指电动机加额定电压，定子、转子回路

10、不串任何电指电动机加额定电压，定子、转子回路不串任何电器元件时的启动。器元件时的启动。 三相异步电动机直接启动的问题：三相异步电动机直接启动的问题： (1) (1)启动电流大启动电流大 (2) (2)启动时功率因数低启动时功率因数低 (3) (3)启动转矩小启动转矩小 Page 166.2 6.2 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动 6.2.1 6.2.1笼型异步电动机的启动笼型异步电动机的启动 1.1.定子串接电阻或电抗器启动定子串接电阻或电抗器启动 1) 1)接线图接线图 图6-4 鼠笼式异步电动机串电抗器起动Page 176.2 6.2 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动 2

11、) 2)启动转矩和启动电流启动转矩和启动电流 图图6-5 6-5 直接启动等效电路直接启动等效电路 图图6-6 6-6 串电抗器启动等效电路串电抗器启动等效电路 21rrrK21xxxK)(11KKsxXjrIU)(11KKsjxrIUKKKjxrzKKzx9 . 0 近似将近似将ZK 看成电抗性质，看成电抗性质，将将ZK 的模与的模与X 直接相加直接相加uXZZUUIIKKSS112211)()(uXZZUUTTKKSS（6-22） （6-22） Page 186.2 6.2 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动n3)3)电抗器的计算电抗器的计算 uXZZKKKKzuXuzKzuuX1(

12、6-24)(6-24) 式中短路阻抗式中短路阻抗 NINsNKIKUIUz33（定子绕组（定子绕组Y Y接法）接法） NINsNKIKUIUz33/（定子绕组接法）（定子绕组接法） 启动电流倍数启动电流倍数 NsIIIK Page 196.2 6.2 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动 定子串电抗启动定子串电抗启动 降低了启动电流降低了启动电流 减小了对供电变压器的冲击减小了对供电变压器的冲击 然而启动转矩下降更多然而启动转矩下降更多 因此，定子串电抗降压启动只适用于电动机空载或因此，定子串电抗降压启动只适用于电动机空载或轻载启动。轻载启动。Page 206.2 6.2 三相异步电动机的

13、启动三相异步电动机的启动 2.Y-启动启动 1) 接线图接线图 图图6-7 Y-启动原理启动原理 2）启动电流和启动转矩）启动电流和启动转矩 电动机定子每相绕组阻抗为Z 直接启动时直接启动时 ZUIs13电动机定子绕组接成电动机定子绕组接成Y Y形时形时 启动电流启动电流 sYsIZUZUI31331311（6-25） 启动转矩启动转矩 sYsTUUT31)3(211（6-26） Page 216.2 6.2 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动 Y- Y-降压启动时降压启动时 启动电流降低为直接启动的启动电流降低为直接启动的1/31/3 启动转矩也降低为直接启动的启动转矩也降低为直接启动

14、的1/31/3 这种方法设备简单，价格便宜这种方法设备简单，价格便宜 但是只有一种启动电压但是只有一种启动电压 只适用于轻载或空载的场合，且电动机正常运行只适用于轻载或空载的场合，且电动机正常运行 时为接法。时为接法。 Page 226.2 6.2 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动 3.自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动 1)接线图接线图 “运行”FUSQ3MTK“起动”图图6-8 6-8 自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动 Page 236.2 6.2 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动2)启动电流和启动转矩启动电流和启动转矩 图图6-9 6-9 自耦变压器降压自耦变压器降

15、压启动一相电路图启动一相电路图 原副边绕组匝数比原副边绕组匝数比: : 121NNkkNNUUIINss112 kNNUUN112kNNIIss112 22121kNNIIss221221kNNUUTTNssPage 246.2 6.2 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动采用自耦变压器降压启动采用自耦变压器降压启动 启动电压降低为启动电压降低为1/k倍倍 原边启动电流和电动机启动转矩降低为原边启动电流和电动机启动转矩降低为1/k2倍。倍。 比起比起Y-启动更加灵活启动更加灵活 但自耦变压器体积大，价格高，不能带重载启动但自耦变压器体积大，价格高，不能带重载启动 Page 256.2 6.

16、2 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动 4.延边三角形降压启动延边三角形降压启动 ( (a)a)直接启动直接启动 ( (b)b)延边三角形启动延边三角形启动 图图6-10 6-10 自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动 由于鼠笼式异步电动机采用延边三角形启动，由于鼠笼式异步电动机采用延边三角形启动，启动绕组需专门设计，同时，制成后的抽头不能随启动绕组需专门设计，同时，制成后的抽头不能随意变动，因此限制了延边三角形启动方法的应用。意变动，因此限制了延边三角形启动方法的应用。 Page 266.2 6.2 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动6.2.2 绕线式异步电动机的启动绕线式异步电

17、动机的启动 绕线式异步电动机绕线式异步电动机(wound rotor motors)转转子回路可以通过串入三相对称电阻启动，以限制子回路可以通过串入三相对称电阻启动，以限制启动电流并增大电动机的启动转矩。启动电流并增大电动机的启动转矩。 1)转子串频敏变阻器启动转子串频敏变阻器启动2)转子串电阻分级启动转子串电阻分级启动 Page 276.2 6.2 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动 1.转子串电阻分级启动转子串电阻分级启动 1)接线图接线图 3MR R RK1K1K2K2（a a）接线图接线图 （b b）机械特性机械特性图图6-11 6-11 绕线式三相异步电动机转子串电阻分级启动绕

18、线式三相异步电动机转子串电阻分级启动Page 286.2 6.2 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动 2)启动电阻的计算启动电阻的计算 21122121,TTRRTTrR， (6-29) 211TTRRmm令令T1/T2=a为启动转矩比为启动转矩比 aRRRRrRmm11221.(6-30) 启动时各级电阻为启动时各级电阻为 21221221raaRRraaRRarRmmm(6-31) Page 296.2 6.2 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动 由图由图6-11(6-11(b)b)可知，当可知，当T=T1时时 或或21021aTsTTsTsrRaNNNNmmmNNTsTa11

19、2mNNTsTa(6-34) (6-35) Page 306.2 6.2 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动 绕线式三相异步电动机转子绕组串电阻分级启动绕线式三相异步电动机转子绕组串电阻分级启动特点：可得到最大的启动转矩，但启动设备复杂、操特点：可得到最大的启动转矩，但启动设备复杂、操作维修不便，特别是大容量电机，转子电流大，切换作维修不便，特别是大容量电机，转子电流大，切换电阻时转矩变化大，对机械传动机构冲击大，同时需电阻时转矩变化大，对机械传动机构冲击大，同时需要较多的电阻器、开关元件等，设备投资大。要较多的电阻器、开关元件等，设备投资大。 Page 316.2 6.2 三相异步电动

20、机的启动三相异步电动机的启动 2.转子串频敏变阻器启动转子串频敏变阻器启动 3MK1K1图图6-12 6-12 绕线式三相异步电动机转子串频敏变阻器启动绕线式三相异步电动机转子串频敏变阻器启动 Page 326.2 6.2 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动（a a）串频敏变阻器结构图串频敏变阻器结构图 （b b）串频敏变阻器单相等效电路图串频敏变阻器单相等效电路图 图图6-13 6-13 频敏变阻器频敏变阻器 线绕式异步电动机转子串频敏变阻器启动具有线绕式异步电动机转子串频敏变阻器启动具有结构简单、运行可靠、价格便宜、维护方便，能自结构简单、运行可靠、价格便宜、维护方便，能自动操作等优

21、点，因此目前获得了十分广泛的应用动操作等优点，因此目前获得了十分广泛的应用 Page 336.2 6.2 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动 6.2.3 特殊型式笼型异步电动机特殊型式笼型异步电动机(high slip induction motor)的启动的启动 对于鼠笼式电动机，人们则从改造转子槽形入对于鼠笼式电动机，人们则从改造转子槽形入手，利用手，利用“集肤集肤”效应，使转子电阻随转子频率变效应，使转子电阻随转子频率变化，不仅改善了电动机的启动性能，也具有普通异化，不仅改善了电动机的启动性能，也具有普通异步电机高效率的优点。步电机高效率的优点。 高转子电阻值鼠笼式异步电动机高转子

22、电阻值鼠笼式异步电动机 深槽式鼠笼异步电动机深槽式鼠笼异步电动机 双鼠笼异步电动机双鼠笼异步电动机 Page 346.2 6.2 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动 6.2.4 异步电动机的软启动异步电动机的软启动* * * 1.异步电动机软启动工作原理异步电动机软启动工作原理 3MKM电流检测电压检测触发电路控制电路触发信号图图6-17 电动机软启动控制框图电动机软启动控制框图 主电路由主电路由6只反只反并联晶闸管组成，通并联晶闸管组成，通过控制电路控制触发过控制电路控制触发脉冲的触发角，从而脉冲的触发角，从而控制晶闸管的导通角，控制晶闸管的导通角，控制软启动器输出电控制软启动器输出电

23、压，使电动机的启动压，使电动机的启动电流按要求的规律变电流按要求的规律变化化 Page 356.2 6.2 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动 2.软启动的主要启动方式软启动的主要启动方式 1)斜坡电压软启动斜坡电压软启动(voltage ramp start) 2)恒流软启动恒流软启动(current limit start) 图图6-19 斜坡电压软启动斜坡电压软启动图图6-20 恒流软启动恒流软启动Page 366.2 6.2 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动 3)斜坡恒流软启动斜坡恒流软启动(current ramp start) 4)脉冲恒流软启动脉冲恒流软启动(kic

24、k start) 图图6-21 斜坡恒流软启动斜坡恒流软启动图图6-22 脉冲恒流软启动脉冲恒流软启动Page 376.2 6.2 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动 3.异步电动机软启动的特点异步电动机软启动的特点 优点：优点： 1)启动电流小，对电网无冲击电流，减小负载的启动电流小，对电网无冲击电流，减小负载的机械冲击；机械冲击； 2)启动电压及其上升斜率、启动时间可根据负载启动电压及其上升斜率、启动时间可根据负载进行调节，实现电机平稳启动；进行调节，实现电机平稳启动； 3)可实现电动机软停车、软制动以及短路保护、可实现电动机软停车、软制动以及短路保护、缺相保护、过热保护、欠压保护等

25、；缺相保护、过热保护、欠压保护等； 4)电动机轻载或空载时，输出电压能随负载而变化电动机轻载或空载时，输出电压能随负载而变化，实现节能运行；，实现节能运行；Page 386.2 6.2 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动 缺点：缺点： 1)启动过程中的谐波对电网产生影响。启动过程中的谐波对电网产生影响。 2)当重载或满负荷运转时，启动转矩大于额定转当重载或满负荷运转时，启动转矩大于额定转矩矩60%的拖动系统，启动电流大，软启动器容量的拖动系统，启动电流大，软启动器容量大，成本高。大，成本高。 Page 396.3 6.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 当电动机的电磁转矩当电动

26、机的电磁转矩T的方向与转速的方向相的方向与转速的方向相反时，电动机处于制动状态。其目的是使电动机转反时，电动机处于制动状态。其目的是使电动机转速从某一稳定转速迅速降为零（停车）或使电动机速从某一稳定转速迅速降为零（停车）或使电动机产生制动转矩与负载转矩相平衡，使电动机的下降产生制动转矩与负载转矩相平衡，使电动机的下降转速保持恒定转速保持恒定 三相异步电动机的制动方法三相异步电动机的制动方法: : 1)能耗制动能耗制动 2)反接制动反接制动 3)回馈制动回馈制动 Page 406.3 6.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 6.3.1反接制动反接制动(plug braking) 异步电

27、动机的反接制动分为定子电源反接的反异步电动机的反接制动分为定子电源反接的反接制动以及倒拉反接制动两种接制动以及倒拉反接制动两种1.定子电源反接的反接制动定子电源反接的反接制动 1)反接制动原理反接制动原理 3MRK1K2图图6-23 6-23 定子电源反接的反接制动定子电源反接的反接制动 Page 416.3 6.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动1 正常运行；正常运行； 2 定子电源反接制动；定子电源反接制动； 图图6-24 反接制动的机械特性反接制动的机械特性 111nnns 电动机向负载输入机械功率 0P 电动机向电源吸收电功率 0MP111nnns 电动机向电源吸收电功率 0

28、MP 负载向电动机输入机械功率 0PPage 426.3 6.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 3)反接制动电阻的计算反接制动电阻的计算 1 1）定子电源反接制动时，转子输入机械功率而转换）定子电源反接制动时，转子输入机械功率而转换成的电功率和从电源输入的电功率都消耗在转子电成的电功率和从电源输入的电功率都消耗在转子电路的电阻上，因此，电机转子回路必须串入较大电路的电阻上，因此，电机转子回路必须串入较大电阻，以防止电机转子绕组因过热而烧毁。阻，以防止电机转子绕组因过热而烧毁。 2 2）反接制动电阻根据所要求的最大制动转矩进行，）反接制动电阻根据所要求的最大制动转矩进行，并利用实用表

29、达式进行计算并利用实用表达式进行计算 Page 436.3 6.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 2.倒拉反接制动倒拉反接制动 K1TRnLGT3Mv图图6-25 倒拉反接制动倒拉反接制动 1：正常运行；：正常运行； 2：转子回路串入较大电阻：转子回路串入较大电阻 图图6-26 机械特性机械特性 Page 446.3 6.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 6.3.2回馈制动回馈制动(regenerative braking) K2K1RTn1TLnG图图6-27 下放重物时的回馈制动下放重物时的回馈制动 Page 456.3 6.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的

30、制动1 1正常运行；正常运行；2 2负相序固有机械特性；负相序固有机械特性；3 3负相序转子回路串电阻回馈制动；负相序转子回路串电阻回馈制动； 图图 6-28 6-28 机械特性机械特性 R当转子回路未串电阻时，稳定下放重物工作点为负相序固有机械特性曲线F点；转子回路串入电阻时，稳定下放重物的转速绝对值增大，见图中E点Page 466.3 6.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 6.3.3 能耗制动能耗制动（dynamic braking） 1. 1.能耗制动原理能耗制动原理 3MRK1RpI_U_-+K2SNnT图图6-29 6-29 能耗制动接线图能耗制动接线图 图图6-30 6

31、-30 能耗制动原理图能耗制动原理图 Page 476.3 6.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 2.机械特性分析机械特性分析 异步电动机能耗制动的机械特性表达式异步电动机能耗制动的机械特性表达式 图图6-31 6-31 能耗制动等值电路能耗制动等值电路 22221222112221)(236023xxsrfsrxpInsrIPTmvvmvM(6-40)(6-40)Page 486.3 6.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 对式（对式（6-406-40）微分，并使）微分，并使dT/dsv=0 (6-41)(6-41) )(4321221xxfxpITmmmT22xxrs

32、mvmPage 496.3 6.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动图图6-33 异步电动机能耗制动异步电动机能耗制动 机械特性机械特性 能耗制动时，适当选择能耗制动时，适当选择直流励磁电流的大小，即可直流励磁电流的大小，即可得到较大的制动转矩，又不得到较大的制动转矩，又不致使定子、转子的电流过大。致使定子、转子的电流过大。 改变直流励磁电流的大小，即可改变最大转矩，改变制动时间的大小，见曲线2、3； 改变转子电路的电阻大小，也可改变制动转差率的大小，见曲线1、2。Page 506.3 6.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 6.3.4 异步电动机的软制动和软停车异步电动机的

33、软制动和软停车* * * 1.异步电动机的软停车异步电动机的软停车 软停车控制原理与软启动原理类似，停车时，软停车控制原理与软启动原理类似，停车时，控制晶闸管触发角以控制电压逐渐减小，如图控制晶闸管触发角以控制电压逐渐减小，如图6-34，软停车时间可根据具体机械设备进行调整，一般，软停车时间可根据具体机械设备进行调整，一般可在范围进行预先设定可在范围进行预先设定 Page 516.3 6.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动图图6-34 软停车电压控制软停车电压控制 图图6-35 软启动及软停车电压、软启动及软停车电压、转速特性曲线转速特性曲线 Page 526.3 6.3 三相异步电

34、动机的制动三相异步电动机的制动 2.异步电动机的软制动异步电动机的软制动 动（动（DC 制动）制动） 自由停车自由停车 软停车软停车 图图6-36 停车速度变化曲线停车速度变化曲线 Page 536.46.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 )1 (60)1 (11spfsnn 三相异步电动机的调速方法：三相异步电动机的调速方法： (1)改变转差率调速，包括改变定子电压调速、电改变转差率调速，包括改变定子电压调速、电磁离合器调速、转子回路串电阻调速、串级调速；磁离合器调速、转子回路串电阻调速、串级调速； (2)改变电动机定子极对数，变极调速；改变电动机定子极对数，变极调速； (3)改变

35、定子电源频率，变频调速。改变定子电源频率，变频调速。 Page 546.46.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 6.4.1 三相异步电动机的变极调速三相异步电动机的变极调速 1.变极原理变极原理 当转差率及电动机电源频率不变时，改变异步当转差率及电动机电源频率不变时，改变异步电动机的定子绕组的极对数电动机的定子绕组的极对数p可以改变电动机的同可以改变电动机的同步转速及在一定负载下的稳定运行转速。步转速及在一定负载下的稳定运行转速。 Page 556.46.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速（a a） (b) (c) (b) (c) 图图6-37 6-37 定子绕组变极原理图定

36、子绕组变极原理图 42p22p22p 三相鼠笼式异步电动机的定子绕组，若把每相三相鼠笼式异步电动机的定子绕组，若把每相绕组中一半线圈的电流改变方向，即半相绕组反向，绕组中一半线圈的电流改变方向，即半相绕组反向，则可成倍地改变定子极对数，同时成倍改变同步转则可成倍地改变定子极对数，同时成倍改变同步转速，实现电动机的调速。速，实现电动机的调速。 Page 566.46.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 2. Y-YY Y-YY接法及接法及- -YYYY接法接法 图图6-386-38异步电动机异步电动机Y-YYY-YY接线图接线图 图图6-396-39异步电动机异步电动机- -YYYY接线

37、图接线图 （a a）Y Y接法接法 （b b）YYYY接法接法 （a a）接法接法 （b b）YYYY接法接法 Page 576.46.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速1)Y-YY调速调速 变极后相电压变极后相电压 临界转差率临界转差率 最大转矩最大转矩 启动转矩启动转矩 111UUUYYYmYmYYsxxrrs221212)44()4(4mYmYYTxxrrUfpmT2)44()4(4 222221112111sYsYYTxxrrrUfpmT2)4()4(42222122122111Page 586.46.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速2)- -YYYY调速调速变极后相

38、电压变极后相电压 临界转差率临界转差率 最大转矩最大转矩 启动转矩启动转矩 3311UUUNYYmmYYsxxrrs221212)44()4(4mNmYYTxxrrUfpmT32)44()4(4 2)3(2222111211sNsYYTxxrrrUfpmT32)4()4(4)3(222212212211Page 596.46.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 （a a）Y-YYY-YY接法接法 （b b）-YY-YY接法接法图图6-40 6-40 变极调速机械特性变极调速机械特性 变极调速具有设备简单、机械特性较硬、操作变极调速具有设备简单、机械特性较硬、操作方便、效率高等优点，但属

39、有级调速，平滑性较差，方便、效率高等优点，但属有级调速，平滑性较差，调速范围不大调速范围不大 。Page 606.46.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速6.4.2 降低定子电压的调速降低定子电压的调速 1 1：恒转矩负载；：恒转矩负载； 2 2：泵类负载；：泵类负载； 图图6-416-41降低定子电压调速降低定子电压调速 三相异步电动机降低定子电源电压的人为机械特三相异步电动机降低定子电源电压的人为机械特性是同步转速不变，临界转差率不变，最大电磁转矩性是同步转速不变，临界转差率不变，最大电磁转矩与电源电压的平方成比例变化的一组曲线。与电源电压的平方成比例变化的一组曲线。 Page 6

40、16.46.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 （a a）原理框图原理框图 （b b）机械特性机械特性 图图6-43 6-43 转速负反馈降压调速闭环控制系统转速负反馈降压调速闭环控制系统 为了既能满足静差率、调速范围的要求，克服为了既能满足静差率、调速范围的要求，克服硬度低和过载能力差的问题，可采用转速负反馈降硬度低和过载能力差的问题，可采用转速负反馈降压调速闭环控制系统压调速闭环控制系统 Page 626.46.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速n6.4.3 三相异步电动机的变频调速三相异步电动机的变频调速 当极对数不变，转差率变化不大当极对数不变，转差率变化不大nfnf1

41、 1，因因此连续改变三相异步电动机电源频率可实现对三此连续改变三相异步电动机电源频率可实现对三相异步电动机的平滑调速。相异步电动机的平滑调速。 )1 (601spfn 变频调速包括从基频向下变频调速和从基变频调速包括从基频向下变频调速和从基频向上变频调速两种情况。频向上变频调速两种情况。 Page 636.46.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 1.从基频向下变频调速从基频向下变频调速 降低定子电源频率时，保持降低定子电源频率时，保持E1 /f1或或U1 /f1 为为常数，则气隙每极磁通常数，则气隙每极磁通m m为常数，防止了磁路的为常数，防止了磁路的过饱和。过饱和。 2222111

42、11222221211211122()()2rrm pUfm p UssTrfrrxxfrxxss（6-426-42） Page 646.46.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 式式（6-42）对对s求导，令求导，令dT/ds=0 最大转矩最大转矩（6-436-43） 临界转差率临界转差率 （6-446-44） 221211121112212111211)(221221xxrrffUpmxxrrfpUmTm221212)(21xxrrsmPage 656.46.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 2.从基频向上变频调速从基频向上变频调速 由于电动机的电源电压不得高于其额定电压

43、，由于电动机的电源电压不得高于其额定电压，因此，从基频向上升高频率调速时，只能保持因此，从基频向上升高频率调速时，只能保持U1=UN电压不变。随着频率电压不变。随着频率f1的升高，气隙每极磁的升高，气隙每极磁通通m m降低，是一种降低磁通升速的方法。降低，是一种降低磁通升速的方法。 221221122112xxsrrfsrpUmT（6-456-45）Page 666.46.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 最大转矩最大转矩 （6-466-46） 临界转差率临界转差率 （6-476-47） 2121121122121112111221221fxxfpUmxxrrfpUmTm121222

44、12121)(fxxrxxrrsmPage 676.46.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速恒转矩调速恒转矩调速恒功率调速恒功率调速Page 686.46.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 3.变频调速的特点变频调速的特点 1) 1)变频调速具有转差功率损耗小，效率高，节能；变频调速具有转差功率损耗小，效率高，节能； 2) 2)静差率小，调速范围广，可实现平滑调速，稳定静差率小，调速范围广，可实现平滑调速，稳定性高；性高； 3) 3)从基频向下调速为恒转矩调速方式，从基频向上从基频向下调速为恒转矩调速方式，从基频向上调速近似为恒功率调速方式等特点。调速近似为恒功率调速方式等特

45、点。 Page 696.46.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 6.4.4 绕线转子串电阻的调速绕线转子串电阻的调速 图图6-45 6-45 绕线式异步电动机转子串电阻调速绕线式异步电动机转子串电阻调速 转子回路串入电阻增大（ R1R2R3）电机的转差率越大（ sAsBsC ） 电机转速越低。Page 706.46.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 绕线式异步电动机转子串电阻调速属于恒转矩绕线式异步电动机转子串电阻调速属于恒转矩调速，具有调速方法简单，设备简单，初期投资少调速，具有调速方法简单，设备简单，初期投资少等优点，但为有极调速，调速平滑性差，随着转子等优点，但为有极

46、调速，调速平滑性差，随着转子电阻的增大，机械特性变软，不能满足静差率及调电阻的增大，机械特性变软，不能满足静差率及调速范围的要求，尤其空载或轻载调速时，调速范围速范围的要求，尤其空载或轻载调速时，调速范围更小，低速时转差率大，大量的转差功率在转子回更小，低速时转差率大，大量的转差功率在转子回路电阻上消耗，效率低，经济性差。路电阻上消耗，效率低，经济性差。 Page 716.46.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 6.4.5 绕线式异步电动机的串级调速绕线式异步电动机的串级调速 1.串级调速原理串级调速原理 绕线式异步电绕线式异步电动机的串级调速则动机的串级调速则是在转子回路串入是在转

47、子回路串入一个与转子电势频一个与转子电势频率相同、相位相同率相同、相位相同或相反的外加电势，或相反的外加电势，对转差功率加以吸对转差功率加以吸收，实现调速和节收，实现调速和节能。能。K1I2U2E2s= Es2M3图图6-46 6-46 串级调速原理图串级调速原理图 Page 726.46.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速1) 与与 同相同相 2UsE2引入附加电压引入附加电压 前，转子电流前，转子电流 (6-48) (6-48) 引入附加电压引入附加电压 后，转子电流后，转子电流 (6-49) (6-49) 2U222222)(sxrsEI2U22222222222222222)(

48、)()(sxrUsxrsEsxrUsEIPage 736.46.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 由于电动机定子和转子两路同时输入电能，因由于电动机定子和转子两路同时输入电能，因此也称为电动机的双馈调速。此也称为电动机的双馈调速。Page 746.46.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速1) 与与 同相同相 2UsE2引入附加电压引入附加电压 前，转子电流前，转子电流 引入附加电压引入附加电压 后，转子电流后，转子电流 2U2U222222)(sxrsEI22222222222222222)()()(sxrUsxrsEsxrUsEIPage 756.46.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速3.串级调速的机械特性串级调速的机械特性 22222coscoscoscosTTmmTmDTmfiCTCIICICIk222222222