第7章 三相异步电机的电力拖动

1、第七章 三相异步电动机的电力拖动 三相异步电动机的各种起动、调速和制动方法，三相异步电动机的各种起动、调速和制动方法，各种方法的工作原理与相应的机械特性。各种方法的工作原理与相应的机械特性。 主要内容主要内容 以稳态机械特性以稳态机械特性s=f（Tem）为手段，研究如）为手段，研究如何通过改变电压、频率、定转子的绕组参数、何通过改变电压、频率、定转子的绕组参数、转差率、极对数等实现三相异步电动机的起动、转差率、极对数等实现三相异步电动机的起动、调速和制动。调速和制动。 研究方法研究方法第七章 三相异步电动机的电力拖动7.1 三相异步电动机的起动 1. 对三相异步电动机起动过程的要求：对三相异步

2、电动机起动过程的要求： u 要足够大要足够大 ; ;u 不能太大，以避免因起动造成对电不能太大，以避免因起动造成对电网的冲击；网的冲击；u 起动时间起动时间 要尽量短；要尽量短；u 经济性经济性: : 起动设备简单，起动过程中起动设备简单，起动过程中能量消耗低。能量消耗低。stTstIstt第七章 三相异步电动机的电力拖动2.2.异步电动机的起动分析异步电动机的起动分析221cosICTmTem第七章 三相异步电动机的电力拖动2212211)()(xxrrUIst0n1s起动时起动时NstII)74(NstTT)2 . 18 . 0(异步电机直接起异步电机直接起动时起动电流很动时起动电流很大，

3、而起动转矩大，而起动转矩并不大并不大。第七章 三相异步电动机的电力拖动3. 3. 大中容量的电动机能否直接起动？大中容量的电动机能否直接起动？ 直接起动时，起动电流大，启动转矩小。 过大的起动电流会造成电动机本身发热，影响寿命。 同时过大的起动电流会因变压器供电容量的限制，造成电网电压下降，影响周围设备的正常运转，甚至造成电机自身不能起动。NstII)74(NstTT)2 . 18 . 0(第七章 三相异步电动机的电力拖动4.4.如何解决异步电机的起动问题？如何解决异步电机的起动问题？ 解决问题的关键之一在于如何降低起动电流2212211)()(xxrrUIst由电机的起动电流的参数表达式可得

4、：降低起动电流有两种办法：降低定子电压U1增加转子回路电阻r2第七章 三相异步电动机的电力拖动5.5.三相鼠笼型异步电机的起动方法三相鼠笼型异步电机的起动方法 A.直接起动 B.降压起动 C.高起动性能的特殊笼型异步电机 D.软启动第七章 三相异步电动机的电力拖动A、三相鼠笼式异步电动机的直接起动、三相鼠笼式异步电动机的直接起动 对于 的异步电动机可以直接起动。 kWPN5 . 7若下列条件满足：)341kWkVAIINst起动电动机容量（电源总容量（则电动机可以采用直接起动。kW5 . 7 对于额定功率超过 的异步电动机，可以根据下式来确定是否可以直接起动。第七章 三相异步电动机的电力拖动(

5、1)(1)星星- -三角（三角（ ）降压起动）降压起动 /YB、三相鼠笼式异步电动机的降压起动、三相鼠笼式异步电动机的降压起动 起动时电机的三相定子绕组做起动时电机的三相定子绕组做Y型连结；型连结；起动结束后作三角形连接。起动结束后作三角形连接。第七章 三相异步电动机的电力拖动31ssYII结论：结论： 采用采用 降压起动时，电网所承担的起动降压起动时，电网所承担的起动电流和起动转矩均为直接起动时的电流和起动转矩均为直接起动时的 。 /Y3/131)(T2ssUUTYssYZUIZUINsYNs3/311起动时的电流和电压之间的关系起动时的电流和电压之间的关系 第七章 三相异步电动机的电力拖动

6、 起动电流降低为直接起动的起动电流降低为直接起动的1/3； 起动转矩也降低为直接起动的起动转矩也降低为直接起动的1/3； 这种方法设备简单，价格便宜；这种方法设备简单，价格便宜； 但是只有一种起动电压；但是只有一种起动电压； 只适用于轻载或空载的场合，且电动机正常只适用于轻载或空载的场合，且电动机正常运行时为运行时为接法。接法。 Y-降压起动的特点降压起动的特点第七章 三相异步电动机的电力拖动（2）自耦变压器的降压起动）自耦变压器的降压起动 三相异步电动机起动时，开关三相异步电动机起动时，开关K位于起动侧。位于起动侧。三相异步电动机起动结束时，开三相异步电动机起动结束时，开关关K切换至运行侧。

7、切换至运行侧。第七章 三相异步电动机的电力拖动xxstNIUIU1NU1stI三相异步三相异步电动机电动机三相异步三相异步电动机电动机直接起动时电动机定子一相绕组电压和电流降压起动时电动机定子一相绕组电压和电流降压起动时电源输出的电流ANxstxKNNUUII121第七章 三相异步电动机的电力拖动忽略激磁电流，xININ211stINNI2121)(21221)()(NNUUTTNxstxstxTNNT212)(121NNUUIINxstxxINNI121第七章 三相异步电动机的电力拖动结论：结论： 与直接起动相比较，采用自耦变压器降压起动时，电压与直接起动相比较，采用自耦变压器降压起动时，电

8、压减低减低 倍，则起动电流和起动转矩均降低倍，则起动电流和起动转矩均降低 倍。倍。 12/ NN212)/(NNstINNI2121)(stxTNNT212)(常用于380V，50Hz笼型三相异步电动机降压起动的自耦合变压器产品为QZB系列系列，抽头为65%，80%，100%三种比例，对应的输出电压分别为247V，304V和380V。QZB系列可以控制10320KW电动机。具体规格（KW）10，11，13，14，15，16，17，18.5，20，22，28，30，37，40，45直到115，125，135，155，250，320.第七章 三相异步电动机的电力拖动 起动电压降低为起动电压降低为

9、倍倍; 原边起动电流和电动机起动转矩降低为原边起动电流和电动机起动转矩降低为 倍倍; 比起比起Y-起动更加灵活起动更加灵活; 但自耦变压器体积大，价格高，不能带重载起动。但自耦变压器体积大，价格高，不能带重载起动。AK2AK自耦变压器降压起动的特点自耦变压器降压起动的特点第七章 三相异步电动机的电力拖动传统降压起动传统降压起动方法的不足：方法的不足： 异步电动机各种起动方法下的电流波形在转子升至一定转速时在转子升至一定转速时均需切换至全压正常运均需切换至全压正常运行，切换时刻把握不好行，切换时刻把握不好不仅会造成起动过程的不仅会造成起动过程的不平滑，而且也会引起不平滑，而且也会引起起动过程中的

10、两次电流起动过程中的两次电流冲击冲击直接起动一级降压起动软启动第七章 三相异步电动机的电力拖动异步电动机软起动器的组成框图工作原理：工作原理： 在起动过程中，通过控制移相角在起动过程中，通过控制移相角 来调节定子电压，并采用系来调节定子电压，并采用系统闭环限制起动电流，确保起动过程中的定子电流、电压或转矩按统闭环限制起动电流，确保起动过程中的定子电流、电压或转矩按预定函数关系（或目标函数）变化，直至起动过程结束。然后将软预定函数关系（或目标函数）变化，直至起动过程结束。然后将软起动器切除，使得电动机与电源直接相连。起动器切除，使得电动机与电源直接相连。 C.三相鼠笼式异步电动机的软起动三相鼠笼

11、式异步电动机的软起动 1U第七章 三相异步电动机的电力拖动电子式软起动器的设定曲线（或目标函数）主要采用的几种形式电子式软起动器的设定曲线（或目标函数）主要采用的几种形式斜坡电压起动；斜坡电压起动；(voltage ramp start)斜坡电流起动；（斜坡电流起动；（current ramp start)阶跃起动；阶跃起动；(恒流软起动恒流软起动current limit start）脉冲冲击起动脉冲冲击起动(脉冲恒流软起动脉冲恒流软起动 kick start）第七章 三相异步电动机的电力拖动斜坡电压起动斜坡电压起动斜坡电流起动斜坡电流起动阶跃起动阶跃起动脉冲阶跃起动脉冲阶跃起动第七章 三相

12、异步电动机的电力拖动 起动电流小，对电网无冲击电流，减小负载的机械冲击； 起动电压及其上升斜率、起动时间可根据负载进行调节，实现电机平稳起动； 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； 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； 起动过程中的谐波对电网产生影响。 当重载或满负荷运转时，起动转矩大于额定转矩60%的拖动系统，起动电流大，软起动器容量大，成本高。异步电动机软起动的特点异步电动机软起动的特点 第七章 三相异步电动机的电力拖动D、高起动性能的特殊鼠笼式异步电动机、高起动性能的特殊鼠笼式异步电动机基本思想：通过适当增大起动时转子导条的电阻，

13、基本思想：通过适当增大起动时转子导条的电阻，达到既降低起动电流又提高起动转矩的目的。达到既降低起动电流又提高起动转矩的目的。 (1)(1)直接增大转子电阻的鼠笼式异步电动机直接增大转子电阻的鼠笼式异步电动机 为了增大转子电阻，转子导条不是采用纯铝，而是改用电阻率较高的铝合金浇注，由于其正常运行时的转差率比一般鼠笼式异步电动机高，故又称为高转差率鼠笼异步电动机高转差率鼠笼异步电动机。如：JHO2高转差率异步电动机和JZ2起重冶金用异步电动机 。特点：转子电阻大，则直接起动时的起动转矩和最大转矩均增大，但同时额定转特点：转子电阻大，则直接起动时的起动转矩和最大转矩均增大，但同时额定转差率较大，机械

14、特性较软。高转差率异步电动机适用于要求起动转矩较大或者带差率较大，机械特性较软。高转差率异步电动机适用于要求起动转矩较大或者带冲击性负载的机械，例如剪床、冲床和锻压机。冲击性负载的机械，例如剪床、冲床和锻压机。 第七章 三相异步电动机的电力拖动(2)(2)深槽鼠笼式异步电动机深槽鼠笼式异步电动机 基本思想：基本思想： 利用集肤效应，起动时转利用集肤效应，起动时转子感应电流的频率较高子感应电流的频率较高（ ），使得电流主要集），使得电流主要集中在槽口处，导致转子电阻中在槽口处，导致转子电阻加大，从而限制了起动电流，加大，从而限制了起动电流，并且增大了起动转矩的目的。并且增大了起动转矩的目的。而正

15、常运行时，由于转子频而正常运行时，由于转子频率较低（率较低（ ），），集肤效应基本消失，则转子集肤效应基本消失，则转子电阻恢复，从而确保了正常电阻恢复，从而确保了正常运行时异步电动机的效率。运行时异步电动机的效率。 12ff Hzf) 31 (2深槽式鼠笼深槽式鼠笼异步电动机异步电动机转子导条及转子导条及电流分布电流分布槽底部漏磁通较大，漏电抗较大，对电流的阻碍作用大第七章 三相异步电动机的电力拖动（3 3）双鼠笼式异步电动机）双鼠笼式异步电动机 转子绕组采用上、下鼠笼式结构，如图7.7所示。上笼采用电阻率较大的材料如黄铜，且截面积较小；下笼采用电阻率较小的材料如紫铜，且截面积较大利用集肤效应

16、，起动时因转子频率较高，使得转子电流主要集中在电阻较大的上笼（或起动笼起动笼）；正常运行时，转子频率较低，转子电流主要集中在电阻较小的下笼（或运行笼运行笼）。第七章 三相异步电动机的电力拖动6.三相绕线式异步电动机的起动三相绕线式异步电动机的起动绕线式异步电动机的起动主要靠转子回路外串电阻的起动方法绕线式异步电动机的起动主要靠转子回路外串电阻的起动方法第七章 三相异步电动机的电力拖动（1 1）转子串电阻的分级起动）转子串电阻的分级起动 K3闭合，切除闭合，切除R33K2闭合，切除闭合，切除R22K1闭合，切除闭合，切除R11第七章 三相异步电动机的电力拖动（2 2）转子串频敏变阻器的起动）转子

17、串频敏变阻器的起动 图7.10 频敏变阻器的结构与等效电路 利用涡流效应，在起动时，转子电流的频率较高，铁心内的涡利用涡流效应，在起动时，转子电流的频率较高，铁心内的涡流损耗与频率的平方成正比，等效铁耗电阻流损耗与频率的平方成正比，等效铁耗电阻 自然较大，从而既限自然较大，从而既限制了起动电流，又达到了提高起动转矩的目的。随着转速升高，转制了起动电流，又达到了提高起动转矩的目的。随着转速升高，转子电流的频率下降，铁心内的涡流损耗以及相应的子电流的频率下降，铁心内的涡流损耗以及相应的 也随着下降，也随着下降，从而确保了绕线式异步电动机的平滑起动。起动过程结束后，可通从而确保了绕线式异步电动机的平

18、滑起动。起动过程结束后，可通过集电环将频敏变阻器短接后切除。过集电环将频敏变阻器短接后切除。mrmr第七章 三相异步电动机的电力拖动第七章 三相异步电动机的电力拖动频敏变阻器启动器接线图频敏变阻器启动器接线图 第七章 三相异步电动机的电力拖动WZR无刷自控电机软起动：是将起动电阻直接安装在电动机的转轴上，利用电机旋转时产生的离心力作为动力，控制起动电阻的大小，达到减少电机起动电流、增加起动转矩，使绕线式异步电动机实现无刷自控运行的装置。广泛应用于冶金、机械、石油、化工、矿山、建材、造纸、橡胶、水厂、电站等所有工业领域的球磨机、破碎机、风机、水泵、打浆机、空压机、轧机、热磨机、制氧机等电机传动设

19、备中的绕线式异步电动机的起动。它可以代替绕线电机的滑环、碳刷及其起动装置。第七章 三相异步电动机的电力拖动线绕式异步电动机转子串频敏变阻器起动具有结构简单、线绕式异步电动机转子串频敏变阻器起动具有结构简单、运行可靠、价格便宜、维护方便，能自动操作等优点，运行可靠、价格便宜、维护方便，能自动操作等优点，因此目前获得了十分广泛的应用因此目前获得了十分广泛的应用 。可得到最大的起动转矩，但起动设备复杂、操作维修不便，可得到最大的起动转矩，但起动设备复杂、操作维修不便，特别是大容量电机，转子电流大，切换电阻时转矩变化大，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，同时需要

20、较多的电阻器、开关元件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。等，设备投资大。绕线式三相异步电动机转子绕组串电阻分级启动特点绕线式三相异步电动机转子绕组串电阻分级启动特点绕线式三相异步电动机转子绕组串频敏变阻器分级启动特点绕线式三相异步电动机转子绕组串频敏变阻器分级启动特点第七章 三相异步电动机的电力拖动异步电动机起动方式总结鼠笼型异步电机起动方法绕线转子异步电机起动方法直接起动降压起动高起动性能特殊笼型异步电机软起动转子回路外串三相对称电阻起动转子串电阻分级起动转子串频敏变阻器起动自耦合变压器降压起动Y-降压起动定子串电阻或电抗降压起动第七章 三相异步电动机的电力

21、拖动7.2 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速)1 (601spfn调速方式分类变极调速变极调速变频调速变频调速改变转差率改变转差率调速调速1.改变定子电压的调压调速改变定子电压的调压调速2.绕线式异步电动机的转子绕线式异步电动机的转子串电阻调速串电阻调速3.电磁离合器调速电磁离合器调速4.绕线式异步电动机的绕线式异步电动机的双馈调速与串级调速双馈调速与串级调速第七章 三相异步电动机的电力拖动1、变极调速、变极调速pfn1160两个半相绕组首尾顺次连接两个半相绕组首首尾尾连接半相绕组电流方向变化，极对数发生改变第七章 三相异步电动机的电力拖动两种典型的变极接线方法两种典型的变极接线方法a

22、、Y/YY接变极调速接变极调速对于三相异步电动机，为了确保变极前后转子的对于三相异步电动机，为了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。转向不变，变极的同时必须改变三相绕组的相序。第七章 三相异步电动机的电力拖动变极前后电动机的输出转矩1cosNI121cos)2(3cos31111NNNNYYYIUIUPP1)29550/()9550(11nPnPTTYYYYYY Y/YY接变极调速属于恒转矩调速方式。接变极调速属于恒转矩调速方式。 假定变极调速前后定子的功率因数 、效率 均不变，为了确保电动机得到充分利用，每半相绕组中的电流应均为额定值变极前后电动机的输出功率这种调速

23、方式多用于传送带和起重机类负载这种调速方式多用于传送带和起重机类负载第七章 三相异步电动机的电力拖动 Y/YY接变极时，电机参数发生变化接变极时，电机参数发生变化极对数2P P定子绕组电阻由r1 r1/4)(2212212111211xxrrfpUmTYm1x（1）比较最大电磁转矩2x2r41x42x42rYmYYMTxxrrfUpmT2)4()4(422212212111211第七章 三相异步电动机的电力拖动（2）比较起动转矩)()(222122122111xxrrrUfpmTYstYstYYstTxxrrrUfpmT2)4()4(42222122122111第七章 三相异步电动机的电力拖动

24、（3）比较临界转差率221212)(xxrrSmYmYmYYSxxrrS221212)4()4(4第七章 三相异步电动机的电力拖动(4)Y/YY变极调速的机械特性YmYYMTT2YstYYstTT2mYmYYSSmYYSmYS第七章 三相异步电动机的电力拖动b、/YY接变极调速接变极调速变极前后：线电压保持不变线电流NI32IN第七章 三相异步电动机的电力拖动 假定变极调速前后电机的功率因数 、效率 均不变，并设每半相绕组中的电流均为额定值 ，则 /YY变极前后电动机的输出功率和输出转矩分别满足下列关系：1cosNI1866. 023cos)2(3cos)3(31111NNNNYYIUIUPP

25、3)29550/()9550(11nPnPTTYYYY结论：结论： /YY接变极调速属于近似恒功率调接变极调速属于近似恒功率调速方式速方式。 第七章 三相异步电动机的电力拖动/YY接变极调速的机械特性接变极调速的机械特性YYmmTT32YYststTT32mmYYSS比较适合拖动恒功率性质的负载（机床负载）第七章 三相异步电动机的电力拖动2、变频调速、变频调速)1 (601spfnfNn基频以上调速基频以下调速第七章 三相异步电动机的电力拖动mwkNfEU1111144. 4mNmconstfUfUNN1111a、基频以下的变频调速、基频以下的变频调速由fN基频以上调速基频以下调速NUU11m

26、NmNUU11磁饱和，励磁电流增加mNm恒压频比控制第七章 三相异步电动机的电力拖动对变频调速的要求：对变频调速的要求：（1 1）主磁通）主磁通 ，以防止定子铁心过饱和；，以防止定子铁心过饱和；（2 2）电动机的过载能力（或最大电磁转矩）电动机的过载能力（或最大电磁转矩 ）尽可能保持不变。尽可能保持不变。NmmaxeTa.a.保持保持 = =常数（常数（ ) ) 的机械特性的机械特性 11/ fEmNm)()()(22)(2222212111122211xsrsrffEpmfsrIpmPTemem第七章 三相异步电动机的电力拖动0sTem22xrsm22111max41)(2LfEpmTe与频

27、率无关，即过载能力不变22221126060pLrxrpfsnnmm与频率无关，即机械特性硬度不变第七章 三相异步电动机的电力拖动不同频率下机械特性曲线22111max41)(2LfEpmTe22221126060pLrxrpfsnnmmmnmn mn mnmnmn mn mn=机械特性曲线平行机械特性曲线平行第七章 三相异步电动机的电力拖动b.b.保持保持 = =常数的机械特性常数的机械特性 11/ fU)()()(2221221212111xxsrrsrffUpmTem)(1)(4)()(421221212111211122121112111maxfxxfrfrfUpmxxrrffUpmT

28、e由异步电机机由异步电机机械特性的参数械特性的参数表达式得表达式得f1 Temax第七章 三相异步电动机的电力拖动f1 Temax第七章 三相异步电动机的电力拖动)()(422121112111maxxxrrffUpmTe01r令常数)(21)(4212111maxLLfUpmTe 由上式可见， 的降低是由定子绕组电阻 的影响所致。尤其是当 低到使得 可以与 相比较时， 下降严重。maxeT1f)(21xxmaxeT1r1r1r第七章 三相异步电动机的电力拖动)(1)(4)()(421221212111211122121112111maxfxxfrfrfUpmxxrrffUpmTef1增加Te

29、max降低增加U1/f1的值Temax升高Temax保持不变11/ fU提高低频时的提高低频时的第七章 三相异步电动机的电力拖动c.调速性质的分析：调速性质的分析：1cosNI1111111112)(cosffUUIUmPNN11229550fUnPT基频以下的变频调速基频以下的变频调速属于恒转矩调速属于恒转矩调速输出功率正比于定子输出功率正比于定子频率（或转速）频率（或转速）保持不变保持不变第七章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机变频调速时三相异步电动机变频调速时所容许的输出转矩、输出功率与频率之间的关系所容许的输出转矩、输出功率与频率之间的关系 1UemP第七章 三相异步电动机的电力

30、拖动d、基频以上的变频调速、基频以上的变频调速)()()(222122121211xxsrrsrffUpmTNem21212122121121221211121max1)(8)(4)(4fLLfpUmxxfpUmxxrrfpUmTNNNe机械机械特性特性最大最大电磁电磁转矩转矩第七章 三相异步电动机的电力拖动121122122212121)(2)(fLLfrxxrxxrrsmmn临界转差率临界转差率对应于最大转矩对应于最大转矩 时的转速降时的转速降maxeT)(260)(260n212211211LLprLLfrpfsnmm与频率无关与频率无关第七章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机变频

31、调速时的典型机械特性三相异步电动机变频调速时的典型机械特性（基频以上调速）（基频以上调速）21max1fTe)(260n212LLprm与频率无关，机械特与频率无关，机械特性硬度不变性硬度不变第七章 三相异步电动机的电力拖动调速性质的分析：调速性质的分析：NNNNUIUmP111112cos11229550fUnPT基频以下为恒转矩调速基频以下为恒转矩调速；基频以上为恒功率基频以上为恒功率调速调速；变频调速过程中变频调速过程中，异步电动机机械特性的硬异步电动机机械特性的硬度保持不变度保持不变，调速范围宽调速范围宽；频率连续可调，可以实现无级调速频率连续可调，可以实现无级调速。恒功率调速恒功率调

32、速第七章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机变频调速时三相异步电动机变频调速时所容许的输出转矩、输出功率与频率之间的关系所容许的输出转矩、输出功率与频率之间的关系 1.1.基频以下为恒转矩调速；基频以下为恒转矩调速；基频以上为恒功率调速基频以上为恒功率调速；3.3.变频调速过程中，异步电动机变频调速过程中，异步电动机机械特性的硬度保持不变，调速范围机械特性的硬度保持不变，调速范围宽宽；2.2.频率连续可调，可以频率连续可调，可以实现无级调速实现无级调速。第七章 三相异步电动机的电力拖动3.改变转差率的调速改变转差率的调速a、改变定子电压调速、改变定子电压调速带恒转矩负载的调带恒转矩负载的调

33、速范围小，带载能速范围小，带载能力差。力差。带风机泵类负载的调带风机泵类负载的调速范围较大。速范围较大。随着定子电压的降随着定子电压的降低，电机的机械特低，电机的机械特性变软。性变软。第七章 三相异步电动机的电力拖动如何改善鼠笼型异步电机调压调速的性能？如何改善鼠笼型异步电机调压调速的性能？（1）采用高转差率电机可以扩大其调速范围。）采用高转差率电机可以扩大其调速范围。高速运行时，转差率较大，运行效率较低。低速运行时，由于降低了供电电压，为保持恒转矩负载，要求电机电磁转矩很大，需要更大的电流，应注意过热的问题；另外低速运行机械特性很软，工作点不稳定，转速稳定性差。第七章 三相异步电动机的电力拖

34、动（2）采用转速闭环的方案提高机械硬度）采用转速闭环的方案提高机械硬度适用场合：就调压性能和操作的便利性而言，晶闸管调压是目前交流调压调速的主要形式。其主要应用于调速范围和精度要求不高、长时间处于中高速运行状况下的普通小容量笼型异步电动机。第七章 三相异步电动机的电力拖动 （3）将调压调速与变极调速结合。）将调压调速与变极调速结合。第七章 三相异步电动机的电力拖动1.就调压性能和操作的便利性而言，晶闸管调压是目前交就调压性能和操作的便利性而言，晶闸管调压是目前交流调压调速的主要形式。其主要应用于调速范围和精度要流调压调速的主要形式。其主要应用于调速范围和精度要求不高、长时间处于中高速运行状况下

35、的普通小容量笼型求不高、长时间处于中高速运行状况下的普通小容量笼型异步电动机。异步电动机。2.允许输出转矩允许输出转矩T随转速的降低而降低，调速既非横转矩随转速的降低而降低，调速既非横转矩也非恒功率，最适合通风机类负载。用于机床类恒功率负也非恒功率，最适合通风机类负载。用于机床类恒功率负载是极不适宜的。带恒转矩负载（纺织、造纸和印染等设载是极不适宜的。带恒转矩负载（纺织、造纸和印染等设备）低速时必须欠载运行或增加扇冷却设备。备）低速时必须欠载运行或增加扇冷却设备。适用场合第七章 三相异步电动机的电力拖动b、电磁滑差离合器调速、电磁滑差离合器调速滑差离合器电动机又称为滑差离合器电动机又称为“电磁

36、调速电动机电磁调速电动机”第七章 三相异步电动机的电力拖动(1)滑差离合器的工作原理：滑差离合器的工作原理：利用右手定则判断电利用右手定则判断电枢导体切割转子磁场枢导体切割转子磁场产生的感应电流的方产生的感应电流的方向向利用左手定则判断电利用左手定则判断电枢导体在转子磁场中枢导体在转子磁场中受到的电磁力的方向受到的电磁力的方向emfemf利用牛顿定律判断转利用牛顿定律判断转子受到的反作用力的子受到的反作用力的方向方向第七章 三相异步电动机的电力拖动(2)电磁滑差离合器的机械特性随着直流励磁电流的增大，相随着直流励磁电流的增大，相同转速条件下滑差离合器输出同转速条件下滑差离合器输出的电磁转矩增大

37、；的电磁转矩增大； 改变直流励磁电流可以调节改变直流励磁电流可以调节输出负载侧的转速。输出负载侧的转速。随着转速的降低，机械特随着转速的降低，机械特性变软；调速范围窄。性变软；调速范围窄。允许输出转矩T随转速的降低而降低，调速既非横转矩也非恒功率，用于通风机类负载比较合适。用于机床类恒功率负载是极不适宜的。带恒转矩负载低速时必须欠载运行或增加扇冷却设备。第七章 三相异步电动机的电力拖动(3)滑差电机的闭环调速系统第七章 三相异步电动机的电力拖动1. 1.电磁滑差离合器调速具有控制装置容量小、运行相对可靠、电磁滑差离合器调速具有控制装置容量小、运行相对可靠、维护简便等优点。但速度损失大，（一般输

38、出轴最大转速仅维护简便等优点。但速度损失大，（一般输出轴最大转速仅为笼型电动机转速的为笼型电动机转速的7590%7590%），转差功率损失大，高速区调），转差功率损失大，高速区调速机械特性软，调速范围有限等缺点。速机械特性软，调速范围有限等缺点。2. 2.国产电磁调速异步电动机主要为国产电磁调速异步电动机主要为YCTYCT及其派生系列。控制及其派生系列。控制器为器为JD1JD1系列。大多带测速发电机构成转速负反馈闭环调速系列。大多带测速发电机构成转速负反馈闭环调速系统。调速误差一般在系统。调速误差一般在13%13%，运行较平稳，调速范围，运行较平稳，调速范围（10301030）：）：1 1，广

39、泛应用于冶金、纺织、化工造纸和塑料加，广泛应用于冶金、纺织、化工造纸和塑料加工领域。尤其适用于变转矩的离心泵、风机等递减转矩机械工领域。尤其适用于变转矩的离心泵、风机等递减转矩机械负载进行调速。负载进行调速。 电磁滑差离合器调速的特点电磁滑差离合器调速的特点第七章 三相异步电动机的电力拖动d、绕线式异步电动机的转子串电阻调速、绕线式异步电动机的转子串电阻调速 外加转子电阻外加转子电阻 越大，则转子转差越大，则转子转差率越大，转速越低。率越大，转速越低。R第七章 三相异步电动机的电力拖动(1)调速性质的分析：调速性质的分析：22cosICconstTTmTemLconstmNII22电源电压保持

40、不变电源电压保持不变调速过程中充分调速过程中充分利用电动机的绕组利用电动机的绕组调速过程中调速过程中负载转矩保持不变负载转矩保持不变第七章 三相异步电动机的电力拖动1122211131sRrIPTNemem2122211231sRrIPTNemem3122211331sRrIPTNememNNemNsrIPT2221131LemememNTTTTT3213322221122sRrsRrsRrsrN第七章 三相异步电动机的电力拖动绕线转子异步电机转子串电阻调速的一些结论：绕线转子异步电机转子串电阻调速的一些结论：3322221122sRrsRrsRrsrN常数NNNxsrsrxsRrsRr222

41、22222212122cos)(/)(/ )(cos1.2.适用恒转矩负载适用恒转矩负载第七章 三相异步电动机的电力拖动3.3.转子回路电阻增大，转差率增大，转子回路电阻增大，转差率增大，转速降低。转速降低。4.4.调速时同步速不变，只能在同步速调速时同步速不变，只能在同步速以下调节，随着转速的降低，机械特性以下调节，随着转速的降低，机械特性变软，降低了静态调速精度。变软，降低了静态调速精度。第七章 三相异步电动机的电力拖动定子降压调速定子降压调速转子串电阻调速转子串电阻调速滑差离合器调速滑差离合器调速转子的转差功率都消耗转子的转差功率都消耗在转子电阻上，通过损在转子电阻上，通过损耗的改变，实

42、现了调速，耗的改变，实现了调速，因此调速效率很低因此调速效率很低转差功率消耗转差功率消耗型调速方式型调速方式sPPsPPPPemememmec1)1 (12第七章 三相异步电动机的电力拖动e、绕线式异步电动机的串级调速与双馈调速、绕线式异步电动机的串级调速与双馈调速第七章 三相异步电动机的电力拖动第七章 三相异步电动机的电力拖动双馈调速双馈调速sPemsPemsPemsPem第七章 三相异步电动机的电力拖动调速方式分类变极调速变极调速变频调速变频调速改变转差率改变转差率调速调速1.改变定子电压的调压调速改变定子电压的调压调速2.绕线式异步电动机的转子绕线式异步电动机的转子串电阻调速串电阻调速3

43、.电磁离合器调速电磁离合器调速4.绕线式异步电动机的绕线式异步电动机的双馈调速与串级调速双馈调速与串级调速变频调速用于笼型异步电机，性能优越，调速范围大，平滑性好，低速特性较硬。采用恒压频比可实现恒转矩调速；对于大功率的绕线转子异步电机，晶闸管串级调速性能优越。第七章 三相异步电动机的电力拖动e、绕线式异步电动机的串级调速与双馈调速、绕线式异步电动机的串级调速与双馈调速在转子回路中引入附加电势在转子回路中引入附加电势Ead，频率与频率与E2相同，相位相反或相同，幅值可变相同，相位相反或相同，幅值可变。2222202)(sxrEsEIad一相转子电流：一相转子电流：第七章 三相异步电动机的电力拖

44、动2202222022220122201)()(xsrEEsIxsrEsad当带恒转矩负载时，转子电流当带恒转矩负载时，转子电流I I2 2不变：不变：s s1 1 未串入反相附加电势未串入反相附加电势EadEad的转差率的转差率s s2 2 串入反相附加电势串入反相附加电势EadEad的转差率的转差率过渡过程分析过渡过程分析：I2 Tem n s s=s2s1Eadn串入反相附加电势串入反相附加电势EadEad瞬间瞬间第七章 三相异步电动机的电力拖动如何物理实现附加电势Ead的引入？附加电势附加电势EadEad的频率与的频率与E2E2相同，相位相反或相同，相同，相位相反或相同，幅值可变。幅值

45、可变。12sff 串极调速是一种在转子侧引入一个变频、变幅值电压的调速方法第七章 三相异步电动机的电力拖动变频器变频器逆变器逆变器sPsPememsPsPemem第七章 三相异步电动机的电力拖动iddURIURICOSUKsEKdT22201K1 k2K1 k2分别为整流器和逆变器的电压整流系数分别为整流器和逆变器的电压整流系数UiUi为逆变器的输出电压为逆变器的输出电压UdUd为整流器的输出电压为整流器的输出电压为逆变器的逆变角为逆变器的逆变角U2TU2T为逆变器的次级输入相电压为逆变器的次级输入相电压Ui Ui （UadUad）机械惯性，机械惯性，n n来不及变化来不及变化UdUd不变不变

46、IdIdI2I2n nsE20sE20UdUdIdId达到新的平衡达到新的平衡第七章 三相异步电动机的电力拖动串级调速功率流程图第七章 三相异步电动机的电力拖动逆变角逆变角回馈功率回馈功率sPemsPem减小减小回馈功率回馈功率sPemsPem增大增大S S减小，减小，n n升高升高S S增大，增大，n n降低降低增加增加减小减小第七章 三相异步电动机的电力拖动7.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 第七章 三相异步电动机的电力拖动1、能耗制动、能耗制动问题1：能否采用和直流电机能耗制动一样的方法实现交流电机的能耗制动？3第七章 三相异步电动机的电力拖动femfema.异步电机的能耗

47、制动原理图第七章 三相异步电动机的电力拖动b.能耗制动时三相异步电动机的机械特性计算能耗制动时三相异步电动机的机械特性计算定子直流合成磁势为：IpkNFFwA11214330cos2第七章 三相异步电动机的电力拖动假设我们能用等效旋转磁场的磁势等效此直流磁势，假设我们能用等效旋转磁场的磁势等效此直流磁势，就可以借助于异步电机的参数表达式来分析能耗制动的机械特性。就可以借助于异步电机的参数表达式来分析能耗制动的机械特性。IpkNIpkNFww11112143F22423（1）.幅值等效II32产生旋转磁场的三相对称电流产生旋转磁场的三相对称电流的一相等效电流的一相等效电流第七章 三相异步电动机的电力拖动（2 2）等效前后磁场与转子的相对速度不变）等效前后磁场与转子的相对速度不变相对定子的转速为同步速度：相对定子的转速为同步速度：Fpfn1160)0(n相对转子的转速为：相对转子的转速为：F1nn第七章 三相异步电动机的电力拖动(3)(3)能耗制动时的等效电路能耗制动