程宪平 机电传动与控制(第三版)2第二章

1、机电传动控制1机电传动控制2机电传动控制3机电传动控制4三相特殊鼠笼式三相特殊鼠笼式异步电动机异步电动机异步异步电动机电动机单相异步电动机单相异步电动机同步同步电动机电动机单相同步电动机单相同步电动机三相同步电动机三相同步电动机三相双鼠笼式三相双鼠笼式异步电动机异步电动机三相深槽式三相深槽式异步电动机异步电动机三相高转差率三相高转差率鼠笼式鼠笼式异步电动机异步电动机三相异步三相异步电动机电动机机电传动控制5 在各行各业和日常生活等，都得到了广泛的应用。在各行各业和日常生活等，都得到了广泛的应用。 在机电传动控制系统中使用得最为广泛。在机电传动控制系统中使用得最为广泛。 与鼠笼式相比，其转子结构

2、稍复杂，价格稍贵，与鼠笼式相比，其转子结构稍复杂，价格稍贵， 一般用于要求起动电流小、起动转距大的场合。一般用于要求起动电流小、起动转距大的场合。 结构简单，制造、使用和维护方便，结构简单，制造、使用和维护方便， 运行可靠，成本低，效率高。运行可靠，成本低，效率高。 但是，功率因数低、起动和调速性能差。但是，功率因数低、起动和调速性能差。机电传动控制6机电传动控制7铁心铁心: :由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。铁心铁心: :由导磁性能很好的硅钢片叠成由导磁性能很好的硅钢片叠成( (导磁部分导磁部分) )。绕组绕组: :放在定子铁心内圆槽内放在定子铁心内圆槽内(

3、(导电部分导电部分) )。机座机座: :固定定子铁心及端盖。固定定子铁心及端盖。定定子子静止静止部分部分转转子子旋转旋转部分部分三三相相异异步步电电动动机机转子铁心的每个槽内转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。形成一个多相对称短路绕组。转子绕组为三相对称绕组，转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。嵌放在转子铁心槽内。 绕线式：绕线式：绕组绕组: :转轴、轴承、风扇转轴、轴承、风扇 鼠笼式：鼠笼式：机电传动控制8轴承轴承定子绕组定子绕组转子转子定子定子集电环集电环出线盒出线盒转子绕组转子绕组端盖端盖定子绕组定子绕组机电传动控制9三相对称三相对称交流绕

4、组模型交流绕组模型圆形圆形定子冲片定子冲片定子定子铁心铁心机电传动控制10机电传动控制11 形式与定子绕组形式与定子绕组 基本相同；基本相同； 3 3个绕组的末端个绕组的末端 连接在一起构成连接在一起构成 星形连接；星形连接； 3 3个始端连接在个始端连接在 3 3个铜滑环上；个铜滑环上； 电刷引出线连接电刷引出线连接 起动调速变阻器。起动调速变阻器。机电传动控制12 在定子的三相对称绕组中通入三相对称交流电流，在定子的三相对称绕组中通入三相对称交流电流， 可以产生在空间旋转的圆形合成磁场。可以产生在空间旋转的圆形合成磁场。 磁场旋转方向与电流相序一致。磁场旋转方向与电流相序一致。 电流相序为

5、电流相序为A-B-C时，磁场顺时针方向旋转；时，磁场顺时针方向旋转； 电流相序为电流相序为A-C-B时，磁场逆时针方向旋转。时，磁场逆时针方向旋转。 pfn600 机电传动控制13AXBYCZBiAiCi 240sin120sinsintIitIitIimCmBmA AXYCBZNS 同步转速同步转速 no与磁场磁极对数与磁场磁极对数 p 的关系：（的关系：（ f50Hz时）时） 磁极对数磁极对数 p分别为分别为 1、 2、 3， 每个电流周期磁场转过空间角度每个电流周期磁场转过空间角度360、180、120， 同步转速同步转速no分别为分别为 3000、 1500 、 1000 r/min

6、如下定子绕组的接法，合成磁场只有一对磁极，即如下定子绕组的接法，合成磁场只有一对磁极，即 p1。机电传动控制14 磁极对数磁极对数 p 的改变的改变 定子每相绕组由两个定子每相绕组由两个 相等圈数的相等圈数的“半绕组半绕组”组成。组成。 若如右图示若如右图示将每相两个将每相两个 “半绕组半绕组”串联，形成的磁场则串联，形成的磁场则 是两对磁极，即是两对磁极，即 p2或或2p4。AXXANSSNZCZCBYBYCYABCXYZAXBZCi 240sin120sinsintIitIitIimCmBmA BiAi 若改变接法若改变接法将每相两个将每相两个 “半绕组半绕组”并联，形成的磁场则并联，形成

7、的磁场则 是一对磁极，即是一对磁极，即 p1或或2p2。 （详见变极调速详见变极调速） 机电传动控制15 若改变接法若改变接法将每相两个将每相两个 “半绕组半绕组”并联，形成的磁场则并联，形成的磁场则 是一对磁极，即是一对磁极，即 p1或或2p2。 （详见变极调速详见变极调速） YZCBCXYAXBZAAXXANSSNZCZCBYBYCYABCXYZAXBZCi 240sin120sinsintIitIitIimCmBmA BiAi机电传动控制16将每相两个将每相两个“半绕组半绕组”形成形成的磁场是的磁场是即即 p1或或2p2将每相两个将每相两个“半绕组半绕组”形成形成的磁场是的磁场是即即 p

8、2或或2p4AXXANSSNZCZCBYBYCYABCXYZAXBZAXYCBZNSCi 240sin120sinsintIitIitIimCmBmA BiAiCiBiAi 240sin120sinsintIitIitIimCmBmA YZCBCXYAXBZA机电传动控制17将每相两个将每相两个“半绕组半绕组”形成形成的磁场是的磁场是即即 p1或或2p2AXYCBZNSCi 240sin120sinsintIitIitIimCmBmA BiAiCiBiAi 240sin120sinsintIitIitIimCmBmA YZCBCXYAXBZAAXBYCZAXYCBZNS将每相两个将每相两个“半

9、绕组半绕组”形成形成的磁场是的磁场是即即 p2或或2p4机电传动控制18AXYCBZAXYCBZAXYCBZNSAXYCBZNS以以iA0为起动点为起动点NSSN机电传动控制19以以iAIM为起动点为起动点0120240360机电传动控制20以以iAIM为起动点为起动点060120180机电传动控制2101202403600601201800120240360机电传动控制220120240360 01202403600120240360机电传动控制23 电流电流 相序相序A-C-B右手定则右手定则右手定则右手定则左手定则左手定则XAZBC Yn逆时针逆时针 方向方向 旋转旋转机电传动控制24机

10、电传动控制25 电动机在正常运转时，其转速电动机在正常运转时，其转速n总是稍低于同步转速总是稍低于同步转速n0， 故称为故称为电动机；电动机； 又因为产生电磁转矩的电流是电磁感应所产生的，又因为产生电磁转矩的电流是电磁感应所产生的， 也称为也称为电动机。电动机。 是异步电动机一个非常重要的参数，是异步电动机一个非常重要的参数， 它反映了电动机的各种运行情况。它反映了电动机的各种运行情况。00nnnS 机电传动控制26三相异步三相异步电机电机转速转速及及转差率转差率与与运行状态运行状态的关系的关系00nnnS 机电传动控制27转子静止时的电路转子静止时的电路转子静止时的转子静止时的T形等效电路形

11、等效电路转子转动后的电路转子转动后的电路( (频率频率折算后折算后的电路的电路) )转子转动后的电路转子转动后的电路( (频率频率折算前折算前的电路的电路) )机电传动控制28转子静止时的电路转子静止时的电路转子转动后的转子转动后的T形等效电路形等效电路转子静止时的转子静止时的T形等效电路形等效电路转子转动后的电路转子转动后的电路( (频率频率折算后折算后的电路的电路) )机电传动控制29转子转动后的转子转动后的T形等效电路形等效电路感应电动机的感应电动机的简化简化形等效电路形等效电路( (转子转动后转子转动后) )机电传动控制30 22022202SXRSEI 2202222cosSXRR

12、转子每相电路转子每相电路 的功率因数为：的功率因数为： 转子每相绕组转子每相绕组 的电流为：的电流为： 异步电动机工作时，其定子每相绕组的感应电势为异步电动机工作时，其定子每相绕组的感应电势为： E1 = 4.44 f1 N1 而且，定子每相绕组上施加的电压而且，定子每相绕组上施加的电压U1E1，可见可见U1。 转子每相绕组的感应电势为：转子每相绕组的感应电势为： E2 = 4.44 f2 N2 = S E20 （因转子电势的频率因转子电势的频率f2 = S f1 , E20 = 4.44 f1 N2 为转子不动时转子每相的电势为转子不动时转子每相的电势）00nnnS 机电传动控制31 异步电

13、动机所产生的电磁转矩为异步电动机所产生的电磁转矩为 2202222SXRUSRKT 指电动机的电源电指电动机的电源电 压和频率一定时，电磁转矩压和频率一定时，电磁转矩 与转差率与转差率( (转速转速) )之间的关系。之间的关系。 实际生产中把电磁转矩与转速的实际生产中把电磁转矩与转速的 关系称异步电动机的关系称异步电动机的。00nnnS 机电传动控制32 转子电路功率因数转子电路功率因数)(cos2 fn 2202222SXRUSRKT 00nnnS 异步电动机所产生的电磁转矩为异步电动机所产生的电磁转矩为 转子电流转子电流 机电传动控制33电源为电源为负相序时负相序时电源为电源为正相序时正相

14、序时机电传动控制34可以作出可以作出改变改变U、f 以及以及 在定子、转子电路串接电阻或电抗在定子、转子电路串接电阻或电抗的人为机械特性。的人为机械特性。 异步电动机异步电动机的人为机械特性的人为机械特性 异步电动机异步电动机的人为机械特性的人为机械特性 异步电动机异步电动机的人为机械特性的人为机械特性 绕线式异步电动机绕线式异步电动机的人为机械特性的人为机械特性 2202222SXRUSRKT 根据电磁转矩关系式根据电磁转矩关系式机电传动控制35的人为机械特性的人为机械特性 异步电动机异步电动机的人为机械特性的人为机械特性 异步电动机异步电动机的人为机械特性的人为机械特性 异步电动机异步电动

15、机的人为机械特性的人为机械特性 绕线式异步电动机绕线式异步电动机的人为机械特性的人为机械特性的人为机械特性的人为机械特性 的人为机械特性的人为机械特性 的人为机械特性的人为机械特性 的人为机械特性的人为机械特性机电传动控制36机电传动控制37机电传动控制38三相异步电动机三相异步电动机稳定运行分析稳定运行分析 1异步电动机的特性异步电动机的特性 2恒转矩型负载特性恒转矩型负载特性 3恒功率型负载特性恒功率型负载特性4, 5通风机型负载特性通风机型负载特性机电传动控制39NNNNNcosIUP3)(VkVUN或额定电压额定运行状态时加在额定运行状态时加在定子绕组上的线电压定子绕组上的线电压. .

16、)(kWPN额定功率额定条件下转轴上额定条件下转轴上输出的机械功率输出的机械功率.)(AIN额定电流在额定运行状态下流在额定运行状态下流入定子绕组的线电流入定子绕组的线电流.min)/(rnN额定转速额定额定运行时电动机的转速运行时电动机的转速NNf额定效率额定频率额定功率因数Ncos机电传动控制40 定子绕组用绝缘的铜定子绕组用绝缘的铜 （或铝）导线绕成，（或铝）导线绕成， 嵌在定子槽内。嵌在定子槽内。 通常把定子三相绕组通常把定子三相绕组 的六根出线头都引出，的六根出线头都引出， 根据实际使用的需要，根据实际使用的需要， 可接成可接成Y形或形或形，形， 如图所示。如图所示。机电传动控制41

17、 改变磁极对数改变磁极对数 p调速（变极调速）调速（变极调速） 改变转差率改变转差率S调速调速 改变频率改变频率 f 调速（变频调速）调速（变频调速） 反馈制动反馈制动 反接制动反接制动 能耗制动能耗制动 1.1.直接启动直接启动 2.2.非直接启动非直接启动 鼠笼式电动机降压启动法鼠笼式电动机降压启动法 线绕式电动机启动法线绕式电动机启动法机电传动控制42 鼠笼式电动机降压启动法鼠笼式电动机降压启动法 定子串电阻定子串电阻 定子串电抗定子串电抗 Y- -转换转换 自耦变压器转换自耦变压器转换 软启动器软启动器 线绕式电动机启动法线绕式电动机启动法 转子串电阻转子串电阻 转子串频敏变阻器转子串

18、频敏变阻器 降压启动降压启动 电枢电路串电阻启动电枢电路串电阻启动机电传动控制43机电传动控制44Y形和形和形接法时形接法时的电压和电流的电压和电流( (a) ) Y接法接法( (降压起动降压起动) )( (b) ) 接法接法( (全压运行全压运行) )机电传动控制45Y形和形和形接法时形接法时的电压和电流的电压和电流( (a) ) Y接法接法( (降压起动降压起动) )( (b) ) 接法接法( (全压运行全压运行) )机电传动控制46自耦变压器自耦变压器T 的一相绕组的一相绕组接至接至电动机电动机一相绕组一相绕组来自来自一相电源一相电源l起动时接入起动时接入l运行时断开运行时断开机电传动控

19、制47机电传动控制48机电传动控制49（三相）频敏变阻器（三相）频敏变阻器转子电路转子电路机电传动控制50 根据交流异步电动机转速的关系式：根据交流异步电动机转速的关系式： n n0( (1S ) ) 60 f ( (1S ) )/ /p n0n 可知，交流异步电动机的调速方法大致可分为三种：可知，交流异步电动机的调速方法大致可分为三种： 改变磁极的极对数改变磁极的极对数p 改变转差率改变转差率S 改变频率改变频率f 其中，改变转差率其中，改变转差率S的方法，的方法， 又可以通过调定子电压、转子电阻、转子电压又可以通过调定子电压、转子电阻、转子电压 以及定转子供电频率等方法来实现。以及定转子供

20、电频率等方法来实现。 从而派生出很多种调速方法。从而派生出很多种调速方法。 机电传动控制51v三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性 改变磁极对数改变磁极对数 p 调速（变极调速）调速（变极调速） 改变转差率改变转差率 S 调速调速 改变电压调速改变电压调速 串级调速串级调速 转子串电阻调速转子串电阻调速 电磁转差离合器电磁转差离合器 改变频率改变频率 f 调速（变频调速）调速（变频调速） v直流他励电动机的调速特性直流他励电动机的调速特性 改变电枢电压调速改变电枢电压调速 改变励磁磁通调速改变励磁磁通调速 电枢电路串电阻调速电枢电路串电阻调速机电传动控制52 改变磁极对数调速（变极

21、调速）改变磁极对数调速（变极调速）将每相两个将每相两个“半绕组半绕组”串联串联，形成的磁场形成的磁场是是两对磁极两对磁极，即即 p2或或2p4。v将每相两个将每相两个“半绕组半绕组”并联并联，形成的磁场形成的磁场是是一对磁极一对磁极，即即 p1或或2p2。机电传动控制53双速电动机的极对数变换双速电动机的极对数变换（a a）Y/ /YY （b b）/ /YY 改变磁极对数调速（变极调速）改变磁极对数调速（变极调速）Y型接法型接法半绕组串联半绕组串联p2，vYY型接法型接法半绕组并联半绕组并联p1，型接法型接法半绕组串联半绕组串联p2，vYY型接法型接法半绕组并联半绕组并联 p1，机电传动控制5

22、4 改变磁极对数调速（变极调速）改变磁极对数调速（变极调速）型接法型接法半绕组串联半绕组串联型接法型接法半绕组串联半绕组串联YY型接法型接法半绕组并联半绕组并联 p1KM1断断KM2通通KM3通通KM1通通KM2断断KM3断断机电传动控制55Y- -YY变极调速变极调速的机械特性的机械特性- -YY变极调速变极调速的机械特性的机械特性 改变磁极对数调速（变极调速）改变磁极对数调速（变极调速）机电传动控制56 改变转差率改变转差率S调速调速 2202222SXRUSRKT 当异步电动机当异步电动机 定子与转子的参数恒定时，定子与转子的参数恒定时， 在一定的转差率下，在一定的转差率下， 电动机的电

23、动机的与加在与加在 定子绕组上的定子绕组上的成正比。成正比。 因此，通过改变异步电动机的因此，通过改变异步电动机的 定子电压，从而改变电动机定子电压，从而改变电动机 在一定输出转矩下的转速，在一定输出转矩下的转速， 是一种是一种的调速方法。的调速方法。普通普通异步电动机异步电动机的特性的特性高转差率高转差率异步电动机异步电动机的特性的特性机电传动控制57 改变转差率改变转差率S调速调速 控制电路简单、控制电路简单、 价格低、使用维修方便等，价格低、使用维修方便等， 损耗大、效率低、调速特性软，损耗大、效率低、调速特性软， 低速时稳定性差、调速范围窄。低速时稳定性差、调速范围窄。 若加入转速负反

24、馈构成闭环系若加入转速负反馈构成闭环系 统，就可使低速特性变得较硬、统，就可使低速特性变得较硬、 稳定性变好，调速范围加宽。稳定性变好，调速范围加宽。 高转差率高转差率异步电动机异步电动机的特性的特性 2202222SXRUSRKT 普通普通异步电动机异步电动机的特性的特性机电传动控制58 改变转差率改变转差率S调速调速高转差率高转差率异步电动机异步电动机的特性的特性 2202222SXRUSRKT 采用晶闸管反并采用晶闸管反并联电路调压调速联电路调压调速（可逆运行）（可逆运行）采用双向晶闸管采用双向晶闸管交流调压器调速交流调压器调速（单向运行）（单向运行）普通普通异步电动机异步电动机的特性的

25、特性机电传动控制59 改变转差率改变转差率S调速调速机电传动控制60改变频率改变频率f 调速调速 ( (变频调速变频调速) )机电传动控制61 反反馈制动馈制动 正向反馈制动正向反馈制动 反向反馈制动反向反馈制动 反接制动反接制动 电源反接制动电源反接制动 倒拉反接制动倒拉反接制动 能耗制动能耗制动 反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载 位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载 反馈制动反馈制动 正向反馈制动正向反馈制动 反向反馈制动反向反馈制动 反接制动反接制动 电源反接制动电源反接制动 倒拉反接制动倒拉反接制动 能耗制动能耗制动 反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载 位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载机电传

26、动控制62正向反馈制动正向反馈制动反向反馈制动反向反馈制动机电传动控制63正向正向反馈反馈制动制动过程过程正向反馈制动正向反馈制动反向反馈制动反向反馈制动机电传动控制64FEU1UN正向反馈制动正向反馈制动反向反馈制动反向反馈制动机电传动控制65电源电源 反接制动反接制动倒拉倒拉 反接制动反接制动正向正向电动运行电动运行反接反接制动制动过程过程倒拉倒拉反接制动反接制动运行运行机电传动控制66电源反接制动电源反接制动倒拉反接制动倒拉反接制动机电传动控制67机电传动控制68反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载 机电传动控制69反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载 电源反接制动电源反接制动倒拉反接制动倒拉反接制动正向反馈制动正向反馈制动反向反馈制动反向反馈制动机电传动控制70机电传动控制71 单相异步电动机是