三相异步电动机的起动、调速与制动要求

1、三相异步电动机的起动、调速与制动要求三相异步电动机的起动、调速和制动 起动电流倍数Ist/IN; 起动转矩倍数Mst/MN; 起动时间; 起动时消耗的能量; 起动设备的简单和可靠； 起动的过渡时间。 起动性能包括鼠笼异步电动机的起动鼠笼异步电动机的起动 三相异步电动机在实际运行过程中，由于生产上的需要而起动和停止。在选用电动机时，必须要求电动机能带动生产机械并很快地转到额定转速。要求电动机起动时满足（1）能产生足够大的起动转矩Tst，使电动机很快地转动起来。（2）起动电流Ist不要太大，避免起动时大电流在电网上产生较大的压降而影响接在电网上的其它电气设备和电动机的正常运行。 一般普通鼠笼式异步

2、电动机， 所以要研究异步机的起动特性和异步机的各种起动方法。鼠笼异步电动机的起动三相异步电动机的起动、调速和制动起动电流 ：中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍。定子电流 原因：起动时 ，转子导条切割磁力线速度很大。转子感应电势转子电流大电流使电网电压降低 影响其他负载工作频繁起动时造成热量积累 电机过热影响：异步电动机直接起动时的问题：电流大但转矩并不大。 起动时， S1， 等效阻抗小， 起动电流大； f2f1 ， 2接近900， cos 2很小， 转子电流用功分量小。 鼠笼异步电动机的起动 不仅取决于电机本身的大小， 还与供电电网容量和供电线路长短有关。 （要求母线降落不大于10

3、） 电动机容量与供电变压器的比值； 起动是否频繁； 供电线路距离； 同一台变压器其它用户的要求；一般以下电机允许直接起动。鼠笼异步电动机的起动鼠笼异步电动机的起动鼠笼异步电动机的起动电流造成影响对电源和其他负载的影响对电动机本身的影响电动机起动瞬间对负载会造成一定的机械冲击 起动电流大，在电网的变压器容量与异步电动机起动容量相比不足够大时，直接起动会使变压器输出电压下降，当电压降U10%时，将使接在变压器上的其他电器及电动机正常工作受影响。直接起动的起动转矩并不大，而起动时必须满足TTL条件电动机才能起动起来，在空载情况下可以满足上述要求，而当重载起动时可能满足不了上述要求。鼠笼异步电动机的起

4、动鼠笼异步电动机的起动7.1.1 在额定电压下直接起动 将定子三相绕组直接接在三相电源上起动，称直接起动。 一般以下的小容量鼠笼异步电动机都可以直接起动。如果变压器容量足够大，直接起动的容量还可相应增大，一般按经验公式核定： 式中kI为起动电流倍数；Ist为电动机的起动电流（A）；IN为电动机的额定电流（A）；SN为电源变压器总容量；PN为电动机的额定功率。鼠笼异步电动机的起动 起动电流大，对电机本身无太大影响（因为是短时的，且现代设计的鼠笼电机都按直接起动电磁力和发热来考虑机械强度和热稳定的）主要对电网有影响，如果电源容量较大，可以直接起动。一般千瓦以下容量电动机可以直接起动。注意：容量大小

5、不是绝对的，如果电网容量大， 就可以允许容量再大些的电机直接起动。 只要直接起动时起动电流在电网中引起电 压降不超过电网额定电压的（1015）% 就允许直接起动。鼠笼异步电动机的起动 起动的主要矛盾时电流。 降低电流的方法， 主要靠降低电压。起动电流： 降压起动时， 起动电流与定子电压成比例降低。待转速升高到一定值， 恢复全电压。 注意： 起动转矩与U2成正比， 降压起动后， 比起动电流降低得更厉害。鼠笼异步电动机的起动常用的降压起动方法 定子串电阻或电抗降压起动 用自耦变压器降压起动 Y起动 延边三角形起动鼠笼异步电动机的起动7.1.2 星三角起动降压起动 正常运行时，接成形的鼠笼电动机，在

6、起动时接成星形，起动完毕后再接成 ，称星-三角起动。 鼠笼异步电动机的起动Y 起动： 正常运行AZBYXC 起动ABCXYZ鼠笼异步电动机的起动Y-起动电流和起动转矩直接起动(接) 降压起动( Y接)起动电流 起动转矩 起动电流及起动转矩降低同样的倍数，即都为直接起动时的三分之一。星三角起动适用条件条件：1.只适用于空载或轻载起动。2.只限于正常运行时定子绕组为三角形接线的电机。 3.限于在500V以下的低压电机(因高压电机定子出6个端头有困难)。星三角起动的优点： 设备简单，价格便宜，故在轻载起动时应优先采用。缺点是应用时要受一定条件的限制。鼠笼异步电动机的起动自耦变压器降压起动起动电流和起

7、动转矩I1st全压直接起动时的起动电流； I1st 降压时电源提供的起动电流(即TA的原边电流)；I2电动机的起动电流(TA的副边电流)鼠笼异步电动机的起动 电动机定子绕组内的电流：直接起动时为I1st ，降压起动时为I2，这时电网供给TA的电流为I1st ，从电网输入的电流为I1st = I2 / = I1st/ 2，即 I1st = I1Q/ 2 ,说明串入TA起动后电网供给的电流减小了2 倍。注：电动机的起动电流仍减小倍， I1st = I2 / 而I1st = I1st/ 2 ，对电网冲击电流减小，只有I1st/ 2 倍,起动转矩Tst U2， Tst = Tst / 2。鼠笼异步电动

8、机的起动 起动电流和起动转矩降低的比值相同，与定子串电阻或电抗的起动方式相比较，在获得同样起动转矩的条件下，这种方法的限流效果好。反之，若在相同的起动电流条件下，可获得比较大起动转矩故用自耦变压器降压起动的方法能带动较大的负载起动。 国产自耦变压器为满足不同的负载要求，其副边一般有三个抽头，可根据允许的起动电流和所需的起动转矩任意选择。这种起动方法的缺点：起动设备体积较大，价格高。鼠笼异步电动机的起动自耦变压器的选择 常用QJ3、QJ2系列，用于较大容量，Y接的鼠笼式电动机。 QJ2的抽头为：55% 64% 73% QJ3的抽头为：40% 60% 80% 其中， QJ2型自耦变压器允许在4小时

9、内每小时连续起动5次，每次秒。 QJ3 型为短时工作制，只允许在室温下连续起动两次，以后待冷却后才能再行起动。选用时一定要注意这些问题。 例：55%抽头意思为N2/N1=1/ ， =1/0.55=1.82 适用于有载起动。鼠笼异步电动机的起动定子串电阻或电抗的降压起动鼠笼异步电动机的起动定子等值电路 从上图的等值电路中可见，定子串电阻或电抗起动，电压从U1N降至U1，即加到定子绕组上的电压在起动时为U1，这样就减小了起动电流。鼠笼异步电动机的起动鼠笼异步电动机的起动分析起动电流及起动转矩 设为起动电流所需降低的倍数，Ist为降压时的起动电流，则应有： Ist =Ist/ ，IstU1st，U1

10、st =U1st/ =U1N/ 说明电压降低了倍。 由于T U2，则Tst =Tst/ 2 ，说明转矩降低了2倍。只要使Tst （）TL，即满足要求。鼠笼异步电动机的起动说明 从 I1st =I1st/ ， Tst =Tst/ 2，可见： 定子回路串电阻或电抗的降压起动方法虽然能降低起动电流，但使起动转矩显著减小。只适用于空载或轻载起动。电抗降压起动通常用于高压电动机，电阻降压起动一般用在低压电动机。降压起动除了限制起动电流，有时以减小起动转矩为主要目的，以减轻对机构的冲击并保证平稳加速。鼠笼异步电动机的起动3)起动电阻或电抗的计算 计算Rst或Xst后，还应校验满足Tst （）TL , TL

11、为起动时的负载转矩。鼠笼异步电动机的起动4) rk 和xk的估算 rk 和xk可通过实验方法测出，也可估算。方法一：短路试验(如已有电机)，测出rk 、xk、 zk方法二：估算(尚无电机)，根据铭牌数据可知 当定子Y接时： 当定子接时：设直接起动时的功率因数为cos1st ，则有高起动转矩的鼠笼电动机鼠笼异步电动机的起动1、高转差率三相异步电动机（YH系列） YH系列电动机的功率等级、外形与安装尺寸与Y系列电动机同机座的相同。工作方式为断续工作制S3，负载持续率有15、25、40和谐0%等四种。 YH系列高转差率三相异步电动机是Y系列电机的派生系列，它具有堵转转矩大、堵转电流小、转差率高和机械

12、特性软等特点，适用于传动飞轮转矩大和不均匀冲击负载以及正、反转次数多的工作场合。如锤击机、剪刀机、冲压机和锻冶机等机械设备鼠笼异步电动机的起动特点：槽深h，槽宽b，hb，即h =(1012)b与普通笼型异步电动机相比，这种电机的主要结构特点是转子槽形窄而深，转子导体或是整根的铜条，或是铝熔液浇铸而成。2.深槽式异步电动机 由于气隙和槽导体(非铁磁材料)的磁阻大而转子铁芯磁阻小，故漏磁通基本上只穿过一次槽导体。然后经槽底部铁芯形成闭合回路。 若假想沿槽高把转子导体分成若干并联小导条，它们两端为端环短接，其电压相等，则各小导条中的电流将按其阻抗的反比例来分配。由上图(a)可见槽底部导条链的漏磁通多

13、，则底部漏抗大，槽顶部导条链的漏磁通少，则顶部漏抗小。由于槽很深，则槽底与槽顶漏抗相差甚远，且x2 f2。鼠笼异步电动机的起动起动时：n=0，s=1，f2=sf1=f1， f2较高，则sx2 较大，sx2r2，槽内电流的分布主要取决于漏抗的大小。槽顶部漏抗sx2小，则电流密度大，槽底部漏抗sx2大，则电流密度小。这种把导体中的电流排挤到槽顶部的作用称趋表效应(集肤效应，挤流效应)。 图(b)中电流密度分布，它是自下而上逐渐增大，槽底部分导体在流通电流时所起作用很小，就相当于导体有效高度及截面积缩小，导体电阻变大，从而减小了起动电流，增大了起动转矩。见图(c)所示，导体有效截面缩小，故起动时，转

14、子有效电阻增加，起动性能得改善。鼠笼异步电动机的起动 （b）正常运行时，s很小， f2=sf1 很小，x2s=sx2 很小，这时转子电流的大小主要由电阻决定。 r2 sx2，因各处电阻相等，则电流的分布是均匀的，导体截面积全部得以利用，而使转子电阻自动减小到较低的正常数值。(集肤效应不明显)优缺点优点：起动时转子电阻加大，改善了起动性能，而运行时为正常值，转子电阻仍然较小，不致影响电动机的运行效率。 缺点：转子槽漏抗较大，功率因数稍低，最大转矩倍数稍小，即Mm稍小。鼠笼异步电动机的起动特性曲线 深槽式异步电机的机械特性从图中可见深槽式过载能力比普通鼠笼异步电机低。它的起动性能是靠降低了一些工作

15、性能而得到改善的。曲线1为普通鼠笼式曲线2为深槽式鼠笼异步电机鼠笼异步电动机的起动3.双鼠笼式异步电动机结构特点：电动机转子上有两套鼠笼。下笼：导体截面大，用电阻系数较小的紫铜制成，电阻较小。上笼：导体截面小，用电阻系数较大的黄铜制成，电阻较大。鼠笼异步电动机的起动鼠笼异步电动机的起动鼠笼异步电动机的起动7.2 绕线式异步机起动转子串频敏电阻起动方法：转子串三相对称电阻起动，电阻分级切除鼠笼异步电动机的起动绕线式电机转子串三相对称电阻起动 起动时，要限制起动电流Ist，同时希望有较大的起动转矩Tst。现以三级起动为例，即 m=3。 1. 分级起动过程 起动前，KM1、KM2、KM3 加速接触器

16、常开接点均打开，现使线路接触器KM线圈导电，其常开接点闭合，电动机在串入全部电阻R3下起动，然后逐级短接起动电阻，一直加速到稳定运行点I点为止，起动过程结束。起动的快速性和平稳性与起动级数m、转矩Tst1及Tst2有关。鼠笼异步电动机的起动2.机械特性的线性化 异步机的机械特性是非线性的，如图所示鼠笼异步电动机的起动鼠笼异步电动机的起动说 明 分级起动时电机工作在机械特性的工作段，即ssm段，在这段中可认为s/smRm，转子电流I2大部分流过Rm支路，相当于串电阻起动；当ns f2 Rm 相当于连续自动切除电阻。同时 f2 sXm 当n=nN时， f2很小， f2 (13)Hz ， Xm 0，

17、 Rm几乎被短路，故涡流很小。起动完毕，阻抗器被自动切除。鼠笼异步电动机的起动特 性 从以上分析可知，频敏变阻器是一种无触点的变阻器。它结构简单，材料和加工要求低，并且因没有触点和易磨损元件，寿命长，使用和维护方便，有较好的机械特性和起动平滑的优点，但因频敏变阻器的等效阻抗是一个非线性时变参数，计算起来相当复杂。工程上用经验公式或使用表格计算。鼠笼异步电动机的起动鼠笼异步电动机的起动7.3 异步电动机的软起动 异步 电 动 机起动时要产生较大的电流冲击，在实际中通常采用降压起动的方法。传统的笼型电动机的起动方式有Y- 起动，降压起动，串电阻或电抗器降压起动，三角形起动。这些方法虽然可以起到一定

18、的限流作用，但仍然存在许多问题：(a) 上述 起 动方式在电机起动过程中需要进行电源切换，电动机将有瞬时大电流冲击问题。(b) 起动 设 备的起动参数一般无法调整，负载的适应性较差，对较重的负载，经常出现难以起动的现象。(c) 起动 过 程中，接触器带负载切换，容易造成接触器触点的拉弧损失，发生故障多，工作量大。鼠笼异步电动机的起动鼠笼异步电动机的起动 随着 电 力 电子技术的进步和发展，一种新型的起动设备软起动器正在工业中推广应用。这种软起动器使得电动机起动平稳，对电网冲击小，可实现电动机软停车、软制动、以及电动机的过载、缺相保护。实现电动机节电运行。与传统的起动设备相比，软起动器具有更好的

19、起动性能。随着它的推广和应用，软起动器将很快替代传统起动设备。软起动相控触发脉冲的确定将三 组 反 并联的晶闸管分别接至三相负载就形成了一个三相调压电路，此时负载接成Y形：Y 形 调 压 电 路在此 电 路 中由于没有中线，所以在工作时若要负载电流流通，至少要有两相沟通电路。为此:在 三 相电路中至少要有一相正向晶闸管与另一向反向晶闸管同时导通； 为 了 保证在电路起始工作时使两个晶闸管同时导通，以及在感性负载与控制角较大时仍能保证不同相的正、反向的两相晶闸管同时导通，所以如同三相全控整流电流一样，要求采用大于60“的宽脉冲或双脉冲的触发电路。鼠笼异步电动机的起动为 保 证输出电压三相对称并有

20、一定的调节范围，要求晶闸管触发信号除了必须与相应的交流电源有一致的相序外，各触发信号之间还必须严格的保持一定的相位关系。既要求A, B, C三相电路中正向晶闸管(即在交流电源为正半波时工作的晶闸管)的触发信号互差2/3，三相电路中反向晶闸管(即在交流电源为负半波时工作的晶闸管)的触发信号也互差2/3 ，但同一相中反并联着的两个正、反向的晶闸管的触发脉冲相角应互差二。根据上面的讨论，可得出三相调压电路中各晶闸管触发脉冲的序列应如图中T1 T2 、T3 、 T4, 、T5、T6的次序，相应两个晶闸管的触发脉冲相位差为习/3。Y 形 调 压 电 路鼠笼异步电动机的起动软起动由 于 异 步电动机是电感

21、性负载，从电力电子技术方面可知，只有当移相角大于感性负载的功率因数角时才能起调压作用，而当 外，发出的触发脉冲还应使晶闸管正常触发导通。鼠笼异步电动机的起动软起动用双 向 晶 闸管调压的方法有两种:一种是相控技术 通过改变晶闸管的触发相位来改变电压输出波形以实现调压。采用相控技术的问题在于它输出电压中所含谐波分量比较大。另一种是整周波通断控制 即用双向晶闸管作为静止接触器，交替地接通和切断几个周波的电源电压，用改变接通时间和切断时间之比来控制输出电压的有效值。 但是晶闸管的通断控制用于异步电动机定子上，通断交替的频率不能过低，否则一方面会引起电机转速的波动，而另一方面每次接通电流相当于一次重合

22、闸过程;如通断交替频率较高，每次通断时间间隔中交流电周波数较少，采用整周波通断控制可能调速不够平滑，所以在异步电机的调压控制中多用相控技术。鼠笼异步电动机的起动电动机的软起动方式斜坡升压软起动 这种起动方式最简单，不具备电流闭环控制，仅调整晶闸管导通角，使之与时间成一定函数关系增加。其缺点是，由于不限流，在电机起动过程中，有时要产生较大的冲击电流使晶闸管损坏，对电网影响较大，实际很少应用。斜坡恒流软起动 这种起动方式是在电动机起动的初始阶段起动电流逐渐增加，当电流达到预先所设定的值后保持恒定（t1 至t2 阶段），直至起动完毕。起动过程中，电流上升变化的速率是可以根据电动机负载调整设定。电流上

23、升速率大，则起动转矩大，起动时间短。该起动方式是应用最多的起动方式，尤其适用于风机、泵类负载的起动。鼠笼异步电动机的起动恒流软起动脉冲冲击起动 在起动开始阶段，让晶闸管在级短时间内，以较大电流导通一段时间后回落，再按原设定值线性上升，连入恒流起动。 该起动方法，在一般负载中较少应用，适用于重载并需克服较大静摩擦的起动场合。鼠笼异步电动机的起动鼠笼异步电动机的起动鼠笼异步电动机的起动鼠笼异步电动机的起动三相异步电动机的调速异步机变极调速鼠笼电机变转差率 s 调速调压调速滑差电机调速(电磁离合器调速)转子串电阻调速转子串电势调速变频调速变频机组交直交变频交交变频三相异步电动机的调速调速方式名称控制

24、对象特点变极调速交流异步电动机有级调速，系统简单，最多4段速调压调速无级调速，调速范围窄电机最大出力能力下降，效率低系统简单，性能较差转子串电阻调速变频调速交流异步电动机真正无级调速，调速范围宽电机最大出力能力不变，效率高系统复杂，性能好可以和直流调速系统相媲美早晚发 展 时 间三相异步电动机的调速电机控制算法功率半导体技术V/F控制SCRGTR矢量控制IGBT计算机技术单片机DSP IGBT大容量化更高速率和容量如：矩阵式变频器大功率传动使用变频器，体积大，价格高未来发展方向完美无谐波PWM技术SPWM技术PWM优化新一代开关技术无速度矢量控制电流矢量V/F70年代80年代60年代90年代高

25、速DSP专用芯片00年代超静音变频器开始流行解决了GTR噪声问题变频器性能大幅提升大批量使用，取代直流算法优化 更大容量 更高开关频率PWM技术空间电压矢量调制技术变频器体积缩小，开始在中小功率电机上使用三相异步电动机的调速 电机定子电压 U1必须随之同时发生变化，即在变频的同时也要变压。这种调节转速的方法我们称为 VVVF（Variable Voltage Variable Frequency)，简称为 V/F变频控制。U(V)f (Hz) 10503800典型变频调速的 V-f 曲线图变频调速三相异步电动机的调速VVVF控制方式VVVF控制方式 恒定保持恒定 恒定保持在接近饱和数值保持在接

26、近饱和数值进一步增大磁通 ，将使电机的铁心饱和，从而导致电机中流过很大的励磁电流，增加电机的铜损耗和铁损耗，严重时会因绕组过热而损坏电机。磁通 的减小，则铁心未得到充分的利用，使得输出转矩下降。定子电阻很小保持恒定 三相异步电动机的调速 VVVF变频器的控制相对简单，机械特性硬度也较好，能够满足一般传动的平滑调速要求，已在产业的各个领域得到广泛应用。但是，这种控制方式在低频时，由于输出电压较小，受定子电阻压降的影响比较显著，故造成输出最大转矩减小。另外，其机械特性终究没有直流电动机硬，动态转矩能力和静态调速性能都还不尽如人意，因此人们又研究出矢量控制变频调速。三相异步电动机的调速磁场定向控制(

27、FOC)矢量控制1971年，德国西门子公司的F.Blaschke 提出了感应电机矢量控制技术基本功能利用坐标变换实现定子电流励磁分量和转矩分量解耦。转差频率矢量控制定子磁场定向矢量控制气隙磁场定向矢量控制转子磁场定向矢量控制三相异步电动机的调速矢量控制过程三相静止轴系ABC两相静止轴系两相同步旋转轴系M-T3s/2s 变换Clarke变换2s/2r 变换 Park变换三相静止轴系ABC两相静止轴系两相同步旋转轴系M-T2s/3s 变换Clarke变换2r/2s 变换 Park变换电机系统电机系统三相异步电动机的调速矢量的核心技术坐标变换三相异步电动机的调速矢量控制原理图三相异步电动机的调速变频

28、调速的特点1)在基频以下变频调速时，应进行定子电压与频率的配合控制，保持E1/f1为常数的配合。控制时为恒磁通变频调速。保持U1/f1为常数配合控制时为近似恒磁通变频调速。前者属于恒转矩调速方式，后者属于近似恒转矩调速方式。在基频以上调速时，保持U1=U1N不变，随f1升高， m下降，属于近似恒功率调速方式。三相异步电动机的调速变频调速的特点2)机械特性基本平行，属硬特性，调速范围宽，转速稳定性好。3) 运行时s小，转差功率损耗小，效率高。4)可以连续调节，能实现无级调速。优点：具有良好的调速性能。缺点：需一套性能优良变频电源。应用：冶金，化工，机械制造业，采矿等。三相异步电动机的调速三相异步

29、电动机的调速三相异步电动机的调速变频器的构成控制回路接口模拟量输入模拟量输出通讯接口控制回路接口开关量输入开关量输出编码器接口三相异步电动机的调速 工频电网输入380V 3PH/220V 3PH220V 1PH制动电阻直流电抗器三相交流电机三相异步电动机的调速欧美品牌西门子、科比、伦茨、施耐德、ABB 丹佛斯、ROCKWELL、VACON、 AB、西威 日本品牌富士、三菱、安川、三垦、日立、欧姆龙 松下电器、松下电工、东芝、明电舍国产品牌安邦信、佳灵、森兰、英威腾、康沃、科姆龙、惠丰、汇川港台品牌台达、普传、台安、东元、美高韩国品牌LG 、现代、三星、收获变频器品牌三相异步电动机的调速汇川低压

30、变频器MD300A系列汇川 MD300系列低压变频器汇川 MD320系列低压变频器三垦变频器交-交变频系统 直接将50Hz的交流电变换成频率可调的交流电。三相异步电动机的调速7.4.2 变极调速 变频调速要采用专用变速电机，其转子为鼠笼式根据 当f1一定时，n11/p，改变极对数p，可变n1。 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 电机定子每相绕组由二部分组成，每一部分称为半相绕组，改变其中一个半相绕组的电流方向，电机产生的磁极对数即可改变。如：已知电机绕组接线如下图所示：三相异步电动机的调速7.4.3 转子串电阻调速1.串电阻后的机械特性 转子串电阻后，n1不变，r2sm，Tm不变，在同

31、一T下，s r2+R，则转子串入不同值的电阻后，可得到不同的转速，机械特性如右图。调速过程：串电阻瞬间三相异步电动机的调速2.调速特点 有级调速，设备简单，只适用于有载调速，空载时转速变化不大。低速时特性软，损耗大，效率下降，属于恒转矩调速。 转子串电阻调速方法适用于起重机械类负载，对通风机负载也可采用。三相异步电动机的调速3.调速时的损耗电磁功率：Pem=m1I2 r2 /s铜损耗： pCu2=m1I2 2r2 =s Pem全机械功率：Pj=m1I2 2 r2 (1-s)/s= (1- s) Pem 当s时，nn1，此时： Pem= Pj+ pCu2， Pj Pem，pCu2 Pem，电机效

32、率很低，r2 /s=常数只改变了Pj与pCu2间的分配。 当 RspCu2Pj ，说明转速降低是靠增大转子铜损减小全机械功率 Pj得来的，故不经济。三相异步电动机的调速4.调速电阻的计算 同一T值下有：由已知的转速 n (或转差率s )可求出R。5.应用 适用于对调速性能要求不高的生产机械，如吊车提升机构。三相异步电动机的调速7.4.4 串极调速1.串级调速的基本原理 转子串入电阻调速时，调速瞬间： n 来不及变化，当r2I2TnspCu2 (pCu2 =sPem)转差功率sPem消耗在电阻上浪费。 三相异步电动机的调速分析 能否找出一种方法，既将消耗在电阻上的功率利用起来，又能提高调速性能呢

33、?串级调速就是在这种思想指导下，设计出来的。电势Ef与I2反相位，提供Ef 的装置吸收电功率。若能够将吸收的电功率利用起来，就解决了转子串电阻调速耗能大的问题。三相异步电动机的调速分析 如果将电阻R换成电势Ef，且使Ef与sE2同频率相位相反，则转子内串入电势Ef的等值电路如右图。转子电流： 串入Ef瞬间，n来不及变化I2Tns I2T=TL 可见，串入Ef后同样能达到调速的目的。三相异步电动机的调速 Ef与sE2相位相反，即为反电势，说明提供Ef的装置是吸收电功率的。如能将这部分功率加以利用，电机的效率即可提高。当然Ef也可以与sE2相位相同，则nn1。转子电势sE2的大小变化，频率也变化。

34、 f2=sf1， Ef的频率要随f2变化是很困难的，所以先将转子电势E2s变成直流，之后引入直流电势Ef 方向与E2s相反，这就是串级调速。串级调速可分为：机械回馈式和电气回馈式。三相异步电动机的调速分析2.机械回馈式串级调速系统( 电机回馈式串级调速) 异步电动机YD与ZD直流电动机同轴，共同拖动负载。YD的转子电势经整流后与ZD的电枢相并联，通过改变ZD的励磁电流IL的大小而改变ZD的Ed，即 达到调速目的。三相异步电动机的调速调速原理 IL=0， Ed=0，直流电势Ef 由直流电动机供给。 YD 运行在固有机械特性上，n 最高，s 最小。 当IL0时，Ed 0 ，转子引入附加电势， IL

35、EdEfI2T ns I2T=TL， 达到调速目的。三相异步电动机的调速功率关系 异步机YD的电磁功率为Pem，其中(1-s)Pem直接输送给机械负载。而sPem进入转子，ZD 输入功率为sPem-pCu2，ZD输出功率为sPem-pCu2-pZD，如果忽略损耗，则pCu20，pZD 0。ZD的输入为sPem，输出为sPem，所以机械负载得到的功率为sPem+ (1-s)Pem=Pem，电机的效率大大提高。 可见，不论s多大，转速n的高低，负载上得到的功率总是Pem，这样转差功率sPem得到利用，而没有浪费掉。这种电机回馈式串级调速系统，只适用于大功率，低调速范D（23）的场合。（因D 大s大

36、sPem大ZD 容量不适合，还不如直接用直流机调速）三相异步电动机的调速3.电气回馈式串级调速系统 以前采用电气回馈式串级调速系统，它与机械回馈式串级调速系统区别在于： ZD 不与 YD 同轴，而是拖动一台异步发电机YF 。由它发出三相交流电，把转差率sPem回馈给电网，这种串级调速已不采用，而采用可控硅逆变器的电气串级调速(SCR串级调速)如书上P218图6-41直流电势Ef由SCR逆变电源供给(U)，转子整流电压为Ud。三相异步电动机的调速电气回馈式示意图三相异步电动机的调速低同步可控硅串级调速系统三相异步电动机的调速分析 当UdEf，Id0，T0，电机输出功率；当Ud=Ef，Id =0，

37、T=0，称理想空载,n=n1，s=s0Uds0E2=U1cos=Ef ，其中E2相电势；U1相电压； 逆变角；s0 与理想空载转速对应的转差率； 则：s0=U1cos/E2；n0 串级调速时的理想空载转速， n0 =n1(1-s0)；n1异步机的同步转速。 改变逆变角 Ef变化s0变化n0变化n变化，但n1不变。三相异步电动机的调速4.异步机串级调速时的机械特性 无论采用哪种串级调速方法，对YD 来说，其机械特性形状都是一样的，即都是在转子内引入一个附加电势，改变附加电势的大小，可以改变s的大小，达到调速的目的。三相异步电动机的调速特性分析 已知： 如果Ef=sE2，则I2=0，T=0 ，称为

38、理想空载状态。令此时的转差为s0，则有s0=Ef/E2 。改变Ef s0变化；Ef越大s0越大特性向下移动，且特性硬度减小； Efsm特性越软。 Ef越大，调速作用越明显。Ef与sE2反相时，电机转速向低于n1方向调节，称低速同步调速；当Ef相位与sE2同相时，电机转速向高于n1的方向调节，称超同步串级调速。三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特点优点：效率高，特性硬，调速范围较宽，无级调速。缺点：系统总功率因数较低，设备体积大，成本高。适用：水泵，风机等节能调速等。三相异步电动机的调速调压调速1.开环调压调速特性及其调速性能U1变化时：sm不变，n1不变，TU12， TmU12，U1

39、n s，机械特性如图所示，可见转子电阻为正常值如一般的鼠笼异步电动机，对恒转矩负载，调速范围很小，实用价值不高。三相异步电动机的调速分析 对风机类负载，调速范围较大，但存在低速时功率因数低(cos1低)，电流大(I2大)的问题。所以降压调速只适用于高转差率鼠笼电机或绕线式异步机。 因为ns 2 1 cos1又因T=CmmI2cos2，T不变时，2cos2I2 ）三相异步电动机的调速2.调压调速闭环控制系统调压装置： 以前用饱和电抗器，现广泛采用可控硅交流调压装置。在前面所述开环系统的调速时，其机械特性软，调速范围不大。加转速负反馈环节后成了调压调速的闭环系统。三相异步电动机的调速系统分析 测速

40、发电机TG 测得电动机转速即测速发电机的un，当nu ，将u与给定电压u*比较得u，将u作为放大器输入端，经放大后的输出为触发器的发出信号，使触发器发出一定相位的脉冲，晶闸管调压器就输出一定值的电压，调节给定电压u*的大小，就可得到不同输出电压值，从而达到调速的目的。三相异步电动机的调速系统的自动调节作用 设给定电压为u*1，负载为TL1，定子电压为U2系统工作在特性A点。当负载增大为TL2nuuU2=U1T过渡到特性的B点上。电动机转速下降为nB；若为开环系统，电动机转速就要降到特性曲线的C上所对应的转速nC。通过系统的调节作用，只要给定电压u*保持不变，系统就可以使电动机的转速也基本保持不

41、变。三相异步电动机的调速系统的自动调节作用 在不同的给定电压u*下，可以得到一族基本平行的闭环控制系统的机械特性，如图曲线1、2、3 所示，如果连续地改变u* ，则可使系统平滑调速。缺点：定子电压和电流存在高次谐波分量，功率因数较低，效率不够高。适用：中小容量的交流电动机。三相异步电动机的调速3.调速性能 调压调速闭环系统的调速方法是非恒转矩调速和非恒功率调速。只适用于风机类型的负载 (因这种调速方法T1/s，而风机类负载TL1/s )。 调压调速只适用于绕线异步电动机 (转子可串入电阻)，而对鼠笼电动机只能短时间欠载运行 (因转子不能串入电阻)，调速过程中，尤其在低速运行损耗大，转子串入电阻

42、可减轻电机内部发热，而鼠笼型机只能短时运行。三相异步电动机的调速7.5 电磁转差离合器调速（滑差电机调速）1.电磁转差离合器的组成 由三部分组成：1)笼型异步电动机：拖动电枢旋转。2)电磁转差离合器：电枢，磁极，滑环等。3)可控硅整流电源：将交流电变为直流，提供直流励磁电流。三相异步电动机的调速工作原理三相异步电动机的调速结构 电磁转差离合器的结构形式有多种，无论哪种，都由电枢和磁极组成(磁极包括铁心和励磁绕组)。这两部分之间没有机械上的联系，二者中有气隙，与异步电动机定、转子间的气隙相似，电枢和磁极都能自由旋转。电枢由异步电动机拖动旋转，因为异步电动机固有特性的直线段特性较硬，可认为其转速不

43、变，异步机为原动力，这部分称为主动部分。此轴叫主动轴。可控硅整流电源通过电磁转差离合器上滑环，给励磁绕组供电。磁极通过联轴节与负载相联，称为从动部分。此轴叫从动轴。三相异步电动机的调速电磁转差离合器的工作原理 当磁极上通过直流励磁电流时，产生固定的磁极。异步电动机拖动电枢旋转，电枢就切割磁力线，而产生涡流。如果将电枢看作不动，相当于固定的磁极在空间转动，可见它和异步电动机的旋转磁场作用相当。电枢作为载流导体，处在磁场中，受到电磁力作用而产生转矩。三相异步电动机的调速电磁转差离合器的工作原理 电枢由整块铸钢制成，为圆筒形钢体。电枢相当于无穷多根导体组成的鼠笼转子，我们选择其一根分析受力情况。设异

44、步机以n1的转速拖动电枢逆时针旋转，切割磁场产生感应电势、电流，按右手定则，判断为，再以左手定则判断出对电枢产生顺时针方向的转矩M企图迫使电枢反转，但电枢的转向是由异步电动机的转向所决定的，因此，这个转矩就成为主动轴的阻转矩。而它的反作用转矩作用在磁极上，推动磁极逆时针方向旋转，将原动机(异步机) 的机械功率传到负载上，其转速为n2 ，方向与n1同向，磁极带动负载一起旋转。从动轴转动后切割速度变为n=n1- n2 而磁极的转速n2又一定小于电枢转速n1，工作原理与异步机相似。 三相异步电动机的调速名称 电磁转差离合器名称的由来：由于从动轴和负载相连，要向负载输出机械功率，由前面分析可知，只有n

45、0时，也就是说两轴间有转速差存在时，才有转矩产生，才能把主动轴的功率传送给从动轴，故有转差二字。又因直流励磁电流为零时，没有磁场，磁极不会转动，相当于把生产机械和电枢分开，一旦加上励磁电流，磁极立即转动，相当于把生产机械和电枢“合上”，作用和机械离合器一样。因此叫转差离合器。因异步机和生产机械之间不是通过机械直接连接，而是通过电磁作用互相联系起来，所以全名叫 “电磁转差离合器”，简称离合器。三相异步电动机的调速名称 因为它的作用原理与异步机的相似，而且经常与异步机本来配套成一体。小容量的装置中二者就装在一个机壳内，同时转差也叫滑差，所以又常把电磁转差离合器和拖动它的异步电动机一起称为滑差电机，

46、这种调速方法叫滑差电机调速。三相异步电动机的调速机械特性 滑差电机调速系统的机械特性，就是电磁转差离合器本身的机械特性。即从动轴上的转矩与转速 之间的关系。即n2=f(T)，由于它的工作原理与异步电动机相似，所以机械特性也和异步机相似。离合器的电枢相当于异步机的转子，用铸钢制成，由于它的电阻较大，所以机械特性和异步机转子具有较大电阻时的机械特性相似，特性比较软。三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速分析 当n2=0时，切割磁场的转速最高，产生的转矩M最大，磁极转动后，n2n直到n2=n1n=0T=0。它的理想空载转速就是异步电动机的转速n1。 改变励磁电流的大小，就改变了磁场的强弱。这实

47、质上和异步电动机改变定子电压的作用相同。所以改变励磁电流大小，得到的机械特性相当于异步电动机改变定子电压的人为特性。用可控硅供电电源给直流励磁，通过连续改变可控硅控制角，可以得到很多条人为特性。三相异步电动机的调速分析 如果励磁电流太小，磁场太弱，产生的转矩太小，从动轴转动不起来，就会失控。所以有失控区。 另外，在一定的磁场下，负载过大，从动轴转速太低，也会形成从动部分跟不上主动部分，所以运行速度不能太低。三相异步电动机的调速带反馈调速系统三相异步电动机的调速应用滑差电机调速既不是恒转矩调速也不是恒功率调速优点：结构简单，运行可靠，能平滑调速。缺点：低速时损耗大，电枢易发热变形。应用：纺织、印

48、染、造纸等工业部门的一般设备上。三相异步电动机的调速现代交流调速系统组成三相异步电动机的调速异步电动机调速系统基本类型1.转差功率消耗型调速系统2.转差功率回馈型调速系统3.转差功率不变型调速系统三相异步电动机的调速1.转差功率消耗型调速系统 全部转差功率转换成热能的形式而消耗掉。晶闸管调压调速属于这一类。在异步电动机调速系统中，这类系统的效率最低，是以增加转差功率为代价来换取转速的降低。但是由于这类系统结构最简单，所以对于要求不高的小容量场合还有一定的应用。三相异步电动机的调速2.转差功率回馈型调速系统 转差功率一小部分消耗掉，大部分则通过变流装置回馈给电网。转速越低，回馈的功率越多。绕线式

49、异步电动机串级调速属于这一类。显然这类调速系统效率较高。三相异步电动机的调速3.转差功率不变型调速系统 转差功率中转子铜耗部分的消耗是不可避免的，但在这类系统中，无论转速高低，转差功率的消耗基本不变，因此效率很高。变频调速属于此类。目前在交流调速系统中，变频调速应用最多、最广泛，可以构成高动态性能的交流调速系统，取代直流调速。变频调速技术及其装置仍是21世纪的主流技术与主流产品。三相异步电动机的调速现代交流调速系统今后发展趋势发展趋势：1.以取代直流调速系统为目标的高性能交流调速系统的进一步研究与开发。2.新型拓扑结构功率变换器的研究与开发。模式的改进和优化。4.中压变频装置（我国称为高压变频

50、装置）的研究与技术开发。三相异步电动机的调速三相异步电动机的制动7.5 三相异步电动机的各种运行状态三相异步电动机的电动状态：电磁转矩T与转速n同方向，电机从电源吸收电功率，扣除自身损耗外， 转变为机械功率送至负载；三相异步电动机的制动状态：T与n方向相反；制动状态方式： 反接制动； 回馈制动； 能耗制动；三相异步电动机的制动分析电动状态时,由电网向电机输入的有功功率： 由电网向电机输入的无功功率：其中I1a与U1同相位。三相异步电动机的制动分析发电状态时：I1a与U1反向， 90； 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 制动的目的 为了使拖动系统迅速减速或是停车，这时，制动是电动机从某一

51、稳定转速下降到零的过程； 限制位能性负载的下放速度，这时是指电动机处于某一稳定的制动运行状态，电动机的转矩与负载转矩相平衡，系统保持匀速运行；变频调速过程中处于减速状态。三相异步电动机的制动下放重物时的回馈制动 首先将定子两相反接,定子旋转磁场的同步速为-n1，特性曲线变为2。工作点由A到B。经过反接制动过程（由B到C）、反向加速过程（C到-n1变化），最后在位能负载作用下反向加速并超过同步速，直到C点保持稳定运行。电机机械特性曲线1，运行于A点。三相异步电动机的制动 变极或变频调速过程中的回馈制动电机机械特性曲线1，运行于A点。电机工作点由A变到B，电磁转矩为负， ，电机处于回馈制动状态。当

52、电机采用变极（增加极数）或变频（降低频率）进行调速时，机械特性变为2。同步速变为 。1.方法及制动原理方法：电机在拖动位能性负载时，当电动机产生的电磁转矩T与负载转矩 TL同方向时，使转速n ，即nn1，电动机工作在发电状态，向电网返回能量。特点：电机向电网输送有功功率，由电网向电机输入无功功率。7.5.1 回馈制动 (再生发电制动)三相异步电动机的制动2.能量关系 nn1，s0，Pj=m1I22r2 (1-s)/s0，说明输入机械功率；Pem= m1I22r2 /s0，说明由转子输入机械功率传到定子，再返回电源，这时电机为一台异步发电机，又因这时T、n方向相反故为制动状态，称回馈制动或再生发

53、电制动。三相异步电动机的制动3.电流关系（1）转子有功电流I2a：因s0， I2an1，从电网吸收无功建立磁场，向电网输送有功，经济。应用： 电机拖动位能性负载(如绕线式异步机)下放重物。三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动7.5.2 反接制动 反接制动 反接制动状态是指转子旋转方向和旋转磁场方向相反，即转速n和同步转速n1反向的运转状态。 反接制动分为转子反转的反接制动和定子两相反接的反接制动。原理反接瞬间：n1-n1, n由于惯性来不及变化。这时s较大 sE2较大I2很大。为限制转子电流，要串制动电阻(在转子回路中R) 。 制动瞬间：反接制动瞬间因sA很小，nA n1，所以s 2。 转子回路串入大电阻，若改变串入的电阻值可改变制动特性的斜率。三相异步电动机的制动 当电机拖动恒转矩负载时，在电动机转矩和负载转矩共同作用下，迫使电动机很快送减速到C点，n=0，制动结束。BC段为电源反接制动的制动特性，要想停车，需在n=0时拉闸，否则，若电机拖动反抗性负载，而且C点的电动机转