模块三异步电机

1、模块三异步电机第1页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四三相异步电动机的基本工作原理和结构 三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。结构简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高，得以广泛应用。但是，功率因数低、起动和调速性能差。交流异步电动机三相异步电动机的电力拖动第2页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四第一单元三相异步电动机的原理与结构第3页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四第4页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四下面是它主要部件的拆分图。 右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。第5页，

2、共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四1.1 三相异步电动机的结构一、定子部分定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成导磁部分。定子绕组：放在定子铁心内圆槽内导电部分。机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。二、转子部分转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。转子绕组： 1）鼠笼式转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。2）绕线式转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。三、气隙定、转子之间的空气隙转轴及轴承：支撑转子第6页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四第7页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，

3、星期四第8页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四定子三相绕组的结构完全对称，一般有6个出线端U1、U2、V1、V2、W1、W2置于机座外部的接线盒内，根据需要接成星形（Y）或三角形（），如图所示。也可将6个出线端接入控制电路中实现星形与三角形的换接。第9页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四第10页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四鼠笼型转子铁心和绕组结构示意图三相绕线型转子结构图第11页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四第12页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四按转子结构分：绕线型异步电

4、动机鼠笼型异步电动机第13页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四如使磁极以n1的速度逆时针旋转，形成一个旋转磁场，转子导体就会切割磁力线而感应电动势。在感应电动势的作用下，导体中就有电流流通。载流导体在磁场中将受到电磁力的作用，从而形成电磁转矩，使转子以n的速度旋转起来。（nn1.1.下放重物时的回馈制动Tem+Tem第47页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四 回馈制动状态实际上就是将轴上的机械能转变成电能并回馈到电网的异步发电机状态。 在下放开始时，|n|n1|，电磁转矩改变方向成为制动转矩，因而限制了转速继续升高，直到D点保持稳定运行，匀速下放重物

5、。在这个过程中，电动机将机械能变为电能回馈送给电网回馈制动。为了限制下放速度，转子回路串入的电阻值不应太大，或不串电阻第48页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四2.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 。 回馈制动经济性能好，但只有特定状态时才能实现制动，且只能限制转速，不能制停。第49页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四2.4 三相异步电动机的调速由异步电动机的转速公式可知，异步电

6、动机有下列三种基本调速方法：（1）改变定子极对数 调速。（2）改变电源频率 调速。（3）改变转差率 调速。第50页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四一、 变极调速1. 变极原理变极调速只用于笼型电动机。以4极变2极为例：U相两个线圈，顺向串联，定子绕组产生4极磁场（2p=4）第51页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四反向串联和反向并联，定子绕组产生2极磁场（2p=2） 可见，变极原理就是： 使定子每相的一半绕组中的电流改变方向，就可改变极对数第52页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四2. 三种常用变极接线方式Y反并YY，2p-p

7、Y反串Y，2p-pYY，2p-p注意：当改变定子绕组接线时，必须同时改变定子绕组的相序，以保证电机转向不变第53页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四3. 变极调速时容许输出 容许输出时是指保持电流为额定值条件下，调速前、后电动机轴上输出的功率和转矩。 （1）Y-YY联结方式Y-YY后,极数减少一半,转速增大一倍,即 ，保持每一绕组电流为 ,则输出功率和转矩为 可见，Y-YY联结方式时，电动机的转速增大一倍，容许输出功率增大一倍，而容许输出转矩保持不变，所以这种变极调速属于恒转矩调速，它适用于恒转矩负载。第54页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四 （2

8、）-YY联结方式-YY后,极数减少一半,转速增大一倍,即 ，保持每一绕组电流为 ,则输出功率和转矩为 可见，-YY联结方式时，电动机的转速增大一倍，容许输出功率近似不变，而容许输出转矩近似减少一半，所以这种变极调速属于恒功率调速，它适用于恒功率负载。 同理可以分析，正串Y-反串Y联结方式的变极调速属恒功率调速。第55页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四4. 变极调速时的机械特性Y-YY联结方式-YY联结方式 变极调速时，转速成倍变化，调速的平滑性较差,但具有较硬的机械特性,稳定性好, 既可用于恒功率负载又可用于恒转矩负载，所以对于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、

9、通风机、升降机等都采用多速电动机拖动。第56页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四二、变频调速 当转差率s变化不大时，电动机的转速n基本与电源频率f1正比，连续调节电源频率，可以平滑地改变电动机的转速。但是单一调节电源频率，将导致电动机运行性能的恶化。因此，为了使电动机能保持较好的运行性能，要求在调节频率f1的同时 ，改变定子电压U1。 所以要实现异步电动机的变频调速，必须有能够同时改变电压和频率的供电电源。 随着电力电子技术发展，已出现了各种性能良好、工作可靠的变频调速电源装置，所以目前变频调速得到了广泛的应用。第57页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星

10、期四 变频器本身价格较贵， 但它可以在较大范围内实现较平滑的无极调速， 且具有硬的机械特性， 是一种较理想的调速方法。第58页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四变频调速的特点1)机械特性基本平行，属硬特性，调速范围宽，转速稳定性好。2) 运行时s小，转差功率损耗小，效率高。3)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。第59页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四三、变转差率调速1. 绕线转子电动机的转子串接电阻调速 绕线电动机的转子回路串接对称电阻时的机械特性 从机械特性

11、看，转子串电阻时，同步速和最大转矩不变，但临界转差率增大。当恒转矩负载时，电机的转速随转子串联电阻的增大而减小。第60页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四2. 绕线转子电动机的串级调速在绕线转子电动机的转子回路串接一个与转子电动势 同频率的附加电动势 。通过改变 的幅值和相位，也可实现调速，这就是串级调速。第61页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四 改变电动机的电压时，机械特性为3. 调压调速 调压调速既非恒转矩调速，也非恒功率调速，它最适用于转矩随转速降低而减小的负载，如风机类负载，也可用于恒转矩负载，最不适用恒功率负载。第62页，共71页，202

12、2年，5月20日，23点30分，星期四4. 电磁调速异步电动机 是由电磁滑差离合器与异步电动机构成的一种无级调速电动机第63页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四交流变频控制技术1变频调速原理 过去传统的调速方式是由晶闸管直流电动机传动系统所组成，但直流电动机本身存在一些固有的缺点：直流电动机造价高、维护工作量大；受使用环境制约条件多；最高速度和容量都有一定限制等。交流调速系统具有结构简单、成本低廉、节能、高精度和响应快速等突出优点，现已广泛应用在工业、交通运输、家用电器等各个领域。 交流电动机分为同步电动机和异步电动机，异步电动机又分为笼型异步电动机和绕线转子异步电动机。

13、对于同步电动机，其转速为： n = 60 f / p式中, p为电动机的极对数；f为电动机的定子电源频率。 而对于异步电动机，其转速为： n = 60 f（1 - s）/ p式中, s为电动机的转差率。 从上式可以看出，改变极对数p、转差率s和电源频率f都可以进行调速。对于同步电动机来说，运行中改变极对数p会引起失步；对于异步电动机来说，改变极对数p是有级调速。改变转差率s大部分是耗能调速，唯有改变电源频率调速是交流电动机较为理想的调速方式。 第64页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四交流变频控制技术 但是只改变电源频率并不能使交流电动机得到经济可靠的运行，原因是异步电动

14、机是铁磁结构。对于任何具有铁磁结构的电气设备，只有使它的磁通保持为额定值，才能使铁磁材料得到充分利用，对于异步电动机，有如下的关系式： U E = 4.44 f N KW 式中, U为定子相电压；E为定子电动势；f为定子电源频率；N为定子每相绕组的匝数；KW为绕组系数；为异步电动机的每极气隙磁通。 在变频调速时，为了得到所需的电磁转矩，使电动机的铁磁材料得到充分利用，应尽可能地使气隙磁通恒定为额定磁通。由上式可知，为保持气隙磁通近似不变，在调节定子电源频率f时必须同时改变定子电压U ，即Uf = 常数。为此，用于交流电动机变频调速的变频器实际上都是变压变频器，即VVVF。由于电动机的电压不能超

15、过额定电压，因此，在基频以上调频时，电压U只能保持在额定电压，当电压U一定时，电动机的气隙磁通由随着频率f的升高成比例下降，类似直流电动机的弱磁调速，因此，基频以上的调速属于恒功率调速。 第65页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四交流变频控制技术 2变频器的主电路结构及工作原理 变频器的主电路分为两种交交变频交直交变频下面以应用较多的交直交变频主电路为例加以说明。变频器的主电路是从整流到逆变的整个功率电路，如图所示。第66页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四交流变频控制技术第67页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四交流变频控制技

16、术工频电源由R、S、T端输入，从U、V、W端逆变输出，各部分的结构和工作原理说明如下：（1）整流及滤波电路 图中VD1VD6为6只整流二极管，将三相工频交流电全波整流为直流电；C1、C2为滤波电容，将整流后的直流电进行滤波；R2、R3为均压电阻，使两只电容上的电压相等；开关S和电阻R1在电路刚通电时起保护作用。电源刚接通时，由于电容C1、C2两端的初始电压为零，相当于短路，而两电容的容量又很大，瞬间将有一个很大的充电电流流过整流二极管，有可能造成二极管过流损坏。为了控制这一起始冲击电流，在电路中串一限流电阻R1 ，当电路刚接通时，开关S断开，由R1限流给电容充电。当电容上电压上升到正常值时，由

17、计算机控制开关S闭合，电路进入正常工作状态。R4、HL为主电路通电指示，主电路通电后，HL发光。第68页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四交流变频控制技术（2）逆变电路由VT1 VT6组成三相逆变桥，逆变器件是绝缘栅双极晶体管（1GBT）。三相逆变桥由计算机控制将直流电逆变为三相SPWM波，驱动电动机工作。 VD7 VDl2为6只续流二极管。续流二极管的功能如下： 由于电动机是一种感性负载，工作时其无功电流返回直流电源需要VD7 VDl2提供通路。 降速时电动机处于再生制动状态，VD7 VDl2为再生电流提供返回直流的通路。 逆变时VD1 VD6快速高频率地交替切换，同一桥臂的两管交替工作在导通和截止状态，在切换的过程中，也需要给线路的分布电感提供释放能量的通路。第69页，共71页，2022年，5月20日，23点30分，星期四交流变频控制技术（3）制动电阻和制动单元有时变频器停止了输出，但由于电动机的惯性或者是重物下放，会使电动机继续转动，此时电动机变为发电机向变频器回馈能量，回馈电流通过VD7 VDl2这6只续流二极管给电容C1、C2充电，这时电容上的电压在工频整流电压的基础上上升。此时如果不设法将电容上多余的电压释放，电容就会因过载而损坏，电动机也因发出的电能得不到消耗而不能制动。 图7.29所示中的VT7和电阻R5组成制动回路，R5称为制