第1章-三相交流异步电动机及机械特性

电气驱动控制技术电气驱动控制技术第1章三相交流异步电动机及机械特性

三相交流异步电动机电机机械特性

U/f线的选择与调整负载特性前端盖机座风罩（和后端盖固定在一起，风扇在后端盖外）接线盒三相驱动电源U、V、W（由变频器提供）定子绕组定子铁心笼型转子去掉铁心后导条

三相交流异步电动机的定子铁心由硅钢片叠合而成，线圈槽中嵌有三相对称绕组，外接三相交流电源；转子也由硅钢片叠合而成，线圈槽中有导条。一、组成1.定、转子电气驱动控制技术三相交流异步电动机2.鼠笼式转子

转子铁心中有铸铝导条或安装铜导条，两端有短路环。去掉铁心后，剩下的导条形似鼠笼，因此，三相交流异步电动机俗称鼠笼式电动机。电气驱动控制技术三相交流异步电动机3.三相绕线式转子电气驱动控制技术三相交流异步电动机1－前轴承座2－笼型转子

3－定子三相对称绕组4－接线盒

5－后轴承座6－主轴编码器

7－端盖8－风扇西门子1PH7交流电动机4.变频专用交流电动机电气驱动控制技术三相交流异步电动机UXWZVYUVWZYXn0nMUVW定子绕组展开图

当定子绕组通入三相对称电流后，在三相绕组中产生旋转磁场，其转速n1称为同步转速。旋转磁场切割笼形转子中的导条，并在导条中产生感应电流，这样，导条在磁场中产生电磁力并形成电磁转矩。转子沿磁场旋转方向以转速n2旋转。因为转子转速只能小于同步转速，故称为异步电动机；又因为转子导条的电流是由旋转磁场感应而来，所以又称为感应电动机。二、基本运行原理1.定子磁场转速和转子转速电气驱动控制技术三相交流异步电动机p2pn0nMΔns电机功率12300029001000.0335.5～7.5kW2930700.02311～18.5kW2970300.0145～160kW2415001460400.02711～15kW1470300.0218.5～30kW1480200.01337～315kW361000960400.043～5.5kW970300.037.5～30kW980200.0237～250kW电气驱动控制技术三相交流异步电动机定子绕组极对数、转子转速及电机功率Y（星形）接法UWXYZV接法UZVYXWUVW3UVWXYZ3UVWXYZ接线盒接线盒变频器应用教程2.定子绕组Y接法和接法电气驱动控制技术三相交流异步电动机三、几个重要表达式电气驱动控制技术三相交流异步电动机T一、转矩-转速（T-n）曲线电机机械特性电气驱动控制技术1.T-n曲线2.T-n曲线的含义机械特性的含义a）负载较轻b）对应的工作点c）负载较重电机机械特性电气驱动控制技术1.改变电压U1的T-n曲线改变电压的机械特性a）电路图b）机械特性U1↑二、T-n的调节电机机械特性电气驱动控制技术2.改变转子电阻的T-n曲线R4＞R3＞R2＞R1

转子串联电阻的机械特性

a）转子串联电阻的电路b）机械特性电机机械特性电气驱动控制技术3.改变频率f的T-n曲线fX≤fN时的机械特性a)变频调速b)变频机械特性电机机械特性电气驱动控制技术电机机械特性电气驱动控制技术fX(Hz)n0X(r/min)fX(Hz)n0X(r/min)5015005015002575075225051501003000变频可以无级调速三、变频调速存在的问题及解决的方法1.V/F控制方式

在额定频率fN以下，若电压E1不变，根据

E1=4.44fΦ1N1

则：f↓→Φ1↑→磁路饱和，为保持Φ1不变，在额定转速nN以下，在改变f的同时，也要改变E1，即保持

E1/f=常数在频率较高时，转子电阻r的影响可忽略，此时，U1=E1，则

U1/f=常数在频率较低时，转子电阻r的影响不可忽略，此时，若继续保持U1/f=常数，则电磁转矩要降低很多。

因为变频的同时还要改变电压，所以称为V/F控制，也称为VVVF（VariableVoltageVariableFrequency）。电机机械特性电气驱动控制技术电机机械特性电气驱动控制技术（1）恒E1/f变频调速fNf1f2f3fN＞f1＞f2＞f3电机机械特性电气驱动控制技术（2）恒U1/f变频调速fNf1f2f3fN＞f1＞f2＞f32.电压补偿（转矩补偿、转矩提升）50380f/HzU/V50380f/HzU/V补偿量fx电机机械特性电气驱动控制技术Tn补偿前补偿后3.电压补偿过分的后果转矩补偿后的电流—转矩曲线a）电压补偿线b）补偿后的电流曲线

“负载越大，电流越大”说法的局限性。在轻载的情况下，若电压补偿过分，则在启动时电流很大，容易引起变频器的跳闸。电机机械特性电气驱动控制技术4.频率降低电动机输出功率也降低电动机的有效功率与转速a）拖动系统b）高速时的功率c）低速时的有效功率“用了变频器，可以甩掉减速器”说法的错误。电机机械特性电气驱动控制技术实例：教材P107电机机械特性电气驱动控制技术5.额定频率fN（额定转速nN）以上的调速

在额定频率时，电压为额定电压，若再要升速，即n＞nN，则f↑，按U1/f的控制策略，则U1受额定电压的限制不能再往上调了，因此，必须保持U1=U1N不变。根据

U1N=4.44fΦ1N1

U1N不变，f↑（f＞fN）→Φ↓→TM↓（TM∝Φ）因为转速与转矩成比例的上升和下降，则电动机的输出功率保持不变，即额定转速以上调速为恒功率调速。（1）恒功率调速电机机械特性电气驱动控制技术（2）额定频率以上调速的T-f曲线额定频率以上的机械特性f1＞f2＞f3

＞

fN电机机械特性电气驱动控制技术fNf1f2f3四、有效转矩线电机机械特性电气驱动控制技术额定工作点工作频率在额定频率下的工作点——有效工作点在工作频率fx（fx＜fN）时允许长时间运行的最大转矩额定转矩（电动机在额定频率时允许长时间运行的最大转矩）1.额定工作点fx＜fN的有效转矩线a）ｋU＝ｋƒ时的U∕f线b）有效转矩线的形成c）有效转矩线2.fx＜fN的有效转矩线电机机械特性电气驱动控制技术3.

有效转矩线的改善有效转矩线的改善a）改善前后的有效转矩线b）外部强制冷却c）变频电动机电机机械特性电气驱动控制技术4.Fx＞fN的有效转矩线有效转矩线电机机械特性电气驱动控制技术5.全频有效转矩线全频率T-f曲线全频有效转矩线调速范围宽调速范围窄下限频率下限频率一般不希望设定得太低，以免在低速时引起电动机温升过高电机机械特性电气驱动控制技术U/f线的选择与调整电气驱动控制技术一、基本频率的调整a）基本U∕f线b）变频器的对应关系c）电动机的对应关系1．基本频率的定义

基本频率（fBA）——和变频器最大输出电压对应的频率。在绝大多数情况下，基本频率和电动机的额定频率相等。U/f线的选择与调整电气驱动控制技术2．调整基本频率实例（1）三相220V电动机配380V变频器a）对基本频率的设定b）变频器与电动机的对应关系进口电动机额定电压为三相220V，50Hz

变频器额定电压为三相380V，50Hz匹配？将变频器的基本频率设定为87HzU/f线的选择与调整电气驱动控制技术（2）270V、70Hz电动机配380V变频器a）对基本频率的设定b）变频器与电动机的对应关系进口电动机额定电压为三相270V，70Hz

变频器额定电压为三相380V，50Hz匹配？将变频器的基本频率设定为98HzU/f线的选择与调整电气驱动控制技术二、转矩提升的预置要点

1．低频重载时

带式输送机的U∕f线a）负载示意图b）负载机械特性c）U∕f线的选择U/f线的选择与调整电气驱动控制技术2．低频轻载时（1）补偿后的电流－转矩曲线转矩补偿后的电流—转矩曲线a）电压补偿线b）补偿后的电流曲线U/f线的选择与调整电气驱动控制技术（2）风机的U∕f线选择a）风机的机械特性b）U∕f线的选择U/f线的选择与调整电气驱动控制技术（3）离心浇铸机的U∕f线选择a）离心浇铸机示意图b）机械特性c）U∕f线选择U/f线的选择与调整电气驱动控制技术3.变频器的U∕f线举例

a）康沃变频器b）艾默生变频器c）日立变频器电气驱动控制技术负载机械特性一、常见传动机构常见的传动机构a）连轴器b）带轮c）减速齿轮二、传动比及作用电气驱动控制技术负载机械特性

1.传动比电气驱动控制技术负载机械特性2.传动比实例（1）重物圆周运动电气驱动控制技术负载机械特性2.传动比实例（2）传动机构电动机生产机械负载特性

摩擦恒转矩生产流水线起重行走速度T负载转矩

势能恒转矩电梯起重机提升

恒功率机床主轴开卷机/收卷机（速度越低，负载转矩越大）

变转矩风机、水泵（速度越低，负载转矩越小）负载转矩大小于与转速无关电气驱动控制技术负载机械特性三、负载机械特性种类电气驱动控制技术负载机械特性1.恒转矩负载恒转矩负载及其特性a）带式输送机b）机械特性c）功率特性电气驱动控制技术负载机械特性2.势能恒转矩负载重物上升时重物下降时电气驱动控制技术负载机械特性3.恒