第3章电机调速控制线路【第1讲】

3电机调速控制线路3.2三相异步电动机的基本结构◆定子部分1、定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成——导磁部分。2、定子绕组：放在定子铁心内圆槽内——导电部分。◆转子部分1、转子铁心：由硅钢片叠成。2、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。2/6/20231机电系统与测控技术研究所3.3三相异步电动机的转动原理3电机调速控制线路◆电磁力◆

电生磁◆磁生电3.4三相异步电动机的两个基本概念概念一：极数三相异步电机旋转磁场含有的磁极个数就是极数，称为极数。同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率：概念二：转差率转子转速为：3.5三相异步电动机的接线方法3.6三相异步电动机的转速2/6/20232机电系统与测控技术研究所在实际生产中，为满足机械设备生产过程中的需要，常要求输出多种速度。例如：在金属切削机床上加工零件时，为保证零件的加工质量，主轴的转速应随着工件和刀具的材料、工件的直径、加工工艺的要求及走刀量的大小等的不同而不同。调速通常有机械调速和电气调速两种，常用电气调速方式，简单易行，且可大大简化机械变速机构。式中：已知三相异步电动机的转速公式为：3电机调速控制线路p——磁极对数。s——转差率；f——电源频率；2/6/20233机电系统与测控技术研究所3电机调速控制线路由三相异步电机的转速可以看出，改变电动机的转速有3种方法，即改变转差率s、电源频率f、磁极对数p。变极调速是改变定子绕组的极对数实现的，通过外部开关切换来改变电机绕组的串并联关系，大多运用于笼型电动机。转差率调速是三相绕线转子异步电动机的调速方法，广泛应用于起重设备中。调速方法：2/6/20234机电系统与测控技术研究所3电机调速控制线路3.7三相异步电动机的基本调速控制线路3.7.1三相笼型异步电动机的变极调速控制线路变极调速有两种方法：第一种，改变定子绕组的连接方法；第二种，在定子上设置具有不同极对数的两套互相独立的绕组。变极调速一般可得到两级、三级速度，最多可获得四级速度，但常见是两级速度变极调速，即双速电动机的变数。2/6/20235机电系统与测控技术研究所3.7.1三相笼型异步电动机的变极调速控制线路1）变极调速的原理◆在利用加工机床进行生产实践的过程中，为了获得较宽的调速范围，均采用“双速电机”或者多速电机。双速电机与多速电机其基本原理和控制方法基本相同。以双速电机为例进行分析。◆双速电机的变速是通过改变绕组的连接来改变磁极对数，从而实现转速的改变。◆双速电机每相定子绕组由两个线圈连接而成，共有三个抽头，如(a)图所示，定子绕组连接方式有两种，即三角形连接((b)图)和星形连接((c)图)。(b)三角形接法(c)星形接法(a)单相绕组结构定子2/6/20236机电系统与测控技术研究所3.7.1三相笼型异步电动机的变极调速控制线路注(1)：Y→YY切换适用于拖动恒转矩性质负载；

△→YY切换适用于拖动恒功率性质的负载。注(2)：变极调速有“反转向方案”和“同转向方案”两种方法。若变极后电源相序不变，则电动机反转高速运行；若要保持电动机变极后转向不变，则需同时改变电源相序。要实现双速电机的变速，则需将三角形连接或星形连接变成如(d)图所示的双星形连接。两种接线方法变换都能使磁极对数减少一半，转速增加一倍。(b)三角形接法(c)星形接法(d)双星形接法1）变极调速的原理2/6/20237机电系统与测控技术研究所3.7.1三相笼型异步电动机的变极调速控制线路1）双速电机控制线路——基于按钮、接触器控制的双速电动机控制线路(a)主电路(b)按钮、接触器控制线路2/6/20238机电系统与测控技术研究所3.7.1三相笼型异步电动机的变极调速控制线路1）双速电机控制线路——基于按钮、接触器控制的双速电动机控制线路合上按钮SB2KM1通电KM1主触

点闭合低速运行三角形联结合上按钮SB3高速运行KM2、3

主触点闭合KM2、

KM3通电双星型联结该控制电路适用于小容量电动机的控制(b)按钮、接触器控制线路2/6/20239机电系统与测控技术研究所3.7.1三相笼型异步电动机的变极调速控制线路1）双速电机控制线路——基于接触器、时间继电器自动控制的双速电动机控制线路合上低速按钮SAKM1通电低速运行三角形联结通电延时线圈瞬时闭合延时断开KM1主

触点闭合该控制电路适用于大容量电动机的控制合上高速按钮SAKM1通电三角形联结低速运行KT通电KT1延时断开KM1断电KT2闭合KM2/3通电双星型联结高速运行(a)主电路(b)控制线路2/6/202310机电系统与测控技术研究所时间继电器延时方式：①通电延时：接受输入信号后延迟一定的时间，输出信号才发生变化。当输入信号消失后，输出瞬时复原。②断电延时：接受输入信号时，瞬时产生相应的输出信号。当输入信号消失后，延迟一定的时间，输出才复原。(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(a)线圈一般符号(b)通电延时线圈(c)断电延时线圈(d)通电延时闭合触点(e)通电延时断开触点(f)断电延时断开触点(g)断电延时闭合触点(h)瞬动触点符号:知识点回顾2/6/202311机电系统与测控技术研究所变极调速的优缺点：主要优点：设备简单、操作方便、机械特性较硬、效率高、既适用于恒转矩调速，又适用于恒功率调速；缺点:有极调速，且极数有限，因而只适用于不需平滑调速的场合。2/6/202312机电系统与测控技术研究所3电机调速控制线路3.7三相异步电动机的基本调速控制线路3.7.2绕线式异步电动机转子串电阻的调速控制线路◆绕线式异步电动机可采用转子回路串电阻的方法来实现变差(指转差率s的改变)调速。◆电动机的转差率s

随着转子回路所串电阻的变化而变化，使电动机工作在不同的人为特性上，以获得不同转速，从而实现调速的目的。◆通常采用凸轮控制器来实现绕线式异步电动机的调速控制。2/6/202313机电系统与测控技术研究所主令控制器启动前准备：合上自动开

关QF1、QF2主令控制器手

柄置到“0”触头S0

接通继电器KA通电时间继电器KT1、KT2得电时间继电器KT1、KT2常闭触点瞬时打开KA常开触

点闭合自锁断电延时线圈控制电路做好起动准备。2/6/202314机电系统与测控技术研究所起动(主令控制器SA直接推向“Ⅲ”挡位)：SA推向“Ⅲ”挡位后，触头S1、S2、S3闭合KM1得电，主触头闭合电机在每相串两电阻情况下启动KM1常闭触点断开KT1断电断电延时闭合常闭触点KM2得电R1切除电机得到加速KM2常闭触点断开KT2断电断电延时闭合常闭触点KM3得电R2切除,电机全速启动2/6/202315机电系统与测控技术研究所主令控制器SA直接推向“II”挡位：主令控制器的触头只有S1、S2接通，接触器KM2切除一段电阻，电动机实现中速运行。主令控制器SA直接推向“I”挡位：主令控制器的触头只有S1接通，接触器KM2、KM3均不能得电，电阻R1、R2将接入转子电路中，电动机实现低速运行。因此，该系统可以实现三级调速。2/6/202316机电系统与测控技术研究所3电机调速控制线路3.7三相异步电动机的基本调速控制线路3.7.1三相笼型异步电动机的变极调速控制线路3.7.2绕线式异步电动机转子串电阻的调速控制线路根据:可知:频率f下调时，转速n降低。而频率f上调时，转速n升高。3.8三相异步电动机的变频调速控制线路变频调速就是改变电源电压的频率，从而改变电动机的转速。2/6/202317机电系统与测控技术研究所3电机调速控制线路3.8三相异步电动机的变频调速控制线路3.8.1变频调速原理由三相异步电动机转速公式可知，只要连续改变f，即可实现平滑调速。在电机调速时，通常要考虑的一个重要因素是：希望保持不变。因为如果磁通减弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果磁通增强，又会使铁心饱和，导致励磁电流过大。由下述电动机电动势电压平衡方程可知：(1)频率下调时，若=常数，则可保持m

不变。因此，属于一种恒磁通调速。2/6/202318机电系统与测控技术研究所3电机调速控制线路3.8三相异步电动机的变频调速控制线路3.8.1变频调速原理(2)频率上调时，如果电压U1也上调，则电压将超过额定电压，这是不允许的，因此在调速过程中，只能保持U不变，m变小。因此，属于一种弱磁调速。3.8.2变频调速机械特性(1)频率下调，=常数的变频调速机械特性由转矩T与磁通m

成正比。频率下调时，因为m不变，所以转矩T也不变，属于恒转矩调速。2/6/202319机电系统与测控技术研究所3.8三相异步电动机的变频调速控制线路3.8.2变频调速机械特性(1)频率下调，=常数的变频调速机械特性——恒转矩调速右图为U1/f=常数时变频调速机械特性。由图可以看出，最大转矩将随f的降低而降低，此时直线部分斜率仍不变，机械特性保持较高的硬度。只要f连续变化，转速n将连续变化。转矩变化与所引起的转速变化的比值，称为机械特性的硬度。3电机调速控制线路2/6/202320机电系统与测控技术研究所3电机调速控制线路3.8三相异步电动机的变频调速控制线路3.8.2变频调速机械特性(2)U=UN的变频调速机械特性由图可以看出，最大转矩将随f上升而减小，且机械特性的硬度略为变软，同样，连续改变f可连续改变转速n。因f调高时，m下降，但若要求电机在不同转速下都达到额定电流，因而功率不变，故属于恒功率调速方式。2/6/202321机电系统与测控技术研究所3电机调速控制线路3.8三相异步电动机的变频调速控制线路3.8.3变频器变频电源取得方法：(1)变频机组：由直流电动机和交流发电机组成。通过调节直流电动机转速即能改变交流发电机的频率。(2)变频器，即变频装置。变频机组设备庞大，可靠性差，已被变频器取代1）变频器的结构及分类主流变频器结构：2/6/202322机电系统与测控技术研究所1）变频器的结构及分类主流变频器结构：◆整流电路由三相全波整流桥组成，主要作用是对工频交流电源进行整流，并给逆变电路和控制电路提供所需要的直流电源。◆直流中间电路是对整流电路的输出进行平滑，以保证逆变电路和控制电源能够得到较高的直流电源。◆逆变电路是变频器的最主要部分之一。它的主要作用是在控制电路的控制下将中间电路输出地直流电源转换为频率和电压都任意可调的交流电源。逆变电路输出即为变频器的输出，它被用来实现对异步电动机的调速控制。◆控制电路包括主控制电路、信号检测电路、门极驱动电路、外部接口电路以及保护电路等。主要作用是将检测电路得到的各种信号送至运算电路，使运算电路能够根据要求为变频器主电路提供必要的门极(基极)驱动信号，并对变频器以及异步电动机提供必要的保护。2/6/202323机电系统与测控技术研究所3电机调速控制线路3.8三相异步电动机的变频调速控制线路3.8.3变频器变频器类型：◆按其结构型式，可划分为：交—直—交变频器和