第8章拖动(下)三相异步电动机的起动、调速和制动

8.4异步电动机的调速

(1)变频调速(2)变极调速(3)变转差率调速变频和变极调速称为改变同步转速的调速方法；变转差率调速又分：(1)转子串电阻调速(2)串级调速(3)调压调速8.4.1变极调速（1）双绕组变极（2）单绕组变极变极原理一、Y-YY变极调速假定各半相绕组的参数都相等，分别为R1/2，R’2/2，X1σ/2，X’2σ/2，Y接时，每相绕组参数为半相绕组参数的二倍，即R1，R’2，X1σ，X’2σ

；YY接时(反向并联），每相绕组参数为半相绕组参数的l/2，即R1/4，R’2/4，X1σ/4，X’2σ/4。Ten2n1YYYan1TLbTsYYTsYTmYYTmY

2．Δ-YY变极接法假设每半相绕组的参数都相等，为R1/2，R’2/2，X1σ/2，X’2σ/2

，Δ接时每相绕组参数为R1，R’2，X1σ，X’2σ

；YY接(反向并联）时每相绕组为R1/4，R’2/4，X1σ/4，X’2σ/4。Ten2n1△YYan1TLbTsYYTs△TmYYTm△YD系列大型双速鼠笼电动机适用于驱动负载变化较大的机械设备，在低负荷时，可降低转速运行，提高驱动设备的运行效率，如发电厂的引风机、送风机等。定子绕组采用一套独立的绕组，分别将绕组引出线接到接线盒中。YLB系列大中型变速电动机适用于驱动鼓风机。为卧式或立式结构，管道通风，全封闭自冷或开启式，属长轴可移式，通过开关转换变速。例8-6：YD132S-6/4三相异步电动机PN＝3/4kw，nN＝970/1475r／min，km＝2.1/2.2，求TL=0.8TN时的速度。解：8.4.2变频调速

8.4.2.1基频向下变频调速

(1)恒电势频比：保持E1／f1

＝常数nTen1n”1Tmn’1n’”1f1f’1f”1f’”1(2)恒电压频比：保持U1／f1

＝常数nTeTmf1f’1f”1f’”1n’”1n”1n’1n18.4.2.2基频向上的变频调速TeTmf1f’1f”1f’”1n1n’1n”1n’”1n例8-7：YVF280S-4三相异步电动机PN＝75kW，UN＝380V

，

nN＝1450r／min，km＝2.4，保持额定负载，采用恒压频比调速，求n＝550r／min时的频率和电压。解：8.4.3调压调速高转差率或绕线式电动机调压调速带转速负反馈的调压调速例8-8：Y280S-4三相异步电动机PN＝75kW，UN＝380V

（△接），

nN＝1480r／min，km＝2.2，保持额定负载，采用调压调速，求UN

＝0.8UN

时的转速。解：8.4.4.1绕线异步电动机转子串电阻调速sm2n1R2smsm1nRs1+R2Rs2+R2TmTeTLTm例8-5：绕线式YR280-4异步电动机PN＝75kw，nN＝1480r／min，U1N

＝380V(△)，km＝3，

E2N

＝354V，

I2N

＝128A，求(1)转子串0.1电阻时的转速。(2)转速为1000r/min时，转子串的电阻。解：8.4.4.2绕线异步电动机串级调速在绕线式转子串一个频率与转子频率f2相同，相位既可与转子电势E2s相同，也可反相的附加电势Ead

来减少输出机械功率，达到降速目的，称为串级调速。8.4.5电磁调速电动机由鼠笼三相异步电机，电磁转差离合器，测速发电机和控制装置组成。YCT系列小型电磁调速电动机，广泛应用于轻工、纺织、电站、印染、印刷、造纸、石化、食品、机械等工业部门作恒转矩交流无级调速。该系列有鼠笼电动机、电磁转差离合器和控制器三部分组成，能在规定的调速范围内实现平滑的无级调速，并保证输出额定转矩。

特点：调速范围广，速度调节平衡；具有转速负反馈的自动调节系统，转速变化率小，调速精度高；起动平滑，起动转矩大；控制系统简单、可靠、可手控、自控和遥控；结构简单，运行可靠、维护方便；本系列调速电动机无失控区。YCTD系列小型电磁调速电动机是因转差离合器的电枢采用低电阻材料铝或铜作端环而得名。端环与实心刚体采用特殊的结合工艺，以保证良好的金相结合。比YCT系列同功率的电机机座号小1~2个，最高转速平均提高4.2%，传递效率高。三相异步电动机的各种运转状态一、电动运转状态8.5异步电动机的制动制动状态：三相异步电动机的电磁转矩T为制动性的，与转速n方向相反。制动方法：回馈制动、反接制动、倒拉反转、能耗制动和软制动，其相应的运行状态为回馈制动状态、反接制动状态、倒拉反转运转运行状态和能耗制动状态。8.5.1回馈制动：n＞n1，s=(n1-n)/n1<0当s变负后，转子电流的有功分量改变了方向，无功分量的方向不变。回馈制动状态时相量图U1与I1之间的φ1>90°，P1=m1U1I1cosφ1<0，电动机将电能回馈电网。转子电流的有功分量改变了方向，故Te=CTΦmI2'cosj2

<0，与n转向相反，轴上产生机械制动转矩。电动机由轴上输入机械功率。电动机向网输送有功功率，需从电网输入落后的无功功率，以便建立旋转磁场。

由于转子电流的无功分量方向不变所以定子必须接到电网，并从电网吸取无功功率才能建立电动机的磁场如果在异步电动机定子脱离电网的同时，又希望能发电则定子三相必须接上连接成三角形或星形的三相电容器。在某些工程中，要求异步电动机脱离电网，又希望能发电，必须在定子连接△的三相电容器，可提供异步电动机发电所需的无功功率。(二)反接制动状态当电容器接成三角形时，I0--电动机的励磁电流（A），可取I0=0.3I1N

电容器也可接成星形，分为转速反向的反接制动和定子两相倒相的反接制动反接制动状态的特点是电动机转速和旋转磁场方向相反1.转速反向的反接制动1)转速反向反接制动电路图Δ-YY变极降速过程的回馈制动：

BC段回馈制动下放重物的回馈制动：n＞n1，s＜0HB段回馈状态例8-10一YR280S-8绕线式三相异步电动机拖动起重机，PN＝37kw，UN＝380V，km＝2.4，nN＝735r/min，E2N＝281V，I2N＝81.5A。匀速下放重物TL

＝300N·m，求转速。⑴固有机械特性；⑵转子每相应串0.12Ω电阻。反接制动：分为转速反向的反接制动和定子两相倒相的反接制动。1.转速反向的反接制动(倒拉反转运行)

绕线式电动机拖动位能恒转矩负载运行，如果转子回路串入电阻超过某一数值后，电动机的Te

＜

T

L(0＜s＜1)，位能负载倒过来拉着电动机反转，旋转磁场的方向与转子转动的方向相反，

负载位能被电机吸收转换成电功率，和定子传给转子的电磁功率一起消耗在转子电阻上。

转子由定子输入的电功率（电磁功率）为：转子轴上机械功率为：s>1，P2为负值，即电动机由轴上输入机械功率。反接制动时能量损耗极大。转子电路的损耗为：用于稳定下放位能性负载。例8-12绕线式三相异步电动机PN＝30kw，UN＝380V，km＝3，nN＝730r/min，E2N＝390V，I2N＝50A。如果该电动机拖动位能性负裁TL

＝0.8TN，⑴当重物下放时，要求转速为500r／min，求转子每相应串多大电阻?⑵串入3.2Ω电阻，转速为多少，何状态？⑶串入6.2Ω电阻，转速为多少，何状态？提升状态下放状态8.5.2反接制动（改变电源相序的反接制动）

在电动机稳态运行时，突然改变异步电动机的三相电源相序，定子的旋转磁场反向，由于机械惯性，转子不会立即换向，而转子感应电动势和电流反向，电磁转矩也反向，产生制动作用。Pm＜0，电动机轴上是输入机械功率，PM＞0，定子向转子传递电磁功率。转子回路消耗从定子传到转子的电磁功率和由负载输入的机械功率，能耗很大。电动机稳定运行在A点，电源相序改变时，由于机械惯性，制动开始转速来不及变化，A点平移到B点，转矩为制动性负值，使电机沿曲线2减速，直至C点(n＝0)，切断电源，电机停转。特点：应用于快速制动停车的场合，但不易实现准确停车，需用控制装置在转速接近于零时切断电源。也适用于频繁正、反转的生产机械。

反接制动时，为了防止电机电流过大，在转子回路外串制动电阻，其电阻比转子本身的大得多，热量在外散热。其反接制动的特性为曲线3，制动过程为B’C’段。为保持较大的制动转矩，可采用分级切除外串大电阻的分级制动方式。

如果不切断电源，电动机将反向起动。若负载为反抗性负载，电动机反转，一直加速到D点，电机的转矩与负载转矩平衡，进入反向电动状态。如果电机在位能性负载的拖动下，一直反向加速到E点，达到转矩平衡T；电机转速高于同步转速，处于反向回馈制动状态。BC反接制动状态例8-11绕线式YR280M-8三相异步电动机PN＝45kw，UN＝380V，km＝2.4，nN＝735r/min，E2N＝359V，I2N＝76A。要求反接制动，开始制动转矩为2TN，求转子需串入多大电阻?8.5.3能耗制动制动后制动前

把异步电动机的定子绕组从交流电源上切断，并立即按一定接线方式把它接到直流电源上，此时电动机也处于制动状态。将定子两相通直流电流，建立一个恒定磁场。转子因惯性旋转，其导体切割恒定磁场产生感应电动势和电流，建立电磁转矩，转矩方向与转子旋转方向相反，起制动作用。在制动过程中，电机转速不断下降，电机将吸收机械能转换成电能消耗在转子电阻上。能耗制动时的机械特性持点：

(1)机械特性曲线过T-n坐标的原点；

(2)当通入定子直流电流大小不变，其最大转矩Tm不变，如果转子回路电阻增大，则最大转矩对应的转速增加。曲线1为转子不外串电阻的机械持性，最大转矩对应的转速为nm，曲线2为转子回路外串电阻R的机械特性，最大转矩对应的转速为n’m

，n’m>nm

。

(3)当电阻不变，增大直流电流，则最大转矩Tm增大，但转速nm不变（曲线3）。能耗制动应用于快速停车。对反抗性负载能准确停车，电动机减速到0自动停止。拖动位能性负载，当转速减速到零时，用机械抱闸将电机轴刹住停车。否则，在位能负载转矩TL拖动下电机反转，直到C点(T

＝T