第四章三相异步电动机的调速

异步电动机的速度公式:

异步电动机调速方法有：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—交变频第4章三相异步电动机的调速一、电动机的调速指标1.调速范围2.调速方向3.调速的平滑性——平滑系数4.调速的稳定性——静差率

D、δ、nN

的关系

(nN

=nmax)

D=nmax

nminσ=ni

ni－1δ=×100%n0－nn0

TnOn01n02△nN△nND=nNδ

nN(1－δ)4三相异步电动机的调速例如：nN

=1430r/min，△nN=115r/min，要求δ≤30%、则D=5.3。要求δ≤20%、则D=3.1。再如：nN

=1430r/min，

D=20，δ≤5%，则nN=3.76r/min。5.调速的经济性6.调速时的允许负载不同转速下满载运行时：输出转矩相同——恒转矩调速。输出功率相同——恒功率调速。4三相异步电动机的调速二、笼型异步电动机的变频调速

U、f可变M3~3~整流电路逆变电路50Hz控制电路直流n0TnOn0'f1＞fNU1L=UNn0TnOn0'f1＜fN，=常数U1f1

TLTL4三相异步电动机的调速变频调速：

改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁通势的同步转速，达到调速的目的。额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向上调，也可以从基频向下调。因此：当变频调速时，f1下降，若电压U1不变，则使φ1增加，使磁路过度饱和，I0增大，导致功率因数降低、损耗增加、效率降低，从而使电机的负载能力变小。1.从基频向下变频调速我们知道，忽略定子漏阻抗压降，三相异步电动机每相电压：降低电源频率时，必须同时降低电源电压。这种方法是恒磁通控制方式从基频向下变频调速时的机械特性：（1）同步点（2）临界点在不同频率时，不仅最大转矩保持不变，而且对应于最大转矩时的转速降也不变。所以，变频调速时的机械特性基本上是互相平行的。（3）起动点因此：起动转矩随频率下降而增加。另外：如果频率较低时，最大转矩将变小。基频向下变频调速可证明，恒磁通变频调速属于恒转矩调速方式。因此，从基频向下变频调速时2、调速范围大。1、机械特性硬，稳定性好。3、由于频率可以连续调节，因此变频调速为无级调速，平滑性好。4、运行时s小，效率较高。

2.从基频向上变频调速：升高电源电压是不允许的，因此升高频率向上调速时，只能保持电压为U1不变，频率越高，磁通Φ1越低，是一种降低磁通升速的方法，类似他励直流电动机弱磁升速情况。

保持U1不变升高频率时，电动机电磁转矩

根据电磁转矩方程式画出升高电源频率的机械特性，其运行段近似平行，如图所示：因此，频率越高时，Tm、Tst、sm均减小，最大转矩对应的转速降落为：f1增大，U1不变，φ1减弱。从基频向上，保持U1不变，

f1增大，φ1减弱，变频调速时，最大转矩和起动转矩都变小，类似于直流电动机的弱磁调速，属于恒功率调速方式。特性与基频向下调速类似，但：变频调速的特点：1、从基频向下调时，为恒转矩调速方式；从基频向上调时，为近似恒功率调速方式。2、调速范围大。3、调速稳定性好。4、频率可以连续调节，变频调速为无级调速。此种调速方法调速性能较好，发展很快。其主要环节是变频电源（常由整流器、逆变器等组成）价格较高。

变频器4三相异步电动机的调速4三相异步电动机的调速

优点：(1)一体化的通用变频器和电动机的组合可以提供最大效率。(2)变速驱动，输出功率范围宽（如从120W~7.5kW）。(3)在需要的时候，通用变频器可以方便地从电动机上移走。(4)高起动转矩。

电机变频器一体化产品

【例4.1】

某三相笼型异步电动机，PN=15kW，UN=380V，形联结，nN=2930r/min，fN=50Hz，MT=2.2。拖动一恒转矩负载运行，T

=

40N·m。求：(1)f1=50Hz，U1=UN时的转速；(2)f1=40Hz，U1=0.8UN时的转速；(3)f1=60Hz，U1=UN时的转速。解：(1)602TN=PN

nN=×N·m=48.91N·m602×3.1415×1032930TM=MTTN=

2.2×48.91N·m=107.61N·mn0－nNn0sN=3000－29303000==0.02334三相异步电动机的调速

n

=(1－s)n0

=(1－0.0187)×3000r/min=2944r/min(2)sM=sN/(MT－MT2－1)=0.0233/(2.2－2.22－1)=0.0969=0.0969×－－1=0.0187(

)2107.6140107.6140U1f1成比例减小时，TM不变，sM与f1成反比，故T'M=TM=107.61N·m

s=sM－－1TMT(

)2TMT4三相异步电动机的调速s'M=sMf1

f'1=×0.0969

=0.121

50

40

n'

=(1－s')n'0

=(1－0.0233)×2400r/min=2344r/min=0.121×－－1=0.0233(

)2107.6140107.6140s'=s'M－－1(

)2T'MTT'MTn'0=60f'1

p=r/min

=2400r/min

60×4014三相异步电动机的调速(3)f1增加，U1不变时，sM∝。1f1TM∝,1f12=×107.61N·m=74.73N·m

50

602=×0.0969

=0.08075

50

60=r/min

=3600r/min

60×6014三相异步电动机的调速s"=sM－－1(

)2TMTTMT=0.0234""""n0=60f

1

p"

n"=(1－s")n0"=(1－0.0234)×3600r/min=3516r/minTM=TMf1

f

12""sM=

sMf1

f

1""1、变极原理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。三、笼型异步电动机的变极调速1、Y-YY变极调速

低速倍极数Y接法，高速少极数YY接法低速Y接法时（2P）不考虑cosj和h的变化时：这种接法极数减少一半，转速增加一倍，功率增加一倍，接近恒转矩调速，适宜带起重电葫芦、运输传送带等恒转矩负载。高速YY接法时（P）2、D-YY变极调速这种接法极数减少一半，转速增加一倍，转矩减小了近一半，而功率仅变化了15%，接近恒功率调速，应用于各种机床的粗加工和精加工。

低速D接法时（2p）：高速YY接法时（p）：不考虑cosj和h的变化时：当电机的极数(电机圆周的电角度数将发生改变)改变后，UVW三相的相序可能发生变化，所以在变极的同时应改变相序，才能保持电机的转向不变。注意：如：P=1，U、V、W三相绕组轴线的空间位置依次为0°、120°、240°电角度，而当改变电机的极数P=2时，则U、V、W三相绕组轴线的空间位置依次为0°、240°、480°（相当于120°）电角度，这说明变极后绕组的相序改变了。TLn0TnOYYY0.5n0n0TnO△YY0.5n0TL1.调速方向Y(△)→YY：n

YY→Y()：n2.调速范围D=2~44三相异步电动机的调速3.调速的平滑性平滑性差。4.调速的稳定性稳定性好。变极调速的特点：静差率：5.调速的经济性经济性好。6.调速时的允许负载①YY－Y满载输出功率：满载输出转矩：(基本不变）δ=×100%n0－nn0

nn0

=P2=

3UNINcos1T2=P2=，12INYINYY因为=12

YYY4三相异步电动机的调速——恒转矩调速。如果cos1、η不变，则=12P2YP2YY=1T2YT2YY（恒转矩调速）(2)YY－

因为=

3IPN2IPNININYY=32=12

YY如果cos1、

η不变，则P2

P2YY=

32≈1（恒功率调速）T2

T2YY=×2=1.732

324三相异步电动机的调速——（近似）恒功率调速。

【例4.2】

某三相多速电动机，PN=2.2/3.8kW，nN=1440/2880r/min，

MT=2.0/2.0。拖动TL

=

10N·m的恒转矩负载。求在两种不同磁极对数时的转速。解：(1)p=2时n0－nNn0sN=1500－14401500==0.044三相异步电动机的调速602TN=PN

nN=×N·m=14.6N·m602×3.142.2×1031440TM=MTTN=

2×14.6N·m=29.2N·m

n

=(1－s)n0

=(1－0.0263)×1500r/min=1460.55r/min(2)p=1时sM=sN/(MT－MT2－1)=0.04/(2－22－1)=0.149=0.149×－－1=0.0263(

)229.21029.210s=sM－－1TMT(

)2TMT4三相异步电动机的调速n0－nNnNsN=3000－28803000==0.044三相异步电动机的调速602TN=PN

nN=×N·m=12.61N·m602×3.143.8×1032880TM=MTTN=

2×12.61N·m=25.22N·m

n

=(1－s)n0

=(1－0.0308)×3000r/min=2907.6r/min=0.149×－－1=0.0308(

)225.221025.2210s=sM－－1TMT(

)2TMTn0TnOnMUNTLTL四、笼型异步电动机的变压调速TL1.调速方向

U1(＜UN)↓→n↓2.调速范围D较小。U1n0TnOnMUNU14三相异步电动机的调速3.调速的平滑性若能连续调节U1，n可实现无级调速。4.调速的稳定性稳定性差。5.调速的经济性经济性较差。(1)需要可调交流电源。(2)cos1和均较低。6.调速时的允许负载既非恒转矩调速，又非恒功率调速。因为T∝U1P2所以U1

→T(n)→P24三相异步电动机的调速

【例4.3】

三相笼型异步电动机，PN=15kW，UN=380V，nN=960r/min，MT=2。试求：(1)U1=380V，TL=120N·m时的转速；(2)U1=300V，TL=100N·m时的转速。解：(1)U1=380V，TL=120N·m时n0－nNn0sN=1000－9601000==0.044三相异步电动机的调速602TN=PN

nN=×N·m=149.28N·m602×3.1415×103960TM=MTTN=

2×149.28N·m=298.56N·m

n

=(1－s)n0

=(1－0.031)×1000r/min=969r/minsM=sN(MT＋MT2－1)=0.04×(2＋22－1)=0.149=0.149×－－1=0.031(

)2298.56120298.56120s=sM－－1TMT(

)2TMT4三相异步电动机的调速

n

=(1－s)n0

=(1－0.044)×1000r/min=956r/min=0.149×－－1=0.044(

)21861001861004三相异步电动机的调速(2)U1=300V，TL=100N·m时

sM不变，Tm∝U12，故sM=0.149TM=×298.56N·m=186N·m

300

3802s=sM－－1TMT(

)2TMTn0TnOTMR2R2+Rr五、绕线型异步电动机转子串联电阻调速TLM3~3~RrKM1.调速方向

n2.调速范围

D较小。4三相异步电动机的调速Φm不变，3.调速的平滑性取决于Rr的调节方式。4.调速的稳定性稳定性差。Rr

→δ

。5.调速的经济性初期投资不大，但运行效率较低。6.调速时的允许负载因为

调速前后U1、

f1不变，4三相异步电动机的调速

I2N

=sNE2R22＋(sNX2)2=E2

＋(sNX2)2R22

sN调速前——恒转矩调速。调速后可见调速前调速后4三相异步电动机的调速

I2N

=sE2

(R2＋Rr)2＋(sX2)2=E2

＋X22R2＋Rr2

s

R2＋Rr

sR2

sN=

cos2

=R2R22＋(sNX2)2=R2/sN

＋X22R22

sN

cos2

=R2＋Rr

(R2＋Rr)2＋(sX2)24三相异步电动机的调速

cos2

=R2＋Rr

(R2＋Rr)2＋(sX2)2=(R2＋Rr)/s

＋X22R2＋Rr2

s

=R2/sN

＋X22R22

sN可见，调速前后cos2不变，根据T=CTΦm

I2cos2可知调速时允许的转矩不变，为恒转矩调速。

【例4.4】

一台三相绕线型异步电动机，拖动一恒转矩负载运行。已知PN=20kW，nN=1420r/min，U2N=187V，I2N=68.5A，MT=2.3，TL=

100N·m。试求：(1)转子电路未串电阻时的转速；(2)转子电路串联电阻Rr=0.0159时的转速。解：(1)转子电路未串联电阻时n0－nNn0sN=1500－14201500==0.05334三相异步电动机的调速602TN=PN

nN=×N·m=134.57N·m602×3.1420×1031420TM=MTTN=

2.3×134.57N·m=309.5N·m

n

=(1－s)n0

=(1－0.0387)×1500r/min=1442r/min(2)转子串联电阻

Rr

时，TM不变，sM∝(R2＋Rr)sM=sN/(MT－MT2－1)=0.0533/(2.3－2.32－1)=0.233=0.233×－－1=0.0387(

)2309.5100309.5100s=sM－－1TMT(

)2TMT4三相异步电动机的调速R2=sNU2N

3I2N=

=0.08410.0533×187

1.732×68.5s'M=sMR2＋Rr

R2=×0.233

=0.277

0.10.0841由于TL不变，因此s

∝(R2＋Rr)n'

=(1－s')n0

=(1－0.046)×1500r/min=1