电机拖动与电气控制 第2版 教案 3.5 三相异步电动机的调速 课程教案

电机拖动与电气控制课程教案章节名称第3章交流电动机3.5三相异步电动机的调速与反转授课时数2授课形式教学目标①掌握三相异步电动机机调速方法和特性。②会绘制三相异步电动机调速过程机械特性的曲线。③掌握三相异步电动机反转方法与实现=4\*GB3④严谨认真的学习态度和科学探究精神。教学重点难点调速方法和调速过程分析，调速机械特性曲线分析。教学内容通过三相异步电动机的转速公式可以得出三相异步电动机的调速方法有以下几种类型：变极调速、变频调速、变转差率调速一、变极调速变极调速是在电源频率不变的条件下，改变定子绕组极对数，来改变同步转速。根据，改变同步转速就可达到改变电动机转速的目的。这种调速方法的转速按极对数的倍数而改变,所以只适用于笼型电动机，因为笼型转子绕组的极对数是感应产生的，随定子磁场极对数改变而自动改变，使两磁场极对数保持一致。定子极对数的改变通常是通过改变定子绕组的连接方法来实现的，由于笼型电机的定子绕组极对数改变时，转子极对数能自动地改变，始终保持，所以这种方法一般只能用于笼型异步电动机。例如一相绕组的两个线圈，1Al、lA2表示第一个线圈的首、尾；2A1、2A2表示第二个线圈首、尾。如将两个线圈首尾依次串联相接，lA2和2A1联结，电流从1Al到lA2、从2A1、到2A2，这时可得到的四极分布磁场，如将第一个线圈的尾lA2与第二个线圈的尾2A2连接，组成反向串联结构，电流从1Al、到lA2、从2A2、到2A1，这就得到的两极分布磁场，因为第二个线圈中的电流方向相反，极对数也降低了一半。可见，只要将一相绕组中的任一半相绕组的电流反向，电机绕组的极对数就成倍数变化。根据，同步转速就发生变化，如果拖动恒转矩负载，运行转速也接近成倍数变化，这就是单相绕组的变极调速原理。二、变频调速根据转速公式可知，当转差率s变化不大时，异步电动机的转速n基本上与电源频率成正比。连续调节电源频率，就可以平滑地改变电动机的转速。但是，单一地调节电源频率，将导致电动机运行性能的恶化，为什么呢？电动机正常运行时，定子漏阻抗压降很小，这时若端电压U1不变，当频率减小时，主磁通将增加，这将导致磁路过分饱和，励磁电流增大，功率因数降低，铁心损耗增大；而当增大时，将减小，电磁转矩及最大转矩下降，过载能力降低，电动机的容量也得不到充分利用。因此，为了使电动机能保持较好的运行性能，要求在调节的同时，改变定子电压U1，以维持不变，或者保持电动机的过载能力不变。Ul随按什么样的规律变化最为合适呢?一般认为，在任何类型负载下变频调速时，若能保持电动机的过载能力不变，则电动机的运行性能较为理想。随着电力电子技术的发展，已出现各种性能良好、工作可靠的变频调速电源装置，也就是我们现在常说的变频器。所以变频调速的应用非常广泛。变频调速时以额定频率为基频，可以从基频向上调速，也可以从基频向下调速。1．基频以下变频调速变频调速时要保证不变。如果频率下调，而端电压U1为额定值，则随着下降，气隙每极磁通增加，使电动机磁路进入饱和状态。因此，基频向下调速时，要保持，电动机最大电磁转矩Tm在基频附近可视为恒值，在频率更低时，随着频率下调，最大转矩Tm将变小。其机械特性近似于恒转矩调速的类型。2．基频以上变频调速在基频以上变频调速时，也按比例升高电源电压时不允许的，只能保持电压为UN不变，频率越高，磁通φm越低，是一种降低磁通升速的方法。此时电动机最大电磁转矩及其临界转差率与频率成反比。其机械特性可近似认为恒功率调速类型。三、变转差率调速变转差率调速包括改变定子电压调速、绕线电机转子回路串电阻调速和电磁转差离合器调速。1．减压调速从降低定子端电压的人为机械特性知道，在降低电压时，其同步转速和临界转差频率不变，电磁转矩。当电机拖动恒转矩负载时，降低电源电压时可以降低转速，当负载转矩为图中恒转矩时，如电压由，降到时，转速将由降到。随着电压的降低，转差率在增加，达到了调速的目的。但是随着电压的降低，下降很快，使电机的带负载能力大为下降。对于恒转矩负载，电机不能在时稳定运转，因此调速范围只有，对于一般的异步电机很小，所以调速范围很小。但若负载为通风机类负载，如图中的特性曲线，在时，拖动系统也能稳定运转，因此调速范围显著扩大了。2．绕线式转子异步电机转子回路串电阻调速转子电路串联电阻调速也是一种改变转差率的调速方法，绕线转子异步电动机转子电路中接入变阻器，电阻越大，曲线越偏向下方。在一定的负载转矩下，电阻越大，转速越低。这种调速方法损耗较大，调整范围有限，但这种方法具有简单、初期投资不高的优点。适用于恒转矩负载，如起重机。对于通风机负载也可应用。3．电磁转差离合器调速电磁转差离合器在鼠笼式异步电动机与负载之间，它将异步电动机和负载互相连接起来，。电磁转差离合器主要由电枢和磁极两个旋转部分组成，电枢部分与三相异步电动机相连是主动部分。电枢部分相当于由无穷多单元导体组成的鼠笼转，磁极部分与负载联接是从动部分，磁极上励磁绕组通过滑环，电刷与整流装置连接，由整流装置提供励磁电流。电磁转差离合器的工作原理与异步电动机的相似。当异步电动机运行时，电枢部分随异步电动机的转子同速旋转，转速为n，磁极部分的励磁绕组通入的励磁电流为0时，磁极的磁场为零，电枢与磁极二者之间既无电的联系又无磁的联系，无电磁转矩产生，磁极及关联的负载是不会转动的，这时负载相当于与电机“离开”。若磁极部分的励磁绕组通入的励磁电流不等于0时，磁极部分则产生磁场，磁极与电枢二者之间就有了磁的联系。由于电枢与磁极之间有相对运动，电枢载流导体受磁极的磁场作用产生电磁转矩，磁极部分的负载跟随电枢转动，此时负载相当于被“合上”，而且负载转速始终小于电动机转速n，由于异步电动机的固有机械特性较硬，可以认为电枢的转速n是恒定不变的，而磁极的转速取决与磁极绕组的电流的大小。只要改变磁极电流的大小，就可以改变磁场的强弱，则磁极和负载转速就不同，从而达到调速的目的。电磁转差离合器调速设备简单、运行可靠、控制方便且可以平滑调速，这种调速方法被广泛应用于纺织、造纸等工业部门及通风机、泵的调速系统中。四、三相异步电动机反转由三相异步电动机的工作原理可知三相异步电动机的旋转方向由定子绕组中的电流相序决定。通过改变电源相序，可以改变定子旋转磁场的方向，从而改