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1、第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.1第8章 三相异步电动机的电力拖动 返回总目录返回总目录返回总目录返回总目录 第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.2三相异步电动机的起动性能三相异步电动机的起动性能三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动三相绕线式异步电动机的起动三相绕线式异步电动机的起动三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动电动机的选择电动机的选择电动机的维护处理及故障电动机的维护处理及故障本本章章小小结结习题与思考题习题与思考题本章内容本章内容第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电
2、动机的电力拖动8.38.1三相异步电动机的起动性能三相异步电动机的起动性能异步电动机的起动就是转速从零开始到稳定运行状态的一个过度过程。衡异步电动机的起动就是转速从零开始到稳定运行状态的一个过度过程。衡量异步电动机起动性能的优劣要从起动电流、起动转矩、起动过程的平滑性、量异步电动机起动性能的优劣要从起动电流、起动转矩、起动过程的平滑性、起动时间及经济性等方面综合进行考虑，其中最主要的是：起动时间及经济性等方面综合进行考虑，其中最主要的是：(1)电动机应有足够大的起动转矩。电动机应有足够大的起动转矩。(2)在保证一定大小的起动转矩的前提下，起动电流越小越好。异步电动在保证一定大小的起动转矩的前提
3、下，起动电流越小越好。异步电动机在刚起动时机在刚起动时s=1，若忽略励磁电流，则起动电流为，若忽略励磁电流，则起动电流为起动电流即短路电流，数值很大，一般电动机的起动电流可达额定电流值起动电流即短路电流，数值很大，一般电动机的起动电流可达额定电流值的的47倍。对于容量较大的电动机，这样大的起动电流，一方面使电源和线路倍。对于容量较大的电动机，这样大的起动电流，一方面使电源和线路上产生很大的压降，影响其他用电设备的正常运行，使电灯亮度减弱，电动机上产生很大的压降，影响其他用电设备的正常运行，使电灯亮度减弱，电动机的转速下降，欠电压继电保护动作而将正在运转的电气设备断电等。另一方面的转速下降，欠电
4、压继电保护动作而将正在运转的电气设备断电等。另一方面电流很大将引起电动机发热，特别对频繁起动的电动机，发热更为厉害。电流很大将引起电动机发热，特别对频繁起动的电动机，发热更为厉害。(8.1)第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.4起动电流大时，起动转矩又如何呢？起动时虽然电流很大，但定子绕组阻起动电流大时，起动转矩又如何呢？起动时虽然电流很大，但定子绕组阻抗压降变大，电压为定值，则感应电动势将减小，主磁通抗压降变大，电压为定值，则感应电动势将减小，主磁通将减小；又因将减小；又因，起动时的功率因数，起动时的功率因数很小，从转矩表达很小，从转矩表达式式中可以看出，此时的起动
5、转矩并不大。中可以看出，此时的起动转矩并不大。从上面的分析可以看出，要限制起动电流，可以采取降压或增大电动机参从上面的分析可以看出，要限制起动电流，可以采取降压或增大电动机参数的起动方法。为了增大起动转矩，可适当加大转子的电阻。数的起动方法。为了增大起动转矩，可适当加大转子的电阻。8.1三相异步电动机的起动性能三相异步电动机的起动性能第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.58.2三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动一、直接起动一、直接起动直接起动是最简单的起动方法。起动时用刀开关、电磁起动器或接触器将电直接起动是最简单的起动方法。起动时用刀开关、电磁起动器或
6、接触器将电动机定子绕组直接接到电源上，其接线图如图动机定子绕组直接接到电源上，其接线图如图8.1所示。取熔体的额定电流为电所示。取熔体的额定电流为电动机额定电流的动机额定电流的2.53.5倍。一般对于小型笼型异步电动机如果电源容量足够大倍。一般对于小型笼型异步电动机如果电源容量足够大时，应尽量采用直接起动方法。对于某一电网，多大容量的电动机才允许直接起时，应尽量采用直接起动方法。对于某一电网，多大容量的电动机才允许直接起动，可按经验公式动，可按经验公式(8.2)确定。确定。3+(电源总容量电源总容量/电动机额定功率电动机额定功率)/4(8.2)电动机的起动电流倍数电动机的起动电流倍数KI需符合
7、式需符合式(8.2)中电网允许的起动中电网允许的起动电流倍数，才允许直接起动。一般电流倍数，才允许直接起动。一般10kW以下的电动机都可以直以下的电动机都可以直接起动。随电网容量的加大，允许直接起动的电动机容量也变接起动。随电网容量的加大，允许直接起动的电动机容量也变大。需要注意的是，对于频繁起动的电动机不允许直接起动，大。需要注意的是，对于频繁起动的电动机不允许直接起动，否则应采取降压起动。否则应采取降压起动。图8.1 异步电动机直接起动接线图 第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.6二、降压起动二、降压起动8.2三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动降压起
8、动是指电动机在起动时降低加在定子绕组上的电压，起动结束时加降压起动是指电动机在起动时降低加在定子绕组上的电压，起动结束时加额定电压运行的起动方式。额定电压运行的起动方式。降压起动虽然能降低电动机起动电流，但由于电动机的转矩与电压的平方降压起动虽然能降低电动机起动电流，但由于电动机的转矩与电压的平方成正比，因此降压起动时电动机的转矩也减小较多，故此法一般适用于电动机成正比，因此降压起动时电动机的转矩也减小较多，故此法一般适用于电动机空载或轻载起动。降压起动的方法有以下几种。空载或轻载起动。降压起动的方法有以下几种。1.定子串接电抗器或电阻的降压起动方法：起动时，电抗器或电阻接入定子电路；方法：起
9、动时，电抗器或电阻接入定子电路；起动后，切除电抗器或电阻，进入正常运行，如起动后，切除电抗器或电阻，进入正常运行，如图图8.2所示。所示。三相异步电动机定子边串入电抗器或电阻器起三相异步电动机定子边串入电抗器或电阻器起动时定子绕组实际所加电压降低，从而减小起动电动时定子绕组实际所加电压降低，从而减小起动电流。但定子绕组串电阻起动时，能耗较大，实际应流。但定子绕组串电阻起动时，能耗较大，实际应用不多。用不多。图8.2 笼型异步电动机定子串接电抗器或电阻的降压起动原理图 第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.78.2三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动2.星形三
10、角形(Y)降压起动方法：起动时定子绕组接成方法：起动时定子绕组接成Y形，运行时定子绕组则接成形，运行时定子绕组则接成形，其接线图形，其接线图如图如图8.3所示。对于运行时定子绕组为所示。对于运行时定子绕组为Y形的笼型异步电动机则不能用形的笼型异步电动机则不能用Y起起动方法。动方法。Y起动时，起动电流起动时，起动电流与直接起动时的起动电流与直接起动时的起动电流的关系的关系(注：起注：起动电流是指线路电流而不是指定子绕组的电流动电流是指线路电流而不是指定子绕组的电流)：电动机直接起动时，定子绕组接成电动机直接起动时，定子绕组接成形，如图形，如图8.4(a)所示，每相绕组所加所示，每相绕组所加电压大
11、小为电压大小为U1=UN，即为线电压，每相绕组的相电流为，即为线电压，每相绕组的相电流为，则电源输入的线，则电源输入的线电流为电流为Is=。Y形起动时如图形起动时如图8.4(b)所示，每相绕组所加电压所示，每相绕组所加电压为，电流为，电流则则所以所以由式由式(8.3)可见，可见，Y起动时，对供电变压器造成冲击的起动电流是直起动时，对供电变压器造成冲击的起动电流是直接起动时的接起动时的1/3。直接起动时起动转矩为直接起动时起动转矩为，Y起动时起动转矩为起动时起动转矩为，则，则(8.3)第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.88.2三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机
12、的起动即即(8.4)由式由式(8.4)可见，可见，Y起动时起动转矩也是直接起动时的起动时起动转矩也是直接起动时的1/3。Y起动比定子串电抗器起动性能要好，可用于拖动起动比定子串电抗器起动性能要好，可用于拖动TL的轻载起动。的轻载起动。Y起动方法简单，价格便宜，因此在轻载起动条件下，应优先采用。我起动方法简单，价格便宜，因此在轻载起动条件下，应优先采用。我国采用国采用Y起动方法的电动机额定电压都是起动方法的电动机额定电压都是380V，绕组是，绕组是接法。接法。(a)直接起动(形接法)(b)Y-起动(Y形接法)图8.4 Y起动电流分析图第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.
13、98.2三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动3.自耦变压器(起动补偿器)起动方法：自耦变压器也称起动补偿器。起动时电源接方法：自耦变压器也称起动补偿器。起动时电源接自耦变压器原边，副边接电动机。起动结束后电源直接自耦变压器原边，副边接电动机。起动结束后电源直接加到电动机上。加到电动机上。三相笼型异步电动机采用自耦变压器降压起动的接三相笼型异步电动机采用自耦变压器降压起动的接线如图线如图8.5所示，其起动的一相线路如图所示，其起动的一相线路如图8.6所示。所示。设自耦变压器变比为设自耦变压器变比为1，则直接起动时，则直接起动时定子绕组的电压定子绕组的电压UN、电流、电流Is与降压起动
14、时承受的电压电与降压起动时承受的电压电流关系为流关系为而起动电流是指电网供给线路的电流，即自耦变压器厚边电流而起动电流是指电网供给线路的电流，即自耦变压器厚边电流，与副边，与副边起动时电流起动时电流关系为关系为。因此，降压起动电流。因此，降压起动电流与直接起与直接起动电流动电流关系为关系为(K1)(8.5)图8.5 自耦变压器降压起动接线图第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.108.2三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动而自耦变压器降压起动时转矩而自耦变压器降压起动时转矩Ts与直接起动与直接起动时转矩时转矩Ts的关系为的关系为即即(K1)(8.6)可见，采
15、用自耦变压器降压起动，起动电流可见，采用自耦变压器降压起动，起动电流和起动转矩都降和起动转矩都降K2倍。自耦变压器一般有倍。自耦变压器一般有23组组抽头，其电压可以分别为原边电压抽头，其电压可以分别为原边电压U1的的80%、65%或或80%、60%、40%。该种方法对定子绕组采用该种方法对定子绕组采用Y形或形或形接法的形接法的电动机都可以使用，缺点是设备体积大，投资较电动机都可以使用，缺点是设备体积大，投资较贵。贵。图8.6 自耦变压器降压起动的一相线路第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.114.延边三角形降压起动8.2三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动
16、方法：延边三角形降压起动如图方法：延边三角形降压起动如图8.7所示，它介于自耦变压器降压起动与所示，它介于自耦变压器降压起动与Y降压起动方法之间。降压起动方法之间。(a)降压起动接法 (b)运行接法图8.7 延边三角形降压起动原理图如果将延边三角形看成一部分如果将延边三角形看成一部分为为Y形接法，另一部分为形接法，另一部分为形接法，形接法，则则Y形部分比重越大，起动时电压形部分比重越大，起动时电压就降得越多。根据分析和试验可知，就降得越多。根据分析和试验可知，Y形和形和形的抽头比例为形的抽头比例为1 1时，电时，电动机每相电压是动机每相电压是268V；抽头比例为；抽头比例为1 2时，每相绕组的
17、电压为时，每相绕组的电压为290V。可见，延边三角形可采用不同的抽可见，延边三角形可采用不同的抽头比，来满足不同负载特性的要求。头比，来满足不同负载特性的要求。延边三角形起动的优点是节省金属，质量轻；缺点是内部接线复杂。延边三角形起动的优点是节省金属，质量轻；缺点是内部接线复杂。笼型异步电动机除了可在定子绕组上想办法降压起动外，还可以通过改进笼型异步电动机除了可在定子绕组上想办法降压起动外，还可以通过改进笼的结构来改善起动性能，即在制造时改变笼型转子的阻抗性质，这类电动机主笼的结构来改善起动性能，即在制造时改变笼型转子的阻抗性质，这类电动机主要有深槽式和双笼型。要有深槽式和双笼型。第第8章章三
18、相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.128.3三相绕线式异步电动机的起动三相绕线式异步电动机的起动一、转子回路串接电阻器起动一、转子回路串接电阻器起动1.起动方法起动时，在转子电路串接起动电阻器，借以提高起动转矩，同时因转子电阻起动时，在转子电路串接起动电阻器，借以提高起动转矩，同时因转子电阻增大也限制了起动电流；起动结束，切除转子所串电阻。为了在整个起动过程中增大也限制了起动电流；起动结束，切除转子所串电阻。为了在整个起动过程中得到比较大的起动转矩，需分几级切除起动电阻。起动接线图和特性曲线如图得到比较大的起动转矩，需分几级切除起动电阻。起动接线图和特性曲线如图8.8所示。所示
19、。图8.8 绕线式异步电动机起动接线图和特性曲线第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.132.起动过程 8.3三相绕线式异步电动机的起动三相绕线式异步电动机的起动(1)接触器触点接触器触点KM1、KM2、KM3全断开全断开(接触器的控制由第五篇电器控接触器的控制由第五篇电器控制技术讨论制技术讨论)，电动机定子接额定电压，转子每相串入全部电阻。如正确选取，电动机定子接额定电压，转子每相串入全部电阻。如正确选取电阻的阻值，使转子回路的总电阻值电阻的阻值，使转子回路的总电阻值(注意注意是转子一相绕组本是转子一相绕组本身的电阻与串加电阻总和的折算值身的电阻与串加电阻总和的折算值
20、)，则由式，则由式可知，此时可知，此时，最大转矩，最大转矩就产生在电动机起动的瞬间，如图就产生在电动机起动的瞬间，如图8.8中中曲线曲线0中中a点，起动转矩点，起动转矩Ts1。(2)由于由于Ts1TL(负载转矩负载转矩)电动机加速到电动机加速到b点时，点时，T=Ts2，为了加速起动过，为了加速起动过程，接触器程，接触器KM1闭合，切除起动电阻闭合，切除起动电阻R，特性变为曲线，特性变为曲线1，因机械惯性，转速，因机械惯性，转速瞬时不变，工作点水平过渡到瞬时不变，工作点水平过渡到c点，使该点点，使该点T=Ts1。(3)因因Ts1TL，转速沿曲线，转速沿曲线1继续上升，到继续上升，到d点时点时KM
21、2闭合，闭合，R被切除，电被切除，电动机运行点从动机运行点从d转变到特性曲线转变到特性曲线2上的上的e点点。依次类推，直到切除全部电阻，。依次类推，直到切除全部电阻，电动机便沿着固有特性曲线电动机便沿着固有特性曲线3加速，经加速，经h点，最后运行于点，最后运行于i点点(T=TL)。第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.148.3三相绕线式异步电动机的起动三相绕线式异步电动机的起动上述起动过程中，转子三相绕组所接电阻平衡，另外三级平衡切除，故称上述起动过程中，转子三相绕组所接电阻平衡，另外三级平衡切除，故称为三级起动。在整个起动过程中产生的转矩都是比较大的，适合于容量较大
22、的为三级起动。在整个起动过程中产生的转矩都是比较大的，适合于容量较大的设备，重载起动的情况，广泛用于桥式起重机、卷扬机、龙门吊车等重载设备；设备，重载起动的情况，广泛用于桥式起重机、卷扬机、龙门吊车等重载设备；对于一些容量较小的设备，转子三相绕组所接电阻也可以不平衡，同样，在切对于一些容量较小的设备，转子三相绕组所接电阻也可以不平衡，同样，在切除时，也要进行非平衡切换。转子串电阻起动的缺点是所需起动设备较多，起除时，也要进行非平衡切换。转子串电阻起动的缺点是所需起动设备较多，起动时有一部分能量消耗在起动电阻上，起动级数也较少。动时有一部分能量消耗在起动电阻上，起动级数也较少。还需要注意，转子三
23、相绕组所接电阻并非越大越好，若出现还需要注意，转子三相绕组所接电阻并非越大越好，若出现的情况，即起动于图中特性曲线的情况，即起动于图中特性曲线4上面，起动转矩上面，起动转矩。所以，。所以，转子三相绕组所接电阻要适当。转子三相绕组所接电阻要适当。二、转二、转子串频敏变阻器起动子串频敏变阻器起动频敏变阻器的结构特点：它是一个三相铁心线圈，其铁心不用硅钢片而频敏变阻器的结构特点：它是一个三相铁心线圈，其铁心不用硅钢片而用厚钢板迭成。铁心中产生涡流损耗和一部分磁滞损耗，铁心损耗相当一个用厚钢板迭成。铁心中产生涡流损耗和一部分磁滞损耗，铁心损耗相当一个等值电阻，其线圈又是一个电抗，故电阻和电抗都随频率变
24、化而变化，故称等值电阻，其线圈又是一个电抗，故电阻和电抗都随频率变化而变化，故称频敏变阻器，它与绕线转子异步电动机的转子绕组相接，如图频敏变阻器，它与绕线转子异步电动机的转子绕组相接，如图8.9所示。其所示。其工作原理如下：工作原理如下：第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.158.3三相绕线式异步电动机的起动三相绕线式异步电动机的起动图8.9 绕线转子异步电动机 串频敏变阻器起动起动时，起动时，s=1，f2=f1=50Hz，此时频敏变阻器的，此时频敏变阻器的铁心损耗大，等效电阻大，既限制了起动电流，增大铁心损耗大，等效电阻大，既限制了起动电流，增大起动转矩，又提高了转
25、子回路的功率因数。起动转矩，又提高了转子回路的功率因数。随着转速随着转速n升高，升高，s下降，下降，f2减小，铁心损耗和等减小，铁心损耗和等效电阻也随之减小，相当于逐渐切除转子电路所串的效电阻也随之减小，相当于逐渐切除转子电路所串的电阻。电阻。起动结束时，起动结束时，n=nN，f2=sN，f1(13)Hz，此，此时频敏变阻器基本不起作用，可以闭合接触器触点时频敏变阻器基本不起作用，可以闭合接触器触点KM，予以切除。，予以切除。频敏变阻器起动结构简单，运行可靠，但与转频敏变阻器起动结构简单，运行可靠，但与转子串电阻起动相比，在同样起动电流下，起动转矩要子串电阻起动相比，在同样起动电流下，起动转矩
26、要小些。小些。第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.168.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速近年来，随着电力电子技术的发展，异步电动机的调速性能大有改善，近年来，随着电力电子技术的发展，异步电动机的调速性能大有改善，交流调速应用日益广泛，在许多领域有取代直流电动机调速系统的趋势。交流调速应用日益广泛，在许多领域有取代直流电动机调速系统的趋势。从异步电动机的转速关系式从异步电动机的转速关系式n=n1(1s)=可以看出，异步电动可以看出，异步电动机的调速可分以下三大类：机的调速可分以下三大类：(1)改变定子绕组的磁极对数改变定子绕组的磁极对数p，称为变极调速；，称
27、为变极调速；(2)改变供电电源的频率改变供电电源的频率f1，称为变频调速；，称为变频调速；(3)改变电动机的转差率改变电动机的转差率s，其方法有改变电压调速、绕线式电动机转子，其方法有改变电压调速、绕线式电动机转子串电阻调速和串级调速。串电阻调速和串级调速。一、变极调速一、变极调速在电源频率不变的条件下，改变电动机的极对数，电动机的同步转速就在电源频率不变的条件下，改变电动机的极对数，电动机的同步转速就会发生变化，从而改变电动机的转速。若极对数减少一半，同步转速就提高会发生变化，从而改变电动机的转速。若极对数减少一半，同步转速就提高一倍，电动机转速也几乎升高一倍。一倍，电动机转速也几乎升高一倍
28、。通常用改变定子绕组的接法来改变极对数，这种电动机称多速电动机。通常用改变定子绕组的接法来改变极对数，这种电动机称多速电动机。其转子均采用笼型转子，其转子感应的极对数能自动与定子相适应。这种电其转子均采用笼型转子，其转子感应的极对数能自动与定子相适应。这种电动机在制造时，从定子绕组中抽出一些线头，以便于使用时调换。下面以一动机在制造时，从定子绕组中抽出一些线头，以便于使用时调换。下面以一相绕组来说明变极原理。先将其两个半相绕组相绕组来说明变极原理。先将其两个半相绕组a1x1与与a2x2采用顺向串联，如采用顺向串联，如图图8.10所示，产生两对磁极。所示，产生两对磁极。第第8章章三相异步电动机的
29、电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.178.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速若将若将U相绕组中的一半相绕组相绕组中的一半相绕组a2x2反向，如图反向，如图8.11所示，产生一对磁极。所示，产生一对磁极。图8.10 三相四极电动机定子U相绕组图8.11 三相二极电动机定子U相绕组第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.188.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速目前，在我国多极电动机定子绕组联绕目前，在我国多极电动机定子绕组联绕方式最多有方式最多有3种，常用的有两种：一种是从星种，常用的有两种：一种是从星形改成双星形，写作形改成双星形，写作Y/YY，如图，如
30、图8.12所示；所示；另一种是从三角形改成双星形，写作另一种是从三角形改成双星形，写作/YY，如图如图8.13所示，这两种接法可使电动机所示，这两种接法可使电动机极数减少一半。在改接绕组时，为了使电动极数减少一半。在改接绕组时，为了使电动机转向不变，应把绕组的相序改接一下。机转向不变，应把绕组的相序改接一下。变极调速主要用于各种机床及其他设备变极调速主要用于各种机床及其他设备上。它所需设备简单、体积小、质量轻，但上。它所需设备简单、体积小、质量轻，但电动机绕组引出头较多，调速级数少，级差电动机绕组引出头较多，调速级数少，级差大，不能实现无级调速。大，不能实现无级调速。图8.12 异步电动机Y/
31、YY变极调速接线图8.13 异步电动机/YY变极调速接线第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.198.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速二、变频调速二、变频调速三相异步电动机的同步转速为三相异步电动机的同步转速为因此，改变三相异步电动机的电源频率，可以改变旋转磁场的同步转速，因此，改变三相异步电动机的电源频率，可以改变旋转磁场的同步转速，达到调速的目的。达到调速的目的。1.变频调速的条件三相异步电动机的每相电压三相异步电动机的每相电压U为为 UE1=4.44f1N1K1若电源电压若电源电压Ul不变，当降低电源频率不变，当降低电源频率f1调速时，则磁通调速时，则磁
32、通将增加，使将增加，使铁心饱和，从而导致励磁电流和铁损耗的大量增加，电动机温升过高等，铁心饱和，从而导致励磁电流和铁损耗的大量增加，电动机温升过高等，这是不允许的。因此在变频调速的同时，为保持磁通这是不允许的。因此在变频调速的同时，为保持磁通不变，就必须降低不变，就必须降低电源电压，使电源电压，使或或为常数。为常数。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。向下调。第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.208.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速2.从基频向下调变频调速降低电源频
33、率时，必需同时降低电源电压。降低电源电压降低电源频率时，必需同时降低电源电压。降低电源电压U1，有以下两，有以下两种控制方法：种控制方法：(1)保持保持为常数。降低电源频率为常数。降低电源频率f1时，保持时，保持为常数，则为常数，则为为常数，是恒磁通控制方式，也称恒转矩调速方式。降低电源频率常数，是恒磁通控制方式，也称恒转矩调速方式。降低电源频率f1调速的人为调速的人为机械特性，如图机械特性，如图8.14所示。所示。图8.14 保持 为常数时变频调速的机械特性 降低电源频率降低电源频率f1调速的人为机械特性特点为：调速的人为机械特性特点为：同步速度同步速度n1与频率与频率f1成正比；最大转矩成
34、正比；最大转矩不变；不变；转速降落转速降落 n=常数，特性斜率不变常数，特性斜率不变(与固有机械特与固有机械特性平行性平行)。这种变频调速方法与他励直流电动机降。这种变频调速方法与他励直流电动机降低电源电压调速相似，机械特性较硬，在一定静低电源电压调速相似，机械特性较硬，在一定静差率的要求下，调速范围宽，而且稳定性好。由差率的要求下，调速范围宽，而且稳定性好。由于频率可以连续调节，因此变频调速为无级调速，于频率可以连续调节，因此变频调速为无级调速，平滑性好，另外，转差功率平滑性好，另外，转差功率Ps较小，效率较高。较小，效率较高。第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.2
35、18.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速(2)保持保持为常数。降低电源频率为常数。降低电源频率f1，保持，保持为常数，则为常数，则近似近似为常数，在这种情况下，当降低频率为常数，在这种情况下，当降低频率f1时，时，n不变。但最大转矩不变。但最大转矩会变小，会变小，特别在低频低速时的机械特性会变坏，如图特别在低频低速时的机械特性会变坏，如图8.15所示。其中虚线是恒磁通调所示。其中虚线是恒磁通调速时为速时为常数的机械特性，以示比较。保持常数的机械特性，以示比较。保持为常数，则低频率调速近为常数，则低频率调速近似为恒转矩调速方式。似为恒转矩调速方式。图8.15 保持 为常数时变频调速的机械
36、特性 第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.228.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速3.从基频向上调变频调升高电源电压升高电源电压()是不允许的。因此，升高频率向上调速时，只能保是不允许的。因此，升高频率向上调速时，只能保持电压为持电压为不变，频率越高，磁通不变，频率越高，磁通越低，是一种降低磁通升速的方法，类越低，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，其机械特性如图似他励直流电动机弱磁升速情况，其机械特性如图8.16所示。所示。图8.16 保持 不变，升频调速的机械特性 保持保持不变升速，近似为恒功率调速方不变升速，近似为恒功率调速方式。
37、随着式。随着，而，而p2近似为常数。近似为常数。异步电动机变频调速具有良好的调速性能异步电动机变频调速具有良好的调速性能，可与直流电动机媲美。，可与直流电动机媲美。第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.238.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速4.变频电源异步电动机变频调速的电源是一种能调压的变频装置。如何能取得经济、异步电动机变频调速的电源是一种能调压的变频装置。如何能取得经济、可靠的变频电源，是实现异步电动机变频调速的关键，也是目前电力拖动系可靠的变频电源，是实现异步电动机变频调速的关键，也是目前电力拖动系统的一个重要发展方向。目前，多采用由晶闸管或自关断功
38、率晶体管器件组统的一个重要发展方向。目前，多采用由晶闸管或自关断功率晶体管器件组成的变频器。成的变频器。变频器若按相分类，可以分为单相和三相；若按性能分类，可以分为交变频器若按相分类，可以分为单相和三相；若按性能分类，可以分为交直直交变频器和交交变频器和交交变频器。交变频器。变频器的作用是将直流电源变频器的作用是将直流电源(可由交流经整流获得可由交流经整流获得)变成频率可调的交流变成频率可调的交流电电(称交称交直直交变频器交变频器)或是将交流电源直接转换成频率可调的交流电或是将交流电源直接转换成频率可调的交流电(交交交交变频器变频器)，以供给交流负载使用。交，以供给交流负载使用。交交变频器将工
39、频交流电直接变换成所需交变频器将工频交流电直接变换成所需频率的交流电能，不经中间环节，也称为直接变频器关于变频电源的具体情频率的交流电能，不经中间环节，也称为直接变频器关于变频电源的具体情况，可参考有关变频技术一类的书籍。况，可参考有关变频技术一类的书籍。5.变频技术的应用变频调速由于其调速性能优越，即主要是能平滑调速、调速范围广、变频调速由于其调速性能优越，即主要是能平滑调速、调速范围广、效率高，又不受直流电动机换向带来的转速与容量的限制，故已经在很多效率高，又不受直流电动机换向带来的转速与容量的限制，故已经在很多领域获得广泛应用领域获得广泛应用，如轧钢机、工业水泵、鼓风机、起重机、纺织机、
40、球，如轧钢机、工业水泵、鼓风机、起重机、纺织机、球磨机化工设备及家用空调器等方面。主要缺点是系统较复杂、成本较高。磨机化工设备及家用空调器等方面。主要缺点是系统较复杂、成本较高。第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.248.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速三、改变转差率调速三、改变转差率调速改变定子电压调速，转子电路串电阻调速和串级调速都属于改变转差率调改变定子电压调速，转子电路串电阻调速和串级调速都属于改变转差率调速。这些调速方法的共同特点是在调速过程中都产生大量的转差功率。前两种速。这些调速方法的共同特点是在调速过程中都产生大量的转差功率。前两种调速方法都
41、是把转差功率消耗在转子电路里，很不经济，而串级调速则能将转调速方法都是把转差功率消耗在转子电路里，很不经济，而串级调速则能将转差功率加以吸收或大部分反馈给电网，提高了经济性能。差功率加以吸收或大部分反馈给电网，提高了经济性能。1.改变定子电压调速对于转子电阻大、机械特性曲线较软的笼型对于转子电阻大、机械特性曲线较软的笼型异步电动机而言，如加在定子绕组上的电压发生异步电动机而言，如加在定子绕组上的电压发生改变，则负载改变，则负载TL对应于不同的电源电压对应于不同的电源电压U1、U2、U3，可获得不同的工作点，可获得不同的工作点a1、a2、a3，如图，如图8.17所示，显然电动机的调速范围很宽。缺
42、点是低压所示，显然电动机的调速范围很宽。缺点是低压时机械特性太软，转速变化大，可采用带速度负时机械特性太软，转速变化大，可采用带速度负反馈的闭环控制系统来解决该问题。反馈的闭环控制系统来解决该问题。改变电源电压调速，这种方法主要应用于笼改变电源电压调速，这种方法主要应用于笼型异步电动机，靠改变转差率型异步电动机，靠改变转差率s调速。过去都采用调速。过去都采用定子绕组串电抗器来实现，目前已广泛采用晶闸定子绕组串电抗器来实现，目前已广泛采用晶闸管交流调压线路来实现。管交流调压线路来实现。图8.17 高转子电阻笼型电动机调压调速第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.252转子
43、串电阻调速8.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速绕线转子异步电动机转子串电阻的机械特性如图绕线转子异步电动机转子串电阻的机械特性如图8.18所示。转子串电阻所示。转子串电阻时最大转矩不变，临界转差率加大。所串电阻越大，运行段特性斜率越大。时最大转矩不变，临界转差率加大。所串电阻越大，运行段特性斜率越大。若带恒转矩负载，原来运行在固有特性曲线若带恒转矩负载，原来运行在固有特性曲线1的的a点上，在转子串电阻点上，在转子串电阻R1后，后，就运行的就运行的b点上，转速由点上，转速由na变为变为nb，依此类推。，依此类推。图8.18 转子串电阻调速的机械特性根据电磁转矩参数表达式，当根据电磁转矩
44、参数表达式，当T为常数且为常数且电压不变时，则有电压不变时，则有(8.7)因而绕线转子异步电动机转子串电阻调因而绕线转子异步电动机转子串电阻调速时调速电阻的计算公式为速时调速电阻的计算公式为 R1=(8.8)式中式中sa转子串电阻前电动机运行的转子串电阻前电动机运行的转差率；转差率；sb转子串入电阻转子串入电阻R1后新稳态运后新稳态运行时电动机的转差率；行时电动机的转差率；r2转子每相绕组电阻，转子每相绕组电阻，常数常数第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.268.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速如果已知转子串入的电阻值，要求调速后的电动机转速，则只要将式如果
45、已知转子串入的电阻值，要求调速后的电动机转速，则只要将式(8.7)稍加变换，先求出稍加变换，先求出s1，再求转速，再求转速n。由于在异步电动机中，电磁功率由于在异步电动机中，电磁功率PM，机械功率，机械功率Pm与转子铜损与转子铜损PCu2三者之三者之间的关系为间的关系为 PM Pm Pcu2=1(1s)s(8.9)若转速越低，转差率若转速越低，转差率s越大，转子损耗越大，低速时效率不高。越大，转子损耗越大，低速时效率不高。转子串电阻调速的优点是方法简单，主要用于中、小容量的绕线转子异步转子串电阻调速的优点是方法简单，主要用于中、小容量的绕线转子异步电动机如桥式起动机等。电动机如桥式起动机等。3
46、.串级调速所谓串级调速，就是在异步电动机的转子回路串入一个三相对称的附加电所谓串级调速，就是在异步电动机的转子回路串入一个三相对称的附加电动势动势，其频率与转子电动势，其频率与转子电动势相同，改变相同，改变的大小和相位，就可以调的大小和相位，就可以调节电动机的转速。它也是适用于绕线转子异步电动机，靠改变转差率节电动机的转速。它也是适用于绕线转子异步电动机，靠改变转差率s调速。调速。(1)低同步串级调速低同步串级调速若若与与相位相反，则转子电流相位相反，则转子电流I2为为第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.278.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速电动机的电磁转
47、矩为电动机的电磁转矩为(8.10)上式中，上式中，T1为转子电势产生的转矩，而为转子电势产生的转矩，而T2为附加电势所引起的转矩。若拖动为附加电势所引起的转矩。若拖动恒转矩负载，因恒转矩负载，因T2总是负值，可见串入总是负值，可见串入后，转速降低了，串入附加电势越大，后，转速降低了，串入附加电势越大，转速降得越多。引入转速降得越多。引入后，使电动机转速降低，称低同步串级调速。后，使电动机转速降低，称低同步串级调速。(2)超同步串级调速若超同步串级调速若与与组同相位，则组同相位，则T2总是正值。当拖动恒转矩负总是正值。当拖动恒转矩负载时，引入载时，引入后，导致转速升高了，则称为超同步串级调速。后
48、，导致转速升高了，则称为超同步串级调速。串级调速性能比较好，过去由于附加电势串级调速性能比较好，过去由于附加电势的获得比较难，长期以来没能的获得比较难，长期以来没能得到推广。近年来，随着晶闸管技术的发展，串级调速有了广阔的发展前景。现得到推广。近年来，随着晶闸管技术的发展，串级调速有了广阔的发展前景。现已日益广泛用于水泵和风机的节能调速，应用于不可逆轧钢机、压缩机等很多生已日益广泛用于水泵和风机的节能调速，应用于不可逆轧钢机、压缩机等很多生产机械。产机械。第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.288.5三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动一、三相异步电动机的反转一、
49、三相异步电动机的反转从三相异步电动机的工作原理可知，电动从三相异步电动机的工作原理可知，电动机的旋转方向取决于定子旋转磁场的旋转方向。机的旋转方向取决于定子旋转磁场的旋转方向。因此只要改变旋转磁场的旋转方向，就能使三因此只要改变旋转磁场的旋转方向，就能使三相异步电动机反转。图相异步电动机反转。图8.19是利用控制开关是利用控制开关SA来实现电动机正、反转的原理线路图。来实现电动机正、反转的原理线路图。当当SA向上合闸时，向上合闸时，L1接接U相，相，L2接接V相，相，L3接接W相，电动机正转。相，电动机正转。当当SA向下合闸时，向下合闸时，L1接接U相，相，L2接接V相，相，L3接接W相，即将
50、电动机任意两相绕组与电源接相，即将电动机任意两相绕组与电源接线互调，则旋转磁场反向，电动机跟着反转。线互调，则旋转磁场反向，电动机跟着反转。图8.19 异步电动机正、反转原理线路图第第8章章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动8.29二、三相异步电动机的制动二、三相异步电动机的制动8.5三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动电动机除了上述电动状态外，在下述情况运行时，则属于电动机的制动状电动机除了上述电动状态外，在下述情况运行时，则属于电动机的制动状态。态。在负载转矩为位能转矩的机械设备中在负载转矩为位能转矩的机械设备中(例如起重机下放重物时，运输工具在例如起重机下放重物时，运输