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1、第6章 三相异步电机的电力拖动第1页，本讲稿共52页 三相异步电动机的各种三相异步电动机的各种三相异步电动机的各种三相异步电动机的各种起动起动起动起动、调速调速调速调速和和和和制动反转制动反转制动反转制动反转方法，各种方法，各种方法，各种方法，各种方法的工作原理与相应的机械特性。方法的工作原理与相应的机械特性。方法的工作原理与相应的机械特性。方法的工作原理与相应的机械特性。内容简介第2页，本讲稿共52页6.1 三相异步电动机的起动 对三相异步电动机起动过程的要求：对三相异步电动机起动过程的要求：u 要足够大要足够大;u 不能太大，以避免因起动造成对电网的冲击；不能太大，以避免因起动造成对电网的
2、冲击；u 起动时间起动时间 要尽量短；要尽量短；u 经济性经济性:起动设备简单，起动过程中能量消耗低。起动设备简单，起动过程中能量消耗低。起动时，起动时，于是有：，于是有：若直接起动，则会产生较大的起动电流，而起动转矩却不会太大。通常若直接起动，则会产生较大的起动电流，而起动转矩却不会太大。通常起动电流起动电流 ，而起动转矩，而起动转矩 。第3页，本讲稿共52页 为了能够在减小起动电流的同时确保起动转矩，必须采取一些列为了能够在减小起动电流的同时确保起动转矩，必须采取一些列起动措施。下面分别针对各种起动方法作一介绍。起动措施。下面分别针对各种起动方法作一介绍。A、三相鼠笼式异步电动机的直接起动
3、、三相鼠笼式异步电动机的直接起动 对于对于 的异步电动机可以直接起动。对于额定功率超过的异步电动机可以直接起动。对于额定功率超过 的异步电动机，可以根据下式来确定是否可以直接起动。的异步电动机，可以根据下式来确定是否可以直接起动。若下列条件满足：若下列条件满足：（6-16-1）则电动机可以采用直接起动则电动机可以采用直接起动。图图6-1 6-1 直接启动控制线路直接启动控制线路 第4页，本讲稿共52页这这种种方方法法的的优优点点是是简简单单易易行行，但但缺缺点点是是启启动动电电流流很很大大。一一般般笼笼型型感感应应电电动动机机的的最最初初启启动动电电流流为为(2.5(2.54)4)I IN N
4、，最最初初启启动动转转矩矩为为(0.8(0.81.2)1.2)T TN N。目目前前设设计计的的笼笼型型感感应应电电动动机机，都都允允许许采采用用全全压压启启动动。不不过过，过过大大的的启启动动电电流流将将在在输输电电线线路路上上产产生生阻阻抗抗压压降降，从从而而使使电电网网电电压压降降低低。所所以以此此方方法法多多用用于于中中小小型型异异步步电电动动机机。通通常常认认为为只只要要满满足足下下列列条条件件之之一一就可以直接启动：就可以直接启动：(1)(1)容量在容量在7.5kW7.5kW以下的三相异步电动机。以下的三相异步电动机。(2)(2)用户由专用变压器供电时，电动机的容量小于变压器容量的
5、用户由专用变压器供电时，电动机的容量小于变压器容量的20%20%。第5页，本讲稿共52页B、三相鼠笼式异步电动机的降压起动、三相鼠笼式异步电动机的降压起动 a、定子串电阻（或电抗）的降压起动、定子串电阻（或电抗）的降压起动 定子绕组串电阻或电抗相当于降低定子绕组的外加电压，可以达到定子绕组串电阻或电抗相当于降低定子绕组的外加电压，可以达到减小起动电流的目的。但考虑到起动转矩与定子电压的平方成正比，起动减小起动电流的目的。但考虑到起动转矩与定子电压的平方成正比，起动转矩会降低更多，因此，这种起动方法仅适用于轻载起动、且容量较小的转矩会降低更多，因此，这种起动方法仅适用于轻载起动、且容量较小的电机
6、。电机。第6页，本讲稿共52页图图6-2 6-2 定子回路串电阻器降压启动定子回路串电阻器降压启动 第7页，本讲稿共52页定定子子回回路路串串电电阻阻器器降降压压启启动动的的线线路路如如图图2-292-29所所示示，在在图图中中R RQ Q为为电电阻阻器器。启启动动时时，首首先先合合上上开开关关Q Q1 1，然然后后把把转转换换开开关关Q Q2 2合合在在启启动动位位置置，此此时时启启动动电电阻阻器器便便接接入入定定子子回回路路中中，电电机机开开始始启启动动。待待电电动动机机接接近近额额定定转转速速时时，再再迅迅速速地地把把转转换换开开关关Q Q2 2转转换换到到运运行行位位置置，此此时时电电
7、网网电电压压全全部部施施加加于于定定子子绕绕组组，启启动动过过程程完完成成。有有时时为为了了减减小小能能量量损损耗耗，电电阻也可以用电抗器代替。阻也可以用电抗器代替。采采用用定定子子串串电电阻阻降降压压启启动动时时，虽虽然然降降低低了了启启动动电电流流，但但也也使使启启动动转转矩矩大大大大减减小小。当当电电动动机机的的启启动动电电压压减减少少到到1 1k k时时，由由电电网网所所供供给给的的启启动动电电流流也也减减少少到到1/1/k k。由由于于启启动动转转矩矩正正比比于于电电流流平平方方，因因此此启启动动转转矩矩便便减少到减少到1 1k k2 2。此法通常用于高压电动机。此法通常用于高压电动
8、机。第8页，本讲稿共52页b b、星、星-三角（三角（）降压起动）降压起动 概念概念:对于正常运行采用对于正常运行采用 形联结的三相鼠笼式异步电动机，起动时可改接形联结的三相鼠笼式异步电动机，起动时可改接成成 形联结，则定子每相电压可降为电源电压的形联结，则定子每相电压可降为电源电压的 ，从而实现降压起，从而实现降压起动，这种方法被称为动，这种方法被称为 起动。起动。图图6.3 6.3 起动时的电流和电压之间的关系起动时的电流和电压之间的关系 第9页，本讲稿共52页 当采用当采用 接直接起动时，每相绕组的电压即电网线电压。设此时定子接直接起动时，每相绕组的电压即电网线电压。设此时定子每相绕组的
9、起动电流为每相绕组的起动电流为 ，则线电流为，则线电流为 ；若采用；若采用 接法，接法，由于每相绕组的电压降为电网线电压的由于每相绕组的电压降为电网线电压的 ，相应的相电流也必然降为，相应的相电流也必然降为 接时的接时的 ，于是：，于是：起动时，三相定子绕组接成起动时，三相定子绕组接成 接，降压起动。一旦转子达到接，降压起动。一旦转子达到一定转速后，三相定子绕组恢复一定转速后，三相定子绕组恢复 接，进入正常运行状态。接，进入正常运行状态。因此，有：因此，有：（6-26-2）结论：结论：采用采用 降压起动时，电网所承担的起动电流和起动转矩降压起动时，电网所承担的起动电流和起动转矩均为直接起动时的
10、均为直接起动时的 。考虑到起动转矩正比于电压平方，考虑到起动转矩正比于电压平方，因此因此 降压起动时的起动转矩仅降压起动时的起动转矩仅为为 接直接起动的接直接起动的 。第10页，本讲稿共52页AZBYXC正常正常运行运行UPABCXYZ起动起动UP（2）Y 起动应注意的问题：起动应注意的问题：（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合Y 起动起动。第11页，本讲稿共52页例例4:三相异步电动机，电源电压三相异步电动机，电源电压=380V，三相定子，三相定子绕组绕组 接法运行，额定电
11、流接法运行，额定电流IN=20A，启动电流，启动电流Ist/IN=7，求：求：（1）接法时的启动电流接法时的启动电流Ist （2）若启动时改为）若启动时改为Y接法，求接法，求 Ist Y（1）Ist =7 IN=7 20=140A解：解：（2）Ist Y=Ist /3=140/3=47A第12页，本讲稿共52页c、自耦变压器的降压起动、自耦变压器的降压起动 图图7.1 7.1 自耦变压器的降压起动自耦变压器的降压起动 图图7.27.2给出了降压起动时自耦变压器一相的电路原理图。给出了降压起动时自耦变压器一相的电路原理图。图图7.2 7.2 自耦变压器降压起动时的一相电路自耦变压器降压起动时的一
12、相电路 与额定电压直接起动相比，降压起动时定子绕组的电压降为与额定电压直接起动相比，降压起动时定子绕组的电压降为 ，于是有：于是有：（6-36-3）其中，其中，为定子电压为定子电压 时的起动电流；时的起动电流；为定子电压为定子电压 时的时的起动电流；起动电流；第13页，本讲稿共52页式中，式中，为起动时电网侧的电流。为起动时电网侧的电流。考虑到起动转矩正比于定子绕组外加电压的平方，因此，降压前、后考虑到起动转矩正比于定子绕组外加电压的平方，因此，降压前、后起动转矩的比值为：起动转矩的比值为：（7-77-7）结论：结论：与直接起动相比较，采用自耦变压器降压起动时，电压减低与直接起动相比较，采用自
13、耦变压器降压起动时，电压减低 倍，则起动电流和起动转矩均降低倍，则起动电流和起动转矩均降低 倍。倍。第14页，本讲稿共52页延延边边三三角角形形启启动动是是从从星星三三角角 启启动动法法演演变变出出来来的的。从从上上面面的的分分析析可可知知，把把原原为为三三角角形形接接法法的的定定子子绕绕组组改改为为星星形形接接法法启启动动时时，由由于于相相电电压压降降到到原原来来的的，电电网网电电流流和和启启动动转转矩矩都都减减小小为为原原来来的的 ，因因此此只只能能在在空空载载或或轻轻负负载载启启动动。延延边边三三角角形形接接法法在在启启动动时时，把把定定子子绕绕组组的的一一部部分分接接成成三三角角形形，
14、剩剩下下的的一一部部分分接接成成星星形形，如如图图2-31(a)2-31(a)所所示示。从从图图形形上上看看就就是是一一个个三三角角形形三三条条边边的的延延长长，因因此此称称为为延延边边三三角角形形。当当启启动动完完毕毕，再再把把绕绕组组改改接接为为原原来来的的三三角角形形接接法法，如如图图2 231(b)31(b)所示。所示。d、三相鼠笼式异步电动机的延边三角形降压启、三相鼠笼式异步电动机的延边三角形降压启动动第15页，本讲稿共52页图图6-7 6-7 延边三角形启动原理图延边三角形启动原理图 (a)(a)启动时接法启动时接法;(b);(b)运行时接法运行时接法 第16页，本讲稿共52页 延
15、延边边三三角角形形接接法法实实际际上上就就是是把把星星形形接接法法和和三三角角形形接接法法结结合合在在一一起起，因因此此它它每每相相绕绕组组所所承承受受的的电电压压小小于于三三角角形形接接法法时时的的线线电电压压，大大于于星星形形接接法法时时的的线线电电压压，介介于于此此二二者者之之间间，而而究究竟竟是是多多少少，则则取取决决于于相相绕绕组组中中星星形形部部分分的的匝匝数数和和三三角角形形部部分分的匝数之比。该启动法的缺点是定子绕组比较复杂。的匝数之比。该启动法的缺点是定子绕组比较复杂。第17页，本讲稿共52页传统降压起动方法的不足：传统降压起动方法的不足：传统降压起动要求：在转子升至一定转速
16、时均需切换至全压正常运行，切传统降压起动要求：在转子升至一定转速时均需切换至全压正常运行，切换时刻把握不好不仅会造成起动过程的不平滑，而且也会引起起动过程中的换时刻把握不好不仅会造成起动过程的不平滑，而且也会引起起动过程中的两次电流冲击两次电流冲击（见图7.4）。图7.4 异步电动机各种起动方法下的电流波形解决方案：解决方案：采用变频器的起动方案；采用变频器的起动方案；采用软起动器（采用软起动器（Soft StarterSoft Starter）的起动方案。）的起动方案。第18页，本讲稿共52页这里仅介绍软起动方案。鉴于软起动方案很多，这里仅以电子式软起动器电子式软起动器为例加以说明。图7.5
17、 异步电动机软起动器的组成框图工作原理：工作原理：在起动过程中，通过控制移相角在起动过程中，通过控制移相角 来调节定子电压，并采用系统闭环来调节定子电压，并采用系统闭环限制起动电流，确保起动过程中的定子电流、电压或转矩按预定函数关系限制起动电流，确保起动过程中的定子电流、电压或转矩按预定函数关系（或目标函数）变化，直至起动过程结束。然后将软起动器切除，使得电（或目标函数）变化，直至起动过程结束。然后将软起动器切除，使得电动机与电源直接相连。动机与电源直接相连。第19页，本讲稿共52页6.2 6.2 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 三相异步电动机的转子转速可由下式给出：(6-6)由上式
18、可见，三相异步电动机的调速方法大致分为如下几种：由上式可见，三相异步电动机的调速方法大致分为如下几种：变极调速；变极调速；变频调速；变频调速；改变转差率调速；改变转差率调速；其中，改变转差率的调速方法涉及：其中，改变转差率的调速方法涉及：改变定子电压的调压调速；改变定子电压的调压调速；绕线式异步电动机的转子串电阻调速；绕线式异步电动机的转子串电阻调速；电磁离合器调速；电磁离合器调速；绕线式异步电动机的双馈调速与串级调速。绕线式异步电动机的双馈调速与串级调速。第20页，本讲稿共52页三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速1.改变极对数改变极对数 有级调速。有级调速。2.改变转差率改变转差率 无
19、级调速无级调速调速方法：调速方法：第21页，本讲稿共52页3.改变电源频率改变电源频率(变频调速变频调速)无级调速无级调速变频电源变频电源 可变可变 此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。第22页，本讲稿共52页A、变极调速、变极调速概念概念:变极调速是一种通过改变定子绕组极对数来实现转子转速调节的变极调速是一种通过改变定子绕组极对数来实现转子转速调节的调速方式。在一定电源频率下，由于同步速调速方式。在一定电源频率下，由于同步速 与极对数成反与极对数
20、成反比，因此，改变定子绕组极对数便可以改变转子转速。比，因此，改变定子绕组极对数便可以改变转子转速。图图7.11 三相异步电动机变极前后定子绕组的接线图三相异步电动机变极前后定子绕组的接线图 图图7.11a、b、c分别为三相异步电动机变极前后定子绕组的接线图。其中，分别为三相异步电动机变极前后定子绕组的接线图。其中，代表代表A相相的半相绕组，的半相绕组，代表代表A相的另一半相绕组。相的另一半相绕组。第23页，本讲稿共52页 为了确保定子、转子绕组极对数的同时改变以产生有效的电磁为了确保定子、转子绕组极对数的同时改变以产生有效的电磁转矩，变极调速一般仅适用于鼠笼式异步电动机。转矩，变极调速一般仅
21、适用于鼠笼式异步电动机。结论结论:对于三相异步电动机，为了确保变极前后转子的转向不对于三相异步电动机，为了确保变极前后转子的转向不变，变极的同时必须改变三相绕组的相序。变，变极的同时必须改变三相绕组的相序。这主要是极对数的改变会引起相序发生改变所致。下面就两种典型的变极接线方法及其变极前后的调速性质与机械特性介绍如下:a、Y/YY接变极调速接变极调速Y/YY变极调速前后定子绕组的接线如图7.12所示。第24页，本讲稿共52页图7.12 三相异步电动机Y/YY 接变极调速的接线 假定变极调速前后定子的功率因数 、效率 均不变，为了确保电动机得到充分利用，每半相绕组中的电流应均为额定值 ，于是变极
22、前后电动机的输出功率和输出转矩分别满足下列关系：(7-10)(7-11)结论：结论：Y/YY接变极调速属于恒转矩调速方式。接变极调速属于恒转矩调速方式。图7.13定性给出了Y/YY接变极调速的机械特性。第25页，本讲稿共52页图7.13 Y/YY接变极调速的机械特性b、/YY接变极调速接变极调速/YY变极调速前后定子绕组的接线如图7.14所示。图7.14 三相异步电动机 /YY 接变极调速的接线第26页，本讲稿共52页 假定变极调速前后电机的功率因数 、效率 均不变，并设每半相绕组中的电流均为额定值 ，则 /YY变极前后电动机的输出功率和输出转矩分别满足下列关系：（7-12）（7-13）结论：
23、结论：/YY接变极调速属于近似恒功率调速方式接变极调速属于近似恒功率调速方式。图7.15定性给出了 /YY接变极调速的机械特性。图7.15 /YY接变极调速的机械特性 第27页，本讲稿共52页B、变频调速、变频调速对变频调速的要求：对变频调速的要求：（1 1）主磁通）主磁通 ，以防止定子铁心过饱和；，以防止定子铁心过饱和；（2 2）电动机的过载能力（或最大电磁转矩）电动机的过载能力（或最大电磁转矩 ）尽可能保持不变。）尽可能保持不变。a、基频以下的变频调速、基频以下的变频调速 由 可知，要想确保主磁通 不变，可满足亦即变频的同时必须调压变频的同时必须调压，实现定子电压和频率的协调控制。考虑到：
24、因而，此时电机的过载能力保持不变。（1 1）保持）保持 =常数的机械特性常数的机械特性 下面对两种情况下变频调速时的机械特性进行讨论：根据三相异步电动机的T型等效电路，可以获得用感应电势 表示的电磁转矩的表达式为：第28页，本讲稿共52页(7-18)式（6-125）稍加变形得最大电磁转矩为：(7-19)根据式（7-18）绘出保持 =常数时变频调速的典型机械特性如图7.17所示。为便于比较，图7.17还同时绘出了 常数时的机械特性，如图7.17中的虚线所示。图7.17 三相异步电动机变频调速时的机械特性(=常数)第29页，本讲稿共52页调速性质的分析：调速性质的分析：假定变频调速过程中电机的功率
25、因数假定变频调速过程中电机的功率因数 、效率、效率 均不变，为了充分利用电动机，均不变，为了充分利用电动机，每相绕组中的电流应保持额定值每相绕组中的电流应保持额定值 不变。此时，三相异步电动机的输出功率和输出转矩不变。此时，三相异步电动机的输出功率和输出转矩分别满足下列关系：分别满足下列关系：（7-20）（7-21）结论：结论：由于基频以下的调速过程中保持由于基频以下的调速过程中保持 =常数，基频以下的变频调速属于常数，基频以下的变频调速属于恒转矩调速，其输出功率正比于定子频率（或转速恒转矩调速，其输出功率正比于定子频率（或转速）（见图见图7.19）。）。图图7.19 三相异步电动机变频调速时
26、所容许的输出转矩、输出功率与频率之间的关系三相异步电动机变频调速时所容许的输出转矩、输出功率与频率之间的关系 第30页，本讲稿共52页b、基频以上的变频调速、基频以上的变频调速 当定子频率超过基频时，受电机绕组绝缘耐压的限制，定子电压当定子频率超过基频时，受电机绕组绝缘耐压的限制，定子电压 无法进一步提高，无法进一步提高，只能保持只能保持 。此时，三相异步电动机变频调速时的机械特性仍由式（此时，三相异步电动机变频调速时的机械特性仍由式（6-121）得出：）得出：（7-22）最大电磁转矩由式（最大电磁转矩由式（6-125）给出：）给出：（7-23）临界转差率由式（临界转差率由式（6-124）给出
27、：）给出：第31页，本讲稿共52页（7-24）由上式得对应于最大转矩由上式得对应于最大转矩 时的转速为：时的转速为：（7-25）结论：结论：最大转矩最大转矩 处的转速降处的转速降 与频率无关，即机械特性的硬度保持不变。与频率无关，即机械特性的硬度保持不变。图图7.20给出了三相异步电动机变频调速时的典型机械特性。给出了三相异步电动机变频调速时的典型机械特性。图图7.20 三相异步电动机基频以上变频调速时的机械特性三相异步电动机基频以上变频调速时的机械特性()第32页，本讲稿共52页调速性质的分析：调速性质的分析：假定基频以上变频调速过程中电机的功率因数 、效率 均不变，每相绕组中的电流仍保持额
28、定值 不变。此时，三相异步电动机的输出功率和输出转矩分别满足下列关系：（7-20）（7-21）结论：结论：由于基频以上的调速过程中保持由于基频以上的调速过程中保持 ，基频以上的变频调速属于恒，基频以上的变频调速属于恒功率调速，其输出转矩反比于定子绕组的供电频率（或转速）功率调速，其输出转矩反比于定子绕组的供电频率（或转速）（见图7.19中的虚线所示）。一般结论：一般结论：u基频以下为恒转矩调速基频以下为恒转矩调速；基频以上为恒功率调速基频以上为恒功率调速；u变频调速过程中变频调速过程中，异步电动机机械特性的硬度保持不变异步电动机机械特性的硬度保持不变，调调速范围宽速范围宽；u频率连续可调，可以
29、实现无级调速频率连续可调，可以实现无级调速。第33页，本讲稿共52页C、改变转差率的调速、改变转差率的调速对于改变转差实现调速的方案，其效率可由下式给出：对于改变转差实现调速的方案，其效率可由下式给出：（7-26）上式表明，转子转速越低，效率越低。因此，一般来说，改变转差率的调速方案的经上式表明，转子转速越低，效率越低。因此，一般来说，改变转差率的调速方案的经济性较差。济性较差。下面针对目前常用的调速方法（改变定子电压的调压调速、转子绕组串电阻调速、利下面针对目前常用的调速方法（改变定子电压的调压调速、转子绕组串电阻调速、利用滑差离合器调节转速以及双馈调速与串级调速）介绍如下：用滑差离合器调节
30、转速以及双馈调速与串级调速）介绍如下：a、改变定子电压调速、改变定子电压调速 一般三相异步电动机调压调速的人工机械特性如图一般三相异步电动机调压调速的人工机械特性如图7.22a所示。所示。图图7.22 三相异步电动机的降压调速三相异步电动机的降压调速第34页，本讲稿共52页 由图由图7.22a可见，对风机、泵类负载，其调速范围较宽，故调压调速特别适用于风机、可见，对风机、泵类负载，其调速范围较宽，故调压调速特别适用于风机、泵类负载。对恒转矩负载，调压调速的范围较小，而对于高转差率电机（如双鼠笼式或深泵类负载。对恒转矩负载，调压调速的范围较小，而对于高转差率电机（如双鼠笼式或深槽式鼠笼异步电机）
31、，则可得到较宽的调速范围，如图槽式鼠笼异步电机），则可得到较宽的调速范围，如图7.22b所示。所示。为了提高调压调速机械特性的硬度，增大鼠笼式异步电动机的调速范围，可采为了提高调压调速机械特性的硬度，增大鼠笼式异步电动机的调速范围，可采用如下两种方案：用如下两种方案：n 采用转速闭环的方案采用转速闭环的方案（见图（见图7.237.23）；n 将调压调速与变极调速结合。将调压调速与变极调速结合。图图7.23 具有速度反馈的异步电动机调压调速系统具有速度反馈的异步电动机调压调速系统第35页，本讲稿共52页调速性质的分析：调速性质的分析：根据根据 可见，调压调速时电磁转矩可见，调压调速时电磁转矩 与
32、转差率成反比。与转差率成反比。结论：结论：调压调速既不属于恒转矩调速也非恒功率调速。调压调速既不属于恒转矩调速也非恒功率调速。b、绕线式异步电动机的转子串电阻调速、绕线式异步电动机的转子串电阻调速三相绕线式异步电动机转子串电阻的人工机械特性如图三相绕线式异步电动机转子串电阻的人工机械特性如图7.24所示。所示。图图7.24 绕线式异步电动机转子串电阻的人工机械特性绕线式异步电动机转子串电阻的人工机械特性结论：结论：外加转子电阻外加转子电阻 越大，则转子转差率越大，转速越低。越大，则转子转差率越大，转速越低。第36页，本讲稿共52页调速性质的分析：调速性质的分析：考虑到 ，由于电源电压保持不变，
33、故主磁通 为定值。调速过程中，为了充分利用电动机的绕组，要求保持 ，于是有：由上式可得：（7-27）根据式（7-27）得转子回路的功率因数为：因此，电磁转矩为：结论：结论：转子串电阻调速属于恒转矩调速。转子串电阻调速属于恒转矩调速。第37页，本讲稿共52页c c、电磁转差离合器调速、电磁转差离合器调速 转差离合器电动机又称为转差离合器电动机又称为“电磁调速电动机电磁调速电动机”，其基本结构如图其基本结构如图6.116.11所示。所示。图图6.11 6.11 滑差离合器电机的基本结构图滑差离合器电机的基本结构图第38页，本讲稿共52页滑差离合器的工作原理：滑差离合器的工作原理：当鼠笼式异步电动机
34、旋转时，滑差离合器的电枢则一同以角速度当鼠笼式异步电动机旋转时，滑差离合器的电枢则一同以角速度 旋转，设其转向为顺时针。当磁极上的励磁绕组中无励磁电流（即旋转，设其转向为顺时针。当磁极上的励磁绕组中无励磁电流（即 ）时，离合器的电枢与磁极无任何联系，负载侧电磁转矩为零。当励磁绕）时，离合器的电枢与磁极无任何联系，负载侧电磁转矩为零。当励磁绕组中有励磁电流（即组中有励磁电流（即 ）时，离合器的电枢和磁极之间通过磁场相互）时，离合器的电枢和磁极之间通过磁场相互作用。其工作原理类似于一台反装的感应电动机。其最终结果是：磁极随作用。其工作原理类似于一台反装的感应电动机。其最终结果是：磁极随电枢沿同一方
35、向旋转，设其角速度为电枢沿同一方向旋转，设其角速度为 。显然，。显然，。电磁滑差离。电磁滑差离合器由此而得名。合器由此而得名。图图6.116.11电磁滑差离合器的工作原理电磁滑差离合器的工作原理 第39页，本讲稿共52页 图7.28给出了电磁滑差离合器的机械特性。其中，理想空载转速是指异步电动机转子的转速。图7.28 电磁滑差离合器的机械特性结论：结论：u 随着直流励磁电流的增大，相同转速条件下滑差离合器输出的电磁转矩增随着直流励磁电流的增大，相同转速条件下滑差离合器输出的电磁转矩增大；大；u 改变直流励磁电流可以调节输出负载侧的转速。改变直流励磁电流可以调节输出负载侧的转速。滑差离合器的调速
36、原理：滑差离合器的调速原理：第40页，本讲稿共52页6.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 制动制动:同直流电机一样同直流电机一样,所谓制动是指电磁转矩与转速方向相反的一种运行状态。所谓制动是指电磁转矩与转速方向相反的一种运行状态。第41页，本讲稿共52页图图6.35 三相异步电动机的能耗制动三相异步电动机的能耗制动 A、能耗制动、能耗制动 三相异步电动机能耗制动时，需对提供额外的励磁电源。其通常做法是：三相异步电动机能耗制动时，需对提供额外的励磁电源。其通常做法是：将所要制动异步电动机的定子绕组迅速从电网上断开，同时将其切换至直流电源将所要制动异步电动机的定子绕组迅速从电网上断开，
37、同时将其切换至直流电源上。通过给定子绕组加入直流励磁电流建立恒定磁场。于是，旋转的转子和恒定上。通过给定子绕组加入直流励磁电流建立恒定磁场。于是，旋转的转子和恒定磁场之间相互作用，便产生具有制动性的电磁转矩。由于制动过程中，大部分动磁场之间相互作用，便产生具有制动性的电磁转矩。由于制动过程中，大部分动能或势能均转变为电能消耗在转子回路的电阻上，这种制动方式又称为能或势能均转变为电能消耗在转子回路的电阻上，这种制动方式又称为能耗能耗制动制动。能耗制动的典型线路与物理解释分别如图。能耗制动的典型线路与物理解释分别如图6.35a6.35a、b b所示。所示。第42页，本讲稿共52页图图6.36 异步
38、电动机定子绕组通入直流时所产生的磁势异步电动机定子绕组通入直流时所产生的磁势能耗制动时三相异步电动机的机械特性计算能耗制动时三相异步电动机的机械特性计算 图图6.36a6.36a、b b分别给出了三相异步电动机定子两相绕组通以直流电的分别给出了三相异步电动机定子两相绕组通以直流电的电路连接以及相应的定子磁势矢量图。电路连接以及相应的定子磁势矢量图。第43页，本讲稿共52页图图6.38 三相异步电动机能耗制动时的机械特性三相异步电动机能耗制动时的机械特性 图图6.39给出了三相异步电动机分别拖动反抗性负载和位能性负载能耗制动时的制动过程曲线。给出了三相异步电动机分别拖动反抗性负载和位能性负载能耗
39、制动时的制动过程曲线。图图6.39 三相异步电动机能耗制动时的制动过程三相异步电动机能耗制动时的制动过程第44页，本讲稿共52页B、反接制动、反接制动概念概念:反接制动是一种通过改变外加三相交流电源的相序或在外部条件下转速反反接制动是一种通过改变外加三相交流电源的相序或在外部条件下转速反向，引起电磁转矩与转速反向的制动状态。向，引起电磁转矩与转速反向的制动状态。下面分两种情况进行讨论：a、转速反向的反接制动、转速反向的反接制动图7.40 三相异步电动机转速反向的反接制动 图中，对应C点的转差率为：(7-44)第45页，本讲稿共52页 转子轴上输出的总机械功率为：(7-45)上式表明，机械轴不是
40、输出机械功率而是输入机械功率，该机械功率是由拖动系统的机械势能转变而来的。定子通过气隙传递到转子的电磁功率为：(7-46)将式（7-45）与（7-46）相加得：(7-47)上式表明，能耗制动过程中，三相异步电动机既从转子轴上输入机械功率，又能耗制动过程中，三相异步电动机既从转子轴上输入机械功率，又从电网上吸收电磁功率，这两部分功率最终通过转子回路中的电阻消耗掉。从电网上吸收电磁功率，这两部分功率最终通过转子回路中的电阻消耗掉。第46页，本讲稿共52页b、定子电源反接的反接制动、定子电源反接的反接制动图图6.41 6.41 三相异步电动机定子两相对调的反接制动三相异步电动机定子两相对调的反接制动
41、 定子相序改变后的转差率为：定子相序改变后的转差率为：可见，上式与转速反向反接制动的转差率表达式（可见，上式与转速反向反接制动的转差率表达式（7-447-44）完全相同。相应的功率关系和功率流程也必然完全相同。完全相同。相应的功率关系和功率流程也必然完全相同。定子两相对调反接制动的制动过程可用图定子两相对调反接制动的制动过程可用图7.41b7.41b说明之。说明之。第47页，本讲稿共52页C、回馈制动、回馈制动概念概念:所谓回馈制动是指三相异步电动机转子实际转速超过同步速的一种制动所谓回馈制动是指三相异步电动机转子实际转速超过同步速的一种制动状态。状态。图7.42 三相异步电动机的回馈制动第4
42、8页，本讲稿共52页当当转转速速n n n n1 1时时，电电机机由由电电动动机机状状态态变变为为发发电电机机状状态态运运行行，电电机机的的有有功功电电流流和和电电磁磁转转矩矩的的方方向向将将倒倒转转，这这时时电电磁磁转转矩矩由由原原来来的的驱驱动动作作用用转转为为制制动动作作用用，电电机机转转速速便便减减慢慢下下来来。同同时时，由由于于电电流流方方向向反反向向，电电磁磁功功率率回回送送至至电电网网，故称回馈制动。故称回馈制动。回馈制动常用来限制转速，例如当电车下坡时，重回馈制动常用来限制转速，例如当电车下坡时，重力的作用使电车转速增大，当力的作用使电车转速增大，当n n n n1 1时，电机
43、自动进行回时，电机自动进行回馈制动。回馈制动可以向电网回输电能，所以经济性能馈制动。回馈制动可以向电网回输电能，所以经济性能好，但只有在特定状态下才能实现制动，而且只能限制好，但只有在特定状态下才能实现制动，而且只能限制电动机的转速，不能停转。电动机的转速，不能停转。第49页，本讲稿共52页6.4 三相异步电动机的四象限运行状态三相异步电动机的四象限运行状态 分析分析 将三相异步电动机的各种运行状态：电动运行、能耗制动、反接制动将三相异步电动机的各种运行状态：电动运行、能耗制动、反接制动（包括转速反向的反接制动）以及回馈制动（即四象限运行状态）所对应的（包括转速反向的反接制动）以及回馈制动（即
44、四象限运行状态）所对应的机械特性绘制在同一张曲线上如图机械特性绘制在同一张曲线上如图6.446.44所示。所示。图图6.44 6.44 三相异步电动机各种运行状态下的机械特性三相异步电动机各种运行状态下的机械特性第50页，本讲稿共52页 由图可见，各种运行状态下的机械特性分别处于不同的象限中。由图可见，各种运行状态下的机械特性分别处于不同的象限中。当电机正转时，特性和位于第当电机正转时，特性和位于第I I、IIII、IVIV象限。其中，第象限。其中，第I I象限对应于电动机象限对应于电动机运行状态；第运行状态；第IIII象限对应于回馈制动状态；第象限对应于回馈制动状态；第IVIV象限对应于转速
45、反向的反接制动象限对应于转速反向的反接制动状态；状态；当电机反转时，特性和位于第当电机反转时，特性和位于第IIIIII、IIII、IVIV象限。其中，第象限。其中，第IIIIII象限对应于电象限对应于电动运行状态；第动运行状态；第IIII象限对应于转速反向的反接制动状态；第象限对应于转速反向的反接制动状态；第IVIV象限对应于回馈制象限对应于回馈制动状态。能耗制动时的机械特性位于第动状态。能耗制动时的机械特性位于第IIII、IVIV象限。其中，第象限。其中，第IIII象限对应于电机象限对应于电机正转运行情况，而第正转运行情况，而第IVIV象限则对应于电机反转运行情况。象限则对应于电机反转运行情况。图图7.447.44中，特性中，特性1 1、2 2对应于转子未串联电阻时的情况，而特性对应于转子未串联电阻时的情况，而特性 、则对应于转子串电阻时的情况。则对应于转子串电阻时的情况。第51页，本讲稿共52页第52页，本讲稿共52页