第5章：三相異步電動(dòng)機(jī) 拖動(dòng)與控制

1、第第5章章 三相異步電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī) 拖動(dòng)與控制拖動(dòng)與控制 電機(jī)拖動(dòng)與控制電機(jī)拖動(dòng)與控制5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性機(jī)械特性是指轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩n=f(T)之間的關(guān)系。對(duì)于異步電動(dòng)機(jī)，由于轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差率之間存在著一定的關(guān)系，機(jī)械特性亦可表示為T=f(sT=f(s) )。5.1.1固有機(jī)械特性的分析固有機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)在額定電壓和額定頻率下，按規(guī)定的接線方式接線，定、轉(zhuǎn)子回路外接阻抗為零時(shí)的機(jī)械特性。 1、當(dāng)s很小時(shí)，T與s成正比，近似為直線。隨著s變大，轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)矩T增加，該部分為電動(dòng)機(jī)可靠穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)間即線性D-B工作段部分。 )()(23/2/322122112

2、2112221xxsrrfsrpUpfsrIPTem2、當(dāng)s比較大時(shí)， T與s成反比，近似為雙曲線。隨著s變大，轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)矩T反而減小。該部分只有當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶通風(fēng)機(jī)類負(fù)載時(shí)，才能穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)其它負(fù)載，不能穩(wěn)定運(yùn)行，故該部分常稱為B-A非工作部分。 3 3、機(jī)械特性上的幾個(gè)特殊點(diǎn)、機(jī)械特性上的幾個(gè)特殊點(diǎn)221212)(xxrrsm)(4322121112 1xxrrfpUTm212xxrsm)(432112 1xxfpUTm通?？陕匀12 2）最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)B B1 1）同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)D D電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力 NmmTT最大轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，臨界轉(zhuǎn)差率僅與電動(dòng)機(jī)本身的參數(shù)有關(guān)，而與

3、電源電壓無(wú)關(guān)。臨界轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子電阻成正比，最大轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻無(wú)關(guān)臨界轉(zhuǎn)差率與最大轉(zhuǎn)矩都近似地與短路電抗成反比。它反映了電動(dòng)機(jī)短時(shí)過(guò)載能力的大小。一般電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力=1.62.2，起重、冶金機(jī)械專用電動(dòng)機(jī)=2.22.8。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電源電壓平方成正比。短路電抗愈大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩愈小。在一定范圍內(nèi)增大轉(zhuǎn)子電阻，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大。3）起動(dòng)點(diǎn)）起動(dòng)點(diǎn)A)()(232212211221xxrrfrpUTst起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)NststTTk反映起動(dòng)能力大小。一般籠型異步機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)為1.02.0，起重和冶金專用的籠型異步機(jī)2.84.04）額定運(yùn)行點(diǎn)）額定運(yùn)行點(diǎn)C:，一般額定轉(zhuǎn)差率（0.020.06 ）

4、三相異步電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性是指人為地改變電源參數(shù)或電動(dòng)機(jī)參數(shù)而得到的機(jī)械特性。 1降低定子電壓時(shí)的人為機(jī)械特性 5.1.2人為機(jī)械特性的分析人為機(jī)械特性的分析線性工作段斜率變大，即特性變軟。電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)和過(guò)載能力均顯著下降。 1nms不變，mT變小2 2轉(zhuǎn)子串接對(duì)稱電阻時(shí)的人為機(jī)械特性轉(zhuǎn)子串接對(duì)稱電阻時(shí)的人為機(jī)械特性 轉(zhuǎn)子串接對(duì)稱電阻， 范圍內(nèi)增加轉(zhuǎn)子電阻，可以增大電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。1nmTms1ms1ms關(guān)于改變電源頻率、改變定子繞組極對(duì)數(shù)的人為機(jī)械特性，將在異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速中介紹。則隨外接電阻增大而增大。 特性曲線線性工作段斜率增大，特性變軟。不變起動(dòng)轉(zhuǎn)矩將達(dá)到最大。 當(dāng)串入的電阻使

5、 ，5.1.3電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用表達(dá)式電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用表達(dá)式)(432112 1xxfpUTmssssTTmmm2)()(23/2/3221221122112221xxsrrfsrpUpfsrIPTem上兩式相比并略定子電阻，可得實(shí)用公式已知電動(dòng)機(jī) 、NP、Nn，m、 額定轉(zhuǎn)矩為 NNNNNnPPT9550最大轉(zhuǎn)矩為 NmmTT額定轉(zhuǎn)差率為11/ )(nnnsNN 例5-1 一臺(tái)繞線式異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)如下：)1(2mmNmss用額定運(yùn)行數(shù)據(jù)可求出 ，kwPN60VUN380min/577rnNAIN1602VEN25329 . 2m2r實(shí)用公式便成為參數(shù)已知的機(jī)械特性方程式。只要給定一系列的s值，

6、便可求出相應(yīng)的T值，即可繪出電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線。(2)轉(zhuǎn)子串電阻R2=2r2時(shí)的人為機(jī)械特性方程和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。試求：(1)固有機(jī)械特性方程和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；解：（1）固有機(jī)械特性6095509550577NNNPTn=993.1Nm 116005770.038600NNnnsn22(1)0.038 (2.92.91)0.214mNTTss2 28800.2140.214Tss（2）人為機(jī)械特性642. 0214. 0332222mmmssrrrs2 28800.6420.642TSSmNTTNTm28801 .9939 . 25.2 參數(shù)的工程計(jì)算已知技術(shù)數(shù)據(jù)：（1）額定功率（2）額定電壓（3）額定

7、線電流（4）額定轉(zhuǎn)速（5）額定效率（6）額定功率因數(shù)（7）過(guò)載倍數(shù)。對(duì)于繞線轉(zhuǎn)子，還給出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子額定電壓、額定電流 。 NNNnPT9550估算出異步電動(dòng)機(jī)等值電路中的有關(guān)參數(shù) （1）額定轉(zhuǎn)矩 （2）最大轉(zhuǎn)矩 NmmTT（3）臨界轉(zhuǎn)差率 12mmNmss（4）總電抗 21211243rrTfpUxNmk（5）轉(zhuǎn)子電阻折算值。（6）空載電流 2212xrsrm繞線轉(zhuǎn)子 NNNIUsr2223定、轉(zhuǎn)子的相數(shù)相同， 22rrkkie)coscos1(212111210NNNNsrrxxtgII（7）定子電抗及轉(zhuǎn)子電抗的折算值 對(duì)大、中型異步電動(dòng)機(jī)可取 xxx5 . 021對(duì)100千瓦小型機(jī)可?。?x

8、x67. 02xx57. 02（2、4、6極電機(jī)） （8、10）極電機(jī) 對(duì)于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。（8）勵(lì)磁阻抗 023IUkzNem對(duì)于籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī) 定子Y聯(lián)結(jié) 01395. 0IUzNm定子聯(lián)結(jié) 01395. 0IUzNm定子電阻估算 Y聯(lián)結(jié) 聯(lián)結(jié) NNNIsUr111395. 0NNNIsUr111395. 0例5.2 一繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)定子繞組為Y聯(lián)結(jié)，其技術(shù)數(shù)據(jù)為：。試用工程計(jì)算法計(jì)算下列參數(shù)： （1） mNmNnPTNNN1313124033095509550（2） mNmNTTNm24949131319 . 1max（3） 04. 025024025011nnnsNN（4）

9、 028. 0410349504. 03222NNNIUsr（5） 141. 019 . 19 . 104. 0122mmNmss，kwPN330，VUN6000，min/240rnN,878. 0,77. 0cos1N, 9 . 1m,4952VUNAIN4102,NT,mT,ms，kx，iekk，0I，21xxmz（6） 5 .248 . 28 . 2131319 . 1412)3/6000(4222212112rrTfpUxNm（7） 48. 35 .248 . 2141. 0222212xrsrm（8） 15.11028. 048. 322rrkkie（9） 25.125 .245 .

10、 05 . 021xxx（10） AAtgIINNNN7 .20)258. 077. 064. 0(47)cos(sin21110（11） 1547 .20349515.11302IUkzNem8 . 2395. 0111NNNIsUr5.3三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與控制三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與控制 對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能的要求如下：2）在滿足起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求的前提下，起動(dòng)電流越小越好。1）有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩（大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩）。一般希望起動(dòng)越快越好，以提高生產(chǎn)效率。5）起動(dòng)過(guò)程中功率損耗越小越好。3）起動(dòng)平滑，以減小對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的沖擊。4）起動(dòng)設(shè)備安全可靠，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。過(guò)大的起動(dòng)電流：對(duì)電網(wǎng)而

11、言，線路壓降大，影響同一電網(wǎng)上其他負(fù)載；對(duì)電動(dòng)機(jī)本身，損耗大，發(fā)熱，加速繞組絕緣老化，易發(fā)生位移和變形，造成短路事故。但由于起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)差率（s=1）遠(yuǎn)大于正常運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)差率（s=0.020.06），轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)很低；ststmtstICT22cos一般籠型異步機(jī)起動(dòng)電流可達(dá)額定電流的（47）倍。因此，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大，一般Tst=（0.81.5）TN。其次，由于起動(dòng)電流大，定子繞組漏阻抗壓降大，使定子繞組感應(yīng)電勢(shì)減小，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的氣隙磁通量減小。一、直接起動(dòng)（全壓起動(dòng)）將電動(dòng)機(jī)定子繞組通過(guò)開關(guān)或接觸器直接接入電源，在額定電壓下進(jìn)行起動(dòng)。三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)與控制三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)

12、與控制刀開關(guān)控制和斷路器控制電路手動(dòng)合上Q，電動(dòng)機(jī)M工作；手動(dòng)切斷Q，電動(dòng)機(jī)M停止工作。保護(hù)措施：a)圖FU-短路保護(hù)b)圖 過(guò)載的熱保護(hù)和過(guò)電流保護(hù) 適用于不頻繁起動(dòng)的小容量電動(dòng)機(jī)。 2.接觸器控制電路 主電路主電路：三相電源經(jīng)QS、FU1、KM的主觸點(diǎn)，F(xiàn)R的熱元件到電動(dòng)機(jī)三相定子繞組?？刂齐娐房刂齐娐罚河脙蓚€(gè)控制按鈕，控制接觸器KM線圖的通、斷電，從而控制電動(dòng)機(jī)（M）啟動(dòng)和停止。起動(dòng)過(guò)程起動(dòng)過(guò)程：合上QS，按起動(dòng)按鈕SB2KM線圈通電并自鎖M通電工作。KM自鎖觸點(diǎn):通電狀態(tài)的自我鎖定（自保電路）。具有自保電路的接觸器控制具有欠電壓與失電壓保護(hù)作用。 停止按鈕SB2，用于切斷KM線圈電流并

13、打開自鎖電路，使主回路的電動(dòng)機(jī)M定子繞組斷電停止工作。3.點(diǎn)動(dòng)控制電路 圖a為既可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)又可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)點(diǎn)動(dòng)控制的電路，由手動(dòng)開關(guān)SA來(lái)選擇。當(dāng)SA閉合時(shí)為連續(xù)控制，SA斷開時(shí)為點(diǎn)動(dòng)控制 。圖b為用連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)按鈕SB2、點(diǎn)動(dòng)按鈕SB3來(lái)選擇連續(xù)與點(diǎn)動(dòng),點(diǎn)動(dòng)控制是用SB3按鈕的常閉觸頭斷開自保電路實(shí)現(xiàn)。4.可逆運(yùn)行控制電路 倒順轉(zhuǎn)換開關(guān)控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路。圖a為倒順開關(guān)手動(dòng)操作控制電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)，由于倒順開關(guān)無(wú)滅弧裝置，適用于5.5kW以下的小容量電動(dòng)機(jī) 。對(duì)于5.5kW以上的電動(dòng)機(jī)，則用圖b來(lái)控制，引入倒順開關(guān)預(yù)選電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向，而由接觸器來(lái)接通與斷開電源，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與停止。 5

14、.互鎖控制的可逆運(yùn)行電路 主電路由正反轉(zhuǎn)接觸器KM1、KM2的主觸頭來(lái)改變電動(dòng)機(jī)相序，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的可逆運(yùn)行。將KM1、KM2正反轉(zhuǎn)接觸器的常閉觸頭串接在對(duì)方線圈電路中，形成相互制約的電氣互鎖控制。 圖a所示構(gòu)成了正停反或反停正的操作順序。 圖b實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)之間直接轉(zhuǎn)換控制，具有電氣、機(jī)械雙重互鎖控制 。6.自動(dòng)往復(fù)運(yùn)行控制電路自動(dòng)往復(fù)運(yùn)行控制電路 在工作臺(tái)的固定部件和移動(dòng)機(jī)構(gòu)上分別裝置的行程開關(guān)和檔鐵（壓動(dòng)行程開關(guān)用），當(dāng)移行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到某一固定位置時(shí)，壓動(dòng)行程開關(guān)，取代人手接動(dòng)按鈕的功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)控制。圖SQ1用于正轉(zhuǎn)（工作臺(tái)向左），SQ2用于反轉(zhuǎn)（向右）， ，SQ3、SQ4的常閉觸

15、點(diǎn)用于極限位置的保護(hù)。自動(dòng)往復(fù)運(yùn)行控制電路自動(dòng)往復(fù)運(yùn)行控制電路 二、減壓起動(dòng)二、減壓起動(dòng)一次側(cè)接電網(wǎng)，二次側(cè)接電動(dòng)機(jī)定子繞組。電動(dòng)機(jī)定子繞組得到的電壓是自耦變壓器的二次電壓 。自耦變壓器的電壓比自耦變壓器繞組自耦變壓器繞組一次與二次電流關(guān)系為 kII/21二次側(cè)起動(dòng)電流為 2stI,為直接起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流 kIst2/kIIstst電網(wǎng)供給的一次側(cè)起動(dòng)電流 減壓起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 2/kTTstst2121/NNUUk1.自耦減壓起動(dòng)器電路自耦減壓起動(dòng)器電路 按動(dòng)SB2KM1線圈通電自鎖電動(dòng)機(jī)M自耦補(bǔ)償起動(dòng)； KT線圈通電延時(shí)時(shí)間到-KA線圈通電自鎖KM1、KT線圈斷電-KM2線圈通電電動(dòng)機(jī)M全壓運(yùn)行。2

16、.Y-2.Y- 降壓起動(dòng)降壓起動(dòng)對(duì)正常運(yùn)行定子繞組接成的三相籠型異步電動(dòng)機(jī) 。起動(dòng)時(shí)，定子繞組采用Y連接，電動(dòng)機(jī)相電壓只為正常工作電壓3/1待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，再將電動(dòng)機(jī)定子繞組改為連接。各相繞組承受額定工作電壓，電動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)轉(zhuǎn)。思考：線、相電壓(電流)的關(guān)系由于定子繞組接成起動(dòng)，相電壓為額定電壓。每相繞組中的起動(dòng)電流為 則線路起動(dòng)線電流 1/3ZUINstY聯(lián)結(jié)減壓起動(dòng)時(shí)，線電流等于相電流，則線路起動(dòng)電流 )3/(1ZUINstYststYII31ststYTT31Y-Y- 降壓起動(dòng)控制電路降壓起動(dòng)控制電路主電路分析：KM1、KM2Y起動(dòng)，KM1、KM3運(yùn)行。 按下起動(dòng)按鈕SB1

17、KM1線圈通電自鎖 KM2線圈通電-M作Y接起動(dòng)； KT線圈通電延時(shí)時(shí)間到KM2線圈斷電 KM3線圈通電自鎖-M作接行。 KT線圈斷電復(fù)位。KT延時(shí)動(dòng)作時(shí)間就是電動(dòng)機(jī)聯(lián)成星形減壓起動(dòng)時(shí)間。 用兩接觸器和一個(gè)時(shí)間繼電器實(shí)現(xiàn)Y-起動(dòng)的控制電路，適用于13kW以下電動(dòng)機(jī)的控制。KM1為線路接觸器，KM2為星-三角轉(zhuǎn)換接觸器，KT為減壓起動(dòng)時(shí)間繼電器。例5-2 一臺(tái)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，kwPN75VUN380min/1470rnN,7 .135AIN定子三角形聯(lián)結(jié)，起動(dòng)電流倍數(shù)6， 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)1.0，帶半載起動(dòng)，電網(wǎng)容量為1000kVA，試選擇適當(dāng)?shù)钠饎?dòng)方法。解 （1） 直接起動(dòng)電網(wǎng)允許直接起動(dòng)條件

18、是 08. 4751000341341電動(dòng)機(jī)容量電網(wǎng)容量故不能采用直接起動(dòng)。 小于6（2）Y-起動(dòng)NNNIststYIIIkII26313131NNNstststYTTTkTT33. 0313131NstTT5 . 0不能采用Y-降壓起動(dòng)。 （3） 自耦變壓器起動(dòng)電壓抽頭比為80%、65%和50%的起動(dòng)補(bǔ)償器。選用50%抽頭時(shí)25 . 01kNNststIIIkI5 . 1621122TTTTkTNNstst5 . 025. 0121122起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不能滿足要求。選用65%抽頭時(shí)，計(jì)算與上相似，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也不滿足要求。 選用80%抽頭 25. 180. 01kNNNstIIII484. 3625.

19、 112TTTTNNst5 . 064. 0125. 112選用80%抽頭，起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩均滿足要求 三、軟起動(dòng)以上幾種傳統(tǒng)的降壓起動(dòng)方法，共同點(diǎn)是轉(zhuǎn)子升至一定轉(zhuǎn)速時(shí)切換到全壓運(yùn)行，電路簡(jiǎn)單。若切換時(shí)刻把握不好，就會(huì)造成起動(dòng)過(guò)程不平滑且沖擊較大。目前，在電力拖動(dòng)中應(yīng)用廣泛的有兩種方法：一是變頻器起動(dòng)；二是軟起動(dòng)。軟起動(dòng)器是一種集電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)、軟停車、輕載時(shí)節(jié)能和多種保護(hù)功能于一體的新穎電動(dòng)機(jī)控制裝置 。軟起動(dòng)器本質(zhì)是一種由三相反并聯(lián)晶閘管及其控制線路組成的交流調(diào)壓器。 原理是：在起動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)控制移相角來(lái)調(diào)節(jié)定子電壓，并采用閉環(huán)限制起動(dòng)電流，確保電壓、電流或轉(zhuǎn)矩按設(shè)定曲線變化，直至起動(dòng)結(jié)

20、束。然后可將軟起動(dòng)器切除，使得電動(dòng)機(jī)與電源直接相連。 典型電子式軟起動(dòng)器框圖軟起動(dòng)控制器在軟起動(dòng)控制器兩端并聯(lián)KM3 該電路優(yōu)點(diǎn)：在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)時(shí)可避免軟起動(dòng)器產(chǎn)生的諧波；軟起動(dòng)器僅在起動(dòng)、停車時(shí)工作，可以避免長(zhǎng)期運(yùn)行使晶閘管發(fā)熱，延長(zhǎng)了使用壽命；一旦軟起動(dòng)器發(fā)生故障，可由旁路接觸器應(yīng)急備用。 用一臺(tái)軟起動(dòng)器對(duì)兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停機(jī)的電路，但不能同時(shí)起動(dòng)或停機(jī)，只能一臺(tái)分別起動(dòng)、停機(jī)。 三. 深槽式和雙籠型異步電動(dòng)機(jī)從籠型異步電機(jī)轉(zhuǎn)子槽形著手，利用集膚效應(yīng)實(shí)現(xiàn)起動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)子電阻的自動(dòng)調(diào)節(jié)，即起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子電阻大，正常運(yùn)行時(shí)電阻又自動(dòng)減小，具有這種改善起動(dòng)性能的籠型電機(jī)有深槽式和雙籠型異步電動(dòng)機(jī)。

21、1.深槽式異步電動(dòng)機(jī)導(dǎo)條中靠近槽底處的電流密度很小，而越靠近槽口則越大，因此沿槽高的電流密度分布（b)圖，這種現(xiàn)象稱為電流的集膚效應(yīng)。 2.雙籠型異步電動(dòng)機(jī)上籠導(dǎo)條截面積較小，并用黃銅或鋁青銅等電阻系數(shù)較大的材料制成，電阻較大；下籠導(dǎo)條的截面積較大，并用電阻系數(shù)較小的紫銅制成，電阻較小。 正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子電流頻率很低，轉(zhuǎn)子漏電抗遠(yuǎn)比電阻小，上、下籠的電流分配決定于電阻，于是電流大部分從電阻較小的下籠流過(guò)，產(chǎn)生正常運(yùn)行時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩，所以把下籠稱為運(yùn)行籠。 起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子電流頻率較高，轉(zhuǎn)子漏電抗大于電阻，上、下籠的電流分配主要決定于漏電抗。上籠稱為起動(dòng)籠。 5.4三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與控制三

22、相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)與控制 在繞線式轉(zhuǎn)子回路串入適當(dāng)電阻，既能限制起動(dòng)電流，又能增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，克服了籠型異步電機(jī)起動(dòng)電流大、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大的缺點(diǎn)，適用于大、中容量異步電動(dòng)機(jī)重載起動(dòng)。繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)分為轉(zhuǎn)子串電阻和轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器兩種起動(dòng)方法。一、轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)與控制要在起動(dòng)過(guò)程中獲得的加速轉(zhuǎn)矩比較大、起動(dòng)時(shí)間短，起動(dòng)過(guò)程較平滑，應(yīng)串入多級(jí)對(duì)稱電阻，采用逐級(jí)切除（短接）起動(dòng)電阻的方法。這與直流電動(dòng)機(jī)電樞串電阻起動(dòng)相類似，稱為電阻分級(jí)起動(dòng)。 1.啟動(dòng)過(guò)程 主電路： R1R3為轉(zhuǎn)子外串電阻； KM2KM4為短接轉(zhuǎn)子電阻的接觸器。沿曲線AB加速C沿曲線CD加速E沿曲線EF加速G沿曲線GH加

23、速到H點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。一般取尖峰轉(zhuǎn)矩 mTT）（85. 07 . 01切換轉(zhuǎn)矩 LTT）（2 . 11 . 122.啟動(dòng)控制實(shí)現(xiàn) 起動(dòng)條件起動(dòng)條件：KM2、KM3、KM4均為原態(tài)時(shí)，方可起動(dòng)。 起動(dòng)控制電路起動(dòng)控制電路： 按動(dòng)SB2KM1線圈自鎖電動(dòng)機(jī)M串全電阻起動(dòng)，同時(shí)KT1線圈通電延時(shí)KM2線圈通電切除R3，同時(shí)KT線圈通電延時(shí)KM3線圈通電切除R，同時(shí)KT3線圈通電延時(shí)KM4線圈通電自鎖切除R1， KT1，KM2，KT2，KM3，KT3等線圈依次斷電復(fù)位，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。按時(shí)間原則控制繞線轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)電路 按電流原則控制的轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)電路 主電路： R1R3轉(zhuǎn)子外串電阻； K

24、I1KI3轉(zhuǎn)子電流檢測(cè)用電流繼電器（欠流復(fù)位型）。按動(dòng)SB2KM4線圈通電自鎖KA線圈通電、轉(zhuǎn)子串全電阻起動(dòng)。轉(zhuǎn)速n，電流I過(guò)流繼電器KI1復(fù)位KM1線圈通電切除轉(zhuǎn)子電阻R3。類推切除R2R3。2.轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動(dòng)頻敏變阻器是一種無(wú)觸點(diǎn)的電磁元件，它的鐵心由較厚的鑄鐵板或鋼板疊成三柱式，在鐵心上分別套有線圈連成星形，并與繞線異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組相串聯(lián)。它是一個(gè)鐵損很大的三相電抗器，由于它的等效電阻隨通過(guò)電流的頻率變化而變化，故稱頻敏變阻器。 頻敏變阻器起動(dòng)控制電路 5.5三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與控制三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速與控制要改變異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，有以下三種方法：改變定子磁極對(duì)數(shù) ；改變電源頻

25、率 ；改變轉(zhuǎn)差率。一、變極調(diào)速通常是利用改變定子繞組接法來(lái)改變極數(shù)，這種電機(jī)稱為多速電機(jī)，變極調(diào)速只適用于籠型轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī),因?yàn)槠滢D(zhuǎn)子的極數(shù)能自動(dòng)地與定子極數(shù)相適應(yīng)。 順向串聯(lián) 反向串聯(lián) 反向并聯(lián) 常用的變極接線方式單星形改接成雙星形（Y/YY）變極接線原理圖 三角形改接成雙星形（/YY）變極接線原理圖 兩種接線方式都是使每相中半個(gè)繞組電流變向，因而電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)減少一半。 當(dāng)改變定子繞組接線時(shí)，必須同時(shí)改變定子繞組的相序，以保證調(diào)速前后電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向不變。 因?yàn)殡娊嵌?p機(jī)械角度，當(dāng)p=1時(shí)，三相繞組在空間分布的電角度依次為0、120、240；而當(dāng)p=2時(shí)，三相繞組在空間分布的電角度變?yōu)?、120

26、2 = 240、2402 = 480(即120)。 可見，變極前后三相繞組的相序發(fā)生了變化，因此變極后只有對(duì)調(diào)定子的兩相繞組出線端，才能保證電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向不變。 變極調(diào)速的性質(zhì)和機(jī)械特性設(shè)變極前后的功率因數(shù)和效率都不變，為了確保電動(dòng)機(jī)得到充分利用，每相半個(gè)繞組中電流均為額定電流。 1.Y-YY聯(lián)結(jié)方式 當(dāng)接成星形時(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸出功率為 11cos33NNYIUP 改成雙星形后電動(dòng)機(jī)的輸出功率為 11cos233NNYYIUP2cos33cos2331111NNNNYYYIUIUPP可見，由Y改接成YY后，電動(dòng)機(jī)的輸出功率增加一倍，但轉(zhuǎn)速也增加一倍，由于因此轉(zhuǎn)矩不變，適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載如起重機(jī)、傳送

27、帶等 。 恒轉(zhuǎn)矩變極調(diào)速的機(jī)械特性圖 2.-YY聯(lián)結(jié)方式 11cos3NNIUP 111cos233NYYIUP15. 132cos3cos233111111NNYYIUIUPP改接前后，電動(dòng)機(jī)的輸出功率變化很小，所以轉(zhuǎn)矩幾乎減小一半，適用于恒功率負(fù)載如各種機(jī)床粗、精加工等。 恒功率變極調(diào)速的機(jī)械特性 變極調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)速幾乎是成倍變化，所以調(diào)速的平滑性差。但它在每個(gè)轉(zhuǎn)速等速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，和普通異步電動(dòng)機(jī)一樣，具有較硬的機(jī)械特性，穩(wěn)定性較好。變極調(diào)速既可用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，又可用于恒功率負(fù)載，所以對(duì)于不需要無(wú)級(jí)調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，可采用多速電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。雙速電動(dòng)機(jī)控制電路 主電路分析：KM1KM2、KM3YY控制

28、電路:在高速運(yùn)行時(shí)，先低速起動(dòng)，后高速（YY）運(yùn)行，以減少啟動(dòng)電流。o選擇開關(guān)SA合向高速”2”的位置時(shí)間繼電器KT線圈通電延時(shí)KM1線圈通電，電動(dòng)機(jī)M作低速啟動(dòng)。 KT延時(shí)時(shí)間到KM1線圈斷電復(fù)位KM2、KM3線圈通電電動(dòng)機(jī)M作YY接法高速運(yùn)行。二、變頻調(diào)速變頻調(diào)速是改變電動(dòng)機(jī)定子電源頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。)1 (60)1 (11spfsnn11fnn調(diào)節(jié)電源頻率，就可以平滑地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,以電源50Hz為基頻，既可向下調(diào)，也可向上調(diào)。 1低于基頻向下調(diào)速mNKNfEU1111144. 4當(dāng)降低電源頻率 ，則主磁通將增加，這將導(dǎo)致磁路過(guò)分飽和，勵(lì)磁電流增大，功率因數(shù)降低，鐵心損耗增大。 要保持

29、U1/f1=常數(shù)，以維持主磁通不變，即恒壓頻比。 在不同頻率下，當(dāng)電流為額定電流，其輸出轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩，所以采取U1/f1之比為常數(shù)的變頻調(diào)速控制方法稱為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。 2112121121)(83)(43fULLpxxfpUTm常數(shù)pfLLfrnsnmm12112160)(2只要保持電壓與頻率成正比調(diào)節(jié)，在調(diào)速過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速降不變，機(jī)械特性隨頻率的降低而向下平移 。上面分析最大轉(zhuǎn)矩中忽略了定子電阻，實(shí)際上，隨著頻率降低，最大轉(zhuǎn)矩將減小。 在低速時(shí)為保證電動(dòng)機(jī)有足夠大的值，電壓應(yīng)比頻率降低的比例小一些，使U1/f1的值隨的降低而略有增加 。2高于基頻向上調(diào)速應(yīng)保持

30、NUU 1，則當(dāng)頻率增加時(shí)，主磁通將減小。 如果定義在額定電流下的輸出轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩，則在不同頻率下的額定轉(zhuǎn)矩隨頻率增加而減小，因而轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的乘積，即額定輸出功將大致恒定。 這種高于額定頻率的調(diào)速屬于恒功率調(diào)速，適用于恒功率負(fù)載。 變頻器電機(jī)變頻器一體化產(chǎn)品電機(jī)變頻器一體化產(chǎn)品采用變頻調(diào)速例5-2 一臺(tái)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，VUN380,30AINmin/1455rnN帶動(dòng)0.8倍額定恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，要求轉(zhuǎn)速1000r/min。已知變頻電源電壓與頻率成正比調(diào)節(jié)。求：此時(shí)變頻電源輸出線電壓與頻率各為多少。03. 015001455150011nnnsN024. 003. 08 . 0NNLLsTTs

31、min/361500024. 01rnsnLLmin/10363610001rnnnHznpf53.3460103626011VffUUNN4 .26253.345038011三、改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速三、改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速ssTssssTTmmmmm22改變定子電壓、轉(zhuǎn)子串電阻及串級(jí)調(diào)速等。改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速，低速時(shí)轉(zhuǎn)子銅耗大，所以效率低，經(jīng)濟(jì)性差（除串級(jí)調(diào)速外）。1轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 LmLmTssTssLmLmTssTss21 rTsTsRLLBAsrRsr212LLTsrRTsr22若負(fù)載不變，調(diào)速前后穩(wěn)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)差率之比等于轉(zhuǎn)子電阻之比。221rrRssAB例5-3 一臺(tái)繞線式異步電動(dòng)機(jī)：kwPN75VUN

32、380,7 .135AIN試求：（1）轉(zhuǎn)子串入電阻0.5歐，電機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速是多少？ min/1470rnN,4952VUNAIN4102, 9 . 1m(2)額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，轉(zhuǎn)速降至500 r/min，轉(zhuǎn)子每相應(yīng)串多大電阻？ 解：（1）額定轉(zhuǎn)差率 027. 015001460150011nnnsN0536. 01163399027. 03222NNNIEsr0299. 05 . 05536. 0112NBsRRrs14551500)0299. 01 ()1 (1nsnBB（2）轉(zhuǎn)子串電阻后轉(zhuǎn)差率667. 01500500150011nnnsB27. 10536. 01027. 0667. 0

33、121rssRNB在轉(zhuǎn)子回路串入一個(gè)可控的外加電壓電源，其頻率與轉(zhuǎn)子頻率相同，其相位與轉(zhuǎn)子電勢(shì)反向或同相。 2、串級(jí)調(diào)速2222222222222)(xsrsUEsxrUsEI式中“”號(hào)表示轉(zhuǎn)子電勢(shì)與外加電壓反相，“+”號(hào)表示兩者同相。 當(dāng)外加電壓與轉(zhuǎn)子電勢(shì)同相位，電動(dòng)機(jī)開始加速運(yùn)行。隨著轉(zhuǎn)速增加，轉(zhuǎn)子電流、電磁轉(zhuǎn)矩也隨之下降，一直到轉(zhuǎn)速升到某個(gè)值，電磁轉(zhuǎn)矩回升到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等，加速過(guò)程結(jié)束，電動(dòng)機(jī)在此高速下穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)外加電壓幅值增加到一定值時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將超過(guò)同步轉(zhuǎn)速，稱為超同步串級(jí)調(diào)速 。當(dāng)外加電壓與轉(zhuǎn)子電勢(shì)相位相反時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將下降。稱為低同步串級(jí)調(diào)速。低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)低同步串級(jí)調(diào)

34、速系統(tǒng)3. 雙饋調(diào)速為了能發(fā)電運(yùn)行，轉(zhuǎn)子中能量的流動(dòng)應(yīng)是雙向的，即低于同步轉(zhuǎn)速發(fā)電時(shí)，能量流入轉(zhuǎn)子，高于同步轉(zhuǎn)速發(fā)電時(shí)，能量流出轉(zhuǎn)子。在低同步轉(zhuǎn)速下可以發(fā)電（亦可電動(dòng)），在超同步轉(zhuǎn)速下可以電動(dòng)（亦可發(fā)電），成為真正意義上的雙饋調(diào)速。 變速恒頻（VSCF）發(fā)電系統(tǒng) 定子輸出功率等于軸上輸入的機(jī)械功率與轉(zhuǎn)子輸入的電功率（可正可負(fù)）之和。 4. 定子降壓調(diào)速普通異步電動(dòng)機(jī)降壓調(diào)速,適用于輕載調(diào)速場(chǎng)合。在不同電壓下的穩(wěn)定工作點(diǎn)分別為C、D、E，改變定子電壓可以獲得較低的穩(wěn)定運(yùn)行速度。 對(duì)于風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載，電動(dòng)機(jī)在全段機(jī)械特性上都能穩(wěn)定運(yùn)行。 對(duì)于高轉(zhuǎn)差率異步電動(dòng)機(jī)，則可得到較寬的調(diào)速范圍。但低速時(shí)的機(jī)

35、械特性太軟，低壓時(shí)過(guò)載能力也較差。 為提高調(diào)壓調(diào)速機(jī)械特性的硬度，增大調(diào)速范圍，可采?。阂皇遣捎盟俣确答侀]環(huán)控制，二是將調(diào)壓調(diào)速與變極調(diào)速相結(jié)合。具有速度反饋的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng) 5.6制動(dòng)與控制制動(dòng)與控制一、能耗制動(dòng)1.能耗制動(dòng)基本原理實(shí)現(xiàn)方法是斷開正在運(yùn)轉(zhuǎn)的三相異步電動(dòng)機(jī)的交流電源，然后向定子繞組通入直流電流。 這種將負(fù)載能量（動(dòng)能和位能）通過(guò)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)化為電能，并消耗在轉(zhuǎn)子回路電阻上，所以稱為能耗制動(dòng)。 設(shè)電動(dòng)機(jī)工作在A點(diǎn)，在制動(dòng)瞬間，工作點(diǎn)由A點(diǎn)平移至能耗制動(dòng)特性曲線2上的B點(diǎn)，在制動(dòng)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的共同作用下，電動(dòng)機(jī)開始減速，直到原點(diǎn)。 如是位能性負(fù)載，當(dāng)轉(zhuǎn)速過(guò)零時(shí)，若要停車，必須

36、用機(jī)械抱閘將電動(dòng)機(jī)軸剎住，否則電動(dòng)機(jī)將在位能負(fù)載作用下倒拉反轉(zhuǎn)，直到進(jìn)入第四象限中的C點(diǎn) ?？蓜蛩傧陆抵匚铩?轉(zhuǎn)子電阻相同而通入不同的直流，能耗制動(dòng)機(jī)械特性曲線有何變化 (比較1、2曲線）。 通入相同的直流但轉(zhuǎn)子電阻不同，能耗制動(dòng)機(jī)械特性曲線有何變化 (比較1、3曲線）。 轉(zhuǎn)子電阻較小時(shí)(曲線1)，初始制動(dòng)轉(zhuǎn)矩比較小。 對(duì)于籠型異步電動(dòng)機(jī)，為了增大初始制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，就必須增大直流電流(曲線2)。 對(duì)繞線異步機(jī)，采用轉(zhuǎn)子串電阻來(lái)增大初始制動(dòng)轉(zhuǎn)矩(曲線3)，既限制電流又得到較大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 054II）（032II）（2223)4 . 02 . 0rIERNN （按時(shí)間原則控制的單向運(yùn)行能耗制動(dòng)電路 按速度原則控制的可逆運(yùn)行能耗制動(dòng)電路 異步電動(dòng)機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反時(shí)，電動(dòng)機(jī)便處于反接制動(dòng)狀態(tài)。 二是保持定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向不變，而轉(zhuǎn)子在