電機與拖動-第6章三相異步電動機電力拖動運行

1、6.1 三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的機械特性 6.3 三相異步電動機的調(diào)速三相異步電動機的調(diào)速 6.2 三相異步電動機的起動三相異步電動機的起動 6.4 三相異步電動機的制動三相異步電動機的制動 6.5 異步電動機的各種運行狀態(tài)異步電動機的各種運行狀態(tài) Pem = m2 E2 I2 cos 2E2 = 4.44 f1 kW2N2 m Tem = Pem 160Pem2 n1 = Tem = CT m I2 cos 2 電磁轉矩常數(shù)電磁轉矩常數(shù): p Pem 2 f1 = 4.44 pm2kw2N2 2 CT = = pm2kW2N2 1 2 R2 sPem = m1 I22 ， 2

2、f1 p 1 = 根據(jù)根據(jù): Tem = ， Pem 1 U1 I2 = R1 (X1 X2 )2 R2 s 2 m1p2 f1 U1 Tem = R1 (X1 X2 )2 R2 s2 R2 s 2 Tem s 曲線曲線 1M S O Tem s -1 發(fā)電機發(fā)電機 電動機電動機 制動制動 s 0 s=0 n= n1 n= 0 n n1 n 0 n 0 臨界轉差率：臨界轉差率： 電動狀態(tài)取電動狀態(tài)取 “ ”，發(fā)電狀態(tài)取，發(fā)電狀態(tài)取 “”。 sm = R1 (X1 X2 )2 R2 2 當當 R1 (X1 X2 ) 時：時： sm R2X1 X2 T pm1U1 4 f1 (X1 X2 ) 2

3、Tm = R1 R1(X1 X2 )2 U1m1p 4 f1 2 2 結論：結論： 當當 f1 和電機參數(shù)不變時，異步電機的和電機參數(shù)不變時，異步電機的 Tm 與與 電源相電壓電源相電壓 U1 的平方成正比。的平方成正比。當當 U1 和和 f1 一定時，一定時， Tm 近似與定、轉子漏抗近似與定、轉子漏抗 之和成反比。之和成反比。 Tm與與 R2 無關，而無關，而 sm與與R2 成正比。成正比。 如如 R2 變大變大時，時，Tm不變，但不變，但 sm 則隨之增大。則隨之增大。 如忽略如忽略 R1，Tm與與 成正比。成正比。 U1 f1 2 過載倍數(shù)過載倍數(shù) (最大轉矩倍數(shù)最大轉矩倍數(shù)) KT

4、： Tm TN KT = s = 1 時：時： m1p2 f1U1 R2 Tst = ( R1 R2)2 (X1 X2 )2 2 結論：結論： 當當 f1 和電機參數(shù)不變時，異步電機的和電機參數(shù)不變時，異步電機的 Tst 與電源相電壓與電源相電壓 U1 的平方成正比。的平方成正比。 當當 U1 和和 f1 一定時，一定時，Tst 近似與定轉子漏抗之和成反比。近似與定轉子漏抗之和成反比。 在一定的范圍內(nèi)增加在一定的范圍內(nèi)增加 R2 時，可增大時，可增大 Tst 。 當當sm= 1 時，時，Tst = Tm，Tst 最大。最大。 起動轉矩倍數(shù)起動轉矩倍數(shù) Tst TN Kst =1. 額定效率額定

5、效率 N N = 72.5% 96.2 % （Y 系列）系列） 2. 額定功率因數(shù)額定功率因數(shù) cos N cos N = 0.7 0.9 （Y 系列）系列） 3. 最大轉矩倍數(shù)最大轉矩倍數(shù) km kT = 1.8 2.2 （Y 系列）系列） 4. 堵轉轉矩倍數(shù)堵轉轉矩倍數(shù) kst kst = 1.6 2.2 （Y 系列）系列） 5. 堵轉電流倍數(shù)堵轉電流倍數(shù) kI kI = 5 7 （Y 系列）系列） 當當 U1L = U1N 、f1 = fN，且繞線型轉子中不外串且繞線型轉子中不外串 任何電路參數(shù)時的機械特性。任何電路參數(shù)時的機械特性。n1 Tem n O S M 同步點：同步點： n =

6、 n1，s = 0，Tem = 0 起動點：起動點： n = 0，s = 1，Tem = Tst 臨界工作點：臨界工作點： s = sm，n = (1sm) n1，Tem = TmTm (1sm) n1n1Tem n O S M工作段工作段N nM 穩(wěn)定運行條件：穩(wěn)定運行條件： dTLdndTemdn 額定運行點額定運行點 N ： n = nN ， s = sN ， Tem = TN ，P2 = PN。 額定狀態(tài)額定狀態(tài)說明了電動機說明了電動機 長期運行的能力：長期運行的能力： TLTN，P2PN，I1IN。 sN = 0.01 0.06 很小，很小， Tem 增加時，增加時，n 下降很少下降

7、很少 硬特性。硬特性。硬特性硬特性 TL 忽略忽略 R1 的影響，則的影響，則 sm = R2X1 X2 T = pm1U1 4 f1 (X1 X2 ) 2 m1p2 f1 U1 Tem = (X1 X2 )2 R2 s2 R2 s 2 將將 Tem 與與 Tm 相除得：相除得： = (X1 X2 )2 R2 s2 R2 s Tem Tm 2 (X1 X2 ) = sm ss sm 2 Tem = sm ss sm 2Tm 即即 sm s= 解上述方程，可得解上述方程，可得 根據(jù)根據(jù) s 和和 sm 的相對大小，取的相對大小，取“”或取或取“”。 ( )2= 1 s sm Tm Tem Tm

8、Tem 若忽略若忽略 T0，則在額定負載時，則在額定負載時 sN = sm ( kT kT1 )2 sm = sN ( kT kT1 )2 實用公式計算簡單、使用方便，實用公式計算簡單、使用方便， 但只適用于一定的范圍內(nèi)，即但只適用于一定的范圍內(nèi)，即 0 s sm 。 【例例6-1】 Y280M-4 型三相異步電動機，額定功率型三相異步電動機，額定功率 PN = 90 kW，額定頻率，額定頻率 fN= 50 Hz，額定轉速，額定轉速nN= 1480 r/min， 最大轉矩倍數(shù)最大轉矩倍數(shù)KT= 2.2。試求：。試求：(1) 該電動機的電磁轉矩實該電動機的電磁轉矩實 用公式；用公式；(2) 當轉

9、速當轉速 n = 1 487 r/min 時的電磁轉矩；時的電磁轉矩； (3) 當負載轉矩當負載轉矩 TL= 450 N m 時的轉速。時的轉速。 n1nN n1sN = = 0.0133 1 5001480 1 500解：解：(1) 額定轉差率為額定轉差率為 額定轉矩為額定轉矩為 TN = 9.55PNnN最大轉矩為最大轉矩為 Tm = kTTN = 2.2580.7 N m = 1 277.5 Nm = 9.55 Nm = 580.7 Nm 90 000 1 480= 0.0133( 2.2 2.221 ) = 0.0553 實用電磁轉矩公式為實用電磁轉矩公式為 s 0.0553 Tem

10、= 2 555 0.0553s Tem = Nm = 392.3 Nm +2 555 0.0553 0.0087 0.0087 0.0553 sm = sN ( km km1 ) 2 臨界轉差率為臨界轉差率為 (2) 當轉速當轉速 n = 1 487 r/min 時轉差率為時轉差率為 n1n n1s = = 0.0087 1 5001487 1 500電磁轉矩為電磁轉矩為 (3) 當當 TL = Tem = 450 Nm 時的轉差率為時的轉差率為 轉速為轉速為 n = ( 1s ) n1 = ( 10.0101 )1 500 r/min = 1 485 r/min ( )2s = sm 1 T

11、m Tem Tm Tem = 0.0553 1 = 0.0101 ( )2 1277.5 450 1277.5 450 降低降低 U1 轉速穩(wěn)定后轉速穩(wěn)定后 若若TL = TN ，則，則 ssN ，nnN 結論：結論： sm 不變；穩(wěn)定運行段的特性變軟了；不變；穩(wěn)定運行段的特性變軟了； 起動能力和過載能力顯著降低。起動能力和過載能力顯著降低。 1 sN I2N = I2 ， 1s 2 2 m1 R2 1 sTem = I2 2 Tm I2 I2N smn Tem O UN n1 0.8UN0.64Tm 解：解：(1) 在額定電壓下的額定轉矩為在額定電壓下的額定轉矩為 【例例6-2】 Y315S

12、-6 型三相異步電動機的額定功率型三相異步電動機的額定功率 PN = 75 kW，額定轉速，額定轉速 nN = 990 r/min，起動轉矩倍數(shù)，起動轉矩倍數(shù) Kst1.6，過載能力，過載能力 KT= 2.0。求：。求：(1) 在額定電壓下的在額定電壓下的 Tst 和和 Tm ；(2) 當電網(wǎng)電壓降為額定電壓的當電網(wǎng)電壓降為額定電壓的 80時，該電動時，該電動 機的機的 Tst 和和 Tm 。 TN = 9.55 PN nN = 9550 Nm = 723.5 Nm 75 990 起動轉矩和最大轉矩分別為起動轉矩和最大轉矩分別為 Tst = KstTN = 1.6723.5.7 N m = 1

13、157.6 N m Tm = KTTN = 2.0723.5.7 N m = 1447.0 N m (2) 當當U1L = 80%UN 時，起動轉矩和最大轉矩分別為時，起動轉矩和最大轉矩分別為 Tst = 0.82Tst = 0.821157.6 N m = 740.9 N m Tm = 0.82Tm = 0.821447.0 N m = 928.1 N m 設串聯(lián)電阻為設串聯(lián)電阻為 Rs ： Tm 不變。不變。 sm = R2Rs X1 X2 Rs3Rs2Rs1 Tm R2Rs1 R2Rs2 n Tem O R2 n1 smsm1sm3R2Rs3 結論：結論： 當當 sm1 時，時， Rs

14、sm Tst 。 當當 sm = 1 時，時， Tst = Tm 。 當當 sm1 時，時， Rs sm Tst 。 【例例6-3】 一臺繞線型三相異步電動機帶恒轉矩負載一臺繞線型三相異步電動機帶恒轉矩負載 運行，當轉子回路不串電阻時，運行，當轉子回路不串電阻時，n = 1440 r/min，若在轉，若在轉 子回路串入電阻使轉子電路每相電阻增加一倍，試問這子回路串入電阻使轉子電路每相電阻增加一倍，試問這 時電機的轉速是多少？時電機的轉速是多少？ 解：解：因為因為 TL 不變，由電磁轉矩公式可知不變，由電磁轉矩公式可知 R2 s = R2Rs s ，故串聯(lián)電阻后的轉差率為，故串聯(lián)電阻后的轉差率為

15、 s = s = 2s R2Rs R2 而轉速而轉速 n = 1 440 r/min 時轉差率為時轉差率為 n1n n1s = = 0.04 1 5001440 1 500故故 s = 2s = 20.04 = 0.08 則則 n = ( 1s ) n1 = ( 10.08 )1 500 r/min = 1 380 r/min P165【例例5-2】 一臺繞線型三相四極異步電動機，一臺繞線型三相四極異步電動機，nN = 1460 r/min，PN=150kW，fN1=50Hz，UN1=380V，KT=2。求：。求：（1）固有機械特性表達式；）固有機械特性表達式；（2）起動轉矩；）起動轉矩；（3

16、）當負載轉矩）當負載轉矩TL=755N.m時的轉速。時的轉速。 結論結論 ： 定子回路串對稱定子回路串對稱 Rf 或或 Xf 不改變不改變 n1 。 Rf (Xf ) Tm、Tst 。 Rf (Xf ) sm，使臨界點上移。，使臨界點上移。 n Tem O Rf = 0 (Xf = 0) n1 Tst m1p2 f1 U1 Tem = R1 (X1 X2 )2 R2 s2 R2 s 2 sm = R1 (X1 X2 )2 R2 2 Tm = R1 R1(X1 X2 )2 U1pm1 4 f1 2 2 Rf (Xf) Tst sm sm 電動機的起動指標電動機的起動指標 起動電流倍數(shù)起動電流倍數(shù)

17、 kI = Ist/IN。 起動轉矩倍數(shù)起動轉矩倍數(shù) kst = Tst/TN。 起動時間。起動時間。 起動時繞組中消耗的能量和繞組的發(fā)熱。起動時繞組中消耗的能量和繞組的發(fā)熱。 起動時的過渡過程。起動時的過渡過程。 起動設備的簡單性和可靠性。起動設備的簡單性和可靠性。 Ist = kI IN = (5 7) IN（較大）（較大） Tst = kstTN = (12 ) TN （較?。ㄝ^小） 若變壓器若變壓器 SN 相對電動機相對電動機 PN 不算大時，不算大時， Ist 會會 使變壓器輸出電壓短時下降幅度較大。使變壓器輸出電壓短時下降幅度較大。 不利影響：不利影響： 影響自身的起動，當負載較

18、重時，可能無法起動。影響自身的起動，當負載較重時，可能無法起動。 影響同一臺變壓器供電的其他負載工作。影響同一臺變壓器供電的其他負載工作。 頻繁起動時造成熱量積累，易使電動機過熱。頻繁起動時造成熱量積累，易使電動機過熱。 直接起動的使用條件直接起動的使用條件(1) 小容量的電動機（小容量的電動機（PN 7.5 kW）。）。 (2) 電動機容量滿足如下要求：電動機容量滿足如下要求：IstINKI = 3 14電源總容量電源總容量(kVA)電動機容量電動機容量(kW) 如果不滿足上述使用條件，則要采用降壓起如果不滿足上述使用條件，則要采用降壓起 動，把動，把 Ist 限制到允許的數(shù)值。限制到允許的

19、數(shù)值。 (1) 定子串聯(lián)電阻或電抗器減壓定子串聯(lián)電阻或電抗器減壓起動起動Xst KM1 KM23 M33 RSKM1 KM2M3(2) 自耦變壓器自耦變壓器減壓減壓起動起動 M3TA3 UNKM1 KM2 KM3 UN/ /kaIst/ka Ista 設設TA 的電壓比為的電壓比為 ka U1L = UN/ /ka I1L = Ist/ /ka 起動電流為起動電流為 Ista = Ist ka 2 起動轉矩為起動轉矩為 Tsta Tst UN/ka UN =2 Tsta = Tst ka 2 優(yōu)點：電壓比優(yōu)點：電壓比 ka 可調(diào)?？烧{(diào)。 QJ2 型三相自耦變壓器：型三相自耦變壓器： N2/N1

20、 = 0.55、0.64、0.73 ka = 1.82、1.56、1.37 QJ3 型三相自耦變壓器：型三相自耦變壓器： N2/N1 = 0.4、0.6、0.8 ka = 2.5、1.67、1.25 缺點：自耦變壓器體積大，價格高。缺點：自耦變壓器體積大，價格高。 適用：較大容量籠型異步電動機的起動。適用：較大容量籠型異步電動機的起動。 使用條件：使用條件： IstaImax 與與 TstaTL 。 適用：正常運行為適用：正常運行為聯(lián)結的電動機。聯(lián)結的電動機。 (3) 星星三角降三角降壓壓起動（起動（Y降降壓壓起動）起動） U1 V1 W13 UNKM1 KM2 KM3 U2 V2 W2 起動

21、電流（定子起動電流（定子 線電流）為線電流）為 IstP 3 Ist 3 3 = IstY = Ist13ABCAZBXYCBCAXYZNUI1PINUYI1PI定子線電壓比定子線電壓比111NLYLNUUUU定子相電壓比定子相電壓比1111313PYLYPLUUUU定子相電流比定子相電流比111113PYPYPPIUIU 起動電流比起動電流比11133stYPYstPIIII電源電流比電源電流比13stYYstIIII 起動轉矩為起動轉矩為 TstY = Tst13TstY Tst =2 UN 3 UN IstYImax 與與 TstYTL 。 Y減壓減壓起動的使用條件起動的使用條件 優(yōu)點：

22、優(yōu)點： 起動設備簡單、價格低、維修方便。起動設備簡單、價格低、維修方便。 【例例63】三相籠型異步電動機，三相籠型異步電動機，PN=60kw，UN=380v，定，定子子聯(lián)結，聯(lián)結，IN136A，Kst1.1，KI6.5，供電變壓器允許，供電變壓器允許的最大起動電流為的最大起動電流為500A。若拖動負載轉矩。若拖動負載轉矩TL0.3TN(要求要求Tst=1.1TL)，能否采用星三角起動法？，能否采用星三角起動法？故不允許直接起動。故不允許直接起動。 (2) Y減壓起動計算減壓起動計算 因為因為 【例例6-4】 一臺一臺 Y280S-4 型三相異步電動機，額定容型三相異步電動機，額定容 量量 PN

23、 = 75 kW，三角形聯(lián)結，全壓起動電流倍數(shù)，三角形聯(lián)結，全壓起動電流倍數(shù) kI7.0， 起動轉矩倍數(shù)起動轉矩倍數(shù) Kst1.9，電源容量為，電源容量為 1 250 kV A。若電動。若電動 機帶額定負載起動，試問應采用什么方法起動機帶額定負載起動，試問應采用什么方法起動? 解：解：(1) 直接起動計算直接起動計算 電源允許的起動電流倍數(shù)為電源允許的起動電流倍數(shù)為KI 3 14電源總容量電源總容量(kVA)電動機容量電動機容量(kW)= 3 = 4.92 141 250 75 1 3 = KI =IstY IN7 3 4.92 1 3TstY = Tst = KstTN1 3= TN 1.9

24、 3 TN 所以不能采用所以不能采用 Y起動。起動。 (3) 自耦變壓器起動計算自耦變壓器起動計算 Tsta = Tst ka 2 = kI ka 2 Ista IN 4.92 TN = TN 1.9 ka 2 1.193ka1.38 = 7 ka 2 所以可以選用所以可以選用 QJ3 型三相自耦變壓器，取型三相自耦變壓器，取 ka = 1.25。 VT1 VT2 VT3 M3 3 起動之初，晶閘管的觸發(fā)角很大，起動之初，晶閘管的觸發(fā)角很大， 電動機的線電壓很低。電動機的線電壓很低。 起動過程中，逐漸減小觸發(fā)角，起動過程中，逐漸減小觸發(fā)角， 電動機的線電壓逐漸升高。電動機的線電壓逐漸升高。 (

25、1) 軟起動器的原理軟起動器的原理 軟起動的特點：軟起動的特點： 無沖擊電流。無沖擊電流。 有軟停車功能，即平滑減速、逐漸停機。有軟停車功能，即平滑減速、逐漸停機。 起動參數(shù)可根據(jù)不同負載進行調(diào)整，起動參數(shù)可根據(jù)不同負載進行調(diào)整， 有很強的負載適應性。有很強的負載適應性。 具有輕載節(jié)能和多種保護功能。具有輕載節(jié)能和多種保護功能。 槽深槽深 h 與槽寬與槽寬 b 之比為：之比為： h / b = 8 12X2 小小X2 大大 起動時，起動時，f2 高，高， X2 大，電流的集膚大，電流的集膚 效應使導條的等效效應使導條的等效 面積減小，即面積減小，即 R2 ， 使使 Tst 。 運行時，運行時，

26、 f2 很低，很低， X2 很小，集膚效應很小，集膚效應 消失，消失，R2 。 j h O深槽式異步電動機的機械特性深槽式異步電動機的機械特性 n OTen11 2凸形槽凸形槽 刀形槽刀形槽 起動時，起動時， f2 高，高， 漏抗大，起主要作用，漏抗大，起主要作用， I2 主要集中在外籠，主要集中在外籠， 外籠外籠 R2 大大 Tst 大。大。 外籠外籠 起動籠。起動籠。 運行時，運行時， f2 很低很低 ， 漏抗很小，漏抗很小，R2 起主要作用，起主要作用， I2 主要集中在內(nèi)籠。主要集中在內(nèi)籠。 內(nèi)籠內(nèi)籠 工作籠。工作籠。R2 大大X2 小小R2 小小X2 大大 雙籠型異步電動機的機械特性

27、雙籠型異步電動機的機械特性 n OTen11 32 轉子電阻比一般籠型異步電動機的大：轉子電阻比一般籠型異步電動機的大： 轉子導條采用電阻率較高的合金鋁轉子導條采用電阻率較高的合金鋁 (如錳鋁或如錳鋁或 硅鋁硅鋁) 澆注而成。澆注而成。 國產(chǎn)國產(chǎn)YH 系列高轉差率異步電動機系列高轉差率異步電動機 ： sN = (7 14)%，Kst = 2.4 2.7，kI = 4.5 5 。 適用于拖動飛輪轉矩大和不均勻沖擊負載以及適用于拖動飛輪轉矩大和不均勻沖擊負載以及 頻繁正、反轉的工作場合。頻繁正、反轉的工作場合。 如錘擊機、剪刀機、沖壓機和鍛冶機等如錘擊機、剪刀機、沖壓機和鍛冶機等 。 采取改變轉子

28、槽形，減小導條截面積等措施。采取改變轉子槽形，減小導條截面積等措施。 高轉差率異步電動機高轉差率異步電動機 的機械特性的機械特性 n OTen1YH 系列系列 YZ 系列系列 Y 系列系列 Rst1Rst23 M3KM1 KM2 Q起動過程起動過程串聯(lián)串聯(lián) Rst1 和和 Rst2 起動（特性起動（特性 a） 總電阻總電阻 R22 = R2 + Rst1+ Rst2n1Te nOa (R22)TLTs2a1a2Ts1切除切除 Rst2 n1Te nOa (R22)TLTs2a1a2Ts1(1) 起動過程起動過程b (R21)b1b2 合上合上 KM2 ，切除切除 Rst2（特性（特性 b） 總

29、電阻總電阻 R21 = R2+ Rst1切除切除 Rst1 3 M3KM1 KM2 Rst1Rst2Q 合上合上 KM1 ，切除切除 Rst1（特性（特性 c） 總電阻總電阻: R2c (R2)c1c2起動過程起動過程p3 M3KM1 KM2 Rst1Rst2Qn1Te nOa (R22)TLTs2a1a2Ts1b (R21)b1b2 頻敏變阻器頻敏變阻器 頻率高：損耗大，電阻大。頻率高：損耗大，電阻大。 頻率低：損耗小，電阻小。頻率低：損耗小，電阻小。 轉子電路起動時轉子電路起動時 f2 高，電阻大，高，電阻大， 頻敏變阻器頻敏變阻器 轉子電路正常運行時轉子電路正常運行時 f2 低，電阻小，

30、低，電阻小， 自動切除變阻器。自動切除變阻器。 Tst 大，大， Ist 小。小。 頻敏變阻器起動的特點：頻敏變阻器起動的特點： 起動設備結構簡單，低格低廉。起動設備結構簡單，低格低廉。 運行可靠，堅固耐用，使用維護方便。運行可靠，堅固耐用，使用維護方便。 控制系統(tǒng)簡單，便于實現(xiàn)自動控制?？刂葡到y(tǒng)簡單，便于實現(xiàn)自動控制。 能獲得接近恒轉矩的機械特性，減少沖擊，能獲得接近恒轉矩的機械特性，減少沖擊， 實現(xiàn)電動機的平穩(wěn)起動。實現(xiàn)電動機的平穩(wěn)起動。 cos 較低，一般為較低，一般為 0.5 0.75， 使使 Tst 的增大受到限制。的增大受到限制。 適用于頻繁起動、對適用于頻繁起動、對 Tst 要求

31、不高的生產(chǎn)機械。要求不高的生產(chǎn)機械。 (1) 變極調(diào)速變極調(diào)速 (2) 變頻調(diào)速變頻調(diào)速 (3) 變轉差率調(diào)速變轉差率調(diào)速 異步電動機的轉速公式異步電動機的轉速公式 n = (1s) n1 = (1s)60 f1 p 調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速 轉子串電阻調(diào)速轉子串電阻調(diào)速 串級調(diào)速串級調(diào)速 改變改變 n1 不改變不改變 n1 調(diào)速方法：調(diào)速方法：n1 = 60 f1 p 變極調(diào)速為有級調(diào)速：變極調(diào)速為有級調(diào)速： f1= 50 Hz 時：時： p 1 2 3 4 5 6 n1/(r/min) 3 000 1 500 1 000 750 600 500 變極調(diào)速適用于籠型異步電動機：變極調(diào)速適用于籠型異步

32、電動機： 因為籠型轉子的極對數(shù)能自動隨定子磁場的極因為籠型轉子的極對數(shù)能自動隨定子磁場的極 對數(shù)改變而改變，而繞線型轉子的極對數(shù)則不對數(shù)改變而改變，而繞線型轉子的極對數(shù)則不 能自動隨定子磁場極對數(shù)的改變而改變。能自動隨定子磁場極對數(shù)的改變而改變。 改變定子繞組的極對數(shù)有兩種方法：改變定子繞組的極對數(shù)有兩種方法： (1) 雙繞組變極雙繞組變極 (2) 單繞組變極單繞組變極U1U2U1U2 U1U2U1U2 p = 2 S NN SNS p = 1 N S N S U1 U2 U1 U2 U1 U2U1 U2U1 U2 U1 U2 N S U1 U2 U1 U2 U1 U2N S 結論：結論： 對

33、于由兩個半相繞組構成的一相繞組，只要改變其中一對于由兩個半相繞組構成的一相繞組，只要改變其中一個半相繞組的電流方向，就可將極對數(shù)增加一倍個半相繞組的電流方向，就可將極對數(shù)增加一倍(正串正串) 或減或減少一半少一半 (反串或反并反串或反并)。 (a) YY (p ) (b) Y(2p) (c) (2p) 變極時必須把三相繞組中任意兩相的出線端變極時必須把三相繞組中任意兩相的出線端 對調(diào)再接到電源上，保證電動機的轉向不變。對調(diào)再接到電源上，保證電動機的轉向不變。 因為因為 電角度電角度= 電機極對數(shù)電機極對數(shù) p機械角度機械角度設當設當 p = 1 時，時，UVW 互差互差 120o 正序；正序；

34、 當當 p = 2 時，時，UVW 互差互差 240o 負序。負序。 對調(diào)為對調(diào)為 UV (W)W (V) 正序。正序。 p 對磁極對磁極 2p 對磁極對磁極 調(diào)速方向：調(diào)速方向： YY Y：n Y YY ：n 調(diào)速范圍：調(diào)速范圍： D = 2 4 調(diào)速的平滑性：差調(diào)速的平滑性：差 調(diào)速的穩(wěn)定性：好調(diào)速的穩(wěn)定性：好 靜差率：靜差率： p 對磁極對磁極 2p 對磁極對磁極 調(diào)速方向：調(diào)速方向： YY：n YY ：n 調(diào)速范圍：調(diào)速范圍： D = 2 4 調(diào)速的平滑性：差調(diào)速的平滑性：差 調(diào)速的穩(wěn)定性：好調(diào)速的穩(wěn)定性：好 靜差率：靜差率： = 100% n1n n1 n n1 = （基本不變）（基

35、本不變） (1) 雙速電動機雙速電動機 采用采用 YYY 和和YY 方式變極。方式變極。 其極對數(shù)成倍地變化，如其極對數(shù)成倍地變化，如 2/4 極、極、4/8 極等。極等。 (2) 多速電動機多速電動機 如國產(chǎn)如國產(chǎn) YD250M-4/6/8/12 型多速電機，型多速電機， 有有4 極、極、6 極、極、8 極、極、12 極四種極數(shù)。極四種極數(shù)。 操作簡單方便、機械特性硬、效率高。操作簡單方便、機械特性硬、效率高。 只能有級調(diào)速，可獲得恒轉矩和恒功率調(diào)速。只能有級調(diào)速，可獲得恒轉矩和恒功率調(diào)速。 YYY 應用于起重機、運輸傳送帶等恒轉矩負載；應用于起重機、運輸傳送帶等恒轉矩負載； YY 應用于如

36、各種機床切削等恒功率負載。應用于如各種機床切削等恒功率負載。 E14.44 f1 kw1N1 m = U14.44 f1 kw1N1 恒磁通控制方式恒磁通控制方式 (1) 保持保持 為常數(shù)為常數(shù) E1 f1 Tem= Pem 1 = 2 f1 p R2 s 3I2 2 = 3p 2 f1 E2 R2 s 2 R2 s X2 2 2 = 3p f12 2 R2 s 2 E1 f1 sX2 R2 1 在不同頻率下，產(chǎn)生最大轉矩時的轉速降落為在不同頻率下，產(chǎn)生最大轉矩時的轉速降落為 nm = smn1 對上式進行求導，并令對上式進行求導，并令 = 0 ，可得，可得 dTem ds Tm = 3p 4

37、 2 E1 f1 f1 X2 = 3p 4 2 E1 f1 1 2 L2 sm = R2 X2 = R2 2 L2 f1 60f1 p = R2 2 L2 f1 = R2 2 L2 60 p 1 f1 結論：結論： 當保持恒電動勢頻率比調(diào)速時，當保持恒電動勢頻率比調(diào)速時，Tm 和和 nm 是是 與頻率無關的常數(shù)。與頻率無關的常數(shù)。 f1fNf1n1 Tem n O fN Tm n1 恒電動勢頻率比調(diào)速時的機械特性恒電動勢頻率比調(diào)速時的機械特性 采用恒電動勢頻率比控采用恒電動勢頻率比控 制方式具有以下優(yōu)點：制方式具有以下優(yōu)點： 電動機的機械特性硬、電動機的機械特性硬、 調(diào)速范圍寬且穩(wěn)定性好。調(diào)速

38、范圍寬且穩(wěn)定性好。 由于正常運行時轉差率由于正常運行時轉差率 s 較小，較小， 轉差功率小，電動機的轉差功率小，電動機的 高。高。 由于由于 Tm 不變，這種控制方式不變，這種控制方式 適合于帶恒轉矩負載調(diào)速。適合于帶恒轉矩負載調(diào)速。(2) 保持保持 為常數(shù)為常數(shù) U1 f1 sm = R1(X1 X2 )2 R2 2 結論：結論： 當保持恒壓頻比調(diào)速時，當保持恒壓頻比調(diào)速時，Tm 已不是常數(shù)，已不是常數(shù)， Tm 隨著頻率降低而減小。隨著頻率降低而減小。 3p 2 f1 Tem = R1 (X1 X2 )2 R2 s 2 R2 s 2 U1 f1 R1 R1(X1 X2 )2 Tm = 3p

39、4 f1 2 2 U1 f1 恒壓頻比調(diào)速時的機械特性恒壓頻比調(diào)速時的機械特性 f1fNf1n1 Tem n O fN Tm n1 結論：結論： 基頻以下恒壓頻比調(diào)速基頻以下恒壓頻比調(diào)速 近似為恒磁通控制方式，近似為恒磁通控制方式， 同樣適用于恒轉矩負載調(diào)速。同樣適用于恒轉矩負載調(diào)速。 為了使電動機在低頻時為了使電動機在低頻時 仍保持足夠大的過載能力，仍保持足夠大的過載能力， 通?？蓪⑼ǔ？蓪?U1 適當抬高一些，適當抬高一些， 以補償一些定子阻抗壓降。以補償一些定子阻抗壓降。 f1fN ，U1L = UN（保持不變）（保持不變） f1 m ，類似于直流電動機的弱磁調(diào)速。，類似于直流電動機的弱

40、磁調(diào)速。 當當 f1fN 時，時， R1 ( X1 X2 )， 忽略忽略 R1 ，則，則 Tm = 3pU14 f1 (X1 X2 ) 2 3pU1 4 (L1 L2 ) 1 f1 2 = 2 2 sm = R2 X1 X2 R2 2 (L1 L2 ) f1 = nm = smn1 R2 2 (L1 L2 ) 60 p = sm ； 1 f1 nm 保持不變。保持不變。 f1fNn1 Tem n O fN 基頻向上調(diào)速時的機械特性基頻向上調(diào)速時的機械特性 結論：結論： Tm ； 1 f1 2 n1 f1 結論：結論： 在基頻以上調(diào)速時，由于在基頻以上調(diào)速時，由于 m 與與 f1 成反比地降成反

41、比地降 低，使得低，使得 Tem 也與也與 f1 近似成反比變化，故電動近似成反比變化，故電動 機近似為恒功率運行。機近似為恒功率運行。 調(diào)速范圍寬，調(diào)速范圍寬，D = 100 。 調(diào)速平滑性好，調(diào)速平滑性好， 可實現(xiàn)無級調(diào)速?？蓪崿F(xiàn)無級調(diào)速。 機械特性硬，靜差率小，機械特性硬，靜差率小， 轉速穩(wěn)定性好。轉速穩(wěn)定性好。 基頻以下為恒轉矩調(diào)速，基頻以下為恒轉矩調(diào)速， 基頻以上為恒功率調(diào)速?；l以上為恒功率調(diào)速。 調(diào)速時轉差率小，調(diào)速時轉差率小， 轉差功率小，運行效率高。轉差功率小，運行效率高。 變頻器結構復雜，價格昂貴。變頻器結構復雜，價格昂貴。 U、f 可變可變 M33 整流電路整流電路 逆變

42、電路逆變電路 50 Hz 控制控制 電路電路 直直 流流 變頻器變頻器 電機變頻器一體化產(chǎn)品電機變頻器一體化產(chǎn)品 優(yōu)點：優(yōu)點：(1) 一體化的通用變頻器和電動機的組合可以提供最大效率。一體化的通用變頻器和電動機的組合可以提供最大效率。 (2) 變速驅動，輸出功率范圍寬（如從變速驅動，輸出功率范圍寬（如從 120 W到到 7.5 kW）。）。(3) 在需要的時候，通用變頻器可以方便地從電動機上移走。在需要的時候，通用變頻器可以方便地從電動機上移走。 (4) 高起動轉矩。高起動轉矩。 nm n1 Tem n O UN TL1TL2 TL3 U1 n1 Tem n O U1UN U1 U1 UN U

43、1U1UN TL1 改變改變 U1 調(diào)速是一種比較簡便的調(diào)速方法，調(diào)速是一種比較簡便的調(diào)速方法， 但低速時但低速時 PCu2 大，大， 低，電機散熱差，低，電機散熱差， 發(fā)熱嚴重。發(fā)熱嚴重。 異步電動機調(diào)壓調(diào)速異步電動機調(diào)壓調(diào)速 高轉差率異步電動機調(diào)壓調(diào)速高轉差率異步電動機調(diào)壓調(diào)速 結論：結論： 調(diào)速方向：調(diào)速方向：U1(UN) n 調(diào)速范圍：調(diào)速范圍：D 較小。較小。 調(diào)速的平滑性：若能連續(xù)調(diào)節(jié)調(diào)速的平滑性：若能連續(xù)調(diào)節(jié)U1，n 可實現(xiàn)無級調(diào)速?？蓪崿F(xiàn)無級調(diào)速。 調(diào)速的穩(wěn)定性：穩(wěn)定性差。調(diào)速的穩(wěn)定性：穩(wěn)定性差。 對于恒轉矩負載不宜長期在低速下工作，對于恒轉矩負載不宜長期在低速下工作， 比較適

44、合于風機類負載的調(diào)速。比較適合于風機類負載的調(diào)速。 調(diào)速的經(jīng)濟性：經(jīng)濟性較差。調(diào)速的經(jīng)濟性：經(jīng)濟性較差。 需要可調(diào)交流電源，需要可調(diào)交流電源，cos 1 和和 均較低。均較低。 調(diào)速時的允許負載：既非恒轉矩又非恒功率調(diào)速。調(diào)速時的允許負載：既非恒轉矩又非恒功率調(diào)速。所以所以 U1 Tem (n) P2 因為因為 TemU1 ， 2 【例例6-5】 一臺一臺 Y280S-4 型三相異步電動機，其額型三相異步電動機，其額 定值為定值為 PN = 75 kW，UN = 380V，nN=1480 r/min，三角形，三角形 聯(lián)結，最大轉矩倍數(shù)聯(lián)結，最大轉矩倍數(shù) KT2.2，電動機帶額定負載運行，電動機

45、帶額定負載運行， 若采用調(diào)壓調(diào)速，將定子電壓調(diào)為若采用調(diào)壓調(diào)速，將定子電壓調(diào)為 0.8UN，求此時電機，求此時電機 的轉速。的轉速。 解：額定轉差率和臨界轉差率分別為解：額定轉差率和臨界轉差率分別為 n1 nN n1sN = = = 0.0133 1 500 1 480 1 500sm = sN ( KT KT1 )2 = 0.0133(2.2 2.221 ) = 0.0553 因為因為 TmU1 ，故調(diào)壓后的最大轉矩為，故調(diào)壓后的最大轉矩為 2 Tm = Tm = 0.64Tm 0.8UN UN 2 = 0.64KTTN = 1.408TN因此調(diào)壓后額定負載時的轉差率為因此調(diào)壓后額定負載時的

46、轉差率為 n = (1s) n1 = (10.023) 1500 r/min = 1465.5 r/min 因為因為 sm與與 U1 無關，無關， 即即 sm= sm s = sm 1 ( Tm TN Tm TN ) 2 = 0.0553(1.408 1.40821 ) = 0.023 調(diào)壓后的轉速為調(diào)壓后的轉速為 n1Te n O Tm R2 R2+Rr TLM33RrKM 結論：結論： 調(diào)速方向：調(diào)速方向： n 調(diào)速范圍：調(diào)速范圍：D 較小較小。 D = 23。 調(diào)速的平滑性：取決于調(diào)速的平滑性：取決于 Rr 的調(diào)節(jié)方式。一般為有級調(diào)速的調(diào)節(jié)方式。一般為有級調(diào)速 調(diào)速的穩(wěn)定性：調(diào)速的穩(wěn)定性

47、： 穩(wěn)定性差。穩(wěn)定性差。Rr 。 調(diào)速的經(jīng)濟性：初期投資不大，但運行效率較低。調(diào)速的經(jīng)濟性：初期投資不大，但運行效率較低。 屬于轉差功率消耗型調(diào)速方法，低速運行時屬于轉差功率消耗型調(diào)速方法，低速運行時 PCu2 大，大， 故不宜長期低速運行。故不宜長期低速運行。 多用于對調(diào)速性能要求不高且斷續(xù)工作的生產(chǎn)機械上，多用于對調(diào)速性能要求不高且斷續(xù)工作的生產(chǎn)機械上， 如橋式起重機、軋鋼機的輔助機械等。如橋式起重機、軋鋼機的輔助機械等。 為恒轉矩調(diào)速：為恒轉矩調(diào)速： 因為因為調(diào)速前后調(diào)速前后 U1 、 f1不變，不變， m 不變。不變。 【例例 6-6】 一臺一臺YR280M-4 型異步電動機帶額定負型

48、異步電動機帶額定負 載恒轉矩運行，已知載恒轉矩運行，已知 PN75 kW，nN1480 r/min，U1N = 380V，三角形聯(lián)結，三角形聯(lián)結，I1N = 140 A，E2N354 V，I2N = 128 A，KT = 3.0。試求：。試求：(1) 當在轉子回路串入當在轉子回路串入 0.1 電電 阻時，電機的運行轉速；阻時，電機的運行轉速；(2) 要求把轉速降至要求把轉速降至1000 r/min， 轉子回路每相應串多大電阻？轉子回路每相應串多大電阻？ 解：解：(1) 額定轉差率和轉子電阻值分別為額定轉差率和轉子電阻值分別為 n1 nN n1sN = = = 0.0133 1 500 1 48

49、0 1 500R2 = sN E2N 3 I2N 0.0133354 3 128 = = 0.0212 電機帶恒轉矩負載運行時有關系電機帶恒轉矩負載運行時有關系 R2 sN R2Rs s = 電機轉速為電機轉速為 所以當串入電阻所以當串入電阻 Rs= 0.1 時電機的轉差率為時電機的轉差率為 轉子每相應串電阻為轉子每相應串電阻為 0.02120.1 0.0212= 0.0133 = 0.076 R2Rs R2 s = sN(2) 當當 n = 1 000 r/min 時的轉差率為時的轉差率為 = (10.076) 1 500 r/min = 1386 r/min n = (1s ) n1 n1

50、 n n1s = = = 0.3333 1 500 1 000 1 500Rs = 1 R2 s sN= 1 0.0212 = 0.51 0.3333 0.0133 制動方法：制動方法： 回饋制動、反接制動、能耗制動。回饋制動、反接制動、能耗制動。 | n | | n1 |，s0； 電機處于異步發(fā)電機狀態(tài)；電機處于異步發(fā)電機狀態(tài)； 將機械能量轉變?yōu)殡娔芊答伝仉娋W(wǎng)；將機械能量轉變?yōu)殡娔芊答伝仉娋W(wǎng)； 電磁轉矩與旋轉方向相反，起制動作用。電磁轉矩與旋轉方向相反，起制動作用。 n1 Tem n s O smTmMH smTmM 回饋制動回饋制動 Tem n O fN f1 fN f1 調(diào)速過程中的回饋

51、制動調(diào)速過程中的回饋制動 TLabcd Ten OYYYTLabcd? 變頻調(diào)速過程中的回饋制動變頻調(diào)速過程中的回饋制動 變極調(diào)速過程中的回饋制動變極調(diào)速過程中的回饋制動 s = n1n n1 第二象限第二象限 0 (n1n) 0 定子發(fā)出電功率定子發(fā)出電功率 向電源回饋電能。向電源回饋電能。 Pem = m1I22R2Rb s 軸上輸入機械功率軸上輸入機械功率 (位能負載的位能位能負載的位能)。 Pm= (1s ) Pem0 pCu2 = PemPm |Pem | = |Pm|pCu2 機械能轉換成電能機械能轉換成電能 (減去轉子銅損耗等減去轉子銅損耗等)。 迅速停車迅速停車 (1) 制動原

52、理制動原理 KM1 KM2 M 3 3 Rb 制動前制動前 KM1 合，合，KM2 斷，斷， 一般一般 Rb = 0 。 制動時制動時 KM1 斷，斷，KM2 合。合。 轉子串入轉子串入 Rb 。TLTL制動前：正向電動狀態(tài)。制動前：正向電動狀態(tài)。 制動時：定子相序改變，制動時：定子相序改變， n1 變向。變向。O n Tem 1 n1 2n1 bs = n1 n n1= n1n n1ac即即 s1 (第二象限第二象限)。因因 s1，使，使 E2s、I2 反向，反向， Tem 反向。反向。 a 點點 b 點點(Tem0，制動開始，制動開始) 慣性慣性 n c 點點(n = 0，Tem 0)，

53、到到 c 點時，若未切斷電源，點時，若未切斷電源， 電機電機 將可能反向起動。將可能反向起動。制動結束。制動結束。 dR2 RbR2 取決于取決于 Rb 的大小。的大小。(2) 制動效果制動效果aO n Te 1n1 2n1 bc(3) 制動時的功率制動時的功率 0 Pm = (1s ) Pem 三相電能三相電能 電磁功率電磁功率Pem轉子轉子機械功率機械功率Pm定子定子轉差轉差功率功率0 Pem = m1I22R2Rb s = PemPm= Pem|Pm| pCu2 = m1(R2Rb ) I22 R2 RbR2 【例例6-7】 一臺一臺YR280M-8 型繞線異步電動機，型繞線異步電動機，

54、PN = 45 kW，nN735 r/min，E2N359 V，I2N = 76 A，KT = 2.4，如果電動機拖動額定負載運行時，采用反接制動，如果電動機拖動額定負載運行時，采用反接制動 停車，要求制動開始時最大制動轉矩為停車，要求制動開始時最大制動轉矩為 2TN，求轉子每，求轉子每 相串入的制動電阻值。相串入的制動電阻值。 解：額定轉差率和固有特性的臨界轉差率為解：額定轉差率和固有特性的臨界轉差率為 n1 nN n1sN = = = 0.02 750 735 750sm = sN ( KT KT1 )2 = 0.02(2.4 2.421 ) = 0.0916 轉子每相電阻值為轉子每相電阻

55、值為 R2 = sN E2N 3 I2N 0.02359 3 76 = = 0.0545 在反接制動時瞬間，在反接制動時瞬間，Tem = 2TN，由于轉速來不及變化，由于轉速來不及變化， 但旋轉磁場的轉向相反，所以，此時的轉差率為但旋轉磁場的轉向相反，所以，此時的轉差率為 s m = s 1 Tm TL Tm TL 2s = = = 1.98 n1nN n1 750735 750= 1.98 1 = 3.6894 2.4 2 2.4 2 2轉子每相應串電阻為轉子每相應串電阻為 Rb = 1 R2 s m sm= 1 0.0545 = 2.14 1.0519 0.0916 下放重物下放重物 O

56、n Tem 1n1 2 bcTL ad(1) 制動原理制動原理 定子相序不變，轉子電定子相序不變，轉子電 路串聯(lián)對稱電阻路串聯(lián)對稱電阻 Rb。 制動運制動運 行狀態(tài)行狀態(tài)a 點點 b 點點(TbTL)， 慣性慣性 n c 點點 ( n = 0，TcTL ) 在在TL 作用下作用下 M 反向起動反向起動 d 點點( nd0，Td = TL ) (2) 制動效果制動效果 改變改變 Rb 的大小，的大小， 改變特性改變特性 2 的斜率，的斜率， 改變下方速度改變下方速度 nd 。 3 低速提低速提 升重物升重物 e R2 (3) 制動時的功率制動時的功率s = n1n n1 第四象限第四象限 1 (

57、n0) 0 0 Pm = (1s ) Pem 定子輸入電功率定子輸入電功率 軸上輸入機械功率軸上輸入機械功率 （位能負載的位能）（位能負載的位能） = PemPm= Pem|Pm| pCu2 = m1(R2Rb ) I22 Pem = m1I22R2Rb s 電功率與機械功率均電功率與機械功率均 消耗在轉子電路中。消耗在轉子電路中。 【例例6-11】 某起重機由一臺繞線型三相異步電動機某起重機由一臺繞線型三相異步電動機 拖動，已知拖動，已知 PN30 kW，UN380V，Y 聯(lián)結，聯(lián)結，nN730 r/min，E2N390 V，I2N = 50 A，KT = 3.0。電動機軸上。電動機軸上 的負載轉矩的負載轉矩 TL0.8TN。(1) 如果電動機以如果電動機以 500 r/min 的的 速度反接下放重物，求轉子每相串入的電阻值。速度反接下放重物，求轉子每相串入的電阻值。(2) 如如 果轉子每相串入果轉子每相串入 3.2 的電阻，電動機的轉速是多大，的電阻，電動機的轉速是多大， 運行在什么狀態(tài)？運行在什么狀態(tài)？(3) 如果轉子每相串入如果轉子每相串入 6.2 的電