電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ)第三章課件

1、第三章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng) 凡是由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，完成一定工藝要求的系統(tǒng)，都稱為電力拖動(dòng)系統(tǒng)。生產(chǎn)機(jī)械稱為電動(dòng)機(jī)的負(fù)載。電力拖動(dòng)系統(tǒng)一般由控制設(shè)備、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)機(jī)械和電源五部分組成，如圖3-1所示。 電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械執(zhí)行某一生產(chǎn)任務(wù)；控制設(shè)備由各種控制電機(jī)、電器、自動(dòng)化元件及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、可編程序控制器等組成，用以控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；電源的作用是向電動(dòng)機(jī)和其他電氣設(shè)備供電。最簡(jiǎn)單的電力拖動(dòng)系統(tǒng)如日常生活中的電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、工業(yè)生產(chǎn)中的水泵等；復(fù)雜的電力拖動(dòng)系統(tǒng)如軋鋼機(jī)、電梯等。 本章中首先介紹電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式

2、，然后介紹生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)矩特性和三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，最后主要研究三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)應(yīng)用的三大問(wèn)題起動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速。第一節(jié)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式 電力拖動(dòng)系統(tǒng)中所用的電動(dòng)機(jī)種類很多，生產(chǎn)機(jī)械的性質(zhì)也各不相同。因此，需要找出它們普遍的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，予以分析。從動(dòng)力學(xué)的角度看，它們都服從動(dòng)力學(xué)的統(tǒng)一規(guī)律。所以，我們首先研究電力拖動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)，建立電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式。一、單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式 所謂單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)，就是電動(dòng)機(jī)輸出軸直接拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的系統(tǒng)，如圖3-2所示。 根據(jù)牛頓第二定律，物體作直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，作用在物體上的拖動(dòng)力F總是與阻力FL以及速度變化時(shí)產(chǎn)生的慣性力ma所平衡。

3、平衡方程式寫為式中F拖動(dòng)力(N)；FL阻力(N)；m物體的質(zhì)量(kg)；a物體獲得的加速度(m/s2)，a=dv/dt；v物體運(yùn)動(dòng)的線速度(m/s)。 與直線運(yùn)動(dòng)時(shí)相似，做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)平衡關(guān)系，即運(yùn)動(dòng)方程式為(忽略T0)式中T電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩(電磁轉(zhuǎn)矩)(Nm)；TL生產(chǎn)機(jī)械的阻力矩(負(fù)載轉(zhuǎn)矩)(Nm)；G轉(zhuǎn)動(dòng)體所受的重力(N)，G=mg；D轉(zhuǎn)動(dòng)體的慣性直徑(m)；GD2物體的飛輪力矩(Nm2)，它是電動(dòng)機(jī)飛輪力矩和生產(chǎn)機(jī)械飛輪力矩之和，為一個(gè)整體的物理量，反映了轉(zhuǎn)動(dòng)體的慣性大小。電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械各旋轉(zhuǎn)部分的飛輪力矩可在相應(yīng)的產(chǎn)品目錄中查到。二、電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的分析 電力拖

4、動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即是處于靜態(tài)(靜止不動(dòng)或勻速)還是處于動(dòng)態(tài)(加速或減速)，是用運(yùn)動(dòng)方程式來(lái)判斷的。 先任意規(guī)定某一旋轉(zhuǎn)方向?yàn)檎蜻\(yùn)動(dòng)，即n0，則反向運(yùn)動(dòng)n0。運(yùn)動(dòng)方程式中電磁轉(zhuǎn)矩T和負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的正、負(fù)有如下規(guī)定：T幫助正向運(yùn)動(dòng)為正，反對(duì)正向運(yùn)動(dòng)為負(fù)；T幫助反向運(yùn)動(dòng)為負(fù)，反對(duì)反向運(yùn)動(dòng)為正。TL反對(duì)正向運(yùn)動(dòng)為正，幫助正向運(yùn)動(dòng)為負(fù)；TL反對(duì)反向運(yùn)動(dòng)為負(fù)，幫助反向運(yùn)動(dòng)為正。若轉(zhuǎn)矩為負(fù)，把負(fù)號(hào)提到轉(zhuǎn)矩符號(hào)前面，如-T。 無(wú)論正向還是反向運(yùn)動(dòng)，T與n同向時(shí)，為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩；T與n反向時(shí)，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。TL也同理。對(duì)正向運(yùn)動(dòng)而言，電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析如下：1)當(dāng)T=TL時(shí)，dn/dt=0，則n=0或n=

5、常數(shù)，即電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于靜止不動(dòng)或勻速運(yùn)行的穩(wěn)定狀態(tài)。2)當(dāng)TTL時(shí)，dn/dt0，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于加速狀態(tài)，即處于過(guò)渡過(guò)程中。3)當(dāng)TTL時(shí)，dn/dt0，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于減速狀態(tài)，也是過(guò)渡過(guò)程。 由此可知，系統(tǒng)在T=TL穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，一旦受到外界的干擾，平衡被打破，轉(zhuǎn)速將會(huì)變化。對(duì)于一個(gè)穩(wěn)定系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，要求具有恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力。 當(dāng)T-TL=常數(shù)時(shí)，系統(tǒng)處于勻加速或勻減速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其加速度或減速度dn/dt與飛輪力矩GD2成反比。飛輪力矩GD2越大，系統(tǒng)慣性越大，轉(zhuǎn)速變化就越小，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，靈敏度低；慣性越小，轉(zhuǎn)速變化越大，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，靈敏度高。注意：對(duì)反向運(yùn)動(dòng)，dn/dt0時(shí)，電力拖動(dòng)

6、系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是反向加速；dn/dt0時(shí)，是反向減速。第二節(jié)生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性 生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行時(shí)常用負(fù)載轉(zhuǎn)矩標(biāo)志其負(fù)載的大小。不同的生產(chǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速變化規(guī)律不同，用負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性來(lái)表征，即生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速n與負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL之間的關(guān)系n=f(TL)。各種生產(chǎn)機(jī)械特性大致可分為以下三種類型。一、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的大小不隨轉(zhuǎn)速變化，TL=常數(shù)，這種特性稱為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性。它有反抗性和位能性兩種：1.反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特點(diǎn)是，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小不變，但負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向始終與生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的方向相反，總是阻礙電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向改變時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的作用方向也隨

7、之改變，永遠(yuǎn)是阻力矩。屬于這類特性的生產(chǎn)機(jī)械有軋鋼機(jī)和機(jī)床的平移機(jī)構(gòu)等。反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性曲線如圖3-5所示。2.位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的特點(diǎn)是，負(fù)載轉(zhuǎn)矩由重力作用產(chǎn)生，不論生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的方向變化與否，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小和方向始終不變。例如起重設(shè)備提升重物時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為阻力矩，其作用方向與電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反；當(dāng)下放重物時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩變?yōu)轵?qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，其作用方向與電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相同，促使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性曲線如圖3-6所示。二、恒功率負(fù)載特性 恒功率負(fù)載的特點(diǎn)是，當(dāng)轉(zhuǎn)速變化時(shí)，負(fù)載從電動(dòng)機(jī)吸收的功率為恒定值，即 就是說(shuō)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比。例如，一些機(jī)床切削加工，車床粗加工時(shí)

8、，切削量大(TL大)，用低速檔；精加工時(shí)，切削量小(TL小)，用高速檔。恒功率負(fù)載特性曲線如圖3-7所示。三、通風(fēng)機(jī)型負(fù)載特性 通風(fēng)機(jī)型負(fù)載的特點(diǎn)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)速n的二次方成正比，即式中K比例常數(shù)。 常見(jiàn)的這類負(fù)載如鼓風(fēng)機(jī)、水泵、液壓泵等，通風(fēng)機(jī)型負(fù)載特性曲線如圖3-8所示。 必須指出，以上三類是典型的負(fù)載特性，實(shí)際生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載特性常為幾種類型負(fù)載的綜合。例如起重機(jī)提升重物時(shí)，電動(dòng)機(jī)所受到的除位能性負(fù)載轉(zhuǎn)矩外，還要克服系統(tǒng)機(jī)械摩擦所造成的反抗性負(fù)載轉(zhuǎn)矩，所以電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL應(yīng)是上述兩個(gè)轉(zhuǎn)矩之和。第三節(jié)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)械特性是描述電力拖動(dòng)系統(tǒng)各種運(yùn)行狀

9、態(tài)的工具，是指轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，因此先研究三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩。一、三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式 在第二章中，T=Pem/1是三相異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的基本公式，除此之外，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩還與哪些因數(shù)有關(guān)呢?1.電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式 我們把T=Pem/1的分子、分母用已學(xué)過(guò)的公式展開(kāi)，整理后可得電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式式中CT轉(zhuǎn)矩常數(shù)。 式(3-1)表明異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與主磁通成正比，與轉(zhuǎn)子電流的有功分量成正比，物理意義非常明確，所以稱為電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式。它常用來(lái)定性分析三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行問(wèn)題。2.電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式 由于電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式不能直接反映轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)

10、系，而電力拖動(dòng)系統(tǒng)則常常需要用轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系式進(jìn)行運(yùn)行分析，故推導(dǎo)如下：根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)化等效電路：可得 式(3-2)反映了三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與電源相電壓U1、頻率f1、電動(dòng)機(jī)的參數(shù)(r1、r2、X1、X2、p及m1)以及轉(zhuǎn)差率s之間的關(guān)系，圖3-9三相異步電動(dòng)機(jī)的T-s曲線稱為參數(shù)表達(dá)式。顯然，當(dāng)U1、f1及電動(dòng)機(jī)的參數(shù)不變時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩僅與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)，對(duì)應(yīng)于不同s的值，有不同的T值，將這些數(shù)據(jù)繪成曲線，就是T=f(s)曲線，也稱T-s曲線，如圖3-9所示。T=f(s)曲線分析如下： 曲線分為三部分，0s1為電磁制動(dòng)狀態(tài)；sTL，電動(dòng)機(jī)才能順利起動(dòng)。電動(dòng)機(jī)手冊(cè)上通常給

11、出起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)KM，KM=Tst/TN。Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)KM=1.82.0。3.電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用表達(dá)式 在工程計(jì)算上，用式(3-2)比較繁鎖，為了使用方便，往往通過(guò)電動(dòng)機(jī)手冊(cè)或產(chǎn)品目錄給出的技術(shù)數(shù)據(jù)如額定功率、額定轉(zhuǎn)速等來(lái)計(jì)算電磁轉(zhuǎn)矩，因此推導(dǎo)出(推導(dǎo)過(guò)程略)電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用表達(dá)式為式(3-5)中的最大轉(zhuǎn)矩Tmax和臨界轉(zhuǎn)差率sm可利用已知技術(shù)數(shù)據(jù)求出： 以上三種電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式，應(yīng)用場(chǎng)合不同：物理表達(dá)式適合于定性分析；參數(shù)表達(dá)式便于分析參數(shù)對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能的影響；實(shí)用表達(dá)式則適應(yīng)于工程計(jì)算。二、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 上面我們分析了T-s曲線，但在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中常用機(jī)械特性n-T，即n=f(

12、T)曲線來(lái)分析電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)問(wèn)題，它與T-s曲線的變換關(guān)系如圖3-10所示。1.固有機(jī)械特性 固有機(jī)械特性是指三相異步電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓和額定頻率下，由電動(dòng)機(jī)本身固有參數(shù)所決定的機(jī)械特性。在正常工作情況下，異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性是硬特性，即異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩增大，轉(zhuǎn)速略為減小。 定性繪制固有機(jī)械特性的步驟是：先從電動(dòng)機(jī)的銘牌和產(chǎn)品目錄中查取該電動(dòng)機(jī)的有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，算出Tmax、sm和Tst值，這樣有了同步點(diǎn)、最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)、起動(dòng)點(diǎn)等幾個(gè)特殊運(yùn)行點(diǎn)，就可畫出n=f(T)曲線，即為異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線。2.人為機(jī)械特性 在分析電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)，常利用人為機(jī)械特性來(lái)進(jìn)行闡述。由機(jī)械特性

13、的參數(shù)表達(dá)式可知，人為地改變異步電動(dòng)機(jī)的任何一個(gè)或多個(gè)參數(shù)(U1、f1、p、定子回路電阻或電抗、轉(zhuǎn)子回路電阻或電抗等)，都可以得到各不相同的機(jī)械特性。這些機(jī)械特性統(tǒng)稱為人為機(jī)械特性。下面分別定性討論幾種人為機(jī)械特性的特點(diǎn)。注意：定性畫人為機(jī)械特性時(shí)，只要先定性畫出固有機(jī)械特性，然后抓住人為機(jī)械特性的同步點(diǎn)、最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)、起動(dòng)點(diǎn)與固有機(jī)械特性比較有何變化，最終通過(guò)這三個(gè)特殊點(diǎn)，定性畫出人為機(jī)械特性。(1)降低定子端電壓的人為機(jī)械特性如果異步電動(dòng)機(jī)的其他條件都與固有特性時(shí)一樣，僅降低定子相電壓所得到的人為機(jī)械特性，稱為降壓人為機(jī)械特性，其特點(diǎn)如下：1)降壓后同步轉(zhuǎn)速n1不變，即不同U1的人為機(jī)械特性

14、都通過(guò)固有機(jī)械特性的同步點(diǎn)。2)降壓后，最大轉(zhuǎn)矩Tmax隨U21成比例下降，但sm或nm=n1(1-sm)跟固有特性時(shí)一樣，為此不同U1的人為機(jī)械特性的最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)的變化規(guī)律如圖3-11所示。3)降壓后的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst也隨U21成比例下降。 由圖3-11可知，端電壓U1下降后，電動(dòng)機(jī)的Tst和過(guò)載能力(m=Tmax/TN)都顯著地下降了，這在實(shí)際應(yīng)用中必須注意。例如，設(shè)原來(lái)運(yùn)行于a點(diǎn)，端電壓下降為U1后，工作點(diǎn)變?yōu)閎點(diǎn)，顯然這時(shí)轉(zhuǎn)速降低了，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩都變小了。從圖3-11中可以看到：如果電壓下降太多，使Tmax小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)將停轉(zhuǎn)。(2)轉(zhuǎn)子回路串對(duì)稱三相電阻的人為機(jī)械特性對(duì)于繞線

15、轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)，如果其他條件都與固有特性時(shí)一樣，僅在轉(zhuǎn)子回路串入對(duì)稱三相電阻Rp，所得的人為特性簡(jiǎn)稱為轉(zhuǎn)子串電阻人為機(jī)械特性，其特點(diǎn)如下：1)同步轉(zhuǎn)速不變，即不同Rp的人為機(jī)械特性都通過(guò)固有機(jī)械特性的理想空載點(diǎn)。2)轉(zhuǎn)子串電阻后的最大轉(zhuǎn)矩Tmax的大小不變，但臨界轉(zhuǎn)差率smsm，且隨Rp的增大而增大(或nm隨Rp的增大而減小)，為此不同Rp的人為機(jī)械特性的最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)的變化規(guī)律如圖3-12所示。3)當(dāng)sm增大，而sm1時(shí)，Tst隨Rp的增大而增大；但當(dāng)sm1后，Tst隨Rp的增大而減小。 由圖3-12可知，繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串合適電阻，可以改變轉(zhuǎn)速而用于調(diào)速，也可以改變起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而

16、改善異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能。三、電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件 前面分析了生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性n=f(TL)和電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性n=f(T)，把兩種特性配合起來(lái)，就可以研究電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行問(wèn)題。 所謂穩(wěn)定運(yùn)行，就是指電力拖動(dòng)系統(tǒng)在某種外界因素的擾動(dòng)下，離開(kāi)原來(lái)的平衡狀態(tài)，當(dāng)外界因素消失后，仍能恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)，或在新的條件下達(dá)到新的平衡狀態(tài)。這里的“擾動(dòng)”一般是指電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載的微小變化。電動(dòng)機(jī)在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中運(yùn)行時(shí)，會(huì)使系統(tǒng)出現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行和不穩(wěn)定運(yùn)行兩種情況。 在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性有交點(diǎn)，即TTL是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。系統(tǒng)要穩(wěn)定運(yùn)行，還需要兩條特性配合恰

17、當(dāng)。電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充分必要條件是 下面我們利用判斷電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件，來(lái)分析三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性配合是否能穩(wěn)定運(yùn)行的問(wèn)題。 臨界轉(zhuǎn)差率sm或臨界轉(zhuǎn)速nm是三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的“穩(wěn)定”區(qū)域和“不穩(wěn)定”區(qū)域的分界點(diǎn)。如圖3-13所示，從理想空載點(diǎn)即同步點(diǎn)到最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)，n=f(T)曲線是下斜特性。由電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要和充分條件，不難判斷對(duì)常遇到的恒轉(zhuǎn)矩、恒功率、通風(fēng)機(jī)型負(fù)載，都可穩(wěn)定運(yùn)行。這是因?yàn)樵陔妱?dòng)機(jī)下斜的機(jī)械特性部分和這三種不同負(fù)載的轉(zhuǎn)矩特性的交點(diǎn)處，均滿足(dT/dn)(dTL/dn)。從最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)到起動(dòng)點(diǎn)，n=f(T)曲線是上斜的曲線，對(duì)恒轉(zhuǎn)矩

18、負(fù)載和恒功率負(fù)載均因與電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的交點(diǎn)處(dT/dn)(dTL/dn)，而不能穩(wěn)定運(yùn)行，只是對(duì)通風(fēng)機(jī)型負(fù)載可以穩(wěn)定運(yùn)行。 例如圖3-13中的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性曲線1與三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性有兩個(gè)交點(diǎn)，在A點(diǎn)可以穩(wěn)定運(yùn)行，而在B點(diǎn)則不能穩(wěn)定運(yùn)行。通風(fēng)機(jī)型負(fù)載特性曲線2與電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性交點(diǎn)C雖然可以穩(wěn)定運(yùn)行，但轉(zhuǎn)速太低，損耗大，效率低，通風(fēng)機(jī)工作并不理想。 對(duì)恒定負(fù)載來(lái)說(shuō)，額定轉(zhuǎn)差率sN和臨界轉(zhuǎn)差率sm的數(shù)值最好小一些，這樣機(jī)械特性可以硬些。對(duì)有沖擊性負(fù)載來(lái)說(shuō)，相反地要求sN和sm要大些，使機(jī)械特性軟一些。這樣，當(dāng)沖擊性負(fù)載到來(lái)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低較多，拖動(dòng)系統(tǒng)(特別是帶有飛輪裝置的)可以放出

19、更多的動(dòng)能來(lái)幫助電動(dòng)機(jī)共同克服沖擊性負(fù)載。第四節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)一、概述 在電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的起動(dòng)過(guò)程中，不同的生產(chǎn)機(jī)械有不同的起動(dòng)情況。有些機(jī)械在起動(dòng)時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩很小，負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速增加而與轉(zhuǎn)速平方近似成正比增加。例如鼓風(fēng)機(jī)負(fù)載，起動(dòng)時(shí)只需克服很小的靜摩擦轉(zhuǎn)矩，當(dāng)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，風(fēng)量很快增大，負(fù)載轉(zhuǎn)矩很快增大；有些機(jī)械在起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與正常運(yùn)行時(shí)一樣大，例如電梯、起重機(jī)和皮帶運(yùn)輸機(jī)等；有些機(jī)械在起動(dòng)過(guò)程中接近空載，待速度上升至接近穩(wěn)定時(shí)，再加負(fù)載，例如機(jī)床、破碎機(jī)等；此外，還有頻繁起動(dòng)的機(jī)械設(shè)備等。以上這些因素都將對(duì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能之一的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩提出不同的要求。 衡量三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性

20、能好壞最主要的是起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，我們總是希望在起動(dòng)電流較小的情況下能獲得較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。但是一臺(tái)普通的三相異步電動(dòng)機(jī)不采取措施而直接投入電網(wǎng)起動(dòng)，即全壓起動(dòng)時(shí)，其起動(dòng)電流很大，而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩卻不很大，這對(duì)電網(wǎng)或電動(dòng)機(jī)自身均是不利的。 起動(dòng)電流大的原因是，當(dāng)電動(dòng)機(jī)接入電網(wǎng)的起動(dòng)瞬時(shí)由于n=0，轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以n1切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，故轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子電流達(dá)到最大值，因而定子電流即起動(dòng)電流也達(dá)到最大值。由圖2-21可知，此瞬時(shí)s=1，等效負(fù)載電阻(1-s)r2/s=0，等效電路的阻抗僅為短路阻抗Zk,忽略起動(dòng)時(shí)的勵(lì)磁支路電流，則定子從電網(wǎng)吸收的起動(dòng)電流的近似值為式中UN電動(dòng)機(jī)的額定相電壓。

21、可見(jiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流就是額定電壓下的堵轉(zhuǎn)(短路)電流，為額定電流的57倍。這樣大的起動(dòng)電流會(huì)使電源和供電線路上的壓降增大，引起電網(wǎng)電壓波動(dòng)，影響并聯(lián)在同一電網(wǎng)上的其他負(fù)載正常工作。例如，附近照明燈亮度減弱，正在工作的電動(dòng)機(jī)速度下降，甚至拖不動(dòng)負(fù)載而停車等；特別對(duì)較小容量的供電變壓器或電網(wǎng)系統(tǒng)影響更甚。對(duì)電動(dòng)機(jī)本身來(lái)說(shuō)，雖然起動(dòng)電流大，但持續(xù)的時(shí)間不長(zhǎng)，損耗引起的電動(dòng)機(jī)的溫度增加來(lái)不及升到過(guò)熱程度，因而不至起破壞作用(起動(dòng)頻繁和慣性較大、起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)的電動(dòng)機(jī)除外)。不過(guò)，過(guò)大的電磁力對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響，也不能低估。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大的原因是：第一，由于起動(dòng)電流很大，定子繞組中的阻抗壓降增大，而電源

22、電壓不變，根據(jù)定子電路的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)將減小，則主磁通1將與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)成比例地減?。坏诙?，起動(dòng)時(shí)s=1，轉(zhuǎn)子漏抗比轉(zhuǎn)子電阻大得多，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)很低，雖然起動(dòng)電流大，但轉(zhuǎn)子電流的有功分量并不大。由轉(zhuǎn)矩公式T=CT1I2cos2可知，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大，一般Tst=(1.82)TN。根據(jù)以上分析可知三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流大主要是對(duì)電網(wǎng)不利；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不很大主要是對(duì)負(fù)載不利，這是因?yàn)槿綦娫措妷阂蚍N種原因下降較多，則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩按電壓平方下降，可能會(huì)使電動(dòng)機(jī)帶不動(dòng)負(fù)載起動(dòng)。不同類型的機(jī)械負(fù)載，不同容量的電網(wǎng)，對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能的要求是不同的。有時(shí)要求有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，有時(shí)要求限制起動(dòng)電流，

23、但更多的情況是兩個(gè)要求須同時(shí)滿足?？傊?，一般情況下起動(dòng)要求是盡可能限制起動(dòng)電流，有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)起動(dòng)設(shè)備盡可能簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)、操作方便，且起動(dòng)時(shí)間要短。二、三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)1.全壓起動(dòng) 全壓起動(dòng)就是用刀開(kāi)關(guān)或接觸器將電動(dòng)機(jī)定子繞組直接接到額定電壓的電網(wǎng)上。雖然前面已分析了全壓起動(dòng)存在起動(dòng)電流大、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大的缺點(diǎn)，但是這種起動(dòng)方法最簡(jiǎn)單，操作很方便。所以，對(duì)于一般小容量的三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，如果電網(wǎng)容量足夠大，應(yīng)盡量用此方法起動(dòng)?？蓞⒖家韵陆?jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定電動(dòng)機(jī)能否全壓起動(dòng)，即 此式的左邊為電源允許的起動(dòng)電流倍數(shù)，右邊為電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流倍數(shù)，所以只有電源允許的起動(dòng)電流倍數(shù)大于電動(dòng)機(jī)的

24、起動(dòng)電流倍數(shù)時(shí)才能全壓起動(dòng)。否則應(yīng)采用減壓起動(dòng)。2.減壓起動(dòng) 減壓起動(dòng)時(shí)并不能降低電源電壓，只是采用某種方法使加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓降低。減壓起動(dòng)的目的是減小起動(dòng)電流，但同時(shí)也減小了電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩(TU21)。所以這種起動(dòng)方法對(duì)電網(wǎng)有利，對(duì)負(fù)載不利。對(duì)于某些機(jī)械負(fù)載在起動(dòng)時(shí)要求帶滿負(fù)載起動(dòng)，就不能用這種方法，但對(duì)于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高的設(shè)備，這種方法是適用的。減壓起動(dòng)常有以下幾種方法：(1)定子串電阻或電抗減壓起動(dòng)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，在定子電路中串入電阻(見(jiàn)圖3-14a)或電抗，待起動(dòng)后再將它切除。顯然，串入的電阻或電抗起分壓作用，使加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的相電壓U1低于電源相電壓UN(即全壓起動(dòng)時(shí)的

25、定子端電壓)，使起動(dòng)電流Ist小于全壓起動(dòng)時(shí)的Ist，定子串電阻起動(dòng)的等效電路如圖3-14b所示?？梢?jiàn)，調(diào)節(jié)所串電阻或電抗的大小，可以得到電網(wǎng)所允許通過(guò)的起動(dòng)電流。這種起動(dòng)方法的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)較平穩(wěn)，運(yùn)行可靠，設(shè)備簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨電壓的二次方降低，只適合輕載起動(dòng)，同時(shí)起動(dòng)時(shí)電能損耗較大。(2)自耦變壓器減壓起動(dòng)自耦變壓器用來(lái)進(jìn)行電動(dòng)機(jī)減壓起動(dòng)時(shí)稱為起動(dòng)補(bǔ)償器，它的接線圖如圖3-15a所示。起動(dòng)時(shí)，自耦變壓器的高壓側(cè)接至電網(wǎng)，低壓側(cè)(有抽頭，按需要選擇)接電動(dòng)機(jī)定子繞組。起動(dòng)完畢，切除自耦變壓器，電動(dòng)機(jī)直接接至額定電壓的電網(wǎng)運(yùn)行。圖3-15 用自耦變壓器減壓起動(dòng)的原理如圖3-15b所示，由于加

26、在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的相電壓U1=UN/k(k1)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流Ist2=Ist/k(即自耦變壓器的二次電流)下降。由于電動(dòng)機(jī)接在自耦變壓器的二次側(cè)，而自耦變壓器的一次側(cè)接電網(wǎng)，故電網(wǎng)供給電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流，也就是自耦變壓器的一次電流Ist=Ist2/k=Ist/k2(k=UN/U1)將大大小于全壓起動(dòng)電流。 自耦變壓器減壓起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：電網(wǎng)限制的起動(dòng)電流相同時(shí)，用自耦變壓器減壓起動(dòng)將比其他減壓起動(dòng)方法獲得較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；起動(dòng)用自耦變壓器的二次繞組一般有三個(gè)抽頭，用戶可根據(jù)電網(wǎng)允許的起動(dòng)電流和機(jī)械負(fù)載所需的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行選配。 采用自耦變壓器減壓起動(dòng)時(shí)的電路較復(fù)雜，設(shè)備價(jià)格較高，不允許頻繁起動(dòng)。

27、(3)/減壓起動(dòng)這種方法只適用于定子繞組在正常工作時(shí)是聯(lián)結(jié)的三相異步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)定子繞組的六個(gè)端頭都引出來(lái)接到換接開(kāi)關(guān)上，如圖3-16所示。在起動(dòng)時(shí)，定子繞組先是聯(lián)結(jié)，這時(shí)電動(dòng)機(jī)在相電壓U1=UN/3的低壓下起動(dòng)，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高以后，再改成聯(lián)結(jié)，使電動(dòng)機(jī)在額定電壓下正常運(yùn)行。 由圖3-17可以推算出起動(dòng)電流下降到全壓起動(dòng)時(shí)的1/3，限流效果好；但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也跌得厲害，為原來(lái)的1/3。因此只適于空載和輕載起動(dòng)。 這種起動(dòng)方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備比較簡(jiǎn)單，成本低，運(yùn)行比較可靠，所以Y系列容量等級(jí)在4kW及以上的小型三相籠型異步電動(dòng)機(jī)都是聯(lián)結(jié)，以便采用/減壓起動(dòng)，其缺點(diǎn)是只適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組是聯(lián)結(jié)的

28、電動(dòng)機(jī)，并只有一種固定的降壓比。 從以上分析可知，不論采用哪一種減壓起動(dòng)方法使起動(dòng)電流減小至電網(wǎng)的允許范圍內(nèi)，都將使電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩受到損失，即起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與定子繞組相電壓的二次方成比例減小。表3-1列出它們與全壓起動(dòng)比較的特征。3)試用/減壓起動(dòng)。因電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)是聯(lián)結(jié)，可以討論此問(wèn)題。 可見(jiàn)雖然起動(dòng)電流小于電網(wǎng)允許值，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不符合要求，故不能采用。4)試用自耦變壓器減壓起動(dòng)。因?yàn)橛米择钭儔浩髌饎?dòng)，希望流過(guò)電網(wǎng)的電流自耦變壓器電壓比的二次方應(yīng)滿足則抽頭電壓比校驗(yàn)起動(dòng)電流取標(biāo)準(zhǔn)抽頭0.73，校驗(yàn)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 可見(jiàn)用抽頭為0.73的自耦變壓器減壓起動(dòng)，起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩均符合電網(wǎng)和負(fù)載的要求。另外

29、，從上面的解題步驟可推出更簡(jiǎn)便的方法求解，即 此例中，我們用具體的數(shù)據(jù)證實(shí)了在減壓起動(dòng)的相同限流條件下，采用自耦變壓器減壓起動(dòng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大。3.軟起動(dòng) 籠型異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)是區(qū)別于傳統(tǒng)減壓起動(dòng)方式(定子串電抗或電阻減壓起動(dòng)、自耦變壓器減壓起動(dòng)、/減壓起動(dòng))的一種新型的起動(dòng)方式，它使電動(dòng)機(jī)的輸入電壓從0V或低電壓開(kāi)始，按預(yù)先設(shè)置的方式逐步上升，直到全電壓結(jié)束?？刂栖浧饎?dòng)器內(nèi)部晶閘管的導(dǎo)通角，從而控制其輸出電壓或電流，達(dá)到有效地控制電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。 軟起動(dòng)依賴于串接在電源和電動(dòng)機(jī)之間的軟起動(dòng)器，如圖3-18所示。通常在軟起動(dòng)器輸入和輸出兩端，并聯(lián)接觸器KM1觸點(diǎn)，在軟起動(dòng)器輸入端串聯(lián)接觸器KM觸

30、點(diǎn)，如圖3- 18所示。當(dāng)軟起動(dòng)完成后，KM1圖3-18軟起動(dòng)接線示意圖觸點(diǎn)閉合，KM觸點(diǎn)斷開(kāi)。工作電流通過(guò)KM1送至電動(dòng)機(jī)，該方法大大提高了軟起動(dòng)器的使用壽命，同時(shí)避免了電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)軟起動(dòng)器產(chǎn)生的高次諧波，因?yàn)榻佑|器通斷時(shí)，觸點(diǎn)兩端電壓基本為零，也提高了接觸器的使用壽命。軟起動(dòng)與傳統(tǒng)減壓起動(dòng)方式的不同之處是：(1)無(wú)沖擊電流在起動(dòng)電動(dòng)機(jī)時(shí)，通過(guò)逐漸增大軟起動(dòng)器晶閘管導(dǎo)通角，電壓無(wú)級(jí)上升，使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流從零開(kāi)始線性上升到設(shè)定值，電動(dòng)機(jī)平滑地加速，通過(guò)減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)來(lái)減輕對(duì)齒輪、聯(lián)軸器及傳送帶的損害。(2)恒流起動(dòng)軟起動(dòng)器可以引入電流閉環(huán)控制，使電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)過(guò)程中保持恒流，確保電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)起動(dòng)。(

31、3)電流無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)根據(jù)負(fù)載情況及電網(wǎng)繼電保護(hù)特性選擇，可自由地?zé)o級(jí)調(diào)節(jié)至最佳的起動(dòng)電流。 軟起動(dòng)器還能實(shí)現(xiàn)在輕載時(shí)，通過(guò)降低電動(dòng)機(jī)端電壓，提高功率因素，減少電動(dòng)機(jī)的銅耗、鐵耗，達(dá)到輕載節(jié)能的目的；在重載時(shí)，則提高電動(dòng)機(jī)端電壓，確保電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。 若用可編程序控制器(PLC)控制，可撤去停止、起動(dòng)按鈕。起動(dòng)、停止的控制過(guò)程可用PLC的順序控制完成，并能實(shí)現(xiàn)用一臺(tái)軟起動(dòng)器起動(dòng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)。 原則上，籠型異步電動(dòng)機(jī)在不需要調(diào)速的各種應(yīng)用場(chǎng)合都可適用軟起動(dòng)。軟起動(dòng)器特別適用各種泵類或風(fēng)機(jī)負(fù)載需要軟起動(dòng)的場(chǎng)合。 同樣，軟起動(dòng)器可用于籠型異步電動(dòng)機(jī)的軟停止，以減輕停機(jī)過(guò)程中振動(dòng)引起的輕負(fù)載移位和液體溢出等。

32、4.改善起動(dòng)性能的籠型異步電動(dòng)機(jī) 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)減壓起動(dòng)時(shí)，為降低起動(dòng)電流而使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也減小。為了克服這一缺點(diǎn)，通過(guò)改進(jìn)籠型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子槽形，來(lái)改善電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能，即不僅要減小起動(dòng)電流，還要增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。實(shí)際應(yīng)用中常用深槽式和雙籠式兩種轉(zhuǎn)子槽型，下面分別予以介紹。(1)深槽式籠型異步電動(dòng)機(jī)深槽式電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子的槽型特別深而窄，槽的高度與寬度之比一般為1012，如圖3-19a所示。深槽式異步電動(dòng)機(jī)是利用轉(zhuǎn)子槽漏磁通分布不同所引起的集膚效應(yīng)來(lái)改善起動(dòng)性能的。我們把轉(zhuǎn)子導(dǎo)條看成是由很多沿槽高排列的小導(dǎo)條并聯(lián)而成，各小導(dǎo)條電流的分布取決于它們的漏阻抗的大小。 起動(dòng)時(shí)，s=1，轉(zhuǎn)子頻率f

33、2=f1，這相對(duì)于正常運(yùn)行時(shí)f2=13Hz是較高的，轉(zhuǎn)子槽中各并聯(lián)小導(dǎo)條的漏電抗比電阻大，電流分配主要取決于漏電抗的大小。由圖3-19a可見(jiàn)，沿槽高越靠近槽底的小導(dǎo)條交鏈的漏磁鏈越多，其漏電抗也越大，所以轉(zhuǎn)子電流主要從槽口處漏電抗小的小導(dǎo)條通過(guò)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條沿槽高的電流密度分布情況如圖3-19b所示。這時(shí)轉(zhuǎn)子電流被“擠”到槽口表面，這種現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)。結(jié)果是槽底部分的導(dǎo)條截面內(nèi)幾乎沒(méi)有電流通過(guò)，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的有效截面積減小了，如圖3-19c所示，使轉(zhuǎn)子電阻r2增大(一般可達(dá)額定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子電阻的3倍)，使起動(dòng)電流減小而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大，可滿載起動(dòng)。 隨著轉(zhuǎn)速升高至起動(dòng)結(jié)束，轉(zhuǎn)子頻率逐漸降低，集膚效應(yīng)

34、影響逐漸降低，各并聯(lián)小導(dǎo)條的漏電抗也逐漸降低至小于電阻，這時(shí)電流分配主要取決于各并聯(lián)小導(dǎo)條電阻的大小，轉(zhuǎn)子電流逐漸均勻地分布在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的整個(gè)截面上，轉(zhuǎn)子電阻逐漸降到正常值。 與普通籠型異步電動(dòng)機(jī)相比，由于深槽式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子漏磁通大，使正常運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)子漏抗大，因此電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)及過(guò)載能力要降低些。所以，深槽式異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能的改善是靠犧牲某些性能指標(biāo)而取得的。(2)雙籠式異步電動(dòng)機(jī)雙籠式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子具有兩套籠型繞組，如圖3-20a所示，其上籠導(dǎo)條截面積較小，且由電阻率較大的黃銅或鋁青銅等制成，因而電阻較大。但它交鏈的槽漏磁通較少，故漏抗?。幌禄\導(dǎo)體截面積較大，用紫銅制成，電阻較小，但它

35、交鏈的槽漏磁通較多，漏抗大。如果上下籠都是鑄鋁而成的，則上籠截面積遠(yuǎn)比下籠的小得多，如圖3-20b所示，因而上籠電阻比下籠大得多。 起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子電流的頻率高，集膚效應(yīng)使電流多“擠”到上籠，使上籠起主要作用，故稱為起動(dòng)籠。由于上籠電阻大，可以減小起動(dòng)電流而增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。起動(dòng)結(jié)束后，轉(zhuǎn)子電流頻率很低，下籠漏電抗減小，而本身電阻又小，轉(zhuǎn)子電流主要從下籠導(dǎo)條中通過(guò)，下籠在正常運(yùn)行時(shí)起主要作用，故稱為工作籠。雙籠式異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是上、下籠機(jī)械特性的合成，如圖3-20c所示。改變上、下籠導(dǎo)條的材料和截面積，可以得到不同的合成機(jī)械特性，從而滿足不同的負(fù)載要求。圖3-20 雙籠式異步電動(dòng)機(jī)與深槽式異步電動(dòng)

36、機(jī)一樣有很好的起動(dòng)性能，可以滿載起動(dòng)，但前者的運(yùn)行特性好于后者。不過(guò)深槽式電動(dòng)機(jī)制造簡(jiǎn)單，也比較便宜。三、三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 對(duì)于需要大、中容量電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)重載起動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械或者需要頻繁起動(dòng)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，不僅要限制起動(dòng)電流而且還要足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。這就需要用三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻或串頻敏變阻器來(lái)改善起動(dòng)性能。1.轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng) 當(dāng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)每相轉(zhuǎn)子回路串入起動(dòng)電阻Rst時(shí)，其起動(dòng)相電流為 可見(jiàn)只要Rst足夠大，就可以使起動(dòng)電流Ist限制在規(guī)定的范圍內(nèi)。由圖3-12可知，轉(zhuǎn)子回路串電阻Rp=Rst后，其起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst可隨Rst的大小自由調(diào)節(jié)：在一定范圍內(nèi)，Tst隨Rs

37、t的增加而增加，以適應(yīng)重載起動(dòng)的要求；也可以讓Rst足夠大，使sm1，TstTmax，然后再逐漸減小Rst使Tst增大，這樣可以減小起動(dòng)時(shí)的機(jī)械沖擊。因此，繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻，可以得到比普通籠型電動(dòng)機(jī)優(yōu)越得多的起動(dòng)性但是在實(shí)際應(yīng)用中，起動(dòng)電阻Rst在起動(dòng)過(guò)程中是通過(guò)開(kāi)關(guān)逐級(jí)切除(短接)的，如圖3-21所示(三級(jí)起動(dòng)，即分三次切除)。 分級(jí)起動(dòng)過(guò)程分析如下：剛起動(dòng)時(shí)，全部起動(dòng)電阻都接入，這時(shí)轉(zhuǎn)子回路每相電阻為R3=Rst3+Rst2+Rst1+r2，對(duì)應(yīng)的人為機(jī)械特性如圖3-22的Aa所示，其sm31；且對(duì)應(yīng)的最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst1=0.85Tmax。當(dāng)轉(zhuǎn)速沿Aa加速到b點(diǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩降為

38、切換轉(zhuǎn)矩Tst2(1.11.2)TL，為提高整個(gè)起動(dòng)過(guò)程的平均起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)有較大的加速度，縮短起動(dòng)時(shí)間，且切除(短接)Rst3使電動(dòng)機(jī)從b點(diǎn)跳至R2=Rst2+Rst1+r2所對(duì)應(yīng)的人為機(jī)械特性Ac上的c點(diǎn)，而該點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩正好等于最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst1；然后再逐級(jí)切除Rst2、Rst1。 上述全部過(guò)程如圖3-22所示的abcdefg，最后將穩(wěn)定運(yùn)行于固有機(jī)械特性的h點(diǎn)。此時(shí)操作起動(dòng)器手柄將電刷提起同時(shí)將三只集電環(huán)自行短接，以減小運(yùn)行中的電刷摩擦損耗，至此起動(dòng)結(jié)束。注意：當(dāng)電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，應(yīng)把電刷重新放下，且把起動(dòng)電阻全部接入，以便下次起動(dòng)時(shí)用。2.轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動(dòng)從圖3-22可見(jiàn)：三相

39、繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)，在逐級(jí)切除電阻的瞬時(shí)，轉(zhuǎn)矩從Tst2躍至Tst1，導(dǎo)致起動(dòng)不夠平穩(wěn)。當(dāng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)不需要頻繁起動(dòng)和調(diào)速時(shí)，我們可采用繞線轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動(dòng)來(lái)增加起動(dòng)的平穩(wěn)性。 頻敏變阻器是電阻和電抗值隨頻率而變化的裝置。外觀很像一臺(tái)沒(méi)有二次繞組，一次側(cè)聯(lián)結(jié)的三相心式變壓器，如圖3-23a所示。因其鐵心用較厚的鋼片疊壓而成，故鐵耗比普通變壓器大得多。轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器的等效電路如圖3-23b所示。其中rp是頻敏變阻器每相繞組本身的電阻，其值較??；Rmp是反映頻敏變阻器鐵心損耗的等效電阻，Xmp是頻敏變阻器靜止時(shí)的每相電抗。 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，s=1即f2=f1，轉(zhuǎn)子頻率較高，

40、且頻敏變阻器鐵心疊片很厚，所以其鐵耗很大，對(duì)應(yīng)的等效電阻Rmp也很大。由于起動(dòng)電流的影響使頻敏變阻器的鐵心飽和，所以Xmp不大。此時(shí)相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子回路中串入一個(gè)較大的起動(dòng)電阻Rmp，使起動(dòng)電流減小而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩增大，獲得較好的起動(dòng)性能。隨著轉(zhuǎn)速的升高，s減小即f2變低，鐵耗隨頻率的二次方成正比下降，使Rmp減小(這時(shí)sXmp也變小)，相當(dāng)于隨轉(zhuǎn)速升高自動(dòng)且連續(xù)地減小起動(dòng)電阻值。 當(dāng)轉(zhuǎn)速接近額定值時(shí)，sN很小即f2極低，所以Rmp及sXmp都很小，相當(dāng)于將起動(dòng)電阻全部切除。此時(shí)應(yīng)把電刷提起且將三只集電環(huán)短接，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于固有特性上，起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。第五節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng) 若要使三相異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行

41、中快速停車、反向或限速，就要進(jìn)行電磁制動(dòng)。而電磁制動(dòng)的特點(diǎn)是產(chǎn)生一個(gè)與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，且希望與起動(dòng)時(shí)的要求相似，即限制制動(dòng)電流，增大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使拖動(dòng)系統(tǒng)有較好的制動(dòng)性能。異步電動(dòng)機(jī)有能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)及回饋制動(dòng)三種方法。 為便于分析異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)在各種制動(dòng)運(yùn)行時(shí)的機(jī)械特性及各物理量的正負(fù)、范圍，我們常與電動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比。圖3-24a是正、反向電動(dòng)運(yùn)行的示意圖，圖3-24b是它們對(duì)應(yīng)的機(jī)械特性。正向電動(dòng)時(shí)，位于第象限的機(jī)械特性過(guò)+n1點(diǎn)，且n0，T0；反向電動(dòng)時(shí)，位于第象限的機(jī)械特性過(guò)-n1點(diǎn)，且n0，T0?？梢?jiàn)，只要是電動(dòng)狀態(tài)，|n|n1|，n和T同方向，n1和n同方向；s=01

42、;P1Pem=m1I22r2/s0，說(shuō)明電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸取電能；P2Pm=T0，說(shuō)明電動(dòng)機(jī)向負(fù)載輸送機(jī)械能。圖3-24一、能耗制動(dòng)(1)能耗制動(dòng)原理三相異步電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)能耗制動(dòng)的方法是將定子繞組從三相交流電源上斷開(kāi)，然后立即加上直流勵(lì)磁，如圖3-25a所示。流過(guò)定子繞組的直流電流在空間產(chǎn)生一個(gè)靜止的磁場(chǎng)，而轉(zhuǎn)子由于慣性繼續(xù)按原方向在靜止磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，因而切割磁力線在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(方向由右手定則判斷)而產(chǎn)生方向相同(略轉(zhuǎn)子漏抗)的電流。根據(jù)左手定則可以判斷該電流再與靜止磁場(chǎng)作用產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T是制動(dòng)性質(zhì)的，如圖3-25b所示。則系統(tǒng)減速，因?yàn)檫@種方法是將轉(zhuǎn)子動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，并消耗在轉(zhuǎn)子回路的電

43、阻上，動(dòng)能耗盡，系統(tǒng)停車，所以稱為能耗制動(dòng)。(2)能耗制動(dòng)機(jī)械特性由于定子繞組接入直流電，磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度為零，所以機(jī)械特性由電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的過(guò)同步點(diǎn)變成能耗制動(dòng)時(shí)的過(guò)原點(diǎn)，是倒立過(guò)來(lái)的電動(dòng)狀態(tài)時(shí)的機(jī)械特性，如圖3-26所示(數(shù)學(xué)推導(dǎo)從略)。 當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)剛制動(dòng)時(shí)，由于慣性，轉(zhuǎn)速來(lái)不及變，轉(zhuǎn)速最高nn1，轉(zhuǎn)子繞組切割靜止磁場(chǎng)的速度最高，感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)最大，若轉(zhuǎn)子不串入制動(dòng)電阻Rbk，則會(huì)造成制動(dòng)電流過(guò)大而制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小，如圖3-26曲線2中b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Tb；如果轉(zhuǎn)子電路中接入適當(dāng)電阻Rbk，則在同一轉(zhuǎn)速下，限制了制動(dòng)電流且得到較大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，如曲線3的b點(diǎn)，從而提高了制動(dòng)效果。 三相異步電動(dòng)機(jī)的能耗制

44、動(dòng)，制動(dòng)平穩(wěn)，能準(zhǔn)確快速地停車。另外由于定子繞組和電網(wǎng)脫開(kāi)，電動(dòng)機(jī)不從電網(wǎng)吸取交流電能(只吸取少量的直流勵(lì)磁電能)，從能量的角度看，能耗制動(dòng)比較經(jīng)濟(jì)。但是從能耗制動(dòng)的機(jī)械特性可見(jiàn)，拖動(dòng)系統(tǒng)制動(dòng)至轉(zhuǎn)速較低時(shí)，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩也較小，此時(shí)制動(dòng)效果不理想。所以若生產(chǎn)機(jī)械要求更快速停車時(shí)，則對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行電源反接制動(dòng)。二、反接制動(dòng)1.電源反接制動(dòng)(反接正轉(zhuǎn)象限n10,n0,s1)這種反接制動(dòng)是將三相異步電動(dòng)機(jī)的任意兩相定子繞組的電源進(jìn)線對(duì)調(diào)，相當(dāng)于他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電樞反接制動(dòng)，適用于反抗性負(fù)載快速停車和快速反向。(1)制動(dòng)原理和機(jī)械特性如圖3-27a所示，由于定子繞組兩相對(duì)調(diào)，使旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反向，即-n10，則如圖

45、3-27b所示過(guò)-n1點(diǎn)的機(jī)械特性曲線2和3。設(shè)電動(dòng)機(jī)原來(lái)在圖3-27b中固有機(jī)械特性1的a點(diǎn)正向電動(dòng)運(yùn)行，定子兩相反接瞬間n1反向，而轉(zhuǎn)速n由于機(jī)械慣性來(lái)不及變化(從a點(diǎn)水平跳變到曲線2的b點(diǎn))，仍有n0，則轉(zhuǎn)子繞組相對(duì)切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向改變，E2s反向，I2s反向，電磁轉(zhuǎn)矩T反向(T0)，所以n與T反向，T是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此n迅速下降，n至0時(shí)，對(duì)需要快速停車的反抗性負(fù)載，應(yīng)快速切斷電源，否則可能會(huì)反向旋轉(zhuǎn)。 可見(jiàn)上述是一個(gè)制動(dòng)過(guò)程，機(jī)械特性處于象限。反接制動(dòng)過(guò)程中由于制動(dòng)瞬時(shí)nn1,s2，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)E2s2E2，比s=1起動(dòng)時(shí)的E2s=E2還要大一倍，因此制動(dòng)電流太大且因轉(zhuǎn)子頻率大、漏抗大

46、而制動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tb較小，制動(dòng)效果不佳。所以生產(chǎn)實(shí)際的反接制動(dòng)時(shí)，為改善制動(dòng)性能，轉(zhuǎn)子回路要串入制動(dòng)電阻Rbk以限制過(guò)大的制動(dòng)電流并增大轉(zhuǎn)子功率因數(shù)而增大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，如曲線3的b點(diǎn)對(duì)應(yīng)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tb。 電源反接制動(dòng)時(shí)，P1Pem=m1I22r2/s0,P2Pm=T0，說(shuō)明電動(dòng)機(jī)既要從電網(wǎng)吸取電能，又要從軸上吸取機(jī)械能，因此能耗大，經(jīng)濟(jì)性較差。但該制動(dòng)方法的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩即使在轉(zhuǎn)速降至很小時(shí)，仍較大，因此制動(dòng)迅速。(2)制動(dòng)電阻Rbk的計(jì)算線性段固有機(jī)械特性和轉(zhuǎn)子串電阻的人為機(jī)械特性上，同一轉(zhuǎn)矩條件下的轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)子回路總電阻間的關(guān)系為式中sg固有機(jī)械特性上對(duì)應(yīng)任意給定轉(zhuǎn)矩T的轉(zhuǎn)差率，sg=sN(T/TN)；s

47、轉(zhuǎn)子串電阻的人為機(jī)械特性上的轉(zhuǎn)差率，它與固有機(jī)械特性上的sg對(duì)應(yīng)相同轉(zhuǎn)矩T。 式(3-12)是各種制動(dòng)問(wèn)題的一般計(jì)算公式，由它可以得到制動(dòng)電阻的公式，即 在用上述公式計(jì)算并定性畫機(jī)械特性來(lái)幫助分析時(shí)，注意相對(duì)應(yīng)的固有機(jī)械特性和轉(zhuǎn)串電阻的人為機(jī)械特性的同步點(diǎn)是相同的。2.倒拉反接制動(dòng)(正接反轉(zhuǎn)象限n10，n0,s1)這種反接制動(dòng)適用于將重物勻低速下放時(shí)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)。(1)制動(dòng)原理和機(jī)械特性如圖3-29a所示，由于定子接線與正向電動(dòng)狀態(tài)時(shí)一樣，所以如圖3-29b所示的機(jī)械特性仍過(guò)n1點(diǎn)。 設(shè)異步電動(dòng)機(jī)原運(yùn)行于圖3-29b所示的固有機(jī)械特性1中的a點(diǎn)來(lái)提升重物，處于正向電動(dòng)狀態(tài)。如果在轉(zhuǎn)子回路串入足

48、夠大電阻Rbk，使sm1，以致于對(duì)應(yīng)的人為機(jī)械特性與位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性的交點(diǎn)落在第象限，如曲線2所示。在串入電阻的瞬時(shí)，轉(zhuǎn)速n由于機(jī)械慣性來(lái)不及變化，工作點(diǎn)從a點(diǎn)水平跳變到曲線2的點(diǎn)b。由于TbTL，系統(tǒng)開(kāi)始減速，待到轉(zhuǎn)速n為零時(shí)，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩Tc仍小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，重物倒拉電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子反向旋轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)速由正變負(fù)，此時(shí)T0而n0，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始進(jìn)入倒拉制動(dòng)狀態(tài)。 在重物的作用下，電動(dòng)機(jī)反向加速，電磁轉(zhuǎn)矩逐步增大，直到Td=TL為止，電動(dòng)機(jī)以nd的速度下放重物，處于穩(wěn)定制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。這種反接制動(dòng)轉(zhuǎn)差率s為 所以與電源反接制動(dòng)一樣，倒拉反接制動(dòng)的P10，P20，能耗大，經(jīng)濟(jì)性差，但它能以任意低的轉(zhuǎn)速

49、下放重物，安全性好。(2)制動(dòng)問(wèn)題計(jì)算利用同一轉(zhuǎn)矩下轉(zhuǎn)子電阻與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系式(3-12)、(3-13)進(jìn)行有關(guān)制動(dòng)問(wèn)題計(jì)算時(shí)有兩種情況：1)已知下放轉(zhuǎn)速n，求需串入的制動(dòng)電阻Rbk。用式(3-13)求解時(shí)注意，對(duì)應(yīng)倒拉反接制動(dòng)：位于第象限的倒拉反接制動(dòng)運(yùn)行穩(wěn)定下放點(diǎn)的s必大于1(因下放重物的n0，n10)，與倒拉反接制動(dòng)人為機(jī)械特性對(duì)應(yīng)的、過(guò)+n1的位于第象限的固有機(jī)械特性上對(duì)應(yīng)給定負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL(略T0時(shí)，即為T)的sg0。2)已知串入的制動(dòng)電阻Rbk，求下放轉(zhuǎn)速n。用式(3-12)求出s后，用n=n1(1-s)計(jì)算n時(shí)，注意n10。三、回饋制動(dòng)(再生發(fā)電制動(dòng))1.反向回饋制動(dòng)(象限，|n|n

50、1|，n10，n0，s0) 這種制動(dòng)方法也稱反向再生發(fā)電制動(dòng)，適用于將重物高速穩(wěn)定下放。 反向回饋制動(dòng)原理和機(jī)械特性如圖3-31所示，將電源兩相對(duì)調(diào)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反向，則如圖3-31b所示的機(jī)械特性1過(guò)-n1點(diǎn)。 異步電動(dòng)機(jī)在電磁轉(zhuǎn)矩和位能性負(fù)載轉(zhuǎn)矩的共同作用下，快速反向起動(dòng)后沿機(jī)械特性曲線1的第象限電動(dòng)(T0，n0)加速。當(dāng)電動(dòng)機(jī)加速到等于同步速-n1時(shí)，盡管電磁轉(zhuǎn)矩為零，但是由于重力轉(zhuǎn)矩的作用，使電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速至高于同步速(|n|n1|)進(jìn)入曲線1的象限，轉(zhuǎn)差率為 這時(shí)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條相對(duì)切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向與反向電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相反，因此sE2反向、I2反向、電磁轉(zhuǎn)矩T也反向，即由象限的T0變成象限的T0，

51、與轉(zhuǎn)速n方向相反(n0)，成為制動(dòng)性質(zhì)的轉(zhuǎn)矩，進(jìn)入象限的反向回饋制動(dòng)，最后當(dāng)T=TL時(shí)，電動(dòng)機(jī)在曲線1的a點(diǎn)勻高速下放重物，此時(shí)電動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)定反向回饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。 反向回饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下放重物時(shí)，轉(zhuǎn)子回路所串電阻越大，下放速度越高，如圖3-31b曲線2的b點(diǎn)。因此，為使反向回饋制動(dòng)時(shí)下放重物的速度不至于太高，通常是將轉(zhuǎn)子回路中的制動(dòng)電阻切除或者使之很小。 回饋制動(dòng)時(shí)s0，使P1Pem=m1I22r2/s0，P2Pm=T0，說(shuō)明電動(dòng)機(jī)從軸上吸取機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，反饋回電網(wǎng)，經(jīng)濟(jì)性較好。但它的|n|n1|，下放重物的安全性較差。2.正向回饋制動(dòng)(象限，n10，n0,s0) 這種制動(dòng)發(fā)生在變極或電

52、源頻率下降較多的降速過(guò)程，如圖3-32所示。 如果原來(lái)電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行于a點(diǎn)，圖3-32正向回饋制動(dòng)機(jī)械特性當(dāng)突然換接到倍極數(shù)運(yùn)行(或頻率突然降低很多)時(shí)，則特性突變?yōu)榍€2，因n=na不能突變，工作點(diǎn)突變?yōu)閎點(diǎn)。因nbn1，進(jìn)入回饋制動(dòng)，在T及TL的共同制動(dòng)下系統(tǒng)開(kāi)始減速，從b點(diǎn)到n1的降速過(guò)程中都是s0，所以是回饋制動(dòng)過(guò)程。從n1至c點(diǎn)，是電動(dòng)降速過(guò)程。第六節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 在工業(yè)生產(chǎn)中，有大量的生產(chǎn)機(jī)械為了滿足生產(chǎn)工藝要求，需要改變工作速度，例如金屬切削機(jī)床，由于工件的材料和精度的要求不同，工作速度也就不同，又如軋鋼機(jī)，因軋制不同品種和不同厚度的鋼材，要采取不同的最佳速度。人為地改變

53、電動(dòng)機(jī)速度以滿足生產(chǎn)工藝要求，通常稱為調(diào)速。 調(diào)速可用機(jī)械方法、電氣方法或機(jī)械電氣相結(jié)合的方法，本節(jié)只討論電氣調(diào)速。電氣調(diào)速是人為地改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行于不同的人為機(jī)械特性上，從而在相同的負(fù)載下，得到不同的運(yùn)行速度。這不同于由于負(fù)載變化，使電動(dòng)機(jī)在同一條特性上發(fā)生的轉(zhuǎn)速變化。 究竟異步電動(dòng)機(jī)可以采用哪些方法進(jìn)行調(diào)速呢?根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式 可見(jiàn)，要調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可采用改變電源頻率f1、改變磁極對(duì)數(shù)p和改變轉(zhuǎn)差率s的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中改變轉(zhuǎn)差率的方法中又有改變定子電壓、轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差電動(dòng)勢(shì)等幾種，還可通過(guò)電磁轉(zhuǎn)差離合器來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 下面先介紹反映調(diào)速性能的調(diào)速指標(biāo)，

54、再分別介紹各種調(diào)速方法的基本原理、特點(diǎn)和調(diào)速性能。一、調(diào)速指標(biāo)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能，常用下列指標(biāo)衡量：1.調(diào)速范圍 調(diào)速范圍是指電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)所能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速nmax與最低轉(zhuǎn)速nmin之比，用系數(shù)D表示，即 不同的生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速范圍的要求不同，例如車床要求D=20120，龍門刨床要求D=1040，軋鋼機(jī)要求D=3120，造紙機(jī)要求D=320等。 由式(3-14)可知，要擴(kuò)大調(diào)速范圍D，必須提高nmax和降低nmin，但nmax受電動(dòng)機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度等的限制，nmin受相對(duì)穩(wěn)定性的限制。2.調(diào)速的相對(duì)穩(wěn)定性(靜差率) 相對(duì)穩(wěn)定性是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，轉(zhuǎn)速隨之變化的程度，工程上常用靜差率%來(lái)衡量相對(duì)穩(wěn)

55、定性。靜差率表示電動(dòng)機(jī)在某一機(jī)械特性上運(yùn)行時(shí)，由理想空載到額定負(fù)載所出現(xiàn)的轉(zhuǎn)速降與理想空載轉(zhuǎn)速之比，用百分?jǐn)?shù)表示為 顯然，在相同的n0情況下，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性愈硬，靜差率就愈小，相對(duì)穩(wěn)定性就愈好(三相異步電動(dòng)機(jī)中，n0=n1)。 生產(chǎn)機(jī)械調(diào)速時(shí)，要求靜差率小于一定值，以使負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)的變化，并保持一定的穩(wěn)定程度，生產(chǎn)機(jī)械容許的靜差率用r%表示。例如，臥式車床要求r%30%，一般設(shè)備要求r%50%，高精度的造紙機(jī)要求r%0.1%。3.調(diào)速的平滑性 調(diào)速的平滑性是指兩個(gè)相鄰調(diào)速級(jí)(如第i級(jí)與第i-1級(jí))的轉(zhuǎn)速之比，用系數(shù)表示 值越接近于1，調(diào)速平滑性越好；在一定的調(diào)速范圍內(nèi)，調(diào)

56、速的級(jí)數(shù)越多，則調(diào)速的平滑性越好。不同的生產(chǎn)機(jī)械對(duì)調(diào)速的平滑性要求不同，例如龍門刨床要求基本上近似無(wú)級(jí)調(diào)速(即1)。4.調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性 調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性是指對(duì)調(diào)速設(shè)備的投資和電能消耗、調(diào)速效率等經(jīng)濟(jì)效果的綜合比較。5.調(diào)速時(shí)的容許輸出 容許輸出是指電動(dòng)機(jī)在得到充分利用的情況下，調(diào)速過(guò)程中軸上所能輸出的功率和轉(zhuǎn)矩。在電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，實(shí)際輸出的功率和轉(zhuǎn)矩由負(fù)載的需要來(lái)決定，故應(yīng)使調(diào)速方法適應(yīng)負(fù)載的要求。二、籠型異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速 改變異步電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)p，可以改變其同步速度n1=60f1/p，從而使電動(dòng)機(jī)在某一負(fù)載下的穩(wěn)定運(yùn)行速度發(fā)生變化，達(dá)到調(diào)速的目的?？梢宰C明，只有當(dāng)定、轉(zhuǎn)子極數(shù)相等時(shí)才能產(chǎn)生平

57、均電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。對(duì)于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，在改變定子繞組接線來(lái)改變磁極數(shù)時(shí)，必須同時(shí)改變轉(zhuǎn)子繞組的接線以保持定、轉(zhuǎn)子極數(shù)相等，這使變極接線及控制變得復(fù)雜。而籠型異步電動(dòng)機(jī)當(dāng)定子極數(shù)變化時(shí)，其轉(zhuǎn)子極數(shù)能自動(dòng)與之相等。所以變極調(diào)速一般用于籠型異步電動(dòng)機(jī)。1.變極原理 下面用圖3-34來(lái)說(shuō)明改變定子極數(shù)時(shí)，只要將一相繞組的半相連線改接即可。設(shè)電動(dòng)機(jī)的定子每相繞組都由兩個(gè)完全對(duì)稱的“半相繞組”所組成，以U相為例，并設(shè)相電流是從頭U1進(jìn)，尾U2出。當(dāng)兩個(gè)“半相繞組”頭尾相串聯(lián)時(shí)(稱為順串)，根據(jù)“半相繞組”內(nèi)的電流方向，用右手螺旋法可以定出磁場(chǎng)的方向，并用“”和“”表示在圖中，如圖3-34a

58、所示。很顯然，這時(shí)電動(dòng)機(jī)所形成的是一個(gè)2p=4極的磁場(chǎng)；如果將兩個(gè)“半相繞組”尾尾相串聯(lián)(稱為反串)或頭尾相并聯(lián)(稱為反并)時(shí)，就形成一個(gè)2p=2極的磁場(chǎng)，分別如圖3-34b、c所示。 比較圖3-34可知，只要將兩個(gè)“半相繞組”中的任何一個(gè)的電流反向，就可以將極對(duì)數(shù)增加一倍(順串)或減少一半(反串或反并)。這就是單繞組倍極比的變極原理，如2/4極、4/8極等。 除了上述最簡(jiǎn)單、最常用的倍極比變極方法之外，也可以用改變繞組接法達(dá)到非倍極比的變極目的，如4/6極等；有時(shí)，所需變極的倍數(shù)較大，利用一套繞組變極比較困難，則可用兩套獨(dú)立的不同極數(shù)的繞組，用哪一檔速度時(shí)就用哪一套繞組，另一套繞組開(kāi)路空著。

59、如某電梯用多速電動(dòng)機(jī)有6/24極兩套繞組，可得1000r/min和250r/min兩種同步速，低速為接近樓層準(zhǔn)確停車用。如果把以上兩種方法結(jié)合起來(lái)，即在定子上裝兩套繞組，每一套又能改變極數(shù)，就能得到三速或四速電動(dòng)機(jī)，當(dāng)然這在結(jié)構(gòu)上要復(fù)雜得多。2.兩種常用的變極方案 變極調(diào)速的具體接線方法很多，這里只討論兩種常用的變極接線，如圖3-35所示。在圖3-35a和圖3-35b中，變極前每相繞組的兩個(gè)“半相繞組”是順串的，因而是倍極數(shù)，不過(guò)前者三相繞組是聯(lián)結(jié)，后者是聯(lián)結(jié)；變極時(shí)每相繞組的兩個(gè)“半相繞組”各都改接成反并，極數(shù)減少一半，而三相繞組都接成聯(lián)結(jié)。經(jīng)演變可以看出變極后它們都成了聯(lián)結(jié)，所以圖3-35

60、a和圖3-35b分別稱為/變極和/變極。顯然，這兩種變極接線中三相繞組只需9個(gè)引出端點(diǎn)，所以接線最簡(jiǎn)單，控制最方便。 必須注意，上述圖中在改變定子繞組接線的同時(shí)，將V、W兩相的出線端進(jìn)行了對(duì)調(diào)。這是因?yàn)樵陔妱?dòng)機(jī)定子的圓周上，電角度是機(jī)械角度的p倍。因此當(dāng)極對(duì)數(shù)改變時(shí)，必然引起三相繞組的空間相序發(fā)生變化。現(xiàn)以下例進(jìn)行說(shuō)明。設(shè)p=1時(shí)，U、V、W三相繞組軸線的空間位置依次為0、120、240電角度。而當(dāng)極對(duì)數(shù)變?yōu)閜=2時(shí)，空間位置依次是U相為0、V相為1202=240、W相為2402=480(相當(dāng)于120)，這說(shuō)明變極后繞組的相序改變了。如果外部電源相序不變，則變極后，不僅電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速發(fā)生了變