第09章-交流電機拖動基礎(chǔ)

第九章交流電機拖動基礎(chǔ)電機與拖動基礎(chǔ)第一節(jié)異步電動機的機械特性第二節(jié)異步電動機的起動第三節(jié)異步電動機的調(diào)速第四節(jié)異步電動機的制動1第九章交流電機拖動基礎(chǔ)第一節(jié)異步電動機的機械特性

指在定子電壓、頻率和參數(shù)固定的條件下，電磁轉(zhuǎn)矩Te與轉(zhuǎn)速n（或轉(zhuǎn)差率s）之間的函數(shù)關(guān)系。一、機械特性的三種表達式

1.物理表達式第七章已導出異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩公式（9-1）22.參數(shù)表達式根據(jù)異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩與電磁功率的關(guān)系，寫出電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電流的關(guān)系第九章交流電機拖動基礎(chǔ)（9-4）上式中:固定Us、f1及阻抗等參數(shù)，電磁轉(zhuǎn)矩只是轉(zhuǎn)差率的函數(shù)，也就是機械特性關(guān)系。上式稱為機械特性的參數(shù)表達式。由便可畫出Te

-s曲線。3第九章交流電機拖動基礎(chǔ)3.實用表達式三相異步電動機的參數(shù)不易得到。若能利用異步電機產(chǎn)品目錄中給出的數(shù)據(jù)，找出異步電動機的機械特性公式，即便是比較粗糙，但也很有實用價值，這就是實用公式。

(1)最大電磁轉(zhuǎn)矩在參數(shù)表達式（9-4）中令，可得到最大電磁轉(zhuǎn)矩（9-5）最大轉(zhuǎn)矩對應的轉(zhuǎn)差率稱為臨界轉(zhuǎn)差率sm（9-6）式中“+”號適用于電動機狀態(tài)；“-”號適用于發(fā)電機狀態(tài)。4一般的值不超過值的5%，可忽略Rs。第九章交流電機拖動基礎(chǔ)（9-7）異步發(fā)電機狀態(tài)和電動機狀態(tài)的最大電磁轉(zhuǎn)矩的絕對值可近似認為相等，臨界轉(zhuǎn)差率也近似認為相等，機械特性具有對稱性。上兩式說明：最大電磁轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，與漏電抗成反比；臨界轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子電阻成正比，與電壓大小無關(guān)。5最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定電磁轉(zhuǎn)矩的比值即最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，又稱過載能力：第九章交流電機拖動基礎(chǔ)（9-8）

(2)實用表達式的推導用式（9-4）去除以式（9-5）得由（９－６）知：6其中第九章交流電機拖動基礎(chǔ)當定子電阻的范圍為，q的范圍為。若定子電阻滿足，就有。所以只要滿足定子電阻很小的條件上式可簡化為（9-9）這就是三相異步電動機機械特性的實用公式。7

(3)實用公式的使用

從實用公式可知，必須知道最大轉(zhuǎn)矩Tem和臨界轉(zhuǎn)差率sm才能進行計算。T2N可通過PN和nN計算，實際應用中，忽略空載轉(zhuǎn)矩，近似認為TN=T2N。另外，過載能力可以從產(chǎn)品目錄中查到

第九章交流電機拖動基礎(chǔ)（9-10）（9-11）將額定工作點的sN和TN代入式（9-9）得8在額定負載以下運行時，s很小，，實用表達式可近似寫為第九章交流電機拖動基礎(chǔ)（9-12）由此可見，當時，Te與s成正比，機械特性是一條直線。上式稱為機械特性的近似計算公式，應用這個公式時，sm可按下式計算（9-13）9異步電動機機械特性的三種表達式應用場合不同：物理表達式適用于定性地分析Te與及間的關(guān)系；參數(shù)表達式多用于分析各參數(shù)變化對電動機運行性能的影響；實用表達式最適用于進行機械特性的工程計算。

第九章交流電機拖動基礎(chǔ)物理表達式參數(shù)表達式實用表達式10二、固有機械特性1.固有機械特性曲線三相異步電動機在電壓、頻率均為額定值不變時，在定轉(zhuǎn)子回路中不串入任何電路元件條件下的機械特性稱為固有機械特性。第九章交流電機拖動基礎(chǔ)其T-s曲線（也即T-n曲線）。曲線1為電源正相序時的機械特性曲線，異步電動機處于正向電動運行狀態(tài)；曲線2為電源負相序時的機械特性曲線，處于反向電動運行狀態(tài)。0<s≤1,s<0,s>1運行狀態(tài)分析11異步電機的機械特性可視為由兩部分組成：，機械特性的直線部分，又稱為工作部分，因為電動機不論帶何種性質(zhì)的負載均能穩(wěn)定運行；，機械特性的曲線部分，又稱為非工作部分。所謂非工作部分僅對恒轉(zhuǎn)矩負載或恒功率負載而言：因為電動機在這一特性段與這類負載轉(zhuǎn)矩特性的配合，電力拖動系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行，而對于泵類風機性負載，卻能穩(wěn)定工作。第九章交流電機拖動基礎(chǔ)122.起動轉(zhuǎn)矩n=0，s=1時的電磁轉(zhuǎn)矩稱為起動轉(zhuǎn)矩Tst

。將s=1代入式（9-4）參數(shù)表達式中得起動轉(zhuǎn)矩第九章交流電機拖動基礎(chǔ)（9-14）Tst

與電壓平方成正比，漏電抗越大，起動轉(zhuǎn)矩越小。起動轉(zhuǎn)矩與額定電磁轉(zhuǎn)矩的比值稱為起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)KT

（9-15）電動機起動時，起動轉(zhuǎn)矩Tst大于1.1～1.2倍的負載轉(zhuǎn)矩就可以順利起動。一般KT=0.8～1.2。133.穩(wěn)定運行問題機械特性在范圍內(nèi)，是一根下斜的曲線。拖動恒轉(zhuǎn)矩負載和泵類負載運行能穩(wěn)定運行。在范圍，機械特性上翹，拖動恒轉(zhuǎn)矩負載不能穩(wěn)定運行。拖動泵類負載可以穩(wěn)定運行。但由于這時轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)差率大，轉(zhuǎn)子電動勢比正常運行時大很多。這將造成轉(zhuǎn)子電流、定子電流均很大，因此不能長期運行。：穩(wěn)定運行，：長期穩(wěn)定。第九章交流電機拖動基礎(chǔ)14

三、人為機械特性三相異步電動機在改變電源電壓、電源頻率、定子極對數(shù)或增大定、轉(zhuǎn)子阻抗的情況下，所得到的機械特性稱為人為機械特性。

第九章交流電機拖動基礎(chǔ)1.降低定子端電壓的人為機械特性在電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達式中，保持其它量都不變，只改變定子電壓Us的大小。由于異步電動機的磁路在額定電壓下工作于近飽和點，故不宜再升高電壓。15特點：1）同步轉(zhuǎn)速不變。2）最大轉(zhuǎn)矩隨電壓的降低而按二次方規(guī)律減小。３）最大轉(zhuǎn)矩對應的轉(zhuǎn)差率保持不變．第九章交流電機拖動基礎(chǔ)16

2.定子回路串三相對稱電阻的人為機械特性不影響同步轉(zhuǎn)速n1，但Tem、Tst

和臨界轉(zhuǎn)差率sm都隨定子回路電阻值的增大而減小。第九章交流電機拖動基礎(chǔ)17第九章交流電機拖動基礎(chǔ)3.定子回路串三相對稱電抗的人為機械特性與串電阻的相似，只是這種情況下電抗不消耗有功功率。184.轉(zhuǎn)子回路串三相對稱電阻的人為機械特性繞線式三相異步電動機通過滑環(huán)，可以把三相對稱電阻串入轉(zhuǎn)子回路后再三相短路。特點：（１）同步轉(zhuǎn)速n1、最大電磁轉(zhuǎn)矩Tem不變。（２）臨界轉(zhuǎn)差率sm增大。（３）起動轉(zhuǎn)矩增大．第九章交流電機拖動基礎(chǔ)19第九章交流電機拖動基礎(chǔ)當所串入的電阻滿足（9-16）則有，即起動轉(zhuǎn)矩為最大電磁轉(zhuǎn)矩，其中。但是若串入轉(zhuǎn)子回路的電阻再增加，則，。因此，轉(zhuǎn)子回路串電阻增大起動轉(zhuǎn)矩并非是電阻越大越好，而是有一個限度。

電流比20第二節(jié)異步電動機的起動異步電動機定子繞組接入電網(wǎng)后，轉(zhuǎn)子從靜止狀態(tài)到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程。起動要求：（１）起動轉(zhuǎn)矩足夠大。起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)KT=Tst

/TN（２）起動電流不要太大。起動電流倍數(shù)KI=Ist/IN。一、異步電動機起動性能分析普通的異步電動機如果不采取任何措施而直接接入電網(wǎng)起動時，往往起動電流Ist

很大，而起動轉(zhuǎn)矩Tst

不足。其原因分析如下。第九章交流電機拖動基礎(chǔ)21第九章交流電機拖動基礎(chǔ)在起動初始，n=0，轉(zhuǎn)差率s=1，轉(zhuǎn)子電流的頻率f2=sf1≈50Hz，轉(zhuǎn)子繞組的電動勢sEr0=Er0，比正常運行時（s=0.01～0.05）的電動勢值大20倍，則此時轉(zhuǎn)子電流Ir很大，定子電流的負載分量也隨之急劇增大，使得定子電流（即起動電流）很大；轉(zhuǎn)子漏磁sXr0>>Rr，使得轉(zhuǎn)子內(nèi)的功率因數(shù)cosφ2很小，所以盡管起動時轉(zhuǎn)子電流Ir

很大，但有功分量Ircosφ2并不大。由于起動電流很大，定子繞組的漏阻抗壓降增大，使得感應電勢Es和與之成正比的主磁通m減小，因此起動轉(zhuǎn)矩Tst并不大。22

總之，異步電動機在起動時存在兩種矛盾：1）起動電流大，而電網(wǎng)承受沖擊電流的能力有限；2）起動轉(zhuǎn)矩小，而負載又要求有足夠的轉(zhuǎn)矩才能起動。

下面按4種情況分別討論常用的異步電動機的起動方法。

二、小容量電動機的輕載起動——直接起動直接起動也稱為全壓起動。（７.5kW）優(yōu)點：操作簡便、起動設(shè)備簡單；缺點：起動電流大，會引起電網(wǎng)電壓波動?，F(xiàn)代設(shè)計的籠型異步電動機，都允許直接起動。直接起動方法的應用主要受電網(wǎng)容量的限制。第九章交流電機拖動基礎(chǔ)23

三、中、大容量電動機輕載起動——降壓起動不能直接起動。矛盾：起動電流大而電網(wǎng)允許沖擊電流有限。籠型異步電動機減小起動電流的主要方法是降壓起動。

1.星形-三角形（Y-Δ）換接起動只適用于正常運行時定子繞組接成三角形的電動機。其每相繞組均引出兩個出線端，三相共引出六個出線端。在起動時將定子繞組接成星形，起動完畢后再換接成三角形。這樣，在起動時就把定子每相繞組上的電壓降到正常工作電壓的。設(shè)起動時接成Y形的定子繞組的線電壓為Us（電網(wǎng)電壓），則相電壓為。這時線電流與相電流相等，Y形起動電流為第九章交流電機拖動基礎(chǔ)24三角形連接時每相繞組的相電壓與線電壓相等為Us，線電流是相電流的，即Δ形起動電流為第九章交流電機拖動基礎(chǔ)25

2.自耦降壓起動利用三相自耦變壓器降低加到電動機定子繞組的電壓，以減小起動電流的起動方法。采用自耦變壓器降壓起動時，自耦變壓器的一次側(cè)（高壓邊）接電網(wǎng)，二次側(cè)（低壓邊）接到電動機的定子繞組上，待其轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定時，再把電動機直接接到電網(wǎng)上，同時將自耦變壓器從電網(wǎng)上切除。第九章交流電機拖動基礎(chǔ)26根據(jù)變壓器原理，可知第九章交流電機拖動基礎(chǔ)設(shè)I2為定子繞組電壓為U2時的起動電流，Ist為全電壓U1起動電流（9-19）根據(jù)以上兩式，可得27電動機端電壓:Us=U2=

定子電流:Is=I2=從電網(wǎng)上吸取的電流: I1=Ist起動轉(zhuǎn)矩與起動電流降低同樣的倍數(shù)。第九章交流電機拖動基礎(chǔ)283.串電阻（抗）起動方法由于起動時，在串接電阻或電抗上降掉了一部分電壓，所以加在電動機定子繞組上的電壓就降低了，起動電流也減小了。第九章交流電機拖動基礎(chǔ)優(yōu)點:起動電流沖擊小，運行可靠，起動設(shè)備構(gòu)造簡單；缺點:起動時電能損耗較多。294.延邊三角形起動方法正常運行時為三角形聯(lián)結(jié)。每相繞組的中間引出一個出線端，共有9個出線端。第九章交流電機拖動基礎(chǔ)30優(yōu)點：體積小、質(zhì)量輕、允許經(jīng)常起動等。采用不同的抽頭比例，可以得到延邊三角形聯(lián)結(jié)法的不同相電壓，其值比星形-三角形換接起動時星形聯(lián)結(jié)法的電壓值高，因此其起動轉(zhuǎn)矩比星形-三角形換接起動時大，它能用于重載起動。缺點：電動機內(nèi)部接線較為復雜。第九章交流電機拖動基礎(chǔ)繞組的相電壓低于電源電壓，且降低值與繞組的中間引出端的抽頭比例有關(guān)。在起動過程中，將定子繞組聯(lián)結(jié)成延邊三角形，可使定子繞組的電壓降低，也能減小起動電流。31

四、小容量電動機重載起動——籠型異步電動機的特殊形式 主要矛盾：起動轉(zhuǎn)矩不足。解決方法有： （１）按起動要求選擇容量大一號或更大些的電動機； （２）選用起動轉(zhuǎn)矩較高的特殊形式的籠型電動機。通過改進其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，獲得較好起動性能的特殊型式的籠型異步電動機，主要有高轉(zhuǎn)差率籠型異步電動機、深槽式異步電動機、雙籠型異步電動機等。這些特殊形式的籠型異步電動機的共同特點是起動轉(zhuǎn)矩較大。第九章交流電機拖動基礎(chǔ)321.高轉(zhuǎn)差率鼠籠式異步電動機轉(zhuǎn)子導條采用電阻率較高的ZL-14鋁合金，通過適當?shù)丶哟筠D(zhuǎn)子導條的電阻來改善起動性能，這樣既可限制起動電流，又可增大起動轉(zhuǎn)矩。這種電動機在穩(wěn)定運行時轉(zhuǎn)差率比普通的鼠籠式電動機的轉(zhuǎn)差率高，故稱之為高轉(zhuǎn)差鼠籠式異步電動機。使用場合主要是起重運輸機械和冶金企業(yè)的輔助機械，因此也稱為起重-冶金型電動機。為了適應起動頻繁的結(jié)構(gòu)也比較堅固。

缺點：（１）氣隙大，使得激磁電流也大，功率因數(shù)降低；（２）轉(zhuǎn)子電阻大而引起的正常運行時的損耗較大，效率低。第九章交流電機拖動基礎(chǔ)33第九章交流電機拖動基礎(chǔ)

2.深槽式異步電動機轉(zhuǎn)子槽形深而窄，深與寬比約為10～20，普通籠型異步電動機不超過5。槽底部分匝鏈的漏磁通多，漏電抗較大；槽口部分匝鏈的漏磁通少，漏電抗小。剛起動時，導條電流密度沿槽深的分布，電流主要集中在槽口部分，這種現(xiàn)象稱為集膚效應，其效果相當于減小了轉(zhuǎn)子導體的截面積。集膚效應使轉(zhuǎn)子電阻增大，故起動轉(zhuǎn)矩增大,起動電流變小.34第九章交流電機拖動基礎(chǔ)

3.雙籠型異步電動機轉(zhuǎn)子上安裝了兩套籠。兩個籠間由狹長的縫隙隔開，里面的籠相連的漏磁通比外面的籠的大得多。外面的籠導條較細，采用電阻率較大的黃銅或鋁青銅等材料制成，故電阻較大，稱為起動籠；里面的籠截面較大，采用電阻率較小的紫銅等材料制成，故電阻較小，稱為運行籠。35第九章交流電機拖動基礎(chǔ)五、中、大容量電動機重載起動——繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的起動起動的兩種矛盾（起動轉(zhuǎn)矩小，起動電流大）同時起作用。如果上述特殊形式的籠型電動機不能適應，只能采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機。在繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)子上串接電阻時，如果阻值選擇合適，既增大起動轉(zhuǎn)矩，又減小起動電流。三相繞線式異步電動機的起動方法有 轉(zhuǎn)子串接電阻起動和串接頻敏變阻器起動。36第九章交流電機拖動基礎(chǔ)1.轉(zhuǎn)子串接電阻起動方法三相繞組通過滑環(huán)與電刷串接附加電阻。在起動時，在轉(zhuǎn)子繞組中串接適當?shù)钠饎与娮瑁詼p小起動電流，增加起動轉(zhuǎn)矩。待轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定時，將起動電阻從轉(zhuǎn)子電路中切除，進入正常運行。37第九章交流電機拖動基礎(chǔ)2.轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器起動方法轉(zhuǎn)子串接電阻起動的繞線式異步電動機，當功率較大時，轉(zhuǎn)子電流很大；若起動電阻逐段變化，則轉(zhuǎn)矩變化也較大，對機械負載沖擊較大；控制設(shè)備較龐大，操作維護也不方便。采用頻敏變阻器代替起動電阻，則可克服上述缺點。頻敏變阻器的特點是其電阻值隨轉(zhuǎn)速的上升而自動減小。38當頻敏變阻器的繞組中通過交流電時，鐵心中產(chǎn)生交變磁通，從而產(chǎn)生鐵耗。電動機剛起動時，轉(zhuǎn)子頻率較高,頻敏變阻器內(nèi)的與頻率平方成正比的渦流損耗較大，其等效電阻也因之較大，可以限制電動機的起動電流，并增大起動轉(zhuǎn)矩。隨著轉(zhuǎn)速的升高，轉(zhuǎn)子頻率逐漸下降，鐵心中的渦流損耗和等效電阻也隨之逐漸減小，使電動機平滑起動。第九章交流電機拖動基礎(chǔ)39第九章交流電機拖動基礎(chǔ)第三節(jié)異步電動機的調(diào)速從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率Pem可分成兩部分：一部分為拖動負載的有效功率；另一部分是轉(zhuǎn)差功率，與轉(zhuǎn)差率成正比。根據(jù)轉(zhuǎn)差功率是否增大，消耗掉還是回收，把異步電動機的調(diào)速方法分為三類：40第九章交流電機拖動基礎(chǔ)

1）轉(zhuǎn)差功率消耗型——全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成熱能消耗掉。它是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來換取轉(zhuǎn)速的降低（恒轉(zhuǎn)矩負載時），越向下調(diào)效率越低。效率最低。

2）轉(zhuǎn)差功率回饋型——轉(zhuǎn)差功率的一部分消耗掉，大部分則通過變流裝置回饋電網(wǎng)，轉(zhuǎn)速越低時回收的功率越多，效率比功率消耗型高。3）轉(zhuǎn)差功率不變型——轉(zhuǎn)差功率中轉(zhuǎn)子銅損部分的消耗是不可避免的，轉(zhuǎn)速高低轉(zhuǎn)差率不變，轉(zhuǎn)差功率的消耗也基本不變，因此效率最高。下面以這種分類方法介紹幾種異步電動機主要調(diào)速方法的工作原理及其特性。41第九章交流電機拖動基礎(chǔ)

一、轉(zhuǎn)差功率消耗型異步電動機調(diào)速方法在調(diào)速過程中均產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)差功率消耗在轉(zhuǎn)子電路中。主要有改變定子電壓調(diào)速法、轉(zhuǎn)子電路串接電阻調(diào)速法等。

1.改變定子電壓調(diào)速

優(yōu)點：簡單；缺點：效率低，消耗在轉(zhuǎn)子電路中的功率很大，發(fā)熱嚴重。42第九章交流電機拖動基礎(chǔ)

2.轉(zhuǎn)子電路串接電阻調(diào)速只適用于繞線式異步電動機。缺點：附加電阻上消耗大量能量，效率低。轉(zhuǎn)速只能向下調(diào)。43第九章交流電機拖動基礎(chǔ)

二、轉(zhuǎn)差功率回饋型異步電動機調(diào)速方法——串級調(diào)速串級調(diào)速的思想：在繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子電路中串入附加電動勢Eadd

來取代電阻，通過電動勢電源裝置吸收轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)差功率，并回饋給電網(wǎng)，實現(xiàn)高效平滑調(diào)速。根據(jù)電機的可逆性原理：異步電機既可以從定子輸入或輸出功率，也可以從轉(zhuǎn)子輸入或輸出轉(zhuǎn)差功率；因此同時從定子和轉(zhuǎn)子向電機饋送功率也能達到調(diào)速的目的。所以，串級調(diào)速又稱為雙饋調(diào)速。44第九章交流電機拖動基礎(chǔ)1.串級調(diào)速的基本原理在繞線式異步電動機的三相轉(zhuǎn)子電路中串入電壓和頻率可控的交流附加電動勢Eadd，通過控制使Eadd與轉(zhuǎn)子電動勢Er具有頻率相同、相位相同或相反。45第九章交流電機拖動基礎(chǔ)Eadd=0時，異步電動機處在固有機械特性上運行。通過調(diào)節(jié)Eadd的大小改變Ir，而電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩Te隨Ir的變化而變化。電機轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)差功率Ps=sPem

只有一小部分消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，而大部分被Eadd吸收，再設(shè)法通過電力電子裝置回饋給電網(wǎng)。因此，串級調(diào)速與串電阻調(diào)速相比，具有較高的效率。46第九章交流電機拖動基礎(chǔ)2.串級調(diào)速的控制方式(1)次同步調(diào)速方式使Eadd的相位與Er相差180（9-28）增加Eadd的幅值，將減少Ir，減少轉(zhuǎn)矩Te，從而轉(zhuǎn)速n降低。n<n1。

(2)超同步調(diào)速方式附加電勢Eadd與Er同相（9-29）Eadd增加，Ir增大，Te也增大，電動機加速。轉(zhuǎn)差率s將減小，Ir也減小，最終達到轉(zhuǎn)矩平衡Te=TL。473.串級調(diào)速的工作狀態(tài)串級調(diào)速可實現(xiàn)5種基本運行狀態(tài)。48第九章交流電機拖動基礎(chǔ)4.串級調(diào)速的機械特性（9-31）T2為串接所引起的轉(zhuǎn)子電流分量與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩分量。49第九章交流電機拖動基礎(chǔ)三、轉(zhuǎn)差功率不變型異步電動機調(diào)速方法轉(zhuǎn)差功率只有轉(zhuǎn)子銅耗，無論轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率基本不變。主要有變極調(diào)速和變頻調(diào)速兩種。

1.變極調(diào)速——多速異步電動機從n1=60f1/np可知，f1不變，改變np，可改變n1，從而改變n。改變定子繞組的極對數(shù)np

，用改變定子繞組的聯(lián)結(jié)方式實現(xiàn)。5051第九章交流電機拖動基礎(chǔ)常用的改變定子繞組極對數(shù)的連接方法有兩種：52第九章交流電機拖動基礎(chǔ)現(xiàn)分析以上兩種變極調(diào)速方法改接前后電動機的輸出轉(zhuǎn)矩和功率的變化情況。(1)定子繞組由單星形改接成雙星形設(shè)電源線電壓為UN，改接前電動機的輸出功率:改接成雙星形后，如保持定子繞組相電流Is不變，并假設(shè)在改接后，η和cosφ1均保持不變，則電動機的輸出功率:53第九章交流電機拖動基礎(chǔ)

改接前后電動機輸出的轉(zhuǎn)矩之比為（9-32）上式說明：Y/YY變極調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)。適用于恒轉(zhuǎn)矩負載的拖動系統(tǒng)，如起重機、傳輸帶等機械。即改接后電動機的輸出功率增加了一倍。54第九章交流電機拖動基礎(chǔ)(2)當定子繞組由三角形改接成雙星形改接前輸出功率:改接后輸出功率:改接前后電動機的輸出功率之比:（9-33）改接前后電動機輸出的轉(zhuǎn)矩之比為55第九章交流電機拖動基礎(chǔ)即采用△/YY改接方法，電動機的輸出功率在改接前后基本保持不變，所以△/YY變極調(diào)速屬于恒功率性質(zhì)。根據(jù)轉(zhuǎn)矩關(guān)系式可知，采用△/YY改接方法，極對數(shù)減半，轉(zhuǎn)速增加一倍，轉(zhuǎn)矩則減小一半。56從以上分析可以看出:變極調(diào)速簡單可靠、成本低、效率高、機械特性硬，且既可適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速也可適用于恒功率調(diào)速，屬于轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速方法。變極調(diào)速是有級調(diào)速，不能實現(xiàn)均勻平滑的無級調(diào)速，且能實現(xiàn)的速度檔也不可能太多。多速電動機的尺寸一般比同容量的普通電動機稍大，運行性能也稍差一些，且接線頭較多，并需要專門的換接開關(guān)。變極調(diào)速是一種比較經(jīng)濟的調(diào)速方法。第九章交流電機拖動基礎(chǔ)57第九章交流電機拖動基礎(chǔ)異步電動機定子每相電動勢有效值的公式如果略去定子阻抗壓降，即有上式表明：在變頻調(diào)速時，若定子端電壓不變，則隨著頻率f1的升高，氣隙磁通m將減小。（9-34）

2.變頻調(diào)速改變電源頻率f1，可平滑地改變同步轉(zhuǎn)速n1=60f1/np，異步電動機的轉(zhuǎn)速n也隨之改變。58第九章交流電機拖動基礎(chǔ)又從轉(zhuǎn)矩公式可知，在I’r相同的情況下，m減小導致電動機輸出轉(zhuǎn)矩下降，使電動機的利用率惡化。同時，電動機的最大轉(zhuǎn)矩也將減小，嚴重時會使電動機堵轉(zhuǎn)。反之，若減小頻率f1，則m將增加，使磁路飽和，勵磁電流上升，導致鐵損急劇增加，這也是不允許的。因此，在變頻調(diào)速過程中應同時改變定子電壓和頻率，以保持主磁通不變。如何按比例改變電壓和頻率，這要分基頻（額定頻率）以下和基頻以上兩種情況討論。59第九章交流電機拖動基礎(chǔ)

1）基頻以下調(diào)速根據(jù)式（9-34），要保持m不變，應使定子端電壓Us與頻率f1成比例地變化，即（9-35）由最大轉(zhuǎn)矩公式其中，當f1較高時，因可忽略Rs，簡化為（9-36）60第九章交流電機拖動基礎(chǔ)Tem=KTTN，為了保證變頻調(diào)速時電機過載能力不變，有（9-37）

（A）對于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，因為TN=T’N，由上式可得采用恒壓頻比控制方式，既保證了過載能力不變，又滿足主磁通m不變的要求。說明變頻調(diào)速適用于恒轉(zhuǎn)矩負載。61第九章交流電機拖動基礎(chǔ)下面分析恒壓頻比控制變頻調(diào)速時，電機的人為機械特性。因為Us/f1=常數(shù)，故磁通m基本保持不變也近似為常數(shù)（9-38）由于Us/f1=常數(shù)，且當f1相對較高時，從式（9-36）可看出，不同頻率時的最大轉(zhuǎn)矩Tem保持不變（9-39）不同頻率時最大轉(zhuǎn)矩所對應的轉(zhuǎn)速降落為（9-40）62第九章交流電機拖動基礎(chǔ)恒壓頻比控制變頻調(diào)速時，機械特性是一組相互平行且硬度相同的曲線。在f1很低時，也很小，Rs

不能被忽略，且由于Us和Es都較小，定子阻抗壓降所占的份額比較大。此時，最大轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩對應的轉(zhuǎn)速降落不再是常數(shù)，而變小了。低頻時人為地使定子電壓Us抬高一些，補償一些定子壓降。63第九章交流電機拖動基礎(chǔ)

（B）對于恒功率調(diào)速保持恒定，則即代入式（9-37）可得（9-42）由于64第九章交流電機拖動基礎(chǔ)由此可見，在恒功率調(diào)速時：如按，過載能力不變，但磁通變化；若按，磁通m基本不變，但過載能力變化。

65第九章交流電機拖動基礎(chǔ)2）基頻以上調(diào)速

f1從f1N增加，若仍保持Us/f1=常數(shù)，必使Us超過UN，不允許。應采取保持Us不變，通過增加f1，使m與f1成反比地降低，類似于直流電機弱磁升速的調(diào)速方法。設(shè)保持Us=UN，由于f1較高，可忽略Rs，故最大轉(zhuǎn)矩為66第九章交流電機拖動基礎(chǔ)最大轉(zhuǎn)差：

轉(zhuǎn)速降落：67基頻以上變頻調(diào)速電磁功率：在異步電動機的轉(zhuǎn)差率s很小時，由于上式中的Rs、可忽略：（9-44