第四章三相異步電動機的調速

異步電動機的速度公式:

異步電動機調速方法有：異步機變極調速——鼠籠電機變轉差率s調速調壓調速滑差電機調速(電磁離合器調速)轉子串電阻調速轉子串電勢調速變頻調速變頻機組交—直—交變頻交—交變頻第4章三相異步電動機的調速一、電動機的調速指標1.調速范圍2.調速方向3.調速的平滑性——平滑系數(shù)4.調速的穩(wěn)定性——靜差率

D、δ、nN

的關系

(nN

=nmax)

D=nmax

nminσ=ni

ni－1δ=×100%n0－nn0

TnOn01n02△nN△nND=nNδ

nN(1－δ)4三相異步電動機的調速例如：nN

=1430r/min，△nN=115r/min，要求δ≤30%、則D=5.3。要求δ≤20%、則D=3.1。再如：nN

=1430r/min，

D=20，δ≤5%，則nN=3.76r/min。5.調速的經濟性6.調速時的允許負載不同轉速下滿載運行時：輸出轉矩相同——恒轉矩調速。輸出功率相同——恒功率調速。4三相異步電動機的調速二、籠型異步電動機的變頻調速

U、f可變M3~3~整流電路逆變電路50Hz控制電路直流n0TnOn0'f1＞fNU1L=UNn0TnOn0'f1＜fN，=常數(shù)U1f1

TLTL4三相異步電動機的調速變頻調速：

改變三相異步電動機電源頻率，可以改變旋轉磁通勢的同步轉速，達到調速的目的。額定頻率稱為基頻，變頻調速時，可以從基頻向上調，也可以從基頻向下調。因此：當變頻調速時，f1下降，若電壓U1不變，則使φ1增加，使磁路過度飽和，I0增大，導致功率因數(shù)降低、損耗增加、效率降低，從而使電機的負載能力變小。1.從基頻向下變頻調速我們知道，忽略定子漏阻抗壓降，三相異步電動機每相電壓：降低電源頻率時，必須同時降低電源電壓。這種方法是恒磁通控制方式從基頻向下變頻調速時的機械特性：（1）同步點（2）臨界點在不同頻率時，不僅最大轉矩保持不變，而且對應于最大轉矩時的轉速降也不變。所以，變頻調速時的機械特性基本上是互相平行的。（3）起動點因此：起動轉矩隨頻率下降而增加。另外：如果頻率較低時，最大轉矩將變小?；l向下變頻調速可證明，恒磁通變頻調速屬于恒轉矩調速方式。因此，從基頻向下變頻調速時2、調速范圍大。1、機械特性硬，穩(wěn)定性好。3、由于頻率可以連續(xù)調節(jié)，因此變頻調速為無級調速，平滑性好。4、運行時s小，效率較高。

2.從基頻向上變頻調速：升高電源電壓是不允許的，因此升高頻率向上調速時，只能保持電壓為U1不變，頻率越高，磁通Φ1越低，是一種降低磁通升速的方法，類似他勵直流電動機弱磁升速情況。

保持U1不變升高頻率時，電動機電磁轉矩

根據電磁轉矩方程式畫出升高電源頻率的機械特性，其運行段近似平行，如圖所示：因此，頻率越高時，Tm、Tst、sm均減小，最大轉矩對應的轉速降落為：f1增大，U1不變，φ1減弱。從基頻向上，保持U1不變，

f1增大，φ1減弱，變頻調速時，最大轉矩和起動轉矩都變小，類似于直流電動機的弱磁調速，屬于恒功率調速方式。特性與基頻向下調速類似，但：變頻調速的特點：1、從基頻向下調時，為恒轉矩調速方式；從基頻向上調時，為近似恒功率調速方式。2、調速范圍大。3、調速穩(wěn)定性好。4、頻率可以連續(xù)調節(jié)，變頻調速為無級調速。此種調速方法調速性能較好，發(fā)展很快。其主要環(huán)節(jié)是變頻電源（常由整流器、逆變器等組成）價格較高。

變頻器4三相異步電動機的調速4三相異步電動機的調速

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。(2)變速驅動，輸出功率范圍寬（如從120W~7.5kW）。(3)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。

電機變頻器一體化產品

【例4.1】

某三相籠型異步電動機，PN=15kW，UN=380V，形聯(lián)結，nN=2930r/min，fN=50Hz，MT=2.2。拖動一恒轉矩負載運行，T

=

40N·m。求：(1)f1=50Hz，U1=UN時的轉速；(2)f1=40Hz，U1=0.8UN時的轉速；(3)f1=60Hz，U1=UN時的轉速。解：(1)602TN=PN

nN=×N·m=48.91N·m602×3.1415×1032930TM=MTTN=

2.2×48.91N·m=107.61N·mn0－nNn0sN=3000－29303000==0.02334三相異步電動機的調速

n

=(1－s)n0

=(1－0.0187)×3000r/min=2944r/min(2)sM=sN/(MT－MT2－1)=0.0233/(2.2－2.22－1)=0.0969=0.0969×－－1=0.0187(

)2107.6140107.6140U1f1成比例減小時，TM不變，sM與f1成反比，故T'M=TM=107.61N·m

s=sM－－1TMT(

)2TMT4三相異步電動機的調速s'M=sMf1

f'1=×0.0969

=0.121

50

40

n'

=(1－s')n'0

=(1－0.0233)×2400r/min=2344r/min=0.121×－－1=0.0233(

)2107.6140107.6140s'=s'M－－1(

)2T'MTT'MTn'0=60f'1

p=r/min

=2400r/min

60×4014三相異步電動機的調速(3)f1增加，U1不變時，sM∝。1f1TM∝,1f12=×107.61N·m=74.73N·m

50

602=×0.0969

=0.08075

50

60=r/min

=3600r/min

60×6014三相異步電動機的調速s"=sM－－1(

)2TMTTMT=0.0234""""n0=60f

1

p"

n"=(1－s")n0"=(1－0.0234)×3600r/min=3516r/minTM=TMf1

f

12""sM=

sMf1

f

1""1、變極原理電機定子每相繞組由二部分組成，每一部分稱為半相繞組，改變其中一個半相繞組的電流方向，電機產生的磁極對數(shù)即可改變。三、籠型異步電動機的變極調速1、Y-YY變極調速

低速倍極數(shù)Y接法，高速少極數(shù)YY接法低速Y接法時（2P）不考慮cosj和h的變化時：這種接法極數(shù)減少一半，轉速增加一倍，功率增加一倍，接近恒轉矩調速，適宜帶起重電葫蘆、運輸傳送帶等恒轉矩負載。高速YY接法時（P）2、D-YY變極調速這種接法極數(shù)減少一半，轉速增加一倍，轉矩減小了近一半，而功率僅變化了15%，接近恒功率調速，應用于各種機床的粗加工和精加工。

低速D接法時（2p）：高速YY接法時（p）：不考慮cosj和h的變化時：當電機的極數(shù)(電機圓周的電角度數(shù)將發(fā)生改變)改變后，UVW三相的相序可能發(fā)生變化，所以在變極的同時應改變相序，才能保持電機的轉向不變。注意：如：P=1，U、V、W三相繞組軸線的空間位置依次為0°、120°、240°電角度，而當改變電機的極數(shù)P=2時，則U、V、W三相繞組軸線的空間位置依次為0°、240°、480°（相當于120°）電角度，這說明變極后繞組的相序改變了。TLn0TnOYYY0.5n0n0TnO△YY0.5n0TL1.調速方向Y(△)→YY：n

YY→Y()：n2.調速范圍D=2~44三相異步電動機的調速3.調速的平滑性平滑性差。4.調速的穩(wěn)定性穩(wěn)定性好。變極調速的特點：靜差率：5.調速的經濟性經濟性好。6.調速時的允許負載①YY－Y滿載輸出功率：滿載輸出轉矩：(基本不變）δ=×100%n0－nn0

nn0

=P2=

3UNINcos1T2=P2=，12INYINYY因為=12

YYY4三相異步電動機的調速——恒轉矩調速。如果cos1、η不變，則=12P2YP2YY=1T2YT2YY（恒轉矩調速）(2)YY－

因為=

3IPN2IPNININYY=32=12

YY如果cos1、

η不變，則P2

P2YY=

32≈1（恒功率調速）T2

T2YY=×2=1.732

324三相異步電動機的調速——（近似）恒功率調速。

【例4.2】

某三相多速電動機，PN=2.2/3.8kW，nN=1440/2880r/min，

MT=2.0/2.0。拖動TL

=

10N·m的恒轉矩負載。求在兩種不同磁極對數(shù)時的轉速。解：(1)p=2時n0－nNn0sN=1500－14401500==0.044三相異步電動機的調速602TN=PN

nN=×N·m=14.6N·m602×3.142.2×1031440TM=MTTN=

2×14.6N·m=29.2N·m

n

=(1－s)n0

=(1－0.0263)×1500r/min=1460.55r/min(2)p=1時sM=sN/(MT－MT2－1)=0.04/(2－22－1)=0.149=0.149×－－1=0.0263(

)229.21029.210s=sM－－1TMT(

)2TMT4三相異步電動機的調速n0－nNnNsN=3000－28803000==0.044三相異步電動機的調速602TN=PN

nN=×N·m=12.61N·m602×3.143.8×1032880TM=MTTN=

2×12.61N·m=25.22N·m

n

=(1－s)n0

=(1－0.0308)×3000r/min=2907.6r/min=0.149×－－1=0.0308(

)225.221025.2210s=sM－－1TMT(

)2TMTn0TnOnMUNTLTL四、籠型異步電動機的變壓調速TL1.調速方向

U1(＜UN)↓→n↓2.調速范圍D較小。U1n0TnOnMUNU14三相異步電動機的調速3.調速的平滑性若能連續(xù)調節(jié)U1，n可實現(xiàn)無級調速。4.調速的穩(wěn)定性穩(wěn)定性差。5.調速的經濟性經濟性較差。(1)需要可調交流電源。(2)cos1和均較低。6.調速時的允許負載既非恒轉矩調速，又非恒功率調速。因為T∝U1P2所以U1

→T(n)→P24三相異步電動機的調速

【例4.3】

三相籠型異步電動機，PN=15kW，UN=380V，nN=960r/min，MT=2。試求：(1)U1=380V，TL=120N·m時的轉速；(2)U1=300V，TL=100N·m時的轉速。解：(1)U1=380V，TL=120N·m時n0－nNn0sN=1000－9601000==0.044三相異步電動機的調速602TN=PN

nN=×N·m=149.28N·m602×3.1415×103960TM=MTTN=

2×149.28N·m=298.56N·m

n

=(1－s)n0

=(1－0.031)×1000r/min=969r/minsM=sN(MT＋MT2－1)=0.04×(2＋22－1)=0.149=0.149×－－1=0.031(

)2298.56120298.56120s=sM－－1TMT(

)2TMT4三相異步電動機的調速

n

=(1－s)n0

=(1－0.044)×1000r/min=956r/min=0.149×－－1=0.044(

)21861001861004三相異步電動機的調速(2)U1=300V，TL=100N·m時

sM不變，Tm∝U12，故sM=0.149TM=×298.56N·m=186N·m

300

3802s=sM－－1TMT(

)2TMTn0TnOTMR2R2+Rr五、繞線型異步電動機轉子串聯(lián)電阻調速TLM3~3~RrKM1.調速方向

n2.調速范圍

D較小。4三相異步電動機的調速Φm不變，3.調速的平滑性取決于Rr的調節(jié)方式。4.調速的穩(wěn)定性穩(wěn)定性差。Rr

→δ

。5.調速的經濟性初期投資不大，但運行效率較低。6.調速時的允許負載因為

調速前后U1、

f1不變，4三相異步電動機的調速

I2N

=sNE2R22＋(sNX2)2=E2

＋(sNX2)2R22

sN調速前——恒轉矩調速。調速后可見調速前調速后4三相異步電動機的調速

I2N

=sE2

(R2＋Rr)2＋(sX2)2=E2

＋X22R2＋Rr2

s

R2＋Rr

sR2

sN=

cos2

=R2R22＋(sNX2)2=R2/sN

＋X22R22

sN

cos2

=R2＋Rr

(R2＋Rr)2＋(sX2)24三相異步電動機的調速

cos2

=R2＋Rr

(R2＋Rr)2＋(sX2)2=(R2＋Rr)/s

＋X22R2＋Rr2

s

=R2/sN

＋X22R22

sN可見，調速前后cos2不變，根據T=CTΦm

I2cos2可知調速時允許的轉矩不變，為恒轉矩調速。

【例4.4】

一臺三相繞線型異步電動機，拖動一恒轉矩負載運行。已知PN=20kW，nN=1420r/min，U2N=187V，I2N=68.5A，MT=2.3，TL=

100N·m。試求：(1)轉子電路未串電阻時的轉速；(2)轉子電路串聯(lián)電阻Rr=0.0159時的轉速。解：(1)轉子電路未串聯(lián)電阻時n0－nNn0sN=1500－14201500==0.05334三相異步電動機的調速602TN=PN

nN=×N·m=134.57N·m602×3.1420×1031420TM=MTTN=

2.3×134.57N·m=309.5N·m

n

=(1－s)n0

=(1－0.0387)×1500r/min=1442r/min(2)轉子串聯(lián)電阻

Rr

時，TM不變，sM∝(R2＋Rr)sM=sN/(MT－MT2－1)=0.0533/(2.3－2.32－1)=0.233=0.233×－－1=0.0387(

)2309.5100309.5100s=sM－－1TMT(

)2TMT4三相異步電動機的調速R2=sNU2N

3I2N=

=0.08410.0533×187

1.732×68.5s'M=sMR2＋Rr

R2=×0.233

=0.277

0.10.0841由于TL不變，因此s

∝(R2＋Rr)n'

=(1－s')n0

=(1－0.046)×1500r/min=1