項(xiàng)目六 任務(wù)4三相異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速控制

項(xiàng)目六：T68型臥式鏜床電氣控制閱讀賞析4123三相異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)與回饋制動(dòng)56三相異步電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制安裝調(diào)試三相異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的變轉(zhuǎn)差率調(diào)速T68型臥式鏜床電氣控制電路賞析7生產(chǎn)實(shí)際在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，為滿足不同工藝過程的需要，生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)行速度往往需要經(jīng)常改變，而電動(dòng)機(jī)只有在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行才能得到最佳運(yùn)行性能。這顯然是一對(duì)矛盾。通常有兩種解決辦法：一是機(jī)械調(diào)速讓電動(dòng)機(jī)保持額定轉(zhuǎn)速nN運(yùn)轉(zhuǎn)，通過改變機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的速比來改變生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速。二是電氣調(diào)速通過改變電動(dòng)機(jī)的電氣參數(shù)，讓電動(dòng)機(jī)在負(fù)載不變的情況下以不同的轉(zhuǎn)速n來運(yùn)轉(zhuǎn)。實(shí)際生產(chǎn)中，這對(duì)矛盾怎么解決？1.三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式n為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速；n1為旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，即同步轉(zhuǎn)速；f1為電動(dòng)機(jī)定子繞組的供電頻率；p為電動(dòng)機(jī)定子繞組的磁極對(duì)數(shù)；s為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。1）改變定子繞組的磁極對(duì)數(shù)p調(diào)速，即變極調(diào)速。2）改變定子繞組的電源頻率f1調(diào)速，即變頻調(diào)速。3）改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速，即變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。2.三相異步電動(dòng)機(jī)的三種基本調(diào)速方法基礎(chǔ)知識(shí)——三相異步電動(dòng)機(jī)的電氣調(diào)速（1）恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速

基礎(chǔ)知識(shí)——三相異步電動(dòng)機(jī)的電氣調(diào)速在電氣調(diào)速時(shí)，無論電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的高低，只要電動(dòng)機(jī)的定子電流保持不變，轉(zhuǎn)子上獲得的電磁轉(zhuǎn)矩T就不變。（2）恒功率調(diào)速

在電氣調(diào)速時(shí)，無論電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的高低，只要電動(dòng)機(jī)的定子電流保持不變，轉(zhuǎn)軸上輸出的功率P就不變。3.電氣調(diào)速的兩種調(diào)速性質(zhì)實(shí)際生產(chǎn)中，電動(dòng)機(jī)采用的調(diào)速方法要與其所拖動(dòng)的負(fù)載特性相匹配，即恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載要用具有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)的調(diào)速方法，恒功率負(fù)載要用具有恒功率調(diào)速性質(zhì)的調(diào)速方法。改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)定子磁場的磁極對(duì)數(shù)p，使同步轉(zhuǎn)速n1改變，從而達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速n目的。因?yàn)橹挥须妱?dòng)機(jī)的定子極數(shù)和轉(zhuǎn)子極數(shù)相等時(shí)，才能產(chǎn)生平均電磁轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，所以在改變定子的極數(shù)時(shí)，也必須同時(shí)改變轉(zhuǎn)子的極數(shù)。三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子沒有固定的極數(shù)，它由定子磁場的極數(shù)所決定，能自動(dòng)與定子極數(shù)相適應(yīng)。如果采用變極調(diào)速，無需再改接轉(zhuǎn)子，非常方便。因此，變極調(diào)速通常只用于三相籠型異步電動(dòng)機(jī)。三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子極數(shù)是固定的，不會(huì)隨定子磁場極數(shù)的改變而改變。如果采用變極調(diào)速，還要對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行改接，以得到與定子相等的極數(shù)，這顯然很不方便。變極調(diào)速雙速籠型異步電動(dòng)機(jī)的定子鐵心上只安裝了一套繞組，其定子旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對(duì)數(shù)的改變是通過改變定子繞組的接線方式來實(shí)現(xiàn)的。一、改變定子磁極對(duì)數(shù)的方法1.在定子鐵心上安裝兩套具有不同極數(shù)的定子繞組，使用時(shí)根據(jù)需要接不同的繞組。能進(jìn)行變極調(diào)速的電動(dòng)機(jī)稱為多速電動(dòng)機(jī)，最常見的是雙速籠型異步電動(dòng)機(jī)。1）Y/YY變極調(diào)速2）△/YY變極調(diào)速2.定子鐵心只有一套定子繞組，在每相定子繞組中間引出一個(gè)端子，便于改變定子繞組的接線方式。額定接線方式：Y和△。二、變極調(diào)速的轉(zhuǎn)向問題

p是定子繞組的磁極對(duì)數(shù)。在電動(dòng)機(jī)定子繞組所構(gòu)成的圓周上，電角度是機(jī)械角度的p倍，p改變必然引起定子繞組空間相序的改變，即：變極的同時(shí)，定子旋轉(zhuǎn)磁場的方向會(huì)跟著改變，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向也隨之改變。三相異步電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速時(shí)，不管采用的是哪種變極方式，只要讓磁極對(duì)數(shù)p發(fā)生了改變，變極之后，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n不僅會(huì)改變大小，而且也會(huì)改變方向。只改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的高低，不改變轉(zhuǎn)向，該怎么辦？結(jié)論：在變極調(diào)速時(shí)，調(diào)換接入三相定子繞組的任意兩相電源的相序，就能只改變轉(zhuǎn)速n的高低，而不改變其轉(zhuǎn)向。把定子每相繞組都看成兩個(gè)完全對(duì)稱的“半相繞組”。若U相兩個(gè)“半相繞組”尾尾相串聯(lián)（反串）或者頭尾相并聯(lián)（反并），定子繞組產(chǎn)生2極磁場。三相籠型異步電動(dòng)機(jī)變極原理a)順串2p=4b)反串2p=2c)反并2p=2當(dāng)U相兩個(gè)“半相繞組”頭尾相串聯(lián)時(shí)（順串），根據(jù)右手螺旋法則，可判斷出定子繞組產(chǎn)生4極磁場。三、變極調(diào)速原理以U相為例，設(shè)相電流從繞組的頭部U1流進(jìn)，尾部U2流出。右手螺旋法則結(jié)論：將定子繞組的每一相都看成兩個(gè)完全對(duì)稱的“半相繞組”，只要使每相定子繞組的任一個(gè)“半相繞組”中的電流反向，就能讓定子繞組產(chǎn)生的磁場的極對(duì)數(shù)增加一倍（順串），或者減少一半（反串或反并）。三、變極調(diào)速原理三相籠型異步電動(dòng)機(jī)變極原理a)順串2p=4b)反串2p=2c)反并2p=2a)Y接線，順串2p=4三相籠型異步電動(dòng)機(jī)Y/YY變極接線圖b)YY接線，反并2p=2Y連接：三相定子繞組的中間端子U3、V3、W3懸空，首端U1、V1、W1分別接三相電源，尾端U2、V2、W2短接到一點(diǎn)。每相定子繞組的半相繞組都是順串，磁極數(shù)為4。YY連接：三相繞組的首端和尾端都短接到一點(diǎn)，三個(gè)中間端子分別接三相電源，每相定子繞組的半相繞組都是反并，磁極數(shù)為2。四、Y/YY變極調(diào)速三相籠型異步電動(dòng)機(jī)△/YY變極接線圖五、△/YY變極調(diào)速

a)△接線，順串2p=4b)YY接線，反并2p=2△連接：三相定子繞組的中間端子懸空，三相繞組的首端和尾端順次相連，連接點(diǎn)分別接三相電源。每相定子繞組的半相繞組都是順串，磁極數(shù)為4。YY連接：三相繞組的首端和尾端都短接到一點(diǎn)，三個(gè)中間端子分別接三相電源，每相定子繞組的半相繞組都是反并，磁極數(shù)為2。Y/YY變極調(diào)速時(shí)，YY接線時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩Tm和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst都增加為Y接線時(shí)的2倍，過載能力和起動(dòng)能力都增大一倍，臨界轉(zhuǎn)差率sm不變。在帶同樣負(fù)載的情況下，YY接線的轉(zhuǎn)速是Y接線的2倍。六、電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速的機(jī)械特性結(jié)論：Y/YY變極調(diào)速后，極數(shù)減半，轉(zhuǎn)速n和輸出功率P都增大一倍，輸出轉(zhuǎn)矩T基本不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。Y/YY變極調(diào)速的機(jī)械特性TL1.Y/YY變極調(diào)速△/YY變極調(diào)速時(shí)，YY接線的最大轉(zhuǎn)矩Tm和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst都降為△接線的2/3，過載能力和起動(dòng)能力都減小，臨界轉(zhuǎn)差率sm不變。負(fù)載相同時(shí)，YY接線的轉(zhuǎn)速是△接線的2倍?！?YY變極調(diào)速的機(jī)械特性結(jié)論：△/YY變極調(diào)速后，極數(shù)減半，轉(zhuǎn)速n增加一倍，輸出轉(zhuǎn)矩T近似減小一半，輸出功率P近似不變，屬恒功率調(diào)速。2.△/YY變極調(diào)速六、電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速的機(jī)械特性TL由于△接線時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，在需要高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)該先接成△低速起動(dòng)，再切換接成YY高速運(yùn)轉(zhuǎn)。1.按鈕控制的雙速電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速當(dāng)KM1主觸頭斷開、KM2和KM3主觸頭閉合時(shí)，定子繞組YY連接：中間端子U3、V3、W3經(jīng)KM2主觸頭接電源；首端U1、V1、W1和尾端經(jīng)KM3主觸頭接在一起。主電路分析當(dāng)KM1主觸頭閉合、KM2和KM3主觸頭斷開時(shí)，定子繞組△連接：三相首尾順次連接之后，首端U1、V1、W1經(jīng)KM1主觸頭接電源，中間端子U3、V3、W3懸空。七、雙速電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速控制為保證變極調(diào)速之后轉(zhuǎn)向不變，變極的同時(shí)要交換定子繞組任意兩相的電源相序。(L1、L2交換)1.按鈕控制的雙速電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速按下低速起動(dòng)按鈕SB2，KM1得電、KM2和KM3不得電，定子繞組接成△，電動(dòng)機(jī)低速起動(dòng)低速運(yùn)轉(zhuǎn)。需要高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，也要先按下低速起動(dòng)按鈕SB2，讓定子繞組接成△，待電動(dòng)機(jī)低速起動(dòng)起來之后，再按下高速起動(dòng)按鈕SB3，把定子繞組換接成YY，電動(dòng)機(jī)切換成高速運(yùn)轉(zhuǎn)。注意控制電路的線號(hào)控制電路分析1）低速運(yùn)轉(zhuǎn)需要低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，按下低速起動(dòng)按鈕SB2，把定子繞組接成△，讓電動(dòng)機(jī)低速起動(dòng)，并保持連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。合上QS，按下SB2SB2常開觸頭后閉合，KM1線圈通電SB2常閉觸頭先斷開，切斷KM2、KM3線圈電路KM1電氣互鎖觸頭斷開，對(duì)KM2、KM3互鎖定子繞組△連接，電動(dòng)機(jī)低速起動(dòng)KM1主觸頭閉合KM1自鎖觸頭閉合電動(dòng)機(jī)低速連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)●按鈕控制的雙速電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速工作過程2）高速運(yùn)轉(zhuǎn)需要高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，也需要先按下低速起動(dòng)按鈕SB2，把定子繞組接成△，讓電動(dòng)機(jī)低速起動(dòng)。起動(dòng)結(jié)束，再按下高速起動(dòng)按鈕SB3，把定子繞組換接成YY，切換到高速運(yùn)行。低速起動(dòng)完成后，按下SB3SB2常開觸頭后閉合SB3常閉觸頭先斷開，切斷KM1線圈電路KM1自鎖觸頭復(fù)位斷開電動(dòng)機(jī)因慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)KM1主觸頭斷開KM1互鎖觸頭復(fù)位閉合KM2、KM3線圈都得電●按鈕控制的雙速電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速工作過程KM2線圈通電KM2電氣互鎖觸頭斷開，對(duì)KM1互鎖定子繞組中間端子接通電源KM2主觸頭閉合KM1自鎖觸頭閉合電動(dòng)機(jī)高速連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)KM3線圈通電KM3電氣互鎖觸頭斷開，對(duì)KM1互鎖定子繞組首尾6個(gè)端子接到一點(diǎn)KM3主觸頭閉合KM1自鎖觸頭閉合定子繞組YY形接線2）高速運(yùn)轉(zhuǎn)需要高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，也需要先按下低速起動(dòng)按鈕SB2，把定子繞組接成△，讓電動(dòng)機(jī)低速起動(dòng)。起動(dòng)結(jié)束，再按下高速起動(dòng)按鈕SB3，把定子繞組換接成YY，切換到高速運(yùn)行?！癜粹o控制的雙速電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速工作過程高速檔：KM1主觸頭斷開，KM2、KM3主觸頭閉合，YY接線。低速檔：KM1主觸頭閉合，KM2、KM3主觸頭斷開，△接線。手動(dòng)開關(guān)SA有低速、高速、停止3個(gè)檔位。1、2、3對(duì)應(yīng)定子繞組首端U1、V1、W1，4、5、6對(duì)應(yīng)中間端子U3、V3、W3?！?YY換接，4/2極調(diào)速2.時(shí)間原則控制的雙速電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速該電路在變極時(shí)，交換接入定子繞組的L1、L3兩相電源的相序，保證變極之后只改變轉(zhuǎn)速高低而不改變轉(zhuǎn)向。SA在高速檔時(shí)，利用時(shí)間繼電器KT在起動(dòng)結(jié)束之后切換定子繞組的接線方式。低速運(yùn)行控制：合上QS，SA扳到低速位KM1得電U1、VI、W1接三相電源定子繞組△連接，電動(dòng)機(jī)低速起動(dòng)并連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)高速運(yùn)行控制：合上QS，SA扳到高速位KM1得電定子繞組首端短接于一點(diǎn)定子繞組△連接，接入正序電低速起動(dòng)KT得電瞬動(dòng)立即動(dòng)作KT常閉延時(shí)斷開KT常開延時(shí)閉合KM1失電KM2得電拆除△接線，切除電動(dòng)機(jī)正序電源KM3得電定子繞組尾端接反序電源定子繞組YY連接，電動(dòng)機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)變極調(diào)速安裝接線注意事項(xiàng)：1）正確識(shí)別定子繞組的9個(gè)接線端子。2）主電路中要交換任意兩相電源的相序。電氣互鎖斷開，KM2、KM3線圈不得電●時(shí)間原則控制的雙速電動(dòng)機(jī)變極調(diào)速工作過程優(yōu)點(diǎn)：八、變極調(diào)速的特點(diǎn)及應(yīng)用缺點(diǎn)：應(yīng)用：設(shè)備簡單，操作方便，成