第09章-交流電機拖動基礎(chǔ)

1、-1-第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)電機與拖動基礎(chǔ)（第電機與拖動基礎(chǔ)（第2版）版） 第一節(jié)第一節(jié) 異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性第二節(jié)第二節(jié) 異步電動機的起動異步電動機的起動第三節(jié)第三節(jié) 異步電動機的調(diào)速異步電動機的調(diào)速第四節(jié)第四節(jié) 異步電動機的制動異步電動機的制動第五節(jié)第五節(jié) 同步電動機的電力拖動同步電動機的電力拖動*-2-引引 言言 本章是交流電機拖動的基礎(chǔ)，主要以異步電動機本章是交流電機拖動的基礎(chǔ)，主要以異步電動機為重點，以穩(wěn)態(tài)分析為手段，討論交流電力拖動系統(tǒng)為重點，以穩(wěn)態(tài)分析為手段，討論交流電力拖動系統(tǒng)的起動、調(diào)速和制動的原理、方法及性能。第一節(jié)主的起動、調(diào)速

2、和制動的原理、方法及性能。第一節(jié)主要介紹異步電動機的機械特性；第二節(jié)介紹異步電動要介紹異步電動機的機械特性；第二節(jié)介紹異步電動機的起動性能和起動方法；第三節(jié)介紹異步電動機的機的起動性能和起動方法；第三節(jié)介紹異步電動機的調(diào)速原理；第四節(jié)介紹異步電動機的制動方法和特性；調(diào)速原理；第四節(jié)介紹異步電動機的制動方法和特性；第五節(jié)討論同步電動機的起動和調(diào)速等問題。第五節(jié)討論同步電動機的起動和調(diào)速等問題。 第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ) -3-第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ) 第一節(jié)第一節(jié) 異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性 三相異步電動機的機械特性是指在定子電壓、頻率和

3、參數(shù)固定三相異步電動機的機械特性是指在定子電壓、頻率和參數(shù)固定的條件下，電磁轉(zhuǎn)矩的條件下，電磁轉(zhuǎn)矩Te與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速n（或轉(zhuǎn)差率（或轉(zhuǎn)差率s）之間的函數(shù)關(guān)系。）之間的函數(shù)關(guān)系。 一、機械特性的三種表達式一、機械特性的三種表達式 1. 物理表達式物理表達式 在第七章我們已導(dǎo)出異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩公式在第七章我們已導(dǎo)出異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩公式 2rmTecosICT （9-1）sr22srsr0/UIRRsXX2022)(cosrrrsXRR 這樣，由上式可間接得到異步電動機的機械特性關(guān)系。雖然不這樣，由上式可間接得到異步電動機的機械特性關(guān)系。雖然不能直接得到異步電動機的機械特性關(guān)系，但因其在形式上

4、與直流電能直接得到異步電動機的機械特性關(guān)系，但因其在形式上與直流電動機的轉(zhuǎn)矩方程相似，物理概念清楚，因此被稱為機械特性的物理動機的轉(zhuǎn)矩方程相似，物理概念清楚，因此被稱為機械特性的物理表達式。表達式。 -4- 2. 參數(shù)表達式參數(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，可以寫出電磁根據(jù)異步電動機電磁轉(zhuǎn)矩與電磁功率的關(guān)系，可以寫出電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電流的關(guān)系轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電流的關(guān)系 第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)22rrrre11p3/3/2/602 /I RsI RsTnfn22psrsre222211srsr0srsr03/3/22/60n U RsU RsTnfRRsXXRR

5、sXX（9-4） 在上式中，固定在上式中，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)，也就是異步電動機的機械特性關(guān)系的函數(shù)，也就是異步電動機的機械特性關(guān)系 。這里，電。這里，電磁轉(zhuǎn)矩方程是以異步電動機參數(shù)的形式表示的，便于根據(jù)電動機磁轉(zhuǎn)矩方程是以異步電動機參數(shù)的形式表示的，便于根據(jù)電動機參數(shù)進行計算，因此稱為機械特性的參數(shù)表達式。由參數(shù)進行計算，因此稱為機械特性的參數(shù)表達式。由 便便可畫出可畫出Te - s曲線。曲線。 )(eTfn )(eTfn -5-第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ) 3. 實用表達式實用表達式 實際應(yīng)用時，三相異步電動

6、機的參數(shù)不易得到，所以參數(shù)表實際應(yīng)用時，三相異步電動機的參數(shù)不易得到，所以參數(shù)表達式使用不便。若能利用異步電機產(chǎn)品目錄中給出的數(shù)據(jù)，找出達式使用不便。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。值，這就是實用公式。 (1) 最大電磁轉(zhuǎn)矩最大電磁轉(zhuǎn)矩 在參數(shù)表達式（在參數(shù)表達式（9-4）中令）中令 ， 可得到最大電磁轉(zhuǎn)矩可得到最大電磁轉(zhuǎn)矩 0d/desT2psem221sssr03122n UTfRRXX （9-5）最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率稱為臨界轉(zhuǎn)差率，用最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的

7、轉(zhuǎn)差率稱為臨界轉(zhuǎn)差率，用sm表示為表示為 rm22ssr0RsRXX （9-6）-6-式中式中“+”號適用于電動機狀態(tài)；號適用于電動機狀態(tài)；“-”號適用于發(fā)電機狀態(tài)。號適用于發(fā)電機狀態(tài)。 一般情況下，一般情況下， 的值不超過的值不超過 值的值的5%，可以忽略，可以忽略Rs的影響。這樣的影響。這樣第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)2sR2sr0()XX2psem1sr0312 2 ()n UTf XX rmsr0()RsXX （9-7） 也就是說，異步發(fā)電機狀態(tài)和電動機狀態(tài)的最大電磁轉(zhuǎn)矩的也就是說，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

8、等，機械特性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。具有對稱性。 上兩式說明：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)。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)。 -7- 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，用稱過載能力，用 表示為表示為第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)NemTT（9-8） (2) 實用表達式的推導(dǎo)實用表達式的推導(dǎo) 用式（用式（9-4）去除以式（）去除

9、以式（9-5）得）得 22rsssr0e22emsrsr02() (/ )() R RRXXTTs RRsXX22ssr0rm/RXXRs因為因為 qssssqsRRsssssRRRRsRsRssRRRTTmmmrsmmmrsrs2r2m2rmrsreme221222-8-其中其中第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)sr222rssr0sr0s221RRqRRXXXXR 當定子電阻的范圍為當定子電阻的范圍為 ，q 的范圍為的范圍為 。若定子電阻滿足若定子電阻滿足 ，就有，就有 。所以只要滿足定子。所以只要滿足定子電阻很小的條件上式可簡化為電阻很小的條件上式可簡化為 s0R20 qss

10、r0RXX0qssssTTmmeme2（9-9） 這就是三相異步電動機機械特性的實用公式。這就是三相異步電動機機械特性的實用公式。-9- (3) 實用公式的使用實用公式的使用 從實用公式可知，必須在知道最大轉(zhuǎn)從實用公式可知，必須在知道最大轉(zhuǎn)矩矩Tem和臨界轉(zhuǎn)差率和臨界轉(zhuǎn)差率sm的基礎(chǔ)上才能進行計算。的基礎(chǔ)上才能進行計算。 額定輸出轉(zhuǎn)矩額定輸出轉(zhuǎn)矩T2N可以通過額定功率可以通過額定功率PN和額定轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速nN計算，計算，在實際應(yīng)用中，忽略空載轉(zhuǎn)矩，近似認為在實際應(yīng)用中，忽略空載轉(zhuǎn)矩，近似認為TN=T2N。另外，過載。另外，過載能力可以從產(chǎn)品目錄中查到，這樣能力可以從產(chǎn)品目錄中查到，這樣 。

11、將額定工作點的將額定工作點的sN和和TN代入式（代入式（9-9），得），得第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)NemTTNmmN21ssss（9-10）12Nmss（9-11）-10- 這樣在實用表達式中，在按產(chǎn)品目錄求出這樣在實用表達式中，在按產(chǎn)品目錄求出Tem與與sm后，只剩下后，只剩下Te與與s兩個未知數(shù)了。如欲繪制異步電動機的機械特性，只要給定兩個未知數(shù)了。如欲繪制異步電動機的機械特性，只要給定一系列的一系列的s值，按實用表達式求出相應(yīng)的值，按實用表達式求出相應(yīng)的Te值即可繪制出機械特性值即可繪制出機械特性曲線。曲線。 當電動機在額定負載以下運行時，轉(zhuǎn)差率當電動機在額定負載以

12、下運行時，轉(zhuǎn)差率s很小，很小， ，實用表達式可進一步近似寫為實用表達式可進一步近似寫為 第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)smmsssssTTmeme2（9-12）由此可見，當由此可見，當 時，時，Te與與s成正比，機械特性是一條直線。上式成正比，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(yīng)用這個公式時，稱為機械特性的近似計算公式，應(yīng)用這個公式時，sm可按下式計可按下式計算算 Nss Nm2 ss（9-13）-11- 對于異步電動機機械特性的對于異步電動機機械特性的3種表達式，其應(yīng)用場合各有不種表達式，其應(yīng)用場合各有不同。一般物理表達式適用于定性地分析同。一般物理表達式適

13、用于定性地分析 Te 與與 及及 間的間的關(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。影響；實用表達式最適用于進行機械特性的工程計算。 二、固有機械特性二、固有機械特性 1. 固有機械特性曲線固有機械特性曲線 三相異步電動機在電壓、頻率均為額定值不變時，在定轉(zhuǎn)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。其特性。其T-s曲線（也即曲線（也即T-n曲線）見圖曲線）見圖9

14、-1所示。其中曲線所示。其中曲線1為電為電源正相序時的機械特性曲線，此時異步電動機處于正向電動運源正相序時的機械特性曲線，此時異步電動機處于正向電動運行狀態(tài)；曲線行狀態(tài)；曲線2為電源負相序時的機械特性曲線，此時異步電動為電源負相序時的機械特性曲線，此時異步電動機處于反向電動運行狀態(tài)。機處于反向電動運行狀態(tài)。 第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)m22cosI-12- 異步電機的機械特性可視為異步電機的機械特性可視為由兩部分組成，即當由兩部分組成，即當 時，時，機械特性近似為直線，稱為機械特性近似為直線，稱為機械機械特性的直線部分特性的直線部分，又可稱為，又可稱為工作工作部分部分，因為

15、電動機不論帶何種性，因為電動機不論帶何種性質(zhì)的負載均能穩(wěn)定運行；當質(zhì)的負載均能穩(wěn)定運行；當 時，時，機械特性為一曲線，稱為機械特性為一曲線，稱為機械特機械特性的曲線部分性的曲線部分，有時又稱之為，有時又稱之為非非工作部分工作部分。但所謂非工作部分是。但所謂非工作部分是僅對恒轉(zhuǎn)矩負載或恒功率負載而僅對恒轉(zhuǎn)矩負載或恒功率負載而言的，因為電動機這一特性段與言的，因為電動機這一特性段與這類負載轉(zhuǎn)矩特性的配合，使電這類負載轉(zhuǎn)矩特性的配合，使電力拖動系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行，而對力拖動系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行，而對于泵類風(fēng)機性負載，則在這一特于泵類風(fēng)機性負載，則在這一特性段上系統(tǒng)卻能穩(wěn)定工作。性段上系統(tǒng)卻能穩(wěn)定工作。 第

16、九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)NLTT mss -13- 2. 起動轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩 三相異步電動機起動時，即三相異步電動機起動時，即n = 0，s = 1時的電磁轉(zhuǎn)矩稱為起時的電磁轉(zhuǎn)矩稱為起動轉(zhuǎn)矩，用動轉(zhuǎn)矩，用Tst 表示。將表示。將s = 1代入式（代入式（9-4）中，得到起動轉(zhuǎn)矩）中，得到起動轉(zhuǎn)矩第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)2psrst221srsr032 ()() n U RTfRRXX（9-14） 從式中看出，從式中看出，Tst 與電壓平方成正比，漏電抗越大，起動轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，漏電抗越大，起動轉(zhuǎn)矩越小。將起動轉(zhuǎn)矩與額定電磁轉(zhuǎn)矩的比值稱為起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)

17、，用越小。將起動轉(zhuǎn)矩與額定電磁轉(zhuǎn)矩的比值稱為起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，用KT 表示表示NstTTTK（9-15） 電動機起動時，起動轉(zhuǎn)矩電動機起動時，起動轉(zhuǎn)矩Tst大于大于1.11.2倍的負載轉(zhuǎn)矩就可倍的負載轉(zhuǎn)矩就可以順利起動。一般異步電動機起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)以順利起動。一般異步電動機起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)KT = 0.81.2。-14- 3. 穩(wěn)定運行問題穩(wěn)定運行問題 三相異步電動機的機械特性在三相異步電動機的機械特性在 范圍內(nèi)，是一根下斜范圍內(nèi)，是一根下斜的曲線。根據(jù)電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定條件，三相異步電動機拖動恒轉(zhuǎn)的曲線。根據(jù)電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定條件，三相異步電動機拖動恒轉(zhuǎn)矩負載和泵類負載運行時，均能穩(wěn)定運行。而在矩負載和泵

18、類負載運行時，均能穩(wěn)定運行。而在 范圍，范圍，機械特性上翹，如果三相異步電動機拖動恒轉(zhuǎn)矩負載將不能穩(wěn)定機械特性上翹，如果三相異步電動機拖動恒轉(zhuǎn)矩負載將不能穩(wěn)定運行。但如果是拖動泵類負載，若滿足運行。但如果是拖動泵類負載，若滿足 的條件，的條件，即可以穩(wěn)定運行。但是由于這時候轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)差率大，轉(zhuǎn)子電動即可以穩(wěn)定運行。但是由于這時候轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)差率大，轉(zhuǎn)子電動勢勢 比正常運行時大很多。這將造成轉(zhuǎn)子電流、比正常運行時大很多。這將造成轉(zhuǎn)子電流、 定子電流定子電流均很大，因此不能長期運行。所以，三相異步電動機穩(wěn)定運行在均很大，因此不能長期運行。所以，三相異步電動機穩(wěn)定運行在 范圍內(nèi)，長期穩(wěn)定運行在范圍內(nèi)，

19、長期穩(wěn)定運行在 范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)m0ss 1m ssnTnTd/dd/dLer0rsEE m0ss N0ss -15- 三、人為機械特性三、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，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所得到的機械特性稱為人為機械特性。性。 第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ) 1. 降低定子端電壓降低定子端電壓的人為機械特性的人為機械特性 在電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表在電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達式中，保持其它量都不

20、達式中，保持其它量都不變，只改變定子電壓變，只改變定子電壓Us的的大小。由于異步電動機的大小。由于異步電動機的磁路在額定電壓下工作于磁路在額定電壓下工作于近飽和點，故不宜再升高近飽和點，故不宜再升高電壓，所以只討論降低定電壓，所以只討論降低定子電壓子電壓Us時的人為機械特時的人為機械特性。性。 -16- 2. 定子回路串三相對稱電阻的人為機械特性定子回路串三相對稱電阻的人為機械特性 定子回路串入電阻并不影響同步轉(zhuǎn)速定子回路串入電阻并不影響同步轉(zhuǎn)速n1，但是最大電磁轉(zhuǎn)，但是最大電磁轉(zhuǎn)矩矩Tem、起動轉(zhuǎn)矩、起動轉(zhuǎn)矩Tst 和臨界轉(zhuǎn)差率和臨界轉(zhuǎn)差率 sm都隨著定子回路電阻值的都隨著定子回路電阻值的增

21、大而減小。增大而減小。第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)-17- 3. 定子回路串三相對稱電抗的人為機械特性定子回路串三相對稱電抗的人為機械特性 定子回路串入三相對稱電抗的人為機械特性與串電阻的相定子回路串入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，似，只是這種情況下電抗不消耗有功功率， 而串電阻時電阻消而串電阻時電阻消耗有功功率。耗有功功率。 4. 轉(zhuǎn)子回路串三相對稱電阻的人為機械特性轉(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。轉(zhuǎn)

22、子回路串入電阻并不影響同步轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)子回路后再三相短路。轉(zhuǎn)子回路串入電阻并不影響同步轉(zhuǎn)速速n1。又因為最大電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子回路電阻無關(guān)，即轉(zhuǎn)子串入。又因為最大電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子回路電阻無關(guān)，即轉(zhuǎn)子串入電阻后，電阻后，Tem不變。不變。 由于臨界轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子回路電阻成正比，由于臨界轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子回路電阻成正比，當轉(zhuǎn)子串入電阻后當轉(zhuǎn)子串入電阻后sm增大。轉(zhuǎn)子回路串三相對稱電阻的人為機增大。轉(zhuǎn)子回路串三相對稱電阻的人為機械特性如圖械特性如圖9-4所示。所示。第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)-18-第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ) 從圖從圖9-4看出，看出，在轉(zhuǎn)子回路中串入合適的電阻，

23、可以增大起在轉(zhuǎn)子回路中串入合適的電阻，可以增大起動轉(zhuǎn)矩動轉(zhuǎn)矩，當所串入的電阻滿足，當所串入的電阻滿足 rmsr01RRsXX（9-16）則有則有 ，即起動轉(zhuǎn)矩為最，即起動轉(zhuǎn)矩為最大電磁轉(zhuǎn)矩，其中大電磁轉(zhuǎn)矩，其中 。但是若串入轉(zhuǎn)子回路的電阻再但是若串入轉(zhuǎn)子回路的電阻再增加，則增加，則 ， 。因。因此，此，轉(zhuǎn)子回路串電阻增大起動轉(zhuǎn)子回路串電阻增大起動轉(zhuǎn)矩并非是電阻越大越好，而轉(zhuǎn)矩并非是電阻越大越好，而是有一個限度。是有一個限度。 emstTT RkkRie1semstTT 例例9-19-1-19-第二節(jié)第二節(jié) 異步電動機的起動異步電動機的起動 異步電動機定子繞組接入電網(wǎng)后，異步電動機定子繞組接入電

24、網(wǎng)后， 轉(zhuǎn)子從靜止狀態(tài)到穩(wěn)定運轉(zhuǎn)子從靜止狀態(tài)到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程，稱為異步電動機的起動。行狀態(tài)的過程，稱為異步電動機的起動。 在電力拖動系統(tǒng)中，通在電力拖動系統(tǒng)中，通常要求電動機應(yīng)具有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩，常要求電動機應(yīng)具有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩， 以拖動負載較快地達到以拖動負載較快地達到穩(wěn)定運行狀態(tài)，而起動電流又不要太大，穩(wěn)定運行狀態(tài)，而起動電流又不要太大， 以免引起電網(wǎng)電壓波動以免引起電網(wǎng)電壓波動過大，而影響電網(wǎng)上其它負載的正常工作。過大，而影響電網(wǎng)上其它負載的正常工作。 因此，衡量異步電動因此，衡量異步電動機起動性能的主要指標是機起動性能的主要指標是起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)KT=Tst /TN和和

25、起動電流倍數(shù)起動電流倍數(shù)KI=Ist / IN。 一、異步電動機起動性能分析一、異步電動機起動性能分析 普通的異步電動機普通的異步電動機 如果不采取任何措施如果不采取任何措施 而直接接入電網(wǎng)起動而直接接入電網(wǎng)起動時，時，往往起動電流往往起動電流Ist 很大，而起動轉(zhuǎn)矩很大，而起動轉(zhuǎn)矩Tst 不足。不足。其原因可以根據(jù)其原因可以根據(jù)下面異步電動機的轉(zhuǎn)矩公式來分析。下面異步電動機的轉(zhuǎn)矩公式來分析。 第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)-20-第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ) 在起動初始，異步電動機轉(zhuǎn)速為在起動初始，異步電動機轉(zhuǎn)速為n = 0，轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)差率s = 1，轉(zhuǎn)子電

26、流，轉(zhuǎn)子電流的頻率的頻率f2=sf1，轉(zhuǎn)子繞組的電動勢，轉(zhuǎn)子繞組的電動勢sEr0=Er0，比正常運行時（，比正常運行時（s = 0.010.05）的電動勢值大）的電動勢值大20倍以上，此時轉(zhuǎn)子電流倍以上，此時轉(zhuǎn)子電流Ir很大，定子很大，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）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；很大；其次，其次，由于轉(zhuǎn)子頻率很高（由于轉(zhuǎn)子頻率很高（f2=sf1 50Hz），轉(zhuǎn)子漏磁），轉(zhuǎn)子漏磁sXr0Rr，使得轉(zhuǎn)子內(nèi)的功率因數(shù)，使得轉(zhuǎn)子內(nèi)的功率因數(shù)cos2很小，所以盡管起動時轉(zhuǎn)很小，所以盡管起動時轉(zhuǎn)子電流子電流Ir 很大，但其有功分

27、量很大，但其有功分量Ircos2并不大，而且，由于起動電并不大，而且，由于起動電流很大，定子繞組的漏阻抗壓降增大，使得感應(yīng)電勢流很大，定子繞組的漏阻抗壓降增大，使得感應(yīng)電勢Es和與之成和與之成正比的主磁通正比的主磁通 m減小，因此起動轉(zhuǎn)矩減小，因此起動轉(zhuǎn)矩Tst并不大。并不大。2rmTecosICT 2r02r0rr)/(XsREI2r02rr2)/(/cosXsRsR-21- 總之，異步電動機在起動時存在以下兩種矛盾：總之，異步電動機在起動時存在以下兩種矛盾： 1）起動電流大，而電網(wǎng)承受沖擊電流的能力有限；）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

28、才能起動。）起動轉(zhuǎn)矩小，而負載又要求有足夠的轉(zhuǎn)矩才能起動。 因此，應(yīng)根據(jù)情況，針對主要矛盾，尋求不同的解決方法。因此，應(yīng)根據(jù)情況，針對主要矛盾，尋求不同的解決方法。下面按下面按4種情況分別討論常用的異步電動機的起動方法。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二、小容量電動機的輕載起動直接起動直接起動 直接起動就是利用開關(guān)或接觸器將電動機的定子繞組直接直接起動就是利用開關(guān)或接觸器將電動機的定子繞組直接接到具有額定電壓的電網(wǎng)上接到具有額定電壓的電網(wǎng)上,也稱為全壓起動。這種起動方法的也稱為全壓起動。這種起動方法的優(yōu)點是操作簡便、起動設(shè)備簡單；缺點是起動電流大，會引起優(yōu)

29、點是操作簡便、起動設(shè)備簡單；缺點是起動電流大，會引起電網(wǎng)電壓波動?，F(xiàn)代設(shè)計的籠型異步電動機，本身都允許直接電網(wǎng)電壓波動?，F(xiàn)代設(shè)計的籠型異步電動機，本身都允許直接起動。因此對于籠型異步電動機而言，直接起動方法的應(yīng)用主起動。因此對于籠型異步電動機而言，直接起動方法的應(yīng)用主要受電網(wǎng)容量的限制。要受電網(wǎng)容量的限制。 第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)-22- 三、中、大容量電動機輕載起動三、中、大容量電動機輕載起動降壓起動降壓起動 若電動機容量較大，則不能直接起動。此時，若仍是輕載若電動機容量較大，則不能直接起動。此時，若仍是輕載起動，起動時的主要矛盾就是起動電流大而電網(wǎng)允許沖擊電流起動，

30、起動時的主要矛盾就是起動電流大而電網(wǎng)允許沖擊電流有限的矛盾，對此只有減小起動電流才能予以解決。而對于籠有限的矛盾，對此只有減小起動電流才能予以解決。而對于籠型異步電動機，減小起動電流的主要方法是降壓起動。型異步電動機，減小起動電流的主要方法是降壓起動。 1. 星形星形-三角形（三角形（Y-）換接起動）換接起動 Y-換接起動方法只適用于正常運行時定子繞組接成三角形換接起動方法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線端。在起動時將定子繞組接

31、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作電壓的 。 設(shè)起動時接成設(shè)起動時接成Y形的定子繞組的線電壓為形的定子繞組的線電壓為Us，該電壓也就是，該電壓也就是電網(wǎng)電壓，則相電壓為電網(wǎng)電壓，則相電壓為 。這時線電流與相電流相等，則。這時線電流與相電流相等，則Y形起動電流為形起動電流為 第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)3/ 13/sUssstY3ZUI-23- 三角形連接時每相繞組的相電壓與線電壓相等為三角形連接時每相繞組的相電壓與線電壓相等為Us，相電，相電流是線電流的流是線電流的

32、 ，即，即形起動電流為形起動電流為 第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)3/ 1ssst3ZUI31ststYII-24- 2. 自耦降壓起動自耦降壓起動 自耦降壓起動方法就是利用三相自耦變壓器降低加到電動自耦降壓起動方法就是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

33、動機直接接到電網(wǎng)上，同時將自耦變壓器從電網(wǎng)上時，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。切除。第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)-25- 根據(jù)變壓器原理，可知根據(jù)變壓器原理，可知 第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ) 設(shè)設(shè)I2為定子繞組電壓為為定子繞組電壓為U2時的起動電流，時的起動電流，Ist為全電壓為全電壓U1時的時的起動電流，則起動電流，則（9-19）根據(jù)以上兩式，可得根據(jù)以上兩式，可得122112NNIIUU12st2UUII212st1NNII-26- 上式表明：利用自耦變壓上式表明：利用自耦變壓器后，電動機端電壓器后，電動機端電壓 Us=U2

34、降降到到 ，定子電流，定子電流Is=I2也也降到降到 ， 通過自耦變壓通過自耦變壓器，又使從電網(wǎng)上吸取的電流器，又使從電網(wǎng)上吸取的電流I1 降低為全電壓起動電流降低為全電壓起動電流 Ist的的 。由于。由于 ，而異步機的電磁轉(zhuǎn)矩而異步機的電磁轉(zhuǎn)矩 ，所以利用自耦變壓器后，起動所以利用自耦變壓器后，起動轉(zhuǎn)矩也降到轉(zhuǎn)矩也降到 （Tst為全為全電壓電壓U1時的起動轉(zhuǎn)矩），即時的起動轉(zhuǎn)矩），即起起動轉(zhuǎn)矩與起動電流降低同樣的動轉(zhuǎn)矩與起動電流降低同樣的倍數(shù)。倍數(shù)。 第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)112/UNNst12/INN212/ NN112s/UNNU 2seUT st212/TNN-

35、27- 3. 串電阻（抗）起動方法串電阻（抗）起動方法 所謂串電阻（抗）起動，即起動時，在電動機定子電路中所謂串電阻（抗）起動，即起動時，在電動機定子電路中串接電阻或電抗，待電動機轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定時再將其從定子電路串接電阻或電抗，待電動機轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定時再將其從定子電路中切除。中切除。 由于起動時，由于起動時， 在串接電阻或電抗上降掉了一部分電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，相應(yīng)地起動壓，所以加在電動機定子繞組上的電壓就降低了，相應(yīng)地起動電流也減小了。電流也減小了。 第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)例例9-29-2-28- 該起動方法的該起動

36、方法的優(yōu)點是起動電流沖擊小，運行可靠，起動設(shè)優(yōu)點是起動電流沖擊小，運行可靠，起動設(shè)備構(gòu)造簡單；缺點是起動時電能損耗較多。備構(gòu)造簡單；缺點是起動時電能損耗較多。 籠式異步電動機定子串接電阻（抗）降壓起動時，串接電籠式異步電動機定子串接電阻（抗）降壓起動時，串接電阻的大小應(yīng)根據(jù)電動機的參數(shù)及起動要求來選擇計算，阻的大小應(yīng)根據(jù)電動機的參數(shù)及起動要求來選擇計算， 具體計具體計算方法可參閱教材相關(guān)內(nèi)容。算方法可參閱教材相關(guān)內(nèi)容。 4. 延邊三角形起動方法延邊三角形起動方法 圖圖9-9a為正常運行時為三角形聯(lián)結(jié)的電動機（為正常運行時為三角形聯(lián)結(jié)的電動機（380/660V）的定子三相繞組，每相繞組的中間引出

37、一個出線端，故定子三的定子三相繞組，每相繞組的中間引出一個出線端，故定子三相繞組共有相繞組共有9個出線端。如起動時將繞組的個出線端。如起動時將繞組的1、2、3三個出線端三個出線端接電源；接電源；4、5、6三個出線端分別與三個中間出線端三個出線端分別與三個中間出線端8、9、7相相連，如圖連，如圖9-9b所示，即成了所謂的延邊三角形聯(lián)結(jié)法。所示，即成了所謂的延邊三角形聯(lián)結(jié)法。 三相繞組聯(lián)結(jié)成延邊三角形時，繞組的相電壓低于電源電三相繞組聯(lián)結(jié)成延邊三角形時，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)。因此在起壓，且降低值與繞組的中間引出端的抽頭比例有關(guān)。因此在起動過程中，將定子

38、繞組聯(lián)結(jié)成延邊三角形，可使定子繞組的電動過程中，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。壓降低，也能減小起動電流。 第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)-29- 延邊三角形起動具有體積小、質(zhì)量輕、允許經(jīng)常起動等優(yōu)點，延邊三角形起動具有體積小、質(zhì)量輕、允許經(jīng)常起動等優(yōu)點，而且采用不同的抽頭比例，可以得到延邊三角形聯(lián)結(jié)法的不同相而且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，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)矩比星形因此其起動轉(zhuǎn)矩比星形-三角形換接起動時大，它能用

39、于重載起三角形換接起動時大，它能用于重載起動。延邊三角形起動法預(yù)期將獲得進一步推廣，并將逐步取代動。延邊三角形起動法預(yù)期將獲得進一步推廣，并將逐步取代自耦降壓起動方法。其缺點是電動機內(nèi)部接線較為復(fù)雜。自耦降壓起動方法。其缺點是電動機內(nèi)部接線較為復(fù)雜。 第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)-30- 四、小容量電動機重載起動四、小容量電動機重載起動籠型異步電動機的特殊形式籠型異步電動機的特殊形式 小容量電動機重載起動時的主要矛盾是起動轉(zhuǎn)矩不足。解決小容量電動機重載起動時的主要矛盾是起動轉(zhuǎn)矩不足。解決這一矛盾的方法有兩個：一是按起動要求選擇容量大一號或更大這一矛盾的方法有兩個：一是按起動要

40、求選擇容量大一號或更大些的電動機；些的電動機； 另一是選用起動轉(zhuǎn)矩較高的特殊形式的籠型電動另一是選用起動轉(zhuǎn)矩較高的特殊形式的籠型電動機。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。共同特點是起動轉(zhuǎn)矩較大。 第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)-31- 1. 高轉(zhuǎn)差率鼠籠式異步

41、電動機高轉(zhuǎn)差率鼠籠式異步電動機 這種電動機的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條不是采用普通的鋁條，而是采用電阻這種電動機的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條不是采用普通的鋁條，而是采用電阻率較高的率較高的ZL-14鋁合金，鋁合金， 通過適當?shù)丶哟筠D(zhuǎn)子導(dǎo)條的電阻來改善通過適當?shù)丶哟筠D(zhuǎn)子導(dǎo)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。但這種起動性能，這樣既可限制起動電流，又可增大起動轉(zhuǎn)矩。但這種電動機在穩(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，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，鼓稱之為高轉(zhuǎn)差鼠籠式異步電動機。國產(chǎn)高轉(zhuǎn)差鼠籠式異步電動鼓稱之為高轉(zhuǎn)差鼠籠式異步電動機。國產(chǎn)高轉(zhuǎn)差鼠籠式異步電動機的型號為機的型

42、號為JZ型，使用場合主要是起重運輸機械和冶金企業(yè)的輔型，使用場合主要是起重運輸機械和冶金企業(yè)的輔助機械的電力拖動等，因此也稱之為起重助機械的電力拖動等，因此也稱之為起重-冶金型電動機。冶金型電動機。 為了適應(yīng)起動頻繁的要求，除適當增大了轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的電阻改為了適應(yīng)起動頻繁的要求，除適當增大了轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的電阻改善其起動性能外，該電動機的結(jié)構(gòu)也比較堅固，與普通鼠籠式電善其起動性能外，該電動機的結(jié)構(gòu)也比較堅固，與普通鼠籠式電動機相比，定子和轉(zhuǎn)子間的氣隙較大，過載能力也高。但也正因動機相比，定子和轉(zhuǎn)子間的氣隙較大，過載能力也高。但也正因為這種電動機的氣隙大，使得激磁電流也大，功率因數(shù)降低，再為這種電動機的氣

43、隙大，使得激磁電流也大，功率因數(shù)降低，再加上轉(zhuǎn)子電阻大而引起的正常運行時的損耗較大，效率比較低。加上轉(zhuǎn)子電阻大而引起的正常運行時的損耗較大，效率比較低。所以不是經(jīng)常起動的拖動系統(tǒng)一般不采用這種電動機。所以不是經(jīng)常起動的拖動系統(tǒng)一般不采用這種電動機。 第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)-32-第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ) 2. 深槽式異步電動機深槽式異步電動機 這種電動機是靠適當改變轉(zhuǎn)子的槽形，充分利用電動機起動這種電動機是靠適當改變轉(zhuǎn)子的槽形，充分利用電動機起動過程中轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)的過程中轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)的“集膚效應(yīng)集膚效應(yīng)”，以達到既改善起動性能又不，以達到既改善起動性能

44、又不降低正常運行效率的目的。所謂集膚效應(yīng)即是轉(zhuǎn)子槽漏磁通引起降低正常運行效率的目的。所謂集膚效應(yīng)即是轉(zhuǎn)子槽漏磁通引起轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的電流集擠在導(dǎo)條表層的效應(yīng)。轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的電流集擠在導(dǎo)條表層的效應(yīng)。-33-第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ) 3. 雙籠型異步電動機雙籠型異步電動機 這種異步電動機的轉(zhuǎn)子上安裝了兩套籠，如圖這種異步電動機的轉(zhuǎn)子上安裝了兩套籠，如圖9-11所示。兩所示。兩個籠間由狹長的縫隙隔開，顯然里面的籠相連的漏磁通比外面的個籠間由狹長的縫隙隔開，顯然里面的籠相連的漏磁通比外面的籠的大得多。外面的籠導(dǎo)條較細，采用電阻率較大的黃銅或鋁青籠的大得多。外面的籠導(dǎo)條較細，采用電阻率較大

45、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，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。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。-34-第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ) 五、中、大容量電動機重載起動五、中、大容量電動機重載起動繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的起動起動 中、大容量電動機重載起動時，中、大容量電動機重載起動時， 起動的兩種矛盾同時起作用，起動的兩種矛盾同時起作用，問題最尖銳。問題最尖銳。 如果上述特殊形式的籠型電動機還不能適應(yīng)，則只如果上述特殊形式的籠型

46、電動機還不能適應(yīng)，則只能采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機了。在繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的轉(zhuǎn)子上能采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機了。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，可以既增大起動轉(zhuǎn)矩，又減小串接電阻時，如果阻值選擇合適，可以既增大起動轉(zhuǎn)矩，又減小起動電流，兩種矛盾都能得到解決。三相繞線式異步電動機的起起動電流，兩種矛盾都能得到解決。三相繞線式異步電動機的起動方法通常有轉(zhuǎn)子串接電阻起動和轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器起動動方法通常有轉(zhuǎn)子串接電阻起動和轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器起動兩種方法。兩種方法。 -35-第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ) 1. 轉(zhuǎn)子串接電阻起動轉(zhuǎn)子串接電阻起動方法方法 繞線式異步電

47、動機的繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子是三相繞組，它通過轉(zhuǎn)子是三相繞組，它通過滑環(huán)與電刷可以串接附加滑環(huán)與電刷可以串接附加電阻，因此可以實現(xiàn)一種電阻，因此可以實現(xiàn)一種幾乎理想的起動方法，即幾乎理想的起動方法，即在起動時，在轉(zhuǎn)子繞組中在起動時，在轉(zhuǎn)子繞組中串接適當?shù)钠饎与娮?，以串接適當?shù)钠饎与娮?，以減小起動電流，增加起動減小起動電流，增加起動轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩， 待轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定待轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定時，將起動電阻從轉(zhuǎn)子電時，將起動電阻從轉(zhuǎn)子電路中切除，路中切除， 進入正常運進入正常運行。行。 -36-第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)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)子串接頻敏變阻器起動方法 轉(zhuǎn)子串接電阻起

48、動的繞線式異步電動機，當功率較大時，轉(zhuǎn)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；此外，大功率電動機的控制設(shè)備較龐大，操作維負載沖擊較大；此外，大功率電動機的控制設(shè)備較龐大，操作維護也不方便。如果采用頻敏變阻器代替起動電阻，則可克服上述護也不方便。如果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。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。 -37-第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ)第三節(jié)

49、第三節(jié) 異步電動機的調(diào)速異步電動機的調(diào)速 與直流拖動系統(tǒng)相似，在實際應(yīng)用中往往也要求拖動生產(chǎn)機與直流拖動系統(tǒng)相似，在實際應(yīng)用中往往也要求拖動生產(chǎn)機械的交流電動機的轉(zhuǎn)速能夠調(diào)節(jié)，但是要實現(xiàn)交流調(diào)速要比直流械的交流電動機的轉(zhuǎn)速能夠調(diào)節(jié)，但是要實現(xiàn)交流調(diào)速要比直流調(diào)速復(fù)雜和困難得多。本節(jié)僅討論異步電動機調(diào)速的基本原理和調(diào)速復(fù)雜和困難得多。本節(jié)僅討論異步電動機調(diào)速的基本原理和方法。方法。 按照異步電動機的基本原理，從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率按照異步電動機的基本原理，從定子傳入轉(zhuǎn)子的電磁功率Pem可分成兩部分：一部分可分成兩部分：一部分 為拖動負載的有效功率；另一為拖動負載的有效功率；另一部分是轉(zhuǎn)差功率部

50、分是轉(zhuǎn)差功率 ， 與轉(zhuǎn)差率成正比。與轉(zhuǎn)差率成正比。 從能量轉(zhuǎn)換的角度從能量轉(zhuǎn)換的角度看，轉(zhuǎn)差功率是否增大，是消耗掉還是回收，看，轉(zhuǎn)差功率是否增大，是消耗掉還是回收， 顯然是評價調(diào)速系顯然是評價調(diào)速系統(tǒng)效率的一個指標。統(tǒng)效率的一個指標。 據(jù)此，據(jù)此， 又可把異步電動機的調(diào)速方法分為三又可把異步電動機的調(diào)速方法分為三類：類：em2)1 (PsPmssPP -38-第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ) 1）轉(zhuǎn)差功率消耗型）轉(zhuǎn)差功率消耗型 全部轉(zhuǎn)差功率都轉(zhuǎn)換成熱能消耗全部轉(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)矩負載掉。它是以增加轉(zhuǎn)差功率的消耗來換取轉(zhuǎn)速的降

51、低（恒轉(zhuǎn)矩負載時），越向下調(diào)效率越低。這類調(diào)速方法的效率最低，時），越向下調(diào)效率越低。這類調(diào)速方法的效率最低， 2）轉(zhuǎn)差功率回饋型）轉(zhuǎn)差功率回饋型 轉(zhuǎn)差功率的一部分消耗掉，大部分轉(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)或轉(zhuǎn)化成機械能予以利用，轉(zhuǎn)速越低時則通過變流裝置回饋電網(wǎng)或轉(zhuǎn)化成機械能予以利用，轉(zhuǎn)速越低時回收的功率越多，其效率比前者高?；厥盏墓β试蕉?，其效率比前者高。 3）轉(zhuǎn)差功率不變型）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轉(zhuǎn)差功率中轉(zhuǎn)子銅損部分的消耗是不可避免的，但由于這類調(diào)速方法無論轉(zhuǎn)速高低，不可避免的，但由于這類調(diào)速方法無論轉(zhuǎn)速高低， 轉(zhuǎn)差率保持不轉(zhuǎn)差率保持不變，

52、所以轉(zhuǎn)差功率的消耗也基本不變，因此效率最高。變，所以轉(zhuǎn)差功率的消耗也基本不變，因此效率最高。 下面就以這種分類方法介紹幾種異步電動機主要調(diào)速方法的下面就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。工作原理及其特性。 -39-第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)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)速方法一、轉(zhuǎn)差功率消耗型異步電動機調(diào)速方法 這類方法的共同特點是在調(diào)速過程中均產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)差功率，這類方法的共同特點是在調(diào)速過程中均產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)差功率，并消耗在轉(zhuǎn)子電路中。轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速方法主要有改變定子并消耗在轉(zhuǎn)子電路中。轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速方法主要有改變定子電壓調(diào)速法、轉(zhuǎn)

53、子電路串接電阻調(diào)速法等。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)速改變定子電壓調(diào)速 異步電動機在同步轉(zhuǎn)速異步電動機在同步轉(zhuǎn)速n1和和臨界轉(zhuǎn)差率臨界轉(zhuǎn)差率 sm 保持不變的情況保持不變的情況下，輸出轉(zhuǎn)矩與所加定子電壓的下，輸出轉(zhuǎn)矩與所加定子電壓的平方成正比。因此，改變定子電平方成正比。因此，改變定子電壓就可以改變其機械特性的函數(shù)壓就可以改變其機械特性的函數(shù)關(guān)系，從而改變電動機在一定輸關(guān)系，從而改變電動機在一定輸出轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。出轉(zhuǎn)矩下的轉(zhuǎn)速。 -40-第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ) 對于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，如能增加異步電動機的轉(zhuǎn)子電阻（如繞線對于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，如能增加異

54、步電動機的轉(zhuǎn)子電阻（如繞線式轉(zhuǎn)子異步電動機或高轉(zhuǎn)差率鼠籠式異步電動機），則改變電動式轉(zhuǎn)子異步電動機或高轉(zhuǎn)差率鼠籠式異步電動機），則改變電動機定子電壓可獲得較大的調(diào)速范圍，如圖機定子電壓可獲得較大的調(diào)速范圍，如圖9-15所示。所示。 但此時電動機的機械特性但此時電動機的機械特性太軟，往往不能滿足生產(chǎn)機械太軟，往往不能滿足生產(chǎn)機械的要求，且低壓時的過載能力的要求，且低壓時的過載能力較低，負載的波動稍大，電動較低，負載的波動稍大，電動機就有可能停轉(zhuǎn)。對于恒轉(zhuǎn)矩機就有可能停轉(zhuǎn)。對于恒轉(zhuǎn)矩性質(zhì)的負載，如果要求調(diào)速范性質(zhì)的負載，如果要求調(diào)速范圍較大，往往采用帶轉(zhuǎn)速反饋圍較大，往往采用帶轉(zhuǎn)速反饋控制的交流調(diào)

55、壓器，以改善低控制的交流調(diào)壓器，以改善低速時電動機的機械特性。速時電動機的機械特性。 -41-第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ) 2. 轉(zhuǎn)子電路串接電阻調(diào)速轉(zhuǎn)子電路串接電阻調(diào)速 這種方法只適用于繞線式異步電動機，如圖這種方法只適用于繞線式異步電動機，如圖9-16所示：所示：-42-第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)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 針對上述串電阻調(diào)速存在的低效問題，設(shè)想如果在繞線式異針對上述串電阻調(diào)速存在的低效問題，設(shè)想如果在繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子電路中串入附加電動勢步電動機轉(zhuǎn)子電路中串入附加電動勢

56、 Eadd 來取代電阻，通過電動來取代電阻，通過電動勢這樣一種電源裝置吸收轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)差功率，并回饋給電網(wǎng)，以勢這樣一種電源裝置吸收轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)差功率，并回饋給電網(wǎng)，以實現(xiàn)高效平滑調(diào)速實現(xiàn)高效平滑調(diào)速這就是串級調(diào)速的思想。這就是串級調(diào)速的思想。 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)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)速雙饋調(diào)速。-43-第九

57、章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ) 1. 串級調(diào)速的基本原理串級調(diào)速的基本原理 串級調(diào)速的原理圖如圖串級調(diào)速的原理圖如圖9-17所示，在繞線式異步電動機的三所示，在繞線式異步電動機的三相轉(zhuǎn)子電路中串入一個電壓和頻率可控的交流附加電動勢相轉(zhuǎn)子電路中串入一個電壓和頻率可控的交流附加電動勢Eadd ，通過控制使通過控制使Eadd與轉(zhuǎn)子電動勢與轉(zhuǎn)子電動勢Er 具有相同的頻率，其相位與具有相同的頻率，其相位與Er 相相同或相反。同或相反。-44-第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ) 當電動機轉(zhuǎn)子沒有串接的附加電動勢，即當電動機轉(zhuǎn)子沒有串接的附加電動勢，即Eadd=0時，異步電時，異步電

58、動機處在固有機械特性上運行。若電動機轉(zhuǎn)子串接附加電動勢，動機處在固有機械特性上運行。若電動機轉(zhuǎn)子串接附加電動勢，即即Eadd 0，這時，由式（，這時，由式（9-2）轉(zhuǎn)子電流）轉(zhuǎn)子電流Ir為為 （7-40）20r2radd0rr)(sXREsEI 由此可見，可以通過調(diào)節(jié)由此可見，可以通過調(diào)節(jié)Eadd的大小來改變轉(zhuǎn)子電流的大小來改變轉(zhuǎn)子電流Ir的數(shù)值，的數(shù)值，而電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩而電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩Te也將隨著也將隨著Ir的變化而變化，使電力拖的變化而變化，使電力拖動系統(tǒng)原有的穩(wěn)定運行條件動系統(tǒng)原有的穩(wěn)定運行條件Te =TL被打破，迫使電機變速。這被打破，迫使電機變速。這就是繞線式異步電動機串

59、接調(diào)速的基本原理。就是繞線式異步電動機串接調(diào)速的基本原理。 在串級調(diào)速過程中，電機轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)差功率在串級調(diào)速過程中，電機轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)差功率 Ps= sPem 只有一只有一小部分消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，而大部分被小部分消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，而大部分被Eadd吸收，吸收， 再設(shè)法通過電再設(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。有較高的效率。 -45-第九章第九章 交流電機拖動基礎(chǔ)交流電機拖動基礎(chǔ) 2. 串級調(diào)速的控制方式串級調(diào)速的控制方式 (1) 次同步調(diào)速方式次同步調(diào)速方式 使使Eadd的相位與的相位與Er相差相

60、差180 ，這時轉(zhuǎn)子，這時轉(zhuǎn)子電流的表達式為電流的表達式為 （9-28） 由上式可知，增加附加電動勢由上式可知，增加附加電動勢Eadd的幅值，將減少轉(zhuǎn)子電流的幅值，將減少轉(zhuǎn)子電流Ir，也就是減少轉(zhuǎn)矩也就是減少轉(zhuǎn)矩Te，從而降低電機的轉(zhuǎn)速，從而降低電機的轉(zhuǎn)速n。在這種控制方式中，。在這種控制方式中，轉(zhuǎn)速是由同步速向下調(diào)節(jié)的，始終有轉(zhuǎn)速是由同步速向下調(diào)節(jié)的，始終有n n1。 (2) 超同步調(diào)速方式超同步調(diào)速方式 如果使串接的附加電勢如果使串接的附加電勢Eadd與與Er同相，則同相，則轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流Ir變?yōu)樽優(yōu)椋?-29）20r2radd0rr)(sXREsEI20r2radd0rr)(sXREs