三相異步電動機的起動調速和制動學習教案課件

1、會計學1三相異步電動機的起動調速和制動會計學1三相異步電動機的起動調速和制動7.1鼠籠式異步電動機的起動7-2在額定電壓下直接起動三相異步電動機，由于最初起動瞬間主磁通約減少到額定值的一半，功率因數(shù)cos 很低，造成了起動電流相當大而起動轉矩并不大的結果。以Y系列三相異步電動機為例：起動電流起動轉矩第1頁/共98頁7.1鼠籠式異步電動機的起動7-2在額定電壓下直接起動三相異7.1鼠籠式異步電動機的起動7-3對于變壓器而言，整個交流電網(wǎng)的容量相對于單個的三相異步電動機來講是非常大的。但是具體到直接供電的變壓器來講，容量卻是有限的。若變壓器額定容量相對不夠大時，電動機短時較大的起動電流，會使變壓器

2、輸出電壓短時下降幅度較大，超過了正常規(guī)定值，例如 U 10或更嚴重。這樣一來，影響了幾個方面：影響由同一臺配電變壓器供電的其他負載，比如說電燈會變暗，數(shù)控設備可能失常，重載的異步電動機可能停轉等。起動電動機本身，由于電壓太低起動轉矩下降很多，當負載較重時，可能起動不了。第2頁/共98頁7.1鼠籠式異步電動機的起動7-3對于變壓器而言，整個交流電7.1鼠籠式異步電動機的起動7-4降低起動電流的方法有：降低電源電壓；加大定子邊電抗或電阻；加大轉子邊電阻或電抗。加大起動轉矩的方法只有適當加大轉子電阻，但不能過份，否則起動轉矩反而可能減小。第3頁/共98頁7.1鼠籠式異步電動機的起動7-4降低起動電流

3、的方法有：降7.1鼠籠式異步電動機的起動7-5不同的負載對起動的要求是不一樣的。一般要考慮以下幾個情況：應有足夠的的起動轉矩（Ts1.1TL）；起動電流盡可能??；簡單有效；經(jīng)濟可靠；起動過程的功率損耗盡可能小。第4頁/共98頁7.1鼠籠式異步電動機的起動7-5不同的負載對起動的要求是不7.1.1 直接起動7-6三相異步電動機直接起動的最大優(yōu)點就是不需要專門的起動設備，三相異步電動機能否直接起動，主要考慮下列情況：電動機與變壓器容量比；電動機與變壓器之間的供電線路的長度；與電動機共用一變壓器的設備對電壓穩(wěn)定性的要求；起動是否頻繁；拖動系統(tǒng)的轉動慣量的大小。第5頁/共98頁7.1.1 直接起動7-

4、6三相異步電動機直接起動的最大優(yōu)點就7.1.2 星-三角起動7-7定子繞組星 - 三角形切換起動方法適用于 運行時接成三角形，且每相繞組有兩個引出端的三相異步電動機。每相起動電流每相起動電壓第6頁/共98頁7.1.2 星-三角起動7-7定子繞組星 - 三角形切換起動7.1.2星-三角起動7-8定子繞組星 - 三角形切換起動方法適用于 運行時接成三角形，且每相繞組有兩個引出端的三相異步電動機。Y一D 起動時，對供電變壓器造成沖擊的起動電流則降低到直接起動時的13。第7頁/共98頁7.1.2星-三角起動7-8定子繞組星 - 三角形切換起動方7.1.2 星-三角起動7-9Y一D 起動可以用于拖動 的

5、輕負載。在輕載起動條件下，應該優(yōu)先采用。 13。Y一D 起動時起動轉矩為直接起動時起動轉矩的1/3第8頁/共98頁7.1.2 星-三角起動7-9Y一D 起動可以用于拖動 的輕7.1.3自耦變壓器降壓起動7-10自耦變壓器起動轉矩經(jīng)過自耦變壓器降壓后的起動電流與直接起動的電流比自耦變壓器起動時，一次和二次繞組的電流比自耦變壓器起動時，從電網(wǎng)輸入的電流與直接起動的電流比第9頁/共98頁7.1.3自耦變壓器降壓起動7-10自耦變壓器起動轉矩經(jīng)過自7.1.3自耦變壓器降壓起動7-11自耦變壓器起動時的起動轉矩與直接起動時起動轉矩之間的關系為：采用自耦變壓器降壓起動時，與直接起動相比較，電壓降低到KJ倍

6、，起動電流與起動轉矩降低到KJ2倍。實際上起動用的自耦變壓器，備有幾個抽頭供選用。例如QJ 2型有三種抽頭，分別為55%（即=55%）、64%、73%（出廠時接在73%抽頭上）；QJ 3型也有三種抽頭，分別為40、 60%、80%（出廠時接在 60抽頭上）等。第10頁/共98頁7.1.3自耦變壓器降壓起動7-11自耦變壓器起動時的起動轉7.1.4 定子回路串接電抗器降壓起動7-12三相異步電動機定子串電抗器起動，起動時電抗器接入定子電路；起動后，切除電抗器，進入正常運行。顯然此時的電抗器起到了分壓的作用。三相異步電動機直接起動時定子邊串入電抗X起動時可以理解為降低定子電壓第11頁/共98頁7.

7、1.4 定子回路串接電抗器降壓起動7-12三相異步電動機7.1.4 定子回路串接電抗器降壓起動7-13三相異步電動機直接起動時轉子功率因數(shù)很低，串電抗起動時，可以近似把zk看成是電抗性質。第12頁/共98頁7.1.4 定子回路串接電抗器降壓起動7-13三相異步電動機7.1.4 定子回路串接電抗器降壓起動7-14顯然，定子串電抗器起動，降低了起動電流，但起動轉矩降低得更多。因此，定子串電抗器起動，只能用于空載和輕載。工程實際中，往往先給定線路允許電動機起動電流的大小，再計算電抗X的大小。計算公式推導如下：其中短路阻抗為若定子回路串電阻起動，也屬于降壓起動，也可以降低起動電流。但由于外串的電阻上有

8、較大的有功功率損耗，特別對中型、大型異步電動機更不經(jīng)濟。第13頁/共98頁7.1.4 定子回路串接電抗器降壓起動7-14顯然，定子串電7.1.5 延邊三角形起動7-15延邊三角()形起動法是星-三角起動法的一種發(fā)展，利用這種起動法的電動機的定子繞組，每相均有一中間抽頭，起動時一半繞組接成三角形，另一半則接成星形，可以降低相電壓和起動電流；運轉正常后，則改接成三角形，可正常工作。這種起動方法既降低了起動電流，又不致使起動轉矩過小，是帶負載起動電動機的較好起動方法。第14頁/共98頁7.1.5 延邊三角形起動7-15延邊三角()形起動法是星7.1.5 延邊三角形起動7-16第15頁/共98頁7.1

9、.5 延邊三角形起動7-16第15頁/共98頁三相鼠籠式異步電動機降壓起動方法的比較7-17主要性能指標起動方法起動電壓比值起動電流比值起動轉矩比值起動設備應用場合直接起動111最簡單電機容量小于7.5 定子串電抗起動 1/K 1/K 1/K2 一般任意容量，輕載起動起動 1/3 1/3 簡單正常運行為形，電機可頻繁起動自耦變壓器 1/K 1/K2 1/K2 較復雜較大容量電機，較大負載不頻繁起動延邊三角形起動0.660.50.5簡單專門設計的電機，較大負載可頻繁起動第16頁/共98頁三相鼠籠式異步電動機降壓起動方法的比較7-17主要性能指標起7.1.6 高起動轉矩的異步電動機7-18前面所介

10、紹的幾種鼠籠式異步電動機降壓起動方法，主要目的都是減小起動電流，但同時又都程度不同地降低了起動轉矩，因此只適合空載或輕載起動。對于重載起動，尤其要求起動過程很快的情況下，則需要起動轉矩較大的異步電動機。加大起動轉矩的方法是增大轉子電阻。對于繞線式異步電動機，則可在轉子回路內(nèi)串電阻。對于鼠籠式異步電動機，只有設法加大鼠籠本身的電阻值，成為高起動轉矩的鼠籠式異步電動機1 高轉差率鼠籠式異步電動機具有堵轉轉矩大、堵轉電流小、轉差率高和機械特性軟等特點，適用于傳動飛輪轉矩大和不均勻沖擊負載以及正、反轉的工作場合。如錘擊機、剪刀機、沖壓機和鍛冶機等設備。第17頁/共98頁7.1.6 高起動轉矩的異步電動

11、機7-18前面所介紹的幾種鼠7.1.6 高起動轉矩的異步電動機7-192 深槽式鼠籠異步電動機深槽異步電動機的槽型窄而深，處于槽底等效線匝的漏電抗大于處于槽口等效線匝的漏電抗。起動時，由于異步電動機轉子電路頻率較高，電流大部分集中在槽口部分的導體（集膚效應），轉子的等效電阻大。起動結束以后，異步電動機轉子電路頻率較低 （1-3 Hz），集膚效應消失，轉子導條電阻變?yōu)檩^小的直流電阻。第18頁/共98頁7.1.6 高起動轉矩的異步電動機7-192 深槽式鼠籠異步7.1.6 高起動轉矩的異步電動機7-203 雙鼠籠式異步電動機上籠導條細，采用黃銅制作，電阻率大，為起動籠；上籠導條粗，采用紫銅制作，電

12、阻率小，為運行籠。第19頁/共98頁7.1.6 高起動轉矩的異步電動機7-203 雙鼠籠式異步電7.2繞線式異步電動機的起動7-217.2.1轉子回路串電阻起動為了使整個起動過程中盡量保持較大的起動轉矩、繞線式異步電動機可以采用逐級切除起動電阻的轉子串電阻分級起動。第20頁/共98頁7.2繞線式異步電動機的起動7-217.2.1轉子回路串電阻7.2.1轉子回路串電阻起動7-22最大起動轉矩T1和切換轉矩T2的選擇起動過程分析1. A點2. E點3. F 點4. G點5. 經(jīng)過H點，在K點穩(wěn)定。第21頁/共98頁7.2.1轉子回路串電阻起動7-22最大起動轉矩T1和切換轉7.2.1轉子回路串電阻

13、起動7-23起動電阻的計算第22頁/共98頁7.2.1轉子回路串電阻起動7-23起動電阻的計算第22頁/7.2.1轉子回路串電阻起動7-24起動電阻的計算第23頁/共98頁7.2.1轉子回路串電阻起動7-24起動電阻的計算第23頁/7.2.1轉子回路串電阻起動7-25起動電阻的計算第24頁/共98頁7.2.1轉子回路串電阻起動7-25起動電阻的計算第24頁/7.2.2 轉子串頻敏變阻器起動7-26轉子串頻敏變阻器起動的三相繞線式異步電動機接線原理圖如圖5.起動開始，開關K斷開，電動機轉子串入頻敏變阻器起動。電機轉速達到穩(wěn)定值后，開關K接通，切除頻敏變阻器，電動機進入正常運行。1接線原理第25頁

14、/共98頁7.2.2 轉子串頻敏變阻器起動7-26轉子串頻敏變阻器起動7.2.2 轉子串頻敏變阻器起動7-27變阻器是一種無觸點電磁元件，相當于一個等值阻抗。在電動機過程中，由于等值阻抗便隨轉子電流頻率減小而自動下降（自動變阻），從而只須一級變阻器，就可以把電動機平穩(wěn)地起動起來。變阻器實質上是一個鐵芯損耗特大的三相電抗器。它由數(shù)片E型鋼板疊合成的鐵芯及線圈兩個主要部份組成。鋼板間來以墊圈，保持片間距離，以利散熱。 2 結構第26頁/共98頁7.2.2 轉子串頻敏變阻器起動7-27變阻器是一種無觸點電7.2.2 轉子串頻敏變阻器起動7-28頻敏變阻器每一相的等值電路與變壓器空載運行時的等值電路是

15、一致的，忽略繞組漏阻抗時，其勵磁阻抗為勵磁電阻與勵磁電抗串聯(lián)組成，但是與一般變壓器勵磁阻抗不完全相同，主要表現(xiàn)在以下兩點：頻率為50Hz的電流通過時，阻抗比一般變壓器勵磁阻抗小得多。這樣串在轉子回路中，既限制了起動電流，又不致使起動電流過小而減小起動轉矩。頻率為50Hz的電流通過時, rp xp，其原因是：頻敏變阻器中磁密取得高，鐵心處于飽和狀態(tài)，勵磁電流越大，因此勵磁電抗較小。而鐵心是厚鐵板或厚鋼板的、磁滯渦流損耗都很大，頻敏變阻器的單位重量鐵心中的損耗，與一般變壓器相比較要大幾百倍，因此 較大。3 工作原理第27頁/共98頁7.2.2 轉子串頻敏變阻器起動7-28頻敏變阻器每一相的等7.2

16、.2 轉子串頻敏變阻器起動7-29繞線式三相異步電動機轉子串頻敏變阻器起動時，s1，轉子回路中的電流的頻率為50Hz。轉子回路串入zp = rp+ xp ，而 rp xp ，因此轉子回路主要是串入了電阻。這樣，轉子回路功率因數(shù)大大提高了，既限制了起動電流，又提高了起動轉矩。當轉速上升， f2下降， rp下降， xp也下降。當參數(shù)設計的合適，可以獲得恒轉矩特性。3 工作原理第28頁/共98頁7.2.2 轉子串頻敏變阻器起動7-29繞線式三相異步電動機7.3異步電動機的軟起動 7-30籠型電機傳統(tǒng)的降壓起動方式有Y- 起動、自耦降壓起動、電抗器起動等。這些起動方式都屬于有級降壓起動，存在明顯缺點，

17、即起動過程中出現(xiàn)二次沖擊電流。軟起動與傳統(tǒng)降壓起動方式的不同之處是：（1）無沖擊電流。軟起動器在起動電機時，通過逐漸增大晶閘管導通角，使電機起動電流從零線性上升至設定值。（2）恒流起動。軟起動器可以引入電流閉環(huán)控制，使電機在起動過程中保持恒流，確保電機平穩(wěn)起動。（3）根據(jù)負載情況及電網(wǎng)繼電保護特性選擇，可自由地無級調整至最佳的起動電流。第29頁/共98頁7.3異步電動機的軟起動 7-30籠型電機傳統(tǒng)的降壓起動方三種起動過程的電流比較異步電動機的起動過程與電流沖擊一級降壓起動 軟起動器 直接起動7-31第30頁/共98頁三種起動過程的電流比較異步電動機的起動過程與電流沖擊一級降壓 現(xiàn)代帶電流閉環(huán)

18、的電子控制軟起動器可以限制起動電流并保持恒值，直到轉速升高后電流自動衰減下來（圖中曲線c），起動時間也短于一級降壓起動。主電路采用晶閘管交流調壓器，用連續(xù)地改變其輸出電壓來保證恒流起動，穩(wěn)定運行時可用接觸器給晶閘管旁路，以免晶閘管不必要地長期工作。7-32 視起動時所帶負載的大小，起動電流可在 (0.54) IsN 之間調整，以獲得最佳的起動效果，但無論如何調整都不宜于滿載起動。負載略重或靜摩擦轉矩較大時，可在起動時突加短時的脈沖電流，以縮短起動時間。 軟起動的功能同樣也可以用于制動，用以實現(xiàn)軟停車。 第31頁/共98頁 現(xiàn)代帶電流閉環(huán)的電子控制軟起動器可以限制起動7.3異步電動機的軟起動 7

19、-33運用串接于電源與被控電機之間的軟起動器，控制其內(nèi)部晶閘管的導通角，使電機輸入電壓從零以預設函數(shù)關系逐漸上升，直至起動結束，賦予電機全電壓，即為軟起動。什么是電動機的軟起動軟起動器適用于哪些場合？原則上，籠型異步電動機凡不需要調速的各種應用場合都可適用。目前的應用范圍是交流380V（也可660V），電機功率從幾千瓦到800kW。軟起動器特別適用于各種泵類負載或風機類負載，需要軟起動與軟停車的場合。同樣對于變負載工況、電動機長期處于輕載運行，只有短時或瞬間處于重載場合，應用軟起動器（不帶旁路接觸器）則具有輕載節(jié)能的效果第32頁/共98頁7.3異步電動機的軟起動 7-33運用串接于電源與被控電

20、機之7.3.1軟起動器的主電路 7-34軟起動器是一種集電機軟起動、軟停車、輕載節(jié)能和多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置，國外稱為Soft Starter。它的主要構成是串接于電源與被控電機之間的三相反并聯(lián)閘管及其電子控制電路。改變晶閘管的觸發(fā)角，就可調節(jié)晶閘管調壓電路的輸出電壓。在整個起動過程中，軟起動器的輸出是一個平滑的升壓過程（且可具有限流功能），直到晶閘管全導通，電機在額定電壓下工作。第33頁/共98頁7.3.1軟起動器的主電路 7-34軟起動器是一種集電機軟起7.3.2軟起動方式 7-351 斜坡電壓軟起動這種起動方式最簡單，不具備電流閉環(huán)控制，僅調整晶閘管導通角，使之與時間成一定

21、函數(shù)關系增加。其缺點是，由于不限流，在電機起動過程中，有時要產(chǎn)生較大的沖擊電流使晶閘管損壞，對電網(wǎng)影響較大，實際很少應用。在軟起動過程中，電機起動轉矩逐漸增加，轉速也逐漸增加。軟起動一般有下面幾種起動方式。第34頁/共98頁7.3.2軟起動方式 7-351 斜坡電壓軟起動這種起動方式7.3.2軟起動方式 7-363 斜坡恒流軟起動是在電動機起動的初始階段起動電流逐漸增加，當電流達到預先所設定的值后保持恒定，直至起動完畢。起動過程中，電流上升變化的速率是可以根據(jù)電動機負載調整設定。電流上升速率大，則起動轉矩大，起動時間短。該起動方式是應用最多的起動方式，尤其適用于風機、泵類負載的起動。開機，即以

22、最短時間，使起動電流迅速達到設定值，也為階躍起動。通過調節(jié)起動電流設定值，可以達到快速起動效果。2 恒流軟起動第35頁/共98頁7.3.2軟起動方式 7-363 斜坡恒流軟起動是在電動機起7.3.2軟起動方式 7-374 脈沖恒流軟起動在起動開始階段，讓晶閘管在極短時間內(nèi)，以較大電流導通一段時間后回落，再按原設定值線性上升，連入恒流起動。該起動方法，在一般負載中較少應用，適用于重載并需克服較大靜摩擦的起動場合。第36頁/共98頁7.3.2軟起動方式 7-374 脈沖恒流軟起動在起動開始階7.4異步電動機的調速7-38三相異步電動機的調速方法很多，大致可以分成以下幾種類型：1)變頻調速2)變極調

23、速3)變轉差率調速變轉差率調速包括：包括降低電源電壓、繞線式異步電動機轉子回路串電阻，串極調速。此外，還有電磁調速電動機第37頁/共98頁7.4異步電動機的調速7-38三相異步電動機的調速方法很多，7.4.1變頻調速7-39改變?nèi)喈惒诫妱訖C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。1. 從基頻向下變頻調速降低電源頻率時，必須同時降低電源電壓。降低電源電壓有兩種控的制方法。？第38頁/共98頁7.4.1變頻調速7-39改變?nèi)喈惒诫妱訖C電源頻率，可以改7.4.1變頻調速7-401) 保持E1/f1=const第3

24、9頁/共98頁7.4.1變頻調速7-401) 保持E1/f1=const7.4.1變頻調速7-411) 保持E1/f1=const第40頁/共98頁7.4.1變頻調速7-411) 保持E1/f1=const7.4.1變頻調速7-42當改變頻率時，若保持 E1/f1=const，最大轉矩Tm也為常數(shù)，與頻率無關，并且最大轉矩對應的轉速降落相等，也就是不同頻率的各條機械特性是平行的，硬度相同。這種調速方法機械特性較硬，在一定的靜差率要求下，調速范圍寬，而且穩(wěn)定性好。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。另外，電動機在正常負載運行時，轉差率s較小，因此轉差功率較小，效率較高。 1)

25、 保持E1/f1=const第41頁/共98頁7.4.1變頻調速7-42當改變頻率時，若保持 E1/f1=7.4.1變頻調速7-43保持 E1/f1=const，當T=TN時，I2=I2N,則I1=I1N。所以，為恒轉矩的調速方式。1) 保持E1/f1=const第42頁/共98頁7.4.1變頻調速7-43保持 E1/f1=const，當T7.4.1變頻調速7-442) 保持U1/f1=const上式可以看出，當頻率減小時，最大轉矩不是一個常數(shù)第43頁/共98頁7.4.1變頻調速7-442) 保持U1/f1=const7.4.1變頻調速7-452) 保持U1/f1=const已知（x1+x2）

26、與f1成正比變化， r1與f1無 關。因此，在f1接近額定頻率時， r1 （x1+x2）隨著f1的減小，Tm減少得不多，但是，當f1較低時,（x1+x2）比較小， 相對變大了。這樣一來，隨著f1的降低，Tm就減小了。顯然此時的機械特性上面的機械特性，特別在低頻低速的機械特性變壞了。保持 U1/f1=const降低頻率調速近似為恒轉矩調速方式。第44頁/共98頁7.4.1變頻調速7-452) 保持U1/f1=const7.4.1變頻調速7-462) 保持U1/f1=const頻率越低時最大轉矩值越小，最大轉矩是隨著的頻率降低而減小的。頻率很低時Tm太小將限制電動機的帶載能力，采用定子壓降補償，適

27、當?shù)靥岣唠妷?，可以增強帶載能力， 低頻時，定子漏磁阻抗壓降所占的份量就比較顯著，不再能忽略。這時，可以人為地把電壓抬高一些，以便近似地補償定子壓降。Torqueboost第45頁/共98頁7.4.1變頻調速7-462) 保持U1/f1=const7.4.1變頻調速7-47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UN不變，頻率越高，磁通m越低，但轉速卻升高了，可以認為輸出功率基本不變。所以基頻以上變頻調速屬于弱磁恒功率調速。 2. 從基頻向上變頻調速第46頁/共98頁7.4.1變頻調速7-47升高電源電壓是不允許的，因此升高頻7.4.1變頻調速7-482. 從基頻向上變頻調

28、速因此，頻率越高時，Tm越小， sm也減小。保持 U1= UN ，如果保持電流不變，電動機的電磁功率也不變。所以，為恒功率的調速方式第47頁/共98頁7.4.1變頻調速7-482. 從基頻向上變頻調速因此，頻率7.4.1變頻調速7-49恒壓頻比（U1/f1=const ）控制最容易實現(xiàn)，變頻機械特性基本上是平行下移，硬度也較好，能夠滿足一般的調速要求，但低速帶載能力有些差強人意，須對定子壓降實行補償。恒E1/f1控制是通常對恒壓頻比控制實行電壓補償?shù)臉藴剩梢栽诜€(wěn)態(tài)時達到，從而改善了低速性能。但機械特性還是非線性的，產(chǎn)生轉矩的能力仍受到限制。 如果把電壓-頻率協(xié)調控制中的電壓再進一步提高，把轉

29、子漏抗的壓降也抵消掉，得到恒Er/f1控制, 可以得到和直流他勵電動機一樣的線性機械特性，按照轉子全磁通恒定進行控制即得m =恒值，在動態(tài)中也盡可能保持恒定是矢量控制系統(tǒng)所追求的目標第48頁/共98頁7.4.1變頻調速7-49恒壓頻比（U1/f1=const 7.4.1變頻調速7-50調速范圍大；機械特性硬，靜差率小頻率可以連續(xù)調節(jié)，變頻調速為無級調速。從基頻向下調速，為恒轉矩調速方式；從基 頻向上調速，近似為恒功率調速方式；運行效率高；3 三相異步電動機變頻調速具有以下幾個特點第49頁/共98頁7.4.1變頻調速7-50調速范圍大；3 三相異步電動機變頻7.4.2變極調速7-511 .變極原

30、理電動機轉速使如何改變的？ 改變定子的極對數(shù)便可改變異步電動機的同步轉速，從而改變電動機的轉速 n= 60 f1 /p(1-s)適用電動機 變極調速一般只適用于鼠籠式電動機調速 注意磁通旋轉方向變極調速中，當定子繞組的接線方式改變的同時，還需要改變定子繞組的相序；即倒換定子電流的相序，以保證變極調速前后電動機的轉向不變，即要求磁通旋轉方向不變。第50頁/共98頁7.4.2變極調速7-511 .變極原理電動機轉速使如何改變7.4.2變極調速7-521 .變極原理三相異步電動機定子繞組極對數(shù)的改變，是通過改變繞組的接線方式實現(xiàn)的。一個四極電機 相定子繞組的兩個線圈頭尾相連時，具有四個磁極 ；如果將

31、定子繞組的聯(lián)接方式改變，根據(jù)每相繞組中，一半線圈的電流方向，用右手螺旋定則確定出磁通方向，此時定子繞組具有兩個磁極 。由此可見，讓半相繞組的電流方向，就能使極對數(shù)減半，從而使同步轉速增加一倍，運行的轉速也接近成倍變化第51頁/共98頁7.4.2變極調速7-521 .變極原理三相異步電動7.4.2變極調速7-532 .Y-YY變極接法Y接法第52頁/共98頁7.4.2變極調速7-532 .Y-YY變極接法Y接法第527.4.2變極調速7-542 .Y-YY變極接法YY接法第53頁/共98頁7.4.2變極調速7-542 .Y-YY變極接法YY接法第57.4.2變極調速7-552 .Y-YY變極接法

32、YY接法Y接法第54頁/共98頁7.4.2變極調速7-552 .Y-YY變極接法YY接法Y接7.4.2變極調速7-563 . -YY變極接法接法第55頁/共98頁7.4.2變極調速7-563 . -YY變極接法接法第7.4.2變極調速7-573 . -YY變極接法YY接法第56頁/共98頁7.4.2變極調速7-573 . -YY變極接法YY接法7.4.2變極調速7-583 . -YY變極接法YY接法接法第57頁/共98頁7.4.2變極調速7-583 . -YY變極接法YY接法7.4.2變極調速7-594 .特點和性能變極調速設備簡單，體積小，重量輕，運行可靠，操作方便；變極調速的機械特性較硬，

33、可實現(xiàn)恒轉矩調速和接近恒功率調速，且轉差功率損耗基本不變，效率較高；變極調速方法為有級調速，且調速的級數(shù)不多，一般最多為四級。普遍應用于各種機床、起重機和輸送機等設備上；變極調速的平滑性較差。為了改進調速的平滑性，可采用變極調速與降壓調速相結合的方法。從而擴大了調速范圍，又減小了低速損耗。第58頁/共98頁7.4.2變極調速7-594 .特點和性能變極調速設備簡單，7.4.3轉子串電阻調速7-601 . 調速原理由三相異步電動機轉子回路串電阻的人為機械特性在同步轉速 和最大轉矩不變的條件下，臨界轉差率 與轉子回路電阻值 成正比， 改變轉子回路串入的電阻值R，可以改變臨界轉差率，即降低了轉速，對

34、于恒轉矩負載，轉子回路串入電阻 越大，臨界轉差率越大，則轉速越低,從而實現(xiàn)了轉速的調節(jié)。第59頁/共98頁7.4.3轉子串電阻調速7-601 . 調速原理由三相異步電7.4.3轉子串電阻調速7-612 特點和性能繞線式異步電動機轉子回路串電阻調速方法簡單，調速設備簡單，易于實現(xiàn);調速方法為分段多級調節(jié)，為有級調速系統(tǒng)，且調速的平滑性較差;不利于空載或輕載調速，表現(xiàn)于轉速變化很小; 低速時轉差率大。轉差功率大，效率低，經(jīng)濟性差;調速范圍不大，一般為（23）1，負載小時，調速范圍更小。這種調速方法多用于起重機一類的對調速性能要求不高的場合，對泵類負載也能應用。第60頁/共98頁7.4.3轉子串電阻

35、調速7-612 特點和性能繞線式異步電動7.4.4 串級調速7-62串極調速適用于繞線轉子異步電動機，與其他電動機或電子設備串級聯(lián)接以實現(xiàn)平滑調速， 在異步電動機轉子電路內(nèi)引入與電動機轉子頻率相同的感應電動勢 Ef， 以調節(jié)異步電動機的轉速。定、轉子三相繞組分別接到兩個獨立的三相對稱電源，其中定于繞組的電源為固定頻率的工業(yè)電源，而轉子電源電壓的幅值、頻率和相位則需按運行要求分別進行調節(jié)。也稱為雙饋調速。繞線式異步電動機多用在要求起動轉矩大或要求調速的負載場合,在這兩種場合下傳統(tǒng)的方法是在轉子回路中串聯(lián)電阻.但這種調速方法的效率是比較低的,而且調速性能也不理想.。 第61頁/共98頁7.4.4

36、串級調速7-62串極調速適用于繞線轉子異步電動機轉子附加電動勢 繞線轉子異步電動機轉子附加電動勢的原理圖附加電動勢與轉子電動勢有相同的頻率，可同相或反相串接。 引入可控的交流附加電動勢7-63第62頁/共98頁轉子附加電動勢 繞線轉子異步電動機轉子附加電動勢的原理圖7.4.4 串級調速7-641 . Ef和E2s反相第63頁/共98頁7.4.4 串級調速7-641 . Ef和E2s反相7.4.4 串級調速7-651 . Ef和E2s反相因此轉子電流 I2 減少, 異步電動機轉矩 T減少, 使電動機轉速下降，轉差率增加, 從而使 E2s - Ef增加, 一直下降到新的穩(wěn)定點，調速過程結束。第64

37、頁/共98頁7.4.4 串級調速7-651 . Ef和E2s反相7.4.4 串級調速7-662. Ef和E2s同相第65頁/共98頁7.4.4 串級調速7-662. Ef和E2s同相第7.4.4 串級調速7-672. Ef和E2s同相因此轉子電流 I2 增加, 異步電動機轉矩 T 增加, 使電動機轉速增加，轉差率下降, 從而使 E2s +Ef 下降, 一直加速到新的穩(wěn)定點，調速過程結束。第66頁/共98頁7.4.4 串級調速7-672. Ef和E2s同相因7.4.4 串級調速在繞線轉子異步電動機的轉子側引入一個可控的附加電動勢，就可調節(jié)電動機的轉速。電機在次同步轉速下作電動運行電機在反轉時作倒

38、拉制動運行電機在超同步轉速下作回饋制動運行電機在超同步轉速下作電動運行電機在次同步轉速下作回饋制動運行7-68第67頁/共98頁7.4.4 串級調速在繞線轉子異步電動機的轉子側引入一個可控7.4.4 串級調速7-693. 串級調速系統(tǒng)對于只用于次同步電動狀態(tài)的情況來說，比較方便的辦法是將轉子電壓先整流成直流電壓，然后再引入一個附加的直流電動勢，控制此直流附加電動勢的幅值，就可以調節(jié)異步電動機的轉速。 這樣，就把交流變壓變頻這一復雜問題，轉化為與頻率無關的直流變壓問題，對問題的分析與工程實現(xiàn)都方便多了。 第68頁/共98頁7.4.4 串級調速7-693. 串級調速系統(tǒng)對于只用于次同對直流附加電動

39、勢的技術要求 首先，它應該是可平滑調節(jié)的，以滿足對電動機轉速平滑調節(jié)的要求；其次，從節(jié)能的角度看，希望產(chǎn)生附加直流電動勢的裝置能夠吸收從異步電動機轉子側傳遞來的轉差功率并加以利用。 7.4.4 串級調速7-70第69頁/共98頁對直流附加電動勢的技術要求 首先，它應該是可平滑調節(jié)的，以滿 系統(tǒng)方案 根據(jù)以上兩點要求，較好的方案是采用工作在有源逆變狀態(tài)的晶閘管可控整流裝置作為產(chǎn)生附加直流電動勢的電源，這就形成了功率變換單元CU2。 按照上述原理組成的異步電機在低于同步轉速下作電動狀態(tài)運行的雙饋調速系統(tǒng)如圖所示，習慣上稱之為電氣串級調速系統(tǒng)。 7-71第70頁/共98頁 系統(tǒng)方案 根據(jù)以上兩點要求

40、，較好的方案是采用工圖電氣串級調速系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)組成7-72第71頁/共98頁圖電氣串級調速系統(tǒng)原理圖 系統(tǒng)組成7-72第71頁/共98 功率變換單元UR 三相不可控整流裝置，將異步電機轉子相電動勢 sEr 整流為直流電壓 Ud 。UI 三相可控整流裝置，工作在有源逆變狀態(tài)：可提供可調的直流電壓 Ui ，作為電機調速所需的附加直流電動勢；可將轉差功率變換成交流功率，回饋到交流電網(wǎng)。7-73第72頁/共98頁 功率變換單元UR 三相不可控整流裝置，將異步電機轉子相 工作原理（1）起動起動條件 對串級調速系統(tǒng)而言，起動應有足夠大的轉子電流 Ir 或足夠大的整流后直流電流 Id ，為此，轉子整流電

41、壓 Ud 與逆變電壓 Ui 間應有較大的差值。7-74第73頁/共98頁 工作原理（1）起動7-74第73頁/共98頁 起動控制控制逆變角 ，使在起動開始的瞬間，Ud與 Ui 的差值能產(chǎn)生足夠大的 Id ，以滿足所需的電磁轉矩，但又不超過允許的電流值，這樣電動機就可在一定的動態(tài)轉矩下加速起動。隨著轉速的增高，相應地增大 角以減小值 Ui ，從而維持加速過程中動態(tài)轉矩基本恒定 。7-75第74頁/共98頁 起動控制控制逆變角 ，使在起動開始的瞬間，Ud與 Ui工作原理（2）調速調速原理：通過改變 角的大小調節(jié)電動機的轉速。調速過程：UiIdK1sEr0nTeTe = TLId（3） 停車 串級調

42、速系統(tǒng)沒有制動停車功能。只能靠減小 角逐漸減速，并依靠負載阻轉矩的作用自由停車。 7-76第75頁/共98頁工作原理（2）調速UiIdK1sEr0nTeTe7.4.4 串級調速7-77特點和性能串級調速的控制設備較復雜，成本較高，控制困難。因為轉子回路串入了一個頻率與轉子電壓 頻率相同的外加電壓 ，且要隨頻率 變化，是相當困難的。因此，在實際應用中，通常是將轉子外加電壓 ，用整流器整流成可控的直流電壓來代替交變電壓；串級調速的機械特性較硬，調速平滑性好，轉差功率損耗小，效率較高；低速時，轉差功率損耗較大，功率因數(shù)較低，過載能力較弱；串級調速范圍一般為 (24):1 , 適用于大容量的通風機，提

43、升機等泵類負載。第76頁/共98頁7.4.4 串級調速7-77特點和性能串級調速的控制設備較復7.4.5 調壓調速7-78轉子電阻較小, 帶風機類負載時轉子電阻較大, 帶恒轉矩負載時第77頁/共98頁7.4.5 調壓調速7-78轉子電阻較小, 帶風機類負載時轉7.4.5 調壓調速7-79速度閉環(huán)調壓調速系統(tǒng)速度閉環(huán)調壓調速靜特性第78頁/共98頁7.4.5 調壓調速7-79速度閉環(huán)調壓調速系統(tǒng)速度閉環(huán)調壓7.4.6 電磁調速電動機7-80電磁調速電動機由鼠籠異步電動機，電磁轉差離合器和控制部分組成。其中電磁轉差離合器是一個鼠籠異步電動機與負載之間的互相連接的電器設備，電磁轉差離合器主要由電樞和

44、磁極兩個旋轉部分組成。第79頁/共98頁7.4.6 電磁調速電動機7-80電磁調速電動機由鼠籠異步電7.4.6 電磁調速電動機7-81磁極部分的勵磁繞組通入的勵磁電流時，磁極部分則產(chǎn)生磁場。由于電樞與磁極之間有相對運動，電樞感應電動勢并產(chǎn)生電流。電樞載流導體受磁極的磁場作用產(chǎn)生作用于電樞上的電磁力和電磁轉矩 ，其的方向與電樞的旋轉方向相反，是制動轉矩。而磁極部分則受到與電樞部分大小相等的，方向相反的電磁轉矩。則磁極部分的負載跟隨電樞轉動，由于異步電動機的固有機械特性較硬，認為電樞的轉速是恒定不變的，而磁極的轉速 取決與磁極繞組的電流 的大小。只要改變磁極電流 的大小，就可以改變磁場的強弱，則磁

45、極和負載轉速 就不同，從而達到調速的目的。第80頁/共98頁7.4.6 電磁調速電動機7-81磁極部分的勵磁繞組通入的勵7.4.6 電磁調速電動機7-82為了提高機械特性的硬度，擴大調速范圍，和降壓調速方法一樣。工程上常采用轉速負反饋閉環(huán)調速系統(tǒng)。其特性曲線的分析類似轉速負反饋降壓調速閉環(huán)控制系統(tǒng)。這種調速方法廣泛用于紡織、造紙、煙草等機械上以及具有泵類負載特性的設備上第81頁/共98頁7.4.6 電磁調速電動機7-82為了提高機械特性的硬度，擴7.4.2電磁調速電動機7-83特點和性能電磁轉差離合器設備簡單，控制方便，可平滑調速；電磁轉差離合器的機械特性較軟，轉速穩(wěn)定性較差，調速范圍較低。采

46、用下述閉環(huán)控制系統(tǒng)的調速范圍一般可達到10:1；電磁轉差離合器與三相鼠籠式異步電動機裝成一體，即同一個機殼時，稱為滑差電機或電磁調速異步電動機；低速時轉動功率損耗較大，效率較低。第82頁/共98頁7.4.2電磁調速電動機7-83特點和性能電磁轉差離合器設備7.5異步電動機的制動7-84制動基本概念異步電動機制動目的迅速減速及停車限制下放位能性負載的速度三相異步電動機的制動方法回饋制動，反接制動，倒拉反轉反接制動及能耗制動第83頁/共98頁7.5異步電動機的制動7-84制動基本概念第83頁/共98頁7.5.1 回饋制動7-851 . 回饋制動特點回饋制動狀態(tài)的特點是電動機轉速高于同步速度軸上輸出

47、的機械功率定子到轉子的電磁功率第84頁/共98頁7.5.1 回饋制動7-851 . 回饋制動特點回饋制動狀態(tài)7.5.1 回饋制動7-861 . 回饋制動特點異步電機發(fā)電運行的自勵第85頁/共98頁7.5.1 回饋制動7-861 . 回饋制動特點異步電機發(fā)電7.5.1 回饋制動7-872 . 回饋制動特點正向回饋制動反向回饋制動第86頁/共98頁7.5.1 回饋制動7-872 . 回饋制動特點正向回饋制動7.5.1 回饋制動7-883 . 回饋制動的實現(xiàn)下放重物當三相異步電動機拖動位能性恒轉矩負載，電源為負相序（A、 C、 B）時，電動機運行于 第IV象限，電磁轉矩T0，轉速 n0,稱為反向回饋制動運行。第87頁/共98頁7.5.1 回饋制動7-883 . 回饋制動的實現(xiàn)下放重物當7.5.1 回饋制動7-893 . 回饋制動的實現(xiàn)變極調速和變頻調速能量回饋減速過程加快了第88頁/共98頁7.5.1 回饋制動7-893 . 回饋制動的實現(xiàn)變極調速和7.5.2 反接制動7-90處于正向電動運行的三相繞線式異步電動機，當改變?nèi)嚯娫吹南嘈驎r，