电子科技大学电机与拖动基础

1、电子科技大学电机与拖动基础 电机与拖动基础 三相异步电动机的调速 电子科技大学电机与拖动基础 电机与拖动基础 三相异步电动机的调速 电子科技大学电机与拖动基础 三相异步电动机的调速 交流电动机与直流拖动系统相似，在实际应用中往往也要求拖动生产机械交流电动机与直流拖动系统相似，在实际应用中往往也要求拖动生产机械 的转速能够调节的转速能够调节 交流电机实现调速要比直流调速复杂和困难得多。本章仅讨论异步电动机交流电机实现调速要比直流调速复杂和困难得多。本章仅讨论异步电动机 调速的基本原理、方法与特性调速的基本原理、方法与特性 由异步电动机转速的表达式由异步电动机转速的表达式 调速方法调速方法 改变定

2、子绕组的极对数改变定子绕组的极对数p p 改变供电电源频率改变供电电源频率f f1 1 改变电动机的转差率改变电动机的转差率s s 改变定子电压的调压调速；改变定子电压的调压调速； 绕线式异步电动机的转子串电阻调速；绕线式异步电动机的转子串电阻调速； 电磁离合器调速；电磁离合器调速； (1)(1) 绕线式异步电动机的双馈调速与串级调速绕线式异步电动机的双馈调速与串级调速。 s p f snn1 60 1 1 0 电子科技大学电机与拖动基础 变极调速 改变定子的极对数，可使异步电动机的同步转速改变定子的极对数，可使异步电动机的同步转速n n0 0改变改变 改变定子绕组的极对数，通常用改变定子绕组

3、的联结方式来改变定子绕组的极对数，通常用改变定子绕组的联结方式来 实现。变极可以采用多种方式方法，实现。变极可以采用多种方式方法， 电子科技大学电机与拖动基础 变极调速 变极调速原理变极调速原理 电子科技大学电机与拖动基础 变极调速 星形联结改变成两个并联的星形联结 三角形联结改变成两个并联的星形联结 电子科技大学电机与拖动基础 变极调速 二级异步电机接线二级异步电机接线 旋转方向旋转方向ABC 四级异步电机接线四级异步电机接线 旋转方向旋转方向ACB 电子科技大学电机与拖动基础 变极调速 由此可知，若要使定子绕组的极对数改变一倍，只要改变定由此可知，若要使定子绕组的极对数改变一倍，只要改变定

4、 子绕组的连接方式，即将每相绕组分成两个子绕组的连接方式，即将每相绕组分成两个“半相绕组半相绕组”， 通过改变其引出端的联结方式，使其中任一通过改变其引出端的联结方式，使其中任一“半相绕组半相绕组”中中 的电流反向，即可使定子绕组的极对数增大（或减少）一倍。的电流反向，即可使定子绕组的极对数增大（或减少）一倍。 常用的改变定子绕组极对数的连接方法有两种，如下图所示常用的改变定子绕组极对数的连接方法有两种，如下图所示 电子科技大学电机与拖动基础 变极调速 变极调速时，电动机的容许输出功率或转矩在变速前后的关系。变极调速时，电动机的容许输出功率或转矩在变速前后的关系。 输出功率为输出功率为 假定在

5、不同的极对数下，假定在不同的极对数下， 与与 保持不变，有保持不变，有 如果忽略定子损耗，则电磁功率如果忽略定子损耗，则电磁功率 与输入功率与输入功率 相等，转矩相等，转矩 为为 定子绕组从一个星型联结改成二个星型联结的并联时，极对数减少定子绕组从一个星型联结改成二个星型联结的并联时，极对数减少 一半，一半， 增加一倍增加一倍 为使调速时电动机充分利用，在高、低速运行时，电动机绕组内都为使调速时电动机充分利用，在高、低速运行时，电动机绕组内都 流过额定电流，这样在两种联结法下的转矩之比和功率之比分别为流过额定电流，这样在两种联结法下的转矩之比和功率之比分别为 21x PU I 1 1 00 9

6、550 xT x U IP TU I p nn 2111 3cosPPU I 1 cos T P 1 P (2 ) 1 (2) N Y YYN U Ip T TUIp 11 1 3cos1 23(2)cos NNY YY NN U IP PUI 0 n T 电子科技大学电机与拖动基础 变极调速 当定子绕组从一个三角型联结改成二个星型联结的并联时，极对数也当定子绕组从一个三角型联结改成二个星型联结的并联时，极对数也 减少一半。二种联结法的功率比和力矩比分别为：减少一半。二种联结法的功率比和力矩比分别为： 1 1 9.55/ 3 9.55/2 YYYY TPn TPn 3 3 (2)2 N YYN

7、 U I P PUI 电子科技大学电机与拖动基础 变极调速 效果： Y/YYY/YY变极调速，改接前后电动机输出的转矩之比为变极调速，改接前后电动机输出的转矩之比为1 1，属于恒转矩性质，属于恒转矩性质 适用于恒转矩负载的拖动系统，如起重机、传输带等机械适用于恒转矩负载的拖动系统，如起重机、传输带等机械 /YY/YY改接方法，电动机的输出功率在改接前后基本保持不变，改接方法，电动机的输出功率在改接前后基本保持不变，/YY/YY变变 极调速属于恒功率性质。适用于恒功率负载。如：卷绕系统。极调速属于恒功率性质。适用于恒功率负载。如：卷绕系统。 特点：特点： 异步电动机的变极调速简单可靠、成本低、效

8、率高、机械特性硬，且既异步电动机的变极调速简单可靠、成本低、效率高、机械特性硬，且既 可适用于恒转矩调速也可适用于恒功率调速。可适用于恒转矩调速也可适用于恒功率调速。 变极调速是有级调速，不能实现均匀平滑的无级调速，且能实现的速度变极调速是有级调速，不能实现均匀平滑的无级调速，且能实现的速度 档也不可能太多。档也不可能太多。 多速电动机的尺寸一般比同容量的普通电动机稍大，运行性能也稍差一多速电动机的尺寸一般比同容量的普通电动机稍大，运行性能也稍差一 些，且接线头较多，并需要专门的换接开关，但总体上，变极调速还是些，且接线头较多，并需要专门的换接开关，但总体上，变极调速还是 一种比较经济的调速方

9、法一种比较经济的调速方法 电子科技大学电机与拖动基础 变频调速 异步电动机的同步转速异步电动机的同步转速 ， 改变，异步电动改变，异步电动 机的同步转速机的同步转速 也随之改变也随之改变 变频调速具有调速范围宽，平滑性好等特点，是异步电动变频调速具有调速范围宽，平滑性好等特点，是异步电动 机调速最有发展前途的一种方法。随着电力电子技术的发机调速最有发展前途的一种方法。随着电力电子技术的发 展，许多简单可靠、性能优异、价格便宜的变频调速装置展，许多简单可靠、性能优异、价格便宜的变频调速装置 已得到广泛应用已得到广泛应用 在异步电动机调速时，总是希望主磁通在异步电动机调速时，总是希望主磁通 保持为

10、额定值，保持为额定值， 因为：因为： 1 1、磁通太弱，电动机的铁心得不到充分利用，是一种浪费、磁通太弱，电动机的铁心得不到充分利用，是一种浪费 2 2、而如果磁通太强，又会使铁心饱和，导致过大的励磁电、而如果磁通太强，又会使铁心饱和，导致过大的励磁电 流，严重时甚至会因绕组过热而损坏电机。流，严重时甚至会因绕组过热而损坏电机。 对于直流电动机，其励磁系统是独立的对于直流电动机，其励磁系统是独立的, ,只要对电枢反应只要对电枢反应 的补偿合适，容易保持的补偿合适，容易保持 不变，而在异步电动机中，磁不变，而在异步电动机中，磁 通是定子和转子磁势共同作用的结果，所以保持通是定子和转子磁势共同作用

11、的结果，所以保持 不变不变 的方法与直流电动机的情况不同。的方法与直流电动机的情况不同。 01 60/nfp 1 f 0 n 电子科技大学电机与拖动基础 变频调速 根据异步电动机定子每相电动势有效值的公式根据异步电动机定子每相电动势有效值的公式 111 4.44 xw Ef N k 111 4.44 xxw UEf N k 1 f 如果略去定子漏阻抗压降，则定子端电压如果略去定子漏阻抗压降，则定子端电压 ，即有，即有 上式表明，在变频调速时，若定子端电压不变，则随着上式表明，在变频调速时，若定子端电压不变，则随着 频率频率 的减少，气隙磁通的减少，气隙磁通 将增加，使磁路饱和，磁路的将增加，使

12、磁路饱和，磁路的 非线性特性，励磁电流将显著上升。导致铁损急剧增加，非线性特性，励磁电流将显著上升。导致铁损急剧增加， 这也是不允许的。这也是不允许的。 在变频调速过程中应同时改变定子电压和频率，以保持在变频调速过程中应同时改变定子电压和频率，以保持 主磁通不变主磁通不变 xx UE 电子科技大学电机与拖动基础 变频调速 公式：公式： 为使在为使在f1f1 减少时，磁通保持不变，减少时，磁通保持不变， 必须为必须为 定值定值 对于恒转矩调速，如果变频装置保证对于恒转矩调速，如果变频装置保证 随随 成正比地变成正比地变 化，则可保证在频率变化过程中电动机具有同样的过载能化，则可保证在频率变化过程

13、中电动机具有同样的过载能 力，在恒转矩调速下的变频装置一般就是根据这一要求设力，在恒转矩调速下的变频装置一般就是根据这一要求设 计的计的 另外，另外， 增加时，如果增加时，如果 ，要求，要求 不变，则不变，则 也要增也要增 大，但电机额定电压的限制，必须大，但电机额定电压的限制，必须 。这将使。这将使 减减 小，势必导致电动机输出转矩下降。这种状态如同直流电小，势必导致电动机输出转矩下降。这种状态如同直流电 机的弱磁调速机的弱磁调速 111 4.44 xxw UEf N k 11 / xx EfUf x U 1 f 1 f 1N ff x U xN UU 电子科技大学电机与拖动基础 变频调速

14、电动机最大转矩为：电动机最大转矩为： 其中，其中， 在在 相对较高时，相对较高时， 可以忽略可以忽略R R1 1，得到，得到 将将 带入带入 电源频率电源频率 改变，定子电压、额定转矩及过载倍数变改变，定子电压、额定转矩及过载倍数变 为为 、 、 ，则频率变化前后的额定转矩比为，则频率变化前后的额定转矩比为 0112112 2/2()fpXXf LL ， 2 1 22 0 1121 2() x m Um T RXXR 121 XXR 2 1 x m U TC f 2 1 x N T U TC K f 22 1 1 NxT NxT TUfK TUfK 1 f mTN TK T 1 f x U N

15、 T T K 电子科技大学电机与拖动基础 变频调速 因此为了保证变频调速时电机过载能力不变，就要求变频因此为了保证变频调速时电机过载能力不变，就要求变频 前后的定子端电压、频率及转矩满足前后的定子端电压、频率及转矩满足 对于恒转矩负载调速对于恒转矩负载调速 对于恒转矩负载，采用恒压频比控制方式，既保证了电机对于恒转矩负载，采用恒压频比控制方式，既保证了电机 的过载能力不变，同时又满足主磁通的过载能力不变，同时又满足主磁通 保持不变的要求保持不变的要求 恒压频比变频调速适用于恒转矩负载恒压频比变频调速适用于恒转矩负载 在恒功率调速时，在恒功率调速时，得到得到 1 1 xN TT xN UTf K

16、K UfT 11 / NNxx TTUfUf常数 00 TNNN PTT 常数 11 11 1111 22 / TNNNNN NNxx ff PTTTfT f pp TTffUUff 功率不变 定值 电子科技大学电机与拖动基础 变频调速 由此可见，在恒功率调速时，如按由此可见，在恒功率调速时，如按 控制定子控制定子 电压的变化，能使电机的过载能力保持不变，但磁通将发电压的变化，能使电机的过载能力保持不变，但磁通将发 生变化；若按生变化；若按 控制定子电压的变化，则磁通控制定子电压的变化，则磁通 将基本保持不变，但电机的过载能力将在调速过程中发生将基本保持不变，但电机的过载能力将在调速过程中发生

17、 变化变化 讨论变频调速时的机械特性：讨论变频调速时的机械特性： 1 / x Uf 常数 1 / x Uf常数 2 2 21112 2222 0121211212 2 12 22 1212 1 / (/ )()2(/ )() / 2(/ )() xx x U RsUmm pf Rs T RRsXXfRRsXX Um pRs T RRsXXf 或 电子科技大学电机与拖动基础 变频调速 恒压频比控制变频调速时，恒压频比控制变频调速时， 产生最大转矩时的临界转差率产生最大转矩时的临界转差率 为为 当当 相对较大时，可忽略相对较大时，可忽略 ，则，则 不同频率时最大转矩所对应的转速降落为不同频率时最大

18、转矩所对应的转速降落为 恒压频比控制变频调速时，由于最大转矩和最大转矩所对恒压频比控制变频调速时，由于最大转矩和最大转矩所对 应的转速降落均为常数，临界转差率与频率成反比。此时应的转速降落均为常数，临界转差率与频率成反比。此时 异步电动机的机械特性是一组相互平行且硬度相同的曲线异步电动机的机械特性是一组相互平行且硬度相同的曲线 2 22 112 () m R s RXX 2 121 1 m R s XXf 1 / x Uf常数 212 0 22 12 112 6060 2() () mm RfR ns n pp LL RXX 1 f 1 R m s 电子科技大学电机与拖动基础 变频调速 在在

19、变到很低时，变到很低时， 也很小也很小, , 不能被忽略，且由于不能被忽略，且由于 和和 都较小，定子阻抗压降所占的份额比较大。此时，最都较小，定子阻抗压降所占的份额比较大。此时，最 大转矩和最大转矩对应的转速降落不再是常数大转矩和最大转矩对应的转速降落不再是常数, ,而是变小了而是变小了。 161514131211 ffffff 为保持低频时电动机有足够大为保持低频时电动机有足够大 的转矩，可以人为地使定子电的转矩，可以人为地使定子电 压压 抬高一些，近似地补偿抬高一些，近似地补偿 一些定子压降一些定子压降 1 f 12 xx 1 R x U 2 E x U 电子科技大学电机与拖动基础 变频

20、调速 基频以上调速基频以上调速频率频率f f1 1从额定频率从额定频率f f1N1N往上增加，若仍保往上增加，若仍保 持持U Ux/x/f f1 1 = =常数，势必使定子电压常数，势必使定子电压U Ux x超过额定电压超过额定电压U UN N，这是，这是 不允许的。这样，基频以上调速应采取保持定子电压不变不允许的。这样，基频以上调速应采取保持定子电压不变 的控制策略，通过增加频率的控制策略，通过增加频率f f1 1，使磁通，使磁通 m m与与f f1 1成反比地降成反比地降 低，这是一种类似于直流电机弱磁升速的调速方法低，这是一种类似于直流电机弱磁升速的调速方法 设保持定子电压设保持定子电压

21、U Ux=x=U UN N，改变频率时异步电动机的电磁转矩，改变频率时异步电动机的电磁转矩 由于由于f f1 1较高，可以忽略定子电阻较高，可以忽略定子电阻R R1 1，最大转矩，最大转矩T Tm m为为 2 21 22 11212 / 2(/ )() x U Rsm p T fRRsXX 22 11 2 22 11121 1112 1 24() 2() xx m UUm pm p TC ffXXf RRXX 电子科技大学电机与拖动基础 变频调速 其对应的最大转差与转速降落同前，为常数。这样，保持其对应的最大转差与转速降落同前，为常数。这样，保持 定子电压定子电压U Ux x不变，升高频率调速

22、时，最大转矩随频率的升不变，升高频率调速时，最大转矩随频率的升 高而减小，而最大转矩对应的转速降落是常数，因此对应高而减小，而最大转矩对应的转速降落是常数，因此对应 的机械特性是平行的，硬度也相同的。但频率越高，最大的机械特性是平行的，硬度也相同的。但频率越高，最大 转矩越小，如图所示转矩越小，如图所示 基频以上变频调速过程中，基频以上变频调速过程中， 异步电动机的电磁功率为异步电动机的电磁功率为 2 12 0 22 1212 / (/ )() x mU Rs PT RRsXX 电子科技大学电机与拖动基础 变频调速 在异步电动机的转差率在异步电动机的转差率s s 很小时，由于很小时，由于 上式

23、中的上式中的 均可忽略，即基频以上变频调速均可忽略，即基频以上变频调速 时，异步电动机的电磁功率可近似为时，异步电动机的电磁功率可近似为 由于变频调速过程中，若保持由于变频调速过程中，若保持U UN N不变，转差率不变，转差率s s变化也很变化也很 小，故可近似认为调速过程中小，故可近似认为调速过程中P P是不变的，即在基频以上是不变的，即在基频以上 的变频调速，可近似为恒功率调速的变频调速，可近似为恒功率调速 变频调速具有优异的性能，调速范围较大，平滑性较高，变频调速具有优异的性能，调速范围较大，平滑性较高， 变频时按不同规律变化可实现恒转矩或恒功率调速，以变频时按不同规律变化可实现恒转矩或

24、恒功率调速，以 适应不同负载的要求，低速时特性的静差率较高，是异适应不同负载的要求，低速时特性的静差率较高，是异 步电动机调速最有发展前途的一种方法步电动机调速最有发展前途的一种方法 21 /RsR， 22 121 0 22 12122 / (/ )() NN mURsmUs PT RRsXXR 212 /RsXX 112 RXX、 电子科技大学电机与拖动基础 变频调速 把基频以下和基频以上两种情况综合起来，可得到异把基频以下和基频以上两种情况综合起来，可得到异 步电动机变频调速控制特性，如图所示步电动机变频调速控制特性，如图所示 电子科技大学电机与拖动基础 变频调速 要实现变频调速必须有专用

25、的变频电源，随着新型电力要实现变频调速必须有专用的变频电源，随着新型电力 电子器件和半导体变流技术、自动控制技术等的不断发电子器件和半导体变流技术、自动控制技术等的不断发 展，变频电源目前都是应用电力电子器件构成的变频装展，变频电源目前都是应用电力电子器件构成的变频装 置。置。 图示为采用电力电子变频器供电的异步电动机变频图示为采用电力电子变频器供电的异步电动机变频 调速系统调速系统 电子科技大学电机与拖动基础 变频调速电压与频率计算 例：八极异步电动机的铭牌参数如下 当负载转矩Tz=0.8TN，要求转速 时，采用变频 调速方式，保持 ，试求定子绕组所需的电压和 频率？ 采用变频调速，且保持U

26、/f常数，相应的机械特性如图 11 75,380 ,148 ,720,2.4 NNNNT PkW UV IA nrpm K 540 B nrpm 1 /Uf 常数 1 50fHz 电子科技大学电机与拖动基础 变频调速电压与频率计算 0.8 LN TT A n 22 0.183 10.042.42.41 0.0087 mNTT ssKK （舍去） max 12 N mN T Nm T ss TK ss 1 1 750720 0.04 750 N N nn s n 产生最大电磁转矩时的临界 转差率可通过下列过程获得。 根据三相异步电动机机械特 性的实用公式 于是，此时临界转差率为 电子科技大学电机

27、与拖动基础 变频调速电压与频率计算 0.8 LN TT A n max 0.80.80.82 NN mA TNT Am TT ss TK TK ss 22 2.42.4 10.1831 0.80.80.80.8 0.0314 1.067() TT Am KK ss 舍去） 电子科技大学电机与拖动基础 变频调速电压与频率计算 24 B nrpm 00 0.0314 75024 AAA nnns nrpm 0 0 1 1 1 1 54024564 564 437.6 6060 37.6 :380285.76 50 BB nnnrpm n fpHz f UUV f 相应的频率为: 变频后的定子电压为

28、 电子科技大学电机与拖动基础 能耗转差调速 能耗转差调速方法能耗转差调速方法转子串电阻、改变定子电压、滑差转子串电阻、改变定子电压、滑差 电动机、串级调速及脉冲调速电动机、串级调速及脉冲调速 一、转子电路串电阻调速一、转子电路串电阻调速 电子科技大学电机与拖动基础 能耗转差调速 转子串电阻后，转子电流减小，使电磁转矩减小，电动机转子串电阻后，转子电流减小，使电磁转矩减小，电动机 将减速。转差率将减速。转差率 将增加到将增加到 增加到增加到 电动机到达新的运动状态。电动机到达新的运动状态。 电动机对应于电动机对应于 的转速稳定运行。的转速稳定运行。 由机械特性可知，转子电路串接电阻越大，机械特性

29、越软由机械特性可知，转子电路串接电阻越大，机械特性越软 在额定电压时，磁通在额定电压时，磁通 定值，调速时定值，调速时 可见可见 定值 2 2 2 1 2 2 2 2 2 N 2 2 N22 X s RR E X s R E II N 1 2 N 2 s RR s R 11 ()/snnn 12 ,s sE 12 s E 1 s 电子科技大学电机与拖动基础 能耗转差调速 串联电阻串联电阻 后，转差率由后，转差率由 增加到增加到 , ,转子电路功率因转子电路功率因 数为数为 以上二式分析可得以上二式分析可得 可见，转子串联电阻为恒转矩调速特性可见，转子串联电阻为恒转矩调速特性 转子功率损耗：转子

30、功率损耗： 忽略机械损耗，则输出机械功率忽略机械损耗，则输出机械功率 调速时转子电路的效率调速时转子电路的效率 当转速降低（当转速降低（s 增高）时，效率下降，转子损耗功率增高，增高）时，效率下降，转子损耗功率增高， 故经济性不高故经济性不高 22 22 22 22 22 22 1 ()/ coscos N N RRsRs RRR XX ss =定值 22 cos TJNNN TCIT=定值 2 222 3() T PsPIRR 2 (1) T PPs 2 22 (1) 1 (1) T TT PPs s PPPssP R N s 1 s 电子科技大学电机与拖动基础 绕线式转子异步电动机调速及制

31、动电阻的计算 调速及自动电阻计算调速及自动电阻计算 目的：选择适当电阻目的：选择适当电阻 R Rf f，在电动机调速及，在电动机调速及 制动时，保证在运行制动时，保证在运行 时有需要的调速及制时有需要的调速及制 动特性动特性 计算的方法是按已知计算的方法是按已知 条件，利用机械特性条件，利用机械特性 （一般是实用表达式）（一般是实用表达式） 进行，计算时必须注进行，计算时必须注 意不同运转状态下方意不同运转状态下方 程式中各参量的正负程式中各参量的正负 符号等不同特点符号等不同特点 绕线转子异步电 动机的机械特性 电子科技大学电机与拖动基础 绕线式转子异步电动机调速及制动电阻的计算 例：某绕线

32、转子异步电动机的铭牌参数如下例：某绕线转子异步电动机的铭牌参数如下 （1 1）当负载转矩）当负载转矩Tz=0.8TTz=0.8TN N，要求转速，要求转速n nB B=500rpm=500rpm时，转子每相时，转子每相 应串入多大的电阻应串入多大的电阻 （2 2）从电动状态（）从电动状态（A A点）点）n nA A=n=nN N时换接到反接制动状态，如果时换接到反接制动状态，如果 要求开始的制动转矩等于要求开始的制动转矩等于1.5T1.5TN N（图（图C C点），则转子每相应点），则转子每相应 串入多大电阻串入多大电阻 （3 3）如果该电动机带位能负载，负载转矩）如果该电动机带位能负载，负载

33、转矩Tz=0.8TTz=0.8TN N，要求稳，要求稳 定的下放转速定的下放转速n nD D=-300rpm=-300rpm，求转子每相的串入电阻值，求转子每相的串入电阻值 1122 75,380 ,144 ,399,116 1460,2.8 NNNNN NT PkW UV IA EIA nrpm K 电子科技大学电机与拖动基础 绕线式转子异步电动机调速及制动电阻的计算 解：解： （1 1）对于固有特性，有）对于固有特性，有 利用人为特性求解利用人为特性求解由机械特性实用表达式由机械特性实用表达式 将将带入带入 02 2 0 2 1500 14600.0267 399 0.02670.053

34、150033 116 NN N N nns E sR nI 22 10.02672.82.810.1445 mNTT ssKK 2 22 1 mTNTNTN m mm mm TK TK TK T Tss ssss TT ssss 0 0 1500500 0.6670.8 1500 B BN nn ssTT n 2 2 4.5972.82.8 10.6671 0.0970.80.8 TNTNNN m NN K TK TTT ss TTTT 电子科技大学电机与拖动基础 绕线式转子异步电动机调速及制动电阻的计算 当当 有有 利用异步电动机在额定段工作为直线特性利用异步电动机在额定段工作为直线特性 有

35、有 临界转差率临界转差率 2 2 2 22 4.56 110.0531.62 0.1445 fB mmm fB mm RR sRRs RR sRRs 222.8 0.02670.149 mTN sK s 1122 , m R XXsR及不变时， 222 2.8 0.6674.67 0.8 mTNN m N TK TT sss TTT 4.67 10.0531.6 0.149 fB R 电子科技大学电机与拖动基础 绕线式转子异步电动机调速及制动电阻的计算 （2 2）计算反接制动串入电阻）计算反接制动串入电阻 利用人为特性求解利用人为特性求解由机械特性实用表达式由机械特性实用表达式 0 0 150

36、0 1460 1.9731.5 1500 NCN nn sTT n 2 2 2.82.8 11.97316.80.58 1.51.5 TNTNNN m NN K TK TTT ss TTTT 或 6.8 6.810.0532.44 0.1445 mfA sR 0.57 0.5710.0530.16 0.1445 mfA sR 电子科技大学电机与拖动基础 绕线式转子异步电动机调速及制动电阻的计算 利用异步电动机在额定段工作为直线特性利用异步电动机在额定段工作为直线特性 （3 3）计算位能负载时应串入电阻值）计算位能负载时应串入电阻值 利用异步电动机在额定段工作为直线特性利用异步电动机在额定段工作

37、为直线特性 222 2.8 1.9737.37 1.5 mTNN m N TK TT sss TTT 222.8 0.02670.149 mTN sK s 7.37 10.0532.57 0.149 fC R 222.8 0.02670.149 mTN sK s 222 2.8 1.28.4 0.8 mTNN m N TK TT sss TTT 8.4 10.0532.94 0.149 fD R 电子科技大学电机与拖动基础 能耗转差调速改变定子电压 二二、改变定子电压调速、改变定子电压调速 改变定子电压，异步电动机改变定子电压，异步电动机 在同步转速在同步转速 和临界转差和临界转差 率率 将保

38、持不变，输出转矩将保持不变，输出转矩 与所加定子电压的平方成正与所加定子电压的平方成正 比比 对恒转矩负载，调速范围很对恒转矩负载，调速范围很 小，对较大的恒转矩负载，小，对较大的恒转矩负载， 不能起动，故不太适用恒转不能起动，故不太适用恒转 矩负载。矩负载。 对于通风机负载，调速范围对于通风机负载，调速范围 较大较大 改变异步电动机定 子电压的人为特性 0 n m s 电子科技大学电机与拖动基础 异步电动机调压调速的计算 例：某绕线转子异步电动机的铭牌参数如下 分析只使用电压调速的情况。 1122 75,380 ,144 ,399,116 1460,2.8 NNNNN NT PkW UV I

39、A EIA nrpm K 0 0 1500 1460 0.0267 1500 N nn s n 固有特性，有 22 10.02672.82.810.1445 mNTT ssKK 固有机械特性 222 2.8 490.58 = 0.1445 0.1445 mTN mm mm TK T T sssss sssss 9550 75 9550490.58 1460 N N N P T n 电子科技大学电机与拖动基础 异步电动机调压调速的计算 但对于风机、泵类负载可以调节范围较大。风机负载机械特性 222 2.8 490.582 1373.624 = 0.14450.1445 0.14450.1445

40、mTN mm mm TK T T ssssss ssssss 2.8=1.67 22222 42 (1)1500 (1) 2 10450(1) zs z TKnKnsKs KTs 取负载特性： 电子科技大学电机与拖动基础 异步电动机调压调速的计算 针对风机、泵类负载，进行电压调速。平衡状态时： 推到出代数方程： 2 222 2.8 490.582 1373.624 = 0.14450.1445 0.14450.1445 =450(1) mTN mm mm z TK T T ssssss ssssss Ts 2 2 432 2 1373.6240.14452 1373.624 =450(1)1-

41、 0.1445 0.1445450 0.1445 2 1373.624 6.9213.841.14450.2890.14450 450 s ss s s s ssss 电子科技大学电机与拖动基础 异步电动机调压调速的计算 解代数方程：由于电动状态调速时，s1，一般s1。 故，上述代数方程近似解应该与下述方程接近 2 2 432 2 1373.6240.14452 1373.624 =450(1)1- 0.1445 0.1445450 0.1445 2 1373.624 6.9213.841.14450.2890.14450 450 s ss s s s ssss 2 1373.624 0.28

42、90.14450 450 s 对于，额定电压，有： 如果，电压降低4倍，380/4=95V,则最大转矩降低16倍。 将有代数方程 =0.02261466snrpm 2 1373.624/16 0.2890.14450 450 s =0.21571176snrpm得到 电子科技大学电机与拖动基础 能耗转差调速改变定子电压 对于恒转矩调速，对于恒转矩调速，如能增如能增 加异步电动机的转子电阻加异步电动机的转子电阻 （如绕线式转子异步电动（如绕线式转子异步电动 机或高转差率鼠笼式异步机或高转差率鼠笼式异步 电动机），则改变电动机电动机），则改变电动机 定子电压可获得较大的调定子电压可获得较大的调 速

43、范围，如图示速范围，如图示 只是此时机械特性太软，只是此时机械特性太软， 静差率很难满足生产机械静差率很难满足生产机械 的要求的要求 电子科技大学电机与拖动基础 能耗转差调速改变定子电压 讨论改变电压调速方法中电动机的容许输出讨论改变电压调速方法中电动机的容许输出 由于由于 ，为使电动机调速时充分利用，为使电动机调速时充分利用， 则则 , , 也为恒值，则也为恒值，则 改变电压调速既不适合恒转矩又非适合恒功率负载。显改变电压调速既不适合恒转矩又非适合恒功率负载。显 然最适合然最适合 随随n n降低而降低的负载，如通风机负载降低而降低的负载，如通风机负载 为了改善改变定子电压调速特性，进一步扩大

44、调速范围，为了改善改变定子电压调速特性，进一步扩大调速范围， 在改变定子电压调速方法之外，发展出一种变极变压相在改变定子电压调速方法之外，发展出一种变极变压相 结合的调速方法结合的调速方法 22 N II 恒值 2 22 3/TIRs 1/Ts 2 R z T 电子科技大学电机与拖动基础 能耗转差调速改变定子电压 多速电动机在变极 变压时的机械特性 电子科技大学电机与拖动基础 能耗转差调速滑差电动机 三、滑差电动机（电磁调速三、滑差电动机（电磁调速 异步电动机）异步电动机） 结构结构笼型异步电动机笼型异步电动机 轴上装有一个电磁滑差轴上装有一个电磁滑差 离合器。离合器有一励离合器。离合器有一励

45、 磁绕组，改变励磁电流磁绕组，改变励磁电流 即可调节离合器的输出即可调节离合器的输出 转速转速 滑差离合器结构、原理、滑差离合器结构、原理、 调速性能调速性能 电子科技大学电机与拖动基础 能耗转差调速滑差电动机 电子科技大学电机与拖动基础 滑差电动机 1. 1. 电磁滑差离合器的调速原理电磁滑差离合器的调速原理 当绕组内有电流通过时，在电枢与感应子之间便有磁通相当绕组内有电流通过时，在电枢与感应子之间便有磁通相 链，如图中虚线所示。当异步电动机带动电枢旋转时，电链，如图中虚线所示。当异步电动机带动电枢旋转时，电 枢便以相应的转速在感应子所建立的磁场内旋转，于是电枢便以相应的转速在感应子所建立的

46、磁场内旋转，于是电 枢的各点上磁通处在不断重复的变化之中，根据电磁感应枢的各点上磁通处在不断重复的变化之中，根据电磁感应 定律可知，电枢上将出现感应电动势。当感应子也旋转时，定律可知，电枢上将出现感应电动势。当感应子也旋转时， 此感应电动势为此感应电动势为 12 ()EBlR 电子科技大学电机与拖动基础 能耗转差调速滑差电动机 在电枢上的感应电动势作用下，电枢内将出现涡流，值为在电枢上的感应电动势作用下，电枢内将出现涡流，值为 涡流与感应子磁场的相互作用力涡流与感应子磁场的相互作用力 沿电枢的切线方向有转矩：沿电枢的切线方向有转矩： 转矩转矩T T将带动生产机械旋转将带动生产机械旋转 如主动与

47、从动部分间没有相对运动，即如主动与从动部分间没有相对运动，即 ，则，则T=0T=0。 因此电枢与感应子间必须存在转速差，这点与异步电动机因此电枢与感应子间必须存在转速差，这点与异步电动机 的工作原理极为相似。其区别仅在于异步电动机的旋转磁的工作原理极为相似。其区别仅在于异步电动机的旋转磁 场由三相交流电流产生，而滑差离合器的旋转磁场则由直场由三相交流电流产生，而滑差离合器的旋转磁场则由直 流电流产生，由于电枢的转动才起旋转磁场的作用流电流产生，由于电枢的转动才起旋转磁场的作用 12 () pp EBlR I ZZ FBlI 2 22 12 2() p B l R TFRp Z 12 电子科技大

48、学电机与拖动基础 能耗转差调速滑差电动机 电磁滑差离合器的几种结构类型电磁滑差离合器的几种结构类型 （1 1）双电枢无集电环滑差离合器）双电枢无集电环滑差离合器 电子科技大学电机与拖动基础 能耗转差调速滑差电动机 （2 2）杯形电枢滑差离合器）杯形电枢滑差离合器 电子科技大学电机与拖动基础 能耗转差调速滑差电动机 （3 3）爪式无集电环滑差离合器）爪式无集电环滑差离合器 电子科技大学电机与拖动基础 能耗转差调速滑差电动机 3. 3. 电磁滑差离合器的调速性能电磁滑差离合器的调速性能 调速系统机械特性调速系统机械特性： 12 PPP 2 21 4 B T nnK I 滑差离合器调速时，滑差离合器

49、调速时， 转差功率转差功率P为为 输入功率输入功率P1： 输出功率输出功率P2： 如如T1=T2=T，则，则 1 1 1 9550 Tn P 22 2 9550 T n P 12 21 ()9550 9550 T nnP Pnn T 电子科技大学电机与拖动基础 能耗转差调速滑差电动机 调速时离合器效率为调速时离合器效率为 滑差离合器在实际应用中总是与异步电动机组合在一起滑差离合器在实际应用中总是与异步电动机组合在一起 的，因此滑差电动机的总效率为的，因此滑差电动机的总效率为 可见，滑差电动机的效率随转速之下降而下降可见，滑差电动机的效率随转速之下降而下降 ，而损，而损 耗功率则随转速之下降而增

50、高耗功率则随转速之下降而增高 滑差电动机的优点为结构简单，运行可靠，维护方便，滑差电动机的优点为结构简单，运行可靠，维护方便， 加工容易，能平滑调速加工容易，能平滑调速 221 111 (1) 1 Pnns s Pnn 121(1 ) s 电子科技大学电机与拖动基础 能耗转差调速串极调速 四、串级调速四、串级调速 串级调速原理串级调速原理 1.1.中等以上功率的绕中等以上功率的绕 线转子异步电动机线转子异步电动机 与其他电动机或电与其他电动机或电 子设备串级联接以子设备串级联接以 实现平滑调速，异实现平滑调速，异 步电动机转子电路步电动机转子电路 内引入感应电动势内引入感应电动势 E Ef f，称为串级调速称为串级调速 电子科技大学电机与拖动基础 能耗转差调速串极调速 在异步电动机转子电路内引入感应电动势在异步电动机转子电路内引入感应电动势 ，以调节，以调节 异步电动机的转速。引入电动势的方向，可与转子电动异步电动机的转速。引入电动势的方向，可与转子电动 势势 方向相同或相反，其频率则与转子频率相同方向相同或相反，其频率则与转子频率相同 （1 1）E Ef f与与sEsE2 2同相同相 当当E Ef f没有引入时，转子电流没有引入时，