第8章拖动-(下)三相异步电动机的起动、调速和制动

1、8.4 异步电动机异步电动机的调速的调速 (1)变频调速变频调速 (2)变极调速变极调速 (3)变转差率调速变转差率调速 变频和变极调速称为改变同步转速的调速方法；变频和变极调速称为改变同步转速的调速方法； 变转差率调速又分：变转差率调速又分： (1)转子串电阻调速转子串电阻调速 (2)串级调速串级调速 (3)调压调速调压调速 s p f snn1 60 1 1 1 8.4.1 变极调速变极调速 （1）双绕组变极）双绕组变极 （2）单绕组变极）单绕组变极 变极原理变极原理 1 U 2 U 1 U 2 U 1 U 2 U 1 U 2 U 一、一、 Y-YY变极调速变极调速 假定各半相绕组的参数都

2、相等，分别为假定各半相绕组的参数都相等，分别为R1/2，R2/2，X1/2，X2 /2， Y接时，每相绕组参数为半相绕组参数的二倍，即接时，每相绕组参数为半相绕组参数的二倍，即R1， R2，X1 ， X2 ；YY接时接时(反向并联），每相绕组参数为半相绕组参数的反向并联），每相绕组参数为半相绕组参数的l/2， 即即R1/4， R2/4， X1 /4， X2 /4。 2 21 2 111 2 11 2 2 2 1 XXRRf pUm TmY则：则： 2 21 2 211 2 2 11 2 2 XXRRf RpUm TstY 2 21 2 1 2 XXR R smY Te n 2n1 Y YY a

3、 n1 TL b TsYYTsYTmYYTmY mYmYY T XXRRf pUm T2 44442 2 1 2 21 2 111 2 11 mYmYY s XXR R s 2 21 2 1 2 444 4 stY stYY T RRRRf R pUm T 2 44442 4 2 21 2 211 2 2 11 ， 1 12 cos3IUP NY YNYY PIUP 2112 2cos23 1 22 2 55. 955. 9 n P n P T Y Y Y Y Y Y Y YY YY T n P n P T 2 1 22 2 2 2 55. 9 2 55. 9 2-YY变极接法变极接法 假设每

4、半相绕组的参数都相等，为假设每半相绕组的参数都相等，为R1/2， R2/2， X1 /2， X 2 /2 ， 接时每相绕组参数为接时每相绕组参数为R1， R2， X1 ， X2 ； YY接接(反向并联）时反向并联）时 每相绕组为每相绕组为R1/4， R2/4， X1 /4， X2 /4。 2 21 2 111 2 11 2 2 2 1 XXRRf pUm Tm则：则： 2 21 2 1 2 XXR R sm 2 21 2 211 2 2 11 2 2 XXRRf RpUm Tst mmYY T XXRRf Upm T 3 2 44442 3 2 1 2 21 2 111 2 11 mmYY s

5、 XXR R s 2 21 2 1 2 444 4 ststYY T XXRRf RUpm T 3 2 44442 43 2 21 2 211 2 2 11 Te n 2n1 YY a n1 TL b TsYYTs TmYYTm 1 12 cos33IUP N 2112 3 2 cos23PIUP NYY 1 2 2 55. 9 n P T 2 1 2 1 2 2 3 1 2 32 55. 9 2 55. 9T n P n P T YY YY l例例8-6：YD132S-6/4三相异步电动机三相异步电动机PN3/4kw，nN970/1475r min，km 2.1/2.2，求，求TL=0.8T

6、N时的速度。时的速度。 l解：解： 1 . 231 m kp， 1184. 011 . 21 . 203. 01 22 m kkss mNm 03. 0 1000 9701000 1 1 n nn sN NLe TTT8 . 0 0234. 01 8 . 0 1 . 2 8 . 0 1 . 2 118. 0 1 2 2 e m e m m T T T T ss 2 . 222 m kp， min/9760234. 0110001 1 rsnn 02. 0 1500 14701500 1 1 n nn sN 0832. 012 . 22 . 202. 0 1 2 2 m kkss mNm 015

7、7. 01 8 . 0 2 . 2 8 . 0 2 . 2 0832. 0 1 2 2 e m e m m T T T T ss NLe TTT8 . 0 min/5 .14760157. 0115001 1 rsnn 8.4.2 变频调速变频调速 8.4.2.1 基频基频向向下变频调速下变频调速 mw kNfEU 11111 44. 4 (1)恒电势频比：保持恒电势频比：保持E1 f 1 常数常数 p f nEE XjsR E I 1 112 22 2 2 60 ，因因 2 2 2 2 21 2 1 1 2 2 2 2 2 2 1 1 1 2 2 2 1 2 3 2 3 60 2 3 XsR

8、 sRf f Ep s R XsR E f p n sRIP T e e 2 2 1 1 2 1 2 3 2 1 0 Lf Ep T ds dT m ，则则令令 n Te n1 n”1 Tm n1 n”1 f1 f 1 f”1 f”1 pL R p f Lf R nsn mm 60 2 60 2 2 2 1 21 2 1 121 2 2 2 1 2fLf R X R sm (2)恒电压频比：保持恒电压频比：保持U1 f 1 常数常数 2 21 2 21 21 2 1 1 2 3 XXsRR sRf f Up Te 2 21 2 1 2 XXR R sm 2 21 2 11 1 2 1 1 2

9、3 2 1 XXRR f f Up Tm n TeTm f1 f 1 f”1 f”1 n”1 n”1 n1 n1 8.4.2.2 基频向上基频向上的变频调速的变频调速 2 21 2 21 2 1 2 2 3 1 XXsRR sR f pU T N e pLL R p f XX R nsn mm 60 2 60 21 21 21 2 1 2 121 2 2 1 211 2 1 1 8 3 2 3 2 1 fLL pU XXf Up T NN m 121 2 21 2 2fLL R XX R sm TeTm f1 f 1 f”1 f”1 n1 n1 n”1 n”1 n l例例8-7：YVF280S

10、-4三相异步电动机三相异步电动机PN75kW，UN 380V ， nN 1450rmin，km 2.4，保持额定负载，采用恒压频比调速，求，保持额定负载，采用恒压频比调速，求n 550rmin时的频率和电压。时的频率和电压。 l解：解： 0333. 0 1500 14501500 1 1 n nn s N N min/60050550 1 rnnn min/5015000333. 0 1 rsnn Hz np f20 60 6002 60 1 1 VU f f U N N 152380 50 20 1 1 8.4.3 调压调速调压调速 高转差率或绕线式电动机调压调速高转差率或绕线式电动机调压调

11、速 带转速负反馈的调压调速带转速负反馈的调压调速 l例例8-8：Y280S-4三相异步电动机三相异步电动机PN75kW，UN 380V （接），（接）， nN1480rmin，km 2.2，保持额定负载，采用调压调速，求，保持额定负载，采用调压调速，求UN 0.8 UN 时的转速。时的转速。 l解：解： 0133. 0 1500 14801500 1 1 n nn s N N 0553. 012 . 22 . 20133. 0 1 2 2 m kkss mNm NNm mm N N m TTk TT U U T 408. 164. 0 64. 0 8 . 0 2 023. 01408. 140

12、8. 10533. 0 1 2 2 N m N m m T T T T ss 0553. 0 mm ss因，因， min/1465023. 0115001 1 rsnn 8.4.4.1 绕线异步电动机绕线异步电动机 转子串电阻调速转子串电阻调速 sm2 n1 R2 sm sm1 n Rs1+R2 Rs2+R2 Tm Te TLTm 常数常数 s RR s R s22 eeCume sPPsPPP1 2 l例例8-5：绕线式：绕线式YR280-4异步电动机异步电动机PN75kw，nN1480rmin， U1N 380V()， km 3， E2N 354V， I2N 128A，求，求(1)转子串转

13、子串 0.1电阻时的转速。电阻时的转速。 (2)转速为转速为1000r/min时，转子串的电阻。时，转子串的电阻。 l解：解： 0133. 0 1500 14801500 1 1 1 n nn sN C s RR s R s N 22 带带恒恒转转矩矩负负载载时时， 0212. 0 1283 3540133. 0 3 2 2 2 N NN I Es R min/1386076. 0115001 1 rsnn 076. 00133. 0 0212. 0 1 . 00212. 0 2 2 N s s R RR s 3333. 0 1500 10001500 2 1 1 n nn s 5088. 0

14、0212. 01 0133. 0 3333. 0 1 2 R s s R N s 8.4.4.2 绕线异步电动机串级调速绕线异步电动机串级调速 在绕线式转子串一个频率与转子频率在绕线式转子串一个频率与转子频率f 2相同，相位既可与转子相同，相位既可与转子 电势电势E2s相同，也可反相的附加电势相同，也可反相的附加电势Ead 来减少输出机械功率，达到来减少输出机械功率，达到 降速目的，称为串级调速。降速目的，称为串级调速。 22 2 2 2 2 2 2 sEE sXR E I s s s ， 22 cos ICT mTe 2 2 2 2 2 2 cos sXR R 2 2 2 2 2 2 sXR

15、 EE I ads s 串入附加电势：串入附加电势： 8.4.5 电磁电磁调速电动机调速电动机 由鼠笼三相异步电机，由鼠笼三相异步电机， 电磁转差离合器，测电磁转差离合器，测 速发电机和控制装置速发电机和控制装置 组成。组成。 一、电动运转状态一、电动运转状态 8.5 异步电动机异步电动机的制动的制动 制动状态：三相异步电动机的电磁转矩制动状态：三相异步电动机的电磁转矩T为制动性为制动性 的，与转速的，与转速n方向相反。方向相反。 制动方法：回馈制动、反接制动、倒拉反转、能耗制动方法：回馈制动、反接制动、倒拉反转、能耗 制动和软制动，其相应的运行状态为回馈制动状态、反制动和软制动，其相应的运行

16、状态为回馈制动状态、反 接制动状态、倒拉反转运转运行状态和能耗制动状态。接制动状态、倒拉反转运转运行状态和能耗制动状态。 8.5.1 回馈制动回馈制动： n n1， s = ( n1- n )/ n1 90， P1 = m1U1I1cos1 0， 电动机将电能回馈电网。电动机将电能回馈电网。 转子电流的有功分量改变了方向，转子电流的有功分量改变了方向， 故故T Te e = C = CT Tm m I I2 2coscos 2 2 1s 1，P P2 2 为负值，即电动机由轴上输入机械功率。 为负值，即电动机由轴上输入机械功率。 反接制动时能量损耗极大。反接制动时能量损耗极大。 s RR I3

17、P f2 2 2e )s1(PP e2 2e2e2 PPPPP 转子电路的损耗为：转子电路的损耗为： 用于稳定下放位能性负载。用于稳定下放位能性负载。 例例8-12绕线式三相异步电动机绕线式三相异步电动机PN30 kw，UN380V， km3， nN 730r/min，E2N390V，I2N50A。如果该电动机拖动位能性负。如果该电动机拖动位能性负 裁裁TL 0.8TN，当重物下放时，要求转速为，当重物下放时，要求转速为500rmin，求转子每，求转子每 相应串多大电阻相应串多大电阻? 串入串入3.2电阻，转速为多少，何状态？串入电阻，转速为多少，何状态？串入 6.2电阻，转速为多少，何状态？

18、电阻，转速为多少，何状态？ 0266. 0 750 730750 1 1 n nn s N N 解：解： 12. 0 503 0266. 0390 3 2 2 2 N NN I sE R 1550. 01330266. 01 22 mmNm kkss NeL TTT8 . 0 6667. 1 750 500750 min/500 1 1 1 n nn sr倒拉反转时：倒拉反转时： 电电动动时时的的转转差差率率：1 021. 01 8 . 0 3 8 . 0 3 155. 0 1 2 2 L m L m m T T T T ss 4 . 912. 01 0210. 0 6667. 1 1 2 1

19、 R s s Rb 581. 0021. 0 12. 0 2 . 312. 0 2 2 2 2 s R RR s b 106. 1021. 0 12. 0 2 . 612. 0 3 2 2 3 s R RR s b min/314581. 017501 212 rsnn min/5 .79106. 117501 313 rsnn 提升状态提升状态 下放状态下放状态 1 n nn n nn s 0 0 0 0 在电动机稳态运行时，突然改变异步电动机的三相电源相序，定子的旋在电动机稳态运行时，突然改变异步电动机的三相电源相序，定子的旋 转磁场反向，由于机械惯性，转子不会立即换向，而转子感应电动势和

20、电流转磁场反向，由于机械惯性，转子不会立即换向，而转子感应电动势和电流 反向，电磁转矩也反向，产生制动作用。反向，电磁转矩也反向，产生制动作用。 03 22 2 s r IP e 0 1 3 2 2 2 R s s IP m Pm0，电动机轴，电动机轴 上是输入机械功率，上是输入机械功率，PM 0，定子向转子传递，定子向转子传递 电磁功率。转子回路消电磁功率。转子回路消 耗从定子传到转子的电耗从定子传到转子的电 磁功率和由负载输入的磁功率和由负载输入的 机械功率，能耗很大。机械功率，能耗很大。 电动机稳定运行在电动机稳定运行在A点，电源相序改变时，由于机械惯性，制动开始转速来不及点，电源相序改

21、变时，由于机械惯性，制动开始转速来不及 变化，变化，A点平移到点平移到B点，转矩为制动性负值，使电机沿曲线点，转矩为制动性负值，使电机沿曲线2减速，直至减速，直至C点点(n 0)，切断电源，电机停转。，切断电源，电机停转。 特点：应用于快速制动停车的场合，但不易实现特点：应用于快速制动停车的场合，但不易实现 准确停车，需用控制装置在转速接近于零时切断准确停车，需用控制装置在转速接近于零时切断 电源。也适用于频繁正、反转的生产机械。电源。也适用于频繁正、反转的生产机械。 反接制动时，为了防止电机电流过大，在转反接制动时，为了防止电机电流过大，在转 子回路外串制动电阻，其电阻比转子本身的大得子回路

22、外串制动电阻，其电阻比转子本身的大得 多，热量在外散热。其反接制动的特性为曲线多，热量在外散热。其反接制动的特性为曲线3， 制动过程为制动过程为BC段。为保持较大的制动转矩，可段。为保持较大的制动转矩，可 采用分级切除外串大电阻的分级制动方式。采用分级切除外串大电阻的分级制动方式。 如果不切断电源，电动机将反向起动。若负如果不切断电源，电动机将反向起动。若负 载为反抗性负载，电动机反转，一直加速到载为反抗性负载，电动机反转，一直加速到D点，点， 电机的转矩与负载转矩平衡，进入反向电动状态。电机的转矩与负载转矩平衡，进入反向电动状态。 如果电机在位能性负载的拖动下，一直反向加速如果电机在位能性负

23、载的拖动下，一直反向加速 到到E点，达到转矩平衡点，达到转矩平衡T；电机转速高于同步转速，；电机转速高于同步转速， 处于反向回馈制动状态。处于反向回馈制动状态。 BC反 反 接制接制 动状动状 态态 例例8-11 绕线式绕线式YR280M-8三相异步电动机三相异步电动机PN45 kw，UN380V， km2.4， nN735r/min，E2N359V，I2N76A。要求反接制动，。要求反接制动， 开始制动转矩为开始制动转矩为2TN，求转子需串入多大电阻，求转子需串入多大电阻? 02. 0 750 735750 1 1 n nn s N N 解：解： 0545. 0 763 35902. 0 3

24、 2 2 2 N NN I Es R 0916. 014 . 24 . 202. 01 22 mmNm kkss 旋旋转转磁磁场场反反向向。时时，转转速速来来不不及及变变化化，当当 NL TT2 98. 1 750 735750 1 1 n nn s N 14. 20545. 01 0916. 0 0626. 1 1 2 R s s R m m b 689. 31 2 4 . 2 2 4 . 2 98. 1 1 2 2 L m L m m T T T T ss 8.5.3 能耗制动能耗制动 制动制动 后后 制动制动 前前 把异步电动机的定子绕组从交流把异步电动机的定子绕组从交流 电源上切断，并

25、立即按一定接线方式电源上切断，并立即按一定接线方式 把它接到直流电源上，此时电动机也把它接到直流电源上，此时电动机也 处于制动状态。处于制动状态。 将定子两相通直流电流，建立一个恒将定子两相通直流电流，建立一个恒 定磁场。转子因惯性旋转，其导体切定磁场。转子因惯性旋转，其导体切 割恒定磁场产生感应电动势和电流，割恒定磁场产生感应电动势和电流， 建立电磁转矩，转矩方向与转子旋转建立电磁转矩，转矩方向与转子旋转 方向相反，起制动作用。在制动过程方向相反，起制动作用。在制动过程 中，电机转速不断下降，电机将吸收中，电机转速不断下降，电机将吸收 机械能转换成电能消耗在转子电阻上。机械能转换成电能消耗在转子电阻上。 能耗制动时的机械特性持点：能耗制动时的机械特性持点： (1)机械特性曲线过机械特性曲线过 T-n 坐标的原点；坐标的原点； (2)当通入定子直流电流大小不变，其最大当通入定子直流电流大