第1章 三相交流异步电动机及机械特性

1、上海电机学院 王侃夫变频器及应用技术变频器及应用技术第第 1 章章三相交流异步电动机及机械特性三相交流异步电动机及机械特性l 三相交流异步电动机三相交流异步电动机l 电机机械特性电机机械特性l U /f 线的选择与调整线的选择与调整l 负载特性负载特性前端盖前端盖机座机座风罩（和后端盖风罩（和后端盖固定在一起，风固定在一起，风扇在后端盖外）扇在后端盖外）接线盒接线盒三相驱动电源三相驱动电源U、V、W （由变频器提供）（由变频器提供）定子绕组定子绕组定子铁心定子铁心笼型转子笼型转子去掉铁心后去掉铁心后导条导条 三相交流异步电动机的定子铁心三相交流异步电动机的定子铁心由硅钢片叠合而成，线圈槽中嵌有

2、由硅钢片叠合而成，线圈槽中嵌有三相对称绕组，外接三相交流电源；三相对称绕组，外接三相交流电源；转子也由硅钢片叠合而成，线圈槽转子也由硅钢片叠合而成，线圈槽中有导条。中有导条。一、组成一、组成1. 定、转子定、转子变频器及应用技术变频器及应用技术三相交流异步电动机三相交流异步电动机2. 鼠笼式转子鼠笼式转子 转子铁心中有铸铝导条或安装铜导条，转子铁心中有铸铝导条或安装铜导条，两端有短路环。去掉铁心后，剩下的导条两端有短路环。去掉铁心后，剩下的导条形似鼠笼，因此，三相交流异步电动机俗形似鼠笼，因此，三相交流异步电动机俗称鼠笼式电动机。称鼠笼式电动机。变频器及应用技术变频器及应用技术三相交流异步电动

3、机三相交流异步电动机3. 三相绕线式转子三相绕线式转子变频器及应用技术变频器及应用技术三相交流异步电动机三相交流异步电动机 1前轴承座前轴承座 2笼型转子笼型转子 3定子三相对称绕组定子三相对称绕组 4接线盒接线盒 5后轴承座后轴承座 6主轴编码器主轴编码器 7端盖端盖 8风扇风扇 西门子西门子1PH7交流电动机交流电动机4. 变频专用交流电动机变频专用交流电动机变频器及应用技术变频器及应用技术三相交流异步电动机三相交流异步电动机UXWZVYUVWZYXn0nMUVW定子绕组展开图定子绕组展开图 当定子绕组通入三相当定子绕组通入三相对称电流后，在三相绕组对称电流后，在三相绕组中产生旋转磁场，其

4、转速中产生旋转磁场，其转速n1称为同步转速。旋转磁场称为同步转速。旋转磁场切割笼形转子中的导条，切割笼形转子中的导条，并在导条中产生感应电流，并在导条中产生感应电流，这样，导条在磁场中产生这样，导条在磁场中产生电磁力并形成电磁转矩。电磁力并形成电磁转矩。转子沿磁场旋转方向以转转子沿磁场旋转方向以转速速n2旋转。因为转子转速只旋转。因为转子转速只能小于同步转速，故称为能小于同步转速，故称为异步电动机；又因为转子异步电动机；又因为转子导条的电流是由旋转磁场导条的电流是由旋转磁场感应而来，所以又称为感感应而来，所以又称为感应电动机。应电动机。二、基本运行原理二、基本运行原理1. 定子磁场转速和转子转

5、速定子磁场转速和转子转速变频器及应用技术变频器及应用技术三相交流异步电动机三相交流异步电动机p2pn0nMns电机功率电机功率12300029001000.0335.57.5kW2930700.0231118.5 kW2970300.0145160 kW2415001460400.0271115 kW1470300.0218.530 kW1480200.01337315 kW361000960400.0435.5 kW970300.037.530 kW980200.0237250 kW变频器及应用技术变频器及应用技术三相交流异步电动机三相交流异步电动机定子绕组极对数、转子转速及电机功率定子绕组

6、极对数、转子转速及电机功率UWXYZVUZVYXWUVW3 UV WXYZ3 UVWXYZ接线盒接线盒接线盒接线盒变频器应用教程变频器应用教程2. 定子绕组定子绕组Y接法和接法和 接法接法变频器及应用技术变频器及应用技术三相交流异步电动机三相交流异步电动机三、几个重要表达式三、几个重要表达式pfn600)1 ()1 (600Msnspfn1111ZIEU021III11144. 4NfE 22TMcosIKT9550MMMnTP 变频器及应用技术变频器及应用技术三相交流异步电动机三相交流异步电动机T一、一、 转矩转矩-转速（转速（T-n）曲线）曲线电机机械特性电机机械特性变频器及应用技术变频器

7、及应用技术1. T-n曲线曲线2. T-n曲线的含义曲线的含义机械特性的含义机械特性的含义a）负载较轻）负载较轻 b）对应的工作点）对应的工作点 c）负载较重）负载较重电机机械特性电机机械特性变频器及应用技术变频器及应用技术1. 改变电压改变电压U1的的T-n曲线曲线改变电压的机械特性改变电压的机械特性a）电路图）电路图 b）机械特性）机械特性U1二、二、 T-n的调节的调节电机机械特性电机机械特性变频器及应用技术变频器及应用技术2. 改变转子电阻的改变转子电阻的T-n曲线曲线R4R3 R2R1 转子串联电阻的机械特性转子串联电阻的机械特性 a）转子串联电阻的电路）转子串联电阻的电路 b）机械

8、特性）机械特性电机机械特性电机机械特性变频器及应用技术变频器及应用技术3. 改变频率改变频率f的的T-n曲线曲线fXfN时的机械特性时的机械特性a)变频调速变频调速 b)变频机械特性变频机械特性电机机械特性电机机械特性变频器及应用技术变频器及应用技术电机机械特性电机机械特性变频器及应用技术变频器及应用技术fX(Hz)n0X(r/ /min)fX(Hz)n0X(r/ /min)5015005015002575075225051501003000变频可以无级调速变频可以无级调速三、变频调速存在的问题及解决的方法三、变频调速存在的问题及解决的方法1. V/F控制方式控制方式 在额定频率在额定频率fN

9、以下，若电压以下，若电压E1不变，根据不变，根据 E1=4.44f1N1 则：则： f1磁路饱和，为保持磁路饱和，为保持1不变，在额定转速不变，在额定转速nN以下，在以下，在改变改变f 的同时，也要改变的同时，也要改变E1，即保持，即保持 E1/f =常数常数 在频率较高时，转子电阻在频率较高时，转子电阻r的影响可忽略，此时，的影响可忽略，此时，U1=E1，则，则 U1/f =常数常数 在频率较低时，在频率较低时，转子电阻转子电阻r的影响不可忽略，此时，若继续保持的影响不可忽略，此时，若继续保持U1/f=常数，则电磁转矩要降低很多。常数，则电磁转矩要降低很多。 因为变频的同时还要改变电压，所以

10、称为因为变频的同时还要改变电压，所以称为V/FV/F控制，也称为控制，也称为VVVF（ Variable Voltage Variable Frequency ）。）。电机机械特性电机机械特性变频器及应用技术变频器及应用技术电机机械特性电机机械特性变频器及应用技术变频器及应用技术（1） 恒恒E1/f变频调速变频调速fNf1f2f3fNf1f2f3电机机械特性电机机械特性变频器及应用技术变频器及应用技术（2） 恒恒U1/f变频调速变频调速fNf1f2f3fNf1f2f32. 电压补偿（转矩补偿、转矩提升）电压补偿（转矩补偿、转矩提升）50380f/HzU/V50380f/HzU/V补偿量补偿量f

11、x电机机械特性电机机械特性变频器及应用技术变频器及应用技术Tn补偿前补偿前补偿后补偿后3. 电压补偿过分的后果电压补偿过分的后果转矩补偿后的电流转矩补偿后的电流转矩曲线转矩曲线a）电压补偿线）电压补偿线b）补偿后的电流曲线）补偿后的电流曲线 “负载越大，电流越大负载越大，电流越大”说法的局限性。在轻载的情况下，若说法的局限性。在轻载的情况下，若电压补偿过分，则在启动时电流很大，容易引起变频器的跳闸。电压补偿过分，则在启动时电流很大，容易引起变频器的跳闸。电机机械特性电机机械特性变频器及应用技术变频器及应用技术4. 频率降低电动机输出功率也降低频率降低电动机输出功率也降低电动机的有效功率与转速电

12、动机的有效功率与转速a）拖动系统）拖动系统b）高速时的功率）高速时的功率c）低速时的有效功率）低速时的有效功率“用了变频器，可以甩掉减速器用了变频器，可以甩掉减速器”说法的错误。说法的错误。电机机械特性电机机械特性变频器及应用技术变频器及应用技术实例：教材实例：教材P107电机机械特性电机机械特性变频器及应用技术变频器及应用技术5. 额定频率额定频率fN（额定转速（额定转速nN）以上的调速）以上的调速 在额定频率时，电压为额定电压，若再要升速，即在额定频率时，电压为额定电压，若再要升速，即nnN，则，则f，按，按U1/f的控制策略，则的控制策略，则U1受额定电压的限制不能再往上调了，因此，必须

13、保受额定电压的限制不能再往上调了，因此，必须保持持U1=U1N不变。根据不变。根据 U1N=4.44f1N1 U1N不变，不变，f（ffN）TM（TM） 因为转速与转矩成比例的上升和下降，则电动机的输出功率保持不因为转速与转矩成比例的上升和下降，则电动机的输出功率保持不变，即额定转速以上调速为恒功率调速。变，即额定转速以上调速为恒功率调速。（1） 恒功率调速电机机械特性电机机械特性变频器及应用技术变频器及应用技术（2） 额定频率以上调速的T-f曲线额定频率以上的机械特性额定频率以上的机械特性 f1f2 f3 fN电机机械特性电机机械特性变频器及应用技术变频器及应用技术fNf1f2f3四、有效转

14、矩线四、有效转矩线电机机械特性电机机械特性变频器及应用技术变频器及应用技术额定工作点额定工作点工作频率在额定频率工作频率在额定频率下的工作点下的工作点有效有效工作点工作点在工作频率在工作频率fx（fxfN）时允）时允许长时间运行的最大转矩许长时间运行的最大转矩额定转矩（电动机在额定频率时额定转矩（电动机在额定频率时允许长时间运行的最大转矩）允许长时间运行的最大转矩）1. 额定工作点额定工作点fxfN的有效转矩线的有效转矩线a）U时的时的Uf线线b）有效转矩线的形成）有效转矩线的形成c）有效转矩线）有效转矩线2. fxfN的有效转矩线的有效转矩线电机机械特性电机机械特性变频器及应用技术变频器及应

15、用技术3. 有效转矩线的改善有效转矩线的改善有效转矩线的改善有效转矩线的改善a）改善前后的有效转矩线）改善前后的有效转矩线b）外部强制冷却）外部强制冷却c）变频电动机）变频电动机电机机械特性电机机械特性变频器及应用技术变频器及应用技术4. FxfN的有效转矩线的有效转矩线有效转矩线有效转矩线电机机械特性电机机械特性变频器及应用技术变频器及应用技术5. 全频有效转矩线全频有效转矩线全频率全频率T-f曲线曲线全频有效转矩线全频有效转矩线调速范围宽调速范围宽调速范围窄调速范围窄下限频率下限频率 下限频率下限频率一般不希望设定得太一般不希望设定得太低，以免在低速时引低，以免在低速时引起电动机温升过高起

16、电动机温升过高实例：教材实例：教材P252电机机械特性电机机械特性变频器及应用技术变频器及应用技术U / f 线的选择与调整线的选择与调整变频器及应用技术变频器及应用技术一、基本频率的调整一、基本频率的调整a）基本）基本Uf 线线b）变频器的对应关系）变频器的对应关系c）电动机的对应关系）电动机的对应关系1基本频率的定义基本频率的定义 基本频率（基本频率（fBA）和变频器最大输出电压对应的频率。和变频器最大输出电压对应的频率。 在绝大多数情况下，基本频率和电动机的额定频率相等。在绝大多数情况下，基本频率和电动机的额定频率相等。U / f 线的选择与调整线的选择与调整变频器及应用技术变频器及应用

17、技术2调整基本频率实例调整基本频率实例（1）三相220V电动机配380V变频器 a）对基本频率的设定）对基本频率的设定 b）变频器与电动机的对应关系）变频器与电动机的对应关系进口电动机额定电压为三相进口电动机额定电压为三相220V，50Hz 变频器额定电压为三相变频器额定电压为三相380V，50Hz匹配？匹配？将变频器的基本频率设定为将变频器的基本频率设定为87HzU / f 线的选择与调整线的选择与调整变频器及应用技术变频器及应用技术（2）270V、70Hz电动机配380V变频器 a）对基本频率的设定）对基本频率的设定b）变频器与电动机的对应关系）变频器与电动机的对应关系进口电动机额定电压为

18、三相进口电动机额定电压为三相270V，70Hz 变频器额定电压为三相变频器额定电压为三相380V，50Hz匹配？匹配？将变频器的基本频率设定为将变频器的基本频率设定为98HzU / f 线的选择与调整线的选择与调整变频器及应用技术变频器及应用技术二、二、 转矩提升的预置要点转矩提升的预置要点 1低频重载时低频重载时 带式输送机的带式输送机的Uf线线a）负载示意图）负载示意图 b）负载机械特性）负载机械特性 c）Uf线的选择线的选择U / f 线的选择与调整线的选择与调整变频器及应用技术变频器及应用技术2低频轻载时低频轻载时（1）补偿后的电流转矩曲线转矩补偿后的电流转矩补偿后的电流转矩曲线转矩曲

19、线a）电压补偿线）电压补偿线 b）补偿后的电流曲线）补偿后的电流曲线U / f 线的选择与调整线的选择与调整变频器及应用技术变频器及应用技术（2）风机的Uf 线选择 a）风机的机械特性）风机的机械特性 b）Uf 线的选择线的选择U / f 线的选择与调整线的选择与调整变频器及应用技术变频器及应用技术（3）离心浇铸机的Uf线选择 a）离心浇铸机示意图）离心浇铸机示意图 b）机械特性）机械特性 c）Uf 线选择线选择U / f 线的选择与调整线的选择与调整变频器及应用技术变频器及应用技术3.变频器的变频器的Uf 线举例线举例 a）康沃变频器）康沃变频器 b）艾默生变频器）艾默生变频器 c）日立变频

20、器）日立变频器变频器及应用技术变频器及应用技术负载机械特性负载机械特性一、常见传动机构一、常见传动机构常见的传动机构常见的传动机构a）连轴器）连轴器 b）带轮）带轮 c）减速齿轮）减速齿轮二、传动比及作用二、传动比及作用变频器及应用技术变频器及应用技术负载机械特性负载机械特性 LMnnLLTT 1. 传动比传动比22L2L)(GDGD变频器及应用技术变频器及应用技术负载机械特性负载机械特性2. 传动比实例（传动比实例（1）重物圆周运动重物圆周运动 实例：教材实例：教材P102变频器及应用技术变频器及应用技术负载机械特性负载机械特性2. 传动比实例（传动比实例（2）实例：教材实例：教材P104传动机构电动机生产机械负载特性 摩擦恒转矩摩擦恒转矩l生产流水线生产流水线l起重行走起重行走速度速度T T负载转矩负载转矩 势能恒转矩势能恒转矩l电梯电梯l起重机提升起重机提升 恒功率恒功率l机床主轴机床主轴l开卷机开卷机/ /收卷机收卷机（速度越低，负载速度越低，负载转矩越大）转矩越大） 变转矩变转矩l风机、水泵风机、水泵（速度越低，负载速度越低，负载转