模块二 异步电动机(3)

1、湖南水利水电职业技术学院电力工程系湖南水利水电职业技术学院电力工程系模块二模块二 异步电动机异步电动机学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制7.17.1学习目标学习目标 学习学习目标目标方法能力方法能力 培养学生自主学习能培养学生自主学习能力、分析问题与解决力、分析问题与解决问题的能力、组织实问题的能力、组织实施的能力、电气设备施的能力、电气设备规程规范的使用能力规程规范的使用能力、自我管理能力和沉、自我管理能力和沉着应变能力。着应变能力。社会能力社会能力 培养学生安全

2、用电培养学生安全用电意识、团队协作能意识、团队协作能力、协调沟通能力力、协调沟通能力和语言表达能力。和语言表达能力。专业能力专业能力 培养学生设计三相培养学生设计三相异步电动机简单的异步电动机简单的电力拖动控制电路电力拖动控制电路能力。能力。知识目标知识目标 掌握三相异步电动机的机械掌握三相异步电动机的机械特性及起动、调速、制动和特性及起动、调速、制动和反转；掌握单相异步电动机反转；掌握单相异步电动机的起动、调速、制动和反转的起动、调速、制动和反转；掌握三相异步电动机电力；掌握三相异步电动机电力拖动最基本的控制电路的设拖动最基本的控制电路的设计方法。计方法。湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电

3、职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制7. 2.1 7. 2.1 电力拖动基础电力拖动基础7.2.1.17.2.1.1、电力拖动的动力、电力拖动的动力学基础知识学基础知识运动方程：运动方程：dtdnGDTTLM3752MMTnLTUdtdJTTLM运动方程的实用形式：运动方程的实用形式：湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制拖动系统的三种状态拖动系统的三种状态1) 1) 或或 , ,属于静止或恒速运行状态，属于静止或恒速运行状态， 即稳态。即稳态。LMTT0dtdn2)2) 或或 , ,属于加速

4、运行状态，属于加速运行状态， 即处于动态。即处于动态。LMTT0dtdn3)3) 或或 , ,属于减速运行状态，属于减速运行状态， 即处于动态。即处于动态。LMTT0dtdn常把常把 或或 称为动负载转矩称为动负载转矩, , 把把 称为静负载转矩称为静负载转矩. .dtdnGD2375)(LMTTLT湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制2 2、运动方程式中转矩正、负号的规定、运动方程式中转矩正、负号的规定LT 首先确定电动状态时的转向为转速的正方向，首先确定电动状态时的转向为转速的正方向， 然后规定：然后规定：（1 1）电磁

5、转矩）电磁转矩 与转速与转速 的正方向相同时为正，的正方向相同时为正， 相反时为负。相反时为负。MTn（2 2）负载转矩）负载转矩 与转速与转速 的正方向相同时为负，的正方向相同时为负， 相反时为正。相反时为正。LTn(3)(3)惯性转矩惯性转矩 的大小和正负号由的大小和正负号由 和和 的代数和决定。的代数和决定。MTdtdnGD2375湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制7.2.1.27.2.1.2、生产机械的负载特性、生产机械的负载特性生产机械运行时常用负载转矩标志其生产机械运行时常用负载转矩标志其大小。不同的生产机械的

6、转矩随转速大小。不同的生产机械的转矩随转速变化规律不同，用负载转矩特性来表变化规律不同，用负载转矩特性来表征，即生产机械的转速征，即生产机械的转速n与负载转矩与负载转矩 之间的关系之间的关系 。各种生产机械。各种生产机械特性大致可归纳为以下特性大致可归纳为以下3 3种类型。种类型。 LT)(LTfn 湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制1 1、恒转矩负载特性、恒转矩负载特性1 1）反抗性恒转矩负载）反抗性恒转矩负载 属于这类特性的生产机械有轧属于这类特性的生产机械有轧 钢机和机床的平移机构等。钢机和机床的平移机构等。 2 2

7、）位能性恒转矩负载）位能性恒转矩负载 起重设备提升重物起重设备提升重物湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制2 2、恒功率负载特性（反抗性）、恒功率负载特性（反抗性） 例如，车床粗加工时，例如，车床粗加工时，切削量大（切削量大（ 大），用大），用低速挡；精加工时，切低速挡；精加工时，切削量小削量小( ( 小小), ), 用高速用高速挡。挡。LTLT常数常数nT602602TTPLLLL湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制3 3、通风机型负载特性（反抗性）、通

8、风机型负载特性（反抗性） 如风机、水泵、油泵等。如风机、水泵、油泵等。 2KnTL应该指出，以上应该指出，以上3 3类是典型的负载特类是典型的负载特性，实际生产机械的负载特性常为性，实际生产机械的负载特性常为几种类型负载的相近或综合。例如几种类型负载的相近或综合。例如起重机提升重物时，电动机所受到起重机提升重物时，电动机所受到的除位能性负载转矩外，还要克服的除位能性负载转矩外，还要克服系统机械摩擦所造成的反抗性负载系统机械摩擦所造成的反抗性负载转矩，所以电动机轴上的负载转矩转矩，所以电动机轴上的负载转矩应是上述两个转矩之和。应是上述两个转矩之和。 湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学

9、院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制7.2.1.37.2.1.3、三相异步电动机的力矩、三相异步电动机的力矩转差转差特性和固有机械特性特性和固有机械特性一、一、力矩力矩转差特性转差特性1 1、物理物理表达式表达式2201cosICPTTMM2 2、力矩、力矩转差特性转差特性参数表达式参数表达式)()(22220122112211122211xxsrrfsrpUmPfsrImPTMM 结论结论(1)(1) ； （2 2） 仅与仅与s、或、或 n 有关。有关。 21UTMMT湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机

10、的控制 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 曲线曲线)(MTfn电磁制动电磁制动电动机反转电动机反转发电机发电机电动机电动机0n0TM0n0TM0n0TM0n0TM湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制（二）三相异步电动机的固有机械特性（二）三相异步电动机的固有机械特性41231 1、固有机械特性固有机械特性是指额定电压和额定频率下，按规是指额定电压和额定频率下，按规定的接线，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。定的接线，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。起动点起动点D DstMTTsn, 1, 0拐点拐点C

11、CmMmmTTssnn,额定点额定点A ANMNNTTssnn,同步点同步点n1 10, 0,1MTsnn湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制固有特性曲线上特殊点的电磁力矩固有特性曲线上特殊点的电磁力矩1 1、额定运行点、额定运行点A A)(9550602101033mNnPnPPTNNNNNN2 2、拐点、拐点C C2012xxrsm)(42011211xxfpUmTmNmmTT一般一般2 . 26 . 1m起重冶金用的异步电动机起重冶金用的异步电动机 5 . 3m3 3、起动点、起动点D D)()(22201221122

12、11xxrrfrpUmTstNststTTK湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制3 3、实用表达式、实用表达式ssssTTmmmM2)1(2mmNmssNNNnPT9550NNmNmmnPTT55. 911ssssNN湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制7.2.1.47.2.1.4、三相异步电动机的人为机械特性、三相异步电动机的人为机械特性人为机械特性人为机械特性是指人为改变电源参是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机械特性。数或电动机参数而得到的机械

13、特性。1. 1.）降压时的人为机械特性）降压时的人为机械特性snsm10TLUN0TstTmTMn10.8UN0.64Tst0.64Tm 如果电机在定额负载下运如果电机在定额负载下运行行, , 下降后下降后, , 下降下降, , 增大增大, , 转子电流因转子电流因 增大而增增大而增大大, ,导致电机过载。长期欠压过导致电机过载。长期欠压过载运行将使电机过热，减少使载运行将使电机过热，减少使用寿命。用寿命。1Uns22sEsE 湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制2. .）转子回路串电阻时的人为机械特性（只适用于绕线式）转子

14、回路串电阻时的人为机械特性（只适用于绕线式）在一定范围内增加电阻，可以在一定范围内增加电阻，可以增加增加 。当。当 时时 ，若，若再增加电阻，再增加电阻， 减小。减小。stT1ms stmTT stT特点：串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。特点：串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。1 0TstTmTMs n0n1smr2Tstsmr2+Rs湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制 3.3.）改变磁极对数时的人为机械特性（只适用于鼠笼式）改变磁极对数时的人为机械特性（只适用于鼠笼式）1nTM2psp特点：特点：1

15、 1、特性的硬度不变。、特性的硬度不变。2 2、 改变。改变。3 3、 、 与与 成正比变成正比变化。化。mTstTP1n12nn湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制 4.4.）改变频率的人为机械特性：）改变频率的人为机械特性：TMsf1f2f3特点：特点：1 1、特性的硬度不变。、特性的硬度不变。2 2、 改变。改变。3 3、 、 与与f反正比变化。反正比变化。n1nmTstT湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制定子电路串电阻或电抗时的人为机械特性定子电

16、路串电阻或电抗时的人为机械特性1 1、因为、因为 ，所以定子电路，所以定子电路 不变；不变；pfn11601n2 2、串入、串入，、sSxr，、sSxrmmsT 、随随ssxr、的增大而减小；的增大而减小；3 3、串入、串入，、ssxrstT随随ssxr、 的增大而减小。的增大而减小。湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制7.2.1.57.2.1.5、电力拖动系统稳定运行的条件、电力拖动系统稳定运行的条件dtdnGDTTLM3752由由 可知可知必要必要条件条件LMTT充分充分条件条件LMTT在在 处处0dsdTM （图（图a

17、）dndTdndTLM（图（图b）湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制7. 2.2 7. 2.2 异步电动机的起动异步电动机的起动起动转矩要大起动转矩要大 起动电流要小起动电流要小 起动设备简单，操作和维护方便起动设备简单，操作和维护方便 起动过程中能量损耗尽量小起动过程中能量损耗尽量小 4123起动要求起动要求湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制7.2.3.1三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动一、直接起动一、直接起动NINT笼型异步电动机的

18、直接起动电流为笼型异步电动机的直接起动电流为 (4 47) ，直接起动转矩为，直接起动转矩为(1.52) 。湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制7.2.3.17.2.3.1三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动直接起动条件直接起动条件一般容量在一般容量在7. 5 kW以下；以下；由专用变压器供电；由专用变压器供电；电动机的容量小于变压器容量的电动机的容量小于变压器容量的20%20% NSNstiPPIIK443起动电流倍数起动电流倍数Ki、容量与、容量与电网容量满足下列经验公式电网容量满足下列经验公式 湖南水利水电

19、职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制7.2.2.27.2.2.2、笼型异步电动机起动方、笼型异步电动机起动方法法1 1、定子三相电路串电阻或电抗器降压起动、定子三相电路串电阻或电抗器降压起动降压起动降压起动当电动机的起动电压减少当电动机的起动电压减少到到1/K时，由电网所供给的时，由电网所供给的起动电流也减少到起动电流也减少到1/K。起。起动转矩减少到动转矩减少到 。通常用于高压电动机。通常用于高压电动机。21 K湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制13stYstTT

20、 13stYstII 2 2、星、星三角三角( (丫丫- -) )转换降压起动转换降压起动Y Y系列容量在系列容量在4 4 kWkW以上的小型三相笼以上的小型三相笼型异步电动机都设计成三角形联结，型异步电动机都设计成三角形联结，以便采用星以便采用星/ /三角降压起动。三角降压起动。 湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制3 3、自耦变压器降压起动、自耦变压器降压起动stststIKIKI211 2211)(KUUTTNststststIKI1自耦变压器一般有三个分接头可供自耦变压器一般有三个分接头可供选用。选用。适用于容量较大

21、的低压电动适用于容量较大的低压电动机降压起动，手动、自动均可控制，机降压起动，手动、自动均可控制，应用广泛。应用广泛。湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制4 4、延边三角形降压起动、延边三角形降压起动ststII5 . 0ststTT45. 0当抽头在每相绕组中心时，当抽头在每相绕组中心时，抽头越靠近尾端，抽头越靠近尾端， 与与 降降低得越多。该起动法的缺点是低得越多。该起动法的缺点是定子绕组接线复杂。定子绕组接线复杂。stIstT湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步

22、电动机的控制5 5、四种降压起动方法比较、四种降压起动方法比较起动方法起动方法直接起动直接起动定子串电抗定子串电抗起动起动Y Y起动起动自耦变压器自耦变压器起动起动延边三角形延边三角形起动起动起动电压起动电压比值比值起动电流起动电流比值比值起动转矩起动转矩比值比值起动设备起动设备应用场合应用场合1110.660.660.50.5最简单最简单一般一般简单简单较复杂较复杂简单简单电动机容量小于电动机容量小于7.5KW7.5KW任意容量，任意容量，轻载起动轻载起动正常运行为，正常运行为，可频繁起动可频繁起动较大容量电动机，较大容量电动机，较大负载，不能较大负载，不能频繁起动频繁起动专门设计的电动专门

23、设计的电动机，较大负载，机，较大负载，可频繁起动可频繁起动K1K121K313131K1K121K湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制1 1、转子回路串入三相对称电阻起动、转子回路串入三相对称电阻起动 为了有较大的起动转矩、使起动过程为了有较大的起动转矩、使起动过程平滑，应在转子回路中串入多级对称电阻，平滑，应在转子回路中串入多级对称电阻，并随着转速的升高，逐渐切除起动电阻。并随着转速的升高，逐渐切除起动电阻。7.2.2.27.2.2.2、绕线型异步电动机的起动、绕线型异步电动机的起动既能限制起动电流，又能增大起动转矩，既能

24、限制起动电流，又能增大起动转矩，还可以提高功率因数，适用于大、中容量还可以提高功率因数，适用于大、中容量异步电动机重载起动。异步电动机重载起动。湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制 电动机由电动机由a a点始，点始，经经bcdef gh，完成起动，完成起动过程。过程。起动过程起动过程湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制二、转子串频敏变阻器起动二、转子串频敏变阻器起动频敏变阻器频敏变阻器是一铁损很大的三相电抗器是一铁损很大的三相电抗器,从结构上看，相当于从结

25、构上看，相当于一个没有二次绕组的三相心式变压器，铁芯由较厚的钢板叠成，一个没有二次绕组的三相心式变压器，铁芯由较厚的钢板叠成，其等效电阻为代表铁芯损耗的，随着通过其中的电流频率的变其等效电阻为代表铁芯损耗的，随着通过其中的电流频率的变化而自动变化，因此称为频敏变阻器，它相当于一种无触点的化而自动变化，因此称为频敏变阻器，它相当于一种无触点的变阻器变阻器如果参数选择适当，可以在起动中保持转矩近似不变，如果参数选择适当，可以在起动中保持转矩近似不变，使起动过程平稳。优点：使起动过程平稳。优点：减小起动电流、增大起动转矩减小起动电流、增大起动转矩；等效等效起动电阻随转速升高自动连续减小；结构简单、价

26、格便宜、运起动电阻随转速升高自动连续减小；结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便行可靠、维护方便。目前被大量地推广与应用。目前被大量地推广与应用。湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制7.2.2.47.2.2.4、单相异步电动机的起动、单相异步电动机的起动 根据获得旋转磁场方式的不同，主要分为分相电动机和罩根据获得旋转磁场方式的不同，主要分为分相电动机和罩极电动机极电动机一、分相起动电动机一、分相起动电动机1 1、电容起动电动机、电容起动电动机特点：电容起分相和提高功特点：电容起分相和提高功率因数的作用。由于电容按率因数的作用

27、。由于电容按短时工作设计，因此，当短时工作设计，因此，当n达达757580%80%n1时，离心开关时，离心开关自动打开。自动打开。欲改变电容起动电动机的欲改变电容起动电动机的转向，只需将工作绕组或起转向，只需将工作绕组或起动绕组的两个出线端对调，动绕组的两个出线端对调，也就是改变起动时旋转磁场也就是改变起动时旋转磁场的旋转方向即可。此类电动的旋转方向即可。此类电动机起动电流及起动转矩均大，机起动电流及起动转矩均大，但价格稍贵，用于冰箱、洗但价格稍贵，用于冰箱、洗衣机、压缩机、小型水泵等。衣机、压缩机、小型水泵等。湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机

28、的控制：异步电动机的控制电容电动机实质是一台两相异电容电动机实质是一台两相异步电动机，步电动机，起动绕组和电容器起动绕组和电容器按长期工作设计；过载能力、按长期工作设计；过载能力、功率因数和效率均较高；容量功率因数和效率均较高；容量能做到五十瓦至几千瓦；应用能做到五十瓦至几千瓦；应用比较广泛，如应用于压气机、比较广泛，如应用于压气机、空调等。空调等。2 2、电容运转电动机、电容运转电动机湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制3 3、电容起动运转电动机、电容起动运转电动机电容运转电动机工作时比起动时所电容运转电动机工作时比起动时

29、所需的电容量小。需的电容量小。所以常用电容起动运所以常用电容起动运转电动机，起动结束后，用离心开关转电动机，起动结束后，用离心开关把起动电容切除，而工作电容仍串在把起动电容切除，而工作电容仍串在起动绕组。此类电动机起动电流及起起动绕组。此类电动机起动电流及起动转矩均较大，功率因数高，但价格动转矩均较大，功率因数高，但价格较贵，主要应用于电冰箱、洗衣机、较贵，主要应用于电冰箱、洗衣机、水泵、小型机床等。水泵、小型机床等。湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制4 4、电阻起动电动机、电阻起动电动机起动绕组的电流用串联电阻的方法来起

30、动绕组的电流用串联电阻的方法来分相，但由于分相的相位差较小，因分相，但由于分相的相位差较小，因此其起动转矩较小，只适用于空载或此其起动转矩较小，只适用于空载或轻载起动的场合。此类电动机起动电轻载起动的场合。此类电动机起动电流大，但起动转矩不大，价格稍低，流大，但起动转矩不大，价格稍低，主要应用于搅拌机、小型鼓风机、研主要应用于搅拌机、小型鼓风机、研磨机等。磨机等。湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制（二）罩极电动机（二）罩极电动机定子作成凸极式，由硅钢片叠压而成，工作绕定子作成凸极式，由硅钢片叠压而成，工作绕组为集中绕组，套

31、在定子磁极上，每个极靴表面组为集中绕组，套在定子磁极上，每个极靴表面1/31/31/41/4处开有一个小槽，放入罩极绕组（短路处开有一个小槽，放入罩极绕组（短路环），环），短路环作起动绕组。罩极电动机的转子仍短路环作起动绕组。罩极电动机的转子仍做成笼型。它结构简单，工作可靠，但起动转矩做成笼型。它结构简单，工作可靠，但起动转矩较小，功率因数低。但此类电动机价格低，主要较小，功率因数低。但此类电动机价格低，主要应用于小型风扇、仪器仪表电动机、电唱机等。应用于小型风扇、仪器仪表电动机、电唱机等。湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控

32、制湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制7. 2.3 7. 2.3 异步电动机的调速异步电动机的调速7.2.3.17.2.3.1、三相异步电动机的调速、三相异步电动机的调速116011fnn (s)(s)p （1 1）改变定子极对数）改变定子极对数 调速调速（笼形）。（笼形）。p（2 2）改变电源频率）改变电源频率 调速。调速。1f（3 3）改变转差率）改变转差率 调速。调速。s降压调速降压调速转子串电阻调速（绕线型）转子串电阻调速（绕线型）串级调速串级调速湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7

33、：异步电动机的控制：异步电动机的控制（一）变压调速（一）变压调速对于一般笼型电动机，降压调速对于一般笼型电动机，降压调速范围很窄，最适用于转矩随转速范围很窄，最适用于转矩随转速降低而减小的负载，如风机类负降低而减小的负载，如风机类负载，也可用于恒转矩负载，最不载，也可用于恒转矩负载，最不适用恒功率负载。适用恒功率负载。若拖动泵类负若拖动泵类负载，载，应注意电动机在低速运行时应注意电动机在低速运行时存在过电流及功率因数低的问题。存在过电流及功率因数低的问题。湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制若拖动恒转矩负载并且有较宽的若拖动

34、恒转矩负载并且有较宽的调速范围，则应选用转子电阻较调速范围，则应选用转子电阻较大的高转差率笼型电动机，但电大的高转差率笼型电动机，但电动机的机械特性软，不能满足生动机的机械特性软，不能满足生产机械的要求，而且低压时的过产机械的要求，而且低压时的过载能力较低，一旦负载转矩或电载能力较低，一旦负载转矩或电源电压稍有波动，都会引起电动源电压稍有波动，都会引起电动机转速的较大变化甚至停转。机转速的较大变化甚至停转。湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制（二）绕线型异步电动机转子回路中串变阻器调速（二）绕线型异步电动机转子回路中串变阻器

35、调速优点：简单，易于实现；缺点是调速电优点：简单，易于实现；缺点是调速电阻要消耗能量，有级调速，不平滑。转阻要消耗能量，有级调速，不平滑。转子的铜损子的铜损 ，转速越低，转差，转速越低，转差率越大，铜损就越多，效率越低。同时率越大，铜损就越多，效率越低。同时电动机的机械特性变电动机的机械特性变“软软”，负载变化，负载变化时电动机的转速变化显著。主要用在中、时电动机的转速变化显著。主要用在中、小容量的异步电动机中，如交流供电的小容量的异步电动机中，如交流供电的桥式起重机。桥式起重机。MCusPp2湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机

36、的控制（三）笼型三相异步电动机变极调速（三）笼型三相异步电动机变极调速湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制2 2、三种常用变极接线方式、三种常用变极接线方式Y Y反并反并YYYY，2p-p2p-pY Y反串反串Y Y，2p-p2p-pYYYY，2p-p2p-p注意注意：当改变定当改变定子绕组接子绕组接线时，必线时，必须同时改须同时改变定子绕变定子绕组的相序组的相序湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制3 3、变极调速时的机械特性、变极调速时的机械特性1) 1

37、)丫丫/ /丫丫变极调速时的机械特性丫丫变极调速时的机械特性ststmmmmTTssTT22 nn22YYYYYYPPTT 丫丫丫丫联结方式时，转速增大一丫丫联结方式时，转速增大一倍，输出功率增大一倍，而转矩不倍，输出功率增大一倍，而转矩不变，这种变极调速属于恒转矩调速，变，这种变极调速属于恒转矩调速，适用于恒转矩负载。适用于恒转矩负载。湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制2) 2)/ /丫丫变极调速时的机械特性丫丫变极调速时的机械特性 nn2ststmmmmTTssTT32321 150 58YYYYP.PT.T 变成丫丫

38、后，极对数减少一半，转速增加一变成丫丫后，极对数减少一半，转速增加一倍，输出转矩近似减小一半，而输出功率近似倍，输出转矩近似减小一半，而输出功率近似保持不变，这种变极调速属于恒转矩调速方式，保持不变，这种变极调速属于恒转矩调速方式，适用于车床切削等恒功率负载，如粗加工时，适用于车床切削等恒功率负载，如粗加工时，进给量大、转速低；精加工时，进给量小、转进给量大、转速低；精加工时，进给量小、转速高，但两者的功率近似不变。速高，但两者的功率近似不变。湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制优点：设备简单、运行可靠，机械特性硬、效率高、

39、损耗小，优点：设备简单、运行可靠，机械特性硬、效率高、损耗小，为了满足生产机械的需要，采用不同的接线方式，可获得恒为了满足生产机械的需要，采用不同的接线方式，可获得恒转矩或恒功率调速。缺点是定子绕组抽头多，转速只能成倍转矩或恒功率调速。缺点是定子绕组抽头多，转速只能成倍变化，平滑性差，调速级数少。必要时需与齿轮箱配合，才变化，平滑性差，调速级数少。必要时需与齿轮箱配合，才能得到多极调速。除了利用上述倍极比变极方法获得多速电能得到多极调速。除了利用上述倍极比变极方法获得多速电动机外，还可利用改变定子绕组接法达到非倍极比变极的目动机外，还可利用改变定子绕组接法达到非倍极比变极的目的，如的，如4/

40、6极等。另多速电动机体积比同容量普通笼型电动极等。另多速电动机体积比同容量普通笼型电动机大，运行特性稍差，价格贵，故多用于一些不需要无级调机大，运行特性稍差，价格贵，故多用于一些不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、通风机、升降机等。速的生产机械，如金属切削机床、通风机、升降机等。 变极调速总结变极调速总结湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制（四）变频调速（四）变频调速1 1、电压随频率调节的规律、电压随频率调节的规律01111144. 4WKNfEU常数011111144. 4WKNfEfUNNNmWWTfUCTxxf

41、pUmTTKNfUKNfE21212011211max111111110)(444. 444. 4 频率改变将影响磁路的饱和程度、励磁电流、频率改变将影响磁路的饱和程度、励磁电流、功率因数、铁损及过载能力的大小。为了保持变频功率因数、铁损及过载能力的大小。为了保持变频率前、后过载能力不变，要求下式成立：率前、后过载能力不变，要求下式成立：221111221111NNNNUUUfTf TfTUfT 及湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制1 1）恒转矩变频率调速）恒转矩变频率调速此条件下变频调速，电机的主磁通和过载能力不变。此条

42、件下变频调速，电机的主磁通和过载能力不变。常数1111ffUU对恒转矩负载对恒转矩负载2 2）恒功率变频率调速）恒功率变频率调速此条件下变频调速，电机的过此条件下变频调速，电机的过载能力不变，但主磁通减小。载能力不变，但主磁通减小。对恒功率负载对恒功率负载1195509550ffnnTTnTnTPNNNNNNNNN常数常数1111fUfU得得湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制1) 1)基频以下的变频调速基频以下的变频调速1) 1)基频以下变频调速：基频以下变频调速：为防磁路过饱和，降低为防磁路过饱和，降低 f1时保持时保持

43、 为常数，为常数，为恒转矩调速。为恒转矩调速。这相当于他这相当于他励直流电动机降压调速。励直流电动机降压调速。11fU湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制2) 2)基频以上的变频调速基频以上的变频调速2 2）基频以上变频调速：）基频以上变频调速：只能保持只能保持 不变，不变， 越高，越高， 越低，越低，近似为恒功率调速。近似为恒功率调速。这相当于他励这相当于他励直流电动机的弱磁调速。直流电动机的弱磁调速。NU1f0湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制三相异

44、步电动机变频调速优点；三相异步电动机变频调速优点；(1)从基频向下变频调速为恒转矩调速方式；从从基频向下变频调速为恒转矩调速方式；从基频向上变频调速近似为恒功率调速方式；基频向上变频调速近似为恒功率调速方式；(2)调速范围大；调速范围大；(3)机械特性机械特性“硬硬”，转速稳定性好；，转速稳定性好；(4)运行时运行时s小，效率高；小，效率高；(5)频率频率可以连续调节，变频调速为无级调速。可以连续调节，变频调速为无级调速。湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制变频调速的缺点及变频装置简介变频调速的缺点及变频装置简介缺点：必须有

45、专用的变频电源；恒转矩调速时，低缺点：必须有专用的变频电源；恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低，甚至不能带动负速段电动机的过载能力大为降低，甚至不能带动负载。由于变频调速具有优越的调速性能，尤其对于载。由于变频调速具有优越的调速性能，尤其对于笼型异步电动机，所以它是最有发展前途的一种调笼型异步电动机，所以它是最有发展前途的一种调速方法。速方法。变频装置分间接、直接变频装置。间接变频装置是变频装置分间接、直接变频装置。间接变频装置是先将工频交流经整流器变成直流，再经过逆变器变先将工频交流经整流器变成直流，再经过逆变器变成可控频交流，称为交一直一交变频装置。直接变成可控频交流，称为交一直

46、一交变频装置。直接变频装置是将工频交流一次变换成可控频的交流，没频装置是将工频交流一次变换成可控频的交流，没有中间直流环节，称为交一交变频装置。目前应用有中间直流环节，称为交一交变频装置。目前应用较多的是间接变频装置。较多的是间接变频装置。湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制（五）串极调速（五）串极调速1、串级调速的原理、串级调速的原理adE2E串级调速是指在绕线型异步电串级调速是指在绕线型异步电动机的转子电路中串入一个与动机的转子电路中串入一个与转子同频率的附加电动势以实转子同频率的附加电动势以实现调速，该附加电动势现调速

47、，该附加电动势可与转子电动势可与转子电动势 的相位同的相位同相，也可反相。相，也可反相。湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制22022202)(sxrsEIadE当当 引入之前，电动机在固有特性上稳定运行时，引入之前，电动机在固有特性上稳定运行时，转子电流的有效值为转子电流的有效值为 22022202)(sxrEsEIad当当 引入之后，转子电流的有效值引入之后，转子电流的有效值为为 adE湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制当当 与与 反相或同相时，转子

48、电流为：反相或同相时，转子电流为：式中式中“”号对应号对应 与与 反相，电动机减速到一定转速下反相，电动机减速到一定转速下稳定运行，提供稳定运行，提供 的装置通过转子电路吸收电能。的装置通过转子电路吸收电能。同理，若转子串入同理，若转子串入 与与 同相，电动机加速到一定转速下同相，电动机加速到一定转速下稳定运行，提供稳定运行，提供 的装备向转子回路输入电能。由于此时的装备向转子回路输入电能。由于此时定子电源还向定子回路输入电能，即定子和转子回路两路定子电源还向定子回路输入电能，即定子和转子回路两路同时输入电能，故串级调速又称为电动机的双馈调速。同时输入电能，故串级调速又称为电动机的双馈调速。2

49、0EadEfDadadIIXsrsEEsXrEsEI22220222022022202)()(adEadE20EadE20EadE湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制2 2、串级调速的实现、串级调速的实现在绕线型异步电动机的转子电路中串入在绕线型异步电动机的转子电路中串入一个大小、相位可以自由调节，其频率一个大小、相位可以自由调节，其频率能自动随转速变化并始终等于转子频率能自动随转速变化并始终等于转子频率的附加电动势。要获得这样一个变频电的附加电动势。要获得这样一个变频电源不是一件容易的事，在工程上是先将源不是一件容易的事，

50、在工程上是先将转子电动势通过整流装置变成直流电动转子电动势通过整流装置变成直流电动势，然后串入一个可控的附加直流电动势，然后串入一个可控的附加直流电动势去和它作用，从而避免了随时变频的势去和它作用，从而避免了随时变频的麻烦。根据附加直流电动势作用吸收转麻烦。根据附加直流电动势作用吸收转子转差功率后回馈方式的不同，可将串子转差功率后回馈方式的不同，可将串级调速方法分为电动机回馈式串级调速级调速方法分为电动机回馈式串级调速和晶闸管串级调速两种类型。和晶闸管串级调速两种类型。湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制串级调速的特点和性能

51、：串级调速的特点和性能：1）控制设备复杂，成本高，控制困难。因为转子回路串入了一个）控制设备复杂，成本高，控制困难。因为转子回路串入了一个频率与转子电压频率相同的外加电压，且要随转子频率变化，这是频率与转子电压频率相同的外加电压，且要随转子频率变化，这是相当困难的。因此，在实际应用中，通常是将转子外加电压用整流相当困难的。因此，在实际应用中，通常是将转子外加电压用整流装置整流成可控的直流电压来代替交变电压。装置整流成可控的直流电压来代替交变电压。2）串级调速的机械特性较硬，调速平滑性好，转差）串级调速的机械特性较硬，调速平滑性好，转差功率损耗小，效率较高。功率损耗小，效率较高。3 3）低速时，

52、转差功率损耗大，功率因数较低，过载）低速时，转差功率损耗大，功率因数较低，过载能力较弱。能力较弱。4）串级调速范围一般为（）串级调速范围一般为（24）：）：1，适用于大容，适用于大容量的通风机、提升机等泵类负载。量的通风机、提升机等泵类负载。湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制 目前常用的采用可控硅组成的交直交变频器目前常用的采用可控硅组成的交直交变频器串级调速系统和交交变频器串级调速系统。串级调速系统和交交变频器串级调速系统。 由于转差功率通过逆变器回馈给电网，把异由于转差功率通过逆变器回馈给电网，把异步电动机与电网串联起

53、来，把电机本身不能输步电动机与电网串联起来，把电机本身不能输出的转差功率接过来，再送到电网，故称做出的转差功率接过来，再送到电网，故称做”串级串级“调速。同时，逆变器给异步电动机转子调速。同时，逆变器给异步电动机转子回路提供外加直流电势。回路提供外加直流电势。 串级调速系统的组成：串级调速系统的组成：湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制（六）电磁调速异步电动机（六）电磁调速异步电动机它实际上就是一台带有电磁滑差离合器的鼠笼式异步电动机，它实际上就是一台带有电磁滑差离合器的鼠笼式异步电动机，是唯一一种没有改变异步电动机的实际转

54、速的调速方法。是唯一一种没有改变异步电动机的实际转速的调速方法。 湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制u ui iu ui i+-负载负载滑滑环环磁磁极极电电刷刷电电枢枢离合器离合器湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制机械特性：由于异步电动机的固有机械特性较硬，可以认为电机械特性：由于异步电动机的固有机械特性较硬，可以认为电枢的转速是恒定不变的，而磁极的转速取决于励磁电流的大小。枢的转速是恒定不变的，而磁极的转速取决于励磁电流的大小。只要改变励磁电流的大小

55、就可以改变磁场的强弱，则磁极和负只要改变励磁电流的大小就可以改变磁场的强弱，则磁极和负载转速就不同，从而达到调速的目的。载转速就不同，从而达到调速的目的。nTo4 4、特点：、特点：1 1）设备简单，控制方便，）设备简单，控制方便，可平滑调速可平滑调速2 2）机械特性较软，转速）机械特性较软，转速稳定性差，调速范围小稳定性差，调速范围小3 3）与三相笼形电动机装）与三相笼形电动机装成一体时称为滑差电机，成一体时称为滑差电机，应用更方便应用更方便4 4）低速时转差功率损耗）低速时转差功率损耗较大，效率较低较大，效率较低4321ffffIIII湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情

56、境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制7.2.3.27.2.3.2、单相异步电动机的调速、单相异步电动机的调速 1 1、串电抗器调速、串电抗器调速 这种调速方法将电抗器与这种调速方法将电抗器与电动机定子绕组串联，通电动机定子绕组串联，通电时，利用在电抗器上产电时，利用在电抗器上产生的电压降使加到电动机生的电压降使加到电动机定子绕组上的电压低于电定子绕组上的电压低于电源电压，从而达到降压调源电压，从而达到降压调速的目的。因此用串电抗速的目的。因此用串电抗器调速法时，电动机的转器调速法时，电动机的转速只能由额定转速向低速速只能由额定转速向低速调速。调速。 这种调速方法的优点这种调速方

57、法的优点是线路简单、操作方是线路简单、操作方便；缺点是电压降低便；缺点是电压降低后，电动机的输出转后，电动机的输出转矩和功率明显降低，矩和功率明显降低，因此只适用于转矩及因此只适用于转矩及功率都允许随转速降功率都允许随转速降低而降低的场合。低而降低的场合。湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制2 2、绕组抽头调速、绕组抽头调速 这样就省去了调速电抗铁这样就省去了调速电抗铁芯，降低了产品成本，节芯，降低了产品成本，节约了电抗器的能耗。其缺约了电抗器的能耗。其缺点是使电动机嵌线比较困点是使电动机嵌线比较困难，引出线头多，接线复难，

58、引出线头多，接线复杂。这种调速方法通常有杂。这种调速方法通常有L L形接法和形接法和T T形接法两种，形接法两种，如图所示。如图所示。电容运转电动机在调速范围不大电容运转电动机在调速范围不大时，普遍采用定子绕组抽头调速。时，普遍采用定子绕组抽头调速。这种调速方法是在定子铁芯上再这种调速方法是在定子铁芯上再放一个调速绕组放一个调速绕组( (又称中间组又称中间组)D1)D1、D2D2，它与工作绕组及起动绕组，它与工作绕组及起动绕组连接后引出几个抽头，通过改变连接后引出几个抽头，通过改变调速绕组与工作绕组、起动绕组调速绕组与工作绕组、起动绕组的连接方式，调节气隙磁场大小的连接方式，调节气隙磁场大小及

59、椭圆度来实现调速的目的，及椭圆度来实现调速的目的，湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制3、串电容调速 将不同容量的电容器串入单相异步电动机电路中，也可调将不同容量的电容器串入单相异步电动机电路中，也可调节电动机的转速。电容器容抗与电容量成反比，故电容量节电动机的转速。电容器容抗与电容量成反比，故电容量越小，容抗就越大，相应的电压降也就越大，电动机转速越小，容抗就越大，相应的电压降也就越大，电动机转速就低；反之电容量越大，容抗就越小，相应的电压降也就就低；反之电容量越大，容抗就越小，相应的电压降也就越小，电动机转速就高。越小，

60、电动机转速就高。 由于电容器具有两端电压不能突变的特点，因此，起动瞬由于电容器具有两端电压不能突变的特点，因此，起动瞬间，调速电容器两端的电压为零，即电动机的电压为电源间，调速电容器两端的电压为零，即电动机的电压为电源电压，电动机起动性能好。正常运行时，电容器上无功率电压，电动机起动性能好。正常运行时，电容器上无功率损耗，效率较高。损耗，效率较高。湖南水利水电职业技术学院湖南水利水电职业技术学院学习情境学习情境7 7：异步电动机的控制：异步电动机的控制4、自耦变压器调速图图7-46a所所示电路在调示电路在调速时是使整速时是使整台电动机降台电动机降压运行，因压运行，因此低速挡时此低速挡时起动性能