电机与拖动-第6章三相异步电动机电力拖动运行

1、6.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 6.3 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 6.2 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 6.4 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 6.5 异步电动机的各种运行状态异步电动机的各种运行状态 Pem = m2 E2 I2 cos 2E2 = 4.44 f1 kW2N2 m Tem = Pem 160Pem2 n1 = Tem = CT m I2 cos 2 电磁转矩常数电磁转矩常数: p Pem 2 f1 = 4.44 pm2kw2N2 2 CT = = pm2kW2N2 1 2 R2 sPem = m1 I22 ， 2

2、f1 p 1 = 根据根据: Tem = ， Pem 1 U1 I2 = R1 (X1 X2 )2 R2 s 2 m1p2 f1 U1 Tem = R1 (X1 X2 )2 R2 s2 R2 s 2 Tem s 曲线曲线 1M S O Tem s -1 发电机发电机 电动机电动机 制动制动 s 0 s=0 n= n1 n= 0 n n1 n 0 n 0 临界转差率：临界转差率： 电动状态取电动状态取 “ ”，发电状态取，发电状态取 “”。 sm = R1 (X1 X2 )2 R2 2 当当 R1 (X1 X2 ) 时：时： sm R2X1 X2 T pm1U1 4 f1 (X1 X2 ) 2

3、Tm = R1 R1(X1 X2 )2 U1m1p 4 f1 2 2 结论：结论： 当当 f1 和电机参数不变时，异步电机的和电机参数不变时，异步电机的 Tm 与与 电源相电压电源相电压 U1 的平方成正比。的平方成正比。当当 U1 和和 f1 一定时，一定时， Tm 近似与定、转子漏抗近似与定、转子漏抗 之和成反比。之和成反比。 Tm与与 R2 无关，而无关，而 sm与与R2 成正比。成正比。 如如 R2 变大变大时，时，Tm不变，但不变，但 sm 则随之增大。则随之增大。 如忽略如忽略 R1，Tm与与 成正比。成正比。 U1 f1 2 过载倍数过载倍数 (最大转矩倍数最大转矩倍数) KT

4、： Tm TN KT = s = 1 时：时： m1p2 f1U1 R2 Tst = ( R1 R2)2 (X1 X2 )2 2 结论：结论： 当当 f1 和电机参数不变时，异步电机的和电机参数不变时，异步电机的 Tst 与电源相电压与电源相电压 U1 的平方成正比。的平方成正比。 当当 U1 和和 f1 一定时，一定时，Tst 近似与定转子漏抗之和成反比。近似与定转子漏抗之和成反比。 在一定的范围内增加在一定的范围内增加 R2 时，可增大时，可增大 Tst 。 当当sm= 1 时，时，Tst = Tm，Tst 最大。最大。 起动转矩倍数起动转矩倍数 Tst TN Kst =1. 额定效率额定

5、效率 N N = 72.5% 96.2 % （Y 系列）系列） 2. 额定功率因数额定功率因数 cos N cos N = 0.7 0.9 （Y 系列）系列） 3. 最大转矩倍数最大转矩倍数 km kT = 1.8 2.2 （Y 系列）系列） 4. 堵转转矩倍数堵转转矩倍数 kst kst = 1.6 2.2 （Y 系列）系列） 5. 堵转电流倍数堵转电流倍数 kI kI = 5 7 （Y 系列）系列） 当当 U1L = U1N 、f1 = fN，且绕线型转子中不外串且绕线型转子中不外串 任何电路参数时的机械特性。任何电路参数时的机械特性。n1 Tem n O S M 同步点：同步点： n =

6、 n1，s = 0，Tem = 0 起动点：起动点： n = 0，s = 1，Tem = Tst 临界工作点：临界工作点： s = sm，n = (1sm) n1，Tem = TmTm (1sm) n1n1Tem n O S M工作段工作段N nM 稳定运行条件：稳定运行条件： dTLdndTemdn 额定运行点额定运行点 N ： n = nN ， s = sN ， Tem = TN ，P2 = PN。 额定状态额定状态说明了电动机说明了电动机 长期运行的能力：长期运行的能力： TLTN，P2PN，I1IN。 sN = 0.01 0.06 很小，很小， Tem 增加时，增加时，n 下降很少下降

7、很少 硬特性。硬特性。硬特性硬特性 TL 忽略忽略 R1 的影响，则的影响，则 sm = R2X1 X2 T = pm1U1 4 f1 (X1 X2 ) 2 m1p2 f1 U1 Tem = (X1 X2 )2 R2 s2 R2 s 2 将将 Tem 与与 Tm 相除得：相除得： = (X1 X2 )2 R2 s2 R2 s Tem Tm 2 (X1 X2 ) = sm ss sm 2 Tem = sm ss sm 2Tm 即即 sm s= 解上述方程，可得解上述方程，可得 根据根据 s 和和 sm 的相对大小，取的相对大小，取“”或取或取“”。 ( )2= 1 s sm Tm Tem Tm

8、Tem 若忽略若忽略 T0，则在额定负载时，则在额定负载时 sN = sm ( kT kT1 )2 sm = sN ( kT kT1 )2 实用公式计算简单、使用方便，实用公式计算简单、使用方便， 但只适用于一定的范围内，即但只适用于一定的范围内，即 0 s sm 。 【例例6-1】 Y280M-4 型三相异步电动机，额定功率型三相异步电动机，额定功率 PN = 90 kW，额定频率，额定频率 fN= 50 Hz，额定转速，额定转速nN= 1480 r/min， 最大转矩倍数最大转矩倍数KT= 2.2。试求：。试求：(1) 该电动机的电磁转矩实该电动机的电磁转矩实 用公式；用公式；(2) 当转

9、速当转速 n = 1 487 r/min 时的电磁转矩；时的电磁转矩； (3) 当负载转矩当负载转矩 TL= 450 N m 时的转速。时的转速。 n1nN n1sN = = 0.0133 1 5001480 1 500解：解：(1) 额定转差率为额定转差率为 额定转矩为额定转矩为 TN = 9.55PNnN最大转矩为最大转矩为 Tm = kTTN = 2.2580.7 N m = 1 277.5 Nm = 9.55 Nm = 580.7 Nm 90 000 1 480= 0.0133( 2.2 2.221 ) = 0.0553 实用电磁转矩公式为实用电磁转矩公式为 s 0.0553 Tem

10、= 2 555 0.0553s Tem = Nm = 392.3 Nm +2 555 0.0553 0.0087 0.0087 0.0553 sm = sN ( km km1 ) 2 临界转差率为临界转差率为 (2) 当转速当转速 n = 1 487 r/min 时转差率为时转差率为 n1n n1s = = 0.0087 1 5001487 1 500电磁转矩为电磁转矩为 (3) 当当 TL = Tem = 450 Nm 时的转差率为时的转差率为 转速为转速为 n = ( 1s ) n1 = ( 10.0101 )1 500 r/min = 1 485 r/min ( )2s = sm 1 T

11、m Tem Tm Tem = 0.0553 1 = 0.0101 ( )2 1277.5 450 1277.5 450 降低降低 U1 转速稳定后转速稳定后 若若TL = TN ，则，则 ssN ，nnN 结论：结论： sm 不变；稳定运行段的特性变软了；不变；稳定运行段的特性变软了； 起动能力和过载能力显著降低。起动能力和过载能力显著降低。 1 sN I2N = I2 ， 1s 2 2 m1 R2 1 sTem = I2 2 Tm I2 I2N smn Tem O UN n1 0.8UN0.64Tm 解：解：(1) 在额定电压下的额定转矩为在额定电压下的额定转矩为 【例例6-2】 Y315S

12、-6 型三相异步电动机的额定功率型三相异步电动机的额定功率 PN = 75 kW，额定转速，额定转速 nN = 990 r/min，起动转矩倍数，起动转矩倍数 Kst1.6，过载能力，过载能力 KT= 2.0。求：。求：(1) 在额定电压下的在额定电压下的 Tst 和和 Tm ；(2) 当电网电压降为额定电压的当电网电压降为额定电压的 80时，该电动时，该电动 机的机的 Tst 和和 Tm 。 TN = 9.55 PN nN = 9550 Nm = 723.5 Nm 75 990 起动转矩和最大转矩分别为起动转矩和最大转矩分别为 Tst = KstTN = 1.6723.5.7 N m = 1

13、157.6 N m Tm = KTTN = 2.0723.5.7 N m = 1447.0 N m (2) 当当U1L = 80%UN 时，起动转矩和最大转矩分别为时，起动转矩和最大转矩分别为 Tst = 0.82Tst = 0.821157.6 N m = 740.9 N m Tm = 0.82Tm = 0.821447.0 N m = 928.1 N m 设串联电阻为设串联电阻为 Rs ： Tm 不变。不变。 sm = R2Rs X1 X2 Rs3Rs2Rs1 Tm R2Rs1 R2Rs2 n Tem O R2 n1 smsm1sm3R2Rs3 结论：结论： 当当 sm1 时，时， Rs

14、sm Tst 。 当当 sm = 1 时，时， Tst = Tm 。 当当 sm1 时，时， Rs sm Tst 。 【例例6-3】 一台绕线型三相异步电动机带恒转矩负载一台绕线型三相异步电动机带恒转矩负载 运行，当转子回路不串电阻时，运行，当转子回路不串电阻时，n = 1440 r/min，若在转，若在转 子回路串入电阻使转子电路每相电阻增加一倍，试问这子回路串入电阻使转子电路每相电阻增加一倍，试问这 时电机的转速是多少？时电机的转速是多少？ 解：解：因为因为 TL 不变，由电磁转矩公式可知不变，由电磁转矩公式可知 R2 s = R2Rs s ，故串联电阻后的转差率为，故串联电阻后的转差率为

15、 s = s = 2s R2Rs R2 而转速而转速 n = 1 440 r/min 时转差率为时转差率为 n1n n1s = = 0.04 1 5001440 1 500故故 s = 2s = 20.04 = 0.08 则则 n = ( 1s ) n1 = ( 10.08 )1 500 r/min = 1 380 r/min P165【例例5-2】 一台绕线型三相四极异步电动机，一台绕线型三相四极异步电动机，nN = 1460 r/min，PN=150kW，fN1=50Hz，UN1=380V，KT=2。求：。求：（1）固有机械特性表达式；）固有机械特性表达式；（2）起动转矩；）起动转矩；（3

16、）当负载转矩）当负载转矩TL=755N.m时的转速。时的转速。 结论结论 ： 定子回路串对称定子回路串对称 Rf 或或 Xf 不改变不改变 n1 。 Rf (Xf ) Tm、Tst 。 Rf (Xf ) sm，使临界点上移。，使临界点上移。 n Tem O Rf = 0 (Xf = 0) n1 Tst m1p2 f1 U1 Tem = R1 (X1 X2 )2 R2 s2 R2 s 2 sm = R1 (X1 X2 )2 R2 2 Tm = R1 R1(X1 X2 )2 U1pm1 4 f1 2 2 Rf (Xf) Tst sm sm 电动机的起动指标电动机的起动指标 起动电流倍数起动电流倍数

17、 kI = Ist/IN。 起动转矩倍数起动转矩倍数 kst = Tst/TN。 起动时间。起动时间。 起动时绕组中消耗的能量和绕组的发热。起动时绕组中消耗的能量和绕组的发热。 起动时的过渡过程。起动时的过渡过程。 起动设备的简单性和可靠性。起动设备的简单性和可靠性。 Ist = kI IN = (5 7) IN（较大）（较大） Tst = kstTN = (12 ) TN （较小）（较小） 若变压器若变压器 SN 相对电动机相对电动机 PN 不算大时，不算大时， Ist 会会 使变压器输出电压短时下降幅度较大。使变压器输出电压短时下降幅度较大。 不利影响：不利影响： 影响自身的起动，当负载较

18、重时，可能无法起动。影响自身的起动，当负载较重时，可能无法起动。 影响同一台变压器供电的其他负载工作。影响同一台变压器供电的其他负载工作。 频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。 直接起动的使用条件直接起动的使用条件(1) 小容量的电动机（小容量的电动机（PN 7.5 kW）。）。 (2) 电动机容量满足如下要求：电动机容量满足如下要求：IstINKI = 3 14电源总容量电源总容量(kVA)电动机容量电动机容量(kW) 如果不满足上述使用条件，则要采用降压起如果不满足上述使用条件，则要采用降压起 动，把动，把 Ist 限制到允许的数值。限制到允许的

19、数值。 (1) 定子串联电阻或电抗器减压定子串联电阻或电抗器减压起动起动Xst KM1 KM23 M33 RSKM1 KM2M3(2) 自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动 M3TA3 UNKM1 KM2 KM3 UN/ /kaIst/ka Ista 设设TA 的电压比为的电压比为 ka U1L = UN/ /ka I1L = Ist/ /ka 起动电流为起动电流为 Ista = Ist ka 2 起动转矩为起动转矩为 Tsta Tst UN/ka UN =2 Tsta = Tst ka 2 优点：电压比优点：电压比 ka 可调。可调。 QJ2 型三相自耦变压器：型三相自耦变压器： N2/N1

20、 = 0.55、0.64、0.73 ka = 1.82、1.56、1.37 QJ3 型三相自耦变压器：型三相自耦变压器： N2/N1 = 0.4、0.6、0.8 ka = 2.5、1.67、1.25 缺点：自耦变压器体积大，价格高。缺点：自耦变压器体积大，价格高。 适用：较大容量笼型异步电动机的起动。适用：较大容量笼型异步电动机的起动。 使用条件：使用条件： IstaImax 与与 TstaTL 。 适用：正常运行为适用：正常运行为联结的电动机。联结的电动机。 (3) 星星三角降三角降压压起动（起动（Y降降压压起动）起动） U1 V1 W13 UNKM1 KM2 KM3 U2 V2 W2 起动

21、电流（定子起动电流（定子 线电流）为线电流）为 IstP 3 Ist 3 3 = IstY = Ist13ABCAZBXYCBCAXYZNUI1PINUYI1PI定子线电压比定子线电压比111NLYLNUUUU定子相电压比定子相电压比1111313PYLYPLUUUU定子相电流比定子相电流比111113PYPYPPIUIU 起动电流比起动电流比11133stYPYstPIIII电源电流比电源电流比13stYYstIIII 起动转矩为起动转矩为 TstY = Tst13TstY Tst =2 UN 3 UN IstYImax 与与 TstYTL 。 Y减压减压起动的使用条件起动的使用条件 优点：

22、优点： 起动设备简单、价格低、维修方便。起动设备简单、价格低、维修方便。 【例例63】三相笼型异步电动机，三相笼型异步电动机，PN=60kw，UN=380v，定，定子子联结，联结，IN136A，Kst1.1，KI6.5，供电变压器允许，供电变压器允许的最大起动电流为的最大起动电流为500A。若拖动负载转矩。若拖动负载转矩TL0.3TN(要求要求Tst=1.1TL)，能否采用星三角起动法？，能否采用星三角起动法？故不允许直接起动。故不允许直接起动。 (2) Y减压起动计算减压起动计算 因为因为 【例例6-4】 一台一台 Y280S-4 型三相异步电动机，额定容型三相异步电动机，额定容 量量 PN

23、 = 75 kW，三角形联结，全压起动电流倍数，三角形联结，全压起动电流倍数 kI7.0， 起动转矩倍数起动转矩倍数 Kst1.9，电源容量为，电源容量为 1 250 kV A。若电动。若电动 机带额定负载起动，试问应采用什么方法起动机带额定负载起动，试问应采用什么方法起动? 解：解：(1) 直接起动计算直接起动计算 电源允许的起动电流倍数为电源允许的起动电流倍数为KI 3 14电源总容量电源总容量(kVA)电动机容量电动机容量(kW)= 3 = 4.92 141 250 75 1 3 = KI =IstY IN7 3 4.92 1 3TstY = Tst = KstTN1 3= TN 1.9

24、 3 TN 所以不能采用所以不能采用 Y起动。起动。 (3) 自耦变压器起动计算自耦变压器起动计算 Tsta = Tst ka 2 = kI ka 2 Ista IN 4.92 TN = TN 1.9 ka 2 1.193ka1.38 = 7 ka 2 所以可以选用所以可以选用 QJ3 型三相自耦变压器，取型三相自耦变压器，取 ka = 1.25。 VT1 VT2 VT3 M3 3 起动之初，晶闸管的触发角很大，起动之初，晶闸管的触发角很大， 电动机的线电压很低。电动机的线电压很低。 起动过程中，逐渐减小触发角，起动过程中，逐渐减小触发角， 电动机的线电压逐渐升高。电动机的线电压逐渐升高。 (

25、1) 软起动器的原理软起动器的原理 软起动的特点：软起动的特点： 无冲击电流。无冲击电流。 有软停车功能，即平滑减速、逐渐停机。有软停车功能，即平滑减速、逐渐停机。 起动参数可根据不同负载进行调整，起动参数可根据不同负载进行调整， 有很强的负载适应性。有很强的负载适应性。 具有轻载节能和多种保护功能。具有轻载节能和多种保护功能。 槽深槽深 h 与槽宽与槽宽 b 之比为：之比为： h / b = 8 12X2 小小X2 大大 起动时，起动时，f2 高，高， X2 大，电流的集肤大，电流的集肤 效应使导条的等效效应使导条的等效 面积减小，即面积减小，即 R2 ， 使使 Tst 。 运行时，运行时，

26、 f2 很低，很低， X2 很小，集肤效应很小，集肤效应 消失，消失，R2 。 j h O深槽式异步电动机的机械特性深槽式异步电动机的机械特性 n OTen11 2凸形槽凸形槽 刀形槽刀形槽 起动时，起动时， f2 高，高， 漏抗大，起主要作用，漏抗大，起主要作用， I2 主要集中在外笼，主要集中在外笼， 外笼外笼 R2 大大 Tst 大。大。 外笼外笼 起动笼。起动笼。 运行时，运行时， f2 很低很低 ， 漏抗很小，漏抗很小，R2 起主要作用，起主要作用， I2 主要集中在内笼。主要集中在内笼。 内笼内笼 工作笼。工作笼。R2 大大X2 小小R2 小小X2 大大 双笼型异步电动机的机械特性

27、双笼型异步电动机的机械特性 n OTen11 32 转子电阻比一般笼型异步电动机的大：转子电阻比一般笼型异步电动机的大： 转子导条采用电阻率较高的合金铝转子导条采用电阻率较高的合金铝 (如锰铝或如锰铝或 硅铝硅铝) 浇注而成。浇注而成。 国产国产YH 系列高转差率异步电动机系列高转差率异步电动机 ： sN = (7 14)%，Kst = 2.4 2.7，kI = 4.5 5 。 适用于拖动飞轮转矩大和不均匀冲击负载以及适用于拖动飞轮转矩大和不均匀冲击负载以及 频繁正、反转的工作场合。频繁正、反转的工作场合。 如锤击机、剪刀机、冲压机和锻冶机等如锤击机、剪刀机、冲压机和锻冶机等 。 采取改变转子

28、槽形，减小导条截面积等措施。采取改变转子槽形，减小导条截面积等措施。 高转差率异步电动机高转差率异步电动机 的机械特性的机械特性 n OTen1YH 系列系列 YZ 系列系列 Y 系列系列 Rst1Rst23 M3KM1 KM2 Q起动过程起动过程串联串联 Rst1 和和 Rst2 起动（特性起动（特性 a） 总电阻总电阻 R22 = R2 + Rst1+ Rst2n1Te nOa (R22)TLTs2a1a2Ts1切除切除 Rst2 n1Te nOa (R22)TLTs2a1a2Ts1(1) 起动过程起动过程b (R21)b1b2 合上合上 KM2 ，切除切除 Rst2（特性（特性 b） 总

29、电阻总电阻 R21 = R2+ Rst1切除切除 Rst1 3 M3KM1 KM2 Rst1Rst2Q 合上合上 KM1 ，切除切除 Rst1（特性（特性 c） 总电阻总电阻: R2c (R2)c1c2起动过程起动过程p3 M3KM1 KM2 Rst1Rst2Qn1Te nOa (R22)TLTs2a1a2Ts1b (R21)b1b2 频敏变阻器频敏变阻器 频率高：损耗大，电阻大。频率高：损耗大，电阻大。 频率低：损耗小，电阻小。频率低：损耗小，电阻小。 转子电路起动时转子电路起动时 f2 高，电阻大，高，电阻大， 频敏变阻器频敏变阻器 转子电路正常运行时转子电路正常运行时 f2 低，电阻小，

30、低，电阻小， 自动切除变阻器。自动切除变阻器。 Tst 大，大， Ist 小。小。 频敏变阻器起动的特点：频敏变阻器起动的特点： 起动设备结构简单，低格低廉。起动设备结构简单，低格低廉。 运行可靠，坚固耐用，使用维护方便。运行可靠，坚固耐用，使用维护方便。 控制系统简单，便于实现自动控制。控制系统简单，便于实现自动控制。 能获得接近恒转矩的机械特性，减少冲击，能获得接近恒转矩的机械特性，减少冲击， 实现电动机的平稳起动。实现电动机的平稳起动。 cos 较低，一般为较低，一般为 0.5 0.75， 使使 Tst 的增大受到限制。的增大受到限制。 适用于频繁起动、对适用于频繁起动、对 Tst 要求

31、不高的生产机械。要求不高的生产机械。 (1) 变极调速变极调速 (2) 变频调速变频调速 (3) 变转差率调速变转差率调速 异步电动机的转速公式异步电动机的转速公式 n = (1s) n1 = (1s)60 f1 p 调压调速调压调速 转子串电阻调速转子串电阻调速 串级调速串级调速 改变改变 n1 不改变不改变 n1 调速方法：调速方法：n1 = 60 f1 p 变极调速为有级调速：变极调速为有级调速： f1= 50 Hz 时：时： p 1 2 3 4 5 6 n1/(r/min) 3 000 1 500 1 000 750 600 500 变极调速适用于笼型异步电动机：变极调速适用于笼型异步

32、电动机： 因为笼型转子的极对数能自动随定子磁场的极因为笼型转子的极对数能自动随定子磁场的极 对数改变而改变，而绕线型转子的极对数则不对数改变而改变，而绕线型转子的极对数则不 能自动随定子磁场极对数的改变而改变。能自动随定子磁场极对数的改变而改变。 改变定子绕组的极对数有两种方法：改变定子绕组的极对数有两种方法： (1) 双绕组变极双绕组变极 (2) 单绕组变极单绕组变极U1U2U1U2 U1U2U1U2 p = 2 S NN SNS p = 1 N S N S U1 U2 U1 U2 U1 U2U1 U2U1 U2 U1 U2 N S U1 U2 U1 U2 U1 U2N S 结论：结论： 对

33、于由两个半相绕组构成的一相绕组，只要改变其中一对于由两个半相绕组构成的一相绕组，只要改变其中一个半相绕组的电流方向，就可将极对数增加一倍个半相绕组的电流方向，就可将极对数增加一倍(正串正串) 或减或减少一半少一半 (反串或反并反串或反并)。 (a) YY (p ) (b) Y(2p) (c) (2p) 变极时必须把三相绕组中任意两相的出线端变极时必须把三相绕组中任意两相的出线端 对调再接到电源上，保证电动机的转向不变。对调再接到电源上，保证电动机的转向不变。 因为因为 电角度电角度= 电机极对数电机极对数 p机械角度机械角度设当设当 p = 1 时，时，UVW 互差互差 120o 正序；正序；

34、 当当 p = 2 时，时，UVW 互差互差 240o 负序。负序。 对调为对调为 UV (W)W (V) 正序。正序。 p 对磁极对磁极 2p 对磁极对磁极 调速方向：调速方向： YY Y：n Y YY ：n 调速范围：调速范围： D = 2 4 调速的平滑性：差调速的平滑性：差 调速的稳定性：好调速的稳定性：好 静差率：静差率： p 对磁极对磁极 2p 对磁极对磁极 调速方向：调速方向： YY：n YY ：n 调速范围：调速范围： D = 2 4 调速的平滑性：差调速的平滑性：差 调速的稳定性：好调速的稳定性：好 静差率：静差率： = 100% n1n n1 n n1 = （基本不变）（基

35、本不变） (1) 双速电动机双速电动机 采用采用 YYY 和和YY 方式变极。方式变极。 其极对数成倍地变化，如其极对数成倍地变化，如 2/4 极、极、4/8 极等。极等。 (2) 多速电动机多速电动机 如国产如国产 YD250M-4/6/8/12 型多速电机，型多速电机， 有有4 极、极、6 极、极、8 极、极、12 极四种极数。极四种极数。 操作简单方便、机械特性硬、效率高。操作简单方便、机械特性硬、效率高。 只能有级调速，可获得恒转矩和恒功率调速。只能有级调速，可获得恒转矩和恒功率调速。 YYY 应用于起重机、运输传送带等恒转矩负载；应用于起重机、运输传送带等恒转矩负载； YY 应用于如

36、各种机床切削等恒功率负载。应用于如各种机床切削等恒功率负载。 E14.44 f1 kw1N1 m = U14.44 f1 kw1N1 恒磁通控制方式恒磁通控制方式 (1) 保持保持 为常数为常数 E1 f1 Tem= Pem 1 = 2 f1 p R2 s 3I2 2 = 3p 2 f1 E2 R2 s 2 R2 s X2 2 2 = 3p f12 2 R2 s 2 E1 f1 sX2 R2 1 在不同频率下，产生最大转矩时的转速降落为在不同频率下，产生最大转矩时的转速降落为 nm = smn1 对上式进行求导，并令对上式进行求导，并令 = 0 ，可得，可得 dTem ds Tm = 3p 4

37、 2 E1 f1 f1 X2 = 3p 4 2 E1 f1 1 2 L2 sm = R2 X2 = R2 2 L2 f1 60f1 p = R2 2 L2 f1 = R2 2 L2 60 p 1 f1 结论：结论： 当保持恒电动势频率比调速时，当保持恒电动势频率比调速时，Tm 和和 nm 是是 与频率无关的常数。与频率无关的常数。 f1fNf1n1 Tem n O fN Tm n1 恒电动势频率比调速时的机械特性恒电动势频率比调速时的机械特性 采用恒电动势频率比控采用恒电动势频率比控 制方式具有以下优点：制方式具有以下优点： 电动机的机械特性硬、电动机的机械特性硬、 调速范围宽且稳定性好。调速

38、范围宽且稳定性好。 由于正常运行时转差率由于正常运行时转差率 s 较小，较小， 转差功率小，电动机的转差功率小，电动机的 高。高。 由于由于 Tm 不变，这种控制方式不变，这种控制方式 适合于带恒转矩负载调速。适合于带恒转矩负载调速。(2) 保持保持 为常数为常数 U1 f1 sm = R1(X1 X2 )2 R2 2 结论：结论： 当保持恒压频比调速时，当保持恒压频比调速时，Tm 已不是常数，已不是常数， Tm 随着频率降低而减小。随着频率降低而减小。 3p 2 f1 Tem = R1 (X1 X2 )2 R2 s 2 R2 s 2 U1 f1 R1 R1(X1 X2 )2 Tm = 3p

39、4 f1 2 2 U1 f1 恒压频比调速时的机械特性恒压频比调速时的机械特性 f1fNf1n1 Tem n O fN Tm n1 结论：结论： 基频以下恒压频比调速基频以下恒压频比调速 近似为恒磁通控制方式，近似为恒磁通控制方式， 同样适用于恒转矩负载调速。同样适用于恒转矩负载调速。 为了使电动机在低频时为了使电动机在低频时 仍保持足够大的过载能力，仍保持足够大的过载能力， 通常可将通常可将 U1 适当抬高一些，适当抬高一些， 以补偿一些定子阻抗压降。以补偿一些定子阻抗压降。 f1fN ，U1L = UN（保持不变）（保持不变） f1 m ，类似于直流电动机的弱磁调速。，类似于直流电动机的弱

40、磁调速。 当当 f1fN 时，时， R1 ( X1 X2 )， 忽略忽略 R1 ，则，则 Tm = 3pU14 f1 (X1 X2 ) 2 3pU1 4 (L1 L2 ) 1 f1 2 = 2 2 sm = R2 X1 X2 R2 2 (L1 L2 ) f1 = nm = smn1 R2 2 (L1 L2 ) 60 p = sm ； 1 f1 nm 保持不变。保持不变。 f1fNn1 Tem n O fN 基频向上调速时的机械特性基频向上调速时的机械特性 结论：结论： Tm ； 1 f1 2 n1 f1 结论：结论： 在基频以上调速时，由于在基频以上调速时，由于 m 与与 f1 成反比地降成反

41、比地降 低，使得低，使得 Tem 也与也与 f1 近似成反比变化，故电动近似成反比变化，故电动 机近似为恒功率运行。机近似为恒功率运行。 调速范围宽，调速范围宽，D = 100 。 调速平滑性好，调速平滑性好， 可实现无级调速。可实现无级调速。 机械特性硬，静差率小，机械特性硬，静差率小， 转速稳定性好。转速稳定性好。 基频以下为恒转矩调速，基频以下为恒转矩调速， 基频以上为恒功率调速。基频以上为恒功率调速。 调速时转差率小，调速时转差率小， 转差功率小，运行效率高。转差功率小，运行效率高。 变频器结构复杂，价格昂贵。变频器结构复杂，价格昂贵。 U、f 可变可变 M33 整流电路整流电路 逆变

42、电路逆变电路 50 Hz 控制控制 电路电路 直直 流流 变频器变频器 电机变频器一体化产品电机变频器一体化产品 优点：优点：(1) 一体化的通用变频器和电动机的组合可以提供最大效率。一体化的通用变频器和电动机的组合可以提供最大效率。 (2) 变速驱动，输出功率范围宽（如从变速驱动，输出功率范围宽（如从 120 W到到 7.5 kW）。）。(3) 在需要的时候，通用变频器可以方便地从电动机上移走。在需要的时候，通用变频器可以方便地从电动机上移走。 (4) 高起动转矩。高起动转矩。 nm n1 Tem n O UN TL1TL2 TL3 U1 n1 Tem n O U1UN U1 U1 UN U

43、1U1UN TL1 改变改变 U1 调速是一种比较简便的调速方法，调速是一种比较简便的调速方法， 但低速时但低速时 PCu2 大，大， 低，电机散热差，低，电机散热差， 发热严重。发热严重。 异步电动机调压调速异步电动机调压调速 高转差率异步电动机调压调速高转差率异步电动机调压调速 结论：结论： 调速方向：调速方向：U1(UN) n 调速范围：调速范围：D 较小。较小。 调速的平滑性：若能连续调节调速的平滑性：若能连续调节U1，n 可实现无级调速。可实现无级调速。 调速的稳定性：稳定性差。调速的稳定性：稳定性差。 对于恒转矩负载不宜长期在低速下工作，对于恒转矩负载不宜长期在低速下工作， 比较适

44、合于风机类负载的调速。比较适合于风机类负载的调速。 调速的经济性：经济性较差。调速的经济性：经济性较差。 需要可调交流电源，需要可调交流电源，cos 1 和和 均较低。均较低。 调速时的允许负载：既非恒转矩又非恒功率调速。调速时的允许负载：既非恒转矩又非恒功率调速。所以所以 U1 Tem (n) P2 因为因为 TemU1 ， 2 【例例6-5】 一台一台 Y280S-4 型三相异步电动机，其额型三相异步电动机，其额 定值为定值为 PN = 75 kW，UN = 380V，nN=1480 r/min，三角形，三角形 联结，最大转矩倍数联结，最大转矩倍数 KT2.2，电动机带额定负载运行，电动机

45、带额定负载运行， 若采用调压调速，将定子电压调为若采用调压调速，将定子电压调为 0.8UN，求此时电机，求此时电机 的转速。的转速。 解：额定转差率和临界转差率分别为解：额定转差率和临界转差率分别为 n1 nN n1sN = = = 0.0133 1 500 1 480 1 500sm = sN ( KT KT1 )2 = 0.0133(2.2 2.221 ) = 0.0553 因为因为 TmU1 ，故调压后的最大转矩为，故调压后的最大转矩为 2 Tm = Tm = 0.64Tm 0.8UN UN 2 = 0.64KTTN = 1.408TN因此调压后额定负载时的转差率为因此调压后额定负载时的

46、转差率为 n = (1s) n1 = (10.023) 1500 r/min = 1465.5 r/min 因为因为 sm与与 U1 无关，无关， 即即 sm= sm s = sm 1 ( Tm TN Tm TN ) 2 = 0.0553(1.408 1.40821 ) = 0.023 调压后的转速为调压后的转速为 n1Te n O Tm R2 R2+Rr TLM33RrKM 结论：结论： 调速方向：调速方向： n 调速范围：调速范围：D 较小较小。 D = 23。 调速的平滑性：取决于调速的平滑性：取决于 Rr 的调节方式。一般为有级调速的调节方式。一般为有级调速 调速的稳定性：调速的稳定性

47、： 稳定性差。稳定性差。Rr 。 调速的经济性：初期投资不大，但运行效率较低。调速的经济性：初期投资不大，但运行效率较低。 属于转差功率消耗型调速方法，低速运行时属于转差功率消耗型调速方法，低速运行时 PCu2 大，大， 故不宜长期低速运行。故不宜长期低速运行。 多用于对调速性能要求不高且断续工作的生产机械上，多用于对调速性能要求不高且断续工作的生产机械上， 如桥式起重机、轧钢机的辅助机械等。如桥式起重机、轧钢机的辅助机械等。 为恒转矩调速：为恒转矩调速： 因为因为调速前后调速前后 U1 、 f1不变，不变， m 不变。不变。 【例例 6-6】 一台一台YR280M-4 型异步电动机带额定负型

48、异步电动机带额定负 载恒转矩运行，已知载恒转矩运行，已知 PN75 kW，nN1480 r/min，U1N = 380V，三角形联结，三角形联结，I1N = 140 A，E2N354 V，I2N = 128 A，KT = 3.0。试求：。试求：(1) 当在转子回路串入当在转子回路串入 0.1 电电 阻时，电机的运行转速；阻时，电机的运行转速；(2) 要求把转速降至要求把转速降至1000 r/min， 转子回路每相应串多大电阻？转子回路每相应串多大电阻？ 解：解：(1) 额定转差率和转子电阻值分别为额定转差率和转子电阻值分别为 n1 nN n1sN = = = 0.0133 1 500 1 48

49、0 1 500R2 = sN E2N 3 I2N 0.0133354 3 128 = = 0.0212 电机带恒转矩负载运行时有关系电机带恒转矩负载运行时有关系 R2 sN R2Rs s = 电机转速为电机转速为 所以当串入电阻所以当串入电阻 Rs= 0.1 时电机的转差率为时电机的转差率为 转子每相应串电阻为转子每相应串电阻为 0.02120.1 0.0212= 0.0133 = 0.076 R2Rs R2 s = sN(2) 当当 n = 1 000 r/min 时的转差率为时的转差率为 = (10.076) 1 500 r/min = 1386 r/min n = (1s ) n1 n1

50、 n n1s = = = 0.3333 1 500 1 000 1 500Rs = 1 R2 s sN= 1 0.0212 = 0.51 0.3333 0.0133 制动方法：制动方法： 回馈制动、反接制动、能耗制动。回馈制动、反接制动、能耗制动。 | n | | n1 |，s0； 电机处于异步发电机状态；电机处于异步发电机状态； 将机械能量转变为电能反馈回电网；将机械能量转变为电能反馈回电网； 电磁转矩与旋转方向相反，起制动作用。电磁转矩与旋转方向相反，起制动作用。 n1 Tem n s O smTmMH smTmM 回馈制动回馈制动 Tem n O fN f1 fN f1 调速过程中的回馈

51、制动调速过程中的回馈制动 TLabcd Ten OYYYTLabcd? 变频调速过程中的回馈制动变频调速过程中的回馈制动 变极调速过程中的回馈制动变极调速过程中的回馈制动 s = n1n n1 第二象限第二象限 0 (n1n) 0 定子发出电功率定子发出电功率 向电源回馈电能。向电源回馈电能。 Pem = m1I22R2Rb s 轴上输入机械功率轴上输入机械功率 (位能负载的位能位能负载的位能)。 Pm= (1s ) Pem0 pCu2 = PemPm |Pem | = |Pm|pCu2 机械能转换成电能机械能转换成电能 (减去转子铜损耗等减去转子铜损耗等)。 迅速停车迅速停车 (1) 制动原

52、理制动原理 KM1 KM2 M 3 3 Rb 制动前制动前 KM1 合，合，KM2 断，断， 一般一般 Rb = 0 。 制动时制动时 KM1 断，断，KM2 合。合。 转子串入转子串入 Rb 。TLTL制动前：正向电动状态。制动前：正向电动状态。 制动时：定子相序改变，制动时：定子相序改变， n1 变向。变向。O n Tem 1 n1 2n1 bs = n1 n n1= n1n n1ac即即 s1 (第二象限第二象限)。因因 s1，使，使 E2s、I2 反向，反向， Tem 反向。反向。 a 点点 b 点点(Tem0，制动开始，制动开始) 惯性惯性 n c 点点(n = 0，Tem 0)，

53、到到 c 点时，若未切断电源，点时，若未切断电源， 电机电机 将可能反向起动。将可能反向起动。制动结束。制动结束。 dR2 RbR2 取决于取决于 Rb 的大小。的大小。(2) 制动效果制动效果aO n Te 1n1 2n1 bc(3) 制动时的功率制动时的功率 0 Pm = (1s ) Pem 三相电能三相电能 电磁功率电磁功率Pem转子转子机械功率机械功率Pm定子定子转差转差功率功率0 Pem = m1I22R2Rb s = PemPm= Pem|Pm| pCu2 = m1(R2Rb ) I22 R2 RbR2 【例例6-7】 一台一台YR280M-8 型绕线异步电动机，型绕线异步电动机，

54、PN = 45 kW，nN735 r/min，E2N359 V，I2N = 76 A，KT = 2.4，如果电动机拖动额定负载运行时，采用反接制动，如果电动机拖动额定负载运行时，采用反接制动 停车，要求制动开始时最大制动转矩为停车，要求制动开始时最大制动转矩为 2TN，求转子每，求转子每 相串入的制动电阻值。相串入的制动电阻值。 解：额定转差率和固有特性的临界转差率为解：额定转差率和固有特性的临界转差率为 n1 nN n1sN = = = 0.02 750 735 750sm = sN ( KT KT1 )2 = 0.02(2.4 2.421 ) = 0.0916 转子每相电阻值为转子每相电阻

55、值为 R2 = sN E2N 3 I2N 0.02359 3 76 = = 0.0545 在反接制动时瞬间，在反接制动时瞬间，Tem = 2TN，由于转速来不及变化，由于转速来不及变化， 但旋转磁场的转向相反，所以，此时的转差率为但旋转磁场的转向相反，所以，此时的转差率为 s m = s 1 Tm TL Tm TL 2s = = = 1.98 n1nN n1 750735 750= 1.98 1 = 3.6894 2.4 2 2.4 2 2转子每相应串电阻为转子每相应串电阻为 Rb = 1 R2 s m sm= 1 0.0545 = 2.14 1.0519 0.0916 下放重物下放重物 O

56、n Tem 1n1 2 bcTL ad(1) 制动原理制动原理 定子相序不变，转子电定子相序不变，转子电 路串联对称电阻路串联对称电阻 Rb。 制动运制动运 行状态行状态a 点点 b 点点(TbTL)， 惯性惯性 n c 点点 ( n = 0，TcTL ) 在在TL 作用下作用下 M 反向起动反向起动 d 点点( nd0，Td = TL ) (2) 制动效果制动效果 改变改变 Rb 的大小，的大小， 改变特性改变特性 2 的斜率，的斜率， 改变下方速度改变下方速度 nd 。 3 低速提低速提 升重物升重物 e R2 (3) 制动时的功率制动时的功率s = n1n n1 第四象限第四象限 1 (

57、n0) 0 0 Pm = (1s ) Pem 定子输入电功率定子输入电功率 轴上输入机械功率轴上输入机械功率 （位能负载的位能）（位能负载的位能） = PemPm= Pem|Pm| pCu2 = m1(R2Rb ) I22 Pem = m1I22R2Rb s 电功率与机械功率均电功率与机械功率均 消耗在转子电路中。消耗在转子电路中。 【例例6-11】 某起重机由一台绕线型三相异步电动机某起重机由一台绕线型三相异步电动机 拖动，已知拖动，已知 PN30 kW，UN380V，Y 联结，联结，nN730 r/min，E2N390 V，I2N = 50 A，KT = 3.0。电动机轴上。电动机轴上 的负载转矩的负载转矩 TL0.8TN。(1) 如果电动机以如果电动机以 500 r/min 的的 速度反接下放重物，求转子每相串入的电阻值。速度反接下放重物，求转子每相串入的电阻值。(2) 如如 果转子每相串入果转子每相串入 3.2 的电阻，电动机的转速是多大，的电阻，电动机的转速是多大， 运行在什么状态？运行在什么状态？(3) 如果转子每相串入如果转子每相串入 6.2 的电