交直流调速资料

交直流调速资料第1页/共156页第4章交直流电机无级调速控制4.1电机调速的概念和指标4.1.1机电传动控制系统的发展4.1.2机床调速技术的发展4.1.3电机调速的概念4.1.4调速的性能指标4.2直流电机无级调速4.2.1直流电机结构和工作原理4.2.2直流电机的分类4.2.3直流电机的主要额定值4.2.4他励直流电机的机械特性4.2.5直流电机无级调速4.2.6晶闸管-电动机直流传动控制系统第2页/共156页第4章交直流电机无级调速控制4.3交流电机无级调速4.3.1异步电机调速系统的基本类型a.功率关系b.交流调速系统的分类4.3.2异步电机无级调速系统a.异步电机转差功率消耗型调速系统b.异步电机转差功率回馈型调速系统(绕线式异步电机串级调速系统)c.异步电机转差功率不变型调速系统(笼型异步电机变压变频调速系统)第3页/共156页4.1电机调速的概念和指标4.1.1机电传动控制系统的发展：20世纪初，继电器-接触器30年代，电机放大机40年代～50年代，磁放大器和大功率可控制水银整流器50年代末期，晶闸管(可控硅)（现在：功率晶体管，IGBT）采样控制第4页/共156页4.1电机调速的概念和指标4.1.2机床调速技术的发展为了提高机床的工作效率，在满足加工精度与表面粗糙度要求的前提下，对不同的工件材料和不同的刀具，应选择不同的最合理的切削速度。另外，机床的快速进、退刀和对刀调整等辅助工作也需要不同的运动速度。因此，为保证机床能在不同的速度下工作，要求包括主拖动和进给拖动在内的电力拖动系统必须具备调节速度的功能。调速方法分为：机械有级调速、电气--机械有级调速、电气无级调速、机械无级调速。机械有级调速：速度的调节通过改变齿轮箱的变速比来实现。电气-机械有级调速：用多速笼型异步交流电动机代替单速笼型异步交流电动机。电气无级调速：通过直接改变电动机转速来实现机床工作机构转速的无级调节的。

第5页/共156页4.1电机调速的概念和指标4.1.3电机调速的概念

速度调节：负载保持不变的情况下，用人为的方法改变电路中的一 个或几个参数，使得电机特性发生改变。从而得到不同的转速。（其它因素如负载变化或电源扰动引起的速度变化，不属于调速范围）速度调节速度变化第6页/共156页4.1.4调速的性能指标a.调速范围D：如车床D＝20～100，龙门刨床D=10～40，轧钢机D＝1.20～3等。

b.静差率（相对稳定性）δ：指负载变化时，转速变 化的程度，转速变化小，稳定性好。（有/无静差调速）δ越小，相对稳定性越好；δ与机械特性硬度和n0有关。第7页/共156页D与δ%相互制约：

δ越小，D越小，相对稳定性越好；在保证一定的δ指标的前提下，要扩大D，须减少Δn，即提高机械特性的硬度。第8页/共156页c.调速的平滑性：

调速的平滑性是指相邻两级转速的接近程度，用平滑系数Ф

表示，即

越接近1，平滑性越好，当时，称为无级调速，即转速可以连续调节。调速不连续时，级数有限，称为有级调速。d.调速的经济性：主要指调速的投资、运行效率及维修费用等。第9页/共156页f.调速的经济性：主要指调速的投资、运行效率及维修费用等。e.动态技术指标：（1）最大超调量（2）过渡时间：n1发指令，进入（0.05~0.2）n2稳态的时间（3）振荡次数：过渡时间内，速度在稳态值上下摆动次数第10页/共156页4.2.1直流电机结构和工作原理4.2直流电机无级调速第11页/共156页

工作原理：

1）将直流电源通过电刷和换向器接入电枢绕组， 导体中有电流流过。

2）电机内部有磁场存在。

3）转子（即电枢）导体将受到电磁力f的作用 （左手定则）

4）所有导体产生的电磁力作用于转子，拖动机 械负载旋转。

第12页/共156页第13页/共156页第14页/共156页4.2.2直流电机的分类按定子励磁绕组的励磁方式分为：他励电动机，并励电动机，串励电动机，复励电动机。1．他励电动机：励磁绕组由外加电源单独供电，励磁电流的大小与电枢两端电压或电枢电流的大小无关。2.并励电动机：励磁绕组与电枢绕组并联连接，由外部电源一起供电。第15页/共156页4.2.2直流电机的分类3．串励电动机：励磁绕组与电枢绕组并联连接，由外部电源一起供电。4．复励电动机：励磁绕组分为两部分，一部分与电枢绕组并联连接，另一部分与电枢绕组并联连接。第16页/共156页4.2.3直流电机的主要额定值

1、额定电压UN：额定状态下电枢出线端的电 压，以“V”

为量纲单位。

2、额定电流IN：

电机在额定电压、额定功率时的 电枢电流，以“A”

为量纲单位。

3、额定转速nN：指额定状态下运行时转子的转速， 以r/min为量纲单位。

4、额定功率PN：电机在铭牌规定的额定状态下运 行时，电机的输出功率，以“W” 为量纲单位。若大于1kW时,则 用kW表示。

5、额定励磁电流If：

指电机在额定状态时的励磁电 流值。第17页/共156页4.2.4他励直流电机的机械特性a.机械特性方程机械特性：电机励磁电流If恒定，且电枢端电压U一定,电枢电阻Ra为常数时，电机转速与电磁转矩的关系：n=f(T)

不同励磁方式的电动机，其运行特性也不尽相同，下面主要介绍在调速系统中应用的较广泛的他励电动机的机械特性等效电路如下：电枢回路的电动势方程式为U=E+IaRa

①电枢回路反电动势EE=CeФn②

Ce-电动势常数Ф

-磁通量n-转速

E-反电动势电磁转矩：

T=CTФIa③

把②③代入

①机械特性方程：n=U/(CeФ)-(Ra/(CeCTФ2))T第18页/共156页b.固有机械特性

Ф=ФN，U=UN，电枢回路不外接电阻时，其机械特性称固有机械特性理想空载转速T=0时转速常数，固有机械特性斜率第19页/共156页固有机械特性的曲线：求两点：1）理想空载点：2）额定运行点：特点：1）和纵轴交点n0；2）通常称KN大的机械特性为软特性；KN小的机械特性为硬特性。理想空载点第20页/共156页(1)电枢回路中串接附加电阻时的人为特性(2)改变电枢电压U时的人为特性(3)改变磁通时的人为特性c.人为机械特性当改变U或Ф

或Ra得到的机械特性称为人为机械特性第21页/共156页4.2.5直流电机无级调速电力拖动系统的调速:1)机械调速;2)电气调速他励电动机的转速公式：电气调速方法：1）调压调速；

2）电枢回路串电阻调速；

3）调磁调速。第22页/共156页a.电枢回路串电阻调速

保持U=UN，Φ=ΦN不变，只在电枢回路中串入电阻Rs的人为特性：

第23页/共156页优点：电枢串电阻调速简单，操作方便。缺点：1）由于电阻只能分段调节，所以调速的平滑性差；2）调速范围小，3）电动机的机械特性变“软”，负载变动时电机产生较大的转速变化，即转速稳定性差。第24页/共156页b.改变电枢电源电压调速Φ=ΦN,Rs=0,改变U优点：1）可实现无级调速。2）调速前后的机械特性的斜率不变，硬度较高，负载变化时稳定性好。3）无论轻载还是负载，调速范围相同，一般可达D=2.5~12。缺点：需要一套电压可连续调节的直流电源。第25页/共156页c.弱磁调速U=UN，Rs=0，改变Φ由于在电流较小的励磁回路中进行调节，因而控制方便，能量损耗小，设备简单，调速平滑性好。机械特性的斜率变大，特性变软；转速的升高受到电动机换向能力和机械强度的限制，升速范围不可能很大，一般D≤2；第26页/共156页由于励磁线圈发热和电动机磁饱和的限制，电动机的励磁电流和它对应的磁通只能在低于其额定值的范围内调节；当磁通过分削弱后：（2）当＝0时，从理论上说，空载时电动机速度趋近，通常称为“飞车”；当电动机轴上的负载转矩大于电磁转矩时，电动机不能启动，电枢电流为Ist

，长时间的大电流会烧坏电枢绕组。因此，直流他励电动机启动前必须先加励磁电流，在运转过程中，决不允许励磁电路断开或励磁电流为零，为此，直流他励电动机在使用中，一般都设有“失磁”保护。（1）如果负载转矩不变，将使电动机电流大大增加而严重过载；第27页/共156页d.电力拖动系统调速方式的选择

在调速过程中，电动机负载能力（即输出）在不同n下是不同的。为保证在D内电动机得到最充分利用，则选择调速方案时，必须使电动机的负载能力与生产机械的负载性质相匹配。第28页/共156页

(1)

生产机械的负载特性

1)

恒转矩型——

TL=常数，PL=TLn

如：起重机、机床进给运动。

2)

恒功率型——PL=常数，TL=PL/n

如：车床主轴运动。(2)

电动机的负载能力（调速时）

调压调速（恒T型）、调磁调速（恒P型）第29页/共156页(3)

配合性质

电动机在调速过程中，输出的T和P能否达到最大，取决于生产机械TL

和PL

的大小及其变化规律。1)

生产机械TL

＝常数，调速方式选用恒T

型，且电动机。2)

生产机械PL

＝常数，调速方式选用恒P型，且电动机。

故电动机在D

内任何n下运行，均保持，使电动机得到最充分利用。第30页/共156页晶闸管的结构和工作原理

晶阐管的结构及符号晶阐管导通的条件1.AK两极加正向偏置2.门极G必须是高电位4.2.6晶闸管-电动机直流传动控制系统第31页/共156页单向半波可控整流电路

α控制角第32页/共156页晶闸管—电动机直流传动控制系统的原理直流电动机调速系统的原理图如下图所示。＋－UgUKαUd～MIfLIa第33页/共156页测速发电机：与直流电动机M同轴相连，即两者的速度相同，测速发电机用来测量电动机的速度，称检测元件；转换元件：将测速发电机的转速转换成电压信号以便与给定电压进行比较。给定电位器：调节Rg的位置可改变给定电压Ug的大小。放大器：将外加电压和反馈信号经转换后的电压之差进行放大。触发电路：将放大器放大后的电压信号变为脉冲型号去控制整流电路的输出大小。整流电路：变交流电压为直流电压，输出电压大小由触发电路输出脉冲信号所决定，整流电路的输出为直流电动机电枢的外加电压；

直流电动机：系统的控制对象。第34页/共156页晶闸管—电动机直流传动控制系统的原理直流电动机机械特性曲线如右图所示。系统的调速范围D为：nT0TNnNn0ΔnN(Ia)第35页/共156页晶闸管—电动机直流传动控制系统的原理nT0TNnNn0ΔnN(Ia)由可以看出：系统静差度δ2越小，D越大；在δ2一定的情况下，为了减小系统的速度波动，扩大变速范围，可减小ΔnN。可以采用多种措施来扩大D、减小ΔnN。第36页/共156页转速负反馈调速系统－BRUdMIfIaUf＋nT0TNnNn0ΔnN(Ia)由于某种原因(如负载变化等)会引起转速的波动。为了抑制转速的波动，亦即减小ΔnN、扩大D，可以采用闭环控制系统，转速负反馈就是这样的系统。此时，可以将电动机的输出转速作为被检测量，将其与预期的转速进行比较，当转速偏高或偏低时，进行反馈补偿，从而抑制转速的波动。第37页/共156页转速负反馈调速系统－BR＋－UgUKαUd～MIfLIaUf＋Uf－＋ΔU第38页/共156页转速负反馈调速系统为了方便地得到转速负反馈的机械特性方程，我们认为：直流调速系统中的各个元器件的特性都是近似线性的、或线性化了的，故可用求解线性电路的方法分析系统静特性。第39页/共156页转速负反馈调速系统－BR＋－UgUKαUd～MIfLIaUf＋Uf－＋ΔUΔU＝Ug－UfUk＝KpΔUUd＝KsUkUf＝γnUd＝Keφn+IaRΣ第40页/共156页转速负反馈调速系统由上述分析可知：其中：而开环系统为其中：第41页/共156页转速负反馈调速系统比较开环和闭环系统可知：其中：由此可以看出：引入转速负反馈后，可以明显地减小Δn、降低D。第42页/共156页电压负反馈由转速负反馈调速系统可知：转速负反馈调速系统减小速度波动、扩大调速范围的效果非常好，但其结构复杂、成本高。在要求相对不高的情况下，可以采用电压负反馈。第43页/共156页电压负反馈～－＋－UgUKαUdMIfLIaUf＋Uf－＋ΔU由可知：当n波动之初，Ia还来不及变化，故U会随之波动。故可取与电枢线圈并联的电阻上的电压作为反馈电压。第44页/共156页电压负反馈～－＋－UgUKαUdMIfLIaUf＋Uf－＋ΔU由反馈电压引起Ud增加的部分并非全部补偿了速度的变化，其中部分电压落在了电阻Ra上，因而其抑制速度波动的效果不太理想。为了获得更好地效果，可以再引入电流正反馈。第45页/共156页电压负反馈和电流正反馈当引入电压负反馈后，其电压的增加，一部分弥补了转速的波动，一部分落在了电动机的内阻上。为了弥补后者的影响，可引入电流负载反馈。～－＋－UgUKαUdMIfIaUf＋Uf－＋ΔU第46页/共156页电压负反馈和电流正反馈综上，可在电枢电路中串接一电阻，取其上的电压作为反馈电压，该电压反映了电枢电流的大小。～－＋－UgUKαUdMIfIaUf＋Uf－＋ΔU第47页/共156页电压负反馈和电流正反馈设图中电阻分别为R1、R2、R3，则：If～－αUdMIaUf＋R3UR＝R3×Ia＋R1R2abo令即第48页/共156页电压负反馈和电流正反馈If～－αUdMIaUf＋R3UR＝R×Ia＋R1R2abo故有：即：系统在满足一定的条件下，其反馈电压Uf与电势E成正比，亦即与转速成正比。此时，被称为电势负反馈，其反馈效果很好，接近转速负反馈。第49页/共156页电压负反馈和电流正反馈综上所述，不同直流自动调速系统的机械特性曲线如右图所示。nT0TNnNn0(Ia)转速负反馈电压负反馈电压负反馈和电流正反馈第50页/共156页电流截止负反馈当电动机过载时，其负载电流会随之增大，如果负载电流超过一定的数值，就会烧坏电动机。为避免电动机损坏，应限制电流的大小，其方法为：当电动机负载电流达到I0时，使其转速迅速下降，直到堵转为止，其堵转电流为Ia，即电动机可能达到的最大电流。nT0TNnNn0(Ia)对直流调速系统，其机械特性曲线如右图所示。I0Ia0第51页/共156页电流截止负反馈电流截止负反馈原理图－BR＋－UgUKαUd～MIfLIaUf＋Ub－＋V－＋＋－UfUb第52页/共156页直流调速系统小结

1、减小Δn、扩大D的措施有：⑴、转速负反馈⑵、电压负反馈⑶、电压负反馈和电流正反馈

2、电流截止负反馈的作用电流截止负反馈的作用是：当负载电流超过一定值时，软化其机械特性，将最大负载电流限制在一定的范围，以避免电动机损坏。第53页/共156页直流调速系统小结

3、什么是转速、电压、电流反馈对于直流自动调速系统，为了实现某种控制目的，需采用闭环控制，其反馈量要和给定电压进行比较。此时，进行比较的量必须与给定量是同样的物理量——电压，如右图所示。＋－UgUf－＋ΔUUk第54页/共156页直流调速系统小结3、什么是转速、电压、电流反馈反馈量所反映的物理量不一定是电压，对自动调速系统而言，该量可以是转速、电压或电流。如果反馈电压反映的是转速，则称为转速反馈，如右图所示。－BRαUd～MIfLIaUf＋第55页/共156页直流调速系统小结3、什么是转速、电压、电流反馈反馈量所反映的物理量不一定是电压，对自动调速系统而言，该量可以是转速、电压或电流。如果反馈电压反映的是电动机电枢电压，则称为电压反馈，如右图所示。～－αUdMIfLIaUf＋＋－Uf第56页/共156页直流调速系统小结3、什么是转速、电压、电流反馈反馈量所反映的物理量不一定是电压，对自动调速系统而言，该量可以是转速、电压或电流。如果反馈电压反映的是电动机电枢电流，则称为电流反馈，如右图所示。～－αUdMIfIaUf＋RUR＝R×Ia＋第57页/共156页直流调速系统小结如图所示，ΔU＝Ug－Uf，故为负反馈。＋－UgUKUf－＋ΔU

4、关于正、负反馈反馈电压与给定电压进行比较，可以采用两者串联的方式，也可采用并联的方式。如果反馈电压与给定电压极性相同，则称为正反馈；如果反馈电压与给定电压极性相反。则称为负反馈。第58页/共156页直流调速系统小结＋－UgUK－＋UfUb－＋如图为电流截止负反馈。此时，给定电压与反馈电压并联，且极性相同，故为正反馈。

4、关于正、负反馈如图所示，ΔU＝Ug－Uf，故为负反馈。对电压负反馈和电流正反馈，ΔU＝Ug－Uf＝Ug－(Uao-Ubo)

＝Ug－Uao+Ubo＋－UgUKUf－＋ΔU第59页/共156页4.3交流电机无级调速

交流异步电动机按照转子的结构型式分为笼型异步电动机和绕线转子异步电动机。笼型异步电动机因具有结构简单、制造方便、价格低廉、坚固耐用、转子惯量小、运行可靠等优点，在工农业生产中得到了极其广泛的应用。绕线式异步电动机因其转子采用绕线方式，具有调速简单、成本低的优点，在吊车、卷扬机等中小设备中得到了广泛的应用。第60页/共156页4.3交流电机无级调速1)概述

19世纪中先后诞生了直流传动和交流传动。在20世纪的大部分年代里，已形成公认的格局：

交流不调速80%，直流调速20%在20世纪90年代形成新的格局：

交流调速80%,直流调速10%，

交流不调速10%第61页/共156页2)交流调速系统与直流调速系统的比较直流电机结构复杂，成本高，故障多，需经常维护，特别是换向器的环火问题，限制了电机的容量和速度。交流电机结构简单，成本低，安装环境要求低，适于易燃、易爆、多尘的条件。在大容量、高转速领域发挥优势。如：电力机车，卷扬机，高速电钻等。对比分析（见下页）第62页/共156页交流电机较直流电机的优点第63页/共156页以德国Dilingen厂5.5m厚板轧机主传动电机控制系统为例，说明采用交流传动的效果：第64页/共156页控制系统成本分析当功率大于1000kW以后，交流成本比直流成本明显降低.为什么交流调速系统近几十年才发展第65页/共156页1.交流电机模型复杂

MIMO，非线性，强耦合，时变等。

转矩控制困难：2.调速装置中器件的发展阶段限制

逆变器发展过程：晶闸管，GTR，IGBT，IPM等

微处理器发展过程：Z-80，8051，8098，196，TMS3203.调速系统精度和成本的限制3)交流调速系统的复杂性和难点第66页/共156页4)

交流调速系统的技术突破1.电力电子技术的发展50年代末，第一个晶闸管的诞生标致着电力电子技术的开端。发展的过程：

从半控器件到全控器件 从电流控制到电压控制 从低频功率开关到高频功率开关 从单个器件到模块化、集成化 从小功率到大功率第67页/共156页2.微机及数字处理技术的发展CPU迅速发展：从8位--->16位--->32位；

指令执行时间从微秒级--->纳秒级。从七十年代到九十年代，INTER公司的MCS系列单片机的运算速度在十年内提高了20倍；TEXAS仪器公司的TMS320数字信号处理机器（DSP）的运算速度在六年内提高了5倍。最新的高级专用集成电路，竟然能包含一个特定的控制系统。第68页/共156页3.现代控制理论的应用及交流调速原理及方法的发展和成熟七十年代以前，交流调速很难.采用调压调速、串极调速等,动态品质差。七十年代初，德国学者提出了矢量控制原理。八十年代，变结构控制受到了欧美学者的重视。八十年代中期，德国学者又提出了直接转矩控制原理。近年来,智能控制(如自适应控制、模糊控制、神经元与神经网络控制、模糊神经网络控制等)也被引入交流调速系统中(如无传感器调速等)。第69页/共156页5)交流调速系统的主要发展领域1.以节能为目的的改恒速为调速

如:风机,水泵,压缩机等,软起动,开环可调速 系统,

如：泵节电率达20%以上.2.以少维护省力为目的的取代直流调速系统

如:直流电梯-->交流电梯,

电动汽车等3.直流调速难以实现的领域，大容量,高转速等

如:电力机车，厚板轧机第70页/共156页异步电动机它主要由定子、转子两大部分构成，定子与转子之间有一定的气隙。定子是静止不动的部分，由定子铁心、定子绕组和机座组成。转子是旋转部分，由转子铁心、转子绕组和转轴组成。

4.3.1.

异步电动机的工作原理：图1-1

三相异步电动机的结构图1-轴承盖；2-端盖；3-接线盒；4-散热筋；

5-定子铁心；6-定子绕组；7-转轴；

8-转子；9-风扇；10-罩壳；11-轴承；12机座第71页/共156页第72页/共156页第73页/共156页a.定子

定子由定子铁心、绕组以及机座组成。定子铁心是磁路的一部分，它由0.5mm的硅钢片叠压而成，片与片之间是绝缘的，以减少涡流损耗。定子铁心的硅钢片的内圆冲有定子槽，槽中安放线圈，如图所示。硅钢片铁心在叠压后成为一个整体，固定于机座上。第74页/共156页定子绕组是电动机的电路部分。三相电动机的定子绕组分为三个部分对称地分布在定子铁心上，称为三相绕组，分别用AX、BY、CZ表示，其中，A、B、C称为首端，而X、Y、Z称为末端。机座主要用于固定与支撑定子铁心。中小型异步电动机一般采用铸铁机座。根据不同的冷却方式采用不同的机座型式。三相绕组接入三相交流电源，三相绕组中的电流定子铁心中产生旋转磁场。第75页/共156页异步电动机的定子铁心第76页/共156页b.转子

转子铁心也是电动机磁路的一部分，由硅钢片叠压而成。转子铁心装在转轴上。硅钢片冲片如图所示。转子由铁心与绕组组成。线绕式和鼠笼式两种电动机的转子构造虽然不同，但工作原理是一致的。转子的作用是产生转子电流，即产生电磁转矩。第77页/共156页笼型异步电动机的转子绕组与定子绕组大不相同，它是在转子铁心槽里插入铜条。再将全部铜条焊接在两个端铜环上，如果将转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状象个笼子，如图所示，因此叫笼型转子。对于中小功率，多采用铝离心浇铸而成。第78页/共156页鼠笼式转子第79页/共156页采用铸铝的鼠笼式转子第80页/共156页绕线式异步电动机的转子绕组与定子绕组一样，由线圈组成绕组放入转子铁心槽里，转子可以通过轴上的滑环和电刷在转子回路中接入外加电阻，调节转子电流的大小和相位的方式，用以改善启动性能与调节转速。第81页/共156页第82页/共156页c.

异步电动机的简单工作原理：

如图所示。当定子接三相电源后，电动机内便形成圆形旋转磁场。若转子不转，转子笼型导条与旋转磁场有相对运动，导条中有感应电动势e，方向由右手定则确定。由于转子导条彼此在端部短路，于是导条中有电流，不考虑电动势与电流的相位差时。电流方向同电动势方向。转子受力，产生转矩T，即为电磁转矩，方向与旋转磁场同方向，转子便在该方向上旋转起来。第83页/共156页d.

异步电动机的铭牌数据：铭牌是电动机的身份证，认识和了解电动机铭牌中有关技术参数的作用和意义，可以帮助我们正确地选择、使用和维护它。下图是我国使用最多的Y系列三相感应电动机铭牌的—个实例。Y系列三相感应电动机铭牌

第84页/共156页图1-6异步电动机型号第85页/共156页额定功率PN指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率，单位为kW；额定电压UN指额定运行状态下加在定子绕组上的线电压．单位为V；额定电流IN指电动机在定子绕组上加额定电压、轴上输出额定功率时的线电流，单位为A；额定频率fN我国规定工业用电的频率是50Hz，国外有些国家采用60Hz。额定转速nN指电动机定子加额定频率的额定电压，且轴端输出额定功率时电动机的转速，单位为r／min。可以根据额定转速与额定频率计算出电动机的极数P和额定转差率SN。

第86页/共156页噪声值(LW)指电动机在运行时的最大噪声。一般电动机功率越大，磁极数越少，额定转速越高，噪声越大。工作制式指电动机允许工作的方式，共有S1～S10十种工作制。绝缘等级绝缘等级与电动机内部的绝缘材料有关。它与电动机允许工作的最高温度有关，共分A、E、D、F、H五种等级。连接方法有如图1-7所示的Y/△两种方式。请注意有些电动机只能固定一种接法，有些电动机可以两种切换工作。但是要注意工作电压，防止错误接线烧坏电动机。高压大、中型容量的异步电动机定子绕组常采用丫接线，只合三根引出线。对中、小容量低压异步电动机.第87页/共156页三相异步电动机的引出线

a)出线端的排列b)丫连接c)△连接第88页/共156页通常把定于三相绕组的六根出线头都引出来。根据需要可接成Y型或△型。防护等级IP为防护代号，第一位数字(0～6)规定了电动机防护体的等级标准。第二位数字(0～8)规定了电动机防水的等级标淮。如IP00为无防护，数字越大，防护等级越高。其他对于绕线转子电动机还必须标明转子绕组接法、转子额定电动势及转子额定电流．有些还标明了电动机的转子电阻，有些特殊电动机还标明了冷却方式等。第89页/共156页电磁转矩

T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转距之总和。常数每极磁通转子电流转子电路的a.转矩公式4.3.2三相异步电动机的转矩与机械特性第90页/共156页电磁转矩

T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转距之总和。常数每极磁通转子电流转子电路的a.转矩公式4.3.2三相异步电动机的转矩与机械特性第91页/共156页R1R2i1u1e1e

1e2e

2其中转子功率因数：i2第92页/共156页COSψ2I2I2,COSψ21S0结论：转子电路的电动势、电流、频率、感抗、功率因数功率因数等都与转差率S有关，与转差率S的关系如右图所示。I2、COSψ2第93页/共156页将其中参数代入：得到转矩公式第94页/共156页b.三相电动机的机械特性根据转矩公式10n0Tn得特性曲线：第95页/共156页电动机的自适应负载能力：

电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。常用特性段n0nT自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载。）直至新的平衡。此过程中，时，电源提供的功率自动增加。第96页/共156页三个重要转矩：n0Tn额定转矩：电机在额定电压下，以额定转速运行，输出额定功率

时，电机转轴上输出的转矩。(1)（牛顿•米）nN第97页/共156页如果电机将会因带不动负载而停转。最大转矩：(2)电机带动最大负载的能力。n0Tn求解第98页/共156页过载系数：三相异步机工作时，一定令负载转矩，否则电机将停转。致使注意：（1）三相异步机的和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。（2）电机严重过热第99页/共156页起动转矩：(3)电机起动时的转矩。n0Tn其中则体现了电动机带载起动的能力。若电机能起动，否则将起动不了。第100页/共156页机械特性和电路参数的关系和电压的关系结论：第101页/共156页和转子电阻的关系R2的

改变

：鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电机外接电阻不同。

令：得：结论：第102页/共156页机械特性的软硬硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。硬特性（R2小）软特性（R2大）不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。第103页/共156页

4.3.3三相异步电动机的调速特性只要改变Tmax、Sm、f、P就可攺速度n第104页/共156页

4.3.3三相异步电动机的调速特性常见的异步电动机调速类别有：①调压调速；②电磁转差离合器调速；③绕线转子转子回路串电阻调速；④串级调速；⑤变极调速；⑥变频调速；⑦定子回路串电抗调速。第105页/共156页1)按所改变的物理量分根据异步电动机转速公式，可把异步电动机分成三类：变频调速。改变量是电源频率，上述的第⑥种；变极调速。改变量是电机的极对数，上述的第⑤种；

变转差率调速。改变量是电机的转差率，上述的①、②、③、④、⑦五种。异步电动机调速系统的分类①调压调速；②电磁转差离合器调速；③绕线转子转子回路串电阻调速；④串级调速；⑤变极调速；⑥变频调速；⑦定子回路串电抗调速。第106页/共156页2)按转差功率的去向分

转差功率消耗型。上述的第①、②、③、⑦四种。转差功率回馈型。上述的第④种。转差功率不变型。上述的第⑤、⑥种

转差功率一般都是损耗掉了，即异步电动机在转差率增大（转速降低）时的损耗增加，效率降低。转差功率消耗型即属此类，若把部分转差功率送回电网，如第（2）类的串级调速，则系统效率稍高。转差功率不变型的系统效率最高。①调压调速；②电磁转差离合器调速；③绕线转子转子回路串电阻调速；④串级调速；⑤变极调速；⑥变频调速；⑦定子回路串电抗调速。第107页/共156页4.3.3三相异步电动机的调速特性

a.调压调速(转差功率消耗型)异步电机转矩与定子电压的平方成正比，调定子电压就能改变电机的机械特性从而实现调速。第108页/共156页①单相、三相;（可改变控制角α）②电感性负载延迟的影响晶闸管的关闭;③对机械特性影响很大。异步电机转矩与定子电压的平方成正比，调定子电压就能改变电机的机械特性从而实现调速。第109页/共156页笼型异步电动机转子材料：铸铝→黄铜

Ra↑转速负反馈闭环：：提高低速机械特性硬度、有一定的负载能力第110页/共156页异步电机调压调速时的损耗及容量限制异步电机调压调速适合不长期工作在低速的工作机械；低速时转矩减小如通风机、泵类机械。第111页/共156页离心风机不同负载下可不同的调速范围第112页/共156页异步机调压调速的机械特性第113页/共156页b.绕线式异步电机转子串电阻调速（转差功率消耗型）

4.3.3三相异步电动机的调速特性第114页/共156页c.改变极对数调速（转差功率不变型）4.3.3三相异步电动机的调速特性第115页/共156页c.改变极对数调速2PP2PP改变接线必须同时改变定子绕组的相序，以保证转向不变。启动时宜低速启动。只能有级调速，应用场合有限。4.3.3三相异步电动机的调速特性第116页/共156页

鼠笼型异步机变极调速的机械特性第117页/共156页1.串级调速的原理在线绕式异步电动机的转子电路中，附加电势调节（附加电势的相位方向相反或相同，频率同转子频率相同）转子，引入附加电势后：由图12.12可知，。d.绕线式异步机串级调速第118页/共156页d.绕线式异步机串级调速附加电势与转子电势的相位相反,是减速第119页/共156页2.调速基本特性

第120页/共156页图12.13为串级调速的典型线路图。与直流电动机晶闸管调速系统基本相同。第121页/共156页有五种运转状态：①低于同步速电动状态；②高于同步速电动状态；③高于同步速发电状态；④低于同步速发电状态；⑤到拉反接制动状态。下图表示串级调速的基本运转状态与功率传递图。相同——

外加相反——

吸收电能第122页/共156页第123页/共156页第124页/共156页第125页/共156页第126页/共156页第127页/共156页图12.13串级调速的线路图，可以用如下的文字表示：M逆变器Ln电网ang

设定速度调节电流调节第128页/共156页性能：①调速范围大，应用广，效率高。功率因素较差，对晶闸管反向电压要求高；②可以实现平滑无级调速，效率较高，常用于风机等。第129页/共156页e.电磁转差离合器调速系统电磁转差离合器调速系统1)基本原理力矩、转速通过电磁离合器传递，改变外加的励磁电场（改变磁极的转速）。磁力线通过：气隙-电枢-气隙-磁极-气隙形成闭合回路。电磁力大小转换成离合器两端转速差的大小

第130页/共156页电枢与磁极有相对运动，切割磁场感应电势，而通过晶闸管控制离合器的电流，调节离合器磁极的磁场，如此产生的合成磁场。电磁转矩驱使磁极跟着电枢同方向运动，磁极带着生产机械一同旋转。①磁极与电枢之间一定要有转差才能产生涡流和电磁转矩；②当励磁电流等于零时，磁极是不会转动的；一旦加上励磁电流，磁极即刻转动起来。第131页/共156页开环的机械特性闭环的调速特性第132页/共156页2)特性：左边机械特性图，表明其是软的，接入速度负反馈后则是“硬”的。第133页/共156页第134页/共156页第135页/共156页第136页/共156页第137页/共156页f.变频调速

特性变化的特点：n0、Sm改变，机械特性基本不变；第138页/共156页变频调速系统的原理框图第139页/共156页

变频调速的控制方法1. 标量控制U1/F1=C控制

2. 矢量控制1971年

3. 直接转矩控制1985年第140页/共156页变频调速=变频器+交流电机变频器有许多类型：交-交变频器，交直交变频器标