第九章 三相异步电动机的基本调速原理

杭州电子科技大学《电机学》自动化学院第九章三相异步电动机的基本调速原理三相异步电动机的起动主要解决两个方面的问题：

如何限制三相异步电动机的起动电流，防止对电动机和机械设备造成太大的冲击；(2)如何在有限的电流情况下提升三相异步电动机的起动转矩，

使得电动机可以正常起动。三相异步电动机调速的依据(1)改变供电的频率f1

：变压变频。(2)改变转差率s

：转子串电阻调速、定子电路串阻抗调速、

改变电枢电压调速等。(3)改变极对数p

：改变定子绕组的极对数。9.1三相异步电动机的起动9.1.1电动机的起动条件(1)起动时，电机对电网造成的电压降不能超过规定的数值。(2)起动功率不超过供电设备和电网的过载要求。(3)电动机的起动转矩应大于传动机械静转矩。(4)起动时应保证电动机及其起动设备的动稳定和热稳定性。三相异步电动机的起动方法有三种：（1）直接起动，适合于7.5kW以下的三相异步电动机；（2）降压起动；（3）软起动。9.1.2三相异步电动机的直接起动异步电动机可以直接起动，是其显著的优点。起动转矩转子功率因数起动电流直接起动时，起动电流大、起动转矩不大，功率因数低。三相异步电动机的直接起动会产生不良后果：由于电压下降太多，如果负载比较重，因为起动转矩与线电压的平方成正比，

可能使电机无法正常起动。(2)如果接在同一台变压器上还有其他设备，就可能导致这些设备无法工作。为有效降低三相异步电动机的起动电流：降低供电电源的电压；加大定子边的电阻或者电抗；加大转子边的电阻或者电抗。9.1.3三相鼠笼式异步电动机的起动

三相鼠笼式异步电机的降压起动可以选择：(1)Y-∆起动(也称星-三角起动)；(2)自耦变压器降压起动；(3)定子串电抗起动；(4)定子串电阻起动。定子串电抗起动时电机的起动转矩下降比较多，而定子串电阻起动的功耗比较大，因此，这两种方法很少采用。1.Y-∆起动相电流对比线电流对比起动转矩对比Y-∆起动方法简单，起动电路仅需要一个Y-∆转换开关，价格便宜，在轻载情况下具有很大的优势。∆直接起动时的起动转矩Y起动时的起动转矩2.自耦变压器降压起动自耦变压器自耦变压器一、二次侧电流电源侧起动电流电机的起动电流直接起动自耦变压器起动起动转矩对比直接起动自耦变压器有多个抽头可供选择。例如QJ2型自耦变压器有55%(即N2/N1=55%)、64%和73%三种抽头可以选择；QJ3型自耦变压器有40%、60%和80%三种抽头可以选择。

与Y-∆起动相比，自耦变压器降压起动相对比较灵活，通过变比的选择可以拖动较大的负载起动，因此自耦变压器降压起动在较大容量的三相鼠笼式异步电动机上被广泛应用。

自耦变压器降压起动的缺点是体积较大，价格相对较高。9.1.4三相绕线式异步电动机的起动三相鼠笼式异步电动机：直接起动，很大的起动电流，但起动转矩不大；降压起动，可以减小起动电流，但是起动转矩也随着电压的平方关系在下降。因此三相鼠笼式异步电动机只能用于空载或者轻载起动。在需要较大起动转矩时，不得不考虑价格相对较高的三相绕线式异步电动机。三相绕线式异步电动机最大的优点是可以在转子回路中串入电阻、频敏变阻器来改善起动和调速的性能。1.转子串电阻起动2.转子串频敏变阻器起动频敏变阻器9.1.5三相异步电动机的软起动三相异步电动机的软起动：采用三相反并联功率器件和控制电路，通过控制功率器件的触发使得电动机的输入电压按照不同的要求而变化，从而将电机的起动电流限制在一定的范围内，实现无级平滑起动。三相异步电动机的软起动主要包括两种：(1)恒流软起动；(2)斜坡恒流软起动。三相异步电动机软起动器可以将起动电流限制在1~4倍的额定电流之内。能够实现三相异步电动机软起动的电力电子电路称软起动器。(a)恒流软起动：起动电流Im

可以限定在1~4倍的额定电流范围之内。

适合于转动惯量或者负载较大的场合。(b)斜坡恒流软起动：起动过程中电流的变化速率可以根据负载进行调整。

是应用最多的方法，尤其适用于风机和泵类负载的起动。杭州电子科技大学《电机学》自动化学院9.2三相异步电动机的运行状态根据电机转速和电磁转矩的方向异同。(4)第IV象限：转速和电磁转矩方向相反，转速为反向，电磁转矩为正向，电机电磁制动状态：反向回馈制动、反接制动、能耗制动、

倒拉反转运行。(3)

第III象限：转速和电磁转矩同向，且都为反向。反向电动运行。(2)第II象限：转速和电磁转矩方向相反，转速为正向，电磁转矩为反向，

电机在电磁制动状态：正向回馈制动、反接制动、能耗制动。(1)第I象限：转速和电磁转矩同向，且都为正向。正向电动运行。9.2.1电动运行正向电动运行反向电动运行定子三相绕组正相序接电源定子三相绕组负相序接电源9.2.2回馈制动恒压频比调速。回馈制动时，异步电机没有输出机械功率，电机减速过程中发电，反向输入电网。BC段-正向回馈制动9.2.3反接制动改变供电电源的相序而改变定子磁场的旋转方向，实现反接制动。机械功率电磁功率转子铜耗必须在转子回路串入电阻，限制电流，防止电机过热。适合绕线式异步电机，不适合鼠笼式异步电机。9.2.4能耗制动能耗制动：（1）通过调节串联电阻Rd

的大小以调节定子磁场的强弱。（2）三相绕线式异步电机，通过调节转子所串电阻R

的大小对能耗制动机械特性曲线的斜率进行调节。（3）如果三相异步电机带反抗性恒转矩负载，则电机会能耗制动直至到零点，并能够停在零点。（4）如果电机带位能性恒转矩负载，在电机运行到零点时必须采用机械抱闸装置。9.2.5倒拉反转位能性恒转矩负载转子串电阻能耗制动杭州电子科技大学《电机学》自动化学院9.3三相异步电动机的调速9.3.1变频调速变压变频调速，(VariableVoltageandVariableFrequency，VVVF)。通过同时改变供电电源的电压和频率改变同步转速，实现调速。优点：调速范围宽、调速的精度和效率较高，且能够实现无级调速。三相异步电动机的额定频率定义为基频，将调速区域分为两个区间：（1）基频以下，恒转矩调速；（2）基频以上，恒功率调速。1.基频以下调速保持主磁通Φ1不变：主磁通Φ1增大将引起磁路过饱和，励磁电流急剧增加，可能烧毁电机；主磁通Φ1减小将使电机的最大电磁转矩和过载能力下降。保持主磁通Φ1不变，可以采用两种方法：(1)（恒磁通变频调速）最大电磁转矩处的转速降令(1)保持不变。(2)保持不变。(3)稳态时电磁转矩没有发生变化，属于恒转矩调速。(2)令最大电磁转矩处的转速降(1)三相异步电机的最大电磁转矩随供电频率的下降而减小。(2)三相异步电机的临界转差率随着供电频率的下降而增大，即机械特性随着供电频率的下降而变软。(3)在供电频率比较小时受定子电阻的影响比较大。变频调速属于近似恒转矩调速。为了保持电磁转矩恒定，通常在低频时对供电电压进行适当补偿。2.基频以上调速电机的供电电压不能高于额定电压UN，只能保持额定电压UN不变。频率f1升高时，主磁通Φ1

会逐渐减小。属于三相异步电动机的弱磁调速。当，定子电阻R1

远远小于、和(1)最大电磁转矩与频率的平方成反比。(2)临界转差率与频率成反比。(3)在基频以上的变频调速属于恒功率调速。9.3.2变极对数调速改变异步电动机绕组的接线方式，使电机的极对数增加或者减少。鼠笼式转子的极对数能够适应定子的极对数而发生变化，绕线式转子的极对数无法按照定子极对数的变化而自动调整，因此，变极对数调速只适用于三相鼠笼式异步电动机。在定子的极对数发生变化后，转子的极对数也应该相应地变化。1.定子变极对数的原理四极空间分布和接线电路两极空间分布和接线电路2.定子变极对数调速的接线方法在改变绕组的接线方式