电机与电气控制技术 课件 任务1.6 三相异步电动机的调速与制动控制

项目1三相异步电动机及其继电接触器控制任务1.6三相异步电动机的调速与制动控制项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.1三相异步电动机的调速控制

在生产实践中，有些设备需要三相异步电动机具备调速功能，以满足不同工艺的要求。由三相异步电动机转速公式可知，电动机的输出转速与电源频率f1、磁极对数p和转差率s有关系。三相异步电动机的调速方法有变极调速、变极调速和变转差率调速三种。调速方法变极调速变极调速变转差率调速任务1.6三相异步电动机的调速与制动控制项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.1三相异步电动机的调速控制1.变极调速

在电源频率不变的情况下，只是改变电动机的磁极对数（p），使电动机转速（n）发生改变。电动机的磁极对数（p）为整数，因此无法实现无级调速。变极调速的电动机能通常能实现两级或三级的速度调节，即双速电机或三速电机。极数比通常有4/2、6/4、8/4、8/6、12/6、6/4/2、8/4/2、8/6/4等八种。某品牌变极调速电动机技术参数任务1.6三相异步电动机的调速与制动控制项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.1三相异步电动机的调速控制1.变极调速以极数比4/2为例，电动机定子绕组的接线转换方式通常有两种：一种是由星形接成双星形，即Y/YY形接法，另一种是由三角形接成双星形，即∆/YY形接法。任务1.6三相异步电动机的调速与制动控制项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.1三相异步电动机的调速控制1.变极调速接法转换方式一：采用双速或多速电机变速开关直接实现任务1.6三相异步电动机的调速与制动控制项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.1三相异步电动机的调速控制任务1.5三相异步电动机的降压起动控制1.变极调速接法转换方式二：利用接触器、断路器和按钮等低压电器元件构建的控制线路实现项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.1三相异步电动机的调速控制任务1.5三相异步电动机的降压起动控制1.变极调速

变极调速具有操作简单、成本低、效率高等优点。但是，变极调速属于有级调速、无法实现匀滑调速，适用于需要定量调节、但不需要频繁调节流量的场所，如某些风机、水泵类负载。项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.1三相异步电动机的调速控制任务1.5三相异步电动机的降压起动控制2.变频调速三相异步电动机的同步转速为n0正比于电源频率f1。改变三相异步电动机电源频率f1，即可改变旋转磁场的速度，进而实现电动机的调速。电动机的额定频率fN这里称为基频，变频调速以基频为界，分为基频向下调速和基频向上调速两种情况。项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.1三相异步电动机的调速控制任务1.5三相异步电动机的降压起动控制2.变频调速(1).基频向下调速三相异步电动机相电压为U1≈E1=4.44f1N1K1Φm，转子绕组感应电动势E1近似等于电源电压U1。如果降低电源频率f1，而电源电压U1保持不变，则磁通Φm将会增加，铁芯处于磁饱和状态，会造成电机过热。为保证磁通Φm不变，调节电源频率f1时，电源电压U1也要成比例的调节，即项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.1三相异步电动机的调速控制任务1.5三相异步电动机的降压起动控制2.变频调速(1).基频向下调速基频向下调速有两种控制方式，=常数，=常数，二是保证Φm保持不变，称之为严格恒磁通控制。Φm近似保持不变，称之为近似恒磁通控制。一是保证项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.1三相异步电动机的调速控制任务1.5三相异步电动机的降压起动控制2.变频调速(1).基频向下调速

严格恒磁通控制：最大转矩Tmax不变，即在低频低速下也能保持这个最大转矩，因此也称之为恒转矩调速方式。其工作区的斜率不变，机械特性较硬，调速范围宽且稳定性好。

项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.1三相异步电动机的调速控制任务1.5三相异步电动机的降压起动控制2.变频调速(1).基频向下调速

近似恒磁通控制：由于绕组中的感应电动势E1难以直接控制，在电动势E1较大的情况下，其值近似等于U1，因此当为常数时，当电源频率降低时，其对应的最大转矩Tmax也会变小，其过载能力λm会降低，低频调速时为近似恒转矩调速方式。项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.1三相异步电动机的调速控制任务1.5三相异步电动机的降压起动控制2.变频调速(2).基频向上调速

不允许电源电压U1大于额定电压UN，因此基频向上调速时，只能保持电源电压UN保持不变。电源频率越高，磁通量Φm越低，类似于直流电动机的弱磁调速。随着电源频率的f1升高，转速n升高，其对应的最大转矩Tmax也会变小，近似为恒功率调速方式。项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.1三相异步电动机的调速控制任务1.5三相异步电动机的降压起动控制3.变转差率调速

变转差率调速的特点是电动机同步转速n0保持不变。常用的方法有改变定子电压调速、绕线型异步电动机转子串电阻调速和绕线型异步电动机转子串级调速三种。（1）改变定子电压调速低转差率电动机：同步转速n0不变，临界转速nm或临界转差率sm不变，最大转矩Tmax按电压的平方比下降。对于曲线1所示的通风类或流体类负载，低速稳定性比较好。对于曲线2所示的恒转矩负载，其调速范围较窄，不能满足生产机械对调速的要求。因此，定子调压调速对通风类或流体类负载效果好。项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.1三相异步电动机的调速控制任务1.5三相异步电动机的降压起动控制3.变转差率调速（1）改变定子电压调速高转差率电动机：为扩大恒转矩负载的调速范围，通常选用高转差率电动机。高转差率电动机的转子电阻较大，机械特性偏软，其调速范围相对于低转差率的电动机有了明显提升，但是其机械特性偏软和高转差率不能满足生产机械的要求。为解决该问题，定子调压调速装置或系统通常采用速度反馈的闭环技术。项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.1三相异步电动机的调速控制任务1.5三相异步电动机的降压起动控制3.变转差率调速（2）绕线型异步电动机转子串电阻调速

绕线型异步电动机转子串电阻后，其同步转速n0不变，Tmax不变，工作区段斜率变大。

转子所串电阻的阻值越大，其转速越低，但机械特性也越软。转子串接用的电阻称之为起动调整电阻器。项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.1三相异步电动机的调速控制任务1.5三相异步电动机的降压起动控制3.变转差率调速（2）绕线型异步电动机转子串电阻调速

特点：有级调速，平滑性差，低速时机械特性软，静差率大，调速范围不大，效率低。但该调速方法简单，调速电阻可以兼做起动和制动电阻使用，在重载拖动系统中应用广泛，如行车、起重机、卷扬机等。项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.1三相异步电动机的调速控制任务1.5三相异步电动机的降压起动控制3.变转差率调速（3）绕线型异步电动机转子串级调速

绕线型异步电动机转子串电阻调速时，串入的电阻消耗了部分电能，导致调速系统效率偏低。为克服该缺点，在转子回路中串入三相对称可调的附加电动势代替串入的电阻。通过调节附件电动势实现电动机速度的调节。调节过程中产生的大部分转差功率被串人的附加电势所吸收，再利用产生附加的装置，把吸收的转差功率返回电网或转换能量加以利用，串级调速多采用晶闸管串级调速。

转子串级调速具有调速范围宽，能实现平滑的无级调速，具有良好的硬机械特性。项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.2三相异步电动机的制动控制任务1.5三相异步电动机的降压起动控制

三相电动机在切断电源后，由于惯性，总要经过一段时间才能完全停止。有时候，要求电机在断电后能迅速的减速或停车，这就需要对电动机进行制动。制动方法可分机械制动和电气制动两类。项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.2三相异步电动机的制动控制任务1.5三相异步电动机的降压起动控制1.机械制动

机械制动一般是利用电磁抱闸制动器实现，电动机起动时，电磁抱闸线圈同时通电，使得抱闸松开；电动机断电时，抱闸线圈同时断电，电磁铁释放，在弹簧作用下，抱闸将电动机转子抱住，实现制动。外置式电磁抱闸制动器通过抱闸瓦片将异步电动机的转子制动，抱闸线圈与三相异步电动机同步同断电。内置式电磁抱闸制动器位于三相异步电动机内部，该类型电机称之为电磁制动三相异步电动机。电磁抱闸制动器外置式电磁抱闸制动器内置式电磁抱闸制动器项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.2三相异步电动机的制动控制任务1.5三相异步电动机的降压起动控制2.电气制动

电气制动在电机切断电源后，产生一个和电机实际转向相反的电磁力矩（制动力矩），使电机迅速停转的方法。电气制动有反接制动、能耗制动和回馈制动三种方法。电气制动反接制动能耗制动回馈制动项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.2三相异步电动机的制动控制任务1.5三相异步电动机的降压起动控制2.电气制动（1）反接制动

反接制动主要是利用电机短时间反转产生的反向制动转矩，达到制动的目的。

反接制动时产生的制动电流相当于全压起动电流的两倍，因此在满足制动要求的情况下，应该采取措施减小制动电流。对于绕线型三相异步电动机可在其转子回路中串入制动电阻，对于笼型异步电动机在定子电路中串入反接制动电阻。

反接制动的目的是停车，因此当电动机反接制动过程中转速接近零时，应立即切断反接转制动电源，否则电动机会反转。项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.2三相异步电动机的制动控制任务1.5三相异步电动机的降压起动控制2.电气制动（1）反接制动电路工作原理：闭环断路器QF，按下起动按钮SB2，接触器KM1线圈通电并自锁，KM1常开主触点闭合，电动机M通电旋转。电动机M正常运行时，速度继电器KS常开触点闭合，为反接制动做准备。按下停止按钮SB1时，KM1线圈断电，电动机M断电，但电动机因惯性仍以很高速度旋转，KS常开触点仍处于闭合状态，当SB1按到底时，SB1常开触点闭合，KM2通电并自锁，电动机M定子串接制动电阻R并接上反序电源，电动机M进入反接制动状态。电动机M转速迅速下降，当转速接近100r/min，时，速度继电器KS常开触点复位，接触器KM2线圈断电，电动机M失电，以后自然停车至零，反接制动过程结束。项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.2三相异步电动机的制动控制任务1.5三相异步电动机的降压起动控制2.电气制动（1）反接制动反接制动制动迅速，控制电路简单，设备投资少，但制动准确性差，制动过程中冲击强烈，易损坏传动部件，通常适用于10kW以下小容量的电动机。项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.2三相异步电动机的制动控制任务1.5三相异步电动机的降压起动控制2.电气制动（2）能耗制动

能耗制动是一种应用广泛的电气制动方法。当电动机脱离三相交流电源以后，立即将直流电源接入定子的两相绕组，绕组中流过直流电流，产生了一个静止不动的直流磁场。此时电动机的转子切割直流磁通，产生感生电流。在静止磁场和感生电流相互作用下，产生一个阻碍转子转动的制动力矩，因此电动机转速迅速下降，从而达到制动的目的。当转速降至零时，转子导体与磁场之间无相对运动，感生电流消失，电动机停转，再将直流电源切除，制动结束。这种方法是将转子的动能转变为电能，消耗在转子回路的电阻上，所以称能耗制动。项目1三相异步电动机及其继电接触器控制1.6.2三相异步电动机的制动控制任务1.5三相异步电动机的降压起动控制2.电气制动（2）能耗制动

能耗制动中，按对直流电的控制方式不同，有时间原则控制和速度原则控制两种。所谓时间原则是电路中配置时间继电器，通过定时方法确定直流电的通电时长。速度原则是电路中配置速度继电器，当电动机转速低于速度继电器的动作值时，