41电动机双速线路工作原理及应用

电动机双速线路工作原理及应用学习目标1.理解并熟记双速异步电动机定子绕组的连接图。

2.识读理解双速异步电动机控制电路的构成和工作原理。3.理解双速控制在实际中的应用。

前言

一般电动机只有一种转速，为了适应生产机械在加工过程中对各种转速的要求，就必须有一个较宽的调速范围。双速电动机是通过改变极对数来改变电动机转速的，属于有级调速。调速方法

1.改变磁极对数p2.改变转差率s

3.改变电源频率f1(变频调速)——鼠笼电机调压调速滑差电机调速(电磁离合器调速)转子串电阻调速转子串电势调速变频机组交—直—交变频交—交变频交流异步电动机的双速控制线路由三相异步电动机的转速公式n=(1–S)60f1/p可知，改变异步电动机磁极对数P，可实现电动机调速。

（1）变极调速在电源频率f1不变的条件下，改变电动机的极对数p，电动机的同步转速n1，就会变化，极对数增加一倍，同步转速就降低一半，电动机的转速也几乎下降一半，从而实现转速的调节。要改变电动机的极数，当然可以在定子铁心槽内嵌放两套不同极数的三相绕组，从制造的角度看，这种方法很不经济。通常是利用改变定子绕组接法来改变极数，这种电机称为多速电机。1.变极调速下面以4极变2极为例，说明定子绕组的变极原理。右图画出了4极电机U相绕组的两个线圈，每个线圈代表U相绕组的一半，称为半相绕组。两个半相绕组顺向串联(头尾相接)时，根据线圈中的电流方向，可以看出定子绕组产生4极磁场，即2p=4，磁场方向如图(a)中的虚线或图(b)中的×、⊙所示。(a)剖视原理圈(b)顺串展开图

如果将两个半相绕组的连接方式改为右图所示的样子，即使其中的一个半相绕组U2、U2′中电流反向，这时定子绕组便产生2极磁场，即2p=2。由此可见，使定子每相的一半绕组中电流改变方向，就可改变磁极对数。2.三种常用的变极接线方式右图示出了三种常用的变极接线方式的原理图，其中图（a）表示由单星形联结改接成并联的双星形联结；图（b）表示由单星形联结改接成反向串联的单星形联结；图（c）表示由三角形联结改接成双星形联结。由图可见，这三种接线方式都是使每相的一半绕组内的电流改变了方向，因而定子磁场的极对数减少一半。a)Y—YY（2p—p）

b)顺串Y—反串Y(2p—p)c)△—YY(2p—p)

必须指出，当改变定子绕组接线时，必须同时改变定子绕组的相序（对调任意两相绕组出线端），以保证调速前后电动机的转向不变。这是因为在电机定子圆周上，电角度=p×机械角度，当p=1时，U、V、W三相绕组在空间分布的电角度依次为0°、120°、240°；而当p=2时，U、V、W三相绕组在空间分布的电角度变为0°、120°×2=240°、240°×2=480°(即120°)。可见，变极前后三相绕组的相序发生了变化，因此变极后只有对调定子的两相绕组出线端，才能保证电动机的转向不变。变极调速电动机，有倍极比(如2／4极、4／8极等)双速电动机、非倍极比(如4／6极、6／8极等)双速电动机；还有单绕组三速电动机，这种电动机的绕组结构复杂一些。

变极调速时，转速几乎是成倍变化，所以调速的平滑性差。但它在每个转速等级运转时，和普通的异步电动机一样，具有较硬的机械特性，稳定性较好。变极调速既可用于恒转矩负载，又可用于恒功率负载，所以对于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、通风机、升降机等都采用多速电动机拖动变极调速的特点：

①电动机的定子绕组必须特制；②这种调速方法只能使电动机获得两个及两个以上的转速，且不可能获得连续可调变极调速时的容许输出容许输出时是指保持电流为额定值条件下，调速前、后电动机轴上输出的功率和转矩。从充分利用电动机的角度出发，电动机在各种转速下的电流均为额定电流（每个支路的电路）。设电源电压UN不变，变极前后电动机的效率和功率因数不变。（1）Y/YY接变极调速

为了确保电动机得到充分利用，每半相绕组中的电流应均为额定值，于是变极前后电动机的输出功率和输出转矩分别满足下列关系：从2p→p，因电动机的转差率很小，认为nYY=2nY=2nS结论：Y/YY接变极调速属于恒转矩调速方式，适用于恒转矩负载。恒转矩负载的特性

1．转矩特点。在不同的转速下，负载的阻转矩基本恒定TL=const即负载阻转矩TL的大小与转速nL的高低无关，其机械特性曲线如图b所示。

2．功率特点。由式可知，负载的功率PL和转矩TL、转速nL之间的关系是

即负载功率与转速成正比，其功率曲线如图c所示。

3．典型实例。带式输送机是恒转矩负载的典型例子之一，其基本结构和工作情况如图a所示。如图a所示，负载阻转矩的大小决定于

TL=Fr式中F-输送带与滚筒间的摩擦阻力；

r-滚筒的半径。恒转矩负载及其特性a)带式输送机b）机械特性c）功率特性由于F和r都和转速的快慢无关，所以在调节转速nL的过程中，转矩TL保持不变，即具有恒转矩的特点。

（2）△/YY接变极调速结论：△/YY接变极调速属于近似恒功率调速方式，适用于恒功率负载。恒功率负载特性从宏观上来说，负载的性质（不是电机）通常用下式表示

C是负载大小的常数，α是负载转矩曲线的形状系数。

α=0，则表示恒转矩负载，

α=1，则表示转矩与转速成比例，

α=2，则表示转矩与转速的二次方成比例，

α=-1，则表示恒功率负载。

恒功率负载是指负载转矩TL的大小与转速n成反比，而其功率基本维持不变的负载。典型案例

对大多数轧机负载来说，因为轧机在轧制小件时用高速轧制，但转矩小；轧制大件时轧制量大需较大转矩，但速度低，故总的轧制功率基本不变。所以叫轧机为恒功率负载。

负载的恒功率性质应该是就一定的速度变化范围而言的。当速度很低时，受机械强度的限制，TL不可能无限增大，在低速下转变为恒转矩性质。电动机在恒磁通调速时，最大允许输出转矩不变，属于恒转矩调速；而在弱磁调速时，最大允许输出转矩与速度成反比，属于恒功率调速。对轧机来说，其在较低的转速范围内具有近似恒转矩的特性，而在较高的转速范围内具有恒功率的特性。轧机存在高速区，所以一般吧轧机看做为恒功率负载。因为负载的恒功率区和恒转矩区对传动方案的选择有很大的影响。

双速异步电动机的控制线路双速异步电动机的△—YY手动调速控制线路1）双速异步电动机定子绕组的连接双速异步电动机定子绕组的△/YY接线图如图所示。图中，三相定子绕组接成△形a)低速一△接法(4极)b)高速一YY接法(2极)△／YY接线由三个连接点接出三个出线端U1、V1、W1，从每相绕组的中点各接出一个出线端U2、V2、W2，这样定子绕组共有6个出线端。通过改变这6个出线端与电源的连接方式，就可以得到两种不同的转速。要使电机在低速工作时，就把三相电源分别接至定子绕组作△形连接顶点的出线端U1、V1、Wl上，另外三个出线端U2、V2、W2空着不接，如图a)所示，此时电动机定子绕组接成△形，磁极为4极，同步转速为1500r／min；若要使电动机高速工作，就把三个出线端U1、V1、W1并接在一起，另外三个出线端U2、V2、W2分别接到三相电源上，如图b)所示，这时电动机定子绕组接成YY形，磁极为2极，同步转速为3000r／min。可见双速电动机高速运转时的转速是低速运转转速的两倍。2）接触器控制双速电动机的控制线路（手动）用按钮和接触器控制双速电动机的电路如右图所示。

其中按下SB1后KM1控制电动机低速运转；按下SB2后KM2、KM3控制电动机高速运转。接触器控制双速电动机的电路图接触器控制双速电动机的控制线路工作原理如下：先合上电源开关QS。△ 形低速启动运转：YY形高速启动运转：停转时，按下SB3即可实现3）时间继电器控制双速电动机的控制线路（自动）用按钮和时间继电器控制双速电动机低速启动高速运转的电路图如右图所示。时间继电器KT控制电动机△启动时间和△一YY的自动换接运转。按钮和时间继电器控制双速电动机自动控制电路图时间继电器控制双速电动机的控制线路原理如下：

△形低速启动运转：YY形高速运转：下面我们来通过视频动画更直接的了解一下双速电动机的工作原理双速电机的应用双速电机主要用于煤矿、石油天然气、石油化工和化学工业。此外，在纺织、冶金、城市煤气、交通、粮油加工、造纸、医药等部门也被广泛应用。