第6章三相异步电动机电力拖动(2)

1、本章重点,第6章 三相异步电动机的电力拖动,本章内容,内容提要：,本章介绍三相异步电动机机械特性的特点及参数表达式和实用表达式，讨论三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性，阐述三相异步电动机的起动、调速和制动的各种方法、特点和应用。,返 回,1. 机械特性的特点、表达式,3. 三相异步电动机的常用起动方法、特点和适用范围,重点：,2. 三相异步电动机的人为机械特性,返 回,4. 三相异步电动机的各种调速方法、原理和应用,5. 三相异步电动机的各种制动方法、原理和应用,本次课程内容和教学要求,内容： 三相异步电动机的各种调速。 要求： 熟悉异步机各种调速原理和机械特性以 及应用场合。,下 页

2、,上 页,返 回,6.5 三相异步电动机的调速,异步机,变极调速适用鼠笼电机 (改变定子极 对数p调速),变转差率 s 调速,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(串级调速),变频调速 (改变电源频率f1调速),变频机组,交直交变频,交交变频,下 页,上 页,返 回,由异步电动机的转速公式,适用绕线转子,改变电动机的电压时， n1、sm不变，T、Tm均与U1的平方成正比变化，机械特性为,1.改变定子电压调速,6.5.1 改变转差率调速,特点：在调速过程中均产生大量的转差功率，并消耗在转子电路上，使转子发热。 常用的改变转差率调速方法有：改变定子电压调速、转子

3、回路串电阻调速、电磁转差离合器调速及串级调速。除串级调速外，调速的经济性都较差。,U1n s,下 页,上 页,返 回,拖动风机泵类负载：转矩随转速降低而减小的负载。A点为固有机械特性上的运行点，B和C点为降低电压后的运行点。 特点：调速范围较大； ns j2 j1 cosj1，又因T=CTmI2cosj2，T不变时，j2cosj2I2 。存在低速时功率因数低(cosj1低)，电流大(I2大)的问题，应用不普遍。,不适用恒功率负载。,拖动恒转矩负载：A点为固有机械特性上的运行点，B和C点为降低电压后的运行点。 特点：调速方法比较简单； 电压进一步降低，最大转矩减小很快，即使负载特性与机械特性有交

4、 点，负载能力严重下降，若负载稍有波动，电机就会停转； 对于转子电阻为正常值如一般的鼠笼式异步电动机，调速范围很窄，实 用价值不高。,可以采取增加转子电阻如采用高转差率或在绕线转子电动机中串电阻和引入速度闭环加以改善。,如何使电动机有较宽的调速范围？,下 页,上 页,返 回,高转差率电动机或在绕线型异步电动机转子串固定电阻,高转差率电动机，如高转差率鼠笼电机、实心转子电机、双层转子电机等。调速范围增宽，但降压后特性变软。高速运行时，由于转差率较普通电机的大，运行效率要低些。低速运行时过载能力差，运行的稳定性差常不能满足生产工艺的要求；且由于降低了供电电压，为保持恒转矩负载，需要更大的电流，除降

5、低效率外，还应注意过热的问题。,为了提高调压调速机械特性的硬度，采用速度闭环控制系统,下 页,上 页,返 回,当电动机运行于图所示的A点时，这时的负载转矩为TL，系统处于平衡状态。当负载转矩变为TL时，若没有转速反馈(称开环)，电动机电压不变，转速应由A点沿同一条机械特性降为C点稳定运行。,调压调速的闭环控制原理,下 页,上 页,返 回,闭环系统分析,测速发电机TG 测得电动机转速，测速发电机的 un，当nu ，将u与给定电压u*比较得u，将 u作为放大器输入端，经放大后的输出为触发器的发 出信号，使触发器发出一定相位的脉冲，晶闸管调压 器就输出一定值的电压， 调节给定电压u*的大小， 就可得

6、到不同输出电压值， 从而达到调速的目的。,下 页,上 页,返 回,系统的自动调节作用,设给定电压为u*，负载为TL，定子电压为U1，系统 工作在特性A点。当负载增大为TLnuuUk角增大 U1=U1T过渡到特性的B点上。 电动机转速下降为nB；速度闭环的本质是 根据负载的变化，动态调整电源电压大小， 从而提高了电机特性的硬度。通过系统 的调节作用，只要给定电压u*保持 不变，系统就可以使电动机的转速 也基本保持不变。,下 页,上 页,返 回,u=u*- u,在不同的给定电压u*下，可以得到一族基本 平行的闭环控制系统的机械 特性，如图曲线1、2、3 所 示，如果连续地改变u* ， 则可使系统平

7、滑调速。,下 页,上 页,返 回,调速性能,调压调速闭环系统的调速方法最适用于风机类型的 负载 (因这种调速方法T1/s，而风机类负载TL1/s )。 调压调速适用于绕线异步电动机 (转子可串 入电阻)，而对鼠笼电动机只能短时间欠载运行 (因 转子不能串入电阻)；调速过程中，尤其在低速运行 损耗大，转子串入电阻可减轻电机内部发热，而鼠 笼型机只能短时运行。,下 页,上 页,返 回,在绕线式异步电动机的转子回路串入对称电阻，理想空载转速n1不变，最大转矩Tm不变，临界转差率正比于转子总电阻，r2sm 。假设转子绕组本身电阻为r2，串入不同电阻时，其机械特性如图所示。当拖动恒转矩负载，且为额定负载

8、转矩TN，电动机的转差率发生明显变化。显然，所串电阻越大，转速越低。,2.转子回路串电阻调速,调速原理,调速过程：串电阻瞬间,下 页,上 页,返 回,调速的性能与特点 调速范围 这种调整方法对应的最高转速不 超过理想空载转速；空载时转速 变化不大，只适用于有载调速； 低速运行时机械特性太软，静差 度大，因而限制了调速范围。 平滑性 由于转子回路电流很大，使电阻 的体积笨重，抽头不易，所以调 速的平滑性也不好,基本上属有 级调速。 经济性 这种方法简单、容易实现，初 期投资较少。但低速运行时损耗 大，效率低。,下 页,上 页,返 回,h (1- s) PM/PM=1-s=n/n1n,调速方式,对

9、于异步电动机而言，当电源电压仍为额定电压时，气隙磁通基本保持不变，如果调速前转子电流为额定值，希望调速后仍为额定值，则有：,R是转子回路所串联的电阻,必然有：,已知电磁转矩为:,如果保持调速前后转子电流不变，则电磁转矩也不变。因此，转子回路串电阻调速适用于恒转矩的系统，属于恒转矩调速方式。转子串电阻调速方法适用于对调速性能要求不高的生产机械如起重机械类恒转矩负载。,下 页,上 页,返 回,调速时的损耗,电磁功率：PM=m1I2 r2 /s=常数 铜损耗： pCu2=m1I2 2r2 =s PM 总机械功率：Pm=m1I2 2 r2 (1-s)/s= (1- s) PM 如当s=0.5时，n=0

10、.5n1，此时： PM= Pm+ pCu2， Pm = 0.5 PM，pCu2=0.5 PM，电机效率很低，r2 /s=常数 只改变了Pm与pCu2间的分配。 当 RspCu2Pm ，说明转速降 低是靠增大转子铜损减小总机械功率 Pm得来的，故不 经济。,下 页,上 页,返 回,转子回路功率因数,调速电阻的计算,同一T值下有：,下 页,上 页,返 回,由已知的转速 n (或转差率s )可求出R。,例：一台绕线转子异步电动机，转子每相电阻为0.16，在额定负载时，转子电流为50A，转速为1440r/min，效率为85%。现保持负载转矩不变，将转速降低到1050r/min，试求： 转子每相应串入电

11、阻值。 此时电动机的电磁功率。 电动机原来的输出功率和降速后的输出功率（忽略pm+ ps）。 降速后的效率。,解：,转子每相应串入电阻值,下 页,上 页,返 回,此时电动机的电磁功率,因调速前后的稳定运行时额定转矩不变，所以电磁功率不变，转子电流不变，且绕线转子电动机m1=m2=3，则电磁功率,W=30kW,电动机原来的输出功率和降速后的输出功率（忽略pm+ ps）,因忽略pm+ ps，所以P2Pm，则,原来的输出功率PNPm=（1-sN）PM=(1-0.04)30kW=28.8kW 降速后的输出功率P2Pm=（1-s）PM=(1-0.3)30kW=21kW,降速后的效率,下 页,上 页,返

12、回,3.电磁转差离合器调速（滑差电机调速）(自学),电磁转差离合器的组成 由三部分组成： 1)笼型异步电动机：拖动电枢旋转。 2)电磁转差离合器：电枢，磁极，滑环等。 3)可控硅整流电源：将交流电变为直流，提供直流 励磁电流。,下 页,上 页,返 回,结构,下 页,上 页,返 回,电磁转差离合器的结构形式有多种，无论哪种，都由电枢和磁极组成 (磁极包括铁心和励磁绕组)。这两部分之间没有机械上的联系，二者 中有气隙，与异步电动机定、转子间的气隙相似，电枢和磁极都能自 由旋转。电枢由异步电动机拖动旋转，因为异步电动机固有特性的直 线段特性较硬，可认为其转速不变，异步机为原动力，这部分称为主 动部分

13、。此轴主动轴。可控硅整流电源通过电磁转差离合器上滑环， 给励磁绕组供电。磁极通过联轴节与负载相联，称为从动部分。此轴 叫从动轴。,当磁极上通过直流励磁电流时，产生固定的磁极。异步电动机拖 动电枢旋转，电枢就切割磁力线，而产生涡流。如果将电枢看作不动，相 当于固定的磁极在空间转动，可见它和异步电动机的旋转磁场作用相当。 电枢作为载流导体，处在磁场中，受到电磁力作用而产生转矩。,下 页,上 页,返 回,工作原理,电枢由整块铸钢制成，为圆筒形钢体。电枢 相当于无穷多根导体组成的鼠笼转子，选择其一 根分析受力情况。设异步机以n1的转速拖动电枢 逆时针旋转，切割磁场产生感应电势、电流，按 右手定则，判断

14、为，再以左手定则判断出对电 枢产生顺时针方向的转矩T企图迫使电枢反转， 但电枢的转向是由异步电动机的转向所决定的， 因此，这个转矩就成为主动轴的阻转矩。而它的 反作用转矩作用在磁极上，推动磁极逆时针方向 旋转，将原动机(异步机) 的机械功率传到负载 上，其转速为n2 ，方向与n1同向，磁极带动负载 一起旋转。从动轴转动后切割速度变为n=n1- n2 而磁极的转速n2又一定小于电枢转速n1，工作原理 与异步机相似。,名称,电磁转差离合器名称的由来：由于从动轴和负载相连， 要向负载输出机械功率，由前面分析可知，只有n0时， 也就是说两轴间有转速差存在时，才有转矩产生，才能把主 动轴的功率传送给从动

15、轴，故有转差二字。又因直流励磁电 流为零时，没有磁场，磁极不会转动，相当于把生产机械和 电枢分开，一旦加上励磁电流，磁极立即转动，相当于把生 产机械和电枢“合上”，作用和机械离合器一样。因此叫转差 离合器。因异步机和生产机械之间不是通过机械直接连接， 而是通过电磁作用互相联系起来，所以全名叫 “电磁转差离 合器”，简称离合器。,下 页,上 页,返 回,因为它的作用原理与异步机的相似，而且经常与异步机本 来配套成一体。小容量的装置中二者就装在一个机壳内，同 时转差也叫滑差，所以又常把电磁转差离合器和拖动它的异 步电动机一起称为滑差电机，这种调速方法叫滑差电机调速。,机械特性,下 页,上 页,返

16、回,滑差电机调速系统的机械 特性，就是电磁转差离合器本 身的机械特性。即从动轴上的 转矩与转速之间的关系。 即n2=f(T)，由于它的工作原理 与异步电动机相似，所以机械 特性也和异步机相似。离合器 的电枢相当于异步机的转子， 用铸钢制成，由于它的电阻 较大，所以机械特性和异步机 转子具有较大电阻时的机械特 性相似，特性比较软。,分析,当n2=0时，切割磁场的转速最高，产生的转矩M最大， 磁极转动后，n2n直到n2=n1n=0T=0。 它的理想空载转速就是异步电动机的转速n1。 改变励磁电流的大小，就改变了磁场的强弱。这实质 上和异步电动机改变定子电压的作用相同。所以改变励磁电 流大小，得到的

17、机械特性相当于异步电动机改变定子电压的 人为特性。用可控硅供电电源给直流励磁，通过连续改变可 控硅控制角，可以得到很多条人为特性。,下 页,上 页,返 回,如果励磁电流太小，磁场太弱，产生的转矩太小，从动 轴转动不起来，就会失控。所以有失控区。 另外，在一定的磁场下，负载过大，从动轴转速太低， 也会形成从动部分跟不上主动部分，所以运行速度不能太低。,带反馈调速系统,下 页,上 页,返 回,应用,滑差电机调速既不是恒转矩调速也不是恒功率调速。 优点：结构简单，运行可靠，能平滑调速。 缺点：特性软,低速时损耗大，电枢易发热变形。 应用：适合于风机及泵类负载如纺织、印染、造纸等工业 部门的一般设备上

18、。,下 页,上 页,返 回,4. 串级调速,串级调速的基本原理 转子串入电阻调速时，调速瞬间： n 来不及变化，当r2I2Tns pCu2 (pCu2 =sPM)转差功率sPM消耗在电阻上 浪费。,下 页,上 页,返 回,能否找出一种方法，既将消耗在电阻上的功率利用起来，又能提高调速性能呢?串级调速就是在这种思想指导下，设计出来的。附加电势Ef与I2反相位，提供Ef 的装置吸收电功率。若能够将吸收的电功率利用起来，就解决了转子串电阻调速耗能大的问题。,分析,下 页,上 页,返 回,如果将电阻R换成电势Ef，且使Ef与sE2同频率相位相反，则转子内串入电势Ef的等值电路如图(b)。,转子电流：,

19、串入Ef瞬间， n来不及变化I2TnsI2T=TL 可见，串入Ef后同样能达到调速的目的。,Ef与sE2相位相反，即为反电势，说明提供Ef的 装置是吸收电功率的。如能将这部分功率加以利 用，电机的效率即可提高。当然Ef也可以与sE2相位 相同，则nn1。转子电势sE2的大小变化，频率也变 化，f2=sf1， Ef的频率要随f2变化是很困难的，所 以先将转子电势E2s变成直流，之后引入直流电势Ef 方向与E2s相反，这就是串级调速。串级调速可分 为：机械回馈式和电气回馈式。,下 页,上 页,返 回,电机回馈式串级调速系统(机械回馈式串级调速),异步电动机YM与ZM直流电动机同轴，共同拖动负载。

20、YM的转子电势经整流后作为ZM的电枢电源，ZM的电枢电动 势作为YM转子回路的附加直流电动势Ef，通过改变ZM的励 磁电流If的大小而改变ZM的Ef，即 达到调速目的。,下 页,上 页,返 回,串级调速的实现(自学),If=0， Ea=0，直流电势Ef 由直流电动机供给。 YM 运行在固有机械特性上，n 最高，s 最小。 当If0时，Ea 0 ，转子引入附加电势， IfEaEfI2T ns I2T=TL， 达到调速目的。,下 页,上 页,返 回,调速原理,功率关系,异步机YM的电磁功率为PM，其中(1-s)PM直接输送给 机械负载；而sPM进入转子，ZM 输入功率为sPM-pCu2，ZM 输出

21、功率为sPM-pCu2-pZM，如果忽略损耗，则pCu20，pZM 0。ZM的输入为sPM，输出也为sPM，所以机械负载得到 的功率为sPM+ (1-s)PM=PM，电机的效率大大提高。 可见，不论s多大，转速n的高低，负载上得到的功率总 是PM，这样转差功率sPM得到利用，而没有浪费掉。这种 电机回馈式串级调速系统，只适用于大功率，低调速范围 D（23）的场合。（因D 大s大sPM大ZM 容量大 不适合，还不如直接用直流机调速）,下 页,上 页,返 回,电气回馈式串级调速系统,以前采用电气回馈式串级调速系统，它与机械回馈式串级 调速系统区别在于：ZM不与 YM 同轴，而是拖动一台异步发 电机

22、YF 。由它发出三相交流电，把转差率sPM回馈给电网， 这种串级调速已不采用，而采用可控硅逆变器的电气串级调速 (SCR串级调速)，直流电势Ef由SCR逆变电源供给(U)，转子 整流电压为Ud。,下 页,上 页,返 回,低同步可控硅串级调速系统,下 页,上 页,返 回,分析,当UdEf，Id0，T0，电机 输出功率；当Ud=Ef，Id =0，T=0，称理想空载,n=n1，s=s0 Ud=2.34s0E2=2.34U1cos=Ef ，其中E2相电势；U1 相电压； 逆变角；s0 与理想空载转速对应的转差 率； 则：s0=U1cos/E2；n0 串级调速时的理想空载转 速， n0 =n1(1-s0

23、)；n1异步机的同步转速。 改变逆变角 Ef变化s0变化n0变化n变化， 但n1不变。,下 页,上 页,返 回,异步机串级调速时的机械特性,无论采用哪种串级调速方 法，对YM 来说，其 机械特性形状都是一样 的，即都是在转子内引 入一个附加电势，改变 附加电势的大小，可以 改变s的大小，达到调 速的目的。,下 页,上 页,返 回,特性分析,已知： 如果Ef=sE2，则I2=0，T=0 ，称为理想空载状态。 令此时的转差为s0，则有s0=Ef/E2 。改变Ef s0变化； Ef越大s0越大特性向下移动，且特性硬度减小； Efsm特性越软。 Ef越大，调速作用越明 显。Ef与sE2反相时，电机转速

24、向低于n1方向调节，称 低速同步调速；当Ef相位与sE2同相时，电机转速向高 于n1的方向调节，称超同步串级调速。,下 页,上 页,返 回,特点,优点：效率高，特性硬，调速范围较宽，无级调速。 缺点：系统总功率因数较低，设备体积大，成本高。 适用：水泵，风机等节能调速等。,下 页,上 页,返 回,6.5.2 变极调速,变极调速要采用专用变速电机，其转子为鼠笼式 根据 当f1一定时，n11/p，改变极对数p，可变n1。,下 页,上 页,返 回,1.变极原理,电机定子每相绕组由二部分组成，每一部分称 为半相绕组，改变其中一个半相绕组的电流方向， 电机产生的磁极对数即可改变。如：已知电机绕组 接线如

25、下图所示：,下 页,上 页,返 回,A-U B-V C-W,现改变接线，使一个半相绕组的电流反向，则 如下图所示。从上面分析可知，如果二个绕组电流 方向相同，2p=4，让一个半相绕组电流反向， 2p=2，则极对数可减半。,下 页,上 页,返 回,下 页,上 页,返 回,变极接线方式,2p=4 时，n1=1500r/min；2p=2时， n1=3000r/min ； 二个半相绕组由串并(电流方向要改变)极对数减 半， n1升高一倍。 改变一个半相绕组的接线方式很多。如下：,下 页,上 页,返 回,注意：当改变定子绕组接线时，必须同时改变定子绕组的相序,2. 常用变极方案,1） YYY 变换(单星

26、形变双星形) 三相绕组的每相定子绕组有中心抽头。在Y接 法中，将绕组1、2、3 端接电源，二个半相绕组电 流相同，设此时极对数为2p ，同步转速为n1。,下 页,上 页,返 回,在YY接法中，将1、2、3 端都于0点相联，4、 5、6端接电源，B、C二相接电源对调，每相二个半 相绕组并联，其中一个半相绕组电流反相，这时， 极对数为p，同步转速为2n1，属恒转矩调速。,下 页,上 页,返 回,2）YY变换,在接线中，端点1、2、3接电源，4、5、6空 着，二个半相绕组中电流方向相同，设此时极对数 为2p， 同速转速为n1。,下 页,上 页,返 回,在YY接线中，1、2、3端点连在一起，4、5、

27、6端点接电源，其中一个半相绕组电流反向，这时， 极对数为p，同步转速为2n1，(近似)属恒功率调速,下 页,上 页,返 回,3.容许输出功率和转矩,输出功率： P2=P1=3U1I1 cosj 式中：为电动机的效率， P1为电动机的输入功率， U1为电动机定子相电压，I1为电动机定子相电流； cosj为电动机定子的功率因数。 现假设变极前后， 和cosj保持不变，则P2 U1I1。 已知 T=PM/1， 1 =2f1/p，则T=PM p / 2f1 。 设PM = P1(忽略定子损耗)， T= 3U1I1cos p / 2f1 所以有 T U1I1 p,下 页,上 页,返 回,分析,为使电机得

28、到充分利用，在变极前后均使电动 机绕组内流过额定电流，即保持半相绕组电流为I1N 不变。 Y 接时：每相电压为U1,每相电流为I1N，极对数p=2， 故TYU1 I1N2； YY接时：相电压为U1，每相电流为2I1N，极对数 p=1，故TYYU12I1N1。 所以有TY= TYY，属恒转矩调速。又因P=T， PYY=2PY，则输出功率不等。,下 页,上 页,返 回,接时，相电压等于线电压为U1，相电流为I1N 极对数p=2。 可见，从-YY变换的变极调速为非恒转矩调速。,下 页,上 页,返 回,输出功率：,下 页,上 页,返 回,可见，从-YY变换的变极调速亦为非恒功率调速，但比较接近于恒功率

29、调速方式，故可认为是近似恒功率调速，允许输出转矩将减少近一半。,4.变极调速时的机械特性,Y-YY联结方式,下 页,上 页,返 回,-YY联结方式,变极调速时,转速几乎是成倍变化的,调速的平滑性较差,但具有较硬的机械特性,稳定性好, 可用于恒功率和恒转矩负载.,下 页,上 页,返 回,5. 应用及注意问题,1)应用 a. 变极调速适用变速电机其转子为鼠笼式。 b. 适用于有级调速的场合：Y-YY用于恒转矩生产 机械，如起重运输等生产机械； -YY用于恒功率生 产机械，如各种机床的粗加工和精加工。 除以上两种变极方法外，还可以利用一套定子 绕组改变成三种甚至四种极数的电动机，如2、4、 8极及4

30、、6、8、12极等。这种变极调速的电动机称 为多速电动机，已较普遍地用于生产机械上。,下 页,上 页,返 回,2)注意问题 改变定子接线方式时，必须将三相绕组中任意两 相的出线端交换一下，否则电机将反转。 3)优缺点 变极调速的优点：设备简单，运行可靠，机械特 性较硬，可以有恒转矩调速方式和恒功率调速方 式。 缺点：转速只能成倍增长，为有级调速。,下 页,上 页,返 回,6.应用举例,为了改善变极调速电动机的调速平滑性，可以 综合应用变极调速与降压调速，即变极降压调速。 粗调用变极法，细调用降 压法。此法可以使降压调 速不运行在转差率低的情 况下。变极降压调速既扩 大了调速范围，提高调速 平滑

31、性，又减小低速损耗。 4、6、10级三速如图所示。,下 页,上 页,返 回,已知：n1=60f1/p，当f1变， n1变，n 变。,6.5.3变频调速,改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁通势的同步转速，从而达到调速的目的。如果电源频率连续可调，可以平滑调节电动机转速。,1. 从额定频率向下调速,当f1而U1不变mIm I1过热 Imcosj1 而mpFe带载能力下降。 为了克服上述缺点，在基频（50Hz）以下调 速时，采用恒磁通调压调速。,降低电源频率时，必须同时降低电源电压。降低电源电压，有两种控制方法。,下 页,上 页,返 回,保持E1/f1=常数 降低电源频率的同时，保持E1/f

32、1=常数，则m=常数，是恒磁通控制方式。,按照容许输出的原则，希望调速前后电动机的转子电流不变,转子电流为,额定频率时转子电流为,所以：,变频后的人为机械特性斜率保持不变,下 页,上 页,返 回,变频后转子回路功率因数为,恒磁通变频调速属于恒转矩性质调速方式,若驱动恒转矩负载，调速前后的稳定运行状态下转子电流不变。由于磁通不变，励磁电流恒定，定子电流同样不变。,下 页,上 页,返 回,保持U1/f1=常数 降低电源频率的同时，保持U1/f1=常数，则m常数。,电动机的电磁转矩为,保持U1/f1=常数，当减小f1时，最大转矩不等于常数。已知(x1+ x2)与f1成正比变化，r1与f1无关。因此，

33、在f1接近额定频率时，r1 (x1+ x2) ，随着f1的减小，Tm减小得不多；但是，当f1较低时，(x1+ x2)比较小，r1相对变大了。这样一来，随着f1的降低，Tm就减小了。在低频低速的机械特性变坏了。,保持U1/f1=常数,降低频率调速近似为恒转矩调速方式,下 页,上 页,返 回,由于异步电动机的感应电动势E1难以测得和控制，所以实际应用中在控制回路中加一个函数发生器，以补偿低频时由定子电阻引起的压降影响，使电动机的最大转矩Tm基本保持不变。,如要使异步电动机达到恒功率调速,或,2. 从额定频率向上调速,当f1时，再继续保持U1/f1=常数比较困难，因为f150Hz 时，U1 U1N不

34、允许，这样只能保持U1不变。 f1mT ，而f1n，P=T属恒功率调速。 所以基频以上采用恒压调速。,下 页,上 页,返 回,下 页,上 页,返 回,电动机的电磁转矩为,电动机电磁功率,正常运行时s很小， 和 ，因此若忽略r1和 时,正常运行时，若保持I1额定不变，s变化很小，可近似认为PM是不变的。属于恒功率调速形式。,下 页,上 页,返 回,变频机组,调节直流电动机的转速，能改变同步发 电机的频率，使接在电网上的一组棍道鼠龙 异步电动机调速，达到变频调速的目的。,下 页,上 页,返 回,交-直-交变频系统,整流器将50Hz电源 的交流电整流成幅值可调 的直流电，逆变器将直流 电逆变成频率可

35、调的交流 电。,下 页,上 页,返 回,交-交变频系统,直接将50Hz的交流电变换成频率可调的 交流电。,下 页,上 页,返 回,3.变频调速时的机械特性,只要找出Tm，sm，Tst及nm与频率关系，即 可定性画出机械特性。 1)最大转矩Tm (Tm=常数，过载能力不变),下 页,上 页,返 回,(1) 当f1较高但f150Hz时： r1x1+x2，忽略r1 ， 当Tm=常数，U1/f1 =常数,下 页,上 页,返 回,(2) 当f1较低时： r1的影响不能忽略，在r1上产生的I12r1E1 mTm 当f1r1的影响Tm (3) 基频以上调速时(U1=常数) f1 mTm,下 页,上 页,返

36、回,2)运行段的斜率:找出sm，nm与f1的关系,可见， nm与f1无关。无论在基频以下还是在基频以上调速 时， nm基本不变，则变频调速时的机械特性与固有机械 特性平行，只有在频率f1很低时，r1不可以忽略， nm减 小，机械特性更硬些。,下 页,上 页,返 回,当f1较高时，忽略r1，且f150Hz,3) 起动转矩,当U1/f1 =常数时,下 页,上 页,返 回,f1较高时，可忽略,特性,下 页,上 页,返 回,1)在基频以下变频调速时，应进行定子电压与频率 的配合控制，保持E1/f1为常数的配合。控制时为恒 磁通变频调速。保持U1/f1为常数配合控制时为近似 恒磁通变频调速。前者属于恒转

37、矩调速方式，后者 属于近似恒转矩调速方式。在基频以上调速时，保 持U1=U1N不变，随f1升高， m下降，属于近似恒 功率调速方式。,下 页,上 页,返 回,4.变频调速的特点,2)机械特性基本平行，属硬特性，调速范围宽，转 速稳定性好。 3) 运行时s小，转差功率损耗小，效率高。 4)可以连续调节，能实现无级调速。 优点：具有良好的调速性能。 缺点：需一套性能优良变频电源。 应用：冶金，化工，机械制造业，采矿等。,下 页,上 页,返 回,现代交流调速系统组成,下 页,上 页,返 回,现代交流调速系统今后发展趋势,发展趋势： 1.以取代直流调速系统为目标的高性能交流 调速系统的进一步研究与开发

38、。 2.新型拓扑结构功率变换器的研究与开发。 3.PWM模式的改进和优化。 4.中压变频装置（我国称为高压变频装置） 的研究与技术开发。,下 页,上 页,返 回,例：某三相四极笼型异步电动机额定数据如下：UN=380V，nN=1455r/min，采用变频调速使TL= 0.8TN的恒转矩负载运行于n=1000r/min。已知变频电源输出电压与其频率的关系为U1/f1=常数。试求：这时的频率 和电压 （不计T0）。,解:,作固有机械特性：通过同步点（n1，0）及额定点（nN，TN）作曲线1，则得到a点。利用机械特性直线表达式 ，可得TL=0.8 TN时固有机械特性上b点的转差率sb为,下 页,上

39、页,返 回,b点的转速降落为,变频调速时运行于平行机械特性2上的c点，则变频后的同步速为,上 页,返 回,思考题,1、三相异步电动机最大电磁转矩与转子回路电阻之间的关系是（ ），临界转差率与转子回路电阻之间的关系是（ ）；起动转矩的大小与转子回路电阻之间的关系是（ ）。 2、普通三相异步电动机起动的特点是（ ）， ( )。 3、三相异步电动机起动转矩与电源电压之间的关系是（ ） 4、当起动转矩等于最大转矩时，临界转差率等于（ ），转子总电阻值约为 ( )。 5、一台三相异步电动机，起动转矩倍数为1.2，起动电流倍数为5。若起动时电源电压为额定电压的80%，则起动电流倍数为（ ），起动转矩倍数为

40、（ ）。 6、三相异步电动机电磁转矩是由（ ）和（ ）共同作用产生的。,下 页,上 页,返 回,无关,正比关系,有关,起动电流大,起动转矩小,TstU12,1,x1+x2,4,0.768,气隙旋转磁场,转子电流的有功分量,7、笼型异步电动机降压起动适用于轻载起动的原因是 （ ）。 8、频敏变阻器的电阻值随转子转速上升而（ ）。 9、对于绕线转子三相异步电动机，如果电源电压一定，转子回路电阻适当增大，则起动转矩（ ），最大转矩 （ ），起动电流将（ ）。（填变大、变小、不变）。 10、一台绕线式异步电动机带恒转矩负载运行，若电源电压下降，则电动机的定子电流（ ），临界转差率（ ），转差率（ ），

41、转速（ ），最大电磁转矩（ ），过载能力（ ）。（变大、变小、不变）。 11、异步电动机起动时转子电动势较（ ），起动电流较（ ），此时起动转矩却不大，是因为起动时，转子功率因数较（ ），气隙磁通较稳态运行时（ ）。（大、小、不变） 12、一般鼠笼异步电动机全压起动是，起动电流约为额定电流的（ ）倍，起动转矩约为额定转矩的（ ）倍。,下 页,上 页,返 回,起动转矩减小,减小,变大,不变,变小,变大,不变,变大,变小,变小,变小,大,大,小,小,47,0.81.3,13、鼠笼异步电动机降压起动，常用方法有（ ）、 （ ）、（ ）三种；一般适用于（ ）载和（ ）载起动。 14、正常运行时定子绕组

42、为（ ）接法鼠笼式异步电动机，可采用Y/换接起动，其起动电流为直接起动电流的（ ）倍，起动转矩为直接起动转矩的（ ）倍。 15、变极调速只适用于( )电动机，变极的方法是 ( )。 16、一台带恒定负载转矩的绕线式异步电动机，当转子回路串入电阻增大时，则电机转速（ ）。 17、异步电动机的调速方法有（ ）、（ ）和 （ ）三种。 18、三相异步电动机带额定负载运行时，如果电源电压降低，其转速将（ ）。 19、鼠笼式异步电动机变极调速在变极的同时必须（ ），否则电机将反转。,下 页,上 页,返 回,Y-起动,定子串电抗起动,自耦变压器降压起动,空,轻,三角形,1/3,1/3,鼠笼型,改变定子绕组

43、接线,逐渐减少,变极,变频,变转差率,下降,改变电流相序,20、三相异步电动机在满载和空载情况下的起动电流和起动转矩是一样的。（ ） 21、在绕线式三相异步电动机转子回路中所串电阻愈大，其起动转矩愈大。（ ） 22、电源电压的改变不仅会引起异步电动机最大电磁转矩的改变，还会引起临界转差率的改变。（ ） 23、三相异步电动机变极调速适用于笼型转子异步电动机。（ ） 24、三相异步电动机的最大电磁转矩Tm的大小与转子电阻r2阻值无关。（ ） 25、电源电压改变会引起异步电机最大电磁转矩改变，还会引起临界转差率的改变。（ ） 26、在异步电动机的变极调速中，当改变定子绕组接线时，必须同时改变定子绕组

44、的相序。（ ） 27、三相绕线式异步电动机起动时转子回路串入的电阻使sm=1时的起动转矩最大。（ ）,下 页,上 页,返 回,28、三相绕线式异步电动机起动时转子回路串入的电阻越大越好。（ ） 29、在异步电动机带恒转矩负载调速过程中，调压调频应同时进行，并保持两者比值不变。（ ）。 30、三相鼠笼式异步电动机铭牌标明：“额定电压380/220V，接线Y/”，当电源电压为380V时，这台三相异步电动机可以采用Y-换接起动。（ ） 31、三相鼠笼式异步电动机采用降压起动的目的是降低起动电流，同时增加起动转矩。（ ） 32、轻载的异步电动机，在使用时可以直接起动。（ ） 33、三相异步电动机满载运

45、行时，若电源电压突然降低时，三相异步电动机转速下降，三相电流同时减小。（ ） 34、采用Y-换接起动，起动电流和起动转矩都减小为直接起动时的1/3倍。（ ） 35、绕线式异步电动机不可以改变极对数进行调速。（ ）,下 页,上 页,返 回,36、一台运行于额定负载的三相异步电动机，当电源电压下降10%，稳定运行后，电机的电磁转矩（ ）。 A、Tm=TN B、Tm=0.8TN C、Tm=0.9TN D、TmTN 37、一台额定电压为220V的三相异步电动机定子绕组接线，若起动时定子绕组改成Y接线，且接在380V的交流电源上，则电机的（ ）。 A、起动转矩增大； B、起动转矩减少； C、起动转矩不变

46、。 38、鼠笼异步电动机起动时，在定子绕组中串入电阻，起动转矩（ ）。 A、提高； B、减少； C、保持不变 39、异步电动机负载转矩不变的情况下调速，当转速下降时，电动机输出功率会（ ）。 A、增大； B、减少； C、不变 40、一台两极绕线式异步电动机要把转速调上去（大于额定转速），则（ ）调速可行。 A、变极； B、转子回路串电阻； C、变频,A,C,B,下 页,上 页,返 回,B,C,41、与固有机械特性相比，人为机械特性上的最大电磁转矩减小，临界转差率没变，则该人为机械特性是异步电动机的（ ）。 A、定子串接电阻的人为机械特性； B、转子串接电阻的人为机械特性； C、降低电压的人为机

47、械特性； D、定子串接电抗的人为机械特性； 42、异步电动机负载越重，其起动电流（ ）。 A、越大； B、越小； C、与负载大小无关 43、采用变极调速时定子绕组从星形联结变为双星形联结时，其转速（）、转矩（）、功率（）。（ ） A、变大一倍、不变、变大一倍； B、减少一半、不变、减少一半 C、减少一半、变大一倍、变大一倍； D、变大一倍、减少一半、不变,下 页,上 页,返 回,C,C,A,44、异步电动机负载越重，其起动时间（ ）。 A、越长； B、越短； C、与负载大小无关 45、一台额定电压为220V的三相异步电动机定子绕组接线，若起动时定子绕组改成Y接线，且接在380V的交流电源上，则

48、电机的（ ）。 A、起动转矩增大； B、起动转矩减少； C、起动转矩不变 46、鼠笼异步电动机起动时，在定子绕组中串入电阻，起动转矩（ ）。 A、提高； B、减少； C、保持不变 47、异步电动机负载转矩不变的情况下调速，当转速下降时，电动机输出功率会（ ）。 A、增大； B、减少； C、不变,下 页,上 页,返 回,A,C,B,B,48、在变频调速时，对于恒转矩负载，电压与频率的变化关系是（ ）等于常数。 A、 ； B、 ； C、 ； D、 49、三相异步电动机在满载运行中，三相电源电压突然从额定值下降了10%，这时三相异步电动机的电流将会（ ）。 A、下降10%； B、增加； C、减小20

49、%； D、不变 50、一台三角形联接的三相异步电动机在额定电压下起动时的起动电流为300A，现采用Y-换接降压起动，其起动电流Ist为（ ）。 A、100A； B、173A； C、212A； D、150A,下 页,上 页,返 回,D,C,A,51、一台笼式异步电动机，其铭牌上额定电压为220/380V，当电源电压为380V时，可否采用Y-降压起动，为什么？,答：不可以。当电源电压为380V时，定子绕组必须采用Y接线，而Y-降压起动仅适用于正常运行时定子绕组作三角形连接的异步电动机，所以不行。,52、为什么鼠笼式异步电动机直接起动时起动电流大，而起动转矩却不大？,53、漏抗大对异步电动机起动转矩

50、Tst、最大电磁转矩Tm和功率因数cosj1有何影响 ?,答：起动转矩Tst下降，起动转矩Tst和漏抗成反比, 漏抗大，起动转矩Tst小；最大电磁转矩Tm下降,最大转矩Tm和漏抗成反比，漏抗大，最大电磁转矩Tm小；功率因数cosj1下降，漏抗属无功性质。,下 页,上 页,返 回,54、一台异步电动机，仅当电网频率增加（设输出功率不变），试述励磁电抗xm，励磁电流Im ，同步转速n1 ，最大电磁转矩Tm和临界转差率sm如何变化？,答：当电网频率增加时，外加电源电压不变，所以气隙磁通Fm减小致磁路饱和程度降低，励磁电抗xm升高，励磁电流Im减小；同步转速n1与频率成正比，增大；最大电磁转矩Tm和临界转差率sm