電機及拖動-第6章三相異步電動機電力拖動運行課件

1、第6章三相異步電動機電力拖動運行第6章6.1 三相異步電動機的機械特性 6.3 三相異步電動機的調(diào)速 6.2 三相異步電動機的起動 6.4 三相異步電動機的制動 6.5 異步電動機的各種運行狀態(tài) 2022/10/1426.1 三相異步電動機的機械特性 6.3 三相三相異步電機電磁轉(zhuǎn)矩物理表達式 Pem = m2 E2 I2 cos2E2 = 4.44 f1 kW2N2m Tem = Pem160Pem2n1 = Tem = CTm I2 cos2 電磁轉(zhuǎn)矩常數(shù): p Pem 2 f1 = 4.44 pm2kw2N2 2 CT = = pm2kW2N2 1 2 2022/10/143三相異步電機

2、電磁轉(zhuǎn)矩物理表達式 Pem = m2 E2 三相異步電機轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差特性（參數(shù)表達式） R2 sPem = m1 I22 ， 2f1 p 1 = 根據(jù): Tem = ， Pem 1 U1 I2 = R1 (X1X2)2 R2 s 2 m1p2f1 U1 Tem = R1 (X1X2)2 R2 s2 R2 s 2 2022/10/144三相異步電機轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差特性（參數(shù)表達式） R2 Pem = Tem s 曲線 1M S O Tem s -1 發(fā)電機 電動機 制動 s0 s=0 n= n1 n= 0 nn1 n0 n0 2022/10/145 Tem s 曲線 1M S O Tem s -1 1. 最

3、大（臨界）轉(zhuǎn)矩 Tm 臨界轉(zhuǎn)差率： 電動狀態(tài)取 “ ”，發(fā)電狀態(tài)取 “”。 sm = R1 (X1X2 )2 R2 2 當 R1 (X1X2 ) 時： sm R2X1X2 T pm1U1 4f1 (X1X2) 2 Tm = R1 R1(X1X2 )2 U1m1p 4f1 2 2 2022/10/1461. 最大（臨界）轉(zhuǎn)矩 Tm 臨界轉(zhuǎn)差率： 電動狀 結(jié)論： 當 f1 和電機參數(shù)不變時，異步電機的 Tm 與 電源相電壓 U1 的平方成正比。當 U1 和 f1 一定時， Tm 近似與定、轉(zhuǎn)子漏抗 之和成反比。 Tm與 R2 無關(guān)，而 sm與R2 成正比。 如 R2 變大時，Tm不變，但 sm 則

4、隨之增大。 如忽略 R1，Tm與 成正比。 U1 f1 2 過載倍數(shù) (最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)) KT ： Tm TN KT =2022/10/147 結(jié)論： 當 f1 和電機參數(shù)不變時，異步電機的 Tm 與2. 起動轉(zhuǎn)矩 Tst s = 1 時： m1p2f1U1 R2 Tst = ( R1 R2)2 (X1X2)2 2 結(jié)論： 當 f1 和電機參數(shù)不變時，異步電機的 Tst 與電源相電壓 U1 的平方成正比。 當 U1 和 f1 一定時，Tst 近似與定轉(zhuǎn)子漏抗之和成反比。 在一定的范圍內(nèi)增加 R2 時，可增大 Tst 。 當sm= 1 時，Tst = Tm，Tst 最大。 起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) Tst T

5、N Kst =2022/10/1482. 起動轉(zhuǎn)矩 Tst s = 1 時： m1pU1三相異步電動機的主要性能指標 1. 額定效率 N N = 72.5% 96.2 % （Y 系列） 2. 額定功率因數(shù) cosN cosN = 0.7 0.9 （Y 系列） 3. 最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) km kT = 1.8 2.2 （Y 系列） 4. 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù) kst kst = 1.6 2.2 （Y 系列） 5. 堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù) kI kI = 5 7 （Y 系列） 2022/10/149三相異步電動機的主要性能指標 1. 額定效率 N 206.1 三相異步電動機的機械特性6.1.1 固有機械特性 當 U1L

6、= U1N 、f1 = fN，且繞線型轉(zhuǎn)子中不外串 任何電路參數(shù)時的機械特性。n1 Tem n O S M 同步點： n = n1，s = 0，Tem = 0 起動點： n = 0，s = 1，Tem = Tst 臨界工作點： s = sm，n = (1sm) n1，Tem = TmTm (1sm) n12022/10/14106.1 三相異步電動機的機械特性6.1.1 固有機械特n1Tem n O S M1. 穩(wěn)定運行區(qū)域 工作段N nM 穩(wěn)定運行條件： dTLdndTemdn 額定運行點 N ： n = nN ， s = sN ， Tem = TN ，P2 = PN。 額定狀態(tài)說明了電動機

7、 長期運行的能力： TLTN，P2PN，I1IN。 sN = 0.01 0.06 很小， Tem 增加時，n 下降很少 硬特性。硬特性 TL 2022/10/1411n1Tem n O S M1. 穩(wěn)定運行區(qū)域 工作段N2. 固有機械特性的實用表達式 忽略 R1 的影響，則 sm = R2X1X2 T = pm1U1 4f1 (X1X2) 2 m1p2f1 U1 Tem = (X1X2)2 R2 s2 R2 s 2 2022/10/14122. 固有機械特性的實用表達式 忽略 R1 的影響，則 將 Tem 與 Tm 相除得： = (X1X2)2 R2 s2 R2 s Tem Tm 2 (X1X

8、2) = sm ss sm 2 Tem = sm ss sm 2Tm 即 sm s= 解上述方程，可得 根據(jù) s 和 sm 的相對大小，取“”或取“”。 ( )2= 1 s sm Tm Tem Tm Tem 2022/10/1413將 Tem 與 Tm 相除得： = (X1X2) 若忽略 T0，則在額定負載時 sN = sm ( kT kT1 )2 sm = sN ( kT kT1 )2 實用公式計算簡單、使用方便， 但只適用于一定的范圍內(nèi)，即 0 s sm 。 2022/10/1414 若忽略 T0，則在額定負載時 sN = sm ( kT 【例6-1】 Y280M-4 型三相異步電動機，額

9、定功率 PN = 90 kW，額定頻率 fN= 50 Hz，額定轉(zhuǎn)速nN= 1480 r/min， 最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)KT= 2.2。試求：(1) 該電動機的電磁轉(zhuǎn)矩實 用公式；(2) 當轉(zhuǎn)速 n = 1 487 r/min 時的電磁轉(zhuǎn)矩； (3) 當負載轉(zhuǎn)矩 TL= 450 Nm 時的轉(zhuǎn)速。 n1nN n1sN = = 0.0133 1 5001480 1 500解：(1) 額定轉(zhuǎn)差率為 額定轉(zhuǎn)矩為 TN = 9.55PNnN最大轉(zhuǎn)矩為 Tm = kTTN = 2.2580.7 Nm = 1 277.5 Nm = 9.55 Nm = 580.7 Nm 90 000 1 4802022/10/141

10、5 【例6-1】 Y280M-4 型三相異步電動機，額= 0.0133( 2.2 2.221 ) = 0.0553 實用電磁轉(zhuǎn)矩公式為 s 0.0553 Tem = 2 555 0.0553s Tem = Nm = 392.3 Nm +2 555 0.0553 0.0087 0.0087 0.0553 sm = sN ( km km1 ) 2 臨界轉(zhuǎn)差率為 (2) 當轉(zhuǎn)速 n = 1 487 r/min 時轉(zhuǎn)差率為 n1n n1s = = 0.0087 1 5001487 1 500電磁轉(zhuǎn)矩為 2022/10/1416= 0.0133( 2.2 2.221 ) =(3) 當 TL = Tem

11、= 450 Nm 時的轉(zhuǎn)差率為 轉(zhuǎn)速為 n = ( 1s ) n1 = ( 10.0101 )1 500 r/min = 1 485 r/min ( )2s = sm 1 Tm Tem Tm Tem = 0.0553 1 = 0.0101 ( )2 1277.5 450 1277.5 450 2022/10/1417(3) 當 TL = Tem = 450 Nm 時的轉(zhuǎn)差率6.1.2 人為機械特性 1. 降低定子端電壓時的人為機械特性 降低 U1 轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后 若TL = TN ，則 ssN ，nnN 結(jié)論： sm 不變；穩(wěn)定運行段的特性變軟了； 起動能力和過載能力顯著降低。 1 sN I2N

12、= I2 ， 1s 2 2 m1 R21 sTem = I2 2 Tm I2 I2N smn Tem O UN n1 0.8UN0.64Tm 2022/10/14186.1.2 人為機械特性 1. 降低定子端電壓時的人為機械解：(1) 在額定電壓下的額定轉(zhuǎn)矩為 【例6-2】 Y315S-6 型三相異步電動機的額定功率 PN = 75 kW，額定轉(zhuǎn)速 nN = 990 r/min，起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) Kst1.6，過載能力 KT= 2.0。求：(1) 在額定電壓下的 Tst 和 Tm ；(2) 當電網(wǎng)電壓降為額定電壓的 80時，該電動 機的 Tst 和 Tm 。 TN = 9.55 PN nN = 9

13、550 Nm = 723.5 Nm 75 990 起動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩分別為 Tst = KstTN = 1.6723.5.7 Nm = 1157.6 Nm Tm = KTTN = 2.0723.5.7 Nm = 1447.0 Nm (2) 當U1L = 80%UN 時，起動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩分別為 Tst = 0.82Tst = 0.821157.6 Nm = 740.9 Nm Tm = 0.82Tm = 0.821447.0 Nm = 928.1 Nm 2022/10/1419解：(1) 在額定電壓下的額定轉(zhuǎn)矩為 【例62. 轉(zhuǎn)子回路串對稱電阻的人為機械特性 設(shè)串聯(lián)電阻為 Rs ： Tm 不變。

14、 sm = R2Rs X1X2 Rs3Rs2Rs1 Tm R2Rs1 R2Rs2 n Tem O R2 n1 smsm1sm3R2Rs3 結(jié)論： 當 sm1 時， Rs sm Tst。 當 sm = 1 時， Tst = Tm 。 當 sm1 時， Rs sm Tst 。 2022/10/14202. 轉(zhuǎn)子回路串對稱電阻的人為機械特性 設(shè)串聯(lián)電阻為 R 【例6-3】 一臺繞線型三相異步電動機帶恒轉(zhuǎn)矩負載 運行，當轉(zhuǎn)子回路不串電阻時，n = 1440 r/min，若在轉(zhuǎn) 子回路串入電阻使轉(zhuǎn)子電路每相電阻增加一倍，試問這 時電機的轉(zhuǎn)速是多少？ 解：因為 TL 不變，由電磁轉(zhuǎn)矩公式可知 R2 s =

15、 R2Rs s ，故串聯(lián)電阻后的轉(zhuǎn)差率為 s = s = 2s R2Rs R2 而轉(zhuǎn)速 n = 1 440 r/min 時轉(zhuǎn)差率為 n1n n1s = = 0.04 1 5001440 1 500故 s = 2s = 20.04 = 0.08 則 n = ( 1s ) n1 = ( 10.08 )1 500 r/min = 1 380 r/min 2022/10/1421 【例6-3】 一臺繞線型三相異步電動機帶恒轉(zhuǎn)矩P165【例5-2】 一臺繞線型三相四極異步電動機，nN = 1460 r/min，PN=150kW，fN1=50Hz，UN1=380V，KT=2。求：（1）固有機械特性表達式；

16、（2）起動轉(zhuǎn)矩；（3）當負載轉(zhuǎn)矩TL=755N.m時的轉(zhuǎn)速。 2022/10/1422P165【例5-2】 一臺繞線型三相四極異步電動機，nN =3. 定子回路串對稱電阻或電抗的人為機械特性 結(jié)論 ： 定子回路串對稱 Rf 或 Xf 不改變 n1 。 Rf (Xf ) Tm、Tst 。 Rf (Xf ) sm，使臨界點上移。 n Tem O Rf = 0 (Xf = 0) n1 Tst m1p2f1 U1 Tem = R1 (X1X2)2 R2 s2 R2 s 2 sm = R1 (X1X2 )2 R2 2 Tm = R1 R1(X1X2 )2 U1pm1 4f1 2 2 Rf (Xf) Ts

17、t sm sm 2022/10/14233. 定子回路串對稱電阻或電抗的人為機械特性 結(jié)論 ： 6.2 三相異步電動機的起動 電動機的起動指標 起動電流倍數(shù) kI = Ist/IN。 起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) kst = Tst/TN。 起動時間。 起動時繞組中消耗的能量和繞組的發(fā)熱。 起動時的過渡過程。 起動設(shè)備的簡單性和可靠性。 2022/10/14246.2 三相異步電動機的起動 電動機的起動指標20221. 直接起動 Ist = kI IN = (5 7) IN（較大） Tst = kstTN = (12 ) TN （較?。?6.2.1 籠型異步電動機的起動 若變壓器 SN 相對電動機 PN 不算

18、大時， Ist 會 使變壓器輸出電壓短時下降幅度較大。 不利影響： 影響自身的起動，當負載較重時，可能無法起動。 影響同一臺變壓器供電的其他負載工作。 頻繁起動時造成熱量積累，易使電動機過熱。 2022/10/14251. 直接起動 6.2.1 籠型異步電動機的起動 若變壓 直接起動的使用條件(1) 小容量的電動機（PN 7.5 kW）。 (2) 電動機容量滿足如下要求：IstINKI = 3 14電源總?cè)萘?kVA)電動機容量(kW) 如果不滿足上述使用條件，則要采用降壓起 動，把 Ist 限制到允許的數(shù)值。 2022/10/1426 直接起動的使用條件IstKI = 2. 減壓起動 (1)

19、 定子串聯(lián)電阻或電抗器減壓起動Xst KM1 KM23 M33 RSKM1 KM2M32022/10/14272. 減壓起動 (1) 定子串聯(lián)電阻或電抗器減壓起動Xst(2) 自耦變壓器減壓起動 M3TA3 UNKM1 KM2 KM3 UN/kaIst/ka Ista 設(shè)TA 的電壓比為 ka U1L = UN/ka I1L = Ist/ka 起動電流為 Ista = Ist ka 2 起動轉(zhuǎn)矩為 Tsta Tst UN/ka UN =2 Tsta = Tst ka 2 2022/10/1428(2) 自耦變壓器減壓起動 MTA3 UNKM1 K 優(yōu)點：電壓比 ka 可調(diào)。 QJ2 型三相自耦

20、變壓器： N2/N1 = 0.55、0.64、0.73 ka = 1.82、1.56、1.37 QJ3 型三相自耦變壓器： N2/N1 = 0.4、0.6、0.8 ka = 2.5、1.67、1.25 缺點：自耦變壓器體積大，價格高。 適用：較大容量籠型異步電動機的起動。 使用條件： IstaImax 與 TstaTL 。 2022/10/1429 優(yōu)點：電壓比 ka 可調(diào)。 缺點：自耦變壓器體積大，價格 適用：正常運行為聯(lián)結(jié)的電動機。 (3) 星三角降壓起動（Y降壓起動） U1 V1 W13 UNKM1 KM2 KM3 U2 V2 W2 起動電流（定子 線電流）為 IstP 3 Ist 3

21、3 = IstY = Ist132022/10/1430 適用：正常運行為聯(lián)結(jié)的電動機。 (3) 星三角降壓起動ABCAZBXYCBCAXYZ定子線電壓比定子相電壓比定子相電流比 起動電流比電源電流比2022/10/1431ABCAZBXYCBCAXYZ定子線電壓比定子相電壓比定子相 起動轉(zhuǎn)矩為 TstY = Tst13TstY Tst =2 UN 3 UN IstYImax 與 TstYTL 。 Y減壓起動的使用條件 優(yōu)點： 起動設(shè)備簡單、價格低、維修方便。 2022/10/1432 起動轉(zhuǎn)矩為 TstY = Tst1TstY 【例63】三相籠型異步電動機，PN=60kw，UN=380v，定

22、子聯(lián)結(jié)，IN136A，Kst1.1，KI6.5，供電變壓器允許的最大起動電流為500A。若拖動負載轉(zhuǎn)矩TL0.3TN(要求Tst=1.1TL)，能否采用星三角起動法？2022/10/1433【例63】三相籠型異步電動機，PN=60kw，UN=380故不允許直接起動。 (2) Y減壓起動計算 因為 【例6-4】 一臺 Y280S-4 型三相異步電動機，額定容 量 PN = 75 kW，三角形聯(lián)結(jié)，全壓起動電流倍數(shù) kI7.0， 起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) Kst1.9，電源容量為 1 250 kVA。若電動 機帶額定負載起動，試問應(yīng)采用什么方法起動? 解：(1) 直接起動計算 電源允許的起動電流倍數(shù)為KI 3

23、 14電源總?cè)萘?kVA)電動機容量(kW)= 3 = 4.92 141 250 75 1 3 = KI =IstY IN7 3 4.92 1 3TstY = Tst = KstTN1 3= TN 1.9 3 TN 2022/10/1434故不允許直接起動。 【例6-4】 一臺 Y2所以不能采用 Y起動。 (3) 自耦變壓器起動計算 Tsta = Tst ka 2 = kI ka 2 Ista IN 4.92 TN = TN 1.9 ka 2 1.193ka1.38 = 7 ka 2 所以可以選用 QJ3 型三相自耦變壓器，取 ka = 1.25。 2022/10/1435所以不能采用 Y起動

24、。Tsta = Tst 2 = VT1 VT2 VT3 M3 3 起動之初，晶閘管的觸發(fā)角很大， 電動機的線電壓很低。 起動過程中，逐漸減小觸發(fā)角， 電動機的線電壓逐漸升高。 (1) 軟起動器的原理 3. 異步電動機的軟起動 軟起動的特點： 無沖擊電流。 有軟停車功能，即平滑減速、逐漸停機。 起動參數(shù)可根據(jù)不同負載進行調(diào)整， 有很強的負載適應(yīng)性。 具有輕載節(jié)能和多種保護功能。 2022/10/1436VT1 VT2 VT3 M3 6.2.2 高起動轉(zhuǎn)矩的異步電動機 1. 深槽轉(zhuǎn)子異步電動機 槽深 h 與槽寬 b 之比為： h / b = 8 12X2 小X2 大 起動時，f2 高， X2 大，

25、電流的集膚 效應(yīng)使導(dǎo)條的等效 面積減小，即 R2 ， 使 Tst 。 運行時， f2 很低， X2 很小，集膚效應(yīng) 消失，R2 。 j h O2022/10/14376.2.2 高起動轉(zhuǎn)矩的異步電動機 1. 深槽轉(zhuǎn)子異步電動深槽式異步電動機的機械特性 n OTen11 2凸形槽 刀形槽 2022/10/1438深槽式異步電動機的機械特性 n OTen11 2凸形槽 起動時， f2 高， 漏抗大，起主要作用， I2 主要集中在外籠， 外籠 R2 大 Tst 大。 外籠 起動籠。 運行時， f2 很低 ， 漏抗很小，R2 起主要作用， I2 主要集中在內(nèi)籠。 內(nèi)籠 工作籠。2. 雙籠型異步電動機

26、R2 大X2小R2 小X2 大2022/10/1439 起動時， f2 高，2. 雙籠型異步電動機 R2 大20 雙籠型異步電動機的機械特性 n OTen11 32 3. 高轉(zhuǎn)差率異步電動機 轉(zhuǎn)子電阻比一般籠型異步電動機的大： 轉(zhuǎn)子導(dǎo)條采用電阻率較高的合金鋁 (如錳鋁或 硅鋁) 澆注而成。 2022/10/1440 雙籠型異步電動機的機械特性 n OTen11 32 3. 國產(chǎn)YH 系列高轉(zhuǎn)差率異步電動機 ： sN = (7 14)%，Kst = 2.4 2.7，kI = 4.5 5 。 適用于拖動飛輪轉(zhuǎn)矩大和不均勻沖擊負載以及 頻繁正、反轉(zhuǎn)的工作場合。 如錘擊機、剪刀機、沖壓機和鍛冶機等 。

27、 采取改變轉(zhuǎn)子槽形，減小導(dǎo)條截面積等措施。 高轉(zhuǎn)差率異步電動機 的機械特性 n OTen1YH 系列 YZ 系列 Y 系列 2022/10/1441 國產(chǎn)YH 系列高轉(zhuǎn)差率異步電動機 ： 適用于拖動飛輪轉(zhuǎn)矩大6.2.3 繞線型異步電動機的起動 1. 轉(zhuǎn)子串電阻起動 Rst1Rst23 M3KM1 KM2 Q起動過程串聯(lián) Rst1 和 Rst2 起動（特性 a） 總電阻 R22 = R2 + Rst1+ Rst2n1Te nOa (R22)TLTs2a1a2Ts1切除 Rst2 2022/10/14426.2.3 繞線型異步電動機的起動 1. 轉(zhuǎn)子串電阻起動 n1Te nOa (R22)TLTs

28、2a1a2Ts1(1) 起動過程b (R21)b1b2 合上 KM2 ，切除 Rst2（特性 b） 總電阻 R21 = R2+ Rst1切除 Rst1 1. 轉(zhuǎn)子串電阻起動 3 M3KM1 KM2 Rst1Rst2Q2022/10/1443n1Te nOa (R22)TLTs2a1a2Ts1(1) 合上 KM1 ，切除 Rst1（特性 c） 總電阻: R2c (R2)c1c2起動過程p1. 轉(zhuǎn)子串電阻起動 3 M3KM1 KM2 Rst1Rst2Qn1Te nOa (R22)TLTs2a1a2Ts1b (R21)b1b22022/10/1444 合上 KM1 ，切除 Rst1（特性 c） c

29、(R2) 頻敏變阻器 頻率高：損耗大，電阻大。 頻率低：損耗小，電阻小。 轉(zhuǎn)子電路起動時 f2 高，電阻大， 2. 轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動 頻敏變阻器 轉(zhuǎn)子電路正常運行時 f2 低，電阻小， 自動切除變阻器。 Tst 大， Ist 小。 2022/10/1445 頻敏變阻器2. 轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動 頻敏變阻器 頻敏變阻器起動的特點： 起動設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，低格低廉。 運行可靠，堅固耐用，使用維護方便。 控制系統(tǒng)簡單，便于實現(xiàn)自動控制。 能獲得接近恒轉(zhuǎn)矩的機械特性，減少沖擊， 實現(xiàn)電動機的平穩(wěn)起動。 cos 較低，一般為 0.5 0.75， 使 Tst 的增大受到限制。 適用于頻繁起動、對 Tst

30、要求不高的生產(chǎn)機械。 2022/10/1446 頻敏變阻器起動的特點： 2022/10/11466.3 三相異步電動機的調(diào)速(1) 變極調(diào)速 (2) 變頻調(diào)速 (3) 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 異步電動機的轉(zhuǎn)速公式 n = (1s) n1 = (1s)60 f1 p 調(diào)壓調(diào)速 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 串級調(diào)速 改變 n1 不改變 n1 調(diào)速方法：2022/10/14476.3 三相異步電動機的調(diào)速(1) 變極調(diào)速 異步電6.3.1 變極調(diào)速 n1 = 60 f1 p 變極調(diào)速為有級調(diào)速： f1= 50 Hz 時： p 1 2 3 4 5 6 n1/(r/min) 3 000 1 500 1 000 750 600

31、 500 變極調(diào)速適用于籠型異步電動機： 因為籠型轉(zhuǎn)子的極對數(shù)能自動隨定子磁場的極 對數(shù)改變而改變，而繞線型轉(zhuǎn)子的極對數(shù)則不 能自動隨定子磁場極對數(shù)的改變而改變。 改變定子繞組的極對數(shù)有兩種方法： (1) 雙繞組變極 (2) 單繞組變極2022/10/14486.3.1 變極調(diào)速 n1 = 60 f1 變極調(diào)速為有級U1U2U1U2 U1U2U1U2 1. 變極原理 p = 2 S NN SNS p = 1 N S N S U1 U2 U1 U2 U1 U2U1 U2U1 U2 U1 U2 N S U1 U2 U1 U2 U1 U2N S 結(jié)論： 對于由兩個半相繞組構(gòu)成的一相繞組，只要改變其中

32、一個半相繞組的電流方向，就可將極對數(shù)增加一倍(正串) 或減少一半 (反串或反并)。 2022/10/1449U1U2U1U2 U1U2U1U2 1. 變極原 (a) YY (p ) (b) Y(2p) (c) (2p) 2. 兩種典型的變極方法 2022/10/1450 (a) YY (p ) (b) Y(2p) (c) 變極時必須把三相繞組中任意兩相的出線端 對調(diào)再接到電源上，保證電動機的轉(zhuǎn)向不變。 因為 電角度= 電機極對數(shù) p機械角度設(shè)當 p = 1 時，UVW 互差 120o 正序； 當 p = 2 時，UVW 互差 240o 負序。 對調(diào)為 UV (W)W (V) 正序。 (1) Y

33、YY 變極 p 對磁極 2p 對磁極 調(diào)速方向： YY Y：n Y YY ：n 調(diào)速范圍： D = 2 4 調(diào)速的平滑性：差 調(diào)速的穩(wěn)定性：好 靜差率：2022/10/1451 變極時必須把三相繞組中任意兩相的出線端 因為 電角度= 電(2) YY 變極 p 對磁極 2p 對磁極 調(diào)速方向： YY：n YY ：n 調(diào)速范圍： D = 2 4 調(diào)速的平滑性：差 調(diào)速的穩(wěn)定性：好 靜差率： = 100% n1n n1 n n1 = （基本不變） 2022/10/1452(2) YY 變極 p 對磁極 2p 對磁極 3. 變極調(diào)速電機的種類 (1) 雙速電動機 采用 YYY 和YY 方式變極。 其極

34、對數(shù)成倍地變化，如 2/4 極、4/8 極等。 (2) 多速電動機 如國產(chǎn) YD250M-4/6/8/12 型多速電機， 有4 極、6 極、8 極、12 極四種極數(shù)。 4. 變極調(diào)速電機的特點 操作簡單方便、機械特性硬、效率高。 只能有級調(diào)速，可獲得恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速。 5. 變極調(diào)速的應(yīng)用場合 YYY 應(yīng)用于起重機、運輸傳送帶等恒轉(zhuǎn)矩負載； YY 應(yīng)用于如各種機床切削等恒功率負載。 2022/10/14533. 變極調(diào)速電機的種類 (1) 雙速電動機2022/16.3.2 變頻調(diào)速 1. 從基頻往下調(diào)節(jié) ( f1 fN ) E14.44 f1 kw1N1m = U14.44 f1 kw1N1

35、 恒磁通控制方式 (1) 保持 為常數(shù) E1 f1 Tem= Pem 1 = 2 f1 p R2 s 3I2 2 = 3p 2 f1 E2 R2 s 2 R2 s X2 2 2 = 3p f122 R2 s 2 E1 f1 sX2R2 1 2022/10/14546.3.2 變頻調(diào)速 1. 從基頻往下調(diào)節(jié) ( f1 在不同頻率下，產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)速降落為 nm = smn1 對上式進行求導(dǎo)，并令 = 0 ，可得 dTem ds Tm = 3p 4 2 E1 f1 f1 X2 = 3p 4 2 E1 f1 1 2L2 sm = R2 X2 = R2 2L2f1 60f1 p = R2 2L2f

36、1 = R2 2L2 60 p 1 f1 結(jié)論： 當保持恒電動勢頻率比調(diào)速時，Tm 和 nm 是 與頻率無關(guān)的常數(shù)。 2022/10/1455在不同頻率下，產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)速降落為 nm = smnf1fNf1n1 Tem n O fN Tm n1 恒電動勢頻率比調(diào)速時的機械特性 采用恒電動勢頻率比控 制方式具有以下優(yōu)點： 電動機的機械特性硬、 調(diào)速范圍寬且穩(wěn)定性好。 由于正常運行時轉(zhuǎn)差率 s 較小， 轉(zhuǎn)差功率小，電動機的 高。 由于 Tm 不變，這種控制方式 適合于帶恒轉(zhuǎn)矩負載調(diào)速。2022/10/1456f1fNf1n1 Tem n O fN Tm n1 (2) 保持 為常數(shù) U1 f1

37、 sm = R1(X1X2)2 R2 2 結(jié)論： 當保持恒壓頻比調(diào)速時，Tm 已不是常數(shù)， Tm 隨著頻率降低而減小。 3p 2 f1 Tem = R1 (X1X2)2 R2 s 2 R2 s 2 U1 f1 R1 R1(X1X2)2 Tm = 3p 4 f1 2 2 U1 f1 2022/10/1457(2) 保持 為常數(shù) U1 sm = R1( 恒壓頻比調(diào)速時的機械特性 f1fNf1n1 Tem n O fN Tm n1 結(jié)論： 基頻以下恒壓頻比調(diào)速 近似為恒磁通控制方式， 同樣適用于恒轉(zhuǎn)矩負載調(diào)速。 為了使電動機在低頻時 仍保持足夠大的過載能力， 通?？蓪?U1 適當抬高一些， 以補償一

38、些定子阻抗壓降。 2022/10/1458 恒壓頻比調(diào)速時的機械特性 f1fNf1n1 Tem n f1fN ，U1L = UN（保持不變） f1 m ，類似于直流電動機的弱磁調(diào)速。 當 f1fN 時， 2. 從基頻向上調(diào)節(jié) ( f1 fN ) R1 ( X1X2)， 忽略 R1 ，則 Tm = 3pU14f1 (X1X2) 2 3pU1 4 (L1L2) 1 f1 2 = 2 2 sm = R2 X1X2 R2 2 (L1L2) f1 = nm = smn1 R2 2 (L1L2) 60 p = 2022/10/1459 f1fN ，U1L = UN（保持不變）2. 從基頻向上 sm ； 1

39、 f1 nm 保持不變。 f1fNn1 Tem n O fN 基頻向上調(diào)速時的機械特性 結(jié)論： Tm ； 1 f1 2 n1 f1 結(jié)論： 在基頻以上調(diào)速時，由于m 與 f1 成反比地降 低，使得 Tem 也與 f1 近似成反比變化，故電動 機近似為恒功率運行。 2022/10/1460 sm ； 1 nm 保持不變。 調(diào)速范圍寬，D = 100 。 調(diào)速平滑性好， 可實現(xiàn)無級調(diào)速。 機械特性硬，靜差率小， 轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好。 基頻以下為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速， 基頻以上為恒功率調(diào)速。 調(diào)速時轉(zhuǎn)差率小， 轉(zhuǎn)差功率小，運行效率高。 變頻器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格昂貴。 U、f 可變 M33 整流電路 逆變電路 50 Hz

40、 控制 電路 直 流3. 變頻調(diào)速的特點 2022/10/1461 調(diào)速范圍寬，D = 100 。 U、f 可變 M3 變頻器 電機變頻器一體化產(chǎn)品 優(yōu)點：(1) 一體化的通用變頻器和電動機的組合可以提供最大效率。 (2) 變速驅(qū)動，輸出功率范圍寬（如從 120 W到 7.5 kW）。(3) 在需要的時候，通用變頻器可以方便地從電動機上移走。 (4) 高起動轉(zhuǎn)矩。 2022/10/1462 變頻器 電機變頻器一體化產(chǎn)品 優(yōu)點：2022/10/nm n1 Tem n O UN TL1TL2 6.3.3 調(diào)壓調(diào)速 TL3 U1 n1 Tem n O U1UN U1 U1 UN U1U1UN TL1

41、 改變 U1 調(diào)速是一種比較簡便的調(diào)速方法， 但低速時 PCu2 大， 低，電機散熱差， 發(fā)熱嚴重。 異步電動機調(diào)壓調(diào)速 高轉(zhuǎn)差率異步電動機調(diào)壓調(diào)速 2022/10/1463nm n1 Tem n O UN TL1TL2 6.3.3 結(jié)論： 調(diào)速方向：U1(UN) n 調(diào)速范圍：D 較小。 調(diào)速的平滑性：若能連續(xù)調(diào)節(jié)U1，n 可實現(xiàn)無級調(diào)速。 調(diào)速的穩(wěn)定性：穩(wěn)定性差。 對于恒轉(zhuǎn)矩負載不宜長期在低速下工作， 比較適合于風機類負載的調(diào)速。 調(diào)速的經(jīng)濟性：經(jīng)濟性較差。 需要可調(diào)交流電源，cos1 和 均較低。 調(diào)速時的允許負載：既非恒轉(zhuǎn)矩又非恒功率調(diào)速。所以 U1 Tem (n) P2 因為 Tem

42、U1 ， 2 2022/10/1464 結(jié)論： 所以 U1 Tem (n) P2 【例6-5】 一臺 Y280S-4 型三相異步電動機，其額 定值為 PN = 75 kW，UN = 380V，nN=1480 r/min，三角形 聯(lián)結(jié)，最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) KT2.2，電動機帶額定負載運行， 若采用調(diào)壓調(diào)速，將定子電壓調(diào)為 0.8UN，求此時電機 的轉(zhuǎn)速。 解：額定轉(zhuǎn)差率和臨界轉(zhuǎn)差率分別為 n1 nN n1sN = = = 0.0133 1 500 1 480 1 500sm = sN ( KT KT1 )2 = 0.0133(2.2 2.221 ) = 0.0553 因為 TmU1 ，故調(diào)壓后的最大轉(zhuǎn)

43、矩為 2 Tm = Tm = 0.64Tm 0.8UN UN 2 = 0.64KTTN = 1.408TN2022/10/1465 【例6-5】 一臺 Y280S-4 型三相因此調(diào)壓后額定負載時的轉(zhuǎn)差率為 n = (1s) n1 = (10.023) 1500 r/min = 1465.5 r/min 因為 sm與 U1 無關(guān)， 即 sm= sm s = sm 1 ( Tm TN Tm TN ) 2 = 0.0553(1.408 1.40821 ) = 0.023 調(diào)壓后的轉(zhuǎn)速為 2022/10/1466因此調(diào)壓后額定負載時的轉(zhuǎn)差率為 n = (1s) n1n1Te n O Tm R2 R2+

44、Rr 6.3.4 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 TLM33RrKM2022/10/1467n1Te n O Tm R2 R2+Rr 6.3.4 繞線 結(jié)論： 調(diào)速方向： n 調(diào)速范圍：D 較小。 D = 23。 調(diào)速的平滑性：取決于 Rr 的調(diào)節(jié)方式。一般為有級調(diào)速 調(diào)速的穩(wěn)定性： 穩(wěn)定性差。Rr 。 調(diào)速的經(jīng)濟性：初期投資不大，但運行效率較低。 屬于轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速方法，低速運行時 PCu2 大， 故不宜長期低速運行。 多用于對調(diào)速性能要求不高且斷續(xù)工作的生產(chǎn)機械上， 如橋式起重機、軋鋼機的輔助機械等。 為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速： 因為調(diào)速前后 U1 、 f1不變，m 不變。 2022/10/14

45、68 結(jié)論： 2022/10/1168 【例 6-6】 一臺YR280M-4 型異步電動機帶額定負 載恒轉(zhuǎn)矩運行，已知 PN75 kW，nN1480 r/min，U1N = 380V，三角形聯(lián)結(jié)，I1N = 140 A，E2N354 V，I2N = 128 A，KT = 3.0。試求：(1) 當在轉(zhuǎn)子回路串入 0.1 電 阻時，電機的運行轉(zhuǎn)速；(2) 要求把轉(zhuǎn)速降至1000 r/min， 轉(zhuǎn)子回路每相應(yīng)串多大電阻？ 解：(1) 額定轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)子電阻值分別為 n1 nN n1sN = = = 0.0133 1 500 1 480 1 500R2 = sN E2N 3 I2N 0.0133354

46、3 128 = = 0.0212 電機帶恒轉(zhuǎn)矩負載運行時有關(guān)系 R2 sN R2Rs s = 2022/10/1469 【例 6-6】 一臺YR280M-4 型異步電機轉(zhuǎn)速為 所以當串入電阻 Rs= 0.1 時電機的轉(zhuǎn)差率為 轉(zhuǎn)子每相應(yīng)串電阻為 0.02120.1 0.0212= 0.0133 = 0.076 R2Rs R2 s = sN(2) 當 n = 1 000 r/min 時的轉(zhuǎn)差率為 = (10.076) 1 500 r/min = 1386 r/min n = (1s ) n1 n1 n n1s = = = 0.3333 1 500 1 000 1 500Rs = 1 R2 s s

47、N= 1 0.0212 = 0.51 0.3333 0.0133 2022/10/1470電機轉(zhuǎn)速為 所以當串入電阻 Rs= 0.1 時電機的6.4 三相異步電動機的制動 制動方法： 回饋制動、反接制動、能耗制動。 6.4.1 回饋制動 1. 實現(xiàn)回饋制動的條件及電動機中的能量傳遞 | n | | n1 |，s0； 電機處于異步發(fā)電機狀態(tài)； 將機械能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芊答伝仉娋W(wǎng)； 電磁轉(zhuǎn)矩與旋轉(zhuǎn)方向相反，起制動作用。 2022/10/14716.4 三相異步電動機的制動 制動方法： 6.4.12. 回饋制動的機械特性 n1 Tem n s O smTmMH smTmM 回饋制動 2022/10/14

48、722. 回饋制動的機械特性 n1 Tem n s OTem n O fN f1 fN f1 調(diào)速過程中的回饋制動 TLabcd Ten OYYYTLabcd? 變頻調(diào)速過程中的回饋制動 變極調(diào)速過程中的回饋制動 2022/10/1473Tem n O fN fN f1 調(diào)速過程中的回饋制s = n1n n1 第二象限 0 (n1n) 0 定子發(fā)出電功率 向電源回饋電能。 Pem = m1I22R2Rb s 軸上輸入機械功率 (位能負載的位能)。 Pm= (1s ) Pem0 pCu2 = PemPm |Pem | = |Pm|pCu2 機械能轉(zhuǎn)換成電能 (減去轉(zhuǎn)子銅損耗等)。 2. 異步電動

49、機回饋制動的功率 2022/10/1474s = n1n 第二象限 0 (n1n) 0 6.4.2 反接制動 1. 改變電源相序的反接制動 迅速停車 (1) 制動原理 制動前 KM1 合，KM2 斷， 一般 Rb = 0 。 制動時 KM1 斷，KM2 合。 轉(zhuǎn)子串入 Rb 。2022/10/14756.4.2 反接制動 1. 改變電源相序的反接制動 TLTL制動前：正向電動狀態(tài)。 制動時：定子相序改變， n1 變向。O n Tem 1 n1 2n1 bs = n1 n n1= n1n n1ac即 s1 (第二象限)。因 s1，使 E2s、I2 反向， Tem 反向。 a 點 b 點(Tem0

50、，制動開始) 慣性 n c 點(n = 0，Tem 0)， 到 c 點時，若未切斷電源， 電機 將可能反向起動。制動結(jié)束。 dR2 RbR2 2022/10/1476TLTL制動前：正向電動狀態(tài)。 制動時：定子相序改變， O取決于 Rb 的大小。(2) 制動效果aO n Te 1n1 2n1 bc(3) 制動時的功率 0 Pm = (1s ) Pem 三相電能 電磁功率Pem轉(zhuǎn)子機械功率Pm定子轉(zhuǎn)差功率0 Pem = m1I22R2Rb s = PemPm= Pem|Pm| pCu2 = m1(R2Rb ) I22 R2 RbR2 2022/10/1477取決于 Rb 的大小。(2) 制動效果

51、aO n Te 1n1 【例6-7】 一臺YR280M-8 型繞線異步電動機，PN = 45 kW，nN735 r/min，E2N359 V，I2N = 76 A，KT = 2.4，如果電動機拖動額定負載運行時，采用反接制動 停車，要求制動開始時最大制動轉(zhuǎn)矩為 2TN，求轉(zhuǎn)子每 相串入的制動電阻值。 解：額定轉(zhuǎn)差率和固有特性的臨界轉(zhuǎn)差率為 n1 nN n1sN = = = 0.02 750 735 750sm = sN ( KT KT1 )2 = 0.02(2.4 2.421 ) = 0.0916 轉(zhuǎn)子每相電阻值為 R2 = sN E2N 3 I2N 0.02359 3 76 = = 0.05

52、45 2022/10/1478 【例6-7】 一臺YR280M-8 型繞線 在反接制動時瞬間，Tem = 2TN，由于轉(zhuǎn)速來不及變化， 但旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相反，所以，此時的轉(zhuǎn)差率為 sm = s 1 Tm TL Tm TL 2s = = = 1.98 n1nN n1 750735 750= 1.98 1 = 3.6894 2.4 2 2.4 2 2轉(zhuǎn)子每相應(yīng)串電阻為 Rb = 1 R2 sm sm= 1 0.0545 = 2.14 1.0519 0.0916 2022/10/1479 在反接制動時瞬間，Tem = 2TN，由于轉(zhuǎn)2. 倒拉反接制動 下放重物 O n Tem 1n1 2 bcTL

53、ad(1) 制動原理 定子相序不變，轉(zhuǎn)子電 路串聯(lián)對稱電阻 Rb。 制動運 行狀態(tài)a 點 b 點(TbTL)， 慣性 n c 點 ( n = 0，TcTL ) 在TL 作用下 M 反向起動 d 點( nd0，Td = TL ) (2) 制動效果 改變 Rb 的大小， 改變特性 2 的斜率， 改變下方速度 nd 。 3 低速提 升重物 e R2 2022/10/14802. 倒拉反接制動 下放重物 O n Tem 1n1 2(3) 制動時的功率s = n1n n1 第四象限 1 (n0) 0 0 Pm = (1s ) Pem 定子輸入電功率 軸上輸入機械功率 （位能負載的位能） = PemPm=

54、 Pem|Pm| pCu2 = m1(R2Rb ) I22 Pem = m1I22R2Rb s 電功率與機械功率均 消耗在轉(zhuǎn)子電路中。 2022/10/1481(3) 制動時的功率s = n1n 第四象限 1 【例6-11】 某起重機由一臺繞線型三相異步電動機 拖動，已知 PN30 kW，UN380V，Y 聯(lián)結(jié)，nN730 r/min，E2N390 V，I2N = 50 A，KT = 3.0。電動機軸上 的負載轉(zhuǎn)矩 TL0.8TN。(1) 如果電動機以 500 r/min 的 速度反接下放重物，求轉(zhuǎn)子每相串入的電阻值。(2) 如 果轉(zhuǎn)子每相串入 3.2 的電阻，電動機的轉(zhuǎn)速是多大， 運行在什么狀態(tài)？(3) 如果轉(zhuǎn)子每相串入 6.2 的電阻， 電動機的轉(zhuǎn)速是多大，運行在什么狀態(tài)？