第1章-三相交流異步電動機及機械特性

電氣驅(qū)動控制技術(shù)電氣驅(qū)動控制技術(shù)第1章三相交流異步電動機及機械特性

三相交流異步電動機電機機械特性

U/f線的選擇與調(diào)整負(fù)載特性前端蓋機座風(fēng)罩（和后端蓋固定在一起，風(fēng)扇在后端蓋外）接線盒三相驅(qū)動電源U、V、W（由變頻器提供）定子繞組定子鐵心籠型轉(zhuǎn)子去掉鐵心后導(dǎo)條

三相交流異步電動機的定子鐵心由硅鋼片疊合而成，線圈槽中嵌有三相對稱繞組，外接三相交流電源；轉(zhuǎn)子也由硅鋼片疊合而成，線圈槽中有導(dǎo)條。一、組成1.定、轉(zhuǎn)子電氣驅(qū)動控制技術(shù)三相交流異步電動機2.鼠籠式轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子鐵心中有鑄鋁導(dǎo)條或安裝銅導(dǎo)條，兩端有短路環(huán)。去掉鐵心后，剩下的導(dǎo)條形似鼠籠，因此，三相交流異步電動機俗稱鼠籠式電動機。電氣驅(qū)動控制技術(shù)三相交流異步電動機3.三相繞線式轉(zhuǎn)子電氣驅(qū)動控制技術(shù)三相交流異步電動機1－前軸承座2－籠型轉(zhuǎn)子

3－定子三相對稱繞組4－接線盒

5－后軸承座6－主軸編碼器

7－端蓋8－風(fēng)扇西門子1PH7交流電動機4.變頻專用交流電動機電氣驅(qū)動控制技術(shù)三相交流異步電動機UXWZVYUVWZYXn0nMUVW定子繞組展開圖

當(dāng)定子繞組通入三相對稱電流后，在三相繞組中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，其轉(zhuǎn)速n1稱為同步轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)磁場切割籠形轉(zhuǎn)子中的導(dǎo)條，并在導(dǎo)條中產(chǎn)生感應(yīng)電流，這樣，導(dǎo)條在磁場中產(chǎn)生電磁力并形成電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子沿磁場旋轉(zhuǎn)方向以轉(zhuǎn)速n2旋轉(zhuǎn)。因為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速只能小于同步轉(zhuǎn)速，故稱為異步電動機；又因為轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的電流是由旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)而來，所以又稱為感應(yīng)電動機。二、基本運行原理1.定子磁場轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速電氣驅(qū)動控制技術(shù)三相交流異步電動機p2pn0nMΔns電機功率12300029001000.0335.5～7.5kW2930700.02311～18.5kW2970300.0145～160kW2415001460400.02711～15kW1470300.0218.5～30kW1480200.01337～315kW361000960400.043～5.5kW970300.037.5～30kW980200.0237～250kW電氣驅(qū)動控制技術(shù)三相交流異步電動機定子繞組極對數(shù)、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及電機功率Y（星形）接法UWXYZV接法UZVYXWUVW3UVWXYZ3UVWXYZ接線盒接線盒變頻器應(yīng)用教程2.定子繞組Y接法和接法電氣驅(qū)動控制技術(shù)三相交流異步電動機三、幾個重要表達(dá)式電氣驅(qū)動控制技術(shù)三相交流異步電動機T一、轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速（T-n）曲線電機機械特性電氣驅(qū)動控制技術(shù)1.T-n曲線2.T-n曲線的含義機械特性的含義a）負(fù)載較輕b）對應(yīng)的工作點c）負(fù)載較重電機機械特性電氣驅(qū)動控制技術(shù)1.改變電壓U1的T-n曲線改變電壓的機械特性a）電路圖b）機械特性U1↑二、T-n的調(diào)節(jié)電機機械特性電氣驅(qū)動控制技術(shù)2.改變轉(zhuǎn)子電阻的T-n曲線R4＞R3＞R2＞R1

轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻的機械特性

a）轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻的電路b）機械特性電機機械特性電氣驅(qū)動控制技術(shù)3.改變頻率f的T-n曲線fX≤fN時的機械特性a)變頻調(diào)速b)變頻機械特性電機機械特性電氣驅(qū)動控制技術(shù)電機機械特性電氣驅(qū)動控制技術(shù)fX(Hz)n0X(r/min)fX(Hz)n0X(r/min)5015005015002575075225051501003000變頻可以無級調(diào)速三、變頻調(diào)速存在的問題及解決的方法1.V/F控制方式

在額定頻率fN以下，若電壓E1不變，根據(jù)

E1=4.44fΦ1N1

則：f↓→Φ1↑→磁路飽和，為保持Φ1不變，在額定轉(zhuǎn)速nN以下，在改變f的同時，也要改變E1，即保持

E1/f=常數(shù)在頻率較高時，轉(zhuǎn)子電阻r的影響可忽略，此時，U1=E1，則

U1/f=常數(shù)在頻率較低時，轉(zhuǎn)子電阻r的影響不可忽略，此時，若繼續(xù)保持U1/f=常數(shù)，則電磁轉(zhuǎn)矩要降低很多。

因為變頻的同時還要改變電壓，所以稱為V/F控制，也稱為VVVF（VariableVoltageVariableFrequency）。電機機械特性電氣驅(qū)動控制技術(shù)電機機械特性電氣驅(qū)動控制技術(shù)（1）恒E1/f變頻調(diào)速fNf1f2f3fN＞f1＞f2＞f3電機機械特性電氣驅(qū)動控制技術(shù)（2）恒U1/f變頻調(diào)速fNf1f2f3fN＞f1＞f2＞f32.電壓補償（轉(zhuǎn)矩補償、轉(zhuǎn)矩提升）50380f/HzU/V50380f/HzU/V補償量fx電機機械特性電氣驅(qū)動控制技術(shù)Tn補償前補償后3.電壓補償過分的后果轉(zhuǎn)矩補償后的電流—轉(zhuǎn)矩曲線a）電壓補償線b）補償后的電流曲線

“負(fù)載越大，電流越大”說法的局限性。在輕載的情況下，若電壓補償過分，則在啟動時電流很大，容易引起變頻器的跳閘。電機機械特性電氣驅(qū)動控制技術(shù)4.頻率降低電動機輸出功率也降低電動機的有效功率與轉(zhuǎn)速a）拖動系統(tǒng)b）高速時的功率c）低速時的有效功率“用了變頻器，可以甩掉減速器”說法的錯誤。電機機械特性電氣驅(qū)動控制技術(shù)實例：教材P107電機機械特性電氣驅(qū)動控制技術(shù)5.額定頻率fN（額定轉(zhuǎn)速nN）以上的調(diào)速

在額定頻率時，電壓為額定電壓，若再要升速，即n＞nN，則f↑，按U1/f的控制策略，則U1受額定電壓的限制不能再往上調(diào)了，因此，必須保持U1=U1N不變。根據(jù)

U1N=4.44fΦ1N1

U1N不變，f↑（f＞fN）→Φ↓→TM↓（TM∝Φ）因為轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩成比例的上升和下降，則電動機的輸出功率保持不變，即額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)速為恒功率調(diào)速。（1）恒功率調(diào)速電機機械特性電氣驅(qū)動控制技術(shù)（2）額定頻率以上調(diào)速的T-f曲線額定頻率以上的機械特性f1＞f2＞f3

＞

fN電機機械特性電氣驅(qū)動控制技術(shù)fNf1f2f3四、有效轉(zhuǎn)矩線電機機械特性電氣驅(qū)動控制技術(shù)額定工作點工作頻率在額定頻率下的工作點——有效工作點在工作頻率fx（fx＜fN）時允許長時間運行的最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩（電動機在額定頻率時允許長時間運行的最大轉(zhuǎn)矩）1.額定工作點fx＜fN的有效轉(zhuǎn)矩線a）ｋU＝ｋ?時的U∕f線b）有效轉(zhuǎn)矩線的形成c）有效轉(zhuǎn)矩線2.fx＜fN的有效轉(zhuǎn)矩線電機機械特性電氣驅(qū)動控制技術(shù)3.

有效轉(zhuǎn)矩線的改善有效轉(zhuǎn)矩線的改善a）改善前后的有效轉(zhuǎn)矩線b）外部強制冷卻c）變頻電動機電機機械特性電氣驅(qū)動控制技術(shù)4.Fx＞fN的有效轉(zhuǎn)矩線有效轉(zhuǎn)矩線電機機械特性電氣驅(qū)動控制技術(shù)5.全頻有效轉(zhuǎn)矩線全頻率T-f曲線全頻有效轉(zhuǎn)矩線調(diào)速范圍寬調(diào)速范圍窄下限頻率下限頻率一般不希望設(shè)定得太低，以免在低速時引起電動機溫升過高電機機械特性電氣驅(qū)動控制技術(shù)U/f線的選擇與調(diào)整電氣驅(qū)動控制技術(shù)一、基本頻率的調(diào)整a）基本U∕f線b）變頻器的對應(yīng)關(guān)系c）電動機的對應(yīng)關(guān)系1．基本頻率的定義

基本頻率（fBA）——和變頻器最大輸出電壓對應(yīng)的頻率。在絕大多數(shù)情況下，基本頻率和電動機的額定頻率相等。U/f線的選擇與調(diào)整電氣驅(qū)動控制技術(shù)2．調(diào)整基本頻率實例（1）三相220V電動機配380V變頻器a）對基本頻率的設(shè)定b）變頻器與電動機的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)口電動機額定電壓為三相220V，50Hz

變頻器額定電壓為三相380V，50Hz匹配？將變頻器的基本頻率設(shè)定為87HzU/f線的選擇與調(diào)整電氣驅(qū)動控制技術(shù)（2）270V、70Hz電動機配380V變頻器a）對基本頻率的設(shè)定b）變頻器與電動機的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)口電動機額定電壓為三相270V，70Hz

變頻器額定電壓為三相380V，50Hz匹配？將變頻器的基本頻率設(shè)定為98HzU/f線的選擇與調(diào)整電氣驅(qū)動控制技術(shù)二、轉(zhuǎn)矩提升的預(yù)置要點

1．低頻重載時

帶式輸送機的U∕f線a）負(fù)載示意圖b）負(fù)載機械特性c）U∕f線的選擇U/f線的選擇與調(diào)整電氣驅(qū)動控制技術(shù)2．低頻輕載時（1）補償后的電流－轉(zhuǎn)矩曲線轉(zhuǎn)矩補償后的電流—轉(zhuǎn)矩曲線a）電壓補償線b）補償后的電流曲線U/f線的選擇與調(diào)整電氣驅(qū)動控制技術(shù)（2）風(fēng)機的U∕f線選擇a）風(fēng)機的機械特性b）U∕f線的選擇U/f線的選擇與調(diào)整電氣驅(qū)動控制技術(shù)（3）離心澆鑄機的U∕f線選擇a）離心澆鑄機示意圖b）機械特性c）U∕f線選擇U/f線的選擇與調(diào)整電氣驅(qū)動控制技術(shù)3.變頻器的U∕f線舉例

a）康沃變頻器b）艾默生變頻器c）日立變頻器電氣驅(qū)動控制技術(shù)負(fù)載機械特性一、常見傳動機構(gòu)常見的傳動機構(gòu)a）連軸器b）帶輪c）減速齒輪二、傳動比及作用電氣驅(qū)動控制技術(shù)負(fù)載機械特性

1.傳動比電氣驅(qū)動控制技術(shù)負(fù)載機械特性2.傳動比實例（1）重物圓周運動電氣驅(qū)動控制技術(shù)負(fù)載機械特性2.傳動比實例（2）傳動機構(gòu)電動機生產(chǎn)機械負(fù)載特性

摩擦恒轉(zhuǎn)矩生產(chǎn)流水線起重行走速度T負(fù)載轉(zhuǎn)矩

勢能恒轉(zhuǎn)矩電梯起重機提升

恒功率機床主軸開卷機/收卷機（速度越低，負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大）

變轉(zhuǎn)矩風(fēng)機、水泵（速度越低，負(fù)載轉(zhuǎn)矩越?。┴?fù)載轉(zhuǎn)矩大小于與轉(zhuǎn)速無關(guān)電氣驅(qū)動控制技術(shù)負(fù)載機械特性三、負(fù)載機械特性種類電氣驅(qū)動控制技術(shù)負(fù)載機械特性1.恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載及其特性a）帶式輸送機b）機械特性c）功率特性電氣驅(qū)動控制技術(shù)負(fù)載機械特性2.勢能恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載重物上升時重物下降時電氣驅(qū)動控制技術(shù)負(fù)載機械特性3.恒