電機(jī)與拖動(dòng)-第6章三相異步電動(dòng)機(jī)電力拖動(dòng)運(yùn)行

第6章三相異步電動(dòng)機(jī)電力拖動(dòng)運(yùn)行6.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性6.3三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速6.2三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)6.4三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)6.5異步電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)2023/2/52三相異步電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩物理表達(dá)式

Pem=m2E2I2cos2E2=4.44f1

kW2N2mTem

=

Pem160Pem2n1

=

Tem=CTm

I2cos2※電磁轉(zhuǎn)矩常數(shù):

p

Pem2

f1

=4.44pm2kw2N2

2

CT

==pm2kW2N2122023/2/53三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)矩－轉(zhuǎn)差特性（參數(shù)表達(dá)式）R2sPem=

m1I22，

2πf1

p

1

=根據(jù):

Tem

=，Pem1

U1I2

=R1＋

＋(X1＋X2)2R2s2m1p2f1

U1

Tem

=R1＋

＋(X1＋X2)2R2s2R2s

22023/2/54

Tem

~s曲線1MSOTem

s-1發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)s0s=0n=

n1

n=0nn1

n0n02023/2/551.最大（臨界）轉(zhuǎn)矩

Tm

臨界轉(zhuǎn)差率：

電動(dòng)狀態(tài)取“＋”，發(fā)電狀態(tài)取“－”。sm

=±

R1

＋(X1＋X2

)2R22當(dāng)

R1

(X1＋X2

)時(shí)：

sm≈±

R2X1＋X2

Tｍ≈±

pm1U1

4f1

(X1＋X2)

2Tm=±

±R1＋

R1＋(X1＋X2

)2U1m1p

4f1222023/2/56結(jié)論：①當(dāng)f1和電機(jī)參數(shù)不變時(shí)，異步電機(jī)的Tm與電源相電壓U1的平方成正比。②當(dāng)U1

和f1一定時(shí)，Tm

近似與定、轉(zhuǎn)子漏抗之和成反比。③

Tm與R2無(wú)關(guān)，而

sm與R2成正比。如R2變大時(shí)，Tm不變，但sm則隨之增大。④如忽略R1，Tm與成正比。

U1f1

2

過(guò)載倍數(shù)(最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù))KT

：

TmTN

KT=2023/2/572.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

Tst

s=1時(shí)：

m1p2f1U1

R2Tst

=

(R1＋

R2)2

＋(X1＋X2)22結(jié)論：①當(dāng)f1和電機(jī)參數(shù)不變時(shí)，異步電機(jī)的Tst與電源相電壓

U1的平方成正比。②當(dāng)U1

和f1一定時(shí)，Tst

近似與定轉(zhuǎn)子漏抗之和成反比。③在一定的范圍內(nèi)增加R2時(shí)，可增大Tst

。當(dāng)sm=1時(shí)，Tst=Tm，Tst最大。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)TstTN

Kst

=2023/2/58三相異步電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)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）2023/2/596.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性6.1.1固有機(jī)械特性當(dāng)U1L=

U1N、f1=fN，且繞線型轉(zhuǎn)子中不外串任何電路參數(shù)時(shí)的機(jī)械特性。n1Tem

nOSM同步點(diǎn)：

n=n1，s=0，Tem=0起動(dòng)點(diǎn)：

n=0，s=1，Tem=Tst臨界工作點(diǎn)：

s=sm，n=(1－sm)n1，Tem=TmTm(1－sm)n12023/2/510n1Tem

nOSM1.穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域工作段NnM穩(wěn)定運(yùn)行條件：

＜dTLdndTemdn

額定運(yùn)行點(diǎn)N：

n=nN，s=sN

，

Tem

=TN，P2=PN。

額定狀態(tài)說(shuō)明了電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行的能力：

TL≤TN，P2≤PN，I1≤IN。

sN=0.01~0.06很小，

Tem

增加時(shí)，n下降很少

——硬特性。硬特性TL2023/2/5112.固有機(jī)械特性的實(shí)用表達(dá)式

忽略R1的影響，則sm=

R2X1＋X2

Tｍ=

pm1U1

4f1

(X1＋X2)

2m1p2f1

U1

Tem

=＋(X1＋X2)2R2s2R2s22023/2/512將Tem與Tm相除得：=＋(X1＋X2)2R2s2R2sTemTm2(X1＋X2)

=smss

sm

2＋

Tem=smss

sm

2Tm＋即

sms=解上述方程，可得

※

根據(jù)s

和sm的相對(duì)大小，取“＋”或取“－”。

(

)2=±－1ssmTmTem

TmTem2023/2/513若忽略T0，則在額定負(fù)載時(shí)

sN=sm(kT－

kT－1)2sm=sN(kT＋

kT－1)2※實(shí)用公式計(jì)算簡(jiǎn)單、使用方便，但只適用于一定的范圍內(nèi)，即0<s<sm

。2023/2/514

【例6-1】

Y280M-4型三相異步電動(dòng)機(jī)，額定功率PN=90kW，額定頻率fN=50Hz，額定轉(zhuǎn)速nN=1480r/min，最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)KT=2.2。試求：(1)該電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩實(shí)用公式；(2)當(dāng)轉(zhuǎn)速n=1487r/min時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩；(3)當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=450Nm時(shí)的轉(zhuǎn)速。n1－nN

n1sN===0.0133

1500－14801500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=2.2×580.7Nm=1277.5N·m=9.55×N·m=580.7N·m

9000014802023/2/515=0.0133×(2.2

＋

2.22－1

)=0.0553實(shí)用電磁轉(zhuǎn)矩公式為

s

0.0553Tem=＋

2555

0.0553s

Tem=N·m=392.3N·m+2555

0.05530.00870.00870.0553sm=sN(km＋

km－1)2臨界轉(zhuǎn)差率為(2)當(dāng)轉(zhuǎn)速n=1487r/min時(shí)轉(zhuǎn)差率為

n1－nn1s

===0.0087

1500－14871500電磁轉(zhuǎn)矩為2023/2/516(3)當(dāng)TL

=Tem

=

450N·m時(shí)的轉(zhuǎn)差率為轉(zhuǎn)速為

n=(1－s)n1=(1－0.0101)×1500r/min=1485r/min(

)2s=sm

－－1TmTem

TmTem=0.0553×－－1=0.0101(

)2

1277.5450

1277.54502023/2/5176.1.2人為機(jī)械特性1.降低定子端電壓時(shí)的人為機(jī)械特性降低U1轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后

若TL=TN，則

s＞sN

，n＜nN

結(jié)論：

sm

不變；穩(wěn)定運(yùn)行段的特性變軟了；起動(dòng)能力和過(guò)載能力顯著降低。

1sNI2N

=I2，1s22m1

R21sTem

=

I2

2TmI2＞I2N

smnTem

OUNn10.8UN0.64Tm2023/2/518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(dòng)機(jī)的額定功率PN=75kW，額定轉(zhuǎn)速nN=990r/min，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Kst＝1.6，過(guò)載能力KT=2.0。求：(1)在額定電壓下的Tst和Tm；(2)當(dāng)電網(wǎng)電壓降為額定電壓的80％時(shí)，該電動(dòng)機(jī)的Tst和Tm

。TN

=9.55PNnN=9550×N·m=723.5N·m75990起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩分別為

Tst=KstTN=1.6×723.5.7Nm=1157.6NmTm=KTTN=2.0×723.5.7Nm=1447.0Nm(2)當(dāng)U1L

=80%UN時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩分別為Tst=0.82Tst=0.82×1157.6

Nm=740.9NmTm=0.82Tm=0.82×1447.0

Nm=928.1Nm2023/2/5192.轉(zhuǎn)子回路串對(duì)稱電阻的人為機(jī)械特性

設(shè)串聯(lián)電阻為Rs

：

Tm不變。sm=

R2＋RsX1＋X2

Rs3＞Rs2＞Rs1TmR2＋Rs1R2＋Rs2nTem

OR2

n1smsm1sm3R2＋Rs3

結(jié)論：①當(dāng)sm＜1時(shí)，

Rs→sm

→Tst。②當(dāng)sm

=1時(shí)，

Tst

=

Tm。③當(dāng)sm＞1

時(shí)，

Rs→sm

→Tst

。2023/2/520

【例6-3】一臺(tái)繞線型三相異步電動(dòng)機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，當(dāng)轉(zhuǎn)子回路不串電阻時(shí)，n=1440r/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(wèn)這時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速是多少？

解：因?yàn)門L不變，由電磁轉(zhuǎn)矩公式可知

R2s=R2＋Rss，故串聯(lián)電阻后的轉(zhuǎn)差率為

s=s=2sR2＋RsR2

而轉(zhuǎn)速n=1440r/min時(shí)轉(zhuǎn)差率為

n1－nn1s

===0.04

1500－14401500故

s=2s=2×0.04=0.08

則

n=(1－s)n1=(1－0.08)×1500r/min=1380r/min2023/2/521P165【例5-2】

一臺(tái)繞線型三相四極異步電動(dòng)機(jī)，nN

=1460r/min，PN=150kW，fN1=50Hz，UN1=380V，KT=2。求：（1）固有機(jī)械特性表達(dá)式；（2）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；（3）當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=755N.m時(shí)的轉(zhuǎn)速。

2023/2/5223.定子回路串對(duì)稱電阻或電抗的人為機(jī)械特性

結(jié)論

：①定子回路串對(duì)稱Rf

或Xf

不改變n1

。②

Rf

(Xf

)↑→Tm、Tst

↓。③

Rf

(Xf

)↑→sm↓，使臨界點(diǎn)上移。nTem

O

Rf=0(Xf=0)n1Tstm1p2f1

U1

Tem

=R1＋＋(X1＋X2)2R2s2R2s2sm

=

R1

＋(X1＋X2

)2R22Tm=

R1＋R1＋(X1＋X2

)2U1pm14f122

Rf(Xf)Tstsmsm2023/2/5236.2三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)指標(biāo)①

起動(dòng)電流倍數(shù)kI

=

Ist/IN。②

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)kst

=Tst/TN。③

起動(dòng)時(shí)間。④

起動(dòng)時(shí)繞組中消耗的能量和繞組的發(fā)熱。⑤起動(dòng)時(shí)的過(guò)渡過(guò)程。⑥

起動(dòng)設(shè)備的簡(jiǎn)單性和可靠性。2023/2/5241.直接起動(dòng)

Ist=kIIN=(5～7)IN（較大）

Tst=kstTN=(1～2)TN（較小）6.2.1籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)若變壓器SN

相對(duì)電動(dòng)機(jī)PN不算大時(shí)，Ist

會(huì)

使變壓器輸出電壓短時(shí)下降幅度較大。

不利影響：①影響自身的起動(dòng)，當(dāng)負(fù)載較重時(shí)，可能無(wú)法起動(dòng)。②影響同一臺(tái)變壓器供電的其他負(fù)載工作。③頻繁起動(dòng)時(shí)造成熱量積累，易使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。

2023/2/525

直接起動(dòng)的使用條件(1)

小容量的電動(dòng)機(jī)（PN≤7.5kW）。(2)

電動(dòng)機(jī)容量滿足如下要求：IstINKI=≤3＋14電源總?cè)萘?kV·A)電動(dòng)機(jī)容量(kW)

如果不滿足上述使用條件，則要采用降壓起動(dòng)，把Ist

限制到允許的數(shù)值。

2023/2/5262.減壓起動(dòng)(1)定子串聯(lián)電阻或電抗器減壓起動(dòng)XstKM1KM23~M3~3~RSKM1KM2M3~2023/2/527(2)自耦變壓器減壓起動(dòng)M3~TA3~UNKM1KM2KM3UN/kaIst/kaIsta

設(shè)TA的電壓比為ka

U1L=UN/ka

I1L=Ist/ka

起動(dòng)電流為Ista=Istka2

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為TstaTstUN/kaUN=2Tsta=Tstka22023/2/528

優(yōu)點(diǎn)：電壓比ka可調(diào)。

QJ2型三相自耦變壓器：

N2/N1=0.55、0.64、0.73ka=1.82、1.56、1.37

QJ3型三相自耦變壓器：

N2/N1=0.4、0.6、0.8ka=2.5、1.67、1.25

缺點(diǎn)：自耦變壓器體積大，價(jià)格高。適用：較大容量籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。

使用條件：

Ista＜Imax與Tsta＞TL。2023/2/529適用：正常運(yùn)行為△聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)。(3)星－三角降壓起動(dòng)（Y－△降壓起動(dòng)）U1V1W13~UNKM1KM2KM3U2V2W2

起動(dòng)電流（定子線電流）為IstP3Ist3

3=IstY=Ist132023/2/530ABCAZBXYCBCAXYZ定子線電壓比定子相電壓比定子相電流比

起動(dòng)電流比電源電流比2023/2/531

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為TstY=Tst13TstYTst=2UN3

UN

IstY＜Imax與TstY＞TL。

Y－△減壓起動(dòng)的使用條件

優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單、價(jià)格低、維修方便。

2023/2/532【例6－3】三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，PN=60kw，UN=380v，定子Δ聯(lián)結(jié)，IN＝136A，Kst＝1.1，KI＝6.5，供電變壓器允許的最大起動(dòng)電流為500A。若拖動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL＝0.3TN(要求Tst=1.1TL)，能否采用星－三角起動(dòng)法？2023/2/533故不允許直接起動(dòng)。

(2)Y－△減壓起動(dòng)計(jì)算

因?yàn)?/p>

【例6-4】

一臺(tái)Y280S-4型三相異步電動(dòng)機(jī)，額定容量PN=75kW，三角形聯(lián)結(jié)，全壓起動(dòng)電流倍數(shù)kI＝7.0，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Kst＝1.9，電源容量為1250kVA。若電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載起動(dòng)，試問(wèn)應(yīng)采用什么方法起動(dòng)?解：(1)直接起動(dòng)計(jì)算電源允許的起動(dòng)電流倍數(shù)為＜KI

3＋14電源總?cè)萘?kV·A)電動(dòng)機(jī)容量(kW)=3＋=4.921412507513

=KI=IstY

IN73＜4.9213TstY=Tst=KstTN13=TN

1.93＜TN

2023/2/534所以不能采用Y－△起動(dòng)。

(3)自耦變壓器起動(dòng)計(jì)算

Tsta=Tstka2=kI

ka2IstaIN＜4.92＞TN

=TN

1.9ka

21.193＜ka＜1.38=7ka

2所以可以選用QJ3型三相自耦變壓器，取

ka=1.25。2023/2/535VT1VT2VT3M3~3~

起動(dòng)之初，晶閘管的觸發(fā)角很大，電動(dòng)機(jī)的線電壓很低。起動(dòng)過(guò)程中，逐漸減小觸發(fā)角，

電動(dòng)機(jī)的線電壓逐漸升高。(1)軟起動(dòng)器的原理3.異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)軟起動(dòng)的特點(diǎn)：①

無(wú)沖擊電流。②

有軟停車功能，即平滑減速、逐漸停機(jī)。③

起動(dòng)參數(shù)可根據(jù)不同負(fù)載進(jìn)行調(diào)整，有很強(qiáng)的負(fù)載適應(yīng)性。④

具有輕載節(jié)能和多種保護(hù)功能。2023/2/5366.2.2高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的異步電動(dòng)機(jī)1.深槽轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)槽深h與槽寬b之比為：

h/b=8~12X2

小↑X2大

起動(dòng)時(shí)，f2高，

X2大，電流的集膚效應(yīng)使導(dǎo)條的等效面積減小，即R2

，

使Tst

。

運(yùn)行時(shí)，f2很低，

X2很小，集膚效應(yīng)消失，R2→

。jhO2023/2/537深槽式異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性nOTen112凸形槽刀形槽2023/2/538

起動(dòng)時(shí)，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(dòng)籠。

運(yùn)行時(shí)，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(dòng)機(jī)R2

大X2小R2小X2

大2023/2/539雙籠型異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性nOTen11323.高轉(zhuǎn)差率異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻比一般籠型異步電動(dòng)機(jī)的大：①

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。2023/2/540國(guó)產(chǎn)YH系列高轉(zhuǎn)差率異步電動(dòng)機(jī)：

sN

=(7~14)%，Kst

=2.4~2.7，kI

=4.5~5

。適用于拖動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)矩大和不均勻沖擊負(fù)載以及頻繁正、反轉(zhuǎn)的工作場(chǎng)合。如錘擊機(jī)、剪刀機(jī)、沖壓機(jī)和鍛冶機(jī)等

。②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(dòng)機(jī)的機(jī)械特性nOTen1YH系列YZ系列Y系列2023/2/5416.2.3繞線型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)1.轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)Rst1Rst23~M3~KM1KM2Q起動(dòng)過(guò)程①串聯(lián)Rst1和Rst2起動(dòng)（特性a）總電阻R22=R2+Rst1+Rst2n1TenOa(R22)TLTs2a1a2Ts1切除

Rst22023/2/542n1TenOa(R22)TLTs2a1a2Ts1(1)起動(dòng)過(guò)程b(R21)b1b2②合上KM2，切除Rst2（特性b）總電阻R21=R2+Rst1切除

Rst11.轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)3~M3~KM1KM2Rst1Rst2Q2023/2/543③合上KM1，切除Rst1（特性c）總電阻:R2c(R2)c1c2起動(dòng)過(guò)程p1.轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)3~M3~KM1KM2Rst1Rst2Qn1TenOa(R22)TLTs2a1a2Ts1b(R21)b1b22023/2/544

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(dòng)時(shí)

f2高，電阻大，2.轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動(dòng)頻敏變阻器轉(zhuǎn)子電路正常運(yùn)行時(shí)

f2低，電阻小，自動(dòng)切除變阻器。Tst

大，Ist小。2023/2/545

頻敏變阻器起動(dòng)的特點(diǎn)：①

起動(dòng)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，低格低廉。②

運(yùn)行可靠，堅(jiān)固耐用，使用維護(hù)方便。③

控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。④

能獲得接近恒轉(zhuǎn)矩的機(jī)械特性，減少?zèng)_擊，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的平穩(wěn)起動(dòng)。⑤

cos較低，一般為

0.5~0.75，使

Tst

的增大受到限制。⑥

適用于頻繁起動(dòng)、對(duì)Tst

要求不高的生產(chǎn)機(jī)械。2023/2/5466.3三相異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式

n=(1－s)n1=(1－s)60f1

p①調(diào)壓調(diào)速②轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速③串級(jí)調(diào)速改變n1不改變n1調(diào)速方法：2023/2/5476.3.1變極調(diào)速n1=60f1

p變極調(diào)速為有級(jí)調(diào)速：

f1=50Hz時(shí)：

p123456

n1/(r/min)300015001000750600500變極調(diào)速適用于籠型異步電動(dòng)機(jī)：因?yàn)榛\型轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)能自動(dòng)隨定子磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)改變而改變，而繞線型轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)則不能自動(dòng)隨定子磁場(chǎng)極對(duì)數(shù)的改變而改變。改變定子繞組的極對(duì)數(shù)有兩種方法：

(1)

雙繞組變極

(2)

單繞組變極2023/2/548U1U2U1U2U1U2U1U21.變極原理××p=2SNNSNS

p=1N

S

N

SU1U2U1U2U1U2U1U2U1U2U1U2N

SU1U2U1U2U1U2N

S結(jié)論：

對(duì)于由兩個(gè)半相繞組構(gòu)成的一相繞組，只要改變其中一個(gè)半相繞組的電流方向，就可將極對(duì)數(shù)增加一倍(正串)或減少一半(反串或反并)。2023/2/549

(a)YY(p)

(b)Y(2p)

(c)△(2p)2.兩種典型的變極方法2023/2/550變極時(shí)必須把三相繞組中任意兩相的出線端對(duì)調(diào)再接到電源上，保證電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向不變。

因?yàn)殡娊嵌?電機(jī)極對(duì)數(shù)p×機(jī)械角度設(shè)當(dāng)p=1時(shí)，U－V－W互差120o——正序；當(dāng)p=2時(shí)，U－V－W互差240o——負(fù)序。對(duì)調(diào)為U－V(W)－W(V)——正序。

(1)YY－Y變極

p對(duì)磁極

2p對(duì)磁極①調(diào)速方向：

YY→Y：n

Y→YY：n②

調(diào)速范圍：D=2~4③調(diào)速的平滑性：差④調(diào)速的穩(wěn)定性：好靜差率：2023/2/551(2)YY－△變極

p對(duì)磁極

2p對(duì)磁極①調(diào)速方向：

YY→△：n

△→YY：n②

調(diào)速范圍：D=2~4③調(diào)速的平滑性：差④調(diào)速的穩(wěn)定性：好靜差率：=×100%

n1－nn1

nn1

=（基本不變）2023/2/5523.變極調(diào)速電機(jī)的種類(1)雙速電動(dòng)機(jī)

采用Y－YY和△－YY方式變極。其極對(duì)數(shù)成倍地變化，如2/4極、4/8極等。

(2)多速電動(dòng)機(jī)

如國(guó)產(chǎn)YD250M-4/6/8/12型多速電機(jī)，有4極、6極、8極、12極四種極數(shù)。

4.變極調(diào)速電機(jī)的特點(diǎn)

①操作簡(jiǎn)單方便、機(jī)械特性硬、效率高。②只能有級(jí)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(chǎng)合

Y－YY應(yīng)用于起重機(jī)、運(yùn)輸傳送帶等恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載；△－YY應(yīng)用于如各種機(jī)床切削等恒功率負(fù)載。

2023/2/5536.3.2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——恒磁通控制方式(1)保持為常數(shù)E1f1

Tem=Pem

1=2

f1

p

R2

s

3I2

2

=3p2

f1E2

R2

s

2

R2

s

＋X2

2

2

=3p

f122

R2

s

＋

2

E1f1sX2R2

12023/2/554在不同頻率下，產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時(shí)的轉(zhuǎn)速降落為

nm=smn1對(duì)上式進(jìn)行求導(dǎo)，并令=0，可得dTemdsTm=3p42

E1f1

f1X2

=3p42

E1f1

1

2L2

sm=R2

X2

=R2

2L2f1

60f1

p

=R2

2L2f1

=R2

2L2

60p

∝1f1結(jié)論：當(dāng)保持恒電動(dòng)勢(shì)頻率比調(diào)速時(shí)，Tm和nm是與頻率無(wú)關(guān)的常數(shù)。2023/2/555f1＜fNf1n1TemnOfNTmn1

恒電動(dòng)勢(shì)頻率比調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性采用恒電動(dòng)勢(shì)頻率比控制方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：①電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性硬、調(diào)速范圍寬且穩(wěn)定性好。②由于正常運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)差率

s較小，轉(zhuǎn)差功率小，電動(dòng)機(jī)的

高。③由于Tm不變，這種控制方式適合于帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載調(diào)速。2023/2/556(2)保持為常數(shù)U1f1

sm=R1＋(X1＋X2)2R2

2結(jié)論：當(dāng)保持恒壓頻比調(diào)速時(shí)，Tm已不是常數(shù)，

Tm隨著頻率降低而減小。3p2f1

Tem

=R1＋

＋(X1＋X2)2R2s2R2s2

U1f1R1＋

R1＋(X1＋X2)2Tm

=3p4f1

22

U1f12023/2/557恒壓頻比調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性f1＜fNf1n1TemnOfNTmn1

結(jié)論：①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(fù)載調(diào)速。②為了使電動(dòng)機(jī)在低頻時(shí)仍保持足夠大的過(guò)載能力，通?？蓪1

適當(dāng)抬高一些，以補(bǔ)償一些定子阻抗壓降。2023/2/558

f1＞fN，U1L=

UN（保持不變）

f1→m，類似于直流電動(dòng)機(jī)的弱磁調(diào)速。當(dāng)f1＞fN

時(shí)，

2.從基頻向上調(diào)節(jié)(f1＞fN)R1(X1＋X2)，

忽略R1

，則Tm

=3pU14f1(X1＋X2)2

3pU14

(L1＋L2)1f1

2=2

2sm=R2

X1＋X2

R22

(L1＋L2)f1=nm=smn1R22

(L1＋L2)60p

=

2023/2/559②sm∝；1f1③nm保持不變。

f1＞fNn1TemnOfN基頻向上調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性結(jié)論：①

Tm∝；1f12

n1f1結(jié)論：

在基頻以上調(diào)速時(shí)，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(dòng)

機(jī)近似為恒功率運(yùn)行。

2023/2/560①調(diào)速范圍寬，D=100。②調(diào)速平滑性好，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。③機(jī)械特性硬，靜差率小，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好。④基頻以下為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，基頻以上為恒功率調(diào)速。⑤調(diào)速時(shí)轉(zhuǎn)差率小，轉(zhuǎn)差功率小，運(yùn)行效率高。⑥變頻器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴。

U、f可變M3~3~

整流電路

逆變電路

50Hz

控制電路

直流3.變頻調(diào)速的特點(diǎn)2023/2/561變頻器電機(jī)變頻器一體化產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)：(1)一體化的通用變頻器和電動(dòng)機(jī)的組合可以提供最大效率。(2)變速驅(qū)動(dòng)，輸出功率范圍寬（如從120W到7.5kW）。(3)在需要的時(shí)候，通用變頻器可以方便地從電動(dòng)機(jī)上移走。(4)高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。2023/2/562nmn1TemnOUNTL1TL26.3.3調(diào)壓調(diào)速TL3U1n1TemnOU1＜UNU1U1UN

U1＜U1＜UNTL1改變U1

調(diào)速是一種比較簡(jiǎn)便的調(diào)速方法，但低速時(shí)PCu2

大，

低，電機(jī)散熱差，發(fā)熱嚴(yán)重。異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速高轉(zhuǎn)差率異步電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速2023/2/563結(jié)論：①調(diào)速方向：U1(＜UN)↓→n↓②調(diào)速范圍：D較小。③

調(diào)速的平滑性：若能連續(xù)調(diào)節(jié)U1，n

可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。④調(diào)速的穩(wěn)定性：穩(wěn)定性差。對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載不宜長(zhǎng)期在低速下工作，比較適合于風(fēng)機(jī)類負(fù)載的調(diào)速。⑤調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性：經(jīng)濟(jì)性較差。需要可調(diào)交流電源，cos1和均較低。⑥調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載：既非恒轉(zhuǎn)矩又非恒功率調(diào)速。所以U1

→Tem

(n)→P2因?yàn)門em∝U1

，22023/2/564

【例6-5】一臺(tái)Y280S-4型三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定值為PN=75kW，UN=380V，nN=1480r/min，三角形聯(lián)結(jié)，最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)KT＝2.2，電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載運(yùn)行，若采用調(diào)壓調(diào)速，將定子電壓調(diào)為0.8UN，求此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。解：額定轉(zhuǎn)差率和臨界轉(zhuǎn)差率分別為

n1－nNn1sN===0.0133

1500－14801500sm=sN(KT

＋

KT－1)2=0.0133×(2.2＋

2.22－1)=0.0553因?yàn)門m∝U1，故調(diào)壓后的最大轉(zhuǎn)矩為2Tm=Tm=0.64Tm

0.8UNUN2=0.64KTTN=1.408TN2023/2/565因此調(diào)壓后額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率為n

=(1－s)n1=

(1－0.023)

×1500r/min=1465.5r/min因?yàn)閟m與U1無(wú)關(guān)，即sm=sms=sm

－－1(TmTN

TmTN)2=0.0553×(1.408＋

1.4082－1)=0.023調(diào)壓后的轉(zhuǎn)速為2023/2/566n1Te

nOTmR2R2+Rr6.3.4繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速TLM3~3~RrKM2023/2/567結(jié)論：①調(diào)速方向：n②調(diào)速范圍：D較小。D=2~3。③調(diào)速的平滑性：取決于Rr

的調(diào)節(jié)方式。一般為有級(jí)調(diào)速

④調(diào)速的穩(wěn)定性：穩(wěn)定性差。Rr

→

。⑤調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性：初期投資不大，但運(yùn)行效率較低。

屬于轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速方法，低速運(yùn)行時(shí)PCu2大，故不宜長(zhǎng)期低速運(yùn)行。多用于對(duì)調(diào)速性能要求不高且斷續(xù)工作的生產(chǎn)機(jī)械上，如橋式起重機(jī)、軋鋼機(jī)的輔助機(jī)械等。⑥為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速：因?yàn)檎{(diào)速前后U1、

f1不變，m不變。2023/2/568

【例6-6】

一臺(tái)YR280M-4型異步電動(dòng)機(jī)帶額定負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行，已知PN＝75kW，nN＝1480r/min，U1N=380V，三角形聯(lián)結(jié)，I1N=140A，E2N＝354V，I2N=128A，KT

=3.0。試求：(1)當(dāng)在轉(zhuǎn)子回路串入0.1電阻時(shí)，電機(jī)的運(yùn)行轉(zhuǎn)速；(2)要求把轉(zhuǎn)速降至1000r/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－nNn1sN===0.0133

1500－14801500R2=

sNE2N

3I2N

0.0133×354

3×128=

=0.0212電機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行時(shí)有關(guān)系R2

sN

R2＋Rs

s=2023/2/569電機(jī)轉(zhuǎn)速為所以當(dāng)串入電阻Rs=0.1時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)差率為

轉(zhuǎn)子每相應(yīng)串電阻為

0.0212＋0.10.0212=×0.0133

=0.076

R2＋Rs

R2

s

=sN(2)當(dāng)

n

=1000r/min時(shí)的轉(zhuǎn)差率為

=

(1－0.076)

×1500r/min=1386r/minn

=(1－s)n1

n1－n

n1s

===0.3333

1500－10001500Rs=－

1R2

ssN=－

1×0.0212=0.510.33330.01332023/2/5706.4三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)制動(dòng)方法：回饋制動(dòng)、反接制動(dòng)、能耗制動(dòng)。6.4.1回饋制動(dòng)1.實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)的條件及電動(dòng)機(jī)中的能量傳遞

|

n|

＞|

n1|，s＜0；電機(jī)處于異步發(fā)電機(jī)狀態(tài)；將機(jī)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(dòng)作用。

2023/2/5712.回饋制動(dòng)的機(jī)械特性n1Temn

sOsmTmMH－sm－TmM回饋制動(dòng)2023/2/572Tem

nO

fN

f1fN

f1

調(diào)速過(guò)程中的回饋制動(dòng)TLabcd

TenOYYYTLabcd?變頻調(diào)速過(guò)程中的回饋制動(dòng)

變極調(diào)速過(guò)程中的回饋制動(dòng)

2023/2/573s=n1－nn1——第二象限＜0(n1＜n)＜0——定子發(fā)出電功率向電源回饋電能。Pem=m1I22R2＋Rb

s

——軸上輸入機(jī)械功率

(位能負(fù)載的位能)。Pm=(1－s)Pem＜0

pCu2=Pem－Pm|Pem

|=|Pm|－pCu2

——機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能

(減去轉(zhuǎn)子銅損耗等)。2.異步電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)的功率2023/2/5746.4.2反接制動(dòng)1.改變電源相序的反接制動(dòng)——迅速停車(1)制動(dòng)原理制動(dòng)前

KM1合，KM2斷，

一般Rb

=0。制動(dòng)時(shí)

KM1斷，KM2合。轉(zhuǎn)子串入

Rb

。2023/2/575－TLTL制動(dòng)前：正向電動(dòng)狀態(tài)。制動(dòng)時(shí)：定子相序改變，

n1變向。OnTem1n12－n1

bs=－n1

－n－n1=

n1＋nn1ac即

s＞1(第二象限)。因s＞1，使E2s、I2

反向，Tem

反向。a點(diǎn)b點(diǎn)(Tem＜0，制動(dòng)開(kāi)始)慣性n↓c點(diǎn)(n=0，Tem≠0)，到

c點(diǎn)時(shí)，若未切斷電源，電機(jī)將可能反向起動(dòng)。制動(dòng)結(jié)束。dR2Rb＋R22023/2/576取決于Rb的大小。(2)制動(dòng)效果aOnTe1n12－n1bc(3)制動(dòng)時(shí)的功率＜0Pm

=(1－s)Pem三相電能電磁功率Pem轉(zhuǎn)子機(jī)械功率Pm定子轉(zhuǎn)差功率＞0Pem=m1I22R2＋Rb

s

=Pem－Pm=Pem＋|Pm|pCu2=m1(R2＋Rb

)

I22

R2Rb＋R22023/2/577

【例6-7】

一臺(tái)YR280M-8型繞線異步電動(dòng)機(jī)，PN=45kW，nN＝735r/min，E2N＝359V，I2N=76A，KT

=2.4，如果電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，采用反接制動(dòng)停車，要求制動(dòng)開(kāi)始時(shí)最大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為2TN，求轉(zhuǎn)子每相串入的制動(dòng)電阻值。解：額定轉(zhuǎn)差率和固有特性的臨界轉(zhuǎn)差率為

n1－nNn1sN===0.02

750－735750sm=sN(KT＋

KT－1)2=0.02×(2.4＋

2.42－1)=0.0916轉(zhuǎn)子每相電阻值為R2=

sNE2N

3I2N0.02×359

3×76=

=0.05452023/2/578在反接制動(dòng)時(shí)瞬間，Tem=2TN，由于轉(zhuǎn)速來(lái)不及變化，但旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向相反，所以，此時(shí)的轉(zhuǎn)差率為

sm=s

＋－1TmTL

TmTL2s

===

1.98－n1－nN－n1

－750－735－750=1.98×＋－1=3.68942.422.422轉(zhuǎn)子每相應(yīng)串電阻為Rb=－

1R2

smsm=－

1×0.0545=2.141.05190.09162023/2/5792.倒拉反接制動(dòng)——下放重物OnTem

1n12bcTLad(1)制動(dòng)原理定子相序不變，轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對(duì)稱電阻Rb。制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)a點(diǎn)b點(diǎn)(Tb＜TL)，慣性n↓c點(diǎn)(n=0，Tc＜TL)在TL作用下M反向起動(dòng)d點(diǎn)(

nd＜0，Td

=TL)(2)制動(dòng)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

R22023/2/580(3)制動(dòng)時(shí)的功率s=

n1－nn1——第四象限＞1(n＜0)＞0＜0Pm=(1－s)Pem——定子輸入電功率——軸上輸入機(jī)械功率（位能負(fù)載的位能）=Pem－Pm=Pem＋|Pm|pCu2=m1(R2＋Rb

)

I22

Pem=m1I22R2＋Rb

s

——電功率與機(jī)械功率均消耗在轉(zhuǎn)子電路中。2023/2/581

【例6-11】

某起重機(jī)由一臺(tái)繞線型三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，已知PN＝30kW，UN＝380V，Y聯(lián)結(jié)，nN＝730r/min，E2N＝390V，I2N=50A，KT

=3.0。電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL＝0.8TN。(1)如果電動(dòng)機(jī)以500r/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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是多大，運(yùn)行在什么狀態(tài)？(3)如果轉(zhuǎn)子每相串入6.2的電阻，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是多大，運(yùn)行在什么狀態(tài)？解：額定轉(zhuǎn)差率和固有特性的臨界轉(zhuǎn)差率為

n1－nNn1sN===0.0267

750－730750sm=sN