第8章拖動(下)三相異步電動機的起動、調(diào)速和制動

8.4異步電動機的調(diào)速

(1)變頻調(diào)速(2)變極調(diào)速(3)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速變頻和變極調(diào)速稱為改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法；變轉(zhuǎn)差率調(diào)速又分：(1)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速(2)串級調(diào)速(3)調(diào)壓調(diào)速8.4.1變極調(diào)速（1）雙繞組變極（2）單繞組變極變極原理一、Y-YY變極調(diào)速假定各半相繞組的參數(shù)都相等，分別為R1/2，R’2/2，X1σ/2，X’2σ/2，Y接時，每相繞組參數(shù)為半相繞組參數(shù)的二倍，即R1，R’2，X1σ，X’2σ

；YY接時(反向并聯(lián)），每相繞組參數(shù)為半相繞組參數(shù)的l/2，即R1/4，R’2/4，X1σ/4，X’2σ/4。Ten2n1YYYan1TLbTsYYTsYTmYYTmY

2．Δ-YY變極接法假設(shè)每半相繞組的參數(shù)都相等，為R1/2，R’2/2，X1σ/2，X’2σ/2

，Δ接時每相繞組參數(shù)為R1，R’2，X1σ，X’2σ

；YY接(反向并聯(lián)）時每相繞組為R1/4，R’2/4，X1σ/4，X’2σ/4。Ten2n1△YYan1TLbTsYYTs△TmYYTm△YD系列大型雙速鼠籠電動機適用于驅(qū)動負載變化較大的機械設(shè)備，在低負荷時，可降低轉(zhuǎn)速運行，提高驅(qū)動設(shè)備的運行效率，如發(fā)電廠的引風機、送風機等。定子繞組采用一套獨立的繞組，分別將繞組引出線接到接線盒中。YLB系列大中型變速電動機適用于驅(qū)動鼓風機。為臥式或立式結(jié)構(gòu)，管道通風，全封閉自冷或開啟式，屬長軸可移式，通過開關(guān)轉(zhuǎn)換變速。例8-6：YD132S-6/4三相異步電動機PN＝3/4kw，nN＝970/1475r／min，km＝2.1/2.2，求TL=0.8TN時的速度。解：8.4.2變頻調(diào)速

8.4.2.1基頻向下變頻調(diào)速

(1)恒電勢頻比：保持E1／f1

＝常數(shù)nTen1n”1Tmn’1n’”1f1f’1f”1f’”1(2)恒電壓頻比：保持U1／f1

＝常數(shù)nTeTmf1f’1f”1f’”1n’”1n”1n’1n18.4.2.2基頻向上的變頻調(diào)速TeTmf1f’1f”1f’”1n1n’1n”1n’”1n例8-7：YVF280S-4三相異步電動機PN＝75kW，UN＝380V

，

nN＝1450r／min，km＝2.4，保持額定負載，采用恒壓頻比調(diào)速，求n＝550r／min時的頻率和電壓。解：8.4.3調(diào)壓調(diào)速高轉(zhuǎn)差率或繞線式電動機調(diào)壓調(diào)速帶轉(zhuǎn)速負反饋的調(diào)壓調(diào)速例8-8：Y280S-4三相異步電動機PN＝75kW，UN＝380V

（△接），

nN＝1480r／min，km＝2.2，保持額定負載，采用調(diào)壓調(diào)速，求UN

＝0.8UN

時的轉(zhuǎn)速。解：8.4.4.1繞線異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速sm2n1R2smsm1nRs1+R2Rs2+R2TmTeTLTm例8-5：繞線式Y(jié)R280-4異步電動機PN＝75kw，nN＝1480r／min，U1N

＝380V(△)，km＝3，

E2N

＝354V，

I2N

＝128A，求(1)轉(zhuǎn)子串0.1電阻時的轉(zhuǎn)速。(2)轉(zhuǎn)速為1000r/min時，轉(zhuǎn)子串的電阻。解：8.4.4.2繞線異步電動機串級調(diào)速在繞線式轉(zhuǎn)子串一個頻率與轉(zhuǎn)子頻率f2相同，相位既可與轉(zhuǎn)子電勢E2s相同，也可反相的附加電勢Ead

來減少輸出機械功率，達到降速目的，稱為串級調(diào)速。8.4.5電磁調(diào)速電動機由鼠籠三相異步電機，電磁轉(zhuǎn)差離合器，測速發(fā)電機和控制裝置組成。YCT系列小型電磁調(diào)速電動機，廣泛應(yīng)用于輕工、紡織、電站、印染、印刷、造紙、石化、食品、機械等工業(yè)部門作恒轉(zhuǎn)矩交流無級調(diào)速。該系列有鼠籠電動機、電磁轉(zhuǎn)差離合器和控制器三部分組成，能在規(guī)定的調(diào)速范圍內(nèi)實現(xiàn)平滑的無級調(diào)速，并保證輸出額定轉(zhuǎn)矩。

特點：調(diào)速范圍廣，速度調(diào)節(jié)平衡；具有轉(zhuǎn)速負反饋的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速變化率小，調(diào)速精度高；起動平滑，起動轉(zhuǎn)矩大；控制系統(tǒng)簡單、可靠、可手控、自控和遙控；結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠、維護方便；本系列調(diào)速電動機無失控區(qū)。YCTD系列小型電磁調(diào)速電動機是因轉(zhuǎn)差離合器的電樞采用低電阻材料鋁或銅作端環(huán)而得名。端環(huán)與實心剛體采用特殊的結(jié)合工藝，以保證良好的金相結(jié)合。比YCT系列同功率的電機機座號小1~2個，最高轉(zhuǎn)速平均提高4.2%，傳遞效率高。三相異步電動機的各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)一、電動運轉(zhuǎn)狀態(tài)8.5異步電動機的制動制動狀態(tài)：三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T為制動性的，與轉(zhuǎn)速n方向相反。制動方法：回饋制動、反接制動、倒拉反轉(zhuǎn)、能耗制動和軟制動，其相應(yīng)的運行狀態(tài)為回饋制動狀態(tài)、反接制動狀態(tài)、倒拉反轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運行狀態(tài)和能耗制動狀態(tài)。8.5.1回饋制動：n＞n1，s=(n1-n)/n1<0當s變負后，轉(zhuǎn)子電流的有功分量改變了方向，無功分量的方向不變。回饋制動狀態(tài)時相量圖U1與I1之間的φ1>90°，P1=m1U1I1cosφ1<0，電動機將電能回饋電網(wǎng)。轉(zhuǎn)子電流的有功分量改變了方向，故Te=CTΦmI2'cosj2

<0，與n轉(zhuǎn)向相反，軸上產(chǎn)生機械制動轉(zhuǎn)矩。電動機由軸上輸入機械功率。電動機向網(wǎng)輸送有功功率，需從電網(wǎng)輸入落后的無功功率，以便建立旋轉(zhuǎn)磁場。

由于轉(zhuǎn)子電流的無功分量方向不變所以定子必須接到電網(wǎng)，并從電網(wǎng)吸取無功功率才能建立電動機的磁場如果在異步電動機定子脫離電網(wǎng)的同時，又希望能發(fā)電則定子三相必須接上連接成三角形或星形的三相電容器。在某些工程中，要求異步電動機脫離電網(wǎng)，又希望能發(fā)電，必須在定子連接△的三相電容器，可提供異步電動機發(fā)電所需的無功功率。(二)反接制動狀態(tài)當電容器接成三角形時，I0--電動機的勵磁電流（A），可取I0=0.3I1N

電容器也可接成星形，分為轉(zhuǎn)速反向的反接制動和定子兩相倒相的反接制動反接制動狀態(tài)的特點是電動機轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場方向相反1.轉(zhuǎn)速反向的反接制動1)轉(zhuǎn)速反向反接制動電路圖Δ-YY變極降速過程的回饋制動：

BC段回饋制動下放重物的回饋制動：n＞n1，s＜0HB段回饋狀態(tài)例8-10一YR280S-8繞線式三相異步電動機拖動起重機，PN＝37kw，UN＝380V，km＝2.4，nN＝735r/min，E2N＝281V，I2N＝81.5A。勻速下放重物TL

＝300N·m，求轉(zhuǎn)速。⑴固有機械特性；⑵轉(zhuǎn)子每相應(yīng)串0.12Ω電阻。反接制動：分為轉(zhuǎn)速反向的反接制動和定子兩相倒相的反接制動。1.轉(zhuǎn)速反向的反接制動(倒拉反轉(zhuǎn)運行)

繞線式電動機拖動位能恒轉(zhuǎn)矩負載運行，如果轉(zhuǎn)子回路串入電阻超過某一數(shù)值后，電動機的Te

＜

T

L(0＜s＜1)，位能負載倒過來拉著電動機反轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)磁場的方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向相反，

負載位能被電機吸收轉(zhuǎn)換成電功率，和定子傳給轉(zhuǎn)子的電磁功率一起消耗在轉(zhuǎn)子電阻上。

轉(zhuǎn)子由定子輸入的電功率（電磁功率）為：轉(zhuǎn)子軸上機械功率為：s>1，P2為負值，即電動機由軸上輸入機械功率。反接制動時能量損耗極大。轉(zhuǎn)子電路的損耗為：用于穩(wěn)定下放位能性負載。例8-12繞線式三相異步電動機PN＝30kw，UN＝380V，km＝3，nN＝730r/min，E2N＝390V，I2N＝50A。如果該電動機拖動位能性負裁TL

＝0.8TN，⑴當重物下放時，要求轉(zhuǎn)速為500r／min，求轉(zhuǎn)子每相應(yīng)串多大電阻?⑵串入3.2Ω電阻，轉(zhuǎn)速為多少，何狀態(tài)？⑶串入6.2Ω電阻，轉(zhuǎn)速為多少，何狀態(tài)？提升狀態(tài)下放狀態(tài)8.5.2反接制動（改變電源相序的反接制動）

在電動機穩(wěn)態(tài)運行時，突然改變異步電動機的三相電源相序，定子的旋轉(zhuǎn)磁場反向，由于機械慣性，轉(zhuǎn)子不會立即換向，而轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢和電流反向，電磁轉(zhuǎn)矩也反向，產(chǎn)生制動作用。Pm＜0，電動機軸上是輸入機械功率，PM＞0，定子向轉(zhuǎn)子傳遞電磁功率。轉(zhuǎn)子回路消耗從定子傳到轉(zhuǎn)子的電磁功率和由負載輸入的機械功率，能耗很大。電動機穩(wěn)定運行在A點，電源相序改變時，由于機械慣性，制動開始轉(zhuǎn)速來不及變化，A點平移到B點，轉(zhuǎn)矩為制動性負值，使電機沿曲線2減速，直至C點(n＝0)，切斷電源，電機停轉(zhuǎn)。特點：應(yīng)用于快速制動停車的場合，但不易實現(xiàn)準確停車，需用控制裝置在轉(zhuǎn)速接近于零時切斷電源。也適用于頻繁正、反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機械。

反接制動時，為了防止電機電流過大，在轉(zhuǎn)子回路外串制動電阻，其電阻比轉(zhuǎn)子本身的大得多，熱量在外散熱。其反接制動的特性為曲線3，制動過程為B’C’段。為保持較大的制動轉(zhuǎn)矩，可采用分級切除外串大電阻的分級制動方式。

如果不切斷電源，電動機將反向起動。若負載為反抗性負載，電動機反轉(zhuǎn)，一直加速到D點，電機的轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩平衡，進入反向電動狀態(tài)。如果電機在位能性負載的拖動下，一直反向加速到E點，達到轉(zhuǎn)矩平衡T；電機轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速，處于反向回饋制動狀態(tài)。BC反接制動狀態(tài)例8-11繞線式Y(jié)R280M-8三相異步電動機PN＝45kw，UN＝380V，km＝2.4，nN＝735r/min，E2N＝359V，I2N＝76A。要求反接制動，開始制動轉(zhuǎn)矩為2TN，求轉(zhuǎn)子需串入多大電阻?8.5.3能耗制動制動后制動前

把異步電動機的定子繞組從交流電源上切斷，并立即按一定接線方式把它接到直流電源上，此時電動機也處于制動狀態(tài)。將定子兩相通直流電流，建立一個恒定磁場。轉(zhuǎn)子因慣性旋轉(zhuǎn)，其導(dǎo)體切割恒定磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，建立電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，起制動作用。在制動過程中，電機轉(zhuǎn)速不斷下降，電機將吸收機械能轉(zhuǎn)換成電能消耗在轉(zhuǎn)子電阻上。能耗制動時的機械特性持點：

(1)機械特性曲線過T-n坐標的原點；

(2)當通入定子直流電流大小不變，其最大轉(zhuǎn)矩Tm不變，如果轉(zhuǎn)子回路電阻增大，則最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)速增加。曲線1為轉(zhuǎn)子不外串電阻的機械持性，最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為nm，曲線2為轉(zhuǎn)子回路外串電阻R的機械特性，最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為n’m

，n’m>nm

。

(3)當電阻不變，增大直流電流，則最大轉(zhuǎn)矩Tm增大，但轉(zhuǎn)速nm不變（曲線3）。能耗制動應(yīng)用于快速停車。對反抗性負載能準確停車，電動機減速到0自動停止。拖動位能性負載，當轉(zhuǎn)速減速到零時，用機械抱閘將電機軸剎住停車。否則，在位能負載轉(zhuǎn)矩TL拖動下電機反轉(zhuǎn)，直到C點(T

＝T