1、電機原理與拖動（一）電機原理與拖動（一）東北大學東北大學邊春元2015.03內容介紹變壓器交流電機基礎及三相異步電動機電磁理論基礎知識緒論三相異步電動機的電力拖動第一節第一節 電力拖動的基礎知識電力拖動的基礎知識第二節第二節 三相異步電動機的三相異步電動機的3 3種機械特性表達式種機械特性表達式第三節第三節 異步電動機固有機械特性和人為機械特性異步電動機固有機械特性和人為機械特性第四節第四節 三相籠型異步電動機的起動三相籠型異步電動機的起動第五節第五節 三相繞線式異步電動機的起動三相繞線式異步電動機的起動第六節第六節 三相異步電動機的調速三相異步電動機的調速第七節第七節 三相異步電動機的運行狀

2、態三相異步電動機的運行狀態第八節 異步電動機拖動系統的過渡過程及能量損耗一、電力拖動系統的運動方程一、電力拖動系統的運動方程第一節 電力拖動的基礎知識式中：式中： J 轉動慣量（轉動慣量（kgm2） d /dt 角加速度角加速度 J (d/dt) 慣性轉矩慣性轉矩 *TL總負載轉矩，包含總負載轉矩，包含T0 忽略忽略 T0 ，則，則 TL = T2正方向規定正方向規定Te與與n同向同向TL與與n反向反向dtdJTTLe飛輪矩飛輪矩(Nm2) J = m2 Gg=D2（）2GD24g=旋轉部分的旋轉部分的質量（質量（kg）回轉半徑回轉半徑 (m)GD24gJ = = 2n60Te-TL =GD2

3、 dn375 d t重力加速度重力加速度二、二、 負載的機械特性負載的機械特性 n = f (TL) 轉速和轉矩的參考方向：轉速和轉矩的參考方向： OTen+TLTL1、恒轉矩負載特性、恒轉矩負載特性(1) 反抗性恒轉矩負載特性：反抗性恒轉矩負載特性： nTeTL由摩擦力產生的。由摩擦力產生的。當當 n0， TL0。當當 n 0，TL0。如機床平移機構、如機床平移機構、 壓延設備等。壓延設備等。OTenOTen(2) 位能性恒轉矩負載特性：位能性恒轉矩負載特性：由重力作用產生的。由重力作用產生的。當當 n0， TL0。當當 n 0，TL0。如各種起重機。如各種起重機。2、 恒功率負載特性恒功率

4、負載特性 TL n = 常數。常數。 如機床的主軸系統等。如機床的主軸系統等。 TLn1OTen3、 風機泵類負載特性風機泵類負載特性 TLn2 TL 的始終與的始終與 n 的方向相反。的方向相反。 如通風機、水泵、油泵等。如通風機、水泵、油泵等。OTenT0TL = T0 + k n2實際的通風機負載實際的通風機負載三、電動機的機械特性三、電動機的機械特性 1. 機械特性是指轉速與轉矩之間的關系曲線，即 機械特性 負載機械特性 電動機機械特性 ()nfT()lnfT()nf T固有機械特性 人為機械特性 正向電動正向制動反向電動0T0n0n0n0T0TnT0反向制動0n0T2. 運行狀態：轉

5、速n 、轉矩T都有正、負值 ,要選定參考正方向。電動：轉矩與轉速的方向一致 制動：轉矩與轉速的方向相反3. 四象限運行： 電動機的固有機械特性0Tn0n0n正電壓負電壓0Tn0n0n正序電壓負序電壓0Tn0n0n正序電壓負序電壓)a)b)ca）他勵直流電動機 b）異步電動機 e）同步電動機 工作點：工作點： 在電動機的機械特性與負載機械在電動機的機械特性與負載機械特性的交點上。特性的交點上。穩定運行穩定運行:即：即：TeTL = 0 運動方程運動方程:TeTL 0 加速加速 TeTL 0 減速減速 n = 常數常數 過渡過程過渡過程:四、電力拖動系統穩定運行的條件四、電力拖動系統穩定運行的條件

6、dtdJTTLen0TenOTLab干擾干擾n穩定運行點穩定運行點不穩定不穩定運行點運行點 a點點 Te n Teb 點點:a 點點:干擾干擾nTe 干擾干擾n Te n n = 0 堵轉堵轉 n a 點點 穩定運行的充要條件穩定運行的充要條件: dTedndTLdnTeTL Te = TLTeTL TeTL TeTL，且，且 n0TenO工作段工作段自適應負載能力自適應負載能力是是電動電動機區別于其它動力機械機區別于其它動力機械的重要特點。的重要特點。 a點點TL直至新的平衡直至新的平衡 TLaTL a點點aTeTL 0 n 電動機的自適應負載能力電動機的自適應負載能力電動機的電磁轉矩可以隨

7、負載的變化而自動調電動機的電磁轉矩可以隨負載的變化而自動調整整自適應負載能力。自適應負載能力。I2 Te I1P1如如: :柴油機當負載增加時，柴油機當負載增加時，必須由操作者加大油門，必須由操作者加大油門，才能帶動新的負載。才能帶動新的負載。五、調速方式及調速性能指標五、調速方式及調速性能指標 （一）電動機的調速方式（一）電動機的調速方式常量9550TnP（1）恒轉矩調速方式以電動機在恒定，其電磁轉矩也各種轉速下都能充分利用為條件，如果電動機調速過程中，保持電機電流恒定，也就是說其電磁轉矩T與轉速n之間無關，這種調速方式稱為恒轉矩調速方式，如直流電動機電樞串入電阻調速和降壓調速、三相異步電動

8、機的恒磁通變頻調速均屬于恒轉矩調速。（2）恒功率調速方式以電動機在恒定，其電磁轉矩也各種轉速下都能充分利用為條件，如果電動機調速過程中，保持電機電流恒定，其電磁轉矩變化，且電磁轉矩 T與轉速 n的變化之間存在“ ”的關系，這種調速方式稱為恒功率調速方式，如直流電動機的弱磁調速即恒功率調速。（二）調速性能指標（二）調速性能指標1. 調速范圍調速范圍 D =nmax nmin =ni ni-14. 調速的穩定性調速的穩定性 靜差率靜差率 = 100% n0 nN n0 = 100% nN n02. 經濟性經濟性主要考慮調速設備的初投資、主要考慮調速設備的初投資、調速時電能的損耗及運行時的維修費用等

9、。調速時電能的損耗及運行時的維修費用等。3. 調速的平滑性調速的平滑性 平滑系數平滑系數TenOn01n02TNnmaxnmin重型銑床的進給機構：重型銑床的進給機構： D = 300 (2 600 r/min) 第二節 異步電動機的3種機械特性表達式定義: 當定子電壓、頻率及繞組參數都 固定時，電動機的轉速與電磁轉矩之間的函數關系n=f（T）。因S=（1-n/n1）使機械特性呈非線性，故常寫成T=f（s）形式。 物理表達式 T=f（s） 參數表達式 實用表達式 物理表達式 表達式22cosICTmT sfsfIsfm22cos 曲線 圖6-1： sfm2212212222xxsrrxsrmB

10、mmBmBss2110mm 圖6-2 ： sfI222122112xxsrrUI 圖6-3 ： sf2cos222222cosxsrr 機械特性曲線（圖6-4 ）22cosICTmT 參數表達式 推導（ “”型等效電路：圖5-45、46、48）2212212211112221122xxsrrsrUfpmpfsrImPTM 機械特性曲線（圖6-4） 象限分析與說明 特定點 同步運行點 ，)(01nns 0T 臨界點 （最大轉矩點），mss maxTT 臨界轉差率 臨界（最大）轉矩 ，可得令0dsdT221212xxrrsm2212112111max22xxrrUfpmT 討論 21maxUT T

11、max與r2無關 U1、f1恒定，max21Txx 2rsm2212122XXrRr1ms起動轉矩： maxTTst（繞線式：轉子外串電阻加大起動轉矩） 起動點 （s=1）221221221112xxrrrUfpmTst 討論 21UTst 改變r2 ，可以改變Tst；（繞線電機：轉子外串電阻可加大起動轉矩；電網不允許（大功率）電機直接起動（1-s）/s=0，功率因數低：0.3），否則影響其它設備的正常運行）：圖5-4548 額定點（s=sN（n=nN），T=TN） 實用表達式（不依賴于電機參數，根據產品目錄給出的數據進行計算 ） 推導 2212212212112max2xxsrrsxxrrr

12、TT221221221112xxsrrsrUfpmT2212112111max22xxrrUfpmT 注意：注意： msrxxr222121maxmax21212212TqssssqTsrrsssssrrTmmmmmmmsrrq2122 . 01 . 0ms21rr（符合實際） 2221msrrq2ssssmm 分析分析 ： 實用表達式實用表達式 ： ssssTTmmmax2mNmTTmaxssssTTmmNm2 產品目錄給出： 0222mmNmsssTTs12TTTTssNmNmms=f(T)： sm的求法：12TTTTssNmNmm）轉差率：（通常用額定點計算臨界NNssTT,12mmNm

13、ss121111nTTTTsnsnNmNmmssssTssssTTmmmmNmmax22 n=f(T)： 機械特性的計算： 先求sm和Tmax 11nnnsNNNNNnPT9550NmTTmax12mmNmss（通常取“+”） 機械特性的線性化 ）（通常工作狀態：Nss ssssmmssTTmmax2）（Nss 0 固有（自然）機械特固有（自然）機械特性條件：性條件： 定子電壓：定子電壓：額定額定 頻率：頻率：額定額定 定子繞組接線：定子繞組接線：按按規定接線規定接線 轉子繞組：轉子繞組：短接短接 固有機械特性和定子固有機械特性和定子電流示意圖電流示意圖固有機械特性固有機械特性sn0sN1TN

14、TkNTmaxTABCDSmIkNI1 特殊點 額定工作點：209550NNNNPTTTnmaxmNTT2 .4 3（） 最大轉矩點：堵轉轉矩：堵轉轉矩：kNT堵轉電流：堵轉電流：kNI 堵轉點：起動轉矩倍數：起動轉矩倍數：NkNTTTk1.7 2.2（）起動電流倍數：起動電流倍數：NkNIIIk 4 7（）籠型銘牌給出：籠型銘牌給出： 和和TKTI，繞線式不給。，繞線式不給。 機械特性參數表達式和實用表達式的計算 參數表達式：221221221112xxsrrsrUfpmT 實用表達式：21mNmmssssssTTmmNm2 直流機 （電磁轉矩）： 額定轉矩： 異步機 （輸出轉矩）：NNNn

15、PT9550amTNICT 計算舉例：異步機， kW30V380A2 .67min/722r08. 3m求：1、機械特性表達式； 2、已知：T，求：s和n。 基本計算：9550415.8NNNPTN mn0373. 011nnnsNN（額定點）（額定點） mNTTNm9 .1249max210.224 mNmmss（0.0061，舍去）（轉矩最大點）（轉矩最大點） 機械特性表達式： 21m Nm NmTTsf TsTT 211111m Nm NmTTn f Ts nsnTT （實用表達式）（實用表達式） max22559.550.05mmTsTfssssss（實用表達式）（實用表達式） 已知：

16、T，求：s和n。 NTT2 Tfs 0826. 0(607. 0舍去）s0.5NTT Tfs 2.47(0.0183s舍去） 方法一： NTT0.01822mmNTssT11736 / minns nr 方法二：線性化條件 練習： NTT 實際固有機械特性（圖6-6 ） 討論：低速（sms1）時，公式計算的機械特性與實際特性曲線存在較大偏差，原因在于： 定、轉子電流大，槽磁動勢大，漏磁路飽和，定、轉子漏抗值減定、轉子電流大，槽磁動勢大，漏磁路飽和，定、轉子漏抗值減小；此外，??；此外，s s=1=1時，轉子導條的擠流效應（轉子阻值增大）。時，轉子導條的擠流效應（轉子阻值增大）。 存在寄生轉矩：氣

17、隙高次諧波磁場與轉子電流作用產生的一系列存在寄生轉矩：氣隙高次諧波磁場與轉子電流作用產生的一系列諧波轉矩。諧波轉矩。 “蠕動”問題：Y系列籠型異步電動機設計要求最小轉矩min0.5KNTT人為機械特性 從參數表達式出發：221221221112xxsrrsrUfpmT 降低定子電壓的人為特性 （圖6-7 ） 方法：1U221212xxrrsm1U（不允許：磁飽和（不允許：磁飽和（磁化曲線和磁化曲線和“恒壓系統恒壓系統”），絕緣），絕緣） 特點： 同步轉速同步轉速n1=60f1/p不變；不變； 臨界轉差率臨界轉差率sm與定子電壓無關；與定子電壓無關； 21UT 最大轉矩： 2212112111m

18、ax22xxrrUfpmT 初始起動轉矩：221221221112xxrrrUfpmTst 機械特性圖組（圖6-8） 定子串三相對稱電阻（電抗）的人為特性 特點： 同步轉速同步轉速n1不變；不變； 臨界轉差率臨界轉差率sm、 Tmax與與Tst隨隨外串電阻（電抗）的增大而減小。外串電阻（電抗）的增大而減小。 機械特性圖1 0TmaxTsms n0n1Tmaxsm 轉子串三相對稱電阻（繞線式） 接線：圖6-10 特點： 同步轉速同步轉速n1和和Tmax不變；不變； 臨界轉差率臨界轉差率sm與與Tst隨隨外串電阻的增大而增大。外串電阻的增大而增大。 機械特性圖組（下頁）機械特性圖組（下頁） 討論：

19、轉子串入電阻，為保證T=C（0TTmax），有：221221221112xxsrrsrUfpmT2122232cccABCDrRrRrRrssss 三相異步電機轉差率的比例推移法三相異步電機轉差率的比例推移法：轉差率與轉子回路電阻成正比的規律：轉差率與轉子回路電阻成正比的規律r2+Rc3Tst2sm2r2+Rc2Tst1sm1r2+Rc11 0TstTmaxTs n0n1smr2B AC D 外串電阻的計算：121BcAsRrs1121mcmsRrs 轉子每相繞組電阻r2 的估算（依據： sNsNx2 ）NNNsIEsZr22223（轉子繞組（轉子繞組Y接）接） E2N ：轉子額定電動勢（轉子

20、開路線電勢）；轉子額定電動勢（轉子開路線電勢）； I2N ：轉子額定線電流。轉子額定線電流。 人為機械特性的應用示例 轉子串電阻起動（圖6-24 ） 轉子反向的反接制動（圖6-51 ）第四節 籠型異步電動機的起動 關于起動 繞線式：起動可調到最佳 籠型：Ik大，電網可能不允許； Tk不大，降壓時Tst更?。M足電網），適于輕載起動。 （直接起動） 特殊籠型：深槽、雙籠、高滑差。（起動轉矩大） 籠型電機起動的要求 滿足：電網（希望Ik?。┖拓撦d（希望Tk大）。 電網對起動電流的要求NNUU%15%10電流沖擊造成壓降偶爾起動電流沖擊造成壓降經常起動電網要求 如果不滿足要求，應降低起動電流。如果不

21、滿足要求，應降低起動電流。 辦法：辦法： 自耦變壓器起動定子串電阻、電抗減壓 負載對起動轉矩的要求 要求：要求： LTTmin 如果不滿足要求，應加大起動電流。如果不滿足要求，應加大起動電流。 圖圖6-6 問題：問題：蠕動蠕動 要求：要求： max2minminLSVTKKTTKV：電壓波動系數（：電壓波動系數（0.850.95）；）；Ks：加速轉矩系數（：加速轉矩系數（1.151.2）。）。 結論：良好起動，以上兩項要求應權衡。 直接起動 一般，首選直接起動。7.5kW以下電機可以直接起動。 現代設計的籠型異步電動機 ： 根據直接起動的電磁力和發熱設計其機械強度和熱穩定性。根據直接起動的電磁

22、力和發熱設計其機械強度和熱穩定性。 減壓起動 不滿足電網要求時采用減壓起動。 基本問題（減壓時的起動電流） 設設U為電機端電壓為電機端電壓 I0很小（可以忽略）很?。梢院雎裕?0IUm 得初始起動電流：得初始起動電流： KstZUxxrrUI12212211 堵轉電流：堵轉電流： KNKNZUI 電機電流減小：電機電流減小：NKNstUUII1（減壓系數）（減壓系數） kstTT2 希望：只要希望：只要 NUU1，就滿足，就滿足 KNstII達到減小起動電流的目的。達到減小起動電流的目的。 ) 1( 定子串電阻、電抗 接線圖（圖6-14） （小電機：串電阻，大電機：串電抗） 原理（等效電路見

23、教材圖6-15 ） ： NUU 1KNstII 電阻和電抗的計算 確定減壓系數： 要求： NIstKNstIkIII設電網允許：stI stRstx（或（或）計算：）計算： 2222122kkNkkkstkNxrUxrUxRrU 解得：解得： 同理：同理： kkkstxrxx22211kkkstrxrR22211 rk和和xk可根據銘牌進行估算：可根據銘牌進行估算： NINKNNkIkUIUZ33NINKNNkIkUIUZ33kkZr)(4 . 0)(25. 0(小電機大電機22kkkrZx 定子串阻抗的特點：適用于空載或輕載起動 。 電機電流減小系數轉矩減小系數電網電流減小系數電機繞組電壓減

24、小系數2 起動 （6端子電機） 接線圖： 教材圖4-20：K1、K3閉合（降壓起動）K3斷開、k2閉合（正常運行）。 由教材圖4-21可看出加到一相的電壓不同。 )( 33kNKNZUII(Y) 3kNstZUII 星形起動時,初始起動電流為如用三角形起動時,初始起動電流為因此有減壓系數kNstZUI3/kNKNZUI331/NKStII31311NNNUUUUUUNIstkNZU3WVUWVUNkNZUUUNIstkNZU3WVUWVUNkNZUIKN（a）（b） 特點：特點： 電機電流減小系數轉矩減小系數電網電流減小系數電機繞組電壓減小系數22)31( 優缺點：優缺點： 起動電流小（對電網

25、）、設備簡單、價格便宜、操作方便；起動電流?。▽﹄娋W）、設備簡單、價格便宜、操作方便； 起動轉矩小，降壓系數不可調；起動轉矩小，降壓系數不可調； 僅適合于僅適合于30kW以下的小功率電動機空載或輕載起動。以下的小功率電動機空載或輕載起動。 自耦變壓器起動 教材圖4-22為接線圖，教材圖4-23為一相電路 。 減壓系數： 21NNkANAUkU1 自耦變壓器變比： 電機電流： ANkUU1):(I 12變壓器副側KNAKNstIkII 忽略變壓器空載電流： ):(I 11122原側KNKNAstAstIIkIkI211IkIA設電壓比為kA=N1/N2減壓系數=U/UN=1/KA電動機的起動電流

26、電網供給的初始起動電流初始起動轉矩優點：起動電流較小，起動轉矩較大。UNUN1N2IstIstKNAKNstIkII1KNAAststIkkII2/1KAKNstTkTUUT22/1)( 特點：特點： 電機電流減小系數轉矩減小系數電網電流減小系數電機繞組電壓減小系數22 優缺點：教材優缺點：教材 P123 工業自耦變壓器抽頭比：工業自耦變壓器抽頭比：0.8、0.65。 總結： 教材P123 表4-1 例4-2 (看一下) 四、籠型異步電動機的軟起動四、籠型異步電動機的軟起動 軟起動器通常利用其特性，采用如下3種起動方式。（1）電壓斜坡軟起動。起動電機時，軟起動器的電壓快速升至某一設定初值，然后

27、在設定時間內逐漸上升，電機隨著電壓上升不斷加速，達到額定電壓和額定轉速時，起動過程完成。主要用于重載軟起動。（2）限流起動。起動電機時，軟起動器的輸出電壓迅速增加，直到輸出電流達到限定值，保持輸出電流不大于該值，電壓逐步升高，使電動機加速，當達到額定電壓、額定轉速時，輸出電流迅速下降至額定電流，起動過程完成。該方式用于某些需快速起動的負載電機。（3）斜坡限流起動。起動電機時，輸出電壓在設定時間內平穩上升，同時輸出電流以一定的速率增加，當起動電流增至限定值時，保持電流恒定，直至起動完成。該方式適用于泵類及風機類負載電機。五、改善起動性能的三相異步電動機五、改善起動性能的三相異步電動機1、深槽異步

28、電動機轉子頻率愈高，槽高愈大，集膚效應愈強。當起動完畢，頻率 僅為13Hz，集膚效應基本消失，轉子導條內的電流均勻分布，導條電阻變為較小的直流電阻 2f2、雙籠型異步電動機雙籠異步電動機的機械特性雙籠型轉子的結構與漏磁通這種異步電動機的轉子上有兩套導條，如圖11-13a所示的上籠與下籠，兩籠間由狹長的縫隙隔開。上籠通常用電阻系數較大的黃銅或鋁青銅制成，且導條截面較小，故電阻較大；下籠截面較大，用紫銅等電阻系數較小的材料制成，故電阻較小。 第五節 繞線轉子異步電動機的起動 分級起動 理想起動特性（圖6-24 ） 內容： 什么是理想起動特性 函數公式 起動級數已知和未知，轉子電阻算法 例題4-3

29、串頻敏變阻器起動 原因：串電阻分級起動結構復雜、維護量大。 起動轉矩改善（教材圖4-29） 。（在起動過程中，能保持較大的起動轉矩） 第五節 繞線轉子異步電動機的起動 對于大功率重載起動的情況，或頻繁起制動，一般采用繞線轉子異步電動機，轉子串電阻或轉子串頻敏變阻器起動，以限制起動電流和增大起動轉矩，縮小起動時間減少電動機發熱。一、轉子串三相對稱電阻分級起動一、轉子串三相對稱電阻分級起動 一般采取分級切除起動電阻的方法，以提高平均起動轉矩和減小電流與轉矩的沖擊。起動過程最大起動轉矩T1TLJ點為起動結束后的穩定運行點.T=TL起動電阻計算依據如已知sm和該機械特性上某點的轉矩T,則對應的sT1T

30、LT2TS n1 0gecbdfjR1R2R3r2TmaxssssTTmmNm2a即T=T1時T=T2時mNmNmmsTTTTss1)(21-為轉矩函數1)(2111TTTTNmNm1)(2222TTTTNmNm由特性1可知a點的sa=sm11,在b點sb=sm1 2,因此有對特性曲線1及2,當T=T1時,按比例推移關系可知:考慮到sb=sc,則同理可推導出轉子回路總電阻之間存在等比級數關系,公比為q.12bs1212RRsRRsacqRR2121轉矩函數比qrRRRRR233221如起動為m級,則各起動級轉子回路總電阻為q的計算:在g點和a點,按比例推移關系可知在固有特性上,sg和sN之間有

31、22123122212.rqqRRrqqRRrqqRRqrRmmmmmm1212RrsRrsagNgss21由上兩式可知為T=TN時的轉矩函數計算起動電阻的步驟:1.已知起動級數m(1)計算sN,N及TNmNNNNsqrsR121112mmN1211mmNNNnnnsNNNnPT9550(2)確定1,一般取最大起動轉矩T1=(0.8-0.9)(3)計算q(4)校驗切換轉矩T2.(5)計算各級總電阻R1-Rm以及各段電阻 rc1-rcm.1)(2111TTTTNmNmmNNsq1LNmTTT1 . 11222222.級數m尚沒確定(1)確定T1和T2并計算1和2及q= 1/ 2(2)計算m(3)

32、按m 計算q并校驗T2(4)按校驗通過的q計算各級起動電阻.qsmNNln)ln(1m湊整后為m1mNNsq二、轉子串頻敏變阻器起動二、轉子串頻敏變阻器起動 其為電阻大小隨轉子頻率（或轉速）自動變化而不必逐級切除電阻而實現無級起動的起動設備。結構：是由厚鋼板疊成鐵心，在鐵心柱上繞有線圈的電抗器。特點：漏電阻Rm大與頻率成正比。不足之處： 功率因數低、起動轉矩較小，最大轉矩有所下降。適用于頻繁起制動的機械。第六節 異步電動機的調速 調速方法 pfsnsn11601111fpns變變變變變變變變方法方法 轉差功率消耗型：變s （低低）滑滑差差電電機機轉轉差差離離合合器器調調速速繞繞線線式式轉轉子子

33、串串電電阻阻降降定定子子電電壓壓調調速速)( 轉差功率回饋型：串級調速（轉子串電阻的改進），高 轉差功率不變型：變p、變f， 高 轉差功率: mMsPPp2cup1TPMCTTL 對于變s: CPMMmPsP 1MssPp spns 變極調速 原理 異步機極數是定子繞組結構決定的（籠型）異步機極數是定子繞組結構決定的（籠型） 兩個兩個“半半”繞組順串（繞組順串（圖圖6-28 ）：多級（低速）：多級（低速） 兩個兩個“半半”繞組反串或順并（繞組反串或順并（圖圖6-29） ：少級（高：少級（高速）速） 變級（改變接法時，應同時變相序）變級（改變接法時，應同時變相序）？ p=1，空間角度（，空間角度

34、（）：）：0、120、240 p=2，空間角度（，空間角度（）：）：0、240、480（120）（反轉）（反轉） 變極前、后、轉矩和功率關系 氣隙磁密氣隙磁密mkNfE11112)( pRlpDBlBm222DlkNfpEB11112):( 聯聯的的匝匝數數每每相相每每條條并并聯聯支支路路中中串串1111111NkNpEkNpEBB 電磁轉矩電磁轉矩22cosICTmT lpDBm2222coscosIBIBTTpZCT222222cos221IZDlBT )( ）和和功功率率因因數數的的變變化化不不計計：電電機機溫溫升升（2IBBTT 輸出功率輸出功率)( pfnpBpBTTPP112160

35、 接線舉例 YY/Y聯結（圖6-30 ：改變相序：改變相序）恒轉矩調速 2, 2, 1, 1:1111111NNppkkEECUYYY21pBpBPPPPYYY1111111kNpEkNpEBBTTTTYYY YY/D聯結（圖6-31 ：改變相序：改變相序）接近恒功率調速 2, 2, 1, 3:1111111NNppkkEECUDYY866. 023pBpBPPPPYYD3111111kNpEkNpEBBTTTTYYD 變級調速：分級調速；電機工藝復雜，不經濟。 變頻調速 VVVF、DTC、矢量控制（SPWM、SVPWM） 恒磁通變頻的概念 CU 122111111cos44. 4ICTTkN

36、fEUfmTmwm NII22)(電電機機無無力力 NTT 01Ifm力力）（電電機機電電流流大大，但但不不出出無無功功 NII0 恒磁通變頻：恒磁通變頻：CfU11CfE11CmNm 基速的提法 基速：電機額定速度 基速以下，恒轉矩調速，U1與f1協調控制； 基速以上，恒功率調速（弱磁調速）， 1fCUUN11 E1/f1=C時的人為特性 恒磁通調速 mwkNfEU1111144.42222212112222221112221232323xsrrsffEpsrxsrEfppfsrIPTM 21222221211223sfLrrsffEpTl 討論：mssnTmaxCT Csf1 分析人為特性

37、的方法： nCTTLCsf1npnnpfsf6060121Cn 特性平行特性平行 Tmax0dsdT222122xrLfrslmCLfEpTl22112max183 機械特性曲線（教材圖機械特性曲線（教材圖4-36） 容許輸出（恒轉矩）容許輸出（恒轉矩） )(2)(1122212221222122CfELsfrCsfxsrEEIl CTTLCsf 1CIIN22)( 充充分分利利用用又又不不過過熱熱CIIN11 功率因數功率因數CICTmT22cosCmCI 2 CLsfrrl2221222222cos U1/f1=C時的人為特性（近似恒磁通調速） 2212122212121122122112

38、2122323llLLsfrsrrsffUpxxsrrfsrpUT忽略忽略 nCTTLCn TmaxCfpnsf2160 221212122llmLLfrrs 221221111211221211121max214343llLLfrfrfUpxxrrfpUTmax1Tf 討論：討論： 機械特性曲線（教材圖機械特性曲線（教材圖4-36） 電壓補償（也稱轉矩補償）：低速特性變壞電壓補償（也稱轉矩補償）：低速特性變壞（？） 50fU3805x1f1U11ZI1E50 380 10 370 5 38 10 28（應為37） 5 47 10 37（補償） fUfUU/f+恒PE/f+恒P 向基頻以上調節

39、的變頻調速 當 f1fN 時，要保持m=C，定子電壓需要高于額定值，這是不允許的。 辦法：保持 U1=UN ，這樣 f1，m，相當于弱磁調速。 Tmax22111222121121max1214343fLLffpUxxrrUfpTllNN1211222121212fLLfrxxrrsllm nmCpfLLfrnsnllmm121121602 機械特性 教材教材 圖圖4-37 特點：運行段近似平行；特點：運行段近似平行；Tmax1/f12。 PM):( 211222221221222285333xxr%ssrUsrxxsrrUsrIPNNM、不不計計 不同頻率，s 變化不大，近似恒功率調速。 真

40、正恒功率條件： CPCsM CfU12121160360fUrnpPfnpnnsM 變頻調速特點 ： 基頻以下，恒轉矩調速；基頻以下，恒轉矩調速； 基頻以上，恒功率調速；基頻以上，恒功率調速； 機械特性基本平行，硬特性，調速范圍寬，轉速穩定性好；機械特性基本平行，硬特性，調速范圍寬，轉速穩定性好； 運行時，運行時，s 小，轉差功率損耗小，效率高；小，轉差功率損耗小，效率高； 可連續調節，能實現無級調速。可連續調節，能實現無級調速。 降低定子電壓調速 221221221112xxsrrsrUfpmT 機械特性： （圖6-8） 特點： 同步轉速同步轉速n1不變；不變；sm不變；不變； 同一轉速下同

41、一轉速下 ：T U12，調速范圍小。 minmaxnnD 為了改善D，繞線式電機可加大轉子外串電阻（教材圖6-11 可以看出特性變軟）， （圖6-36 可以看出特性變軟后，調速范圍變大）。 低速穩定性差（采用高滑差電機，特性軟）。低速穩定性差（采用高滑差電機，特性軟）。 改進：速度閉環改進：速度閉環 性能分析：恒P？恒T？（都不是） 22213rIsTsPpLMs21213rsTIIL：不不計計0ICTLspIIsU211,（機械特性圖） 122213srIPTM充分利用，又不過熱，即 NII22sT1恒轉矩： T與與n無關；無關；恒功率：恒功率： nT1 變極調壓調速：結合變極調速的優點（p

42、s小），可以改善調速性能。轉子串電阻調速（繞線式） 機械特性： 特性變軟（圖6-24） 缺點：低；低速穩定性差。 調速性能： 性質 221221221112xxsrrsrUfpmT根據比例推移，根據比例推移， CTL2221122sRrsRrsrcc22222111222122211313131sRrIsRrIsrIPTccM恒轉矩性質恒轉矩性質 效率：低速時，效率低 11211nnsPPsPPPPMMMm 串級調速 （ ps回饋型 ） 轉子回路串附加電動勢時的等效電路：（教材圖4-41） 功能：轉差功率回饋電網 方法：條件 CU 1CTL22cosICTmTL111144. 4kNfEm22

43、2222cosxsrr由機械特性可知：從空載到額定負載，s 變化不大。CI 222222xadsxrEsEI同頻：同相或反相同頻：同相或反相)( 22sxCEsEad不不計計”：”：相位相反，取“相位相反，取“adEsE ,2nsEad20EEad：1nn 同步轉速以下調速（同步轉速以下調速（次同步串級調速次同步串級調速）”：”：相位相同，取“相位相同，取“adEsE ,220EEad：1nn 超同步串級調速超同步串級調速（技術不成熟）（技術不成熟）nsEad功率關系（看一下）：功率關系（看一下）： 222cos3IsEps六、籠型異步電動機的電磁轉差離合器調速六、籠型異步電動機的電磁轉差離合

44、器調速.1）電磁轉差離合器的結構和工作原理電磁轉差離合器調速系統是在鼠籠式異步電動機軸和負載之間串接電磁轉差離合器（又稱電磁離合器），通過調節電磁轉差離合器的勵磁來改變轉差率進行調速。異步電動機本身并不調速，調節的是離合器的輸出轉速。電磁轉差離合器的基本作用原理就是基于電磁感應原理，實質上就是一臺感應電動機。 .2）電磁轉差離合器的機械特性204fTnnKI式中， n0籠型異步電動機的轉速； n電磁轉差離合器從動部分的轉速； T電磁轉差離合器的轉矩； K與電磁轉差離合器類型有關的系數； If直流勵磁電流。 轉差離合器調速 原理示意圖：（ 教材圖4-44） 效率低，低速穩定性差。 第七節 三相異

45、步電動機的運行狀態 概述能能耗耗制制動動回回饋饋制制動動反反接接制制動動制制動動狀狀態態電電動動狀狀態態運運行行狀狀態態 電動 （0s1） 特性： (1、3象限) 特點： 轉子旋轉方向與旋轉磁動勢的轉向相同：轉子旋轉方向與旋轉磁動勢的轉向相同： 0s1；n1 ：電源反接） 籠型：（反相序）可直接反接 繞線式： 原理 措施：反相序，同時轉子回路串入大電阻。 串入電阻后特性變軟（圖6-49：曲線2）。 過程： B點： TndtdnGDTTL3752nTC點： 0nLTT 反向加速， Tn,D點：穩定 LTT 起始轉差率：ABss 2 功率關系 電磁： 03222sRrIPM（因為（因為s1 ，電網

46、輸入），電網輸入） 全機械： 01MmPsP（軸上輸入軸上輸入） 轉差： sssRrIRrIppscu11332222222mMcuPPssRrIsRrIp1332222222 能流圖 特點特點 能量消耗大能量消耗大 ； 二象限二象限；P1PMPmP0P2PFePcu1Pcu2Pcu2rPcu2R 可實現快制動，快反轉； 制動：應在 n =0時，撤電源。 反接制動（ s 1 ：倒拉反接） 倒拉反節制動（圖6-51） 條件：位能負載 措施：電源不變，串入足夠大電阻（特性非常軟） 第四象限 能量關系：同前 D點：反接制動“運行” )( 011DDDnnnns例：4-4，4-5 （仔細看一下） 回饋

47、制動（ s 0 ：再生制動） 原理 反相序回饋制動（圖5-52）。 措施：位能負載，串電阻反相序接電源（曲線1）；串電阻，切電阻（曲線2） 。 物理過程： dtdnGDTTL3752穩定時： 第四象限， 1nn 轉差率011nnns 功率關系 013222ssrIPm（由轉子送到定子 ） 013222srIPM（由軸輸入） 發電運行理想空載電動909090cos31111111IUP0cos222222xsrsr902 相量圖（圖6-53 ） 由相量圖， 1Um902901基本垂直， 與 01P 向電網回饋能量： 串電阻有可能出現極高速：應不串或串后撤去。 第二象限回饋制動 變頻調速（變頻調速（圖6-54 ）1f運行軌跡： DCBABC段為正向回饋。 小車下坡 YY/D變級調速 能流圖 P1PMP0P2PFePcu1Pcu2 能耗制動 措施：切掉交流，定子通直流（定子串電阻） P153 圖4-54 P153 圖4-55 定性分析 通直