1、 第十章第十章 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 及各种运行状态及各种运行状态本章教学目的：本章教学目的：1、掌握异步电动机机械特性的三种表达式、掌握异步电动机机械特性的三种表达式2、掌握异步电动机固有机械特性与人为机械、掌握异步电动机固有机械特性与人为机械特性及曲线画法特性及曲线画法3、掌握异步电动机的各种运转状态计算、掌握异步电动机的各种运转状态计算4、掌握调速及制动电阻计算、掌握调速及制动电阻计算重点和难点：重点和难点：重点：重点：1、运转状态及其制动电阻计算、运转状态及其制动电阻计算 2、调速电阻计算、调速电阻计算难点：难点：1、运转状态分析及其制动电阻、运转状态分析及
2、其制动电阻 计算计算 2、调速电阻推导公式、调速电阻推导公式 10-1 异步电动机机械特性异步电动机机械特性n三相异步电动机的机械特性是指在电动机定子电压、频率以及绕组参数一定的条件下，电动机电磁转矩与转速或转差率的关系，即n=(T)或s=(T)。n机械特性可用函数表示，也可用曲线表示，用函数表示时，有三种表达式：物理表达式、参数表达式和实用表达式。1.异步电动机机械特性三种表达式n（1）物理表达式n电磁转矩为：22221111221111122211coscos22cos)(4.44602cosICIkNpmpfIkNfmnIEmPTmTmwmwem分析物理表达式n异步电动机的转矩系数：n转
3、子电流折算值：n转子功率因数：物理表达式它反映了不同转速时电磁转矩T与主磁通m以及转子电流有功分量I2cos2之间的关系，此表达式一般用来定性分析在不同运行状态下的转矩大小和性质。2111wTkNpmC 222222)(cosxsrsr（2）参数表达式n异步电动机的电磁转矩T与定子每相电压U1平方成正比，若电源电压波动大，会对转矩造成很大影响。221221121122211232xxsrrfsrpUpfsrImPTem机械特性曲线n在电压、频率及绕组参数一定的条件下，电磁转矩T与转差率s之间的关系可用曲线表示如图所示。异步电动机机械特性最大转矩Tmn最大转矩Tm是T=（s）的极值点，最大转矩为
4、：n最大转矩对应的临界转差率为：两式中“+”为电动状态（特性在第象限）；“-”为制动状态（特性在第象限）。221211121)(43xxrrfpUTm221212)(xxrrsm最大转矩近似表达式n通常情况下，可忽略r1，则有：n最大转矩与额定转矩的比值称为过载倍数，其值大小反映电动机过载能力，用m表示，即：n一般异步电动机过载倍数m=1.52.2。22121)(xxr)(4321121212xxfpUTxxrsmmNmmTT起动转矩Tstn起动瞬间n=0或s=1时，电动机相当于堵转，这一时刻的电磁转矩称为起动转矩或堵转转矩，用Tst表示，则有：n起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩倍数或堵转
5、转矩倍数，用kst表示，则有：n一般普通异步电动机起动转矩倍数为0.81.2。221221122123xxrrfrpUTstNststTTk（3）实用表达式n实用表达式：n认为 ，一般异步电动机的 ，在任何s值时都有：，而 ，可以忽略，简化得：ssrsrssrsrsrsrrsrssrrrTTmmmmmmm2121222212222122122221rr2.01.0 ms0)(2mss2ssssmm22msssssTTmmm2临界转差率n临界转差率：n当拖动额定负载时，TL=TN临界转差率为：n额定转矩为：n从产品目录查出该异步电动机的数据PN、nN、m应用实用公式就可方便得出机械特性表达式。1
6、2LNmLNmmTTTTss12mmNmss)(min)/()(55.92mNrnWPTTNNNN2.固有机械特性n异步电动机的固有机械特性是指U1=U1N，1=1N，定子三相绕组按规定方式连接，定子和转子电路中不外接任何元件时测得的机械特性n=（T）或T=（s）曲线。n对于同一台异步电动机有正转（曲线1）和反转（曲线2）两条固有机械特性。三相异步电动机固有机械特性说明特性上的各特殊点1n(1)同步转速点A 同步转速点又称理想空载点，在该点处：s=1，n=n1，T=0，E2s=0，I2=0，I1=I0，电动机处于理想空载状态。n(2)额定运行点B 在该点处：n=nN，T=TN，I1=I1N，I
7、2=I2N，P2=PN，电动机处于额定运行状态。说明特性上的各特殊点2n(3)临界点C 在该点处：s=sm，T=Tm，对应的电磁转矩是电动机所能提供的最大转矩。Tm是异步电动机回馈制动状态所对应的最大转矩，若忽略r1的影响时，有T m=Tm。n(4)起动点D 在该点处：s=1，n=0，T=Tst，I=Ist。3.人为机械特性n异步电动机的人为机械特性是指人为改变电动机的电气参数而得到的机械特性。n由参数表达式可知，改变定子电压U1、定子频率f1、极对数p、定子回路电阻r1和电抗x1、转子回路电阻r2和电抗x2，都可得到不同的人为机械特性。（1）降低定子电压的人为机械特性n在参数表达式中，保持其
8、它参数不变，只改变定子电压U1的大小，可得改变定子电压的人为机械特性。n讨论电压在额定值以下范围调节的人为特性（为什么？）降电压人为机械特性曲线nTmU12；TstU12；n1和sm与电压无关TL1-恒转矩负载特性、TL2-风机类负载特性（2）定子回路串入对称电阻的人为机械特性n当定子电阻r1增大时，同步转速n1不变，但临界转矩Tm、临界转差率sm、起动转矩Tst都变小定子回路串入对称电阻的接线图和人为机械特性定子回路串入对称电抗的人为机械特性n如果定子回路串入对称的电抗，同步转速n1仍不变，但临界转矩Tm、临界转差率sm、起动转矩Tst也都变小。两种接线可实际应用于鼠笼式异步电动机的起动，以
9、限制起动电流。定子回路串入对称电抗的接线图和人为机械特性（3）转子回路串入对称电阻的人为机械特性 绕线式异步电动机转子回路串入 三相对称电阻的接线图和人为机械特性分析n当转子电阻r2增大时，同步转速n1和临界转矩Tm不变，但临界转差率sm变大，起动转矩Tst随转子电阻r2增大而增大，直至Tst=Tmn当转子电阻r2再增大时，起动转矩Tst反而减小。n转子串入对称三相电阻的方法应用于绕线式异步电动机的起动和调速。本章小结1n异步电动机运行时，转子与旋转磁场存在转差，因而能在转子中感应电势和电流，产生电磁转矩，使电动机旋转，可见转差率s是异步电动机的重要参量。通过频率和绕组折算，可得到反映实际运行
10、电动机各量关系的等值电路，等值电路中的各种参数可通过空载和短路试验测取。与变压器一样，基本方程式、等值电路、相量图也是描述电动机负载运行时的基本电磁关系的工具。本章小结2n工作特性反映了异步电动机在额定电压、额定频率时的使用性能。机械特性则是异步电动机运行特性中最重要，三相异步电动机的机械特性是指在电动机定子电压、频率以及绕组参数一定的条件下，电动机电磁转矩与转速或转差率的关系，即n=(T)或s=(T)。机械特性可用函数表示，也可同曲线表示，用函数表示时，有三种表达式：物理表达式、参数表达式和实用表达式，三种表达式各有不同的适用场合。n作业：3-24作业：作业：10-1、10-210.2 三相
11、异步电动机的各种运转状态三相异步电动机的各种运转状态M 33S11.能耗制动能耗制动(1)制动原理制动原理 制动前制动前 S1 合上，合上，S2 断开，断开，M 为电动状态。为电动状态。制动时制动时 S1 断开，断开，S2 合上。合上。定子定子:U I1 转子转子:n E2 I2 M 为制动状态。为制动状态。n U S2 RbI1FFT T第第 十十 章章 异步电动机的电力拖动异步电动机的电力拖动(2)能耗制动时的机械特性能耗制动时的机械特性OnT特点：特点：因因T 与与 n 方向相反，方向相反，nT 曲线在第二、曲线在第二、四象限。四象限。因因 n=0 时，时，T=0，nT 曲线过原点。曲线
12、过原点。制动电流增大时，制动电流增大时，制动转矩也增大；制动转矩也增大；产生最大转矩的转速不变。产生最大转矩的转速不变。I1I1第第 十十 章章 异步电动机的电力拖动异步电动机的电力拖动(3)能耗制动过程能耗制动过程 迅速停车迅速停车TLOnT12 制动原理制动原理 制动前：特性制动前：特性 1。制动时：特性制动时：特性 2。原点原点 O(n=0，T=0)，a 点点 b 点点惯性惯性 ab(T0，制动开始制动开始)n制动过程结束。制动过程结束。制动效果制动效果 Rb I1 T 制动快。制动快。制动时的功率制动时的功率 定子输入：定子输入：P1=0，轴上输出：轴上输出：P2=T0。动能动能 P2
13、 转子电路的电能转子电路的电能 PCu2消耗掉。消耗掉。第第 十十 章章 异步电动机的电力拖动异步电动机的电力拖动(4)能耗制动运行能耗制动运行 下放重物下放重物TLOnT12a a 点点 b 点点 惯性惯性 (T0，制动开始制动开始)bn 原点原点 O(n=0，T=0),在在TL作用下作用下 n 反向增加反向增加 cc 点点(T=TL),制动运制动运行状态行状态以速度以速度 nc 稳定下放重物。稳定下放重物。制动效果：制动效果：由制动回路的电阻决定。由制动回路的电阻决定。第第 十十 章章 异步电动机的电力拖动异步电动机的电力拖动2.反接制动反接制动(1)定子反相的反接制动定子反相的反接制动
14、迅速停车迅速停车3 M 33 M 3Rb制制动动前前的的电电路路制制动动时时的的电电路路 制动原理制动原理第第 十十 章章 异步电动机的电力拖动异步电动机的电力拖动TLTL制动前：正向电动状态。制动前：正向电动状态。制动时：定子相序改变，制动时：定子相序改变，n0 变向。变向。OnT1 n02n0 bs=n0 n n0=n0n n0即即：s 1(第二象限第二象限)。同时同时：E2s、I2 反向，反向，T 反向。反向。aca 点点 b 点点(T0，制动开始制动开始)惯性惯性 n c 点点(n=0，T 0)，制动结束。制动结束。到到 c 点时，若未切断电源，点时，若未切断电源，M 将可能反向起动。
15、将可能反向起动。d第第 十十 章章 异步电动机的电力拖动异步电动机的电力拖动取决于取决于 Rb 的大小。的大小。制动效果制动效果aOnT1n02n0bc 制动时的功率制动时的功率 Pe=m1I22 R2Rb s0 PCu2=m1(R2Rb)I22 =PePm =Pe|Pm|0 Pm=(1s)Pe 三相电能三相电能 电磁功率电磁功率Pe转子转子机械功率机械功率Pm定子定子转子转子电阻电阻消耗消耗掉掉第第 十十 章章 异步电动机的电力拖动异步电动机的电力拖动(2)转子反向的反接制动转子反向的反接制动下放重物下放重物On T 1n02bcTLad 制动原理制动原理 定子相序不变，转子定子相序不变，转
16、子 电路串联对称电阻电路串联对称电阻 Rb。a 点点 b 点点(TbTL)，惯性惯性 n c 点点(n=0，TcTL)在在TL 作用下作用下 M 反向起动反向起动d 点点(nd0，Td=TL)制动运制动运 行状态行状态 制动效果制动效果 改变改变 Rb 的大小，的大小，改变特性改变特性 2 的斜率，的斜率，改变改变 nd。3e 低速提低速提 升重物升重物第第 十十 章章 异步电动机的电力拖动异步电动机的电力拖动 制动时的功率制动时的功率s=n0nn0第四象限第四象限：1(n0)Pe=m1I22R2Rb s0 PCu2=m1(R2Rb)I22 =PePm =Pe|Pm|0 Pm=(1s)Pe 定
17、子输入电功率定子输入电功率 轴上输入机械功率轴上输入机械功率 （位能负载的位能）（位能负载的位能）电功率与机械功率均电功率与机械功率均 消耗在转子电路中。消耗在转子电路中。第第 十十 章章 异步电动机的电力拖动异步电动机的电力拖动 特点：特点：|n|n0|，s0。电机处于发电机状态。电机处于发电机状态。(1)调速过程中的回馈制动调速过程中的回馈制动TnOf1 f1f1 f1TLabcdTnOYYYTLabcd?3.回馈制动回馈制动第第 十十 章章 异步电动机的电力拖动异步电动机的电力拖动OnTTLn0n0(2)下放重物时的回馈制动下放重物时的回馈制动GRb T3 M 3TnTLbac正向电动正
18、向电动反接制动反接制动dn回馈制动回馈制动反向电动反向电动第第 十十 章章 异步电动机的电力拖动异步电动机的电力拖动 0(nn0)0 定子发出电功率，向电源回馈电能。定子发出电功率，向电源回馈电能。0 轴上输入机械功率轴上输入机械功率(位能负载的位能位能负载的位能)。PCu2=PePm|Pe|=|Pm|PCu2 机械能转换成电能机械能转换成电能(减去转子铜损耗等减去转子铜损耗等)。制动时的功率制动时的功率s=n0n n0=n0nn0第四象限第四象限：Pe=m1I22 R2Rb sPm=(1s)Pe第第 十十 章章 异步电动机的电力拖动异步电动机的电力拖动 制动效果制动效果 Rb 下放速度下放速
19、度 。为了避免危险的高速，为了避免危险的高速，一般不串联一般不串联 Rb。OnTTLn0n0第第 十十 章章 异步电动机的电力拖动异步电动机的电力拖动 11-1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 方法方法 1.电动机的起动指标电动机的起动指标(1)起动转矩足够大起动转矩足够大 Tst TL Tst(1.1 1.2)TL(2)起动电流不超过允许范围。起动电流不超过允许范围。异步电动机的实际起动情况异步电动机的实际起动情况 起动电流大：起动电流大：Ist=sc IN=(5.57)IN 起动转矩小：起动转矩小：Tst=stTN=(1.62.2)TN 第第11 章章 三相三相 异步电动机的起动
20、及异步电动机的起动及起动设备的计算起动设备的计算 不利影响不利影响 大的大的 Ist 使电网电压降低，影响自身及其他负载使电网电压降低，影响自身及其他负载 工作。工作。频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。2.笼型异步电动机的笼型异步电动机的直接起动直接起动(1)小容量的电动机（小容量的电动机（PN 7.5kW）(2)电动机容量满足如下要求：电动机容量满足如下要求：Ist IN sc=1 43+电源总容量电源总容量(kVA)电动机容量电动机容量(kW)3.笼型异步电动机的减压起动笼型异步电动机的减压起动(1)定子串联电阻或电抗减压起动定子串联电阻或电抗
21、减压起动M 33 RSS1 FUS2起动起动运行运行M 3XSS1 FUS23 11-1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动(2)自耦变压器减压起动自耦变压器减压起动TA3 UNS1 FUS2M 311-1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动(2)自耦变压器减压起动自耦变压器减压起动3 UNS1 FUS2TAM 3起动起动4.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动(2)自耦变压器减压起动自耦变压器减压起动TA3 UNS1 FUS2M 3运行运行11-1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 适用于：正常运行为联结的电动机。适用于：正常运行为联结的电动机。(3)星形三角形减
22、压起动（星形三角形减压起动（Y 起动）起动）3 UNS1 FUS2U1U2V1V2W1W211-1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 适用于：正常运行为联结的电动机。适用于：正常运行为联结的电动机。(2)星形三角形减压起动（星形三角形减压起动（Y 起动）起动）3 UNS1 FUS2U1U2V1V2W1W2Y 起动起动4.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 适用于：正常运行为联结的电动机。适用于：正常运行为联结的电动机。(2)星形三角形减压起动（星形三角形减压起动（Y 起动）起动）运行运行S23 UNS1 FUU1U2V1V2W1W2 定子相电压比定子相电压比 U1PYU1PU
23、N 3 UN=1 3 定子相电流比定子相电流比 I1PYI1PU1PYU1P=1 3 起动电流比起动电流比IstYIstI1PY 3 I1P=1 3 Y 型型起动的起动电流起动的起动电流 IstY=Ist1 3 起动转矩比起动转矩比 TstYTstU1PYU1P=1 3()2TstY=Tst1 3 Y型型起动的起动转矩起动的起动转矩 11-1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 频敏变阻器频敏变阻器 频率高：损耗大，电阻大。频率高：损耗大，电阻大。频率低：损耗小，电阻小。频率低：损耗小，电阻小。转子电路起动时转子电路起动时 f2 高，电阻大，高，电阻大，Tst 大，大，Ist 小。小。转
24、子电路正常运行时转子电路正常运行时 f2 低，电阻小，低，电阻小，自动切除变阻器。自动切除变阻器。4.绕线型异步电动机转子电路串联频敏变阻器起动绕线型异步电动机转子电路串联频敏变阻器起动 频敏变阻器频敏变阻器 11-1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 11-2.改善起动性能的三相笼型异步电动机改善起动性能的三相笼型异步电动机(1)深槽异步电动机深槽异步电动机 槽深槽深 h 与槽宽与槽宽 b 之比为：之比为：h/b=8 12漏电抗小漏电抗小 漏电抗大漏电抗大增大增大 电流密度电流密度 起动时，起动时，f2 高，高，漏电抗大，电流的集漏电抗大，电流的集 肤效应使导条的等效肤效应使导条的等
25、效 面积减小，即面积减小，即 R2 ，使使 Tst 。运行时，运行时，f2 很低，很低，漏电抗很小，集肤效漏电抗很小，集肤效 应消失，应消失，R2 。11-2 改善起动性能的三相笼型异步改善起动性能的三相笼型异步电动机电动机2.双笼型异步电动机双笼型异步电动机电阻大电阻大 漏抗小漏抗小 电阻小电阻小 漏抗大漏抗大上笼上笼（外笼）（外笼）下笼下笼（内笼）（内笼）起动时，起动时，f2 高，高，漏抗大，起主要作用，漏抗大，起主要作用，I2 主要集中在外笼，主要集中在外笼，外笼外笼 R2 大大 Tst 大。大。外笼外笼 起动笼。起动笼。运行时，运行时，f2 很低很低，漏抗很小，漏抗很小，R2 起主要作
26、起主要作用，用，I2 主要集中在内笼。主要集中在内笼。内笼内笼 工作笼。工作笼。11-2 改善起动性能的三相笼型异步改善起动性能的三相笼型异步电动机电动机Rst1 Rst23 M 3S1 S2S(1)起动过程起动过程11-3 绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 串联串联 Rst1 和和 Rst2 起动（特性起动（特性 a）总电阻总电阻 R22=R2+Rst1+Rst2n0TnOa(R22)TLT2a1a2T1切除切除 Rst211-3 绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 (1)起动过程起动过程b(R21)n0TnOa(
27、R22)T2 T1a1a2TLb1b2 合上合上 S2，切除切除 Rst2（特性特性 b）总电阻总电阻 R21=R2+Rst15.绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 3 M 3S1 S2Rst1 Rst2S切除切除 Rst111-3 绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 合上合上 S1，切除切除 Rst1（特性特性 c）总电阻总电阻:R2 11-3 绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 c(R2)b(R21)n0TnOa(R22)T2 T1a1a2TLb1b2c1c2(1)起动过程起动
28、过程p3 M 3S1 S2 Rst1 Rst2S11-3 绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 (2)起动级数未定时起动电阻的计算起动级数未定时起动电阻的计算 选择选择 T1 和和 T2 起动转矩：起动转矩：T1=(0.8 0.9)TM 切换转矩：切换转矩：T2=(1.1 1.2)TL 起切转矩比起切转矩比 =T1 T2 求出起动级数求出起动级数 m 根据相似三角形的几何关系来推导。根据相似三角形的几何关系来推导。11-3 绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 T1 n0 nc1 TM n0 nMc=sc1 sMcc(R2
29、)b(R21)n0TnOa(R22)T2 T1a1a2TLb1b2c1c2pT2 n0 nc2 TM n0 nMc=sc2 sMc同理可得：同理可得：T1 TM=sa1 sMa=sb1 sMb=sc1 sMcT2 TM=sa2 sMa=sb2 sMb=sc2 sMc因为因为 sa2=sb1，sb2=sc1 sM R2 =T1 T2=sMa sMb=R22 R21所以所以 =T1 T2=sMb sMc=R21 R211-3 绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 因此有下面的关系因此有下面的关系 R21=R2 R22=R21=2R2 对于对于 m 级起动，有级起
30、动，有 R2m=mR2 式中式中 R2m=R2Rst1Rst2 Rstm 于是得到下式：于是得到下式：=R2m R2 m因为因为 sMc sMasc1=sa1=R2 R22=1R2 R2211-3 绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 对于对于 m 级起动，则有级起动，则有 sc1=R2 R2m在固有特性在固有特性 c 上，有关系上，有关系 T1 TN=sc1 sN=TN sNT1 m因此可得因此可得=R2m R2 mm=TNsNT1 lg lg 重新计算重新计算 ，校验是否在规定范围内。，校验是否在规定范围内。11-3 绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子
31、电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 求转子每相绕组的电阻求转子每相绕组的电阻 R2R2=sN U2N3 I2N 计算各级总电阻和各级起动电阻计算各级总电阻和各级起动电阻 R21=R2 R22=R21 R2m=R2(m1)=2R2 =m R2Rst1=R21R2 Rst2=R22R21 Rstm=R2mR2(m1)11-3 绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 (3)起动级数已定时起动电阻的计算起动级数已定时起动电阻的计算 T1=(0.8 0.9)TM =TN sNT1 mT2=T1 ，验算：，验算：T2=(1.1 1.2)TL，若不满足，重新调整，直到满足
32、要求。若不满足，重新调整，直到满足要求。计算各级总电阻和各级起动电阻。计算各级总电阻和各级起动电阻。R2=sN U2N 3 I2N11-3 绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 由异步电动机的转速公式s)(pfs)(nn160111可知，异步电动机有下列三种基本调速方法：（1）改变定子极对数 调速。p（2）改变电源频率 调速。1f（3）改变转差率 调速。s十二章 异步电动机调速一、变极调速变极调速是改变定子绕组的极对数实现的，只用于笼型电动机。变极调速是改变定子绕组的极对数实现的，只用于笼型电动机。以4极变2极为例：U相两个线圈，顺向串联，定子绕组产生4极磁
33、场：反向串联和反向并联，定子绕组产生2极磁场：Y反并YY，2p-pYY，2p-p注意注意：当改变当改变定子绕定子绕组接线组接线时，必时，必须同时须同时改变定改变定子绕组子绕组的相序的相序二、变频调速 改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁通势的同步改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁通势的同步转速，达到调速的目的。额定频率称为基频，变频调速时，可以转速，达到调速的目的。额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向上调，也可以从基频向下调。从基频向上调，也可以从基频向下调。变频调速的优点是无级变速，变速范围大，且具有较硬变频调速的优点是无级变速，变速范围大，且具有较硬的机械特性。的机械特
34、性。变频调速的缺点是有一套专门的变频电源，调速系统较变频调速的缺点是有一套专门的变频电源，调速系统较为复杂，设备投资较高。为复杂，设备投资较高。s)(pfs)(nn160111 1.1.从基频向下变频调速从基频向下变频调速 我们知道，三相异步电动机每相电压：我们知道，三相异步电动机每相电压：降低电源频率时，必须同时降低电源电压。降低电源电压降低电源频率时，必须同时降低电源电压。降低电源电压 有两种控的制方法。有两种控的制方法。保持保持 =常数常数 ：mNkNfEU1111144.411fEsrxsrEfpmnsrImPTM222222211122211260222222211111122222
35、21111222rxssrsrfEpfmpfmxsrsrfEpfmn上式是保持气隙每极磁通为常数变频调速时的机械特性方程式。上式是保持气隙每极磁通为常数变频调速时的机械特性方程式。下面根据该方程式，具体分析一下最大转矩下面根据该方程式，具体分析一下最大转矩T Tm m及相应的转差率及相应的转差率s sm m。n最大转矩处最大转矩处 ，对应的转差率为，对应的转差率为s sm m，即：，即：0dsdT22xrsm222111112xxfEpfmTm常数2211121221LfEpmn最大转矩处的转速降落为：最大转矩处的转速降落为：常数pLrpfxrnsnmm60260221221n当改变频率时，若
36、保持当改变频率时，若保持 =常数，最大转矩常数，最大转矩 常数，与频率常数，与频率无关，并且最大转矩对应的转速降落相等，也就是不同频率的各条无关，并且最大转矩对应的转速降落相等，也就是不同频率的各条机械特性是平行的，硬度相同。根据上式画出保持恒磁通变频调速机械特性是平行的，硬度相同。根据上式画出保持恒磁通变频调速的机械特性，如图所示。这种调速方法机械特性较硬，在一定的静的机械特性，如图所示。这种调速方法机械特性较硬，在一定的静差率要求下，调速范围宽，而且稳定性好。由于频率可以连续调节，差率要求下，调速范围宽，而且稳定性好。由于频率可以连续调节，因此变频调速为无级调速，平滑性好。另外，电动机在正
37、常负载运因此变频调速为无级调速，平滑性好。另外，电动机在正常负载运行时，转差率行时，转差率s较小，因此转差功率较小，效率较高。较小，因此转差功率较小，效率较高。n经分析，恒磁通变频调速是属于为恒转矩调速方式。即当：经分析，恒磁通变频调速是属于为恒转矩调速方式。即当：时，时，11fEmTn2.从基频向上变频调速从基频向上变频调速：n 升高电源电压是不允许的，因此升高频率向上调速时，只能保升高电源电压是不允许的，因此升高频率向上调速时，只能保持电压为持电压为UN不变，频率越高，磁通不变，频率越高，磁通m越低，是一种降低磁通升越低，是一种降低磁通升速的方法，类似他励直流电动机弱磁升速情况。速的方法，
38、类似他励直流电动机弱磁升速情况。n保持不变升高频率时，电动机电磁转矩保持不变升高频率时，电动机电磁转矩n 221221122112xxsrrfsrpUmT22121111211221xxrrffpUmTm212112111221fxxfpUm212221212xxrxxrrSm1211212fLLfrn因此，频率越高时，因此，频率越高时，越小，越小，也减小，最大转矩对应的转速降落也减小，最大转矩对应的转速降落为为mTmSn根据电磁转矩方程式画出升高电源频率的机械特性，其运行根据电磁转矩方程式画出升高电源频率的机械特性，其运行段近似平行，如图所示。段近似平行，如图所示。常数pfLLfrnsnmm
39、121221602n根据电磁转矩方程式画出升高电源频率的机械特性，其运行段近根据电磁转矩方程式画出升高电源频率的机械特性，其运行段近似平行，如图所示。似平行，如图所示。n综上所述，三相异步电动机变频调速具有以下几个特点：综上所述，三相异步电动机变频调速具有以下几个特点：从基频向下调速，为恒转矩调速方式；从基频向上调速，近从基频向下调速，为恒转矩调速方式；从基频向上调速，近似为恒功率调速方式；似为恒功率调速方式；调速范围大；调速范围大；转速稳定性好；转速稳定性好；运行时小，效率高；运行时小，效率高；频率可以连续调节，变频调速为无级调速。频率可以连续调节，变频调速为无级调速。三、变转差率调速1.绕
40、线转子电动机的转子串接电阻调速绕线转子电动机的转子回路串接对称电阻时的机械特性为绕线转子电动机的转子回路串接对称电阻时的机械特性为 从机械特性看，转子串电阻从机械特性看，转子串电阻时，同步速和最大转矩不变，但时，同步速和最大转矩不变，但临界转差率增大。当恒转矩负载临界转差率增大。当恒转矩负载时，电机的转速随转子串联电阻时，电机的转速随转子串联电阻的增大而减小。的增大而减小。2.绕线转子电动机的串级调速在绕线转子电动机的转子回路在绕线转子电动机的转子回路串接一个与转子电动势串接一个与转子电动势 同同步频率的附加电动势步频率的附加电动势 。s2EadEadE通过改变通过改变 的幅值和相的幅值和相位，也可实现调速，这就位，也可实现调速，这就是串级调速。是串级调速。改变电动机的电压时，改变电动机的电压时，机械特性为机械特性为3.改变定子电压调速 调压调速既非恒转矩调调压调速既非恒转矩调速，也非恒功率调速，它最速，也非恒功率调速，它最适用于转矩随转速降低而减适用于转矩随转速降低而减小的负载，如风机类负载，小的负载，如风机类负载，也可用于恒转矩负载，最不也可用于恒转矩负载，最不适用恒功率负载。适用恒功率负载。
