1、第一节第一节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 第二节第二节 高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机 第三节第三节 绕线式异步电动机的起动绕线式异步电动机的起动 第四节第四节 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 第八章第八章 异步电动机的各种运行方式分析异步电动机的各种运行方式分析第一节第一节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动0n 1s 11221212/skUUIZRRsXX异步电动机接电源起动瞬间异步电动机接电源起动瞬间 开路开路起动电流起动电流 (8.1)(8.1)变大变大分子变小分子
2、变小 一般异步电动机起动转矩倍数一般异步电动机起动转矩倍数 。鼠笼式。鼠笼式异步电动机直接起动时，起动电流很大，而异步电动机直接起动时，起动电流很大，而起动转矩并不起动转矩并不大大。这是为什么呢？。这是为什么呢？0.9 1.3TK 第一节第一节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 原因如下：起动瞬间，转速原因如下：起动瞬间，转速 ，转差率，转差率 ，电，电阻阻 ，使得转子回路功率因数很低，由于，使得转子回路功率因数很低，由于 故故 ,。0n 1s 210sRs 12ZZ1112EU112N ，起动转矩为起动转矩为1 22cossTTCI变小变小 异步电动机在起动时：要求起动电流尽可能小；
3、起动转异步电动机在起动时：要求起动电流尽可能小；起动转矩尽可能大。矩尽可能大。起动电流大的影响：一方面使电源电压在起动时下降，起动电流大的影响：一方面使电源电压在起动时下降，导致电动机起动转矩下降，影响其它用电设备；另一方面会导致电动机起动转矩下降，影响其它用电设备；另一方面会在线路和电机内部产生损耗而引起发热。在线路和电机内部产生损耗而引起发热。第一节第一节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动一三相异步电动机的直接起动一三相异步电动机的直接起动 适用于容量在适用于容量在7.5kW7.5kW以下的小容量电动机带轻载的情以下的小容量电动机带轻载的情况，起动时，将定子绕组直接接到电网上。况，
4、起动时，将定子绕组直接接到电网上。优点优点：不需要：不需要专用的起动设备，造价低。专用的起动设备，造价低。第一节第一节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动二三相异步电动机降压起动二三相异步电动机降压起动 常用的方法有三种：定子串电抗常用的方法有三种：定子串电抗(或电阻或电阻)降压起动，降压起动，Y-Y-起动和自耦变压器起动。起动和自耦变压器起动。为了减小三相异步电动机起动时对电网的冲击，要减小为了减小三相异步电动机起动时对电网的冲击，要减小起动电流。可采用降压起动的方法。起动电流。可采用降压起动的方法。第一节第一节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动1 1定子串电抗起动定子串电抗起
5、动 三相异步电动机定子边串入电抗三相异步电动机定子边串入电抗 X 起动时，等效电路如起动时，等效电路如图图8.1所示。所示。图图8.1 8.1 定子串电抗起动的等效电路定子串电抗起动的等效电路第一节第一节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动可以得出起动时的电压平衡方程式可以得出起动时的电压平衡方程式：直接起动直接起动NSkUI Z串联电抗起动串联电抗起动111NSkSkUIZjXUI Z 由于电动机的短路阻抗由于电动机的短路阻抗 中，中，故故 ，可以近似认为电抗性质。可以近似认为电抗性质。kkkZRjXkkRX，kkXZkZ第一节第一节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 设串电抗
6、时电动机定子电压与直接起动时电压比值为设串电抗时电动机定子电压与直接起动时电压比值为k，则则1112211kNkSSNSSNZUkUZXIUkIUTUkTU 可见，定子串联电抗起动，虽然降低了起动电流，但起可见，定子串联电抗起动，虽然降低了起动电流，但起动转矩损失得更多。因此，定子串联电抗起动，只适用于轻动转矩损失得更多。因此，定子串联电抗起动，只适用于轻载。载。第一节第一节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动(8.2)(8.2)2 2Y-Y-起动起动图图8.2 Y-起动接线图起动接线图 运行时定子绕组接成运行时定子绕组接成 形且三相绕组首尾六个端点全形且三相绕组首尾六个端点全部引出来的
7、三相异步电动机才能采用部引出来的三相异步电动机才能采用 Y-Y-起动。其接线图起动。其接线图如图如图8.28.2所示。所示。第一节第一节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动图图8.3 Y-起动电路原理图起动电路原理图(a)直接起动直接起动 (b)Y-起动起动第一节第一节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动3I/3NU由图由图8.38.3得：得：1313SNYNIUIIIU113SII所以所以111333SSIIII第一节第一节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动(8.3)(8.3)直接起动时起动转矩为直接起动时起动转矩为 ，Y-起动时起动转矩为起动时起动转矩为 ，则则ST1S
8、T21113SSNTUTU Y-起动时，起动电流降低为直接起动的起动时，起动电流降低为直接起动的 1/3，起动转，起动转矩也是直接起动的矩也是直接起动的1/3。与定子串电抗起动相比，。与定子串电抗起动相比，Y-起动起动的起动转矩是它的的起动转矩是它的3倍。倍。第一节第一节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动(8.4)(8.4)Y-起动方法简单，只需一个起动方法简单，只需一个Y-Y-起动器，价格低廉，起动器，价格低廉，在轻载起动条件下，适合采用。在轻载起动条件下，适合采用。3 3自耦变压器起动自耦变压器起动第一节第一节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动图图8.48.4 用自耦变压器
9、起动接线图用自耦变压器起动接线图图图8.5 自耦变压器起动等效电路自耦变压器起动等效电路第一节第一节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动121NUNUN 自耦变压器二次侧的起动电流为自耦变压器二次侧的起动电流为 ，与直接起动时的起，与直接起动时的起动电流动电流 之间关系为之间关系为2121SSNIUNIUN2SISI 而自耦变压器一次侧和二次侧的起动电流而自耦变压器一次侧和二次侧的起动电流 与与 之间之间关系为关系为1SI2SI1221SSININ 因此，降压起动与直接起动相比，电网提供的起动电流因此，降压起动与直接起动相比，电网提供的起动电流的关系为的关系为2121SSININ第一节第
10、一节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 (8.5)(8.5)自耦变压器降压起动时电机的起动转矩为自耦变压器降压起动时电机的起动转矩为 ，直接起动，直接起动时起动转矩为时起动转矩为 ，两者之间的关系为，两者之间的关系为1STST221121SSNTUNTUN 以上两式表明，采用自耦变压器降压起动时，与直接起以上两式表明，采用自耦变压器降压起动时，与直接起动相比较，电压降低到动相比较，电压降低到 倍，起动电流与起动转矩均降到倍，起动电流与起动转矩均降到 倍。倍。21NN221NN第一节第一节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动(8.6)(8.6)各种降压起动方法的特点及性能比较列于表
11、各种降压起动方法的特点及性能比较列于表 8.18.1中。中。表表 8.1 8.1 各种降压起动方法比较各种降压起动方法比较起动方法起动方法起动设备起动设备串电抗串电抗较贵较贵Y 起动起动 1/31/3价格低廉，仅限于定子价格低廉，仅限于定子 接的电机接的电机自耦变压自耦变压器器体积大，价格高体积大，价格高1NUU1SSII1SSTTkkZZXkkZZX2()kkZZX1/3 21NN221()NN221()NN第一节第一节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动例例 8.1 一台鼠笼式三相异步电动机，一台鼠笼式三相异步电动机，接，接，PN=50kW，UN=380V，IN=100A，n=145
12、5r/min，起动电流倍数，起动电流倍数 KI=6，起，起动转矩倍数动转矩倍数 KT=1.0，最大允许冲击电流为，最大允许冲击电流为 350A，负载要，负载要求起动转矩不小于求起动转矩不小于 150Nm，试计算在采用下列起动方法时，试计算在采用下列起动方法时的起动电流和起动转矩：的起动电流和起动转矩：(1)(1)直接起动；直接起动；(2)(2)定子串电抗器起动；定子串电抗器起动；(3)(3)采用采用 Y-Y-起动；起动；(4)(4)采用自耦变压器采用自耦变压器(抽头分别为抽头分别为64%64%，73%)73%)起动，并判起动，并判 断哪一种起动方法能满足要求。断哪一种起动方法能满足要求。第一节
13、第一节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动解解 额定转矩额定转矩 350 10328.22 n214556060NNPTN m(1)(1)直接起动直接起动 6 100600350SINIK IAA超出了线路能承受能力，不宜采用。超出了线路能承受能力，不宜采用。(2)(2)定子串电抗起动。设起动电流定子串电抗起动。设起动电流 Is=350A，则，则1N2S12S13500.583600T10.5830.34UUkTk第一节第一节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动S1T0.34 1 328.2111.68150N mN m(3)(3)用用 Y Y 起动起动S1116002003503
14、3INIK IAAS1111 328.2109.415033TNTK TN mN m 虽然起动电流满足要求，但起动转矩小于负载转矩。虽然起动电流满足要求，但起动转矩小于负载转矩。(4)(4)采用自耦变压器起动采用自耦变压器起动。采用采用 64%档档1N10.64UUk第一节第一节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动起动电流满足要求，起动转矩仍小于负载转矩。起动电流满足要求，起动转矩仍小于负载转矩。2S122S1210.64600245.763501T0.64328.2134.43150INTNIK IAAkK TN mN mk 采用采用 73%档档1N2S122S1210.7310.73
15、600319.743501T0.73328.2174.9150INTNUUkIK IAAkK TN mN mk第一节第一节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动第一节第一节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动起动电流、起动转矩均满足要求。起动电流、起动转矩均满足要求。因此只能采用自耦变压器因此只能采用自耦变压器(73%(73%档档)起动。起动。前面所介绍的几种鼠笼式异步电动机降压起动方法，前面所介绍的几种鼠笼式异步电动机降压起动方法，起动电流都得以减小，但同时又都不同程度地降低了起动起动电流都得以减小，但同时又都不同程度地降低了起动转矩，因此只适合空载或轻载起动。对于重载起动，则需转
16、矩，因此只适合空载或轻载起动。对于重载起动，则需要起动转矩较大的异步电动机。要起动转矩较大的异步电动机。第二节第二节 高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机一深槽式鼠笼异步电动机一深槽式鼠笼异步电动机图图8.6 深槽式异步电机转子导条中电流的集肤效应深槽式异步电机转子导条中电流的集肤效应漏磁通漏磁通少少漏电抗漏电抗小小漏磁通漏磁通多多漏电抗漏电抗大大越接近槽口电越接近槽口电流密度越大流密度越大 电动机起动时：转子电流频率高，集肤效应明显，流过电动机起动时：转子电流频率高，集肤效应明显，流过电流的导体有效截面减小了，转子电阻变大，获得了较大的电流的导体有效截面减小了，转
17、子电阻变大，获得了较大的起动转矩。起动转矩。随着电机转速的升高：转子电流频率逐渐降低，电流分随着电机转速的升高：转子电流频率逐渐降低，电流分布渐趋均匀，转子电阻自动减小。布渐趋均匀，转子电阻自动减小。第二节第二节 高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机 深槽式异步电动机，起动时转子电阻变大，运行时回归深槽式异步电动机，起动时转子电阻变大，运行时回归到正常值，既增加了电动机的起动转矩，又能在正常运行时到正常值，既增加了电动机的起动转矩，又能在正常运行时转差率不大。转差率不大。图图8.7 深槽式异步电动机机械特性深槽式异步电动机机械特性第二节第二节 高起动转矩的三相鼠笼式
18、异步电动机高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机 深槽式异步电动机转子槽漏抗较大，其功率因数和最深槽式异步电动机转子槽漏抗较大，其功率因数和最大转矩较普通鼠笼式异步电动机稍小。大转矩较普通鼠笼式异步电动机稍小。普通鼠笼式普通鼠笼式深槽式深槽式二双鼠笼异步电动机二双鼠笼异步电动机第二节第二节 高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机图图8.8 双鼠笼异步电动机双鼠笼异步电动机(a)转子双鼠笼与槽漏磁通转子双鼠笼与槽漏磁通起动笼，截面积小，黄铜起动笼，截面积小，黄铜或铝青铜制成，电阻大，或铝青铜制成，电阻大，主要流起动电流，提高起主要流起动电流，提高起动转矩。动转矩。运行笼，截面
19、积大，紫铜运行笼，截面积大，紫铜制成，电阻小，主要流运制成，电阻小，主要流运行电流。行电流。双鼠笼异步电动机的机械特性由起动笼和运行笼的双鼠笼异步电动机的机械特性由起动笼和运行笼的机械特性的叠加而成，如图机械特性的叠加而成，如图 8.8(b)8.8(b)所示。所示。第二节第二节 高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机图图8.8 8.8 双鼠笼异步电动机双鼠笼异步电动机(b)(b)机械特性机械特性起动笼起动笼运行笼运行笼起动笼起动笼+运行笼运行笼 双鼠笼异步电动机具有较大的起动转矩，一般可带额双鼠笼异步电动机具有较大的起动转矩，一般可带额定负载起动，同时在额定负载下运行
20、转差率也较小，性能定负载起动，同时在额定负载下运行转差率也较小，性能较好。还可以通过调整外笼和内笼的参数，灵活地得到不较好。还可以通过调整外笼和内笼的参数，灵活地得到不同形状的机械特性，以满足不同的负载要求。同形状的机械特性，以满足不同的负载要求。第二节第二节 高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机高起动转矩的三相鼠笼式异步电动机第三节第三节 绕线式异步电动机的起动绕线式异步电动机的起动 大中型电动机带较重负载起动，起动电流对电网的冲击较大中型电动机带较重负载起动，起动电流对电网的冲击较大；同时，要求电机提供较大的起动转矩，绕线式异步电动机大；同时，要求电机提供较大的起动转矩，绕线式异步电动机就显示
21、出明显的优势。只要转子回路串入合适的电阻，既可减就显示出明显的优势。只要转子回路串入合适的电阻，既可减少起动电流又可增加起动转矩。绕线式异步电动机转子串电阻少起动电流又可增加起动转矩。绕线式异步电动机转子串电阻时的机械特性如图时的机械特性如图 8.9 8.9 所示。所示。21ssRR2R21sRR22sRR1sT2sT3sT0n1nT不串电阻不串电阻 串入电阻串入电阻 RS1 串入电阻串入电阻RS2 图图8.9 绕线式异步电动机的机械特性绕线式异步电动机的机械特性 第三节第三节 绕线式异步电动机的起动绕线式异步电动机的起动电磁转矩的实用表达式电磁转矩的实用表达式m2mmTssTss 串入不同的
22、电阻进行分级起动时，每条机械特性都工作串入不同的电阻进行分级起动时，每条机械特性都工作在在 0s0，且，且有有 ，大于同步转速，电磁转矩，大于同步转速，电磁转矩 T0，转速，转速 n0，称为反向回馈制动运行。，称为反向回馈制动运行。若电源相序相反的同时，转子回路串入电阻，电动机运若电源相序相反的同时，转子回路串入电阻，电动机运行于第行于第 象限的象限的 C 点，处于反向回馈制动运行，如图点，处于反向回馈制动运行，如图8.16所所示。示。第四节第四节 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动图图8.16 三相异步电动机反向回馈制动运行三相异步电动机反向回馈制动运行固有机械特性固有机械特性电源反接
23、的机械特性电源反接的机械特性电源反接，转子回路串电源反接，转子回路串电阻的机械特性电阻的机械特性第四节第四节 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动第四节第四节 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动例例8.28.2 某绕线式三相异步电动机，某绕线式三相异步电动机，kW，r/min，V V，转子绕组，转子绕组 Y Y 接接 ，最大转矩倍数，最大转矩倍数 。如果拖动额定负载运行时，采用反接制动，要求制动。如果拖动额定负载运行时，采用反接制动，要求制动开始时最大制动转矩为开始时最大制动转矩为 ，计算转子每相串入的制动电阻，计算转子每相串入的制动电阻大小。大小。15NP 975Nn 2175NE
24、250NI2.51.5NT解解额定转差率额定转差率1110009750.0251000NNnnsn第四节第四节 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动转子每相电阻转子每相电阻222175 0.0250.050533 50NNNEsRI制动瞬间的转差率制动瞬间的转差率1110009751.9751000Nnnsn过制动开始点过制动开始点(s=1.975(s=1.975，)的反接制动机械特的反接制动机械特性的临界转差率为性的临界转差率为1.5NTT222.52.511.975()15.931.51.5NNmTTssTT 第四节第四节 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动固有机械特性的固有机械
25、特性的 为为ms2210.0252.52.510.12mNss由式由式222112mRsRXX 可知可知2msR第四节第四节 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动所以所以22mSmsRRsR转子串入反接制动电阻为转子串入反接制动电阻为25.93110.05052.4450.12mSmsRRs第四节第四节 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动例例8.3 8.3 某三相异步电动机拖动起重机，某三相异步电动机拖动起重机，kWkW，V V，Y Y 接，接，r/minr/min，转子，转子 V,V,，Y Y接。接。升降某重物升降某重物 ，忽略，忽略 ，计算：，计算：30NP 380NU1455N
26、n 2.52200NE280NI0.8LNTT0T(1)(1)电动机转速；电动机转速；(2)(2)转子回路串入电阻转子回路串入电阻 时转子转速；时转子转速；10.5SR(3)(3)转速为转速为 -500r/min-500r/min 时转子回路每相串入的电阻值。时转子回路每相串入的电阻值。第四节第四节 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动解解(1)(1)电动机转速电动机转速额定转差率额定转差率111500 14550.031500NNnnsn临界转差率临界转差率2210.032.52.510.1437mNss根据机械特性的实用公式根据机械特性的实用公式第四节第四节 三相异步电动机的制动三相异
27、步电动机的制动2NmmTTssss2 2.50.80.14370.1437NNTTss求解可得：求解可得：10.0485s 20.85s (不合理不合理，舍去舍去)111500 1 0.04851427.3nnsr/min r/min 第四节第四节 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动(2)(2)转子每相电阻转子每相电阻2220.03 2000.043333 80NNNs ERI根据式（根据式（8.118.11）可得）可得1212SSsRRsR21120.04330.50.04850.60850.0433SSRRssR11111500 1 0.6085587.2SSnnsr/minr/mi
28、n第四节第四节 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动(3)(3)转差率转差率122115005001.3331500SSnnsn 转子每相串入电阻值为转子每相串入电阻值为 ，则，则2SR2222SSsRRsR2221.333110.04331.1470.0485SSsRRs第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速根据异步电动机的转速公式根据异步电动机的转速公式116011fnnssp 异步电动机的转速取决于极对数、通电频率和转差率。异步电动机的转速取决于极对数、通电频率和转差率。相对应的调速方式就有三种：相对应的调速方式就有三种：(1)(1)变极调速；变极调速；(2)(2)变
29、频调速；变频调速；(3)(3)改变转差率改变转差率 s s 调速。调速。一变极调速一变极调速1 1变极原理变极原理 图图8.17(a)是一个四极电机的是一个四极电机的 A 相绕组示意图，在图示的相绕组示意图，在图示的电流方向下，它产生的磁动势的极数。电流方向下，它产生的磁动势的极数。异步电动机旋转磁场的同步转速异步电动机旋转磁场的同步转速 与电机极对数与电机极对数成反比成反比。通过改变绕组的联接方式而得到不同极对数的磁动势，就可通过改变绕组的联接方式而得到不同极对数的磁动势，就可以改变同步转速以改变同步转速 ，以实现变极调速。，以实现变极调速。1n1n第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步
30、电动机的调速图图8.17 变极原理图变极原理图24p（a）第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速22p (b)图图8.17 变极原理图变极原理图第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 如果定子绕组按图如果定子绕组按图8.17(b)改接，即改接，即 与与 联接作为首联接作为首端端 ，与与 相联接，作为尾端相联接，作为尾端 X，则它产生的磁动势极，则它产生的磁动势极数数 ，这样就实现了绕组变极。，这样就实现了绕组变极。1a2xA1x2a22p 可以看出，把每相绕组中一半线圈的电流改变方向，可以看出，把每相绕组中一半线圈的电流改变方向，即即半相绕组反向半相绕组反向，电
31、动机的极对数便成倍变化。因此，同，电动机的极对数便成倍变化。因此，同步转速步转速 也成倍变化，电动机运行的转速也接近成倍改也成倍变化，电动机运行的转速也接近成倍改变。变。1n第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速2.2.Y-YY（双（双Y）变极接法）变极接法 Y-YY 接法如图接法如图8.18所示。所示。Y 接法时，每相中的两个半相接法时，每相中的两个半相绕组正向串联，极对数为绕组正向串联，极对数为 ，同步转速为，同步转速为 。YY 接法时，接法时，每相中的两个半相绕组反向并联，极对数为每相中的两个半相绕组反向并联，极对数为 ，同步转速，同步转速为为 。p1n/2p12n第五节
32、第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速图图8.18 Y/YY 变极接法变极接法(a)Y 接接 (b)YY 接接第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 在分析时，假定每半相绕组的参数都相等。在分析时，假定每半相绕组的参数都相等。Y Y 接法时，接法时，每相绕组参数为每相绕组参数为 、及及 ；YY YY 接法时，每相绕组为接法时，每相绕组为两个半相绕组并联，参数为两个半相绕组并联，参数为 、及及 。则电动机临。则电动机临界转差率和最大转矩为：界转差率和最大转矩为：1R2R1X2X14R24R14X24XY 接时接时222112mYRsRXX21122111124mYm p
33、UTfRRXX第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速YY 接时接时222112444mYYmYRssRXX2112211121224444mYYmYpmUTTRRXXf 第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速起动转矩：起动转矩：Y 接时接时211222112122SYm pU RTfRRXXYY 接时接时22112212121242244SYYSYRpmUTTRRXXf第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 根据以上结果，可以得到根据以上结果，可以得到 Y-YY 变极调速时异步电动机变极调速时异步电动机的机械特性，如图的机械特性，如图8.19所示
34、。若拖动恒转矩负载所示。若拖动恒转矩负载 运行时，运行时，从从 Y 向向 YY 变极调速，转速几乎增加了一倍。变极调速，转速几乎增加了一倍。LT图图8.19 Y-YY 变极调速的机械特性变极调速的机械特性12n1nnSYTmYTSYYTmYYTT0LT第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速Y接法YY接法3.-YY(双双 Y)接法接法 -YY-YY 接法如图接法如图8.208.20所示。所示。接法时，每相中的两接法时，每相中的两个半相绕组正向串联，极对数为个半相绕组正向串联，极对数为 ，同步转速为，同步转速为 。YY YY 接法时，每相中的两个半相绕组反向并联，极对数为接法时，每
35、相中的两个半相绕组反向并联，极对数为 ，同步转速为同步转速为 。p1n2p12n图图8.20 /YY 变极接法变极接法(a)接接 (b)YY 接接第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速电动机临界转差率和最大转矩为：电动机临界转差率和最大转矩为：接时接时222112mRsRXX21122111124mm pUTfRRXXYY 接时接时222112444mYYmRssRXX第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速211221112122334444mYYmUpmTTRRXXf 起动转矩：起动转矩：接时接时211222112122Sm pU RTfRRXXYY 接时接时
36、2121221212122433244SYYSURpmTTRRXXf第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 -YY 变极调速时的机械特性如图变极调速时的机械特性如图8.21所示。若拖动恒转所示。若拖动恒转矩负载运行，矩负载运行，-YY 变极调速使转速基本上相差一倍。变极调速使转速基本上相差一倍。图图8.21 -YY 变极调速机械特性变极调速机械特性 n1n12n0TLTSYYTSTmTmYYTYY接法接法第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 变极调速法设备简单，运行可靠，机械特性较硬。缺点变极调速法设备简单，运行可靠，机械特性较硬。缺点是转速只能成倍变化，属于
37、有级调速。是转速只能成倍变化，属于有级调速。第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速二变频调速二变频调速 变三相异步电动机的电源频率变三相异步电动机的电源频率 ，就可以改变旋转磁场，就可以改变旋转磁场的同步转速，达到调速的目的。的同步转速，达到调速的目的。额定频率称为基频，变频可以从基频向上调节，也可以额定频率称为基频，变频可以从基频向上调节，也可以从基频向下调节。从基频向下调节。1f1.1.从基频向下变频调速从基频向下变频调速三相异步电动机每相电压三相异步电动机每相电压1111114.44NUEf N k 如果保持电源电压为
38、额定值，随着电源频率如果保持电源电压为额定值，随着电源频率 的降低，的降低，气隙每极磁通气隙每极磁通 就会增加，导致磁路过饱和，励磁电流急就会增加，导致磁路过饱和，励磁电流急剧增加，这是不允许的。因此，降低电源频率时，必须同剧增加，这是不允许的。因此，降低电源频率时，必须同时降低电源电压。降低电源电压时降低电源电压。降低电源电压 ，有两种方法。，有两种方法。1f11U第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速（1）.保持保持 常数常数11Ef 降低频率降低频率 的同时，降低的同时，降低 ，并保持，并保持 常数，则常数，则1f1E11Ef1 变频调速过程中，电动机的电磁转矩变频调速过
39、程中，电动机的电磁转矩 222121222111222211121222226012MRmIPm pERsTnfsRXsm pfEfs XRsR第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速常数。常数。(8.12)(8.12)上式是保持上式是保持 为常数条件下的变频调速机械特性。下为常数条件下的变频调速机械特性。下面分析临界转差率面分析临界转差率 及最大电磁转矩及最大电磁转矩 。1msmT最大转矩时，最大转矩时，可求出对应的转差率，可求出对应的转差率 为为 0dTdsms22mRsX把式把式 8.138.13代入式代入式 8.128.12，得出最大电磁转矩为，得出最大电磁转矩为2111
40、2142mm pETfL常数 式中，式中，为转子静止时转子一相绕组漏电感系数折合为转子静止时转子一相绕组漏电感系数折合值，值，。2L2122Xf L第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 (8.13)(8.13)(8.14)(8.14)最大转矩处的转速相对于同步转速的转速差为最大转矩处的转速相对于同步转速的转速差为21230mmRns npL常数 从以上两式可以看出，当改变频率从以上两式可以看出，当改变频率 时，若保持时，若保持 为常为常数，最大转矩数，最大转矩 为常数，与频率无关，并且最大转矩对应的为常数，与频率无关，并且最大转矩对应的转速降落相等，即不同频率下的各条机械特性
41、是平行的。转速降落相等，即不同频率下的各条机械特性是平行的。1f11EfmT第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速(8.15)(8.15)第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 保持恒磁通变频调速的机械特性如图保持恒磁通变频调速的机械特性如图 8.22 8.22 所示。这种调所示。这种调速方法与他励直流电动机降低电源电压调速相似，机械特性较速方法与他励直流电动机降低电源电压调速相似，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。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，因此变频调速属于无级调速，由于频率可以连续调节
42、，因此变频调速属于无级调速，平滑性好。平滑性好。图图8.22 8.22 常数时的变频调速机械特性常数时的变频调速机械特性11Ef恒磁通变频调速属恒磁通变频调速属于恒转矩调速方式于恒转矩调速方式 第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速（2）.保持保持 常数常数11Uf 当降低电源频率当降低电源频率 时，同时降低时，同时降低 ，并保持，并保持 常数，常数，则气隙每极磁通则气隙每极磁通 基本为常数。电动机的电磁转矩为基本为常数。电动机的电磁转矩为1f1U11Uf12211122121122Rfm p UsTfRRXXs最大转矩最大转矩 为为mT211122111124mm p UfT
43、fRRXX第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速(8.16)(8.16)(8.17)(8.17)由上式可以看出，当由上式可以看出，当 减小时，最大转矩减小时，最大转矩 不等于常不等于常数。由于数。由于 与与 成正比，因此，当在额定频率附近成正比，因此，当在额定频率附近时，时，随着，随着 的减小，的减小，基本不变。但是，当基本不变。但是，当 较低时，较低时，比较小，比较小，相对变大了。这样，随着相对变大了。这样，随着 的的降低，降低，就减小了。就减小了。1fmT12XX1f112RXX1fmT1f12XX1R1fmT 保持保持 常数，降低频率调速时的机械特性如图常数，降低频率调速
44、时的机械特性如图8.238.23所示。其中虚线部分是恒磁通调速的机械特性，以示所示。其中虚线部分是恒磁通调速的机械特性，以示比较。比较。11Uf 第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速保持保持 常数常数降低频率调速近似降低频率调速近似为恒转矩调速方式为恒转矩调速方式 显然保持显然保持 常数时的机械特性不如保持常数时的机械特性不如保持 常常数时的机械特性，特别在低频低速时。数时的机械特性，特别在低频低速时。11Uf 11Ef 11Uf 图图8.23 8.23 保持保持 常数的变频调速机械特性常数的变频调速机械特性11Uf 第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速2.
45、2.从基频向上变频调速从基频向上变频调速 考虑到电机的绝缘强度和耐压，升高电源电压是不允许考虑到电机的绝缘强度和耐压，升高电源电压是不允许的，因此升高频率向上调速时，只能保持电压为的，因此升高频率向上调速时，只能保持电压为 不变，不变，频率越高，磁通频率越高，磁通 越低，是一种降低磁通升速的方法。越低，是一种降低磁通升速的方法。NU1此时，电动机的电磁转矩为此时，电动机的电磁转矩为221122211122Rm pUsTRfRXXs第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 (8.18)(8.18)由于由于 较高，较高，比比 、及及 都小很多，可得都小很多，可得 1f1R1X2X2R
46、s2212112112mRRsXXfLLf2112112114mm pUTfXXf 因此，频率越高时，因此，频率越高时，越小，越小，也减小，最大转矩处也减小，最大转矩处的转速相对于同步转速的转速差为的转速相对于同步转速的转速差为mTms211112602mmRfns nfLLp常数常数 第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 (8.19)(8.19)(8.20)(8.20)升高电源频率的机械特性如图升高电源频率的机械特性如图8.248.24所示，其运行段近似所示，其运行段近似平行。平行。升高频率保持升高频率保持 不变不变时，近似为恒功率调速时，近似为恒功率调速方式。方式。NU图
47、图8.24 8.24 保持保持 不变升频调速的机械特性不变升频调速的机械特性NU第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速三转子回路串电阻调速三转子回路串电阻调速该种调速方式仅适合绕线式异步电动机该种调速方式仅适合绕线式异步电动机图图8.25 8.25 绕线式异步电动机转子串电阻调速绕线式异步电动机转子串电阻调速0n1nNTmT2R21SRR22SRR23SRR()NA S()NB S()NC S()ND ST第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速转子回路不串电阻、带额定负载时，有转子回路不串电阻、带额定负载时，有 222222()NNEIRXs当转子回路串电阻当转
48、子回路串电阻 时，有时，有SR222222()SEIRRXs保持电机转子电流为额定值，保持电机转子电流为额定值，则有，则有22NII22SNRRRss第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 (8.21)(8.21)转子串电阻前后功率因数为转子串电阻前后功率因数为222222222222coscos()()SNNSNRRRssRRRXXss电磁转矩为电磁转矩为1 22cosTTCI 因此，在串电阻前后电磁转矩相等，这种调速方式属于因此，在串电阻前后电磁转矩相等，这种调速方式属于恒转矩调速。恒转矩调速。第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速图图8.258.25中，当
49、负载转矩中，当负载转矩 时，根据式时，根据式则有则有LNTT22SNRRRss2122212SSNRRRRRsss 式中式中 、分别是转子串入不同的电阻分别是转子串入不同的电阻 、后的转差率。后的转差率。1s2s1SR2SR 这种调速方法的调速范围不大，一般为这种调速方法的调速范围不大，一般为3:13:1。调速的平。调速的平滑性不够好，属于有级调速。滑性不够好，属于有级调速。第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 三相异步电动机的电磁功率三相异步电动机的电磁功率 、机械功率、机械功率 和转子回和转子回路铜损耗路铜损耗 ，三者之间的关系为，三者之间的关系为MPmP2Cup2:1:
50、1:MmCuPPpss 采用串电阻调速时，要扩大调速范围，必须增大转差采用串电阻调速时，要扩大调速范围，必须增大转差率率 S。这将使转子回路铜损耗增大，降低了电机的效率。这将使转子回路铜损耗增大，降低了电机的效率。这种调速方式简单、可靠、价格便宜，其缺点是效率低。这种调速方式简单、可靠、价格便宜，其缺点是效率低。第五节第五节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速四降低定子端电压调速四降低定子端电压调速 这种调速方式也属于改变转差率调速。三相异步电动这种调速方式也属于改变转差率调速。三相异步电动机在降低定子端电压时，同步转速机在降低定子端电压时，同步转速 不变，不变，不变，不变，拖动恒转矩负
