异步电机工作原理.pptx

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1、1.1.了解三相交流异步电动机的基本构造和转动了解三相交流异步电动机的基本构造和转动了解三相交流异步电动机的基本构造和转动了解三相交流异步电动机的基本构造和转动 原理。原理。原理。原理。本章要求：本章要求：2.2.理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握 起动和反转的基本方法及调速和制动的方法。起动和反转的基本方法及调速和制动的方法。3.3.理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。第第7章章 交流电动机交流电动机第1页/共114页电动机的分类：电动机的分类：鼠笼式异步交流电动机授课内容：基本结构、工作原理、基本结构、工作原

2、理、机械特性、控制方法机械特性、控制方法 电动机电动机交流电动机交流电动机直流电动机直流电动机三相电动机三相电动机单相电动机单相电动机同步电动机同步电动机异步电动机异步电动机他励、并励电动机他励、并励电动机串励、复励电动机串励、复励电动机第第7章章 交流电动机交流电动机第2页/共114页1.定子7.1 三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造铁心：由内周有槽铁心：由内周有槽铁心：由内周有槽铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。的硅钢片叠成。的硅钢片叠成。的硅钢片叠成。A-XA-XB-Y B-Y C-ZC-Z三相绕组三相绕组机座：铸钢或铸铁第3页/共114页 转子转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或

3、电在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。流。2.转子鼠笼转子铁心：铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。由外周有槽的硅钢片叠成。(1)鼠笼式转子鼠笼式转子 铁芯槽内放铜条，端铁芯槽内放铜条，端 部用短路环形成一体。部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。或铸铝形成转子绕组。(2)绕线式转子绕线式转子 同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。鼠笼式鼠笼式鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式绕线式绕线式第4页/共114页第5页/共114页鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较鼠笼式电动机与绕线

4、式电动机的的比较：鼠笼式：鼠笼式：结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。绕线式：绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。第6页/共114页7.2 三相异步电动机的转动原三相异步电动机的转动原理理第7页/共114页7.2.1 7.2.1 旋转磁场旋转磁场 定子三相绕组通入三定子三相绕组通入三相交流电相交流电(星形联接星形联接)AXBYCZ1 1.旋转磁场的产生旋转磁场的产生o第8页/共114页o规定 i:“+”首端流入，尾端流出。i:“”尾端流入，首端流出。AYCBZX()电流出()电流入第9页/共114页 tAXYCBZAXYCB

5、ZAXYCBZ 三相电流合成磁三相电流合成磁场场 的分布情况的分布情况合成磁场方向向下合成磁场方向向下合成磁场旋转合成磁场旋转6060 合成磁场旋转合成磁场旋转9090600动画o第10页/共114页AAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过360360取决于三相电流的相序取决于三相电流的相序2.旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向结论：结论：任意调换两根任意调换两根电源进线，则旋转电源进线，则旋转磁场反转。磁场反转。动画任意调换两根电源进线(电路如图)AX

6、CZBY0 to第11页/共114页3 3.旋转磁场的极对数旋转磁场的极对数P P 当三相定子绕组按当三相定子绕组按当三相定子绕组按当三相定子绕组按图示排列时，产生一对图示排列时，产生一对图示排列时，产生一对图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，磁极的旋转磁场，磁极的旋转磁场，磁极的旋转磁场，即：即：o tAXBYCZAXYCBZ第12页/共114页 若定子每相绕组由两个线圈串联若定子每相绕组由两个线圈串联若定子每相绕组由两个线圈串联若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端，绕组的始端，绕组的始端，绕组的始端之间互差之间互差之间互差之间互差6060，将形成，将形成，将形成，将形成两对磁极的旋转

7、磁场。两对磁极的旋转磁场。两对磁极的旋转磁场。两对磁极的旋转磁场。CYABCXYZAXBZAXBYC第13页/共114页极对数极对数动画旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关CYABCXYZAXBZ0第14页/共114页4 4.旋转磁场的转速旋转磁场的转速工频：旋转磁场的转速取决于磁场的极对数旋转磁场的转速取决于磁场的极对数旋转磁场的转速取决于磁场的极对数旋转磁场的转速取决于磁场的极对数p=1时0 toAXYCBZAXYCBZAXYCBZ第15页/共114页p=2时时0第16页/共114页旋转磁场转速旋转磁场转速旋转磁场转速旋转磁场转速n n0 0与极对数与极对数与极对数与极对数 p p 的关

8、系的关系的关系的关系极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。可见可见:第17页/共114页7.2.2 电动机的转动原理1.1.转动原理转动原理AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电方向方向:顺时针顺时针 切割转子导体切割转子导体右手定则右手定则感应电动势感应电动势 E E2020旋转磁场旋转磁场感应电流感应电流 I I2 2旋转磁场旋转磁场左手定则左手定则电磁力电磁力F FF电磁转矩电磁转矩T TnF第18页/共114页 7.2.3 转差率 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差

9、与旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为旋转磁场的同步转速之比称为旋转磁场的同步转速之比称为旋转磁场的同步转速之比称为转差率。转差率。转差率。转差率。由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速旋转的方向一致，但转子转速旋转的方向一致，但转子转速旋转的方向一致，但转子转速 n n 不可能达到与旋转不可能达到与旋转不可能达到与旋转不可能达到与旋转磁场

10、的转速相等，即磁场的转速相等，即磁场的转速相等，即磁场的转速相等，即异步电动机异步电动机如果如果:无转子电动势和转子电流无转子电动势和转子电流无转子电动势和转子电流无转子电动势和转子电流 转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切 割转子导条割转子导条割转子导条割转子导条无转矩无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。第19页/共114页异步电动机运行中异步电动机运行中:转子转速亦可由转差率求得转差率转差率s 例1 1：一台三相异步电

11、动机，其额定转速 n=975 r/min，电源频率 f1 1=50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1000 r/min,即即p p=3=3额定转差率为额定转差率为第20页/共114页7.3 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析 三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。1)变压器原、副绕组是与同一主磁通 相交链，异步电动机中定子和转子绕组与同一旋转磁通 相交链。因此异步电动机中定子和转子绕组相当于变压器的原、副绕组。2）变压器：变化 e U1 E1=4.44 f N1 异

12、步机：旋转 e U1 E1=4.44 f N1 3）变压器：I2 增大 I1增大，以保持 基本不变，以达到传递能量的目的。第21页/共114页7.3 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析异步机：当负载增加时，转子电流I2 增大 I1增大，以保持 基本不变，以达到传递能量的目的。三相异步电动机与变压器的不同之处。三相异步电动机与变压器的不同之处。1 1）变压器是静止的。而）变压器是静止的。而异步机是旋转的。2 2）变压器的磁路是无气隙的。而）变压器的磁路是无气隙的。而异步机中的定子和转子之间是有不大的气隙。3 3）变压器中原、副绕组的感应电动势是同频率的。）变压器中原、副绕组的感应电

13、动势是同频率的。而而异步机中转子感应电动势的频率是随转子转速改变的。第22页/共114页7.3.1 定子电路1 1.旋转磁场的磁通旋转磁场的磁通 异步电动机：旋转磁场切割导体 e，U1 E1=4.44 f 1N1 每极磁通旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0，所以2 2.定子感应电势的频率定子感应电势的频率 f f1感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关f 1=电源频率 f异步电动机每相电路异步电动机每相电路i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f2第23页/共114页7.3.2 转子电路1.1.转子感应电势频率转子感应电势频率 f f 2 2 定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子

14、导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化 定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率 f 2 转子感应电势频率转子感应电势频率 f f 2 2旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同第24页/共114页2.2.转子感应电动势转子感应电动势E E 2 2E2=4.44 f 2N2 =4.44s f 1N2 当转速当转速 n n=0(=0(s s=1)=1)时，时，f f 2 2最高，且最高，且 E E2 2 最大，有最大，有E20=4.44 f 1N2 转子静止时转子静止时的感应电势的感应电势即E2=s E20 转子转动时转子转动时的感应电势的感应电势3.3.转子感抗转子感抗X X 2

15、2当转速当转速 n n=0(=0(s s=1)=1)时，时，f f 2 2最高，且最高，且 X X2 2 最大，有最大，有X20=2 f1L 2即X2=sX20 第25页/共114页4.4.转子电流转子电流 I I2 25.5.转子电路的功率因数转子电路的功率因数 coscos 2 2转子绕组的感应电流转子绕组的感应电流第26页/共114页转子绕组的感应电流转子绕组的感应电流转子电路的功率因数转子电路的功率因数 结论：转子转动时，转 子电路中的各量均与转 差率 s有关，即与转速 n有关。I2cos 2s1I2,O第27页/共114页7.4 三相异步电动机转矩与机械特性三相异步电动机转矩与机械特

16、性7.4.1 7.4.1 转矩公式转矩公式 转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电受到电受到电受到电磁力所形成的转矩之总和。磁力所形成的转矩之总和。磁力所形成的转矩之总和。磁力所形成的转矩之总和。常数，与电机结构有关旋转磁场每极磁通转子电流转子电路的功率因数第28页/共114页由此得电磁转矩公式由此得电磁转矩公式由此得电磁转矩公式由此得电磁转矩公式由前面分析知：第29页/共114页由公式可知由公式可知电磁转矩公式电磁转矩公式电磁转矩公式电磁转矩公式1.1.T T 与定子每相绕组电压与定子每

17、相绕组电压 成正比。成正比。U U 1 1 T T 2.2.当电源电压当电源电压 U U1 1 一定时，一定时，T T 是是 s s 的函数。的函数。3.3.R R2 2 的大小对的大小对 T T 有影响。绕线式异步电动机可外有影响。绕线式异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻接电阻来改变转子电阻R R2 2 ，从而改变转距。，从而改变转距。第30页/共114页7.4.2 7.4.2 机械特性曲线机械特性曲线OTS根据转矩公式得特性曲线：OT动画1动画第31页/共114页电动机在额定负载时的转矩。电动机在额定负载时的转矩。电动机在额定负载时的转矩。电动机在额定负载时的转矩。1 1.额定转矩额定转

18、矩额定转矩额定转矩TN N三个重要转矩三个重要转矩OT额定转矩额定转矩(N m)如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型)的额定功率为7.5kw,额定转速为1440r/min,则额定转矩为第32页/共114页2 2.最大转矩最大转矩 T Tmaxmax 转子轴上机械负载转矩转子轴上机械负载转矩转子轴上机械负载转矩转子轴上机械负载转矩T T2 2 不能大于不能大于不能大于不能大于T Tmaxmax ，否则将，否则将，否则将，否则将造成堵转造成堵转造成堵转造成堵转(停车停车停车停车)。电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。令：求得临界转差率OT TTmax将sm代入转矩公式，可得第33页

19、/共114页当当 U U1 1 一定时，一定时，T Tmaxmax为定值为定值过载系数过载系数过载系数过载系数(能力能力能力能力)一般三相异步电动机的过载系数为一般三相异步电动机的过载系数为工作时必须使工作时必须使工作时必须使工作时必须使T T2 2 T T2 2电机能电机能起动，否则不能起动。起动，否则不能起动。OTT Tstst起动能力第35页/共114页4.4.UU1 1 和和 R R2 2变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响(1(1)UU1 1 变化对机械特性的影响变化对机械特性的影响U Tm Tst T2TO第36页/共114页(2(2)R R2 2 变化对机械特性的影响变化对机

20、械特性的影响TOR2 Tst n 硬特性：硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。起动特性好。第37页/共114页7.5 电力拖动的基础电力拖动的基础 电力拖动是指用各种电动机作为原动机拖动电力拖动是指用各种电动机作为原动机拖动生产机械运转的拖动方式。生产机械运转的拖动方式。电源电源电动机电动机控制设备控制设备传动机构传动机构工作机构工作机构7.5.1 7.5.1 电力拖动系统的稳定运行分析电力拖动系统的稳定运行分析根据动力学理论，旋转运动系统中，

21、用转矩表示根据动力学理论，旋转运动系统中，用转矩表示的运动方程为：的运动方程为：第38页/共114页7.5.1 7.5.1 电力拖动系统的稳定运行分析电力拖动系统的稳定运行分析或或根据上式可分析电动机的工作状态如下：根据上式可分析电动机的工作状态如下：当当n=0n=0，或，或n=constn=const系统处于系统处于某一稳定状态某一稳定状态当当系统处于加速状态系统处于加速状态当当系统处于减速状态系统处于减速状态由上可知，系统在稳定运行时，一旦受到外界的干扰由上可知，系统在稳定运行时，一旦受到外界的干扰第39页/共114页电力系统能否稳定运行，决定于电动机的电力系统能否稳定运行，决定于电动机的

22、n=f(T)n=f(T)和和生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性n=f(Tn=f(TL L)的配合。的配合。生产机械的负载类型：1.恒转矩负载：即负载转矩TL的大小不随n变化。（1）反抗性恒转矩负载平衡被打破，转速将发生变化。平衡被打破，转速将发生变化。特点：负载转矩的大小不变，但负载转矩的方向始终与生产机械运动的方向相反TnTLTLn-n-TL第40页/共114页TnTLTLnGTL-nG 2.恒功率负载：方向特点属于反抗性负载，大小特点当n变化时，负载从电动机吸收的功率恒定。即常数 TnTLn如：机床切削加工（2）位能性恒转矩负载负载转矩的大小和方向始终不变如：提升重物时，负载转矩

23、为阻转矩。如：下放重物时，负载转矩为驱动转矩。第41页/共114页电动机的稳定运行的条件电动机的稳定运行的条件TLTLTO2 2）在交点上要满足）在交点上要满足1 1）n=f(T)n=f(T)与与n=f(Tn=f(TL L)有交点有交点如拖动恒定负载，在直线段运行如拖动恒定负载，在直线段运行TL sTL TT=TLn T 达到新的平衡若在曲线段运行若在曲线段运行不能稳定运行第42页/共114页电动机的稳定运行的条件电动机的稳定运行的条件TOHP通常称HP段为稳定运行段通常称HQ段为不稳定运行段Q 电力拖动的稳定运行的条件，不论对交流电动电力拖动的稳定运行的条件，不论对交流电动机还是直流电动机都

24、是适用的，因而具有普遍意义。机还是直流电动机都是适用的，因而具有普遍意义。第43页/共114页7.6 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动7.6.1 起动性能 起动起动起动起动问题：问题：起动电流大，起动转矩小起动电流大，起动转矩小起动电流大，起动转矩小起动电流大，起动转矩小。一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍倍;电动机的起动电动机的起动转矩为额定转矩的转矩为额定转矩的转矩为额定转矩的转矩为额定转矩的(1.02.2)(1.02.2)倍。倍。倍。倍。大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作频繁起动

25、时造成热量积累，使电机过热频繁起动时造成热量积累，使电机过热频繁起动时造成热量积累，使电机过热频繁起动时造成热量积累，使电机过热后果：后果：后果：后果：原因：原因：起动：起动：n n=0 0，s=1,=1,接通电源。接通电源。起动时起动时起动时起动时 ，n n=0 0，转子导体切割磁力线速度很大，转子导体切割磁力线速度很大，转子导体切割磁力线速度很大，转子导体切割磁力线速度很大，转子感应电势转子感应电势转子感应电势转子感应电势转子电流转子电流转子电流转子电流定子电流定子电流 第44页/共114页7.6.2 起动方法(1)(1)直接起动直接起动直接起动直接起动 二、三十千瓦以下的异步电动机一般都

26、采用二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。直接起动。(2)(2)降压起动：降压起动：降压起动：降压起动：星形-三角形(Y )换接起动自耦降压起动自耦降压起动（适用于鼠笼式电动机）（适用于鼠笼式电动机）(3)转子串电阻起动转子串电阻起动（适用于绕线式电动机）（适用于绕线式电动机）以下介绍降压起动和转子串电阻起动。以下介绍降压起动和转子串电阻起动。第45页/共114页设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为1.1.降压起动降压起动(1)Y(1)Y 换接起动换接起动 降压起动时的电流降压起动时的电流为直接起动时的为直接起动时的+起动起动U1U2V1V1W1W

27、2+正常正常运行运行U1U2V1V2W1W2第46页/共114页Y Y 起动器接线简图起动器接线简图L1L3L2FUS SU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1 动触点Y动触点静触点第47页/共114页Y Y 起动器接线简图起动器接线简图Y Y起动起动L1L3L2FUS SU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1 起动起动UPU1+Ul+U2V1V2W1W2第48页/共114页Y Y 起动器接线简图起动器接线简图 工作L1L3L2FUS SU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2 正常正常运行运行Ul+U1V1V2W1W2第49

28、页/共114页(a)仅适用于正常运行为三角形联结的电机。(b)Y 起动Y 换接起动适合于空载或轻载起动的场合Y-Y-换接起动应注意的问题换接起动应注意的问题 正常正常运行运行UlU1W2V2W1+U2V1UP 起动起动+Ul+U1W2V2W1U2V1第50页/共114页(2)(2)自耦降压起动自耦降压起动L1L3L2FUQ Q Q2 2下合：下合：接入自耦变接入自耦变 压器，降压压器，降压 起动。起动。Q Q2 2上合：上合：切除自耦变切除自耦变 压器，全压压器，全压 工作。工作。合刀闸开关合刀闸开关QQQ2 自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时联成

29、联成 Y Y形不能采用形不能采用Y Y 起动的鼠笼式异步电动机。起动的鼠笼式异步电动机。第51页/共114页RRR滑环电刷定子转子起动时将适当的起动时将适当的R R 串入转子电路中，起动后将串入转子电路中，起动后将R R 短路。短路。起动电阻 2.绕线式电动机转子电路串电阻起动第52页/共114页 若若若若R R2 2选得选得选得选得适当适当适当适当，转子电路串电阻起动既可以，转子电路串电阻起动既可以，转子电路串电阻起动既可以，转子电路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。降低起动电流，又可以增加起动转矩。降低起动电流，又可以增加起动转矩。降低起动电流，又可以增加起动转矩。常用于要

30、求起动转矩较大的生产机械上。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。R2 Tst TO转子电路串电阻起动的特点转子电路串电阻起动的特点第53页/共114页 方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。电动机电动机正转正转电动机电动机反转反转三相异步电动机的正、反三相异步电动机的正、反转转电电电电 源源源源U UV V WWM3U UV V WW电电电电 源源源源M3第54页/共114页例例1 1:1)解:一台Y225M-4型的三相异步电 动机，定子绕组型联结，其额定数据为：P2N=45k

31、W,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cos N=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：1)1)额定电流额定电流I IN N?2)?2)额定转差率额定转差率sN N?3)3)额定转矩额定转矩 T TN N、最大转矩最大转矩T Tmax max、和起动转矩和起动转矩T TN N。第55页/共114页 2）由nN=1480r/min，可知 p=2（四极电动机）3）第56页/共114页解：解：在上例中(1)如果负载转矩为 510.2Nm,试问在U=UN和U=0.9UN两种情况下电动机能否起动？（2）采用Y-换接起动时，求起动电流和起

32、动转矩。又当负载转矩为起动转矩的80%和50%时，电动机能否起动？(1)在在U U=U UN N时时 Tst=551.8Nm 510.2 N.m 不能起动不能起动 (2)Ist =7IN=7 84.2=589.4 A 在U=0.9UN 时能起动能起动例例2:2:第57页/共114页在在80%80%额定负载时额定负载时不能起动不能起动在在50%50%额定负载时额定负载时可以可以起动(3)第58页/共114页例例3:3:对例8.5.1中的电动机采用自耦变压器降压起动，设起动时加到电动机上的电压为额定电压的64%，求这时的线路起动电流Ist和电动机的起动转矩Tst。解：解：设电动机的起动电压为U，电

33、动机的起动电流为Ist 依据变压器的一次、二次侧电压电流关系，可求得线路起动电流Ist。第59页/共114页第60页/共114页 采用自耦降压法起动时，若采用自耦降压法起动时，若加到电动机上的加到电动机上的 电压与额定电压之比为电压与额定电压之比为 x，则线路，则线路 起动电流起动电流I Istst 为为电动机的起动转距电动机的起动转距T Tstst为为结论：结论：第61页/共114页概述7.7 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 直流电气传动和交流电气传动在19世纪先后诞生。但在20世纪的大部分时间里，由于直流传动具有优越调速性能，因而高性能可调速传动都采用直流电动机，而不变速传动则采

34、用交流电动机。直到70年代末这种交直流传动按调速分工的格局终于被打破。此后，交流调速系统主要沿下述三个方向发展和应用。第62页/共114页7.7 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速1.一般性能的节能调速 在过去大量的不变速调速系统中，风机、水泵等机械总量几乎占工业电气传动总容量的一半，其中有不少场合并不是不需要调速，只是过去交流电动机本身不调速，不得不依赖挡板和阀门来调节送风和供水的流量，从而使许多电能被白白浪费掉了。如果换成交流调速系统，来调节送风和供水的流量，每台风机、水泵平均可节能20%，效果很可观。第63页/共114页7.7 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速2.高性能交流

35、调速系统 过去许多需用直流调速的场合，鉴于交流电机比直流电机结构简单、成本低、工作可靠、维护方便、转动惯量小、效率高，因此如果采用交流调速，其静、动态性能完全可以和直流调速系统的性能相媲美。但目前来讲，其控制系统相比与直流调速系统复杂。可用于轧机、造纸机等要求调速性能较高的场合。3.特大容量、极高转速的交流调速系统第64页/共114页7.7 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 直流电极换向器的换向能力限制了它的容量和转速，而交流电动机则不受这个限制，因此特大容量的传动，如厚板轧机、矿井提升机等和极高转速的传动，都宜采用交流调速为宜。第65页/共114页7.7 三相异步电动机的调速三相异步

36、电动机的调速异步电动机的调速方法三种电气三种电气调速方法调速方法7.6.1 变频调速(无级调速)变频调速应用最广，可构成高性能的交流调速系统，最具有发展前途。电力电子和微机控制技术是现代交流调速的物质基础。有了电力电子变流装置，解决了调速装置过去设备多、体积大、成本高等问题，使交流调速得到飞跃的发展。第66页/共114页7.7 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 矢量控制的发明，提高了交流调速系统的性能，但其控制电路的设计、制造和调试都很麻烦，采用微机控制后，用软件实现矢量控制算法，使硬件电路规范化，从而降低了成本，提高了可靠性，还可实现更复杂的控制技术。第67页/共114页7.7 三相

37、异步电动机的调速三相异步电动机的调速 各类电力电子器件类型类型不可控器件不可控器件代号代号名称名称全全控控器器件件半控器件半控器件电流控电流控器件器件场控场控器件器件功率集成电路功率集成电路D D整流二极管（整流二极管（Diode)Diode)ThTh、SCRSCR晶闸管（晶闸管（Thyristor)Thyristor)BJTBJT双极型晶体管（双极型晶体管（Bipolar Transistor)Bipolar Transistor)GTOGTO门极关断晶闸管（门极关断晶闸管（Gate Turn-off)Gate Turn-off)P-MOSFETP-MOSFET电力场效应晶体管电力场效应晶体

38、管IGBTIGBT绝缘栅双极型晶体管绝缘栅双极型晶体管MCTMCT场控晶闸管场控晶闸管PICPIC功率集成电路功率集成电路第68页/共114页 f=50Hz逆变器逆变器M3 整流器整流器f f1 1、U U1 1可调可调+（1）变频调速方法频率调节范围：频率调节范围：0.50.5几几百赫兹百赫兹7.7 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速根据可知频率f下调时，转速n降低。而频率f上调时，转速n升高。第69页/共114页1.变频调速原理及其机械特性 而在电机调速时，通常 要考虑的一个重要因素是希望保持 不变。因为如果磁通减弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果磁通增强，又会使铁心饱和，

39、导致励磁电流过大。(1)频率下调时，使则可保持 不变。由 可知若要求电机在不同转速下都达到额定电流 频率下调时，因为 不变，所以转矩T也不变，属于恒转矩调速。由可知：转矩T随磁通 变化。第70页/共114页1.变频调速 原理及其机械特性f（2）频率上调时，因为 变小如果电压U也上调，则电压将超过额定电压，这是不允许的，因此在调速过程中，只能保持U不变，所以这是一种弱磁调速。因为 变小，所以转矩T也变小。若要求电机在不同转速下都达到额定电流，因而功率不变，属于恒功率调速。OTfNf 变频调速的优点：具有较硬的机械特性，转速稳定性好，调速范围宽，可实现无级调速。第71页/共114页7.7.2 变极

40、调速(有级调速)A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSS第72页/共114页A1X1A2X2iiP=1 采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。A1A2X1X2SN第73页/共114页To7.7.3 变转差率调速 变转差率调速，绕线式电动机转子回路串电阻。其优点是调速方法简单、设备简单投资少，缺点是能耗较大。轻载时调速范围小。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。对泵类也能应用nnTLTLs sTso第74页/共114页R R2 2 I I T T n n I I T T 达到新的平衡达

41、到新的平衡TO此调速方法属于恒转矩调速此调速方法属于恒转矩调速根据根据在在 不变不变,调速时调速时I I=I IN N，第75页/共114页R R2 2 I I T T n n I I T T 达到新的平衡达到新的平衡TO此调速方法属于恒转矩调速此调速方法属于恒转矩调速根据根据在在 不变不变,调速时调速时I I=I IN N，第76页/共114页此调速方法属于恒转矩调速此调速方法属于恒转矩调速第77页/共114页 7.7.4 调速的性能指标1.调速的技术指标电动机在额定负载转矩下，能达到的最高转速nmax与最低转速nmin之比。具体采用的调速方法，要考虑技术和经济指标。如技术指标，调速范围，平

42、滑性，调速时允许的输出。调速的经济指标，调速系统的设备投资、运行中的能量损耗和维修费用等。1）调速范围D2）静差率第78页/共114页 电动机在一条机械特性上运行，由理想空载到额定负载的转速降 nN与理想空载转速n0的百分比。TO nN1 nN2TN静差率，转速的相对稳定性越好，负载波动时，转速的变化也越小。3）调速的平滑性指相邻两级转速的接近程度，用 第79页/共114页4）调速时允许的输出的功率和转矩 是指电动机在保持额定电流的条件下，在调速过程中电动机所能输出的功率和转矩。采用不同的调速方法时，允许的输出的功率和转矩随转速的变化规律是不同的。允许输出的最大转矩与转速无关的调速方法为恒转矩

43、调速，允许的输出的最大功率与转速无关的调速方法为恒功率调速。电动机稳定运行时实际输出的功率和转矩是由负载决定的。负载可分为恒转矩负载和恒功率负载，这就要求调速方法和负载类型相匹配，否则电动机得不到充分利用。第80页/共114页 如恒功率负载用恒转矩调速方法。为了使电动机不过载，应保证低速时电动机的转矩满足要求。T 则在高速时电动机得不到充分利用。f 同理，如恒转矩负载用恒功率调速方法。应保证高速时电动机的转矩满足要求。则在低速时电动机得不到充分利用。所以在调速时，应使调速方法适应负载的要求，使电动机既能得到充分利用，又能长期安全运行。2.经济指标：决定于调速系统的设备投资，能量损耗及维修费用等

44、。第81页/共114页7.8 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动7.8.1 能耗制动制动方法机械制动电气制动能耗制动反接制动发电反馈制动 在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距（制动转距），使转子迅速停止转动。第82页/共114页nF转子转子T n0=07.8.2 反接制动 停车时，将接入电动机的三相电源线中的任停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，方向相反的旋转磁场，从而获

45、得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。使转子迅速停止转动。MM33+-运转运转制动制动RP第83页/共114页MM33运转运转制动制动制动制动nF转子转子转子转子T n07.8.3 发电反馈制动 当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制第84页/共114页动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。nF转子转子T n0n n0第85页/共114页7.9 三相异步电动机铭牌数据三相异步电动机铭牌数据1.1.型号型号 磁极数(极对数 p=2)例如：Y 132 M4 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度

46、代号机座中心高（mm）三相异步电动机教材表8.8.1中列出了各种电动机的系列代号。第86页/共114页异步电动机产品名称代号产品名称产品名称异步电动机异步电动机绕线式异步电动机绕线式异步电动机防爆型异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机高起动转矩异步电动机新代号新代号汉字意义汉字意义老代号老代号Y Y异异异绕异绕异爆异爆异起异起YRYRYBYBYQYQYQYQJ J、JOJOJRJR、JROJROJBJB、JBOJBOJQJQ、JQOJQO第87页/共114页2.2.接法接法接线盒定子三相绕组的联接方法定子三相绕组的联接方法。通常V V1 1WW2 2U U1 1WW1 1U U2 2

47、V V2 2U2U1W2V1V2W1U1V V1 1WW1 1WW2 2U2V V2 2W2U2V2V1W1U1Y Y 联结联结W1U U1 1V1W2U U2 2V2 联结联结第88页/共114页3.3.电压电压例如：例如：380/220V、Y/是指线电压为是指线电压为 380V 时时 采用采用 Y联结联结；线电压为；线电压为 220V 时采用时采用 联结联结。说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或低低低低 于额定值的于额定值的于额定值的于额定值的 5%5%。因为

48、在电动机满载或接近。因为在电动机满载或接近。因为在电动机满载或接近。因为在电动机满载或接近 满载情况下运行时，电压过高满载情况下运行时，电压过高满载情况下运行时，电压过高满载情况下运行时，电压过高 或过低都会使或过低都会使或过低都会使或过低都会使 电动机的电流大于额定值电动机的电流大于额定值电动机的电流大于额定值电动机的电流大于额定值,从而使电动机过热。从而使电动机过热。从而使电动机过热。从而使电动机过热。电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压压值值。三相异步电动机的额定电压有三相异步电动机的额定电压有380V380V，3000V,3000V,及及600

49、0V6000V等多种。等多种。第89页/共114页4.4.电流电流例如：例如：例如：例如：Y/Y/6.73 /11.64 A6.73 /11.64 A 表示星形表示星形联结联结下电机的线电流为下电机的线电流为 6.73A；三角形；三角形联结联结下线电下线电流为流为 11.64A。两种接法下相电流均为。两种接法下相电流均为 6.73A。5.5.功率与效率功率与效率 鼠笼电机 =7293电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。线电流值。额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率 P1。第90页/共114页注意：实用中应选注意：实用中应选注意：实用中应选注意：实用

50、中应选择容量合适的电机，择容量合适的电机，择容量合适的电机，择容量合适的电机，防止出现防止出现防止出现防止出现 “大马拉大马拉大马拉大马拉小车小车小车小车”的现象。的现象。的现象。的现象。6.6.功率因数功率因数PN 三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为 0.7 0.9。空载时功率因数很低，只有 0.2 0.3。额定负载时，功率因数最高。7.7.额定转速额定转速电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。P2cos O第91页/共114页如：n N=1440 1440 转转/分分 sN=0.040.048.8.绝缘等级绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五