第六章 三相异步电动机的电力拖动

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第六章 三相异步电动机的电力拖动,本章基本教学要求,1.,熟悉分析三相异步电动机的机械特性及各种运行状态的基本方法；,2.,掌握三相异步电动机的起动、制动；,3.,了解三相交流电动机的调速方法。,重点：,机械特性、调速、起制动。,本次课程内容和教学要求,内容：,三相异步电动机固有和人为机械特性。,要求：,掌握机械特性各种表达式和适用场合。,6.1,三相异步电动机的机械特性,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电磁转,矩与转差率的关系，即,n,=,(,T,),或,T,=,(,s,),。,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。,6.1.1,机械特性物理表达式,电磁转矩为：,说明,为异步机的转矩系数；,为转子电流折算值；,为转子功率因数。,物理表达式,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,I,2,cos,2,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。,6.1.2,参数表达式,由物理表达式、功率关系、简化等值电,路可推出参数表达式：,说明,参数表达式说明，异步电动机的电磁转,矩,T,与定子每相电压,U,1,平方成正比，若电源,电压波动大，会对转矩造成很大影响。,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，下面对机械特性曲线上的几个特殊,点进行分析。,机械特性曲线,最大转矩,T,m,最大转矩,T,m,是,T,=,（,s,）,的极值点，则：,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）。,最大转矩近似表达式,通常情况下， 可忽略,r,1,，,则有：,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：,一般异步电动机过载倍数,m,=1.5,2.2,。,起动转矩,T,st,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,T,st,表示，则有：,起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩,倍数或堵转转矩倍数，用,k,st,表示，则有：,一般普通异步电动机起动转矩倍数为,0.8,1.2,。,6.1.3,实用表达式,实用表达式：,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：,临界转差率,临界转差率：,当拖动额定负载时，,T,L,=,T,N,，临界转差率为：,额定转矩为：,从产品目录查出该异步电动机的数据,P,N,、,n,N,、,m,，应用实用公式就可方便得出机械特性表达式。,6.1.4,固有机械特性,异步电动机的固有机械,特性是指,U,1,=,U,1N,，,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。,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。,说明特性上的各特殊点,1,(1),同步转速点,A,同步转速点又称理想空载点，在该点,处：,s,=0,，,n,=,n,1,，,T,=0,，,E,2s,=0,，,I,2,=0,，,I,1,=,I,0,，电动机处于理想空载状态。,(2),额定运行点,B,在该点处：,n,=,n,N,，,T,=,T,N,，,I,1,=,I,1N,，,I,2,=,I,2N,，,P,2,=,P,N,，,电动机处于额定运行状,态。,说明特性上的各特殊点,2,(3),临界点,C,在该点处：,s,=,s,m,，,T,=,T,m,，,对应的电,磁转矩是电动机所能提供的最大转矩。,T,m,是异步电动机回馈制动状态所对应,的最大转矩，若忽略,r,1,的影响时，有,T,m,=,T,m,。,(4),起动点,D,在该点处：,s,=1,，,n,=0,，,T,=,T,st,，,I,=,I,st,。,6.1.5,人为机械特性,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。,由参数表达式可知，改变定子电压,U,1,、,定子频率,f,1,、,极对数,p,、,定子回路电,阻,r,1,和电抗,x,1,、,转子回路电阻,r,2,和电抗,x,2,，,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,在参数表达式中，保持其它参数不,变，只改变定子电压,U,1,的大小，可得改,变定子电压的人为机械特性。,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,T,m,U,1,2,；,T,st,U,1,2,；,n,1,和,s,m,与电压无关,T,L1,-,恒转矩负载特性、,T,L2,-,风机类负载特性,分析,定子电压,U,1,下降后，电动机的起动转矩,和临界转矩都明显降低，对于恒转矩负载，,如原先运行在,A,点，电网电压由于某种原因,降低，使负载运行至,B,点，电动机转速,n,下,降，转差率,s,增大，转子阻抗角,增大，则转子功率因数下降,2.,定子回路串入对称电阻的人为机械特性,当定子电,阻,r,1,增大时，,同步转速,n,1,不,变，但临界转,矩,T,m,、,临界转,差率,s,m,、起动,转矩,T,st,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,如果定子回路串,入对称的电抗，同步,转速,n,1,仍不变，但临,界转矩,T,m,、,临界转差,率,s,m,、,起动转矩,T,st,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,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,当转子电阻,r,2,增大时，同步转速,n,1,和临界,转矩,T,m,不变，但临界转差率,s,m,变大，起动转,矩,T,st,随转子电阻,r,2,增大而增大，直至,T,st,=,T,m,当转子电阻,r,2,再增大时，起动转矩,T,st,反,而减小。,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。,课后复习要点,1.,异步电动机机械特性表达式,2.,固有机械特性,3.,人为特性机械特性,思考题：,P240 6-1,、,6-2,、,6-6,作业,:P241 6-33,、,6-34,本次课程内容和教学要求,内容,：,三相异步电动机的启动。,要求：,熟悉启动的基本要求，掌握绕,线式和鼠笼电动机启动方式。,6.2,鼠笼异步电动机的起动,三相异步电动机在实际运行过程中，由,于生产上的需要而起动和停止。在选用电动,机时，必须要求电动机能带动生产机械并很,快地转到额定转速。,要求电动机起动时满足,（,1,）能产生足够大的起动转矩,T,st,，使电动机很,快地转动起来。,（,2,）起动电流,I,st,不要太大，避免起动时大电流在,电网上产生较大的压降而影响接在电网上的其它,电气设备和电动机的正常运行。,从前面分析三相异步电动机固有机械特性而知,道，如果在额定电压下直接起动三相异步电动机，,起动电流大，而起动转矩并不大，这时的功率因数,低。,6.1.1,鼠笼异步电动机,一般普通鼠笼式,异步电动机，,所以要研究异步机的起动,特性和异步机的各种起动,方法。,分析,起动电流大，在电网的变压器容量与异,步电动机起动容量相比不足够大时，直接起,动会使变压器输出电压下降，当电压降,U,10%,时，将使接在变压器上的其他电器,及电动机正常工作受影响。直接起动的起动转,矩并不大，而起动时必须满足,T,st,1.1,T,L,条件,电动机才能起动起来，在空载情况下可以满足,上述要求，而当重载起动时可能满足不了上述,要求。,结论,异步电动机起动应考虑：,限制起动电流；,足够的起动转矩，满足,T,st,1.1,T,L,条件；,起动的经济性，包括设备简单、操作方便,和低起动损耗。,6.1.2,直接起动,将定子三相绕组直接接在三相电源上起动，称,直接起动。,一般,7.5kW,以下的小容量鼠笼异步电动机都可,以直接起动。如果变压器容量足够大，直接起动的,容量还可相应增大，一般按经验公式核定：,式中,k,I,为起动电流倍数；,I,st,为电动机的起动电流,（,A,）；,I,N,为电动机的额定电流（,A,）；,S,N,为电源,变压器总容量；,P,N,为电动机的额定功率。,说明,起动电流大，对电机本身无太大影响（因为是,短时的，且现代设计的鼠笼电机都按直接起动电磁,力和发热来考虑机械强度和热稳定的）主要对电网,有影响，如果电源容量较大，可以直接起动。一般,7.5,千瓦以下容量电动机可以直接起动。,注意,：容量大小不是绝对的，如果电网容量大，,就可以允许容量再大些的电机直接起动。,只要直接起动时起动电流在电网中引起电,压降不超过电网额定电压的（,1015,）,%,就允许直接起动。,6.2.3,降压起动,1),定子串电阻或电抗的降压起动,定子串电抗器起动,分析,设起动电流需降低的倍数为,，降压起,动电流为,I,st,，则应有,式中,I,st,为直接起动时的起动电流（,A,）。又因,为,U,N,/,U,1,=,I,st1,/,I,st1,=,，,T,st,U,1,2,，所以降,压起动转矩为,分析,1.,等值电路,从上图的等值电路中可见，定子串电阻或电抗,起动，电压从,U,1N,降至,U,1,，,即加到定子绕组上的电,压在起动时为,U,1,，这样就减小了起动电流。,分析,2),起动电流及起动转矩,设,为起动电流所需降低的倍数，,I,st,为降压,时的起动电流，则应有：,I,st,=,I,st,/,，,I,st,U,1st,，,U,1st,=,U,1st,/,=U,1N,/ ,说明电压降低了,倍。,由于,T,U,2,，,则,T,st,=,T,st,/,2,，,说明转矩降,低了,2,倍。只要使,T,st,（,1.151.25,）,T,L,，即满,足要求。,说明,从,I,1st,=,I,1st,/,，,T,st,=,T,st,/,2,，,可见：,定子回路串电阻或电抗的降压起动方法虽然,能降低起动电流，但使起动转矩显著减小。只适,用于空载或轻载起动。电抗降压起动通常用于高,压电动机，电阻降压起动一般用在低压电动机。,降压起动除了限制起动电流，有时以减小起动转,矩为主要目的，以减轻对机构的冲击并保证平稳,加速。,3),起动电阻或电抗的计算,计算,R,st,或,X,st,后，还应校验满足,T,st,（,1.151.25,）,T,L,T,L,为起动时的负,载转矩。,4),r,k,和,x,k,的估算,r,k,和,x,k,可通过实验方法测出，也可估算。,方法一：短路试验,(,如已有电机,),，测出,r,k,、,x,k,、,z,k,方法二：估算,(,尚无电机,),，根据铭牌数据可知,当定子,Y,接时：,当定子,接时：,设直接起动时的功率因数为,cos,1st,=0.25,，,则有,2.,星,三角起动,正常运行时，接成,形的鼠笼电动机，,在起动时接成星形，起动完毕后再接成,，,称星,-,三角起动。,Y-,起动电流和起动转矩,直接起动,(,接,),降压起动,( Y,接,),起动电流 起动转矩,起动电流及起动转矩降低同样的倍数，,即都为直接起动时的三分之一。,星,三角起动适用条件,条件：,1.,只适用于空载或轻载起动。,2.,只限于正常运行时定子绕组为三角形接线的电机。,3.,限于在,500V,以下的低压电机,(,因高压电机定子出,6,个端头有困难,),。,星,三角起动的优点：,设备简单，价格便宜，故在轻载起动时应优先,采用。缺点是应用时要受一定条件的限制。,2.,定子绕组串入自耦变压器降压起动,定子串电阻或电抗的降压起动虽然在起动,时限制了起动电流但起动转矩减小过多，只用,于空载或轻载。如果负载较重时，应采用自耦,变压器降压起动。,起动电流和起动转矩,I,1st,全压直接起动时的起动电流；,I,1st,降压时电,源提供的起动电流,(,即,2B,的原边电流,),；,I,2,电动机的起,动电流,(2B,的副边,电流,),公式推导,电动机定子绕组内的电流：直接起动时为,I,1st,，,降压起动时为,I,2,，,这时电网供给,TA,的电流为,I,1st,，,从电网输入的电流为,I,1st,=,I,2,/,=,I,1st,/,2,，,即,I,1st,=,I,1st,/,2,说明串入,TA,起动后电网供给的电流减,小了,2,倍。,注,：电动机的起动电流仍减小,倍，,I,1st,=,I,2,/,而,I,1st,=,I,1st,/,2,，对电网冲击电流减小，只有,I,1st,/,2,倍,起动转矩,T,st,U,2,，,T,st,=,T,st,/,2,。,说明,起动电流和起动转矩降低的比值相同，与定子,串电阻或电抗的起动方式相比较，在获得同样起动,转矩的条件下，这种方法的限流效果好。反之，若,在相同的起动电流条件下，可获得比较大起动转矩,故用自耦变压器降压起动的方法能带动较大的负载,起动。,国产自耦变压器为满足不同的负载要求，其副,边一般有三个抽头，可根据允许的起动电流和所需,的起动转矩任意选择。这种起动方法的缺点：起动,设备体积较大，价格高。,自耦变压器的选择,常用,QJ,3,、,QJ,2,系列，用于较大容量，,Y,接的鼠,笼式电动机。,QJ,2,的抽头为：,55% 64% 73%,QJ,3,的抽头为：,40% 60% 80%,其中，,QJ,2,型自耦变压器允许在,4,小时内每小时,连续起动,5,次，每次,1.5,秒。,QJ,3,型为短时工作制，,只允许在室温下连续起动两次，以后待冷却后才能,再行起动。选用时一定要注意这些问题。,例：,55%,抽头意思为,N,2,/N,1,=1/,=0.55,，,=,1/0.55=1.82,适用于有载起动。,6.2.4,具有高起动转矩的鼠笼电动机,1.,槽深式,特点：槽深,h,，,槽宽,b,，,h,b,，即,h,=(1012),b,与普通笼型异步电动机相比，这种电机的主要,结构特点是转子槽形窄而深，转子导体或是整,根的铜条，或是铝熔液浇铸而成。,示意图,说明,由于气隙和槽导体,(,非铁磁材料,),的磁阻大而转,子铁芯磁阻小，故漏磁通基本上只穿过一次槽导,体。然后经槽底部铁芯形成闭合回路。,若假想沿槽高把转子导体分成若干并联小导,条，它们两端为端环短接，其电压相等，则各小导,条中的电流将按其阻抗的反比例来分配。由上图,(a),可见槽底部导条链的漏磁通多，则底部漏抗大，槽,顶部导条链的漏磁通少，则顶部漏抗小。由于槽很,深，则槽底与槽顶漏抗相差甚远，且,x,2,f,2,。,分析,起动时：,n,=0,，,s,=1,，,f,2,=,sf,1,=,f,1,，,f,2,较高，则,sx,2,较,大，,sx,2,r,2,，,槽内电流的分布主要取决于漏抗的大,小。槽顶部漏抗,sx,2,小，则电流密度大，槽底部漏抗,sx,2,大，则电流密度小。这种把导体中的电流排挤到,槽顶部的作用称趋表效应,(,集肤效应，挤流效应,),。,分析,图,(b),中电流密度分布，它是自下而上逐渐增,大，槽底部分导体在流通电流时所起作用很小，就,相当于导体有效高度及截面积缩小，导体电阻变,大，从而减小了起动电流，增大了起动转矩。见图,(c),所示，导体有效截面缩小，故起动时，转子有效,电阻增加，起动性能得改善。,分析,（,b,）,正常运行时，,s,很小，,f,2,=,sf,1,很,小，,x,2s,=,sx,2,很小，这时转子电流的大小主要,由电阻决定。,r,2,sx,2,，,因各处电阻相等，,则电流的分布是均匀的，导体截面积全部得,以利用，而使转子电阻自动减小到较低的正,常数值。,(,集肤效应不明显,),优缺点,优点,：起动时转子电阻加大，改善了起动性能，而,运行时为正常值，转子电阻仍然较小，不致影响电,动机的运行效率。,缺点,：转子槽漏抗较大，功率因数稍低，最大转矩,倍数稍小，即,M,m,稍小。,特性曲线,深槽式异步电机的机械,特性从图中可见深槽式过载,能力比普通鼠笼异步电机低。,它的起动性能是靠降低了一,些工作性能而得到改善的。,曲线,1,为普通鼠笼式,曲线,2,为深槽式鼠笼异步电机,2.,双鼠笼式异步电动机,结构特点：电动机转子上有两套鼠笼。,下笼：导体截面大，用电阻系数较小的紫铜,制成，电阻较小。,上笼：导体截面小，,用电阻系数较大的,黄铜制成，电阻较,大。,说明,原理：交流电流的趋表效应由左图可见。上,笼链的漏磁通少，所以电抗小，而下笼的漏,磁通多，故漏电抗大。上下笼电抗及电阻关,系是：,分析,1.,起动时：,n,=0,，,s,=1,，,f,2,=,sf,1,=,f,1,，,f,2,较高，则,sx,2,较大，,sx,2,r,2,，,槽内电流的分布主要取,决于漏抗的大小。因,x,2,f,2,，,x,2,r,2,，,x,2,上,sx,2,，,即下笼电,流大，上笼电流小，下笼起主要作用。故又,称下笼为运行笼，其机械特性如图曲线,2,所,示。,特性,曲线,3,为曲线,1,和,2,的合成曲线，即为双鼠笼异步电,机的机械特性。可见双笼型异步电动机起动转矩较大,具有较好的起动性能。,缺点,：转子漏抗较大，功率,因数稍低，过载能力比普通,型异步机低，而且用铜量较,多，制造工艺复杂。价格较,高。一般用于起动转矩要求,较高的生产机械上。,6.3,绕线式异步机起动,方法：,转子串三相对称电阻起动，电阻分级切除,转子串频敏电阻起动,6.3.1,绕线式电机转子串三相对称电阻起动,起动时，要限制起动电流,I,st,，同时希望有较大,的起动转矩,T,st,。,现以三级起动为例，即,m,=3,。,1.,分级起动过程,起动前，,KM,1,、,KM,2,、,KM,3,加速接触器常开,接点均打开，现使线路接触器,KM,线圈导电，其常,开接点闭合，电动机在串入全部电阻,R,3,下起动，然,后逐级短接起动电阻，一直加速到稳定运行点,I,点,为止，起动过程结束。起动的快速性和平稳性与起,动级数,m,、,转矩,T,st1,及,T,st2,有关。,原理图,以三级起动为例,2.,机械特性的线性化,异步机的机械特性是非线性的，如图所示,说明,分级起动时电机工作在机械特性的工作段，即,s,s,m,段，在这段中可认为,s,/,s,m,R,m,，,转子电流,I,2,大部,分流过,R,m,支路，相当于串电阻起动；当,n,s,f,2, ,R,m, ,相当于连续自动切除电阻。同时,f,2, ,sX,m,当,n,=,n,e,时，,f,2,很小，,f,2,(13)Hz,，,X,m,0,，,R,m,几乎被短路，故涡流很小。起动完毕，阻抗器,被自动切除。,特性,从以上分析可知，频敏变阻器是一种无触点,的变阻器。它结构简单，材料和加工要求低，并,且因没有触点和易磨损元件，寿命长，使用和维,护方便，有较好的机械特性,和起动平滑的优点，但因频,敏变阻器的等效阻抗是一个,非线性时变参数，计算起来,相当复杂。工程上用经验公,式或使用表格计算。,课后复习要点,1.,鼠笼异步电动机起动,2.,绕线异步电动机起动,思考题：,P240 6-7,、,6-8,、,6-9,、,6-10,、,6-11,、,6-13,作业,:P241 6-35,本次课程内容和教学要求,内容：,三相异步电动机的各种调速。,要求：,熟悉异步机各种调速原理和机,械特性以及应用场合。,6.4,三相异步电动机的调速,6.4.1,异步调速方法,异步机,变极调速,鼠笼电机,变转差率,s,调速,调压调速,滑差电机调速,(,电磁离合器调速,),转子串电阻调速,转子串电势调速,变频调速,变频机组,交,直,交变频,交,交变频,6.4.2,变极调速,变频调速要采用专用变速电机，其转子为鼠笼式,根据,当,f,1,一定时，,n,0,1/,p,，,改变极对数,p,，,可变,n,0,。,1.,变极原理,电机定子每相绕组由二部分组成，每一部分称,为半相绕组，改变其中一个半相绕组的电流方向，,电机产生的磁极对数即可改变。如：已知电机绕组,接线如下图所示：,变极原理,现改变接线，使一个半相绕组的电流反向，则,如下图所示。从上面分析可知，如果二个绕组电流,方向相同，,2,p,=4,，,让一个半相绕组电流反向，,2,p,=2,，则极对数可减半。,变极接线方式,2p=4,时，,n,0,=1500r/min,；,2p=2,时，,n,0,=3000r/min,；,二个半相绕组由串,并,(,电流方向要改变,),极对数减,半，,n,0,升高一倍。,改变一个半相绕组的接线方式很多。如下：,2.,三相绕组的接线方式,1,）,YYY,变换,(,单星形变双量形,),三相绕组的每相定子绕组有中心抽头。在,Y,接,法中，将绕组,1,、,2,、,3,端接电源，二个半相绕组电,流相同，设此时极对数为,2,p,，,同步转速为,n,0,。,YYY,变换,在,YY,接法中，将,1,、,2,、,3,端都于,0,点相联，,4,、,5,、,6,端接电源，,B,、,C,二相接电源对调，每相二个半,相绕组并联，其中一个半相绕组电流反相，这时，,极对数为,p,，,同步转速为,2,n,0,，,属恒转矩调速。,2,）,YY,变换,在,接线中，端点,1,、,2,、,3,接电源，,4,、,5,、,6,空,着，二个半相绕组中电流方向相同，设此时极对数,为,2,p,，,同速转速为,n,0,。,YY,变换,在,YY,接线中，,1,、,2,、,3,端点连在一起，,4,、,5,、,6,端点接电源，其中一个半相绕组电流反向，这时，,极对数为,p,，,同步转速为,2,n,0,，,(,近似,),属恒功率调速,3.,容许输出功率和转矩,输出功率：,P,2,=,P,1,=3,U,1,I,1,cos,式中：,为电动机的效率，,P,1,为电动机的输入功率，,U,1,为电动机定子相电压，,I,1,为电动机定子相电流；,cos,为电动机定子的功率因数。,现假设变极前后，,和,cos,保持不变，则,P,2,U,1,I,1,。,已知,T,=,P,em,/,0,，,0,=2,f,1,/,p,，,则,T,=,P,em,p,/ 2,f,1,。,设,P,em,=,P,1,(,忽略定子损耗,),，,T,=,3,U,1,I,1,cos,p,/ 2,f,1,所以有,T,U,1,I,1,p,分析,为使电机得到充分利用，在变极前后均使电动,机绕组内流过额定电流，即保持半相绕组电流为,I,1e,不变。,Y,接时：每相电压为,U,1,每相电流为,I,1e,，,极对数,p,=2,，,故,T,Y,U,1,I,1N,2,；,YY,接时：相电压为,U,1,，,每相电流为,2,I,1N,，极对数,p,=1,，,故,T,YY,U,1,2,I,1N,1,。,所以有,T,Y,=,T,YY,，,属恒转矩调速。又因,P,=,T,，,P,YY,=2,P,Y,，,则输出功率不等。,分析,接时，相电压等于线电压为,U,1,，,相电流为,I,1N,极对数,p,=2,。,可见，从,-YY,变换的变级调速为非恒转矩调速。,分析,输出功率：,可见，从,-YY,变换的变极调速亦为非恒功率调,速，但比较接近于恒功率调速方式，故可认为是近,似恒功率调速，允许输出转矩将减少近一半。,4.,机械特性,(,定性分析,),由,T,m,、,T,st,及,s,m,可定性画出机械特性。假设变,极前后每个半相绕组参数相等均为：,r,1,/2,、,x,1,/2,、,r,2,/2,、,x,2,/2,。,1.Y-YY,变换的机械特性,Y,接时：二个半相绕组串联参数为：,r,1,、,x,1,、,r,2,、,x,2,YY,接时：二个半相绕组并联参数为：,r,1,/4,、,x,1,/4,、,r,2,/4,、,x,2,/4,。,已知：,定性分析,由上面公式得：,Y,接时：,YY,接时：,定性分析,若拖动恒转矩负载,时，从,Y,向,YY,变极调速,时，转速从,n,B,升到,n,A,，几,乎增加一倍。当负载转矩,小于,T,mY,时，可以实现恒,转矩调速，变极速由高速,降为低速时，电机要经回,馈制动状态。,-YY,变换的机械特性,接时：极对数为,p,，,同步转矩为,n,0,，,电压为,U,1,，,阻,抗为,z,1,=,r,1,+j,x,1,、,z,2,=,r,2,+j,x,2,；,YY,接时：极对数为,p,/2,，,同步转速为,2,n,0,，,电压为,阻抗为,z,1,/4=,r,1,/4+j,x,1,/4,、,z,2,/4,=,r,2,/4+j,x,2,/4,；,接时有,YY,接时,机械特性,可见，当负载,转矩小于,T,mYY,时可,以实现恒功率调,速。,4.,应用及注意问题,1),应用,a.,变极调速适用变速电机其转子为鼠笼式。,b.,适用于有级调速的场合：,Y-YY,用于恒转矩生产,机械，如起重运输等生产机械；,-YY,用于恒功率生,产机械，如各种机床的粗加工和精加工。,除以上两种变极方法外，还可以利用一套定子,绕组改变成三种甚至四种极数的电动机，如,2,、,4,、,8,极及,4,、,6,、,8,、,12,极等。这种变极调速的电动机称,为多速电动机，已较普遍地用于生产机械上,。,注意问题,2),注意问题,改变定子接线方式时，必须将三相绕组中任意两,相的出线端交换一下，否则电机将反转。,3),优缺点,变极调速的优点：设备简单，运行可靠，机械特,性较硬，可以有恒转矩调速方式和恒功率调速方,式。,缺点：转速只能成倍增长，为有级调速。,应用举例,为了改善变极调速电动机的调速平滑性，可以,综合应用变极调速与降压调速，即变极降压调速。,粗调用变极法，细调用降,压法。此法可以使降压调,速不运行在转差率低的情,况下。变极降压调速既扩,大了调速范围，提高调速,平滑性，又减小低速损耗。,4,、,6,、,10,级三速如图所示。,6.4.3,变频调速,已知：,n,0,=60,f,1,/,p,，当,f,1,变，,n,0,变，,n,变。,1.,变频与调压的配合,(,变频调速的控制方式,),当,f,1,而,U,1,不变,m,I,0,I,1,过热,I,0,cos,1,而,m,p,Fe,带载能力下降。,为了克服上述缺点，在基频（,50Hz,）,以下调,速时，采用恒磁通调压调速。,分析,当,f,1,时，再继续保持,U,1,/,f,1,=,常数比较困难，因,为,f,1,50Hz,时，,U,1,U,1N,不允许，这样只能保持,U,1,不变。,f,1,m,T,，而,f,1,n,，,P,=,T,属恒,功率调速。所以基频以上采用恒压调速。,变频机组,调节直流电动机的转速，能改变同步发,电机的频率，使接在电网上的一组棍道鼠龙,异步电动机调速，达到变频调速的目的。,交,-,直,-,交变频系统,整流器将,50Hz,电源,的交流电整流成幅值可调,的直流电，逆变器将直流,电逆变成频率可调的交流,电。,交,-,交变频系统,直接将,50Hz,的交流电变换成频率可调的,交流电。,2.,变频调速时的机械特性,只要找出,T,m,，,s,m,，,T,st,及,n,m,与频率关系，即,可定性画出机械特性。,1),最大转矩,T,m,(,T,m,=,常数，过载能力不变,),分析,(1),当,f,1,较高但,f,1,50Hz,时：,r,1,x,1,+,x,2,，,忽略,r,1,，,当,T,m,=,常数，,U,1,/,f,1,=,常数,分析,(2),当,f,1,较低时：,r,1,的影响不能忽略，在,r,1,上产生的,I,1,2,r,1,E,1,m,T,m,当,f,1,r,1,的影响,T,m,(3),基频以上调速时,(,U,1,=,常数,),f,1,m,T,m,2),运行段的斜率,找出,s,m,，,n,m,与,f,1,的关系。,当,f,1,较高时，忽略,r,1,，且,f,1,n,0,。,转子电势,sE,2,的大小变化，频率也变,化。,f,2,=sf,1,，,E,f,的频率要随,f,2,变化是很困难的，所,以先将转子电势,E,2s,变成直流，之后引入直流电势,E,f,方向与,E,2s,相反，这就是串级调速。串级调速可分,为：机械回馈式和电气回馈式。,2.,机械回馈式串级调速系统,(,电机回馈式串级调速,),异步电动机,YD,与,ZD,直流电动机同轴，共同拖,动负载。,YD,的转子电势经整流后与,ZD,的电枢相并,联，通过改变,ZD,的励磁电流,I,L,的大小而改变,ZD,的,E,d,，即 达到调速目的。,调速原理,I,L,=0,，,E,d,=0,，,直流电势,E,f,由直流电动机供给。,YD,运行在固有机械特性上，,n,最高，,s,最小。,当,I,L,0,时，,E,d,0,，,转子引入附加电势，,I,L,E,d,E,f,I,2,T,n,s,I,2,T,=,T,L,，,达到调速目的。,功率关系,异步机,YD,的电磁功率为,P,dc,，,其中,(1-,s,),P,em,直接输送给,机械负载。而,sP,em,进入转子，,ZD,输入功率为,sP,em,-,p,Cu2,，,ZD,输出功率为,sP,em,-,p,Cu2,-,p,ZD,，,如果忽略损耗，则,p,Cu2,0,，,p,ZD,0,。,ZD,的输入为,sP,em,，输出为,sP,em,，所以机械负载得到的,功率为,sP,em,+ (1-,s,),P,em,=,P,em,，电机的效率大大提高。,可见，不论,s,多大，转速,n,的高低，负载上得到的功率总,是,P,em,，这样转差功率,sP,em,得到利用，而没有浪费掉。这种,电机回馈式串级调速系统，只适用于大功率，低调速范,D,（,23,）,的场合。（因,D,大,s,大,sP,em,大,ZD,容量,不适合，还不如直接用直流机调速）,3.,电气回馈式串级调速系统,以前采用电气回馈式串级调速系统，它与机械,回馈式串级调速系统区别在于：,ZD,不与,YD,同轴，而是拖动一台异步发电机,YF,。由它发出三相交流电，把转差率,sP,dc,回馈给电,网，这种串级调速已不采用，而采用可控硅逆变器,的电气串级调速,(SCR,串级调速,),如书上,P218,图,6-41,直流电势,E,f,由,SCR,逆变电源供给,(,U,),，,转子整流电,压为,U,d,。,电气回馈式示意图,低,同步可控硅串级调速系统,分析,当,U,d,E,f,，,I,d,0,，,T,0,，,电机,输出功率,；当,U,d,=,E,f,，,I,d,=0,，,T,=0,，,称理想空载,n,=,n,0,，,s,=,s,0,U,d,=2.34,s,0,E,2,=,2.34,U,1,cos,=,E,f,，,其中,E,2,相电势,；,U,1,相电压,；,逆变角,；,s,0,与理想空载转速对应的转差,率,；,则：,s,0,=,U,1,cos,/,E,2,；,n,0,串级调速时的理想空载转,速，,n,0,=,n,0,(1-,s,0,),；,n,0,异步机的同步转速。,改变逆变角,E,f,变化,s,0,变化,n,0,变化,n,变化，,但,n,0,不变。,4.,异步机串级调速时的机械特性,无论采用哪种串级调速方法，对,YD,来说，其,机械特性形状都是一样,的，即都是在转子内引,入一个附加电势，改变,附加电势的大小，可以,改变,s,的大小，达到调,速的目的。,特性分析,已知：,如果,E,f,=,sE,2,，则,I,2,=0,，,T,=0,，,称为理想空载状态。,令此时的转差为,s,0,，,则有,s,0,=,E,f,/,E,2,。,改变,E,f,s,0,变化；,E,f,越大,s,0,越大,特性向下移动，且特性硬度减小；,E,f,s,m,特性越软。,E,f,越大，调速作用越明,显。,E,f,与,sE,2,反相时，电机转速向低于,n,0,方向调节，称,低速同步调速,；,当,E,f,相位与,sE,2,同相时，电机转速向高,于,n,0,的方向调节，称超同步串级调速。,特性,特点,优点,：效率高，特性硬，调速范围较宽，无级调速。,缺点,：系统总功率因数较低，设备体积大，成本高。,适用,：水泵，风机等节能调速等。,6.4.7,电磁转差离合器调速（,滑差电机调速）,1.,电磁转差离合器的组成,由三部分组成：,1),笼型异步电动机：拖动电枢旋转。,2),电磁转差离合器：电枢，磁极，滑环等。,3),可控硅整流电源：将交流电变为直流，提供直流,励磁电流。,示意图,工作原理,结构,电磁转差离合器的结构形式有多种，无论哪,种，都由电枢和磁极组成,(,磁极包括铁心和励磁绕,组,),。这两部分之间没有机械上的联系，二者中有气,隙，与异步电动机定、转子间的气隙相似，电枢和,磁极都能自由旋转。电枢由异步