第8章拖動(dòng)(下)三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)

8.4異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

(1)變頻調(diào)速(2)變極調(diào)速(3)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速變頻和變極調(diào)速稱為改變同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法；變轉(zhuǎn)差率調(diào)速又分：(1)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速(2)串級(jí)調(diào)速(3)調(diào)壓調(diào)速8.4.1變極調(diào)速（1）雙繞組變極（2）單繞組變極變極原理一、Y-YY變極調(diào)速假定各半相繞組的參數(shù)都相等，分別為R1/2，R’2/2，X1σ/2，X’2σ/2，Y接時(shí)，每相繞組參數(shù)為半相繞組參數(shù)的二倍，即R1，R’2，X1σ，X’2σ

；YY接時(shí)(反向并聯(lián)），每相繞組參數(shù)為半相繞組參數(shù)的l/2，即R1/4，R’2/4，X1σ/4，X’2σ/4。Ten2n1YYYan1TLbTsYYTsYTmYYTmY

2．Δ-YY變極接法假設(shè)每半相繞組的參數(shù)都相等，為R1/2，R’2/2，X1σ/2，X’2σ/2

，Δ接時(shí)每相繞組參數(shù)為R1，R’2，X1σ，X’2σ

；YY接(反向并聯(lián)）時(shí)每相繞組為R1/4，R’2/4，X1σ/4，X’2σ/4。Ten2n1△YYan1TLbTsYYTs△TmYYTm△YD系列大型雙速鼠籠電動(dòng)機(jī)適用于驅(qū)動(dòng)負(fù)載變化較大的機(jī)械設(shè)備，在低負(fù)荷時(shí)，可降低轉(zhuǎn)速運(yùn)行，提高驅(qū)動(dòng)設(shè)備的運(yùn)行效率，如發(fā)電廠的引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)等。定子繞組采用一套獨(dú)立的繞組，分別將繞組引出線接到接線盒中。YLB系列大中型變速電動(dòng)機(jī)適用于驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)。為臥式或立式結(jié)構(gòu)，管道通風(fēng)，全封閉自冷或開(kāi)啟式，屬長(zhǎng)軸可移式，通過(guò)開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換變速。例8-6：YD132S-6/4三相異步電動(dòng)機(jī)PN＝3/4kw，nN＝970/1475r／min，km＝2.1/2.2，求TL=0.8TN時(shí)的速度。解：8.4.2變頻調(diào)速

8.4.2.1基頻向下變頻調(diào)速

(1)恒電勢(shì)頻比：保持E1／f1

＝常數(shù)nTen1n”1Tmn’1n’”1f1f’1f”1f’”1(2)恒電壓頻比：保持U1／f1

＝常數(shù)nTeTmf1f’1f”1f’”1n’”1n”1n’1n18.4.2.2基頻向上的變頻調(diào)速TeTmf1f’1f”1f’”1n1n’1n”1n’”1n例8-7：YVF280S-4三相異步電動(dòng)機(jī)PN＝75kW，UN＝380V

，

nN＝1450r／min，km＝2.4，保持額定負(fù)載，采用恒壓頻比調(diào)速，求n＝550r／min時(shí)的頻率和電壓。解：8.4.3調(diào)壓調(diào)速高轉(zhuǎn)差率或繞線式電動(dòng)機(jī)調(diào)壓調(diào)速帶轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的調(diào)壓調(diào)速例8-8：Y280S-4三相異步電動(dòng)機(jī)PN＝75kW，UN＝380V

（△接），

nN＝1480r／min，km＝2.2，保持額定負(fù)載，采用調(diào)壓調(diào)速，求UN

＝0.8UN

時(shí)的轉(zhuǎn)速。解：8.4.4.1繞線異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速sm2n1R2smsm1nRs1+R2Rs2+R2TmTeTLTm例8-5：繞線式Y(jié)R280-4異步電動(dòng)機(jī)PN＝75kw，nN＝1480r／min，U1N

＝380V(△)，km＝3，

E2N

＝354V，

I2N

＝128A，求(1)轉(zhuǎn)子串0.1電阻時(shí)的轉(zhuǎn)速。(2)轉(zhuǎn)速為1000r/min時(shí)，轉(zhuǎn)子串的電阻。解：8.4.4.2繞線異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速在繞線式轉(zhuǎn)子串一個(gè)頻率與轉(zhuǎn)子頻率f2相同，相位既可與轉(zhuǎn)子電勢(shì)E2s相同，也可反相的附加電勢(shì)Ead

來(lái)減少輸出機(jī)械功率，達(dá)到降速目的，稱為串級(jí)調(diào)速。8.4.5電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)由鼠籠三相異步電機(jī)，電磁轉(zhuǎn)差離合器，測(cè)速發(fā)電機(jī)和控制裝置組成。YCT系列小型電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)，廣泛應(yīng)用于輕工、紡織、電站、印染、印刷、造紙、石化、食品、機(jī)械等工業(yè)部門作恒轉(zhuǎn)矩交流無(wú)級(jí)調(diào)速。該系列有鼠籠電動(dòng)機(jī)、電磁轉(zhuǎn)差離合器和控制器三部分組成，能在規(guī)定的調(diào)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑的無(wú)級(jí)調(diào)速，并保證輸出額定轉(zhuǎn)矩。

特點(diǎn)：調(diào)速范圍廣，速度調(diào)節(jié)平衡；具有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速變化率小，調(diào)速精度高；起動(dòng)平滑，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、可靠、可手控、自控和遙控；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠、維護(hù)方便；本系列調(diào)速電動(dòng)機(jī)無(wú)失控區(qū)。YCTD系列小型電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)是因轉(zhuǎn)差離合器的電樞采用低電阻材料鋁或銅作端環(huán)而得名。端環(huán)與實(shí)心剛體采用特殊的結(jié)合工藝，以保證良好的金相結(jié)合。比YCT系列同功率的電機(jī)機(jī)座號(hào)小1~2個(gè)，最高轉(zhuǎn)速平均提高4.2%，傳遞效率高。三相異步電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)一、電動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)8.5異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)制動(dòng)狀態(tài)：三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T為制動(dòng)性的，與轉(zhuǎn)速n方向相反。制動(dòng)方法：回饋制動(dòng)、反接制動(dòng)、倒拉反轉(zhuǎn)、能耗制動(dòng)和軟制動(dòng)，其相應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)為回饋制動(dòng)狀態(tài)、反接制動(dòng)狀態(tài)、倒拉反轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)和能耗制動(dòng)狀態(tài)。8.5.1回饋制動(dòng)：n＞n1，s=(n1-n)/n1<0當(dāng)s變負(fù)后，轉(zhuǎn)子電流的有功分量改變了方向，無(wú)功分量的方向不變?；仞佒苿?dòng)狀態(tài)時(shí)相量圖U1與I1之間的φ1>90°，P1=m1U1I1cosφ1<0，電動(dòng)機(jī)將電能回饋電網(wǎng)。轉(zhuǎn)子電流的有功分量改變了方向，故Te=CTΦmI2'cosj2

<0，與n轉(zhuǎn)向相反，軸上產(chǎn)生機(jī)械制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)由軸上輸入機(jī)械功率。電動(dòng)機(jī)向網(wǎng)輸送有功功率，需從電網(wǎng)輸入落后的無(wú)功功率，以便建立旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

由于轉(zhuǎn)子電流的無(wú)功分量方向不變所以定子必須接到電網(wǎng)，并從電網(wǎng)吸取無(wú)功功率才能建立電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)如果在異步電動(dòng)機(jī)定子脫離電網(wǎng)的同時(shí)，又希望能發(fā)電則定子三相必須接上連接成三角形或星形的三相電容器。在某些工程中，要求異步電動(dòng)機(jī)脫離電網(wǎng)，又希望能發(fā)電，必須在定子連接△的三相電容器，可提供異步電動(dòng)機(jī)發(fā)電所需的無(wú)功功率。(二)反接制動(dòng)狀態(tài)當(dāng)電容器接成三角形時(shí)，I0--電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流（A），可取I0=0.3I1N

電容器也可接成星形，分為轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)和定子兩相倒相的反接制動(dòng)反接制動(dòng)狀態(tài)的特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相反1.轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)1)轉(zhuǎn)速反向反接制動(dòng)電路圖Δ-YY變極降速過(guò)程的回饋制動(dòng)：

BC段回饋制動(dòng)下放重物的回饋制動(dòng)：n＞n1，s＜0HB段回饋狀態(tài)例8-10一YR280S-8繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)起重機(jī)，PN＝37kw，UN＝380V，km＝2.4，nN＝735r/min，E2N＝281V，I2N＝81.5A。勻速下放重物TL

＝300N·m，求轉(zhuǎn)速。⑴固有機(jī)械特性；⑵轉(zhuǎn)子每相應(yīng)串0.12Ω電阻。反接制動(dòng)：分為轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)和定子兩相倒相的反接制動(dòng)。1.轉(zhuǎn)速反向的反接制動(dòng)(倒拉反轉(zhuǎn)運(yùn)行)

繞線式電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)位能恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，如果轉(zhuǎn)子回路串入電阻超過(guò)某一數(shù)值后，電動(dòng)機(jī)的Te

＜

T

L(0＜s＜1)，位能負(fù)載倒過(guò)來(lái)拉著電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向相反，

負(fù)載位能被電機(jī)吸收轉(zhuǎn)換成電功率，和定子傳給轉(zhuǎn)子的電磁功率一起消耗在轉(zhuǎn)子電阻上。

轉(zhuǎn)子由定子輸入的電功率（電磁功率）為：轉(zhuǎn)子軸上機(jī)械功率為：s>1，P2為負(fù)值，即電動(dòng)機(jī)由軸上輸入機(jī)械功率。反接制動(dòng)時(shí)能量損耗極大。轉(zhuǎn)子電路的損耗為：用于穩(wěn)定下放位能性負(fù)載。例8-12繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)PN＝30kw，UN＝380V，km＝3，nN＝730r/min，E2N＝390V，I2N＝50A。如果該電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)位能性負(fù)裁TL

＝0.8TN，⑴當(dāng)重物下放時(shí)，要求轉(zhuǎn)速為500r／min，求轉(zhuǎn)子每相應(yīng)串多大電阻?⑵串入3.2Ω電阻，轉(zhuǎn)速為多少，何狀態(tài)？⑶串入6.2Ω電阻，轉(zhuǎn)速為多少，何狀態(tài)？提升狀態(tài)下放狀態(tài)8.5.2反接制動(dòng)（改變電源相序的反接制動(dòng)）

在電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，突然改變異步電動(dòng)機(jī)的三相電源相序，定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反向，由于機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)子不會(huì)立即換向，而轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流反向，電磁轉(zhuǎn)矩也反向，產(chǎn)生制動(dòng)作用。Pm＜0，電動(dòng)機(jī)軸上是輸入機(jī)械功率，PM＞0，定子向轉(zhuǎn)子傳遞電磁功率。轉(zhuǎn)子回路消耗從定子傳到轉(zhuǎn)子的電磁功率和由負(fù)載輸入的機(jī)械功率，能耗很大。電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在A點(diǎn)，電源相序改變時(shí)，由于機(jī)械慣性，制動(dòng)開(kāi)始轉(zhuǎn)速來(lái)不及變化，A點(diǎn)平移到B點(diǎn)，轉(zhuǎn)矩為制動(dòng)性負(fù)值，使電機(jī)沿曲線2減速，直至C點(diǎn)(n＝0)，切斷電源，電機(jī)停轉(zhuǎn)。特點(diǎn)：應(yīng)用于快速制動(dòng)停車的場(chǎng)合，但不易實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確停車，需用控制裝置在轉(zhuǎn)速接近于零時(shí)切斷電源。也適用于頻繁正、反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械。

反接制動(dòng)時(shí)，為了防止電機(jī)電流過(guò)大，在轉(zhuǎn)子回路外串制動(dòng)電阻，其電阻比轉(zhuǎn)子本身的大得多，熱量在外散熱。其反接制動(dòng)的特性為曲線3，制動(dòng)過(guò)程為B’C’段。為保持較大的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可采用分級(jí)切除外串大電阻的分級(jí)制動(dòng)方式。

如果不切斷電源，電動(dòng)機(jī)將反向起動(dòng)。若負(fù)載為反抗性負(fù)載，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，一直加速到D點(diǎn)，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡，進(jìn)入反向電動(dòng)狀態(tài)。如果電機(jī)在位能性負(fù)載的拖動(dòng)下，一直反向加速到E點(diǎn)，達(dá)到轉(zhuǎn)矩平衡T；電機(jī)轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速，處于反向回饋制動(dòng)狀態(tài)。BC反接制動(dòng)狀態(tài)例8-11繞線式Y(jié)R280M-8三相異步電動(dòng)機(jī)PN＝45kw，UN＝380V，km＝2.4，nN＝735r/min，E2N＝359V，I2N＝76A。要求反接制動(dòng)，開(kāi)始制動(dòng)轉(zhuǎn)矩為2TN，求轉(zhuǎn)子需串入多大電阻?8.5.3能耗制動(dòng)制動(dòng)后制動(dòng)前

把異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組從交流電源上切斷，并立即按一定接線方式把它接到直流電源上，此時(shí)電動(dòng)機(jī)也處于制動(dòng)狀態(tài)。將定子兩相通直流電流，建立一個(gè)恒定磁場(chǎng)。轉(zhuǎn)子因慣性旋轉(zhuǎn)，其導(dǎo)體切割恒定磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，建立電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反，起制動(dòng)作用。在制動(dòng)過(guò)程中，電機(jī)轉(zhuǎn)速不斷下降，電機(jī)將吸收機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能消耗在轉(zhuǎn)子電阻上。能耗制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性持點(diǎn)：

(1)機(jī)械特性曲線過(guò)T-n坐標(biāo)的原點(diǎn)；

(2)當(dāng)通入定子直流電流大小不變，其最大轉(zhuǎn)矩Tm不變，如果轉(zhuǎn)子回路電阻增大，則最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速增加。曲線1為轉(zhuǎn)子不外串電阻的機(jī)械持性，最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為nm，曲線2為轉(zhuǎn)子回路外串電阻R的機(jī)械特性，最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速為n’m

，n’m>nm

。

(3)當(dāng)電阻不變，增大直流電流，則最大轉(zhuǎn)矩Tm增大，但轉(zhuǎn)速nm不變（曲線3）。能耗制動(dòng)應(yīng)用于快速停車。對(duì)反抗性負(fù)載能準(zhǔn)確停車，電動(dòng)機(jī)減速到0自動(dòng)停止。拖動(dòng)位能性負(fù)載，當(dāng)轉(zhuǎn)速減速到零時(shí)，用機(jī)械抱閘將電機(jī)軸剎住停車。否則，在位能負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL拖動(dòng)下電機(jī)反轉(zhuǎn)，直到C點(diǎn)(T

＝T