机电传动控制(第五版)课件及其复习.ppt

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1、第一章 概述,定义：以电动机为原动机（动力源）驱动生产机械的系统的总称。目的：将电能转换为机械能，实现生产机械的启动、停止及速度调节，满足各种生产工艺过程的要求，保证生产过程的正常进行。,总复习,机电传动技术的发展,动力源：蒸汽机，内燃机，电动机机电传动方式：成组拖动：一台电机拖动多台设备，老方式，传动机构复杂，效率低。单电机拖动：一台电机拖动一台设备，比成组方式进步。多电机拖动：多台电机拖动一台设备，现代的传动方法。,第二章 机电传动系统的动力学基础,D 单轴传动系统的惯性直径（m）;,G 单轴传动系统的重力（Kg）。,GD2 应视为一个整体物理量。,运动方程式是研究机电传动系统最基本的方程

2、式，由它可描述出系统运动的状态及特征。,1 机电传动系统的运动方程式,2、传动系统的状态,根据运动方程式可知：运动系统有两种不同的运动状态：,即,，为常数，传动系统以恒速运动。,TM=TL时传动系统处于恒速运动的这种状态被称为稳态。,即,传动系统加速运动。,即,传动系统减速运动。,TM TL时传动系统处于加速或减速运动的这种状态被称为动态。,处于动态时，系统中必然存在一个动态转矩：,它使系统的运动状态发生变化。其转矩平衡方程为：,TM=TL+Td,上式表明，在任何情况下，电机所产生的转矩总是被轴上的负载转矩（静态转矩）与动态转矩之和所平衡。,由于传动系统有多种运动状态，相应的运动方程式 中的转

3、速和转矩的方向就不同，因此需要约定方向 的表达规则。,3、TM、TL、n的参考方向,因为电动机和生产机械以共同的转速旋转，所以，一般以（或n）的转动方向为参考来确定转矩的正负。,当TM的实际作用方向与n的方向相同时（符号同），取与n相同的符号，TM为拖动转矩；,1)TM的符号与性质,当TM的实际作用方向与n的方向相反时，取与n相反的符号，TM为制动转矩。,拖动转距促进运动；制动转距阻碍运动。,当TL的实际作用方向与n的方向相同时（符号反），取与n相反的符号，TL为拖动转矩；,2)TL的符号与性质,当TL的实际作用方向与n的方向相反时，取与n相同的符号，TL为制动转矩。,4 机电传动系统的负载特

4、性,前面讨论的机电传动系统运动方程中，负载转矩TL 可能是常数，也可能是转速的函数。,我们把同一轴上负载转矩与转速之间的函数关系称为 机电传动系统的负载特性。,就是生产机械的负载特性，有时也称为生产机械的 机械特性。今后均指电机轴上的负载特性。,不同类型的生产机械在运动中受阻的性质是不同的，其负载特性曲线的形状也有所不同，大致分为：,恒转矩型负载特性、离心式通风机型负载特性、直线型负载特性、恒功率型负载特性。,2.3.1 恒转矩型负载特性,这一类型负载特性的特点是：负载转矩为常数。如图所示。,依据负载转矩与运动方向的关系，恒转矩型负载特性 可分为反抗性转矩和位能性转矩两种。,a反抗转矩：又称摩

5、擦性转矩，其特点如下：,由摩擦、非弹性体的压缩、拉伸与扭转等作用所产生 的负载转矩。,反抗性转矩的方向恒与运动方向相反，阻碍运动；,反抗性转矩的大小恒常不变。,根据转矩正方向的约定可知，反抗性转矩恒与转速n 的方向相反时取正号，即：n 为正方向时TL 为正，特性在第一象限；n 为负方向时TL 为负，特性在第三象限。,b位能性转矩，其特点如下：,位能性转矩的大小恒常不变；,作用方向不变，与运动方向无关，即在某一方向 阻碍运动而在另一方向促进运动。,位能性转矩是由物体的重力或弹性体的压缩、拉伸、扭转等作用所引起的负载转矩；,离心式通风机型负载特性,离心式通风型机械特性是按离心力原理工作的，如离心式

6、鼓风机、水泵等，它们的负载转矩TL的大小 与转速n的平方成正比，即：,其中：C为常数。,特性曲线如图所示。,直线型负载特性,直线型负载的负载转矩TL的大小与转速n的大小 成正比，即：,其中：C为常数。,特性曲线如图所示。,恒功率型负载特性,恒功率型负载的负载转矩TL的大小与转速n的 大小成反比，即,其中：C为常数。例如机床。,实际应用中，负载可能是单一类型的，也可以是几种 类型的复合。,特性曲线如图所示。,5 机电传动系统稳定运行的条件,机电传动系统中，电动机与生产机械连成一体，为了使整个系统运行合理，就要使电动机的机械 特性与生产机械的负载特性尽量相匹配。,特性配合好坏的基本要求是系统能稳定

7、运行。,1、机电系统稳定运行的含义包括：,1)系统应能以一定速度匀速运行；,2)系统受某种外部干扰作用（如电压波动、负载 转矩波动等）而使运行速度发生变化，应保证 系统在干扰消除后能恢复到原来的运行速度。,2、机电系统稳定运行的条件,1)必要条件,电动机的输出转矩TM和负载转矩TL大小相等，方向相反。,从Tn 坐标上看，就是电动机的机械特性曲线 n=f(TM)和生产机械的机械特性曲线n=f(TL)必须有交点，交点被称为平衡点。,2)充分条件,系统受到干扰后，要具有恢复到原平衡状态的 能力，即：当干扰使速度上升时，有 TMTL。这是稳定运行的充分条件。,符合稳定运行条件的平衡点称为稳定平衡点。,

8、机电系统稳定运行的充分必要条件也可表述为：,电动机的机械特性n=f（Tm）与负载特性n=f（TL）有交点；,a、b两点是否为稳定平衡点？,a点：,当负载突然增加后,当负载波动消除后,故a点为系统的稳定平衡点。,同理b点不是稳定平衡点。,异步电动机的机械特性,生产机械的机械特性,交点a,交点b,分析举例,若我们约定：Ia 电枢电流；Ra 电枢电阻；E 电枢电动势；U 电机端电压；Uf 励磁绕组端电压；Rf 励磁调节电阻；If 励磁绕组电流。,由电磁学理论很容易 推得：,直流电机机械特性一般表达式,第3章直流电机的工作原理及特性,1、固有机械特性,电机的机械特性有固有特性和人为特性之分。,固有特性

9、又称自然特性，是指在额定条件下的 n=f(T)曲线。,（1）估算电枢电阻Ra：,根据电机铭牌可以计算出关键点而绘出该电机 在额定条件下的 n=f(T)特性曲线。,即根据电机铭牌计算出理想空载点和额定运行点 的坐标，再据此近似地画出 n=f(T)特性曲线。,（2）求KeN：,（3）求理想空载转速：,（4）求额定转矩：,重点,根据（0,n0）和（Tn,nN）两点就可以作出他励电动机 的机械特性曲线。,正转时，在第一象限；反转时，在第三象限。,人为机械特性是指公式 中的供电电压U 或磁通 不是额定值、电枢电路中 接有外加电阻Rad时的机械特性。（三种）,2、人为机械特性,（1）电枢回路中串接附加电阻

10、时的人为机械特性；,（2）改变电枢电压U 时的人为机械特性；,（3）改变磁通时的人为机械特性。,3 直流他励电动机的启动特性,启动电动机就是施电于电动机，使电动机转子转动 起来，达到要求转速的过程。,对直流电动机而言，在未启动之前n=0、E=0，而Ra一般很小。,所以，当电动机被直接接入电网并施加额定电压时，启动电流为：,这个电流很大，一般情况下能达到其额定电流的（1020）倍。,过大的启动电流危害很大：,（1）对电动机本身的影响：,使电动机在换向过程中产生危险的火花，烧坏整流子（换向器）；,过大的电枢电流产生过大的电动应力，可能引起绕组的损坏。,（2）对机械系统的影响：,启动转矩与启动电流成

11、正比例；,巨大的启动转矩在运动系统中产生很大的 动态转矩；,过大的动态转矩会在机械系统和传动机构中产生 过大的动态转矩冲击，使机械传动部件损坏。,（3）对供电电网的影响：,过大的启动电流可能会导致保护装置动作，导致切断电源，造成事故；,或者引起电网电压的下降，影响其他负载的 正常运行。,因此，,直流电动机是不允许直接启动的,若要启动，必须设法限制电枢电流！,例如：普通的Z2型直流电动机，规定电枢的瞬时电流 不得大于额定电流的1.52倍。,4 直流他励电动机的调速特性,调速（又称速度调节）与速度变化是两个完全 不同的概念。,电动机的调速是在一定的负载条件下，人为地改变 电动机的电路参数，以改变电

12、动机的稳定转速。,如图所示：人为地改变（或 调节）电枢回路的电阻大小 造成转速下降，故这种人为 改变某些参数而造成速度的 变化，称调速或速度调节。,a 改变电枢电路外串电阻Rad,从特性方程可看出，在一 定的负载转矩TL下，串入 不同的电阻可以得到不同 的转速。,在电阻分别为Ra、R1、R2、R3的情况下，可以分别 得到稳定工作点A、C、D和E，对应的转速为 nA、nB、nC、nD。（RaR1R2R3）,电枢回路串接附加电阻人为机械特性方程为：,Rad越大，电机特性越软。,当U 和都是额定值时，二者的理想空载转速n0是 相同的，而转速降n却变大了，即机械特性变软。,Rad越大，机械特性越软。,

13、由不同的Rad可得一族由同一点(0,n0)发出的人为机械特性 曲线。,特点：,b 改变电机电枢供电电压U,改变电枢供电电压U 可得如图所示的一组人为 机械特性曲线：,从特性曲线可看出，在一定 的负载转矩TL下，电枢外加 不同电压可得到不同的转速。,在电压分别为 UN、U1、U2、U3的情况下，可以分别得到 稳定工作点a、b、c和d，对应的转速为na、nb、nc、nd。（UNU1U2U3）,当=N、Rad=0、改变电枢电压U 时，理想空载 转速n0将随电枢电压U 的变化而变化，但转速降 n却不变。,所以，在不同的电枢电压U 下，可得一组平行于固有机械特性 曲线的人为机械特性曲线。,由于电机绝缘材

14、料耐压条件 的限制，这种电压调速方法 只能在额定电压值以下调节。,是一种电机降速调速法。,特点：,例：将电机电枢供电电压由U1升到UN。,电压为U1时，电机工作在U1 特性的b点；此时，稳定转速 为nb。,当电压突然上升到UN时，由于 机械系统的惯性作用，转速n 不变，相应的反电动势也不变，仍分别为nb和Eb。,但当不考虑电枢电路的电感时，电枢电流将由 突然上升至；,电机转矩也由 突然升至；,此时，电机的工作点虽然由 b点过渡到g点，但由于有 TgTL，所以，系统开始加速。,反电动势E也会随着转速n的 上升而增大，电枢电流则逐渐减少，电机转矩也 相应地减少，电机的工作点沿UN由g点移动到a点，

15、电机转矩又回到TL。,改变电枢回路串接电阻的大小调速存在如下问题：,机械特性较软，电阻愈大则特性愈软，稳定度愈低；,在空载或轻载时，调速范围不大；,实现无级调速困难；,在调速电阻上消耗大量电能等。,正因为缺点不少，目前已很少采用，仅在有些起重 机、卷扬机等低速运转时间不长的传动系统中采用。,当U=UN、Rad=0、而改变磁通 时，理想空载转速n0和转速降n都要随磁通 的变化 而变化。,由于磁通只能在低于其 额定值的范围内调节，而 启动电流为常数，所以得到 的人为机械特性曲线如右 所示。是一种电机超速调速法。,当磁通过分消弱后，如果负载转矩不变，电机电流将大大增加，从而产生过载现象。,必须注意的

16、是：,当=0时，电机转速将升到机械强度不允许的程度。,因此，直流他励电机启动前必须先加励磁电流，且在运转中决不允许励磁电流为零。,为此，直流他励电机在使用中，一般都设有“失磁”保护措施。,c 改变电机主磁通,改变电机主磁通 的调速机械特性如图所示：,即改变主磁通 可以达到调速的目的。,降速时沿c-d-b进行，升速时沿b-e-c进行。,可平滑无级调速，但只能弱磁调速，即在额定转 速以上调节；,调速特性较软，且受电动机换向条件等的限制；,调速时维持电枢电压U 和电枢电流Ia不变时，电动机的输出功率P=UIa不变，属恒功率调速。,普通他励电动机的最高转速不得超过额定转速的 1.2倍，所以，调速范围不

17、大。,所以，它往往和调压调速配合使用，即在额定转 速下用降压调速；在额定转速之上用弱磁调速。,特点：,5 直流他励电动机的制动特性,1、制动与启动的定义：,启动：施电于电动机使电动机速度从静止加速到 某一稳定转速的一种运动状态。,制动：电动机脱离电网，或使电动机转速 从某一稳定转速开始减速到停止或是 限制位能负载下降速度的一种运转状态。,注意：电动的制动与自然停车是两个不同的概念。,a 反馈制动,电机正常接线时，在外部 条件作用下，电机的实际 转速n大于其理想空载转速 n0，此时，电机即运行于 反馈制动状态。,例：电车，走平路时，其电机工作在 电动状态下，电磁转矩T 克服 摩擦性负载转矩Tr，

18、即T=Tr，以转速na稳定在工作点a。,b 反接制动,当他励电机的电枢电压U或电枢电动势E中的任一个 在外部条件作用下改变了方向时，电机将运行于 反接制动状态。,特点：,1）电动机的外加电枢电压U 与感应电动势E 的方向 在外界的作用下由相反变为相同；,2）电动机的输出转矩TM与转速n的方向相反。,在反接制动中，把改变电枢电压U 的方向所产生的反接制动称为电源反接制动；,而把改变电枢电动势E的方向所产生的反接制动称为倒拉反接制动。,（1).电源反接制动,设电动机外加电枢电压的参考方向为图中所示。,当电压的实际方向与参考方向相同时，电动机的 机械特性为：,其特性曲线如图（b）中的曲线1所示（正向

19、）。,(2).倒拉反接制动,设电机处于正向电动状态，以na转速稳定运转，提升重物。若用在电枢电路中串入附加限流电阻 Rad 的方法下放重物，这时，电机将由固有特性 曲线1的a点过渡到人为特性曲线2的c点，电机转矩 T 远小于负载转矩TL。,因此，电机 转速将沿着 曲线2下降。,到d点时，电机转速为0，重物停止上升。,C 能耗制动,电机在电动状态运行时，若把外施电枢电压U突然 降为0，同时用一个附加电阻Rad短接电枢两端，即 得到能耗制动状态。,此时电机成为发电机，将机械能转换为电能和热能。,此时的机械特性曲线为图中的曲线2。,1、旋转磁场的极数与旋转速度,在交流电动机中，旋转磁场相对定子的旋转

20、速度 被称为同步速度，用n0表示。,以上讨论的旋转磁场，具有一对磁极（磁极对数 用p 表示）即p=1。,电流变化经过一个周期（变化360电角度），旋转 磁场在空间也旋转了一转（转了360机械角度），若电流的频率为f，旋转磁场每分钟将旋转60f 转，即：,第4章 交流电动机的工作原理及特性,依次类推，当有p对磁极时，其转速为：,所以，旋转磁场的旋转速度与电流的频率成正比 而与磁级对数成反比。,但转子转速n 恒小于旋转磁场转速（同步转速）。,所以，称为异步电机。,所以，转子与旋转磁场才会永远有切割磁力线的 相对运动，才有感应电动势和感应电流，才会产生 驱动转子的电磁转矩转子旋转的主要因素。,我们把

21、转速差(n0-n)与同步转速n0的比值称为异步 电动机的转差率，用S表示，即：,转差率S是分析异步电动机运行特性的主要参数。,通常，异步电动机在额定负载时，n 接近n0，转差率S 很小，一般为0.0150.060。,2、转差率,定子每相绕组中产生的感应电动势为：,它也是正弦量，其有效值为：,式中，f1为e1的频率。,因为旋转磁场和定子间的相对转速为n0，所以有,它等于定子电流的频率，即。,定子每相绕组中还要产生漏磁电动势：,3、定子电路的分析,加在定子每相绕组上的电压分为三个分量，即：,如用复数表示，则为：,式中，和 为定子每相绕组的电阻和漏磁感抗，,由于R1和X1较小，其上电压降与电动势E1

22、比较起来，常可忽略，于是：,4、转子电路的分析,在讨论电机转矩之前，必须弄清转子电路中的各项 物理量：电动势e2、转子电流i2、转子电流频率f2、转子电路的功率因数cos2、转子绕组的感抗X2。,旋转磁场在转子每相绕组中感应出的电动势为：,其有效值为：,式中，f2为转子电动势e2或转子电流i2相对于旋转 磁场的频率。,因为旋转磁场和转子间的相对转速为 n0-n。,在 n=0，即S=1时，转子电动势为：,为转子最大电动势。,可见转子电动势E2 与转差率S 有关。,和定子电流一样，转子电流也要产生漏磁通，从而 在转子每相绕组中还要产生漏磁电动势。,因此，对于转子每相电路，有：,如用复数表示，则为：

23、,式中，R2和X2转子每相绕组的电阻和漏磁感抗。,在n=0，即S=1 时，转子感抗为：,为转子最大感抗。,可见转子感抗E2 与转差率S 有关。,转子每相电路的电流为：,可见转子电流I2 也与转差率S 有关。当S 增大，即转速n 降低时，转子与旋转磁场间的相对转速 增加，转子导体被磁力线切割的速度提高，于是 E2 增加，I2 也增加。,转子电流I2 随转差率S 的变化关系如图5.20所示。,当S=0，即n0-n=0，I2=0；,当S 很小时，即与S近似地成正比；,当S 接近于1时，为常数。,由于转子有漏磁通L2，相应的感抗为X2。,因此，I2比E2滞后2角，因而转子电路的功率因数为：,它也与转差

24、率S有关。,当S很小时，；,当S增大时，X2也增大，于是cos 2 减小；,当S接近于1时，cos 2 R2/X20。,可见电动势、电流、频率、感抗及功率因数都与转速有关。,5、三相异步电机的固有机械特性,三相异步电机的转矩是由旋转磁场的每极磁通 与转子电流I2 相互作用而产生的。,其计算公式为：,该计算公式的另一表达式为：,其中，Kt与电机结构有关的常数；I2转子电流；每极磁通；2I2比E2滞后角；R2转子每相绕组的电阻；U1定子绕组相电压；U电源电压；X20电机不动时转子每相绕组的感抗；K与电机结构、电源频率有关的常数。,从特性曲线上可以看出，其上有 四个特殊点可以决定特性曲线的 基本形状

25、和异步电动机的运行 性能，这四个特殊点是：,(1)T=0，n=n0(S=0)时，,电动机处于理想空载工作点，此时电动机的转速为理想空载转速即同步转速。,(2)T=TN，n=nN(S=SN)时，,这时，电动机处于额定工作点。其额定转矩和额定转差率为：,式中：,PN电机的额定功率；nN电机的额定转速，一般nN=(0.940.958)N0；SN电机的额定转差率，一般SN=0.060.015；TN电机的额定转矩。,(3)T=Tst，n=0(S=1)时，,电动机处于启动工作点。,将S=1代入转矩公式中，可得：,可见，异步电动机的启动转矩Tst与U、R2及X20有关。,当施加在定子每相绕组上的电压降低 时

26、，启动转矩会明显减小；,当转子电阻适当增大时，启动转矩会增大；,若增大转子电抗则会使启动转矩大为减小。,通常把在固有机械特性上启动转矩Tst与额定转矩TN 之比st=Tst/TN 作为衡量异步电动机启动能力的一个 重要数据。一般：,(4)T=Tmax，n=nm(S=Sm)时，,电机处于临界工作点。,欲求转矩的最大值，可令,得临界转差率：,再将Sm代入转矩公式中，即可得：,上式表明，Tmax对电压的波动很敏感。,电源电压过低会引起输出转矩明显下降，甚至低于负载转矩而造成电机停转。,通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩 之比 称为电动机的过载能力系数。,它表征了电动机能够承受冲击负载的能力

27、大小，是电动机的又一个重要运行参数。,鼠笼式异步电动机：,线绕式异步电动机：,（1）降低电动机电源电压时的人为特性,n0不变；,Sm不变；,Tmax随着电压的减小而大大地减小；,Tst随着电压的减小而大大地减小。,改变电源电压后的人为特性如图图所示。,6、人为特性,（2）定子电路接入电阻或电抗时的人为特性,在电动机定子电路中外串电阻或电抗后，电动机 端电压为电源电压减去定子外串电阻上或电抗上的 压降，致使定子绕组相电压降低,这种情况下的人为 机械特性与降低电源电压时的相似，如图所示。,（3）改变定子电源频率时的人为特性,一般变频调速采用恒转矩调速，即希望最大转矩保持为恒值，为此在改变频率的同时

28、，电源电压也要作相应的变化，使U/f=C，这在实质上是使电机气隙磁通保持不变。,因此，改变电源频率后的机械特性如图所示。,n0不变；,Tmax不变；,Sm随着串接电阻的增加而增大。,此时的人为特性将是一根比固有特性较软的一条曲线，如图(b)所示。,（4）转子电路串电阻时的人为特性,要求启动平滑，即要求启动时加速平滑，以减小 对生产机械的冲击。,启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便。,启动过程中的功率损耗越小越好。,其中，“足够大的启动转矩”和“启动电流越小 越好”是衡量电机启动性能的主要技术指标。,7、三相异步电动机的启动特性,异步电动机本身的启动特性为：,异步电动机在接入电网启动的瞬时，

29、由于转子处于静止状态，定子旋转磁场以最快的相对速度（即同步转速）切割转子导体，在转子绕组中感应出很大的转子电动势和转子电流，从而引起很大的定子电流，一般可达额定电流的57倍。,a.定子电流大，Ist=(57)IN。,b.启动转矩小，Tst=(0.81.5)TN。,启动时S=1，转子功率因数 很低，,因而启动转矩 却不大。,8、鼠笼式启动,一般在有独立变压器供电（即变压器供动力用电）的情况下，若电动机启动频繁时，电动机功率小于 变压器容量的20%时允许直接启动；,若电动机不经常启动，电动机功率小于变压器容量 的30%时也允许直接启动；,如果没有独立的变压器供电（即与照明共用电源）的情况下，电动机

30、启动较频繁，则常按经验公式来 估算，满足下列关系则可直接启动：,1.直接启动,2、电阻或电抗器降压启动,其接线原理如图所示。,启动时，接触器KM1断开，KM 闭合，将启动电阻Rst串入定子 电路，使启动电流减小；,待转速上升到一定程度后再将KM1闭合，Rst被短接，电动机接上全部电压而趋于稳定运行。,缺点：,启动转矩随定子电压的平方关系 下降，故它只适用于空载或轻载 启动的场合；,不经济，在启动过程中，电阻器 上消耗能量大，不适用于经常 启动的电动机，若采用电抗器代替 电阻器，则所需设备费较贵，且体积大。,3、Y-降压启动,启动时，接触器触点KM和KM1 闭合，KM2断开，将定子绕组 接成Y；

31、,待转速上升到一定程度后再将KM1 断开，KM2闭合，定子绕组接成，电机启动过程完成，转入正常运行。,设U1为电源线电压，IstY及Ist为定子绕组分别接成 星形及三角形的启动电流（线电流），Z为电动机 在启动时每相绕组的等效阻抗。则有：,所以,即定子绕组接成星形时的启动电流只有接成三角形 时的启动电流的1/3。,同样，启动转矩也只有接成三角形时的1/3。,Y-降压启动方法的优点是：设备简单、经济、启动电流小；,Y-降压启动方法的缺点是：,启动转矩小，且启动电压不能按实际需要调节，只适用于空载或轻载启动的场合；,并只适用于正常运行时定子绕组接线为的异步电动机。,由于这种方法应用广泛，我国规定4

32、KW及其以上的 三相异步的额定电压为380V，连接方法为，当电源线电压为380V时，它们就可用Y-降压启动。,9、线绕式异步电动机的启动方法,鼠笼式异步电动机的启动转矩小，启动电流大，因此不能满足某些生产机械需要高启动转矩和 低启动电流的要求。,线绕式异步电动机由于能在转子电路中串电阻，因此具有较大的启动转矩和较小的启动电流，即具有较好的启动特性。,在转子电路中串电阻的启动方法常用的有两种：逐级切除启动电阻法和频敏变阻器启动法。,逐级切除启动电阻法,采用逐极切除启动电阻的方法，其目的和启动 过程与他励直流电动机采用逐级切除启动电阻的 方法相似，主要是为了使整个启动过程中电机能 保持较大的加速转

33、矩。启动过程如图所示：,10、三相异步电动机的调速特性,由公式,知，,在一定负载下，欲得到不同的转速 n，可以改变：极对数 P、转差率 S 和电源频率 f 来获得。,交流调速的分类,交流调速,变极对数调速,变转差率调速,变频调速,改变鼠笼式异步电机定子 绕组的极对数。,调压调速,转子电路串电阻调速,串极调速,电磁转差离合器调速,改变定子电源频率。,改变定子电压。,线绕式异步电机转子 电路串电阻。,线绕式异步电机转子电路串电动势。,滑差电机调速。,变极对数调速是有级的；,变转差率调速不用调节同步转速，低速时，电阻 能耗大，效率低；,变转差率调速中，只有串级调速的转差功率才得以 利用，效率较高；,

34、变频调速需要调节同步转速，从高速到低速都能 保持很小的转差率，效率高，调速范围大，精度高，是一种较理想的交流电机调速方法。,改变转差率调速,属于改变转差率调速的方法有：调压调速；转子电路串电阻调速；串级调速；电磁转差离合器调速。,1、调压调速,1）异步电机调压特性,电压改变后，Tmax变化，而n0和Sm不变。,对于恒转矩TL，与不同电压下电机机械特性曲线相交，得到a、b、c三点。,三点所决定的转速差别不大，说明其调速范围很小。,但是，随着转速的降低，转子电流增大。,为了使电机能在低速下稳定运行又不致过热，应 选用高转差率电机。,这种调速方法可实现无级调速，但调速范围不大。,这种调速方法机械特性

35、很软，运行效率较低，且在 低速运行时，工作点不易稳定。,若要提高该调速方法的机械特性 硬度，就要采用速度闭环控制 系统。,高转差率异步电机特性,2、转子电路串电阻调速,从图中可以看出，串联不同的电阻时，其n0和Tmax 不变，但Sm随外加电阻的增大而增大。,对于恒转矩负载TL，由负载特性曲线与电机机械 特性的交点可知，随着外加电阻的增大，电机转速 降低。,这种调速方法只适用于线绕式异步电机，其启动 电阻可兼做调速电阻。,但考虑稳定运行时的发热，应适当加大电阻的 容量。,这种调速方法简单可靠，但属于有级调速。,随着转速的降低，特性变软。,低速时，转差功率大，损耗大。,所以，这种调速方法大多用于重

36、复短期运转的 生产机械中，如起重机。,11、三相异步电动机的制动特性,异步电机和直流电机一样，亦有三种制动方式：反馈制动、反接制动和能耗制动。,（1）反馈制动,由于某种原因，异步电机的转速高于其同步速度，即nn0，S=(n0-n)/n00，异步电动机进入发电状态。,这时，电机从轴上吸取功率后，一部分转换为转子 铜耗，大部分则通过空气隙进入定子，并在供给 定子铜耗和铁耗后，反馈给电网。所以又称 发电制动。,此时，电流I2改变了方向，转矩T与n方向相反，T起制动作用。,异步电机反馈制动运行状态有两种：,1）负载转矩为位能性转矩的起重机械在下放重物 时的反馈制动运行状态；,2）电动机在变极调速或变频

37、调速过程中，极对数 突然增多或供电频率突然降低，使同步转速n0 突然降低时的反馈制动运行状态。,（2）反接制动,电源反接,如果正常运行的异步电机的三相电源相序突然改变，即电源反接，这就改变了旋转磁场的方向，电动 状态下的机械特性曲线 就由第一象限的曲线1 变成了第三象限的 曲线2，如图 所示。,倒拉制动,倒拉制动出现在位能负载转矩超过电磁转矩时。,起重机下放重物时，为了使下降速度不致过快，常用此法制动。,若起重机提升重物时，稳定运行于 a点，欲使重物下降，就需在转子 电路内串入较大的电阻，此时系统 从a点移到b点，负载转矩TL将大于 电机电磁转矩T，电机减速到c点。,能耗制动,异步电机的电源反接制动用于准确停车有一定的 困难，因为它容易造成反转，且电能损耗也较大；,反馈制动虽然比较经济，但它只能在高于同步转速 下使用；,而能耗制动却是比较常用的准确停车 的方法。,能耗制动的原理图见图。,