1、2022-7-4機電系統與測控技術研究所13 電機調速控制線路電機調速控制線路3.2 三相異步電動機的基本結構三相異步電動機的基本結構 定子部分定子部分1、定子鐵心：由導磁性能很好的硅鋼片疊成、定子鐵心：由導磁性能很好的硅鋼片疊成導磁部分。導磁部分。2、定子繞組：放在定子鐵心內圓槽內、定子繞組：放在定子鐵心內圓槽內導電部分。導電部分。 轉子部分轉子部分1、轉子鐵心：由硅鋼片疊成。、轉子鐵心：由硅鋼片疊成。2、轉子繞組：、轉子繞組： 1) 鼠籠式轉子鼠籠式轉子：轉子鐵心的每個槽內插：轉子鐵心的每個槽內插 入一根裸導條，形成一個多相對稱短路繞組。入一根裸導條，形成一個多相對稱短路繞組。 2) 繞線

2、式轉子繞線式轉子：轉子繞組為三相對稱繞組，：轉子繞組為三相對稱繞組， 嵌放在轉子鐵心槽內。嵌放在轉子鐵心槽內。2022-7-4機電系統與測控技術研究所23.3 三相異步電動機的轉動原理三相異步電動機的轉動原理3 電機調速控制線路電機調速控制線路 電磁力電磁力 電生磁電生磁 磁生電磁生電3.4 三相異步電動機的兩個基本概念三相異步電動機的兩個基本概念概念一：概念一：極數極數三相異步電機旋轉磁場含有的磁極個數就是極數，稱為三相異步電機旋轉磁場含有的磁極個數就是極數，稱為極數極數。11nnsn 同步轉速與轉子轉速之差與同步轉速的比值稱為同步轉速與轉子轉速之差與同步轉速的比值稱為轉差率轉差率：概念二：

3、概念二：轉差率轉差率轉子轉速轉子轉速為：(1- )60sfnp3.5 三相異步電動機的接線方法三相異步電動機的接線方法3.6 三相異步電動機的轉速三相異步電動機的轉速2022-7-4機電系統與測控技術研究所3在實際生產中，在實際生產中，為滿足機械設備生產過程中的需要，常要求輸出為滿足機械設備生產過程中的需要，常要求輸出多種速度。多種速度。例如：在金屬切削機床上加工零件時，為保證零件的例如：在金屬切削機床上加工零件時，為保證零件的加工質量，主軸的轉速應隨著工件和刀具的材料、工件的直徑、加工質量，主軸的轉速應隨著工件和刀具的材料、工件的直徑、加工工藝的要求及走刀量的大小等的不同而不同。加工工藝的要

4、求及走刀量的大小等的不同而不同。調速通常有機械調速和電氣調速兩種，常用電氣調速方式，簡單調速通常有機械調速和電氣調速兩種，常用電氣調速方式，簡單易行，且可大大簡化機械變速機構。易行，且可大大簡化機械變速機構。式中式中：已知三相異步電動機的轉速公式為：已知三相異步電動機的轉速公式為：(1)60sfnp3 電機調速控制線路電機調速控制線路p磁極對數。s轉差率； f電源頻率；2022-7-4機電系統與測控技術研究所43 電機調速控制線路電機調速控制線路由三相異步電機的轉速可以看出，改變電動機的轉速有由三相異步電機的轉速可以看出，改變電動機的轉速有3種種方法，方法，即改變轉差率即改變轉差率s、電源頻率

5、、電源頻率f、磁極對數、磁極對數p。(1- )60sfnp變極調速變極調速是改變定子繞組的極對數實現的，通過外部開關切換來改是改變定子繞組的極對數實現的，通過外部開關切換來改變電機繞組的串并聯關系，大多運用于變電機繞組的串并聯關系，大多運用于籠型籠型電動機。電動機。轉差率調速轉差率調速是三相是三相繞線轉子繞線轉子異步電動機的調速方法，廣泛應用于異步電動機的調速方法，廣泛應用于起重設備中。起重設備中。調速方法：調速方法：2022-7-4機電系統與測控技術研究所53 電機調速控制線路電機調速控制線路3.7 三相異步電動機的基本調速控制線路三相異步電動機的基本調速控制線路3.7.1 三相籠型異步電動

6、機的變極調速控制線路三相籠型異步電動機的變極調速控制線路變極調速有變極調速有兩種方法兩種方法：第一種第一種，改變定子繞組的連接方法；，改變定子繞組的連接方法；第二種第二種，在定子上設置具有不同極對數的兩套互相獨立的繞組。，在定子上設置具有不同極對數的兩套互相獨立的繞組。變極調速一般可得到兩級、三級速度，最多可獲得四級速度，但變極調速一般可得到兩級、三級速度，最多可獲得四級速度，但常見是兩級速度變極調速，即常見是兩級速度變極調速，即雙速電動機雙速電動機的變數。的變數。2022-7-4機電系統與測控技術研究所63.7.1 三相籠型異步電動機的變極調速控制線路三相籠型異步電動機的變極調速控制線路1）

7、變極調速的原理）變極調速的原理 在利用加工機床進行生產實踐的過程中，為了獲得較寬的調速在利用加工機床進行生產實踐的過程中，為了獲得較寬的調速范圍，均采用范圍，均采用“雙速電機雙速電機”或者多速電機。雙速電機與多速電機或者多速電機。雙速電機與多速電機其基本原理和控制方法基本相同。以雙速電機為例進行分析。其基本原理和控制方法基本相同。以雙速電機為例進行分析。 雙速電機的變速是通過改變雙速電機的變速是通過改變 繞組的連接來改變磁極對數，繞組的連接來改變磁極對數，從而實現轉速的改變。從而實現轉速的改變。 雙速電機每相定子繞組由兩個線圈連接而成，共有三個抽頭，雙速電機每相定子繞組由兩個線圈連接而成，共有

8、三個抽頭，如如(a)圖所示，定子繞組連接方式有兩種，即三角形連接圖所示，定子繞組連接方式有兩種，即三角形連接(b)圖圖)和和星形連接星形連接(c)圖圖)。(b) 三角形接法(c) 星形接法(a) 單相繞組結構定子定子2022-7-4機電系統與測控技術研究所73.7.1 三相籠型異步電動機的變極調速控制線路三相籠型異步電動機的變極調速控制線路注注(1)：YYY切換適用于拖動恒轉矩性質負載；切換適用于拖動恒轉矩性質負載； YY切換適用于拖動恒功率性質的負載。切換適用于拖動恒功率性質的負載。注注(2)：變極調速有變極調速有“反轉向方案反轉向方案”和和“同轉向方案同轉向方案”兩種方法。若變極后兩種方法

9、。若變極后電源相序不變，則電動機反轉高速運行；若要保持電動機變極后轉向不變，電源相序不變，則電動機反轉高速運行；若要保持電動機變極后轉向不變，則需同時改變電源相序。則需同時改變電源相序。要實現雙速電機的變速，則需將三角形連接或星形連接變成如要實現雙速電機的變速，則需將三角形連接或星形連接變成如(d)圖所示的圖所示的雙星形連接。兩種接線方法變換都能使磁極對數減少一半，轉速增加一倍。雙星形連接。兩種接線方法變換都能使磁極對數減少一半，轉速增加一倍。(b) 三角形接法三角形接法(c) 星形接法星形接法(d) 雙星形接法雙星形接法1）變極調速的原理）變極調速的原理2022-7-4機電系統與測控技術研究

10、所83.7.1 三相籠型異步電動機的變極調速控制線路三相籠型異步電動機的變極調速控制線路1）雙速電機控制線路）雙速電機控制線路基于按鈕、接觸器控制的雙速電動機控制線路基于按鈕、接觸器控制的雙速電動機控制線路(a) 主電路(b) 按鈕、接觸器控制線路2022-7-4機電系統與測控技術研究所93.7.1 三相籠型異步電動機的變極調速控制線路三相籠型異步電動機的變極調速控制線路1）雙速電機控制線路）雙速電機控制線路基于按鈕、接觸器控制的雙速電動機控制線路基于按鈕、接觸器控制的雙速電動機控制線路合上按鈕合上按鈕SB2KM1通電通電KM1主觸主觸點閉合點閉合低速運行低速運行三角形聯結三角形聯結合上按鈕合

11、上按鈕SB3高速運行高速運行KM2、3主觸點閉合主觸點閉合KM2、KM3通電通電雙星型聯結雙星型聯結該控制電路適用于小容該控制電路適用于小容量電動機的控制量電動機的控制(b) 按鈕、接觸器控制線路2022-7-4機電系統與測控技術研究所103.7.1 三相籠型異步電動機的變極調速控制線路三相籠型異步電動機的變極調速控制線路1）雙速電機控制線路）雙速電機控制線路基于接觸器、時間繼電器自動控制的雙速電動機控制線路基于接觸器、時間繼電器自動控制的雙速電動機控制線路合上低速合上低速按鈕按鈕SAKM1通電通電低速運行低速運行三角形聯結三角形聯結通電延時通電延時線圈線圈瞬時閉合瞬時閉合延時斷開延時斷開KM

12、1主主觸點閉合觸點閉合該控制電路適用于大容該控制電路適用于大容量電動機的控制量電動機的控制合上高速合上高速按鈕按鈕SAKM1通電通電三角形聯結三角形聯結低速運行低速運行KT通電通電KT1延時斷開延時斷開KM1斷電斷電KT2閉合閉合KM2/3通電通電雙星型聯結雙星型聯結高速運行高速運行(a) 主電路(b) 控制線路2022-7-4機電系統與測控技術研究所11時間繼電器時間繼電器延時方式：延時方式： 通電延時通電延時：接受輸入信號后延遲一定的時間，輸出信號才發生變化。當輸入信號消失后，輸出瞬時復原。 斷電延時斷電延時：接受輸入信號時，瞬時產生相應的輸出信號。當輸入信號消失后，延遲一定的時間，輸出才

13、復原。(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (a) 線圈一般符號 (b) 通電延時線圈 (c) 斷電延時線圈 (d) 通電延時閉合觸點 (e) 通電延時斷開觸點 (f)斷電延時斷開觸點 (g)斷電延時閉合觸點(h)瞬動觸點 符號符號:知識點回顧知識點回顧2022-7-4機電系統與測控技術研究所12變極調速的優缺點：變極調速的優缺點：主要優點：主要優點：設備簡單、操作方便、機械特性較硬、設備簡單、操作方便、機械特性較硬、效率高、既適用于恒轉矩調速，又適用于恒功率效率高、既適用于恒轉矩調速，又適用于恒功率調速；調速；缺點缺點:有極調速，且極數有限，因而只適用于不有極調速，

14、且極數有限，因而只適用于不需平滑調速的場合。需平滑調速的場合。2022-7-4機電系統與測控技術研究所133 電機調速控制線路電機調速控制線路3.7 三相異步電動機的基本調速控制線路三相異步電動機的基本調速控制線路3.7.2 繞線式異步電動機轉子串電阻的調速控制線路繞線式異步電動機轉子串電阻的調速控制線路 繞線式異步電動機可采用轉子回路串電阻的方法來實現繞線式異步電動機可采用轉子回路串電阻的方法來實現變差變差(指轉差率指轉差率s的改變的改變)調速調速。 電動機的電動機的轉差率轉差率 s 隨著轉子回路所串電阻的變化而變化，使隨著轉子回路所串電阻的變化而變化，使電動機工作在不同的人為特性上，以獲得

15、不同轉速，從而實現電動機工作在不同的人為特性上，以獲得不同轉速，從而實現調速的目的。調速的目的。 通常采用通常采用凸輪控制器凸輪控制器來實現繞線式異步電動機的調速控制。來實現繞線式異步電動機的調速控制。2022-7-4機電系統與測控技術研究所14主令控制器主令控制器啟動前準備：啟動前準備：合上自動開關QF1、QF2主令控制器手柄置到“0”觸頭S0接通繼電器KA通電時間繼電器KT1、KT2得電時間繼電器KT1、KT2常閉觸點瞬時打開KA常開觸點閉合自鎖斷電延時線圈斷電延時線圈控制電路做好起動準備。2022-7-4機電系統與測控技術研究所15起動起動(主令控制器主令控制器SA直接推向直接推向“”擋

16、位擋位)：SA推向“”擋位后，觸頭S1、S2、S3閉合KM1得電，主觸頭閉合電機在每相串兩電阻情況下啟動KM1常閉觸點斷開KT1斷電斷電延時閉合常閉觸點KM2得電R1切除電機得到加速KM2常閉觸點斷開KT2斷電斷電延時閉合常閉觸點KM3得電R2切除,電機全速啟動2022-7-4機電系統與測控技術研究所16主令控制器主令控制器SA直接直接推向推向“II” 擋位：擋位：主令控制器的觸頭只有S1、S2接通，接觸器KM2切除一段電阻，電動機實現中速運行。主令控制器主令控制器SA直接直接推向推向“I” 擋位：擋位：主令控制器的觸頭只有S1接通，接觸器KM2、KM3均不能得電，電阻R1、R2將接入轉子電路

17、中，電動機實現低速運行。因此，因此，該系統可以實現三級調速。2022-7-4機電系統與測控技術研究所173 電機調速控制線路電機調速控制線路3.7 三相異步電動機的基本調速控制線路三相異步電動機的基本調速控制線路3.7.1 三相籠型異步電動機的變極調速控制線路3.7.2 繞線式異步電動機轉子串電阻的調速控制線路16011fns nsp根據根據:可知可知: 頻率頻率 f 下調時，轉速下調時，轉速 n 降低。降低。而頻率而頻率 f 上調時，轉速上調時，轉速 n 升高。升高。3.8 三相異步電動機的變頻調速控制線路三相異步電動機的變頻調速控制線路變頻調速就是改變電源電壓的頻率，從而改變電動機的轉速。

18、變頻調速就是改變電源電壓的頻率，從而改變電動機的轉速。2022-7-4機電系統與測控技術研究所183 電機調速控制線路電機調速控制線路3.8 三相異步電動機的變頻調速控制線路三相異步電動機的變頻調速控制線路3.8.1 變頻調速原理變頻調速原理由三相異步電動機轉速公式可知，只要連續改變由三相異步電動機轉速公式可知，只要連續改變 f，即可實現平滑調速。，即可實現平滑調速。在電機調速時，通常要考慮的一個重要因素是：在電機調速時，通常要考慮的一個重要因素是：希望保持希望保持 不變。不變。因為如果磁通減弱，沒有充分利用電機的鐵心，是一種浪費；如因為如果磁通減弱，沒有充分利用電機的鐵心，是一種浪費；如果磁

19、通增強，又會使鐵心飽和，導致勵磁電流過大。果磁通增強，又會使鐵心飽和，導致勵磁電流過大。由下述電動機電動勢電壓平衡方程可知：由下述電動機電動勢電壓平衡方程可知：14.44mUfNK(1) 頻率下調時，若頻率下調時，若1 U / f=常數，則可保持常數，則可保持m不變。不變。因此，屬于一種恒磁通調速。因此，屬于一種恒磁通調速。2022-7-4機電系統與測控技術研究所193 電機調速控制線路電機調速控制線路3.8 三相異步電動機的變頻調速控制線路三相異步電動機的變頻調速控制線路3.8.1 變頻調速原理變頻調速原理(2)頻率上調時頻率上調時，如果電壓，如果電壓U1也上調，則電壓將超過額定電壓，這也上

20、調，則電壓將超過額定電壓，這是不允許的，因此在調速過程中，只能保持是不允許的，因此在調速過程中，只能保持U不變不變， m變小。變小。因此，屬于一種弱磁調速。因此，屬于一種弱磁調速。3.8.2 變頻調速機械特性變頻調速機械特性(1) 頻率下調，頻率下調， 1U / f=常數的變頻調速機械特性常數的變頻調速機械特性T22cosTKIm由由 轉矩轉矩T與磁通與磁通 m 成正比。成正比。頻率下調時，頻率下調時， 因為因為 m不變，所以轉矩不變，所以轉矩T 也不變，屬于恒轉矩調速。也不變，屬于恒轉矩調速。14.44mUfNK2022-7-4機電系統與測控技術研究所203.8 三相異步電動機的變頻調速控制

21、線路三相異步電動機的變頻調速控制線路3.8.2 變頻調速機械特性變頻調速機械特性(1) 頻率下調，頻率下調，1 U / f=常數的變頻調速機械特性常數的變頻調速機械特性恒轉矩調速恒轉矩調速右圖為右圖為U1/ f = 常數時變頻調速機械特性。常數時變頻調速機械特性。由圖可以看出，最大轉矩將隨由圖可以看出，最大轉矩將隨 f 的降低而降的降低而降低，此時低，此時直線部分斜率仍不變，機械特性保直線部分斜率仍不變，機械特性保持較高的硬度。持較高的硬度。只要只要 f 連續變化，轉速連續變化，轉速 n 將將連續變化。連續變化。轉矩變化與所引起的轉矩變化與所引起的轉速變化的比值，稱轉速變化的比值，稱為為機械特

22、性的硬度機械特性的硬度。3 電機調速控制線路電機調速控制線路1f2f3f4f4n3n2n1nno1234ffffT2022-7-4機電系統與測控技術研究所213 電機調速控制線路電機調速控制線路3.8 三相異步電動機的變頻調速控制線路三相異步電動機的變頻調速控制線路3.8.2 變頻調速機械特性變頻調速機械特性(2) U = UN的變頻調速機械特性的變頻調速機械特性由圖可以看出，最大轉矩將隨由圖可以看出，最大轉矩將隨 f 上升而上升而減小，且機械特性的硬度略為變軟，同減小，且機械特性的硬度略為變軟，同樣，連續改變樣，連續改變 f 可連續改變轉速可連續改變轉速n。n5n4n3n2n1n1f2f3f

23、4f5f12345fffffTo因因 f 調高時，調高時， m下降，但若要求電機在下降，但若要求電機在不同轉速下都達到額定電流，因而功率不同轉速下都達到額定電流，因而功率不變，故屬于恒功率調速方式。不變，故屬于恒功率調速方式。2022-7-4機電系統與測控技術研究所223 電機調速控制線路電機調速控制線路3.8 三相異步電動機的變頻調速控制線路三相異步電動機的變頻調速控制線路3.8.3 變頻器變頻器變頻電源取得方法：變頻電源取得方法：(1)變頻機組變頻機組：由直流電動機和交流發電機組成。通過調節直流：由直流電動機和交流發電機組成。通過調節直流電動機轉速即能改變交流發電機的頻率。電動機轉速即能改

24、變交流發電機的頻率。(2)變頻器變頻器，即變頻裝置。，即變頻裝置。變頻機組設備龐大，變頻機組設備龐大，可靠性差，已被變頻可靠性差，已被變頻器取代器取代1）變頻器的結構及分類）變頻器的結構及分類主流變頻器結構：主流變頻器結構：2022-7-4機電系統與測控技術研究所231）變頻器的結構及分類主流變頻器結構：主流變頻器結構： 整流電路整流電路由三相全波整流橋組成，主要作用是對工頻交流電源進行整流，由三相全波整流橋組成，主要作用是對工頻交流電源進行整流，并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。并給逆變電路和控制電路提供所需要的直流電源。 直流中間電路直流中間電路是對整流電路的輸出進行平滑，以保證逆變電路和控制是對整流電路的輸出進行平滑，以保證逆變電路和控制電源能夠得到較高的直流電源。電源能夠得到較高的直流電源。 逆變電路逆變電路是變頻器的最主要部分之一。它的主要作用是在控制電路的控是變頻器的最主要部分之一。它的主要作用是在控制電路的控制下將中間電路輸出地直流電源轉換為頻率和電壓都任意可調的交流電源。制下將中間電路輸出地直流電源轉換為頻率和電壓都任意可調的交流電源。逆變電路輸出即為變頻器的輸出，它被用來實現對異步電動機的調速控制。逆變電路輸出即為變頻器的輸出，它被用來實現對異步電動機的調速控制。 控制