《電力傳動與調速控制系統及應用》

電子教案第一篇電力傳動基礎第2章交流電動機傳動基礎1010203概況三點擊此處輸入相關文本內容整體概況概況一點擊此處輸入相關文本內容概況二點擊此處輸入相關文本內容2目錄

引言

2.1異步電動機的機械特性和穩態運行

2.1.1異步電動機穩態數學模型

2.1.2異步電動機的機械特性

2.1.3異步電動機的功率關系

2.1.3異步電動機的穩態運行

2025/3/253目錄2.2異步電動機的調速

2.2.1異步電動機調壓調速2.2.2繞線式異步電動機轉子回路串電阻調速

2.2.3鼠籠式三相異步電動機變極對數調速2.2.4異步電動機轉差離合器調速2025/3/254目錄2.3同步電動機的穩態數學模型與傳動基礎

2.3.1同步電動機的轉矩角特性

2.3.2同步電動機的穩態運行

2.3.3同步電動機的起動

2.3.4同步電動機的調速

本章小結

2025/3/255引言

交流電動機從結構上分，主要是異步電動機(或稱感應電動機)和同步電動機兩種。

首先給出異步電動機的機械特性和功率關系；討論異步電動機的各種穩定運行狀態；最后對異步電動機的各種調速方式進行介紹。

同步電動機部分，主要討論同步電動機轉矩角特性和穩態運行問題，對其調速進行簡要介紹。2025/3/2562.1異步電動機的機械特性和穩態運行交流異步電動機則是一個高階、強耦合、非線性的被控對象，很難描述。為了分析異步電動機的機械特性，首先對其電路進行簡化，得到其穩態等效電路。2025/3/2572.1.1異步電動機穩態數學模型根據電動機學原理，在對稱的多相繞組中通入對稱多相電流，可以產生恒定的圓形旋轉磁場。在圓形旋轉磁場的作用下，定、轉子繞組產生感應電動勢，轉子感應電流與旋轉磁場互相作用產生電磁轉矩，拖動轉子不斷旋轉。當電動機產生的電磁轉矩與負載轉矩相平衡時，電動機在某一轉速下穩定運行。2025/3/2582.1.1異步電動機穩態數學模型①忽略空間和時間諧波；②忽略磁路飽和；③忽略鐵心損耗，異步電動機的穩態T型等效電路如圖2-1所。2025/3/2592.1.1異步電動機穩態數學模型圖2-1異步電動機的穩態T型等效電路102.1.1異步電動機穩態數學模型圖2-1中各參數定義如下：Rs、R’r——定子每相電阻和折合到定子側的轉子每相電阻L1s、L’1r——定子每相漏感和折合到定子側的轉子每相漏感Lm——定子每相繞組產生氣隙主磁通的等效電感，即勵磁電感Us、

1——定子相電壓和供電角頻率s——轉差率2025/3/25112.1.1異步電動機穩態數學模型在一般情況下，Lm遠遠大于L1s、L’1r，勵磁電流I0很小，可以將勵磁阻抗支路斷開，得到簡化等效電路，如圖2-2所示，相當于在上述第③條假設條件改成“忽略鐵心損耗和勵磁電流”。2025/3/25122.1.1異步電動機穩態數學模型圖2-2異步電動機的簡化等效電路2025/3/25132.1.2異步電動機的機械特性由圖2-2中可以求出，三相異步電動機的電磁功率異步電動機的電磁轉矩為2025/3/25142.1.2異步電動機的機械特性一、固有機械特性三相異步電動機在電壓、頻率均為額定值不變，定、轉子回路不串入任何電路元件條件下的機械特性稱為固有機械特性，其特性曲線如圖2-3所示。圖2-3異步電動機固有機械特性曲線2025/3/25152.1.2異步電動機的機械特性二、最大電磁轉矩將式(2-2)對s求導，并令dTe/ds=0，可求出產生最大轉矩時的臨界轉差率和最大轉矩2025/3/25162.1.2異步電動機的機械特性一般情況下，Rs2值不超過

12(L1s+L’1r)2的5%，可以忽略Rs2的影響，則有2025/3/25172.1.2異步電動機的機械特性說明：最大電磁轉矩與電壓平方成正比，與漏電感(L1s+L’1r)成反比，與轉子電阻無關；臨界轉差率與轉子電阻成正比，與漏電感(L1s+L’1r)成反比，與電壓大小無關。2025/3/25182.1.2異步電動機的機械特性三、過載能力最大電磁轉矩與額定電磁轉矩的比值即最大轉矩倍數，又稱過載倍數，用

表示為一般異步電動機

=1.6~2.2，起重、冶金用的異步電動機

=2.2~2.8。應用于不同場合的異步電動機都有足夠大的過載倍數。2025/3/25192.1.2異步電動機的機械特性四、堵轉轉矩電動機起動時，n=0，s=1的電磁轉矩稱為堵轉轉矩(或初始起動轉矩)，堵轉轉矩：(2-5)可以看出，Tst與電壓的平方成正比。堵轉轉矩與額定轉矩的比值稱為堵轉轉矩倍數，用KT表示，即KT=Tst/TN，電動機起動時，Tst>(1.1~1.2)TL時就可順利起動。一般異步電動機堵轉轉矩倍數KT=0.8~1.3。2025/3/25202.1.2異步電動機的機械特性五、穩定運行問題從異步電動機機械特性上看，在AC階段，0<s<sm，機械特性下斜，拖動恒轉矩負載和泵類負載運行時均能穩定運行。CD階段，sm<s<1，機械特性上翹，拖動恒轉矩負載不能穩定運行。但拖動泵類負載時，滿足Te=TL處的條件，即可以穩定運行。但是，由于這時候轉速低，轉差率大，轉子電動勢比正常運行時大很多，造成轉子電流、定子電流均很大，因此不能長期運行。異步電動機應長期穩定運行在0<s<sm范圍內。2025/3/25212.1.3異步電動機的功率關系當三相異步電動機拖動負載以轉速n穩定運行時，從電源輸入電功率P1，減去定子繞組銅損耗以及電機的鐵心損耗，剩下的功率為電磁功率Pm，電磁功率通過電磁感應作用從定子繞組傳遞到轉子繞組。

(2-6)

2025/3/25222.1.3異步電動機的功率關系電磁功率傳送到轉子以后，必伴生轉子電流在轉子繞組內通過，在轉子電阻上發生轉子銅損耗，由于轉子電流的頻率較小，所以轉子鐵心的鐵耗可忽略不計。這樣，電磁功率減去轉子的銅損耗，便是電動機產生的總的機械功率。

(2-7)2025/3/25232.1.3異步電動機的功率關系總的機械功率減去機械損耗功率pmech和附加損耗功率ps，就是軸上輸出凈的機械功率P2。

(2-8)式(2-6)、式(2-7)、式(2-8)構成了異步電動機正常運行時的功率平衡關系，全過程為2025/3/25242.1.3異步電動機的功率關系用功率流程圖表示如圖2-4所示。圖2-4異步電動機的功率流程2025/3/25252.1.3異步電動機的功率關系式(2-7)中所以三者的關系為2025/3/25262.1.3異步電動機的功率關系可見，轉子銅耗正比于電動機的轉差率s，s越大(轉速越低)，轉子電流越大，電磁功率消耗在轉子銅損耗中的比例就越大，電動機的效率越低。因此從經濟觀點來說，異步電動機不適宜長期低速運行。Pcur=sPm為轉差率與電磁功率的乘積，在交流調速系統中又稱之為轉差功率，用Ps來表示。轉差功率Ps不一定都消耗在轉子電阻上，在異步電動機中有的調速方法中如繞線式異步電動機的雙饋調速系統，轉差功率能夠得到回收。

2025/3/25272.1.4異步電動機的穩態運行交流電力傳動系統運行時，在不同負載的條件下，若改變異步電動機電源電壓的大小、相序及頻率，或者改變繞線式異步電動機轉子回路所串電阻等參數，三相異步電動機就會運行在四個象限的各種不同狀態，如圖2-5所示。

2025/3/25282.1.4異步電動機的穩態運行異步電動機也存在兩種運轉狀態：電動運轉和制動運轉。

2025/3/25292.1.4異步電動機的穩態運行

電動運轉狀態的特點是電動機電磁轉矩的方向與電機旋轉的方向相同。圖2-5中，當電動機工作點在第I象限時，例如A、B兩點，電動機為正向電動運行狀態(A點工作在正向固有特性上，B點工作在轉子回路串接電阻調速特性上)；當工作點在第III象限時，例如C、D點，電動機為反向電動運行狀態。電動運行狀態下，電磁轉矩為傳動轉矩，此時電動機將電能轉換為機械能。電動狀態下，轉差率s>0，即同步轉速ns高于電動機轉速n。

2025/3/25302.1.4異步電動機的穩態運行制動運轉狀態的特點是電動機電磁轉矩與轉速的方向相反。此時，電動機由軸上吸收機械能，并轉換為電能。制動狀態下，轉差率s<0，即同步轉速ns低于電動機轉速n。與直流電動機類似，異步電動機的制動狀態也有能耗制動、倒拉反轉制動、反接制動和回饋制動幾種。

2025/3/25312.1.4異步電動機的穩態運行一、能耗制動狀態

三相異步電動機原處于電動運行狀態，讓電動機脫離三相電網，同時定子的兩相繞組內通入直流電流，在定子內形成一固定磁場。當轉子由于慣性而仍在旋轉時，其轉子導體切割此固定磁場，產生轉子感應電動勢及轉子電流。根據左手定則，可確定出電磁轉矩的方向與轉速的方向相反，即為制動轉矩。

2025/3/2532在切換電源后的瞬間，由于機械慣性，電動機轉速不能突變，繼續維持原逆時針方向旋轉。轉子轉向為逆時針方向，受到的轉矩為順時針方向，顯然Te與n反方向，電動機處于制動運行狀態。如果電動機拖動的負載為反抗性恒轉矩負載，在電磁轉矩與負載轉矩共同作用下，電動機減速，直至轉速。此時，感應電動勢和電流均下降為零，電動機不產生電磁轉矩，電動機拖動系統停止不轉，使生產機械準確停車。制動停車過程中，將轉動部分貯存的動能轉換為電能消耗在轉子回路中，與直流電動機能耗制動過程類似，也稱為能耗制動過程。如果電動機拖動的負載為位能性恒轉矩負載，可以實現等速下放重物(圖2-5中E點)。稱為能耗制動運行。2.1.4異步電動機的穩態運行2025/3/25332.1.4異步電動機的穩態運行

帶位能性恒轉矩負載運行的三相繞線式異步電動機，若在轉子回路內串入三相對稱電阻，電動機轉速降低。如果所串的電阻超過某一數值后，電動機還要反轉，運行于第1V象限，稱之為倒拉反轉的制動狀態，也叫電磁制動狀態。2025/3/25342.1.4異步電動機的穩態運行

該狀態在第四象限也可實現等速下放重物(圖2.5中F點)。制動曲線所在區域為電動狀態在第IV象限的延長部分。電動機軸上的輸出功率，說明這時從外界輸入機械功率。從定子傳送到轉子的電磁功率，表示電動機內部的功率傳遞方向不變。2025/3/25352.1.4異步電動機的穩態運行

也就是說電動機工作在倒拉反轉運行狀態時，一部分由軸上輸入機械功率，同時，定子繞組又通過氣隙磁場向轉子繞組輸入電功率，這兩部分功率合起來消耗在轉子回路的總電阻(R’r+R’)中，即Pm+

Pmech

=Ps。所以在倒拉反轉的制動狀態時，能量損耗比較大。2025/3/25362.1.4異步電動機的穩態運行

三、反接制動假設原來電動機拖動生產機械正向運轉，為了迅速停車或反向，現將定子電源任意兩相換接一下，旋轉磁場改變了方向，轉子電動勢和電流也改變了方向，電磁轉矩變為負值，起制動作用。反接電源并在轉子電路串接電阻的機械特性如圖2-5所示(第II象限)，系統在負載轉矩及電磁轉矩的共同作用下，轉速迅速下降，直至轉速為零。2025/3/25372.1.4異步電動機的穩態運行

電源相序為負序，處于第II象限時，則反接制動機械特性為反向電動機械特性在第II象限的延長部分。同倒拉反轉制動的功率關系，電動機不僅從電源吸收電能，也從機械軸上吸收機械能，這兩部分能量都消耗在轉子回路的總電阻上，轉換成熱能。2025/3/25382.1.4異步電動機的穩態運行

同倒拉反轉制動的功率關系，電動機不僅從電源吸收電能，也從機械軸上吸收機械能，這兩部分能量都消耗在轉子回路的總電阻上，轉換成熱能。如果是繞線式異步電動機，反接制動的同時串入大的制動電阻(比起動電阻阻值要大)。則可以獲得比較大的制動轉矩，同時限制電流，以保護電動機不致由于過熱而損壞。2025/3/25392.1.4異步電動機的穩態運行

四、回饋制動狀態運行在正向電動狀態的三相異步電動機，負載為位能性恒轉矩性質時，如果進行反接制動停車，當轉速降到n=0時，若不采取停車措施而聽其自然，那么電動機將會反向起動，并反向加速到第四象限穩定運行，此時進入到反向回饋制動狀態。異步電動機轉速高于同步轉速ns，即n>ns，對應于圖2-5中G與H點。2025/3/25402.1.4異步電動機的穩態運行

除此之外異步電動機由于變極調速、變頻調速時，從高速到低速降速過程，可能使異步電動機轉速高于同步轉速ns的情況。回饋制動時，異步電動機輸出的機械功率表明電動機軸上的機械功率是從外界輸入的。2025/3/25412.1.4異步電動機的穩態運行

電磁功率，則表明電動機的電磁功率不是從定子繞組傳遞到轉子繞組，而是由轉子繞組傳到定子繞組，再由定子繞組送回電網。從回饋制動的有功功率傳遞關系來看，這時的三相異步電動機實際上是一臺發電動機。功率平衡關系為：2025/3/25422.1.4異步電動機的穩態運行

回饋制動狀態的機械特性方程式在形式上完全與電動機狀態相同，則回饋狀態的機械特性曲線，是電動狀態下的機械特性向第II象限或第IV象限的延伸。當電動機的制動轉矩與負載轉矩平衡時，電動機即能穩定運行。2025/3/25432.1.4異步電動機的穩態運行

回饋制動的具體應用有以下幾種：(1)一般用于位能性負載下放。回饋制動狀態處于第IV象限，其制動過程與直流電動機回饋制動狀態完全相同。(2)回饋制動還可能發生在電動機改變極對數或改變電網頻率運行時，從高速變到低速，電動機將過渡到回饋制動狀態，將轉動部分的動能回饋到電網，與直流電動機增磁或降壓過程類似。(3)感應發電機：把異步電動機接入電網，從電網吸取勵磁電流，建立磁場，而用原動機帶動轉子以高于同步轉速的速度旋轉，這時，電動機便將原動機輸入的機械能轉換成電能輸出，成為一臺發電動機。2025/3/25442.2異步電動機的調速

異步電動機結構簡單，價格便宜，運行可靠，但受限于電力電子器件和高速微處理器的發展，在調速性能和控制性能上長期趕不上直流電動機，所以異步電動機以前大多應用在不需要調速或要求調速性能一般的場合。近幾十年來，隨著電力電子技術、微電子技術、計算機技術以及自動控制技術的飛速發展，交流調速日趨完善，目前已經在很大程度上取代了直流調速。2025/3/25452.2異步電動機的調速

在圓形旋轉磁場的作用下，電動機拖動某一負載穩定運行。轉速的表達式為：(2-9)由式(2-9)可以看出，異步電動機的調速方法只能通過改變同步轉速或轉差率兩個參數實現。改變這兩個參數的方法眾多，如表2-1所示。對這些調速方法的分類方法很多。按時間順序可分為三個階段：I初期應用，為異步電動機調速的初級階段，系統簡單；II近代應用，為異步電動機調速的中級階段，系統一般；III現代應用，為異步電動機調速的高級階段，系統復雜。2025/3/25462.2異步電動機的調速

按能量轉換型分類按調速原理分類按時間順序分類轉差功率消耗型降低電源電壓調速II繞線式異步電動機轉子回路串電阻調速I利用轉差離合器調速II轉差功率回饋型繞線式異步電動機串級調速II繞線式異步電動機雙饋調速III轉差功率不變型變極對數調速I變壓變頻調速III表2-1異步電動機調速方法2025/3/25472.2異步電動機的調速

而最本質的分類方法是按電動機的能量轉換類型分類。按照交流異步電機的原理，從定子傳入轉子的電磁功率可分成兩部分：一部分是拖動負載的有效功率，稱作機械功率；另一部分是傳輸給轉子電路的轉差功率，與轉差率s成正比。從能量轉換的角度上看，轉差功率是否增大，是消耗掉還是得到回收，是評價調速系統效率高低的標志。從這點出發，可以把異步電機的調速系統分成三類，即轉差功率消耗型，轉差功率回饋型和轉差功率不變型。2025/3/25482.2異步電動機的調速

轉差功率消耗型調速系統中，全部轉差功率都轉換成熱能消耗在轉子回路中，效率最低，越到低速時效率越低；但系統結構簡單，設備成本低。轉差功率回饋型調速系統中，一部分轉差功率被消耗掉，大部分則通過變流裝置回饋給電網(或從電網饋入)或轉化成機械能予以利用。效率較高，但要增加一些設備。轉差功率不變型調速系統，無論轉速高低，轉差功率中的轉子銅損部分基本不變。變極對數調速是有級的，應用場合有限。變壓變頻調速效率高，設備成本也最高，應用也最廣。2025/3/25492.2.1異步電動機調壓調速

所謂調壓調速，就是通過改變定子外加電壓來改變其機械特性的函數關系，從而達到改變電動機在一定輸出轉矩下轉速的目的。

由式(2-2)可知，當異步電動機的等效電路參數不變時，在相同的轉速下，電磁轉矩Te與定子電壓的二次方Us2成正比，因此，改變定子外加電壓就可以得到不同的人為機械特性，從而達到調節電動機轉速的目的。2025/3/25502.2.1異步電動機調壓調速

三相異步電動機恒頻變壓時的機械特性如圖2-6所示。若電動機拖動恒轉矩負載，降低電源電壓可以降低轉速。如圖2-6所示。A點為固有機械特性上的運行點，B點、C點為降低電壓后的運行點。圖2-6異步電動機恒頻變壓時的機械特性2025/3/25512.2.1異步電動機調壓調速

對于一般的鼠籠式異步電動機: (1)帶恒轉矩負載TL時，普通的籠型異步電動機變電壓時的穩定工作點為A、B、C，在轉速低于臨界轉速nm=n0(1-sm)的機械特性部分不能穩定運行，因此降壓調速范圍很窄。帶風機類負載運行，則工作點為D、E、F，調速范圍可以大一些。 (2)低速時，I’r和Is增大，易產生過熱現象，如長期運行，則有燒壞電動機的可能。2025/3/25522.2.1異步電動機調壓調速

對于恒轉矩負載，要想擴大變壓調速范圍、且使電動機在較低速下穩定運行而又不致過熱，須要求電動機轉子繞組有較高的電阻值，如國產的JLF力矩電動機，轉子導條用電阻率較大的黃銅條制成，圖2-7給出了高轉子電阻電動機變電壓時的機械特性，帶恒轉矩負載時的變壓調速范圍增大了，即使在堵轉轉矩下工作也不致燒壞電動機．這種電動機又稱作交流力矩電動機。2025/3/25532.2.1異步電動機調壓調速

但交流力矩電動機的機械特性特性太軟，低速時穩定性較差，工作點不易穩定，即負載轉矩或供電電壓稍有波動，都會引起轉速有較大的變化，甚至無法工作。為了提高調壓調速機械特性的硬度，則需采用閉環控制。另外在低速時還有效率較低、電流較大的缺點。2025/3/25542.2.1異步電動機調壓調速

圖2-7高轉子電阻電動機(交流力矩電動機)在不同電壓下的機械特性2025/3/25552.2.2繞線式異步電動機轉子回路串電阻調速

對于繞線式異步電動機，通過改變轉子回路串入三相對稱電阻值的大小，可以改變電動機的轉速。在轉子回路串接不同電阻時的機械特性如圖2-8所示。圖2-8繞線式異步電動機轉子串電阻調速2025/3/25562.2.2繞線式異步電動機轉子回路串電阻調速

對于恒轉矩負載，在三相轉子電路串入對稱的電阻后，電動機的工作點由A點移到人為特性的B點或C點或D點，調速過程與直流電動機電樞串電阻調速相似。電動機的轉差率由sN分別變為s1、s2、s3。顯然，所串電阻越大，穩定轉速越低。從調速的性質來看，轉子串電阻調速屬于恒轉矩調速方式。2025/3/25572.2.2繞線式異步電動機轉子回路串電阻調速

但從調速的技術性能與經濟性能來看，這種方法有較多的不足之處，其主要缺點可以歸納如下：(1)這種方法是通過增大異步電動機轉子回路的電阻值來降低電動機轉速的。當電動機軸上帶有恒轉矩負載時，電動機的轉速越低，其轉差功率也越大，而這些轉差功率又被轉化為熱能消耗掉了，調速越深，效率越低。2025/3/25582.2.2繞線式異步電動機轉子回路串電阻調速

(2)用這種方法調速時，由于電動機的極對數與施加于其定子側的電壓頻率都不變，所以電動機的同步轉速或理想空載轉速也不變，這樣異步電動機的機械特性是一簇通過理想空載轉速點的特性，調速時機械特性隨著轉子回路電阻的增大而變軟，從而大大降低了電氣傳動的穩態調速精度。2025/3/25592.2.2繞線式異步電動機轉子回路串電阻調速

(3)在實際應用中，由于串入電動機轉子回路的附加電阻級數受限，無法實現平滑的調速。屬于有級調速。(4)調速時只能從同步轉速以下單方向調速，調速范圍小。這種調速方式在中小型容量的繞線式異步電動機中得到應用，多用于斷續工作的生產機械上，這類機械在低速運行的時間不長，且要求調速性能不高，如橋式起重機上繞線型異步電動機幾乎都采用這種調速方法。2025/3/25602.2.3鼠籠式三相異步電動機變極對數調速

在電源頻率f1不變的情況下，異步電動機旋轉磁動勢同步轉速ns與電動機極對數成反比。改變鼠籠式定子繞組的極對數，就改變了同步轉速ns。電動機的極數增加一倍，同步轉速就會降低一半，電動機的轉速也幾乎下降一半，從而實現變極調速。定子繞組產生的磁極對數的改變，是通過改變定子繞組的接線方式得到的。2025/3/25612.2.3鼠籠式三相異步電動機變極對數調速

圖2-9所示為三相異步電動機定子繞組的接線及產生的磁極數，圖中只畫出了A相繞組的情況。每相繞組為兩個等效集中線圈正向串聯，例如AX繞組為頭尾串聯，如圖a)所示。三相繞組的磁極數則為四極的，即為四極異步電動機。2025/3/25622.2.3鼠籠式三相異步電動機變極對數調速

圖2-9改變定子繞組連接方法以改變定子極對數a)2p=4b)2p=2c)2p=22025/3/25632.2.3鼠籠式三相異步電動機變極對數調速

如果把圖a)中的接線方式改變一下，每相繞組不再是兩個線圈頭尾串聯，而變為兩個線圈尾尾串聯，即A相繞組AX為反向串聯，如圖b)所示；或者，每相繞組兩個線圈變為頭尾串聯后再并聯，即AX為反向并聯，如圖c)所示。那么改變后的兩種接線方式，三相繞組的磁極數是二極，即為二極異步電動機。2025/3/25642.2.3鼠籠式三相異步電動機變極對數調速

從上面的分析可以看出，三相鼠籠式異步電動機的定子繞組，若把每相繞組中一半線圈的電流改變方向，即半相繞組反向，則電動機的極對數便成倍變化。由此，同步轉速ns也成倍變化，對拖動恒轉矩負載運行的電動機來講，運行的轉速也接近成倍改變。所以這種調速方式屬于有級調速。異步電動機變極調速時的機械特性如圖2-10所示。2025/3/25652.2.3鼠籠式三相異步電動機變極對數調速

圖2-10異步電動機變極調速時的機械特性a)Y連接改為YY連接b)△連接改為YY接法2025/3/25662.2.3鼠籠式三相異步電動機變極對數調速

這種調速電動機稱為多速電動機。多速電動機均采用鼠籠式異步電動機，因為轉子磁極數決定于定子的磁極數，變極運行時，不必對轉子進行任何改動。繞線式異步電動機轉子極對數不能自動隨定子極對數變化，如果同時改變定、轉子繞組極對數又比較麻煩，因此不采用變極調速。2025/3/25672.2.3鼠籠式三相異步電動機變極對數調速

為了保證變極調速時電動機的轉向不變，變極調速的同時，需要改變定子繞組的相序或者說電源的相序。 變極調速轉速幾乎是成倍地變化，變極調速的平滑性差，屬于有級調速。變極調速轉速有較硬的機械特性，穩定性好，所以對于不需要無級調速的生產機械，如金屬切削機床、通風機、升降機等，多速電動機的應用較為廣泛。2025/3/25682.2.4異步電動機轉差離合器調速

電磁轉差離合器主要由電樞與磁極兩個旋轉部分組成。電樞部分與調速異步電動機連接，是主動部分；磁極部分與異步電動機所拖動的負載連接，是從動部分。圖2-11為電磁轉差離合器示意圖。圖2-11中電樞部分可以裝鼠籠繞組，也可以是整塊鑄鋼。為整塊鑄鋼時，可以看成是無限多根鼠籠條并聯，其中流過的渦流類似于鼠籠導條中的電流。2025/3/25692.2.4異步電動機轉差離合器調速

圖2-11電磁轉差離合器2025/3/25702.2.4異步電動機轉差離合器調速

磁極上裝有勵磁繞組，由直流電流勵磁，極數可多可少。電磁轉差離合器的電樞部分在異步電動機運行時，隨異步電動機轉子同速旋轉，轉向設為順時針方向，轉速為n，如圖2-12所示。若勵磁繞組通入的勵磁電流If=0，電樞與磁極二者之間則既無電的聯系又無磁的聯系，磁極及所連之負載則不轉動，這時負載相當于被“離開”。2025/3/25712.2.4異步電動機轉差離合器調速

圖2-12電磁轉差離合器的電磁轉矩

2025/3/25722.2.4異步電動機轉差離合器調速

若勵磁電流If

0，則磁極有磁性，磁極與電樞二者之間就有了磁的聯系。由于電樞與磁極之間有相對運動，電樞鼠籠導條要感應電動勢并產生電流，對著N極的導條電流流出紙面，對著S極的則流入紙面。電流在磁場中流過，受力為F，使電樞受到逆時針方與異步電動機輸出轉矩相平衡的阻轉矩。磁極則受到與電樞同樣大小、相反方向的電磁轉矩，也就是順時針方向的電磁轉矩Te。在它的作用下，磁極部分以及負載便順時針轉動，轉速為n’，此時負載相當于被“合上”。2025/3/25732.2.4異步電動機轉差離合器調速

若異步電動機旋轉方向為逆時針，通過電磁轉差離合器的作用，負載轉向也為逆時針，二者方向是一致的。顯然，轉差離合器電磁轉矩Te的產生，還有一個先決條件是電樞與磁極兩部分之間有相對運動，因此負載轉速n’必定小于電動機轉速n(若n=n’，則Te=0)，所謂轉差離合器的“轉差”指的就是這點。2025/3/25742.2.4異步電動機轉差離合器調速

電磁轉差離合器原理與異步電動機很相似，機械特性也相似，但理想空載點的轉速為異步電動機轉速n而不是同步速ns。勵磁電流If越大，磁通增多，改變If的大小好像改變異步電動機電源電壓的大小一樣：若轉速相同，則If越大，電磁轉矩Te也越大；若轉矩相同，則If越大，轉速越高。電磁轉差離合器的機械特性如圖2-13所示。改變勵磁電流If，就可以調節負載的轉速。2025/3/25752.2.4異步電動機轉差離合器調速

圖2-13電磁轉差離合器的機械特性

2025/3/25762.2.4異步電動機轉差離合器調速

電磁轉差離合器設備簡單，控制方便，可平滑調速，這是它的優點。但是由于其機械特性較軟，轉速穩定性較差，調速范圍較小。低速時，效率也較低。適合于通風機和泵類負載，與異步電動機降壓調速相似。電磁轉差離合器與異步電動機裝成一體，即同一個機殼時，稱為滑差電動機或電磁調速異步電動機。2025/3/25772.3同步電動機的穩態數學模型與傳動基礎

顧名思義，同步電動機的轉速與電源頻率保持嚴格同步。只要電源頻率保持恒定，同步電動機的轉速就絕對不變，與負載大小無關。與異步電動機相比，同步電動機具有以下特點：穩態轉速等于同步轉速，因而機械特性很硬；除定子磁動勢外，轉子側還有獨立的直流勵磁，或者靠永久磁鋼勵磁；由于轉子有獨立勵磁，在極低的電源頻率下也能運行，因此在同樣條件下，同步電動機的調速范圍比異步電動機更寬；通過改變轉矩角就能改變轉矩，因此對轉矩擾動具有更強的承受能力，動態響應更快。2025/3/25782.3同步電動機的穩態數學模型與傳動基礎

同步電動機從結構上可分為凸極式和隱極式兩種。按勵磁方式分為可控勵磁同步電動機和永磁同步電動機兩種。永磁同步電動機按氣隙磁場分布又可分為正弦波永磁同步電動機、梯形波永磁同步電動機和開關磁阻電動機。2025/3/25792.3.1同步電動機的轉矩角特性

忽略定子電阻，凸極同步電動機穩態運行且功率因數超前時的相量圖如圖2-14所示同步電動機從定子側輸入的電磁功率為由圖2-14得

=

-

，于是2025/3/25802.3.1同步電動機的轉矩角特性

令將式(2-13)代入式(2-12)得圖2-14凸極同步電動機穩態運行相量圖(功率因數超前)2025/3/25812.3.1同步電動機的轉矩角特性

兩邊除以機械角速度

，得電磁轉矩電磁轉矩由兩部分組成，第一部分由轉子磁動勢產生，是同步電動機的主轉矩；第二部分由于磁路不對稱產生，稱做磁阻反應轉矩。式(2-14)和式(2-15)是凸極同步電動機的功率角特性和轉矩角特性。按式(2-15可畫出凸極同步電動機的轉矩角特性，如圖2-15所示。由于磁阻轉矩正比于sin2

，使最大轉矩位置超前。2025/3/25822.3.1同步電動機的轉矩角特性

圖2-15凸極同步電動機的轉矩角特性2025/3/25832.3.1同步電動機的轉矩角特性

二、隱極同步電動機的轉矩角特性對于隱極同步電動機，xd=xq，故