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第7章 三相异步电机的电力拖动 刘锦波 山东大学控制科学与工程学院 内容简介 三相异步电动机的各种起动、调速和制动方法，各种方法的工作原理与相应的机械特性。 7.1 三相异步电动机的起动 7.2 三相异步电动机的调速 7.3 三相异步电动机的制动 7.4 三相异步电动机的四象限运行状态  分析 C、改变转差率的调速 对于改变转差实现调速的方案，其效率可由下式给出： （7-26） 上式表明，转子转速越低，效率越低。因此，一般来说，改变转差率的调速方案的经济性较差。 下面针对目前常用的调速方法（改变定子电压的调压调速、转子绕组串电阻调速、利用滑差离合器调节转速以及双馈调速与串级调速）介绍如下： a、改变定子电压调速 一般三相异步电动机调压调速的人工机械特性如图7.22a所示。 图7.22 三相异步电动机的降压调速 由图7.22a可见，对风机、泵类负载，其调速范围较宽，故调压调速特别适用于风机、泵类负载。对恒转矩负载，调压调速的范围较小，而对于高转差率电机（如双鼠笼式或深槽式鼠笼异步电机），则可得到较宽的调速范围，如图7.22b所示。 为了提高调压调速机械特性的硬度，增大鼠笼式异步电动机的调速范围，可采用如下两种方案： 采用转速闭环的方案（见图7.23）； 将调压调速与变极调速结合。 图7.23 具有速度反馈的异步电动机调压调速系统 调速性质的分析： 根据 可见，调压调速时电磁转矩 与转差率成反比。 结论： 调压调速既不属于恒转矩调速也非恒功率调速。 b、绕线式异步电动机的转子串电阻调速 三相绕线式异步电动机转子串电阻的人工机械特性如图7.24所示。 图7.24 绕线式异步电动机转子串电阻的人工机械特性 结论： 外加转子电阻 越大，则转子转差率越大，转速越低。 调速性质的分析： 考虑到 ，由于电源电压保持不变，故主磁通 为定值。调速过程中，为了充分利用电动机的绕组，要求保持 ，于是有： 由上式可得： （7-27） 根据式（7-27）得转子回路的功率因数为： 因此，电磁转矩为： 结论： 转子串电阻调速属于恒转矩调速。 绕线式异步电动机转子串电阻的调速方案可借助于图7.25所示的电力电子变流器加以实现。 图7.25 绕线式异步电动机转子回路串电阻的斩波调速 图中，转子的等效电阻为： 。其中， 为IGBT开关器件的占空比。 c、电磁滑差离合器调速 滑差离合器电动机又称为“电磁调速电动机”，其基本结构如图7.26所示。 图7.26 滑差离合器电机的基本结构图 滑差离合器的工作原理： 当鼠笼式异步电动机旋转时，滑差离合器的电枢则一同以角速度 旋转，设其转向为顺时针。当磁极上的励磁绕组中无励磁电流（即 ）时，离合器的电枢与磁极无任何联系，负载侧电磁转矩为零。当励磁绕组中有励磁电流（即 ）时，离合器的电枢和磁极之间通过磁场相互作用。其工作原理类似于一台反装的感应电动机。其最终结果是：磁极随电枢沿同一方向旋转，设其角速度为 。显然， 。电磁滑差离合器由此而得名。 图2.27 电磁滑差离合器的工作原理 图7.28给出了电磁滑差离合器的机械特性。其中，理想空载转速是指异步电动机转子的转速。 图7.28 电磁滑差离合器的机械特性 结论： 随着直流励磁电流的增大，相同转速条件下滑差离合器输出的电磁转矩增大； 改变直流励磁电流可以调节输出负载侧的转速。 滑差离合器的调速原理： d、绕线式异步电动机的双馈调速与串级调速 双馈调速与串级调速的引入： 上述各种改变转差率的调速方式皆属于低效率的调速方式。因为其转子的转差功率皆消耗到转子电阻上，正是通过损耗的改变，才实现了调速。 如果能将这部分转差功率回收到电网上，则调速系统的效率便可以大大提高。双馈调速和串极调速就是根据这一思想加以实现的。 双馈的概念： 双馈即双边激磁，它是在三相异步电动机的定、转子绕组中皆通以三相电流完成供电。这一点与感应电动机的单边激磁不同。 双馈调速与串级调速的工作原理： 交流电机的定子绕组接到电网上，而转子绕组接至电力电子变流器上。借助于电力电子变流器对转子绕组施加转差频率的电压。通过改变转差频率电压的幅值和相位实现转子的调速。 如果转子绕组借助于电力电子变流器接到一幅值可调的直流电源上