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淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,第五章 三相異步電動機的拖動特性,三相異步電動機的機械特性 生產(chǎn)機械的負載特性 三相異步電動機的起動 三相異步電動機的調(diào)速 三相異步電動機的反轉(zhuǎn)與制動 三相異步電動機故障分析及維護,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,三相異步電動機的機械特性,機械特性方程 臨界轉(zhuǎn)差率和最大轉(zhuǎn)距 固有機械特性方程 人為機械特性方程,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,機械特性方程,三相異步電動機的機械特性是指在一定條件下，電動機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，即,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,臨界轉(zhuǎn)差率和最大轉(zhuǎn)距,機械特性方程為一個二次方程，當s為某一數(shù)值時，電磁轉(zhuǎn)矩有一最大值Tm。由數(shù)學知識可知，令dT/ds = 0，即可求得此時的轉(zhuǎn)差率，用sm表示，即 求得對應(yīng)時的電磁轉(zhuǎn)矩，即最大電磁轉(zhuǎn)矩值： 臨界轉(zhuǎn)差率和最大轉(zhuǎn)距的特點,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,臨界轉(zhuǎn)差率和最大轉(zhuǎn)距的特點,當電源的頻率及電機的參數(shù)不變時，最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm與定子繞組電壓U1的平方成正比。 最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm和臨界轉(zhuǎn)差率sm都與定子電阻及定、轉(zhuǎn)子漏抗有關(guān)。 最大電磁轉(zhuǎn)矩Tm和轉(zhuǎn)子回路中的電阻無關(guān)，而臨界轉(zhuǎn)差sm率則與成正比。,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,固有機械特性方程,固有機械特性方程 異步電動機的固有機械特性是指在額定電壓和額定頻率下，按規(guī)定方式接線，定、轉(zhuǎn)子外接電阻為零時，電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)差率s的關(guān)系，即T=f(s)曲線。 固有機械特性曲線 固有機械特性曲線的特點,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,固有機械特性曲線,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,固有機械特性曲線的特點,曲線形狀分析： AB段。因s較大，且異步電動機中，近似為雙曲線。隨著s的減小，T反而增大。 BO段。因s很小，近似為直線。隨著s的減小，T亦減小。 曲線的幾個特殊點的分析： 起動點A 同步點O 臨界點B 額定點C,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,人為機械特性方程,人為機械特性就是人為地改變電源參數(shù)或電機參數(shù)而得到的機械特性。三相異步電動機的人為機械特性主要有以下兩種： 降低定子電壓的人為機械特性 轉(zhuǎn)子串電阻的人為機械特性,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,生產(chǎn)機械的負載特性,生產(chǎn)機械的負載特性 生產(chǎn)機械的負載特性是指生產(chǎn)機械的轉(zhuǎn)速n與負載轉(zhuǎn)矩TL之間的關(guān)系，即n=f（TL）。一般可以分為以下三種： 恒轉(zhuǎn)距負載 恒轉(zhuǎn)矩負載是指負載轉(zhuǎn)矩TL的大小不隨轉(zhuǎn)速的改變而改變的生產(chǎn)機械。主要有兩種： 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載 是指負載轉(zhuǎn)矩的大小不變，但負載轉(zhuǎn)矩的方向始終與生產(chǎn)機械運動的方向相反。 位能性恒轉(zhuǎn)矩負載 是指不論生產(chǎn)機械運動的方向變動與否，負載轉(zhuǎn)矩的大小和方向始終不變。 恒功率負載 恒功率負載是指負載所需的功率為恒定值。 通風機型負載 通風機型負載是指負載轉(zhuǎn)矩TL的大小與轉(zhuǎn)速n的平方成正比的生產(chǎn)機械。即TL = Kn2。 生產(chǎn)機械的負載特性曲線,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,生產(chǎn)機械的負載特性曲線,1、反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載,2、位能性恒轉(zhuǎn)矩負載,3、恒功率負載,4、通風機型負載,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,三相異步電動機的起動,起動的定義 三相異步電動機的起動就是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速從零開始到穩(wěn)定運行為止的這一過程。 起動的要求 電動機應(yīng)有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩。 在保證一定大小的起動轉(zhuǎn)矩的前提下，起動電流越小越好。 鼠籠式異步電動機的起動 直接起動 降壓起動 繞線式異步電動機的起動,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,直接起動,直接起動的條件 一般10kW以下的電動機都可以直接起動。 直接起動的特點 直接起動是最簡單的起動方法。 直接起動時，起動電流很大， 直接起動的接線 起動時用閘刀開關(guān)、磁力起動器或接觸器將電動機定子繞組直接接到電源上。,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,降壓起動,降壓起動的概念 降壓起動是指電動機在起動時降低加在定子繞組上的電壓，起動結(jié)束后加額定電壓運行的起動方式。 降壓起動的特點 降低電動機起動電流。 由于電動機的轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比，因此降壓起動時電動機的轉(zhuǎn)矩也減小較多，故此法一般適用于電動機空載或輕載起動。 降壓起動的方法 定子串接電抗器(或電阻)的降壓起動 Y-起動 自耦變壓器（起動補償器）起動 延邊三角形起動,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,定子串接電抗器(或電阻)的降壓起動,方法 起動時，將電抗器(或電阻)接入定子電路起到降壓的目的；起動后，切除所串的電抗器(或電阻)，電動機在全壓下正常運行。 特點 減小了起動電流 能耗較大 電阻增加了控制柜的體積,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,Y-起動,方法 起動時將定子繞組接成Y形，起動結(jié)束運行時定子繞組則改接成形 。 接線圖 起動電流 起動電流是直接起動時的1/3 起動轉(zhuǎn)距 Y-起動時起動轉(zhuǎn)矩也是直接起動時的1/3。 特點 不需要增加設(shè)備，方法簡單，價格便宜。 載或空載情況下，應(yīng)優(yōu)先采用 。 定子繞組是接法,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,Y-起動的接線圖,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,自耦變壓器（起動補償器）起動,方法 自耦變壓器也稱起動補償器。起動時將電源接在自耦變壓器初級，次級接電動機。起動結(jié)束后切除自耦變壓器，將電源直接加到電動機上運行。 起動電流 起動轉(zhuǎn)距 特點 定子繞組采用Y形或形接法都可以使用。 缺點是設(shè)備體積大，投資較貴。,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,延邊三角形起動,特點 它介于自耦變壓器起動與Y-起動方法之間 延邊三角形可采用不同的抽頭比，來滿足不同負載特性的要求。 優(yōu)點是節(jié)省金屬，重量輕；缺點是內(nèi)部接線復(fù)雜 接線圖,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,繞線式異步電動機的起動,轉(zhuǎn)子串接電阻器起動 轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,轉(zhuǎn)子串接電阻器起動,方法 起動時，在轉(zhuǎn)子回路中串接起動電阻器，借以提高起動轉(zhuǎn)矩，同時因轉(zhuǎn)子回路中電阻的增大也限制了起動電流；起動結(jié)束，切除轉(zhuǎn)子回路所串電阻。為了在整個起動過程中得到比較大的起動轉(zhuǎn)矩，需分幾級切除起動電阻。 起動接線圖和特性曲線 特點 在整個起動過程中產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩都是比較大的，適合于重載啟動，廣泛用于橋式起重機、卷揚機、龍門吊車等重載設(shè)備。 其缺點是所需起動設(shè)備較多，起動時有一部分能量消耗在起動電阻上，起動級數(shù)也較少。,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,轉(zhuǎn)子串電阻起動接線圖和特性曲線,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動,頻敏變阻器 實質(zhì)上是一臺鐵損很大的電抗器。它是一個三相鐵心線圈，其鐵心不用硅鋼片而用厚鋼板疊成。鐵心中產(chǎn)生渦流損耗和一部分磁滯損耗，鐵心損耗相當于一個等值電阻，其線圈又是一個電抗，其電阻和電抗都隨頻率變化而變化。 接線圖 特點 具有結(jié)構(gòu)簡單、造價便宜、維護方便、無觸點、運行可靠、起動平滑等優(yōu)點。 它具有一定的線圈電抗，功率因數(shù)較低，起動轉(zhuǎn)矩要小一些，故一般適用于電機的輕載起動 。,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器的接線圖,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,三相異步電動機的調(diào)速,由 可知調(diào)速的方法有： 變極調(diào)速 變頻調(diào)速 改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,變極調(diào)速,定義 在電源頻率不變的條件下，改變電動機的極對數(shù)，電動機的同步轉(zhuǎn)速就會發(fā)生變化，從而改變電動機的轉(zhuǎn)速。 原理 變極一般采用反向變極法，即通過改變定子繞組的接法，使之半繞組中的電流反向流通，極數(shù)就可以改變。這種因極數(shù)改變而使其同步速發(fā)生相應(yīng)變化的電機，我們稱之為多速電動機。其轉(zhuǎn)子均采用鼠籠式轉(zhuǎn)子，因其感應(yīng)的極數(shù)能自動與定子變化的極數(shù)相適應(yīng)。 接線圖 左圖為四極 右圖為兩級,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,變頻調(diào)速,原理 在定子繞組極對數(shù)一定的情況下，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1與電源頻率f1成正比，所以連續(xù)地調(diào)節(jié)頻率就可以平滑地調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速。 注意 在變頻調(diào)速中，由定子電勢方程式U1E1=4.44f1w1Kw1m可以看出，當降低電源頻率f1調(diào)速時，若電源電壓U1不變，則磁通m將增加，使鐵心飽和，從而導(dǎo)致勵磁電流和鐵損耗的大量增加，電機溫升過高，這是不允許的。因此在變頻調(diào)速的同時，為保持磁通m不變，就必須降低電源電壓，使U1/f1為常數(shù)。另在變頻調(diào)速中，為保證電機的穩(wěn)定運行，應(yīng)維持電機的過載能力不變。 特點 一是能平滑無級調(diào)速、調(diào)速范圍廣、效率高。 二是因特性硬度不變，系統(tǒng)穩(wěn)定性較好。 三是可以通過調(diào)頻改善起動性能。 主要缺點是系統(tǒng)較復(fù)雜、成本較高。,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速,改變定子電壓調(diào)速 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 串級調(diào)速,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,改變定子電壓調(diào)速,原理 對于轉(zhuǎn)子電阻大、機械特性曲線較軟的鼠籠式異步電動機，如所加在定子繞組上的電壓發(fā)生改變，則負載轉(zhuǎn)矩TL對應(yīng)于不同的電源電壓U1、U2、U3，可獲得不同的工作點，從而獲得不同的轉(zhuǎn)速。 特點 電動機的調(diào)速范圍很寬。 缺點是低壓時機械特性太軟，轉(zhuǎn)速變化大，,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速,原理 轉(zhuǎn)子串電阻時最大轉(zhuǎn)矩不變，臨界轉(zhuǎn)差率加大。所串電阻越大，則運行段機械特性的斜率越大。轉(zhuǎn)子串電阻R1前后有 特點 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的優(yōu)點是方法簡單，主要用于中、小容量的繞線式異步電動機，如橋式起動機等。,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,串級調(diào)速,概念 串級調(diào)速，就是在異步電動機的轉(zhuǎn)子回路串入一個三相對稱的附加電勢，其頻率與轉(zhuǎn)子電勢相同，改變的大小和相位，就可以調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。 分類 低同步串級調(diào)速 轉(zhuǎn)速低于同步轉(zhuǎn)速 超同步串級調(diào)速 轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速 特點 它也是只適用于繞線式異步電動機。,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,三相異步電動機的反轉(zhuǎn)與制動,三相異步電動機的反轉(zhuǎn) 三相異步電動機的制動,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,三相異步電動機的反轉(zhuǎn),原理 電動機的旋轉(zhuǎn)方向取決于定子旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向。因此只要改變旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向，就能使三相異步電動機反轉(zhuǎn)。 方法 互換電源的任意兩相，就可實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。 接線圖,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,三相異步電動機的制動,目的 在負載轉(zhuǎn)矩為位能性負載轉(zhuǎn)矩的機械設(shè)備中（例如起重機下放重物時，運輸工具在下坡運行時）使設(shè)備保持一定的運行速度。 在機械設(shè)備需要減速或停止時，電動機能實現(xiàn)減速和停止。 制動方法 機械制動 利用機械裝置使電動機從電源切斷后能迅速停轉(zhuǎn)。 電氣制動 使異步電動機所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T和電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n的方向相反。 電氣制動的方法 能耗制動 反接制動 回饋制動,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,能耗制動,方法 將運行著的異步電動機的定子繞組從三相交流電源上斷開后，立即接到直流電源上。 原理 當定子繞組通入直流電源，將在電機中將產(chǎn)生一個恒定磁場。當轉(zhuǎn)子因機械慣性按原轉(zhuǎn)速方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體會切割這一恒定磁場，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電流。轉(zhuǎn)子電流又和恒定磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T，根據(jù)右手定則可以判斷電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向相反，則T為一制動轉(zhuǎn)矩。在制動轉(zhuǎn)矩作用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速將迅速下降，當n = 0時，T = 0，制動過程結(jié)束。 特點 能耗制動的優(yōu)點是制動力強，制動較平穩(wěn)。 缺點是需要一套專門的直流電源供制動用。,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)學院,反接制動,電源反接制動 方法 改變電動機定子繞組與電源的聯(lián)接相序， 原理 當電源的相序發(fā)生變化，旋轉(zhuǎn)磁場n1立即反轉(zhuǎn)，從而使轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電勢、電流和電磁轉(zhuǎn)矩都改變方向。因機械慣性，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向未發(fā)生變化，則電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n方向相反，電機進入制動狀態(tài)，這個制動過程我們稱為電源反接制動。 倒拉反接制動 方法 當繞線式異步電動機拖動位能性負載時，在其轉(zhuǎn)子回路中串入很大的電阻。 原理 在轉(zhuǎn)子回路串入很大的電阻，機械特性變?yōu)樾甭屎艽蟮那€，因機械慣性，工作點向下移。此時電磁轉(zhuǎn)矩小于負載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速下降。當電機減速至n = 0，電磁轉(zhuǎn)矩仍小于負載轉(zhuǎn)矩，在位能負載的作用下，電動機反轉(zhuǎn)，工作點繼續(xù)下移。此時因n0，電機進入制動狀態(tài)，直至電磁轉(zhuǎn)矩等于負載轉(zhuǎn)矩，電機才穩(wěn)定運行。,返回,淮安信息職業(yè)技術(shù)