第五章三相異步電動機的電力拖動

1、第五章第五章 三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動電氣工程系 胡幸鳴電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動 前一章分析異步電動機的基本電磁關(guān)系電磁關(guān)系，是與電磁關(guān)系相似的變壓器對比變壓器對比，運用基本方程式、等效電路和相量圖的三大分析方法。 第五章第五章 三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動 本章將分析由異步電動機和生產(chǎn)機械組成的電力拖動系統(tǒng)的運行性能，即異步電動機拖動生產(chǎn)機械作起動起動、制動制動和調(diào)速調(diào)速等各種狀態(tài)運轉(zhuǎn)時的性能。 而在分析異步電動機的電力拖動電力拖動時，是與直流電動直流電動機對比機對比，運用機械特性和基本方程對起動

2、、制動和調(diào)速分析其原理和進行相關(guān)計算，得出各種運行狀態(tài)時的不同的性能特點電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動第一節(jié)第一節(jié) 三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩表達式三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩表達式 描述電力拖動系統(tǒng)各種運行狀態(tài)的有效工具是機械特性。而異步電動機的機械特性是由電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)差率的關(guān)系特性演化而來的。因此首先研究與之相關(guān)的異步電動機的各種電磁轉(zhuǎn)矩表達式 。一、電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達式一、電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達式 TCIT1 22cos由相關(guān)公式可推得：異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T與主磁通主磁通、轉(zhuǎn)子電流的有功分量轉(zhuǎn)子電流的有功分量成正比，與主磁通成正比，物理意義非常明確，

3、所以稱為電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達式物理表達式。它常用來定性分析定性分析三相異步電動機的運行問題。 轉(zhuǎn)矩常數(shù)電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動例例5-1 為何在農(nóng)村用電高峰期間，作為動力設(shè)備的三相異步電動機易燒毀？ 解解 電動機的燒毀是指繞組過電流嚴(yán)重，繞組的絕緣因過熱損壞，造成繞組短路等故障。由于用電高峰期間，水泵、打稻機等農(nóng)用機械用量大，用電量增加很多，電網(wǎng)線路電流增大大，線路壓降增大，使電源電壓下降較多，這樣影響到農(nóng)用電動機，使其主磁通大為下降，在同樣的負載轉(zhuǎn)矩下，由電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達式可知轉(zhuǎn)子電流大為增加，盡管主磁通下降，空載電流會下降，但它下降的程度

4、遠為轉(zhuǎn)子電流增加的程度大，根據(jù)磁通勢平衡方程式，定子電流也將大為增加，長期超過額定值就會發(fā)生“燒機”現(xiàn)象。 電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動二、電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達式二、電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達式由相關(guān)公式可推得：TPm Irsfpm pUrsfrrsXXem11 22211122112212222, 上式反映了三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩T與電源相電壓U1、頻率f1、電動機的的參數(shù)(r1 、r2、 X1、 X2、p及m1)以及轉(zhuǎn)差率s之間的關(guān)系，稱為參數(shù)表達式參數(shù)表達式。 當(dāng)U1、f1及電動機的參數(shù)不變時，電磁轉(zhuǎn)矩T僅與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)，對應(yīng)于不同s的值，有不同的

5、T值，將這些數(shù)據(jù)繪成曲線，就是T=f(s)曲線，也稱T T - -s s曲線曲線 。電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動21,2XXrsm211211max4XXfpUmT三相異步電動機的T-s曲線 (1) 電動狀態(tài)(0s1) s=0時，T=0當(dāng)s， s0區(qū)間，Ts 221221122112XXsrrfsrpUmT當(dāng)s繼續(xù)至s1區(qū)間，T1/s 最大轉(zhuǎn)矩點最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù) mNTTmax Tm pU rfrrXXst112211221222,過載能力 一般：2.02.2 起動時，s=1，代入公式：起動轉(zhuǎn)矩KTTMstN起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)一般：1.82.0 臨界轉(zhuǎn)差率

6、 最大轉(zhuǎn)矩 電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的T-s曲線 (2) 發(fā)電狀態(tài)(s 1 )轉(zhuǎn)子受外力拖動，nn n1s0，T1磁場反向 snnn111轉(zhuǎn)子反向 111nnns）（對應(yīng)的T- s曲線是電動狀態(tài)T- s曲線的延伸 產(chǎn)生的T與n轉(zhuǎn)向相反，起制動作用，此時電機處于制動狀態(tài)電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動 例例5-2 一臺三相Y聯(lián)結(jié)的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，其UN=380V，fN=50Hz，nN=950r/min參數(shù)r1=r2=1.4，X1=3.12，X2=4.25，不計T0，試求： 1) 額定

7、轉(zhuǎn)矩TN； 2) 臨界轉(zhuǎn)差率、最大轉(zhuǎn)矩及過載能力； 3) 欲使起動時產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)子回路所串電阻值 (折算到定子側(cè))。 解解 由nN=950r/min，則對應(yīng)的n1=1000 r/min 05. 01000950100011nnnsN 1) 額定轉(zhuǎn)矩 略T0，以sN=0.05代入?yún)?shù)表達式，得額定負載時的電磁轉(zhuǎn)矩T=TN 2 21221122112XXsrrfsrpUmTNmNmN4225. 412. 305. 04 . 14 . 114. 350205. 04 . 1)3/380(33222電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動 2) 臨界轉(zhuǎn)差率、最

8、大轉(zhuǎn)矩及過載能力 臨界轉(zhuǎn)差率 19. 025. 412. 34 . 121,2XXrsmmNmNXXfpUmT6 .9325. 412. 35014. 34)3/380(3342211211max最大轉(zhuǎn)矩 過載能力 23. 2426 .93maxNmTT3) 欲使起動時產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)子回路所串電阻值（折算到定子側(cè))據(jù)題意srRXXmst2121,97. 5)4 . 125. 412. 3(,221 rXXRst得電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動三、電磁轉(zhuǎn)矩的實用表達式三、電磁轉(zhuǎn)矩的實用表達式 在實際中用參數(shù)表達計算T，需電動機的內(nèi)部參數(shù)，比較麻煩

9、。因此推導(dǎo)出電磁轉(zhuǎn)矩的實用表達式為 電機手冊和產(chǎn)品目錄中的PN、nN、 m等值來計算TTssssmm2max 以上三種異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩表達式，應(yīng)用場合有所不相同。一般物理表達式適用于定性分析T與1及I2cos2間的關(guān)系；參數(shù)表達式可分析參數(shù)的變化對電動機運行性能的影響；實用表達式適用于工程計算。 Tmax=mTN=9.55m PN /nN )1(2mmNmss式中實際使用時，先根據(jù)巳知數(shù)據(jù)計算出Tmax和sm，再把它們代入實用表達式，取不同的s值即可得到不同的T值了。 電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動第二節(jié)第二節(jié) 三相異步電動機的機械特性三相異步

10、電動機的機械特性 我們常用機械特性n=f(T)曲線來分析拖動系統(tǒng)中電動機的電力拖動問題，它與T-s曲線的變換關(guān)系如下： T- s曲線變換為n-T曲線 一、固有機械特性一、固有機械特性 指三相異步電動機工作在UN和fN下，由電動機本身固有的參數(shù)所決定的機械特性。在正常工作情況下,與直流他勵電動機一樣固有機械特性是硬特性。 最大轉(zhuǎn)矩點起動點同步點電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動第二節(jié)第二節(jié) 三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的機械特性 二、人為機械特性二、人為機械特性 在分析電動機拖動系統(tǒng)的運行時，常利用人為機械來進行分析。由機械特性的參數(shù)表達式可知

11、，人為地改人為地改變異步電動機的任何一個參數(shù)變異步電動機的任何一個參數(shù)(U1、f1、p、定子回路電阻或電抗、轉(zhuǎn)子回路電阻或電抗等)，都可以得到各不相同的機械特性。這些機械特性統(tǒng)稱為：人為機械特性。人為機械特性。 定性討論幾種人為機械特性的特點。注意：定性畫人為機械特性時，只要先定性畫出固有機械特性，然后抓住人為機械特性的同步點同步點、最大轉(zhuǎn)矩點最大轉(zhuǎn)矩點、起動點起動點與固有機械特性比較有何變化，最終通過這三個特殊點，定性畫出人為機械特性。電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動 二、人為機械特性二、人為機械特性 Tmax U12降壓人為機械特性 2）最大轉(zhuǎn)矩

12、點 nm=n1(1sm)不變 3）起動點Tst U12端電壓U1 ，n ；電動機的起動轉(zhuǎn)矩Tst和過載能力(m =Tmax/TN)都顯著地下降了，這在實際應(yīng)用中必須注意。1）同步點若U1 太多，使Tmax1后，Tst隨Rp ，反而減小 電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動 三、三相異步電動機的穩(wěn)定運行區(qū)域三、三相異步電動機的穩(wěn)定運行區(qū)域 三相異步電動機的穩(wěn)定運行區(qū)域 最大轉(zhuǎn)矩點到起動點,n=f(T)曲線是上斜的曲線，對恒轉(zhuǎn)矩負載和恒功率負載，不能穩(wěn)定運行。由電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要和充分條件，下斜的機械特性與恒轉(zhuǎn)矩、恒功率、通風(fēng)機型負載，都可穩(wěn)定運行。

13、從理想空載點即同步點到最大轉(zhuǎn)矩點，n=f (T)曲線是下斜特性。 不能穩(wěn)定運行 能穩(wěn)定運行電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電動機的起動三相異步電動機的起動一、概述一、概述 與直流電動機一樣，我們希望在起動電流較小的情況下能獲得較大的起動轉(zhuǎn)矩。但實際情況是，加全壓： 起動時，n=0,s=1，等效電路中的附加電阻(1-s)r2/s=0，相當(dāng)于電路短路，所以： 起動電流大：起動電流大：I Ist=(57) I IN。起動轉(zhuǎn)矩并不很大，起動轉(zhuǎn)矩并不很大， Tst=(1.82) TN。而Ist大， Ist Z1 ， E1 ， 1；另s=1

14、，X2s=X2最大， cos 2 ，由Tst=CT1I2cos2,得到Tst并不是很大電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電動機的起動三相異步電動機的起動一、概述一、概述 三相異步電動機起動時的起動電流大主要是對電網(wǎng)不利，起動電流大主要是對電網(wǎng)不利，起動轉(zhuǎn)矩并不很大主要是對負載不利。起動轉(zhuǎn)矩并不很大主要是對負載不利。 前者引起電網(wǎng)電壓下降，并影響并聯(lián)在同一電網(wǎng)上的其它負載正常工作。后者是起動轉(zhuǎn)矩按電壓平方下降，可能會使電動機帶不動負載起動。 不同類型的機械負載，不同容量的電網(wǎng)，對電動機起動性能的要求是不同的。有時要求有較大的起動轉(zhuǎn)矩

15、，有時要求限制起動電流，但更多的情況兩個要求須同時滿足。 總之，一般情況下起動要求是盡可能限制起動電流限制起動電流，有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩足夠大的起動轉(zhuǎn)矩，同時起動設(shè)備盡可能簡單經(jīng)濟、操作方便，且起動時間要短。 電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動二、三相籠型異步電動機的起動二、三相籠型異步電動機的起動 1 全壓起動全壓起動 利用刀開關(guān)或接觸器將電動機定子繞組直接接到額定電壓的電源上，又稱全壓起動。 優(yōu)點優(yōu)點：起動設(shè)備和操作最簡單。 缺點缺點：起動電流大、起動轉(zhuǎn)矩不很大。344電源總?cè)萘侩妱訖C容量IIstN容量較大時滿足：采用全壓起動小容量的籠型異步電動機，

16、常采用全壓起動。 不滿足上述經(jīng)驗公式，說明電動機起動電流太大，對電網(wǎng)不利，則采用減壓起動。電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動例例5-3 一臺20kW電動機，起動電流與額定電流之比為6.5，其電源變壓器容量為560kVA,能否全壓起動？另有一臺75kW電動機，其Ist/IN=7，能否全壓起動？ 解解 對20kW的電動機 根據(jù)經(jīng)驗公式 3443456010420107756533電源總?cè)萘侩妱訖C容量.該機的全壓起動電流倍數(shù)小于電網(wǎng)允許的起動電流倍數(shù)，所以允許全壓起動。對75 kW的電動機 根據(jù)經(jīng)驗公式 726. 210754105604344333電動機容

17、量電源總?cè)萘?該電動機的全壓起動電流倍數(shù)大于電網(wǎng)允許的起動電流倍數(shù)，所以不允許全壓起動?？刹捎脺p壓起動。電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動二、三相籠型異步電動機的起動二、三相籠型異步電動機的起動2 減壓起動減壓起動 減壓起動時并不能降低電源電壓，只是采用某種方法使加在電動機定子繞組上的電壓降低。減壓起動的目的是減壓起動的目的是減小起動電流減小起動電流，但同時使電動機起動轉(zhuǎn)矩減小(TU12)。所以這種起動方法是對電網(wǎng)有利的，對負載不利。對電網(wǎng)有利的，對負載不利。對于某些機械負載在起動時要求帶滿負載起動，就不能用這種方法起動，但對于起動轉(zhuǎn)矩要求不高的設(shè)備，

18、這種方法是適用的。 常用的方法 定子串電阻或電抗減壓起動 自耦變壓器減壓起動 星/三角(Y/)減壓起動 電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動 2 減壓起動減壓起動 (1) 定子串電阻或電抗減壓起動定子串電阻或電抗減壓起動 電動機起動時，在定子電路中串入電阻或電抗，起動完畢切除。串入的電阻或電抗起分壓作用，定子繞組上的U1 UN，此時Ist1電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動優(yōu)點：優(yōu)點：1）如果電網(wǎng)限制的起動電流相同時，用自耦變壓器減壓起動將獲得較大的起動轉(zhuǎn)矩。2）起動自耦變壓器的二次繞組一般有三個抽頭，用戶可根據(jù)

19、電網(wǎng)允許的起動電流和機械負載所需的起動轉(zhuǎn)矩進行選配。有73%、64%、55%（即1/k=0.73、0.64、0.55) 或：80%、60%、40%（即1/k=0.80、0.60、0.40)。 2 減壓起動減壓起動 (2) 自耦變壓器減壓起動自耦變壓器減壓起動 缺點：缺點：采用自耦變壓器減壓起動時的線路較復(fù)雜，設(shè)備價格較高，不允許頻繁起動。 電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動 2 減壓起動減壓起動 (3) 星星/三角三角(Y/ )減壓起動減壓起動 適用于正常工作時是聯(lián)結(jié)的三相異步電動機。起動時Y聯(lián)結(jié)，每相電壓自然降為1/ 3ststYII3ststTT

20、3Y/起動線路圖 Y起動原理圖 限流效果好；但起動轉(zhuǎn)矩也跌得厲害，為原來的1/3。因此只適于空載和輕載起動。電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動例例5-5 某廠的電源容量為560 kVA，一皮帶運輸機采用三相籠型異步電動機拖動，其技術(shù)數(shù)據(jù)為，PN=40kW，聯(lián)結(jié)，全壓起動電流為額定電流的7倍，起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1.8倍，要求帶0.8TN的負載起動，試問應(yīng)采用什么方法起動？ 解解 由題意，Ist /IN=7，Tst / TN=1.81)試用全壓起動 由經(jīng)驗公式 344345601044010425733電源總?cè)萘侩妱訖C容量.因電網(wǎng)容許的起動電流倍數(shù)全壓起

21、動電流倍數(shù)，故不能全壓起動。 2)試用電抗器減壓起動 起動電流需降低的倍數(shù) 647. 125. 47NNststIIIIk電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動串電抗器后的起動轉(zhuǎn)矩 TTkTTTststNNN.2218164706608可見起動轉(zhuǎn)矩?zé)o法滿足要求，故不能采用串電抗器起動。 3)試用Y減壓起動 因電動機正常運行時是聯(lián)結(jié)，可以討論此問題。 IIIIIststNNN.373233425TTTTTststNNN.31830608雖起動電流0P2Pm= T 0s=01吸收電功率，輸出機械功率nn1電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相

22、異步電動機的電力拖動一、能耗制動一、能耗制動斷開斷開 交流交流接通接通直流直流轉(zhuǎn)子在慣性作用下旋轉(zhuǎn)，切割靜止磁場，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感應(yīng)電動勢電流電磁力制動轉(zhuǎn)矩n迅速 。把轉(zhuǎn)子的動能轉(zhuǎn)化為電能消耗在轉(zhuǎn)子回路電阻上，能量耗盡，系統(tǒng)停車能耗制動能耗制動制動電阻Rbk 作用限制制動電流，增大制動轉(zhuǎn)矩異步電動機的能耗制動 三相異步電動機的能耗制動，制動平穩(wěn)，能準(zhǔn)確快速地停車；電機不從電網(wǎng)吸取交流電能，比較經(jīng)濟。 能耗制動機械特性 電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動二、反接制動二、反接制動 1電源反接制動電源反接制動(反接正轉(zhuǎn))電源反接制動 任意任意對調(diào)對調(diào)兩相兩相 n1

23、0 ，s1( II象限) E E2 2、s sE E2 2、I I2 2及及T T都與電動都與電動狀態(tài)時相反，即狀態(tài)時相反，即T T 起制起制動作用。動作用。制動過程制動過程: :a a b b n n快速至快速至0 瞬時，瞬時，T T0，若不切除電源，電若不切除電源，電機將反向起動。機將反向起動。制動電阻Rbk 作用:限制制動電流，增大制動轉(zhuǎn)矩(Tb Tb)電機即從電網(wǎng)吸取電能，又從軸上吸取機械能，經(jīng)濟性較差。但制動效果優(yōu)于能耗制動（n=0,T0)P1 Pem=m1I22r2/s 0P2Pm= T 0 ，n1 (IV象限象限 )(1)原理和機特原理和機特過程：過程：a b n至0 ，Tc0P

24、20。 電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動 例例5-6 例5-5的電動機負載為額定值，不計T0，試求： 1)電動機欲以300r/min下放重物，轉(zhuǎn)子每相應(yīng)串入的電阻值。 2)當(dāng)轉(zhuǎn)子接入電阻為Rbk=9r2，電動機對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，運行在何狀態(tài)？ 3)當(dāng)轉(zhuǎn)子接入電阻為 Rbk=30r2，電動機對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，運行在何狀 ？1)電動機以300r/min下放重物，轉(zhuǎn)子每相串入的電阻值 解解snnn 1175030075014().按題意 工作點在圖中曲線2上T=TN的a點，它的轉(zhuǎn)差率為與曲線2上a點同轉(zhuǎn)矩的對應(yīng)點是固有特性曲線1上的T=TN，s= sN的a點Rss T

25、 TrbkNN(/).1140036110058222 得(倒拉反接制動狀態(tài))電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動例5-6附圖 2)當(dāng)Rbk=9r2時電動機對應(yīng)的轉(zhuǎn)速，運行狀態(tài) 36. 0036. 010101922222NNNNbkssrrrsTTrRrs對應(yīng)T=TN的串入Rbk=9r2工作點的轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)速分別為 ns nrr11 0367504801./min/min(電動狀態(tài))3)當(dāng)Rbk=49r2時電動機對應(yīng)的轉(zhuǎn)速,運行狀態(tài) 8 . 1036. 0505014922222NNNNbkssrrrsTTrRrs(倒拉反接狀態(tài))ns nrr11 187

26、506001./min/min電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動三、三、回饋制動回饋制動(再生發(fā)電制動再生發(fā)電制動) 1反向回饋制動反向回饋制動n10，n0， s0 (IV象限) 兩相兩相對調(diào)對調(diào) nn1適用于將重物高速穩(wěn)定下放(1) 原理和機特原理和機特電機反向起動后電動加速(T0,n0),當(dāng)加速到等于同步速n1時，雖T=0，但重力轉(zhuǎn)矩的作用，使電動機繼續(xù)加速至高于同步速( ) IV象限，s0，n0),最終以na高速穩(wěn)定下放重物。nn1反向回饋制動反向回饋制動運行狀態(tài)下放重物時，轉(zhuǎn)子回路所串電阻越大，下放速度越高 ,一般會切除電阻。電機及拖動基礎(chǔ)電機

27、及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動三、回饋制動三、回饋制動(再生發(fā)電制動再生發(fā)電制動) 由于回饋制動時s 0，使P1Pem=m1I22r2/s 0，P2Pm= T0 ，說明電動機從軸上吸取機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，反饋回電網(wǎng)，經(jīng)濟性較好。但它的 下放重物的安全性較差。 nn1(2) 制動問題計算制動問題計算 1) 巳知下放轉(zhuǎn)速n，求需串入的制動電阻Rbk 注意, 對應(yīng)反向回饋制動：位于第IV象限的制動運行穩(wěn)定下放點的s0 (因n0，n10且 )，位于第IV象限的反向固有機械特性上對應(yīng)給定負載轉(zhuǎn)矩TL(略T0，即為T)的sg0。 2) 巳知串入的制動電阻Rbk，求下放轉(zhuǎn)速n 當(dāng)求

28、出s后，用n=n1(1s)計算n時，注意n10。nn1電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動 例例5-7 例5-5的電動機，略T0，假定在下例兩種情況下，試求： 1)電動機軸上的TL=97N.m，電機運行在固有特性上以回饋制動下放重物的轉(zhuǎn)速。 2)例5-5的電動機經(jīng)電源反接制動快速停車后，定子繞組不脫離電網(wǎng)，轉(zhuǎn)子繞組仍保持反接制動電阻，問電機最終工作在何狀態(tài)，并求出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。 解解 1) mNmNnPTNNN6 .2907232200055. 955. 9略T0，T/TN=97/290.6=0.334因c點在圖的反向固有特性反向固有特性3上，其Rbk=0

29、，故s=sg；同時c點在第IV象限的反向回饋制動段，其sn1，最終在d點穩(wěn)定反向回饋制動穩(wěn)定反向回饋制動下放重物，而與d點同為0.8TN和同為-n1的反向固有特性3上的a點，其sg0，n0，nn1，sn1，進入回饋制動，在T及TL的共同制動下系統(tǒng)開始減速，從b點到n1的降速過程中都是s0 ，所以是回饋制動過程。從n1至c點，是電動降速過程。 電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動第五節(jié)第五節(jié) 三相異步電動機的調(diào)速三相異步電動機的調(diào)速)1 (60)1 (11spfsnn可得三相異步電動機調(diào)速方法：可得三相異步電動機調(diào)速方法： l改變電機極對數(shù)改變電機極對數(shù)l

30、改變電源頻率改變電源頻率 l改變轉(zhuǎn)差率改變轉(zhuǎn)差率 改變定子電壓改變轉(zhuǎn)子電阻轉(zhuǎn)子串轉(zhuǎn)差電動勢電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動NoImageNoImageNoImageNoImageNoImage電源頻率恒定電源頻率恒定 改變磁場極對數(shù)改變磁場極對數(shù)p同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速n1改變。改變。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n跟隨改變跟隨改變只適用于籠型電動機，因為籠型轉(zhuǎn)子繞組只適用于籠型電動機，因為籠型轉(zhuǎn)子繞組 的極對數(shù)是感應(yīng)產(chǎn)生的，隨定子磁場極對的極對數(shù)是感應(yīng)產(chǎn)生的，隨定子磁場極對 數(shù)改變而自動改變，使兩磁場極對數(shù)保持數(shù)改變而自動改變，使兩磁場極對數(shù)保持 一致，從而形成有效

31、的平均電磁轉(zhuǎn)矩。一致，從而形成有效的平均電磁轉(zhuǎn)矩。一、籠型異步電動機的變極調(diào)速一、籠型異步電動機的變極調(diào)速 電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動NoImageNoImageNoImageNoImageNoImage改變繞組連接改變繞組連接 改變電流方向改變電流方向 改變極對數(shù)改變極對數(shù) 一、籠型異步電動機的變極調(diào)速一、籠型異步電動機的變極調(diào)速 1變極原理變極原理 三相籠型異步電動機變極時一相繞組的接法 設(shè)定子每相繞組都由兩個完全對稱的設(shè)定子每相繞組都由兩個完全對稱的“半相繞組半相繞組”所組成所組成 電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相

32、異步電動機的電力拖動一、籠型異步電動機的變極調(diào)速一、籠型異步電動機的變極調(diào)速 2 兩種常用的變極方案兩種常用的變極方案 變極同時， 任兩相出線端對調(diào)，保證電動機的轉(zhuǎn)向不變。適用于電梯、傳輸帶類恒轉(zhuǎn)矩負載調(diào)速適用于車床切削等恒功率負載調(diào)速 三相籠型異步電動機常用的兩種變極接線 每相順串，再每相順串，再Y Y聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)每相每相反并反并每相順串，再每相順串，再聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)Y聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)等效等效YY等效等效YY每相每相反并反并Y聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動一、籠型異步電動機的變極調(diào)速一、籠型異步電動機的變極調(diào)速 變極調(diào)速具有操作簡單、成本低、效率高、變極調(diào)

33、速具有操作簡單、成本低、效率高、機械特性硬等優(yōu)點，而且還有采用不同的接線方機械特性硬等優(yōu)點，而且還有采用不同的接線方式既可適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速也可適用于恒功率調(diào)速。式既可適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速也可適用于恒功率調(diào)速。但是，它是一種有級調(diào)速而且只能是有限的幾檔但是，它是一種有級調(diào)速而且只能是有限的幾檔速度，因而適用于對調(diào)速要求不高且不需要平滑速度，因而適用于對調(diào)速要求不高且不需要平滑調(diào)速的場合。調(diào)速的場合。 電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動NoImageNoImageNoImageNoImageNoImageNoImage二、二、 變頻調(diào)速變頻調(diào)速U1E1=4.4

34、4f1N1kN11 結(jié)果：結(jié)果：鐵心嚴(yán)重飽和, I0急劇增大，其后果是導(dǎo)致功率因數(shù)降低、損耗增加，效率降低，從而使電動機的負載能力變小。 改變電源頻率，可以平滑調(diào)節(jié)同步速n1，從而使電動機獲得平滑調(diào)速。 由1 變頻與調(diào)壓的配合變頻與調(diào)壓的配合 若f ,U1不變, 1 基頻以下調(diào)速 UfUf1111常數(shù)基頻以上調(diào)速 變頻時1保持不變 U1 UN f , 1 電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動二、變頻調(diào)速二、變頻調(diào)速 2變頻調(diào)速時的機械特性變頻調(diào)速時的機械特性三相異步電動機變頻調(diào)速機械特性 基頻以下時 ,U/ f =常數(shù)同步點 n1f1 最大轉(zhuǎn)矩點 常數(shù)2

35、121max/ fCUT常數(shù)pfLLfrnsnmrm1 211,2160)(2 起動轉(zhuǎn)矩點 Tst1/f1基頻以上時Tmax， Tst 電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動二、二、 變頻調(diào)速變頻調(diào)速 變頻調(diào)速平滑性好，效率高，機械特性硬，調(diào)速范圍寬廣，只要控制端電壓隨頻率變化的規(guī)律，可以適應(yīng)不同負載特性的要求。是異步電動機尤為籠型電動機調(diào)速的發(fā)展方向，隨著電力電子技術(shù)、計算機控制技術(shù)的發(fā)展，使變頻調(diào)速得到了廣泛應(yīng)用的保證（變頻器實現(xiàn)）。電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動三、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速三、繞線

36、轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻后同步速不變，最大轉(zhuǎn)矩不變，但臨界轉(zhuǎn)差率增大，機械特性運行段的斜率變大。在同一負載轉(zhuǎn)矩下所串電阻值越大，轉(zhuǎn)速越低。串電阻值越大，轉(zhuǎn)速越低。 繞線轉(zhuǎn)子串電阻的機械特性調(diào)速過程：調(diào)速過程：設(shè)電動機原來運行于固有機械特性的a點，串入Rp1后，I2 ，T ，TTL，n ，s ，sE2 , I2和T 至T=TL時，電動機達到新的平衡狀態(tài)，并在比na低的新轉(zhuǎn)速nb下穩(wěn)定運行。 gpsrsRr22計算：計算：（恒轉(zhuǎn)矩負載）（恒轉(zhuǎn)矩負載）電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動 例例5-8 一臺繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，轉(zhuǎn)

37、子每相電阻為0.16，在額定負載時，轉(zhuǎn)子電流為50A，轉(zhuǎn)速為1440r/min，效率為85%?，F(xiàn)保持負載轉(zhuǎn)矩不變，將轉(zhuǎn)速降低到1050r/min，試求 1)轉(zhuǎn)子每相應(yīng)串入電阻值； 2)此時電動機的電磁功率； 3)電動機原來的輸出功率和降速后的輸出功率(忽略pm+ps ) 4)降速后的效率。解解 snnnNN11150014401500004.snnn1115001050150003 .1)轉(zhuǎn)子每相應(yīng)串入電阻值 Rss T TrpNN(/).103004110161042電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動2)此時電動機的電磁功率 因調(diào)速前后的穩(wěn)定運行時額

38、定轉(zhuǎn)矩不變，所以電磁功率不變，轉(zhuǎn)子電流不變，且繞線轉(zhuǎn)子電動機m1=m2=3，則 電磁功率 Pm IrsWWkWemN222223 500160043000030.3)電動機原來的輸出功率和降速后的輸出功率(忽略pm+ps ) 因忽略pm+ps ，所以P2Pm，則原來的輸出功率 PPsPkWkWNmNem 11 00430288.PPs PkWkWmem211 033021. 4)降速后的效率 PPNN22128885%62%.降速后的輸出功率 電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動三、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速三、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速優(yōu)點

39、：優(yōu)點：調(diào)速方法簡單方便，初投資少，容易實現(xiàn)，而且其調(diào)速電Rp還可以兼作起動與制動電阻使用。在起重機械的拖動系統(tǒng)中得到應(yīng)用。 缺點缺點：調(diào)速的平滑性差；機特軟，調(diào)速范圍不大；空、輕載時調(diào)速不明顯；由于轉(zhuǎn)差功率sPem是轉(zhuǎn)子回路的總銅耗，低速時，轉(zhuǎn)差率大，則sPem大，效率低(=P2/P1=T2/P1 n)而發(fā)熱嚴(yán)重。 電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動四、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的串級調(diào)速四、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的串級調(diào)速 為了改善繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速中低速時效率低的缺點，將消耗在外串電阻上的大部分sPem送回到電網(wǎng)，提高系統(tǒng)的運行效率。串級調(diào)速就

40、是根據(jù)這一指導(dǎo)思想而設(shè)計出來的。 1 串級調(diào)速原理串級調(diào)速原理 串級調(diào)速是指在轉(zhuǎn)子上串入一個和轉(zhuǎn)子同頻率的附加同頻率的附加電動勢電動勢Ef去代替原來轉(zhuǎn)子所串的電阻。 (1) Ef與E2s反相時 (2) Ef與E2s同相時 若平滑地調(diào)節(jié)Ef，則就能平滑地調(diào)低速度調(diào)低速度 若平滑地調(diào)節(jié)Ef，則就能平滑地調(diào)高速度調(diào)高速度 電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動四、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的串級調(diào)速四、繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的串級調(diào)速 晶閘管串級調(diào)速原理圖 2 串級調(diào)速的實現(xiàn)串級調(diào)速的實現(xiàn) 為獲得一個大小、相位可調(diào)，其頻率與異步電動機轉(zhuǎn)子頻率相等的附加電動勢。在工程上是先將轉(zhuǎn)子電動勢通過整流裝置變成直流電動勢，然后串入一個可控的附加直流電動勢去和它作用，從而避免了隨時變頻的麻煩。 電機及拖動基礎(chǔ)電機及拖動基礎(chǔ)三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動 系統(tǒng)工作時將異步電動機M的轉(zhuǎn)子電動勢E2s經(jīng)整流后變?yōu)橹绷麟妷篣d，再由