《電機及拖動基礎(chǔ)》第五章 異步電動機的電力拖動（新）

1、第五章 三相異步電動機的電力拖動運行第一節(jié) 三相異步電動機機械特性的一、物理表達式異步機的轉(zhuǎn)矩系數(shù) 異步機每極磁通 *電機及拖動基礎(chǔ)2/501.s較小時，2.s較大時，*電機及拖動基礎(chǔ)3/50異步電動機的機械特性二、參數(shù)表達式 臨界轉(zhuǎn)差率最大轉(zhuǎn)矩 +：電動機-：發(fā)電機*電機及拖動基礎(chǔ)4/50起動轉(zhuǎn)矩 起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 過載能力（倍數(shù)）*電機及拖動基礎(chǔ)5/50三、實用表達式忽略 R1 得機械特性的實用表達式（式中 ）過載能力 *電機及拖動基礎(chǔ)6/50結(jié)論：1當(dāng)電源頻率及電機其他參數(shù)不變時， 而 與 無關(guān)；2當(dāng)及其它參數(shù)不變時，而與無關(guān)； 四、機械特性曲線的繪制幾個特殊點：1）起始點A；2）額定工作點

2、B；3）同步轉(zhuǎn)速點H；4）最大轉(zhuǎn)矩點P和P。*電機及拖動基礎(chǔ)7/50三相異步電動機的固有機械特性1）起始點A；2）額定工作點B；3）同步轉(zhuǎn)速點H；4）最大轉(zhuǎn)矩點P和P。五、固有機械特性*電機及拖動基礎(chǔ)8/50六、人為機械特性三相異步電動機降低定子相電壓時的人為機械特性（一）降低 降低后電動機電流將大于額定值，電動機如長時連續(xù)運行，最終溫升將超過允許值，導(dǎo)致電動機壽命縮短，甚至燒壞。*電機及拖動基礎(chǔ)9/50（二）轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串聯(lián)對稱電阻 轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對稱電阻適用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的起動，也可用于調(diào)速。 轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串聯(lián)對稱電阻時的人為機械特性*電機及拖動基礎(chǔ)10/50（三）定子電路串聯(lián)對稱電抗定子

3、電路內(nèi)串聯(lián)對稱電抗時的人為機械特性 定子電路串聯(lián)對稱電抗一般用于籠型異步電動機的降壓起動，以限制電動機的起動電流。*電機及拖動基礎(chǔ)11/50（四）定子電路串聯(lián)對稱電阻 與串聯(lián)對稱電抗時相同，定子串聯(lián)對稱電阻一般也用于籠型異步電動機的減壓起動 。定子電路內(nèi)串聯(lián)對稱電阻時的人為機械特性*電機及拖動基礎(chǔ)12/50第二節(jié) 三相異步電動機的起動一、 三相籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機的起動三相籠型轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機有直接起動與降壓起動直接起動也稱為全壓起動：起動時，電動機定子繞組直接承受額定電壓。方法簡單，不需要復(fù)雜的起動設(shè)備起動的電流較大，一般可達額定電流的4-7倍。直接起動特點：*電機及拖動基礎(chǔ)13/50直接起動的

4、問題：1.起動電流大2.起動轉(zhuǎn)矩小3.功率因數(shù)小不能直接起動的設(shè)備采用降壓啟動*電機及拖動基礎(chǔ)14/50二、三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的起動（一）轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻起動 電動機起動時，變阻器應(yīng)調(diào)在最大電阻位置，然后將定子接通電源，電動機開始轉(zhuǎn)動。隨著電動機轉(zhuǎn)速的增加，均勻地減小電阻，直到將電阻完全切除。待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，將集電環(huán)短接，同時舉起電刷 。*電機及拖動基礎(chǔ)15/50（二）轉(zhuǎn)子串聯(lián)頻敏變阻器起動 當(dāng)電動機起動時，轉(zhuǎn)子頻率較高，頻敏變阻器內(nèi)的與頻率平方成正比的渦流損耗較大， 值也因之較大，起限制起動電流及增大起動轉(zhuǎn)矩的作用。隨著轉(zhuǎn)速的上升，轉(zhuǎn)子頻率不斷下降，頻敏變阻器鐵心的渦流損耗及 值跟著下降，使電

5、動機起動平滑。 頻敏變阻器的結(jié)構(gòu)頻敏變阻器的等效電路*電機及拖動基礎(chǔ)16/50第三節(jié) 三相異步電動機的各種運轉(zhuǎn)狀態(tài) 一、電動運轉(zhuǎn)狀態(tài) 電動運轉(zhuǎn)狀態(tài)的特點是電動機轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)的方向相同。 電動狀態(tài)下異步電動機的機械特性二、制動運轉(zhuǎn)狀態(tài) 異步電動機可工作于回饋制動，反接制動及能耗制動三種制動狀態(tài)。其共同特點是電動機轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向相反，以實現(xiàn)制動。此時，電動機由軸上吸收機械能，并轉(zhuǎn)換為電能。 *電機及拖動基礎(chǔ)17/50（一）能耗制動狀態(tài)異步電動機能耗制動的電路圖與機械特性 當(dāng)K1斷開，電動機脫離電網(wǎng)時，立即將K2接通，則在定子兩相繞組內(nèi)通入直流電流，在定子內(nèi)形成一固定磁場。當(dāng)轉(zhuǎn)子由于慣性而仍在

6、旋轉(zhuǎn)時，其導(dǎo)體即切割此磁場，在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢及轉(zhuǎn)子電流。根據(jù)左手定則，可確定出轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)速的方向相反，即為制動轉(zhuǎn)矩。 *電機及拖動基礎(chǔ)18/50各個電流之間有下列關(guān)系 得機械特性方程式 臨界相對轉(zhuǎn)速 *電機及拖動基礎(chǔ)19/50（二）反接制動狀態(tài) 轉(zhuǎn)子軸上機械功率 為負此時的轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)子由定子輸入的電功率即為電磁功率 轉(zhuǎn)子電路的損耗 為兩者之和，因此能量損耗極大 。為正1轉(zhuǎn)速反向的反接制動 *電機及拖動基礎(chǔ)20/50轉(zhuǎn)速反向的反接制動時的異步電動機特性異步電動機轉(zhuǎn)速反向反接制動電路圖*電機及拖動基礎(chǔ)21/502電源反接的反接制動 為了迅速停車或反向，可將定子兩相反接，工作點由A轉(zhuǎn)移到B此

7、時轉(zhuǎn)差率為 在兩相反接時 ，電動機的轉(zhuǎn)矩為T，與負載轉(zhuǎn)矩共同作用下，電動機轉(zhuǎn)速很快下降，這相當(dāng)于圖中機械特性的BC段。*電機及拖動基礎(chǔ)22/50異步電動機電源反接的電路圖與機械特性 在轉(zhuǎn)速為零的C點，如不切斷電源，電動機即反向加速，進入反向的電動狀態(tài)（對應(yīng)于特性CD段），加速到D點時，電動機將穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了電動機的逆轉(zhuǎn)過程。*電機及拖動基礎(chǔ)23/50（三）回饋制動狀態(tài) 位能負載帶動異步電動機進入回饋制動狀態(tài) 當(dāng)異步電動機由于某種原因（例如位能負載的作用 ），使其轉(zhuǎn)速高于同步速度 時，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢反向，轉(zhuǎn)子電流的有功分量也改變了方向，其無功分量的方向則不變。此時異步電動機既回饋電能，又在軸上

8、產(chǎn)生機械制動轉(zhuǎn)矩，即在制動狀態(tài)下工作。當(dāng) 時 *電機及拖動基礎(chǔ)24/50轉(zhuǎn)子電流的有功分量為 轉(zhuǎn)子電流的無功分量為 也為負，與轉(zhuǎn)速方向相反異步電動機軸上輸出的機械功率也為負*電機及拖動基礎(chǔ)25/50 如果異步機定子脫離電網(wǎng)，又希望它能發(fā)電，則必須在異步機定子三相之間接上連接成三角形或者星形的三組電容器。這時電容器組可供給異步電動機發(fā)電所需要的無功功率，即供給建立磁場所需要的勵磁電流。 電容器接成三角形時 電容器接成星形時 異步電動機回饋制動時的機械特性*電機及拖動基礎(chǔ)26/50三、制動狀態(tài)小結(jié) 在正轉(zhuǎn)方向，特性1與1的第二象限為回饋制動特性，第四象限為反接制動特性；在反轉(zhuǎn)方向，特性2與2的第二

9、象限為反接制動特性，而第四象限則為回饋制動特性。能耗制動電路的聯(lián)結(jié)方法有所不同，其機械特性用曲線3與3表示，第二象限部分對應(yīng)于電動機正轉(zhuǎn)，而第四象限則對應(yīng)于反轉(zhuǎn)。圖中特性1，2及3對應(yīng)于異步電動機轉(zhuǎn)子有串聯(lián)電阻時，而1，2及3則對應(yīng)于沒有串聯(lián)電阻。 *電機及拖動基礎(chǔ)27/50例某繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的銘牌參數(shù)如下： （1）當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩 ，要求轉(zhuǎn)速 時，轉(zhuǎn)子每相應(yīng)串入多大的電阻 （圖中B點）？繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的機械特性*電機及拖動基礎(chǔ)28/50（2）從電動狀態(tài)（圖1中A點） 時換接到反接制動狀態(tài)，如果要求開始的制動轉(zhuǎn)矩等于 （圖中C點），則轉(zhuǎn)子每相應(yīng)該串接多大電阻？ （3）如果該電動機帶位能負載，

10、負載轉(zhuǎn)矩 ，要求穩(wěn)定的下放轉(zhuǎn)速 r/min，求轉(zhuǎn)子每相的串接電阻值。 解*電機及拖動基礎(chǔ)29/50取 （ 不合理） （1）考慮異步機的機械特性為直線, 對于固有特性 *電機及拖動基礎(chǔ)30/50對于人為特性 （2）*電機及拖動基礎(chǔ)31/50取 取考慮機械特性為直線(3)*電機及拖動基礎(chǔ)32/50取 （ 時不能穩(wěn)定運轉(zhuǎn)）考慮機械特性為直線第四節(jié) 三相異步電動機的調(diào)速由異步電動機轉(zhuǎn)速的表達式一、 變極調(diào)速*電機及拖動基礎(chǔ)34/50星形聯(lián)結(jié)改變成兩個并聯(lián)的星形聯(lián)結(jié)三角形聯(lián)結(jié)改變成兩個并聯(lián)的星形聯(lián)結(jié)*電機及拖動基礎(chǔ)35/50變極原理：定子每相繞組由兩個完全對稱的“半相繞組” 所組成，只要將每相任何一個“

11、半相繞組”電流反向，就可以將極對數(shù)增加一倍（兩個半繞組順串）或減少一半（兩個半繞組反并）。由于籠型感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)子極對數(shù)能自動跟隨定子極對數(shù)且始終保持相等，所以變極調(diào)速僅用于籠型感應(yīng)電動機。*電機及拖動基礎(chǔ)36/50變極調(diào)速時，電動機的容許輸出功率或轉(zhuǎn)矩在變速前后的關(guān)系。輸出功率為 在高、低速運行時，電動機繞組內(nèi)均流過額定電流，這樣在兩種聯(lián)結(jié)法下的轉(zhuǎn)矩之比為當(dāng)定子繞組從一個三角形聯(lián)結(jié)改成二個星形聯(lián)結(jié)的并聯(lián)時，極對數(shù)也減小一倍， 也增加一倍。兩種聯(lián)結(jié)法的功率比為*電機及拖動基礎(chǔ)37/50Y聯(lián)結(jié)改成YY聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)改成YY聯(lián)結(jié)*電機及拖動基礎(chǔ)38/50二、變頻調(diào)速對于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，如果變頻裝置保證 隨

12、成正比地變化，則可保證在頻率變化過程中電動機具有同樣的過載能力，在恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速下的變頻裝置一般就是根據(jù)這一要求設(shè)計的。 當(dāng)定子頻率較高時（式中 為常數(shù)）常值*電機及拖動基礎(chǔ)39/50可見，恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速時，如能保持 =定值，則可保證調(diào)速過程中電動機的過載能力基本不變，同時可滿足磁通 基本不變的要求。在恒功率調(diào)速時 由此可見，在恒功率調(diào)速時，如能滿足 =定值的條件，調(diào)速過程中電動機的過載能力也能保持不變，但此時磁通將發(fā)生變化了。如果此時按恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速滿足 =定值的條件，則磁通將基本不變，但電動機的過載能力將在調(diào)速過程中改變。常值*電機及拖動基礎(chǔ)40/50變頻調(diào)速具有優(yōu)異的性能，調(diào)速范圍較大，平滑性較

13、高，變頻時按不同規(guī)律變化可實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速，以適應(yīng)不同負載的要求，低速時特性的靜差率較高，是異步電動機調(diào)速最有發(fā)展前途的一種方法。*電機及拖動基礎(chǔ)41/50三、轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻調(diào)速 在額定電壓時，磁通定值，調(diào)速時 *電機及拖動基礎(chǔ)42/50當(dāng)轉(zhuǎn)速降低（s 增高）時，效率下降，轉(zhuǎn)子損耗功率增高，故經(jīng)濟性不高。 轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻的數(shù)值愈大，人為機械特性愈軟 。轉(zhuǎn)子損耗功率為 輸出功率為 調(diào)速時轉(zhuǎn)子電路的效率為 轉(zhuǎn)子電路串接不同電阻時的人為特性*電機及拖動基礎(chǔ)43/50二、改變定子電壓調(diào)速改變異步電動機定子電壓的人為特性轉(zhuǎn)子電路電阻較高時改變定子電壓的人為特性*電機及拖動基礎(chǔ)44/50四、串級調(diào)速中等以上功率的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機與其他電動機或電子設(shè)備串級聯(lián)接以實現(xiàn)平滑調(diào)速，稱為串級調(diào)速。異步電動機的串級調(diào)速，就是在異步電動機轉(zhuǎn)子電路內(nèi)引入感應(yīng)電動勢 ，以調(diào)節(jié)異步電動機的轉(zhuǎn)速。引入電動勢的方向，可與轉(zhuǎn)子電動勢 方向相同或相反，其頻率則與轉(zhuǎn)子頻率相同。 1 與 同相 未引入 時引入 后*電機及拖動基礎(chǔ)45/50 未引入 時 超前 90 *電機