《電機技術》課件-第7章 三相異步電動機的電力拖動

新世紀高職高專電氣自動化技術類課程規(guī)劃教材電機與拖動技術DIANJIYUTUODONGJISHU(基礎篇)(第五版)新世紀高職高專教材編審委員會組編主編鄭立平張晶王文一1第7章三相異步電動機的電力拖動7.1三相異步電動機的機械特性7.2三相異步電動機的啟動7.3三相異步電動機的制動7.4三相異步電動機的調(diào)速27.1三相異步電動機的機械特性

三相異步電動機的機械特性是指電動機的轉速與電磁轉矩

之間的關系。即

也可由轉矩特性曲線表示。即

3

三相異步電動機電磁轉矩有三種表達方式：1.物理表達式2.參數(shù)表達式3.實用表達式7.1.1機械特性的三種表達式7.1三相異步電動機的機械特性41.物理表達式7.1.1機械特性的三種表達式7.1三相異步電動機的機械特性52.參數(shù)表達式7.1.1機械特性的三種表達式7.1三相異步電動機的機械特性上式表明：電磁轉矩與電源參數(shù)（U、f）、結構參數(shù)（r、x、m、p）和運行參數(shù)（s）有關。由上式可作出機械特性曲線n=f(Tem)。67.1.1機械特性的三種表達式7.1三相異步電動機的機械特性過載能力(1)最大電磁轉矩Tm和臨界轉差率sm77.1.1機械特性的三種表達式7.1三相異步電動機的機械特性當其它參數(shù)一定時：

1）最大電磁轉矩與電源電壓平方成正比；臨界轉差率與電源電壓無關。

3）頻率越高，最大電磁轉矩和臨界轉差率越??；漏抗越大，最大電磁轉矩和臨界轉差率越小。

2）轉子回路電阻越大，臨界轉差率越大；最大電磁轉矩與轉子電阻無關。87.1.1機械特性的三種表達式7.1三相異步電動機的機械特性（2）啟動轉矩Tst和啟動轉矩倍數(shù)Kst啟動轉矩Tst

97.1.1機械特性的三種表達式7.1三相異步電動機的機械特性當其它參數(shù)一定時：1)啟動轉矩與電源電壓平方成正比；2)頻率越高，啟動轉矩越小；漏抗越大，啟動轉矩越小；3)繞線式電動機，轉子回路電阻越大，啟動轉矩先增后減。4)啟動轉矩倍數(shù)。103.實用表達式7.1.1機械特性的三種表達式7.1三相異步電動機的機械特性114.機械特性的繪制7.1.1機械特性的三種表達式7.1三相異步電動機的機械特性已知電機的額定功率、額定轉速、過載倍數(shù)，則額定輸出轉矩為

忽略空載轉矩，有額定轉差率為121.固有機械特性

7.1.2

三相異步電動機的固有機械特性和人為機械特性

三相異步電動機的固有機械特性是指電動機在額定電壓和額定頻率下，按規(guī)定的接線方式接線，定子和轉子電路不外接電阻或電抗時的機械特性。

nNnm

Tem

n0TN

Tst

Tmax

ABCD7.1三相異步電動機的機械特性13電動機的固有機械特性的幾個特殊點：最大轉矩點B

啟動點A同步轉速點D額定運行點C

n0TN

Tst

Tmax

ABCDTem

7.1三相異步電動機的機械特性147.1三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的固有機械特性是指人為地改變電源參數(shù)或電動機參數(shù)而得到的機械特性。

2.人為機械特性常見的人為機械特性有：

（1）降低定子電壓時的人為機械特性；（2）轉子電路串接對稱電阻時的人為機械特性；（3）定子電路串接對稱電抗或電阻時的人為機械特性。157.1三相異步電動機的機械特性2.人為機械特性（1）降低定子電壓時的人為機械特性167.1三相異步電動機的機械特性2.人為機械特性（2）轉子電路串接對稱電阻時的人為機械特性177.2三相異步電動機的啟動

啟動：電動機接到電源上后，從靜止狀態(tài)到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程。對三相異步電動機的啟動要求：①啟動電流要小，以減小對電網(wǎng)的沖擊；②啟動轉矩要大，以縮短啟動時間；③啟動設備簡單，可靠。187.2.1三相籠型異步電動機的啟動籠型異步電動機的啟動方法有兩種：優(yōu)點：設備簡單，操作方便；缺點：啟動電流大，啟動轉矩不大。降壓啟動直接啟動１．直接啟動適用條件：受電網(wǎng)容量限制,單機啟動時，不使電網(wǎng)電壓降低10%以上，允許全壓直接啟動。7.2三相異步電動機的啟動19啟動電流大（ki=Ist/IN=4-7）;啟動轉矩不大（kst=Tst/TN=1-2）。啟動轉矩不大的原因

（1）功率因數(shù)很低；（2）氣隙磁通減??；（3）使啟動轉矩Tst不大。

啟動電流大的原因：由等效電路可分析，此時處于短路狀態(tài)。三相異步電動機的啟動性能不好：7.2三相異步電動機的啟動20降壓啟動的目的是限制啟動電流。

啟動時，降低加在電動機定子繞組電壓，使電動機啟動時電壓小于額定電壓，待電動機轉速上升到一定數(shù)值后，再使電動機承受額定電壓，由此限制啟動電流。常見降壓啟動方法有兩種。（1）星形-三角形（Y-D）降壓啟動（2）自耦變壓器降壓啟動2.降壓啟動7.2三相異步電動機的啟動21適用條件：正常工作時定子繞組需三角形接法的電動機才能采用定子繞組Y接啟動時，啟動電壓（1）星-三角（Y-D）啟動啟動電流啟動轉距7.2三相異步電動機的啟動22(2)自耦變壓器啟動7.2三相異步電動機的啟動23啟動用自耦變壓器有QJ2型QJ3型兩個系列。QJ2型三個抽頭分別為：55%、54%、73%。QJ3型三個抽頭分別為：40%、50%、80%。缺點：設備費用較高。適用于大容量電動機啟動。優(yōu)點：一般有三個抽頭，可供不同負載選擇。自耦變壓器啟動的特點7.2三相異步電動機的啟動24三種降壓啟動方法比較：啟動電壓啟動電流啟動轉矩全壓啟動380V50A900NmY-△換接降壓啟動自耦變壓器降壓啟動304V220V

20A300Nm575Nm38.4A7.2三相異步電動機的啟動25１.轉子串電阻啟動

在轉子回路中串入多級對稱電阻。啟動時，隨著轉速的升高，逐級切除啟動電阻。使整個啟動過程有較大的加速轉矩，并使啟動過程比較平滑。①優(yōu)點：只要在轉子回路串入適當?shù)碾娮?，既可減少啟動電流，又可增加啟動轉矩。②適用條件：電動機在重載情況下的啟動場合。7.2三相異步電動機的啟動7.2.2三相繞線式異步電動機的啟動267.2三相異步電動機的啟動１.轉子串電阻啟動7.2.2三相繞線式異步電動機的啟動277.2三相異步電動機的啟動２.轉子串接頻敏變阻器啟動

頻敏變阻器是一鐵損耗很大的三相電抗器，在啟動過程中，能自動、無級的減小電阻保持轉矩近似不變，使啟動過程平穩(wěn)、迅速。結構簡單，運行可靠，維護方便，應用廣泛。7.2.2三相繞線式異步電動機的啟動28鐵芯損耗頻敏變阻器的工作原理圖rmxmr1

轉子頻率高時鐵芯損耗大；轉子頻率低時鐵芯損耗小。7.2三相異步電動機的啟動297.3三相異步電動機的制動異步電動機運行于制動狀態(tài)時，Tem與n反方向，是制動轉矩；電動機從軸上吸收機械能并轉換為電能消耗于電機內(nèi)部或反饋回電網(wǎng)；機械特性位于第二或第四象限。制動目的：①使電力拖動系統(tǒng)快速停車；②使電力拖動系統(tǒng)盡快減速；③使位能性負載有穩(wěn)定的下放速度。

三相異步電動機制動方法：機械制動電氣制動：①能耗制動；②反接制動；③回饋制動。307.3三相異步電動機的制動7.3.1機械制動

機械制利用機械裝置使電動機在切斷電源后迅速停轉。采用比較普遍的機械設備是電磁抱閘。電磁抱閘主要由兩部分組成，制動電磁鐵和閘瓦制動器。制動原理：電動機的電源被切斷時，電磁抱閘的線圈也同時斷電，銜鐵釋放，在彈簧拉力的作用下，使閘瓦累累抱住閘輪，電動機就迅速被制動停轉。317.3三相異步電動機的制動7.3.1機械制動

327.3三相異步電動機的制動7.3.2電氣制動

1.反接制動（1）電源反接制動制動方法：在電動狀態(tài)下，突然將電源兩相反接，使旋轉磁場反向旋轉。制動原理：定子磁場反向，轉子因慣性繼續(xù)旋轉，轉子導體切割磁場，異步電動勢與電流方向與電動狀態(tài)相反，產(chǎn)生制動力矩。337.3三相異步電動機的制動7.3.2電器制動

1.反接制動（1）電源反接制動

347.3三相異步電動機的制動機械特性：①反接制動是指從反接開始至轉速為零這一段制動過程（BC段）；②特性曲線通過-n1（曲線A、B、C、D、E），初始制動轉矩較??；③轉子電阻增大，sm增大，Tm不變，初始制動轉矩較大。（曲線B，C，段所示，繞線式電動機可采用）。④負載要實現(xiàn)快速制動停車，n=0時切斷電源。否則反抗性負載反向加速致D點，反向電動運行；位能性負載，將進入回饋制動，穩(wěn)定在高于同步速的速度下勻速下降。357.3三相異步電動機的制動

（2）倒拉反接制動

制動方法：保持旋轉磁場的旋轉方向不變，繞線式電動機在轉子回路串入大電阻。轉子在位能負載的作用下進行倒拉反轉。制動原理：電動機在轉子回路串入大電阻,使電流減小，先是電磁轉矩下降，小于負載轉矩，轉速先下降，然后轉子在位能負載的作用下反轉，進入倒拉反轉的運行狀態(tài)。367.3三相異步電動機的制動

（2）倒拉反接制動

37機械特性：正轉狀態(tài)下，臨界轉差率增大（sm>1）的機械特性。反接制動是指從轉速為零至穩(wěn)速下降這一段制動過程（CD段）；能量關系：轉子輸入的機械功率和定子輸入的電功率全部轉變?yōu)檗D子回路的損耗消耗掉。反接制動的共同點是轉差率大于1。

7.3三相異步電動機的制動38

制動條件：在某一轉矩作用下，使電動機轉速超過同步轉速。電磁轉矩變?yōu)橹苿愚D矩，將電能回饋到電網(wǎng)。有兩種情況會出現(xiàn)回饋制動：①位能負載下放時；②變極調(diào)速或變頻調(diào)速過程中。2.回饋制動7.3三相異步電動機的制動39制動原理：定子磁場反向，轉子也反向，磁場轉速高于轉子轉速，感應電動勢與電流方向與電動狀態(tài)相反，產(chǎn)生制動力矩。制動方法：在電動狀態(tài)下，將電源兩相反接，使旋轉磁場反向旋轉。同步速為-n1，電動機經(jīng)反接制動、反接電動的加速過程，最后在位能負載的的作用下，穩(wěn)定運行在大于同步速的轉速下，勻速下放重物。

（1）下放重物時的回饋制動7.3三相異步電動機的制動40機械特性：①回饋制動是指從轉速高于同步速導穩(wěn)定下降這一段制動過程；②特性曲線通過-n1，初始制動轉矩較??；③轉子電阻增大，sm增大，Tm不變，初始制動轉矩較大。重物下放速度會增大。7.3三相異步電動機的制動417.3三相異步電動機的制動（2）變極調(diào)速或變頻調(diào)速過程中的回饋制動制動原理：變極調(diào)速或變頻調(diào)速瞬間，機械特性改變了，同步轉速降低，轉子由于機械慣性不突變，電機轉速高于同步轉速，電磁轉矩為制動轉矩，使轉子轉速下降，進入回饋制動狀態(tài)。機械特性：①回饋制動是指從轉速高于同步速到同步轉速這一段制動過程；②特性曲線通過，初始制動轉矩較大。42３.能耗制動制動方法：電動機定子繞組脫離交流電網(wǎng)，通入直流電流。制動原理：定子產(chǎn)生恒定磁場，轉子因慣性繼續(xù)旋轉，轉子導體切割恒定磁場，異步電動勢與電流方向與電動狀態(tài)相反，產(chǎn)生制動力矩。7.3三相異步電動機的制動437.3三相異步電動機的制動44三相異步電動機的調(diào)速原理由轉速公式得出①改變定子極對數(shù)p調(diào)速；②改變電源頻率f1調(diào)速；③改變轉差率s調(diào)速。異步電動機的調(diào)速方法7.4三相異步電動機的調(diào)速457.4三相異步電動機的調(diào)速7.4.1變極調(diào)速

變極原理:每相繞組由兩個線圈組成，每個線圈看作一個半相繞組。若兩個半相繞組順向串聯(lián)，電流同向，可產(chǎn)生4極磁場；其中一個半相繞組電流反向，可產(chǎn)生2極磁場。注意：變極前后，三相繞組的相序發(fā)生改變，為保證電動機的轉向不變，須對調(diào)定子兩相繞組的出線端。467.4三相異步電動機的調(diào)速47變極調(diào)速原理7.4三相異步電動機的調(diào)速Y-YY變極連接方式：(2p→p)487.4三相異步電動機的調(diào)速Ｄ-YY變極連接方式：(2p→p)497.4.2變頻調(diào)速

連續(xù)調(diào)節(jié)頻率可平滑的調(diào)節(jié)轉速，但單一的調(diào)節(jié)頻率將導致電動運行性能的惡化。異步電動機有以下關系式：

U1≈E1=4.44f1N1KN1Φm

若U1不變，f1與Φ1成反比。如果f1下降，則Φ1增加，使磁路過飽和，勵磁電流迅速上升，鐵損增加，電動機效率降低，也使功率因數(shù)減小。為此，頻率與電壓同時調(diào)節(jié)。1.基本原理7.4三相異步電動機的調(diào)速50保持不變，即

一般認為，變頻調(diào)速時，保持過載能力不變，運行性能較理想。恒轉矩負載：=常數(shù)；

恒功率負載：=常數(shù)。7.4三相異步電動機的調(diào)速517.4.2變頻調(diào)速

(1)變頻調(diào)速技術的現(xiàn)狀變頻調(diào)速電動機系統(tǒng)作為一個整體，隨著電力電子技術、計算機和控制技術的迅速發(fā)展而發(fā)展，其主要表現(xiàn)為：2.變頻調(diào)速技術的發(fā)展概況7.4三相異步電動機的調(diào)速①電力電子、電動機及控制技術的一體化；②集成化和智能化；③高性能和高可靠性；④新材料、新結構層出不窮。527.4.2變頻調(diào)速

(2)變頻調(diào)速技術的發(fā)展趨勢2.變頻調(diào)速技術的發(fā)展概況7.4三相異步電動機的調(diào)速①高性能；②高精度；③高頻化；④大容量；⑤微型化；⑥數(shù)字化。537.4三相異步電動機的調(diào)速7.4.3改變轉差率調(diào)速

1.轉子串電阻調(diào)速

機械特性

轉子串附加電阻，n1、Tm不變，sm增大，特性斜率增大。優(yōu)點：設備簡單，易于實現(xiàn)。缺點：有級調(diào)速，低速時轉差率大，銅耗大，運行效率低，機械特性軟，負載波動時轉速變化大。適用場合：起重機一類對調(diào)速要求不高的場合。547.4三相異步電動機的調(diào)速7.4.3改變轉差率