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1、课程主讲人：（本科）第7章 三相异步电动机的电力拖动ppt课件v7.1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动v7.2 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速v7.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动第七章第七章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动7.1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动第七章222 2221112222()() =()RIURXXERsXs7.1.1 三相异步电动机起动中的问题及解决途径三相异步电动机起动中的问题及解决途径异步电动机知识回顾：异步电动机知识回顾：T型等效电路型等效电路mM1T1 22=cosTPPCI2221112st2222
2、2112121112332()() 2()() sRpUpU RsTTRfRRXXfRXXs 122mm2212112RRRssXXRXX 忽略12211mm22111211123344()RUUppTTffXXRRXX 忽略1102()III 7.1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动第七章222222222201022I =ERE =4.44()2211I(4 7)NsXf N KIIINnnfEIII 起动时， =0,s=1定子旋转磁场与转子的相对切割速度很大转子频率 很大很大很大很大7.1.1 三相异步电动机起动中的问题及解决途径三相异步电动机起动中的问题及解决途径1.起动：电动
3、机从静止状态过渡到稳定运行状态的过程起动：电动机从静止状态过渡到稳定运行状态的过程2.直接起动：将定子绕组直接三相交流电源，定、转子绕组回路不串接元器件直接起动：将定子绕组直接三相交流电源，定、转子绕组回路不串接元器件3.直接起动，其起动电流很大。直接起动，其起动电流很大。4.直接起动，其起动转矩不够大直接起动，其起动转矩不够大。222=arctan22022=cosXRsXX=1起动时很大很大很小0.002220=sXsX很小（约）正常运行时很小1 22cosTT CIT 不够大11111111111=4.44)1111NEf N KUIRjXENIEUU = (+很大较小较小1I 很大Ts
4、t小，轻载或空载起动时影响不大，额定负载起动时较困难，甚至无法起动。小，轻载或空载起动时影响不大，额定负载起动时较困难，甚至无法起动。Ist大，频繁起动会使电动机绕组过热，要限制每小时最高起动次数；若供电大，频繁起动会使电动机绕组过热，要限制每小时最高起动次数；若供电变压器额定容量相对电动机额定容量不够大时，会使变压器输出电压变化率变压器额定容量相对电动机额定容量不够大时，会使变压器输出电压变化率超出允许范围，电压下降较大。超出允许范围，电压下降较大。7.1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动第七章v笼型异步电动机转子回路不能串电阻，只有两种起动方法：笼型异步电动机转子回路不能串电阻，只
5、有两种起动方法：直接起动和降压起动直接起动和降压起动1、直接起动（全压起动）、直接起动（全压起动）起动时，通过一些直接起动设备，把全部电源电压直接加到电动机的定子绕组上。该方式起动设备简单，操作方便，起动快，但这时起动电流较大。一般规定，异步电动机的功率低于7.5kW时允许直接起动。如果功率大于7.5kW，而电源总容量较大，能符合下式要求者，电动机也可允许直接起动。st1NIKIAkVAkV341起动电动机容量电源总容量7.1 .2 笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动7.1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动第七章2、定子串电阻或串电抗降压起动、定子串电阻或串电抗降压起动stst1
6、NstRstR1ITUKUKIT设电动机在全压起动时的起动电流为，起动转矩为。当电动机定子串入电阻后，（），起动电流和起动转矩为:1stR221212st221212()()()()NUIRRXXKUKIRRXX212stR2211212222221121232()() 3 ()2()() NstpU RTfRRXXp KURK TfRRXX定子串电阻（电抗）起动时，起动电流下降到定子串电阻（电抗）起动时，起动电流下降到KIst,起动转矩下降到了起动转矩下降到了K2Tst，所以，该方法适用于轻载起动所以，该方法适用于轻载起动.7.1 .2 笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动7.1 三相异
7、步电动机的起动三相异步电动机的起动第七章3、Y起动起动适用场合：正常运行时适用场合：正常运行时定子绕组为三角形联结定子绕组为三角形联结的异步电动机的异步电动机。（1）起动时）起动时，接触器触点，接触器触点KM1和和KM3闭合，闭合， KM2断开断开，电动机定子绕组接成，电动机定子绕组接成Y（2）待转速升高到一定程度后，接触器触点）待转速升高到一定程度后，接触器触点KM3断开，断开，KM2闭合闭合，定子绕组改，定子绕组改接成接成，电动机进入，电动机进入正常运行正常运行状态状态7.1 .2 笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动W2U2相stI线tsINUV2U1V1W1stYI相线tYsIW2
8、U2V2U1V1W1NU7.1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动第七章3、Y起动起动W2U2相stI线tsINUV2U1V1W1stYI相线tYsIW2U2V2U1V1W1NU313ststYNNU/UII相相tYstYtst1113333ssIIII线相线相22stYYNstN/31=3TUUTUU相相2212211st)()(XXRRUI)()(232212211221stXXRRfRpUT（1）优点：）优点：Y起动具有起动起动电流小、设备起动具有起动起动电流小、设备简单、体积小、重量轻、价格便宜、维修方便等简单、体积小、重量轻、价格便宜、维修方便等优点。优点。（2）由于起动转矩减
9、小为直接起动转矩的）由于起动转矩减小为直接起动转矩的1/3，所，所以只适用于空载或轻载起动。以只适用于空载或轻载起动。（3）只适用于正常运行时，定子绕组为）只适用于正常运行时，定子绕组为联结的联结的异步电动机异步电动机（4）电动机定子绕组必须引出六个出线端。）电动机定子绕组必须引出六个出线端。7.1 .2 笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动7.1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动第七章4、自耦变压器降压起动、自耦变压器降压起动（1）起动时，）起动时，KM2 、KM3闭合，闭合，KM1断开，定子绕组通过自耦变压器接到三断开，定子绕组通过自耦变压器接到三相电源上。相电源上。（2）待电
10、动机的转速升高到一定程度）待电动机的转速升高到一定程度后，后， KM2 、KM3断开，断开，KM1闭合，定闭合，定子绕组直接接到三相电源上，电动机正子绕组直接接到三相电源上，电动机正常运行。常运行。 自耦变压器降压起动接线原理图：自耦变压器降压起动接线原理图：7.1 .2 笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动7.1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动第七章4、自耦变压器降压起动、自耦变压器降压起动st2N2st1NN=IKUUKIUU电动机降压起动时，起动电流Ist2与直接起动电流Ist1之间的关系为：NU1N2Nst1I2U st2Ist12st21INKIN2st1st1st2s
11、t1st2st1=IIIK KKIII自耦变压器一次电流 与二次电流 间的关系为：st1Ist2I自耦变压器降压起动对电源的冲击电流 与直接起动时对电源的冲击电流 之比为：st1Ist1IKM1MKM2KM3st2Ist1Ist1I电动机降压起动时，电动机起动转矩Tst1与直接起动转矩Tst1之间的关系为：222st1N2st1NNTKUUKTUU2212211st)()(XXRRUI)()(232212211221stXXRRfRpUT7.1 .2 笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动7.1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动第七章优点优点:(1)有几种电压可供选择（即有可供选择的
12、有几种电压可供选择（即有可供选择的K值，值，如如QJ2型，型， QJ3型），比较灵活，在起动次数少，容型），比较灵活，在起动次数少，容量较大的笼型异步电动机上应用较为广泛。量较大的笼型异步电动机上应用较为广泛。 (2)减小了起动电流，但同时也降低了起动转矩，减小了起动电流，但同时也降低了起动转矩，只适合空载或轻载起动。只适合空载或轻载起动。缺点：体积大、价格高、维修麻烦、且不允许频繁起缺点：体积大、价格高、维修麻烦、且不允许频繁起动。动。4、自耦变压器降压起动、自耦变压器降压起动1st1N1NstNNstst22L(1)7.5kW6.5 184.6A=1200A800A(2)12001.580
13、08001001.2 95501.2 9550N.m=790N.m1450790351N.m1.5IstTIKIIPTKTnTTT解：直接起动，一般在以下的异步电动机中采用：定子串电阻（或电抗）设起动电流需要降低的倍数为 ，则带 负载时需要的起动转矩为：LstLstLst1.2 329N.m=395N.m,TTKTTT所以不能用定子串电阻（或电抗）起动方法ststLst322ststLst23Y11790N.m=263N.m1.5790 0.36284.4N.m1.5TTTKKTT KTKKT （ ） - 起动故不能用 - 起动（ ）自耦变压器起动系列抽头电压为、。当抽头为 时，限流倍数，达到
14、要求。则，无法起动抽头为 时，限流倍数，达到要求。则2ststLst790 0.64505.6N.m80T KT，可以起动综上，最佳起动方案为自耦变压器降压起动，选用抽头 7.1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动第七章7.1.4 绕线转子三相异步电动机的起动绕线转子三相异步电动机的起动1、转子回路串入电阻分级起动、转子回路串入电阻分级起动原理图原理图212221121232()() stpU RTfRRXX(2)优点优点:可以增大起动转矩可以增大起动转矩,减少起动电流减少起动电流,起动性能良好起动性能良好.12221212()()UIRRXX1022()21stIIITRII (1)原
15、理图原理图:开始起动时开始起动时:KM1KM3均断开，均断开，QS闭合闭合,然后逐级切除然后逐级切除R3, , R2, R1(3)异步电机的机械特性异步电机的机械特性1122mm221211222R112211211112212m22112121122334()4() 322(32)() RmmmRRss( XX )R( XX )pUpUTTf XXf RRXXpU R / sTTTsfRR / sXpUTXsf Rs 忽略忽略带负载在额定负载转矩范围内7.1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动第七章7.1.4 绕线转子三相异步电动机的起动绕线转子三相异步电动机的起动1. 转子回路串入电
16、阻分级起动转子回路串入电阻分级起动hfgAs10()n1LT2T1TTabcde初始状态初始状态:KM1KM3均断开，均断开，QS闭合闭合 转子回路总电阻转子回路总电阻R30=R2+R3+R2 +R130R20R10R固有特性2R(4)起动过程起动过程211303Aa2pUTsf R特性直线b点点:闭合闭合KM3 ,转子总电阻转子总电阻R20=R2+R2 +R1211203Ac2pUTsf R特性直线 b点点:闭合闭合KM2,转子总电阻转子总电阻R10=R2+R1211103Ae2pUTsf R特性直线 b点点:闭合闭合KM1,转子回路总电阻转子回路总电阻R10=R221123Ag2pUTsf
17、 R特性直线ab工作点由 点点bcd由 点点点def由 点点点fgh由 点点点第七章12TT为加快起动过程，需将串入的起动电阻逐段切除，保证在整个起动过程中，电动机转矩在最大起动转矩 和切换转矩之间变化，不致于过小，从而保证一定大小的加速度，使电动机以较短的时间达到固有特性上的稳定运行点。一般有：1N(1.5 2)TT2L(1.11.2)TT22TT的大小与起动转矩的级数有关，级数越少， 也就越小。7.1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动7.1.4 绕线转子三相异步电动机的起动绕线转子三相异步电动机的起动1. 转子回路串入电阻分级起动转子回路串入电阻分级起动(5)起动最大转矩和切换转矩
18、的选择起动最大转矩和切换转矩的选择第七章NNN2N2NPUnEI已知条件：电动机的型号，额定功率，额定电压，额定转速，转子额定电动势，转子额定相电流mm2m12m12222()TTssRRTXXsTsXXRR由异步电动机机械特性的简化实用表达式：又，则c30301bc2b2020TRRTssTTRR由= 得：3020101201022RRRTRRRT同理有：称为起动转矩比称为起动转矩比7.1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动7.1.4 绕线转子三相异步电动机的起动绕线转子三相异步电动机的起动1. 转子回路串入电阻分级起动转子回路串入电阻分级起动(5)各级起动电阻的计算各级起动电阻的计算
19、2102202m02,mRRRRRR则各级起动电阻为：，.122132(1)RRRRRR起动电阻各分段电阻值为：，2N2NCu2NMN2N2N2 2N22N333s EPs PsE IR IRI在额定状态下：，则：第七章11102)()(mmNmNTs TRR1m0m022()mmRRRR=m121a01m12012()a2()amsmTXXTsRTXXRT 对于 点：7.1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动7.1.4 绕线转子三相异步电动机的起动绕线转子三相异步电动机的起动1. 转子回路串入电阻分级起动转子回路串入电阻分级起动(5)各级起动电阻的计算各级起动电阻的计算m122m122
20、2()2()NNNNTXXhTsRTXXsRT对于 点：0012211mmNNNNRRTTRRsTs T=m起动级数 和起动转矩比 的关系：111lglg()lg()mgNNNNTmsTs TT第七章7.1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动7.1.4 绕线转子三相异步电动机的起动绕线转子三相异步电动机的起动1. 转子回路串入电阻分级起动转子回路串入电阻分级起动(5)各级起动电阻的计算各级起动电阻的计算起动电阻的计算步骤为：2222NNNN12121212m1221mm-1m:sa. =3. =9.55c. (1.5 2.0),(1.11.2). .,=( -1), = , =NNNNN
21、ERRIPbTTnTTTITITdTeRRRRRRRRR已知起动级数计算求出选取 和求起动转矩比求起动电阻中各分段电阻值第七章7.1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动7.1.4 绕线转子三相异步电动机的起动绕线转子三相异步电动机的起动1. 转子回路串入电阻分级起动转子回路串入电阻分级起动(5)各级起动电阻的计算各级起动电阻的计算2222NNNN1212121112msa. =3. =9.55c. (1.52.0),(1.11.2). .mm=lg() lg m=,m= ,(1.11.2)NNNNNNNNmNER RIPbTTnTTTITIdT TeTs TmTTsTT起动级数 未知时，
22、起动电阻的计算步骤为：计算求出选取 和求起动转矩比计算，取较大的整数将 代入计算修正后的校核2TLT若不满足要求，重新修正 和 ，直到满足要求。12m1221mm-1f.,=( -1) = =RRRRRRRRR求各分段电阻值第七章2、转子回路串入频敏变阻器起动、转子回路串入频敏变阻器起动频敏变阻器是利用本身电阻和电抗能随转子电流频率的变化而自动变化得原理，来增加起动转矩和降低起动电流。和其他起动设备相比，它具有起动平滑、结构简单、运行可靠、维护方便、又能实现自动操作等优点7.1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动7.1.4 绕线转子三相异步电动机的起动绕线转子三相异步电动机的起动7.2
23、三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速第七章v异步电动机的调速原理异步电动机的调速原理v异步电动机的调速方法异步电动机的调速方法变频调速：改变变频调速：改变f1变极调速：变极调速：改变改变p变转差率调速：变转差率调速：s1160(1)(1)fnnssp7.2 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速第七章v1 适用对象适用对象:适用于鼠笼型的异步电动机。级数的改变必须在定子和转子上同适用于鼠笼型的异步电动机。级数的改变必须在定子和转子上同时进行。笼型转子电动机，转子极数随定子极数改变，改变极对数只考虑定时进行。笼型转子电动机，转子极数随定子极数改变，改变极对数只考虑定子方面子方面.v2 变极
24、原理变极原理: 改变定子绕组的接线方式来实现。如果改变每相绕组中半相绕改变定子绕组的接线方式来实现。如果改变每相绕组中半相绕组的电流方向，则电动机磁极数成倍变化组的电流方向，则电动机磁极数成倍变化,则同步转速也成倍改变则同步转速也成倍改变,电动机转电动机转速也近似成倍变化。速也近似成倍变化。7.2 .1 改变磁极对数改变磁极对数p调速调速第七章3 两种常用的变极调速方法两种常用的变极调速方法（1） Y -YY联结联结Y联结：两个半相绕组正向串联，极对数为联结：两个半相绕组正向串联，极对数为2p，同步转速为同步转速为n1,相电压相电压 YY联结：两个半相绕组反向并联，极对数为联结：两个半相绕组反
25、向并联，极对数为p，同步转速为同步转速为2n1.相电压相电压 ,7.2 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速7.2 .1 改变磁极对数改变磁极对数p调速调速2m22112()mYYmYRsssRXX 212ststYYstY2211212322()() pU RTTTfRRXX212211112324() mmYYmYpUTTTf RRXX1122,R X RX13NUU13NUU 1122,4444RXRX2221 1121221 11212111222221122223cos,9.559.553cos,9.553(2 )cos229.559.55222,YYYYYYYYYYYYYYYY
26、YPPPU ITnnPPU ITnPUIPPPTTnnPPTTYYY调速属于恒转矩调速Y-YY常应用于起重电葫芦、运输传送带等恒转矩生产机械常应用于起重电葫芦、运输传送带等恒转矩生产机械第七章3 两种常用的变极调速方法两种常用的变极调速方法（2） -YY联结联结联结：两个半相绕组正向串联，极对数为联结：两个半相绕组正向串联，极对数为2p，同步转速为同步转速为n1,相电压相电压 YY联结：两个半相绕组反向并联，极对数为联结：两个半相绕组反向并联，极对数为p，同步转速为同步转速为2n1.相电压相电压 ,7.2 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速7.2 .1 改变磁极对数改变磁极对数p调速调速
27、2m22112()mYYmRsssRXX 212ststYYst2211212322()() 3pU RTTTfRRXX2122111123234() mmYYmpUTTTf RRXX1122,R X RX1NUU13NUU 1122,4444RXRX2221 112122NN1212YYNN122YY22YY2112223cos,9.559.55= 3( 3)cos,9.55= 3(2)cos=1.155P ,1.155P9.55=9.550.577221.155YYPPPU ITnnPPUITnPUIPTTnnPPP-YY调速属于恒功率调速 -YY常应用于各种机床的粗加工（低速）和常应用于
28、各种机床的粗加工（低速）和精加工（高速）等恒功率生产机械精加工（高速）等恒功率生产机械第七章（3）变极调速必须注意的问题）变极调速必须注意的问题当改变定子绕组的接线方式时，要将三相绕组中任意两相当改变定子绕组的接线方式时，要将三相绕组中任意两相的出线端交换一下，再接到三相电源上，否则电动机将反的出线端交换一下，再接到三相电源上，否则电动机将反向转动。向转动。3 两种常用的变极调速方法两种常用的变极调速方法7.2 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速7.2 .1 改变磁极对数改变磁极对数p调速调速第七章1. 变频电源变频电源7.2 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速7.2.2 三相异步
29、电动机的变频调速三相异步电动机的变频调速在变频调速系统中，变频器的负载是异步电动机，因异步电动机是感性在变频调速系统中，变频器的负载是异步电动机，因异步电动机是感性负载，故功率因数是滞后的，在变频器的直流环节和负载环节之间将有负载，故功率因数是滞后的，在变频器的直流环节和负载环节之间将有无功功率的流动。因此，必须设置储能元件，以缓冲无功能量。根据无无功功率的流动。因此，必须设置储能元件，以缓冲无功能量。根据无功能量的处理方式不同，变频器又可分为电压型和电流型：功能量的处理方式不同，变频器又可分为电压型和电流型：（1）交）交-直直-交电压型变频器交电压型变频器（2）交）交-直直-交电流型变频器交
30、电流型变频器滤波电容滤波电容C：缓冲无功功率，直流电：缓冲无功功率，直流电源内阻抗很小，呈恒压源特性。源内阻抗很小，呈恒压源特性。反馈二极管反馈二极管D1-D6：使负载的滞后电流：使负载的滞后电流反馈到滤波电容，提高了逆变器换流反馈到滤波电容，提高了逆变器换流工作的稳定性。工作的稳定性。L:串大电感来吸收无功功率，直流电源内阻串大电感来吸收无功功率，直流电源内阻抗较大，呈恒流源特性。由于直流中间回路抗较大，呈恒流源特性。由于直流中间回路电流的方向是不变的，所以不需要设置反馈电流的方向是不变的，所以不需要设置反馈二极管。只要改变直流侧电压极性，就可以二极管。只要改变直流侧电压极性，就可以很方便地
31、改变电动机的运行状态。这种逆变很方便地改变电动机的运行状态。这种逆变器适用于对动态要求搞的场合，如轧钢机等器适用于对动态要求搞的场合，如轧钢机等高性能拖动系统高性能拖动系统(2)异步电动机的实际转速：异步电动机的实际转速： 1111(1)ns nnsnnn(1)变频调速：若连续改变异步电动机电源频率变频调速：若连续改变异步电动机电源频率f1，就可以连续改变同步转速，就可以连续改变同步转速n1，从而可以平滑连续的改变电动机的转速，从而可以平滑连续的改变电动机的转速n，这种改变电源频率的调速方法这种改变电源频率的调速方法称为变频调速。称为变频调速。111160111602ppfnnn (sn)nf
32、nn 改改改变变变(4)基频以下的调速基频以下的调速( f1n1时,异步电动机就进入反馈制动状态,也称回馈制动。分为反向回馈制动和正向回馈制动。（1）反向回馈制动：对于位能性负载在反相序反接制动时，若不及时切断电源，电机反向起动超过同步转速-n1,匀速下放重物，进入反向回馈制动状态（图中E点）。7.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动第七章v2、三相异步电动机的回馈制动、三相异步电动机的回馈制动111112m2222M2-()-=013030nnn nnn snnsPIRsRPIs 此时,，则说明负载（或）原动机向电动机输入机械功率说明电机转子传给定子电磁功率7.3 三相异步电动机的制
33、动三相异步电动机的制动第七章v2.三相异步电动机的回馈制动三相异步电动机的回馈制动222222222222222222sin()(X )()(X )0()(X )EXIRRsRRsE XRRs转子电流无功分量说明电机从电网吸收滞后的无功功率，建立旋转磁场，否则异步电机不能发出有功功率。222222222222222222112211 11cos()(X )()(X )0()(X )coscos03cos0,RRsEIRRsRRsERRsRRsIIPU I转子电流有功分量忽略励磁电流，说明电机向电源输送有功功率，回馈能量7.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动第七章v2.三相异步电动机的
34、回馈制动三相异步电动机的回馈制动变极调速过程中的回馈制动变极调速前，电动机运行在特性1的A点，转速接近n1；当磁极对数突然增加，同步转速下降为n1，特性变为2。BC过程中，转速大于同步转速，不断吸收系统储存的动能，并转换为电能回馈电网。11Mm22M2mM030(1)0nnsnPPRPIsPPs正向回馈制动时电动机的转差率为：电磁功率、机械功率分别为：（2）三相异步电动机的正向回馈制动）三相异步电动机的正向回馈制动7.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动第七章v3、三相异步电动机的能耗制动、三相异步电动机的能耗制动转速反向的反接制动KM1UVWRIKM2+RRRn异步电动机能耗制动时的机械特性电动机在A点稳定运行，突然KM1断开，KM2闭合，即断开三相交流电源，并在任一两相绕组中通以直流电流，电动机进入能耗制动。7.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动第七章4、三相异步电动机的各钟运行状态分析、三相异步电动机的各钟运行状态分析I象限:a、b、c为正向电动运行点III象限：h、i为反向电动运行点II象限：jk段为反接制动过程IV象限：f、g为反向回馈制动运行 d为能耗制动运行点 e为倒拉反转运行点