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1、第九章 三相(sn xin)异步电动机的电力拖动 一、异步电动机的机械特性()二、鼠笼式三相(sn xin)异步电动机的起动方法()三、绕线式三相(sn xin)异步电动机的起动方法()四、三相(sn xin)异步电动机的调速()五、三相(sn xin)异步电动机的制动()六、三相(sn xin)异步电动机四象限运行()第一页，共102页。 一、异步电动机的机械(jxi)特性第二页，共102页。异步电动机的机械(jxi)特性 1、机械(jxi)特性： 电机的电磁转矩和其转速的关系。物理表达式：参数表达式：实用表达式： 22cosICTmTem21212)()(2rrrsemXXRRSRUfmp
2、TSSSSTTcrcremmax2第三页，共102页。 2、固有的机械特性： 当 且电机定子 和转子电路中不外接电阻（电抗、电容）时 的机械特性。 3、固有的机械特性的绘出： 起动(q dn)点； 额定工作点； 同步点； 最大转矩点； 回馈制动最大转矩点；;50;111HzfUUN第四页，共102页。 电动机机械(jxi)特性：nsn00s1s2scr10TTmaxTLUUUNs1s2？第五页，共102页。 机械(jxi)特性第六页，共102页。 机械(jxi)特性第七页，共102页。 4、人工机械特性： 定子端电压降低； 转子电路(dinl)内串入对称电阻； 定子电路(dinl)串联对称电抗
3、； 定子电路(dinl)串联对称电组； 转子电路(dinl)接入并联电抗；第八页，共102页。 二、鼠笼式三相异步电动机的 起动(q dn)方法第九页，共102页。 1、关于(guny)电动机起动电机起动：电机从不工作状态到正常工作状态的过程。问题(wnt)起动电流起动转矩起动时间起动限制条件起动转矩TstN电机容许最大电流电源容量每小时最大起动次数第十页，共102页。 2、电动机的直接(zhji)起动直接起动(q dn)：电机在静止状态下直接施加额定电压实施的起动(q dn)过程。直流它励电机的起动(q dn)起动(q dn)电流 IstUN/Ra起动(q dn)转矩Tst=CTIst三相感
4、应电机的起动(q dn)起动(q dn)电流起动(q dn)转矩2212211211)()(xxrrUzzUIst)()(2221221122111221xxrrfrpUmrImTstst第十一页，共102页。 3、电动机的直接起动、电动机的直接起动(q dn)相相关说明：关说明：（1）三相笼型允许直接全压起动）三相笼型允许直接全压起动(q dn) ；（2）起动）起动(q dn)电流很大电流很大 ，可达，可达额定电流的额定电流的4 7倍倍 ；（3）定子绕组漏阻抗压降增大，每）定子绕组漏阻抗压降增大，每极气极气 隙磁通量下降隙磁通量下降 ；（4）转子侧功率因数低）转子侧功率因数低 ；（5）起动）
5、起动(q dn)转矩不大；转矩不大；（6）直接起动）直接起动(q dn)适用范围：适用范围：非频繁、负载较非频繁、负载较 轻、电源相对电机容量足够大。轻、电源相对电机容量足够大。 第十二页，共102页。 4、电动机的起动(q dn)指标起动电流倍数直流电机520，感应电机47。起动转矩(q dn zhun j)倍数感应电机0.91.3。起动电流降低倍数起动转矩(q dn zhun j)降低倍数注：前两个指标用于衡量起动性能，后两个指标用于衡量各种起动方法的特点NstTstTTNstIstII电流直接起动时电源提供的电源提供的起动电流Iu直接起动时的起动转矩起动转矩Tu第十三页，共102页。 5
6、、电动机的起动(q dn)方法直流他励电机降低电枢电压起动电枢回路串电阻起动三相感应电机降低电源电压起动绕线式感应电机转子串电阻起动特殊(tsh)起动方式绕线式转子串频敏电阻起动（属转子串电阻起动）深槽和双鼠笼电机的起动（属转子串电阻起动）Y-起动（属降低电压起动）定子串电抗器起动（属降低电压起动）第十四页，共102页。6、三相笼型转子(zhun z)异步电动机的起动 直接起动：电流大、起动转矩(q dn zhun j)不大。不能在转 子绕组中串电阻或电抗。 2rs2rssrsXXRRUI ， 2rs2ss2smaxXXRRU43Tfp2rS2srXXRRcrSpf60n0第十五页，共102页
7、。 改善起动性能的方法为： （1）降压起动； （2）改变(gibin)转子结构； （3）变频变压起动；第十六页，共102页。(一）降压(jin y)起动 nsn00s1s2scr10TTmaxTLUUUNs1s2？第十七页，共102页。 因为： 电磁转矩、起动(q dn)转矩均与电压Us的平方成正比关系减少，而临界转差率与Us无关。 所以： 降压起动(q dn)仅适合空载、轻载起动(q dn)。 222ITstsstsstuuIUTUI第十八页，共102页。（1）星三角(snjio)降压起动：U1U2V1V2W1W2a) Y 联接U1U2V1V2W1W2b) 联接 IsyIs I Iy第十九页
8、，共102页。 Y- 起动 对正常运行采用接法的电机(dinj)，在起动时改接成Y接法进行起动，起动完成后还原成接法正常运行。 设接法直接起动时起动线电流为Ist起动转矩为Tst 改为Y接法时： 优点 :UIIn3 缺点 :UtTn33/)(3/3/3/3/3/3/211ststYstststYstststYststYstYstYTIITTIIIIIIIUU第二十页，共102页。（2）三相(sn xin)感应电机变压器降压起动 变压器-自耦变压器降压起动: 设直接起动时起动线电流为Ist起动转矩为Tst 使用变压器时降压变比为k 优点：起动定子(dngz)绕组电源电压可调 缺点：起动转矩相应下
9、降。22222st11)(kuTkIITTkuIkkIIkIIkUUTststststIstststTstst变压器原边电流电机线电流第二十一页，共102页。（3）定子绕组串电阻、串电抗降压(jin y)起动： 三相(sn xin)感应电机定子串电抗器起动： 起动转矩下降规律不变，功耗比起冷两种方式为大。 222121211ITststtItstuuITZZZZZuZZZUI起动电流第二十二页，共102页。（二）改变(gibin)转子结构 采用电阻率高的转子绕组(roz)导条： 转子电阻增加，起动转矩增大；转差率也增大。 斜槽 深槽 双笼型第二十三页，共102页。 集肤效应(xioyng)第二
10、十四页，共102页。 集肤效应(xioyng)第二十五页，共102页。 集肤效应(xioyng)第二十六页，共102页。（三）变频(bin pn)变压起动 通过(tnggu)改变电动机电源的电压和频率，也 可以改变电动机的起动性能。 具体的做法是：电压和频率同步下降， 由此：气隙磁通没有变化； 感应电动势下降了； 电阻不变，而漏阻抗下降了，相 当于电阻增加； 结论：电流下降，转矩下降不多；第二十七页，共102页。 三、绕线式三相异步电动机的 起动(q dn)方法第二十八页，共102页。 1、绕线式三相异步电动机的起动(q dn)方法 绕线式三相异(xin y)步电动机的起动，前述的方 法仍然有
11、效。不过绕线式三相异(xin y)步电动机的 应用往往是在鼠笼式三相异(xin y)步电动机，受电 源容量和最小起动转矩 Tmin 的限制条件， 不能使用的场合来应用。故：绕线式三相异(xin y) 电动机的起动方法，一般只讲转子串电阻起 动。 电源容量限制条件taastRRUI)(kVA)341kVAIINstIst起动电动机容量电源总容量第二十九页，共102页。 2、作用：、作用： 1增大起动增大起动(q dn)转矩；转矩； 2减小起动减小起动(q dn)电流；电流； 3最大电磁转矩转子绕组电阻大小无关最大电磁转矩转子绕组电阻大小无关 ； 4临界转差率转子绕组电阻成正比；临界转差率转子绕组
12、电阻成正比； 2rs2rss12rs2rssrsXXRRU)XX()SR(RUIS222sst)()(U2TrsrsrXXRRRfmp2rs2ss2smaxXXRRU43Tfp2rS2srXXRRcrS第三十页，共102页。 3 3、结论：、结论： 如果能在转子回路如果能在转子回路(hul)(hul)串入串入附加电阻使临界转差率附加电阻使临界转差率1 1，则可达，则可达到既减小起动电流又获得最大起动到既减小起动电流又获得最大起动转矩的目的转矩的目的 。Tn0TsScr0TemScr1Scr2Rr增加，Irs减小，Scr增大，Tem不变S10第三十一页，共102页。 4 4、实现方法：、实现方法
13、： 1 1逐级切除逐级切除(qich)(qich)附加起动电阻的起附加起动电阻的起动法：动法：UVWU1V1W1M3 KM1R1R2KM3KM2R3KM40n0nshfdbcegiaTTTT01LBAISNS1S2S3NTVIVIIIIInN1.82.0TN1.11.21、铭牌计算2、选3、连4、连S4=1第三十二页，共102页。（1）起动电阻确定方法(fngf)的依据：SSTTSSSSSSTTcremNcrcrcremmaxmax22一般：trtrcrRRSRRS:因此转矩一定时：第三十三页，共102页。（2）图解法确定(qudng)起动电阻的方法：由于转矩一定时，转差率与转子电阻成正比;所
14、以，对额定转矩，有:4332122111SRSRRRRSRRRSRRSRrNtttrttrtrNr第三十四页，共102页。 其中： 为每相转子绕组的额定电阻(dinz)； 额定状态时，额定转差率 很小。有：NS) 1S(I3ESRRRXjSRZI3ES4rNrNNrrNrrNrrfrNrNNrNR第三十五页，共102页。 (3) (3)图解法确定起动电阻的步骤：图解法确定起动电阻的步骤： 绘出固有机械特性绘出固有机械特性(txng)(txng)： 取：取： 电阻切除时，转速不变。据此绘出相应的电阻切除时，转速不变。据此绘出相应的 人工机械特性人工机械特性(txng)(txng)； 确定的级数确
15、定的级数 m m符合要求；符合要求； 读取读取 时的转差率值时的转差率值 ( (见图见图) )； 据此转差率值，可确定各分级电阻；据此转差率值，可确定各分级电阻；ZBATTTT)2 . 11 . 1 (85. 0maxiS1TT 第三十六页，共102页。 图示：0n0nshfdbcegiaTTTT01LBAISNS1S2S3NTVIVIIIIInNS41第三十七页，共102页。（4）解析(ji x)法确定起动电阻的方法： 由于转矩一定时，转差率与转子(zhun z)电阻成正比; 所以，S一定即转速一定时，电磁转矩和转子(zhun z)电阻成反比，有:CStremRR1T第三十八页，共102页。
16、 依此，有： 可令：2312r121321121rt1rBARRRRRR RRRTTttrtttrtrttrRRRRRRRRRRRRBATT第三十九页，共102页。 若起动分为m级，则有： 由于转矩一定(ydng)时，转差率与转子电阻成正比，可有： rm22r1RR,R,RRmrR1mBNNmANNrmmANNrmANm1mmN1mATSTTSTRR,TSTRRTTS1S,STST，第四十页，共102页。2转子绕组(roz)串频敏变阻器起动方法 频敏变阻器原理： 一定的工艺，使变阻器的铁磁损耗(snho)值，做的比 较大； 三相异步电动机的转子频率： 频敏变阻器串入电机的转子回路。fBKpmf
17、eFe11125050*nnnSfSf第四十一页，共102页。 四、三相(sn xin)异步电动机的调速第四十二页，共102页。 1 1、三相、三相(sn xin)(sn xin)异步电动机的调速异步电动机的调速 方法： 1、改变电机(dinj)极数； 2、改变电机(dinj)转差率； 3、改变电源频率。)1 (60)1 (nn0spfs第四十三页，共102页。2、改变(gibin)转差率调速 调速原理调速原理(yunl)(yunl)： PcusPFesPemPcur=PfP1PMP0P2转差功率=Pems(4-82)输入有功功率电磁功率机械功率轴上输出功率P0Pfv+Ps=风摩损耗杂散损耗（
18、含各谐波损耗）第四十四页，共102页。 方法方法(fngf)(fngf)： 1 1）消耗型：将转差功率全部消耗）消耗型：将转差功率全部消耗在转子电路中：在转子电路中： 调压（笼型）、调压（笼型）、 串电阻调速（绕线转串电阻调速（绕线转子）；子）； 2 2）回馈型：将转差功率大部分回）回馈型：将转差功率大部分回馈电网：馈电网： 串 极 调 速 （ 绕 线 转串 极 调 速 （ 绕 线 转子）；子）； 3 3）转差功率不变型：变极调速、）转差功率不变型：变极调速、变频调速。变频调速。第四十五页，共102页。 笼型电机笼型电机(dinj)(dinj)降压调速：降压调速：nsn00scr10TTmax
19、TLUUUNs1s212恒转矩风机第四十六页，共102页。 特点： 1） 电压低调节时，最大转矩下降的 比较(bjio)多； 2）临界转差率和电压大小无关； 3）方法简单； 4）不属于恒转矩性质调速； 5）低速下效率低； 6）低速下功率因数也比较(bjio)低； 应用范围：长期高速，短时低速。 2maxTSU第四十七页，共102页。 绕线转子绕组串电阻：绕线转子绕组串电阻： 1 1 不 同 附 加 电 阻 下 的 机 械 特 性不 同 附 加 电 阻 下 的 机 械 特 性n=f(T)n=f(T)； （1 1）同步点）同步点 不变，与附不变，与附加电阻无关；加电阻无关； （2 2）极限点）极限
20、点 不变，与附加不变，与附加 电阻无关；电阻无关； （3 3）临界）临界(ln ji)(ln ji)转差转差率率 ，随附加电阻，随附加电阻 增大而增大。增大而增大。 pfn1060 XXUf4p3Trs2smaxrsnrcrXXRRS第四十八页，共102页。 2附加电阻的计算方法： 电动机起动分析(fnx)可知，在同步转速到临 界转速的范围内，n=f(T)近似为直线； 当： 已知时，可 求得 。 故有：时所以当：trRRS ,CTnr2NrNRRSRS)RR1 (TSST rnLLNNrLLNNRSTST，nR第四十九页，共102页。 3负载性质： 有电磁转矩为： 1）当电压(diny)一定时
21、，磁通基本上不变化； 2）由于 为不变，所以有， ； 3）保持电流不变化时，转矩不变。所以 是恒转矩调速； rrmTemIKTcosSRRSRnrNrrNrcoscos第五十页，共102页。 4存在的问题： 由于有功电流不变化，所以电源(dinyun)提高的 有功功率不变化。调速中，转差功率为： 在电阻上增加了消耗。 电动机：损耗大、效率低。 S)SRI3(SSPPCI ,CSRr2remfrr第五十一页，共102页。5串极调速（改进）： 在转子串电阻调速中，有： 由于： ，所以它和 总是(zn sh)同相位。 串极调速就是在转子电势中，加入一个非 电阻产生的电势 ，使其和转子电势同频 率且相
22、位相差180度，则可控制使用。 ksjXRrRjXRrEIIErrtrrr)()(.tksRrIE.ksE .rE .第五十二页，共102页。 原理(yunl) 其中s为 时的转差率。 这时： 即有：0ErrcTrksrrksL|RsEREEsI0EksrksEEssnsEks第五十三页，共102页。 机械特性(txng) 中的有功分量代入下式。 rrmTemcosIKTsjXREEIrrksrfrfksrrrksmTrrrrmTemTTsXRREKXsRsREKT2222)()/(/第五十四页，共102页。 nsn00scr10TTmaxEEEks=0ks1ks2Tksn0T0ks第五十五页
23、，共102页。 用电压改变(gibin)来调节速度第五十六页，共102页。 用改变转子电阻来调节(tioji)速度第五十七页，共102页。 从机械特性看结果 对 而来说： （1） 绝对值增大时，机械特性向下移动，最 大转矩、起动转矩(q dn zhun j)减小； （2） 绝对值增大时，机械特性向上移动，最 大转矩、起动转矩(q dn zhun j)增大； （3）超前 时，合成电势也是超前的，转子电 流稍有增长，功率因素提高； （4）超前 角，则其cos分量与 同相， 使电动机调速，sin分量将提高定子的功率因数。 ksE0Eks0Eks090 rSE SEr SEr第五十八页，共102页。
24、有关问题： 困难：串入电势频率如何跟踪n、s的变化而变 化； 实现：将转子绕组电势整流成直流后再逆变回 电网； 优点(yudin)：效率高； 缺点：价高，对恒转矩负载调速范围较小。 第五十九页，共102页。 3 3、改变磁极、改变磁极(cj)(cj)对数调速对数调速 通过改变电机部分绕组的接线，进而改 变磁极对数调速的方法； 绕组的布线和磁极对数不变的电动机的 情况不同(b tn)，实际上是几种磁极对数电机 的接线，折衷的结果，是每种情况都打 折，而在一个电动机上实现。第六十页，共102页。 变磁极(cj)对数调速的原理第六十一页，共102页。 变磁极(cj)对数调速的原理第六十二页，共102
25、页。 4 4、改变、改变(gibin)(gibin)供电电源频率调速变频供电电源频率调速变频调速调速 1方法： 改变供电电源频率(pnl)； 以下： 为不使磁通饱 和，必须同时降压； 以上： 受绝缘耐压限制，电压只能维持 额定，磁通必随频率(pnl)上升而下降。 Nfpf60n0)1 (nn0smNsssskfNEU44. 4Nf第六十三页，共102页。 2 2额定转速额定转速(zhun s)(zhun s)以下保持以下保持 为常数的变为常数的变频调速频调速 （1）电动机的等校电路(dinl)：fEsRsXsIsImEr=Es-+XrRrIr1-ssRrUs+-不计Rm后三相异步电动机的T型等
26、值电路第六十四页，共102页。 （2）电磁(dinc)转矩的表述： sRIf2p3Tr2remsr2r2rrrEE,XsREI2r2rr2semXsR1sRffE2p3T第六十五页，共102页。 推证： 令dT/ds=0，可得： 对应转速： 对同一电机 为与 无关的常数(chngsh)； 最大电磁转矩： 与f无关，为常数(chngsh)。 rrcrXRsnnpL2R60pf60)s1 (nn0rrcr0crn0nr2smaxL41fE2p3T第六十六页，共102页。 （3）机械(jxi)特性：Tmaxnf11f12f130Tn01n02n03nnn 第六十七页，共102页。 负载能力(nngl
27、)：Es/f=常数的变频调速属恒转 矩调速； 难点：Es测量困难 ； 替代：用保持Us/f=常数近似；第六十八页，共102页。 （4）用保持(boch)Us/f=常数近似的问题： S很小时，转矩近似与S成正比，机械特性 是一段直线； sRfsfU2p3)XX(sRsRssRffU2p3Tr2s2rs22rs2r2sem2rs2srcrXXRRsC)LL(2Rp60XXRRpf60Snnrsr2rs2srcr0第六十九页，共102页。 机械特性的情况： 不同f时机械特性为一族平行(pngxng)曲线。 最大电磁转矩： 随频率减少而减少。 2rs2ss2smaxXXRRffU4p3T第七十页，共1
28、02页。 S接近于1时，转矩近似与S成反比， 机械特性是关于(guny)原点对称的一段双曲线：s1s1)XX(RRfRfU2p3)XX(sRR1sRffU2p3T2rs2rsr2s2rs2rsr2sem第七十一页，共102页。 Us/f=常数(chngsh)近似的机械特性：Tmaxnf11f12f130Tf14Us/f=常数补偿后fUs补偿0第七十二页，共102页。 Us/f=Us/f=常数近似时的结论：常数近似时的结论： 与与EsEs测量相比，测量相比，UsUs的测量容易；的测量容易； 高低速最大电磁转矩不一致；高低速最大电磁转矩不一致； RsRs影响影响(yngxing)(yngxing)
29、：低速时补偿：低速时补偿RsRs的压的压降。降。 第七十三页，共102页。 3 3在额定频率在额定频率(pnl)(pnl)以上保持以上保持UsUs为额定不变的弱磁为额定不变的弱磁升速升速 机械特性(txng)情况的分析：2rs2rsr2sem)XX(sRR1sRffU2p3Tf1XXRXXRRsrsr2rs2srcr第七十四页，共102页。 2rs22s2rs2ss2smaxf1)LL(21fU4p3XXRRffU4p3TCsRU3pf60602XXsRRf2sRpU3TPr2s2rs2rsr2s0emCUUEE,XsREIsNssr2r2rrr第七十五页，共102页。 负载能力分析： 以上分
30、析说明，由于运行时若保持电流不变， S将基本不变。 为：恒功率调速。 特点：变频(bin pn)调速平滑性好，无级，调速范围 较宽。 缺点：动态性能较差，低速时性能受定子参 数影响较大，可能发生不稳定现象。 第七十六页，共102页。 机械(jxi)特性：nf11=ff12f130Tf14Nf14f13f12f11第七十七页，共102页。 三相电压型逆变器第七十八页，共102页。 异步电动机频率变化时的转速转矩曲线 （忽略定子(dngz)电阻）第七十九页，共102页。 异步电动机频率变化时的转速转矩曲线(qxin) （定子电阻不能忽略）第八十页，共102页。 感应电动机的转速(zhun s)控制
31、第八十一页，共102页。 同步电动机的转速(zhun s)控制第八十二页，共102页。 五、三相(sn xin)异步电动机的制动第八十三页，共102页。三相三相(sn xin)(sn xin)异步电动机的制动异步电动机的制动三相异步电动机的制动的方法(fngf)： 1、回馈制动； 2、反接制动； 3、能耗制动；第八十四页，共102页。 1、回馈(hu ku)制动 1条件： 0,000nnnsnn第八十五页，共102页。2功率平衡(pnghng)关系：（电动机发电运行）PcusPFesPemPcur=PfP1PMP0P2转差功率=Pems(4-82)输入有功功率电磁功率机械功率轴上输出功率P0P
32、fv+Ps=风摩损耗杂散损耗（含各谐波损耗）回馈Er=Es IsImIr第八十六页，共102页。 3机械(jxi)特性：XXsRRf2SRpU3T2rs2rsr2semnTs01回馈制动电动n0S回馈(hu ku)制动的产生 变极或变频调速时nTs01回馈制动电动n0TLf1或P1f2或P20S0第八十八页，共102页。 下放(xifng)位能负载 nTs01回馈制动反向电动n0TLTLTMTLTMS条件： 转子实际旋转方向与定子磁场(cchng)旋转方向相反：n与 n0方向相反。 转差率： 1nnns00第九十页，共102页。 2功率平衡关系： 电动机输入功率为： 反接制动时，电动机既从轴上
33、吸入机械功率，也从电网输入电功率，并全部消耗在转子(zhun z)绕组电阻中。0sRI3Pr2rem0Rss1I3PPr2rM2r2rem2RI 3PP第九十一页，共102页。 3机械特性(txng) 电源反接nTs=0反接制动电动n0TLn0快速停车s=0s1第九十二页，共102页。 机械(jxi)特性 绕线转子回路接入电阻（位能转矩）nTs01电动n0反接TLTLT重载低速下放反接制动（绕线转子）TNSNSL1s1第九十三页，共102页。 4反接制动的产生 电源反接； 绕线转子(zhun z)回路接入电阻（位能转矩） 第九十四页，共102页。 3、能耗制动 1条件： 将需制动的三相(sn
34、xin)异步电动机断开交流电源后， 立即在定子绕组中通入直流，建立一恒定磁场。 nfT右左能耗制动UVWIZIZ30oFvFwFz第九十五页，共102页。 2功率(gngl)平衡关系： 032vRIPrrem01322rrMRvvIPP23rremRIP0nnv第九十六页，共102页。 3机械(jxi)特性：2rm22r0r2m2s2rm2r0r2m2semXXRRXI3XXvRvRXI3T)XX(2XI3Trm2m2s0maxzsI32I rmrcrXXRv第九十七页，共102页。机械(jxi)特性图：nTs01能耗制动电动n0TL0Tmax第九十八页，共102页。机械(jxi)特性图：nTs01能耗制动电动n0TL0Tmax变电阻变励磁第九十九页，共102页。 六、三相(sn xin)异步电动机四象限运行第一百页，共102页。 在感应电动机所处的状态中，如其感应电 动势 和电枢电流 是可逆的，那么感应电机的运行就是四象限运行。 感应电机的四象限运行，通过相应(xingyng)的控制来实现。aEaI第一百零一页，共102页。谢 谢 ！第一百零二页，共102页。