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1、 电气工程与自动化系电气工程与自动化系第第 4 章章 异步电机的电力拖动异步电机的电力拖动4.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 4.2 电力拖动系统的稳定运行电力拖动系统的稳定运行 4.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 4.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 第第 4 章章 异步电机的电力拖动异步电机的电力拖动4.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 4.2 电力拖动系统的稳定运行电力拖动系统的稳定运行 4.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 4.4 三相异步电动机的调速三相异
2、步电动机的调速 4.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 电气工程与自动化系电气工程与自动化系4.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性一、电磁转矩公式一、电磁转矩公式Pe=m2E2I2cos 2T=Pe060Pe2 n0=T=CTmI2cos 2转矩常数转矩常数:p Pe2 f1=4.44pm2kw2N22 CT=1.电磁转矩的物理公式电磁转矩的物理公式 E2=4.44f1 kw2N2m 电气工程与自动化系电气工程与自动化系m2 p2 f1=E2sE2R22(sX2)2R2R22(sX2)22.电磁转矩的参数公式电磁转矩的参数公式p Pe2 f1 T =m2 p2 f1
3、=E2I2cos 2m2 p2 f1=sR2E22 R22(sX2)2(4.44 f1kw2N2m)2m2 p2 f1=sR2 R22(sX2)24.44 f1kw2N2m2 p2 f1=sR2 R22(sX2)2()U14.44 f1kw1N12 电气工程与自动化系电气工程与自动化系()2m22 =spR2U12 f1R22(sX2)2 kw2N2kw1N1令令()2m22 KT=kw2N2kw1N1 T =KTspR2U12 f1R22(sX2)2n0TsOn10 电气工程与自动化系电气工程与自动化系3.电磁转矩的实用公式电磁转矩的实用公式由由=0，得得dTds最大（临界）转矩最大（临界）
4、转矩 TM=KT pU12 2f1X2临界转差率临界转差率 R2X2sM=由此可见：由此可见：T(TM)U12，sM与与U1无关。无关。sMR2，TM与与R2无关。无关。sM，TMTM额定电磁转矩额定电磁转矩最大转矩倍数最大转矩倍数 TMTN MT=电气工程与自动化系电气工程与自动化系T=+2TMsMsssM整理上面各式，得整理上面各式，得 =1s sMTMT()2TMT由上述方程可得由上述方程可得|s|sM|时取正号。时取正号。若忽略若忽略T0，则，则602 TN=PNnN 电气工程与自动化系电气工程与自动化系当当T=TN 时，则时，则=sNsM(MT MT21)转矩实用公式的线性化表达式转
5、矩实用公式的线性化表达式|s|sM|时取正号。时取正号。电气工程与自动化系电气工程与自动化系 【例例4.1.1】Y132M4型三相异步电动机带某型三相异步电动机带某负载运行，转速负载运行，转速n=1455r/min，试问该电动机的负载，试问该电动机的负载转矩转矩TL是多少？若负载转矩是多少？若负载转矩TL=45Nm，则电动机的，则电动机的转速转速n 是多少？是多少？由电工手册查到该电机的由电工手册查到该电机的PN=7.5kW，n0=1500r/min，nN=1440r/min，MT=2.2。由此求得由此求得n0n n0s=0.03150014551500 n0nNn0sN=0.04150014
6、401500解：解：电气工程与自动化系电气工程与自动化系sM=sN/(MT-MT21)=0.04/(2.2-2.221)=0.166602 TN=PNnN602=Nm=49.76Nm75001440TM=MTTN=2.249.76Nm=109.47Nm忽略忽略T0，则，则 TL=T2sMs=T=2TMssM=Nm=38.32Nm+2109.470.030.1660.1660.03 电气工程与自动化系电气工程与自动化系当当TL=T2=T=45Nm时时=0.1661()2109.4745109.4745=0.036n=(1s)n0=(10.036)1500r/min=1446r/minTMTs=s
7、M1TMT()2034.0166.0*47.109*24522=MMMMSTTSSSTT或由 电气工程与自动化系电气工程与自动化系OTs二、固有特性二、固有特性当当U1、f1、R2、X2=常数时：常数时：T=f(s)转矩特性转矩特性n=f(T)机械特性机械特性当当U1L=U1N、f1=fN，且绕线型转子中不外，且绕线型转子中不外串电阻或电抗时的特性称为串电阻或电抗时的特性称为固有特性固有特性。1n0 M SNN M S固有机械特性曲线固有机械特性曲线固有转矩特性曲线固有转矩特性曲线TsOn10 电气工程与自动化系电气工程与自动化系额定状态是指各个物理额定状态是指各个物理量都等于额定值的状态。量
8、都等于额定值的状态。N点点：n=nN，s=sN，T=TN，P2=PN。1.额定状态（额定状态（N点）点）nNTNn0TnONsN=0.010.09很小，很小，T增加时，增加时，n 下降很少下降很少硬特性。硬特性。工作段工作段额定状态额定状态说明了电动机说明了电动机长期运行的能力长期运行的能力 TLTN，P2 PN，I1 IN。电气工程与自动化系电气工程与自动化系 临界转速临界转速 2.临界状态（临界状态（M点）点）n0nTOM对应对应s=sM，T=TM的状态。的状态。nMTM临界状态临界状态说说明了电动机的明了电动机的 短时过载能力。短时过载能力。MT=TMTNY系列三相异步电动机系列三相异步
9、电动机 MT=22.2过载倍数过载倍数 电气工程与自动化系电气工程与自动化系大连理工大学电气工程系3.起动起动(堵转堵转)状态（状态（S点）点）对应对应s=1，n=0的状态。的状态。又称为起动状态。又称为起动状态。起动状态说明了电动机起动状态说明了电动机直接直接 起动的能力。起动的能力。起动条件起动条件(1)TS(1.11.2)TL。(2)IS允许值。允许值。起动转矩倍数起动转矩倍数n0TnOSTS ST=TSTN起动电流倍数起动电流倍数 SC=ISINY系列三相系列三相异步电动机异步电动机 ST=1.62.2 SC=5.57.0 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 T =KTspR2U12
10、 f1R22(sX2)2s=1带入上式，得：带入上式，得：TS=KTpR2U12 f1（R22X22）由此可见：由此可见：TSU12，在转子回路串入在转子回路串入适当电阻，可以使适当电阻，可以使TSTM,TSTSTM=KT pU12 2f1X2 电气工程与自动化系电气工程与自动化系【例例4.1.2】一台一台Y225M2型三相异步电型三相异步电动机，若动机，若TL=200Nm，试问能否带此负载：，试问能否带此负载：(1)长期长期运行；运行；(2)短时短时运行；运行；(3)直接起动（设直接起动（设Is在允许范围内）在允许范围内）。解：解：查电工手册得知该电机的查电工手册得知该电机的PN=45kW，
11、nN=2970r/min，MT=2.2，ST=2.0。602 TN=PNnN6023.14=Nm=145Nm451032970由于由于TNTL，故不能带此负载，故不能带此负载长期长期运行。运行。(1)电动机的额定转矩电动机的额定转矩 电气工程与自动化系电气工程与自动化系(2)电动机的最大转矩电动机的最大转矩 TM=MTTN=2.2145Nm=319Nm由于由于TMTL，故可以带此负载，故可以带此负载短时短时运行。运行。(3)电动机的起动转矩电动机的起动转矩 TST=STTN=2.0145Nm=290Nm由于由于TSTTL，且超过，且超过1.1倍倍TL，故可以带此负，故可以带此负载载直接起动直接
12、起动。电气工程与自动化系电气工程与自动化系三、人为特性三、人为特性由电动机的机械特性参数表达式可见：由电动机的机械特性参数表达式可见：异步电动机电磁转矩异步电动机电磁转矩T的数值是由某一转速的数值是由某一转速n(或或s)下，下，电源电压电源电压U1、电源频率电源频率f1、磁极对数磁极对数p、定子及转子电路的电阻定子及转子电路的电阻r1、r2及电抗及电抗x1、x2等参数决定。等参数决定。T =KTspR2U12 f1R22(sX2)2人为地改变电源电压、电源频率、定子极对数、定子和转子人为地改变电源电压、电源频率、定子极对数、定子和转子电路的电阻及电抗等参数，可得到不同的人为机械特性。电路的电阻
13、及电抗等参数，可得到不同的人为机械特性。电气工程与自动化系电气工程与自动化系U1U1三、人为特性三、人为特性1.降低定子电压时的人为特性降低定子电压时的人为特性sMTsOU1U1U1U1sMnTOU1U1SM与与U1无关无关TM(TS)正比于正比于U12TM=KT pU12 2f1X2R2X2sM=TS=KTpR2U12 f1(R22X22)TMTM 电气工程与自动化系电气工程与自动化系2.增加转子电阻时的人为特性增加转子电阻时的人为特性sM正比于正比于R2，TM与与R2 无关。无关。TMTsOR2 R2R2 R2nTOTMR2 R2R2 fN,则则 m m，电机得不到充分利用。电机得不到充分
14、利用。(2)f1fN（不变）（不变）电气工程与自动化系电气工程与自动化系4.改变磁极对数时的人为特性改变磁极对数时的人为特性U1U2U3U4(a)p=2SNNSU1U2U3U4NS(b)p=1电流反向变极法电流反向变极法 绕组改接后，使其中一半绕组中的绕组改接后，使其中一半绕组中的 电流改变方向，从而改变极对数。电流改变方向，从而改变极对数。电气工程与自动化系电气工程与自动化系Y(2p)YY(p)(2p)定子绕组常用的接法定子绕组常用的接法 电气工程与自动化系电气工程与自动化系2pp低速倍极数低速倍极数D接法，高速少极数接法，高速少极数YY接法接法。注意：变极后注意：变极后相序发生了变化。相序
15、发生了变化。为保持高速与低为保持高速与低速时电机的转向速时电机的转向不变，应将不变，应将B、C两相的出线端两相的出线端交换。交换。电气工程与自动化系电气工程与自动化系2pp低速倍极数低速倍极数Y接法，高速少极数接法，高速少极数YY接法接法 电气工程与自动化系电气工程与自动化系1.YYY变极变极(1)2pp，n02n0(2)N1N1/2，KT4KT(3)sM不变，不变，U1不变不变(4)n=n0nM=sMn02sMn0(5)TM(TS)2TM(TS)n0TnOYYY0.5n0 KT=()2m22 kw2N2 kw1N1TM=KT pU12 2f1X2R2X2sM=TS=KTpR2U12 f1(R
16、22X22)电气工程与自动化系电气工程与自动化系2.YY变极变极(1)2p p，n02n0(2)N1N1/2，KT4KT(3)sM不变，不变，U1U1/3 n0TnOYY0.5n0(4)n=n0nM=sMn02sMn0(5)TM(TS)2/3TM(TS)KT=()2m22 kw2N2 kw1N1TM=KT pU12 2f1X2R2X2sM=TS=KTpR2U12 f1(R22X22)电气工程与自动化系电气工程与自动化系 4.2 电力拖动系统的稳定运行电力拖动系统的稳定运行 一、负载的机械特性一、负载的机械特性 n=f(TL)转速和转矩的参考方向：转速和转矩的参考方向：OTLn+TLTL1.恒转
17、矩负载特性恒转矩负载特性nT(T2)TL(T0)由摩擦力产生的。由摩擦力产生的。当当n0，TL0当当n0，TL0如机床平移机构、如机床平移机构、压延设备等。压延设备等。TTL=Jddt(1)反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载 电气工程与自动化系电气工程与自动化系OTLnOTLn(2)位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载由重力作用产生的。由重力作用产生的。当当n0，TL0当当n0，TL0如起重机的提升机构如起重机的提升机构和矿井卷扬机等。和矿井卷扬机等。TLn=常数。常数。如机床的主轴系统等。如机床的主轴系统等。TL1n2.恒功率负载特性恒功率负载特性 电气工程与自动化系电气工程与自动化系3.通风机负
18、载特性通风机负载特性OTLnTLn2TL的方向始终与的方向始终与n 的方向相反。的方向相反。如通风机、水泵、油泵等。如通风机、水泵、油泵等。实际的通风机负载实际的通风机负载OTLnT0TL=T0k n2 电气工程与自动化系电气工程与自动化系二、稳定运行的条件二、稳定运行的条件当系统在某一工作点稳定运行时，扰动作用会导致系统的当系统在某一工作点稳定运行时，扰动作用会导致系统的转速发生变化。如果在扰动持续期间，系统能在新的条件转速发生变化。如果在扰动持续期间，系统能在新的条件下达到新的平衡，在新的工作点稳速运行，而且在扰动消下达到新的平衡，在新的工作点稳速运行，而且在扰动消失后能够自动回到原来的工
19、作点稳速运行，这样的系统是失后能够自动回到原来的工作点稳速运行，这样的系统是稳定的。否则，系统是不稳定的。稳定的。否则，系统是不稳定的。充分条件充分条件运动方程运动方程:TTL=Jddt当当T=TL时，时，,电力拖动系统处于稳定状态电力拖动系统处于稳定状态必要条件必要条件=0ddtTTL0加速加速TTL0减速减速过渡过程过渡过程:电气工程与自动化系电气工程与自动化系n0TnOTLab干扰使干扰使TL a点点:TTL n T aa点。点。a点。点。n T 干扰过后干扰过后TTLT=TL 电气工程与自动化系电气工程与自动化系n0TnOTLaba干扰使干扰使TL a点点:TTL n T a点。点。干
20、扰过后干扰过后TTLn T T=TLa点。点。干扰使干扰使TL n TTLT a点。点。T=TL干扰过后干扰过后TTL n T T=TLa 点。点。电气工程与自动化系电气工程与自动化系n0TnOabTLb点点:干扰使干扰使TL n n=0 堵转。堵转。T n TTL干扰过后干扰过后T TL，不能运行。，不能运行。b 电气工程与自动化系电气工程与自动化系n0TnOabTLb点点:干扰使干扰使TL n T n n=0堵转。堵转。TTL干扰过后干扰过后T TL，不能运行。，不能运行。干扰使干扰使TL n TTLT T=TL b 点。点。n b干扰过后干扰过后TTLn T a点。点。电气工程与自动化系
21、电气工程与自动化系稳定运行的充分条件稳定运行的充分条件:dTdndTLdnn0TnOabTL稳定运行点稳定运行点不稳定不稳定运行点运行点 电气工程与自动化系电气工程与自动化系在工作点上方做一条水平直线，分别交在工作点上方做一条水平直线，分别交T-n曲线曲线于于A点，点，TL-n曲线于曲线于B点，若点，若A点在点在B点左侧点左侧，则系，则系统稳定统稳定,否则，系统不稳定。否则，系统不稳定。.nTTTLAB电力拖动系统稳定运行的简便判定法电力拖动系统稳定运行的简便判定法dTdndTLdn 电气工程与自动化系电气工程与自动化系n0TnO电动机的自适应负载能力电动机的自适应负载能力 电动机的电磁转矩可
22、以随负载的变化而自动电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整这种能力称为自适应负载能力。调整这种能力称为自适应负载能力。自适应负载能力自适应负载能力是是电动机电动机区别于其他动力机械的重要特区别于其他动力机械的重要特点。点。如如:柴油机当负载增加时，柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能必须由操作者加大油门，才能带动新的负载。带动新的负载。a 点点TL 新的平衡新的平衡TL a点点aaTTL0n I2 T I1 P1 TL 电气工程与自动化系电气工程与自动化系nTLT+n-nn0AB问题：判断下面的系统能否稳定运行？问题：判断下面的系统能否稳定运行？nTLTn0 电气工程与自动化系电
23、气工程与自动化系 4.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 当异步电动机接到三相对称电源后，如果电磁转矩大于当异步电动机接到三相对称电源后，如果电磁转矩大于负载转矩，转子就从静止状态旋转起来，并逐步过渡到负载转矩，转子就从静止状态旋转起来，并逐步过渡到稳定运行状态，这个过程叫做异步电动机的起动。稳定运行状态，这个过程叫做异步电动机的起动。一、电动机的起动指标一、电动机的起动指标1.起动转矩足够大。起动转矩足够大。TSTL。一般要求一般要求 TS(1.11.2)TL2.起动电流不超过允许范围。起动电流不超过允许范围。3.起动设备应力求结构简单、操作方便、价格低廉、起动设备应力求结构简单、
24、操作方便、价格低廉、制造和维修方便。制造和维修方便。4.应力求降低起动过程中的能量损耗。应力求降低起动过程中的能量损耗。电气工程与自动化系电气工程与自动化系异步电动机的实际起动情况异步电动机的实际起动情况起动电流大：起动电流大：IS=SCIN=(5.57)IN起动转矩小：起动转矩小：TS=StTN=(1.62.2)TN不利影响不利影响(1)大的大的IST使电网电压降低，影响自身及其他负载使电网电压降低，影响自身及其他负载工作。工作。(2)频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。思考：为什么异步电动机起动电流大而起动转矩思考：为什么异步电动机起动电流大而起
25、动转矩并不大？并不大？电气工程与自动化系电气工程与自动化系起动电流大的原因：起动电流大的原因：起动瞬间起动瞬间 s=1 s=1，根据等效电路，根据等效电路可可见，起动时，电动机的阻抗显著减小，电流显著增大。见，起动时，电动机的阻抗显著减小，电流显著增大。IS=(5.57)IN E1=E2U1I1R1jX1jX2R2I21s R2 sR0jX0I0起动转矩不大的原因：起动转矩不大的原因：(1)起动电流大，阻抗压降大，感应电势小，说明磁通起动电流大，阻抗压降大，感应电势小，说明磁通小小(2)s=1时，时，很小。很小。TS=(1.62.2)TN若起动转矩若起动转矩TS过小，将无法直接起动电动机。过小
26、，将无法直接起动电动机。电气工程与自动化系电气工程与自动化系二、笼型异步电动机的二、笼型异步电动机的直接起动直接起动1.小容量的电动机（小容量的电动机（PN7.5kW）2.电动机容量满足如下要求：电动机容量满足如下要求：ISIN SC=143+电源总容量电源总容量(kVA)电动机容量电动机容量(kW)电气工程与自动化系电气工程与自动化系三、笼型异步电动机的减压起动三、笼型异步电动机的减压起动1.定子串联电阻或电抗减压定子串联电阻或电抗减压起动起动M33RSQ1FUQ2起动起动运行运行M3XSQ1FUQ23 电气工程与自动化系电气工程与自动化系适用于：正常运行为适用于：正常运行为形联结的电动机。
27、形联结的电动机。2.星形星形三角形三角形减压减压起动（起动（Y 起动）起动）3UNQ1FUQ2U1U2V1V2W1W2 电气工程与自动化系电气工程与自动化系适用于：正常运行为适用于：正常运行为形联结的电动机。形联结的电动机。2.星形星形三角形三角形减压减压起动（起动（Y 起动）起动）3UNQ1FUQ2U1U2V1V2W1W2Y起动起动 电气工程与自动化系电气工程与自动化系适用于：正常运行为适用于：正常运行为形联结的电动机。形联结的电动机。2.星形星形三角形三角形减压减压起动（起动（Y 起动）起动）运行运行Q23UNQ1FUU1U2V1V2W1W2定子相电压比定子相电压比定子相电流比定子相电流比
28、起动线电流比起动线电流比U1PYU1PUN3UN=13I1PYI1PU1PYU1P=13ISYISI1PY3I1P=13 电气工程与自动化系电气工程与自动化系电源电流比电源电流比起动转矩比起动转矩比TSYTSU1PYU1P=13()2IYIISYIS=13 电气工程与自动化系电气工程与自动化系(2)ISYImax（线路中允许的最大电流）。（线路中允许的最大电流）。(3)TSY(1.11.2)TL。Y 起动的使用条件起动的使用条件 (1)正常运行时应采用正常运行时应采用 形连接的电动机。形连接的电动机。该起动方法只适用于轻载或空载起动。优点是该起动方法只适用于轻载或空载起动。优点是体积小重量轻、
29、运行可靠、检修方便。缺点是起体积小重量轻、运行可靠、检修方便。缺点是起动电压不能根据负载选择。动电压不能根据负载选择。电气工程与自动化系电气工程与自动化系2.自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动TA3UNQ1FUQ2M3 电气工程与自动化系电气工程与自动化系大连理工大学电气工程系2.自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动3UNQ1FUQ2TAM3起动起动 电气工程与自动化系电气工程与自动化系大连理工大学电气工程系2.自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动Q1FU运行运行TA3UNQ2M3 电气工程与自动化系电气工程与自动化系2.自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动3UNQ1FUQ2TAM3起动起动
30、U降压比降压比定子线电压比定子线电压比 U1LaU1LbUUN=KA定子相电压比定子相电压比 U1PaU1Pb=KAU1LaU1Lb定子相电流比定子相电流比 I1PaI1Pb=KAU1PaU1Pb 电气工程与自动化系电气工程与自动化系大连理工大学电气工程系2.自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动TAM33UNQ1FUQ2起动起动ISaKAISa起动电流比起动电流比ISaISbI1PaI1Pb=KA电源电流比电源电流比IaIb KAISaISb=KA2起动转矩比起动转矩比=KA2TSaTSbU1PaU1Pb=()2 电气工程与自动化系电气工程与自动化系降压比降压比KA可调可调QJ2型三相自耦变压
31、器：型三相自耦变压器：KA=0.55、0.64、0.73QJ3型三相自耦变压器：型三相自耦变压器：KA=0.4、0.6、0.8(1)ISTaImax（线路中允许的最大电流）（线路中允许的最大电流）(2)TSTa(1.11.2)TL 自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动的使用条件的使用条件 自耦变压器适用于大中型电动机的减压起动。其自耦变压器适用于大中型电动机的减压起动。其优点是电压抽头可供不同负载时选择。缺点是自耦优点是电压抽头可供不同负载时选择。缺点是自耦变压器的体积大而重、价格高、控制线路较复杂、变压器的体积大而重、价格高、控制线路较复杂、且不允许频繁起动。且不允许频繁起动。电气工程与自动
32、化系电气工程与自动化系 【例例4.3.1】一台一台 Y250M6型三相笼型异步电动型三相笼型异步电动机，机，UN=380V，联结，联结，PN=37kW，nN=985r/min，IN=72A，ST=1.8，SC=6.5。如果要求电动机起动时，。如果要求电动机起动时，起起动转矩必须大于动转矩必须大于250Nm，从电源取用的电流必须小于，从电源取用的电流必须小于360A。试问：。试问：(1)能否直接起动？能否直接起动？(2)能否采用能否采用Y 起动？起动？(3)能否采用能否采用KA=0.8的自耦变压器起动？的自耦变压器起动？解：解：(1)能否直接起动能否直接起动602 TN=PNnN=Nm=359N
33、m6023.1437103985直接起动时起动转矩和起动电流为直接起动时起动转矩和起动电流为 TST=STTN=1.8359Nm=646Nm IST=SC IN=6.572A=468A 电气工程与自动化系电气工程与自动化系虽然虽然TST250Nm，但是但是 IST360A，所以所以不能采用直接起动。不能采用直接起动。(2)能否采用能否采用Y 起动起动TSTY=TST13=646Nm=215Nm13ISTY=IST13=468A=156A13虽然虽然ISTY360A，但是但是 TSTY250Nm，所以所以不能采用不能采用Y 起动。起动。(3)能否采用能否采用KA=0.8的自耦变压器起动的自耦变压
34、器起动TSTa=KA2TST=0.82646Nm=413Nm ISTa=KA2IST=0.82468A=300A 电气工程与自动化系电气工程与自动化系由于由于TSTa250Nm，而且而且 ISTa360A，所以所以能采用能采用KA=0.8的自耦变压器起动。的自耦变压器起动。电气工程与自动化系电气工程与自动化系4.软起动器软起动器起动起动UNtstuOU0ILitOIRts限压限压起动模式起动模式的起动过程的起动过程限流限流起动模式起动模式的起动过程的起动过程M33Q软起动器软起动器 电气工程与自动化系电气工程与自动化系四、四、绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻
35、起动1.无级起动无级起动3Q定子定子电刷滑环起动变阻器转子转子 电气工程与自动化系电气工程与自动化系n0TnOT1TNTMnNnM1NnM2M1abcdM2由几何关系求得起动变阻器的最大值为由几何关系求得起动变阻器的最大值为R2=sNU2N3I2N由铭牌数据求得转子每相绕组电阻的公式为由铭牌数据求得转子每相绕组电阻的公式为RST=(1)TNsNT1R2 电气工程与自动化系电气工程与自动化系附（转子电阻的求取）：附（转子电阻的求取）：转子绕组为星形接法，在额定状态下运行时：转子绕组为星形接法，在额定状态下运行时：NNNNNNNNNIUUIXsXsRUXsREI22N222N22N22222N22
36、222N23sRR3ss)(3/s)(s=+=+=可以忽略不计，则很小，由于 电气工程与自动化系电气工程与自动化系RST1RST23M3Q1Q2Q(1)起动过程分析起动过程分析串联串联RST1和和RST2起动（特性起动（特性a）总电阻总电阻R22=R2+RST1+RST2n0TnOa(R22)TLT2a1a2T1切除切除RST22.有级起动有级起动 电气工程与自动化系电气工程与自动化系b(R21)n0TnOa(R22)T2T1a1a2TLb1b2合上合上Q2，切除，切除RST2（特性（特性b）总电阻总电阻R21=R2+RST13M3Q1Q2RST1RST2Q切除切除RST1 电气工程与自动化系
37、电气工程与自动化系合上合上Q1，切除，切除RST1（特性（特性c）总电阻总电阻:R20R2c(R20)b(R21)n0TnOa(R22)T2T1a1a2TLb1b2c1c2p3M3Q1Q2RST1RST2Q分级起动时使每一级的分级起动时使每一级的I I1 1（或（或T T1 1）与）与I I2 2（或（或T T2 2）取得大小一）取得大小一致，可以使电动机较均匀加速，并能改变电动机的换向情况，致，可以使电动机较均匀加速，并能改变电动机的换向情况，缓和起动转矩对传动机构和工作机械的有害冲击。缓和起动转矩对传动机构和工作机械的有害冲击。电气工程与自动化系电气工程与自动化系(2)起动电阻的计算起动电
38、阻的计算选择选择T1和和T2起动转矩：起动转矩：T1=(0.80.9)TM切换转矩：切换转矩：T2=(1.11.2)TL求出起切转矩比求出起切转矩比 =T1T2确定起动级数确定起动级数m根据相似三角形的几何关系来推导。根据相似三角形的几何关系来推导。电气工程与自动化系电气工程与自动化系T1 n0 nc1TM n0 nMc=sc1sMcc(R2)b(R21)n0TnOa(R22)T2T1a1a2TLb1b2c1c2pT2 n0 nc2TM n0 nMc=sc2sMc同理可得：同理可得：T1TM=sa1sMa=sb1sMb=sc1sMcT2TM=sa2sMa=sb2sMb=sc2sMc因为因为sa
39、2=sb1，sb2=sc1 sMR2 =T1T2=sMasMb=R22R21所以所以 =T1T2=sMbsMc=R21R2 电气工程与自动化系电气工程与自动化系因此有下面的关系因此有下面的关系 R21=R2 R22=R21=2R2对于对于m 级起动，有级起动，有 R2m=mR2式中式中R2m=R2RST1RST2RSTm 于是得到下式：于是得到下式：=R2mR2m因为因为sMcsMasc1=sa1=R2R22=1R2R22 电气工程与自动化系电气工程与自动化系对于对于m 级起动，则有级起动，则有sc1=R2R2m在固有特性在固有特性c 上，有关系上，有关系T1TN=sc1sN=TNsNT1m因
40、此可得因此可得=R2mR2mm=TNsNT1lglg重新计算重新计算，校验，校验T2是否在规定范围内。是否在规定范围内。电气工程与自动化系电气工程与自动化系大连理工大学电气工程系求出各级起动电阻求出各级起动电阻RSTi=(i i-1)R2i=1,2,3 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 【例例4.3.2】JR414型三相绕线型异步电动机拖动型三相绕线型异步电动机拖动某生产机械。已知电动机的某生产机械。已知电动机的PN=40kW，nN=1435r/min，MT=2.6，U2N=290V，I2N=86A。已知起动时的负载转。已知起动时的负载转矩矩TL=200Nm，采用转子电路串电阻起动。起动级
41、数初步，采用转子电路串电阻起动。起动级数初步定为三级定为三级。求各级应求各级应串串联的起动联的起动电阻电阻。解：解：(1)选择起动转矩选择起动转矩T1602 TN=PNnN=Nm=266.32Nm6023.14401031435 TM=MTTN=2.6266.32Nm=692.43Nm T1=(0.80.9)TM=(553.94623.19)Nm取取T1=580Nm 电气工程与自动化系电气工程与自动化系(2)求出起切转矩比求出起切转矩比 T2=T1=Nm=263.64Nm5802.2由于由于T21.1TL，所以所选所以所选m 和和 合适。合适。=2.2266.320.04335803 n0 n
42、Nn0sN=1500 14351500=0.0433=TNsNT1mR2=sNU2N3I2N=0.0844 0.04332901.73286(3)求出切换转矩求出切换转矩T2(4)求出转子每相绕组电阻求出转子每相绕组电阻R2 电气工程与自动化系电气工程与自动化系(5)求出各级起动电阻求出各级起动电阻RST1=(1)R2=(2.21)0.0844=0.1 RST2=(2)R2=(2.222.2)0.0844=0.22 RST3=(32)R2=(2.232.22)0.0844=0.49 电气工程与自动化系电气工程与自动化系频敏变阻器频敏变阻器频率高：损耗大，电阻大。频率高：损耗大，电阻大。频率低：
43、损耗小，电阻小。频率低：损耗小，电阻小。转子电路起动时转子电路起动时 f2高，电阻大，高，电阻大，TST 大，大，IST 小。小。转子电路正常运行时转子电路正常运行时 f2低，电阻小，低，电阻小，自动切除变阻器。自动切除变阻器。五、绕线型异步电动机转子电路串联频敏变阻器起动五、绕线型异步电动机转子电路串联频敏变阻器起动频敏变阻器频敏变阻器 电气工程与自动化系电气工程与自动化系六、六、改善起动性能的三相笼型异步电动机改善起动性能的三相笼型异步电动机1.深槽型异步电动机深槽型异步电动机槽深槽深h 与槽宽与槽宽b 之比为：之比为：h/b=812漏电抗小漏电抗小漏电抗大漏电抗大增大增大电流密度电流密度
44、起动时，起动时，f2高，高，漏电抗大，电流的漏电抗大，电流的集集肤效应肤效应使导条的等效使导条的等效面积减小，即面积减小，即R2，使使TST 。运行时，运行时，f2很低，很低，漏电抗很小，集肤效漏电抗很小，集肤效应消失，应消失，R2 。电气工程与自动化系电气工程与自动化系大连理工大学电气工程系2.双笼型异步电动机双笼型异步电动机电阻大电阻大漏抗小漏抗小电阻小电阻小漏抗大漏抗大上笼上笼（外笼）（外笼）下笼下笼（内笼）（内笼）起动时，起动时，f2高，高，漏抗大，起主要作用，漏抗大，起主要作用，I2主要集中在外笼，主要集中在外笼，外笼外笼R2大大 TST大。大。外笼外笼起动笼。起动笼。运行时，运行时
45、，f2很低很低，漏抗很小，漏抗很小，R2起主要作用，起主要作用，I2主要集中在内笼。主要集中在内笼。内笼内笼工作笼。工作笼。电气工程与自动化系电气工程与自动化系大连理工大学电气工程系4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速1.改变磁极对数改变磁极对数p2.改变转差率改变转差率s 3.改变电源频率改变电源频率f1(变频调速变频调速)调速方法：调速方法：n=(1s)n0=(1s)60f1p 有级调速。有级调速。无级调速。无级调速。电气工程与自动化系电气工程与自动化系一、电动机的调速指标一、电动机的调速指标1.调速范围调速范围2.调速方向调速方向3.调速的平滑性调速的平滑性平滑系数平滑系数4
46、.调速的稳定性调速的稳定性静差率静差率 D、nN的关系的关系(nN=nmax)D=nmaxnmin=nini1=100%n0nf n0TnOn01n02nNnND=nN nN(1)电气工程与自动化系电气工程与自动化系例如：例如：nN=1430r/min，nN=115r/min，要求要求30%、则则D=5.3。要求要求20%、则则D=3.1。再如：再如：nN=1430r/min，D=20，5%，则则 nN=3.76r/min。5.调速的经济性调速的经济性6.调速时的允许负载调速时的允许负载不同转速下满载运行时：不同转速下满载运行时：输出转矩相同输出转矩相同恒转矩调速。恒转矩调速。输出功率相同输出
47、功率相同恒功率调速。恒功率调速。电气工程与自动化系电气工程与自动化系二、笼型异步电动机的变频调速二、笼型异步电动机的变频调速U、f 可可变变M33整流电路整流电路逆变电路逆变电路50 Hz控制控制电路电路 直直 流流TLTLn0TnOn0f1f N，=常数常数 U1f1 f1f Nn0TnOn0f1fNU1=UNf1f N 电气工程与自动化系电气工程与自动化系大连理工大学电气工程系1.调速方向调速方向 f1fN时：时：n。2.调速范围调速范围 D 较大。较大。3.调速的平滑性调速的平滑性平滑性好（无级调速）。平滑性好（无级调速）。4.调速的稳定性调速的稳定性稳定性好。稳定性好。5.调速的经济性
48、调速的经济性初期投资大；运行费用不大。初期投资大；运行费用不大。6.调速时的允许负载调速时的允许负载f1fN时：时：n 。电气工程与自动化系电气工程与自动化系=常数常数 U1f1 因为因为m基本不变，基本不变，基本不变。基本不变。所以所以 T=CTm I2Ncos 2(1)f1fN时时 恒转矩调速。恒转矩调速。P2=T2U14.44f1 kw1N1m=T(2)f1fN时时因为因为 U1L=UN所以所以 T=CTm I2Ncos 21f11n1 n T n=常数常数恒功率调速。恒功率调速。电气工程与自动化系电气工程与自动化系 变频器变频器 电气工程与自动化系电气工程与自动化系优点：优点：(1)一
49、体化的通用变频器和电动机的组合可以提供最大效率。一体化的通用变频器和电动机的组合可以提供最大效率。(2)变速驱动，输出功率范围宽（如从变速驱动，输出功率范围宽（如从120W7.5kW）。）。(3)在需要的时候，通用变频器可以方便地从电动机上移走。在需要的时候，通用变频器可以方便地从电动机上移走。(4)高起动转矩。高起动转矩。电机变频器一体化产品电机变频器一体化产品 电气工程与自动化系电气工程与自动化系 【例例4.4.1】某三相笼型异步电动机，某三相笼型异步电动机，PN=15kW，UN=380V，形联结，形联结，nN=2930r/min，fN=50Hz，MT=2.2。拖动一恒转矩负载运行，。拖动
50、一恒转矩负载运行，T=40Nm。求：求：(1)f1=50Hz，U1=UN时的转速；时的转速；(2)f1=40Hz，U1=0.8UN时的时的转速；转速；(3)f1=60Hz，U1=UN时的转速。时的转速。解：解：(1)602 TN=PNnN=Nm=48.91Nm6023.14151032930TM=MTTN=2.248.91Nm=107.61Nm n0 nNn0sN=3000 29303000=0.0233 电气工程与自动化系电气工程与自动化系n=(1s)n0=(10.0187)3000r/min=2944r/min(2)sM=sN/(MT MT21)=0.0233/(2.22.221)=0.0