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1、第十章第十章 三相异步电动机三相异步电动机的机械特性及各种运转的机械特性及各种运转状态状态黑龙江科技学院黑龙江科技学院 电信学院电信学院第第 十章十章 三相异步电动机的机械特性及三相异步电动机的机械特性及 各种运转状态各种运转状态 第一节第一节 三相异步电动机机械特性的三种表达式三相异步电动机机械特性的三种表达式 第二节第二节 三相异步电动机的固有与人为机械特性三相异步电动机的固有与人为机械特性 第三节第三节 三相异步电动机的各种运转状态三相异步电动机的各种运转状态 第四节第四节 根据异步电动机的技术数据计算其参数根据异步电动机的技术数据计算其参数第五节第五节 绕线式异步电动机调速与制动电阻计
2、算绕线式异步电动机调速与制动电阻计算第一节第一节 三相异步电动机机械特性的三种表达式三相异步电动机机械特性的三种表达式 定义：定义：，它反映了在不同转速下，它反映了在不同转速下，电动机所能提供的转矩情况。电动机所能提供的转矩情况。定子绕组的定子绕组的电阻电阻和和漏电抗漏电抗归算过的转子绕组的归算过的转子绕组的电阻电阻和和漏电抗漏电抗与定子铁芯损耗相对应的励磁电阻与定子铁芯损耗相对应的励磁电阻与主磁通相对应的铁心磁路的励磁电抗与主磁通相对应的铁心磁路的励磁电抗一、物理表达式一、物理表达式式中：式中：异步机的转矩系数异步机的转矩系数 异步机每极磁通异步机每极磁通 2222222222222cos)
3、/(/cosjj=+=+=XsRRXsRsR转子电路的功率因数转子电路的功率因数转子电流折算值转子电流折算值三相异步电动机的机械特性物理表达式一般用于分析电动机在各三相异步电动机的机械特性物理表达式一般用于分析电动机在各种运转状态下，转矩种运转状态下，转矩T与磁通与磁通m m及转子电流的有功分及转子电流的有功分I2COS2的关的关系。系。相乘相乘表明：表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通m m与转子电流的与转子电流的有功分量有功分量I2 cos 2相互作用产生的相互作用产生的.形式上，与直流电动机转矩形式上，与直流电动机转矩表达式表达式T=CTIa相似相似
4、二、参数表达式二、参数表达式 将将代入物理表达式得代入物理表达式得：物物理理表表达达式式反反映映了了不不同同转转速速时时T与与F Fm及及转转子子电电流流之之间间的的关关系系，不不能能直直接接反反映映异异步步电电动动机机转转矩矩与与电电动动机机参参数数（如如定定子子相相电电压压U，s，R1，R2，X1，X2，定定子子相相数数m1，转转子子同同步步机机械械角角速速度度W Ws等等）。）。分子分母同乘以分子分母同乘以（1-s），），即得即得 由异步电动机的近似等效电路由异步电动机的近似等效电路 得异步电动机的机械特性参数表达式得异步电动机的机械特性参数表达式n说明：电磁转矩与电源参数（说明：电磁转
5、矩与电源参数（、f）、结构参数（）、结构参数（R、X、m、p）和运行参数（）和运行参数（s）有关。）有关。n0TnO10临界转差率：临界转差率：最大转矩：最大转矩：将将sm代入代入T=f（s）得得：通常通常小结小结1)当当电电动动机机参参数数及及电电源源频频率率不不变变时时，Tm与与U2成成正正比比，sm保保持持不不变，与变，与U无关；无关；2)当当电电源源频频率率及及电电压压不不变变时时，sm与与Tm近近似似与与X1X2成成反反比比；频频率率越高，最大电磁转矩和临界转差率越小；越高，最大电磁转矩和临界转差率越小；3)Tm与与R2无关无关，sm则与则与R2成正比。成正比。过载倍数过载倍数Tm
6、是电动机可能产生的最大转矩。是电动机可能产生的最大转矩。如如果果TzTm，电电动动机机将将停停转转，为为保保证证电电动动机机不不会会因因短短时时过过载载而而停转，电动机必须有一定得过载倍数停转，电动机必须有一定得过载倍数KT一一般般电电动动机机的的KT1.83.0，起起重重设设备备的的电电动动机机的的KT可可达达3.5；起动转矩起动转矩除除Tm外异步电动机还有一个重要的参数，即外异步电动机还有一个重要的参数，即起动转矩起动转矩。起动时起动时，s=1（n=0）代入代入T=f（s），），得得结论：当其它参数一定时结论：当其它参数一定时(1)(1)起动转矩与电源电压平方成正比；起动转矩与电源电压平方
7、成正比；（2 2）频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，起动转矩越小；）频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，起动转矩越小；（3 3）绕线式电动机，转子回路电阻越大，起动转矩先增后减。）绕线式电动机，转子回路电阻越大，起动转矩先增后减。（4 4）起动转矩倍数）起动转矩倍数对对鼠鼠笼笼式式异异步步电电动动机机，则则不不可可通通过过转转子子回回路路串串电电阻阻来来增加电动机的增加电动机的TSt；l当当TStTz时时，电电动动机机才才能能起起动动，在在额额定定负负载载下下，只只有有KSt1的笼型异步电动机才能额定负载起动。的笼型异步电动机才能额定负载起动。三相异步电动机的机械特性曲线可分为两个区域：三相异步
8、电动机的机械特性曲线可分为两个区域：（1）稳定运行区域；）稳定运行区域；（2）不稳定运行区域。）不稳定运行区域。稳定运行区域：稳定运行区域：在此区域内，在此区域内，。此时，。此时，机械特性向下倾斜，无论是对于恒转矩负载还是对于风机、机械特性向下倾斜，无论是对于恒转矩负载还是对于风机、泵类负载，电力拖动系统可以稳定运行；泵类负载，电力拖动系统可以稳定运行；不稳定运行区域：不稳定运行区域：在此区域内，在此区域内，。此时，。此时，对于恒转矩负载，系统将无法稳定运行；而对于风机、泵对于恒转矩负载，系统将无法稳定运行；而对于风机、泵类负载，尽管系统可以稳定运行，但由于转速太低，转差类负载，尽管系统可以稳
9、定运行，但由于转速太低，转差率较大，转子铜耗较大，三相异步电动机将无法长期运行。率较大，转子铜耗较大，三相异步电动机将无法长期运行。三、实用表达式三、实用表达式用用T/Tm,考考虑到虑到sm忽略忽略R1，则则：由于由于 sN sm，上式取号。，上式取号。实用表达式实用表达式Tm求法求法sm求法求法T=+2Tm sms ssm由由 =1 s sm TmT()2TmT解方程，可得各种运行情况下解方程，可得各种运行情况下的转差率与临界转差率的关系的转差率与临界转差率的关系 根据根据 s 和和 sm 的相对大小，取的相对大小，取“”或取或取“”。额定负载时，额定负载时，s一般很小，有一般很小，有s/s
10、m TZ。Ist线路允许值或线路允许值或Ist=（47）I1N。起动转矩倍数起动转矩倍数 Kst=TstTN Ksc=IstIN 起动电流倍数起动电流倍数 Y 系列三相异步电动机系列三相异步电动机Kst=1.6 2.2，Ksc=5.5 7.0OTs1n0TnO P ABB P A(2)额定状态（额定状态（B点）点）额定状态是指各个物理量额定状态是指各个物理量 都等于额定值的状态。都等于额定值的状态。B点点：n=nN，s=sN，T=TN，P2=PN，I1=I1N 额定状态额定状态说明了电动机长期说明了电动机长期 运行的能力运行的能力 TZTN，P2PN，I1IN。nNTNn0TnOB工作段工作段
11、 sN=0.01 0.09 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。临界转速临界转速 (3)临界状态（临界状态（P 点）点）n0nTOP 对应对应 s=sm，T=Tm 的状态。的状态。nmTm 临界状态明了电动机的临界状态明了电动机的 短时过载能力。短时过载能力。过载倍数过载倍数KmT=TmTN Y 系列三相异步电动机系列三相异步电动机 KmT=2 2.2 临界转差率临界转差率s smsm=sN(KmT KmT21 )(4)同步转速点（同步转速点（H 点）点）n0TnOH 对应对应 s=0，T=0,n=n0,I1=I1N,I2=0的状态。的状态。是电动机电动状态与
12、回馈制动是电动机电动状态与回馈制动 状态的转折点。状态的转折点。【例例 10.2】一台一台Y225M2 型三相异步电动机，型三相异步电动机，若若 TZ=200 Nm，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 Ist 在允许范围内）在允许范围内）。已知该电机的已知该电机的 PN=45 kW，nN=2970 r/min，KmT=2.2，Kst=2.0。解：解：由于由于 PN=45 kW，nN=2970 r/min，KmT=2.2，Kst=2.0。(1)电动机的额定转矩电动机的额定转矩 602 TN=PNnN6023.1
13、4=145 Nm451032 970由于由于 TNTZ，故不能带此负载，故不能带此负载长期长期运行。运行。(2)电动机的最大转矩电动机的最大转矩 Tm=KmT TN=2.2145 Nm=319 Nm由于由于 TmTZ，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=Kst TN=2.0145 Nm=290 Nm由于由于 TstTZ，且超过，且超过 1.1 倍倍 TZ，故可以带此负，故可以带此负载载直接起动直接起动。二二 人为机械特性人为机械特性人为地改变电动机的任一个参数（如人为地改变电动机的任一个参数（如U、f1、P、定子回路电阻或电抗、转子
14、回路电阻或电抗）定子回路电阻或电抗、转子回路电阻或电抗）的的机械特性称为人为机械特性。机械特性称为人为机械特性。降低定子端电压的人为特性；降低定子端电压的人为特性；改变转子回路的电阻的人为特性；改变转子回路的电阻的人为特性；改变定子回路电抗和电阻的人为特性；改变定子回路电抗和电阻的人为特性；改变转子回路电抗的人为特性；改变转子回路电抗的人为特性；改变极数后的人为特性；改变极数后的人为特性；改变输入频率的人为特性。改变输入频率的人为特性。(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U1U1U1TsOU1sm1TmU2；TstU2；n0和和sm与电压无关。与电压无关。sU1U1U10sn
15、sm10n0sU1TTZTm1 R2s sT=I22 降低降低 U1 转速稳定后转速稳定后 T=TZ s s nn I2I2 1 1s1sI22=I221sNI2N2=1sI22如电动机原在额定状如电动机原在额定状态下运行，降压后：态下运行，降压后：I2 I2N TZ1Z1-恒转矩负载特性恒转矩负载特性TZ2Z2-风机类负载特性风机类负载特性TTZ1TZ2nn0smO分析分析:定子电压定子电压U U1 1下降下降后，电动机的起动后，电动机的起动转矩和临界转矩都转矩和临界转矩都明显降低，对于恒明显降低，对于恒转矩负载，调速范转矩负载，调速范围小，对于风机类围小，对于风机类负载，调速范围大，负载，
16、调速范围大，降压调速适合风机降压调速适合风机类负载。类负载。(2)转子回路串对称电阻时的人为特性转子回路串对称电阻时的人为特性 根据根据 sm=R2/(X1+X2)，Tm 与与 R2 无关。无关。R2 R2R2 X1+X2R2 X1+X2R2=X1+X2Tmsm1sm=1sm1R2R2R2 TsO0n0R2 R2 R2 当当 R2 X1+X2 时，时，sm1，R2 Tst。当当 R2 =X1+X2 时，时，sm=1，Tst=Tm。当当 R2 X1+X2 时，时，sm1，R2 Tst 。结结 论论 当转子电阻当转子电阻R2增大时，同步转速增大时，同步转速n0和临界转矩和临界转矩Tm不变，但临界转
17、差率不变，但临界转差率sm变大，起动转矩变大，起动转矩Tst随转子电随转子电阻阻R2增大而增大，直至增大而增大，直至Tst=Tm 。当转子电阻当转子电阻R2再增大时，起动转矩再增大时，起动转矩Tst反而减小。反而减小。转子串入对称三相电阻的方法应用于绕线式异步转子串入对称三相电阻的方法应用于绕线式异步电动机的起动和调速。电动机的起动和调速。（3 3）定子回路串联对称电抗时的人为机械特性）定子回路串联对称电抗时的人为机械特性 由由上上面面公公式式可可知知，X1增增大大时时，n0不不变变，Tm、sm、Tst随随X1的的增增大而减小。大而减小。n0nTOXst=0Xstsmsm 定子回路串联对称电抗
18、用于笼型异步电动机降压起动，定子回路串联对称电抗用于笼型异步电动机降压起动，以限制电动机启动电流以限制电动机启动电流。（4 4）定子回路串联对称电阻时的人为机械特性）定子回路串联对称电阻时的人为机械特性 由由上上面面公公式式可可知知，R1增增大大时时，n0不不变变，Tm、sm、Tst随随X1的的增增大而减小，与定子回路串对称电抗相似。大而减小，与定子回路串对称电抗相似。n0nTORst=0Rstsmsm 定子回路串联对称电阻亦可用于笼型异步电动机降压定子回路串联对称电阻亦可用于笼型异步电动机降压起动，以限制电动机启动电流起动，以限制电动机启动电流。（5 5）转子回路接入并联电抗时的人为机械特性
19、）转子回路接入并联电抗时的人为机械特性在在绕绕线线转转子子异异步步电电动动机机转转子子回回路路接接入入电电抗抗Xst与与起起动动电电阻阻Rst并并联联，起起动动初初期期，转转子子频频率率相相当当大大，电电抗抗器器的的感感抗抗Xst=2p psf1Lst较较大大，转转子子电电流流的的大大部部分分将将流流过过电电阻阻Rst，这这时时相相当当于于转转子子串串电电阻阻起起动动。随随着着起起动动过过程程的的进进行行，sf1或或Xst越越来来越越小小，起起动动结结束束时时，Xst很很小小，几乎将几乎将Rst短接。短接。n0TO固有固有人为人为 由于转子电路参数可变，如果参数配合恰当，电动机在整个由于转子电
20、路参数可变，如果参数配合恰当，电动机在整个加速过程中产生几乎恒定的转矩。加速过程中产生几乎恒定的转矩。转子电路接入并联阻抗又能限制起动电流，在起动级数最少转子电路接入并联阻抗又能限制起动电流，在起动级数最少的情况下，保证电机的平滑加速。的情况下，保证电机的平滑加速。改变极数后的人为特性和改变极数后的人为特性和 改变输入频率的人为特性将在异改变输入频率的人为特性将在异步电动机调速一章内介绍。步电动机调速一章内介绍。第三节第三节 三相异步电动机的各种运转状态三相异步电动机的各种运转状态 1.1.电动运转状态电动运转状态n0nTMTnMTnO正向电动反向电动三相异步电动机有两大运转状态：三相异步电动
21、机有两大运转状态：电动状态电动状态与与制动状态。制动状态。特点：特点：1 1）电动机转矩方向与）电动机转矩方向与转速方向相同。转速方向相同。2 2）机械特性在第一、）机械特性在第一、三象限内。三象限内。3 3）电动机从电网吸收）电动机从电网吸收电能，转化为机械能带电能，转化为机械能带动负载。动负载。2.2.制动运转状态制动运转状态与直流电动机相同，异步电动机可工作于回馈制动，反与直流电动机相同，异步电动机可工作于回馈制动，反接制动及能耗制动三种制动状态。接制动及能耗制动三种制动状态。nTMTMTnOn共同特点：共同特点：1 1）电动机转矩方向与转速方向）电动机转矩方向与转速方向相反。相反。2
22、2）机械特性在第二、四象限内。）机械特性在第二、四象限内。3 3）电动机轴上吸收机械能，转）电动机轴上吸收机械能，转化为电能。化为电能。（一）（一）回馈制动状态回馈制动状态 位能负载带动异步电动位能负载带动异步电动机进入回馈制动状态机进入回馈制动状态 当异步电动机由于某当异步电动机由于某种原因（例如位能负载的种原因（例如位能负载的作用作用），使其转速高于同），使其转速高于同步速度步速度 时，转子感应电动时，转子感应电动势反向，转子电流的有功势反向，转子电流的有功分量也改变了方向，其无分量也改变了方向，其无功分量的方向则不变。此功分量的方向则不变。此时异步电动机既回馈电能，时异步电动机既回馈电能
23、，又在轴上产生机械制动转又在轴上产生机械制动转矩，即在制动状态下工作。矩，即在制动状态下工作。实现：实现：电动机转子在外力作用下，使电动机转子在外力作用下，使|n|n0|，s0。电机处于发电机状态。电机处于发电机状态。(1)回馈制动原理回馈制动原理 当异步电动机由于某种原因，使得当异步电动机由于某种原因，使得nn0时，转差率时，转差率s0,则转子感应电动势则转子感应电动势sE2反向反向。转子电流的转子电流的有功分量有功分量为为：转子电流的转子电流的无功分量无功分量为为：上两式说明：当上两式说明：当sn1，从电网吸收无功功率建立磁场，向电网输从电网吸收无功功率建立磁场，向电网输 送有功功率，经济
24、。送有功功率，经济。应用：应用：电机拖动位能性负载电机拖动位能性负载(如绕线式异步机如绕线式异步机)下放重物。下放重物。（二）反接制动状态（二）反接制动状态(1)转速反向的反接制动转速反向的反接制动下放重物下放重物On T 1n02BCTZAD 实现方法与制动原理实现方法与制动原理带位能性负载，带位能性负载，定子相序定子相序不变，绕线转子电路串联不变，绕线转子电路串联适当大的适当大的对称电阻对称电阻 R。A 点点 B 点点(TBTZ)，惯性惯性 n C 点点(n=0，TCTZ)在在TZ 作用下作用下M 反向起动反向起动D 点点(nD0，TD=TZ)制动运制动运 行状态行状态 制动效果制动效果
25、改变改变 R 的大小，的大小，改变特性改变特性 2 的斜率，的斜率，改变改变 nD。3e 低速提低速提升重物升重物返回目录页返回目录页MTZnTMTZnTT0T0转子轴上机械功率转子轴上机械功率 为负为负此时的转差率：此时的转差率：转子由定子输入的电功率即为电磁功率转子由定子输入的电功率即为电磁功率 为正为正转子电路的损耗转子电路的损耗 为两者之和，因此能量损耗极大为两者之和，因此能量损耗极大。制动时的功率制动时的功率特点：特点：s 1，运行过程中能量消耗多，改变转子串运行过程中能量消耗多，改变转子串接电阻，可变速度。接电阻，可变速度。应用：应用：适用于位能性负载下放重物或低速提升重物。适用于
26、位能性负载下放重物或低速提升重物。特点和应用特点和应用(2)定子两相反接的反接制动定子两相反接的反接制动 迅速停车迅速停车3 M33 M3R制制动动前前的的电电路路制制动动时时的的电电路路 制动原理制动原理实现实现：将电动机电源两相反接。：将电动机电源两相反接。TZ制动前：正向电动状态。制动前：正向电动状态。制动时：定子相序改变，制动时：定子相序改变，n0 变向。变向。OnT1 n02n0 Bs=n0 n n0=n0n n0即即：s 1(第二象限第二象限)。同时同时：E2s、I2 反向，反向，T 反向。反向。ACA 点点 B 点点(T0，制动开始，制动开始)惯性惯性 n C 点点(n=0，T
27、0)，制动结束。制动结束。MTZnTT0MTZTnT0取决于取决于 R 的大小。的大小。制动效果制动效果AOnT1n02n0Bc 制动时的功率制动时的功率 Pe=m1I22 R2R s0 PCu2=m1(R2R)I22 =PeP2 =Pe|P2|0 P2=(1s)Pe 三相电能三相电能 电磁功率电磁功率Pe转子转子机械功率机械功率Pm定子定子转子转子电阻电阻消耗消耗掉掉 定子两相反接的反接制动优点：定子两相反接的反接制动优点：制动效果强，制动速度快。制动效果强，制动速度快。定子两相反接的反接制动缺点：定子两相反接的反接制动缺点：能量损耗大，制动准确度差。能量损耗大，制动准确度差。制动过程分析制
28、动过程分析 对于反抗性恒转矩负载对于反抗性恒转矩负载 当制动到当制动到n=0时，即时，即C点，若点，若|T|TZ|，则电动机将反向启动。最则电动机将反向启动。最后稳定运行于后稳定运行于D点，电动机工作于反向电动状态。点，电动机工作于反向电动状态。TZTZOnT1 n02n0 BACD 所以反接制动特别适合所以反接制动特别适合于要求频繁正、反转的生产于要求频繁正、反转的生产机械，以便迅速改变旋转方机械，以便迅速改变旋转方向，提高生产率。如果采用向，提高生产率。如果采用定子两相反接制动只是为了定子两相反接制动只是为了停车，那么当制动到停车，那么当制动到n=0前，前，必须切断电动机的电源，否必须切断
29、电动机的电源，否则会出现则会出现|T|TZ|，使电动，使电动机反转。机反转。MTZnTT0MTZnT0MTZTnT0对于恒转矩位能性负载对于恒转矩位能性负载 制动前：正向电动状态。制动前：正向电动状态。制动时：定子相序改变，制动时：定子相序改变，n0 变向。变向。s=n0 n n0=n0n n0即即：s 1(第二象限第二象限)。同时同时：E2s、I2 反向，反向，T 反向。反向。A 点点 B 点点(T0，制动开始，制动开始)惯性惯性 n C 点点(n=0，T 0)，制动结束。制动结束。TZ1 OnTn02n0 BACnD MTZnTMTZTnT0T0到到 C 点时，在制动转矩点时，在制动转矩和
30、负载转矩的共同作用和负载转矩的共同作用下，下，M 将反向起动、加将反向起动、加速，速，T与与n都为负，反向都为负，反向电动。电动。TZ1 OnTn02n0 BACDnD 到到n=-n0时，虽然时，虽然T=0，但，但在负载转矩的作用下，电在负载转矩的作用下，电动机继续反向加速，电磁动机继续反向加速，电磁转矩改变方向，为正，与转矩改变方向，为正，与电动机旋转方向相反，制电动机旋转方向相反，制动，直到动，直到D点，稳定运行点，稳定运行,因因|n|n0|，回馈制动。，回馈制动。MTZnTT0MTZTnT0TZ1 OnTn02n0 BACDnD MTZnTT0MTZTnT0MTZnTT0MTZTnT0E
31、FnF MTZTnT0定子两相反接的反接制动定子两相反接的反接制动特性总结特性总结 当电机拖动恒转矩负载时，在电动机转矩和负载转当电机拖动恒转矩负载时，在电动机转矩和负载转矩共同作用下，迫使电动机很快送减速到矩共同作用下，迫使电动机很快送减速到C C点点，n=0，制，制动结束。动结束。BC段为电源反接制动的制动特性，要想停车，需在段为电源反接制动的制动特性，要想停车，需在n=0时拉闸，否则，若电机拖动反抗性负载，而且时拉闸，否则，若电机拖动反抗性负载，而且C点点的电动机转矩的电动机转矩T大于负载转矩，则反向起动到大于负载转矩，则反向起动到D点稳定点稳定运行。运行。CD段为反向电动状态特性。若电
32、动机拖动位能段为反向电动状态特性。若电动机拖动位能性负载，则要从反向电动状态继续加速到性负载，则要从反向电动状态继续加速到E点，再到反点，再到反向回馈制动状态的向回馈制动状态的F点，才能稳定运行。点，才能稳定运行。（三）能耗制动状态（三）能耗制动状态M33S1(1)制动原理制动原理 制动前制动前 S1 合上，合上，S2 断开，断开，M 为电动状态。为电动状态。制动时制动时 S1 断开，断开，S2 合上。合上。定子定子:U I1 转子转子:n E2 I2 M 为制动状态。为制动状态。nUS2 RI1FFT实现实现：电机定子：电机定子绕组绕组脱离交流电网脱离交流电网的同时，通入直流励磁电流。的同时
33、，通入直流励磁电流。(2)能耗制动过程能耗制动过程 迅速停车迅速停车TZOnT12 制动原理制动原理制动前：特性制动前：特性 1。制动时：特性制动时：特性 2。原点原点 O(n=0，T=0)，A 点点 B 点点惯性惯性 AB(T0，制动开始，制动开始)n制动过程结束。制动过程结束。制动效果制动效果 R I1 T 制动快。制动快。制动时的功率制动时的功率 定子输入：定子输入：P1=0，轴上输出：轴上输出：P2=T0。动能动能 P2 转子电路的电能转子电路的电能 PCu2消耗掉。消耗掉。(3)能耗制动运行能耗制动运行 下放重物下放重物TZOnT12AA 点点 B 点点 惯性惯性 (T0，制动开始，
34、制动开始)Bn 原点原点 O(n=0，T=0),在在TZ作用下作用下 n 反向增加反向增加 cc 点点(T=TZ),制动运制动运行状态行状态以速度以速度 nc 稳定下放重物。稳定下放重物。制动效果：制动效果：由制动回路的电阻决定。由制动回路的电阻决定。OnT(4)特点：特点：因因T 与与 n 方向相反，方向相反，nT 曲线在第二、曲线在第二、四象限。四象限。因因 n=0 时，时，T=0，nT 曲线过原点。曲线过原点。转子电阻不变，制动电流增转子电阻不变，制动电流增大时，制动转矩也增大；产生大时，制动转矩也增大；产生最大转矩的转速不变。最大转矩的转速不变。直流励磁电流不变，转子电直流励磁电流不变
35、，转子电阻增加时，最大转矩不变，产阻增加时，最大转矩不变，产生最大转矩的转速增加。生最大转矩的转速增加。I1I1R2R2R2 R2能耗制动的优点及应用：能耗制动的优点及应用：优点：优点：改改变变转转子子电电阻阻或或通通入入定定子子的的直直流流励励磁磁均均可可调调节节制制动动转矩；转矩；当当电电动动机机转转速速下下降降到到零零时时，制制动动转转矩矩亦亦下下降降到到零零，使生产机械准确停车；使生产机械准确停车；应用应用：位能性负载，可以稳定放下重物；位能性负载，可以稳定放下重物；反抗性负载，用以迅速，准确停车。反抗性负载，用以迅速，准确停车。【例例 10.3】一台三相绕线型异步电动机，已知一台三相
36、绕线型异步电动机，已知 PN=20 kW，nN=1420 r/min，U2N=187 V，I2N=68.5 A，KT=2.3，拖动拖动 TZ=100 Nm 的位能性负载。的位能性负载。现欲采用现欲采用回馈制动回馈制动下放该重物，在转子电路中串联下放该重物，在转子电路中串联电阻电阻 R=0.0159 。试试求：求：(1)切换后的瞬间（切换后的瞬间（B点）的制动转矩；点）的制动转矩；(2)在在 D 点下放重物的点下放重物的时的转速。时的转速。解：欲采用回馈制动下放该重物，定子两相应反接解：欲采用回馈制动下放该重物，定子两相应反接。满足题意要求的机械特性满足题意要求的机械特性:BA AC0D12n1
37、n-n1nAnDTBTZTsmB-TmTmsm(1)nB=nA=1442 r/min n0 nB n0sB=1 500 1 442 1 500=1.96 sMB=sM R2R R2=0.233=0.277 0.1 0.0841TB=+2TM sMBsB sBsMB=85.77 Nm+2309.5 0.277 1.96 1.960.277(2)转子串联电阻转子串联电阻 R 时，时，TM 不变，不变，sM(R2R)nD=(1sD)n0 =(10.046)(1 500)r/min =1 569 r/min=0.277 1 =0.046 ()2309.5100309.5100()2sD=sMB 1 T
38、MTZTMTZ【例例 10.4 10.4】一台绕线式异步电动机，一台绕线式异步电动机，PN=60kW,nN=577r/min,I1N=133A,I2N=160A,E2N=253V,KT=2.9,N=89%,cosN=0.77,求：求：（1）当电动机以转速）当电动机以转速300r/min提升提升TZ=0.8TN的重物时，的重物时，转子回路应串入多大电阻？转子回路应串入多大电阻？（2）当电动机以转速）当电动机以转速300r/min下放下放TZ=0.8TN的重物时，的重物时，转子回路应串入多大电阻？转子回路应串入多大电阻？（3）当电动机以额定转速稳定运行时，突然将定子电源）当电动机以额定转速稳定运行
39、时，突然将定子电源两相反接，要求反接瞬间制动转矩不超过两相反接，要求反接瞬间制动转矩不超过2TN，转子回路，转子回路应串入多大电阻？应串入多大电阻？（4）在（）在（3）的情况下，如负载转矩）的情况下，如负载转矩TZ=0.8TN，要求下放，要求下放速度为速度为660r/min，转子电路应串入多大电阻？，转子电路应串入多大电阻？请画出对应以上各种情况的机械特性。请画出对应以上各种情况的机械特性。或或（因小于（因小于sN，舍去），舍去）解：解：或或（因小于（因小于s1,舍去）舍去）（1）当电动机以转速）当电动机以转速300r/min提升提升TZ=0.8TN的重物时的重物时低速电动运行低速电动运行在转
40、子回路串入的电阻为在转子回路串入的电阻为（2）当电动机以转速）当电动机以转速300r/min下放下放TZ=0.8TN的重物时的重物时低速转速反向反接低速转速反向反接制动运行制动运行或(因小于因小于s2，舍去，舍去)。在转子回路串入的电阻为在转子回路串入的电阻为 （3）在）在nN=577r/min时，突然将定子电源两相反接时，突然将定子电源两相反接当反接瞬间制动转矩不超过当反接瞬间制动转矩不超过2TN时时 和和电源两相反接制动电源两相反接制动 在转子回路串入的电阻为在转子回路串入的电阻为（4）以）以660r/min的速度，下放的速度，下放TZ=0.8TN的重物时的重物时反向回馈制动反向回馈制动
41、和 因小于因小于sm，舍去），舍去）在转子回路串入的电阻为在转子回路串入的电阻为 对应以上各种情况的机械特性对应以上各种情况的机械特性（2）D（4）CEB-n0nOAT（1）nBnNn0nEnDTN-0.8TN0.8TN（3）（3）三三 三相异步电动机运行状态小结三相异步电动机运行状态小结 在正转方向，特性在正转方向，特性1 1与与11的第二象限为回馈制动特性，的第二象限为回馈制动特性，第四象限为反接制动特性；第四象限为反接制动特性；在反转方向，特性在反转方向，特性2 2与与22的第二象限为反接制动特性，的第二象限为反接制动特性，而第四象限则为回馈制动特性。而第四象限则为回馈制动特性。能耗制动
42、电路的联结方法有所不同，其机械特性用曲能耗制动电路的联结方法有所不同，其机械特性用曲线线3 3与与33表示，第二象限部分对应于电动机正转，而表示，第二象限部分对应于电动机正转，而第四象限则对应于反转。第四象限则对应于反转。图中特性图中特性1 1，22及及33对应于异步电动机转子有串联对应于异步电动机转子有串联电阻时，而电阻时，而1 1，2 2及及3 3则对应于没有串联电阻。则对应于没有串联电阻。第四节第四节 根据异步电动机的技术数据计算异步电动机的参数根据异步电动机的技术数据计算异步电动机的参数1 1 异步电动机的技术数据异步电动机的技术数据一般异步电动机的产品目录中可以查到一些技术数据，一般
43、异步电动机的产品目录中可以查到一些技术数据，而不给出电动机的定、转子等具体参数，为此必须用而不给出电动机的定、转子等具体参数，为此必须用工工程计算法程计算法计算。一般可查到下列计算。一般可查到下列技术数据技术数据：1）额定功率额定功率 PN（kW）；）；2）额定定子线电压额定定子线电压 U1N（V）；）；3）额定定子线电流额定定子线电流 I1N（A）；）；4）额定转速额定转速nN（r/min）；）；5）额定效率额定效率 h h；6）定子额定功率因数定子额定功率因数cosj j1N；7）过载倍数过载倍数KT，KT=Tm/TN；8）飞轮惯量飞轮惯量GD2（Nm2）；）；9）对于绕线转子异步电动机，
44、还给出两个转子数对于绕线转子异步电动机，还给出两个转子数据，即据，即 a）转子额定线电动势转子额定线电动势E2N（V）；）；b）转子额定线电流转子额定线电流I2N（A）。）。10）对于笼型异步电动机，没有转子数据，但给对于笼型异步电动机，没有转子数据，但给出下列两个数据出下列两个数据 a）起动转矩倍数起动转矩倍数 Kst，Kst=Tst/TN；b）起动电流倍数起动电流倍数KI，KI=I1st/I1N。此外，还可能给出定子极对数此外，还可能给出定子极对数p；定子绕组的接线方定子绕组的接线方式；工作制（或定额）；负载持续率；最高温升（或式；工作制（或定额）；负载持续率；最高温升（或绝缘材料等级）等
45、。额定频率我国为绝缘材料等级）等。额定频率我国为50Hz，即即f=50Hz。2 2 异步电动机各参数的工程计算异步电动机各参数的工程计算额定转矩额定转矩TN（Nm）：）：最大转矩最大转矩Tm（Nm）：）：绕线转子每相绕组电阻绕线转子每相绕组电阻R2（）：）：电压比电压比k：定子定子D D型型接法接法转子绕组每相电阻折算值转子绕组每相电阻折算值R2（）定子定子Y型型接法接法定子绕组每相电阻定子绕组每相电阻R1定子定子D D型型接法接法定子定子Y型型接法接法临界转差率临界转差率总电抗总电抗X，X=X1+X2定子电抗定子电抗X1及转子电抗及转子电抗X2转子绕组每相电阻折算值转子绕组每相电阻折算值R2
46、（）的其它计算公式的其它计算公式转子绕组每相电阻折算值转子绕组每相电阻折算值R2（）的其它计算公式的其它计算公式 忽略忽略I0，则则I2 I1，起动时起动时s11，T=Tst=KstTN，I1=Ist=KII1N，m1=3空载电流空载电流I0其中其中励磁电抗励磁电抗X0定子定子D D型型接法接法定子定子Y型型接法接法解解【例【例 10.5】一绕线转子异步电动机的技术数据为：一绕线转子异步电动机的技术数据为：试用工程计算法计算异步电动机的下列参数：试用工程计算法计算异步电动机的下列参数：第五节第五节 绕线转子异步电动机调速及制动电阻的计算绕线转子异步电动机调速及制动电阻的计算 计算的方法是按已知
47、条件，利用机械特性（一般是实用表达式）计算的方法是按已知条件，利用机械特性（一般是实用表达式）进行，计算时必须注意不同运转状态下方程式中各参量的正负符号进行，计算时必须注意不同运转状态下方程式中各参量的正负符号等不同特点。等不同特点。例例【10.6 10.6】某绕线转子异步电动机的铭某绕线转子异步电动机的铭牌参数如下：牌参数如下：（1）当负载转矩）当负载转矩 ，要求转速，要求转速 时，转子每相应串入多大的电时，转子每相应串入多大的电阻阻（图中（图中B点）？点）？（2）从电动状态（图）从电动状态（图1中中A点）点）时换接到反接制动状时换接到反接制动状态，如果要求开始的制动转矩等于态，如果要求开始
48、的制动转矩等于 （图中（图中C点），则转子点），则转子每相应该串接多大电阻？每相应该串接多大电阻？（3）如果该电动机带位能负载，负载转矩）如果该电动机带位能负载，负载转矩 ，要，要求稳定的下放转速求稳定的下放转速 r/min，求转子每相的串接，求转子每相的串接电阻值。电阻值。解解：对于固有特性有：对于固有特性有：（2）D（3）CB-n1nOAT（1）nBnNn1nDTN-1.5TN0.8TN（3）（2）对于人为特性有：对于人为特性有：（1）u调速，电动状态，调速，电动状态，sx1，sxsm。若将异步电动机机械特性近似为直线若将异步电动机机械特性近似为直线对于人为特性有对于人为特性有对于固有特性
49、有对于固有特性有（2）u定子两相反接制动时定子两相反接制动时sm0）取取 取取若将异步电动机机械特性近似为直线若将异步电动机机械特性近似为直线（sm较大的第二较大的第二象限，机械特性象限，机械特性近似为直线）近似为直线）（3）转速反向的反接制动转速反向的反接制动sm0。0.175不能稳定运行，舍去。不能稳定运行，舍去。若将异步电动机机械特性近似为直线若将异步电动机机械特性近似为直线作作 业业10-1、10-2第十章小结第十章小结一、基本要求一、基本要求1、掌握三相异步电动机机械特性的三种表达式掌握三相异步电动机机械特性的三种表达式2、熟悉三相异步电动机的各种运转状态熟悉三相异步电动机的各种运转
50、状态3、能够根据技术数据计算三相异步电动机的参数能够根据技术数据计算三相异步电动机的参数二、重点掌握内容二、重点掌握内容（一）（一）三相异步电动机机械特性的三种表达式及其意义三相异步电动机机械特性的三种表达式及其意义1.1.物理表达式物理表达式4、绕线式异步电动机调速与制动电阻计算绕线式异步电动机调速与制动电阻计算意义：意义：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通m m与转子电流的与转子电流的有功分量有功分量I2 cos 2相互作用产生的相互作用产生的.形式上，与直流电动机转矩形式上，与直流电动机转矩表达式表达式T=CTIa相似。一般用于分析电动机在各种运转状态下