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1、第第8 8章章 三相异步电动机的三相异步电动机的电力拖动问题电力拖动问题1.三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动2.三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动3.三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速复习复习:三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性1.三种表达式：三种表达式：2.固有特性曲线：固有特性曲线：3.绘制固有特性曲线（四个点）：绘制固有特性曲线（四个点）：起动点起动点同步点同步点额定运行点额定运行点最大转矩点最大转矩点4.人为机械特性曲线：人为机械特性曲线：定子端电压降低定子端电压降低转子电路内串入对称电阻转子电路内串入对称电阻定子电路内串入对称电阻定子电路内串入对称电
2、阻定子电路内串入对称电抗定子电路内串入对称电抗转子电路并联电抗转子电路并联电抗一、起动性能：一、起动性能：1.起动电流起动电流IS倍数倍数2.起动转矩倍数起动转矩倍数3.起动时间起动时间4.起动时能量消耗与发热起动时能量消耗与发热5.起动设备的简单性和可靠性起动设备的简单性和可靠性6.起动中的过渡过程起动中的过渡过程8-1 8-1 起动电流、起动转矩及相关规定起动电流、起动转矩及相关规定起动：从静止不动加速到工作转速的过程起动：从静止不动加速到工作转速的过程对对电网的冲击小电网的冲击小二、小容量异步电动机的直接起动二、小容量异步电动机的直接起动n直接起动，即全压起动，当电网容量足够大。直接起动
3、，即全压起动，当电网容量足够大。n要求：在起动时有较大的起动转矩（要求：在起动时有较大的起动转矩（Tst1.1TL），较小的起），较小的起动电流（动电流（IstImax）,起动时间短起动时间短启动过渡过程短启动过渡过程短国标规定起动电流倍数为国标规定起动电流倍数为6.5，起动转矩为，起动转矩为1.8要求：要求：n有足够的启动转矩，使电动机尽快加速缩短启动过程，避免有足够的启动转矩，使电动机尽快加速缩短启动过程，避免长时间绕组过热；长时间绕组过热；n满足启动转矩时，尽量降低启动电流，减少对电源的影响。满足启动转矩时，尽量降低启动电流，减少对电源的影响。原则措施：原则措施：n小容量异步电动机可直接
4、启动；小容量异步电动机可直接启动；n降压（自耦、降压（自耦、Y-、定子串电抗、定子串电抗）n转子串电阻（笼型：深槽和双笼。绕线型：串转子串电阻（笼型：深槽和双笼。绕线型：串(频敏频敏)电阻）电阻）制约起动的因素：制约起动的因素：n供电系统的容量、负载的性质、起动的频繁程度供电系统的容量、负载的性质、起动的频繁程度三、相关规定三、相关规定1.1.供电系统的变压器容量对起动方式的影响供电系统的变压器容量对起动方式的影响n供电容量比异步电动机的容量大得多，起动电流所造成的电比异步电动机的容量大得多，起动电流所造成的电压降落不致影响同一电网上的其它电气设备的正常工作，对压降落不致影响同一电网上的其它电
5、气设备的正常工作，对非频繁起动非频繁起动允许电动机在额定电压下直接起动。允许电动机在额定电压下直接起动。n供电变压器的容量与异步电动机容量相差不是很大，则应采供电变压器的容量与异步电动机容量相差不是很大，则应采取降压措施以限制起动电流。取降压措施以限制起动电流。2.负载性质对起动方式的要求负载性质对起动方式的要求1)起动时有大的负载阻力，需较起动时有大的负载阻力，需较大的起动转矩大的起动转矩2)起动时负载阻力小，只需很小起动时负载阻力小，只需很小的起动转矩的起动转矩3)起动初期负载阻力小，随着转速增加转矩增加起动初期负载阻力小，随着转速增加转矩增加变转变转矩负载，如流体负载。矩负载，如流体负载
6、。一、一、降压起动降压起动n降压起动降压起动起动时，施加低于额定电压的电压。起动时，施加低于额定电压的电压。电动机的电动机的转速上升到接近额定转速后，再切换到额定电压下运行。转速上升到接近额定转速后，再切换到额定电压下运行。n作用：作用：限制起动电流限制起动电流起动转矩按电压的平方而下降起动转矩按电压的平方而下降.n应用：应用：适用于对起动转矩要求不高的场合，如风机、离心泵电机等。适用于对起动转矩要求不高的场合，如风机、离心泵电机等。n包括：自耦变压器、包括：自耦变压器、Y-、延边三角形、串电抗起动、延边三角形、串电抗起动8-2 8-2 鼠笼式异步电动机的起动鼠笼式异步电动机的起动（1 1）自
7、耦变压器降压起动自耦变压器降压起动设在额定电压下直接起动设在额定电压下直接起动时，起动电流为时，起动电流为Ist。自耦变压器的变比为自耦变压器的变比为ka起动时电压降低到起动时电压降低到1/ka倍，电动机的起动电流倍，电动机的起动电流相应减小到相应减小到1/ka倍。倍。电网供给的起动电流比直接起动时减小到电网供给的起动电流比直接起动时减小到 倍倍（2）丫丫-起动起动n适用于在正常运行时定子绕组按三角形连接的电机。适用于在正常运行时定子绕组按三角形连接的电机。n起动时，使定子绕组为星形连接，待转速上升到额定转速起动时，使定子绕组为星形连接，待转速上升到额定转速后，再换接成三角形连接。后，再换接成
8、三角形连接。三角形连接直接起动时三角形连接直接起动时起动电流起动电流星形连接起动，起动电流星形连接起动，起动电流起动电流和转矩均减少为起动电流和转矩均减少为1/3（3 3）延边三角形换接降压起动延边三角形换接降压起动（4 4）定子回路串电阻、电抗器起动定子回路串电阻、电抗器起动电网供给的起动电流减少至原来电网供给的起动电流减少至原来的的K倍，而电机的起动转矩减少倍，而电机的起动转矩减少为原来的为原来的K2 2(以前面同以前面同)，但损耗但损耗增加增加二、二、改变转子结构的起动方法改变转子结构的起动方法n深槽深槽n双笼双笼n采用电阻率高的转子绕组导条：采用电阻率高的转子绕组导条：转子电阻增加，起
9、动转矩转子电阻增加，起动转矩增加。增加。（相当于是转子回路串电阻，在（相当于是转子回路串电阻，在绕线式转子串电阻绕线式转子串电阻中学习）中学习）集肤效应集肤效应挤流效应挤流效应趋表效应趋表效应1.深槽深槽刚刚起起动动时时，f2=f1。频频率率较较高高，导导体体漏漏抗抗大大于于电电阻阻，漏漏抗抗占占主主要要成成分分，槽槽电电流流的的分分布布近近似似与与漏漏抗抗成成反反比比。槽槽底底部部分分漏漏抗抗较较大大，该该部部分分电电流流较较小小。愈愈接接近近于于槽槽口口漏漏抗抗愈愈小小，该该部部分分电电流流较大较大集肤效应集肤效应。由由于于电电流流的的分分布布不不均均匀匀，等等效效槽槽导导体体的的有有效效
10、面面积积减减小小集集肤肤效效应应使使槽槽导导体体电电阻阻增增加加，使使转转子子漏漏抗抗也也有有所所减减少少（且且启启动动瞬瞬间间，由由于于磁磁路路饱饱和和，转转子子漏漏抗抗将将明明显显减减小小），二二者者均均促促使使起动转矩增大，改善了起动特性。起动转矩增大，改善了起动特性。在正常运行时，在正常运行时，由于转子电流的频率很低，由于转子电流的频率很低，槽导体的漏抗比电阻小得多，槽中电流将依槽导体的漏抗比电阻小得多，槽中电流将依电阻而均匀分布，转子电阻恢复到固有的直电阻而均匀分布，转子电阻恢复到固有的直流电阻。流电阻。由于槽深而窄，转子漏抗较普通鼠笼式转子由于槽深而窄，转子漏抗较普通鼠笼式转子漏抗
11、大漏抗大功率因数及过载能力有所降低。功率因数及过载能力有所降低。122.双笼双笼外笼：外笼：截面小，电阻大截面小，电阻大内笼：内笼：截面大，电阻小截面大，电阻小.内笼交链的漏磁通比外笼多，漏抗也大内笼交链的漏磁通比外笼多，漏抗也大集肤效应的其他槽形集肤效应的其他槽形瓶形瓶形梯形梯形凸形凸形起动时起动时n转转子子电电流流的的频频率率f f2 2=f=f1 1，转转子子漏漏抗抗大大于于转转子子电电阻阻，电电流流分分配配决定于漏抗决定于漏抗。n内内层层鼠鼠笼笼有有较较大大的的漏漏抗抗，电电流流较较小小，功功率率因因数数较较低低，所所产产生的电磁转矩也较小。生的电磁转矩也较小。n外外层层鼠鼠笼笼仅仅有
12、有非非常常小小的的漏漏抗抗，电电流流较较大大，且且电电阻阻较较大大，起起动时所产生的电磁转矩也较大。外层鼠笼又称动时所产生的电磁转矩也较大。外层鼠笼又称起动鼠笼起动鼠笼。起动后起动后n转转子子电电流流的的频频率率很很小小，内内层层鼠鼠笼笼的的漏漏抗抗很很小小，两两个个鼠鼠笼笼转转子的电流分配决定于电阻。子的电流分配决定于电阻。n内内层层鼠鼠笼笼电电阻阻较较小小，电电流流较较大大，运运行行时时在在产产生生电电磁磁转转矩矩方方面起主要的作用，内层鼠笼称为面起主要的作用，内层鼠笼称为运行鼠笼运行鼠笼。s=1，n=0双鼠笼机械特性与等效电路双鼠笼机械特性与等效电路设内层鼠笼的电阻和漏抗为设内层鼠笼的电
13、阻和漏抗为rin和和xin，外层鼠笼的电阻为外层鼠笼的电阻为rou，两层鼠笼共同漏抗为两层鼠笼共同漏抗为xco8-3 8-3 线绕转子异步电动机的起动线绕转子异步电动机的起动n若若sk=1，则起动转矩等于最则起动转矩等于最大转矩大转矩n起动变阻器的电阻值起动变阻器的电阻值r n接在转子回路中的实际电阻接在转子回路中的实际电阻1 1起起动动开开始始时时，使使全全部部电电阻阻均均串串入入转转子子回回路路，通通过过集集电电环环串串入入附附加加电电阻阻，限限制制起起动动电电流流，提提高高起起动动转转矩矩。随随着着转转速速的的上升，电磁转矩将减小。上升，电磁转矩将减小。2 2为为了了缩缩短短起起动动时时
14、间间，通通常常随随转转速速上上升升分分级级切切除除部部分分电电阻阻，使使在在整整个个起起动动过过程程中中电电动动机机保保持持有有较较大大的的电电磁磁转转矩矩。起起动动结束后把，使正常运行有较高效率。结束后把，使正常运行有较高效率。3 3待待起起动动完完毕毕后后，所所有有附附加加电电阻阻切切除除，转转子子绕绕组组便便被被短短路路，转入正常运行。转入正常运行。4 4线绕转子电机起动性能好。线绕转子电机起动性能好。频敏变阻器频敏变阻器：三相电感线圈电阻值随频率的减小而自动减小：三相电感线圈电阻值随频率的减小而自动减小起动初时，起动初时，f2=f1，涡流损耗大，等效铁耗电阻也大；起动之涡流损耗大，等效
15、铁耗电阻也大；起动之后，后，f2=sf1减小，涡流损耗减小，等效铁耗电阻减小。减小，涡流损耗减小，等效铁耗电阻减小。转子串电阻的计算（补）转子串电阻的计算（补）n制制动动在在原原有有旋旋转转方方向向上上产产生生一一个个反反方方向向的的转矩（转矩（如加速停转、减速运行、恒速等）如加速停转、减速运行、恒速等）n异异步步电电动动机机有有四四种种制制动动方方法法（电电磁磁转转矩矩与与速速度度方向相反）：方向相反）：能耗制动能耗制动回馈制动回馈制动反接制动反接制动正接反转制动正接反转制动8-4 8-4 异步电机的制动异步电机的制动n电动运行电动运行1固有机械特性；固有机械特性；2电源相序为负序电源相序为
16、负序（ABC）时的固有机械特性时的固有机械特性12正向电动运行正向电动运行反向电动运行反向电动运行1 1、能耗制动、能耗制动n原理：电动机的定子原理：电动机的定子绕组从电源切断后，绕组从电源切断后，将其中任意两端接上将其中任意两端接上直流电源从而在空直流电源从而在空气隙中建立一静止的气隙中建立一静止的磁场。磁场。n旋转着的转子切割磁场感应电势，由于转子绕组是一闭旋转着的转子切割磁场感应电势，由于转子绕组是一闭合电路，便产生电流和电磁转矩。转子机械动能变为铜耗合电路，便产生电流和电磁转矩。转子机械动能变为铜耗而迅速耗掉，达到迅速停车的目的，称为能耗制动。而迅速耗掉，达到迅速停车的目的，称为能耗制
17、动。n能耗制动在高能耗制动在高速时效果较好。速时效果较好。K1ABCK2+NSn能耗制动机械特性能耗制动机械特性12能耗制动过程能耗制动过程能耗制动运行能耗制动运行1固有机械特性；固有机械特性；2能耗制动机械特性能耗制动机械特性2、反接制动（反接正转）反接制动（反接正转）n工作原理：利用换接开关工作原理：利用换接开关改变定子电流的相序，使改变定子电流的相序，使旋转磁场的旋转方向倒转，旋转磁场的旋转方向倒转，换接后的旋转磁场转向与换接后的旋转磁场转向与转子的转向相反（转子的转向相反（s2），），电机便处于制动状态，使电机便处于制动状态，使转子的转速迅速下降。转子的转速迅速下降。K1ABCK2MN
18、Sn情况：震动和冲击较大，不宜用于精度要求高的场合。情况：震动和冲击较大，不宜用于精度要求高的场合。用于可逆转的传动系统。用于可逆转的传动系统。反接制动机械特性反接制动机械特性12反接制反接制动过程动过程反向起动反向起动过程过程n同同他励直流电动机制动，三相异他励直流电动机制动，三相异步电动机反接制动停车比能耗制步电动机反接制动停车比能耗制动停车速度快，但能量损失较大。动停车速度快，但能量损失较大。一些频繁正、反转的生产机械，一些频繁正、反转的生产机械，经常采用反接制动停车，接着反经常采用反接制动停车，接着反向起动，这就是为了迅速改变转向起动，这就是为了迅速改变转向，提高生产率。向，提高生产率
19、。n反接制动过程中在转子电路串入反接制动过程中在转子电路串入较大的制动电阻一方面可以限制较大的制动电阻一方面可以限制制动电流，同时可以增大制动转制动电流，同时可以增大制动转矩。停车的制动电阻计算，根据矩。停车的制动电阻计算，根据所要求的最大制动转矩进行。所要求的最大制动转矩进行。3、正接反转制动（倒拉反转运行倒拉反转运行）n正接反转制动：指电动机的定子接线仍保持电动机运行正接反转制动：指电动机的定子接线仍保持电动机运行时的接法不变，如转子串接一大电阻，在外力推动下强时的接法不变，如转子串接一大电阻，在外力推动下强迫了反向旋转，这时电磁转矩是一制动转矩。迫了反向旋转，这时电磁转矩是一制动转矩。n
20、主要用于以线绕转子异步电动机为动力的起重机械中。主要用于以线绕转子异步电动机为动力的起重机械中。当需下放重物时，可再增大转子附当需下放重物时，可再增大转子附加电阻，使平衡点落于负转速区。加电阻，使平衡点落于负转速区。例如图中例如图中d点，转子将在反方向旋点，转子将在反方向旋转。重物下降所产生的转矩是原动转。重物下降所产生的转矩是原动转矩，电磁转矩是制动转矩，电机转矩，电磁转矩是制动转矩，电机处于制动状态处于制动状态n如需重物悬空后不动，则应增加转于附加电阻以改变机如需重物悬空后不动，则应增加转于附加电阻以改变机械特性，使电磁转矩与负载转矩相交于械特性，使电磁转矩与负载转矩相交于c点，这时点，这
21、时n0。n当需下放重物时，可再增大转子附加电阻，使平衡点落当需下放重物时，可再增大转子附加电阻，使平衡点落于负转速区。例如图中于负转速区。例如图中d点，转子将在反方向旋转。重物点，转子将在反方向旋转。重物下降所产生的转矩是原动转矩，电磁转矩是制动转矩，下降所产生的转矩是原动转矩，电磁转矩是制动转矩，电机处于制动状态。电机处于制动状态。改变附加电阻大小可控制电机的转速改变附加电阻大小可控制电机的转速n当起重机械提升重物时，当电机处当起重机械提升重物时，当电机处于平衡状态时，将以某一转速于平衡状态时，将以某一转速a点点稳稳速运行。改变转子附加电阻可控制速运行。改变转子附加电阻可控制提升速度，如提升
22、速度，如b点所示。点所示。n正接反转制动（倒拉反转运行）正接反转制动（倒拉反转运行）120倒拉反转运行倒拉反转运行ABCSN4 4、回馈制动（发电机制动）、回馈制动（发电机制动）n例例如如，当当电电车车下下坡坡时时，重重力力的的作作用用将将使使车车速速增增大大。一一旦旦转转速速n nn1n1，电电机机就就由由原原来来的的电电动动机机状状态态变变为为发发电电机机状状态态运运行行，这这时时电电机机的的有有功功电电流流和和电电磁磁转转矩矩方方向向都都将将倒倒转转，从从而而制制止止了了转转速速进进一一步步增增加加，起起到到了了制制动动作作用用。由由于于电电流流方方向向倒转，电功率回送到电网，故称为回馈
23、制动。倒转，电功率回送到电网，故称为回馈制动。n情情况况：起起重重设设备备在在负负载载降降落落时时，如如高高速速，则则发发电电制制动动，以以限制下降速度。限制下降速度。与直流电动机类似，异步电动机的回馈制动包括正向回馈与直流电动机类似，异步电动机的回馈制动包括正向回馈（第（第IIII象限）象限）和反向回馈和反向回馈（第（第IVIV象限象限 ）制动运行。电机处制动运行。电机处于异步发电状态，将系统减小的动能转变为电能送入交流于异步发电状态，将系统减小的动能转变为电能送入交流电网。电网。三相异步电机的四象限运行三相异步电机的四象限运行IIIIIIIV正向电动运行正向电动运行反向电动运行反向电动运行
24、反接制动过程反接制动过程能耗制动过能耗制动过程程正向回馈制动正向回馈制动反向回馈制动运行反向回馈制动运行倒拉反转运行倒拉反转运行能耗制动运行能耗制动运行n三相异步电动机各种运行状态实现条件三相异步电动机各种运行状态实现条件 运行状运行状态态电电源条件源条件负载负载条件条件反向反向电动电动运行运行电电源相序源相序为负为负序序反抗性反抗性负载负载能耗制能耗制动过动过程程切交通直切交通直反抗性反抗性负载负载能耗制能耗制动动运行运行切交通直切交通直位能性位能性负载负载反接制反接制动过动过程程改改变电变电源相序源相序倒拉反倒拉反转转运行运行电电源不源不变变转转子串入子串入较较大大电电阻，拖阻，拖动动位位
25、能性能性负载负载正向回正向回馈馈制制动过动过程程拖拖动动反抗性反抗性负载负载反向回反向回馈馈制制动动运行运行电电源相序源相序为负为负序序拖拖动动位能性位能性负载负载转子串电阻，拖动反抗性负转子串电阻，拖动反抗性负载，且在载，且在 时时电源相序不变，电机转速电源相序不变，电机转速高于同步转速高于同步转速小结小结n鼠笼式异步电动机起动性能较差，起动电流很大，鼠笼式异步电动机起动性能较差，起动电流很大，而起动转矩不大。电机起动方式取决于供电系统而起动转矩不大。电机起动方式取决于供电系统的容量、负载的要求和电机的性能。的容量、负载的要求和电机的性能。n在不允许全压起动时，常用降压起动方法，有自在不允许全压起动时，常用降压起动方法，有自耦变压器降压、星形一三角形换接开关降压等。耦变压器降压、星形一三角形换接开关降压等。n当电机容量较大，起动要求较高时，选用线绕转当电机容量较大，起动要求较高时，选用线绕转子异步电动机。子异步电动机。n异步电动机的制动有：能耗、反接、倒拉反转、异步电动机的制动有：能耗、反接、倒拉反转、回馈回馈