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1、异步电机拖动自动化异步电机拖动自动化6.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性1.电磁转矩公式电磁转矩公式电磁转矩两种表达式转子边功率因数机械特性实用表达式：额定电磁转矩额定电磁转矩 TmTN T=当 过载倍数过载倍数 若忽略若忽略T0，则，则 =1 s sM TmT()2TmT解实用公式方程，可得解实用公式方程，可得 根据根据 s 和和 sm 的相对大小，取的相对大小，取“”或取或取“”。由于由于 sN sm，则，则 ()2 =1 sNsmTmTNTmTN即有下面的关系即有下面的关系 Sm=sN(T T21)小结：小结：三种机械特性表达式，参数表达式、实用三种机械特性表达式，参
2、数表达式、实用公式主要用于计算。物理表达式用于定性讨论。公式主要用于计算。物理表达式用于定性讨论。【例例 3.1.1】Y132M4 型三相异步电动机带某负载型三相异步电动机带某负载运行，转速运行，转速 n=1 455 r/min，试问该电动机的负载转矩，试问该电动机的负载转矩 TL 是多少？若负载转矩是多少？若负载转矩TL=45 Nm，则电动机的转速，则电动机的转速 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=7.5 kW，n0=1 500 r/min，nN=1 440 r/min，T=2.2。由此求得由此求得 n0n n0s=0.03 1 5001455 1 50
3、0 n0nN n0sN=0.04 1 50014401 500解：解：=0.04(2.2 2.221)=0.1664 602 TN=PNnN602=Nm=49.76 Nm 7 500 1 440Tm=T TN=2.249.76 Nm=109.47 Nm 忽略忽略 T0，则，则TL=T2 sm s=T=2Tm ssm =Nm=38.32 Nm +2 109.47 0.03 0.1660.166 0.03 sm=sN(T T21)当当 TL=T2=T=45 Nm 时时=0.166 1 ()2 109.47 45 109.47 45=0.036 n=(1s)n0 =(10.036)1 500 r/m
4、in =1 446 r/minTMTs=sm 1 TMT()2OMs2.固有特性固有特性 当当 U1、f1、r2、x2 为常数时：为常数时：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，机械特性称为串电阻或电抗时，机械特性称为固有机械特性固有机械特性。1n0TnO P SNB P AH 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。量都等于额定值的状态。B点点：n=nN，s=sN，T=TN，P2=PN。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 T
5、LTN，P2PN，I1IN。(1)额定状态（额定状态（B点）点）nNTNn0TnOB 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。工作段工作段(2)起动状态（起动状态（A 点）点）对应对应 s=1，n=0 的状态。的状态。又称为堵转状态。又称为堵转状态。起动时起动时 T=Tst，I1L=Ist Tst 直接起动的能力。直接起动的能力。起动条件起动条件 Tst TL。Ist线路允许值。线路允许值。起动转矩倍数起动转矩倍数n0TnOATst KT=TstTN 异步电动机异步电动机 KT=0.9 1.3 临界转速临界转速 (3)临界状态（临界状态（
6、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 T=TmTN Y 系列三相异步电动机系列三相异步电动机 T=2 2.2 临界转差率临界转差率s smsm=sN(T T21 )3.人为特性人为特性(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三相异步电动机降压时的人为机械特性nsm0TLUNTstTmaxTn10.8UN0.64Mst0.64Mm(2)转子电阻增加时的人为特性转子电阻增加时的人为特性 根据根据 sM=r2/(x1+x2),Tm 与与 r2 无关。无关。
7、r2+Rs3Tst2sm2r2+Rs2Tst1sm1r2+Rs11 0TstTmTems n0n1smr2Rs1 Rs2Xs,Rs1Rs1 0TmTsms n0n1xs1TmSmXs,RsTm,Sm均减小，n1不变 6.2 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 1.电动机的起动指标电动机的起动指标(1)起动转矩足够大起动转矩足够大 Tst TL Tst(1.1 1.2)TL(2)起动电流不超过允许范围。起动电流不超过允许范围。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：Ist=k k1 IN=(47)IN 起动转矩小：起动转矩小：Tst=k kmTN=(1.6
8、2.2)TN 启动电流倍数启动转矩倍数 不利影响不利影响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。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。起动电流大，起动功率因数低，起动转矩小。起动电流大，起动功率因数低，起动转矩小。2.笼型异步电动机的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（PN 7.5kW）(2)电动机容量满足如下要求：电动机容量满足如下要求：IstINk1=143+电源总容量电源总容量(kVA)电动机容量电动机容量(kW)优点：设备简单，操作方便；缺点：起动电流
9、大，起动转矩不大。3.笼型异步电动机的减压起动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M33 RSS1 FUS2起动起动运行运行M3XSS1 FUS23 适用于：正常运行为适用于：正常运行为联结的电动机。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）3 UNS1 FUS2U1U2V1V2W1W2适用于：正常运行为适用于：正常运行为联结的电动机。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）3 UNS1 FUS2U1U2V1V2W1W2Y 起动起动适用于：正常运行为适用于：正常运行为联结的电动机
10、。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）起动起动S23 UNS1 FUU1U2V1V2W1W2 定子相电压比定子相电压比 U1PYU1PUN 3UN=1 3 定子相电流比定子相电流比 I1PYI1PU1PYU1P=1 3 起动电流比起动电流比IstYIstI1PY 3 I1P=13 Y 型型起动的起动电流起动的起动电流 IstY=Ist13 起动转矩比起动转矩比 TstYTstU1PYU1P=13()2TstY=Tst13 Y型型起动的起动转矩起动的起动转矩 (1)IstYImax（线路中允许的最大电流）；（线路中允许的最大电流）；(2)TstYTL。否则
11、不能采用此法。否则不能采用此法。Y 起动的使用条件起动的使用条件 (3)自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动TA3 UNS1 FUS2M3(3)自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动3 UNS1 FUS2TAM3起动起动(3)自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动TA3 UNS1 FUS2M3运行运行(3)自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动AU2变比变比 电压比电压比 UNU2=KA 定子相电流比定子相电流比 =KAI2stI1st 定子起动电流定子起动电流I1stI2stUNO定子一相绕组N1N2I1st=I2stKA=U2ZkKA=UNZkK2A=I1stK2ATstTstU2UN=1K2A
12、()2 起动转矩比起动转矩比 自耦变压器自耦变压器减压减压起动的起动电流起动的起动电流 自耦变压器自耦变压器减压减压起动的起动转矩起动的起动转矩Ist=Ist/KA2 Tst=Tst/KA2 降压比降压比 K=1/KA可调可调 QJ2 型三相自耦变压器：型三相自耦变压器：K=0.55、0.64、0.73 QJ3 型三相自耦变压器：型三相自耦变压器：K=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)TstaTL 否则不能采用此法。否则不能采用此法。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 P58 P58 表表3-13-1：降
13、压起动方法性能比较：降压起动方法性能比较3.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)深槽异步电动机深槽异步电动机 槽深槽深 h 与槽宽与槽宽 b 之比为：之比为：h/b=8 12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 起动时，起动时，f2 高，高，漏电抗大，电流的集漏电抗大，电流的集 肤效应使导条的等效肤效应使导条的等效 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 。(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
14、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，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。Rst1Rst23 M3S1 S2S(1)起动过程起动过程4.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起动 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+Rs
15、t1+Rst2n0TnOa(R22)TLT2a1a2T1切除切除 Rst2(1)起动过程起动过程b(R21)n0TnOa(R22)T2 T1a1a2TLb1b2 合上合上 S2，切除，切除 Rst2（特性（特性 b）总电阻总电阻 R21=R2+Rst14.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起动 3 M3S1 S2Rst1Rst2S切除切除 Rst1 合上合上 S1，切除，切除 Rst1（特性（特性 c）总电阻总电阻:R24.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起动 c(R2)b(R21)n0TnOa(R22)T2 T1a1a2T
16、Lb1b2c1c2(1)起动过程起动过程p3 M3S1 S2 Rst1Rst2S 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：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。5.绕线型异步电动机转子电路串联频敏变阻器起动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 6.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动M33S11.能耗制动能耗制动(1)制动原理制动
17、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 T 为制动状态。为制动状态。nUS2 RbI1FFT T(2)能耗制动时的机械特性能耗制动时的机械特性OnT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。制动电流增大时，制动电流增大时，制动转矩也增大；制动转矩也增大；产生最大转矩的转速不变。产生最大转矩的转速不变。I1I1(3)能耗制动过程能耗制动过程 迅速
18、停车迅速停车MLOnT12 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 Rb 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。(4)能耗制动运行能耗制动运行 下放重物下放重物MLOnM12a a 点点 b 点点 惯性惯性 (T0，制动开始，制动开始)bn 原点原点 O(n=0，T=0),在在
19、TL作用下作用下 n 反向增加反向增加 cc 点点(T=TL),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。转子串联电阻转子串联电阻（经验公式）（经验公式）2.反接制动反接制动(1)定子反相的反接制动定子反相的反接制动 迅速停车迅速停车3 M33 M3Rb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TLTL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
20、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 0)，制动结束。制动结束。到到 c 点时，若未切断电源，点时，若未切断电源，T 将可能反向起动。将可能反向起动。d相对切割方向改变，转子电势方向变化取决于取决于 Rb 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 R2Rb s0 PCu2=m1(R2Rb)I22 =PePm =Pe|Pm|0 Pm=(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
21、转子转子电阻电阻消耗消耗掉掉(2)转子反向的反接制动转子反向的反接制动下放重物下放重物On M 1n02bcTLad 制动原理制动原理 定子相序不变，转子定子相序不变，转子电路串联对称电阻电路串联对称电阻 Rb。a 点点 b 点点(TbTL)，惯性惯性 n c 点点(n=0，McML)在在TL 作用下作用下T 反向起动反向起动d 点点(nd0，Td=TL)制动运制动运 行状态行状态 制动效果制动效果 改变改变 Rb 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MnOf1 f1f1 f13.回馈制动回馈制动 特点：特点：|n|n0|，s0。
22、电机处于发电机状态。电机处于发电机状态。(1)调速过程中的回馈制动调速过程中的回馈制动MLabcdMnOYYYMLabcd?变频调速变极调速OnMMLn0n0(2)下放重物时的回馈制动下放重物时的回馈制动GRb T3 M3TnTLbac正向电动正向电动反接制动反接制动dn回馈制动回馈制动反向电动反向电动6.4 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=(1 s)n0 =(1 s)60 f1 p 有级调速。有级调速。无级调速。无级调速。1.电动机的调速指标电动
23、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)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=nmax nmin=ni ni1=100%n0n n0 TnOn01n02nNnND=nN nN(1)例如：例如：nN=1 430 r/min，nN=115 r/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=1 430 r/min，D=20，5%，则则 nN=3.76 r/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
24、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。输出功率相同输出功率相同 恒功率调速。恒功率调速。2.笼型异步电动机的变频调速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n0TnOn0f1fNU1L=UN n0TnOn0f1f N，=常数常数 U1f1 TLTL f1 fN E14.44 f1 kw1N1m=U14.44 f1 kw1N1为保持为保持 m=常数常数 =常数常数U1f1 因为因为 n0 f1,sM1 f1所以所以 n=n0nM=sM n0 （不变）（不变）TM=K
25、T pU12 2f1X2R2X2sM=()因为因为 TM U1 f12所以所以 TM 不变。不变。f1fNn0f1n0TnOfNTMTM=KT pU12 2f1X2R2X2sM=f1fN，U1L=UN（不变）（不变）调频时：调频时：f1 m 因为因为 n0 f1，sM1 f1所以所以 n=n0nM=sM n0(不变不变)TM1 f1 2而且：而且：f1fNn0f1n0TnOfN=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 I2N cos 2 f1fN 时时 恒转矩调速。恒转矩调速。P2=T2U1 4.44 f1 kw1N1 m=T f1 fN
26、 时时 因为因为 U1L=UN 所以所以 T=CTm I2N cos 2 1f11n1 n T n=常数常数 恒功率调速。恒功率调速。(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 。变频器变频器 优点：优点：(1)一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
27、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 120 W到到 7.5 kW）。）。(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 U1U2U3U4(a)p=2S NN SU1U2U3U4NS (b)p=13.笼型异步电动机的变极调速笼型异步电动机的变极调速(a)YY(p)(b)Y(2p)(c)(2p)定子绕组常用的接法定子绕组常用的接法 n0MnOnMUNMLML4.笼型异步电动机的变压调速笼型异步电动机的变压调速M
28、L(1)调速方向调速方向 U1(UN)n(2)调速范围调速范围 D 较小。较小。U1n0MnOnMUNU1(3)调速的平滑性调速的平滑性 若能连续调节若能连续调节U1，n 可实现无级调速。可实现无级调速。(4)调速的稳定性调速的稳定性 稳定性差。稳定性差。(5)调速的经济性调速的经济性 经济性较差。经济性较差。需要可调交流电源。需要可调交流电源。cos 1 和和 均较低。均较低。n0T n O TMR2R2+Rr5.绕线型异步电动机转子串联电阻调速绕线型异步电动机转子串联电阻调速TLM33RrKM(1)调速方向调速方向 n (2)调速范围调速范围 D 较小较小。(3)调速的平滑性调速的平滑性 取决于取决于 Rr 的调节方式。的调节方式。(4)调速的稳定性调速的稳定性 稳定性差。稳定性差。Rr 。(5)调速的经济性调速的经济性 初期投资不大，但运行效率较低。初期投资不大，但运行效率较低。The end of chapterThe end of chapter