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1、LFChun 制作 大连理工大学电气工程系第 4 章 异步电机的电力拖动4.1 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 4.3 三相异步电动机的起动 4.4 三相异步电动机的调速 4.5 三相异步电动机的制动 第 4 章 异步电机的电力拖动4.1 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 4.3 三相异步电动机的起动 4.4 三相异步电动机的调速 4.5 三相异步电动机的制动 电机与拖动返回主页大连理工大学电气工程系4.1 三相异步电动机的机械特性一、电磁转矩公式1.电磁转矩的物理公式 Pe=m2 E2 I2 cos 2E2=4.44 f1 kw2N2m T=
2、Pe060Pe2 n0=T=CTm I2 cos 2 转矩常数:p Pe 2 f1=4.44 pm2kw2N2 2 CT=第 4 章 异步电动机的电力拖动大连理工大学电气工程系m2 p2 f1=E2sE2 R22(sX2)2 R2 R22(sX2)2 2.电磁转矩的参数公式p Pe2 f1 T=m2 p2 f1=E2 I2 cos 2 m2 p2 f1=sR2E22 R22(sX2)2(4.44 f1kw2 N2m)2 m2 p2 f1=sR2 R22(sX2)2 4.44 f1kw2N2 m2 p2 f1=sR2 R22(sX2)2()U1 4.44 f1kw1N1 24.1 三相异步电动机
3、的机械特性大连理工大学电气工程系()2m22=spR2 U12 f1 R22(sX2)2 kw2N2 kw1N1令()2m22 KT=kw2N2kw1N1 T=KTspR2 U12 f1R22(sX2)2 4.1 三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系3.电磁转矩的实用公式 由=0，得 dTds 最大（临界）转矩 TM=KT pU12 2f1X2 临界转差率 R2X2sM=由此可见：T(TM)U12，sM 与 U1 无关。sMR2，TM 与 R2 无关。额定电磁转矩 最大转矩倍数 TMTNMT=4.1 三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系 若忽略 T0，则602 TN=PNn
4、NT=+2TM sMs ssM整理上面各式，得=1 s sM TMT()2 TMT4.1 三相异步电动机的机械特性解上述方程，可得|s|sM|时取负号。大连理工大学电气工程系 当 T=TN 时，则=ssM4.1 三相异步电动机的机械特性(MT MT21)大连理工大学电气工程系【例 4.1.1】Y132M4 型三相异步电动机带某负载运行，转速 n=1 455 r/min，试问该电动机的负载转矩 TL 是多少？若负载转矩 TL=45 Nm，则电动机的转速 n 是多少？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，MT=2.2。由此求得 n0
5、n n0s=0.03 1 500 1455 1 500 n0nN n0sN=0.04 1 500 14401 5004.1 三相异步电动机的机械特性解：大连理工大学电气工程系sM=sN(MT MT21)=0.04(2.2 2.221)=0.166 602 TN=PNnN602=Nm=49.76 Nm 7 500 1 440TM=MT TN=2.249.76 Nm=109.47 Nm 4.1 三相异步电动机的机械特性忽略 T0，则 TL=T2 sM s=T=2TM ssM=Nm=38.32 Nm+2 109.47 0.03 0.1660.166 0.03 大连理工大学电气工程系当 TL=T2=T
6、=45 Nm 时=0.166 1()2 109.47 45 109.47 454.1 三相异步电动机的机械特性=0.036 n=(1s)n0=(10.036)1 500 r/min=1 446 r/minTMTs=sM 1 TMT()2大连理工大学电气工程系OTs二、固有特性 当 U1、f1、R2、X2=常数时：T=f(s)转矩特性 n=f(T)机械特性 当 U1L=U1N、f1=fN，且绕线型转子中不外串电阻或电抗时的特性称为固有特性。1n0TnO M SNN M S4.1 三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系 额定状态是指各个物理 量都等于额定值的状态。N点：n=nN，s=sN，
7、T=TN，P2=PN。额定状态说明了电动机 长期运行的能力 TLTN，P2 PN，I1 IN。1.额定状态（N点）nNTNn0TnON sN=0.01 0.09 很小，T 增加时，n 下降很少 硬特性。工作段4.1 三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系 临界转速 2.临界状态（M 点）n0nTOM 对应 s=sM，T=TM 的状态。nMTM 临界状态明了电动机的 短时过载能力。过载倍数MT=TMTN Y 系列三相异步电动机 MT=2 2.24.1 三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系3.堵转状态（S 点）对应 s=1，n=0 的状态。又称为起动状态。堵转状态说明了电动机直接
8、 起动的能力。起动条件(1)TS(1.1 1.2)TL。(2)IS允许值。起动转矩倍数n0TnOSTS ST=TSTN 起动电流倍数 SC=ISIN Y 系列三相 异步电动机 ST=1.6 2.2 SC=5.5 7.04.1 三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系【例 4.1.2】一台Y225M2 型三相异步电动机，若 TL=200 Nm，试问能否带此负载：(1)长期运行；(2)短时运行；(3)直接起动（设 Is 在允许范围内）。解：查电工手册得知该电机的 PN=45 kW，nN=2 970 r/min，MT=2.2，ST=2.0。(1)电动机的额定转矩 602 TN=PNnN6023
9、.14=Nm=145 Nm451032 970由于 TNTL，故不能带此负载长期运行。4.1 三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系(2)电动机的最大转矩 TM=MT TN=2.2145 Nm=319 Nm由于 TMTL，故可以带此负载短时运行。(3)电动机的起动转矩 TST=STTN=2.0145 Nm=290 Nm由于 TSTTL，且超过 1.1 倍 TL，故可以带此负载直接起动。4.1 三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系U1U1三、人为特性1.降低定子电压时的人为特性sMTsOU1U1U1U1sMnTOU1U1SM 与U1无关 T 正比于 U124.1 三相异步电动机
10、的机械特性大连理工大学电气工程系2.增加转子电阻时的人为特性sM 正比于 R2，TM 与 R2 无关。4.1 三相异步电动机的机械特性TMTsOR2 R2R2 R2nTOTMR2 R2R2 R2大连理工大学电气工程系R2=X2TsOTMsM1 sM=1 sM1R2X2R2X2R2 R2 当 R2X2 时，sM1，R2TST。当 R2=X2 时，sM=1，TS=TM。当 R2X2 时，sM1，R2TST。R2增加后，TST大小则与R2 和 X2的相对大小有关。4.1 三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系3.改变定子频率时的人为特性(1)f1 fN E14.44 f1 kw1N1m=U1
11、4.44 f1 kw1N1为保持 m=常数=常数U1f1 因为 n0 f1,sM1 f1所以 n=n0nM=sM n0（不变）TM=KT pU12 2f1X2R2X2sM=()因为 TM U1 f12所以 TM 不变。4.1 三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系f1fNn0f1n0TnOfNTMTM=KT pU12 2f1X2R2X2sM=(2)f1fN，U1=UN（不变）调频时：f1 m 因为 n0 f1，sM1 f1所以 n=n0nM=sM n0(不变)TM1 f1 2而且：f1fNn0f1n0TnOfN4.1 三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系4.改变磁极对数时的人
12、为特性U1U2U3U4(a)p=2S NN SU1U2U3U4NS(b)p=14.1 三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系Y(2p)YY(p)(2p)定子绕组常用的接法 4.1 三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系1.Y YY变极(1)2pp，n0 2n0。(2)N1N1/2，KT4KT。(3)sM 不变，U1不变。(4)n=n0nM=sM n0 2sMn0。(5)TM(TS)2TM(TS)。KT=()2m22 kw2N2 kw1N1 TM=KT pU12 2f1X2n0TnOYYY0.5n04.1 三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系2.YY变极(1)2p p，
13、n0 2n0。(2)N1N1/2，KT4KT。(3)sM 不变，U1 U1/3。n0TnOYY0.5n0(4)n=n0nM=sM n0 2sMn0。(5)TM(TT)2/3TM(TT)。KT=()2m22 kw2N2 kw1N1 TM=KT pU12 2f1X24.1 三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系 4.2 电力拖动系统的稳定运行 一、负载的机械特性 n=f(TL)转速和转矩的参考方向：OTLn+TLTL1.恒转矩负载特性(1)反抗性恒转矩负载 nT(T2)TL(T0)由摩擦力产生的。当 n0，TL0。当 n 0，TL0。如机床平移机构、压延设备等。第 4 章 异步电动机的电力
14、拖动大连理工大学电气工程系OTLnOTLn(2)位能性恒转矩负载 由重力作用产生的。当 n0，TL0。当 n 0，TL0。如起重机的提升机构 和矿井卷扬机等。2.恒功率负载特性 TL n=常数。如机床的主轴系统等。TL1n4.2 电力拖动系统稳定运行大连理工大学电气工程系3.通风机负载特性 OTLn TLn2 TL 的方向始终与 n 的方向相反。如通风机、水泵、油泵等。实际的通风机负载OTLnT0TL=T0k n2实际的机床平移机构OTLn4.2 电力拖动系统稳定运行大连理工大学电气工程系二、稳定运行条件工作点：在电动机的机械特性与负载的机械特性的交点上。稳定运行:即：TTL=0运动方程:TT
15、L=Jdd tTTL 0 加速TTL 0减速n=常数过渡过程:4.2 电力拖动系统稳定运行大连理工大学电气工程系n0TnOTLab 干扰使 TL a 点:TTL n T a a点。a 点。n T 干扰过后 TTL T=TL 4.2 电力拖动系统稳定运行大连理工大学电气工程系n0TnOTLaba 干扰使 TL a 点:TTL n T a点。干扰过后 TTL n T T=TL a 点。干扰使 TL n TTLT a 点。T=TL干扰过后 TTL n T T=TL a 点。4.2 电力拖动系统稳定运行大连理工大学电气工程系n0TnOabTLb 点:干扰使 TL n n=0 堵转。T n TTL干扰过
16、后 T TL，不能运行。b4.2 电力拖动系统稳定运行大连理工大学电气工程系n0TnOabTLb 点:干扰使 TL n T n n=0 堵转。TTL干扰过后 T TL，不能运行。干扰使 TL n TTLT b 点。n b干扰过后 TTL n T a 点。4.2 电力拖动系统稳定运行大连理工大学电气工程系 稳定运行的充分条件:dTdndTLdnn0TnOabTL 稳定运行点 不稳定 运行点 4.2 电力拖动系统稳定运行大连理工大学电气工程系n0TnO 电动机的自适应负载能力 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。自适应负载能力是电动机区别于其他动力机械的重要特点。
17、如:柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载。a 点TL 新的平衡 TL a点aaTTL0n I2 T I1P1 4.2 电力拖动系统稳定运行大连理工大学电气工程系 4.3 三相异步电动机的起动 一、电动机的起动指标1.起动转矩足够大 TST TL TST(1.1 1.2)TL2.起动电流不超过允许范围。异步电动机的实际起动情况 起动电流大：IST=SCIN=(5.57)IN 起动转矩小：TST=StTN=(1.62.2)TN 第 4 章 异步电动机的电力拖动大连理工大学电气工程系 不利影响(1)大的 IST使电网电压降低，影响自身及其他负载 工作。(2)频繁起动时造成热量积
18、累，易使电动机过热。二、笼型异步电动机的直接起动1.小容量的电动机（PN 7.5kW）2.电动机容量满足如下要求：ISTINSC=143+电源总容量(kVA)电动机容量(kW)4.3 三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系三、笼型异步电动机的减压起动1.定子串联电阻或电抗减压起动M33 RSQ1 FUQ2起动运行M3XSQ1 FUQ23 4.3 三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系适用于：正常运行为形联结的电动机。2.星形三角形减压起动（Y 起动）3 UNQ1 FUQ2U1U2V1V2W1W24.3 三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系适用于：正常运行为形联结的电动机。2
19、.星形三角形减压起动（Y 起动）3 UNQ1 FUQ2U1U2V1V2W1W2Y 起动4.3 三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系适用于：正常运行为形联结的电动机。2.星形三角形减压起动（Y 起动）起动Q23 UNQ1 FUU1U2V1V2W1W2 定子相电压比 U1PYU1PUN 3UN=1 3 定子相电流比 I1PYI1PU1PYU1P=1 3 起动电流比ISTYISTI1PY 3 I1P=134.3 三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系 电源电流比 起动转矩比 TSTYTSTU1PYU1P=13()24.3 三相异步电动机的起动 IYIISTYIST=13大连理工大学电气
20、工程系(2)ISTYImax（线路中允许的最大电流）。(3)TSTY(1.1 1.2)TL。Y 起动的使用条件 4.3 三相异步电动机的起动(1)正常运行时应采用 形连接的电动机。【例 4.3.1】三相异步电动机，电源电压=380V，三相定子绕组 接法运行，额定电流IN=20A，启动电流Ist/IN=7，求：（1）接法时的启动电流Ist（2）若启动时改为Y接法，求 Ist Y（1）Ist=7 IN=7 20=140A解：（2）Ist Y=Ist/3=140/3=47A大连理工大学电气工程系3.自耦变压器减压起动TA3 UNQ1 FUQ2M34.3 三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系3
21、.自耦变压器减压起动3 UNQ1 FUQ2TAM3起动4.3 三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系3.自耦变压器减压起动TA3 UNQ1 FUQ2M3运行4.3 三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系3.自耦变压器减压起动3 UNQ1 FUQ2TAM3起动U降压比 定子线电压比 U1LaU1LbUUN=KA 定子相电压比 U1PaU1Pb=KAU1LaU1Lb 定子相电流比 I1PaI1Pb=KAU1PaU1Pb4.3 三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系3.自耦变压器减压起动TAM33 UNQ1 FUQ2起动ISTaKAISTa 起动电流比ISTaISTbI1PaI1P
22、b=KA 电源电流比IaIb KAISTa ISTb=KA2 起动转矩比=KA2 TSTaTSTbU1PaU1Pb=()24.3 三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系 降压比 KA 可调 QJ2 型三相自耦变压器：KA=0.55、0.64、0.73 QJ3 型三相自耦变压器：KA=0.4、0.6、0.8 4.3 三相异步电动机的起动(1)ISTaImax（线路中允许的最大电流）(2)TSTa(1.1 1.2)TL 自耦变压器减压起动的使用条件 4.延边三角形换接降压启动优点：延边三角形启动可以获得比“星形三角形”启动更大的启动转矩，而且设备简单，只需一转换开关。缺点：定子绕组的抽头较多
23、。大连理工大学电气工程系【例 4.3.2】一台 Y250M6 型三相笼型异步电动机，UN=380 V，联结，PN=37 kW，nN=985 r/min，IN=72 A，ST=1.8，SC=6.5。如果要求电动机起动时，起动转矩必须大于 250 Nm，从电源取用的电流必须小于 360A。试问：(1)能否直接起动？(2)能否采用 Y 起动？(3)能否采用 KA=0.8 的自耦变压器起动？解：(1)能否直接起动602 TN=PN nN=Nm=359 Nm 6023.1437103985直接起动时起动转矩和起动电流为 TST=ST TN=1.8359 Nm=646 Nm IST=SC IN=6.572
24、 A=468 A4.3 三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系 虽然 TST250 Nm，但是 IST 360 A，所以 不能采用直接起动。(2)能否采用 Y 起动 TSTY=TST13=646 Nm=215 Nm13ISTY=IST13=468 A=156 A13 虽然 ISTY360 A，但是 TSTY250 Nm，所以 不能采用 Y 起动。(3)能否采用 KA=0.8 的自耦变压器起动 TSTa=KA2TST=0.82646 Nm=413 Nm ISTa=KA2IST=0.82468 A=300 A4.3 三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系 由于 TSTa 250 Nm，
25、而且 ISTa360 A，所以 能采用 KA=0.8 的自耦变压器起动。4.3 三相异步电动机的起动 1)解:【例 4.3.3】一台Y225M-4型的三相异步电动机，定子绕组型联结，其额定数据为：PN=45kW,nN=1480r/min，UN=380V,N=92.3%,cos N=0.88,KC=7.0,Ks=1.9,KM=2.2求：1)额定电流IN?2)额定转差率sN?3)额定转矩TN、最大转矩TM 和起动转矩TS。4.3 三相异步电动机的起动 2）由nN=1480r/min，可知 p=2（四极电动机）3）4.3 三相异步电动机的起动2023/5/14大连理工大学电气工程系57【例 4.3.
26、4】在上例中如果负载转矩为 510.2N m,试问:（1）在U=UN 和U=0.9UN两种情况下电动机能否起动？（2）采用Y-换接起动时，求起动电流和起动转矩。（3）当负载转矩为额定转矩的80%和50%时，电动机能否 Y-换接起动？解：(1)在U=UN时 TS=551.8 N m 510.2 Nm 在U=0.9UN 时能起动不能起动4.3 三相异步电动机的起动2023/5/14大连理工大学电气工程系58（3）在80%额定负载时:在50%额定负载时:（2）Ist=KCIN=7 84.2=589.4 A不能起动能起动4.3 三相异步电动机的起动大连理工大学电气工程系5.软起动器起动UNtstuOU
27、0ILitOIRts限压起动模式的起动过程限流起动模式的起动过程4.3 三相异步电动机的起动 M33 Q 软起动器大连理工大学电气工程系四、绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动 1.无级起动3 Q定子电刷滑环起动变阻器转子4.3 三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系n0TnOT1 TNTM nNnM1NnM2M1ab cdM2由几何关系求得起动变阻器的最大值为R2=sN U2N3 I2N由铭牌数据求得转子每相绕组电阻的公式为RST=(1)TNsN T1R24.3 三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系RST1RST23 M3Q1 Q2Q(1)起动过程分析串联 RST1 和 RST
28、2 起动（特性 a）总电阻 R22=R2+RST1+RST2n0TnOa(R22)TLT2a1a2T1切除 RST24.3 三相异步电动机的起动 2.有级起动大连理工大学电气工程系b(R21)n0TnOa(R22)T2 T1a1a2TLb1b2 合上 Q2，切除 RST2（特性 b）总电阻 R21=R2+RST13 M3Q1 Q2RST1RST2Q切除 RST14.3 三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系 合上 Q1，切除 RST1（特性 c）总电阻:R20R2 c(R20)b(R21)n0TnOa(R22)T2 T1a1a2TLb1b2c1c2p3 M3Q1 Q2 RST1RST2Q
29、4.3 三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系(2)起动电阻的计算 选择 T1 和 T2 起动转矩：T1=(0.8 0.9)TM 切换转矩：T2=(1.1 1.2)TL 求出起切转矩比=T1T2 确定起动级数 m 根据相似三角形的几何关系来推导。4.3 三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系T1 n0 nc1TM n0 nMc=sc1sMcc(R2)b(R21)n0TnOa(R22)T2 T1a1a2TLb1b2c1c2pT2 n0 nc2TM n0 nMc=sc2sMc同理可得：T1TM=sa1sMa=sb1sMb=sc1sMcT2TM=sa2sMa=sb2sMb=sc2sMc因
30、为 sa2=sb1，sb2=sc1 sM R2=T1T2=sMasMb=R22R21所以=T1T2=sMbsMc=R21R24.3 三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系因此有下面的关系 R21=R2 R22=R21=2R2对于 m 级起动，有 R2m=mR2式中 R2m=R2RST1RST2 RSTm 于是得到下式：=R2m R2 m因为 sMcsMasc1=sa1=R2R22=1R2R224.3 三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系对于 m 级起动，则有 sc1=R2R2m在固有特性 c 上，有关系 T1TN=sc1sN=TN sNT1 m因此可得=R2m R2 mm=TNs
31、NT1 lg lg 重新计算，校验是否在规定范围内。4.3 三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系 求出各级起动电阻RSTi=(i i-1)R24.3 三相异步电动机的起动 i=1,2,3大连理工大学电气工程系【例 4.3.5】JR414 型三相绕线型异步电动机拖动某生产机械。已知电动机的 PN=40 kW，nN=1 435 r/min，MT=2.6，U2N=290 V，I2N=86 A。已知起动时的负载转矩 TL=200 Nm，采用转子电路串电阻起动。起动级数初步定为三级。求各级应串联的起动电阻。解：(1)选择起动转矩 T1 602 TN=PN nN=Nm=266.32 Nm 6023
32、.14401031 435 TM=MT TN=2.6266.32 Nm=692.43 Nm T1=(0.8 0.9)TM=(553.94 623.19)Nm取 T1=580 Nm4.3 三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系(2)求出起切转矩比(3)求出切换转矩 T2T2=T1=Nm=263.64 Nm 580 2.2由于 T2 1.1TL，所以所选 m 和 合适。(4)求出转子每相绕组电阻 R2=2.2 266.32 0.043 3580 3 n0 nN n0sN=1 500 1 435 1 500=0.043 3=TN sNT1 m4.3 三相异步电动机的起动 R2=sN U2N 3
33、 I2N=0.084 4 0.043 3290 1.73286大连理工大学电气工程系4.3 三相异步电动机的起动(5)求出各级起动电阻 RST1=(1)R2=(2.21)0.084 4=0.1 RST2=(2)R2=(2.222.2)0.084 4=0.22 RST3=(3 2)R2=(2.23 2.22)0.084 4=0.49 大连理工大学电气工程系 频敏变阻器 频率高：损耗大，电阻大。频率低：损耗小，电阻小。转子电路起动时 f2 高，电阻大，TST 大，IST 小。转子电路正常运行时 f2 低，电阻小，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 频敏变阻器 4.3 三
34、相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系六、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 槽深 h 与槽宽 b 之比为：h/b=8 12漏电抗小漏电抗大增大电流密度 起动时，f2 高，漏电抗大，电流的集 肤效应使导条的等效 面积减小，即 R2，使 TST。运行时，f2 很低，漏电抗很小，集肤效 应消失，R2。4.3 三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系2.双笼型异步电动机电阻大漏抗小电阻小漏抗大上笼（外笼）下笼（内笼）起动时，f2 高，漏抗大，起主要作用，I2 主要集中在外笼，外笼 R2 大 TST 大。外笼 起动笼。运行时，f2 很低，漏抗很小，R2 起主要作用，I2 主要
35、集中在内笼。内笼 工作笼。4.3 三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系4.4 三相异步电动机的调速1.改变磁极对数 p2.改变转差率 s 3.改变电源频率 f1(变频调速)调速方法：n=(1 s)n0=(1 s)60 f1 p 有级调速。无级调速。第 4 章 异步电动机的电力拖动大连理工大学电气工程系一、电动机的调速指标1.调速范围2.调速方向3.调速的平滑性 平滑系数4.调速的稳定性 静差率 D、nN 的关系(nN=nmax)D=nmax nmin=ni ni1=100%n0n n0 TnOn01n02nNnND=nN nN(1)4.4 三相异步电动机的调速 大连理工大学电气工程系例
36、如：nN=1 430 r/min，nN=115 r/min，要求30%、则 D=5.3。要求20%、则 D=3.1。再如：nN=1 430 r/min，D=20，5%，则 nN=3.76 r/min。5.调速的经济性6.调速时的允许负载 不同转速下满载运行时：输出转矩相同 恒转矩调速。输出功率相同 恒功率调速。4.4 三相异步电动机的调速 大连理工大学电气工程系二、笼型异步电动机的变频调速 U、f 可 变M33整流电路逆变电路50 Hz控制电路 直 流n0TnOn0f1fNU1L=UN n0TnOn0f1f N，=常数 U1f1 TLTL4.4 三相异步电动机的调速 大连理工大学电气工程系 1
37、.调速方向 f1fN 时：n。2.调速范围 D 较大。3.调速的平滑性 平滑性好（无级调速）。4.调速的稳定性 稳定性好。5.调速的经济性 初期投资大；运行费用不大。6.调速时的允许负载f1fN 时：n。4.4 三相异步电动机的调速 大连理工大学电气工程系4.4 三相异步电动机的调速=常数 U1f1 因为 m 基本不变，基本不变。所以 T=CTm I2N cos 2(1)f1fN 时 恒转矩调速。P2=T2U1 4.44 f1 kw1N1 m=T(2)f1 fN 时 因为 U1L=UN 所以 T=CTm I2N cos 2 1f11n1 n T n=常数 恒功率调速。大连理工大学电气工程系 变
38、频器 4.4 三相异步电动机的调速 大连理工大学电气工程系4.4 三相异步电动机的调速 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。(2)变速驱动，输出功率范围宽（如从 120 W7.5 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。(4)高起动转矩。电机变频器一体化产品 大连理工大学电气工程系【例 4.4.1】某三相笼型异步电动机，PN=15 kW，UN=380 V，形联结，nN=2 930 r/min，fN=50 Hz，MT=2.2。拖动一恒转矩负载运行，T=40 Nm。求：(1)f1=50 Hz，U1=UN 时的转速；(2)f1=40 Hz，U1=0.
39、8UN 时的转速；(3)f1=60 Hz，U1=UN 时的转速。解：(1)602 TN=PN nN=Nm=48.91 Nm 6023.14151032 930TM=MT TN=2.248.91 Nm=107.61 Nm n0 nN n0sN=3 000 2 930 3 000=0.023 3 4.4 三相异步电动机的调速 大连理工大学电气工程系 n=(1s)n0=(10.018 7)3 000 r/min=2 944 r/min(2)sM=sN/(MT MT21)=0.023 3/(2.2 2.221)=0.096 9=0.0969 1=0.018 7()2107.6140107.6140 U
40、1 f1成比例减小时，TM 不变，sM 与f1 成反比，故 TM=TM=107.61 Nm s=sM 1 TMT()2 TMT4.4 三相异步电动机的调速 大连理工大学电气工程系sM=sM f1 f1=0.096 9=0.121 50 40 n=(1s)n0=(10.023 3)2 400 r/min=2 344 r/min=0.121 1=0.023 3()2107.6140107.6140s=sM 1()2TMTTMTn0=60 f1 p=r/min=2 400 r/min 604014.4 三相异步电动机的调速 大连理工大学电气工程系(3)f1增加，U1 不变时，sM。1 f1TM,1
41、f12=107.61 Nm=74.73 Nm 50 602=0.096 9=0.080 75 50 60=r/min=3 600 r/min 606014.4 三相异步电动机的调速 s=sM 1()2 TMT TM T=0.023 4 n0=60 f 1 p n=(1s)n0=(10.023 4)3 600 r/min=3 516 r/min TM=TM f1 f 12sM=sM f1 f 1大连理工大学电气工程系TL三、笼型异步电动机的变极调速n0TnOYYY0.5n0n0TnOYY0.5n0TL1.调速方向 Y()YY：n YYY()：n 2.调速范围 D=2 44.4 三相异步电动机的调
42、速 3.调速的平滑性 平滑性差。4.调速的稳定性 稳定性好。大连理工大学电气工程系 静差率：5.调速的经济性 经济性好。6.调速时的允许负载 YYY 满载输出功率：满载输出转矩：(基本不变）=100%n0n n0 n n0=P2=3 UN IN cos 1 T2=P2=，12 INYINYY因为=12 Y YY4.4 三相异步电动机的调速 恒转矩调速。大连理工大学电气工程系如果 cos 1、不变，则=12 P2Y P2YY=1 T2Y T2YY（恒转矩调速）(2)YY 因为=3 IPN 2 IPN IN INYY=3 2=12 YY 如果cos 1、不变，则 P2 P2YY=3 2 1（恒功率
43、调速）T2 T2YY=2=1.732 3 2 4.4 三相异步电动机的调速（近似）恒功率调速。大连理工大学电气工程系【例 4.4.2】某三相多速电动机，PN=2.2/3.8 kW，nN=1 440/2 880 r/min，MT=2.0/2.0。拖动TL=10 Nm 的 恒转矩负载。求在两种不同磁极对数时的转速。解：(1)p=2 时 n0 nN n0sN=1 500 1 440 1 500=0.04 4.4 三相异步电动机的调速 602 TN=PN nN=Nm=14.6 Nm 6023.14 2.2103 1 440TM=MT TN=214.6 Nm=29.2 Nm大连理工大学电气工程系 n=(
44、1s)n0=(10.026 3)1 500 r/min=1 460.55 r/min(2)p=1 时 sM=sN/(MT MT21)=0.04/(2 221)=0.149=0.149 1=0.026 3()229.21029.210s=sM 1 TMT()2 TMT4.4 三相异步电动机的调速 n0 nN nNsN=3 000 2 880 3 000=0.04 大连理工大学电气工程系4.4 三相异步电动机的调速 602 TN=PN nN=Nm=12.61 Nm 6023.14 3.8103 2 880TM=MT TN=212.61 Nm=25.22 Nm n=(1s)n0=(10.030 8)
45、3 000 r/min=2 907.6 r/min=0.149 1=0.030 8()225.221025.2210s=sM 1 TMT()2 TMT大连理工大学电气工程系n0TnOnMUNTLTL四、笼型异步电动机的变压调速TL1.调速方向 U1(UN)n2.调速范围 D 较小。U1n0TnOnMUNU14.4 三相异步电动机的调速 3.调速的平滑性 若能连续调节U1，n 可实现无级调速。大连理工大学电气工程系4.调速的稳定性 稳定性差。5.调速的经济性 经济性较差。(1)需要可调交流电源。(2)cos 1 和 均较低。6.调速时的允许负载 既非恒转矩调速，又非恒功率调速。因为 T U1P2
46、所以 U1 T(n)P2 4.4 三相异步电动机的调速 大连理工大学电气工程系【例 4.4.3】三相笼型异步电动机，PN=15 kW，UN=380 V，nN=960 r/min，MT=2。试求：(1)U1=380V，TL=120 Nm 时的转速；(2)U1=300V，TL=100 Nm 时的转速。解：(1)U1=380V，TL=120 Nm 时 n0 nN n0sN=1 000 960 1 000=0.04 4.4 三相异步电动机的调速 602 TN=PN nN=Nm=149.28 Nm 6023.1415103960TM=MT TN=2149.28 Nm=298.56 Nm大连理工大学电气工
47、程系 n=(1s)n0=(10.031)1 000 r/min=969 r/minsM=sN(MT MT21)=0.04(2 221)=0.149=0.149 1=0.031()2 298.56 120 298.56 120s=sM 1 TMT()2 TMT4.4 三相异步电动机的调速 大连理工大学电气工程系 n=(1s)n0=(10.044)1 000 r/min=956 r/min=0.149 1=0.044()21861001861004.4 三相异步电动机的调速(2)U1=300V，TL=100 Nm 时 sM 不变，Tm U12，故 sM=0.149TM=298.56 Nm=186
48、Nm 300 3802s=sM 1 TMT()2 TMT大连理工大学电气工程系n0T n O TMR2R2+Rr五、绕线型异步电动机转子串联电阻调速TLM33RrKM1.调速方向 n 2.调速范围 D 较小。4.4 三相异步电动机的调速 大连理工大学电气工程系m不变，3.调速的平滑性 取决于 Rr 的调节方式。4.调速的稳定性 稳定性差。Rr。5.调速的经济性 初期投资不大，但运行效率较低。6.调速时的允许负载因为 调速前后 U1、f1 不变，4.4 三相异步电动机的调速 I2N=sNE2 R22(sNX2)2=E2(sNX2)2 R2 2 sN 调速前 恒转矩调速。大连理工大学电气工程系调速
49、后可见调速前调速后4.4 三相异步电动机的调速 I2N=sE2(R2Rr)2(sX2)2=E2 X22 R2Rr 2 s R2Rr sR2 sN=cos 2=R2 R22(sNX2)2=R2/sN X22 R2 2 sN cos 2=R2Rr(R2Rr)2(sX2)2 大连理工大学电气工程系4.4 三相异步电动机的调速 cos 2=R2 Rr(R2Rr)2(sX2)2=(R2Rr)/s X22 R2Rr 2 s=R2/sN X22 R2 2 sN 可见，调速前后 cos 2 不变，根据 T=CTm I2 cos 2可知调速时允许的转矩不变，为恒转矩调速。大连理工大学电气工程系【例 4.4.4】
50、一台三相绕线型异步电动机，拖动一恒转矩负载运行。已知 PN=20 kW，nN=1 420 r/min，U2N=187 V，I2N=68.5 A，MT=2.3，TL=100 Nm。试求：(1)转子电路未串电阻时的转速；(2)转子电路串联电阻 Rr=0.015 9 时的转速。解：(1)转子电路未串联电阻时 n0 nN n0sN=1 500 1 420 1 500=0.053 3 4.4 三相异步电动机的调速 602 TN=PN nN=Nm=134.57 Nm 6023.14201031 420TM=MT TN=2.3134.57 Nm=309.5 Nm大连理工大学电气工程系 n=(1s)n0=(1