异步电机的电力拖动.ppt

电气工程与自动化系 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 第第 4 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 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 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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 cos2 E2 = 4.44 f1 kw2N2m T = Pe 0 60Pe 2n0 = T = CTm I2 cos2 转矩常数: p Pe 2 f1 = 4.44 pm2kw2N2 2 CT = 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 m2 p 2 f1 = E2 sE2 R22(sX2)2 R2 R22(sX2)2 2. 电磁转矩的参数公式 p Pe 2 f1 T = m2 p 2 f1 = E2 I2 cos2 m2 p 2 f1 = sR2E22 R22(sX2)2 (4.44 f1kw2 N2m)2 m2 p 2 f1 = sR2 R22(sX2)2 4.44 f1kw2N2 m2 p 2 f1 = sR2 R22(sX2)2 () U1 4.44 f1kw1N1 2 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 ( ) 2 m2 2 = spR2 U12 f1 R22(sX2)2 kw2N2 kw1N1 令 ( ) 2 m2 2 KT = kw2N2 kw1N1 T = KT spR2 U12 f1R22(sX2)2 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 3. 电磁转矩的实用公式 由= 0， 得 dT ds 最大（临界）转矩 TM = KT pU12 2f1X2 临界转差率 R2 X2 sM = 由此可见： T (TM) U12 ， sM 与 U1 无关。 sMR2 ， TM 与 R2 无关。 sM ，TM TM 额定电磁转矩 最大转矩倍数 TM TN MT = 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 T = + 2TM sM s s sM 整理上面各式，得 = 1 s sM TM T ( ) 2 TM T 解上述方程，可得 |s | |sM| 时取正号。 若忽略 T0，则 60 2 TN = PN nN 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 当 T=TN 时，则 = sN sM (MT MT21 ) 转矩实用公式的线性化表达式 . 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 【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 n0n n0 s = = 0.03 1 5001455 1 500 n0nN n0 sN = = 0.04 1 5001440 1 500 解： 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 sM = sN / (MT MT21 ) = 0.04 / ( 2.2 2.221 ) = 0.166 60 2 TN = PN nN 60 2 = Nm = 49.76 Nm 7 500 1 440 TM = MT TN= 2.249.76 Nm = 109.47 Nm 忽略 T0，则 TL = T2 sM s = T = 2TM s sM = Nm = 38.32 Nm + 2 109.47 0.03 0.166 0.166 0.03 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 当 TL = T2 = T = 45 Nm 时 = 0.166 1 ( )2 109.47 45 109.47 45 = 0.036 n = ( 1s ) n0 = ( 10.036 )1 500 r/min = 1 446 r/min TM T s = sM 1 TM T ( ) 2 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 大连理工大学电气工程系 O T s 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。 1 n0 T n O M S N N M S 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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 ， 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） nN TN n0 T n O N sN = 0.01 0.09 很小， T 增加时，n 下降很少 硬特性。 工作段 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 临界转速 2. 临界状态（M 点） n0 n T O M 对应 s = sM，T = TM 的状态。 nM TM 临界状态明了电动机的 短时过载能力。 过载倍数 MT = TM TN Y 系列三相异步电动机 MT = 2 2.2 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 大连理工大学电气工程系 3.起动(堵转)状态（ S 点） 对应 s = 1，n = 0 的状态。 又称为起动状态。 起动状态说明了电动机直接 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 n0 T n O S TS ST = TS TN 起动电流倍数 SC = IS IN Y 系列三相 异步电动机 ST = 1.6 2.2 SC = 5.5 7.0 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 T = KT spR2 U12 f1R22(sX2)2 S=1 带入上式，得： TS = KT pR2 U12 f1R22(sX2)2 由此可见： TS U12 ， 在转子回路串入 适当电阻，可以使 TS TM , TS TS 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 【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 60 2 TN = PN nN 60 23.14 = Nm = 145 Nm 45103 2 970 由于 TNTL ，故不能带此负载长期运行。 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 (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章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 U1U1“ 三、人为特性 1. 降低定子电压时的人为特性 sM T s O U1 U1“ U1U1“ sM n T O U1U1“ SM 与U1无关 T 正比于 U12 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 2. 增加转子电阻时的人为特性 sM 正比于 R2 ， TM 与 R2 无关。 TM T s O R2 fN, 则m， 电机得不到充分利用。 （不变） (2) f1fN 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 4. 改变磁极对数时的人为特性 U1 U2 U3 U4 (a) p = 2 S N N S U1 U2 U3 U4 N S (b) p = 1 电流反向变极法 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。 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 Y(2p ) YY(p ) (2p ) 定子绕组常用的接法 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 2p p 低速倍极数D接法，高速少极数YY接法 。 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 2p p 低速倍极数Y接法，高速少极数YY接法 注意观 察左图 和右图 有何不 同？为 什么？ 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 注意：换接后相序发生了变化。为保持高速与低速 时电机的转向不变，应将B、C两相的出线端交换。 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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) 。 n0 T n O Y YY 0.5n0 KT =( )2 m2 2 kw2N2 kw1N1 TM = KT pU12 2f1X2 R2 X2 sM = 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 2. YY变极 (1) 2p p ，n0 2n0。 (2) N1N1 / 2，KT4KT 。 (3) sM 不变，U1 U1/ 3。 n0 T n O YY 0.5n0 (4)n = n0nM = sM n0 2sMn0。 (5) TM (TS) 2/3TM (TS) 。 KT =( )2 m2 2 kw2N2 kw1N1 TM = KT pU12 2f1X2 R2 X2 sM = 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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： O TL n +TL TL 1. 恒转矩负载特性 (1) 反抗性恒转矩负载 n T (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。 TTL = J d d t 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 O TL n O TL n (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。 TL 1 n 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 3. 通风机负载特性 O TL n 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 O TL n T0 TL = T0k n2 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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 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 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。 运动方程:TTL = J d d t 当T=TL时， ,电力拖动系统处于稳定状态。 =0 d d t TTL 0加速 TTL 0减速 过渡过程: 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 n0 T n OTL a b 干扰使 TL a 点: TTL n T a a点。 a 点。 n T 干扰过后 TTL T = TL 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 n0 T n OTL a b a“ 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 TTL T a“ 点。 T = TL 干扰过后 TTL n T T = TL a 点。 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 n0 T n O a b TL b 点: 干扰使 TL n n = 0 堵转。 T n TTL 干扰过后 T TL ，不能运行。 b 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 n0 T n O a b TL b 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 TTL T b 点。 n b 干扰过后 TTL n T a 点。 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 稳定运行的充分条件: dT dn dTL dn n0 T n O a b TL 稳定运行点 不稳定 运行点 4章（作者：贺晓蓉） 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T-n 曲线于A点， TL-n 曲线于B点，若A点在B点左侧，则系统稳定,否则， 系统不稳定。. n T T TL A B 电力拖动系统稳定运行的简便判定法 dT dn dTL dn 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 n0 T n O 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。 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 a a TTL0 n I2 T I1P1 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 n TZ T + n- n n0 A B 问题：判断下面的系统能否稳定运行？ n TZ T n0 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 4.3 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 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。 一、电动机的起动指标 1. 起动转矩足够大。 TS TL 。 一般要求 TS (1.1 1.2) TL 2. 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、 制造和维修方便。 4.应力求降低起动过程中的能量损耗。 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 异步电动机的实际起动情况 起动电流大：IS = SCIN = (5.57) IN 起动转矩小：TS = StTN = (1.62.2) TN 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累，易使电动机过热。 问题：为什么异步电动机起动电流大而起动转矩 并不大？ 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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，磁通Fm也小； (2)s=1时，cosj2很小。TS = (1.62.2) TN 若起动转矩Ts过小，将无法直接起动电动机。 起动电流大的原因：起动瞬间 S = 1，根据等效电路可 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 = E2 U1 I1 R1 jX1jX2 R2 I2 1s R2 s R0 jX0 I0 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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： IS IN SC = 1 4 3 + 电源总容量(kVA) 电动机容量(kW) 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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 M 3 3 RS Q1 FU Q2 起动运行 M 3 XS Q1 FU Q2 3 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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 UN Q1 FU Q2 U1 U2V1 V2 W1W2 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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 UN Q1 FU Q2 U1 U2V1 V2 W1W2Y 起动 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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） 运行 Q2 3 UN Q1 FU U1 U2V1 V2 W1W2 定子相电压比 定子相电流比 起动线电流比 U1PY U1P UN 3 UN = 1 3 I1PY I1P U1PY U1P = 1 3 ISY IS I1PY 3 I1P = 1 3I1P 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 电源电流比 起动转矩比 TSY TS U1PY U1P = 1 3 ( ) 2 IY I ISY IS = 1 3 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 (2) ISYImax （线路中允许的最大电流）。 (3) TSY(1.1 1.2)TL 。 Y 起动的使用条件 (1) 正常运行时应采用 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 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。 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 2. 自耦变压器减压起动 TA 3 UN Q1 FU Q2 M 3 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 大连理工大学电气工程系 2. 自耦变压器减压起动 3 UN Q1 FU Q2 TA M 3 起动 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 大连理工大学电气工程系 2. 自耦变压器减压起动 Q1 FU 运行 TA 3 UN Q2 M 3 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 2. 自耦变压器减压起动 3 UN Q1 FU Q2 TA M 3 起动 U 降压比 定子线电压比 U1La U1Lb U UN = KA 定子相电压比 U1Pa U1Pb = KA U1La U1Lb 定子相电流比 I1Pa I1Pb = KA U1Pa U1Pb 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 大连理工大学电气工程系 2. 自耦变压器减压起动 TA M 3 3 UN Q1 FU Q2 起动 ISa KAISa 起动电流比 ISa ISb I1Pa I1Pb = KA 电源电流比 Ia Ib KAISa ISb = KA2 起动转矩比 = KA2 TSa TSb U1Pa U1Pb =( ) 2 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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 (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 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 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。 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 【例 4.3.1 】 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 360 A。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 60 2 TN = PN nN = Nm = 359 Nm 60 23.14 37103 985 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 A = 468 A 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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 = TST 1 3 = 646 Nm = 215 Nm 1 3 ISTY = IST 1 3 = 468 A = 156 A 1 3 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 A 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 由于 TSTa 250 Nm，而且 ISTa360 A，所以 能采用 KA = 0.8 的自耦变压器起动。 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 4. 软起动器起动 UN ts t u O U0 IL i t O IR ts 限压起动模式 的起动过程 限流起动模式 的起动过程 M 3 3 Q 软起动器 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 5.延边三角形降压起动 它有九个接线端。 抽头比越大，起动电流和起动转矩就越小。 每条边的匝数分别为N1和N2， 称为定子绕组的抽头比。 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 n0 T n O T1 TNTM nN nM1N nM2 M1 a bcd M2 由几何关系求得起动变阻器的最大值为 R2 = sN U2N 3 I2N 由铭牌数据求得转子每相绕组电阻的公式为 RST= ( 1 ) TN sN T1 R2 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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： N NN N N N N N N I UU I Xs Xs R U Xs R E I 2 2N 2 2 2N 2 2N 2 2 2 2 2N 2 2 2 2 2N 2 3 s R R3 s s )( 3/s )( s = + = + = 可以忽略不计，则很小，由于 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 RST1 RST2 3 M 3 Q1 Q2 Q (1) 起动过程分析 串联 RST1 和 RST2 起动（特性 a） 总电阻 R22 = R2 + RST1+ RST2 n0 T n O a (R22) TLT2 a1 a2 T1 切除 RST2 2. 有级起动 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 b (R21) n0 T n O a (R22) T2 T1 a1 a2 TL b1 b2 合上 Q2 ，切除 RST2（特性 b） 总电阻 R21 = R2+ RST1 3 M 3 Q1 Q2 RST1 RST2 Q 切除 RST1 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 合上 Q1 ，切除 RST1（特性 c） 总电阻: R20R2 c (R20) b (R21) n0 T n O a (R22) T2 T1 a1 a2 TL b1 b2 c1 c2 p 3 M 3 Q1 Q2 RST1 RST2 Q 分级起动时使每一级的I1（或T1）与I2（或T2）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 ，缓和起动转矩对传动机构和工作机械的有害冲击。 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 (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 = T1 T2 确定起动级数 m 根据相似三角形的几何关系来推导。 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 T1 n0 nc1 TM n0 nMc = sc1 sMc c (R2) b (R21) n0 T n O a (R22) T2 T1 a1 a2 TL b1 b2 c1 c2 p T2 n0 nc2 TM n0 nMc = sc2 sMc 同理可得： T1 TM = sa1 sMa = sb1 sMb = sc1 sMc T2 TM = sa2 sMa = sb2 sMb = sc2 sMc 因为 sa2 = sb1 ，sb2 = sc1 sM R2 = T1 T2 = sMa sMb = R22 R21 所以 = T1 T2 = sMb sMc = R21 R2 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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 sMc sMa sc1 = sa1= R2 R22 = 1 R2 R22 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 对于 m 级起动，则有 sc1 = R2 R2m 在固有特性 c 上，有关系 T1 TN = sc1 sN = TN sNT1 m 因此可得 = R2m R2 m m = TN sNT1 lg lg 重新计算 ，校验是否在规定范围内。 4章（作者：贺晓蓉） 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 RSTi =(i i-1 ) R2i=1,2,3 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 【例 4.3.2 】 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 60 2 TN = PN nN = Nm = 266.32 Nm 60 23.14 40103 1 435 TM = MT TN = 2.6266.32 Nm = 692.43 Nm T1 = ( 0.8 0.9 )TM = ( 553.94 623.19 ) Nm 取 T1 = 580 Nm 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 (2) 求出起切转矩比 (3) 求出切换转矩 T2 T2 = 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 n0 sN = 1 500 1 435 1 500 = = 0.043 3 = TN sNT1 m R2 = sN U2N 3 I2N = = 0.084 4 0.043 3290 1.73286 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 (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 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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章（作者：贺晓蓉） 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 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 主要集中在内笼。 内笼 工作笼。 4章（作者：贺晓蓉） 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 1. 改变磁极对数 p 2. 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。 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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 T n O n01 n02 nN nN D = nN nN (1) 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 例如：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章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 二、笼型异步电动机的变频调速 U、f 可 变 M 3 3 整流电路 逆变电路 50 Hz 控制 电路 直 流 n0 T n O n0 f1fN U1L= UN n0 T n O n0 f1f N ， =常数 U1 f1 TL TL 4章（作者：贺晓蓉） 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 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章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 = 常数 U1 f1 因为 m 基本不变， 基本不变。 所以 T = CTm I2N cos2 (1) f1fN 时 恒转矩调速。 P2 = T2 U1 4.44 f1 kw1N1 m= T (2) f1 fN 时 因为 U1L = UN 所以 T = CTm I2N cos2 1 f1 1 n 1 n T n = 常数 恒功率调速。 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 变频器 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 【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 = 0.8UN 时的 转速； (3) f1 = 60 Hz，U1 = UN 时的转速。 解： (1) 60 2 TN = PN nN = Nm = 48.91 Nm 60 23.14 15103 2 930 TM = MT TN = 2.248.91 Nm =107.61 Nm n0 nN n0 sN = 3 000 2 930 3 000 = = 0.023 3 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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 ( ) 2107.61 40 107.61 40 U1 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 TM T ( ) 2 TM T 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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 ( ) 2 107.61 40 107.61 40 s = sM 1 ( )2 TM T TM T n0 = 60 f1 p = r/min = 2 400 r/min 6040 1 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 (3) f1增加，U1 不变时， sM 。 1 f1 TM , 1 f12 = 107.61 Nm = 74.73 Nm 50 60 2 = 0.096 9 = 0.080 75 50 60 = r/min = 3 600 r/min 6060 1 s“ = sM 1 ( )2 TM T 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 1 2 “ “ sM = sM f1 f 1 “ “ 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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 n0 T n O Y YY 0.5n0 n0 T n O YY 0.5n0 TL 1. 调速方向 Y()YY ：n YYY () ： n 2. 调速范围 D = 2 4 3. 调速的平滑性 平滑性差。 4. 调速的稳定性 稳定性好。 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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 cos1 T2 = P2 = ， 1 2 INY INYY 因为 = 1 2 Y YY 恒转矩调速。 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 如果 cos1 、不变，则 = 1 2 P2Y P2YY = 1 T2Y T2YY （恒转矩调速） (2) YY 因为 = 3 IPN 2 IPN IN INYY = 3 2 = 1 2 YY 如果cos1 、 不变，则 P2 P2YY = 3 2 1 （恒功率调速） T2 T2YY = 2 = 1.732 3 2 （近似）恒功率调速。 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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 n0 sN = 1 500 1 440 1 500 = = 0.04 60 2 TN = PN nN = Nm = 14.6 Nm 60 23.14 2.2103 1 440 TM = MT TN = 214.6 Nm = 29.2 Nm 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 n = ( 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 ( ) 229.2 10 29.2 10 s = sM 1 TM T ( ) 2 TM T n0 nN nN sN = 3 000 2 880 3 000 = = 0.04 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 60 2 TN = PN nN = Nm = 12.61 Nm 60 23.14 3.8103 2 880 TM = MT TN = 212.61 Nm = 25.22 Nm n = ( 1s ) n0 = ( 10.030 8 ) 3 000 r/min = 2 907.6 r/min = 0.149 1 = 0.030 8 ( ) 225.22 10 25.22 10 s = sM 1 TM T ( ) 2 TM T 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 n0 T n O nM UN TL TL 四、笼型异步电动机的变压调速 TL 1. 调速方向 U1(UN) n 2. 调速范围 D 较小。 U1 n0 T n O nM UN U1 3. 调速的平滑性 若能连续调节U1， n 可实现无级调速。 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 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)cos1 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 TU1P2 所以 U1 T (n) P2 4章（作者：贺晓蓉） 电气工程与自动化系 【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 n0 sN = 1 000 960 1 000 = = 0.04 60 2 TN = PN nN = Nm = 149.28 Nm 60 23.14 15103 960 TM = MT TN = 2149.28 Nm = 298.56 Nm 4章（作者