三相异步电动机的电力拖动

1、第六章第六章 本章主要教学内容1. 三相异步电动机的机械特性2. 三相异步电动机的启动3. 三相异步电动机的制动4. 三相异步电动机的调速第六章第六章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 三相异步电动机的三相异步电动机的机械特性机械特性是指固定定子电压、是指固定定子电压、频率和绕组参数时，电动机的转速频率和绕组参数时，电动机的转速或转差率与或转差率与电磁转电磁转矩之间的函数关系矩之间的函数关系 或或 )(Tfn )(Tfs 从异步电动机的内部电磁关系看，电磁转矩的变从异步电动机的内部电磁关系看，电磁转矩的变化是由转差率的变化引起的，化是由转差率的变化引起的，转矩转矩随随转差

2、率转差率变化的规变化的规律为律为转矩转差率特性转矩转差率特性。 )(sfT 第六章第六章6.1.1 电磁转矩表达式电磁转矩表达式(1)(1)物理表达式物理表达式（2 2）参数表）参数表达式达式(2)(2)参数表达式参数表达式222211111122211coscos44. 42/2cosICIkNffpmpfIEmPTmTmNMsrIfpmsrImPTM222112221112将 代入 ，有 22122112xxsrrUI221221221112xxsrrsrUfpmT异步电动机的异步电动机的 曲线曲线 )(sfT 第六章第六章(3)(3)实用表达式实用表达式整理后可得整理后可得 ， 由参数表

3、达式可求得由参数表达式可求得221212xxrrsm22121112114xxrrfUpmTm22122122121122xxsrrsxxrrrTTmmmmTssssT2sssssrrmmm/221将式中的将式中的 略去，略去，实用表达式为实用表达式为ssssTTmmm2第六章第六章6.1.2 固有机械特性固有机械特性电动状态电动状态额定电压和额定频率下，按规定的接线方式接线，定、额定电压和额定频率下，按规定的接线方式接线，定、转子电路中不外接电阻、电感或电容时的机械特性转子电路中不外接电阻、电感或电容时的机械特性。 三相异步电动机的固有机械特性三相异步电动机的固有机械特性 (1) (1) 电

4、动状态电动状态AC段段近似为直线，对任何负载均能稳定近似为直线，对任何负载均能稳定运行，是机械特性的工作段。运行，是机械特性的工作段。 理想同步运行点理想同步运行点A， , , ,0T1nn 0s额定运行点额定运行点B，转速、转差率、转矩、转速、转差率、转矩、电流和功率都是额定值电流和功率都是额定值最大转矩点最大转矩点C，对应最大转矩，对应最大转矩 , , 临界转差率临界转差率mTmsNmmTT称为称为最大转矩倍数或过载能力最大转矩倍数或过载能力第六章第六章恒转矩负载在恒转矩负载在CDCD段不能稳定运行，段不能稳定运行，风机和泵类负载可以稳定运行，风机和泵类负载可以稳定运行，但转差率大，定、转

5、子电流都很但转差率大，定、转子电流都很大，不宜长期运行。大，不宜长期运行。 三相异步电动机的固有机械特性三相异步电动机的固有机械特性 (1) (1) 电动状态电动状态CD段段启动点启动点D， ， ，称为启动转矩倍数称为启动转矩倍数stTT 0n1s221221122112xxrrfrUpmTstNststTTK第六章第六章上页上页图第图第象限为发电状态象限为发电状态， ， ， 。电磁。电磁转矩转矩是制动转矩，电磁功率是制动转矩，电磁功率 ，向电网回馈电能，向电网回馈电能。0s1nn 0T0MP三相异步电动机三相异步电动机制动电磁转矩示意图制动电磁转矩示意图 (2) (2) 发电状态发电状态上页

6、上页图中图中曲线曲线1 1第第象限象限部分为电磁制动状态，部分为电磁制动状态， ， ， ，称为转速反向的反接制动称为转速反向的反接制动（绕线型异步电动机）。（绕线型异步电动机）。 (3) (3) 制动状态制动状态1s0n0T第六章第六章 一台三相六极笼型异步电动机定子绕组一台三相六极笼型异步电动机定子绕组 连接，连接，额定电压额定电压 ，额定转速，额定转速 ，电源频率，电源频率 ，电机等值电路参数：电机等值电路参数： ， ， ， 。求求 额定电磁转矩、临界转差率、最大电磁转矩额定电磁转矩、临界转差率、最大电磁转矩、过载倍数过载倍数、启动转矩及启动转矩倍数启动转矩及启动转矩倍数。例例6-1解解电

7、动机的同步转速为电动机的同步转速为min)/(100035060601rpfnN043. 01000957100011nnnsNN额定相电压为额定相电压为额定转差率额定转差率为为YVUN380min/957rnNHzf50108. 21r12. 31x53. 12r25. 42x)(22031VUUN额定转矩为额定转矩为221221221112xxsrrsrUfpmT22225. 412. 3043. 053. 108. 2502043. 053. 1338033)(5 .33mN 第六章第六章例例6-1临界转差率临界转差率为为过载倍数为过载倍数为最大转矩最大转矩为为启动转矩为启动转矩为2 .

8、 025. 412. 353. 1212xxrsm)(9425. 412. 35042203342211211mNxxfUpmTm8 . 25 .3394NmmTT221221122112xxrrfrUpmTst22225. 412. 353. 108. 250253. 1338033)(5 .31mN 94. 05 .335 .31NststTTK启动转矩倍数为启动转矩倍数为第六章第六章6.1.3 人为机械特性人为机械特性（1 1）降低定子电压人为机械特性）降低定子电压人为机械特性三相异步电动机三相异步电动机定子降压的人为机械特性定子降压的人为机械特性 降低定子端电压降低定子端电压 ，同步转

9、速，同步转速 与临界转差率与临界转差率 不变，不变，电磁转电磁转矩矩 、最大转矩、最大转矩 和启动转矩和启动转矩 与与 成正比例降低。成正比例降低。一组过同步运行点，保持一组过同步运行点，保持 不变的曲线簇不变的曲线簇 1UmsTmTstT21U1nms降压后的人为机械特性的工作段降压后的人为机械特性的工作段特性变软，转差率增大，特性变软，转差率增大，电机的电机的过载能力过载能力降低。降低。 第六章第六章（2 2）定子回路串接三相对称电阻或电抗的人为机械特性）定子回路串接三相对称电阻或电抗的人为机械特性定子回路串接对称电阻定子回路串接对称电阻或电抗的人为机械特性或电抗的人为机械特性相当于增加相

10、当于增加定子回路电阻或电定子回路电阻或电抗的值抗的值，同步转速同步转速 不变，临不变，临界转差率界转差率 、电磁转矩电磁转矩 、最大转矩最大转矩 和启动转矩和启动转矩 都减小。都减小。 一组过同步运行点的曲线簇一组过同步运行点的曲线簇 TmTstT1nms人为机械特性的工作段特性变软，人为机械特性的工作段特性变软，转差率增大，转差率增大，电机过载能力电机过载能力降低。降低。 第六章第六章启动转矩启动转矩 随转子电阻增大而增随转子电阻增大而增大，大， , , ,电阻再增大，电阻再增大， 反而减小。反而减小。（3 3）转子回路串接三相对称电阻的人为机械特性）转子回路串接三相对称电阻的人为机械特性转

11、子转子回路串接三相对称回路串接三相对称电阻电阻的的人为机械特性人为机械特性同步转速同步转速 、最大转矩、最大转矩 不变，不变，临界转差率临界转差率 增大，增大，电磁转矩电磁转矩 减小。减小。 一组过同步运行点一组过同步运行点，最大转矩，最大转矩 不变的不变的曲线簇曲线簇 TmTstT1nmsmT工作点工作点A与工作点与工作点B有如下关系：有如下关系：BcAsrrsr22即人为机械特性与固有机械特性上即人为机械特性与固有机械特性上相同电磁转矩的工作点有如下关系：相同电磁转矩的工作点有如下关系：2222rrrrrrsscc1msmstTTstT第六章第六章6.1.4 利用电磁转矩实用表达式计算机械

12、特性利用电磁转矩实用表达式计算机械特性（1 1） 已知固有机械特性（已知固有机械特性（ ， ）求）求若已知额定功率若已知额定功率 （kW），额定转速），额定转速 （r/min）和过载能力和过载能力 NTNsmsNPNnm则有：则有：NNNnPT955011nnnsNNssssTTmmm2忽略空载转矩，近似认为忽略空载转矩，近似认为 ，且，且 ，则则NTT NmmTTNmmNNmNssssTT212mmNmss解得：解得：第六章第六章（2 2）已知人为机械特性（）已知人为机械特性（ ， ）求）求已知工作点的负载转矩已知工作点的负载转矩 和转差率和转差率 则有：则有：（3 3）求取人为机械特性）求

13、取人为机械特性转子回路外串电阻的电阻值转子回路外串电阻的电阻值解得：解得：LTsmsLTsssssTTmmNmL2122LNmLNmmTTTTss2222rrrrrrsscc1 1）由）由 可得可得21 rssrc2 2）利用临界转差率的值，可得）利用临界转差率的值，可得 21 rssrmmc第六章第六章例例6-2 一台三相异步电动机一台三相异步电动机，额定功率，额定功率 ，额定，额定电压电压 ，额定转速，额定转速 ，最大转矩倍数最大转矩倍数 ，求求 转矩的实用公式转矩的实用公式。解解额定转矩额定转矩额定转差率额定转差率最大转矩最大转矩VV 220/380min/725rnN临界转差率临界转差

14、率kWPN704 . 2m转矩实用公式转矩实用公式)(9227257095509550mNnPTNNN)(8 .22129224 . 2mNTTNmm033. 075072575011nnnsN15. 014 . 24 . 2033. 0122mmNmssssssssssTTmmm/15. 015. 0/6 .4425/15. 015. 0/6 .22122/2第六章第六章 一台一台绕线型绕线型三相异步电动机三相异步电动机，有关参数为：，有关参数为： , , ， ，转子每相绕组转子每相绕组 。求求 （1 1）使启动转矩）使启动转矩 ，转子每相回路应串多大电阻？，转子每相回路应串多大电阻？ （2

15、 2）负载转矩）负载转矩 ，要求电机转速，要求电机转速 ， 转子每相回路应串多大电阻？转子每相回路应串多大电阻？例例6-3解解 额定转差率额定转差率临界转差率临界转差率min/720rnN转子每相应串电阻转子每相应串电阻kWPN754 . 2m04. 075072075011nnnsN183. 014 . 24 . 204. 0122mmNmss0224. 02rmstTT NLTT8 . 0min/500rn （1 1）要使启动转矩）要使启动转矩 ，人为机械特性临界转差率，人为机械特性临界转差率mstTT 1ms)( 1 . 0024. 0104. 0112rssrmmc第六章第六章例例6-

16、3计算计算 ， 时，转子外串电阻有两种方法：时，转子外串电阻有两种方法：工作点工作点B的转差率的转差率: :转子每相外串电阻转子每相外串电阻NLTT8 . 0min/500rn 解法一解法一：利用：利用P12P12图中所示的工作图中所示的工作点点A与工作点与工作点B33. 075050075050011nns工作点工作点A的转差率的转差率: :0314. 018 . 04 . 28 . 04 . 2183. 012222NNNNLNmLNmmTTTTTTTTss)(213. 00224. 010314. 033. 012rssrc解法二解法二：利用：利用P12P12图中所示的临界工作图中所示的

17、临界工作点点C与工作点与工作点D923. 118 . 04 . 28 . 04 . 233. 012222NNNNLNmLNmmTTTTTTTTss)(213. 00224. 01183. 0923. 112rssrmmc第六章第六章6.2 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动6.2.1 直接启动的问题直接启动的问题启动电流不能太大，减小对电网冲击；启动电流不能太大，减小对电网冲击；有足够启动转矩，缩短启动时间；有足够启动转矩，缩短启动时间；设备简单，价格低廉，便于操作及维护。设备简单，价格低廉，便于操作及维护。q 启动要求启动要求q 直接启动问题直接启动问题启动电流很大；启动电流很大；启

18、动转矩不大。启动转矩不大。q 解决方法解决方法对笼型异步电动机，可采用：直接启动、降压启动、对笼型异步电动机，可采用：直接启动、降压启动、加大定子端电阻或电抗、改进结构、软启动；加大定子端电阻或电抗、改进结构、软启动；对绕线型异步电动机，还可以增加转子端电阻或电抗。对绕线型异步电动机，还可以增加转子端电阻或电抗。第六章第六章 6.2.2 笼型三相异步电动机的直接启动笼型三相异步电动机的直接启动 对笼型异步电动机，若负载对启动过程要求不高，且供电对笼型异步电动机，若负载对启动过程要求不高，且供电电网允许，可采用直接启动方法。电网允许，可采用直接启动方法。一般一般 以下的小容量异步电动机都可以直接

19、启动。以下的小容量异步电动机都可以直接启动。若供电变压器容量较小，符合下式要求，也允许直接启动。若供电变压器容量较小，符合下式要求，也允许直接启动。式中，式中， 启动电流倍数，启动电流倍数， 。若不满足上式，则不能直接启动。若不满足上式，则不能直接启动。kW5 . 7)()(3411kVAkVAIIKNsti起动电动机容量电源总容量iK74iK第六章第六章若回路串电阻，则有若回路串电阻，则有 6.2.3 笼型三相异步电动机的降压启动笼型三相异步电动机的降压启动(1) (1) 定子串三相对称电阻或电抗降压启动定子串三相对称电阻或电抗降压启动 由右图可知，若由右图可知，若 ，则，则接线图接线图 简

20、化等值电路图简化等值电路图 ststIIa22211aIIUUTTstststst若回路串电抗，则有若回路串电抗，则有2212212211kkstxrUxxrrUI由由kkkstrxarar22221kkkstxraxax22221NiNstNkIKUIUz33NiNstNkIKUIUz33（Y接）接）（D接）接）第六章第六章若改为若改为D形接法形接法 (2) (2) Y-D降压启动降压启动正常运行时正常运行时D接，启动时接成接，启动时接成Y形。形。Y-D启动启动接线图接线图 因此有因此有 ，因为，因为 ，所以有，所以有 启动时电网供给电动机的启动电流为启动时电网供给电动机的启动电流为kNkN

21、stYSYzUzUII313kNstDSDzUII33SDSYII3121UTststDstYTT31第六章第六章自耦变压器启动时，从电网吸收自耦变压器启动时，从电网吸收的电流的电流(3) (3) 自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动由自耦变压器原理可知：由自耦变压器原理可知：启动启动接线图接线图 自耦变压器启动时，自耦变压器启动时， ，启动一相电路启动一相电路图图 kNNIIUUststN21121kUUN1kIIstst2221kIkIIIstststst2212211 kNNUUTTNstst自耦变压器启动时，启动转矩自耦变压器启动时，启动转矩第六章第六章(4) (4) 三种降压启动方法

22、比较三种降压启动方法比较确定启动方法时，应根据电网允许的最大启动电流、负载对确定启动方法时，应根据电网允许的最大启动电流、负载对启动转矩的要求及启动设备的复杂程度、价格与维护成本等启动转矩的要求及启动设备的复杂程度、价格与维护成本等条件综合考虑。条件综合考虑。第六章第六章 一台一台笼型笼型三相异步电动机三相异步电动机，定子绕组，定子绕组D接法，相关数接法，相关数据为：据为：启动电流倍数启动电流倍数 ，启动转矩倍数启动转矩倍数 ，过载能力过载能力 。供电变压器要求启动电流小于等于供电变压器要求启动电流小于等于150A，启动转矩为，启动转矩为 。请选择合适的降压启动方法：能采用请选择合适的降压启动

23、方法：能采用Y-D启动，优先选用；启动，优先选用；若采用定子串电抗器启动，需计算电抗数值；若采用自耦变压若采用定子串电抗器启动，需计算电抗数值；若采用自耦变压器降压启动，需从器降压启动，需从55、64、73三种抽头中确定一种。三种抽头中确定一种。例例6-4解解（1 1）校验能否采用）校验能否采用Y-D启动启动电机额定转矩电机额定转矩3 . 2m保证正常启动的最小转矩保证正常启动的最小转矩kWPN28VUN380AIN5888. 0cos1Nmin/1455rnN6iK1 . 1stKmN 5 .73)(78.18314552895509550mNnPTNNN)(85.805 .731 . 11

24、 . 1mNTTLstL启动电流启动电流)(116586313131AIKIINistst第六章第六章由于由于 ，不能串电抗器启动。，不能串电抗器启动。 例例6-4（2 2）校验能否采用定子串电抗启动）校验能否采用定子串电抗启动减压倍数减压倍数启动转矩启动转矩不串电抗器启动电流不串电抗器启动电流)(39.6778.1831 . 1313131mNTKTTNststst虽然虽然 ，但，但 ，不能采用，不能采用Y-D启动。启动。 AIIstLst150mNTTstLst85.80)(348586AIKINist串电抗最大启动转矩串电抗最大启动转矩32. 2150348stLstIIa)(6 .37

25、78.1831 . 132. 2111222mNTKaTaTNstststmNTTstLst85.80第六章第六章例例6-4（3 3）校验能否采用自耦变压器启动）校验能否采用自耦变压器启动当抽头为当抽头为55时，时，虽然虽然 ，但，但 ，不能采用，不能采用55抽头。抽头。)(27.10558655. 055. 022AIIstst)(15.6178.1831 . 155. 055. 022mNTTststAIIstLst150mNTTstLst85.80当抽头为当抽头为64时，时，此时此时 ，且，且 ，可以采用，可以采用64抽头。抽头。)(5 .14258664. 064. 022AIIsts

26、t)(8 .8278.1831 . 164. 064. 022mNTTststAIIstLst150mNTTstLst85.80当抽头为当抽头为73时，时，无需计算启动转矩，因为无需计算启动转矩，因为 ，不能采用，不能采用73抽头。抽头。)(45.18558673. 073. 022AIIststAIIstLst150第六章第六章6.2.4 高启动转矩的笼型三相异步电动机高启动转矩的笼型三相异步电动机 对于笼型异步电动机，改进电机结构对于笼型异步电动机，改进电机结构可以可以增大启动时的增大启动时的转子回路电阻转子回路电阻，从而，从而增大启动转矩。增大启动转矩。 q 转子电阻值较大的笼型异步电动

27、机转子电阻值较大的笼型异步电动机改变鼠笼金属材料，减小截面积等方法增大转子电阻。改变鼠笼金属材料，减小截面积等方法增大转子电阻。11普通笼型；普通笼型；22高转差率；高转差率；33起重冶金；起重冶金；44力矩式力矩式转子电阻较大的笼型异步转子电阻较大的笼型异步电动机的机械特性电动机的机械特性 第六章第六章 q 深槽式笼型异步电动机深槽式笼型异步电动机转子槽形深而窄，通过集肤效应增大启动时的转子电阻。转子槽形深而窄，通过集肤效应增大启动时的转子电阻。深槽式笼型深槽式笼型异步电动机转子异步电动机转子 槽漏磁通分布槽漏磁通分布槽电流分布槽电流分布等效导条截面等效导条截面深槽式笼型异步电动机深槽式笼型

28、异步电动机 转子电流分布图转子电流分布图 11普通笼型普通笼型22深槽式笼型深槽式笼型 深槽式笼型异步深槽式笼型异步电动机的机械特性电动机的机械特性 第六章第六章q 双笼型异步电动机双笼型异步电动机安装有两套鼠笼，外笼为启动笼，内笼为运行笼，改安装有两套鼠笼，外笼为启动笼，内笼为运行笼，改变外笼与内笼参数，可以得到不同形状的机械特性。变外笼与内笼参数，可以得到不同形状的机械特性。双笼型异步电动机转子双笼型异步电动机转子 11外笼外笼 22内笼内笼33双笼双笼双笼型异步电动机双笼型异步电动机 的机械特性的机械特性 第六章第六章6.2.5 笼型三相异步电动机的软启动笼型三相异步电动机的软启动 通过

29、改变定子电压满足启动要求，实质上是一台交流调压器。通过改变定子电压满足启动要求，实质上是一台交流调压器。启动时，控制晶闸管的导通角启动时，控制晶闸管的导通角 调节定子电压。利用闭环控调节定子电压。利用闭环控制限制启动电流，确保定子电流、电压或转矩按照设定的函制限制启动电流，确保定子电流、电压或转矩按照设定的函数关系变化。启动过程结束，将软启动器切除。数关系变化。启动过程结束，将软启动器切除。主要实现方法主要实现方法： 电流斜坡启动电流斜坡启动 电压斜坡启动电压斜坡启动 转矩控制启动转矩控制启动 阶跃启动阶跃启动异步电动机软启动器的组成框图异步电动机软启动器的组成框图第六章第六章6.2.6 绕线

30、型三相异步电动机的启动（绕线型三相异步电动机的启动（1） 启动过程，转子回路串接启动过程，转子回路串接三相对称电阻，既能限制三相对称电阻，既能限制启动电流，又能增大启动启动电流，又能增大启动转矩。转矩。启动时，转子回路频率较启动时，转子回路频率较高，频敏变阻器铁损耗较高，频敏变阻器铁损耗较大，转子回路等效电阻较大，转子回路等效电阻较大，随着转子频率的降低，大，随着转子频率的降低，频敏变阻器作用逐渐减弱，频敏变阻器作用逐渐减弱，启动结束后，频敏变阻器启动结束后，频敏变阻器几乎不起作用。几乎不起作用。串频敏变串频敏变阻器接线图阻器接线图（1 1）串频敏变阻器启动）串频敏变阻器启动频敏变阻器一相频敏

31、变阻器一相等值电路等值电路串频敏变阻器串频敏变阻器启动机械特性启动机械特性第六章第六章6.2.6 绕线型三相异步电动机的启动（绕线型三相异步电动机的启动（2） 以三级启动为例，逐级闭以三级启动为例，逐级闭合开关的过程中，转子回合开关的过程中，转子回路外接电阻依次为：路外接电阻依次为： ， ， ，0 0 。工作点：。工作点：（2 2）转子串电阻分级启动）转子串电阻分级启动转子回路串电阻分级启动转子回路串电阻分级启动3213cccrrrR212ccrrR11crR jhgfedcba且有且有 或或mNNTsT112mNNTsT第六章第六章若已知启动极数若已知启动极数m： 按要求或者根据按要求或者根

32、据 ，选取选取 ； 由公式由公式 ，求取，求取 ； 由由 求取求取 ，判断是否满足判断是否满足 ，若满足继续步骤若满足继续步骤；若不满足，；若不满足，重新选取重新选取 或增加启动级数，或增加启动级数，重复步骤重复步骤； 估算或者试验方法确定估算或者试验方法确定 ； 按照上页公式计算各级电阻值。按照上页公式计算各级电阻值。 分级电阻的计算分级电阻的计算若启动级数若启动级数m未知：未知： 按照要求或根据按照要求或根据 和和 和选取和选取 和和 ； 计算计算 ； 由公式由公式 计算启动级数，计算启动级数，取结果的相邻最大整数，取结果的相邻最大整数，根据根据m值，利用上述公式重新计算，值，利用上述公式

33、重新计算，并确定并确定 或或 具体数值；具体数值； 估算或者试验方法确定估算或者试验方法确定 ； 按照按照上页公式上页公式计算各级电阻值。计算各级电阻值。 mTT85. 011TmNNTsT112TT 2TLTT2 . 11 . 121T2rmTT85. 01LTT2 . 11 . 121T2T21TTmNNTsT11T2T2r第六章第六章 一台一台绕线型绕线型三相异步电动机三相异步电动机，定子绕组，定子绕组Y接法，相关接法，相关数据为：数据为： ， ， ， ， 。启动时负载转矩启动时负载转矩 ，求转子串电阻三级启动的电阻值。，求转子串电阻三级启动的电阻值。例例6-5解解最大启动转矩最大启动转

34、矩 取取 额定转差率额定转差率6 . 2m转子每相电阻转子每相电阻kWPN40VEN4202AIN5 .612min/1460rnN启动转矩比启动转矩比NLTT75. 0027. 015001460150011nnnsNN)(106. 05 .613420027. 03222NNNIEsrNNNmTTTT21. 26 . 285. 085. 01NTT21. 2156. 221. 2027. 031NNmNNTTTsT校验切换转矩校验切换转矩NNTTTT863. 056. 221. 212NNLTTT825. 075. 01 . 11 . 1LTT1 . 12，合适。，合适。第六章第六章例例6

35、-5各级转子回路外串电阻各级转子回路外串电阻启动时各级转子回路总电阻启动时各级转子回路总电阻)(271. 0106. 056. 221rR)(695. 0106. 056. 22222rR)(778. 1106. 056. 23233rR)(165. 0106. 0271. 0211rRrc)(424. 0271. 0695. 0122RRrc)(083. 1695. 0778. 1233RRrc第六章第六章6.3.1 能耗制动能耗制动制动原理制动原理 电机处于制动状态，电磁转矩与转速方向相反，为制动电机处于制动状态，电磁转矩与转速方向相反，为制动转矩，电机轴上输入的机械功率转换为电功率，消耗

36、于转矩，电机轴上输入的机械功率转换为电功率，消耗于转子电阻或回馈到电网中，机械特性在转子电阻或回馈到电网中，机械特性在、象限。象限。 能耗制动能耗制动将定子绕组切换到将定子绕组切换到直流电源上，旋转的转子切割恒直流电源上，旋转的转子切割恒定磁场，产生具有制动性质的电定磁场，产生具有制动性质的电磁转矩，实现拖动系统快速停车磁转矩，实现拖动系统快速停车或使位能性负载匀速下放。或使位能性负载匀速下放。 能耗制动接线图能耗制动接线图6. 3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动第六章第六章6.3.1 能耗制动能耗制动等效变换等效变换 直流电直流电 建立的固定不变的磁场看成是以转速建立的固定不变的磁

37、场看成是以转速 旋转旋转 的旋转磁场，同时将转子相对转速变换为的旋转磁场，同时将转子相对转速变换为 。 产生的固定磁动势与产生的固定磁动势与大小为大小为 的三相交流电产的三相交流电产生的旋转磁动势等效。若定子绕组采用生的旋转磁动势等效。若定子绕组采用D形接法，形接法， 。 磁动势等效变换磁动势等效变换前后的相对转速前后的相对转速dI1nnn 1定子绕组通入定子绕组通入直流电时的磁动势直流电时的磁动势 dIdII3/213/21dII 第六章第六章6.3.1 能耗制动能耗制动机械特性机械特性能耗制动转差率能耗制动转差率由等效电路可知由等效电路可知能耗制动等效电路能耗制动等效电路1111)(nnn

38、nnn能耗制动机械特性能耗制动机械特性 2222122211122211/xxrrxImrImPTmmM2221112xxxImTmmmT22xxrmm机械特性表达式机械特性表达式/2mmmTTT第六章第六章6.3.1 能耗制动能耗制动制动过程制动过程 反抗性负载反抗性负载实现快速、准确停车。实现快速、准确停车。能耗制动切换瞬间，转速不会突变，工作点能耗制动切换瞬间，转速不会突变，工作点AB O，电动机转速降为零。电动机转速降为零。 位能性负载位能性负载实现稳速下放。实现稳速下放。原点原点O工作点工作点C，位能性负载稳速下放。位能性负载稳速下放。电动机轴上输入的机械功率靠重物电动机轴上输入的机

39、械功率靠重物下降减少的位能提供，转换为电功下降减少的位能提供，转换为电功率后消耗在转子回路中。率后消耗在转子回路中。 能耗制动过程能耗制动过程第六章第六章6.3.2 反接制动反接制动定子两相反接制动定子两相反接制动 改变电源相序，旋转磁场反向，改变电源相序，旋转磁场反向，转子转速不能突转子转速不能突变，转子感应电动势与感应电流反向，电磁转矩变，转子感应电动势与感应电流反向，电磁转矩也反向，电动机处于制动运行状态也反向，电动机处于制动运行状态。反接制动接线图反接制动接线图反接制动机械特性反接制动机械特性1111111nnnnnnnnns02221srrImPtM0)(1)1 (2221tMmrr

40、ssImPsPmMmMtCuPPPPrrImp)(22212电动机既从电网吸收电功率，又从轴上输入机械电动机既从电网吸收电功率，又从轴上输入机械功率功率( (由拖动系统转动部分减少的动能提供由拖动系统转动部分减少的动能提供）。都转变为转差功率，消耗在转子回路电阻中。都转变为转差功率，消耗在转子回路电阻中。第六章第六章6.3.2 反接制动反接制动定子两相反接制动（制动过程）定子两相反接制动（制动过程）反接制动机械特性反接制动机械特性反接制动瞬间，工作点反接制动瞬间，工作点 ，若反向串入电阻不大，沿曲线若反向串入电阻不大，沿曲线4 4， ；若反向串入大电阻，沿特性曲线若反向串入大电阻，沿特性曲线3

41、 3， 。拖动系统减速至零。拖动系统减速至零。BADB CB 若拖动反抗性负载若拖动反抗性负载若若 ， ，电机停车；，电机停车；若若 ， ， 。 若拖动位能性负载若拖动位能性负载 ， ，电机回馈制动运行于工作点，电机回馈制动运行于工作点 F ；LCTTCBALDTTEDBALETT FEDBALFTT第六章第六章 有有 ， ，6.3.2 反接制动反接制动转速反向的反接制动转速反向的反接制动 绕线型异步电动机串入大电阻，电动机被绕线型异步电动机串入大电阻，电动机被位能性负载拖动反转，工作点进入第位能性负载拖动反转，工作点进入第 象限，如图所示工作点象限，如图所示工作点G。反接制动机械特性反接制动

42、机械特性 电动机轴上输入的功率靠重物下放时减小的位能来提供电动机轴上输入的功率靠重物下放时减小的位能来提供 。1)(111111nnnnnnnnns0MP0mPmMCuPPp2第六章第六章 ， ， ， ， 6.3.3 回馈制动回馈制动位能性负载拖动电动机反向回馈制动运行位能性负载拖动电动机反向回馈制动运行 异步电动机反向回馈制动异步电动机反向回馈制动定子两相反接制动运行时，电动机在位能性负载拖动下定子两相反接制动运行时，电动机在位能性负载拖动下进入第进入第象限运行象限运行， ， 。电磁转矩与转速方电磁转矩与转速方向相反，向相反，如图所示工如图所示工作点作点C与工作点与工作点D。有。有1nn 0

43、n0MP0mPMmPP 02mMCuPPp0s重物减小的位能变为电动机轴上输入的重物减小的位能变为电动机轴上输入的机械功率机械功率 ，扣除机械损耗和转子铜，扣除机械损耗和转子铜损耗损耗 后转变为电磁功率后转变为电磁功率 送给定送给定子，扣除定子铜损耗和铁损耗后，余下子，扣除定子铜损耗和铁损耗后，余下的是回馈给电网的功率的是回馈给电网的功率 。mP2CupMP1P第六章第六章 降频调速时，降频调速时，电动机电动机工作点工作点ABCD。 在降速过程曲线在降速过程曲线2 2的的BC段，转速段，转速 ，电磁转矩，电磁转矩 ，且，且， ， , ,电动机处于回馈电动机处于回馈制动状态。不过这种情况下是过渡

44、制动状态。不过这种情况下是过渡状态，不能稳定运行。状态，不能稳定运行。 6.3.3 回馈制动回馈制动异步电动机正向回馈制动异步电动机正向回馈制动异步电动机异步电动机正向正向回馈制动回馈制动 笼型异步电动机采用变极调速或变频调速时，高速变笼型异步电动机采用变极调速或变频调速时，高速变换到低速的降速过程中，会发生回馈制动。换到低速的降速过程中，会发生回馈制动。0s0n0T1nn第六章第六章6.3.4 异步电动机的各种运行状态异步电动机的各种运行状态异步电动机异步电动机各种运行状态各种运行状态 与与 同向，电机从电网吸收电能，同向，电机从电网吸收电能，转换为机械能输出。转换为机械能输出。象限象限 ，

45、 ，正向电动状态；，正向电动状态；象限象限 ， ，反向电动状态。，反向电动状态。0n0Tq 电动运行状态电动运行状态、象限象限0n0TTnq 制动运行状态制动运行状态、象限象限 与与 反向，有能耗制动、反接制动反向，有能耗制动、反接制动和回馈制动等不同运行方式。和回馈制动等不同运行方式。Tn第六章第六章6.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速6.4.1 调速方法调速方法改变定子绕组极对数改变定子绕组极对数 p 、电源频率电源频率 、转差率、转差率 s 调速。调速。 其中改变转差率调速，主要有以下方法：其中改变转差率调速，主要有以下方法： 由关系式由关系式 ，调速方法可分为：，调速方法可

46、分为：)1 (60)1 (11spfsnn1f降低电源电压调速；降低电源电压调速；转子回路串电阻调速；转子回路串电阻调速；串级调速；串级调速；转差离合器调速。转差离合器调速。第六章第六章 适用于笼型异步电动机，通过改变定子绕组的接线方式，适用于笼型异步电动机，通过改变定子绕组的接线方式，改变极对数，如图所示，由改变极对数，如图所示，由 变为变为 ，同步转速，同步转速 升升高一倍。高一倍。6.4.2 改变极对数调速改变极对数调速为保证调速前后电动机转向不变，应同时改变定子绕组的相序。为保证调速前后电动机转向不变，应同时改变定子绕组的相序。42p22p1n四极定子一相绕组四极定子一相绕组两极定子一

47、相绕组两极定子一相绕组第六章第六章（1 1）保持）保持 为常数，降频调速。为常数，降频调速。6.4.3 变频调速变频调速由基频向下调速由基频向下调速 为常数，恒磁通调速方式。为常数，恒磁通调速方式。机械特性机械特性11/ fEm60/2/122211nsrImPTM2221222212111222221111)()2()(2/12LsfrrsffEpmrxssrfEpfm有有 ， ，2122Lfrsm2112218fELpmTm22130Lprnsnmm 、 与与 无关，各条机械特性无关，各条机械特性曲线工作段相互平行，硬度相同。曲线工作段相互平行，硬度相同。属恒转矩调速，适属恒转矩调速，适用

48、用于恒转矩负载于恒转矩负载。mTmn1f第六章第六章（2 2）保持）保持 为常数，降频调速。为常数，降频调速。6.4.3 变频调速变频调速由基频向下调速由基频向下调速由于感应电动势难测量，而由于感应电动势难测量，而 ，保持，保持 为常数，为常数，磁通磁通 近似为常数。近似为常数。机械特性机械特性有有最大转矩最大转矩 随着随着 的降低而减小的降低而减小。恒转矩调速恒转矩调速方式。方式。mT1f11/ fUm11EU 11/ fU22122112211)()/(2/xxsrrfsrpUmT221212221212111)()()2()()(2LLsfrsrrsffUpm2212211112111)

49、()2(/14LLfrfrfUpmTm22121212)()2(LLfrrsm第六章第六章保持保持 为额定值不变，随为额定值不变，随 的升高，气隙磁通的升高，气隙磁通 减小减小。6.4.3 变频调速变频调速由基频向上调速由基频向上调速调速机械特性调速机械特性 ，有，有 越高，越高， 与与 越小，越小， 不变，不变，各机械特性运行段近似平行各机械特性运行段近似平行。基频基频向向上变频调速属恒功率调速上变频调速属恒功率调速。mT1f1U1fmNff11212111211222121121111214)(4fLLffpUmxxrrUfpmTm1211222121212)(fLLfrxxrrsm常数pfLLfrnsnmm121121602msmn第六章第六章6.4.3 变频调速变频调速特点特点设备结构复杂，价格较贵，容量有限。随着电力电子技术设备结构复杂，价格较贵，容量有限。随着电力电子技术的发展，变频器向着性能优异，价格便宜，操作方便等趋的发展，变频器向着性能优异，价格便宜，操作方便等趋势发展；势发展；变频器具有机械特性较硬，静差率小，转速稳定性好，调变频器具有机械特性较硬，静差率小，转速稳定性好，调速范围广，平滑性高等特点，可实现无级调速；速范围广，平滑性高等特点，可实现无级调速； 变频调速时，转差率较小，转差功率损耗较小，效率较高；变频调速时，转差率较小，转差功率损耗较小