第8章交流电力拖动

1、电机学（2）第 8 章 交流电力拖动湖北工业大学稀土电机及控制研究所第 8 章 交流电力拖动一 笼型异步电动机的起动方法二 绕线型异步电动机的起动方法三 三相异步电动机的各种运行状态四 异步电动机的调速湖北工业大学稀土电机及控制研究所大型起重设备湖北工业大学稀土电机及控制研究所高性能数控机床湖北工业大学稀土电机及控制研究所楼 宇 电 梯湖北工业大学稀土电机及控制研究所高速电力机车湖北工业大学稀土电机及控制研究所混合动力汽车湖北工业大学稀土电机及控制研究所空 调 设 备湖北工业大学稀土电机及控制研究所第 8 章 交流电力拖动8.1 笼型异步电动机的 起动方法湖北工业大学稀土电机及控制研究所笼型异

2、步电动机的起动方法8.1.1 异步电动机直接起动及其问题8.1.2 笼型异步电动机的降压起动8.1.3 高起动转矩的笼型异步电动机湖北工业大学稀土电机及控制研究所笼型异步电动机的起动方法8.1.1 异步电动机直接起动 及其问题湖北工业大学稀土电机及控制研究所异步电动机直接起动及其问题1. 直接起动的问题及其原因2. 直接起动问题的不利影响3. 直接起动的应用范围湖北工业大学稀土电机及控制研究所异步电动机直接起动及其问题1. 直接起动的问题及其原因湖北工业大学稀土电机及控制研究所直接起动的问题及其原因直接起动 所谓异步电动机的直接起动，是指不采用其它起动设备，电机在额定电压和额定频率下直接起动。

3、湖北工业大学稀土电机及控制研究所直接起动的问题及其原因问题一 电机起动电流很大，可达额定电流的 4 7 倍，即NSII)74(湖北工业大学稀土电机及控制研究所直接起动的问题及其原因问题二 电机起动转矩并不大，一般为额定转矩的 0.9 1.3 倍，即NSTT)3 . 19 . 0(湖北工业大学稀土电机及控制研究所直接起动的问题及其原因电机起动电流很大的原因1U1I2I1.E1 jx2 jxmjxR1R2起动时的等效电路kjxRk1UsImI湖北工业大学稀土电机及控制研究所直接起动的问题及其原因异步电动机的起动电流2212211)()( xxRRUIS 相电压很高，漏阻抗的模又很小，导致电机的起动

4、电流很大。湖北工业大学稀土电机及控制研究所直接起动的问题及其原因异步电动机的起动转矩ststmstMjstICT22cos 22cos ICTmMjem 有湖北工业大学稀土电机及控制研究所直接起动的问题及其原因异步电动机起动时的主磁通mNNNmstkNfUkNfE 2144.42/44.411111111 即起动瞬间的主磁通减少到额定值的一半左右。湖北工业大学稀土电机及控制研究所直接起动的问题及其原因异步电动机起动时的功率因数sRxarctg/222异步电机转子的功率因数角 即起动时转子的功率因数角比较大，功率因数低。222Rxarctgst 湖北工业大学稀土电机及控制研究所直接起动的问题及其

5、原因ststmstMjstICT22cos 异步电动机的起动转矩 尽管起动电流很大，但由于功率因数和主磁通都比较低，导致电机的起动转矩并不大。湖北工业大学稀土电机及控制研究所异步电动机的直接起动及其问题2. 直接起动问题的不利影响湖北工业大学稀土电机及控制研究所直接起动问题的不利影响起动电流很大的影响对起动电动机本身对供电变压器及其负载湖北工业大学稀土电机及控制研究所直接起动问题的不利影响对起动电动机本身 由于起动电流很大，对于需要频繁起动的异步电动机来说，会使电机内部发热加剧而过热，因此必须限制每小时的最高起动次数。湖北工业大学稀土电机及控制研究所直接起动问题的不利影响对供电变压器及其负载

6、由于起动电流很大，会使变压器的输出电压短时下降较大，超过正常的规定值，对变压器二次侧的负载产生不利影响。湖北工业大学稀土电机及控制研究所直接起动问题的不利影响如正在起动的电动机 由于变压器的输出电压下降较大，会使异步电动机的起动转矩下降，可能导致电机不能实现重载起动。湖北工业大学稀土电机及控制研究所直接起动问题的不利影响其它电器设备 如电灯变暗，风扇减速，数控设备失常，重载的异步电动机可能出现停转等。湖北工业大学稀土电机及控制研究所异步电动机直接起动及其问题3. 直接起动的应用范围湖北工业大学稀土电机及控制研究所直接起动的应用范围 在供电变压器容量较大，电动机的容量相对较小的情况下，笼型异步电

7、动机可以采用直接起动。 一般额定功率小于7.5千瓦的笼型异步电动机可以采用直接起动。湖北工业大学稀土电机及控制研究所笼型异步电动机的起动方法8.1.2 笼型异步电动机的 降压起动湖北工业大学稀土电机及控制研究所笼型异步电动机的降压起动1. 定子串电抗器起动2. Y 起动方法3. 自耦变压器起动湖北工业大学稀土电机及控制研究所异步电动机的降压起动1. 定子串电抗器起动湖北工业大学稀土电机及控制研究所定子串电抗器起动电抗器铁心电抗器线圈电抗器结构示意图湖北工业大学稀土电机及控制研究所定子串电抗器起动A B C异步电动机定子串电抗器起动线路接触器触头电抗器湖北工业大学稀土电机及控制研究所定子串电抗器

8、起动kjxRk1UsI1kjxRk1U1SI直接起动等效电路串电抗起动等效电路jX湖北工业大学稀土电机及控制研究所定子串电抗器起动定子串电抗起动等效电路kjxRk1U1sI1U直接起动时的起动电流串电抗起动时的起动电流kSZUI11kkSZUjXZUI111jX湖北工业大学稀土电机及控制研究所定子串电抗器起动串电抗起动等效电路kjxRk1U1sIjXkkZx9 . 0 kkZx kx1U1sIX1U串电抗起动的近似电路湖北工业大学稀土电机及控制研究所定子串电抗器起动串电抗起动的近似电路XZZUUkk 11XZZIIIIkkSSSS 112211)()(XZZUUTTkkSS 电压比：电流比：起

9、动转矩比：kx1U1sIX1U湖北工业大学稀土电机及控制研究所定子串电抗器起动定义电压（电流）比 SSIIUUu11 代入上式，有uXZZkk kZuuX 1湖北工业大学稀土电机及控制研究所定子串电抗器起动电抗器的设计步骤1. 确定电流比SSIIu/ 2. 计算电抗器电抗kZuuX 13. 校核起动转矩LSSTTuT1 . 12 湖北工业大学稀土电机及控制研究所定子串电抗器起动短路阻抗的模直接起动转矩NINSNkIKUIUZ33 NNTNTSnPKTKT9550 式中，KI，KT 分别为直接起动电流和转矩倍数。湖北工业大学稀土电机及控制研究所定子串电抗器起动X=LL=X/NNINSCDC电抗器

10、的设计湖北工业大学稀土电机及控制研究所定子串电抗器起动特点1）设备比较简单，成本较低；2）起动转矩低，电机只可空载或 轻载起动。湖北工业大学稀土电机及控制研究所笼型异步电动机的降压起动2. Y 起动方法湖北工业大学稀土电机及控制研究所Y 起动方法ABCABC起动时定子绕组 Y 接运行时定子绕组 接湖北工业大学稀土电机及控制研究所Y 起动方法ABC直接起动时定子绕组接NUSISI ZUINS ZUIINSS33直接起动时的相电流直接起动时的线电流湖北工业大学稀土电机及控制研究所Y 起动方法ABC起动时定子绕组 Y 接NUSISYI ZUINSY3 ZUIINSYS3Y 接起动时的相电流Y 接起动

11、时的线电流湖北工业大学稀土电机及控制研究所Y 起动方法相电流之比：线电流之比：313/ ZUZUIINNSYS313 SSYSSIIII起动转矩之比：31)3/(2 NNSSUUTT湖北工业大学稀土电机及控制研究所Y 起动方法Y- 起动方法的适用条件 低压（380V） 、定子三相绕组 接笼型异步电动机。湖北工业大学稀土电机及控制研究所Y 起动方法特点1） 设备简单，成本低；3） 起动转矩降低，电机可轻载起动。2） 只能用于 接笼型异步电动机；湖北工业大学稀土电机及控制研究所笼型异步电动机的降压起动3. 自耦变压器起动方法湖北工业大学稀土电机及控制研究所自耦变压器起动方法NUUSI SIN1N2

12、抽头百分数%10012NN自耦变压器的一相 如 QJ2 型自耦变压器的抽头百分比分别为：55%、64% 和 73%。湖北工业大学稀土电机及控制研究所自耦变压器起动方法电压之比：起动转矩之比：2122)()(NNUUTTNSS 自耦变压器的一相12NNUUN 电流之比：12 NNUUIINSS 212)(NNIISS 21 NNIISS NUUSI SIN1N2湖北工业大学稀土电机及控制研究所自耦变压器起动方法特点1） 设备比较复杂，成本较高；4） 起动转矩降低，电机可轻载起动。3） 通常用于较大容量的笼型异步电动机；2） 抽头百分数可选，比较灵活；湖北工业大学稀土电机及控制研究所三种起动方法的

13、比较自耦变压器Y- 定子串电抗器SSIIu/ SSTuT2 SSII31 SSTT31 SSINNI212)( SSTNNT212)( 三种方法的选择顺序：Y- 定子串电抗器自耦变压器湖北工业大学稀土电机及控制研究所起动方法选择计算举例例题 有一台笼型三相异步电动机PN=28kW, 接, UN=380V,cosN=0.88,IN=58A, nN=1455 r/min. KI=6, KT = 1.1, 过载倍数,=2.3.供电变压器要求起动电流150A, 负载起动转矩为73.5Nm.请选择一个合适的降压起动方法,写出必要的计算数据.若采用自耦变压器降压起动,抽头有55%、64% 、73%三种,需

14、要算出用哪个抽头;若采用定子边串接电抗起动,需要算出电抗的具体数值;能用Y- 起动方法时,不用其他方法.湖北工业大学稀土电机及控制研究所起动方法选择计算举例解 电动机额定转矩mNnPTNNN78.18314552895509550正常起动要求起动转矩不小于Ts1，大小为mNTTLs85.805 .731 . 11 . 11 首先校核是否能采用Y-起动方法。Y-起动时的起动电流为AIIAIISSSS15011658631311湖北工业大学稀土电机及控制研究所起动方法选择计算举例Y-起动时的起动转矩为mNTTSS39.6778.1831 . 13131TSTS1，不能采用Y-起动。 其次校核是否能

15、采用串电抗起动方法。限定的最大起动电流 IS1=150A，则串电抗起动最大起动转矩为mNTIITSSSS 4 .3778.1831 . 1)586150()(221TSTS1,不能采用串电抗降压起动。湖北工业大学稀土电机及控制研究所起动方法选择计算举例 最后校核是否能采用自耦变压器降压起动。 抽头为55%时，其起动电流与起动转矩为AIISS27.10558655. 055. 022 1SSII mNTTSS 15.6178.1831 . 155. 055. 022TS TS1不能采用。湖北工业大学稀土电机及控制研究所起动方法选择计算举例抽头为64%时，其起动电流与起动转矩为AIISS5 .14

16、258664. 064. 022 1SSII mNTTSS 80.8278.1831 . 164. 064. 02212SSTT能采用64%的抽头。抽头为73%时就不必计算了。湖北工业大学稀土电机及控制研究所笼型异步电动机的起动方法8.1.3 高起动转矩的笼型 异步电动机湖北工业大学稀土电机及控制研究所高起动转矩的笼型异步电动机1. 高转子电阻笼型异步电动机2. 深槽式笼型异步电动机3. 双笼式异步电动机湖北工业大学稀土电机及控制研究所高起动转矩的笼型异步电动机1. 高转子电阻笼型 异步电动机湖北工业大学稀土电机及控制研究所高转子电阻笼型异步电动机增大起动转矩原理)()(23221221122

17、1 xxRRfRpUTst 湖北工业大学稀土电机及控制研究所高转子电阻笼型异步电动机增大转子电阻的方法采用锰铝或硅铝浇注转子鼠笼；采用黄铜焊接转子鼠笼；减小转子槽（导条）截面积。湖北工业大学稀土电机及控制研究所高转子电阻笼型异步电动机普通笼型电机高转差率笼型电机起重冶金笼型电机力矩式笼型电机Temn0高转子电阻笼型异步电动机机械特性ssm1sm2sm3sm4湖北工业大学稀土电机及控制研究所高转子电阻笼型异步电动机高转差率笼型电机 适用于带冲击性负载的机械，如剪床、冲床。这些机械中常有飞轮，当冲击负载到来时，由飞轮释放出来的动能帮助电动机克服高峰负载。湖北工业大学稀土电机及控制研究所高转子电阻笼

18、型异步电动机起重、冶金笼型电机 用于需要频繁起动和制动的起重和冶金设备上。湖北工业大学稀土电机及控制研究所高转子电阻笼型异步电动机力矩式笼型电机 适用于恒张力和恒线速度的设备中，如卷取机。这些机械要求电机能在零转速（堵转）至接近同步速范围内稳定运行，且转速随负载增大而减小。湖北工业大学稀土电机及控制研究所高转子电阻笼型异步电动机缺点 由于转子电阻大，电机正常运行时效率低、而且价格较贵。湖北工业大学稀土电机及控制研究所高转子电阻笼型异步电动机2. 深槽式笼型异步电动机 湖北工业大学稀土电机及控制研究所深槽式笼型异步电动机集肤（趋肤）效应+hj0槽漏磁通分布 电流密度分布 等效导电截面积的减小+湖

19、北工业大学稀土电机及控制研究所深槽式笼型异步电动机Temn0普通笼型电机深槽式笼型电机深槽式笼型异步电动机机械特性湖北工业大学稀土电机及控制研究所深槽式笼型异步电动机异步电动机起动过程的转子频率12sff 起动瞬间，s =1，f2 = f1，集肤效应最明显；起动过程，s 减小，f2 减小，集肤效应逐渐减弱；起动结束，sN 很小，f2 很低，集肤效应基本消失。湖北工业大学稀土电机及控制研究所深槽式笼型异步电动机缺点 由于转子槽漏抗较大，电机的功率因数和最大转矩倍数均有所减小。湖北工业大学稀土电机及控制研究所高转子电阻笼型异步电动机3. 双笼式异步电动机湖北工业大学稀土电机及控制研究所双笼式异步电

20、动机+内笼外笼+ 双笼式结构起动笼运行笼+湖北工业大学稀土电机及控制研究所双笼式异步电动机Temn0运行笼合成双笼式笼型异步电动机机械特性起动笼n1湖北工业大学稀土电机及控制研究所双笼式异步电动机特点 转子槽漏抗稍大，电机的功率因数稍低，效率较高。制造成本较高。湖北工业大学稀土电机及控制研究所高转子电阻笼型异步电动机型号型式PNKIKTcosJO252-4普通笼型10kW7.01.42.00.8787.5%JQO252-4双笼型10kW7.02.02.00.8686.5%JHO252-4高转差率10kW5.52.62.7-79%JZ231-6起重冶金11kW5.233.383.710.7882

21、.6%高转子电阻笼型异步电动机性能比较表湖北工业大学稀土电机及控制研究所第 8 章 交流电力拖动8.2 绕线式异步电动机的 起动方法湖北工业大学稀土电机及控制研究所绕线式异步电动机的起动方法8.2.1 转子串电阻分级起动8.2.2 转子串频敏变阻器起动湖北工业大学稀土电机及控制研究所绕线式异步电动机的起动方法8.2.1 转子串电阻分级起动湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻分级起动1. 起动过程的机械特性2. 起动电阻的设计3. 计算举例湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻分级起动1. 起动过程的机械特性湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻分级起动A B CR R R2rC3

22、C3C2C2C1C11R2R3R21RrR 22RRrR 23RRRrR 三级（m=3）起动线路各级电阻为湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻分级起动A B CR R R2rC3C3C2C2C1C13RTemn0n1T1TLT2ab第一级起动机械特性R3Tm切换转矩起动转矩湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻分级起动A B CR R R2rC3C3C2C2C1C12RTemn0n1T1TLT2ab第二级起动机械特性R3TmcdR2湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻分级起动A B CR R R2rC3C3C2C2C1C11RTemn0n1T1TLT2ab第三级起动机械特性R3

23、TmcdR2eR1f湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻分级起动A B CR R R2rC3C3C2C2C1C1Temn0n1T1TLT2ab第三级起动机械特性R3TmcdR2eR1f2rgh湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻分级起动特点1）起动转矩大；2）功率因数高；3）起动电阻可同时用作调速电阻。湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻分级起动2. 起动电阻的设计湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻分级起动起动电阻的设计步骤第一步：计算起动转矩比 =T1 / T21TsTNNm式中，取 T1 0.85 Tm, m 为起动级数。湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻

24、分级起动第二步：计算 T2= T1 / ，并校核： 不满足时，重取 T1，或 m，重复上面过程，直到满足为止。LTT)2 . 11 . 1 (2 湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻分级起动第三步：按下式计算各级起动电阻：21rR 222rR 233rR 各级起动转子回路总电阻各级起动时外串起动电阻21rRR 12 RRR 23 RRR 湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻分级起动3. 计算举例湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻分级起动例 某生产机械用绕线式三相异步电动机拖动，有关数据为：PN= 40kW，nN=1460r/min, E2N=420V，I2N=61.5A,

25、=2.6，起动时负载转矩TL=0.75TN。求转子串电阻三级起动的起动电阻。转子串电阻分级起动解:首先计算相关数据:027. 015001460150011nnnsNN106. 05 .613420027. 03222NNNIEsr湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻分级起动第一步：计算起动转矩比 =T1 / T2取 T1 0.85 Tm= 0.85 2.6TN= 2.21 TNTm= TN= 2.6TN 74.28 .1027.01NNNNTTTsTm3T1= 1.8 TN湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻分级起动第二步：计算 T2= T1 / ，并校核：LTT)2 . 11

26、. 1 (2 T2= T1 / = 1.8TN/2.74 = 0.66TN1.1TL= 1.1 0.75TN= 0.825TNLTT1 . 12 不满足要求。湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻分级起动重取 T1= 2.21 TN56.221.2027.01NNNNTTTsTm3T2= T1 / = 2.21TN/2.56 = 0.863TN1.1TL= 1.1 0.75TN= 0.825TNLTT1 . 12 满足要求。湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻分级起动第三步：计算各级起动电阻。 271. 0106. 056. 221rR 695. 0106. 056. 22222rR

27、 778. 1106. 056. 23233rR 各级起动转子回路总电阻湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻分级起动各级起动时外串起动电阻165. 0106. 0271. 021rRR424. 0271. 0695. 012 RRR083. 1695. 0778. 123 RRR湖北工业大学稀土电机及控制研究所绕线式异步电动机的起动方法8.2.2 转子串频敏变阻器起动湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串频敏变阻器起动频敏变阻器的特点1）用30-50mm厚钢板做铁心，加大涡流及损耗；2）设计时使铁心处于饱和状态，激磁电抗很小；3）绕组通入50Hz电流时，频敏变阻器主要呈阻性，且随电流频率

28、下降而减小。A B C频敏变阻器湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串频敏变阻器起动Temn0固有转子串频敏变阻器异步电动机机械特性人为n1湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串频敏变阻器起动转子串频敏变阻器起动要求重载：8 . 12 . 1 NSTT5.2 NSII轻载：9 . 08 . 0 NSTT3.11.1 NSII湖北工业大学稀土电机及控制研究所第 8 章 交流电力拖动8.3 三相异步电动机的 各种运行状态湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的各种运行状态生产机械常要求电机能在不同状态下运行。湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的各种运行状态电机的机械特性（固有、

29、人为）和负载转矩特性分布在四个象限。湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的各种运行状态电机的运行状态由电机和负载共同确定。湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的各种运行状态重点掌握电机状态实现的条件以及与其它状态的区别。湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的各种运行状态这里 运行 表示电机处于稳 态，过程 表示电机为暂态。湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的各种运行状态运行状态的分类电动状态：正向电动、反向电动制动状态：能耗制动、反接制动、 倒拉反转、回馈制动。湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的各种运行状态8.3.1 电动运行湖北工业大学

30、稀土电机及控制研究所三相异步电动机的电动运行Temn0n1TL电动运行的机械特性A正序-TL-nB-n1nAB负序湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的电动运行Temn0n1TL电动运行的机械特性A正序-TL-nB-n1nAB负序A1B1湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的电动运行反向电动运行（第III象限）实现条件电机：改变所通三相电流的相序负载：反抗性负载湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的各种运行状态8.3.2 制动状态湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的制动状态1. 能耗制动2. 反接制动3. 倒拉反转4. 回馈制动湖北工业大学稀土电机及控

31、制研究所三相异步电动机的制动状态1. 能耗制动湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的能耗制动1） 能耗制动原理2） 定子等效电流3） 能耗制动等效电路4） 能耗制动机械特性湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的能耗制动1） 能耗制动原理湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的能耗制动原理A B CRCCK1K2I=三相异步电动机的能耗制动线路“切交通直”U=湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的能耗制动原理定子绕组通入直流电流Z能耗制动转矩的产生ABC U IACBYXn I IfemfemTeme2,i2湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的能

32、耗制动原理ACZBYXn I IfemfemTeme2,i2能耗制动转矩的产生（转子顺时针旋转）湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的能耗制动原理能耗制动转矩逐渐减小 如果电机拖动反抗性负载，在制动转矩作用下，电机转速下降，制动转矩逐渐减小，直至转速为零，制动转矩消失。湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的能耗制动原理能耗制动的能量关系 电机减速过程中，系统贮存的动能转化为电能，消耗在转子回路的电阻上。湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的能耗制动2） 定子等效电流湖北工业大学稀土电机及控制研究所能耗制动的定子等效电流问题的由来如何分析能耗制动问题应用异步电机等效

33、电路分析定子等效磁势（电流）的条件能耗制动的定子等效电流定子等效磁势的条件（1）直流和交流等效磁势的幅值不变，即FFF （2）等效磁势与转子的相对转速不变，即nn 0湖北工业大学稀土电机及控制研究所能耗制动的定子等效电流定子绕组通入直流电流ABC U IACZBYX I I AF BF F两相直流合成磁动势湖北工业大学稀土电机及控制研究所能耗制动的定子等效电流 AF BF F每相直流磁动势两相合成直流磁动势三相合成交流磁动势 IPkNFFNBA11214 IPkNFFNA11214330cos2 IPkNFN1122423 湖北工业大学稀土电机及控制研究所能耗制动的定子等效电流 FF根据等效的

34、原则即11111224232143IPkNIPkNNN 得 II321湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的能耗制动3）能耗制动等效电路湖北工业大学稀土电机及控制研究所能耗制动的等效电路11nnns由转差率的定义有能耗制动时的转差率110nnnn 湖北工业大学稀土电机及控制研究所能耗制动的等效电路1.I.2I1.E 1 jx2 jxmjxr1mI. 2rrm湖北工业大学稀土电机及控制研究所能耗制动的等效电路4）能耗制动机械特性湖北工业大学稀土电机及控制研究所能耗制动机械特性能耗制动机械特性表达式)()(/3222212221xxrrxITmmem )(2322211xxxITmmmT

35、 22xxrmm 且最大转矩临界转差率湖北工业大学稀土电机及控制研究所能耗制动机械特性)(2322211xxxITmmmT 22xxrmm TmT 正比于 I12, 与 r2 无关m 正比于 r2, 与 I12 无关最大转矩和临界转差率的特点湖北工业大学稀土电机及控制研究所能耗制动机械特性能耗制动机械特性的实用表达式 mmmTemTT 2湖北工业大学稀土电机及控制研究所能耗制动机械特性Temn0n1能耗制动机械特性固有机械特性人为机械特性-10湖北工业大学稀土电机及控制研究所能耗制动机械特性Temn0n1能耗制动机械特性转子回路串电阻人为机械特性增大制动电流人为机械特性-1湖北工业大学稀土电机

36、及控制研究所能耗制动过程Temn0n1能耗制动过程（停车）-1ABTL-TL湖北工业大学稀土电机及控制研究所能耗制动过程能耗制动过程（第II象限）实现条件电机：“切交通直”，绕线式异步 电动机转子可串电阻。负载： 反抗性负载湖北工业大学稀土电机及控制研究所能耗制动运行Temn0n1能耗制动运行机械特性-1ABTL1TL2ncC湖北工业大学稀土电机及控制研究所能耗制动运行能耗制动运行（第IV象限）实现条件电机：“切交通直”，绕线式异步 电动机转子可串电阻。负载：位能性负载湖北工业大学稀土电机及控制研究所能耗制动机械特性能耗制动电流和电阻的确定笼型电机： I=（45）I0绕线电机： I=（23）I

37、0NNIER223)4 . 02 . 0( 湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的制动状态2. 反接制动湖北工业大学稀土电机及控制研究所绕线式异步电动机的反接制动A B CRCCK1K2改变电源相序的接线图K1合、K2开：正序K1开、K2合：负序湖北工业大学稀土电机及控制研究所绕线式异步电动机的反接制动Temn0n1反接制动过程机械特性ABTLC-TL-n1正序，r2负序，r2+R湖北工业大学稀土电机及控制研究所反接制动过程Temn0n1反接制动过程至反向电动运行机械特性ABTLC-TL-n1正序，r2负序，r2+RDnAnD湖北工业大学稀土电机及控制研究所反接制动过程反接制动过程（

38、准确停车）实现条件电机：改变电源相序，转子串电阻。负载：反抗性负载，且在 n=0 时电磁转 矩的绝对值小于负载转矩的大小。湖北工业大学稀土电机及控制研究所反接制动过程电动运行时的功率011nnns01322 2rssIPmec0322 2srIPem2cumecempPP 输出机械功率电功率从定子传递到转子湖北工业大学稀土电机及控制研究所反接制动过程反接制动过程的功率1111111nnnnnnnnns01322 2rssIPmec0322 2srIPemmecemcuPPp 2输入机械功率电功率从定子传递到转子湖北工业大学稀土电机及控制研究所反接制动过程Temn0n1反接制动过程至反向回馈制动

39、运行机械特性ABTL1C-n1正序，r2负序，r2+RTL2D反接制动过程计算举例例 JZR51-8型绕线式异步电动机，PN= 22 kW，nN=723 r/min, E2N=197V，I2N=70.5A, =3。如果拖动额定负载运行，采用反接制动停车，要求制动开始时最大制动转矩为2TN，求转子每相串入的制动电阻值。湖北工业大学稀土电机及控制研究所反接制动过程计算举例反接制动过程机械特性Temn0n1ABTLNC-n1正序，r2负序，r2+R-2TNsmSmnN分析湖北工业大学稀土电机及控制研究所反接制动过程计算举例负序，r2+R正序，r2+R解题思路 将负序问题转化为正序问题来求解。2rsm

40、2RrsmTemn0n1ABTL-n1smsm-2TN2TNC湖北工业大学稀土电机及控制研究所反接制动过程计算举例外串电阻计算公式推导由临界转差率公式221212)(xxrrsm2rsm221212)(xxrRrsm2Rrsm湖北工业大学稀土电机及控制研究所反接制动过程计算举例2rsm2Rrsm2222rRrrRrssmm2)1(rssRmm外串电阻计算公式推导湖北工业大学稀土电机及控制研究所反接制动过程计算举例固有机械特性临界转差率计算公式推导Temn0n1ATNsNsmssssTTmmmem 2TmNmmNmemNssssTT 2异步电机固有机械特性机械特性实用公式湖北工业大学稀土电机及控

41、制研究所反接制动过程计算举例NmmNmemNssssTT 2NmmNssss 21)1(2Nmss固有机械特性临界转差率计算公式推导NmmNemNmssssTT 21湖北工业大学稀土电机及控制研究所反接制动过程计算举例人为机械特性临界转差率计算公式推导ssssTTmmmem 2机械特性实用公式cmmcmcssssTT2 cmmcNcssssTT2 n0n1ABTL-n1smsm-2TN2TNC湖北工业大学稀土电机及控制研究所反接制动过程计算举例cmmcNcssssTT2 人为机械特性临界转差率计算公式推导1)(2cNcNcmTTTTss式中，sC 和 TC 分别为制动瞬间的转差率和转矩。湖北工

42、业大学稀土电机及控制研究所反接制动过程计算举例2)1(rssRmm1)(2cNcNcmTTTTss)1(2Nmss三个重要的计算公式湖北工业大学稀土电机及控制研究所反接制动过程计算举例解036. 075072375011nnnsNN0581. 05 .703197036. 03222NNNIEsr转子每相电阻固有机械特性的临界转差率21. 0)133(036. 0)1(22Nmss湖北工业大学稀土电机及控制研究所反接制动过程计算举例制动瞬间的转差率964. 175072375011nnnsNc人为机械特性的临界转差率142.51)23(23964.11)(22cNcNcmTTTTss湖北工业大

43、学稀土电机及控制研究所反接制动过程计算举例365.10581.0)121.0142.5()1(2rssRmm转子每相外串电阻为湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的制动状态3. 倒拉反转湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的倒拉反转TL2n0n1ABTL1nBTem正序，r2正序，r2+R倒拉反转的机械特性湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的倒拉反转倒拉反转时的功率1)(1111nnnnnns01322 2rssIPmec0322 2srIPem输入机械功率电功率从定子传递到转子mecemcuPPp 2湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的倒拉反转倒拉

44、反转（第IV象限）实现条件电机：电源不变，在电动机转子串入 较大电阻。负载：位能性负载湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的制动状态4. 回馈制动湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的回馈制动回馈制动1） 正向回馈制动过程2） 反向回馈制动运行湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的回馈制动1） 正向回馈制动过程湖北工业大学稀土电机及控制研究所正向回馈制动过程n0n1ABTLTem正序，fN异步电机变频调速机械特性n1正序，fCD-TB正向回馈制动过程湖北工业大学稀土电机及控制研究所正向回馈制动过程回馈制动时的功率011nnns01322 2rssIPmec0322

45、 2srIPem输入机械功率电功率从转子传递到定子0cos3111 IUP（证略）湖北工业大学稀土电机及控制研究所正向回馈制动过程2cuemmecpPP 2cumecempPP 111FecuemppPP 电动时的功率关系111FecuemppPP 回馈时的功率关系湖北工业大学稀土电机及控制研究所正向回馈制动过程结 论：正向回馈时的三相异步电动机处在异步发电状态，将系统减小的动能转变为电能送入交流电网。湖北工业大学稀土电机及控制研究所正向回馈制动过程正向回馈制动过程（第 II 象限）实现条件电机：电源相序不变，电机转速高于 同步转速负载：反抗性负载湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机

46、的回馈制动2）反向回馈制动运行湖北工业大学稀土电机及控制研究所反向回馈制动运行n0n1ABTL1Tem反向回馈制动运行的机械特性nATL2正序，r2-n1nB负序，r2湖北工业大学稀土电机及控制研究所反向回馈制动运行0)(1111nnnnnns反向回馈制动运行时的转差率1nn 湖北工业大学稀土电机及控制研究所反向回馈制动运行01322 2rssIPmec0322 2srIPem输入机械功率电功率从转子传递到定子0cos3111 IUP（证略）011nnns回馈时的功率关系湖北工业大学稀土电机及控制研究所反向回馈制动运行n0n1ABTL1Tem反向回馈制动运行的机械特性nATL2正序，r2-n1

47、nB负序，r2CnC负序，r2+R湖北工业大学稀土电机及控制研究所反向回馈制动运行电机：改变电源相序（负序）负载：位能性负载反向回馈制动运行（第 VI 象限）实现条件湖北工业大学稀土电机及控制研究所异步电机的制动过程Temn0n1-1ABTL-TLncCn0n1ABTLC-TL-n1能耗制动过程反接制动过程DnD湖北工业大学稀土电机及控制研究所下放重物的三种状态GTL1nATemAvAGTL2nCTemCvC0n1ABTL1TemnATL2正序，r2-n1nB负序，r2nnCnDCD切交通直正序，r2+R湖北工业大学稀土电机及控制研究所第 8 章 交流电力拖动8.4 三相异步电动机的调速湖北工

48、业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的调速 交流调速系统应用日趋广泛，原来不调速的泵类负载，采用交流调速后，可实现大幅度节省。湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的调速 现代电力电子、计算机控制等技术的发展，使得交流调速系统日趋完善，已逐步取代直流调速系统。湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的调速 交流调速方法)1 (60)1 (11spfsnn湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的调速 交流调速方法1. 变频调速2. 变极调速3. 改变转差率调速湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的调速8.4.1 改变转差率调速湖北工业大学稀土电机及控制研究所三

49、相异步电动机的调速改变转差率调速1） 降压调速2） 转子串电阻调速湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的调速1） 降压调速三相异步电动机的降压调速异步电机降压机械特性Temn0UNn1UsmTmaxTmax1极值点的轨迹线湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的降压调速Temn0UNn1UnATLABnB异步电动机带恒转矩负载的降压调速湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的降压调速Temn0UNn1UnAABnB异步电动机带泵类负载的降压调速湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的降压调速Temn0UNn1U1nATLABnB高转差率异步电动机带恒转矩负载的

50、降压调速U2CnC湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的降压调速提高临界转差率的措施绕线式：转子串电阻笼 型：黄铜制转子三相异步电动机的降压调速降压调速的问题一 普通异步电动机临界转差率小，带恒转矩负载时调速效果不明显。湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的降压调速降压调速的问题二 异步电动机低速运行时，电流加大，损耗增加，效率降低，电机可能出现过热。湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的降压调速Temn0UNn1U1nATLABnBU2CnCABCsssemCUsPp2ABC 降压调速的损耗和效率cuAcuBcuCppp三相异步电动机的降压调速降压调速的问题三

51、异步电动机低速运行时，机械特性变软，工作点不易稳定。湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的降压调速Temn0UNn1U1nATLABnBTLn降压调速的转速波动（负载波动）湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的降压调速Temn0UNn1U1nATLABnBUn降压调速的转速波动（电压波动）C湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的调速2）转子串电阻调速湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻调速绕线式异步电机转子串电阻机械特性Temn0r2n1smTmax极值点的轨迹线msr2+Rs湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻调速Temn0r2n1TL=TNr2+R

52、s1r2+Rs2nNnBnCABC绕线式异步电动机转子串电阻调速湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻调速Temn0r2n1TL=TNr2+RssNsBsmABms22rRrsssmm22msmsRrsrBsNsRrsr22转子串电阻调速的基本关系湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻调速Temn0r2n1TL=TNr2+RssNsBsmABmsNNAIxsrEI2222222)(222222)(xsRrEIBsBNBAIII222 转子串电阻调速的基本关系湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻调速转子串电阻调速的基本关系Temn0r2n1TL=TNr2+RssNsBsmABmsN

53、NNAxsrsr2222222cos)/(/cos222222/ )(/ )(cosxsRrsRrBsNsBNBA222coscoscos 湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻调速Temn0r2n1TL=TNr2+RssNsBsmABmsAAmTjemAICT22cos BBmTjemBICT22cos emNemBemATTT 转子串电阻调速的基本关系湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻调速串电阻调速的问题一 异步电动机低速运行时，转差率加大，铜损耗增加，效率降低，电机可能出现过热，多用于断续工作方式的生产机械。湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻调速串电阻调速的问题二 电

54、机轻载时调速效果不明显，调速范围不宽，且为有级调速。湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻调速Temn0r2n1TL=TNr2+Rs1r2+Rs2nNnBnCABC绕线式异步电动机轻载时转子串电阻调速TL1湖北工业大学稀土电机及控制研究所转子串电阻调速串电阻调速的问题三 电机低速时转速的稳定性不好，不能用于对调速性能要求较高的场合。湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的调速8.4.2 变极调速湖北工业大学稀土电机及控制研究所笼型异步电动机的变极调速1. 变极原理2. 绕组接法3. 机械特性湖北工业大学稀土电机及控制研究所笼型异步电动机的变极调速1. 变极原理湖北工业大学稀土电机及

55、控制研究所变 极 调 速 原 理a1x1a2x2NNSSa1a2x1x2AX尾-首四极（2P=4）变极原理湖北工业大学稀土电机及控制研究所变 极 调 速 原 理a1a2x1x2AX尾-尾a1x1a2x2NS四极（2P=2）变极原理湖北工业大学稀土电机及控制研究所变 极 调 速 原 理a1a2x1x2AX并接变极原理a1x1a2x2NS四极（2P=2）湖北工业大学稀土电机及控制研究所变 极 调 速 原 理结论 对于笼型异步电动机，若改变定子每相绕组中一半线圈的电流方向，则电动机的极对数可成倍变化。湖北工业大学稀土电机及控制研究所变 极 调 速 原 理问题 笼型异步电动机在变极的同时，电动机的旋转

56、方向也同时改变。湖北工业大学稀土电机及控制研究所变 极 调 速 原 理4/2 极电机时的绕组相序机械角060 120 180 240 300 360 四极空间电角度0120 240 360 480 600 720 相序AZBXCYA二极空间电角度060 120 180 240 300 360 相序AZBXCYA湖北工业大学稀土电机及控制研究所变 极 调 速 原 理结论 为了保证电动机转向不变，在变极的同时，需要改变绕组电流的相序。湖北工业大学稀土电机及控制研究所笼型异步电动机的变极调速2. 绕组接法湖北工业大学稀土电机及控制研究所变极调速的绕组接法1） Y-YY 接法2） -YY 接法湖北工业

57、大学稀土电机及控制研究所变极调速的绕组接法变极调速的 Y-YY 接法A B CA B CUU湖北工业大学稀土电机及控制研究所变极调速的绕组接法U变极调速的 -YY 接法A B CA B CU湖北工业大学稀土电机及控制研究所笼型异步电动机的变极调速3. 机械特性湖北工业大学稀土电机及控制研究所变极调速的机械特性1）Y-YY 接法湖北工业大学稀土电机及控制研究所变极调速的机械特性可以证明，有以下近似关系成立。mYmYYTT2 mYmYYsssYsYYTT2最大转矩：临界转差率：起动转矩：湖北工业大学稀土电机及控制研究所变极调速的机械特性可以证明，有以下近似关系成立 mmYYTT32mmYYssss

58、YYTT32最大转矩：临界转差率：起动转矩：湖北工业大学稀土电机及控制研究所变极调速的机械特性TemY-YY 变极调速机械特性n0YY2n1YnATLABnBn1TmYYTmYTSYYTSYsmYYsmYsmYmYYTT2 mYmYYsssYsYYTT2nmYYnmY湖北工业大学稀土电机及控制研究所变极调速的机械特性mYmYYss1122nnnsmYYmYY11nnnsmYmYmYmYYnn2 湖北工业大学稀土电机及控制研究所变极调速的机械特性 -YY 变极调速机械特性Temn0YY2n1nATLABnBn1TmYYTm TSYYTSsmYYsmYs mmYYTT32mmYYss SSYYTT

59、32湖北工业大学稀土电机及控制研究所笼型异步电动机的变极调速变极调速的特点之一 变极调速设备简单，运行可靠，机械特性比较硬。湖北工业大学稀土电机及控制研究所笼型异步电动机的变极调速变极调速的特点之二 Y-YY 变极调速属于恒转矩调速方式， -YY变极调速基本属于恒功率调速方式。湖北工业大学稀土电机及控制研究所笼型异步电动机的变极调速变极调速的特点之三 变极调速时电机的转速成倍变化，属于有级调速，常与降压调速同时使用 。湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的调速8.4.3 变频调速湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的变频调速变频调速的一般原理)1 (601sPfn当 P、s

60、 一定时，n f1 。湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的变频调速1. 变频调速的三种控制方式2. 从基速向下的变频调速3. 从基速向上的变频调速湖北工业大学稀土电机及控制研究所三相异步电动机的变频调速1. 变频调速的三种控制方式湖北工业大学稀土电机及控制研究所变频调速的三种控制方式变频调速的基本原则mNm 变频调速时电机的每极气隙磁通应小于或等于额定磁通，即湖北工业大学稀土电机及控制研究所变频调速的三种控制方式每极气隙磁通111144. 4NmkNfE 湖北工业大学稀土电机及控制研究所变频调速的三种控制方式111144.4NmkNfE 1）恒磁通控制方式CfE 11mNm 湖北工