第9章异步电动机电力拖动课件

第9章异步电动机的电力拖动9.1三相异步电动机的机械特性9.2三相异步电动机的起动9.3三相异步电动机的调速9.4三相异步电动机的制动电机与拖动9.5三相异步电动机的各种运行状态9.1三相异步电动机的机械特性一、固有机械特性当U1、f1、R2、X2

=常数时：

Te=f(s)

n=f(Te)

——转矩特性——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，机械特性称为固有机械特性。●电磁转矩公式：

I1I2'E1=

E2'1－ssR2'ImRm＋R1Xm+X1+U1－R1jX1

R2'jX2'OTes1n1TnOTL转矩特性机械特性1.稳定运行条件ab●a点：扰动n↑→

Te>TL→n↑↑→b点●b点：扰动n↑→

Te<TL→n↓→b点n1TnOTL◆稳定运行条件：dTedndTLdn<ab◆恒转矩负载时稳定运行区域：M恒转矩负载时，稳定运行区域在机械特性的下降区：n＝n1～nM

段nMdTLdn＝0因dTedn<0故需Te=TLn1TenO1）

额定状态（N点）

●

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

，

Te=TN，P2=PN。nNTNNTN=9.55PN

nN●

额定状态说明了电动机长期运行的能力：

TL≤TN，P2≤PN，I1≤IN（N•m）2）

起动状态（S

点）●对应：s=1，n=0的状态。

——又称为堵转状态。起动时：Te=

Tst，

I1L=Istn1TenOTst——直接起动的能力。●

起动条件：

(1)Tst>TL

(2)

Ist＜线路允许值●

起动转矩倍数:STstTstTNkst=●

起动电流倍数:IstINkI=1.6~2.25~7nMTm临界转速3）

临界状态（M

点）TmTNkm=n1TenOM●对应：s=sM

，Te

=

Tm的状态●

临界状态明了电动机的短时过载能力。●

过载倍数：●

临界转差率sm=2~2.2R2X1+X2sm

=Tm=m1pU12

4f1(X1+X2)●

临界转矩（最大）TmTe=+2Tm

sms

ssm将Te与Tm两式相除，并整理得

：2.固有机械特性的实用公式 注意：※

近似公式，适用范围0<s<sm√［］=±－1smsNTmTN(

)2TmTNTN=9.55PN

nN产品目录数据:型号，PN(kW)，nN(r/min)，UN(V)，km

，kst

，kI

，N，cosN

sN=n1-nN

n1Tm=km

TN

(1)(2)把TN,sN

代入实用公式，解方程求得sm负号不合题意，舍去!Why?如何获得电磁转矩实用公式sm=sN(km+√km2－1)Te=+2Tm

sms

ssm√［］=+－1sMsTmTe(

)2TmTe如何运用实用公式1)、已知某转速下的电磁转矩求转速sn=n1(1-s)2)、已知转速求电磁转矩nsTeTe=+2Tm

sms

ssmR2X1+X2sm

=Tm=m1pU12

4f1(X1+X2)二、人为机械特性1.降低定子电压时的人为特性UN0.81Tm0.81Tstn1TnOsM0.9UN●

保持Te=TL，降低定子电压，稳定后转速略有下降

TL●

Tm(Tst)U2,sm与U无关，Tm(Tst)随定子电压U降低按平方规律下降，sm不变特点：●

n1与电压无关，n1不变2.转子电路串联对称电阻时的人为特性n1TenOTmR2●

sm∝R2Tm与R2

无关R2+Rs1R2+Rs1+Rs2●

R2´+Rs´=X1+X2，

sm=1,Tst

=Tm●

在一定范围内

R2Tst

●

R2´>X1+X2，

RsTst

3.定子回路串接对称电阻或电抗的人为特性●人为特性均过n1点n1TenORf>0Rf=0∧sm'Tm'smTm●

Rf(Xf)↑→Tm、Tst↓●

Rf(Xf)↑→sm

↑9.2三相异步电动机的起动一、电动机的起动指标●

起动转矩足够大。●

起动电流不超过允许范围。●异步机的实际起动情况：起动电流大：Ist=ksc

IN=(5.5～7)IN

起动转矩小：Tst=αstTN=(1.6～2.2)TN

●

不利影响：(1)大电流使电网电压降低，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。

二、笼型异步电动机的直接起动1.小容量的电动机（≤7.5kW）2.电动机容量满足如下要求：Ist

INkI=≤14〔〕3+电源总容量(kV·A)电动机功率(kW)电机与拖动三、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：M3~3~R(L)Q1Q2FU运行起动电机与拖动串电阻损耗大，串电抗器投资高——已很少采用适用于：正常运行为△联结的电动机。2.Y－减压起动UNWVUIsYY型起动WVUIsUN型起动（型运行）设：定子每相阻抗为ZUp'UpIsY=Up'|Z|UN√3

|Z|=Is=Up|Z|√3UN√3

|Z|=电机与拖动●

Y型起动的起动电流为：IstY=13Ist∵Te

∝U12，TstY=13Tst●

Y型起动的起动转矩为：

1√3U1'=U1●

Y－减压起动的特点：

(1)电源电压不变，改变定子绕组接法；

(2)减压比为:1√3Y起动相电压U1'起动相电压U1=电机与拖动否则不能采用此法。(1)IstY＜Imax（线路中允许的最大电流）；(2)TstY＞TL。●

Y－减压起动的使用条件：3~W2W1V1U1U2V2Q1运行↑Q2↓起动电机与拖动●Y－减压起动控制电路3.自耦变压器减压起动M3~UNU1LIst/KAIst

/KA2电压比为:kA=UNU1L定子电压：

U1L=UN/kA定子电流：

Ist

/kA线路电流：IstA=Ist

/kA2●

自耦变压器减压起动的起动电流为：IstA=Ist

/kA2电机与拖动●

自耦变压器减压起动的特点：(1)定子绕组接法不变，改变定子绕组的电压；(2)电压比KA可调:QJ3型U1=(0.4、0.6、0.8)UN

kA=2.5,1.67,1.25

QJ2型U1=(0.55、0.64、0.73)UN

kA=1.82,1.56,1.37●

自耦变压器减压起动的起动转矩为：TstA=Tst/kA2电机与拖动(1)IstA＜Imax（线路中允许的最大电流）；(2)TstA＞TL

否则不能采用此法。●自耦变压器电压比的选择：●自耦变压器减压起动的使用条件：Ist

/kA2

＜ImaxTst

/kA2

＞TL＜1/kA2＜TLTst

Imax

Ist电机与拖动四、改善起动性能的三相笼型异步电动机1.深槽异步电动机槽深h与槽宽b之比为：h/b=10~20漏电抗小↑漏电抗大增大↑电流密度●

起动时：

f2高，漏电抗大，电流主要决定于漏抗电流密度槽底小，槽口大，电流被挤到导体表面——集肤效应导条的等效面积减小，即R2↑→Tst↑●

运行时：

f2很低，漏电抗很小，I2由R2决定集肤效应消失，R2↓电机与拖动2.双笼型异步电动机电阻大漏抗小电阻小漏抗大●

起动时f2高：漏抗大，起主要作用，

I2主要集中在外笼，外笼R2大上笼（外笼）下笼（内笼）→Tst大;●

运行时f2很低：漏抗很小，R2起主要作用，

I2主要集中在内笼,外笼——起动笼。内笼——工作笼。电机与拖动1.分级起动过程3~M3~Q2Q2Q1Q1Rst1Rst2n1TenO3(R22)TLT2T12(R21)1(R2)abcdef(1)串联Rst1和Rst2起动(特性3)：总电阻R22=R2+Rst1+Rst2(2)

合上Q1

，切除Rst2(特性2)：总电阻R21=R2+Rst1(3)

合上Q2

，切除Rst1(特性1)：总电阻:R2五、绕线型异步机转子电路串电阻起动电机与拖动2.

起动级数与起动电阻的关系n1TenO3(R22)TLT2T12(R21)1(R2)abcdefTe=+2Tm

sms

ssm当s<<sM

时：Te=2Tmsm

s●当s不变时：Te

∝

1sm

∝

1∑R2T1R22T2R21

=b点和c点=R21R2d点和e点=β电机与拖动二级起动起切转矩比β=相邻两级转子总电阻比R2X1+X2sm

=T1R2mT2R2(m－1)==R2(m－1)R2(m－2)=…●

对于m级起动：=R21R2=βR21=βR2R22=βR21……R2m=βR2(m－1)=β2R2…=βmR2Rst1=R21－R2Rst2=R22－R21…Rstm=R2m－R2(m－1)◆

起动级数与起动电阻的关系●当sm

不变时：

Te∝sT1seTNsN

=n1TnO3(R22)TLT2T12(R21)1(R2)abcdef二级起动◆

起动级数与转矩的关系=sasM3T1TM

sesM1=∴

se=

sN

T1TNe点和f点e点和曲线1最大转矩点a点和曲线3最大转矩点∴

se=

sa

sM1sM3,sa=1●

对于m级起动：βm=TNsNT1

==

sNT1TNR2R22∴

se==sM1sM31β2R2X1+X2sm

=β=

R2m

R2

mm=TNsNT1

lgβ

lg=

TN

sNT1

m◆

起动级数与起动电阻和转矩的关系3.起动级数与起动电阻的计算(1)

预选

T1和T2及β

起动转矩：T1=(0.8~0.9)TM

切换转矩：T2=(1.1~1.2)TL

起切转矩比：β=T1T2R2=sNE2N√3I2N(2)

求出R2：(3)

计算起动级数： ,取整m=TNsNT1

lgβ

lg(5)

计算各级起动电阻(4)重新计算起切转矩比:β,校T2>1.1TL=

TN

sNT1

m

●

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。六、绕线型转子电路串频敏变阻器起动频敏变阻器厚钢板涡流损耗电机与拖动9.3三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)n1=(1－s)60f1

p——有级调速。无级调速。电机与拖动变转差调速包括：调压调速转子串电阻调速串级调速一、变频调速

U、f可变M3~3~整流电路逆变电路50Hz控制电路

直流电机与拖动Tm=m1pU12

4f1(X1+X2)R2X1+X2sm

=1.改变电源频率时的人为机械特性(1)

f1＜fNE14.44

f1

kw1N1Φm=≈U14.44

f1

kw1N1●

为保持Φm

=常数=常数U1f1

∵

n1∝f1,∴

f1n1

∵

sm∝ ,∴

f1sm

↑

1f1

△nM=n1－nM=sm

n1不变∵

Tm∝

∴

Tm不变U1f1()2n1TenOn1'f1fN∨n1TenOn1'f1fN∨(2)

f1＞fN，U1=UN（不变）

调频时：f1↑→

Φm↓n1∝f1sm∝1f1△nM=n1－nM=sm

n1(不变)Tm∝1f12而且：n1TenOn1'f1fN∨Tm=m1pU12

4f1(X1+X2)R2X1+X2sm

=n1TenOn1'f1＞fNU1L=UNn1TenOn1'f1＜fN，=常数U1f1

TLTL变频调速原理1)调速方向:f1＜fN时：n↓f1＞fN时：n↑2)调速范围:3)调速的平滑性:5)调速的经济性：初期投资大；运行费用不大。4)调速的稳定性：D较大。平滑性好（无级调速）。稳定性好。6)调速时的允许负载：◆

f1＜fN时——恒转矩调速。=常数U1f1

∵→Φm基本不变，∴

Te=

CTΦm

I2Ncos2

基本不变。电机与拖动2.变频调速特性

P2=T2ΩU14.44f1

kw1N1Φm=≈TeΩ◆

f1＞fN时：恒功率调速。∵

U1L

=

UN∴Te=

CTΦm

I2Ncos2

∝1f1∝1n∝1n∝Ten

P2=常数电机与拖动TL二、笼型异步电动机的变极调速n1TenOYYY0.5n1n1TenO△YY0.5n1TL1.调速方向

YY→Y(△)：n↓Y(△)→YY：n↑2.调速范围:D=2~4电机与拖动U1U2U3U4U1U2U3U4××××(a)p=2(b)p=11.改变磁极对数时的人为机械特性(a)YY(p)(b)Y(2p)(c)△(2p)●

定子绕组常用的变极法：(1)YY－Y：●p2p：

n1→n1/2

①sm不变

②△nM=n1－nM=sMn1→smn1/2③Tm(Tst)→Tm(Tst)/2

n1TnOYYY0.5n1●

N1→2N1：X1→4X1，(L∝N2折算值)●

N1→2N1：X2→4X2，R2→4R2，(折算值)Tm=m1pU12

4f1(X1+X2)R2X1+X2sm

=(2)YY－△

●p2p：

n1→n1/2n1TenO△YY0.5n1

①sM不变

②△nM=n1－nM=sMn1→sMn1/2③TM(Tst)→1.5TM(Tst)

●U1→√3U1,转子参数不变Tm=m1pU12

4f1(X1+X2)R2X1+X2sm

=●

N1→2N1：X1→4X1，(L∝N2折算值)●

N1→2N1：X2→4X2，R2→4R2，(折算)1)调速的平滑性：差2）调速的稳定性：稳定性好。静差率：δ

=n1－nn1

△nn1

=(基本不变）3)调速的经济性：好4)调速时的允许负载：电机与拖动◆

YY－Y：近似恒转矩调速◆

YY－△：近似恒功率调速2.变极调速特性：P2=√3UNINcos1η满载输出功率：满载输出转矩：T2=P2Ω=12INYINYY=12ΩYΩYY∵如果cos1、η不变，则：=12P2YP2YY=1T2YT2YY（恒转矩调速）◆

YY－Y：恒转矩调速◆

YY－△（近似）恒功率调速：∵=√3IPN2IPNIN△INYY=√32=12Ω△ΩYY如果cos1、

η不变，则：P2△P2YY=√32≈1（近似恒功率调速）T2△T2YY=×2√32=1.732P2=√3UNINcos1ηT2=P2Ω输出：p=1p=2注意：如果要求变极前后转向保持不变，必须在变极的同时，将接至电源的三个端头任意两个对调。5）变极前后，绕组的相序改变n1TenOsMUNTLTL三、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。（随负载性质变化）U1n1TenOsMUNU1电机与拖动(3)调速的平滑性:若能连续调节U1，n

可实现无级调速。(4)调速的稳定性：经济性较差。①

需要可调交流电源；②cos1和η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。∵Te∝U1p2稳定性差。(5)调速的经济性：∴U1↓→Te

(n)↓→P2↓↓电机与拖动适合风机、泵类负载n1TenOTmR2R2+Rr五、绕线型异步电动机转子串联电阻调速TLM3~3~RrKM(1)调速方向:n↓(2)调速范围：D较小。电机与拖动(3)调速的平滑性:Rr↑

→δ↑↑(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：取决于Rr的调节方式。(4)调速的稳定性：稳定性差。恒转矩调速。

∵调速前后U1、

f1不变，Φm不变，∴T

=

CTΦm

I2Ncos2

基本不变。电机与拖动六、绕线型异步电动机的串级调速(1)串级调速的原理在转子电路中串联一个与e2s

频率相等、相位相同或相反的附加电动势ead

，以代替Rr上的电压降，从而使这部分能量不致损耗掉。转子相电流：sE2±EadR2+j

sX2I2s

=

I2s

=

sE2+Ead√R22+(sX2

)2●

e2s与ead

同相位时：在引入ead

的瞬间：I2s↑→Te→n↑→sE2↓→I2s↓→Te↓…→Te

=TL电机与拖动I2s

=

sE2－Ead√R22+(sX2

)2●

e2s与ead

相位相反时：在引入ead的瞬间：I2s↓→Te↓→n↓→sE2↑→I2s↑→Te↑…→Te=TL(2)串级调速的机械特性n1TnOE2sE2s+EadE2s－Ead电机与拖动(3)串级调速的调速性能①调速方向:双向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；运行效率较高，运行费用不大。⑥调速时的允许负载：恒转矩调速。∵调速前后U1、

f1不变，Φm不变，

基本不变。∴Te=

CTΦm

I2Ncos2

电机与拖动M3~3~Q19.4三相异步电动机的制动一、能耗制动1.制动原理n+U－Q2

RbI1×ΦFF●制动前：

Q1合上，Q2断开，M为电动状态。●制动时：

Q1断开，Q2合上。M为制动状态。定子：Udc→I1→Φ转子：n→E2→I2TeTe电机与拖动2.能耗制动时的机械特性OnTe特点：①因Te

与n方向相反，

n~Te

曲线在第Ⅱ、

Ⅳ象限。②因n=0时，Te=0，

n~Te曲线过原点。③制动电流增大时，制动转矩也增大；产生最大转矩的转速不变。I1"I1'＜电机与拖动3.能耗制动过程——迅速停车TLOnTe12(1)制动原理：制动前：特性1。制动时：特性2。a点b点原点O(n=0，Te=0)，惯性ab(Te＜0，制动开始)n↓制动过程结束。(2)制动效果：

Rb↓→I1↑→Φ↑→Te↑→制动快(3)制动时的功率：定子输入：P1

=0，轴上输出：P2=TeΩ＜0动能P2转子电路的电能，

PCu2消耗掉。电机与拖动MnTeTLMnTeTL4.能耗制动运行——下放重物TLOnTe12aa点b点惯性(Te＜0，制动开始)bn↓原点O(n=0，Te=0),在TL作用下n反向增加cc点(Te=TL),制动运行状态以速度nc

稳定下放重物。●

制动效果：由制动回路的电阻决定。电机与拖动二、反接制动1.定子两相反相的反接制动——迅速停车3~M3~3~M3~Rb制动前的电路制动时的电路(1)制动原理：电机与拖动TL正向电动状态；OnTe1n12－n1bac－TLd制动状态MnTeTLMnTeTLMnTeTL相序改变，n1变向。s>1固有特性反向电动状态TL制动前：正向电动状态；制动时：OnT1n12－n1定子相序改变，n1变向。bs=－n1

－n－n1=n1+nn1即：s

＞1(第Ⅱ象限)。同时：E2s、I2

反向，T

反向。aca点b点惯性(Te＜0，制动开始)n↓c点(n=0，Te≠0),制动结束。到

c点时，若未切断电源，M将反向起动。－TLd电机与拖动取决于Rb的大小。(2)制动效果：aOnTe1n12－n1bc(3)制动时的功率：Pe=m1I2'2R2'+Rb'

s＞0PCu2

=m1(R2'

+Rb')

I2'2=Pe－Pm=Pe

+|Pm|＜0Pm

=(1－s)Pe三相电能电磁功率Pe转子机械功率Pm定子转子电阻消耗掉电机与拖动2.到拉反接制动——下放重物OnTe1n12bcTLad(1)制动原理：定子相序不变，转子电路串联对称电阻Rb。a点b点惯性(Te＜TL)n↓c点(n=0，Te＜TL)在TL作用下M反向起动d点(n＜0，Te

=TL)制动运行状态(2)制动效果：改变Rb的大小，改变特