交流电动机的拖动

以交流流电动机为原动机的电力拖动为交流电力拖动系统。由于感应电动机结构简单、价格便宜，而且其性能良好、运行可靠，因此交流电力拖动系统中的电动机主要是三相感应电动机。三相感应电动机电力拖动主要是研究电动机的起动、制动及调速的各种方法与控制方法。第三篇三相感应电动机的电力拖动任务一认识常用低压电器任务二学习三相感应电动机的机械特性

任务三三相感应电动机的起动及控制

任务四三相感应电动机的反转及控制

任务五三相感应电动机的调速任务六三相感应电动机的制动及控制

由基本方程可以作出等效电路:任务二学习三相感应电动机的机械特性一、功率转换过程和功率平衡方程式异步电动机的功率和损耗有：输入功率定子铁损电磁功率定子铜损转子铜损输出功率

P2=PΩ-（pΩ+ps）机械功率

PΩ=Pem-pcu2功率平衡方程式P1=Pem+pcu1+pFePem=P+pcu2P=P2+p+ps两个重要关系式pcu2=sPemPΩ=（1-s）Pem

可见，从气隙传递到转子的电磁功率分为两部分，一小部分变为转子铜损耗，绝大部分转变为总机械功率。转差率越大，转子铜损耗就越多，电机效率越低。因此正常运行时电机的转差率均很小。从等效电路分析可知:3)三相异步电动机的功率因数永远滞后；4)附加电阻不能用电感或电容来代替；5)在等效电路中负载的变化是用转差率s来体现的。二、转矩平衡方程式3）由电动机所拖动的负载的反作用转矩T2。以上公式也可以表示为：当电动机稳定运行时，作用在电动机转子上有三个转矩。1）使电动机旋转的电磁转矩Tem。2）由电动机的机械损耗和附加损耗引起的空载制动转矩T0。显然：Tem

=T2

+T0

电磁转矩从转子方面看，它等于总机械功率除以转子机械角速度；从定子方面看，它又等于电磁功率除以同步机械角速度。三、电磁转矩公式（一）电磁转矩的物理表达式称为转矩常数，对制造好的电机为一定值。

三相感应电动机的机械特性是指在一定的条件下，电动机的转速

与电磁转矩

之间的关系

。由于感应电动机的转速与转差率s之间存在一定的关系,所以感应电动机的机械特性也常用

的形式表示。机械特性的参数表达式（二）电磁转矩的参数表达式四、固有机械特性的分析在0≤s＜1时，即在

＜≤0的范围内，特性在第一象限，电磁转矩

与

都为正，电动机工作在电动运行状态；在s＜0时，即

＞

，特性在第二象限，

为正值，电磁转矩

为负值，表现为制动性转矩，电磁功率

也是负值，电动机工作在发电运行状态；在s＞1时，即

＜0，特性在第四象限，

＞0，电动机工作在制动运行状态。1.H-P部分（转矩由0～Tm，转差率由0～Sm）电动机的转速随着电磁转矩的增加而减低，这一部分为电动机的稳定工作部分，特性曲线为一条直线。2.P—A部分（转矩由Tm～Tst，转差率由Sm～1）在这部分随着转矩的减小，转速也减小，特性为一曲线。称为电机的非工作部分。3.同步转速点H（理想空载点）

此时=、电磁转矩=0、转子电流=0、定子电流

。H点为理想空载点，在没有外界转矩的作用下，感应电动机本身不可能达到同步转速点。4.额定运行点B

电动机运行在该点时，电磁转矩与转速均为额定值，感应电动机可长期运行在额定状态。5.最大转矩点P此时（临界转差率）,（最大转矩）。

感应电动机的临界转差率仅与电动机本身的参数有关，而与电源电压无关；感应电动机的最大电磁转矩与电源电压的平方成正比，与转子电阻无关，但临界转差率与转子电阻成正比。过载倍数反映了电动机短时过载的极限6.起动点A此时=0，s=1，=

称为起动转矩。它是感应电动机接通电源开始起动时的电磁转矩。起动转矩倍数表征电动机的起动能力起动转矩与电源电压平方成正比；频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，起动转矩越小;绕线式电动机，转子回路电阻越大，起动转矩先增后减。机械特性的实用表达式

只要知道最大转矩

和临界转差率

，就可以求出电磁转矩

与转差率s之间的关系五、人为机械特性人为机械特性是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机械特性。1.降低定子电压时的人为机械特性snsm10TLUN0TstTmTemn1

下降后,和均下降,但不变,和均减少。0.8UN0.64Tst0.64Tm如果电动机在额定负载下运行,下降后,下降,增大,转子电流因增大而增大,导致电机过载。长期欠压过载运行将使电机过热，减少使用寿命。2.转子回路中串接对称电阻时的人为机械特性转子串对称电阻后,、不变，增大10TstTmTems

n0n1smR2TstsmR2+Rs在一定范围内增加电阻，可以增加。当时，若再增加电阻，减小。串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。六、生产机械的负载转矩特性

生产机械的负载转矩

与转速的关系

，称为生产机械的负载转矩特性，简称为负载性质。

1．恒转矩负载

负载转矩

的大小为一定值，而与转速无关的称为恒转矩负载。恒转矩负载又分为两大类。2．恒功率负载

负载功率

为一定值，负载转矩

则与转速

成反比。车床车削工件，粗加工时，切削量大，切削阻力大，用低速；精加工时，切削量小，为保证加工精度，用高速。3．通风机负载负载转矩与转速的平方成正比，即。

属于通风机负载的生产机械有鼓风机、水泵、液压泵等。任务三三相感应电动机的起动控制起动指电动机接通电源后由静止状态加速到稳定运行状态的过程。对电动机的起动性能要求：起动电流小起动转矩大一、三相感应电动机直接起动及控制线路直接起动也叫全压起动，起动时，电动机定子绕组直接承受额定电压。这种起动方法最简单，也不需要复杂的起动设备，但起动电流较大，一般可达到额定电流的4～7倍，但起动转矩并不大。对电动机的稳定运行不利。1.三相感应电动机直接起动

一般只允许在小功率电动机（PN≤7.5kW）中采用直接起动。对于大容量的电动机应满足下列要求（1）起动电流大的原因

起动时,,转子感应电动势大,使转子电流大,根据磁动势平衡关系,定子电流必然增大.（2）起动转矩不大的原因起动时,,远大于运行时的,转子漏抗很大,很低,尽管很大,但并不大。由于起动电流大,定子漏阻抗压降大,使定子感应电动势减小,对应的气隙磁通减小。3.三相感应电动机直接起动控制线路二、三相笼型感应电动机的减压起动及控制线路

起动时，通过起动设备使定子绕组承受的电压小于额定电压，待电动机转速达到某一数值时，再使定子绕组承受额定电压，使电动机在额定电压下稳定工作。降压起动的目的是限制起动电流。1．定子串接电阻或电抗器起动

起动时，将电阻或电抗器串接在定子绕组与电源之间，通过电阻或电抗器的分压作用来降低定子绕组上的起动电压，从而减低起动电流。电动机起动后，切除电阻或电抗器，进入正常运行。

由于起动时在外串的电阻上有较大的有功功率损耗，很不经济，现已很少采用。定子串电阻或电抗器减压起动控制线路2．Y—Δ减压起动起动时，电动机的定子绕组Y接；运行时△接。适用于正常运行时定子绕组为三角形接线，且有6个引出端的电动机。起动电压降为直接起动的，起动相电流减为直接起动的。起动线电流减为直接起动的，起动转矩为全压时的。这种起动操作方便，设备简单，应用广泛。Y—Δ减压起动控制线路3．自耦变压器（起动补偿器）降压起动自耦变压器降压起动利用自耦变压器来降低定子绕组电压以实现减小起动电流的目的。起动用的自耦变压器二次绕组有40%、60%、80%等不同的抽头可供选择。起动时，选择合适的抽头位置开关K投向起动一边，电动机的定子绕组通过自耦变压器接到三相电源上。当转速升高到一定程度后，开关K投向运行边，自耦变压器被切除，电动机定子直接在电源上，电动机进入正常运行。电动机起动时定子绕组的电压为

，与直接起动时电压

的关系为电动机定子绕组起动电流为

，与直接起动时的起动电流

之间关系为自耦变压器原边的起动电流为,与直接起动是的电流之间的关系为电机的起动转矩为

，与直接起动时起动转矩

之间的关系为自耦变压器降压起动，比起定子串电抗起动，当限定的起动电流相同时，起动转矩损失的较少；比起Y-Δ起动，有几种抽头供选用比较灵活，并且

较大时，可以拖动较大的负载起动。但是自耦变压器体积大，价格高，不能带重负载起动。自耦变压器降压起动在较大容量鼠笼式感应电动机上广泛应用。自耦变压器降压起动控制线路4．延边三角形降压起动这种起动方法适用于电动机定子绕组每相有三个出线端：首端、尾端和中间抽头。且正常运行为Δ接的三相笼形感应电动机。

采用延边三角形起动的鼠笼式感应电动机，除了简单的绕组接线切换装置之外，不需要其他专用起动设备，很简单。但是，电动机的定子绕组不但为Δ接，有抽头，而且需要专门设计，制成后抽头又不能随意变动，因此限制了延边三角形起动方法的使用。延边三角形降压起动控制线路三、三相绕线型感应电动机的起动在转子回路中串联适当的电阻,既能限制起动电流，又能增大起动转矩。1.转子串电阻分级起动为了有较大的起动转矩、使起动过程平滑，应在转子回路中串入多级对称电阻，并随着转速的升高，逐渐切除起动电阻。起动过程电动机由a点开始起动，经b→c→d→e→f→g→h，完成起动过程时间原则控制转子串电阻起动控制线路2.转子串频敏变阻器起动频敏变阻器是一铁损很大的三相电抗器起动时，S2断开，转子串入频敏变阻器,S1闭合，电机通电开始起动。起动时,,频敏变阻器铁损大,反映铁损耗的等效电阻大,相当于转子回路串入一个较大电阻。随着上升,减小,铁损减少,等效电阻减小,相当于逐渐切除,起动结束,S2闭合，切除频敏变阻器，转子电路直接短路。转子串频敏变阻器降压起动的机械特性四、三相感应电动机的软起动三相感应电动机的软起动是通过固态减压起动器实现的。固态减压起动器是一种集电动机软起动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置。1.利用交流调压开关实现的软起动交流调压开关可以是由双向晶闸管组成或由两只普通晶闸管反并联组成起动时电压改变，频率不变2.利用变频器实现的软起动

通过改变变频器中电力电子器件（GTR或IGBT）的开关时间，改变加在电动机定子绕组上电源的频率和电压的大小，从而控制电动机的起动电流和起动转矩。起动时既改变电压又改变频率软起动特性三相感应电动机用软起动器控制的起动控制线路任务五三相感应电动机的调速由异步电动机的转速公式可知，异步电动机有下列三种基本调速方法：（1）改变定子极对数调速。称为变极调速。（2）改变电源频率调速。称为变频