第五章 异步电动机的电力拖动(新)

电机及拖动基础电子与信息工程学院电气工程及自动化系杨玉杰朱连成12/14/20231电机及拖动基础第五章三相异步电动机的电力拖动运行第一节三相异步电动机机械特性的一、物理表达式异步机的转矩系数——异步机每极磁通12/14/20232电机及拖动基础1.s较小时，2.s较大时，12/14/20233电机及拖动基础异步电动机的机械特性二、参数表达式临界转差率最大转矩+：电动机-：发电机12/14/20234电机及拖动基础起动转矩起动转矩倍数过载能力（倍数）12/14/20235电机及拖动基础三、实用表达式忽略

R1

得机械特性的实用表达式（式中）过载能力

12/14/20236电机及拖动基础结论：1当电源频率及电机其他参数不变时，而与无关；2当及其它参数不变时，而与无关；

四、机械特性曲线的绘制几个特殊点：1）起始点A；2）额定工作点B；3）同步转速点H；4）最大转矩点P和P′。12/14/20237电机及拖动基础三相异步电动机的固有机械特性1）起始点A；2）额定工作点B；3）同步转速点H；4）最大转矩点P和P′。五、固有机械特性12/14/20238电机及拖动基础六、人为机械特性三相异步电动机降低定子相电压时的人为机械特性（一）降低降低后电动机电流将大于额定值，电动机如长时连续运行，最终温升将超过允许值，导致电动机寿命缩短，甚至烧坏。12/14/20239电机及拖动基础（二）转子电路内串联对称电阻转子电路串联对称电阻适用于绕线转子异步电动机的起动，也可用于调速。转子电路内串联对称电阻时的人为机械特性12/14/202310电机及拖动基础（三）定子电路串联对称电抗定子电路内串联对称电抗时的人为机械特性定子电路串联对称电抗一般用于笼型异步电动机的降压起动，以限制电动机的起动电流。12/14/202311电机及拖动基础（四）定子电路串联对称电阻与串联对称电抗时相同，定子串联对称电阻一般也用于笼型异步电动机的减压起动。定子电路内串联对称电阻时的人为机械特性12/14/202312电机及拖动基础第二节

三相异步电动机的起动一、

三相笼型转子感应电动机的起动三相笼型转子感应电动机有直接起动与降压起动直接起动也称为全压起动：起动时，电动机定子绕组直接承受额定电压。方法简单，不需要复杂的起动设备起动的电流较大，一般可达额定电流的4-7倍。直接起动特点：≤12/14/202313电机及拖动基础直接起动的问题：1.起动电流大2.起动转矩小3.功率因数小不能直接起动的设备采用降压启动12/14/202314电机及拖动基础二、三相绕线转子异步电动机的起动（一）转子串联电阻起动电动机起动时，变阻器应调在最大电阻位置，然后将定子接通电源，电动机开始转动。随着电动机转速的增加，均匀地减小电阻，直到将电阻完全切除。待转速稳定后，将集电环短接，同时举起电刷。12/14/202315电机及拖动基础（二）转子串联频敏变阻器起动当电动机起动时，转子频率较高，频敏变阻器内的与频率平方成正比的涡流损耗较大，值也因之较大，起限制起动电流及增大起动转矩的作用。随着转速的上升，转子频率不断下降，频敏变阻器铁心的涡流损耗及值跟着下降，使电动机起动平滑。频敏变阻器的结构频敏变阻器的等效电路12/14/202316电机及拖动基础第三节三相异步电动机的各种运转状态一、电动运转状态电动运转状态的特点是电动机转矩的方向与旋转的方向相同。电动状态下异步电动机的机械特性二、制动运转状态异步电动机可工作于回馈制动，反接制动及能耗制动三种制动状态。其共同特点是电动机转矩与转速的方向相反，以实现制动。此时，电动机由轴上吸收机械能，并转换为电能。12/14/202317电机及拖动基础（一）能耗制动状态异步电动机能耗制动的电路图与机械特性当K1断开，电动机脱离电网时，立即将K2接通，则在定子两相绕组内通入直流电流，在定子内形成一固定磁场。当转子由于惯性而仍在旋转时，其导体即切割此磁场，在转子中产生感应电动势及转子电流。根据左手定则，可确定出转矩的方向与转速的方向相反，即为制动转矩。12/14/202318电机及拖动基础各个电流之间有下列关系得机械特性方程式临界相对转速12/14/202319电机及拖动基础（二）反接制动状态转子轴上机械功率为负此时的转差率转子由定子输入的电功率即为电磁功率转子电路的损耗为两者之和，因此能量损耗极大。为正1．转速反向的反接制动12/14/202320电机及拖动基础转速反向的反接制动时的异步电动机特性异步电动机转速反向反接制动电路图12/14/202321电机及拖动基础2．电源反接的反接制动为了迅速停车或反向，可将定子两相反接，工作点由A转移到B此时转差率为在两相反接时，电动机的转矩为－T，与负载转矩共同作用下，电动机转速很快下降，这相当于图中机械特性的BC段。12/14/202322电机及拖动基础异步电动机电源反接的电路图与机械特性在转速为零的C点，如不切断电源，电动机即反向加速，进入反向的电动状态（对应于特性CD段），加速到D点时，电动机将稳定运转，实现了电动机的逆转过程。12/14/202323电机及拖动基础（三）回馈制动状态位能负载带动异步电动机进入回馈制动状态当异步电动机由于某种原因（例如位能负载的作用），使其转速高于同步速度时，转子感应电动势反向，转子电流的有功分量也改变了方向，其无功分量的方向则不变。此时异步电动机既回馈电能，又在轴上产生机械制动转矩，即在制动状态下工作。当时12/14/202324电机及拖动基础转子电流的有功分量为转子电流的无功分量为也为负，与转速方向相反异步电动机轴上输出的机械功率也为负12/14/202325电机及拖动基础如果异步机定子脱离电网，又希望它能发电，则必须在异步机定子三相之间接上连接成三角形或者星形的三组电容器。这时电容器组可供给异步电动机发电所需要的无功功率，即供给建立磁场所需要的励磁电流。电容器接成三角形时电容器接成星形时异步电动机回馈制动时的机械特性12/14/202326电机及拖动基础三、制动状态小结在正转方向，特性1与1′的第二象限为回馈制动特性，第四象限为反接制动特性；在反转方向，特性2与2′的第二象限为反接制动特性，而第四象限则为回馈制动特性。能耗制动电路的联结方法有所不同，其机械特性用曲线3与3′表示，第二象限部分对应于电动机正转，而第四象限则对应于反转。图中特性1＇，2′及3′对应于异步电动机转子有串联电阻时，而1，2及3则对应于没有串联电阻。12/14/202327电机及拖动基础[例]某绕线转子异步电动机的铭牌参数如下：（1）当负载转矩，要求转速时，转子每相应串入多大的电阻（图中B点）？绕线转子异步电动机的机械特性12/14/202328电机及拖动基础（2）从电动状态（图1中A点）时换接到反接制动状态，如果要求开始的制动转矩等于（图中C点），则转子每相应该串接多大电阻？（3）如果该电动机带位能负载，负载转矩，要求稳定的下放转速

r/min，求转子每相的串接电阻值。解12/14/202329电机及拖动基础取（不合理）（1）考虑异步机的机械特性为直线,对于固有特性12/14/202330电机及拖动基础对于人为特性（2）12/14/202331电机及拖动基础取取考虑机械特性为直线(3)12/14/202332电机及拖动基础取（时不能稳定运转）考虑机械特性为直线12/14/202333电机及拖动基础第四节三相异步电动机的调速由异步电动机转速的表达式一、变极调速12/14/202334电机及拖动基础星形联结改变成两个并联的星形联结三角形联结改变成两个并联的星形联结12/14/202335电机及拖动基础变极原理：定子每相绕组由两个完全对称的“半相绕组”所组成，只要将每相任何一个“半相绕组”电流反向，就可以将极对数增加一倍（两个半绕组顺串）或减少一半（两个半绕组反并）。由于笼型感应电动机的转子极对数能自动跟随定子极对数且始终保持相等，所以变极调速仅用于笼型感应电动机。12/14/202336电机及拖动基础变极调速时，电动机的容许输出功率或转矩在变速前后的关系。输出功率为在高、低速运行时，电动机绕组内均流过额定电流，这样在两种联结法下的转矩之比为当定子绕组从一个三角形联结改成二个星形联结的并联时，极对数也减小一倍，也增加一倍。两种联结法的功率比为12/14/202337电机及拖动基础Y联结改成YY联结Δ联结改成YY联结12/14/202338电机及拖动基础二、变频调速对于恒转矩调速，如果变频装置保证随成正比地变化，则可保证在频率变化过程中电动机具有同样的过载能力，在恒转矩调速下的变频装置一般就是根据这一要求设计的。当定子频率较高时（式中为常数）常值12/14/202339电机及拖动基础可见，恒转矩变频调速时，如能保持=定值，则可保证调速过程中电动机的过载能力基本不变，同时可满足磁通Φ

基本不变的要求。在恒功率调速时由此可见，在恒功率调速时，如能满足=定值的条件，调速过程中电动机的过载能力也能保持不变，但此时磁通将发生变化了。如果此时按恒转矩调速满足=定值的条件，则磁通将基本不变，但电动机的过载能力将在调速过程中改变。常值12/14/202340电机及拖动基础变频调速具有优异的性能，调速范围较大，平滑性较高，变频时按不同规律变化可实现恒转矩或恒功率调速，以适应不同负载的要求，低速时特性的静差率较高，是异步电动机调速最有发展前途的一种方法。12/14/202341电机及拖动基础三、转子电路串联电阻调速在额定电压时，磁通定值，调速时12/14/202342电机及拖动基础当转速降低（s增高）时，效率下降，转子损耗功率增高，故经济性不高。转子电路串联电阻的数值愈大，人为机械特性愈软。转子损耗功率为输出功率为调速时转子电路的效率为转子电路串接不同电阻时的人为特性12/14/202343电机及拖动基础二、改变定子电压调速改变异步电动机定子电压的人为特性转子电路电阻较高时改变定子电压的人为特性12/14/202344电机及拖动基础四、串级调速中等以上功率的绕线转子异步电动机与其他电动机或电子设备串级联接以实现平滑调速，称为串级调速。异步电动机的串级调速，就是在异步电动机转子电路内引入感应电动势，以调节异步电动机的转速。引入电动势的方向，可与转子电动势方向相同或相反，其频率则与转子频率相同。

1．与同相未引入时引入后12/14/202345电机及拖动基础

未引入时超前90°12/14/202346电机及拖动基础

2．与反相显然，对于右图所示超前某一角度的一般情况，可将分解为二个分量，即与同相的分量