三相异步电动机电力拖动

三相异步电动机电力拖动三相异步电动机电力拖动三相异步电动机电力拖动三相异步电动机电力拖动三相异步电动机电力拖动三相异步电动机电1本章的主要内容5.1三相异步电动机的机械特性5.2三相异步电动机的起动5.3三相异步电动机的制动5.4三相异步电动机的调速5.5三相异步电动机的过渡过程中的能量损耗本章的主要内容5.1三相异步电动机的机械特性25.1三相异步电动机的机械特性本节主要研究三相异步电动机的机械特性及各种运转状态下的机械特性的计算。包括机械特性的三种表达式的建立；固有机械特性及人为机械特性的分析与绘制。三相异步电动机的机械特性，是指在恒定电压、恒定频率，以及参数等不变的条件下，电动机的电磁转矩T与转子转速之间的关系，即T=f（n）。一、三相异步电动机机械特性的三种表达式1、物理表达式2、参数表达式3、实用表达式5.1三相异步电动机的机械特性本节主要研究三相异步电动31、物理表达式1、物理表达式42、参数表达式

根据三相异步电动机的简化等效电路可知:2、参数表达式根据三相异步电动机的简化等效电路可知:5上式中T对转差率s求微分，并令：求得对应于最大转矩Tmax的转差率为：——临界转差率

——最大电磁转矩

——电动机的过载能力

最大转矩（Tmax

）点上式中T对转差率s求微分，并令：求得对应于最大转矩Tmax的6

起动转矩（Tst）点——起动转矩倍数

求解体现了电动机带载起动的能力。若电机能起动，否则将起动不了。起动转矩（Tst）点——起动转矩倍数求解体现了电动机带载7可见：可见：83、实用表达式参数表达式虽然对于理论分析很有用，但其中诸多参数不可查找。,若忽略3、实用表达式,若忽略9物理表达式适于定性分析转矩T及磁通及转子电流的有功分量之间的关系。参数表达式可以用于分析个参数变化对电动机运行性能的影响。实用表达式最适于进行机械特性的工程计算。正常运行时，0＜s＜sN，转差率s都比较小，有：

此时，临界转差率sm为：

（线性关系）正常运行时，0＜s＜sN，转差率s都比较小，有：此时，临界10二、三相异步电动机机械特性的计算及绘制已知：PN、nN、KM等

，要求取机械特性的实用表达式，便是要计算出Tmax和sm。

二、三相异步电动机机械特性的计算及绘制已知：PN、nN、K11电动机的几个特殊运行点：1）起动点A2）额定工作点B3）同步转速点H4）最大转矩点P和P’图5-1三相异步电动机的固有机械特性回馈制动时的过载能力比电动状态时的过载能力大。1、固有机械特性电动机的几个特殊运行点：图5-1三相异步电动机的固有机械特122、人为机械特性

由机械特性的参数表达式2、人为机械特性131）、降低电源电压U1转矩及电压的平方成正比。临界转差率与电源电压无关。

（机械特性参见图5－2）降低电网电压对电动机运行的影响：转速下降；使电动机电流大于额定定流，电动机不能长期连续运行。否则温升最终超过允许值，使电动机寿命缩短，甚至烧毁。1）、降低电源电压U1142）、转子电路串联对称电阻（适于绕线式电动机）（机械特性参见图5－3）思考：转子串电阻对电机的影响有哪些？2）、转子电路串联对称电阻（适于绕线式电动机）（机153）、定子电路串联对称电抗4）、定子电路串联对称电阻定子电路串联对称电抗，用于笼形电动机，以限制电动机的起动电流。定子电路串联对称电阻，用于笼形电动机的减压起动。（机械特性参见图5－4）例5-1

3）、定子电路串联对称电抗定子电路串联对称电抗，用于笼形电动165.2三相异步电动机的起动一、异步电动机起动的基本要求（1）起动转矩足够大；一般要求Tst≥(1.1~1.2)TL。（2）起动电流不能太大。二、三相异步电动机的起动方法三相笼型异步电动机的起动方法有：直接起动、减压起动及软起动三种方法。三相绕线转子异步电动机的起动方法：转子串联电阻及转子串联频敏变阻器两种起动方法。5.2三相异步电动机的起动一、异步电动机起动的基本要求三17（一）、三相笼型异步电动机的起动方法1、直接起动

直接起动即全压起动。

全压起动条件：

1）异步电动机功率低于6.5kW；

2）：直接起动时的影响：（1）起动电流较大，可达额定电流的4～7倍，甚至达到8～12倍。（2）过大的起动电流造成电机过热，影响电动机的寿命。（3）过大的起动电流使电动机受到电动力的冲击，绕组变形可能造成短路而烧毁电动机。（4）过大的起动电流会使电网线路电压降增大，对同一线路中的其他电器设备造成影响。（一）、三相笼型异步电动机的起动方法182、降压起动（四种）（1）定子串电阻或电抗起动结论：定子串电阻降压起动时，若使起动电流降为直接起动时的1/a，（a

＞1），则其起动转矩是直接起动时的1/a2，起动转矩减小得更多。，2、降压起动（四种）结论：定子串电阻降压起动时，若使起动电流19（2）星－三角形起动特点：

（1）只适用于正常运转时定子为三角形联结的电动机。（2）体积小、运行可靠，检修方便。（3）起动电压只能降低（4）起动电流降低为1/3，起动转矩也降低为1/3。适用于空载起动或轻载起动（2）星－三角形起动特点：（1）只适用于正常运转时定子为三20（3）自耦变压器起动特点：（1）电动机本身的的起动电流减小为直接起动时的但由电源提供的起动电流减小为直接起动时的（2）起动转矩也降为直接起动时的

（3）自耦变压器起动特点：（1）电动机本身的的起动电流减小为21（4）延边三角形起动（4）延边三角形起动223、软起动方法采用电子软起动来实现电动机的起动：（1）限流或恒流起动（2）斜坡电压软起动（3）转矩控制软起动。（4）转矩加脉冲突变控制（5）电压控制3、软起动方法23（二）、三相绕线转子异步电动机的起动方法1、转子串接电阻起动一般采用分级起动的方法，可保证整个起动过程中都有较大的起动转矩，且起动电流较小。其原理图如图所示。（动画）（二）、三相绕线转子异步电动机的起动方法242、转子串接频敏变阻器起动频敏变阻器在起动过程中，其阻值能随着转子转速的升高而自动减小，能做到自动变阻，不必逐段切除电阻。其实际上是一个三相铁芯线圈。等效电路图（b）中电阻R1为绕组的电阻，Rm为反映其铁损耗的等效电阻，Xm为带铁芯绕组的电抗。由于铁芯的涡流损耗很大，因而等效电阻Rm也很大。

2、转子串接频敏变阻器起动频敏变阻器在起动过程中，其阻值能随25三、改善起动性能的三相笼形异步电动机为了改善笼型电动机的起动性能，可从转子槽形着手，设法利用“集肤效应”，使起动时转子电阻增大，正常运行时转子电阻又会自动减小，从而满足电动机起动和运行性能的要求。可采用深槽型异步电动机和双笼型异步电动机。三、改善起动性能的三相笼形异步电动机为了改善笼型电动机的起动265.3三相异步电动机的电气制动三相异步电动机有两大运转状态：电动状态及制动状态。电动状态特点：

1）电动机转矩方向与转速方向相同。

2）机械特性在第一、三象限内。

3）电动机从电网吸收电能，转化为机械能。制动状态特点：

1）电动机转矩方向与转速方向相反。

2）回馈制动与能耗制动时的机械特性在第二象限、反接制动的机械特性在第四象限内。

3）回馈制动与能耗制动时电动机从轴上吸收机械能，转化为电能

5.3三相异步电动机的电气制动三相异步电动机有两大运转状27一、能耗制动——将三相异步电动机及三相交流电源断开，与直流电源接通。同时，在转子回路接入制动电阻能耗制动时的电磁转矩，是由机械惯性而继续旋转的转子，及恒定的定子磁场有相对运动产生的。该转矩的大小与方向，仅取决于转子与恒定磁场之间相对运动的速度与方向，而与该恒定磁场与定子本身是否有相对运动无关。——将三相异步电动机及三相交流电源断开，与直流电源接通。能耗28一、能耗制动A、B两相绕组通入直流电流I时产生的磁动势幅值两相绕组在空间互差电角度，合成磁动势幅值

若由三相对称电流I1产生的旋转磁动势的幅值——直流电流I及等效交流电流I1之间的转换关系

一、能耗制动A、B两相绕组通入直流电流I时产生的磁动势幅值29一、能耗制动

一、能耗制动30二、反接制动（1）定子两相反接的反接制动传递到转子的两部分功率全部转换成了转子上的铜损耗。因此，制动时需在转子回路中串入较大的制动电阻。该制动电阻还兼有限流和调速的作用，改变转子回路电阻的大小，可获得不同的制动转矩。动画二、反接制动（1）定子两相反接的反接制动传递到转子的两部分功31（2）转速反向的反接制动当转子串入电阻超过一定数值时，

在位能负载作用下，倒拉电机反转，重物稳定下放。

动画（2）转速反向的反接制动32三、回馈制动（动画）——当异步电动机由于某种原因，使得n>n1时，转差率s<0，则转子感应电动势sE2反向当s<0时，转子电流的有功分量改变方向；转子电流的无功分量方向没变。功率P1、Pmec、Pem均为负值，说明电机内的功率流向及作电动机运行时正好相反，即电机作发电机在运行。三、回馈制动（动画）——当异步电动机由于某种原因，使得n>n33（1）调速过程中的回馈制动过程（2）下放重物时的回馈制动运行例5-2

（1）调速过程中的回馈制动过程（2）下放重物时的回馈制动运行345.4三相异步电动机的调速异步电动机的转速公式：要对异步电动机调速。可从改变三个参数方面考虑：（1）改变定子绕组的极对数p（2）改变供电频率f（3）改变电动机的转差率s——改变定子电压调速、转子回路串电阻调速、电磁转差离合器调速和串级调速等。

5.4三相异步电动机的调速异步电动机的转速公式：——改35一、变极调速改变定子的极对数，通常用改变定子绕组联结法的方法。转子为笼型，则转子的极对数自动随定子的极对数对应。也可以在电动机上安装两组独立的绕组，各个绕组联结法不同构成不同的极对数。改变极对数p都是成倍的变化，转速也是成倍的变化。故为有级调速。（动画：YY-Y变极的原理）一、变极调速改变定子的极对数，通常用改变定子绕组联结法的方36

Y-YY改接法及其机械特性

极对数，同步转速Y-YY改接法及其机械特性极对数，同步转速37二、变频调速U1≈E1=4.44f1KN1

N1Φm——要保持气隙磁通Φm不变，电源电压U1必须随电源频率f1一起改变。（1）带恒转矩负载时（2）带恒功率负载时变频调速具有优异的性能。但必须备有专用的变频设备。（《电力电子》及《运动控制工程》讲述）。二、变频调速U1≈E1=4.44f1KN1N1Φ38三相异步电动机的频率f1改变时的人为机械特性

三相异步电动机的频率f1改变时的人为机械特性39三、变转差率调速1、转子电路串联电阻调速经济性不高，当转速降低时，效率下降，转子损耗增加，但方法简单，初期投资不大。三、变转差率调速1、转子电路串联电阻调速402、改变定子电压调速由异步电动机的人为机械特性可知，若采用闭环控制可以提高电动机的机械硬度的同时保证一定的过载能力。调速时的性能低，功率因数很低。低速时发热严重，必须采用一定的冷却方式。2、改变定子电压调速413、电磁转差离合器（滑差电动机）调速工作原理：滑差电动机电枢由异步电动机带动，其从动部分（磁极）通以直流励磁。及异步电动机的工作原理相似，磁极随电枢转动。调节直流励磁，则可改变磁极及与其相连的负载的转速。作为系统，一般构成闭环系统。特点：拓宽异步电动机的调速范围，能平滑调速。但调速效率也低，且需要增加设备。3、电磁转差离合器（滑差电动机）调速424、串级调速原理：在电动机的转子电路内引入感应电动势Ef，则：频率相等、