《电机技术》课件-第7章 三相异步电动机的电力拖动

新世纪高职高专电气自动化技术类课程规划教材电机与拖动技术DIANJIYUTUODONGJISHU(基础篇)(第五版)新世纪高职高专教材编审委员会组编主编郑立平张晶王文一1第7章三相异步电动机的电力拖动7.1三相异步电动机的机械特性7.2三相异步电动机的启动7.3三相异步电动机的制动7.4三相异步电动机的调速27.1三相异步电动机的机械特性

三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速与电磁转矩

之间的关系。即

也可由转矩特性曲线表示。即

3

三相异步电动机电磁转矩有三种表达方式：1.物理表达式2.参数表达式3.实用表达式7.1.1机械特性的三种表达式7.1三相异步电动机的机械特性41.物理表达式7.1.1机械特性的三种表达式7.1三相异步电动机的机械特性52.参数表达式7.1.1机械特性的三种表达式7.1三相异步电动机的机械特性上式表明：电磁转矩与电源参数（U、f）、结构参数（r、x、m、p）和运行参数（s）有关。由上式可作出机械特性曲线n=f(Tem)。67.1.1机械特性的三种表达式7.1三相异步电动机的机械特性过载能力(1)最大电磁转矩Tm和临界转差率sm77.1.1机械特性的三种表达式7.1三相异步电动机的机械特性当其它参数一定时：

1）最大电磁转矩与电源电压平方成正比；临界转差率与电源电压无关。

3）频率越高，最大电磁转矩和临界转差率越小；漏抗越大，最大电磁转矩和临界转差率越小。

2）转子回路电阻越大，临界转差率越大；最大电磁转矩与转子电阻无关。87.1.1机械特性的三种表达式7.1三相异步电动机的机械特性（2）启动转矩Tst和启动转矩倍数Kst启动转矩Tst

97.1.1机械特性的三种表达式7.1三相异步电动机的机械特性当其它参数一定时：1)启动转矩与电源电压平方成正比；2)频率越高，启动转矩越小；漏抗越大，启动转矩越小；3)绕线式电动机，转子回路电阻越大，启动转矩先增后减。4)启动转矩倍数。103.实用表达式7.1.1机械特性的三种表达式7.1三相异步电动机的机械特性114.机械特性的绘制7.1.1机械特性的三种表达式7.1三相异步电动机的机械特性已知电机的额定功率、额定转速、过载倍数，则额定输出转矩为

忽略空载转矩，有额定转差率为121.固有机械特性

7.1.2

三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性

三相异步电动机的固有机械特性是指电动机在额定电压和额定频率下，按规定的接线方式接线，定子和转子电路不外接电阻或电抗时的机械特性。

nNnm

Tem

n0TN

Tst

Tmax

ABCD7.1三相异步电动机的机械特性13电动机的固有机械特性的几个特殊点：最大转矩点B

启动点A同步转速点D额定运行点C

n0TN

Tst

Tmax

ABCDTem

7.1三相异步电动机的机械特性147.1三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的固有机械特性是指人为地改变电源参数或电动机参数而得到的机械特性。

2.人为机械特性常见的人为机械特性有：

（1）降低定子电压时的人为机械特性；（2）转子电路串接对称电阻时的人为机械特性；（3）定子电路串接对称电抗或电阻时的人为机械特性。157.1三相异步电动机的机械特性2.人为机械特性（1）降低定子电压时的人为机械特性167.1三相异步电动机的机械特性2.人为机械特性（2）转子电路串接对称电阻时的人为机械特性177.2三相异步电动机的启动

启动：电动机接到电源上后，从静止状态到稳定运行状态的过程。对三相异步电动机的启动要求：①启动电流要小，以减小对电网的冲击；②启动转矩要大，以缩短启动时间；③启动设备简单，可靠。187.2.1三相笼型异步电动机的启动笼型异步电动机的启动方法有两种：优点：设备简单，操作方便；缺点：启动电流大，启动转矩不大。降压启动直接启动１．直接启动适用条件：受电网容量限制,单机启动时，不使电网电压降低10%以上，允许全压直接启动。7.2三相异步电动机的启动19启动电流大（ki=Ist/IN=4-7）;启动转矩不大（kst=Tst/TN=1-2）。启动转矩不大的原因

（1）功率因数很低；（2）气隙磁通减小；（3）使启动转矩Tst不大。

启动电流大的原因：由等效电路可分析，此时处于短路状态。三相异步电动机的启动性能不好：7.2三相异步电动机的启动20降压启动的目的是限制启动电流。

启动时，降低加在电动机定子绕组电压，使电动机启动时电压小于额定电压，待电动机转速上升到一定数值后，再使电动机承受额定电压，由此限制启动电流。常见降压启动方法有两种。（1）星形-三角形（Y-D）降压启动（2）自耦变压器降压启动2.降压启动7.2三相异步电动机的启动21适用条件：正常工作时定子绕组需三角形接法的电动机才能采用定子绕组Y接启动时，启动电压（1）星-三角（Y-D）启动启动电流启动转距7.2三相异步电动机的启动22(2)自耦变压器启动7.2三相异步电动机的启动23启动用自耦变压器有QJ2型QJ3型两个系列。QJ2型三个抽头分别为：55%、54%、73%。QJ3型三个抽头分别为：40%、50%、80%。缺点：设备费用较高。适用于大容量电动机启动。优点：一般有三个抽头，可供不同负载选择。自耦变压器启动的特点7.2三相异步电动机的启动24三种降压启动方法比较：启动电压启动电流启动转矩全压启动380V50A900NmY-△换接降压启动自耦变压器降压启动304V220V

20A300Nm575Nm38.4A7.2三相异步电动机的启动25１.转子串电阻启动

在转子回路中串入多级对称电阻。启动时，随着转速的升高，逐级切除启动电阻。使整个启动过程有较大的加速转矩，并使启动过程比较平滑。①优点：只要在转子回路串入适当的电阻，既可减少启动电流，又可增加启动转矩。②适用条件：电动机在重载情况下的启动场合。7.2三相异步电动机的启动7.2.2三相绕线式异步电动机的启动267.2三相异步电动机的启动１.转子串电阻启动7.2.2三相绕线式异步电动机的启动277.2三相异步电动机的启动２.转子串接频敏变阻器启动

频敏变阻器是一铁损耗很大的三相电抗器，在启动过程中，能自动、无级的减小电阻保持转矩近似不变，使启动过程平稳、迅速。结构简单，运行可靠，维护方便，应用广泛。7.2.2三相绕线式异步电动机的启动28铁芯损耗频敏变阻器的工作原理图rmxmr1

转子频率高时铁芯损耗大；转子频率低时铁芯损耗小。7.2三相异步电动机的启动297.3三相异步电动机的制动异步电动机运行于制动状态时，Tem与n反方向，是制动转矩；电动机从轴上吸收机械能并转换为电能消耗于电机内部或反馈回电网；机械特性位于第二或第四象限。制动目的：①使电力拖动系统快速停车；②使电力拖动系统尽快减速；③使位能性负载有稳定的下放速度。

三相异步电动机制动方法：机械制动电气制动：①能耗制动；②反接制动；③回馈制动。307.3三相异步电动机的制动7.3.1机械制动

机械制利用机械装置使电动机在切断电源后迅速停转。采用比较普遍的机械设备是电磁抱闸。电磁抱闸主要由两部分组成，制动电磁铁和闸瓦制动器。制动原理：电动机的电源被切断时，电磁抱闸的线圈也同时断电，衔铁释放，在弹簧拉力的作用下，使闸瓦累累抱住闸轮，电动机就迅速被制动停转。317.3三相异步电动机的制动7.3.1机械制动

327.3三相异步电动机的制动7.3.2电气制动

1.反接制动（1）电源反接制动制动方法：在电动状态下，突然将电源两相反接，使旋转磁场反向旋转。制动原理：定子磁场反向，转子因惯性继续旋转，转子导体切割磁场，异步电动势与电流方向与电动状态相反，产生制动力矩。337.3三相异步电动机的制动7.3.2电器制动

1.反接制动（1）电源反接制动

347.3三相异步电动机的制动机械特性：①反接制动是指从反接开始至转速为零这一段制动过程（BC段）；②特性曲线通过-n1（曲线A、B、C、D、E），初始制动转矩较小；③转子电阻增大，sm增大，Tm不变，初始制动转矩较大。（曲线B，C，段所示，绕线式电动机可采用）。④负载要实现快速制动停车，n=0时切断电源。否则反抗性负载反向加速致D点，反向电动运行；位能性负载，将进入回馈制动，稳定在高于同步速的速度下匀速下降。357.3三相异步电动机的制动

（2）倒拉反接制动

制动方法：保持旋转磁场的旋转方向不变，绕线式电动机在转子回路串入大电阻。转子在位能负载的作用下进行倒拉反转。制动原理：电动机在转子回路串入大电阻,使电流减小，先是电磁转矩下降，小于负载转矩，转速先下降，然后转子在位能负载的作用下反转，进入倒拉反转的运行状态。367.3三相异步电动机的制动

（2）倒拉反接制动

37机械特性：正转状态下，临界转差率增大（sm>1）的机械特性。反接制动是指从转速为零至稳速下降这一段制动过程（CD段）；能量关系：转子输入的机械功率和定子输入的电功率全部转变为转子回路的损耗消耗掉。反接制动的共同点是转差率大于1。

7.3三相异步电动机的制动38

制动条件：在某一转矩作用下，使电动机转速超过同步转速。电磁转矩变为制动转矩，将电能回馈到电网。有两种情况会出现回馈制动：①位能负载下放时；②变极调速或变频调速过程中。2.回馈制动7.3三相异步电动机的制动39制动原理：定子磁场反向，转子也反向，磁场转速高于转子转速，感应电动势与电流方向与电动状态相反，产生制动力矩。制动方法：在电动状态下，将电源两相反接，使旋转磁场反向旋转。同步速为-n1，电动机经反接制动、反接电动的加速过程，最后在位能负载的的作用下，稳定运行在大于同步速的转速下，匀速下放重物。

（1）下放重物时的回馈制动7.3三相异步电动机的制动40机械特性：①回馈制动是指从转速高于同步速导稳定下降这一段制动过程；②特性曲线通过-n1，初始制动转矩较小；③转子电阻增大，sm增大，Tm不变，初始制动转矩较大。重物下放速度会增大。7.3三相异步电动机的制动417.3三相异步电动机的制动（2）变极调速或变频调速过程中的回馈制动制动原理：变极调速或变频调速瞬间，机械特性改变了，同步转速降低，转子由于机械惯性不突变，电机转速高于同步转速，电磁转矩为制动转矩，使转子转速下降，进入回馈制动状态。机械特性：①回馈制动是指从转速高于同步速到同步转速这一段制动过程；②特性曲线通过，初始制动转矩较大。42３.能耗制动制动方法：电动机定子绕组脱离交流电网，通入直流电流。制动原理：定子产生恒定磁场，转子因惯性继续旋转，转子导体切割恒定磁场，异步电动势与电流方向与电动状态相反，产生制动力矩。7.3三相异步电动机的制动437.3三相异步电动机的制动44三相异步电动机的调速原理由转速公式得出①改变定子极对数p调速；②改变电源频率f1调速；③改变转差率s调速。异步电动机的调速方法7.4三相异步电动机的调速457.4三相异步电动机的调速7.4.1变极调速

变极原理:每相绕组由两个线圈组成，每个线圈看作一个半相绕组。若两个半相绕组顺向串联，电流同向，可产生4极磁场；其中一个半相绕组电流反向，可产生2极磁场。注意：变极前后，三相绕组的相序发生改变，为保证电动机的转向不变，须对调定子两相绕组的出线端。467.4三相异步电动机的调速47变极调速原理7.4三相异步电动机的调速Y-YY变极连接方式：(2p→p)487.4三相异步电动机的调速Ｄ-YY变极连接方式：(2p→p)497.4.2变频调速

连续调节频率可平滑的调节转速，但单一的调节频率将导致电动运行性能的恶化。异步电动机有以下关系式：

U1≈E1=4.44f1N1KN1Φm

若U1不变，f1与Φ1成反比。如果f1下降，则Φ1增加，使磁路过饱和，励磁电流迅速上升，铁损增加，电动机效率降低，也使功率因数减小。为此，频率与电压同时调节。1.基本原理7.4三相异步电动机的调速50保持不变，即

一般认为，变频调速时，保持过载能力不变，运行性能较理想。恒转矩负载：=常数；

恒功率负载：=常数。7.4三相异步电动机的调速517.4.2变频调速

(1)变频调速技术的现状变频调速电动机系统作为一个整体，随着电力电子技术、计算机和控制技术的迅速发展而发展，其主要表现为：2.变频调速技术的发展概况7.4三相异步电动机的调速①电力电子、电动机及控制技术的一体化；②集成化和智能化；③高性能和高可靠性；④新材料、新结构层出不穷。527.4.2变频调速

(2)变频调速技术的发展趋势2.变频调速技术的发展概况7.4三相异步电动机的调速①高性能；②高精度；③高频化；④大容量；⑤微型化；⑥数字化。537.4三相异步电动机的调速7.4.3改变转差率调速

1.转子串电阻调速

机械特性

转子串附加电阻，n1、Tm不变，sm增大，特性斜率增大。优点：设备简单，易于实现。缺点：有级调速，低速时转差率大，铜耗大，运行效率低，机械特性软，负载波动时转速变化大。适用场合：起重机一类对调速要求不高的场合。547.4三相异步电动机的调速7.4.3改变转差率