电机与拖动 课件 第5章 异步电机拖动

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思考题与习题

本章首先讨论三相异步电动机的机械特性，然后以机械特性为理论基础，分析研究三相异步电动机的起动、制动和调速等问题。5.1三相异步电动机的机械特性5.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式

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，由于电机的转速与转差率之间存在一定的关系，所以异步电动机的机械特性通常用表示。三相异步电动机的电磁转矩有三种表达式物理表达式、参数表达式和实用表达式。1．物理表达式三相异步电动机的电磁转矩的物理表达式为:

上式表明，三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通Ф0与转子电流的有功分量I2’cosφ2相互作用产生的，与主磁通成正比，与转子电流的有功分量成正比。32．参数表达式为了直接反映电磁转矩与转速或转差率的关系，可以推导得出电磁转矩的参数表达式：当U1、f1以及电动机的结构参数不变时，电磁转矩只是转差率的函数，通常用函数式T=f(s)表示。4三相异步电动机的T-s曲线snTem象限PM工作状态s<0n>n1-(反向增大再减小)Ⅱ-发电运行状态0<s<10<n<n1+(正向增大再减小)Ⅰ+电动运行状态s>1n<0+(正向减小)Ⅳ+制动运行状态三相异步电动机的特性分析5在特性曲线上有两个最大转矩，最大转矩对应的转差率称为临界转差率，可令求得:

最大转矩与额定转矩之比称为过载能力:2、越大，越大；与无关。1、与成正比；与无关。3、和都近似与漏抗成反比在特性曲线上还有一个起动转矩，即时的转矩:

结论：当其它参数一定时1、起动转矩与电源电压平方成正比；2、频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，起动转矩越小；3、起动转矩倍数三、实用表达式

工程上常根据电机的额定功率、额定转速、过载能力来求出实用表达式。方法是：将Tm和sm代入即可得到机械特性方程式。利用电磁转矩除以最大电磁转矩可得电磁转矩的实用表达式：5.1.2

三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性一、固有机械特性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，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。sn0nNsNnmsm10TNTstTmTem几个特殊点：ABCD1.起动点A:2.最大转矩点B:3.额定运行点C4.同步运行点D二、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.降压时的人为机械特性snsm10TLUN0TstTmTemn10.8UN0.64Tst0.64Tm

下降后,和均下降,但不变,和减少。

如果电机在定额负载下运行,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.转子回路串对称电阻时的人为机械特性串电阻后,、不变，增大。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。10TstTmTems

n0n1smR2TstsmR2+Rs二、稳定运行条件工作点：在电动机的机械特性与负载的机械特性的交点上。稳定运行:即：T－TL=0运动方程:T－TL=JdΩd

tT－TL＞0→加速T－TL＜0→减速n=常数过渡过程:4.2电力拖动系统稳定运行高等教育出版社高等教育电子音像出版社n0TnOTLab

干扰使a

点:n

a'→a'点。→a

点。→n

干扰过后T＞TL→T=TL4.2电力拖动系统稳定运行高等教育出版社高等教育电子音像出版社n0TnOTLaba"4.2电力拖动系统稳定运行高等教育出版社高等教育电子音像出版社a

点n0TnOabTLb

点:

干扰使

→n

→n=0→堵转。干扰过后T＜TL，不能运行。b'4.2电力拖动系统稳定运行高等教育出版社高等教育电子音像出版社

稳定运行的充分条件:dTdn＜dTLdnn0TnOabTL

稳定运行点

不稳定运行点4.2电力拖动系统稳定运行高等教育出版社高等教育电子音像出版社5.2三相异步电动机的起动

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二：起动电流小,起动转矩大。一、三相笼型异步电动机的启动三相笼型异步电动机的启动方式：直接启动和降压启动1．直接启动

直接启动就是利用负荷开关或接触器将电动机的定子绕组直接接到具有额定电压的电网上，也称为全压启动。

异步电动机的实际起动情况起动电流大：Ist=(4～7)In

起动转矩小：Tst=(1.6～2.2)Tn

参考以下经验公式可确定电动机能否直接启动，即：解：已知，有【例5-1】一台15KW的三相异步电动机，启动电流与额定电流之比为7，变压器容量为560KVA，可用直接启动方式吗？所以允许直接启动。5.2.1

三相笼型异步电动机的起动二、降压起动适用于正常运行时定子绕组为三角形接线的电动机。起动时

Y接；运行时△接。起动电流关系:Y-△

降压起动多用于空载或轻载起动1.Y-△

降压起动起动转矩关系:2.自耦变压器降压起动通过自耦变压器把电压降低后再加到电动机定子绕组上，以达到减小启动电流的目的；待其转速基本稳定时，再把电动机直接接到电网上，同时将自耦变压器从电网上切除。电网提供的起动电流减小倍数：起动转矩减小的倍数：5.2.2

三相绕线型异步电动机的起动一、转子回路串电阻起动

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。

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。转子回路串电阻启动原理图转子回路串电阻启动的机械特性图

23

电动机由a点开始启动，经b→c→d→e→f→g→h，完成启动过程。三相异步电动机转子绕组串电阻分级启动的优点是可得到最大的启动转矩，缺点是启动设备复杂、操作维修不便。

转子回路串电阻启动原理图转子回路串电阻启动的机械特性图

24二、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。

snsm10TLUN0TstTmTemn10.8UN0.64Tst0.64Tm10TstTmTems

n0n1smR2TstsmR2+Rs三相异步电动机的起动：笼型异步电动机的起动方法：（1）直接启动（2）降压启动：①Y-△

降压起动②自耦变压器降压启动绕线型异步电动机的起动方法：（1）转子串电阻起动（2）转子串频敏变阻器起动5.3三相异步电动机的制动5.3.1能耗制动实现：制动时，S1断开,电机脱离电网，同时S2闭合,在定子绕组中通入直流励磁电流。M3~3~Q1一、能耗制动1.制动原理制动前

Q1合上，Q2断开，

M为电动状态。制动时

Q1断开，Q2合上。定子:U→I1→Φ

转子:n→E2→I2M为制动状态。n＋U－Q2

RbI1×ΦFFTT高等教育出版社高等教育电子音像出版社

制动过程中，转子的动能转变为电能消耗在转子回路电阻上——能耗制动。2.能耗制动时的机械特性OnT特点：(1)因T与n方向相反，

n－T曲线在第二、四象限。(2)因n=0时，Tem=0，

n－T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'＜高等教育出版社高等教育电子音像出版社3.迅速停机时的能耗制动TLOnT12(1)制动原理制动前：特性1。制动时：特性2。原点O(n=0，T=0)，a点b点惯性ab(T＜0，制动开始)n↓制动过程结束。(2)制动效果

I1

→Φ

→T

→制动快。(3)制动时的功率动能P2→转子电路的电能

→PCu2消耗掉。高等教育出版社高等教育电子音像出版社4.下放重物时的能耗制动TLOnT12aa点b点

惯性(T＜0，制动开始)bn↓原点O(n=0，T=0),在TL作用下n反向增加cc点(T=TL),制动运行状态以速度nc

稳定下放重物。高等教育出版社高等教育电子音像出版社nTemA0n1C1B23

对笼型异步电动机,可以增大直流励磁电流来增大初始制动转矩。

对绕线型异步电动机,可以增大转子回路电阻来增大初始制动转矩。制动效果：由制动回路的电阻和励磁电流的大小来决定。一、电源两相反接的反接制动5.3.2

反接制动实现：将电动机电源两相反接可实现反接制动。机械特性由曲线1变为曲线2，工作点由A→B→C，n=0,制动过程结束。绕线式电动机在定子两反接同时,可在转子回路串联制动电阻来限制制动电流和增大制动转矩

,曲线3。(2)制动效果取决于Rb

的大小。

(3)制动时的功率

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高等教育出版社高等教育电子音像出版社二、倒拉反转的反接制动条件:适用于绕线式异步电动机带位能性负载情况。实现：在转子回路串联适当大电阻RB。下放重物时的反接制动OnT1n02bcTLad(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(Tb＜TL)，惯性n↓c点(n=0，Tc＜TL)在TL作用下M反向起动d点(

nd＜0，Td

=TL)

制动运行状态(2)制动效果改变Rb

的大小，改变特性2的斜率，改变nd

。3e

低速提升重物高等教育出版社高等教育电子音像出版社

轴上输入的机械功率转变成电功率后，连同定子传递给转子的电磁功率一起消耗在转子回路电阻上，所反接制动的能量损耗较大。5.3.3

回馈制动实现：电动机转子在外力作用下，使n>n1.

回馈制动状态实际上就是将轴上的机械能转变成电能并回馈到电网的异步发电机状态。一、下放重物时的回馈制动电机机械特性曲线1，运行于A点。4.5三相异步电动机的制动下放重物时的回馈制动OnTTLn1－n1bac正向电动反接制动d回馈制动反向电动高等教育出版社高等教育电子音像出版社

首先将定子两相反接,定子旋转磁场的同步速为-n1，特性曲线变为2。工作点由A到B。经过反接制动过程（由B到C）、反向加速过程（C到-n1变化），最后在位能负载作用下反向加速并超过同步速，直到D点保持稳定运行。

制动效果

Rb

→下放速度

。※为了避免危险的高速，一般不串联

Rb或者很小。OnTTLn0－n0高等教育出版社高等教育电子音像出版社二、变极或变频调速过程中的回馈制动电机机械特性曲线1，运行于A点。电机工作点由A变到B，电磁转矩为负，，电机处于回馈制动状态。当电机采用变极（增加极数）或变频（降低频率）进行调速时，机械特性变为2。同步速变为。5.4三相异步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。（2）改变电源频率调速。（3）改变转差率调速。——

有级调速。无级调速。5.4.1

变极调速一、变极原理变极调速只用于笼型电动机。以4极变2极为例：U相两个线圈，顺向串联，定子绕组产生4极磁场：反向串联和反向并联，定子绕组产生2极磁场：二、三种常用变极接线方式Y→并YY，2p-pY→反串Y，2p-p∆→YY，2p-p注意：

当改变定子绕组接线时，必须同时改变定子绕组的相序三、变极调速时容许输出

容许输出是指保持电流为额定值条件下，调速前、后电动机轴上输出的功率和转矩。1.Y-YY联结方式Y-YY后,极数减少一半,转速增大一倍,即，保持每一绕组电流为,则输出功率和转矩为

可见，Y-YY联结方式时，电动机的转速增大一倍，容许输出功率增大一倍，而容许输出转矩保持不变，所以这种变极调速属于恒转矩调速，它适用于恒转矩负载。2.∆-YY联结方式∆-YY后,极数减少一半,转速增大一倍,即，保持每一绕组电流为,则输出功率和转矩为

可见，∆-YY联结方式时，电动机的转速增大一倍，容许输出功率近似不变，而容许输出转矩近似减少一半，所以这种变极调速属于恒功率调速，它适用于恒功率负载。

同理可以分析，正串Y-反串Y联结方式的变极调速属恒功率调速。四、变极调速时的机械特性1.Y-YY联结方式2.△-YY联结方式

变极