三相异步电动机的机械特性和各种运行状态ppt课件

1、第九讲 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态（2）,杜少武,第九讲 三相异步电动机的机械特性及各种运转状态（2）,1、三相异步电动机机械特性的三种表达式 2、三相异步电动机固有机械特性与人为机械特性 3、三相异步电动机各种运转状态 4、根据异步电动机的技术数据计算其参数 5、绕线式异步电动机调速与制动电阻计算,3、三相异步电动机各种运转状态,电动运转状态,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,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，机械特性落在第一与第三

2、象限。 电动状态时，电动机从电网吸收电能，转换成机械能带动负载。,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,与直流电动机相同，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。,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2

3、 运转状态小结,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,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。,这时，nn0，转差率s为：,回馈制动状态,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,回馈制动状态,转子电流的有功分量为：,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,转子电流的无功分量为：,3

4、、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,异步电动机在回馈制动状态下的向量图如右图所示，I1与U1的相位差大于90。,回馈制动状态,这时电磁转矩为负,异步电动机轴上输出的机械功率也为负,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,回馈制动状态,回馈制动时异步电动机的机械特性如下图（第二象限）所示，当电动机电磁转矩与负载转矩平衡，则电动机稳定运行（A点）。 若在转子回路串电阻，可得到不同的稳定转速。串接电阻越大，稳定转速越高。 在

5、回馈制动时，转子一般不串电阻，以免转速过大。,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,回馈制动状态,异步电动机回馈制动，一般可用于位能负载下放，以获得稳定的下放速度。 回馈制动还可能发生在异步电动机定子由少极对数换接成多级对数时，因换接前极对数少转速高，换接后极对数多同步转速低，使得nn0，从而进入回馈制动状态。 异步电动机在回馈制动时，转子电流的无功分量方向不变，因此电动机的定子必须接到电网，并从电网吸收无功功率以建立电动机

6、的磁场。,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,回馈制动状态,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。,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,备注,3、三相

7、异步电动机各种运转状态,制动运转状态,回馈制动状态,电容器C的选择,电容器接成三角形时,电容器接成星形时,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,反接制动状态,1） 转速反向的反接制动,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,与直流电动机相似，异步电动机转子串电阻时，接通电源，电动机起动转矩与重物产生的负

8、载转矩方向相反，且TstTz，在重物G的作用下，使电动机反向加速。此时的机械特性如右图所示。,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,反接制动状态,转差率s,1） 转速反向的反接制动,随着|n|的增加，s、I2及T均增大，直至T=Tz（图中B点）。,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,反接制动状态,转子由定子输入的电功率即为电磁功率,1） 转速反向的反接制动,转子轴上机械功率,转子电路损耗,3. 各种运转状态 3.1

9、 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,反接制动状态,为了迅速停车或反向，可将定子两相反接，为限制制动电流可在转子回路串接电阻，如右图所示。 定子相序改变，同步转速n0与原转速方向相反，这时E2、sE2、I2及T均与电动时相反，即T与Tz同向，在T与Tz的共同作用下，电动机转速快速下降。,2

10、） 定子两相反接的反接制动,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,反接制动状态,转差率s,2） 定子两相反接的反接制动,随着|n|的减小，s、I2及T均减小，当转速降为零时，切断定子电源，如图中的BC段。 若当转速下降到零时，不切断定子电源，电机将在转子串电阻下反向起动，直至T=Tz，如图中CD段。,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,反接制动状态,定子两相反接的反接制动优点是：制动效果强，制动速度快； 定子两相反

11、接的反接制动缺点是：能量损耗大，制动准确度差； 与直流电动机相同，异步电动机带位能负载时，两相反接使转速反向后，图中D点不能稳定运行，电机继续加速直至|n|n0|，电动机进入回馈制动。,2） 定子两相反接的反接制动,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,能耗制动状态,如右图所示，为了迅速停车，将K1断开，脱离电网，接通K2接入直流电形成固定磁场，转子在惯性作用下切割磁力线旋转，并在转子中形成感应电流，感应电流形成的转矩与转速

12、方向相反，即制动转矩。,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3、三相异步电动机各种运转状态,能耗制动状态,能耗制动的机械特性如右图所示，当转子内电阻增加而直流励磁不变时，产生最大转矩时的转速也增加但最大转矩不变，如图中特性3所示。,制动运转状态,转子内电阻不变而直流励磁增加时，产生最大转矩时的转速不变，最大转矩增加，如图中特性2所示。,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制

13、动状态 3.2 运转状态小结,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,能耗制动状态,能耗制动的优点： 改变转子电阻或通入定子的直流励磁均可调节制动转矩； 当电动机转速下降到零时，制动转矩亦下降到零，使生产机械准确停车； 常用于矿井提升及起重运输等生产机械。,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,能耗制动状态,能耗制动时的机械特性方程式,三相绕组内通过三相交流电时，合成磁动势,令,则，与直流磁动势F-等效的三相交流电I1

14、为,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,能耗制动状态,定子绕组通过直流电时的接线如下图所示。,能耗制动时的机械特性方程式,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,能耗制动状态,能耗制动时的机械特性方程式,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制

15、动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,能耗制动状态,异步电动机能耗制动时的电流向量图如下。,能耗制动时的机械特性方程式,各电流之间的关系为,假设，在同步转速n0下，转子每相电抗与感应电势分别为X2和E2，则在转速n下的每相电抗和感应电势分别为X2n/n0和E2n/n0 。,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状

16、态,能耗制动状态,令：v=n/n0，根据转子折算到定子侧的等效电路可得,能耗制动时的机械特性方程式,由于E1=E2，则励磁电流为：,其中,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,能耗制动状态,能耗制动时的机械特性方程式,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,

17、能耗制动状态,由式,能耗制动时的机械特性方程式,得,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,能耗制动状态,令：dT/dv=0，求得,能耗制动时的机械特性方程式,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,能耗制动状态,能耗制动时的机械特性方程式,能耗制动机械特性的

18、实用表达式,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,能耗制动状态,如果考虑电动机磁路饱和，则Xm为变量，根据实测得到Vm=f（mm）与i1=f（mm）曲线如下图所示,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,I1与mm，vm与mm，vm与Vm之间的关系为：,3、三相异步电动机各种运转状态,制动运转状态,能耗

19、制动状态,I0异步电动机空载电流，一般I0=(0.20.5)IN,能耗制动时直流励磁电流和转子回路串联电阻的计算,若采用前面计算的I-和RW等参数，能达到的最大转矩TmT为,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3、三相异步电动机各种运转状态,运转状态小结,在正转方向，特性1与1的第二象限为回馈制动特性，第四

20、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。,3、三相异步电动机各种运转状态,运转状态小结,以桥式起重机主钩拖动系统为例，说明绕线转子绕线异步电动机各种运转状态。 主钩拖动系统主电路图如右图所示，控制手柄位置对应转子串接电阻及机械特性编号见表102。 主钩电动机在提升与下放重物过程中共有三种运转状态，分别是：1）电动状态；2）反接制动状态；3）回馈制动状态。,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状态 3.1.2 反接制动状态 3.1.3 能耗制动状态 3.2 运转状态小结,3、三相异步电动机各种运转状态,运转状态小结,1）电动状态 一般提升重物时，电动机处于电动状态，当负载转矩为Tz时，提升过程逐级切除转子电阻时的机械特性如下图所示。,提升过程逐级切除转子电阻时的工作点变化是：abcdefghijkl。,3. 各种运转状态 3.1 电动运转状态 3.2 制动运转状态 3.1.1 回馈制动状