第六章 三相异步电动机的电力拖动

1、电电 机机 原原 理理 及及 拖拖 动动主讲人：方主讲人：方 炜炜安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院第六章第六章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性1笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动 绕线转子异步电动机的起动绕线转子异步电动机的起动234异步电动机的调速异步电动机的调速5异步电动机的各种运行状态异步电动机的各种运行状态异步电动机拖动系统的机械过渡过程异步电动机拖动系统的机械过渡过程6安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.1 异步电动机的机械特性异步电

2、动机的机械特性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机械特性的三种表达式一、物理表达式 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，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所以异步电动机的机械特性通常用 表示。表示。)s( fTem 22emTmTCI cos 表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通 与转子电流的与转子电流的有功分量有功分量 相互作用产生的。相互作用产生的。m22co

3、sI当当s s较小时，较小时，mmBC 当当s s增大，增大，I I1 1增大增大, E, E1 1减小减小, ,导致导致11114 44mwE.f N k 减小减小1、 m与与s的关系的关系安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.1 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性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机械特性的三种表达式mmB0.5mBS01当当s=1s=10 5mmB. 安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.1 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性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机械特性的三种表达式2、

4、与与s的关系的关系一、物理表达式2I12222112/UIr(r)( xx )s当当s s较小时，较小时，122/U sIr以后随以后随s s增大，增大， 增长缓慢增长缓慢2II2/S00.51安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.1 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性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机械特性的三种表达式3、 与与s的关系的关系一、物理表达式cos22222222222/r / srcos(r / s)xrsx当当s s较小时，较小时，21cos以后随以后随s s增大，增大， 逐渐减小逐渐减小2coscos2S00.51安徽工业大学

5、安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.1 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性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机械特性的三种表达式一、物理表达式结论：结论： S S较小时较小时,T,T随随s s成正比增大成正比增大; ;当当S S较大时较大时,T,T随随S S增大增大 而减小即而减小即, ,在在s=0-1s=0-1期间期间T T有最大值出现有最大值出现. .22emTmTCI cos Ts/nTmax1 00 1大致曲线安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.1 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性1 1、三相异步电动机机械特性的三种表达式三相

6、异步电动机机械特性的三种表达式二、参数表达式221122211122emRm pUsTRf( R)( XX )s 说明：电磁转矩与电源参数（说明：电磁转矩与电源参数（1 1、f f1 1）、结构参数（）、结构参数（R R、X X、m m、p p）和运行参数（）和运行参数（s s）有关。）有关。2221132/MrIPsTfp12222112/UIr(r)( xx )S安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.1 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性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机械特性的三种表达式 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 曲线

7、曲线)(emTfn安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.1 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性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机械特性的三种表达式s nTA0 n1Tmax1 0BCs=0,n=n10s1 n1 n n1-n电动电动状态状态 n n1 n1-ns1 n1 n n1-n反接制动反接制动sm1.同步运行点同步运行点A s=0,T=0 无机电能量转换无机电能量转换2.最大转矩点最大转矩点B dT/ds=0安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.1 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性1 1、三相异步电动机机械特性的三种表

8、达式三相异步电动机机械特性的三种表达式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，可令转差率，可令 求得求得: : 0 dsdTemmTNTT 222212112mRRsXXR( XX ) 221111221121111244mm pUm pUTf ( XX )fRR( XX ) 最大转矩与额定转矩之比称为过载能力最大转矩与额定转矩之比称为过载能力: :2 2、 越大，越大， 越大；越大； 与与 无关，但此时机械特性变软。无关，但此时机械特性变软。2R2RmsemT1 1、 与与 成正比；成正比； 与与 无关。无关。m

9、T21UmT1U3 3、 和和 都近似与漏抗成反比都近似与漏抗成反比mTms安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.1 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性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机械特性的三种表达式s nTA0 n1Tmax1 0BCs=0,n=n10s1 n1 n n1-n电动电动状态状态 n n1 n1-ns1 n1 n n1-n反接制动反接制动sm3.起动点起动点C 该点该点s=1,n=0,电磁转矩为初始起电磁转矩为初始起 动转矩动转矩Tst.安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.1 异步电动机的机械特性异步电动机的机械

10、特性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机械特性的三种表达式在特性曲线上还有一个起动转矩，即在特性曲线上还有一个起动转矩，即 时的转矩时的转矩: : ) 1( 0sn211222112122stm pU RTf( RR )( XX ) 结论：当其它参数一定时结论：当其它参数一定时1 1、起动转矩与电源电压平方成正比；、起动转矩与电源电压平方成正比；2 2、频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，起动转矩越小；、频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，起动转矩越小；3 3、绕线式电动机，转子回路电阻越大，起动转矩先增后减。、绕线式电动机，转子回路电阻越大，起动转矩先增后减。ststNTK

11、T 4 4、起动转矩倍数、起动转矩倍数安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.1 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性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机械特性的三种表达式三、实用表达式三、实用表达式2mm axmTqssTqss 是一种不必知道绕组参数也可写出机械特性的实用方法。目的是一种不必知道绕组参数也可写出机械特性的实用方法。目的是为了便于工程上分析和计算是为了便于工程上分析和计算.利用电磁转矩除以最大电磁转矩可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得电磁转矩的实用表达式：考虑到一般情况下临界转差率考虑到一般情况下临界转差率sm=0

12、.1-0.2; r1=r2/,因因q=0.2-0.4,式中分子中式中分子中q 2112mr sqr 2mm axmTssTss 最后得到实用表达式最后得到实用表达式安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.1 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性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机械特性的三种表达式三、实用表达式三、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：求出实用表达式。方法是：9550NNNPTn 11NNnnsn 21mNTTss () 将将T Tm m和和s

13、sm m代入即可得到机械特性方程式代入即可得到机械特性方程式。(1) 为电动机的过载倍数为电动机的过载倍数,可从产品目录上查到可从产品目录上查到。(2)TN为电动机的额定电磁转矩为电动机的额定电磁转矩,由下式近似求得由下式近似求得(3)临界转差率临界转差率sm.如果知道机械特性上某点的如果知道机械特性上某点的T和相应的和相应的smTNTT 安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.1 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性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机械特性的三种表达式三、实用表达式三、实用表达式 又考虑到如电动机在额定负载范围内运行又考虑到如电动机在

14、额定负载范围内运行s很小，额定负很小，额定负载时载时s s才约为才约为0.012-0.050.012-0.05实用表达式可进一步简化为：实用表达式可进一步简化为：2mNmTTss说明在说明在0ss0sf2f3TLTmaxT0优点优点: : 恒磁通变频调速的调速方法与直恒磁通变频调速的调速方法与直流他励电动机的降压调速相似流他励电动机的降压调速相似. .1.1.机械特性硬、调速范围宽、低速机械特性硬、调速范围宽、低速 运行时稳定性好。运行时稳定性好。2.2.由于频率可连续调节由于频率可连续调节, ,所以变频调所以变频调 速为无级调速速为无级调速, ,调速的平滑性好。调速的平滑性好。3.3.转差率

15、小转差率小, ,因此转子铜耗小因此转子铜耗小, ,效率效率 高。高。恒磁通变频调速属于恒转矩调速方式恒磁通变频调速属于恒转矩调速方式. .安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.4 异步电动机的调速异步电动机的调速3 变频调速一、电压随频率调节的规律2.2.保持保持U1/f1=U1/f1=常数常数 此种方法的配合方式为此种方法的配合方式为近似恒磁通近似恒磁通控制方式控制方式. .是异步电动机是异步电动机变频调速常采用的一种配合控制方式变频调速常采用的一种配合控制方式. .2212221112211 22221121232322/llrpUsTrf (r)( xx ) sUsf r

16、p()f(srr )() ( LL )机械特性方程式机械特性方程式安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.4 异步电动机的调速异步电动机的调速3 变频调速一、电压随频率调节的规律2.2.保持保持U U1 1/f/f1 1= =常数常数 最大电磁转矩最大电磁转矩2122211112113142max/llUpT()frr()() (LL )ff临界转差率临界转差率2221211122/mllrsr(f ) (LL )安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.4 异步电动机的调速异步电动机的调速3 变频调速一、电压随频率调节的规律2.2.保持保持U U1 1/f/f1 1

17、= =常数常数 nTfNf1f1f1机械特性曲线机械特性曲线特点特点: :1.1.最大电磁转矩随定子频率的降最大电磁转矩随定子频率的降 低而减小低而减小. .尤其是频率较低时更尤其是频率较低时更 明显。明显。2.2.临界转差率与定子频率成反比。临界转差率与定子频率成反比。3.3.此法因此法因mm常数常数, ,故属于近似的故属于近似的 恒转矩调速方式。恒转矩调速方式。安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.4 异步电动机的调速异步电动机的调速3 变频调速二、向基频以上调节的变频调速 当当f f1 1ffN N上调时上调时, ,因若保持因若保持mm不变必需使不变必需使U U1 1UU

18、N N, ,这是不允许的这是不允许的, ,故保持故保持U U1 1=U=UN N, ,上调上调f f1 1, m , mFN ,r1和其它各项比可忽略和其它各项比可忽略,则得则得211maxTf2112112/m/llrsf ( LL)f最大转矩时的转速降最大转矩时的转速降211112602/mm/llrfns nf ( LL)p安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.4 异步电动机的调速异步电动机的调速3 变频调速二、向基频以上调节的变频调速fNfn1nn机械特性曲线机械特性曲线特点特点: : 1. 1.稳定运行区段各曲线相互平行稳定运行区段各曲线相互平行. . 2. 2.最大

19、电磁转矩随频率增加成平方最大电磁转矩随频率增加成平方 减小减小, ,临界转差率与频率成反比临界转差率与频率成反比. . 3. 3.因电磁功率正常运行时因电磁功率正常运行时s s很小故很小故222222222112333/NNM/UUrrPIsCssrr(r)( xx )s近似为常数为恒功率调速方式近似为常数为恒功率调速方式.安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.4 异步电动机的调速异步电动机的调速4 降低定子电压调速5 绕线转子异步电动机转子串电阻调速6 绕线转子异步电动机串级调速内容自学!安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.5 异步电动机的各种运行状态异步电

20、动机的各种运行状态 三相异步电动机电力拖动系统与直流电动机电力拖动系统一样，当T与n同方向为电动状态，反方向为制动状态。根据制动状态中T与n的不同情况，具体又分为反接制动、回馈制动和能耗制动。 如拖动反抗恒转矩如拖动反抗恒转矩负载正转电动时位于第负载正转电动时位于第1 1象限反转时要改变相象限反转时要改变相序，序，n n1 1和和T T均改变方向均改变方向电机反转，位于第电机反转，位于第3 3象象限。电动机吸收电能，限。电动机吸收电能，输出机械能给生产机械。输出机械能给生产机械。TLTn-TLn1-n11 电动运行状态安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.5 异步电动机的各种运

21、行状态异步电动机的各种运行状态定子任意两相绕组对调定子任意两相绕组对调后接入电源，同时在转后接入电源，同时在转子回路串入三相对称电子回路串入三相对称电阻阻RcRc（为了提高制动转（为了提高制动转矩，串电阻人为特性）。矩，串电阻人为特性）。因因n0,T0,T1s12 反接制动U V WTTLnn1U V Wnn1nTLTRcTL-TLABC一、定子两相反接制动11111nnnnsnn安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.5 异步电动机的各种运行状态异步电动机的各种运行状态2 反接制动一、定子两相反接制动22222230103/MmM/sMmMmrRPIsPP (s)PI(rR )

22、PPPP电磁功率电磁功率, ,机械功率机械功率, ,转差功率转差功率 说明在反接制动时说明在反接制动时, ,电动机既要从电网吸取电功率电动机既要从电网吸取电功率, ,又要从轴上输入机械功率又要从轴上输入机械功率. .电磁功率和机械功率都电磁功率和机械功率都转变为转差功率转变为转差功率, ,消耗于转子回路的电阻中消耗于转子回路的电阻中. .安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.5 异步电动机的各种运行状态异步电动机的各种运行状态当转速降到当转速降到C C点点n=0,n=0,电电动机是否能停车或反转动机是否能停车或反转视视T T和和T TL L的比较结果而的比较结果而定定, ,如如

23、 T TT TL L停车停车, ,反反之反向起动之反向起动. .在第三象在第三象限稳定运行限稳定运行. .2 反接制动U V WTTLnn1U V Wnn1nTLTRcTL-TLABC一、定子两相反接制动安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.5 异步电动机的各种运行状态异步电动机的各种运行状态在拖动位能性负载时会发生。在拖动位能性负载时会发生。 在在A A点稳定提升重物，现想下点稳定提升重物，现想下放重物放重物, ,在转子回路中串入大电阻在转子回路中串入大电阻, ,减速到减速到C C点时，因点时，因TTT0,n0,n1.s1.与定子两相反接与定子两相反接制动时相同制动时相同,

24、,故能量关系也一样故能量关系也一样. .2 反接制动二、转子反向的反接制动ACBDTn安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.5 异步电动机的各种运行状态异步电动机的各种运行状态 当笼型转子异步电动机当笼型转子异步电动机拖动位能性负载高速下放拖动位能性负载高速下放重物时，可将电动机定子重物时，可将电动机定子绕组按反相序接入电网。绕组按反相序接入电网。反接前重物停在空反接前重物停在空n nA A=0=0，反，反接后接后n n1 1改变方向改变方向T T改变方向，改变方向，电动机在反向电磁转矩和电动机在反向电磁转矩和负载转矩共同作用负载转矩共同作用下快速反向旋转。下快速反向旋转。3 回馈制动B-nACTL1TL2n-n1A BA B安徽工业大学安徽工业大学 电气信息学院电气信息学院6.5 异步电动