电机及拖动课件：第六章 三相异步电动机的电力拖动

1、第六章第六章 本章主要教学内容1. 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2. 2. 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动3. 3. 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动4. 4. 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速第六章第六章6.1 6.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 三相异步电动机的三相异步电动机的机械特性机械特性是指固定定子电压、是指固定定子电压、频率和绕组参数时，电动机的转速或转差率与电磁转频率和绕组参数时，电动机的转速或转差率与电磁转矩之间的函数关系矩之间的函数关系 或或 )(Tfn )(Tfs 从异步电动机的内部电磁关系看，电磁转

2、矩的变从异步电动机的内部电磁关系看，电磁转矩的变化是由转差率的变化引起的，转矩随转差率变化的规化是由转差率的变化引起的，转矩随转差率变化的规律为律为转矩转差率特性转矩转差率特性。 )(sfT 第六章第六章6.1.1 6.1.1 电磁转矩表达式电磁转矩表达式(1)(1)物理表达式物理表达式(2)(2)参数表达式参数表达式222211111122211coscos44. 42/2cosICIkNffpmpfIEmPTmTmNMsrIfpmsrImPTM222112221112将将 代入代入 ，有有 22122112xxsrrUI异步电动机的异步电动机的 曲线曲线 )(sfT 第六章第六章由参数表达

3、式可求得由参数表达式可求得221212xxrrsm22121112114xxrrfUpmTm22122122121122xxsrrsxxrrrTTmmmmTssssT2sssssrrmmm/221将式中的将式中的 略去略去，实用表达式为实用表达式为由于由于 ，故有故有212xxrsm)(4211211xxfUpmTm(3) (3) 实用表达式实用表达式整理后可得整理后可得112rxx第六章第六章6.1.2 6.1.2 固有机械特性固有机械特性（利用参数表达式利用参数表达式） 在在U1N和和f1N下，按规定的接线方式接线，定、转子下，按规定的接线方式接线，定、转子电路不外接电阻、电感或电容时的机

4、械特性。电路不外接电阻、电感或电容时的机械特性。 三相异步电动机的固有机械特性三相异步电动机的固有机械特性 (1) (1) 电动状态电动状态AC段段近似为直线，对任何负载均能稳定近似为直线，对任何负载均能稳定运行，是机械特性的工作段。运行，是机械特性的工作段。 同步运行点同步运行点A， , , ,0T1nn 0s额定运行点额定运行点B，转速、转差率、转矩、转速、转差率、转矩、电流和功率都是额定值电流和功率都是额定值最大转矩点最大转矩点C，对应最大转矩，对应最大转矩 , , 临界转差率临界转差率mTmsNmmTT称为最大转矩倍数或称为最大转矩倍数或过载能力过载能力第六章第六章恒转矩负载恒转矩负载

5、在在CD段不能稳定运行，段不能稳定运行，风机和泵类风机和泵类负载可以稳定运行，但负载可以稳定运行，但转差率大，定、转子电流都很大，转差率大，定、转子电流都很大，不宜长期运行。不宜长期运行。 三相异步电动机的固有机械特性三相异步电动机的固有机械特性 (2) (2) 电动状态电动状态CD段段启动点启动点D， ， ，称为启动转矩倍数称为启动转矩倍数stTT 0n1s221221122112xxrrfrUpmTstNststTTK第六章第六章上页图第上页图第象限为发电状态，象限为发电状态， ， ， 。电磁。电磁转矩是制动转矩，电磁功率转矩是制动转矩，电磁功率 ，向电网回馈电能。，向电网回馈电能。0s1

6、nn 0T0MP三相异步电动机三相异步电动机制动电磁转矩示意图制动电磁转矩示意图 (3) (3) 发电状态发电状态上页图中曲线上页图中曲线1 1第第象限象限部分为电磁制动状态部分为电磁制动状态， ， ， ，称为转速反向的反接制动称为转速反向的反接制动（绕线型异步电动机）。（绕线型异步电动机）。 (4) (4) 制动状态制动状态1s0n0T第六章第六章 一台三相鼠笼型异步电动机定子绕组一台三相鼠笼型异步电动机定子绕组 连接连接，额定电压额定电压 ，额定转速额定转速 ，电源频电源频 ，电机等效电路参数电机等效电路参数： ， ， ， 。求求 额定电磁转矩、临界转差率、最大电磁转矩、过载倍数、额定电磁

7、转矩、临界转差率、最大电磁转矩、过载倍数、启动转矩及启动转矩倍数。启动转矩及启动转矩倍数。例例6-1解解同步转速为同步转速为min)/(100035060601rpfnN043. 01000957100011nnnsNN额定相电压为额定相电压为额定转差率为额定转差率为YVUN380min/957rnNHzf50108. 21r12. 31x53. 12r25. 42x)(22031VUUN额定转矩为额定转矩为221221221112xxsrrsrUfpmT22225. 412. 3043. 053. 108. 2502043. 053. 1338033)(5 .33mN 第六章第六章临界转差率

8、为临界转差率为过载倍数为过载倍数为最大转矩为最大转矩为启动转矩为启动转矩为2 . 025. 412. 353. 1212xxrsm)(9425. 412. 35042203342211211mNxxfUpmTm8 . 25 .3394NmmTT221221122112xxrrfrUpmTst)(5 .31mN 94. 05 .335 .31NststTTK启动转矩倍数为启动转矩倍数为第六章第六章6.1.3 6.1.3 人为机械特性人为机械特性（1 1）降低定子电压人为机械特性）降低定子电压人为机械特性三相异步电动机三相异步电动机定子降压的人为机械特性定子降压的人为机械特性 降低定子端电压降低定

9、子端电压 ，同步转速，同步转速 与临界转差率与临界转差率 不变，电磁转不变，电磁转矩矩 、最大转矩、最大转矩 和启动转矩和启动转矩 与与 成正比例降低。成正比例降低。一组过同步运行点，保持一组过同步运行点，保持 不变的曲线簇不变的曲线簇 1UmsTmTstT21U1nms降压后的人为机械特性的工作段降压后的人为机械特性的工作段特性变软，转差率增大，电机的特性变软，转差率增大，电机的过载能力降低过载能力降低。 第六章第六章（2 2）定子回路串接三相对称电阻或电抗的定子回路串接三相对称电阻或电抗的人为机械特性人为机械特性定子回路串接对称电阻定子回路串接对称电阻或电抗的人为机械特性或电抗的人为机械特

10、性相当于增加定子回路电阻或电相当于增加定子回路电阻或电抗的值，抗的值，同步转速同步转速 不变，临不变，临界转差率界转差率 、电磁转矩电磁转矩 、最大转矩最大转矩 和启动转矩和启动转矩 都减小。都减小。 一组过同步运行点的曲线簇一组过同步运行点的曲线簇 TmTstT1nms人为机械特性的工作段特性变软，人为机械特性的工作段特性变软，转差率增大，电机过载能力降低。转差率增大，电机过载能力降低。 第六章第六章（3 3）转子回路串接三相对称电阻的转子回路串接三相对称电阻的人为机械特性人为机械特性转子回路串接三相对称转子回路串接三相对称电阻的人为机械特性电阻的人为机械特性 、 不变不变， 、 随随 增大

11、而增大而增大增大。 当当 、 后后， 再增大再增大， 反而减小反而减小。一组过同步运行点，最大转矩一组过同步运行点，最大转矩 不变的曲线簇不变的曲线簇 mTstT1nmsmT工作点工作点A A与与工作点工作点B B有如下有如下关系关系：BcAsrrsr22即人为机械特性与固有机械特性上相即人为机械特性与固有机械特性上相同电磁转矩的工作点有下关系：同电磁转矩的工作点有下关系：1msmstTTstT2r2r当转子当转子Y Y接时接时，NNNsIEszr22223第六章第六章6.1.4 6.1.4 利用电磁转矩实用表达式计算机械特性利用电磁转矩实用表达式计算机械特性若若已知已知 （kW），）， （r

12、/min）、）、mmsT ,NPNnm则有则有：NNNnPT955011nnnsNNssssTTmmm2忽略空载转矩，近似认为忽略空载转矩，近似认为 ，且且 ，则则NTT NmmTTNmmNNmNssssTT2解得解得：（1 1）求固有机械特性的）求固有机械特性的第六章第六章（2 2）求人为机械特性的）求人为机械特性的 -对转子回路外串电阻对转子回路外串电阻已知已知工作点的负载转矩工作点的负载转矩 和转差率和转差率 , ,则有则有 （3 3）求取人为机械特性的）求取人为机械特性的转子回路外串电阻的电阻值转子回路外串电阻的电阻值解得解得：msLTsssssTTmmNmL22222rrrrrrss

13、cc1 1）由由 可得可得2 2）利用临界转差率的值，可得）利用临界转差率的值，可得 第六章第六章例例6-2 一台三相异步电动机，额定功率一台三相异步电动机，额定功率 ，额定额定电压电压 ，额定转速额定转速 ，最大转矩倍数最大转矩倍数 ，求求 转矩的实用公式。转矩的实用公式。解解额定转矩额定转矩额定转差率额定转差率最大转矩最大转矩VV 220/380min/725rnN临界转差率临界转差率kWPN704 . 2m转矩实用公式转矩实用公式)(9227257095509550mNnPTNNN)(8 .22129224 . 2mNTTNmm033. 075072575011nnnsN15. 014

14、. 24 . 2033. 0122mmNmssssssssssTTmmm/15. 015. 0/6 .4425/15. 015. 0/6 .22122/2第六章第六章 一台绕线型三相异步电动机，有关参数为：一台绕线型三相异步电动机，有关参数为： , , ， ，转子每相绕组转子每相绕组 。求求 （1 1）使启动转矩）使启动转矩 ，转子每相回路应串多大电阻？转子每相回路应串多大电阻？ （2 2）负载转矩）负载转矩 ，要求电机转速要求电机转速 ， 转子每相回路应串多大电阻？转子每相回路应串多大电阻？例例6-3解解额定转差额定转差率率临界转差临界转差率率min/720rnN转子每相应串电阻转子每相应串

15、电阻kWPN754 . 2m04. 075072075011nnnsN183. 014 . 24 . 204. 0122mmNmss0224. 02rmstTT NLTT8 . 0min/500rn （1 1）使）使 ，mstTT 1ms)( 1 . 0024. 0104. 0112rssrmmc第六章第六章(2) (2) ， 时，转子外串电阻时，转子外串电阻B B的转差率的转差率: :转子每相外串电阻转子每相外串电阻NLTT8 . 0min/500rn解法一解法一：利用图：利用图6-66-6中所示的工作点中所示的工作点A A与工作点与工作点B B33. 075050075050011nnsA

16、 A的转差率的转差率:(:(因因ssmssm，下式取减号），下式取减号）0314. 018 . 04 . 28 . 04 . 2183. 012222NNNNLNmLNmmTTTTTTTTss)(213. 00224. 010314. 033. 012rssrc解法二解法二：利用图：利用图6-66-6中所示的临界工作点中所示的临界工作点C C与工作点与工作点D D923. 118 . 04 . 28 . 04 . 233. 012222NNNNLNmLNmmTTTTTTTTss)(213. 00224. 01183. 0923. 112rssrmmc第六章第六章6.2 6.2 三相异步电动机的

17、启动三相异步电动机的启动6.2.1 6.2.1 直接启动的问题直接启动的问题启动电流不能太大，以减小对电网冲击启动电流不能太大，以减小对电网冲击；有足够启动转矩，缩短启动时间有足够启动转矩，缩短启动时间；设备简单，价格低廉，便于操作及维护设备简单，价格低廉，便于操作及维护。q 启动要求启动要求q 直接启动问题直接启动问题启动电流很大启动电流很大；启动转矩不大启动转矩不大。q 解决方法解决方法对笼型异步电动机，可采用：直接启动、降压启动、加大对笼型异步电动机，可采用：直接启动、降压启动、加大定子端电阻或电抗、改进结构、软启动定子端电阻或电抗、改进结构、软启动；对绕线型异步电动机，还可以增加转子端

18、电阻或电抗对绕线型异步电动机，还可以增加转子端电阻或电抗。第六章第六章 6.2.2 6.2.2 笼型三相异步电动机的直接启动笼型三相异步电动机的直接启动 对笼型异步电动机，若负载对启动过程要求不高，且对笼型异步电动机，若负载对启动过程要求不高，且供电电网允许，可采用直接启动方法供电电网允许，可采用直接启动方法。 一般一般 以下的小容量异步电动机可以直接启动以下的小容量异步电动机可以直接启动。 若供电变压器容量较小，符合下式要求，也允许直接若供电变压器容量较小，符合下式要求，也允许直接启动。启动。式中，式中， 启动电流倍数启动电流倍数， 。若不满足上式，则不能直接启动若不满足上式，则不能直接启动

19、。kW5 . 7)()(3411kVAkVAIIKNsti起动电动机容量电源总容量iK74iK第六章第六章 6.2.3 6.2.3 笼型三相异步电动机的降压启动笼型三相异步电动机的降压启动(1) (1) 定子串三相对称电阻或电抗降压启动定子串三相对称电阻或电抗降压启动 令令 ，则有则有接线图接线图 ststIIa22211aIIUUTTstststst2212212211kkstxrUxxrrUI由定子串电阻启动简化等效电路得由定子串电阻启动简化等效电路得：全压启动时：全压启动时：串串 后启动后启动：,ststststTITIstr说明说明：此启动方法只适：此启动方法只适用于轻载或空载。用于轻

20、载或空载。-直接启动直接启动第六章第六章NiNstNkIKUIUz33NiNstNkIKUIUz33（Y接）接）（D接）接）kkkstxraxax22221kkkstrxarar22221若定子若定子串电抗串电抗，同理可得，同理可得解得解得简化等值电路图简化等值电路图 2212212211)(kstkstxrrUxxrrrUIstkkkkzxzr)92. 097. 0()4 . 025. 0(- - 串电阻启动串电阻启动-估算估算，也可由短路试验测得也可由短路试验测得第六章第六章改为改为D D形接法形接法 (2) (2) Y-D降压启动降压启动方法：方法：启动启动时时Y接接 正常正常运行时运行

21、时D接接Y-D启动接线图启动接线图 因此有因此有 ，又，又 ，故有故有 启动时启动时电网供给电网供给电动机的启动电流为电动机的启动电流为kNkNstYSYzUzUII313kNstDSDzUII33SDSYII3121UTststDstYTT31说明说明：此启动方法也只适用于轻载或空载启动。：此启动方法也只适用于轻载或空载启动。第六章第六章自耦变压器启动时，自耦变压器启动时，从电网吸收从电网吸收的电流的电流(3) (3) 自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动由自耦变压器原理可知由自耦变压器原理可知：启动接线图启动接线图 自耦变压器启动时自耦变压器启动时， ，启动一相电路图启动一相电路图 kNN

22、IIUUststN21121kUUN1kIIstst2221kIkIIIstststst2212211 kNNUUTTNstst自耦变压器启动时，自耦变压器启动时，启动转矩启动转矩说明说明：此启动方法适用于较大负载启动：此启动方法适用于较大负载启动。第六章第六章(4) (4) 三种降压启动方法比较三种降压启动方法比较说明：说明：确定启动方法时，应根据电网允许的最大启动电流、确定启动方法时，应根据电网允许的最大启动电流、负载对启动转矩的要求及启动设备的复杂程度、价格与维护负载对启动转矩的要求及启动设备的复杂程度、价格与维护成本等条件综合考虑。成本等条件综合考虑。第六章第六章 一台笼型三相异步电动

23、机，定子绕组一台笼型三相异步电动机，定子绕组D D接法，相关数据接法，相关数据为为： ， ， ， ， ，启动电流倍数启动电流倍数 ，启动转矩倍数启动转矩倍数 ，过载能力过载能力 。供电变压器要求启动电流小于等于供电变压器要求启动电流小于等于150A150A，负载转矩为，负载转矩为 。请选择合适的降压启动方法：能采用请选择合适的降压启动方法：能采用Y-DY-D启动，优先选用启动，优先选用；若采用定子串电抗器启动，需计算电抗数值；若采用自耦变压器若采用定子串电抗器启动，需计算电抗数值；若采用自耦变压器降压启动，需从降压启动，需从5555、6464、7373三种抽头中确定一种三种抽头中确定一种。例例

24、6-4解：解：（1 1）校验能否采用）校验能否采用Y-DY-D启动启动电机额定转矩电机额定转矩3 . 2m最小启动转矩最小启动转矩kWPN28VUN380AIN5888. 0cos1Nmin/1455rnN6iK1 . 1stKmN 5 .73)(78.18314552895509550mNnPTNNN)(85.805 .731 . 11 . 1mNTTLstL启动电流启动电流)(116586313131AIKIINistst第六章第六章由于由于 ，不能不能串电抗器启动串电抗器启动 （2 2）校验能否采用定子串电抗启动）校验能否采用定子串电抗启动减压倍数减压倍数启动转矩启动转矩不串电抗器启动电

25、流不串电抗器启动电流)(39.6778.1831 . 1313131mNTKTTNststst虽然虽然 ，但但 ， 不能不能采用采用Y-DY-D启动启动 AIIstLst150mNTTstLst85.80)(348586AIKINist串电抗最大启动转矩串电抗最大启动转矩32. 2150348stLstIIa)(6 .3778.1831 . 132. 2111222mNTKaTaTNstststmNTTstLst85.80第六章第六章（3 3）校验能否采用自耦变压器启动）校验能否采用自耦变压器启动当抽头为当抽头为5555时时，虽然虽然 ，但但 ，不能不能采用采用5555抽头抽头)(27.105

26、58655. 055. 022AIIstst)(15.6178.1831 . 155. 055. 022mNTTststAIIstLst150mNTTstLst85.80当抽头为当抽头为6464时时，此时此时 ，且且 ，可以可以采用采用6464抽头抽头)(5 .14258664. 064. 022AIIstst)(8 .8278.1831 . 164. 064. 022mNTTststAIIstLst150mNTTstLst85.80当抽头为当抽头为7373时时，无需计算启动转矩无需计算启动转矩，因为因为 ，不能不能采用采用7373抽头抽头)(45.18558673. 073. 022AIIs

27、tstAIIstLst150第六章第六章6.2.4 6.2.4 改善启动性能的笼型三相异步电动机改善启动性能的笼型三相异步电动机对于笼型异步电动机，改进电机结构可以增大启动时的对于笼型异步电动机，改进电机结构可以增大启动时的转子回路电阻，从而增大启动转矩。转子回路电阻，从而增大启动转矩。 q 转子电阻值较大的笼型异步电动机转子电阻值较大的笼型异步电动机改变鼠笼金属材料，减小截面积等方法增大转子电阻改变鼠笼金属材料，减小截面积等方法增大转子电阻1 1普通笼型普通笼型2 2高转差率高转差率3 3起重冶金起重冶金4 4力矩式力矩式转子电阻较大的笼型异步转子电阻较大的笼型异步电动机的机械特性电动机的机

28、械特性第六章第六章q 深槽式笼型异步电动机深槽式笼型异步电动机转子槽形深而窄，通过集肤效应增大启动时的转子电阻转子槽形深而窄，通过集肤效应增大启动时的转子电阻深槽式笼型深槽式笼型异步电动机转子异步电动机转子 (a)(a)槽漏磁通分布槽漏磁通分布(b)(b)槽电流分布槽电流分布(c)(c)等效导条截面等效导条截面深槽式笼型异步电动机深槽式笼型异步电动机 转子电流分布图转子电流分布图 1 1普通笼型普通笼型2 2深槽式笼型深槽式笼型 深槽式笼型异步深槽式笼型异步电动机的机械特性电动机的机械特性 第六章第六章q 双笼型异步电动机双笼型异步电动机安装有两套鼠笼，外笼为启动笼，内笼为运行笼，改安装有两套

29、鼠笼，外笼为启动笼，内笼为运行笼，改变外笼与内笼参数，可以得到不同形状的机械特性变外笼与内笼参数，可以得到不同形状的机械特性双笼型异步电动机转子双笼型异步电动机转子 1 1外笼外笼 2 2内笼内笼3 3双笼双笼双笼型异步电动机双笼型异步电动机 的机械特性的机械特性 第六章第六章6.2.5 6.2.5 笼型三相异步电动机的软启动笼型三相异步电动机的软启动通过改变定子电压满足启动要求，实质上是一台交流调压器。通过改变定子电压满足启动要求，实质上是一台交流调压器。启动时，控制晶闸管的导通角启动时，控制晶闸管的导通角 调节定子电压。利用闭环控调节定子电压。利用闭环控制限制启动电流，确保定子电流、电压或

30、转矩按照设定的函数制限制启动电流，确保定子电流、电压或转矩按照设定的函数关系变化。启动过程结束，将软启动器切除。关系变化。启动过程结束，将软启动器切除。主要实现方法：主要实现方法： 电流斜坡启动电流斜坡启动 电压斜坡启动电压斜坡启动 转矩控制启动转矩控制启动 阶跃启动阶跃启动异步电动机软启动器的组成框图异步电动机软启动器的组成框图第六章第六章6.2.6 6.2.6 绕线型三相异步电动机的启动绕线型三相异步电动机的启动采用转子回路串接三相对采用转子回路串接三相对称电阻，既能限制启动电称电阻，既能限制启动电流，又能增大启动转矩。流，又能增大启动转矩。启动时，转子回路频率较启动时，转子回路频率较高，

31、频敏变阻器铁损耗较高，频敏变阻器铁损耗较大，转子回路等效电阻较大，转子回路等效电阻较大，随着转子频率的降低，大，随着转子频率的降低，频敏变阻器作用逐渐减弱，频敏变阻器作用逐渐减弱，启动结束后，频敏变阻器启动结束后，频敏变阻器几乎不起作用。几乎不起作用。串频敏变串频敏变阻器接线图阻器接线图（1 1）串频敏变阻器启动）串频敏变阻器启动频敏变阻器一相频敏变阻器一相等值电路等值电路2-2-串频敏变阻器串频敏变阻器启动机械特性启动机械特性第六章第六章以三级启动为例，逐级闭以三级启动为例，逐级闭合开关的过程中，转子回合开关的过程中，转子回路外接电阻依次为路外接电阻依次为： ， ， ，0 0 。工作点工作点

32、：（2 2）转子串电阻分级启动）转子串电阻分级启动转子回路串电阻分级启动转子回路串电阻分级启动3213cccrrrR212ccrrR11crR jhgfedcba且有且有 或或mNNTsT112mNNTsT第六章第六章若已知启动极数若已知启动极数m m： 按要求或者根据按要求或者根据 ，选取选取 ； 由公式由公式 ，求取求取 ； 由由 求取求取 ，判断是否满足判断是否满足 ，若满足继续步骤若满足继续步骤；若不满足；若不满足，重新选取重新选取 或增加启动级数或增加启动级数，重复步骤重复步骤； 估算或者试验方法确定估算或者试验方法确定 ； 按照上页公式计算各级电阻值按照上页公式计算各级电阻值。 分

33、级电阻的计算分级电阻的计算若启动级数若启动级数m m未知未知： 按照要求或根据按照要求或根据 和和 , ,选取选取 , , 计算计算 ； 由公式由公式 计算启动级数计算启动级数m m，取结果的相邻最大整数，根据取结果的相邻最大整数，根据m m值，利值，利用上述公式重新计算用上述公式重新计算 ，并确定并确定 或或 具体数值；具体数值； 估算或者试验方法确定估算或者试验方法确定 ； 按照上页公式计算各级电阻值按照上页公式计算各级电阻值。 mTT85. 011TmNNTsT112TT 2TLTT2 . 11 . 121T2rmTT85. 01LTT2 . 11 . 121T2T21TTmNNTsT1

34、1T2T2r第六章第六章 一台绕线型三相异步电动机，定子绕组一台绕线型三相异步电动机，定子绕组Y Y接法，相关数接法，相关数据为据为： ， ， ， ， 。启动时负载转矩启动时负载转矩 ，求转子串电阻三级启动的电阻值求转子串电阻三级启动的电阻值。例例6-5解解: :最大启动转矩最大启动转矩 取取 额定转差率额定转差率6 . 2m转子每相电阻转子每相电阻kWPN40VEN4202AIN5 .612min/1460rnN启动转矩比启动转矩比NLTT75. 0027. 015001460150011nnnsNN)(106. 05 .613420027. 03222NNNIEsrNNNmTTTT21.

35、26 . 285. 085. 01NTT21. 2156. 221. 2027. 031NNmNNTTTsT校验切换转矩校验切换转矩NNTTTT863. 056. 221. 212NNLTTT825. 075. 01 . 11 . 1LTT1 . 12，合适合适第六章第六章各级转子回路外串电阻各级转子回路外串电阻启动时各级转子回路总电阻启动时各级转子回路总电阻)(271. 0106. 056. 221rR)(695. 0106. 056. 22222rR)(778. 1106. 056. 23233rR)(165. 0106. 0271. 0211rRrc)(424. 0271. 0695.

36、0122RRrc)(083. 1695. 0778. 1233RRrc第六章第六章6.3.1 6.3.1 能耗制动能耗制动制动原理制动原理实现方法：实现方法：将定子绕组切换到直将定子绕组切换到直流电源上，旋转的转子切割恒定流电源上，旋转的转子切割恒定磁场，产生具有制动性质的电磁磁场，产生具有制动性质的电磁转矩。转矩。制动目的制动目的：实现拖动系统快速停：实现拖动系统快速停车或使位能性负载匀速下放。车或使位能性负载匀速下放。接线图接线图：右图：右图 能耗制动接线图能耗制动接线图6. 3 6. 3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动制动的制动的特征特征：T与与n反向反向第六章第六章6.3.1

37、 6.3.1 能耗制动能耗制动等效电路等效电路等效变换等效变换：将直流电：将直流电 建立的固定不变的磁场看成是以建立的固定不变的磁场看成是以转速转速 旋转的旋转磁场，此时转子相对转速变换为旋转的旋转磁场，此时转子相对转速变换为 如如 产生的固定磁动势与大小为产生的固定磁动势与大小为 （Y Y接）接）的三的三相交流电产生的旋转磁动势等效。相交流电产生的旋转磁动势等效。 若若D D接，则接，则 磁动势等效变换磁动势等效变换前后的转速情况前后的转速情况dI1nnn 1定子绕组通入定子绕组通入直流电时的磁动势直流电时的磁动势 dIdII3/213/21dII 等效变换原则等效变换原则：使通入直流电后建

38、立的磁动势大小与通入：使通入直流电后建立的磁动势大小与通入三相交流电产生的合成基波磁动势大小相等。三相交流电产生的合成基波磁动势大小相等。第六章第六章能耗制动能耗制动转差率转差率：1111)(nnnnnn能耗制动能耗制动等效电路等效电路能耗制动的电流相量图能耗制动的电流相量图（忽略铁耗后的）（忽略铁耗后的）能耗制动等效电路能耗制动等效电路第六章第六章6.3.1 6.3.1 能耗制动能耗制动机械特性机械特性能耗制动能耗制动转差率转差率能耗制动能耗制动电磁转矩电磁转矩：1111)(nnnnnn能耗制动机械特性能耗制动机械特性 2222122211122211/xxrrxImrImPTmmM2221

39、112xxxImTmmmT22xxrmm机械特性机械特性实用表达式实用表达式第六章第六章6.3.1 6.3.1 能耗制动能耗制动制动过程分析制动过程分析反抗性负载反抗性负载实现快速、准确停车实现快速、准确停车。能耗制动切换瞬间，转速不会突变，工作点能耗制动切换瞬间，转速不会突变，工作点AB O，电动机转速降为零，电磁转矩也为零，实现可靠停车电动机转速降为零，电磁转矩也为零，实现可靠停车。 位能性负载位能性负载实现稳速下放。实现稳速下放。原点原点O工作点工作点C，稳速下放重物，稳速下放重物。能耗制动过程能耗制动过程功率关系功率关系：电动机从轴上输入机械功率来自于：电动机从轴上输入机械功率来自于拖

40、动系统转动部分减少的动能或位能性负载减拖动系统转动部分减少的动能或位能性负载减少的位能，转换为电功率后消耗在转子回路中少的位能，转换为电功率后消耗在转子回路中. .说明说明：能耗制动过程中，外加直流电压：能耗制动过程中，外加直流电压/ /电流越大，制动转矩越大，制动时间越电流越大，制动转矩越大，制动时间越短，但可能会造成电机绕组过热短，但可能会造成电机绕组过热。第六章第六章 一台绕线型三相异步电动机，定转子绕组均为一台绕线型三相异步电动机，定转子绕组均为Y Y接，接，相关数据为相关数据为： , , ， ， ， ， , , ,空载电流空载电流 ，现采用能耗制现采用能耗制动，求：（动，求：（1 1

41、）要求）要求 时时 ，转子回路应串多转子回路应串多大电阻大电阻？（？（2 2）外串电阻不变，要求电动机带位能负载转矩）外串电阻不变，要求电动机带位能负载转矩 稳速下放，求下放转速。稳速下放，求下放转速。例例6-6解：解：额定转差率额定转差率5 . 2m额定转矩额定转矩kWPN60VUN380AIN1602min/577rnN最大制动转矩为最大制动转矩为由式由式 可得可得AIN1331VEN2532AI600NmTTT5 . 14 . 0mNLTT8 . 00383.060057760011nnnsNN)(9935776095509550mNnPTNNN)(5 .14899935 . 15 .

42、1mNTTNmT2112114xxfUpmTm)(465. 0441211121121NmmkTfUpmTfUpmxxx有有)(233. 02465. 0221kxxx第六章第六章转子折算变比转子折算变比转子电阻转子电阻折算至定子边电阻折算至定子边电阻忽略忽略 ，利用等效电路求利用等效电路求（1 1）不串电阻临界转差率）不串电阻临界转差率427. 125338095. 095. 0221NNNNEUEEk)(035. 016032530383. 03222NNNIEsr)(0713. 0035. 0427. 12222rkrmr)(215. 360338095. 03/95. 0001IUIE

43、xNNm021. 0233. 0215. 30713. 022xxrmm（2 2）稳定下放重物，由）稳定下放重物，由 可得可得转子外串电阻转子外串电阻63. 0035. 01021. 04 . 012rrmmt/2mmmTTT/ )4 . 0()4 . 0/(5 . 128 . 0NNTT 解得有效解解得有效解 ，则则116. 01min)/(70600)116. 0(1rnn即位能性负载的下放速度为即位能性负载的下放速度为70 r/min70 r/min。第六章第六章6.3.2 6.3.2 反接制动反接制动定子两相反接制动定子两相反接制动反接制动接线图反接制动接线图1111111nnnnnn

44、nnns实现方法实现方法：定子两相电源反接：定子两相电源反接接线图接线图：右图：右图目的目的：快速制动停车或快速正反转：快速制动停车或快速正反转特点特点：改变电源相序，旋转磁场反向，改变电源相序，旋转磁场反向，转子转速不能突变，转子感应电动势与转子转速不能突变，转子感应电动势与感应电流反向，电磁转矩也反向，电动感应电流反向，电磁转矩也反向，电动机处于制动运行状态机处于制动运行状态。机械特性机械特性：位于第：位于第2 2象限象限第六章第六章制动过程分析：制动过程分析：反接制动机械特性反接制动机械特性反接制动瞬间，工作点反接制动瞬间，工作点 ，若反向串入电阻不大，沿曲线若反向串入电阻不大，沿曲线4

45、 4， ；若反向串入大电阻，沿特性曲线若反向串入大电阻，沿特性曲线3 3， 。拖动系统减速至零。拖动系统减速至零。BA DB CB 若拖动反抗性负载若拖动反抗性负载若若 ， ，电机停车电机停车；若若 ， ， 。 若拖动位能性负载若拖动位能性负载 ， ，电机回馈制动运行于工作点电机回馈制动运行于工作点 F；LCTTCBALDTTEDBALETT FEDBALFTT 第六章第六章02221srrImPtM0)(1)1 (2221tMmrrssImPsPmMmMtCuPPPPrrImp)(22212说明说明：电动机既从电网吸收电功率，又从轴上输入机械功率电动机既从电网吸收电功率，又从轴上输入机械功率

46、 ( (由拖动系统转动部分减少的动能提供），全部转变为转由拖动系统转动部分减少的动能提供），全部转变为转差功率，消耗在转子回路电阻中差功率，消耗在转子回路电阻中。注意两点注意两点：（：（1 1）转子回路应串入比启动电阻还大的电阻；）转子回路应串入比启动电阻还大的电阻； （2 2）笼型异步机反接制动的次数以及两次制动）笼型异步机反接制动的次数以及两次制动之间的时间间隔均要受限制。之间的时间间隔均要受限制。功率关系功率关系：mP第六章第六章实现方法实现方法：转子串入大电阻：转子串入大电阻目的目的：位能性负载稳速下放：位能性负载稳速下放机械特性机械特性：位于第：位于第 象限象限反接制动机械特性反接制

47、动机械特性说明说明：电动机从电网吸收的电功率和：电动机从电网吸收的电功率和从轴上输入的机械功率从轴上输入的机械功率 全部转变为全部转变为转差功率消耗在转子回路电阻中。转差功率消耗在转子回路电阻中。1)(111111nnnnnnnnns0MP0mPmMCuPPp2制动过程分析制动过程分析：对照右图讲解：对照右图讲解功率关系功率关系：mP6.3.2 6.3.2 反接制动反接制动转速反向的反接制动转速反向的反接制动第六章第六章（1 1）电动机额定运行时将定子任意两相对调，要求制动瞬间）电动机额定运行时将定子任意两相对调，要求制动瞬间 制动转矩为制动转矩为 , ,应在转子回路每相串入多大电阻？应在转子

48、回路每相串入多大电阻？ （2 2）采用转速反向反接制动运行，使位能负载）采用转速反向反接制动运行，使位能负载 ， 以以 速度稳速下放，转子回路串入多大电阻？速度稳速下放，转子回路串入多大电阻？例例6-7 参数与例题参数与例题66相同相同解：解：例例6-66-6已求出已求出 ， （1 1）临界转差率）临界转差率由工作点由工作点B B数据数据 ， 可得可得NT2 . 1NLTT8 . 0min/150r035. 02r0383. 0Ns183. 015 . 25 . 20383. 0122mmNmssNTT2 . 1Nnn 一台绕线型三相异步电动机，定转子绕组均为一台绕线型三相异步电动机，定转子绕

49、组均为Y Y接，相关数据接，相关数据为为： , , ， ， ， , , , , , ,空载电流空载电流 。试求试求：5 . 2mkWPN60VUN380AIN1602min/577rnNAIN1331VEN2532AI600第六章第六章由由 可得可得解得解得 ，则则（2 2）工作点）工作点G G， ，解解 得得 ， （舍去）（舍去）96. 1600577)600(11nnnsssssTTmmm/296. 1/96. 15 . 222 . 1mmNNssTT67. 71ms5 . 02ms)(43. 1035. 0) 1183. 0/67. 7() 1/(211rssrmmc)(06. 0035

50、. 0) 1183. 0/5 . 0() 1/(222rssrmmcNLTT8 . 0min/150rn25. 1600)150(60011nnns25. 1/25. 15 . 228 . 0mmNNssTT606. 72ms206. 01ms)(42. 1035. 0) 1183. 0/606. 7() 1/(2rssrmmc第六章第六章6.3.3 6.3.3 回馈制动回馈制动反向回馈制动运行反向回馈制动运行异步电动机反向回馈制动异步电动机反向回馈制动实现方法实现方法：定子两相电源反接：定子两相电源反接接线图接线图：与电源反接的反接制动同：与电源反接的反接制动同目的目的：位能性负载的高速稳速

51、下放：位能性负载的高速稳速下放机械特性机械特性：位于第：位于第象限象限0)(1111nnnnnns反向回馈制动运行分析反向回馈制动运行分析： 对照右图看对照右图看第六章第六章说明说明: :重物减少的位能变为电动机轴上输入的机械功率重物减少的位能变为电动机轴上输入的机械功率 ，扣除转子回路铜损耗扣除转子回路铜损耗 后转变为电磁功率后转变为电磁功率 送给定子，送给定子，扣除定子铜损耗和铁损耗后，余下的是回馈给电网的功扣除定子铜损耗和铁损耗后，余下的是回馈给电网的功率率 。mP2CupMP1P0cos0)(0)1(0/0,0111112212221122IUmPrrImPPPPsPsrImPsnnn

52、tmMCuMmM故且功率关系功率关系：（因为（因为 ）0190第六章第六章 如图如图：降频调速时，电动机工作点：降频调速时，电动机工作点ABCD 正向回馈制动过程分析正向回馈制动过程分析： 在降速过程曲线在降速过程曲线2的的BC段，转速段，转速 ，电磁转矩电磁转矩 ，且且 ， , ,电动机处于回馈电动机处于回馈制动状态。但此情况只是过渡制动状态。但此情况只是过渡状态，不能稳定运行状态，不能稳定运行。 6.3.3 6.3.3 回馈制动回馈制动正向回馈制动过程正向回馈制动过程异步电动机正向回馈制动异步电动机正向回馈制动 出现场合出现场合：笼型异步电动机采用变极调速或变频调速时，：笼型异步电动机采用

53、变极调速或变频调速时，高速变换到低速的降速过程中，会发生回馈制动过程高速变换到低速的降速过程中，会发生回馈制动过程。0s0n0T1nn功率关系功率关系：与反向回馈制动相同：与反向回馈制动相同第六章第六章由工作点由工作点 ， 可知可知 某起重机吊钩由一台三相绕线型异步电动机拖动，电某起重机吊钩由一台三相绕线型异步电动机拖动，电动机的额定数据为动机的额定数据为 ， ， ， ，电动机下放重物电动机下放重物 。下放重物有低速、高速两档，低下放重物有低速、高速两档，低速时要求速度为速时要求速度为 ，高速时要求速度为高速时要求速度为 。求在低速、求在低速、高速两档转子回路需串多大电阻。高速两档转子回路需串

54、多大电阻。例例6-8解：解：额定转差率额定转差率 2 . 2m临界转差率临界转差率kWPN40min/1464rnN额定电磁转矩额定电磁转矩06. 02rmNTL 208105. 1n024. 0150014641500Ns1 .012 .22 .2024.0122mmNmss)(8 .26014644095509550mNnPTNNN（1 1）低速时采用转速反向）低速时采用转速反向，mNTL 208min)/(375150025. 025. 01rnnmin/375rn125. 0n第六章第六章代入代入 可得可得解得解得 ， （舍去）（舍去）则则（2 2）高速时采用两相电源反接）高速时采用两

55、相电源反接，ssssTTmmm/266. 61ms24. 02ms)(94. 306. 0) 11 . 0/66. 6() 1/(21rssrmmc05. 01500)1575()1500(11nnns25. 11500)375(150011nnns25. 1/25. 18 .2602 . 22208mmssmin/1575150005. 105. 11rnn由工作点由工作点 ， 可知可知mNTL 208min/1575rn代入代入 可得可得解得解得 ， （舍去）（舍去）则则ssssTTmmm/2266. 01ms009. 02ms)( 1 . 006. 0) 11 . 0/266. 0()

56、1/(21rssrmmc)05. 0/(/ )05. 0()8 .260(2 . 22208mmss第六章第六章6.3.4 6.3.4 异步电动机的四象限运行异步电动机的四象限运行异步电动机的四象限运行异步电动机的四象限运行 与与 同向，电动机从电网吸收电能同向，电动机从电网吸收电能，转变为机械能从轴上输出。转变为机械能从轴上输出。象限象限 ， ，正向电动状态；正向电动状态；象限象限 ， ，反向电动状态反向电动状态。0n0Tq 电动运行状态电动运行状态、象限象限0n0TTnq 制动运行状态制动运行状态、象限象限 与与 反向，电动机从轴上输入反向，电动机从轴上输入机械功率转变为电功率，消耗在机械

57、功率转变为电功率，消耗在转子回路或回馈给电网。有能耗转子回路或回馈给电网。有能耗制动、反接制动和回馈制动。制动、反接制动和回馈制动。Tn第六章第六章6.4 6.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速6.4.1 6.4.1 调速方法调速方法调速方法调速方法有：改变定子极对数有：改变定子极对数 p 、改变电源频率改变电源频率 、改变、改变转差率转差率 s 调速。调速。 改变转差率调速有可分为：改变转差率调速有可分为：转速转速表达式表达式)1 (60)1 (11spfsnn1f降低电源电压调速；降低电源电压调速；转子回路串电阻调速转子回路串电阻调速( (仅对绕线异步机）；仅对绕线异步机）；串级

58、调速；串级调速；转差离合器调速。转差离合器调速。第六章第六章 适用范围适用范围：笼型异步电动机：笼型异步电动机 变极原理变极原理：通过改变定子绕组的接线方式，改变极对数，如：通过改变定子绕组的接线方式，改变极对数，如图所示，由图所示，由 变为变为 ，同步转速，同步转速 会升高一倍。会升高一倍。6.4.2 6.4.2 改变极对数调速改变极对数调速 注意事项注意事项：为保证调速前后电动机转向不变，应同时改变定子：为保证调速前后电动机转向不变，应同时改变定子绕组两相电源相序。绕组两相电源相序。42p22p1n四极定子一相绕组四极定子一相绕组两极定子一相绕组两极定子一相绕组第六章第六章（1 1）保持）

59、保持 为常数，降频调速为常数，降频调速。6.4.3 6.4.3 变频调速变频调速由基频向下调速由基频向下调速( (运动控制课程讲运动控制课程讲） 为常数，恒磁通调速方式为常数，恒磁通调速方式。机械特性机械特性11/ fEm60/2/122211nsrImPTM2221222212111222221111)()2()(2/12LsfrrsffEpmrxssrfEpfm有有 ， ，2122Lfrsm2112218fELpmTm22130Lprnsnmm 、 与与 无关，各条机械特性无关，各条机械特性曲线工作段相互平行，硬度相同。曲线工作段相互平行，硬度相同。属恒转矩调速，适用于恒转矩负载属恒转矩调

60、速，适用于恒转矩负载。mTmn1f第六章第六章（2 2）保持）保持 为常数，降频调速为常数，降频调速。6.4.3 6.4.3 变频调速变频调速由基频向下调速由基频向下调速( (运动控制课程讲运动控制课程讲）由于感应电动势难测量，而由于感应电动势难测量，而 ，保持保持 为常数，为常数，磁通磁通 近似为常数近似为常数。机械特性机械特性有有最大转矩最大转矩 随着随着 的降低而减小。恒转矩调速方式。的降低而减小。恒转矩调速方式。mT1f11/ fUm11EU 11/ fU22122112211)()/(2/xxsrrfsrpUmT221212221212111)()()2()()(2LLsfrsrrs