第五章 三相感应电动机的电力拖动3-4

1、5-3 三相感应电动机的制动三相异步电动机的电动状态：三相异步电动机的电动状态：电磁转矩电磁转矩T与转速与转速n同方向，同方向，电机从电源吸收电功率，扣除自身损耗外，电机从电源吸收电功率，扣除自身损耗外， 转变为机械转变为机械功率送至负载；功率送至负载；三相异步电动机的制动状态：三相异步电动机的制动状态：T与与n方向相反；方向相反；制动状态方式：制动状态方式： 反接制动；反接制动； 回馈制动；回馈制动； 能耗制动；能耗制动；重物下放的例子：重物下放的例子： TZ与转速与转速n方向一致。方向一致。 稳态时，稳态时， 电磁转矩电磁转矩TTZ， 方向与方向与n相反。相反。 从机械特性分析：从机械特性

2、分析： A点（电动状态）点（电动状态）n0, T0 B点（制动状态）点（制动状态）n0足够大的电阻足够大的电阻ABTS一、反接制动一、反接制动: :1.1.转向反向的反接制动（正接反转）转向反向的反接制动（正接反转）5 53 3 三相感应电动机的制动三相感应电动机的制动转向反向的反接制动（适用于将重物低速下放）转向反向的反接制动（适用于将重物低速下放）1s0)1 (MPsP0)(2221MsRrImP电磁功率与轴上输入功电磁功率与轴上输入功率全部消耗在转子回路率全部消耗在转子回路的电阻上。的电阻上。PPPPPMMCu22 2、定子两相对调的反接制动、定子两相对调的反接制动一、反接制动一、反接制

3、动在反接制动过程中，转子感应在反接制动过程中，转子感应电动势比起动时大，故需在转电动势比起动时大，故需在转子回路串接电阻。子回路串接电阻。ssssTTmmm2ssTTmm21111nnnnnnsssssTTmmm2mmsrRs)1 (2转子回路串电阻的人为机转子回路串电阻的人为机械特性械特性( )一、反接制动一、反接制动NNSESEE222两种反接制动，两种反接制动， 均有均有S1, 机械功率为输入。机械功率为输入。区别：区别： 前者由负载提供机械功率前者由负载提供机械功率 后者由整个转动部分提供储能。后者由整个转动部分提供储能。二、异步机的回馈制动把转轴上输入的机械功率，把转轴上输入的机械功

4、率， 经异步机转化为电功率送到电网。经异步机转化为电功率送到电网。轴上外施驱动转矩，轴上外施驱动转矩， 电机以同步方向旋转电机以同步方向旋转020221211118090 ),(tan ,0 ,RSXn-nnSnn能量流向：能量流向：111 1122121cos00(1)0ememememPmU IRPm ISPSPPS PQT与与n方向相反，方向相反， 处于制动状态处于制动状态回馈制动的实现（1）同步转向反向的回馈制动（反接正转）同步转向反向的回馈制动（反接正转）定子两相对调后，定子两相对调后， 位能性负载最后稳定于第四位能性负载最后稳定于第四象限，象限， 重物以高于同步速的速度下放。重物以

5、高于同步速的速度下放。（2）同步转向不变的回馈制动）同步转向不变的回馈制动电车下坡电车下坡 ；变极或变频调速过程；变极或变频调速过程；二、回馈制动二、回馈制动1 1、转向反向的回馈制动、转向反向的回馈制动ssssTTmmm2ssTTmm2机械特性：机械特性：2 2、转向不变的回馈制动、转向不变的回馈制动二、回馈制动二、回馈制动电车下坡时回馈电车下坡时回馈制动的机械特性制动的机械特性ssssTTmmm2思考题：思考题：1 三相异步电动机运行于反向回馈制动状态时，是否可三相异步电动机运行于反向回馈制动状态时，是否可以把电动机定子出线端从接在电源上改变为接在负载以把电动机定子出线端从接在电源上改变为

6、接在负载（用电器如电灯）上？为什么？（用电器如电灯）上？为什么？答：不能。还需从电源吸收无功功率建立磁场。答：不能。还需从电源吸收无功功率建立磁场。2 三相异步电动机拖动反抗性恒转矩负载运行，若三相异步电动机拖动反抗性恒转矩负载运行，若TZ较较小，采用反接制动停车时应注意什么问题？小，采用反接制动停车时应注意什么问题？答：当接近答：当接近n0采用抱闸等停车措施。采用抱闸等停车措施。3 一台八极绕线式三相异步电动机起重机的主钩，提升额一台八极绕线式三相异步电动机起重机的主钩，提升额定负载。现要以相同的速度把负载下放，可采用的方法：定负载。现要以相同的速度把负载下放，可采用的方法：A 降低电机电源

7、电压；降低电机电源电压；B 切断交流电源，在定子绕组输入切断交流电源，在定子绕组输入直流电；直流电； C 对调定子绕组任意两出线端；对调定子绕组任意两出线端；D 转子绕组中串转子绕组中串入三相对称电阻入三相对称电阻D练习题：练习题：某绕线式异步电动机铭牌参数如下：某绕线式异步电动机铭牌参数如下：PN75kW，U1N380V，I1N144A，E2N399V， I2N116A， nN1460r/min, M=2.8。（1）当负载转矩）当负载转矩TZ0.8TN，要求转速，要求转速nB500r/min时，转子时，转子每相串入多大电阻？每相串入多大电阻？（2）电动机在）电动机在nnN的电动状态，采用定子

8、两相对调的反接的电动状态，采用定子两相对调的反接制动，如要求开始的制动转矩等于制动，如要求开始的制动转矩等于1.5TN，则转子每相应串接，则转子每相应串接多大电阻？多大电阻？（3）如该电动机带位能负载，负载转矩）如该电动机带位能负载，负载转矩TZ0.8TN，要求稳，要求稳定下放转速定下放转速n= - 300r/min，求转子每相的串接电阻。，求转子每相的串接电阻。实现实现：制动时，：制动时，S1S1断开断开, ,电机脱离电机脱离电网，同时电网，同时S2S2闭合闭合, ,在定子绕组中在定子绕组中通入通入直流励磁电流直流励磁电流。 直流励磁电流产生一个恒定的直流励磁电流产生一个恒定的磁场，因惯性继

9、续旋转的转子切磁场，因惯性继续旋转的转子切割恒定磁场，导体中感应电动势割恒定磁场，导体中感应电动势和电流。感应电流与磁场作用产和电流。感应电流与磁场作用产生的电磁转矩为制动性质，转速生的电磁转矩为制动性质，转速迅速下降，当转速为零时，感应迅速下降，当转速为零时，感应电动势和电流为零，制动过程结电动势和电流为零，制动过程结束。束。 制动过程中，转子的动能转变为电能消耗在转子回路电阻制动过程中，转子的动能转变为电能消耗在转子回路电阻上上能耗制动。能耗制动。三、能耗制动三、能耗制动恒定磁场的产生恒定磁场的产生CAIpkNFF1112330cos2nTemA0n1C1B23 对笼型异步电动机对笼型异步

10、电动机, ,可以可以增大直流励磁电流来增大初始增大直流励磁电流来增大初始制动转矩制动转矩 。 对绕线型异步电动机对绕线型异步电动机, ,可可以增大转子回路电阻来增大以增大转子回路电阻来增大初始制动转矩初始制动转矩 。. 101s，n所以能耗制动时由于制动电阻大小：制动电阻大小：2220 20 43NBNER( . . )RI三、能耗制动三、能耗制动能耗制动的机械特性能耗制动的机械特性1 1 等效三相交流电流等效三相交流电流1I1nnv n: :能耗制动时转子的转速能耗制动时转子的转速n1: :正向电动时磁场同步转速正向电动时磁场同步转速11vnnn能耗制动时假想的旋转磁场的同步转速能耗制动时假

11、想的旋转磁场的同步转速等效的交流电源的频率等效的交流电源的频率1116060vfpvnnpf三、能耗制动三、能耗制动 FF1CIpkNIpkN111112322423CII3212 2 能耗制动时的机械特性能耗制动时的机械特性222212)()/(xxvrxIImm三、能耗制动三、能耗制动12221122211rImsrImT222222111)()(/)(xxvrvrxImmm能耗制动时机械特性的参数表达式能耗制动时机械特性的参数表达式22xxrvmm)(2)(22111xxxImTmmmT 转子回路串电阻转子回路串电阻22rRrvvmm三、能耗制动三、能耗制动vvvvTTmmmT2实用表达

12、式实用表达式当当 时直线表达式时直线表达式mvv 0vvTTmmT2思考题：思考题：三相笼型异步电动机能耗制动时，若定子接线方式不同而通三相笼型异步电动机能耗制动时，若定子接线方式不同而通入的直流电流相同，电动机的制动转矩开始瞬间一样大小吗？入的直流电流相同，电动机的制动转矩开始瞬间一样大小吗？不同，只有等效交流电流相同，其制动转矩开始瞬间一样。不同，只有等效交流电流相同，其制动转矩开始瞬间一样。5.4三相异步电动机的调速由异步电动机的转速公式由异步电动机的转速公式116011fnn (s)(s)p 可知，异步电动机有下列三种基本可知，异步电动机有下列三种基本调速方法调速方法：（1 1）改变定

13、子极对数）改变定子极对数 调速。调速。p（2 2）改变电源频率）改变电源频率 调速。调速。1f（3 3）改变转差率）改变转差率 调速。调速。s5.4.1 变极调速一、变极原理变极调速只用于笼型电动机。变极调速只用于笼型电动机。 以以4 4极变极变2 2极为例：极为例：U U相两个线圈，相两个线圈，顺向串联顺向串联，定子绕组产生定子绕组产生4 4极磁场：极磁场：反向串联反向串联和和反向并联反向并联，定子绕组，定子绕组产生产生2 2极磁场：极磁场：二、三种常用变极接线方式Y反并反并YY，2p-pY反串反串Y，2p-pYY，2p-p注意注意：当改变当改变定子绕定子绕组接线组接线时，必时，必须同时须同

14、时改变定改变定子绕组子绕组的相序的相序三、变极调速时容许输出 容许输出容许输出时是指保持电流为额定值条件下，调速前、后电时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。动机轴上输出的功率和转矩。1. 1. Y-YYY-YY联结方式联结方式Y-YYY-YY后后, ,极数减少一半极数减少一半, ,转速增大一倍转速增大一倍, ,即即 ，保持每一绕，保持每一绕组电流为组电流为 , ,则输出功率和转矩为则输出功率和转矩为2YYYnn NI2YYYYYYPPTT 可见，可见，Y-YYY-YY联结方式时，电动机的转速增大一倍，容许输出联结方式时，电动机的转速增大一倍，容许输出功率增大一倍

15、，而容许输出转矩保持不变，所以这种变极调速属功率增大一倍，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。于恒转矩调速，它适用于恒转矩负载。2. 2. -YY-YY联结方式联结方式-YY-YY后后, ,极数减少一半极数减少一半, ,转速增大一倍转速增大一倍, ,即即 ，保持每一，保持每一绕组电流为绕组电流为 , ,则输出功率和转矩为则输出功率和转矩为2YYnn NI1 150 58YYYYP.PT.T 可见，可见，-YY-YY联结方式时，电动机的转速增大一倍，容许输联结方式时，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，所以这种变出功率近

16、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。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，同理可以分析，正串正串Y-Y-反串反串Y Y联结方式的变极调速属恒功联结方式的变极调速属恒功率调速。率调速。四、变极调速时的机械特性1. Y-YY联结方式联结方式22mYYmYmYYmYstYYstYssTTTT 2. -YY联结方式联结方式2323mYYmmYYmstYYstssTTTT 变极调速时变极调速时, ,转速几乎是成倍变化的转速几乎是成倍变化的, ,调速的平滑性较差调速的平滑性较差, ,有有级调速，适合于不需平滑调速的场合级调速，适合于不

17、需平滑调速的场合;但具有较硬的机械特性但具有较硬的机械特性, ,稳定性好稳定性好, , 可用于恒功率和恒转矩负载可用于恒功率和恒转矩负载. .5.4.2 变频调速一、电压随频率调节的规律 当转差率当转差率s s变化不大时，电动机的转速变化不大时，电动机的转速n n基本与电源频率基本与电源频率f f1 1正比，连续调节电源频率，可以平滑地改变电动机的转速。但正比，连续调节电源频率，可以平滑地改变电动机的转速。但是，是，11011111122111211214 444 444wwmTNNNEU.f N k.f N kTm pUUcTf ( XX )Tf T 频率改变将影响磁路的饱和程度、励磁电流、

18、功率因数、铁频率改变将影响磁路的饱和程度、励磁电流、功率因数、铁损及过载能力的大小。为了保持变频率前、后过载能力不变，要损及过载能力的大小。为了保持变频率前、后过载能力不变，要求下式成立：求下式成立：221111221111NNNNUUUfTf TfTUfT 及1 1、恒转矩变频率调速、恒转矩变频率调速此条件下变频调速，电机的主磁通和过载能力不变。此条件下变频调速，电机的主磁通和过载能力不变。常数1111ffUU对恒转矩负载对恒转矩负载2 2、恒功率变频率调速、恒功率变频率调速此条件下变频调速，电机的过载能力不变，但主磁通发生变化此条件下变频调速，电机的过载能力不变，但主磁通发生变化。对恒功率

19、负载对恒功率负载1195509550ffnnTTnTnTPNNNNNNNNN常数常数1111fUfU得二、频率调速时电动机的机械特性变频调速时电动机的机械特性可用下列各式表示变频调速时电动机的机械特性可用下列各式表示21121218mm pUT()( LL )f 最大转矩最大转矩212122121118stm pRUT()( LL )ff 起动转矩起动转矩21211121260302mRfRnsnf ( LL )pp( LL ) 临界点转速降临界点转速降在基频以下调速时在基频以下调速时, ,保持保持 , ,即恒转矩调速。即恒转矩调速。常数11/ fU 在基频以上调速时在基频以上调速时, ,电压

20、只能电压只能 ，迫使主磁通与频率成，迫使主磁通与频率成反比降低，近似为恒功率调速。反比降低，近似为恒功率调速。11NUU 感应电动机的变频调速感应电动机的变频调速特点：特点：1 机械特性较硬，调速范围广，机械特性较硬，调速范围广，可适应不同负载要求。可适应不同负载要求。2 调速平滑性好。调速平滑性好。3 电压下调，且保持电压下调，且保持u/f常数时，常数时，Tm常数，常数， nm常数，即不同常数，即不同频率的各条机械特性是平行的，频率的各条机械特性是平行的，硬度相同。硬度相同。5.4.35.4.3 变转差率调速变转差率调速一、绕线转子电动机的转子串接电阻调速绕线转子电动机的转子回路串接对称电阻

21、时的机械特性为绕线转子电动机的转子回路串接对称电阻时的机械特性为 从机械特性看，转子串电阻从机械特性看，转子串电阻时，同步速和最大转矩不变，但时，同步速和最大转矩不变，但临界转差率增大。当恒转矩负载临界转差率增大。当恒转矩负载时，电机的转速随转子串联电阻时，电机的转速随转子串联电阻的增大而减小。的增大而减小。21emsems TR()RsT 设设 、 、 是转子串联电阻是转子串联电阻 前的量，前的量， 、 、 是串联电阻是串联电阻后的量，后的量， 则转子串接的电阻为：则转子串接的电阻为：mssemTms s emT sR二、绕线转子电动机的串级调速在绕线转子电动机的转子回在绕线转子电动机的转子

22、回路串接一个与转子电动势路串接一个与转子电动势 同步频率的附加电动势同步频率的附加电动势 。sE2adEadE通过改变通过改变 的幅值和相的幅值和相位，也可实现调速，这就位，也可实现调速，这就是串级调速。是串级调速。 改变电动机的电压改变电动机的电压时，机械特性为时，机械特性为三、调压调速 调压调速既非恒转矩调调压调速既非恒转矩调速，也非恒功率调速，它最速，也非恒功率调速，它最适用于转矩随转速降低而减适用于转矩随转速降低而减小的负载，如风机类负载，小的负载，如风机类负载，也可用于恒转矩负载，最不也可用于恒转矩负载，最不适用恒功率负载。适用恒功率负载。练习题练习题一台绕线式三相异步电动机，其额定

23、数据为：一台绕线式三相异步电动机，其额定数据为：PN75Kw，nN720r/min，UN380V，IN148A， M2.4，E2N213V，I2N220A。拖动恒转矩负载。拖动恒转矩负载TZ0.85TN时，欲使时，欲使电动机运行于电动机运行于n540r/min。（1）若采用转子回路串电阻，求每相电阻值。）若采用转子回路串电阻，求每相电阻值。（2）若采用降压调速，求电源电压。）若采用降压调速，求电源电压。（3）若采用变频调速，保持）若采用变频调速，保持U/f常数，求频率与电压。常数，求频率与电压。习题课补充习题习题课补充习题电源电源转速转速（r/min）转差转差率率n1 （r/min）运行状态运行状态极极数数P1Pm正序正序14501500 正序正序11506正序正序1.8750500反接制动过程反接制动过程 10负序负序0.05500-0.05反向回馈制动反向回