第5章 三相感应电动机的电力拖动

1、5 51 1 三相感应电动机的机械特性三相感应电动机的机械特性)(Tfn 一、机械特性的三种表达式一、机械特性的三种表达式1 1 物理表达式物理表达式1MPT2221McosIEmP60211npfn1160mkNfE11122221cosICTmM21111kNpmCM感应电动机的转矩常数感应电动机的转矩常数 221cosICTmM222222XsrEI222222222222)/(/cosXsrrXsrsr在不同转速时，在不同转速时，T T与与 m m及转子电流及转子电流的有功分量的有功分量 遵循左手定遵循左手定则。则。22cosI一、机械特性的三种表达式一、机械特性的三种表达式一、机械特

2、性的三种表达式一、机械特性的三种表达式2 2 参数表达式参数表达式22122112)()(xxsrrUIsrImP2221M1MPT)(222122112211xxsrrfsrUpm发电发电电动电动一、机械特性的三种表达式一、机械特性的三种表达式221212xxrrsm临界转差率临界转差率 0d/dsT使使 ，即可求得，即可求得 最大转矩最大转矩 22121112114xxrrfUpmTm由于由于211xxr212xxrsm)(4211211xxfUpmTm过载倍数过载倍数2 . 26 . 1NmMTT一、机械特性的三种表达式一、机械特性的三种表达式起动转矩起动转矩 22122112211)(

3、2xxrrfrUpmTQ起动转矩倍数起动转矩倍数 N/TTKQM一般一般1MK三、实用表达式三、实用表达式)(222122112211xxsrrfsrUpmT22121112114xxrrfUpmTm)(22212212212112xxsrrsxxrrrTTm221212xxrrsm一、机械特性的三种表达式一、机械特性的三种表达式2121212rrsssssrrsTTmmmmm忽略忽略 r1 得机械特性的实用表达式得机械特性的实用表达式ssssTTmmm2NMmTTNNNNNNNnPnPPT9550260)1(2MMNmss机械特性的直线表达式（机械特性的直线表达式（ ）ssTTmm/2MNm

4、ss2注注（1）实用表达式的使用情况；实用表达式的使用情况； （2）Sm的求解的求解ssssmm二、固有机械特性二、固有机械特性1）起始点）起始点A特点：特点：n0，s1，起动起动转矩转矩TQ，起动电流起动电流IQ。2）额定工作点额定工作点B特点：特点：nnN，额定转矩额定转矩TN， 。NII113）同步转速点同步转速点H；特点：特点：nn1，s0，转矩转矩T0， ， 。02 I01II 4）最大转矩点最大转矩点P和和P电动状态最大转矩点电动状态最大转矩点P：反馈制动最大转矩点反馈制动最大转矩点P：mmssmmTT练习：练习：已知一台三相异步电动机，额定功率已知一台三相异步电动机，额定功率PN

5、70kw，额定电压，额定电压220v/380v，额定转速，额定转速nN725r/min，过载倍数过载倍数 M2.4。求其固有机械特性的实用公式。求其固有机械特性的实用公式。ssT15. 015. 08 .4425mNTTNMm.9 .221215. 0)1(2MMNmss三、人为机械特性三、人为机械特性ssssTTmmm2（一）降低（一）降低 1U22122112211)(2xxrrfrUpmTQ211)(UUTTQQpfn1160不变不变221212xxrrsm不变不变22121112114xxrrfUpmTm211)(UUTTmmNmmTT / 降低后电动机电流将大于额定值，电动机如长时连

6、降低后电动机电流将大于额定值，电动机如长时连续运行，最终温升将超过允许值，导致电动机寿命缩短，续运行，最终温升将超过允许值，导致电动机寿命缩短，甚至烧坏。甚至烧坏。1U三、人为机械特性三、人为机械特性221cosICTmM1U m2cossnT不变（恒转矩），不变（恒转矩），12II2222222cosXsrrssssTTmmm2211)(UUTTmmNMmTT)1(2MMNmss人为机械特性的直线表达式人为机械特性的直线表达式ssTTmm/2MNmss2211)(UUTTmm降压后的人为机械特性实用表达式降压后的人为机械特性实用表达式（二）转子电路内串联对称电阻（二）转子电路内串联对称电阻

7、转子电路串联对称电阻适用于绕线转子感应电动机的起转子电路串联对称电阻适用于绕线转子感应电动机的起动，也可用于调速。动，也可用于调速。 n1、 Tm不变不变221212xxrrsm三、人为机械特性三、人为机械特性1msQTR1msQTR22rRrssmm22121112114xxrrfUpmTm三、人为机械特性三、人为机械特性转子串电阻后的人为机械特性实用表达式转子串电阻后的人为机械特性实用表达式ssssTTmmm2mmsrRs)1 (2NMmTT)1(2MMNmss人为机械特性的直线表达式人为机械特性的直线表达式ssTTmm/2mmsrRs)1 (2MNmss25 52 2 三相感应电动机的起

8、动三相感应电动机的起动一、感应电动机的固有起动一、感应电动机的固有起动固有起动：按固有机械特性起动。固有起动：按固有机械特性起动。kQQzUxxrrUII1221221121)()(起动电流起动电流NI74起动转矩起动转矩NmMQTICT8 . 18 . 0cos221一般只有输出功率小于一般只有输出功率小于7.5kW才直接起动。才直接起动。二、笼型感应电动机的起动方法二、笼型感应电动机的起动方法 如果功率大于如果功率大于7.5kW，而电源总容量较大，能符合下式要求者，而电源总容量较大，能符合下式要求者，电动机也可允许直接起动。电动机也可允许直接起动。NIIKQINHPS443起动电流倍数起动

9、电流倍数电机的产品目录中给出电机的产品目录中给出如果不能满足要求，则必须采用减压起动的方法如果不能满足要求，则必须采用减压起动的方法 。1 1 直接起动直接起动SH:供电电源的容量供电电源的容量二、笼型感应电动机的起动方法二、笼型感应电动机的起动方法2 2 降压起动降压起动笼型异步电动机电抗减压起动的原理图笼型异步电动机电阻减压起动的原理图（1 1）电阻或电抗减压起动）电阻或电抗减压起动二、笼型感应电动机的起动方法二、笼型感应电动机的起动方法降压起动降压起动电阻或电抗减压起动特点：电阻或电抗减压起动特点：1 1 起动平稳、运行可靠、构造简单，其中电阻减压起动在起动平稳、运行可靠、构造简单，其中

10、电阻减压起动在起动阶段功率因数较高；起动阶段功率因数较高；2 2 起动转矩与电压的平方成正比减少，因此只适用于轻载起动转矩与电压的平方成正比减少，因此只适用于轻载或空载起动；或空载起动；3 3 采用手动或自动控制线路，成本较高，且起动时电能损采用手动或自动控制线路，成本较高，且起动时电能损耗较多，实际应用不多。耗较多，实际应用不多。（2 2）自耦变压器降压起动）自耦变压器降压起动二、笼型感应电动机的起动方法二、笼型感应电动机的起动方法降压起动降压起动异步电动机自耦补偿起动的原理线路图自耦变压器的减压原理图kNNUU11212kUUIIQQ11212122121)(kUUTTQQkII12kII

11、QQ112121111kIIQQ自耦变压器起动特点：自耦变压器起动特点：1 1 起动转矩和起动电流起动转矩和起动电流( (对电网而言对电网而言) )降低同样倍数；降低同样倍数；2 2 变压器的副边绕组一般有三个抽头，分别为电源电压的变压器的副边绕组一般有三个抽头，分别为电源电压的4040，6060和和8080，以满足不同负载的要求；，以满足不同负载的要求；3 3 适用于容量较大的低压电动机减压起动，应用很广泛；适用于容量较大的低压电动机减压起动，应用很广泛；4 4 体积大，重量大，价格高，需维护检修。体积大，重量大，价格高，需维护检修。二、笼型感应电动机的起动方法二、笼型感应电动机的起动方法降

12、压起动降压起动二、笼型感应电动机的起动方法二、笼型感应电动机的起动方法降压起动降压起动（2 2）Y Y 起动起动笼型异步电动机星形三角形起动的原理线路图特点：特点：1 1 只能用于正常运转时定子绕组只能用于正常运转时定子绕组为三角形联接的电动机；为三角形联接的电动机；2 2体积小、重量轻、价廉物美，运体积小、重量轻、价廉物美，运行可靠，检修方便；行可靠，检修方便；3 3 起动电压只能降到起动电压只能降到 。3131UUY31QYQII31QQYTT31IIY电源线电源线电流电流二、绕线式感应电动机的起动方法二、绕线式感应电动机的起动方法221221221121)()()(kkQQxRrUxxR

13、rrUII221)(kkxRrU转子回路串电阻起动转子回路串电阻起动二、绕线式感应电动机的起动方法二、绕线式感应电动机的起动方法21TT令令222221rRrRrRmm212112211TTrRRRRRRRmmmmmTsT1NNmmrR2二、绕线时感应电动机的起动方法二、绕线时感应电动机的起动方法转子回路串电阻起动特点：转子回路串电阻起动特点：可限制起动时转子和定子电流，且增大起动转矩，减少起可限制起动时转子和定子电流，且增大起动转矩，减少起动时间，绕线式转子比笼型有更好的起动特性，适用于功动时间，绕线式转子比笼型有更好的起动特性，适用于功率较大的重载起动。率较大的重载起动。思考题：思考题：1

14、 某三相鼠笼式异步电动机铭牌上标注的额定电压为某三相鼠笼式异步电动机铭牌上标注的额定电压为380/220V，接在，接在380V的交流电网上空载启动，能否采用的交流电网上空载启动，能否采用Y/ 降压启动？降压启动？2 三相异步电动机定子绕组接法为？时，才可能采用三相异步电动机定子绕组接法为？时，才可能采用Y/ 降压降压启动？启动？3 三相绕线式异步电动机转子回路串入电阻可以增大启动转三相绕线式异步电动机转子回路串入电阻可以增大启动转矩，串入电阻值越大，启动转矩也越大，对吗？矩，串入电阻值越大，启动转矩也越大，对吗？4 一般三相鼠笼异步电动机采用自耦变压器启动时，可以拖一般三相鼠笼异步电动机采用自

15、耦变压器启动时，可以拖动额定负载启动吗？动额定负载启动吗？（1）不能；（）不能；（2） 接接 ；（；（3）不是）不是 ；（；（4）不能）不能5 53 3 三相感应电动机的制动三相感应电动机的制动一、反接制动一、反接制动1 1 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、反接制动在反接制动过程中，转子感应在反接制动过程中

16、，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NNSESEE222二、回馈制动二、回馈制动1 1、电机回馈制动（发电）运行状态、电机回馈制动（发电）运行状态1nn 0s01P02221srImPM0)1 (MPsP01Q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

17、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？

18、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 降低电机电源电压；降低电机电源电压；B 对调定子绕组任意两出线端；对调定子绕组任意两出线端；C 转子绕组中串入三相对称电阻转子绕组中串入三相对称电阻C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，

19、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

20、电阻。三、能耗制动三、能耗制动恒定磁场的产生恒定磁场的产生CAIpkNFF1112330cos2三、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22

21、2212)()/(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

22、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 54 4 三相感应电动机的调速三相感应电动机的调速spfsnn160111感应电动机转速感应电动机转速调节电动机转速的两个基本途经：调节电动机转速的两个基本途经：改变同步转速改变同步转速1 改变电机极对数改变电机极对数p； 2 改变电源频率改变电源频率f。改变转差率改变转差率降低定子输入电压；转子回路串电阻。降低定子输入电压；转子回路串电阻。一一 感应电动机的变极调速感应电动机的变极调速1 变极调速原理变极调速原理调速原理

23、：调速原理：两个两个“半相绕组半相绕组” 顺串时可将极对数增加一倍；顺串时可将极对数增加一倍；两个两个“半相绕组半相绕组” 反并时可将极对数减少一倍。反并时可将极对数减少一倍。一一 感应电动机的变极调速感应电动机的变极调速2 变极的原理接线变极的原理接线一一 感应电动机的变极调速感应电动机的变极调速2 变极的原理接线变极的原理接线3 变极调速的机械特性变极调速的机械特性一一 感应电动机的变极调速感应电动机的变极调速YY双YYNYUUU1113pppYYY21214,4,4,4,21212121xxrrxxrrY双3311111UUUUUNYYNQYQYYQYTTxxrrfrUpmT2)(222

24、122112211YYmYmsxxrs212mYYmYTxxfUpmT21)(4211211一一 感应电动机的变极调速感应电动机的变极调速变极调速时，电动机的容许输出功率或转矩在变速前后的变极调速时，电动机的容许输出功率或转矩在变速前后的关系。关系。11112cos3IUPP输出功率输出功率假设假设 与与cos 1在变极前后不变在变极前后不变111122IUIUpp11/9550/9550nPnPTTMM忽略定子损耗，则电磁功率与输入功率相等忽略定子损耗，则电磁功率与输入功率相等pIUpIUnPnPTT11111111/一一 感应电动机的变极调速感应电动机的变极调速YY双YYNYUUU1113

25、NYNYYII1122YYYpp222YYYPP1YYYTT恒转矩调速，适用恒转矩调速，适用于恒转矩负载。于恒转矩负载。Y双近似恒功率调速，适近似恒功率调速，适用于恒功率负载。用于恒功率负载。311UUYYNNYYII1122ppYY16. 122ppYY577. 0YYTTpIUpIUnPnPTT11111111/一一 感应电动机的变极调速感应电动机的变极调速特点：特点：1 机械特性较硬，既适合于恒转矩负载也适用于恒功率负载；机械特性较硬，既适合于恒转矩负载也适用于恒功率负载；2 有级调速，适合于不需平滑调速的场合。有级调速，适合于不需平滑调速的场合。二二 感应电动机的变频调速感应电动机的变

26、频调速1 变频调速时频率与端电压的关系变频调速时频率与端电压的关系保持主磁通不变保持主磁通不变mkNfEU1111144. 41111fUfU电源的输出电压大小与其频率电源的输出电压大小与其频率成正比的调节。成正比的调节。1221121121124rLLfrfpUmTm保持电动机过载能力不变保持电动机过载能力不变NmMTT212122118LLfpUm211fUCTm二二 感应电动机的变频调速感应电动机的变频调速NmMNmMTTTTNNmmTTTT211211)/()/(fUfUNNTTffUU1111恒转矩负载恒转矩负载NNTT 1111ffUU恒功率负载恒功率负载NNNNzTTP11ffn

27、nTTNNNN1111ffUU2 变频调速时的机械特性变频调速时的机械特性二二 感应电动机的变频调速感应电动机的变频调速pfn116021122212122LLfrxxrrsm2113218LLfrpmTQ2121260LLprnSnmm二二 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，可适应不同负载要求。机械特性较硬，调速范围广，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，常数，即不同频率的各条机械特性是平行的，硬度相同。即不同频率的各条机械特性是平行的，硬度相同。练习题练习题一台绕线式三相异步电动机，其额定数据为：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