电机原理与拖动第六章 三相异步电动机的电力拖动

1、广东技术师范学院自动化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广东技术师范学院自动化学院一、电磁转矩的物理表达式： 在第五章已推导出三相异步电动机的转矩公式，电磁功率除以同步机械角速度 得电磁转矩：1602cos31222nIE22cosICmT602cos23122212nIkNfmNT2223NTkpNC 是一常数，称为转矩系数。广东技术师范学院自动化学院22cosICTmT2cosm 该式虽不显含s，但式中的 、 及 都是s的函数，通过它们与转差率s的关系，可定性地分析出2I广东技术师范学院自动化学院m1ZZm1. 与s的关系忽略mZZ1广东技术师范学院自动化学院

2、mS正常：s=0.010.05， 在s=1时，mBm21广东技术师范学院自动化学院2I2cos2cos2. 与s的关系3. 与s的关系S较小时， 几乎与s成正比，所以T也与s成正比，在s接近1时， 约减少一半， 也很低，尽管 较大但T却反而减少了。不难判断，当s从零增大到1，T必然有一最大值。1cos22I2I2cos广东技术师范学院自动化学院二、二、 机械特性的参数表达式机械特性的参数表达式: : 三相异步电动机的机械特性是指在定子电压、频率和参数固定的条件下，电磁转矩T与转速 n（或转差率s）之间的函数关系。22122112)(xxsrrUIpfsrInsrIT12221222236023

3、n异步机等值电路中，由于励磁阻抗比定、转子漏阻抗大很多，把T型等值电路阻抗这一段电路前移来计算 ，误差很小,故:2I广东技术师范学院自动化学院代入上面电磁转矩公式中去，得到代入上面电磁转矩公式中去，得到: :)(sfT 2212211221)(23xxsrrfsrpU1U2212211221)(23xxsrrpfsrUT1f这就是机械特性的参数表达式。固定这就是机械特性的参数表达式。固定 、 及及阻抗等参数，阻抗等参数， 画成曲线便为画成曲线便为T Ts s曲线。曲线。(6-9)广东技术师范学院自动化学院 从图上我们可以看出相异步从图上我们可以看出相异步电动机固有机械特性不是一电动机固有机械特

4、性不是一条直线，它具有以下特点：条直线，它具有以下特点：（1 1）在）在0S10S1，即，即n n1 1n0n0的范围内，特性在第的范围内，特性在第象限，象限，电磁转矩电磁转矩T T和转速和转速n n都为正，都为正，从正方向规定判断，从正方向规定判断，T T与与n n同同方向，如图所示。电动机工方向，如图所示。电动机工作在这范围内是电动状态。作在这范围内是电动状态。这也是我们分析的重点这也是我们分析的重点. .广东技术师范学院自动化学院（2 2）在）在s s0 0范围内，范围内，n n ，特性在第特性在第象限，电磁转象限，电磁转矩为负值，是制动性转矩，电磁功率也是负值，是发矩为负值，是制动性转

5、矩，电磁功率也是负值，是发电状态，如图左上部所示电状态，如图左上部所示, ,机械特性在机械特性在 S S0 0和和s s0 0两两个范围内近似对称。个范围内近似对称。（3 3）在）在s s1 1范围内，范围内，n nO O，特性在第，特性在第象限，象限，T T0 0，也是一种制动状态，如图右下部所示。在第也是一种制动状态，如图右下部所示。在第象限电象限电动状态的特性上，动状态的特性上，A A点点， T=0T=0, ,为理想空载运行点为理想空载运行点。B点是电磁转矩最大点。点是电磁转矩最大点。C C点点n=0n=0，转矩为，转矩为T TStSt是起动点是起动点（见图（见图 ）。）。1n1nn 广

6、东技术师范学院自动化学院(4)(4)最大电磁转矩最大电磁转矩: :正、负最大电磁转矩可以从参数正、负最大电磁转矩可以从参数表达式求得，令表达式求得，令 : :得到最大电磁转矩得到最大电磁转矩: :最大转矩对应的转差率称为最大转矩对应的转差率称为临界转差率临界转差率0dsdT221211121max)(2321xxrrfpUT221212xxrrsm广东技术师范学院自动化学院 一般情况下，一般情况下， 值不超过值不超过 的的5%5%，可，可以忽略。这样一来，有以忽略。这样一来，有: : 也就是说，异步发电机状态和电动机状态的最也就是说，异步发电机状态和电动机状态的最大电磁转矩绝对值可近似认为相等

7、，临界转差率大电磁转矩绝对值可近似认为相等，临界转差率也近似认为相等，机械特性具有对称性也近似认为相等，机械特性具有对称性。结论：结论： 与 无关 ,21r221xx)()(232121221121maxxxrsxxfpUTm，广东技术师范学院自动化学院n过载倍数过载倍数: :最大电磁转矩与额定电磁转矩的比最大电磁转矩与额定电磁转矩的比值即最大转矩倍数，又称过载能力，用值即最大转矩倍数，又称过载能力，用m m表表示为示为 一般三相异步电动机一般三相异步电动机m m=1.6=1.62.2,2.2,起重、冶金起重、冶金用的异步电动机用的异步电动机m m=2.2=2.22.82.8。 (5)(5)起

8、动转矩起动转矩: : 满足满足n=0n=0，s=1s=1的电磁转矩的电磁转矩, ,将将s s1 1代入式（代入式（6-96-9）中，得到起动转矩为中，得到起动转矩为: :NmTTmax2212211221)()(23xxrrfrpUTst(6-12)广东技术师范学院自动化学院 从式中看出，从式中看出，T TStSt与电压平方成正比，而与电压平方成正比，而且转子电阻越大，起动转矩越大，漏电抗越且转子电阻越大，起动转矩越大，漏电抗越大，起动转矩越小。大，起动转矩越小。 起动转矩倍数起动转矩倍数: :起动转矩与额定转矩的比起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩倍数，用值称为起动转矩倍数，用 表示，表示

9、， 电动机起动时，只有电动机起动时，只有T TStSt大于大于(1.1(1.11.2)1.2)倍的负载转矩才可顺利起动。一般异步电动倍的负载转矩才可顺利起动。一般异步电动机起动转矩倍数机起动转矩倍数 = =0.80.81.21.2。 结论： , ,TKNstTTTKTK广东技术师范学院自动化学院三、固有机械特性三、固有机械特性 固有机械特性是指异步电动机工作在额固有机械特性是指异步电动机工作在额定电压及额定频率下，电动机按规定的接线定电压及额定频率下，电动机按规定的接线方法接线，定子及转子电路中不外接电阻方法接线，定子及转子电路中不外接电阻（电抗或电容）时所获得的机械特性曲线（电抗或电容）时所

10、获得的机械特性曲线 。1 1、理想空载点、理想空载点0 0 2 2、额定运行点、额定运行点A A3 3、最大转矩点、最大转矩点B B4 4、堵转点、堵转点C C广东技术师范学院自动化学院 四、人为机械特性四、人为机械特性: : 从机械特性表达式上我们可以看出我们可以通过从机械特性表达式上我们可以看出我们可以通过改变一些参数使得特性曲线更满足用户的需要改变一些参数使得特性曲线更满足用户的需要, ,这这样就得到了我们的人为机械特性曲线样就得到了我们的人为机械特性曲线. . 1. 1.降低定子端电压的人为机械特性降低定子端电压的人为机械特性: : 除了自变量与因变量外，保持其它量都不变，只除了自变量

11、与因变量外，保持其它量都不变，只改变定子电压的大小，研究这种情况下的机械特性。改变定子电压的大小，研究这种情况下的机械特性。由于异步电机的磁路在额定电压下已有点饱和了，由于异步电机的磁路在额定电压下已有点饱和了，故不宜再升高电压。下面只讨论降低定子端电压时故不宜再升高电压。下面只讨论降低定子端电压时的人为机械特性。的人为机械特性。 2212211221)(23xxsrrpfsrUT广东技术师范学院自动化学院可以看出：可以看出：(1)(1)异步电机的同步转速异步电机的同步转速 与电压无关。与电压无关。(2)(2)临界转差率临界转差率 与电压无关，与电压无关，(3)(3)电磁转矩电磁转矩T T ，

12、最大转矩最大转矩 以及起动转矩以及起动转矩 平方倍降低。平方倍降低。pfn116021UT 1U,max,1stTTU，。，广东技术师范学院自动化学院2.2.定子回路串电阻（电抗）人为机械特性定子回路串电阻（电抗）人为机械特性stmTTSxmax1stmTTSrmax1stmTTSrmax1广东技术师范学院自动化学院3 3转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性: : 转子回路串电阻并不转子回路串电阻并不改变同步转速改变同步转速. .(1)(1) 与与 无关。无关。(2)(2)临界转差率临界转差率: :(3)(3)从图看出，转子回路从图看出，转子回路稍串入一

13、些电阻，可稍串入一些电阻，可以增大起动转矩，串以增大起动转矩，串的电阻合适时，可使的电阻合适时，可使 maxT 1ms2rmaxTTst广东技术师范学院自动化学院 但是若串入转子回路的电阻再增加，则但是若串入转子回路的电阻再增加，则 了。了。因此转子回路串电阻增大起动转矩并非是电阻因此转子回路串电阻增大起动转矩并非是电阻越大越好，而是有一个限度，如图所示。越大越好，而是有一个限度，如图所示。 (4)(4)同一电磁转矩同一电磁转矩： 除了上面两种方法除了上面两种方法, ,还可以改变定子电源频还可以改变定子电源频率率, ,这种方法我们在异步电动机起动与调速方法这种方法我们在异步电动机起动与调速方法

14、中介绍。中介绍。 1ms 广东技术师范学院自动化学院五、机械特性的实用公式机械特性的实用公式1 1、实用公式、实用公式: : 实际应用时，三相异步电机的参数不易得到，实际应用时，三相异步电机的参数不易得到，这样我们用前面的机械特性表达式就很不方便这样我们用前面的机械特性表达式就很不方便, ,所以所以, ,在实际工程中在实际工程中, ,若利用异步电机产品目录中若利用异步电机产品目录中给出的数据，找出异步电动机的机械特性公式，给出的数据，找出异步电动机的机械特性公式，即便是粗糙些，但也很有用，这就是实用公式即便是粗糙些，但也很有用，这就是实用公式。n下面我们进行一下推导下面我们进行一下推导2212

15、212212112max)()(2xxsrrsxxrrrTT广东技术师范学院自动化学院n已知: 代入上式,于是上式变为:msrxxr222121)(qssssqsrrsssssrrrrsrsrssrrrTTmmmmmmm22)1 ( 22)()()(221212122222212max(6-13)广东技术师范学院自动化学院n式中:n其中 大约在0.10.2范围内，上式中，显然在任何s值时，都有n而q ，其原其原因是：频敏变阻器中磁密取得高，铁心处于饱因是：频敏变阻器中磁密取得高，铁心处于饱和状态，励磁电流越大，因此励磁电抗较小。和状态，励磁电流越大，因此励磁电抗较小。而铁心是厚铁板或厚钢板的、

16、磁滞涡流损耗都而铁心是厚铁板或厚钢板的、磁滞涡流损耗都很大，频敏变阻器的单位重量铁心中的损耗，很大，频敏变阻器的单位重量铁心中的损耗，与一般变压器相比较要大几百倍，因此与一般变压器相比较要大几百倍，因此 较较大大。 prpxpr广东技术师范学院自动化学院n绕线式三相异步电动机转子串频敏变阻器起动时，绕线式三相异步电动机转子串频敏变阻器起动时，s s1 1，转子回路中的电流的频率为，转子回路中的电流的频率为5OHz5OHz。转子回。转子回路串入路串入 而而 ，因此，因此转子回路主要是串入了电阻。这样，转子回路功转子回路主要是串入了电阻。这样，转子回路功率因数大大提高了，既限制了起动电流，又提高率

17、因数大大提高了，既限制了起动电流，又提高了起动转矩。了起动转矩。pppjxrzppxr 广东技术师范学院自动化学院 一、三相异步电动机调速方法概述一、三相异步电动机调速方法概述n异步电动机的转速为：异步电动机的转速为：n调速方法有：调速方法有：（1 1）改变转差率）改变转差率s s调速，包括降低电源电压、绕线调速，包括降低电源电压、绕线式异步电动机转子回路串电阻等方法。式异步电动机转子回路串电阻等方法。（2 2）改变旋转磁通势同步转速调速，包括改变定子）改变旋转磁通势同步转速调速，包括改变定子绕组极对数、改变供电电源频率等方法。绕组极对数、改变供电电源频率等方法。)1 (60)1 (11spf

18、snn第四节第四节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速广东技术师范学院自动化学院二、三相异步电动机的变极调速n改变旋转磁场的极对数，可以成倍地改变其同步转速，由于正常运行时s很小，因此电动机的转速n也将近似成倍地变化。n1.变极原理n只要将两个半相绕组中的任一半相绕组的电流反向，就可以将极对数增加一倍(顺串)或减少一半(反串、反并)。广东技术师范学院自动化学院广东技术师范学院自动化学院2.常用的变极方案a. Y/YY变极调速广东技术师范学院自动化学院b. /YY变极调速广东技术师范学院自动化学院 三、三相异步电动机的变频调速三、三相异步电动机的变频调速n已知：已知：n因此，改变三相异步电

19、动机电源频率，可因此，改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁通势的同步转速，达到调速以改变旋转磁通势的同步转速，达到调速的目的。额定频率称为基频，变频调速时，的目的。额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向上调，也可以从基频向下调。可以从基频向上调，也可以从基频向下调。pfn1160广东技术师范学院自动化学院n1. 1. 从基频向下变频调速从基频向下变频调速n我们知道，三相异步电动机每相电压：我们知道，三相异步电动机每相电压：n降低电源频率时，必须同时降低电源电压降低电源频率时，必须同时降低电源电压。mNkNfEU1111144. 4这是因为如果只降低定子频率这是因为如果只降低定子频率f

20、 f1 1而定子每相而定子每相电压保持额定值不变，则电压保持额定值不变，则m m要增大。由于在要增大。由于在U U1 1=U=UN N,f,f1 1=f=fN N时电动机的主磁路就已接近饱和时电动机的主磁路就已接近饱和m再增大，主磁路必然过饱和，这将使励磁主磁路必然过饱和，这将使励磁电流急剧增大，铁损耗增加，电流急剧增大，铁损耗增加，CosCos下降。下降。广东技术师范学院自动化学院降低电源电压降低电源电压 有两种控制方法。有两种控制方法。 保持保持 = =常数常数 ：这种方法是恒磁通控制方式这种方法是恒磁通控制方式 ，1U11fE srxsrEfpmnsrImPTM2222222111222

21、112602 2222221111222222111122rxssrsrfEpfmxsrsrfEpfm广东技术师范学院自动化学院n上式是保持气隙每极磁通为常数变频调速时的上式是保持气隙每极磁通为常数变频调速时的机械特性方程式。下面根据该方程式，具体分机械特性方程式。下面根据该方程式，具体分析一下最大转矩析一下最大转矩T Tm m及相应的转差率及相应的转差率s sm m。n最大转矩处最大转矩处 ，对应的转差率为，对应的转差率为s sm m，即：即：0dsdT22xrsm广东技术师范学院自动化学院n式中式中 为转子静止时转子一相绕组漏电感为转子静止时转子一相绕组漏电感系数折合值，系数折合值， =

22、=n 最大转矩处的转速降落为：最大转矩处的转速降落为：2221111max12xxfEpfmT212111221xffEpm常数2211121221LfEpm2L212Lf2x常数pLrpfxrnsnmm60260221221广东技术师范学院自动化学院n 当改变频率时，若保持当改变频率时，若保持 = =常数，最大转常数，最大转矩为常数，与频率无关，并且最大转矩对应的转矩为常数，与频率无关，并且最大转矩对应的转速降落相等，也就是不同频率的各条机械特性是速降落相等，也就是不同频率的各条机械特性是平行的，硬度相同。根据上式画出保持恒磁通变平行的，硬度相同。根据上式画出保持恒磁通变频调速的机械特性，如

23、图所示。这种调速方法机频调速的机械特性，如图所示。这种调速方法机械特性较硬，在一定的静差率要求下，调速范围械特性较硬，在一定的静差率要求下，调速范围宽，而且稳定性好。由于频率可以连续调节，因宽，而且稳定性好。由于频率可以连续调节，因此变频调速为无级调速，平滑性好。另外，电动此变频调速为无级调速，平滑性好。另外，电动机在正常负载运行时，转差率机在正常负载运行时，转差率s s较小，因此转差较小，因此转差功率较小，效率较高。功率较小，效率较高。 n经分析，恒磁通变频调速是属于为恒转矩调速方经分析，恒磁通变频调速是属于为恒转矩调速方式。即当：式。即当： 时，时，11fENII11NII22 NTT 广

24、东技术师范学院自动化学院广东技术师范学院自动化学院n最大转矩Tm为：22122112211)(2xxsrrfsrpUmT2212212121112xxsrrsrffUpm 保持保持 = =常数常数11fU广东技术师范学院自动化学院从上式可以看出，从上式可以看出，当频率减小时，当频率减小时，最大转矩不是一个最大转矩不是一个常数。随频率的降常数。随频率的降低而减小。低而减小。22121112112321xxrrffUp221211121max)(2321xxrrfpUT广东技术师范学院自动化学院n已知（已知（ ）与）与f f1 1成正比变化，成正比变化， 与与f f1 1无无 关。因此，在关。因此

25、，在f f1 1接近额定频率时，接近额定频率时， ， 随着随着f f1 1的减小，的减小，TmTm减少得不多，但是，当减少得不多，但是，当f f1 1较低较低时，（时，（ ）比较小，）比较小， 相对变大了。相对变大了。这样一来，随着这样一来，随着f f1 1的降低，的降低，T Tm m就减小了。显然此就减小了。显然此时的机械特性上面的机械特性，特别在低频低速时的机械特性上面的机械特性，特别在低频低速的机械特性变坏了。的机械特性变坏了。n保持保持 = =常数降低频率调速近似为恒转矩调速常数降低频率调速近似为恒转矩调速方式。方式。21xx1r)(211xxr21xx1r11fU广东技术师范学院自动

26、化学院n2. 2. 从基频向上变频调速从基频向上变频调速 ：n 升高电源电压是不允许的，因此升高频率向升高电源电压是不允许的，因此升高频率向上调速时，只能保持电压为上调速时，只能保持电压为U UN N不变，频率越高，不变，频率越高，磁通磁通m m越低，是一种降低磁通升速的方法，越低，是一种降低磁通升速的方法，类似他励直流电动机弱磁升速情况。类似他励直流电动机弱磁升速情况。n保持电压不变升高频率时，电动机电磁转矩保持电压不变升高频率时，电动机电磁转矩n 221221122112xxsrrfsrpUmT广东技术师范学院自动化学院2212111211max221xxrrfpUmT2121121112

27、21fxxfpUm212221212xxrxxrrSm1211212fLLfr广东技术师范学院自动化学院 因此，频率越高时，因此，频率越高时， 越小，越小， 也减小，也减小，最大转矩对应的转速降落为最大转矩对应的转速降落为根据电磁转矩方程式画根据电磁转矩方程式画出升高电源频率的机械出升高电源频率的机械特性，其运行段近似平特性，其运行段近似平行，如图所示。行，如图所示。 mTmS常数pfLLfrnsnmm121221602广东技术师范学院自动化学院n 综上所述，三相异步电动机变频调速具有综上所述，三相异步电动机变频调速具有以下几个特点：以下几个特点： 从基频向下调速，为恒转矩调速方式；从基频向下

28、调速，为恒转矩调速方式；从基频向上调速，近似为恒功率调速方式；从基频向上调速，近似为恒功率调速方式； 调速范围大；调速范围大； 转速稳定性好；转速稳定性好； 运行时损耗小，效率高；运行时损耗小，效率高； 频率可以连续调节，变频调速为无级调频率可以连续调节，变频调速为无级调速速。广东技术师范学院自动化学院n一鼠笼式三相异步电动机PN=75KW，UN=380V， ， ，电动机带动 的恒转矩负载运行，现采用 为常数的变频调速使n=580r/min，试求：(1)频率？(2)定子线电压？min/980rnN15. 2mNlTT 11fU广东技术师范学院自动化学院四、降低定子电压调速四、降低定子电压调速1

29、.原理及机械特性n从表达式上可以看出,异步电机的同步转速 n1 与电压无关，不同电压的人为机械性，都得通过 n1点。我们知道，电磁转矩T与 S 成正比，为此最大转矩最大转矩 T Tm m 以及起动转矩以及起动转矩T TS S都要随都要随 U U1 1 的降低而按的降低而按 U U1 1 的平的平方减小。而最大转矩对应的转差率方减小。而最大转矩对应的转差率 S Sm m 不变。不变。如图所示。2212211221)(6023xxsrrfsrUT广东技术师范学院自动化学院snsm10TLUN0TstTmaxTemn1A0.8UN0.64Tst0.64Tmax广东技术师范学院自动化学院 2调速特点：

30、 降低定子电压可以降低转速，但转速变化范围非常小。 适合高转差率笼型电动机和绕线转子异步电动机。 拖动风杨、泵类负载。低速时，负载轻，电机不会过热，可扩大D，高转差，绕线异步机转子串电阻。 低速时，转速稳定性差：机械特性软。 调速装置简单，价格便宜。 应用：风机、泵类。广东技术师范学院自动化学院 3 3扩大降压调速稳定运行范围的方法扩大降压调速稳定运行范围的方法 转速负反馈的降压调速系统： 开环系统：闭环系统： 广东技术师范学院自动化学院 4 4变极调压调速变极调压调速广东技术师范学院自动化学院1 1转子串电阻的机械特性转子串电阻的机械特性 我们知道，改变转子回我们知道，改变转子回路串入电阻值

31、的大小，路串入电阻值的大小，例如转子绕组本身电阻例如转子绕组本身电阻为为r r2 2，分别串入电阻，分别串入电阻R Rclcl、R Rc2c2 、R Rc3c3时时 ，如图所示：，如图所示：所串电阻越大，转速越所串电阻越大，转速越低低. .（拖动恒转矩负载，（拖动恒转矩负载，且为额定负载转矩，即且为额定负载转矩，即T TL L=T=TN N ）五、绕线式异步电动机转子回路串电阻调速五、绕线式异步电动机转子回路串电阻调速广东技术师范学院自动化学院n已知电磁转矩已知电磁转矩T T为：为：n当电源电压一定时，主磁通当电源电压一定时，主磁通m m基本上是定值，基本上是定值，转子电流转子电流I I2 2

32、可以维持在它的额定值工作。至于可以维持在它的额定值工作。至于COS COS , ,作如下的推导作如下的推导 ：n根据转子电流：根据转子电流：n从上式看出，转子串电阻调速时，如果保持电从上式看出，转子串电阻调速时，如果保持电机转子电流为额定值，必有：机转子电流为额定值，必有：22cosITm222222222222xsRrExsrEIIcNN常数sRrsrcN222广东技术师范学院自动化学院n当电机转子回路串了电阻后，转子回路的功率因当电机转子回路串了电阻后，转子回路的功率因数为数为 ： 常数常数 222212/ )(cosxsRrsRrcc22222222212/ )(cosxsrsrxsRr

33、sRrNNcc2cos广东技术师范学院自动化学院n可见，转子回路串电阻是属恒转矩调速方法，可见，转子回路串电阻是属恒转矩调速方法，当负载转矩当负载转矩T TL L=T=TN N时，根据上式，则有：时，根据上式，则有：n式中式中s s1 1、s s2 2、s s3 3别是转子串入不同的电阻后的别是转子串入不同的电阻后的转差率。转差率。 这种调速方法的调速范围不大，一这种调速方法的调速范围不大，一般为般为 （2 23 3）:1:1。 3322221122sRrsRrsRrsrcccN广东技术师范学院自动化学院广东技术师范学院自动化学院 2 2调速特点：调速特点： 低速时，转差功率大，效率低。低速时

34、，转差功率大，效率低。 低速时，转速稳定性差。低速时，转速稳定性差。 分级调速。分级调速。 设备简单，投资低。设备简单，投资低。 适合于对调速性能要求不高的生产机械适合于对调速性能要求不高的生产机械（如桥式起重机，通风机）。（如桥式起重机，通风机）。 广东技术师范学院自动化学院n一台绕线式异步电动机，p=5，PN=60kw，f1=50Hz， nN=577r/min，m=2.5，转子Y接，E2N=253V，I2N=160A，电机带位能性负载且TL=TN。n求：（1）当转子每相串入电阻Rad=0.5，电机转速为多大？此时重物是提升还是下放？n（2）若使该重物下放速度为n=-300r/min，不改变

35、电源相序，转子回路每相应串入多大电阻？此时电动机运行在什么状态？广东技术师范学院自动化学院六、绕线式异步电动机串级调速六、绕线式异步电动机串级调速串级调速的基本要求：串级调速的基本要求：n前述转子串电阻调速要消耗功率，若在转前述转子串电阻调速要消耗功率，若在转子加上电压就可不增加损耗，但要求加在子加上电压就可不增加损耗，但要求加在电机转子绕组的电压频率与转子绕组感应电机转子绕组的电压频率与转子绕组感应电动势同频率。电动势同频率。广东技术师范学院自动化学院n如果把异步电机转子感应电动势变为直流电如果把异步电机转子感应电动势变为直流电动势，同时把转子外加电压也变为直流量，这动势，同时把转子外加电压

36、也变为直流量，这就是串级调速的基本思路。如图所示：就是串级调速的基本思路。如图所示：广东技术师范学院自动化学院n图中的整流桥把异步电动机转子的转差电动图中的整流桥把异步电动机转子的转差电动势、电流变成直流，逆变器的作用是给电机势、电流变成直流，逆变器的作用是给电机转子回路提供直流电动势，同时给转子电流转子回路提供直流电动势，同时给转子电流提供通路，并把转差功率（扣除转子绕组铜提供通路，并把转差功率（扣除转子绕组铜损耗损耗 ）大部分反送回交流电源。）大部分反送回交流电源。n异步电动机转子相电动势为：异步电动机转子相电动势为：n经三相整流器后变为直流电动势经三相整流器后变为直流电动势：nMsP22

37、sEEs2121sEkEkESd广东技术师范学院自动化学院n式中式中 是整流系数。是整流系数。n逆变器直流侧直流电动势为：逆变器直流侧直流电动势为：n式中式中 是逆变器的系数；是逆变器的系数； 是变压器副边相是变压器副边相电压；电压； 是逆变角。是逆变角。 n于是直流回路电流于是直流回路电流n 1kcos22UkE2k2U dIREEIdd广东技术师范学院自动化学院n式中式中R R是直流回路等效电阻。因是直流回路等效电阻。因R R较小，可忽略较小，可忽略不计。上式变为：不计。上式变为：n当 整 流 器 、 逆 变 器 都 为 三 相 桥 式 电 路当 整 流 器 、 逆 变 器 都 为 三 相

38、 桥 式 电 路时，时， ，得转差率：，得转差率：cos2221UksEkEEd21kkcos22EUs n从上式可知，改变逆变角从上式可知，改变逆变角 的大小，就能改的大小，就能改变电动机的转差率变电动机的转差率S S。广东技术师范学院自动化学院n这种调速方法适合于高电压、大容量绕线式异这种调速方法适合于高电压、大容量绕线式异步电动机拖动风机、泵类负载等要求调速不高步电动机拖动风机、泵类负载等要求调速不高的场合。的场合。n串级调速的特点：串级调速的特点：优点：效率高，机械特性硬，无级调速。优点：效率高，机械特性硬，无级调速。缺点：功率因数低，逆变器吸收无功功率。缺点：功率因数低，逆变器吸收无

39、功功率。 调速范围窄：调速范围窄：1.5-21.5-2 电动机过载能力下降：减小电动机过载能力下降：减小17%17%广东技术师范学院自动化学院 第五节三相异步电动机各种运行状态第五节三相异步电动机各种运行状态一、一、 电动运行：电动运行： 就是我们前面所分析的各种正常运行状态，在这里就是我们前面所分析的各种正常运行状态，在这里不在进行详细的介绍。不在进行详细的介绍。二、反接制动二、反接制动1. 1. 定子两相反接的制动定子两相反接的制动 反接制动过程反接制动过程: : 处于正向电动运行的三相绕线式异处于正向电动运行的三相绕线式异步电动机，当改变三相电源的相序时，电动机便进步电动机，当改变三相电

40、源的相序时，电动机便进入了反接制动过程入了反接制动过程. . 反接制动过程中，电动机电源反接制动过程中，电动机电源相序为负序，相序为负序， 如图所示如图所示: :广东技术师范学院自动化学院广东技术师范学院自动化学院 接触器触点接触器触点K1K1闭合为正向电动运行，闭合为正向电动运行，K1K1断开断开K2K2闭合，则改变了电源相序。（闭合，则改变了电源相序。（b b）图为拖）图为拖动反抗性恒转矩负载，反接制动的同时转子动反抗性恒转矩负载，反接制动的同时转子回路串入较大电阻时的反接制动机械特性。回路串入较大电阻时的反接制动机械特性。电动机的运行点从电动机的运行点从ABC ABC ，到，到C C点后

41、，点后， T T 可以准确停车。可以准确停车。而在反接制动过程中而在反接制动过程中, ,因为接的是反相序电源因为接的是反相序电源, ,所以所以, ,转速大转速大n 0n 0时时 , ,相应的转差率相应的转差率s 1s 1。若转子回路总电阻折合值为若转子回路总电阻折合值为 ，机械功率，机械功率则为则为LTLT2r013222rssIPm广东技术师范学院自动化学院n 即负载向电动机内输入机械功率。显然负载即负载向电动机内输入机械功率。显然负载提供机械功率是靠转动部分减少动能。从定子提供机械功率是靠转动部分减少动能。从定子到转子的电磁功率为到转子的电磁功率为n 转子回路铜损耗转子回路铜损耗: :03

42、222srIPMmMmMcuPPPPrIp22223广东技术师范学院自动化学院n因此，转子回路中消耗了从电源输入而来的电因此，转子回路中消耗了从电源输入而来的电磁功率及由负载送入的机械功率，数值很大，磁功率及由负载送入的机械功率，数值很大，在转子回路中必须串入较大的外串电阻，以消在转子回路中必须串入较大的外串电阻，以消耗大部分转子回路铜损耗，保护电动机不致由耗大部分转子回路铜损耗，保护电动机不致由于过热而损坏。所谓大电阻是指比起动电阻阻于过热而损坏。所谓大电阻是指比起动电阻阻值还要大。下图就是反接过程中的机械特性图值还要大。下图就是反接过程中的机械特性图: :广东技术师范学院自动化学院广东技术

43、师范学院自动化学院n 从图上我们可以看出从图上我们可以看出, ,如果电动机拖动负载转如果电动机拖动负载转矩较小的反抗性恒转矩负载运行，或者拖动位矩较小的反抗性恒转矩负载运行，或者拖动位能性恒转矩负载运行，这两种情况下，如果进能性恒转矩负载运行，这两种情况下，如果进行反接制动停车，那么必须在降速到行反接制动停车，那么必须在降速到n n0 0时切时切断电动机电源并停车，否则电动机将会反向起断电动机电源并停车，否则电动机将会反向起动，三相异步电动机反接制动停车比能耗制动动，三相异步电动机反接制动停车比能耗制动停车速度快，但能量损失较大。一些频繁正、停车速度快，但能量损失较大。一些频繁正、反转的生产机

44、械，经常采用反接制动停车接着反转的生产机械，经常采用反接制动停车接着反向起动，就是为了迅速改变转向，提高生产反向起动，就是为了迅速改变转向，提高生产率。率。广东技术师范学院自动化学院n反接制动停车的制动电阻计算，根据所要反接制动停车的制动电阻计算，根据所要求的最大制动转矩进行。为了简单起见，求的最大制动转矩进行。为了简单起见，可以认为反接制动后瞬间的转差率可以认为反接制动后瞬间的转差率s 2s 2，处于反接制动机械特性的处于反接制动机械特性的s s0 0 之之间。间。 n鼠笼式异步电动机转子回路无法串电阻，鼠笼式异步电动机转子回路无法串电阻，因此反接制动不能过于频繁。因此反接制动不能过于频繁。

45、 ms广东技术师范学院自动化学院n2. 2. 转子反转的反接制动制动转子反转的反接制动制动n 我们知道，拖动位能性恒转矩负载运行的三相绕我们知道，拖动位能性恒转矩负载运行的三相绕线式异步电动机，若在转子回路内串入一定值的线式异步电动机，若在转子回路内串入一定值的电阻，电动机转速可以降低。如果所串的电阻超电阻，电动机转速可以降低。如果所串的电阻超过某一数值后，电动机还要反转，称之为倒拉反过某一数值后，电动机还要反转，称之为倒拉反转制动运行状态。转制动运行状态。n倒拉反转制动运行是转差率倒拉反转制动运行是转差率s s1 1的一种稳态，其的一种稳态，其功率关系与反接制动过程一样，电磁功率功率关系与反

46、接制动过程一样，电磁功率0 0，机，机械功率械功率0 0，转子回路总铜耗。但是倒拉反转运行，转子回路总铜耗。但是倒拉反转运行时负载向电动机送入的机械功率是靠着负载贮存时负载向电动机送入的机械功率是靠着负载贮存的位能的减少，是位能性负载倒过来拉着电动机的位能的减少，是位能性负载倒过来拉着电动机反转。反转。广东技术师范学院自动化学院广东技术师范学院自动化学院三、回馈制动回馈制动n回馈制动运行分为正向回馈制动运行和反回馈制动运行分为正向回馈制动运行和反向回馈制动运行向回馈制动运行. . 1 1、正向回馈制动运行：通过将一部分、正向回馈制动运行：通过将一部分机械能转换为电能并回馈回电源的现象。机械能转

47、换为电能并回馈回电源的现象。从图上可以看出：从图上可以看出：广东技术师范学院自动化学院广东技术师范学院自动化学院 在这个降速过程中，电动机运行在第在这个降速过程中，电动机运行在第IIII象限象限BCBC这一段机械特性上时，转速这一段机械特性上时，转速n n0 0，电磁转，电磁转矩矩T T0 0，是个制动运行状态，称之为正向回，是个制动运行状态，称之为正向回馈制动过程。整个回馈制动过程中，始终有馈制动过程。整个回馈制动过程中，始终有n n 。正向回馈制动过程中，电动机的转速。正向回馈制动过程中，电动机的转速n n ，转差率，转差率 从三相异步电动机等值电路上看出，电动机从三相异步电动机等值电路上

48、看出，电动机总的机械功率为总的机械功率为1n1n011nnns013222rssIPm广东技术师范学院自动化学院n 从定子到转子的电磁功率为从定子到转子的电磁功率为 ：n实际是系统减少了动能而向电动机送入机械功实际是系统减少了动能而向电动机送入机械功率并转换为电功率，扣除了转子损耗率并转换为电功率，扣除了转子损耗后后 ，变成了从转子送往定子的电磁，变成了从转子送往定子的电磁功率功率 了。那么主要送到哪里去了呢？为此，了。那么主要送到哪里去了呢？为此，先看着转子过功率因数角的情况。先看着转子过功率因数角的情况。n我们知道我们知道03222srIPM0cos222222xsrsr22223rIpc

49、uMP广东技术师范学院自动化学院 根据以上两式，画出正向回馈制动时异步电动根据以上两式，画出正向回馈制动时异步电动机的相量图，如图机的相量图，如图11-1911-19所示。显然得出结论所示。显然得出结论为为 ： 因此，因此，这样一来，电动机的输入功率则为：这样一来，电动机的输入功率则为：02900cos2210cos10cos31111IUP广东技术师范学院自动化学院 说明有功功率是电动机送出给交流电网了。这说明有功功率是电动机送出给交流电网了。这也就是说，回馈制动过程中，转子边送过来的也就是说，回馈制动过程中，转子边送过来的电磁功率，除了定子绕组上钢损耗消耗外，其电磁功率，除了定子绕组上钢损

50、耗消耗外，其余的回馈给电源了。这时的三相异步电动机实余的回馈给电源了。这时的三相异步电动机实际上是一台发电机。际上是一台发电机。 2 2、反向回馈制动运行：、反向回馈制动运行： 当三相异步电动机拖动位能性恒转矩负载，当三相异步电动机拖动位能性恒转矩负载，电源为负相序（电源为负相序（A A、 C C、 B B）时，电动机运行）时，电动机运行于第于第IVIV象限，如图象限，如图 中的中的B B点，电磁转矩点，电磁转矩T T0 0，转速转速 n n0,0,称为反向回馈制动运行。称为反向回馈制动运行。广东技术师范学院自动化学院广东技术师范学院自动化学院n起重机高速下放重物（指起重机高速下放重物（指 ）

51、时，经常采用）时，经常采用反向回馈制动运行方式。若负载大小不变，转子回路反向回馈制动运行方式。若负载大小不变，转子回路串入电阻后，转速绝对值加大，如图中的串入电阻后，转速绝对值加大，如图中的C C点；串入点；串入电阻值越大，转速绝对值越高。电阻值越大，转速绝对值越高。 n反向回馈制动运行时，电动机的功率关系与正向回馈反向回馈制动运行时，电动机的功率关系与正向回馈制动过程是一样的，电动机是一台发电机，它把从负制动过程是一样的，电动机是一台发电机，它把从负载位能减少而输入的机械功率转变为电功率，然后回载位能减少而输入的机械功率转变为电功率，然后回送给电网。从节能的观点看问题，反向回馈制动下放送给电

52、网。从节能的观点看问题，反向回馈制动下放重物比能耗制动下放重物要好。重物比能耗制动下放重物要好。1nn 广东技术师范学院自动化学院一桥式起重机主钩电动机为8极三相绕线式异步，PN=75KW， ， ，E2N=219V，I2N=220A，不计传动机构损耗，电动机带位能性负载 ，求：n(1)在固有特性上提升该重物时，电动机转速；n(2)转子每相串入电阻为0.3欧姆时，电动机转速；n(3)要求以n= -300r/min的转速下放重物，转子每相应串入多大电阻？n(4)若改变电源相序下放该重物，转子不串入电阻，下放速度是多少？此时电动机运行在什么状态？ min/720rnN4 . 2mLNT0.8T广东技

53、术师范学院自动化学院四、能耗制动： （1 1）能耗制动基本原理：）能耗制动基本原理： 如图所示：如图所示：广东技术师范学院自动化学院 三相异步电动机处于电动运行状态的转速为三相异步电动机处于电动运行状态的转速为 n,n,如果突然切断电动机的三相交流电源，同时把如果突然切断电动机的三相交流电源，同时把直流电直流电 通入它的定于绕组，例如开关通入它的定于绕组，例如开关K1K1打打开、开、K2K2闭合，结果，电源切换后的瞬间，三相闭合，结果，电源切换后的瞬间，三相异步电动机内形成了一个不旋转的空间固定磁异步电动机内形成了一个不旋转的空间固定磁动势，用动势，用 表示。表示。 空间固定不转的磁动势相对于

54、旋转的转子来空间固定不转的磁动势相对于旋转的转子来说变成了一个旋转磁动势说变成了一个旋转磁动势, ,旋转方向为顺时针，旋转方向为顺时针，转速大小为转速大小为n n。正如三相异步电动机运行于电。正如三相异步电动机运行于电动状态下一样，动状态下一样， IF广东技术师范学院自动化学院n转子与空间磁动势转子与空间磁动势 有相对运动，转子绕组则有相对运动，转子绕组则感应电动势，产生电流；进而转子受到电磁转矩感应电动势，产生电流；进而转子受到电磁转矩T T。T T的方向与磁动势的方向与磁动势 相对于转子的旋转方向是一相对于转子的旋转方向是一样的，即转子受到顺时针方向的电磁转矩样的，即转子受到顺时针方向的电

55、磁转矩T T。转子。转子转向为逆时针方向，受到的转矩为顺时针方向，转向为逆时针方向，受到的转矩为顺时针方向，显然显然T T与与n n反方向，电动机处于制动运行状态，反方向，电动机处于制动运行状态，T T为为制动性的阻转矩。转速制动性的阻转矩。转速n n0 0时，磁通势与转子相时，磁通势与转子相对静止，对静止， 0 0， 0 0，T T0 0，减速过程才完，减速过程才完全终止。全终止。n上述制动停车过程中，系统原来贮存的动能消耗上述制动停车过程中，系统原来贮存的动能消耗了，这部分能量主要被电动机转换为电能消耗在了，这部分能量主要被电动机转换为电能消耗在转子回路中。因此，上述过程亦称之为能耗制动转

56、子回路中。因此，上述过程亦称之为能耗制动过程。过程。 FF2E2I广东技术师范学院自动化学院n三相异步电动机能耗制动过程中电磁转矩三相异步电动机能耗制动过程中电磁转矩T T的的产生，是由于转子与定于磁动势之间有相对运产生，是由于转子与定于磁动势之间有相对运动；至于定子磁动势相对于定子本身是旋转的动；至于定子磁动势相对于定子本身是旋转的还是静止的，以及相对转速是多少，都是无关还是静止的，以及相对转速是多少，都是无关紧要的。因此，分析能耗制动状态下运行的三紧要的。因此，分析能耗制动状态下运行的三相异步电动机，可以用三相交流电流产生的旋相异步电动机，可以用三相交流电流产生的旋转磁动势等效替代直流磁动势，在等效替代后，转磁动势等效替代直流磁动势，在等效替代后，就可以使用电动运行状态时的分析方法与所得就可以使用电动运行状态时的分析方法与所得结论结论。等效替代的条件是：等效替代的条件是：广东技术师范学院自动化学院n（1 1）保持磁动势幅值不变，即）保持磁动势幅值不变，即 = ;= ;n （2 2）保持磁动势与转子之间相对转速（即转）保持磁动势与转子之间相对转