电机原理及拖动第六章课件

1、内容介绍同步电动机控制电机三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机原理电力拖动系统中电动机的选择第六章 三相异步电动机的电力拖动 第一节 三相异步电动机的机械特性第二节 笼型异步电动机的起动第三节 绕线转子异步电动机的起动第四节 三相异步电动机的起动第五节 三相异步电动机的各种运行状态第六节 异步电动机拖动系统的机械过渡过程及能量损耗第一节 异步机机械特性概述 用于函数式表示： 用于曲线表示 ：物理表达式 表达式 （ P182183，推导过程自己看，在此仅给结论）曲线 图6-1：图6-2 ：图6-3 ：机械特性曲线（图6-4 ）参数表达式 推导（ “”型等效电路：图5-45、46、48）机械特性

2、曲线（图6-4）象限分析与说明（P184，自己看）特定点同步运行点 临界点 （最大转矩点）临界转差率 临界（最大）转矩 讨论 Tmax与r2无关 U1、f1恒定， 起动转矩： （绕线式：转子外串电阻加大起动转矩） 起动点 （s=1） 讨论 改变r2 ，可以改变Tst；（绕线电机：转子外串电阻可加大起动转矩；电网不允许（大功率）电机直接起动（1-s）/s=0，功率因数低：0.3），否则影响其它设备的正常运行）：图5-4548额定点（s=sN（n=nN），T=TN） 实用表达式（不依赖于电机参数，根据产品目录给出的数据进行计算 ） 推导 注意： （符合实际） 分析 ： 实用表达式 ： 产品目录给出

3、： s=f(T)：sm的求法：n=f(T)：机械特性的计算：先求sm和Tmax （通常取“+”） 机械特性的线性化 固有（自然）机械特性条件：定子电压：额定频率：额定定子绕组接线：按规定接线转子绕组：短接固有机械特性和定子电流示意图固有机械特性sn0sN1TNTkNTmaxTABCDSmIkNI1特殊点额定工作点：最大转矩点：堵转转矩：堵转电流：堵转点：起动转矩倍数：起动电流倍数：笼型铭牌给出： 和，绕线式不给。机械特性参数表达式和实用表达式的计算（例6-1 ）参数表达式：实用表达式：直流机 （电磁转矩）：额定转矩：异步机 （输出转矩）：计算举例：异步机， 求：1、机械特性表达式； 2、已知：

4、T，求：s和n。 基本计算：（额定点） （转矩最大点） 机械特性表达式：（实用表达式） （实用表达式） 已知：T，求：s和n。 方法一： 方法二：线性化条件练习： 实际固有机械特性（图6-6 ）讨论：低速（sms1）时，公式计算的机械特性与实际特性曲线存在较大偏差，原因在于：定、转子电流大，槽磁动势大，漏磁路饱和，定、转子漏抗值减小；此外，s=1时，转子导条的挤流效应（转子阻值增大）。存在寄生转矩：气隙高次谐波磁场与转子电流作用产生的一系列谐波转矩。“蠕动”问题：Y系列笼型异步电动机设计要求最小转矩人为机械特性从参数表达式出发：降低定子电压的人为特性 （图6-7 ）方法：（不允许：磁饱和（磁化

5、曲线和“恒压系统”），绝缘）特点：同步转速n1=60f1/p不变；临界转差率sm与定子电压无关； 最大转矩： 初始起动转矩：机械特性图组（图6-8）定子串三相对称电阻（电抗）的人为特性 特点：同步转速n1不变；临界转差率sm、 Tmax与Tst随外串电阻（电抗）的增大而减小。 机械特性图1 0TmaxTsms n0n1Tmaxsm转子串三相对称电阻（绕线式）接线：图6-10特点：同步转速n1和Tmax不变；临界转差率sm与Tst随外串电阻的增大而增大。机械特性图组（下页）讨论：转子串入电阻，为保证T=C（0TTmax），有：三相异步电机转差率的比例推移法：转差率与转子回路电阻成正比的规律r2+

6、Rc3Tst2sm2r2+Rc2Tst1sm1r2+Rc11 0TstTmaxTs n0n1smr2B AC D 外串电阻的计算：转子每相绕组电阻r2 的估算（依据： sNsNx2 ）（转子绕组Y接）E2N ：转子额定电动势（转子开路线电势）；I2N ：转子额定线电流。人为机械特性的应用示例转子串电阻起动（图6-24 ）转子反向的反接制动（图6-51 ）第二节 笼型异步电动机的起动 关于起动绕线式：起动可调到最佳笼型：Ik大，电网可能不允许； Tk不大，降压时Tst更小（满足电网），适于轻载起动。 （直接起动）特殊笼型：深槽、双笼、高滑差。（起动转矩大）笼型电机起动的要求 满足：电网（希望Ik

7、小）和负载（希望Tk大）。电网对起动电流的要求如果不满足要求，应降低起动电流。 办法： 负载对起动转矩的要求 要求： 如果不满足要求，应加大起动电流。 图6-6 问题：蠕动要求： KV：电压波动系数（0.850.95）；Ks：加速转矩系数（1.151.2）。结论：良好起动，以上两项要求应权衡。直接起动一般，首选直接起动。7.5kW以下电机可以直接起动。现代设计的笼型异步电动机 ：根据直接起动的电磁力和发热设计其机械强度和热稳定性。减压起动不满足电网要求时采用减压起动。基本问题（减压时的起动电流） 设U为电机端电压I0很小（可以忽略） 得初始起动电流： 堵转电流： 电机电流减小：（减压系数） 希

8、望：只要 ，就满足 达到减小起动电流的目的。 定子串电阻、电抗 接线图（图6-14） （小电机：串电阻，大电机：串电抗）原理（等效电路见教材图6-15 ） ： 电阻和电抗的计算 确定减压系数： 要求： 设电网允许： （或）计算： 解得： 同理： rk和xk可根据铭牌进行估算： 定子串阻抗的特点：适用于空载或轻载起动 。 起动 （6端子电机）接线图： 教材图6-16：K1、K3闭合（降压起动）K3断开、k2闭合（正常运行）。由教材图6-17可看出加到一相的电压不同。 特点： 优缺点：起动电流小（对电网）、设备简单、价格便宜、操作方便；起动转矩小，降压系数不可调；仅适合于30kW以下的小功率电动机

9、空载或轻载起动。自耦变压器起动 教材图6-18为接线图，教材图6-19为一相电路 。减压系数： 自耦变压器变比： 电机电流： 忽略变压器空载电流： 特点： 优缺点：教材 P208工业自耦变压器抽头比：0.8、0.65。总结： 教材P208 表6-2 例6-3 (看一下) 教材P210 图6-20 高起动转矩笼型异步电动机的机械特性深槽，双笼异步电动机（看一下） 挤流效应（趋表效应）第三节 绕线转子异步电动机的起动 分级起动理想起动特性（图6-24 ）内容：什么是理想起动特性函数公式起动级数已知和未知，转子电阻算法 习题6-39作业：6-336-38串频敏变阻器起动原因：串电阻分级起动结构复杂、

10、维护量大。起动转矩改善（教材图6-27） 。（在起动过程中，能保持较大的起动转矩）第四节 异步电动机的调速 调速方法 转差功率消耗型：变s 转差功率回馈型：串级调速（转子串电阻的改进），高 转差功率不变型：变p、变f， 高 转差功率: 对于变s: 变极调速 原理 异步机极数是定子绕组结构决定的（笼型）两个“半”绕组顺串（图6-28 ）：多级（低速）两个“半”绕组反串或顺并（图6-29） ：少级（高速）变级（改变接法时，应同时变相序）？p=1，空间角度（）：0、120、240p=2，空间角度（）：0、240、480（120）（反转）变极前、后、转矩和功率关系气隙磁密电磁转矩输出功率接线举例YY/

11、Y联结（图6-30 ：改变相序）恒转矩调速 YY/D联结（图6-31 ：改变相序）接近恒功率调速 变级调速：分级调速；电机工艺复杂，不经济。变频调速 VVVF、DTC、矢量控制（SPWM、SVPWM）恒磁通变频的概念 恒磁通变频：基速的提法 基速：电机额定速度 基速以下，恒转矩调速，U1与f1协调控制；基速以上，恒功率调速（弱磁调速）， E1/f1=C时的人为特性恒磁通调速 讨论：分析人为特性的方法：n特性平行 Tmax机械特性曲线（教材图6-32） 容许输出（恒转矩）功率因数U1/f1=C时的人为特性（近似恒磁通调速）忽略nTmax讨论： 机械特性曲线（教材图6-33） 电压补偿（也称转矩补

12、偿）：低速特性变坏（？） 50 380 10 370 5 38 10 28（应为37） 5 47 10 37（补偿） 向基频以上调节的变频调速 当 f1fN 时，要保持m=C，定子电压需要高于额定值，这是不允许的。办法：保持 U1=UN ，这样 f1，m，相当于弱磁调速。Tmaxnm机械特性 教材 图6-34特点：运行段近似平行；Tmax1/f12。PM不同频率，s 变化不大，近似恒功率调速。 真正恒功率条件： 变频调速特点 ：基频以下，恒转矩调速；基频以上，恒功率调速；机械特性基本平行，硬特性，调速范围宽，转速稳定性好；运行时，s 小，转差功率损耗小，效率高；可连续调节，能实现无级调速。 降

13、低定子电压调速 机械特性： （图6-8）特点：同步转速n1不变；sm不变；同一转速下 ：T U12，调速范围小。 为了改善D，绕线式电机可加大转子外串电阻（教材图6-11 可以看出特性变软）， （图6-36 可以看出特性变软后，调速范围变大）。低速稳定性差（采用高滑差电机，特性软）。改进：速度闭环 性能分析：恒P？恒T？（都不是） （机械特性图） 充分利用，又不过热，即 恒转矩： T与n无关；恒功率： 变极调压调速：结合变极调速的优点（ps小），可以改善调速性能。转子串电阻调速（绕线式）机械特性： 特性变软（图6-24） 缺点：低；低速稳定性差。调速性能： 性质 根据比例推移， 恒转矩性质 效

14、率：低速时，效率低 串级调速 （ ps回馈型 ）转子回路串附加电动势时的等效电路：（教材图6-40）功能：转差功率回馈电网方法：条件 由机械特性可知：从空载到额定负载，s 变化不大。同频：同相或反相同步转速以下调速（次同步串级调速）超同步串级调速（技术不成熟）功率关系（看一下）： 转差离合器调速 原理示意图：（ 教材图6-44）效率低，低速稳定性差。 第五节 三相异步电动机的各种运行状态 概述电动 （0s1）特性：（教材图6-48） (1、3象限)特点：转子旋转方向与旋转磁动势的转向相同： 0s1；n1 ：电源反接）笼型：（反相序）可直接反接 绕线式： 原理措施：反相序，同时转子回路串入大电阻。串入电阻后特性变软（图6-49：曲线2）。过程： B点： C点： 反向加速， D点：稳定 起始转差率：功率关系电磁： （因为s1 ，电网输入） 全机