电机及拖动-第6章三相异步电动机电力拖动运行课件

1、第6章三相异步电动机电力拖动运行第6章6.1 三相异步电动机的机械特性 6.3 三相异步电动机的调速 6.2 三相异步电动机的起动 6.4 三相异步电动机的制动 6.5 异步电动机的各种运行状态 2022/10/1426.1 三相异步电动机的机械特性 6.3 三相三相异步电机电磁转矩物理表达式 Pem = m2 E2 I2 cos2E2 = 4.44 f1 kW2N2m Tem = Pem160Pem2n1 = Tem = CTm I2 cos2 电磁转矩常数: p Pem 2 f1 = 4.44 pm2kw2N2 2 CT = = pm2kW2N2 1 2 2022/10/143三相异步电机

2、电磁转矩物理表达式 Pem = m2 E2 三相异步电机转矩转差特性（参数表达式） R2 sPem = m1 I22 ， 2f1 p 1 = 根据: Tem = ， Pem 1 U1 I2 = R1 (X1X2)2 R2 s 2 m1p2f1 U1 Tem = R1 (X1X2)2 R2 s2 R2 s 2 2022/10/144三相异步电机转矩转差特性（参数表达式） R2 Pem = Tem s 曲线 1M S O Tem s -1 发电机 电动机 制动 s0 s=0 n= n1 n= 0 nn1 n0 n0 2022/10/145 Tem s 曲线 1M S O Tem s -1 1. 最

3、大（临界）转矩 Tm 临界转差率： 电动状态取 “ ”，发电状态取 “”。 sm = R1 (X1X2 )2 R2 2 当 R1 (X1X2 ) 时： sm R2X1X2 T pm1U1 4f1 (X1X2) 2 Tm = R1 R1(X1X2 )2 U1m1p 4f1 2 2 2022/10/1461. 最大（临界）转矩 Tm 临界转差率： 电动状 结论： 当 f1 和电机参数不变时，异步电机的 Tm 与 电源相电压 U1 的平方成正比。当 U1 和 f1 一定时， Tm 近似与定、转子漏抗 之和成反比。 Tm与 R2 无关，而 sm与R2 成正比。 如 R2 变大时，Tm不变，但 sm 则

4、随之增大。 如忽略 R1，Tm与 成正比。 U1 f1 2 过载倍数 (最大转矩倍数) KT ： Tm TN KT =2022/10/147 结论： 当 f1 和电机参数不变时，异步电机的 Tm 与2. 起动转矩 Tst s = 1 时： m1p2f1U1 R2 Tst = ( R1 R2)2 (X1X2)2 2 结论： 当 f1 和电机参数不变时，异步电机的 Tst 与电源相电压 U1 的平方成正比。 当 U1 和 f1 一定时，Tst 近似与定转子漏抗之和成反比。 在一定的范围内增加 R2 时，可增大 Tst 。 当sm= 1 时，Tst = Tm，Tst 最大。 起动转矩倍数 Tst T

5、N Kst =2022/10/1482. 起动转矩 Tst s = 1 时： m1pU1三相异步电动机的主要性能指标 1. 额定效率 N N = 72.5% 96.2 % （Y 系列） 2. 额定功率因数 cosN cosN = 0.7 0.9 （Y 系列） 3. 最大转矩倍数 km kT = 1.8 2.2 （Y 系列） 4. 堵转转矩倍数 kst kst = 1.6 2.2 （Y 系列） 5. 堵转电流倍数 kI kI = 5 7 （Y 系列） 2022/10/149三相异步电动机的主要性能指标 1. 额定效率 N 206.1 三相异步电动机的机械特性6.1.1 固有机械特性 当 U1L

6、= U1N 、f1 = fN，且绕线型转子中不外串 任何电路参数时的机械特性。n1 Tem n O S M 同步点： n = n1，s = 0，Tem = 0 起动点： n = 0，s = 1，Tem = Tst 临界工作点： s = sm，n = (1sm) n1，Tem = TmTm (1sm) n12022/10/14106.1 三相异步电动机的机械特性6.1.1 固有机械特n1Tem n O S M1. 稳定运行区域 工作段N nM 稳定运行条件： dTLdndTemdn 额定运行点 N ： n = nN ， s = sN ， Tem = TN ，P2 = PN。 额定状态说明了电动机

7、 长期运行的能力： TLTN，P2PN，I1IN。 sN = 0.01 0.06 很小， Tem 增加时，n 下降很少 硬特性。硬特性 TL 2022/10/1411n1Tem n O S M1. 稳定运行区域 工作段N2. 固有机械特性的实用表达式 忽略 R1 的影响，则 sm = R2X1X2 T = pm1U1 4f1 (X1X2) 2 m1p2f1 U1 Tem = (X1X2)2 R2 s2 R2 s 2 2022/10/14122. 固有机械特性的实用表达式 忽略 R1 的影响，则 将 Tem 与 Tm 相除得： = (X1X2)2 R2 s2 R2 s Tem Tm 2 (X1X

8、2) = sm ss sm 2 Tem = sm ss sm 2Tm 即 sm s= 解上述方程，可得 根据 s 和 sm 的相对大小，取“”或取“”。 ( )2= 1 s sm Tm Tem Tm Tem 2022/10/1413将 Tem 与 Tm 相除得： = (X1X2) 若忽略 T0，则在额定负载时 sN = sm ( kT kT1 )2 sm = sN ( kT kT1 )2 实用公式计算简单、使用方便， 但只适用于一定的范围内，即 0 s sm 。 2022/10/1414 若忽略 T0，则在额定负载时 sN = sm ( kT 【例6-1】 Y280M-4 型三相异步电动机，额

9、定功率 PN = 90 kW，额定频率 fN= 50 Hz，额定转速nN= 1480 r/min， 最大转矩倍数KT= 2.2。试求：(1) 该电动机的电磁转矩实 用公式；(2) 当转速 n = 1 487 r/min 时的电磁转矩； (3) 当负载转矩 TL= 450 Nm 时的转速。 n1nN n1sN = = 0.0133 1 5001480 1 500解：(1) 额定转差率为 额定转矩为 TN = 9.55PNnN最大转矩为 Tm = kTTN = 2.2580.7 Nm = 1 277.5 Nm = 9.55 Nm = 580.7 Nm 90 000 1 4802022/10/141

10、5 【例6-1】 Y280M-4 型三相异步电动机，额= 0.0133( 2.2 2.221 ) = 0.0553 实用电磁转矩公式为 s 0.0553 Tem = 2 555 0.0553s Tem = Nm = 392.3 Nm +2 555 0.0553 0.0087 0.0087 0.0553 sm = sN ( km km1 ) 2 临界转差率为 (2) 当转速 n = 1 487 r/min 时转差率为 n1n n1s = = 0.0087 1 5001487 1 500电磁转矩为 2022/10/1416= 0.0133( 2.2 2.221 ) =(3) 当 TL = Tem

11、= 450 Nm 时的转差率为 转速为 n = ( 1s ) n1 = ( 10.0101 )1 500 r/min = 1 485 r/min ( )2s = sm 1 Tm Tem Tm Tem = 0.0553 1 = 0.0101 ( )2 1277.5 450 1277.5 450 2022/10/1417(3) 当 TL = Tem = 450 Nm 时的转差率6.1.2 人为机械特性 1. 降低定子端电压时的人为机械特性 降低 U1 转速稳定后 若TL = TN ，则 ssN ，nnN 结论： sm 不变；稳定运行段的特性变软了； 起动能力和过载能力显著降低。 1 sN I2N

12、= I2 ， 1s 2 2 m1 R21 sTem = I2 2 Tm I2 I2N smn Tem O UN n1 0.8UN0.64Tm 2022/10/14186.1.2 人为机械特性 1. 降低定子端电压时的人为机械解：(1) 在额定电压下的额定转矩为 【例6-2】 Y315S-6 型三相异步电动机的额定功率 PN = 75 kW，额定转速 nN = 990 r/min，起动转矩倍数 Kst1.6，过载能力 KT= 2.0。求：(1) 在额定电压下的 Tst 和 Tm ；(2) 当电网电压降为额定电压的 80时，该电动 机的 Tst 和 Tm 。 TN = 9.55 PN nN = 9

13、550 Nm = 723.5 Nm 75 990 起动转矩和最大转矩分别为 Tst = KstTN = 1.6723.5.7 Nm = 1157.6 Nm Tm = KTTN = 2.0723.5.7 Nm = 1447.0 Nm (2) 当U1L = 80%UN 时，起动转矩和最大转矩分别为 Tst = 0.82Tst = 0.821157.6 Nm = 740.9 Nm Tm = 0.82Tm = 0.821447.0 Nm = 928.1 Nm 2022/10/1419解：(1) 在额定电压下的额定转矩为 【例62. 转子回路串对称电阻的人为机械特性 设串联电阻为 Rs ： Tm 不变。

14、 sm = R2Rs X1X2 Rs3Rs2Rs1 Tm R2Rs1 R2Rs2 n Tem O R2 n1 smsm1sm3R2Rs3 结论： 当 sm1 时， Rs sm Tst。 当 sm = 1 时， Tst = Tm 。 当 sm1 时， Rs sm Tst 。 2022/10/14202. 转子回路串对称电阻的人为机械特性 设串联电阻为 R 【例6-3】 一台绕线型三相异步电动机带恒转矩负载 运行，当转子回路不串电阻时，n = 1440 r/min，若在转 子回路串入电阻使转子电路每相电阻增加一倍，试问这 时电机的转速是多少？ 解：因为 TL 不变，由电磁转矩公式可知 R2 s =

15、 R2Rs s ，故串联电阻后的转差率为 s = s = 2s R2Rs R2 而转速 n = 1 440 r/min 时转差率为 n1n n1s = = 0.04 1 5001440 1 500故 s = 2s = 20.04 = 0.08 则 n = ( 1s ) n1 = ( 10.08 )1 500 r/min = 1 380 r/min 2022/10/1421 【例6-3】 一台绕线型三相异步电动机带恒转矩P165【例5-2】 一台绕线型三相四极异步电动机，nN = 1460 r/min，PN=150kW，fN1=50Hz，UN1=380V，KT=2。求：（1）固有机械特性表达式；

16、（2）起动转矩；（3）当负载转矩TL=755N.m时的转速。 2022/10/1422P165【例5-2】 一台绕线型三相四极异步电动机，nN =3. 定子回路串对称电阻或电抗的人为机械特性 结论 ： 定子回路串对称 Rf 或 Xf 不改变 n1 。 Rf (Xf ) Tm、Tst 。 Rf (Xf ) sm，使临界点上移。 n Tem O Rf = 0 (Xf = 0) n1 Tst m1p2f1 U1 Tem = R1 (X1X2)2 R2 s2 R2 s 2 sm = R1 (X1X2 )2 R2 2 Tm = R1 R1(X1X2 )2 U1pm1 4f1 2 2 Rf (Xf) Ts

17、t sm sm 2022/10/14233. 定子回路串对称电阻或电抗的人为机械特性 结论 ： 6.2 三相异步电动机的起动 电动机的起动指标 起动电流倍数 kI = Ist/IN。 起动转矩倍数 kst = Tst/TN。 起动时间。 起动时绕组中消耗的能量和绕组的发热。 起动时的过渡过程。 起动设备的简单性和可靠性。 2022/10/14246.2 三相异步电动机的起动 电动机的起动指标20221. 直接起动 Ist = kI IN = (5 7) IN（较大） Tst = kstTN = (12 ) TN （较小） 6.2.1 笼型异步电动机的起动 若变压器 SN 相对电动机 PN 不算

18、大时， Ist 会 使变压器输出电压短时下降幅度较大。 不利影响： 影响自身的起动，当负载较重时，可能无法起动。 影响同一台变压器供电的其他负载工作。 频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。 2022/10/14251. 直接起动 6.2.1 笼型异步电动机的起动 若变压 直接起动的使用条件(1) 小容量的电动机（PN 7.5 kW）。 (2) 电动机容量满足如下要求：IstINKI = 3 14电源总容量(kVA)电动机容量(kW) 如果不满足上述使用条件，则要采用降压起 动，把 Ist 限制到允许的数值。 2022/10/1426 直接起动的使用条件IstKI = 2. 减压起动 (1)

19、 定子串联电阻或电抗器减压起动Xst KM1 KM23 M33 RSKM1 KM2M32022/10/14272. 减压起动 (1) 定子串联电阻或电抗器减压起动Xst(2) 自耦变压器减压起动 M3TA3 UNKM1 KM2 KM3 UN/kaIst/ka Ista 设TA 的电压比为 ka U1L = UN/ka I1L = Ist/ka 起动电流为 Ista = Ist ka 2 起动转矩为 Tsta Tst UN/ka UN =2 Tsta = Tst ka 2 2022/10/1428(2) 自耦变压器减压起动 MTA3 UNKM1 K 优点：电压比 ka 可调。 QJ2 型三相自耦

20、变压器： N2/N1 = 0.55、0.64、0.73 ka = 1.82、1.56、1.37 QJ3 型三相自耦变压器： N2/N1 = 0.4、0.6、0.8 ka = 2.5、1.67、1.25 缺点：自耦变压器体积大，价格高。 适用：较大容量笼型异步电动机的起动。 使用条件： IstaImax 与 TstaTL 。 2022/10/1429 优点：电压比 ka 可调。 缺点：自耦变压器体积大，价格 适用：正常运行为联结的电动机。 (3) 星三角降压起动（Y降压起动） U1 V1 W13 UNKM1 KM2 KM3 U2 V2 W2 起动电流（定子 线电流）为 IstP 3 Ist 3

21、3 = IstY = Ist132022/10/1430 适用：正常运行为联结的电动机。 (3) 星三角降压起动ABCAZBXYCBCAXYZ定子线电压比定子相电压比定子相电流比 起动电流比电源电流比2022/10/1431ABCAZBXYCBCAXYZ定子线电压比定子相电压比定子相 起动转矩为 TstY = Tst13TstY Tst =2 UN 3 UN IstYImax 与 TstYTL 。 Y减压起动的使用条件 优点： 起动设备简单、价格低、维修方便。 2022/10/1432 起动转矩为 TstY = Tst1TstY 【例63】三相笼型异步电动机，PN=60kw，UN=380v，定

22、子联结，IN136A，Kst1.1，KI6.5，供电变压器允许的最大起动电流为500A。若拖动负载转矩TL0.3TN(要求Tst=1.1TL)，能否采用星三角起动法？2022/10/1433【例63】三相笼型异步电动机，PN=60kw，UN=380故不允许直接起动。 (2) Y减压起动计算 因为 【例6-4】 一台 Y280S-4 型三相异步电动机，额定容 量 PN = 75 kW，三角形联结，全压起动电流倍数 kI7.0， 起动转矩倍数 Kst1.9，电源容量为 1 250 kVA。若电动 机带额定负载起动，试问应采用什么方法起动? 解：(1) 直接起动计算 电源允许的起动电流倍数为KI 3

23、 14电源总容量(kVA)电动机容量(kW)= 3 = 4.92 141 250 75 1 3 = KI =IstY IN7 3 4.92 1 3TstY = Tst = KstTN1 3= TN 1.9 3 TN 2022/10/1434故不允许直接起动。 【例6-4】 一台 Y2所以不能采用 Y起动。 (3) 自耦变压器起动计算 Tsta = Tst ka 2 = kI ka 2 Ista IN 4.92 TN = TN 1.9 ka 2 1.193ka1.38 = 7 ka 2 所以可以选用 QJ3 型三相自耦变压器，取 ka = 1.25。 2022/10/1435所以不能采用 Y起动

24、。Tsta = Tst 2 = VT1 VT2 VT3 M3 3 起动之初，晶闸管的触发角很大， 电动机的线电压很低。 起动过程中，逐渐减小触发角， 电动机的线电压逐渐升高。 (1) 软起动器的原理 3. 异步电动机的软起动 软起动的特点： 无冲击电流。 有软停车功能，即平滑减速、逐渐停机。 起动参数可根据不同负载进行调整， 有很强的负载适应性。 具有轻载节能和多种保护功能。 2022/10/1436VT1 VT2 VT3 M3 6.2.2 高起动转矩的异步电动机 1. 深槽转子异步电动机 槽深 h 与槽宽 b 之比为： h / b = 8 12X2 小X2 大 起动时，f2 高， X2 大，

25、电流的集肤 效应使导条的等效 面积减小，即 R2 ， 使 Tst 。 运行时， f2 很低， X2 很小，集肤效应 消失，R2 。 j h O2022/10/14376.2.2 高起动转矩的异步电动机 1. 深槽转子异步电动深槽式异步电动机的机械特性 n OTen11 2凸形槽 刀形槽 2022/10/1438深槽式异步电动机的机械特性 n OTen11 2凸形槽 起动时， f2 高， 漏抗大，起主要作用， I2 主要集中在外笼， 外笼 R2 大 Tst 大。 外笼 起动笼。 运行时， f2 很低 ， 漏抗很小，R2 起主要作用， I2 主要集中在内笼。 内笼 工作笼。2. 双笼型异步电动机

26、R2 大X2小R2 小X2 大2022/10/1439 起动时， f2 高，2. 双笼型异步电动机 R2 大20 双笼型异步电动机的机械特性 n OTen11 32 3. 高转差率异步电动机 转子电阻比一般笼型异步电动机的大： 转子导条采用电阻率较高的合金铝 (如锰铝或 硅铝) 浇注而成。 2022/10/1440 双笼型异步电动机的机械特性 n OTen11 32 3. 国产YH 系列高转差率异步电动机 ： sN = (7 14)%，Kst = 2.4 2.7，kI = 4.5 5 。 适用于拖动飞轮转矩大和不均匀冲击负载以及 频繁正、反转的工作场合。 如锤击机、剪刀机、冲压机和锻冶机等 。

27、 采取改变转子槽形，减小导条截面积等措施。 高转差率异步电动机 的机械特性 n OTen1YH 系列 YZ 系列 Y 系列 2022/10/1441 国产YH 系列高转差率异步电动机 ： 适用于拖动飞轮转矩大6.2.3 绕线型异步电动机的起动 1. 转子串电阻起动 Rst1Rst23 M3KM1 KM2 Q起动过程串联 Rst1 和 Rst2 起动（特性 a） 总电阻 R22 = R2 + Rst1+ Rst2n1Te nOa (R22)TLTs2a1a2Ts1切除 Rst2 2022/10/14426.2.3 绕线型异步电动机的起动 1. 转子串电阻起动 n1Te nOa (R22)TLTs

28、2a1a2Ts1(1) 起动过程b (R21)b1b2 合上 KM2 ，切除 Rst2（特性 b） 总电阻 R21 = R2+ Rst1切除 Rst1 1. 转子串电阻起动 3 M3KM1 KM2 Rst1Rst2Q2022/10/1443n1Te nOa (R22)TLTs2a1a2Ts1(1) 合上 KM1 ，切除 Rst1（特性 c） 总电阻: R2c (R2)c1c2起动过程p1. 转子串电阻起动 3 M3KM1 KM2 Rst1Rst2Qn1Te nOa (R22)TLTs2a1a2Ts1b (R21)b1b22022/10/1444 合上 KM1 ，切除 Rst1（特性 c） c

29、(R2) 频敏变阻器 频率高：损耗大，电阻大。 频率低：损耗小，电阻小。 转子电路起动时 f2 高，电阻大， 2. 转子串频敏变阻器起动 频敏变阻器 转子电路正常运行时 f2 低，电阻小， 自动切除变阻器。 Tst 大， Ist 小。 2022/10/1445 频敏变阻器2. 转子串频敏变阻器起动 频敏变阻器 频敏变阻器起动的特点： 起动设备结构简单，低格低廉。 运行可靠，坚固耐用，使用维护方便。 控制系统简单，便于实现自动控制。 能获得接近恒转矩的机械特性，减少冲击， 实现电动机的平稳起动。 cos 较低，一般为 0.5 0.75， 使 Tst 的增大受到限制。 适用于频繁起动、对 Tst

30、要求不高的生产机械。 2022/10/1446 频敏变阻器起动的特点： 2022/10/11466.3 三相异步电动机的调速(1) 变极调速 (2) 变频调速 (3) 变转差率调速 异步电动机的转速公式 n = (1s) n1 = (1s)60 f1 p 调压调速 转子串电阻调速 串级调速 改变 n1 不改变 n1 调速方法：2022/10/14476.3 三相异步电动机的调速(1) 变极调速 异步电6.3.1 变极调速 n1 = 60 f1 p 变极调速为有级调速： f1= 50 Hz 时： p 1 2 3 4 5 6 n1/(r/min) 3 000 1 500 1 000 750 600

31、 500 变极调速适用于笼型异步电动机： 因为笼型转子的极对数能自动随定子磁场的极 对数改变而改变，而绕线型转子的极对数则不 能自动随定子磁场极对数的改变而改变。 改变定子绕组的极对数有两种方法： (1) 双绕组变极 (2) 单绕组变极2022/10/14486.3.1 变极调速 n1 = 60 f1 变极调速为有级U1U2U1U2 U1U2U1U2 1. 变极原理 p = 2 S NN SNS p = 1 N S N S U1 U2 U1 U2 U1 U2U1 U2U1 U2 U1 U2 N S U1 U2 U1 U2 U1 U2N S 结论： 对于由两个半相绕组构成的一相绕组，只要改变其中

32、一个半相绕组的电流方向，就可将极对数增加一倍(正串) 或减少一半 (反串或反并)。 2022/10/1449U1U2U1U2 U1U2U1U2 1. 变极原 (a) YY (p ) (b) Y(2p) (c) (2p) 2. 两种典型的变极方法 2022/10/1450 (a) YY (p ) (b) Y(2p) (c) 变极时必须把三相绕组中任意两相的出线端 对调再接到电源上，保证电动机的转向不变。 因为 电角度= 电机极对数 p机械角度设当 p = 1 时，UVW 互差 120o 正序； 当 p = 2 时，UVW 互差 240o 负序。 对调为 UV (W)W (V) 正序。 (1) Y

33、YY 变极 p 对磁极 2p 对磁极 调速方向： YY Y：n Y YY ：n 调速范围： D = 2 4 调速的平滑性：差 调速的稳定性：好 静差率：2022/10/1451 变极时必须把三相绕组中任意两相的出线端 因为 电角度= 电(2) YY 变极 p 对磁极 2p 对磁极 调速方向： YY：n YY ：n 调速范围： D = 2 4 调速的平滑性：差 调速的稳定性：好 静差率： = 100% n1n n1 n n1 = （基本不变） 2022/10/1452(2) YY 变极 p 对磁极 2p 对磁极 3. 变极调速电机的种类 (1) 双速电动机 采用 YYY 和YY 方式变极。 其极

34、对数成倍地变化，如 2/4 极、4/8 极等。 (2) 多速电动机 如国产 YD250M-4/6/8/12 型多速电机， 有4 极、6 极、8 极、12 极四种极数。 4. 变极调速电机的特点 操作简单方便、机械特性硬、效率高。 只能有级调速，可获得恒转矩和恒功率调速。 5. 变极调速的应用场合 YYY 应用于起重机、运输传送带等恒转矩负载； YY 应用于如各种机床切削等恒功率负载。 2022/10/14533. 变极调速电机的种类 (1) 双速电动机2022/16.3.2 变频调速 1. 从基频往下调节 ( f1 fN ) E14.44 f1 kw1N1m = U14.44 f1 kw1N1

35、 恒磁通控制方式 (1) 保持 为常数 E1 f1 Tem= Pem 1 = 2 f1 p R2 s 3I2 2 = 3p 2 f1 E2 R2 s 2 R2 s X2 2 2 = 3p f122 R2 s 2 E1 f1 sX2R2 1 2022/10/14546.3.2 变频调速 1. 从基频往下调节 ( f1 在不同频率下，产生最大转矩时的转速降落为 nm = smn1 对上式进行求导，并令 = 0 ，可得 dTem ds Tm = 3p 4 2 E1 f1 f1 X2 = 3p 4 2 E1 f1 1 2L2 sm = R2 X2 = R2 2L2f1 60f1 p = R2 2L2f

36、1 = R2 2L2 60 p 1 f1 结论： 当保持恒电动势频率比调速时，Tm 和 nm 是 与频率无关的常数。 2022/10/1455在不同频率下，产生最大转矩时的转速降落为 nm = smnf1fNf1n1 Tem n O fN Tm n1 恒电动势频率比调速时的机械特性 采用恒电动势频率比控 制方式具有以下优点： 电动机的机械特性硬、 调速范围宽且稳定性好。 由于正常运行时转差率 s 较小， 转差功率小，电动机的 高。 由于 Tm 不变，这种控制方式 适合于带恒转矩负载调速。2022/10/1456f1fNf1n1 Tem n O fN Tm n1 (2) 保持 为常数 U1 f1

37、 sm = R1(X1X2)2 R2 2 结论： 当保持恒压频比调速时，Tm 已不是常数， Tm 随着频率降低而减小。 3p 2 f1 Tem = R1 (X1X2)2 R2 s 2 R2 s 2 U1 f1 R1 R1(X1X2)2 Tm = 3p 4 f1 2 2 U1 f1 2022/10/1457(2) 保持 为常数 U1 sm = R1( 恒压频比调速时的机械特性 f1fNf1n1 Tem n O fN Tm n1 结论： 基频以下恒压频比调速 近似为恒磁通控制方式， 同样适用于恒转矩负载调速。 为了使电动机在低频时 仍保持足够大的过载能力， 通常可将 U1 适当抬高一些， 以补偿一

38、些定子阻抗压降。 2022/10/1458 恒压频比调速时的机械特性 f1fNf1n1 Tem n f1fN ，U1L = UN（保持不变） f1 m ，类似于直流电动机的弱磁调速。 当 f1fN 时， 2. 从基频向上调节 ( f1 fN ) R1 ( X1X2)， 忽略 R1 ，则 Tm = 3pU14f1 (X1X2) 2 3pU1 4 (L1L2) 1 f1 2 = 2 2 sm = R2 X1X2 R2 2 (L1L2) f1 = nm = smn1 R2 2 (L1L2) 60 p = 2022/10/1459 f1fN ，U1L = UN（保持不变）2. 从基频向上 sm ； 1

39、 f1 nm 保持不变。 f1fNn1 Tem n O fN 基频向上调速时的机械特性 结论： Tm ； 1 f1 2 n1 f1 结论： 在基频以上调速时，由于m 与 f1 成反比地降 低，使得 Tem 也与 f1 近似成反比变化，故电动 机近似为恒功率运行。 2022/10/1460 sm ； 1 nm 保持不变。 调速范围宽，D = 100 。 调速平滑性好， 可实现无级调速。 机械特性硬，静差率小， 转速稳定性好。 基频以下为恒转矩调速， 基频以上为恒功率调速。 调速时转差率小， 转差功率小，运行效率高。 变频器结构复杂，价格昂贵。 U、f 可变 M33 整流电路 逆变电路 50 Hz

40、 控制 电路 直 流3. 变频调速的特点 2022/10/1461 调速范围宽，D = 100 。 U、f 可变 M3 变频器 电机变频器一体化产品 优点：(1) 一体化的通用变频器和电动机的组合可以提供最大效率。 (2) 变速驱动，输出功率范围宽（如从 120 W到 7.5 kW）。(3) 在需要的时候，通用变频器可以方便地从电动机上移走。 (4) 高起动转矩。 2022/10/1462 变频器 电机变频器一体化产品 优点：2022/10/nm n1 Tem n O UN TL1TL2 6.3.3 调压调速 TL3 U1 n1 Tem n O U1UN U1 U1 UN U1U1UN TL1

41、 改变 U1 调速是一种比较简便的调速方法， 但低速时 PCu2 大， 低，电机散热差， 发热严重。 异步电动机调压调速 高转差率异步电动机调压调速 2022/10/1463nm n1 Tem n O UN TL1TL2 6.3.3 结论： 调速方向：U1(UN) n 调速范围：D 较小。 调速的平滑性：若能连续调节U1，n 可实现无级调速。 调速的稳定性：稳定性差。 对于恒转矩负载不宜长期在低速下工作， 比较适合于风机类负载的调速。 调速的经济性：经济性较差。 需要可调交流电源，cos1 和 均较低。 调速时的允许负载：既非恒转矩又非恒功率调速。所以 U1 Tem (n) P2 因为 Tem

42、U1 ， 2 2022/10/1464 结论： 所以 U1 Tem (n) P2 【例6-5】 一台 Y280S-4 型三相异步电动机，其额 定值为 PN = 75 kW，UN = 380V，nN=1480 r/min，三角形 联结，最大转矩倍数 KT2.2，电动机带额定负载运行， 若采用调压调速，将定子电压调为 0.8UN，求此时电机 的转速。 解：额定转差率和临界转差率分别为 n1 nN n1sN = = = 0.0133 1 500 1 480 1 500sm = sN ( KT KT1 )2 = 0.0133(2.2 2.221 ) = 0.0553 因为 TmU1 ，故调压后的最大转

43、矩为 2 Tm = Tm = 0.64Tm 0.8UN UN 2 = 0.64KTTN = 1.408TN2022/10/1465 【例6-5】 一台 Y280S-4 型三相因此调压后额定负载时的转差率为 n = (1s) n1 = (10.023) 1500 r/min = 1465.5 r/min 因为 sm与 U1 无关， 即 sm= sm s = sm 1 ( Tm TN Tm TN ) 2 = 0.0553(1.408 1.40821 ) = 0.023 调压后的转速为 2022/10/1466因此调压后额定负载时的转差率为 n = (1s) n1n1Te n O Tm R2 R2+

44、Rr 6.3.4 绕线转子异步电动机转子串电阻调速 TLM33RrKM2022/10/1467n1Te n O Tm R2 R2+Rr 6.3.4 绕线 结论： 调速方向： n 调速范围：D 较小。 D = 23。 调速的平滑性：取决于 Rr 的调节方式。一般为有级调速 调速的稳定性： 稳定性差。Rr 。 调速的经济性：初期投资不大，但运行效率较低。 属于转差功率消耗型调速方法，低速运行时 PCu2 大， 故不宜长期低速运行。 多用于对调速性能要求不高且断续工作的生产机械上， 如桥式起重机、轧钢机的辅助机械等。 为恒转矩调速： 因为调速前后 U1 、 f1不变，m 不变。 2022/10/14

45、68 结论： 2022/10/1168 【例 6-6】 一台YR280M-4 型异步电动机带额定负 载恒转矩运行，已知 PN75 kW，nN1480 r/min，U1N = 380V，三角形联结，I1N = 140 A，E2N354 V，I2N = 128 A，KT = 3.0。试求：(1) 当在转子回路串入 0.1 电 阻时，电机的运行转速；(2) 要求把转速降至1000 r/min， 转子回路每相应串多大电阻？ 解：(1) 额定转差率和转子电阻值分别为 n1 nN n1sN = = = 0.0133 1 500 1 480 1 500R2 = sN E2N 3 I2N 0.0133354

46、3 128 = = 0.0212 电机带恒转矩负载运行时有关系 R2 sN R2Rs s = 2022/10/1469 【例 6-6】 一台YR280M-4 型异步电机转速为 所以当串入电阻 Rs= 0.1 时电机的转差率为 转子每相应串电阻为 0.02120.1 0.0212= 0.0133 = 0.076 R2Rs R2 s = sN(2) 当 n = 1 000 r/min 时的转差率为 = (10.076) 1 500 r/min = 1386 r/min n = (1s ) n1 n1 n n1s = = = 0.3333 1 500 1 000 1 500Rs = 1 R2 s s

47、N= 1 0.0212 = 0.51 0.3333 0.0133 2022/10/1470电机转速为 所以当串入电阻 Rs= 0.1 时电机的6.4 三相异步电动机的制动 制动方法： 回馈制动、反接制动、能耗制动。 6.4.1 回馈制动 1. 实现回馈制动的条件及电动机中的能量传递 | n | | n1 |，s0； 电机处于异步发电机状态； 将机械能量转变为电能反馈回电网； 电磁转矩与旋转方向相反，起制动作用。 2022/10/14716.4 三相异步电动机的制动 制动方法： 6.4.12. 回馈制动的机械特性 n1 Tem n s O smTmMH smTmM 回馈制动 2022/10/14

48、722. 回馈制动的机械特性 n1 Tem n s OTem n O fN f1 fN f1 调速过程中的回馈制动 TLabcd Ten OYYYTLabcd? 变频调速过程中的回馈制动 变极调速过程中的回馈制动 2022/10/1473Tem n O fN fN f1 调速过程中的回馈制s = n1n n1 第二象限 0 (n1n) 0 定子发出电功率 向电源回馈电能。 Pem = m1I22R2Rb s 轴上输入机械功率 (位能负载的位能)。 Pm= (1s ) Pem0 pCu2 = PemPm |Pem | = |Pm|pCu2 机械能转换成电能 (减去转子铜损耗等)。 2. 异步电动

49、机回馈制动的功率 2022/10/1474s = n1n 第二象限 0 (n1n) 0 6.4.2 反接制动 1. 改变电源相序的反接制动 迅速停车 (1) 制动原理 制动前 KM1 合，KM2 断， 一般 Rb = 0 。 制动时 KM1 断，KM2 合。 转子串入 Rb 。2022/10/14756.4.2 反接制动 1. 改变电源相序的反接制动 TLTL制动前：正向电动状态。 制动时：定子相序改变， n1 变向。O n Tem 1 n1 2n1 bs = n1 n n1= n1n n1ac即 s1 (第二象限)。因 s1，使 E2s、I2 反向， Tem 反向。 a 点 b 点(Tem0

50、，制动开始) 惯性 n c 点(n = 0，Tem 0)， 到 c 点时，若未切断电源， 电机 将可能反向起动。制动结束。 dR2 RbR2 2022/10/1476TLTL制动前：正向电动状态。 制动时：定子相序改变， O取决于 Rb 的大小。(2) 制动效果aO n Te 1n1 2n1 bc(3) 制动时的功率 0 Pm = (1s ) Pem 三相电能 电磁功率Pem转子机械功率Pm定子转差功率0 Pem = m1I22R2Rb s = PemPm= Pem|Pm| pCu2 = m1(R2Rb ) I22 R2 RbR2 2022/10/1477取决于 Rb 的大小。(2) 制动效果

51、aO n Te 1n1 【例6-7】 一台YR280M-8 型绕线异步电动机，PN = 45 kW，nN735 r/min，E2N359 V，I2N = 76 A，KT = 2.4，如果电动机拖动额定负载运行时，采用反接制动 停车，要求制动开始时最大制动转矩为 2TN，求转子每 相串入的制动电阻值。 解：额定转差率和固有特性的临界转差率为 n1 nN n1sN = = = 0.02 750 735 750sm = sN ( KT KT1 )2 = 0.02(2.4 2.421 ) = 0.0916 转子每相电阻值为 R2 = sN E2N 3 I2N 0.02359 3 76 = = 0.05

52、45 2022/10/1478 【例6-7】 一台YR280M-8 型绕线 在反接制动时瞬间，Tem = 2TN，由于转速来不及变化， 但旋转磁场的转向相反，所以，此时的转差率为 sm = s 1 Tm TL Tm TL 2s = = = 1.98 n1nN n1 750735 750= 1.98 1 = 3.6894 2.4 2 2.4 2 2转子每相应串电阻为 Rb = 1 R2 sm sm= 1 0.0545 = 2.14 1.0519 0.0916 2022/10/1479 在反接制动时瞬间，Tem = 2TN，由于转2. 倒拉反接制动 下放重物 O n Tem 1n1 2 bcTL

53、ad(1) 制动原理 定子相序不变，转子电 路串联对称电阻 Rb。 制动运 行状态a 点 b 点(TbTL)， 惯性 n c 点 ( n = 0，TcTL ) 在TL 作用下 M 反向起动 d 点( nd0，Td = TL ) (2) 制动效果 改变 Rb 的大小， 改变特性 2 的斜率， 改变下方速度 nd 。 3 低速提 升重物 e R2 2022/10/14802. 倒拉反接制动 下放重物 O n Tem 1n1 2(3) 制动时的功率s = n1n n1 第四象限 1 (n0) 0 0 Pm = (1s ) Pem 定子输入电功率 轴上输入机械功率 （位能负载的位能） = PemPm=

54、 Pem|Pm| pCu2 = m1(R2Rb ) I22 Pem = m1I22R2Rb s 电功率与机械功率均 消耗在转子电路中。 2022/10/1481(3) 制动时的功率s = n1n 第四象限 1 【例6-11】 某起重机由一台绕线型三相异步电动机 拖动，已知 PN30 kW，UN380V，Y 联结，nN730 r/min，E2N390 V，I2N = 50 A，KT = 3.0。电动机轴上 的负载转矩 TL0.8TN。(1) 如果电动机以 500 r/min 的 速度反接下放重物，求转子每相串入的电阻值。(2) 如 果转子每相串入 3.2 的电阻，电动机的转速是多大， 运行在什么状态？(3) 如果转子每相串入 6.2 的电阻， 电动机的转速是多大，运行在什么状态？