异步电动机电力拖动课件

第8章三相异步电动机的电力拖动问题1.三相异步电动机的启动2.三相异步电动机的制动3.三相异步电动机的调速第8章三相异步电动机的电力拖动问题1.三相异步电动机的启动1复习:三相异步电动机的机械特性1.三种表达式：复习:三相异步电动机的机械特性1.三种表达式：22.固有特性曲线：3.绘制固有特性曲线（四个点）：起动点同步点额定运行点最大转矩点2.固有特性曲线：3.绘制固有特性曲线（四个点）：起动点34.人为机械特性曲线：定子端电压降低转子电路内串入对称电阻定子电路内串入对称电阻定子电路内串入对称电抗转子电路并联电抗4.人为机械特性曲线：定子端电压降低4一、起动性能：1.起动电流IS倍数2.起动转矩倍数3.起动时间4.起动时能量消耗与发热5.起动设备的简单性和可靠性6.起动中的过渡过程§8-1起动电流、起动转矩及相关规定起动：从静止不动加速到工作转速的过程一、起动性能：§8-1起动电流、起动转矩及相关规定起动：从5对电网的冲击小二、小容量异步电动机的直接起动直接起动，即全压起动，当电网容量足够大。要求：在起动时有较大的起动转矩（Tst>1.1TL），较小的起动电流（Ist<Imax）,起动时间短启动过渡过程短国标规定起动电流倍数为6.5，起动转矩为1.8对电网的冲击小二、小容量异步电动机的直接起动直接起动，即全压6要求：有足够的启动转矩，使电动机尽快加速缩短启动过程，避免长时间绕组过热；满足启动转矩时，尽量降低启动电流，减少对电源的影响。原则措施：小容量异步电动机可直接启动；降压（自耦、Y-△、定子串电抗）转子串电阻（笼型：深槽和双笼。绕线型：串(频敏)电阻）制约起动的因素：供电系统的容量、负载的性质、起动的频繁程度三、相关规定要求：原则措施：制约起动的因素：三、相关规定71.供电系统的变压器容量对起动方式的影响供电容量比异步电动机的容量大得多，起动电流所造成的电压降落不致影响同一电网上的其它电气设备的正常工作，对非频繁起动——允许电动机在额定电压下直接起动。供电变压器的容量与异步电动机容量相差不是很大，则应采取降压措施以限制起动电流。2.负载性质对起动方式的要求1)起动时有大的负载阻力，需较大的起动转矩2)起动时负载阻力小，只需很小的起动转矩3)起动初期负载阻力小，随着转速增加转矩增加——变转矩负载，如流体负载。1.供电系统的变压器容量对起动方式的影响供电容量比异步电动机8一、降压起动降压起动——起动时，施加低于额定电压的电压。电动机的转速上升到接近额定转速后，再切换到额定电压下运行。作用： 限制起动电流 起动转矩按电压的平方而下降.应用：适用于对起动转矩要求不高的场合，如风机、离心泵电机等。包括：自耦变压器、Y-△、延边三角形、串电抗起动§8-2鼠笼式异步电动机的起动一、降压起动降压起动——起动时，施加低于额定电压的电压。电9（1）自耦变压器降压起动设在额定电压下直接起动时，起动电流为Ist。自耦变压器的变比为ka起动时电压降低到1/ka倍，电动机的起动电流相应减小到1/ka倍。电网供给的起动电流比直接起动时减小到倍（1）自耦变压器降压起动设在额定电压下直接起动时，起动电流10（2）丫-起动适用于在正常运行时定子绕组按三角形连接的电机。起动时，使定子绕组为星形连接，待转速上升到额定转速后，再换接成三角形连接。三角形连接直接起动时起动电流星形连接起动，起动电流起动电流和转矩均减少为1/3（2）丫-起动适用于在正常运行时定子绕组按三角形连接的11（3）延边三角形换接降压起动（3）延边三角形换接降压起动12（4）定子回路串电阻、电抗器起动电网供给的起动电流减少至原来的K倍，而电机的起动转矩减少为原来的K2(以前面同)，但损耗增加（4）定子回路串电阻、电抗器起动电网供给的起动电流减少至原13二、改变转子结构的起动方法深槽双笼采用电阻率高的转子绕组导条：转子电阻增加，起动转矩增加。（相当于是转子回路串电阻，在绕线式转子串电阻中学习）集肤效应挤流效应趋表效应1.深槽二、改变转子结构的起动方法深槽集肤效应1.深槽14刚起动时，f2=f1。频率较高，导体漏抗大于电阻，漏抗占主要成分，槽电流的分布近似与漏抗成反比。槽底部分漏抗较大，该部分电流较小。愈接近于槽口漏抗愈小，该部分电流较大——集肤效应。刚起动时，f2=f1。频率较高，导体漏抗大于电阻，漏抗占主要15由于电流的分布不均匀，等效槽导体的有效面积减小——集肤效应使槽导体电阻增加，使转子漏抗也有所减少（且启动瞬间，由于磁路饱和，转子漏抗将明显减小），二者均促使起动转矩增大，改善了起动特性。在正常运行时，由于转子电流的频率很低，槽导体的漏抗比电阻小得多，槽中电流将依电阻而均匀分布，转子电阻恢复到固有的直流电阻。由于槽深而窄，转子漏抗较普通鼠笼式转子漏抗大——功率因数及过载能力有所降低。12由于电流的分布不均匀，等效槽导体的有效面积减小——集肤效应使162.双笼外笼：截面小，电阻大内笼：截面大，电阻小.内笼交链的漏磁通比外笼多，漏抗也大集肤效应的其他槽形瓶形梯形凸形2.双笼外笼：截面小，电阻大内笼：截面大，电阻小.集肤效应17起动时转子电流的频率f2=f1，转子漏抗大于转子电阻，电流分配决定于漏抗。内层鼠笼有较大的漏抗，电流较小，功率因数较低，所产生的电磁转矩也较小。外层鼠笼仅有非常小的漏抗，电流较大，且电阻较大，起动时所产生的电磁转矩也较大。外层鼠笼又称起动鼠笼。起动后转子电流的频率很小，内层鼠笼的漏抗很小，两个鼠笼转子的电流分配决定于电阻。内层鼠笼电阻较小，电流较大，运行时在产生电磁转矩方面起主要的作用，内层鼠笼称为运行鼠笼。起动时转子电流的频率f2=f1，转子漏抗大于转子电阻，电流分18s=1，n=0双鼠笼机械特性与等效电路设内层鼠笼的电阻和漏抗为r'in和x'in，

外层鼠笼的电阻为r'ou，两层鼠笼共同漏抗为x'cos=1，n=0双鼠笼机械特性与等效电路设内层鼠笼的电阻和漏抗19§8-3线绕转子异步电动机的起动若sk=1，则起动转矩等于最大转矩起动变阻器的电阻值r′接在转子回路中的实际电阻§8-3线绕转子异步电动机的起动若sk=1，则起动转矩等201．起动开始时，使全部电阻均串入转子回路，通过集电环串入附加电阻，限制起动电流，提高起动转矩。随着转速的上升，电磁转矩将减小。2．为了缩短起动时间，通常随转速上升分级切除部分电阻，使在整个起动过程中电动机保持有较大的电磁转矩。起动结束后把，使正常运行有较高效率。3．待起动完毕后，所有附加电阻切除，转子绕组便被短路，转入正常运行。4．线绕转子电机起动性能好。频敏变阻器：三相电感线圈电阻值随频率的减小而自动减小起动初时，f2=f1，涡流损耗大，等效铁耗电阻也大；起动之后，f2=sf1减小，涡流损耗减小，等效铁耗电阻减小。1．起动开始时，使全部电阻均串入转子回路，通过集电环串入附加21异步电动机电力拖动课件22转子串电阻的计算（补）转子串电阻的计算（补）23异步电动机电力拖动课件24异步电动机电力拖动课件25制动——在原有旋转方向上产生一个反方向的转矩（如加速停转、减速运行、恒速等）异步电动机有四种制动方法（电磁转矩与速度方向相反）： ①能耗制动 ②回馈制动 ③反接制动 ④正接反转制动§8-4异步电机的制动制动——在原有旋转方向上产生一个反方向的转矩（如加速停转、减26电动运行1－固有机械特性；2－电源相序为负序（A－B－C）时的固有机械特性12正向电动运行反向电动运行电动运行1－固有机械特性；12正向电动运行反向电动运行271、能耗制动原理：电动机的定子绕组从电源切断后，将其中任意两端接上直流电源．从而在空气隙中建立一静止的磁场。旋转着的转子切割磁场感应电势，由于转子绕组是一闭合电路，便产生电流和电磁转矩。转子机械动能变为铜耗而迅速耗掉，达到迅速停车的目的，称为能耗制动。能耗制动在高速时效果较好。K1ABCK2+－NS1、能耗制动原理：电动机的定子绕组从电源切断后，将其中任意两28能耗制动机械特性12能耗制动过程能耗制动运行1－固有机械特性；2－能耗制动机械特性能耗制动机械特性12能耗制动过程能耗制动运行1－固有机械特性292、反接制动（反接正转）工作原理：利用换接开关改变定子电流的相序，使旋转磁场的旋转方向倒转，换接后的旋转磁场转向与转子的转向相反（s≈2），电机便处于制动状态，使转子的转速迅速下降。K1ABCK2M~NS情况：震动和冲击较大，不宜用于精度要求高的场合。用于可逆转的传动系统。2、反接制动（反接正转）工作原理：利用换接开关改变定子电流的30反接制动机械特性

12反接制动过程反向起动过程同他励直流电动机制动，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、反转的生产机械，经常采用反接制动停车，接着反向起动，这就是为了迅速改变转向，提高生产率。反接制动过程中在转子电路串入较大的制动电阻一方面可以限制制动电流，同时可以增大制动转矩。停车的制动电阻计算，根据所要求的最大制动转矩进行。反接制动机械特性

12反接制动过程反向起动过程同他励直流电动313、正接反转制动（倒拉反转运行）正接反转制动：指电动机的定子接线仍保持电动机运行时的接法不变，如转子串接一大电阻，在外力推动下强迫了反向旋转，这时电磁转矩是一制动转矩。主要用于以线绕转子异步电动机为动力的起重机械中。当需下放重物时，可再增大转子附加电阻，使平衡点落于负转速区。例如图中d点，转子将在反方向旋转。重物下降所产生的转矩是原动转矩，电磁转矩是制动转矩，电机处于制动状态3、正接反转制动（倒拉反转运行）正接反转制动：指电动机的定32如需重物悬空后不动，则应增加转于附加电阻以改变机械特性，使电磁转矩与负载转矩相交于c点，这时n＝0。当需下放重物时，可再增大转子附加电阻，使平衡点落于负转速区。例如图中d点，转子将在反方向旋转。重物下降所产生的转矩是原动转矩，电磁转矩是制动转矩，电机处于制动状态。改变附加电阻大小可控制电机的转速当起重机械提升重物时，当电机处于平衡状态时，将以某一转速a点稳速运行。改变转子附加电阻可控制提升速度，如b点所示。如需重物悬空后不动，则应增加转于附加电阻以改变机械特性，使电33正接反转制动（倒拉反转运行）120倒拉反转运行ABCSN正接反转制动（倒拉反转运行）120倒拉反转运行ABCSN344、回馈制动（发电机制动）例如，当电车下坡时，重力的作用将使车速增大。一旦转速n＞n1，电机就由原来的电动机状态变为发电机状态运行，这时电机的有功电流和电磁转矩方向都将倒转，从而制止了转速进一步增加，起到了制动作用。由于电流方向倒转，电功率回送到电网，故称为回馈制动。情况：起重设备在负载降落时，如高速，则发电制动，以限制下降速度。与直流电动机类似，异步电动机的回馈制动包括正向回馈（第II象限）和反向回馈（第IV象限）制动运行。电机处于异步发电状态，将系统减小的动能转变为电能送入交流电网。4、回馈制动（发电机制动）例如，当电车下坡时，重力的作用将使35三相异步电机的四象限运行IIIIIIIV正向电动运行反向电动运行反接制动过程能耗制动过程正向回馈制动反向回馈制动运行倒拉反转运行能耗制动运行三相异步电机的四象限运行IIIIIIIV正向电动运行反向电动36三相异步电动机各种运行状态实现条件运行状态电源条件负载条件反向电动运行电源相序为负序反抗性负载能耗制动过程切交通直反抗性负载能耗制动运行切交通直位能性负载反接制动过程改变电源相序倒拉反转运行电源不变转子串入较大电阻，拖动位能性负载正向回馈制动过程拖动反抗性负载反向回馈制动运行电源相序为负序拖动位能性负载转子串电阻，拖动反抗性负载，且在时电源相序不变，电机转速高于同步转速三相异步电动机各种运行状态实现条件运行状态电源条件负载条件37小结鼠笼式异步电动机起动性能较差，起动电流很大，而起动转矩不大。电机起动方式取决于供电系统的容量、负载的要求和电机的性能。在不允许全压起动时，常用降压起动方法，有自耦变压器降压、星形一三角形换接开关降压等。当电机容量较大，起动要求较高时，选用线绕转子异步电动机。异步电动机的制动有：能耗、反接、倒拉反转、回馈小结鼠笼式异步电动机起动性能较差，起动电流很大，而起动转矩不38第8章三相异步电动机的电力拖动问题1.三相异步电动机的启动2.三相异步电动机的制动3.三相异步电动机的调速第8章三相异步电动机的电力拖动问题1.三相异步电动机的启动39复习:三相异步电动机的机械特性1.三种表达式：复习:三相异步电动机的机械特性1.三种表达式：402.固有特性曲线：3.绘制固有特性曲线（四个点）：起动点同步点额定运行点最大转矩点2.固有特性曲线：3.绘制固有特性曲线（四个点）：起动点414.人为机械特性曲线：定子端电压降低转子电路内串入对称电阻定子电路内串入对称电阻定子电路内串入对称电抗转子电路并联电抗4.人为机械特性曲线：定子端电压降低42一、起动性能：1.起动电流IS倍数2.起动转矩倍数3.起动时间4.起动时能量消耗与发热5.起动设备的简单性和可靠性6.起动中的过渡过程§8-1起动电流、起动转矩及相关规定起动：从静止不动加速到工作转速的过程一、起动性能：§8-1起动电流、起动转矩及相关规定起动：从43对电网的冲击小二、小容量异步电动机的直接起动直接起动，即全压起动，当电网容量足够大。要求：在起动时有较大的起动转矩（Tst>1.1TL），较小的起动电流（Ist<Imax）,起动时间短启动过渡过程短国标规定起动电流倍数为6.5，起动转矩为1.8对电网的冲击小二、小容量异步电动机的直接起动直接起动，即全压44要求：有足够的启动转矩，使电动机尽快加速缩短启动过程，避免长时间绕组过热；满足启动转矩时，尽量降低启动电流，减少对电源的影响。原则措施：小容量异步电动机可直接启动；降压（自耦、Y-△、定子串电抗）转子串电阻（笼型：深槽和双笼。绕线型：串(频敏)电阻）制约起动的因素：供电系统的容量、负载的性质、起动的频繁程度三、相关规定要求：原则措施：制约起动的因素：三、相关规定451.供电系统的变压器容量对起动方式的影响供电容量比异步电动机的容量大得多，起动电流所造成的电压降落不致影响同一电网上的其它电气设备的正常工作，对非频繁起动——允许电动机在额定电压下直接起动。供电变压器的容量与异步电动机容量相差不是很大，则应采取降压措施以限制起动电流。2.负载性质对起动方式的要求1)起动时有大的负载阻力，需较大的起动转矩2)起动时负载阻力小，只需很小的起动转矩3)起动初期负载阻力小，随着转速增加转矩增加——变转矩负载，如流体负载。1.供电系统的变压器容量对起动方式的影响供电容量比异步电动机46一、降压起动降压起动——起动时，施加低于额定电压的电压。电动机的转速上升到接近额定转速后，再切换到额定电压下运行。作用： 限制起动电流 起动转矩按电压的平方而下降.应用：适用于对起动转矩要求不高的场合，如风机、离心泵电机等。包括：自耦变压器、Y-△、延边三角形、串电抗起动§8-2鼠笼式异步电动机的起动一、降压起动降压起动——起动时，施加低于额定电压的电压。电47（1）自耦变压器降压起动设在额定电压下直接起动时，起动电流为Ist。自耦变压器的变比为ka起动时电压降低到1/ka倍，电动机的起动电流相应减小到1/ka倍。电网供给的起动电流比直接起动时减小到倍（1）自耦变压器降压起动设在额定电压下直接起动时，起动电流48（2）丫-起动适用于在正常运行时定子绕组按三角形连接的电机。起动时，使定子绕组为星形连接，待转速上升到额定转速后，再换接成三角形连接。三角形连接直接起动时起动电流星形连接起动，起动电流起动电流和转矩均减少为1/3（2）丫-起动适用于在正常运行时定子绕组按三角形连接的49（3）延边三角形换接降压起动（3）延边三角形换接降压起动50（4）定子回路串电阻、电抗器起动电网供给的起动电流减少至原来的K倍，而电机的起动转矩减少为原来的K2(以前面同)，但损耗增加（4）定子回路串电阻、电抗器起动电网供给的起动电流减少至原51二、改变转子结构的起动方法深槽双笼采用电阻率高的转子绕组导条：转子电阻增加，起动转矩增加。（相当于是转子回路串电阻，在绕线式转子串电阻中学习）集肤效应挤流效应趋表效应1.深槽二、改变转子结构的起动方法深槽集肤效应1.深槽52刚起动时，f2=f1。频率较高，导体漏抗大于电阻，漏抗占主要成分，槽电流的分布近似与漏抗成反比。槽底部分漏抗较大，该部分电流较小。愈接近于槽口漏抗愈小，该部分电流较大——集肤效应。刚起动时，f2=f1。频率较高，导体漏抗大于电阻，漏抗占主要53由于电流的分布不均匀，等效槽导体的有效面积减小——集肤效应使槽导体电阻增加，使转子漏抗也有所减少（且启动瞬间，由于磁路饱和，转子漏抗将明显减小），二者均促使起动转矩增大，改善了起动特性。在正常运行时，由于转子电流的频率很低，槽导体的漏抗比电阻小得多，槽中电流将依电阻而均匀分布，转子电阻恢复到固有的直流电阻。由于槽深而窄，转子漏抗较普通鼠笼式转子漏抗大——功率因数及过载能力有所降低。12由于电流的分布不均匀，等效槽导体的有效面积减小——集肤效应使542.双笼外笼：截面小，电阻大内笼：截面大，电阻小.内笼交链的漏磁通比外笼多，漏抗也大集肤效应的其他槽形瓶形梯形凸形2.双笼外笼：截面小，电阻大内笼：截面大，电阻小.集肤效应55起动时转子电流的频率f2=f1，转子漏抗大于转子电阻，电流分配决定于漏抗。内层鼠笼有较大的漏抗，电流较小，功率因数较低，所产生的电磁转矩也较小。外层鼠笼仅有非常小的漏抗，电流较大，且电阻较大，起动时所产生的电磁转矩也较大。外层鼠笼又称起动鼠笼。起动后转子电流的频率很小，内层鼠笼的漏抗很小，两个鼠笼转子的电流分配决定于电阻。内层鼠笼电阻较小，电流较大，运行时在产生电磁转矩方面起主要的作用，内层鼠笼称为运行鼠笼。起动时转子电流的频率f2=f1，转子漏抗大于转子电阻，电流分56s=1，n=0双鼠笼机械特性与等效电路设内层鼠笼的电阻和漏抗为r'in和x'in，

外层鼠笼的电阻为r'ou，两层鼠笼共同漏抗为x'cos=1，n=0双鼠笼机械特性与等效电路设内层鼠笼的电阻和漏抗57§8-3线绕转子异步电动机的起动若sk=1，则起动转矩等于最大转矩起动变阻器的电阻值r′接在转子回路中的实际电阻§8-3线绕转子异步电动机的起动若sk=1，则起动转矩等581．起动开始时，使全部电阻均串入转子回路，通过集电环串入附加电阻，限制起动电流，提高起动转矩。随着转速的上升，电磁转矩将减小。2．为了缩短起动时间，通常随转速上升分级切除部分电阻，使在整个起动过程中电动机保持有较大的电磁转矩。起动结束后把，使正常运行有较高效率。3．待起动完毕后，所有附加电阻切除，转子绕组便被短路，转入正常运行。4．线绕转子电机起动性能好。频敏变阻器：三相电感线圈电阻值随频率的减小而自动减小起动初时，f2=f1，涡流损耗大，等效铁耗电阻也大；起动之后，f2=sf1减小，涡流损耗减小，等效铁耗电阻减小。1．起动开始时，使全部电阻均串入转子回路，通过集电环串入附加59异步电动机电力拖动课件60转子串电阻的计算（补）转子串电阻的计算（补）61异步电动机电力拖动课件62异步电动机电力拖动课件63制动——在原有旋转方向上产生一个反方向的转矩（如加速停转、减速运行、恒速等）异步电动机有四种制动方法（电磁转矩与速度方向相反）： ①能耗制动 ②回馈制动 ③反接制动 ④正接反转制动§8-4异步电机的制动制动——在原有旋转方向上产生一个反方向的转矩（如加速停转、减64电动运行1－固有机械特性；2－电源相序为负序（A－B－C）时的固有机械特性12正向电动运行反向电动运行电动运行1－固有机械特性；12正向电动运行反向电动运行651、能耗制动原理：电动机的定子绕组从电源切断后，将其中任意两端接上直流电源．从而在空气隙中建立一静止的磁场。旋转着的转子切割磁场感应电势，由于转子绕组是一闭合电路，便产生电流和电磁转矩。转子机械动能变为铜耗而迅速耗掉，达到迅速停车的目的，称为能耗制动。能耗制动在高速时效果较好。K1ABCK2+－NS1、能耗制动原理：电动机的定子绕组从电源切断后，将其中任意两66能耗制动机械特性12能耗制动过程能耗制动运行1－固有机械特性；2－能耗制动机械特性能耗制动机械特性12能耗制动过程能耗制动运行1－固有机械特性672、反接制动（反接正转）工作原理：利用换接开关改变定子电流的相序，使旋转磁场的旋转方向倒转，换接后的旋转磁场转向与转子的转向相反（s≈2），电机便处于制动状态，使转子的转速迅速下降。K1ABCK2M~NS情况：震动和冲击较大，不宜用于精度要求高的场合。用于可逆转的传动系统。2、反接制动（反接正转）工作原理：利用换接开关改变定子电流的68反接制动机械特性

12反接制动过程反向起动过程同他励直流电动机制动，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、反转的生产机械，经常采用反接制动停车，接着反向起动，这就是为了迅速改变转向，提高生产率。反接制动过程中在转子电路串入较大的制动电阻一方面可以限制制动电流，同时可以增大制动转矩。停车的制动电阻计算，根据所要求的最大制动转矩进行。反接制动机械特性

12反接制动过程反向起动过程同他励直流电动693、正接反转制动（倒拉反转运行）正接反转制动：指电动机的定子接线仍保持电动机运行时的接法不变，如转子串接一大电阻，在外力推动下强迫了反向旋转，这时电磁转矩是一制动转矩。主要用于以线绕转子异步电动机为动力的起重机械中。当需下放重物时，可再增大转子附加电阻，使平衡点落于负转速区。例如图中d点，转子将在反方向旋转。重物下降所产生的转矩是原动转矩，电磁转矩是制动转矩，电机处于制动状态3、正接反转制动（倒拉反转运行）正接反转制动：指电动机的定70如需重物悬空后不动，则应增加转于附加电阻以改变机械特性，使电磁转矩与负载转矩相交于c点，这时n＝0。当需下放重物