第26讲 三相异步电动机制动

第六节三相异步电动机的机械特性第26讲三相异步电动机的各种运行状态一、能耗制动二、反接制动

三、倒拉反转运行

四、回馈制动n1ABC120TTL-n1n31n¢正向点动运行反向点动运行一、三相异步电动机的运行状态若电磁转矩与转速方向一致，则电动机运行在电动状态；若两者方向相反，电动机运行在制动状态。根据电磁转矩和转速的不同，又分为回馈制动、反接制动、倒拉反转运行及能耗制动。二、三相异步电动机的能耗制动1、能耗制动过程：（1）三相异步电动机处于电动状态，如果突然切断电源;（2）同时把直流电通入定子绕组，产生空间固定的磁通势；（3）转子因惯性继续旋转，转子导体中产生感应电动势和感应电流；（4）转子感应电流与恒定磁场作用产生电磁转矩，该转矩为制动转矩；二、三相异步电动机的能耗制动电磁转矩的方向和转速方向相反，电动机处于制动运行状态，因此转速迅速下降，当转速下降到零时，转子感应电动势和感应电流均为零，制动过程结束。在上述制动过程中，转子的动能转化为电能消耗在转子回路的电阻中，故称为能耗制动过程。2、定子等效电流异步电动机定子通入直流电流产生的磁通势，其幅值的大小与定子绕组的接法及直流电流有关。异步电动机能耗制动机械特性表达式的推导比较复杂。为了分析方便，用三相交流电流产生的磁通势代替直流磁通势，等效条件如下：（1）保持磁通势幅值不变；（2）保持磁通势与转子之间相对转速不变，0-n=-n。二、三相异步电动机的能耗制动二、三相异步电动机的能耗制动如图当直流电流从定子绕组的A进B出，电动机定子绕组Y接，则A相和B相绕组产生的磁通势相等，相差60°，则合成磁通势为：把直流磁通势等效为由三相交流电流产生，每相交流电流的有效值为I1，则交流磁通势的幅值为：二、三相异步电动机的能耗制动等效原则为：于是得到：二、三相异步电动机的能耗制动3、转差率及等效电路磁通势与转子相对转速为（-n），而磁通势的转速即同步转速n1=60f1/p，能耗制动的转差率用表示，则：转子绕组感应电动势的大小及频率为：二、三相异步电动机的能耗制动例如：转子转速n=0，；

n=n1时，

n=-n1时，其中，E2是磁通势与转子相对转速为-n1，即n=-n1时转子绕组的电动势。把转子绕组相数、匝数、绕组系数及转子电路的频率都折合到定子边后，三相异步电动机能耗制动的等效电路图如图所示。二、三相异步电动机的能耗制动4、能耗制动的机械特性能耗制动时，忽略电动机铁损耗。根据等效电路画出定子电流、励磁电流以及转子电流之间的相量图为：它们之间的关系为：忽略铁损耗后，则有：另外，有：二、三相异步电动机的能耗制动把上面公式联合求解得：电磁转矩为：

能耗制动的机械特性通过坐标原点，图中曲线1和曲线2具有相同的转子电阻，但2比1具有较大的直流励磁电流；1和3具有相同的直流励磁电流，但3比1具有较大的转子电阻。二、三相异步电动机的能耗制动由图可见，转子电阻较小时（曲线1），初始制动转矩比较小。对于笼型异步电动机，为了增大初始制动转矩，就必须增大励磁电流（曲线2）。对绕线转子异步电动机，可以采用转子串电阻的方法来增大初始制动转矩（曲线3）。二、三相异步电动机的能耗制动

三相异步电动机拖动反抗性负载运行时，采用能耗制动，电动机的运行点从A→B→0，最后准确停在n=0处。如果负载为位能性恒转矩负载，需要在转速等于零时切断直流电源，且及时用机械抱闸将电动机轴刹住，才能保证及时停车。能耗制动时，既要有较大的制动转矩，又要电流不致过大，因此对鼠笼式异步电机取：对绕线式异步电动机取：n1Tn012CABTL1TL2-TL1能耗制动过程能耗制动运行三、三相异步电动机的反接制动概念:

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，同时在转子回路中串入三相对称电阻电动机便进入了反接制动过程。过程：电动机电动运行时，K2闭合，K1断开，K2断开，K1闭合，则改变了电源相序。改变相序后，定子旋转磁场的方向由原来逆时针变为顺时针，电磁转矩方向随之改变，变为制动性质，其机械特性曲线变为曲线2。三、三相异步电动机的反接制动定子两相反接瞬间，n来不及变化，工作点由A变为B，系统在制动转矩和负载转矩共同作用下迅速减速，工作点沿曲线2移动，到达C点，制动结束。若为绕线式电机，在定子两相反接的同时，还在转子回路中串制动电阻，此时对应机械特性为曲线3，制动过程为B/C/段。如果制动的目的只是为了快速停车，则在转速接近零时，应立即切断电源。否则工作点将进入第三象限，此时，如果为反抗性负载，且在C(C/)点的电磁转矩大于负载转矩，则系统将反向启动并加速到D(D/)点，处于反向电动状态稳定运行。三、三相异步电动机的反接制动若为拖动位能性负载，则电动机在位能负载拖动下，将一直反向加速到第四象限的E(E/)点处于稳定运行。此时，电动机的转速高于同步转速，电磁转矩与转向相反，这称为回馈制动状态。反接制动过程中，电源为负序，n≥0，s≥1，转子回路总电阻折合值为，机械功率为：说明在反接制动过程中，负载向电动机输入机械功率。而电磁功率为：转子回路铜损耗为：

从上面公式可以看出，转子回路中消耗了从电源输入的电磁功率以及由负载输送的机械功率，数值较大，因此在转子回路必须串入较大电阻。三、三相异步电动机的反接制动n1ABC120TTL-n1n反向制动过程-TL从转子回路串电阻反接制动的机械特性来看为了使整个制动过程都保持较大的电磁转矩，可以采用转子回路串入较大电阻并分级切除的方法。

三、三相异步电动机的反接制动n1ABC120TTL1-n1n-TL1DETL2反向启动例题8-4

四、三相异步电动机的倒拉反接制动这种反接制动适用于绕线转子异步电动机拖动位能性负载的情况，能够使重物获得稳定的下方速度。如起重机其原理图和机械特性如图所示。电动机原来工作在固有特性曲线的A点，转子回路串入电阻RB时，特性曲线变为2。串入电阻瞬间，n来不及变化，工作点由A到B，电动机转矩TB小于位能负载转矩TL，减速提升，工作点沿曲线2由B移动至C。该过程中，电机运行在电动状态。当到达C点时，转速降至零，对应的电磁转矩TC仍小于负载转矩TL，重物将倒拉电动机的转子反向旋转，并加速到D点，此时，TD=TL，拖动系统将以转速nD稳定下方重物。该过程中负载转矩称为拖动转矩，拉着电动机反转，而电磁转矩起制动作用。四、三相异步电动机的倒拉反接制动二、三相异步电动机的反接制动

电磁转矩等于负载转矩，在此点稳定运行。在db段，电机转速为-n，因此转差率为由此可见，s>1时反接制动的特点。机械功率为

电磁功率为

机械功率为负，说明电机从轴上输入机械功率；电磁功率为正说明电机从电源输入电功率，并轴定子向转子传递功率。

而转子铜耗

表明，轴上输入的机械功率转变成电功率后，连同定子传递给转子的电磁功率一起消耗在转子回路电阻上，反接制动的能量损耗较大。五、三相异步电动机的回馈制动回馈制动状态实际上就是将轴上的机械能转变成电能并回馈到电网的异步发电机状态。实现：电动机转子在外力作用下，使n>n1。对于位能性负载在反相序反接制动时，若不及切断电源，电动机反向起动最后转速超过同步转速-n1，在第四象限内稳定高速下放重物，此时电磁转矩的方向和转速方向相反，进入反向回馈制动状态，如图中的从A→B→

C→

D→

E，最后稳定在E点。n1ABC120TTL1-n1n-TL1DETL2反向启动五、三相异步电动机的回馈制动

在回馈制动过程中始终有n>n1，回馈制动的转差率为：电动机的电磁功率：

电动机的机械功率：由电磁功率小于零，机械功率小于零可知，电动机处于回馈制动时，负载向电动机输送功率，电磁功率不是由定子向转子输送，而是由转子向定子输送。电动机转子电流的有功分量为：

五、三相异步电动机的回馈制动

若忽略励磁电流I0，定子电流的有功分量，则电动机输入功率P1为此式说明，异步电动机回馈制动时，电动机不是从电源吸取电功率，而是向电源输送有功功率，电动机向电网回馈的电能时由拖动系统的机械能转换而成的。电动机转子电流的无功分量为：

五、三相