第9章异步电机的电力拖动

第九章异步电动机电力拖动目录9.1三相异步电动机的机械特性9.2三相异步电动机的起动9.3三相异步电动机的调速9.4三相异步电动机的制动9.5三相异步电动机的各种运行状态第九章异步电动机拖动2/999.1三相异步电动机的机械特性第九章异步电动机拖动3/99固有机械特性当U1L=U1N

、f1=fN，且绕线型转子中不外串电阻或电抗时，机械特性。Te=f(s)转矩特性

n=f(Te)机械特性

(U1、f1、R2、X2

常数)

三相异步电动机等效电路I1I2'Rm＋R1Xm+X1R1jX1

R2'jX2

'E1=

E2'1－ssR2'Im+U1－9.1三相异步电动机的机械特性第九章异步电动机拖动4/99固有机械特性Te=f(s)转矩特性

n=f(Te)机械特性

(U1、f1、R2、X2

常数)OTes1n1TenOTLaba点：扰动n↑→

Te>TL→n↑↑→b点b点：扰动n↑→

Te<TL→n↓→b点9.1三相异步电动机的机械特性第九章异步电动机拖动5/99固有机械特性稳定运行条件恒转矩负载运行区间机械特性曲线下降区间

nϵ

n1~nMn1TenOTLaba点：扰动n↑→

Te>TL→n↑↑→b点b点：扰动n↑→

Te<TL→n↓→b点nmMa点：扰动TL↑→

Te<TL→n↓→Te↓→Te<<TL→n↓↓a点：扰动TL↓→

Te>TL→n↑→Te↑→Te>>TL→n↑↑9.1三相异步电动机的机械特性第九章异步电动机拖动6/99固有机械特性额定状态各个物理量处于额定值。n=nN，s=sN;Te

=TN，P2=PN;…长期运行能力的标志。理想空载状态n=n1，s=0;Te

=0，P2=0；长期运行区间（n1~N）。n1TenOTNnNNN点n1点M9.1三相异步电动机的机械特性第九章异步电动机拖动7/99固有机械特性临界状态转矩极值（最大值）。n=nm，s=sm，Te

=Tm，

短时运行(过载能力)的标志。起动状态n=0，s=1，Te

=Tst，…；起动条件：Tst>TL,并且Ist<线路允许值。起动能力。n1TenOTNnNNN点n1点MnmTMS1.6~2.25~72~2.2M点S点Tst9.1三相异步电动机的机械特性第九章异步电动机拖动8/99固有机械特性实用公式（近似）适用范围0<s<sm；异步电动机的参数，起动过程与正常运行有较大的差异。忽略T0，Te=TN，s=sN，Tm=kmTN，则，（1）已知某转速下的电磁转矩求转速；（2）已知转速求电磁转矩。9.1三相异步电动机的机械特性第九章异步电动机拖动9/99[例9-1]Y280M-4型三相异步电动机，额定功率PN=90kW，额定频率fN=50Hz，额定转速nN=1480rpm，最大转矩倍数km=2.2。试求：(1)该电动机的电磁转矩实用公式；(2)当转速n=1487rpm时的电磁转矩；(3)当负载转矩TL=450N

m时的转速。解：(1)额定转差率额定转矩最大转矩临界转差率实用近似公式(2)n=1487rpm时转差率电磁转矩9.1三相异步电动机的机械特性第九章异步电动机拖动10/99[例9-1]Y280M-4型三相异步电动机，额定功率PN=90kW，额定频率fN=50Hz，额定转速nN=1480rpm，最大转矩倍数km=2.2。试求：(1)该电动机的电磁转矩实用公式；(2)当转速n=1487rpm时的电磁转矩；(3)当负载转矩TL=450N

m时的转速。(3)由实用近似公式得关于s的一元二次方程s的根s<sm，

取“-”号电机的转速解毕转子串联对称电阻（1）n1与R2无关，不变；（2）Tm与R2无关，不变；（3）sm

R2，R2↑

sm↑

nm↓；（4）R2↑

Tst↑（R2<X1σ+X2σ）。降低定子电压（1）n1与U无关，不变；（2）sm与U无关，不变；（3）Tm(Tst)

U2，平方；（4）若Te=TL，U↓，n↓。9.1三相异步电动机的机械特性第九章异步电动机拖动11/99人为机械特性--改变定子、转子电路参数的机械特性。UN0.81Tm0.81Tstn1TenOsm0.9UNTLn1TenOTmR2R2+Rs1R2+Rs1+Rs29.1三相异步电动机的机械特性第九章异步电动机拖动12/99人为机械特性--改变定子、转子电路参数的机械特性。定子串联对称电阻或电抗（1）n1与R1、X1无关，不变；（2）Rf

(Xf)↑

Tm、Tst↓；（3）Rf

(Xf)↑

sm↓

nm↑

；改变定子频率改变定子绕组接线方式（极对数）n1TenORf>0Rf=0∧sm'Tm'smTm9.1三相异步电动机的机械特性第九章异步电动机拖动13/99[例9-2]Y315S-6型三相异步电动机的额定功率PN=75kW，额定转速nN=990r/min，起动转矩倍数kst＝1.6，过载能力km=2.0。求：(1)在额定电压下起动转矩和最大转矩；(2)当电网电压降为额定电压的80％时，该电动机的起动转矩和最大转矩。解：(1)额定转矩，最大转矩，起动转矩，

(2)80%，平方关系，Q？如果负载转矩是额定转矩，确定是否可以直接起动。解毕9.1三相异步电动机的机械特性第九章异步电动机拖动14/99[例9-3]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=1440r/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：恒转矩负载，转子回路串电阻前后，稳态电磁转矩不变。即，不变。因此有，又，转子串电阻后，转差率，转速，解毕Endof9.19.2三相异步电动机的起动第九章异步电动机拖动15/99直接起动（1）小容量，PN<=7.5kW；（2）电源容量足够大时。（3）满足，SsN

电源总容量（kVA）PmN

电动机功率（kW）起动电流倍数2倍，电动机功率要小于电源容量的1/5；起动电流倍数3倍，电动机功率要小于电源容量的1/9；…起动电流倍数越大，要求电动机功率占比电源总容量的比例越小。9.2三相异步电动机的起动第九章异步电动机拖动16/99减压起动（1）定子串电阻或电抗电路较为简单；电阻损耗大；电抗投资大；…M3~3~R(L)Q1Q2FU运行起动9.2三相异步电动机的起动第九章异步电动机拖动17/99减压起动（2）星-角减压起动正常运行时为∆联接的电动机；减压比例固定（1/√3）;电源电压不变，改变定子接线。起动时Y运行时∆UVWUNIsYUVWUNIs∆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起动转矩比9.2三相异步电动机的起动第九章异步电动机拖动18/99减压起动（2）星-角减压起动IsY＜Imax

；TsY>TL

；控制电路3~W2W1V1U1U2V2Q1运行↑Q2↓起动自耦变压器选择方法：9.2三相异步电动机的起动第九章异步电动机拖动19/99减压起动（3）自耦变压器减压起动电压比例kA;电源电压不变，串接自耦变压器。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起动转矩比9.2三相异步电动机的起动第九章异步电动机拖动20/99[例9-4]一台Y280S-4型三相异步电动机，额定容量PN=75kW，三角形联接，额定电压起动电流倍数kI=7.0，起动转矩倍数kst=1.9，电源容量1250kVA。如果带额定负载起动，问采用什么方法？解：电源电流最大值，（1）直接起动，不能直接起动。（2）Y-∆起动，电流满足要求，转矩不满足，不能Y-∆起动。（3）自耦变压器，解毕9.2三相异步电动机的起动第九章异步电动机拖动21/99起动性能改善（1）深槽

槽深h，槽宽b，深宽比h:b=10~20。凸型槽、刀型槽。起动时f2较大，漏电抗大；X2σ大。电流主要取决于电抗。电流密度槽底小，槽口大；电流集中在导体表面；R2大

。起动转矩较大，起动电流较小。运行时f2较小，漏电抗较小；X2σs=sX2σ↓。电流主要取决于电阻。趋肤效应减小；R2↓

。转矩、电流和负载对应（转子铜损等恢复正常情况）。漏电抗小↑漏电抗大增大↑电流密度9.2三相异步电动机的起动第九章异步电动机拖动22/99起动性能改善（2）双笼

内笼、外笼可独立，可并联。外笼电阻大、内笼电阻小。外笼截面小、内笼截面大。起动时f2较大，漏电抗大；X2σ大。内笼电抗大，外笼电抗小，I2集中在外笼，外笼R2大

，起动转矩大。外笼

起动笼。运行时f2较小，漏电抗较小；X2σs=sX2σ↓。电流主要取决于电阻。I2集中在内笼，R2小

，内笼

工作笼。电阻大漏抗小电阻小漏抗大上笼（外笼）下笼（内笼）9.2三相异步电动机的起动第九章异步电动机拖动23/99起动性能改善

深槽双笼n1TenOn1TenO低转子电阻深槽内笼外笼合成曲线高转子电阻9.2三相异步电动机的起动第九章异步电动机拖动24/99转子电路串电阻起动分级起动3~M3~Q2Q2Q1Q1Rst1Rst23(R22)TLT2T12(R21)1(R2)abcdefn1TenO起动转矩T1=(0.8~0.9)Tm=(1.5~2.0)TL切换转矩T2=(1.1~1.2)TL起切比β

=T1/T29.2三相异步电动机的起动第九章异步电动机拖动25/99转子电路串电阻起动绕线型异步电动机3~M3~Q2Q2Q1Q1Rst1Rst2转子阻抗转子电阻9.2三相异步电动机的起动第九章异步电动机拖动26/99转子电路串频敏变阻器特点厚钢板（涡流）；频率高，损耗大、电阻大；频率低，损耗小、电阻小。起动时f2

高，电阻大，Tst'大，Ist'小。运行时f2

小，电阻小，等效自动切除外接电阻器功能。优点结构简单，价格低，运行可靠，坚固耐用；无需控制，维护方便；近似恒转矩特性，可实现平稳起动，适用于频繁起动的机械。频敏变阻器Endof9.29.3三相异步电动机的调速第九章异步电动机拖动27/99转速调速方法改变极对数p改变转差率s改变电源频率f1（1）变频调速——

有级调速。——

无级调速。——

连续调速。U、f可变M3~3~整流电路逆变电路50Hz控制电路直流变频器原理图9.3三相异步电动机的调速第九章异步电动机拖动28/99（1）变频调速f1<fN为了维持Φm不变，需要压频比为常数。n1∝f1

f1

n1

；sm∝1/f1

f1

sm

；Tm∝(U1/f1)2

Tm不变；∆nm=n1-nm=

smn1

∆nm不变。f1>fN，U1=UN（不能过压）

f1

Φm

；n1∝f1

且sm∝1/f1

∆nm=n1-nm=

smn1

∆nm不变；Tm∝(1/f1)2。n1TenOn1'f1fN∨n1TenOn1'f1fN∨9.3三相异步电动机的调速第九章异步电动机拖动29/99（1）变频调速原理转速不能突变，

新的工作点（交点）

新的稳定工作点；特点调速范围D较大；平滑性好（无级调速）；稳定性好；初投资大，运行费用小。f1<fN时，U1/f1不变

Φm不变，Te=CTΦmI2cosφ2基本不变，恒转矩；f1>fN时，Φm∝1/f1，Te∝1/n，P2=T2n∝Ten基本不变，恒功率负载。n1TenOn1'f1fN∨n1TenOn1'f1fN∨TLTL9.3三相异步电动机的调速第九章异步电动机拖动30/99[例9-6]一台YVF280S-4型变频三相异步电动机，PN=75kW，UN=380V，nN=1450rpm，fN=50Hz，km=2.4，如果带恒转矩额定负载，采用恒定压频比变频调速，当转速为550rpm时，试确定频率和电压。解：额定转差率，额定转矩时的转速差，转速差不变，变频后同步转速，因此，频率，电压，解毕9.3三相异步电动机的调速第九章异步电动机拖动31/99（2）变极调速原理改变磁极对数

新的同步转速

新的转速；特点调速范围D较小（2-4）；有级调速；稳定性好；经济性好。YYY(∆)，n1

；Y(∆)

YY，n1

。TLn1TenOYYY0.5n1n1TenO△YY0.5n1TL9.3三相异步电动机的调速第九章异步电动机拖动32/99（2）变极调速方法改变磁极对数

新的同步转速

新的转速；U1U2U3U4××U1U2U3U4NNSU1U2U3U4××U1U2U3U4SNU1U2U3U4SN单绕组变极原理9.3三相异步电动机的调速第九章异步电动机拖动33/99（2）变极调速9.3三相异步电动机的调速第九章异步电动机拖动34/99（2）变极调速方法单绕组变极，通过改变一套绕组的连接方式而得到不同极对数；双绕组变极，定子放置两套不同极对数绕组，每次运行使用其中一套，这两套绕组又可以采用不同的连接，从而得到更多的极对数，二速、三速、甚至四速电机。特点调速范围D较小（2-4）；平滑性差（有级调速）；稳定性好；经济性好（单绕组变极），双绕组变极经济性差；单绕组三速电机绕组接法已经相当复杂，变极调速一般不超过3速；变极调速一般适用于鼠笼型异步电动机（同时改变定子转子绕组极数较为麻烦）；YYY(∆)，n1

；Y(∆)

YY，n1

；变速比为1:2的调速称为倍极比调速；变速比不是1:2的称为非倍极比调速；单绕组变极调速属于倍极比调速方式；可获得恒功率（YY-∆）和恒转矩调速（YY-Y）。9.3三相异步电动机的调速第九章异步电动机拖动35/99[例9-7]一台YD132S-6/4型多速三相异步电动机，PN=3.0/4.0kW，nN=970/1440rpm，km=2.1/2.2，确定带80%额定负载时电机转速。解（1）p=3，额定转差率，临界转差率，忽略空载转矩，转速，（2）p=2，解毕9.3三相异步电动机的调速第九章异步电动机拖动36/99（3）变压调速方法改变定子电压，改变机械特性曲线，人为机械特性。特点调速范围D小，与负载性质有关；平滑性较好（U1连续）；稳定性差；经济性差，需要可调电源，功率因数和效率低；适合风机、泵类负载，既非恒功率，也非恒转矩调速。n1TenOsMUNTLTLTLU1n1TenOsMUNU19.3三相异步电动机的调速第九章异步电动机拖动37/99[例9-7]一台YD280S-/4型异步电动机，PN=75kW，UN=380V，nN=1480rpm，km=2.2，带额定负载运行，若采用调压调速，电压调整到80%UN时，确定电机的转速。解（1）额定转差率，临界转差率，转矩与电压平方成正比例，转速，Q？是否可以通过调压调速，将电机转速变为1000rpm？解毕9.3三相异步电动机的调速第九章异步电动机拖动38/99（4）转子电路串电阻调速方法绕线式异步电动机，转子电阻串电阻，人为机械特性。特点调速范围D较大，平滑性较好（和Rr有关）；稳定性差；经济性较差，初投资较低，运行效率低；适用恒转矩调速。n1TenOTmR2R2+RrTLUNn1nOTeR2<X2n0nOT9.3三相异步电动机的调速第九章异步电动机拖动39/99（5）串级调速方法绕线式异步电动机，转子电路中串联一个附加电源。原理在转子电路中串联一个与e2s

频率相等、相位相同或相反的附加电动势ead

，代替Rr

上的电压降，从而使这部分能量不致损耗掉。同相时，I2s↑

Te↑

n↑

sE2↓

I2s↓

Te↓

Te=TL反相时，I2s↓

Te↓

n↓

sE2↑

I2s↑

Te↑

Te=TL9.3三相异步电动机的调速第九章异步电动机拖动40/99（5）串级调速特点调速方向:双向；调速范围：D较大；调速的平滑性：平滑性好（无级调速）；调速的稳定性：稳定性好；调速的经济性：初期投资大；运行效率较高，运行费用不大；调速时的允许负载：恒转矩调速。调速前后U1、

f1不变，Φm不变，Te=

CTΦm

I2Ncos

2基本不变。n1TenOE2sE2s+EadE2s－Ead9.3三相异步电动机的调速第九章异步电动机拖动41/99[例9-8]一台YD280S-4型异步电动机，PN=75kW，UN=380V，nN=1480rpm，IN=140A，E2N=345V，I2N=128A，km=3.0，求（1）转子回路串入0.1Ω电阻，电机的转速；（2）要求把转速降低至1000rpm，确定串入的电阻值。解（1）额定转差率，每相电阻，转差率和转子回路总电阻成成比例变化，转速，（2）转差率解毕Endof9.39.4三相异步电动机的制动第九章异步电动机拖动42/99能耗制动制动原理运行-制动前，Q1闭合，Q2断开；M电动。制动时，Q1断开，Q2闭合；M制动。定子，Udc

I1

Φ|转子，n

E2

I2||Te（制动转矩）。M3~3~Q1n+U－Q2

RbI1×ΦFFTe9.4三相异步电动机的制动第九章异步电动机拖动43/99能耗制动机械特性①因Te

与n

方向相反，

n~Te

曲线在第Ⅱ、

Ⅳ象限。②因n=0时，Te=0，

n~Te曲线过原点。③制动电流增大时，制动转矩也增大；产生最大转矩的转速不变。OnTeI1"I1'＜9.4三相异步电动机的制动第九章异步电动机拖动44/99能耗制动制动过程制动前，特性1；制动时，特性2。ab（Te＜0，制动开始）O（n=0，Te=0），制动过程结束。效果Rb↓

I1↑Φ↑Te↑制动快↑功率P1=0，P2=TeΩ<0，动能P2

转子电路的电能PCu2消耗掉。TLOnTe12abMnTeTLMnTeTLM3~n+U－RbI1ΦTe9.4三相异步电动机的制动第九章异步电动机拖动45/99能耗制动制动运行-下放重物ab（Te＜0，制动开始）O（n=0，Te=0），c，（Te=TL，n<0）制动效果由制动回路电阻决定。制动准确平稳；需要直流电源。TLOnTe12abc制动运行状态9.4三相异步电动机的制动第九章异步电动机拖动46/99反接制动定子两相反相-旋转磁动势反向

切换的时刻s

接近2；反向电磁转矩（制动转矩）；加上负载转矩制动效果；迅速停车。特点无需直流电源；控制电路简单；制动电阻Rb？。3~M3~3~M3~Rb制动前的电路制动时的电路9.4三相异步电动机的制动第九章异步电动机拖动47/99反接制动正向电动状态Te制动状态MnTeTLMnTeTLMnTeTL相序改变，n1变向。s>1反向电动状态TLOn1n1bac－TLd固有特性M9.4三相异步电动机的制动第九章异步电动机拖动48/99反接制动正向电动状态Te制动状态MnTeTLMnTeTLMnTeTL相序改变，n1变向。s>1TLOn1n12－n1bac－TLd固有特性反向电动状态9.4三相异步电动机的制动第九章异步电动机拖动49/99反接制动制动前-正向电动状态；制动时-定子相序改变，n1

变向。同时：E2s、I2

反向，T反向；ab，Te<0（制动开始）；c（n=0，Te=0），制动结束。如果未切断电源，M会反向起动。d，稳定运行。TLOnT1n12－n1bac－TLd9.4三相异步电动机的制动第九章异步电动机拖动50/99反接制动制动效果，取决于Rb大小。功率TLOnT1n12－n1bac－TLd三相电能电磁功率Pe转子机械功率Pm定子转子电阻消耗掉9.4三相异步电动机的制动第九章异步电动机拖动51/99反接制动倒拉反接-下放重物制动前-正向电动状态；制动时-转子电路串接对称电阻，Rb。ab，0<Te<TL（制动开始）；c（n=0，Te<TL），反向起动；d（n<0，Te=TL）制动结束。改变Rb

特性2斜率变化，可以改变nd；反向稳定运行，需要Tc<TL，才能放下重物。OnT1n12bcTLad3e9.4三相异步电动机的制动第九章异步电动机拖动52/99反接制动倒拉反接-下放重物功率电功率与机械功率均消耗在转子电路里。OnT1n12bcTLad9.4三相异步电动机的制动第九章异步电动机拖动53/99[例9-10]一台YR280M-8型异步电动机，PN=45kW，nN=735rpm，I2N=76A，E2N=359V，km=2.4，带额定负载运行，采用反接制动停车，要求制动开始时的制动转矩为2TN，求转子每相需要串入的制动电阻大小。解，

（sm

s

s'm

Rb）额定转差率，临界转差率，转子电阻，额定转矩，临界转矩，倒拉反接，9.4三相异步电动机的制动第九章异步电动机拖动54/99[例9-10]一台YR280M-8型异步电动机，PN=45kW，nN=735rpm，I2N=76A，E2N=359V，km=2.4，带额定负载运行，采用反接制动停车，要求制动开始时的制动转矩为2TN，求转子每相需要串入的制动电阻大小。转差率，两个结果都满足条件解毕9.4三相异步电动机的制动第九章异步电动机拖动55/99回馈制动-再生发电制动，n>n1，s<0。下放重物制动前-正向电动状态；制动时-定子相序改变，n1

变向。同时：E2s、I2

反向，Te反向；Te<0（制动开始）；（n=0，Te<0），反向起动；-n<-n1，反向发电运