电机原理及拖动（第4版）课件：三相异步电机的电力拖动

《电机原理及拖动》

第4版三相异步电动机的电力拖动第—节三相异步电动机的三种机械特性表达式第二节三相异步电动机的固有机械特性第三节三相异步电动机的人为机械特性及调速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三相异步电动机拖动系统的过渡过程及能量损耗三相异步电动机的电力拖动第—节三相异步电动机的三种机械特性表达式第二节三相异步电动机的固有机械特性第三节三相异步电动机的人为机械特性及调速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三相异步电动机拖动系统的过渡过程及能量损耗第—节三相异步电动机的三种机械特性表达式三相异步电动机的机械特性表达式有三种形式物理表达式参数表达式实用表达式6.1三相异步电动机的三种机械特性表达式一、机械特性的物理表达式气隙磁通转子电流转子功率因数6.1三相异步电动机的三种机械特性表达式6.1三相异步电动机的三种机械特性表达式二、机械特性的参数表达式三相异步电动机的电磁转矩可表示为上式即为用电动机的电压、频率及绕组参数表示的三相异步电动机机械特性公式，称为机械特性的参数表达式。根据上式可得三相异步电机的机械特性曲线如右图所示。6.1三相异步电动机的三种机械特性表达式6.1三相异步电动机的三种机械特性表达式三、机械特性的实用表达式求三相异步电动机实用表达式的方法电动机的额定电磁转矩额定转差率临界转差率6.1三相异步电动机的三种机械特性表达式三、机械特性的实用表达式三相异步电动机的电力拖动第—节三相异步电动机的三种机械特性表达式第二节三相异步电动机的固有机械特性第三节三相异步电动机的人为机械特性及调速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三相异步电动机拖动系统的过渡过程及能量损耗第二节三相异步电动机的固有机械特性三相异步电动机的固有机械特性是指当定子电压和频率均为额定值，定子绕组按规定方式接线，转子绕组短路（对绕线型异步电动机而言）时的机械特性。对于三相异步电动机固有机械特性，应注意以下几个特殊点：6.2三相异步电动机的固有机械特性6.2三相异步电动机的固有机械特性三相异步电动机的电力拖动第—节三相异步电动机的三种机械特性表达式第二节三相异步电动机的固有机械特性第三节三相异步电动机的人为机械特性及调速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三相异步电动机拖动系统的过渡过程及能量损耗第三节三相异步电动机的人为机械特性及调速所谓人为机械特性就是改变机械特性的某一参数后所得到的机械特性。三相异步电动机的调速就是利用人为机械特性来改变电机的转矩和转速以满足生产工艺的要求。三相异步电动机的调速方法有变极调速、变频调速和变转差率调速，变转差率调速又分为降低定子电压调速、绕线型异步电动机转子串电阻调速和串级调速、电磁转差离合器调速等。6.3三相异步电动机的人为机械特性及调速一、改变定子磁极对数的人为机械特性及调速1.变极原理6.3三相异步电动机的人为机械特性及调速一、改变定子磁极对数的人为机械特性及调速2.改变磁极对数的人为机械特性及调速6.3三相异步电动机的人为机械特性及调速一、改变定子磁极对数的人为机械特性及调速2.改变磁极对数的人为机械特性及调速6.3三相异步电动机的人为机械特性及调速二、降低定子电压的人为机械特性及调速(降压调速)1.降低定子电压的人为机械特性

三相异步电动机降低定子相电压时的人为机械特性6.3三相异步电动机的人为机械特性及调速二、降低定子电压的人为机械特性及调速(降压调速)2.降低定子电压调速6.3三相异步电动机的人为机械特性及调速三、定子回路外串三相对称电阻或电抗的人为机械特性

定子电路内串联对称电抗时的人为机械特性定子电路串联对称电抗一般用于笼型异步电动机的降压起动，以限制电动机的起动电流。6.3三相异步电动机的人为机械特性及调速四、转子回路串三相对称电阻的人为机械特性及调速1.转子回路串电阻的人为机械特性

转子电路内串联对称电阻时的人为机械特性转子电路串联对称电阻适用于绕线转子异步电动机的起动，也可用于调速。6.3三相异步电动机的人为机械特性及调速1.转子回路串电阻的人为机械特性

四、转子回路串三相对称电阻的人为机械特性及调速图6-16

转子回路串电阻的人为机械特性6.3三相异步电动机的人为机械特性及调速2.转子串电阻调速四、转子回路串三相对称电阻的人为机械特性及调速

6.3三相异步电动机的人为机械特性及调速五、改变定子频率的人为机械特性及调速

6.3三相异步电动机的人为机械特性及调速五、改变定子频率的人为机械特性及调速1.基频以下的变频调速（1）恒磁通控制方式

6.3三相异步电动机的人为机械特性及调速五、改变定子频率的人为机械特性及调速1.基频以下的变频调速（2）近似恒磁通控制方式

6.3三相异步电动机的人为机械特性及调速五、改变定子频率的人为机械特性及调速2.基频以上的变频调速

6.3三相异步电动机的人为机械特性及调速五、改变定子频率的人为机械特性及调速3.变频调速的特点

6.3三相异步电动机的人为机械特性及调速六、转子回路中串入电动势的人为机械特性及串级调速1.串级调速原理及其机械特性

6.3三相异步电动机的人为机械特性及调速六、转子回路中串入电动势的人为机械特性及串级调速1.串级调速原理及其机械特性

图6-22

串级调速时异步电动机的机械特性6.3三相异步电动机的人为机械特性及调速六、转子回路中串入电动势的人为机械特性及串级调速2.晶闸管次同步串级调速原理晶闸管串级调速具有调速范围宽，效率高（转差功率可反馈电网），便于向大容量发展等优点，是很有发展前途的绕线转子异步电动机的调速方法。它的应用范围很广，适用于通风机负载，也可用于恒转矩负载。其缺点是功率因数较差，现采用电容补偿等措施，功率因数可有所提高。总之，晶闸管串级调速向大功率发展，是很有前途的。6.3三相异步电动机的人为机械特性及调速七、电磁调速异步电动机的机械特性及调速1.电磁转差离合器调速原理电磁转差离合器调速是指在笼型异步电动机与机械负载之间加入一个电磁转差离合器，并由晶闸管控制装置控制离合器励磁绕组的电流，改变电流即可调节离合器的输出转速，从而改变机械负载的转速。这种调速方法的原理结构如图6-24所示。通常把电磁转差离合器和笼型异步电动机装在一起，构成一台可以无级调速的电动机，称为电磁调速异步电动机，或滑差电动机。图6-24电磁转差离合器调速原理示意图三相异步电动机的电力拖动第—节三相异步电动机的三种机械特性表达式第二节三相异步电动机的固有机械特性第三节三相异步电动机的人为机械特性及调速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三相异步电动机拖动系统的过渡过程及能量损耗第四节三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动是指电动机从静止状态开始转动，直到达到工作转速的整个过程。三相异步电动机配备变频器可以实现高性能的起动和按生产工艺可靠运行，本节仅讨论除变频器以外的起动方法。对笼型异步电动机起动的要求主要有：1)起动电流不能太大

2)足够的起动转矩和加速转矩三相笼型异步电动机起动方法包括：1)直接起动

2)减压起动

3)软起动.等1.三相笼型异步电动机的直接起动一、三相笼型异步电动机的起动利用刀开关或接触器将电动机直接接到具有额定电压的电网上，这种起动方法称为直接起动。笼型异步电动机直接起动的优点是起动设备和操作都最简单，缺点是起动电流大。6.4三相异步电动机的起动（1）定子串电阻或电抗减压起动

图6-27

定子串电阻或电抗减压起动时的接线a）定子串电阻的减压起动b）定子串电抗的减压起动

2.三相笼型异步电动机的减压起动起动时KM1、KM3闭合，定子绕组连接成星形，电动机减压起动；当电动机转速接近稳定转速时，KM3断开，KM2闭合，定子绕组连接成三角形，起动过程结束。Y-D起动的优点是起动电流小、起动设备简单、价格便宜、操作方便，缺点是起动转矩小。6.4三相异步电动机的起动（2）星形-三角形（Y-D）起动对于正常运行时定子绕组为三角形连接（即D连接）并有六个出线端子的笼型异步电动机，为了减小起动电流，起动时定子绕组星形连接，降低了定子绕组电压，起动后再连接成三角形。这种起动方法称为Y-D起动。图6-29Y-D起动时的接线图6-30Y-D起动的电路（a）Y连接起动（b）D连接运行2.三相笼型异步电动机的减压起动6.4三相异步电动机的起动（3）自耦变压器减压起动笼型异步电动机用自耦变压器减压起动的接线如图6-31所示，图中TA为自耦变压器。起动时接触器KM2、KM3闭合，电动机定子绕组经自耦变压器接至电网，降低了定子电压。当转速升高接近稳定转速时，KM2、KM3断开，KM1闭合，自耦变压器被切除，电动机定子绕组经KM1接入电网，起动结束。起动电流较小、起动转矩较大是自耦变压器起动的优点，它的缺点是起动设备体积大、笨重、价格贵、维修不方便。图6-31

自耦变压器减压起动的接线2.三相笼型异步电动机的减压起动6.4三相异步电动机的起动二、三相绕线型异步电动机的起动6.4三相异步电动机的起动对于大功率重载起动，或要求频繁起动、制动和反转的场合，可采用绕线型异步电动机通过转子串电阻或串频敏变阻器的办法起动。一方面减小起动电流，另一方面可以增大起动转矩进而缩短了起动时间，减小电动机的发热。1.转子串三相对称电阻分级起动起动过程的分析各级起动电阻的计算6.4三相异步电动机的起动图6-37

绕线转子三相异步电动机转子串电阻起动a）接线图b)机械特性起动过程的分析a->b->c->d->e->f->g->h->j6.4三相异步电动机的起动

各级起动电阻的计算6.4三相异步电动机的起动

2.转子串频敏变阻器起动频敏变阻器的结构一相等效电路三相异步电动机的电力拖动第—节三相异步电动机的三种机械特性表达式第二节三相异步电动机的固有机械特性第三节三相异步电动机的人为机械特性及调速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三相异步电动机拖动系统的过渡过程及能量损耗第五节三相异步电动机的各种运行状态

一、电动运行图6-40三相异步电动机的电动状态

6.5三相异步电动机的各种运行状态二、反接制动

1.定子两相反接的反接制动

6.5三相异步电动机的各种运行状态二、反接制动1.定子两相反接的反接制动6.5三相异步电动机的各种运行状态二、反接制动2.转子反向的反接制动图6-43

转子反向的反接制动

6.5三相异步电动机的各种运行状态二、反接制动2.转子反向的反接制动三、回馈制动6.5三相异步电动机的各种运行状态

图6-44

三相异步电动机的反向回馈制动1.反向回馈制动

三、回馈制动6.5三相异步电动机的各种运行状态1.反向回馈制动三、回馈制动6.5三相异步电动机的各种运行状态2.正向回馈制动

图6-46三相笼型异步电动机的正向回馈制动图6-45回馈制动时的相量图四、能耗制动6.5三相异步电动机的各种运行状态图6-53

三相异步电动机的能耗制动图6-47

能耗制动的接线五、四象限运行6.5三相异步电动机的各种运行状态三相异步电动机在电动和各种制动状态下运行时的机械特性，分布于直角坐标系的四个象限中，如右图所示。I、III象限为电动状态，A、B、C、D是稳运工作点；II、IV象限为制动状态。为了区别制动过渡过程的制动状态和稳定运行的制动状态，前者称为制动过程，后者称为制动运行。例如，第II象限的能耗制动过程、反接制动过程等；第IV象限的反接制动运行(图中F点)、能耗制动运行(图中E点)、反向回馈制动运行(图中G、H点)等。图6-54三相异步电动机的各种运行状态三相异步电动机的电力拖动第—节三相异步电动机的三种机械特性表达式第二节三相异步电动机的固有机械特性第三节三相异步电动机的人为机械特性及调速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三相异步电动机拖动系统的过渡过程及能量损耗第六节三相异步电动机拖动系统的过渡过程及能量损耗

第六节三相异步电动机拖动系统的过渡过程及能量损耗一、三相异步电动机拖动系统的机械过渡过程

一、三相异步电动机拖动系统的机械过渡过程

6.6三相异步电动机拖动系统的过渡过程及能量损耗一、三相异步电