《电机与拖动技术》课件第３章 三相交流异步电动机的电力拖动

第3章三相交流异步电动机的电力拖动3.1三相异步电动机的机械特性3.2电力拖动系统的负载转矩特性3.3三相异步电动机的启动3.4三相异步电动机的制动3.5三相异步电动机的调速本章实验实训

第３章三相交流异步电动机的电力拖动

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从式（3.2）可知，三相异步电动机的转矩与每相电压的有效值平方成正比，也就是说，当电源电压变动时，对转矩产生较大的影响。此外，转矩与转子电阻也有关。第３章三相交流异步电动机的电力拖动

图3.1

三相异步电动机的转矩特性曲线第３章三相交流异步电动机的电力拖动

图3.2三相异步电动机的机械特性曲线第３章三相交流异步电动机的电力拖动

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图3.5单轴电力拖动系统第３章三相交流异步电动机的电力拖动

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图3.6电力拖动系统转矩方向的规定第３章三相交流异步电动机的电力拖动

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第３章三相交流异步电动机的电力拖动反抗转矩也叫摩擦转矩，是由于物体的摩擦、非弹性体的压缩、拉伸与扭转等作用产生的负载转矩机床切削过程中的切削力所产生的负载转矩就是反抗转矩。反抗转矩的方向恒与运动方向相反，若运动方向发生改变时，负载转矩的方向也会发生改变，因此它总是阻碍运动的。其特性曲线在第一象限或第三象限，具体方向判定如图3.7（ａ）所示。第３章三相交流异步电动机的电力拖动图3.7恒转矩型负载机械特性第３章三相交流异步电动机的电力拖动

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图3.8恒功率型负载机械特性第３章三相交流异步电动机的电力拖动

第３章三相交流异步电动机的电力拖动图3.9

通风机型负载机械特性第３章三相交流异步电动机的电力拖动3.2.4电力拖动系统的稳定运行条件在电力拖动系统中，电动机和生产机械是连成一体的，为了使系统合理运行，就要想办法使电动机的机械特性和负载的机械特性尽量相配合。特性配合好的基本要求是系统能稳定运行。电力拖动系统的稳定运行包含两重含义：一是系统应能以一定的速度匀速运转。二是系统受到某种外部干扰而使运行速度稍有变化，应保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行速度。第３章三相交流异步电动机的电力拖动

第３章三相交流异步电动机的电力拖动只有在某交点上工作而遇到外界的临时干扰打破了原来的平衡，使得转速稍有变化时，在干扰过后，系统仍能恢复到原来的转速，回到原来的交点工作，这才是真正的稳定运行。否则在该交点上的运行仍然是不稳定的。这就是说，若遇到瞬时干扰，使转速ｎ减小，即转速的变化量Δｎ＜０时，转矩的变化量必须ΔＴ＞ΔＴＬ使得Ｔ＞ＴＬ，转速才能自动恢复。反之，当ｎ增加，即Δｎ＞０时，转矩的变化必须ΔＴ＜ΔＴＬ使得Ｔ＜ＴＬ，转速才能自动恢复。第３章三相交流异步电动机的电力拖动因此电力拖动系统稳定运行的条件是：电动机的机械特性与生产机械的负载机械特性交点，而且在该交点处满足公式图3.10稳定工作点的判别第３章三相交流异步电动机的电力拖动因此电力拖动系统稳定运行的条件是：电动机的机械特性与生产机械的负载机械特性交点，而且在该交点处满足公式第３章三相交流异步电动机的电力拖动

现以三相异步电动机拖动恒转矩负载为例说明这一问题。如图3.10所示，1为电机机械特性曲线，2为负载机械特性曲线。以临界点ｃ为界分成性质不同的两段，电机机械特性与负载机械特性有可能存在两个交点ｂ和Ｂ。第３章三相交流异步电动机的电力拖动

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第３章三相交流异步电动机的电力拖动用同样的分析方法，可知在图3.10中，３为通风机型负载机械特性曲线，如果是通风型负载，系统在交点Ｂ上的运行是稳定的。图3.10稳定工作点的判别第３章三相交流异步电动机的电力拖动

第３章三相交流异步电动机的电力拖动第３章三相交流异步电动机的电力拖动一般规定，7.5ｋＷ以下的笼型异步电动机可以直接启动。7.5ｋＷ以上，电源容量能满足下述条件者也可以直接启动，即启动电流倍数不满足上述条件或启动过于频繁时，就不允许直接启动了，必须采用能够减小启动电流的其他启动方法。第３章三相交流异步电动机的电力拖动3.3.2降压启动降压启动是用降低三相异步电动机端电压的方法来减小启动电流。由于异步电动机的启动转矩与端电压的平方成正比，所以采用此方法时，启动转矩会同时减小。该方法只适用于对启动转矩要求不高的场合，即空载或轻载的场合。第３章三相交流异步电动机的电力拖动1.Ｙ／△启动法Ｙ／△启动法适用于正常运行时绕组为三角形连接的电动机。电动机的三相绕组的六个出线端都要引出，并接到转换开关上。启动时，将正常运行时三角形接法的定子绕组改接为星形连接，启动结束后再换为三角形连接。这种方法只适用于中小型鼠笼式异步电动机。图3.12所示的是这种方法的电路图。第３章三相交流异步电动机的电力拖动图3.12Ｙ／△启动电路图第３章三相交流异步电动机的电力拖动由三相交流电路知识可推得：星形连接时的启动电流为三角形连接直接启动时的１／３，其启动转矩也为后者的１／３。Ｙ／△启动设备简单，成本低，操作方便，动作可靠，使用寿命长。目前，4～100

ｋＷ三相异步电动机多数设计成380

Ｖ的三角形连接，因此这种方法应用非常广泛。第３章三相交流异步电动机的电力拖动

第３章三相交流异步电动机的电力拖动图3.13自耦变压器降压启动线路第３章三相交流异步电动机的电力拖动

第３章三相交流异步电动机的电力拖动3.绕线式电动机的启动绕线式异步电动机可以在转子电路中串接电阻启动，图3.14为原理接线图。启动时，转子绕组电路中接入外接电阻，在启动过程中逐步切除启动电阻，启动完毕后将外接电阻全部短接，电动机进入正常运行状态。图3.14绕线式异步电动机启动线路图第３章三相交流异步电动机的电力拖动转子电路接入电阻以后，减小了启动电流，同时，由于转子电路电阻的增加，可使启动转矩增大，可见，其启动性能优于鼠笼式电动机，故常用于启动频繁及启动转矩要求较大的生产机械上（如起重机械等）。第３章三相交流异步电动机的电力拖动3.4三相异步电动机的制动3.4.1图3.15三相异步电动机的电源反接制动第３章三相交流异步电动机的电力拖动电源反接制动如图3.15所示，若三相异步电动机正在稳定运行时，将定子电源线中的任意两相反接，电动机三相电源的相序突然转变，旋转磁场也立即随之反向，转子由于惯性的原因仍在原来的方向上旋转，此时旋转磁场转动的方向同转子转动的方向刚好相反。转子导条切割旋转磁场的方向也同原来相反，所以产生的感应电流的方向也相反，由感应电流产生的电磁转矩也同转子的转向相反，对转子产生强烈的制动作用，电动机转速迅速下降为零，使被拖动的负载快速刹车。这时，需及时切断电源，否则电动机将反向启动旋转。第３章三相交流异步电动机的电力拖动这种制动的特点是制动时在转子回路产生很大的冲击电流，从而也对电源产生冲击。为了限制电流，在制动时，常在鼠笼式电动机定子电路中串接电阻限流。在电源反接制动下，电动机不仅从电源吸取能量，而且还从机械轴上吸收机械能（由机械系统降速时释放的动能转换而来）并转换为电能，这两部分能量都消耗在转子电阻上。这种制动方法的优点是制动强度大，制动速度快；缺点是能量损耗大，对电动机和电源产生的冲击大，也不易实现准确停车。第３章三相交流异步电动机的电力拖动3.4.2能耗制动使用异步电动机电源反接制动的方法来实现准确停车有一定困难，因为它容易造成反转，能耗制动则能较好地解决这个问题。如图3.16所示，能耗制动方法就是在电动机切断三相电源同时，将一直流电源接到电动机三相绕组中的任意两相上，使电动机内产生一恒定磁场。由于异步电动机及所带负载有一定的转动惯量，电动机仍在旋转，转子导条切割恒定磁场产生感应电动势和电流，与磁场作用产生电磁转矩，其方向与转子旋转方向相反，对转子起制动作用。在它的作用下，电动机转速迅速下降，此时机械系统存储的机械能被转换成电能后消耗在转子电路的电阻上，所以称能耗制动。第３章三相交流异步电动机的电力拖动图3.16三相异步电动机的能耗制动这种制动方式的特点是通过调节激磁直流电流的大小，来对制动转矩的大小进行调节，从而实现准确停车。当转速等于零时，转子不再切割磁场，制动转矩也随之为零。第３章三相交流异步电动机的电力拖动

第３章三相交流异步电动机的电力拖动图3.17异步电动机的发电反馈制动第３章三相交流异步电动机的电力拖动3.5三相异步电动机的调速调速就是电动机在同一负载下得到不同的转速，以满足生产过程的需要。有些生产机械，为了加工精度的要求，例如一些机床，需要精确调整转速。另外，像鼓风机、水泵等流体机械，根据所需流量调节其速度，可以节省大量电能。所以三相异步电动机的速度调节是它的一个非常重要的应用方面。第３章三相交流异步电动机的电力拖动

第３章三相交流异步电动机的电力拖动3.5.1三相异步电动机的变极调速变极调速就是改变电动机旋转磁场的磁极对数ｐ，从而使电动机的同步转速发生变化而实现的电动机调速，通常通过改变电机定子绕组的连接来实现，这种方法的优点是操作设备简单；缺点是只能有级调速，调速的级数不可能多，因此只适用于不要求平滑调速的场合。改变绕组的连接可以有多种方法，可以在定子上安装一套能变换为不同磁极对数的绕组；也可以在定子上安装两套不同磁极对数的单独绕组；还可以混合使用这两种方法以得到更多的转速。变极调速只适用于鼠笼式异步电动机，因为鼠笼转子的磁极对数能自动随定子绕组磁极对数的变化而变化。第３章三相交流异步电动机的电力拖动采用改变定子绕组极数的方法来调速的异步电动机称为多速电动机。最常见的是双速电动机。图3.18所示为△／ＹＹ连接双速异步电动机定子绕组接线原理图。双速电动机的定子绕组的连接方式常有两种：一种是绕组从三角形改成双星形，如图3.18（ａ）所示的连接方式转换成如图3.18（ｃ）所示的连接方式，另一种是绕组从单星形改成双星形，如图3.18（ｂ）所示的连接方式转换成如图3.18（ｃ）所示的连接方式，这两种接法都能使电动机产生的磁极对数减少一半即电动机的转速提高一倍。第３章三相交流异步电动机的电力拖动图3.18双速电动机定子绕组接线第３章三相交流异步电动机的电力拖动

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在进行变频调速时，为了保证电动机的电磁转矩不变，就要保证电动机内旋转磁场的磁通量不变。由式（2.6）可知，为了改变频率ｆ１而保持磁通Φｍ不变，必须同时改变电源电压，使比值Ｕ１／ｆ１保持不变。第３章三相交流异步电动机的电力拖动

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图3.19晶闸管变频调速装置第３章三相交流异步电动机的电力拖动

第３章三相交流异步电动机的电力拖动转子串电阻调速方法简单，调速平滑，但由于一部分功率消耗在变阻器上，使电动机的效率降低，且转速太低时机