异步电动机的电力拖动.ppt

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1、University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新电机及拖动基础电机及拖动基础电子与信息工程学院电子与信息工程学院电气工程及自动化系电气工程及自动化系杨玉杰杨玉杰 朱连成朱连成10/27/20221University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新第五章第五章 三相异步三相异步电动机的机的电力拖力拖动运行运行第一节第一节 三相异步电动机机械特性三相异步电动机机械特性一、物理表达式一

2、、物理表达式异步机的异步机的转矩系数矩系数 异步机每极磁通异步机每极磁通 10/27/20222University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新较小时，较大时，10/27/20223University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新异步电动机的异步电动机的机械特性机械特性二、参数表达式二、参数表达式 临界界转差率差率最大最大转矩矩+：电动机机-：发电机机10/27/20224Un

3、iversity of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新起起动转矩矩 起起动转矩倍数矩倍数 过载能力（倍数）能力（倍数）10/27/20225University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新三、三、实用表达式用表达式忽略忽略 R1 得机械特性的得机械特性的实用表达式用表达式（式中（式中 ）过载能力能力(倍数倍数)10/27/20226University of Science and Te

4、chnology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新结论：1 1当当电源源频率及率及电机其他参数不机其他参数不变时，而而与与无关；无关；2当当及其它参数不及其它参数不变时，而而与与无关无关；四、机械特性曲四、机械特性曲线的的绘制制几个特殊点：几个特殊点：1）起始点）起始点A；2）额定工作点定工作点B；3）同步）同步转速点速点H；4）最大）最大转矩点矩点P和和P。10/27/20227University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新三相异

5、步电动机的三相异步电动机的固有机械特性固有机械特性1）起始点）起始点A；2）额定工作点定工作点B；3）同步）同步转速点速点H；4）最大）最大转矩点矩点P和和P。五、固有机械特性五、固有机械特性10/27/20228University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新六、人六、人为机械特性机械特性三相异步电动机降低定三相异步电动机降低定子相电压时的人为机械子相电压时的人为机械特性特性（一）降低（一）降低 降低后降低后电动机机电流将大于流将大于额定定值，电动机如机如长时连续运行，运行，最最终温

6、升将超温升将超过允允许值，导致致电动机寿命机寿命缩短，甚至短，甚至烧坏。坏。10/27/20229University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新（二）（二）转子子电路内串路内串联对称称电阻阻 转子子电路串路串联对称称电阻适阻适用于用于绕线转子异步子异步电动机的机的起起动，也可用于，也可用于调速。速。转子电路内串联对称电转子电路内串联对称电阻时的人为机械特性阻时的人为机械特性10/27/202210University of Science and Technology Liaonin

7、g博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新（三）定子（三）定子电路串路串联对称称电抗抗定子电路内串联对称电抗定子电路内串联对称电抗时的人为机械特性时的人为机械特性 定子定子电路串路串联对称称电抗抗一般用于一般用于笼型异步型异步电动机的机的降降压起起动，以限制，以限制电动机的机的起起动电流。流。10/27/202211University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新（四）定子（四）定子电路串路串联对称称电阻阻 与串与串联对称称电抗抗时相同，相同，定子串定子串联

8、对称称电阻一般也用于阻一般也用于笼型异步型异步电动机的减机的减压起起动。定子电路内串联对称电阻定子电路内串联对称电阻时的人为机械特性时的人为机械特性10/27/202212University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新第二第二节 三相异步三相异步电动机的起机的起动一、一、一、一、三相三相三相三相笼笼笼笼型型型型转转转转子感子感子感子感应电动应电动应电动应电动机的起机的起机的起机的起动动动动三相三相笼型型转子感子感应电动机有直接起机有直接起动与降与降压起起动直接起动也称为全压起动直接起

9、动也称为全压起动：起起动时动时，电动电动机定子机定子绕组绕组直接承受直接承受额额定定电压电压。方法简单，不需要复杂的起动设备起动的电流较大，一般可达额定电流的4-7倍。直接起动直接起动特点：特点：10/27/202213University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新直接起直接起动的的问题：1.1.起起动电流大流大2.2.起起动转矩小矩小3.3.功率因数小功率因数小不能直接起不能直接起动的的设备采用降采用降压启启动10/27/202214University of Science an

10、d Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新二、三相二、三相绕线转子异步子异步电动机的起机的起动（一）（一）转子串子串联电阻起阻起动 电动机起机起动时，变阻器阻器应调在最大在最大电阻位置，然后将定阻位置，然后将定子接通子接通电源，源，电动机开始机开始转动。随着。随着电动机机转速的增加，均速的增加，均匀地减小匀地减小电阻，直到将阻，直到将电阻完全切除。待阻完全切除。待转速速稳定后，将集定后，将集电环短接，同短接，同时举起起电刷刷。10/27/202215University of Science and Technology Li

11、aoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新（二）（二）转子串子串联频敏敏变阻器起阻器起动 当当电动机起机起动时，转子子频率率较高，高，频敏敏变阻器内的与阻器内的与频率平方率平方成正比的成正比的涡流流损耗耗较大，大，值也因之也因之较大，起限制起大，起限制起动电流及流及增大起增大起动转矩的作用。随着矩的作用。随着转速的上升，速的上升，转子子频率不断下降，率不断下降，频敏敏变阻器阻器铁心的心的涡流流损耗及耗及 值跟着下降，使跟着下降，使电动机起机起动平滑。平滑。频敏变阻器的结构频敏变阻器的结构频敏变阻器频敏变阻器的等效电路的等效电路10/27/202216Uni

12、versity of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新第三节第三节 三相异步电动机的各种运转状态三相异步电动机的各种运转状态 一、一、电动运运转状状态 电动运运转状状态的特点是的特点是电动机机转矩的方向与旋矩的方向与旋转的方向相同。的方向相同。电动状态下异步电电动状态下异步电动机的机械特性动机的机械特性二、制二、制动运运转状状态 异步异步电动机可工作于回机可工作于回馈制制动，反接制，反接制动及能耗制及能耗制动三种制三种制动状状态。其共同特点是。其共同特点是电动机机转矩与矩与转速的方向相反，以速的方

13、向相反，以实现制制动。此。此时，电动机由机由轴上吸收机上吸收机械能，并械能，并转换为电能。能。10/27/202217University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新（一）能耗制（一）能耗制动状状态异步电动机能耗制动的异步电动机能耗制动的电路图与机械特性电路图与机械特性 当当K1断开，断开，电动机脱离机脱离电网网时，立即将，立即将K2接通，接通，则在定子两相在定子两相绕组内通入直流内通入直流电流，在定子内形成一固定磁流，在定子内形成一固定磁场。当。当转子由于子由于惯性性而仍在旋而仍在旋

14、转时，其，其导体即切割此磁体即切割此磁场，在，在转子中子中产生感生感应电动势及及转子子电流。根据左手定流。根据左手定则，可确定出，可确定出转矩的方向与矩的方向与转速的方向相反，速的方向相反，即即为制制动转矩。矩。10/27/202218University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新各个各个电流之流之间有下列关系有下列关系 得机械特性方程式得机械特性方程式 临界相界相对转速速 10/27/202219University of Science and Technology Liaoni

15、ng博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新10/27/202220University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新（二）反接制（二）反接制动状状态 转子子轴上机械功率上机械功率 为负此此时的的转差率差率转子由定子子由定子输入的入的电功率即功率即为电磁功率磁功率 转子子电路的路的损耗耗 为两者之和，因此能量两者之和，因此能量损耗极大耗极大。为正正1转速反向的反接制速反向的反接制动 10/27/202221University of Science and T

16、echnology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新转速反向的反接制动转速反向的反接制动时的异步电动机特性时的异步电动机特性异步电动机转速反向异步电动机转速反向反接制动电路图反接制动电路图10/27/202222University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新2电源反接的反接制源反接的反接制动 为了迅速停了迅速停车或反向，可将定子两相反接，工作点由或反向，可将定子两相反接，工作点由A转移到移到B此此时转差率差率为 在两相反接在两相反接

17、时，电动机的机的转矩矩为T，与，与负载转矩共同作用下，矩共同作用下，电动机机转速很快下降，速很快下降，这相当于相当于图中机械特性的中机械特性的BC段。段。10/27/202223University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新异步电动机电源反接异步电动机电源反接的电路图与机械特性的电路图与机械特性 在在转速速为零的零的C点，如不切断点，如不切断电源，源，电动机即反向加速，机即反向加速，进入反向的入反向的电动状状态（对应于特性于特性CD段），段），加速到加速到D点点时，电动机将机将稳定运

18、定运转，实现了了电动机的逆机的逆转过程。程。10/27/202224University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新（三）回（三）回馈制制动状状态 位能负载带动异位能负载带动异步电动机进入回步电动机进入回馈制动状态馈制动状态 当异步当异步电动机由于某种原因机由于某种原因（例如位能（例如位能负载的作用的作用），使其），使其转速高于同步速度速高于同步速度 时，转子感子感应电动势反向，反向，转子子电流的有功分量也改流的有功分量也改变了方向，其无功分量的方向了方向，其无功分量的方向则不不变。此

19、此时异步异步电动机既回机既回馈电能，能，又在又在轴上上产生机械制生机械制动转矩，即在矩，即在制制动状状态下工作。下工作。当当 时 10/27/202225University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新转子子电流的有功分量流的有功分量为 转子子电流的无功分量流的无功分量为 也也为负，与，与转速方向相反速方向相反异步异步电动机机轴上上输出的机械功率也出的机械功率也为负10/27/202226University of Science and Technology Liaoning博学明德

20、博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新 如果异步机定子脱离如果异步机定子脱离电网，网，又希望它能又希望它能发电，则必必须在异在异步机定子三相之步机定子三相之间接上接上连接成接成三角形或者星形的三三角形或者星形的三组电容器。容器。这时电容器容器组可供可供给异步异步电动机机发电所需要的无功功率，即所需要的无功功率，即供供给建立磁建立磁场所需要的励磁所需要的励磁电流。流。电容器接成三角形容器接成三角形时 电容器接成星形容器接成星形时 异步电动机回馈制异步电动机回馈制动时的机械特性动时的机械特性10/27/202227University of Science and Techn

21、ology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新三、制三、制动状状态小小结 在正转方向，特性在正转方向，特性1 1与与11的第二的第二象限为回馈制动特性，第四象限象限为回馈制动特性，第四象限为反接制动特性；为反接制动特性；在反转方向，特性在反转方向，特性2 2与与22的第二的第二象限为反接制动特性，而第四象象限为反接制动特性，而第四象限则为回馈制动特性。限则为回馈制动特性。能耗制动电路的联结方法有所不能耗制动电路的联结方法有所不同，其机械特性用曲线同，其机械特性用曲线3 3与与33表表示，第二象限部分对应于电动机示，第二象限部分对应于电动机正转，

22、而第四象限则对应于反转。正转，而第四象限则对应于反转。图中特性图中特性1 1，22及及33对应于异对应于异步电动机转子有串联电阻时，而步电动机转子有串联电阻时，而1 1，2 2及及3 3则对应于没有串联电阻。则对应于没有串联电阻。10/27/202228University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新 例例 某某绕线转子异步子异步电动机的机的铭牌参数如下：牌参数如下：（1）当）当负载转矩矩 ，要求，要求转速速 时，转子每相子每相应串入多大的串入多大的电阻阻（图中中B点）？点）？绕线转子

23、异步电绕线转子异步电动机的机械特性动机的机械特性10/27/202229University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新（2）从）从电动状状态（图1中中A点）点）时换接到反接制接到反接制动状状态，如果要求开始的制，如果要求开始的制动转矩等于矩等于 （图中中C点），点），则转子子每相每相应该串接多大串接多大电阻？阻？（3）如果）如果该电动机机带位能位能负载，负载转矩矩 ，要，要求求稳定的下放定的下放转速速 r/min，求，求转子每相的串接子每相的串接电阻阻值。解解10/27/202230

24、University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新取取 （不合理）不合理）（1）考考虑异步机的机械特性异步机的机械特性为直直线,对于固有特性于固有特性 10/27/202231University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新对于人于人为特性特性（2）10/27/202232University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德

25、经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新取取 取取考考虑机械特性机械特性为直直线(3)(3)10/27/202233University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新取取 （时不能不能稳定运定运转）考考虑机械特性机械特性为直直线10/27/202234University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新第四第四节三相异步三相异步电动机的机的调速速由异步由异步电动机机转速的表

26、达式速的表达式一、一、变极调速变极调速10/27/202235University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新星形联结改变成两个并联的星形联结星形联结改变成两个并联的星形联结三角形联结改变成两个并联的星形联结三角形联结改变成两个并联的星形联结10/27/202236University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新变极原理极原理：定子每相：定子每相绕组由两个完全由两个完全对称的称

27、的“半相半相绕组”所所组成，只要将每相任何一个成，只要将每相任何一个“半相半相绕组”电流反向，就可以将极流反向，就可以将极对数增加一倍（两个半数增加一倍（两个半绕组顺串）串）或减少一半（两个半或减少一半（两个半绕组反并）。反并）。由于由于笼型感型感应电动机机的的转子极子极对数能数能自自动跟随定子极跟随定子极对数且始数且始终保持相等，所以保持相等，所以变极极调速速仅用于用于笼型感型感应电动机。机。10/27/202237University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新变极极调速速时，电动

28、机的容机的容许输出功率或出功率或转矩在矩在变速前后的速前后的关系。关系。输出功率出功率为 在高、低速运行在高、低速运行时，电动机机绕组内均流内均流过额定定电流，流，这样在两种在两种联结法下的法下的转矩之比矩之比为当定子当定子绕组从一个三角形从一个三角形联结改成二个星形改成二个星形联结的并的并联时，极，极对数数也减小一倍，也减小一倍，也增加一倍。两种也增加一倍。两种联结法的功率比法的功率比为10/27/202238University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新Y Y联结改成联结改成YY

29、YY联结联结联结改成联结改成YYYY联结联结10/27/202239University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新二、二、变频调速速对于恒于恒转矩矩调速，如果速，如果变频装置保装置保证 随随 成正比地成正比地变化，化，则可保可保证在在频率率变化化过程中程中电动机具有同机具有同样的的过载能力，在恒能力，在恒转矩矩调速下的速下的变频装置一般就是根据装置一般就是根据这一要求一要求设计的。的。当定子当定子频率率较高高时（式中（式中 为常数）常数）常常值10/27/202240Universi

30、ty of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新可可见，恒，恒转矩矩变频调速速时，如能保持，如能保持 =定定值，则可保可保证调速速过程中程中电动机的机的过载能力基本不能力基本不变，同，同时可可满足磁通足磁通 基本基本不不变的要求。的要求。在恒功率在恒功率调速速时 由此可由此可见，在恒功率，在恒功率调速速时，如能，如能满足足 =定定值的条件，的条件，调速速过程中程中电动机的机的过载能力也能保持不能力也能保持不变，但此，但此时磁通将磁通将发生生变化了。如果此化了。如果此时按恒按恒转矩矩调速速满足足 =定定

31、值的条件，的条件，则磁通将基本不磁通将基本不变，但，但电动机的机的过载能力将在能力将在调速速过程中改程中改变。常常值10/27/202241University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新变频调速具有速具有优异的性能，异的性能，调速范速范围较大，平滑性大，平滑性较高，高，变频时按不同按不同规律律变化可化可实现恒恒转矩或恒功率矩或恒功率调速，速，以适以适应不同不同负载的要求，低速的要求，低速时特性特性的静差率的静差率较高，是异步高，是异步电动机机调速最速最有有发展前途的一种方法。展前途的

32、一种方法。10/27/202242University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新三、三、转子子电路串路串联电阻阻调速速 在在额定定电压时，磁通定，磁通定值，调速速时 10/27/202243University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新当当转速降低（速降低（s 增高）增高）时，效率，效率下降，下降，转子子损耗功率增高，故耗功率增高，故经济性不高。性不高。转子子电路串路串联电

33、阻的数阻的数值愈愈大，人大，人为机械特性愈机械特性愈软。转子子损耗功率耗功率为 输出功率出功率为 调速速时转子子电路的效率路的效率为 转子电路串接转子电路串接不同电阻时的不同电阻时的人为特性人为特性10/27/202244University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新二、改二、改变定子定子电压调速速改变异步电动机定改变异步电动机定子电压的人为特性子电压的人为特性转子电路电阻较高时改转子电路电阻较高时改变定子电压的人为特性变定子电压的人为特性10/27/202245University

34、 of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新四、串四、串级调速速中等以上功率的中等以上功率的绕线转子异步子异步电动机与其他机与其他电动机或机或电子子设备串串级联接以接以实现平滑平滑调速，称速，称为串串级调速。速。异步异步电动机的串机的串级调速，就是在异步速，就是在异步电动机机转子子电路内引入感路内引入感应电动势 ，以，以调节异步异步电动机的机的转速。引入速。引入电动势的方向，可的方向，可与与转子子电动势 方向相同或相反，其方向相同或相反，其频率率则与与转子子频率相率相同。同。1 与与 同相同相 未引入

35、未引入 时引入引入 后后10/27/202246University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新 未引入未引入 时时 超前超前 90 10/27/202247University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新 2 与与 反相反相 显然，然，对于右于右图所示所示 超前超前 某一角度的一般情况，可将某一角度的一般情况，可将 分解分解为二个分量，即与二个分量，即与 同相的分量同相的分量

36、 ，和超，和超前前 90的分量的分量 ，它，它们既能使既能使电动机机调速，又能提速，又能提高定子的功率因数高定子的功率因数 sE2sE2sE2 超前 一角度转子电路电压相量图 10/27/202248University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新（二）串（二）串级调速的机械特性速的机械特性根据相量根据相量图异步异步电动机的机的转矩矩为转子子电流的有功分量流的有功分量 10/27/202249University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新 1 时转矩矩为 2 时转矩矩为 10/27/202250University of Science and Technology Liaoning博学明德博学明德 经世致用经世致用勤奋向上勤奋向上 求实创新求实创新或或10/27/202251