電機原理及拖動（第4版）課件：三相異步電機的電力拖動

《電機原理及拖動》

第4版三相異步電動機的電力拖動第—節(jié)三相異步電動機的三種機械特性表達式第二節(jié)三相異步電動機的固有機械特性第三節(jié)三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速第四節(jié)三相異步電動機的起動第五節(jié)三相異步電動機的各種運行狀態(tài)第六節(jié)三相異步電動機拖動系統(tǒng)的過渡過程及能量損耗三相異步電動機的電力拖動第—節(jié)三相異步電動機的三種機械特性表達式第二節(jié)三相異步電動機的固有機械特性第三節(jié)三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速第四節(jié)三相異步電動機的起動第五節(jié)三相異步電動機的各種運行狀態(tài)第六節(jié)三相異步電動機拖動系統(tǒng)的過渡過程及能量損耗第—節(jié)三相異步電動機的三種機械特性表達式三相異步電動機的機械特性表達式有三種形式物理表達式參數(shù)表達式實用表達式6.1三相異步電動機的三種機械特性表達式一、機械特性的物理表達式氣隙磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子功率因數(shù)6.1三相異步電動機的三種機械特性表達式6.1三相異步電動機的三種機械特性表達式二、機械特性的參數(shù)表達式三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩可表示為上式即為用電動機的電壓、頻率及繞組參數(shù)表示的三相異步電動機機械特性公式，稱為機械特性的參數(shù)表達式。根據(jù)上式可得三相異步電機的機械特性曲線如右圖所示。6.1三相異步電動機的三種機械特性表達式6.1三相異步電動機的三種機械特性表達式三、機械特性的實用表達式求三相異步電動機實用表達式的方法電動機的額定電磁轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)差率臨界轉(zhuǎn)差率6.1三相異步電動機的三種機械特性表達式三、機械特性的實用表達式三相異步電動機的電力拖動第—節(jié)三相異步電動機的三種機械特性表達式第二節(jié)三相異步電動機的固有機械特性第三節(jié)三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速第四節(jié)三相異步電動機的起動第五節(jié)三相異步電動機的各種運行狀態(tài)第六節(jié)三相異步電動機拖動系統(tǒng)的過渡過程及能量損耗第二節(jié)三相異步電動機的固有機械特性三相異步電動機的固有機械特性是指當定子電壓和頻率均為額定值，定子繞組按規(guī)定方式接線，轉(zhuǎn)子繞組短路（對繞線型異步電動機而言）時的機械特性。對于三相異步電動機固有機械特性，應注意以下幾個特殊點：6.2三相異步電動機的固有機械特性6.2三相異步電動機的固有機械特性三相異步電動機的電力拖動第—節(jié)三相異步電動機的三種機械特性表達式第二節(jié)三相異步電動機的固有機械特性第三節(jié)三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速第四節(jié)三相異步電動機的起動第五節(jié)三相異步電動機的各種運行狀態(tài)第六節(jié)三相異步電動機拖動系統(tǒng)的過渡過程及能量損耗第三節(jié)三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速所謂人為機械特性就是改變機械特性的某一參數(shù)后所得到的機械特性。三相異步電動機的調(diào)速就是利用人為機械特性來改變電機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以滿足生產(chǎn)工藝的要求。三相異步電動機的調(diào)速方法有變極調(diào)速、變頻調(diào)速和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速，變轉(zhuǎn)差率調(diào)速又分為降低定子電壓調(diào)速、繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和串級調(diào)速、電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速等。6.3三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速一、改變定子磁極對數(shù)的人為機械特性及調(diào)速1.變極原理6.3三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速一、改變定子磁極對數(shù)的人為機械特性及調(diào)速2.改變磁極對數(shù)的人為機械特性及調(diào)速6.3三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速一、改變定子磁極對數(shù)的人為機械特性及調(diào)速2.改變磁極對數(shù)的人為機械特性及調(diào)速6.3三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速二、降低定子電壓的人為機械特性及調(diào)速(降壓調(diào)速)1.降低定子電壓的人為機械特性

三相異步電動機降低定子相電壓時的人為機械特性6.3三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速二、降低定子電壓的人為機械特性及調(diào)速(降壓調(diào)速)2.降低定子電壓調(diào)速6.3三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速三、定子回路外串三相對稱電阻或電抗的人為機械特性

定子電路內(nèi)串聯(lián)對稱電抗時的人為機械特性定子電路串聯(lián)對稱電抗一般用于籠型異步電動機的降壓起動，以限制電動機的起動電流。6.3三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速四、轉(zhuǎn)子回路串三相對稱電阻的人為機械特性及調(diào)速1.轉(zhuǎn)子回路串電阻的人為機械特性

轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串聯(lián)對稱電阻時的人為機械特性轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對稱電阻適用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的起動，也可用于調(diào)速。6.3三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速1.轉(zhuǎn)子回路串電阻的人為機械特性

四、轉(zhuǎn)子回路串三相對稱電阻的人為機械特性及調(diào)速圖6-16

轉(zhuǎn)子回路串電阻的人為機械特性6.3三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速2.轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速四、轉(zhuǎn)子回路串三相對稱電阻的人為機械特性及調(diào)速

6.3三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速五、改變定子頻率的人為機械特性及調(diào)速

6.3三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速五、改變定子頻率的人為機械特性及調(diào)速1.基頻以下的變頻調(diào)速（1）恒磁通控制方式

6.3三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速五、改變定子頻率的人為機械特性及調(diào)速1.基頻以下的變頻調(diào)速（2）近似恒磁通控制方式

6.3三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速五、改變定子頻率的人為機械特性及調(diào)速2.基頻以上的變頻調(diào)速

6.3三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速五、改變定子頻率的人為機械特性及調(diào)速3.變頻調(diào)速的特點

6.3三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速六、轉(zhuǎn)子回路中串入電動勢的人為機械特性及串級調(diào)速1.串級調(diào)速原理及其機械特性

6.3三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速六、轉(zhuǎn)子回路中串入電動勢的人為機械特性及串級調(diào)速1.串級調(diào)速原理及其機械特性

圖6-22

串級調(diào)速時異步電動機的機械特性6.3三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速六、轉(zhuǎn)子回路中串入電動勢的人為機械特性及串級調(diào)速2.晶閘管次同步串級調(diào)速原理晶閘管串級調(diào)速具有調(diào)速范圍寬，效率高（轉(zhuǎn)差功率可反饋電網(wǎng)），便于向大容量發(fā)展等優(yōu)點，是很有發(fā)展前途的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的調(diào)速方法。它的應用范圍很廣，適用于通風機負載，也可用于恒轉(zhuǎn)矩負載。其缺點是功率因數(shù)較差，現(xiàn)采用電容補償?shù)却胧?，功率因?shù)可有所提高?？傊чl管串級調(diào)速向大功率發(fā)展，是很有前途的。6.3三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速七、電磁調(diào)速異步電動機的機械特性及調(diào)速1.電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速原理電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速是指在籠型異步電動機與機械負載之間加入一個電磁轉(zhuǎn)差離合器，并由晶閘管控制裝置控制離合器勵磁繞組的電流，改變電流即可調(diào)節(jié)離合器的輸出轉(zhuǎn)速，從而改變機械負載的轉(zhuǎn)速。這種調(diào)速方法的原理結構如圖6-24所示。通常把電磁轉(zhuǎn)差離合器和籠型異步電動機裝在一起，構成一臺可以無級調(diào)速的電動機，稱為電磁調(diào)速異步電動機，或滑差電動機。圖6-24電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速原理示意圖三相異步電動機的電力拖動第—節(jié)三相異步電動機的三種機械特性表達式第二節(jié)三相異步電動機的固有機械特性第三節(jié)三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速第四節(jié)三相異步電動機的起動第五節(jié)三相異步電動機的各種運行狀態(tài)第六節(jié)三相異步電動機拖動系統(tǒng)的過渡過程及能量損耗第四節(jié)三相異步電動機的起動三相異步電動機的起動是指電動機從靜止狀態(tài)開始轉(zhuǎn)動，直到達到工作轉(zhuǎn)速的整個過程。三相異步電動機配備變頻器可以實現(xiàn)高性能的起動和按生產(chǎn)工藝可靠運行，本節(jié)僅討論除變頻器以外的起動方法。對籠型異步電動機起動的要求主要有：1)起動電流不能太大

2)足夠的起動轉(zhuǎn)矩和加速轉(zhuǎn)矩三相籠型異步電動機起動方法包括：1)直接起動

2)減壓起動

3)軟起動.等1.三相籠型異步電動機的直接起動一、三相籠型異步電動機的起動利用刀開關或接觸器將電動機直接接到具有額定電壓的電網(wǎng)上，這種起動方法稱為直接起動?；\型異步電動機直接起動的優(yōu)點是起動設備和操作都最簡單，缺點是起動電流大。6.4三相異步電動機的起動（1）定子串電阻或電抗減壓起動

圖6-27

定子串電阻或電抗減壓起動時的接線a）定子串電阻的減壓起動b）定子串電抗的減壓起動

2.三相籠型異步電動機的減壓起動起動時KM1、KM3閉合，定子繞組連接成星形，電動機減壓起動；當電動機轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時，KM3斷開，KM2閉合，定子繞組連接成三角形，起動過程結束。Y-D起動的優(yōu)點是起動電流小、起動設備簡單、價格便宜、操作方便，缺點是起動轉(zhuǎn)矩小。6.4三相異步電動機的起動（2）星形-三角形（Y-D）起動對于正常運行時定子繞組為三角形連接（即D連接）并有六個出線端子的籠型異步電動機，為了減小起動電流，起動時定子繞組星形連接，降低了定子繞組電壓，起動后再連接成三角形。這種起動方法稱為Y-D起動。圖6-29Y-D起動時的接線圖6-30Y-D起動的電路（a）Y連接起動（b）D連接運行2.三相籠型異步電動機的減壓起動6.4三相異步電動機的起動（3）自耦變壓器減壓起動籠型異步電動機用自耦變壓器減壓起動的接線如圖6-31所示，圖中TA為自耦變壓器。起動時接觸器KM2、KM3閉合，電動機定子繞組經(jīng)自耦變壓器接至電網(wǎng)，降低了定子電壓。當轉(zhuǎn)速升高接近穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時，KM2、KM3斷開，KM1閉合，自耦變壓器被切除，電動機定子繞組經(jīng)KM1接入電網(wǎng)，起動結束。起動電流較小、起動轉(zhuǎn)矩較大是自耦變壓器起動的優(yōu)點，它的缺點是起動設備體積大、笨重、價格貴、維修不方便。圖6-31

自耦變壓器減壓起動的接線2.三相籠型異步電動機的減壓起動6.4三相異步電動機的起動二、三相繞線型異步電動機的起動6.4三相異步電動機的起動對于大功率重載起動，或要求頻繁起動、制動和反轉(zhuǎn)的場合，可采用繞線型異步電動機通過轉(zhuǎn)子串電阻或串頻敏變阻器的辦法起動。一方面減小起動電流，另一方面可以增大起動轉(zhuǎn)矩進而縮短了起動時間，減小電動機的發(fā)熱。1.轉(zhuǎn)子串三相對稱電阻分級起動起動過程的分析各級起動電阻的計算6.4三相異步電動機的起動圖6-37

繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻起動a）接線圖b)機械特性起動過程的分析a->b->c->d->e->f->g->h->j6.4三相異步電動機的起動

各級起動電阻的計算6.4三相異步電動機的起動

2.轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動頻敏變阻器的結構一相等效電路三相異步電動機的電力拖動第—節(jié)三相異步電動機的三種機械特性表達式第二節(jié)三相異步電動機的固有機械特性第三節(jié)三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速第四節(jié)三相異步電動機的起動第五節(jié)三相異步電動機的各種運行狀態(tài)第六節(jié)三相異步電動機拖動系統(tǒng)的過渡過程及能量損耗第五節(jié)三相異步電動機的各種運行狀態(tài)

一、電動運行圖6-40三相異步電動機的電動狀態(tài)

6.5三相異步電動機的各種運行狀態(tài)二、反接制動

1.定子兩相反接的反接制動

6.5三相異步電動機的各種運行狀態(tài)二、反接制動1.定子兩相反接的反接制動6.5三相異步電動機的各種運行狀態(tài)二、反接制動2.轉(zhuǎn)子反向的反接制動圖6-43

轉(zhuǎn)子反向的反接制動

6.5三相異步電動機的各種運行狀態(tài)二、反接制動2.轉(zhuǎn)子反向的反接制動三、回饋制動6.5三相異步電動機的各種運行狀態(tài)

圖6-44

三相異步電動機的反向回饋制動1.反向回饋制動

三、回饋制動6.5三相異步電動機的各種運行狀態(tài)1.反向回饋制動三、回饋制動6.5三相異步電動機的各種運行狀態(tài)2.正向回饋制動

圖6-46三相籠型異步電動機的正向回饋制動圖6-45回饋制動時的相量圖四、能耗制動6.5三相異步電動機的各種運行狀態(tài)圖6-53

三相異步電動機的能耗制動圖6-47

能耗制動的接線五、四象限運行6.5三相異步電動機的各種運行狀態(tài)三相異步電動機在電動和各種制動狀態(tài)下運行時的機械特性，分布于直角坐標系的四個象限中，如右圖所示。I、III象限為電動狀態(tài)，A、B、C、D是穩(wěn)運工作點；II、IV象限為制動狀態(tài)。為了區(qū)別制動過渡過程的制動狀態(tài)和穩(wěn)定運行的制動狀態(tài)，前者稱為制動過程，后者稱為制動運行。例如，第II象限的能耗制動過程、反接制動過程等；第IV象限的反接制動運行(圖中F點)、能耗制動運行(圖中E點)、反向回饋制動運行(圖中G、H點)等。圖6-54三相異步電動機的各種運行狀態(tài)三相異步電動機的電力拖動第—節(jié)三相異步電動機的三種機械特性表達式第二節(jié)三相異步電動機的固有機械特性第三節(jié)三相異步電動機的人為機械特性及調(diào)速第四節(jié)三相異步電動機的起動第五節(jié)三相異步電動機的各種運行狀態(tài)第六節(jié)三相異步電動機拖動系統(tǒng)的過渡過程及能量損耗第六節(jié)三相異步電動機拖動系統(tǒng)的過渡過程及能量損耗

第六節(jié)三相異步電動機拖動系統(tǒng)的過渡過程及能量損耗一、三相異步電動機拖動系統(tǒng)的機械過渡過程

一、三相異步電動機拖動系統(tǒng)的機械過渡過程

6.6三相異步電動機拖動系統(tǒng)的過渡過程及能量損耗一、三相異步電