電機學(xué)精品課件--異步電機的電力拖動.ppt

1、2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,1,大連理工大學(xué)電氣工程系,第 4 章 異步電機的電力拖動,4.1 三相異步電動機的機械特性,4.2 電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,4.3 三相異步電動機的起動,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,4.5 三相異步電動機的制動,第 4 章 異步電機的電力拖動,4.1 三相異步電動機的機械特性,4.2 電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,4.3 三相異步電動機的起動,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,4.5 三相異步電動機的制動,電機與拖動,返回主頁,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,2,大連理工大學(xué)電氣工程系,4.1 三相異步電動機的機械特性,一、電磁轉(zhuǎn)矩公式 1

2、. 電磁轉(zhuǎn)矩的物理公式,Pe = m2 E2 I2 cos2 E2 = 4.44 f1 kw2N2m,T = CTm I2 cos2, 轉(zhuǎn)矩常數(shù):,第 4 章 異步電動機的電力拖動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,3,大連理工大學(xué)電氣工程系,2. 電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)公式,4.1 三相異步電動機的機械特性,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,4,大連理工大學(xué)電氣工程系,令,4.1 三相異步電動機的機械特性,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,5,大連理工大學(xué)電氣工程系,3. 電磁轉(zhuǎn)矩的實用公式,由,最大（臨界）轉(zhuǎn)矩,臨界轉(zhuǎn)差率,由此可見： T (TM) U12 ，

3、sM 與 U1 無關(guān)。 sMR2 ， TM 與 R2 無關(guān)。,最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù),4.1 三相異步電動機的機械特性,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,6,大連理工大學(xué)電氣工程系,若忽略 T0，則,整理上面各式，得,4.1 三相異步電動機的機械特性,解上述方程，可得,|s | |sM| 時取負號。,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,7,大連理工大學(xué)電氣工程系,當 T=TN 時，則,4.1 三相異步電動機的機械特性,(MT MT21 ),2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,8,大連理工大學(xué)電氣工程系,【例 4.1.1 】 Y132M4 型三相異步電動機帶某負載運行，轉(zhuǎn)速

4、 n = 1 455 r/min，試問該電動機的負載轉(zhuǎn)矩 TL 是多少？若負載轉(zhuǎn)矩 TL = 45 Nm，則電動機的轉(zhuǎn)速 n 是多少？,由電工手冊查到該電機的 PN = 7.5 kW， n0 = 1 500 r/min，nN = 1 440 r/min，MT = 2.2。 由此求得,4.1 三相異步電動機的機械特性,解：,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,9,大連理工大學(xué)電氣工程系,= 0.166,TM = MT TN,= 2.249.76 Nm = 109.47 Nm,4.1 三相異步電動機的機械特性,忽略 T0，則,TL = T2,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,

5、10,大連理工大學(xué)電氣工程系,當 TL = T2 = T = 45 Nm 時,4.1 三相異步電動機的機械特性,= 0.036,n = ( 1s ) n0 = ( 10.036 )1 500 r/min = 1 446 r/min,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,11,大連理工大學(xué)電氣工程系,二、固有特性,當 U1 、f1、R2、X2 = 常數(shù)時： T = f (s ) 轉(zhuǎn)矩特性 n = f (T ) 機械特性 當 U1L = U1N 、f1 = fN，且繞線型轉(zhuǎn)子中不外 串電阻或電抗時的特性稱為固有特性。,M S N,N M S,4.1 三相異步電動機的機械特性,2020/10

6、/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,12,大連理工大學(xué)電氣工程系,額定狀態(tài)是指各個物理 量都等于額定值的狀態(tài)。 N點： n = nN ， s = sN ， T = TN ，P2 = PN。 額定狀態(tài)說明了電動機 長期運行的能力 TLTN，P2 PN，I1 IN。,1. 額定狀態(tài)（N點）,sN = 0.01 0.09 很小， T 增加時，n 下降很少 硬特性。,工作段,4.1 三相異步電動機的機械特性,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,13,大連理工大學(xué)電氣工程系,臨界轉(zhuǎn)速,2. 臨界狀態(tài)（M 點）,對應(yīng) s = sM，T = TM 的狀態(tài)。,臨界狀態(tài)明了電動機的 短時過載能力。 過載倍

7、數(shù),Y 系列三相異步電動機 MT = 2 2.2,4.1 三相異步電動機的機械特性,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,14,大連理工大學(xué)電氣工程系,3. 堵轉(zhuǎn)狀態(tài)（ S 點）,對應(yīng) s = 1，n = 0 的狀態(tài)。 又稱為起動狀態(tài)。,堵轉(zhuǎn)狀態(tài)說明了電動機直接 起動的能力。 起動條件 (1)TS (1.1 1.2)TL。 (2)IS允許值。 起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù),TS,起動電流倍數(shù),Y 系列三相 異步電動機 ST = 1.6 2.2 SC = 5.5 7.0,4.1 三相異步電動機的機械特性,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,15,大連理工大學(xué)電氣工程系,【例 4.1.2 】 一

8、臺Y225M2 型三相異步電 動機，若 TL = 200 Nm，試問能否帶此負載： (1) 長期運行；(2) 短時運行； (3) 直接起動（設(shè) Is 在允許范圍內(nèi)）。,解：,查電工手冊得知該電機的 PN = 45 kW， nN = 2 970 r/min，MT = 2.2， ST= 2.0。 (1) 電動機的額定轉(zhuǎn)矩,由于 TNTL ，故不能帶此負載長期運行。,4.1 三相異步電動機的機械特性,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,16,大連理工大學(xué)電氣工程系,(2) 電動機的最大轉(zhuǎn)矩 TM = MT TN = 2.2145 Nm = 319 Nm 由于 TMTL ，故可以帶此負載短時

9、運行。 (3) 電動機的起動轉(zhuǎn)矩 TST = STTN = 2.0145 Nm = 290 Nm 由于 TSTTL ，且超過 1.1 倍 TL ，故可以帶此負 載直接起動。,4.1 三相異步電動機的機械特性,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,17,大連理工大學(xué)電氣工程系,U1U1,三、人為特性,1. 降低定子電壓時的人為特性,U1U1,SM 與U1無關(guān) T 正比于 U12,4.1 三相異步電動機的機械特性,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,18,大連理工大學(xué)電氣工程系,2. 增加轉(zhuǎn)子電阻時的人為特性,sM 正比于 R2 ， TM 與 R2 無關(guān)。,4.1 三相異步電動機

10、的機械特性,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,19,大連理工大學(xué)電氣工程系,R2=X2,R2X2,R2X2,R2 R2,當 R2X2 時，sM1，R2TST。 當 R2 = X2 時，sM = 1，TS= TM。 當 R2X2 時，sM1，R2TST 。,R2增加后， TST大小則與R2 和 X2的相對大小有關(guān)。,4.1 三相異步電動機的機械特性,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,20,大連理工大學(xué)電氣工程系,3. 改變定子頻率時的人為特性,(1) f1 fN,為保持 m = 常數(shù),因為 n0 f1 ,所以 n = n0nM = sM n0,（不變）,所以 TM 不變。

11、,4.1 三相異步電動機的機械特性,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,21,大連理工大學(xué)電氣工程系,f1fN,(2) f1fN ， U1 = UN（不變） 調(diào)頻時：f1 m 因為 n0 f1，,所以 n = n0nM = sM n0 (不變),f1fN,4.1 三相異步電動機的機械特性,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,22,大連理工大學(xué)電氣工程系,4. 改變磁極對數(shù)時的人為特性,(a) p = 2,S N N S,N S,(b) p = 1,4.1 三相異步電動機的機械特性,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,23,大連理工大學(xué)電氣工程系,Y(2p ),YY

12、(p ),(2p ),定子繞組常用的接法,4.1 三相異步電動機的機械特性,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,24,大連理工大學(xué)電氣工程系,1. Y YY變極,(1) 2pp ， n0 2n0。 (2) N1N1 /2，KT4KT 。 (3) sM 不變，U1不變。 (4) n = n0nM = sM n0 2sMn0。 (5) TM (TS) 2TM (TS) 。,Y,YY,4.1 三相異步電動機的機械特性,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,25,大連理工大學(xué)電氣工程系,2. YY變極,(1) 2p p ，n0 2n0。 (2) N1N1 / 2，KT4KT 。 (3

13、) sM 不變，,0.5n0,(4)n = n0nM = sM n0 2sMn0。 (5) TM (TT) 2/3TM (TT) 。,4.1 三相異步電動機的機械特性,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,26,大連理工大學(xué)電氣工程系,4.2 電力拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行,一、負載的機械特性 n = f (TL) 轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的參考方向：,1. 恒轉(zhuǎn)矩負載特性 (1) 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載,由摩擦力產(chǎn)生的。 當 n0， TL0。 當 n 0，TL0。 如機床平移機構(gòu)、 壓延設(shè)備等。,第 4 章 異步電動機的電力拖動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,27,大連理工大學(xué)電氣工程系,(2)

14、 位能性恒轉(zhuǎn)矩負載,由重力作用產(chǎn)生的。 當 n0， TL0。 當 n 0，TL0。 如起重機的提升機構(gòu) 和礦井卷揚機等。 2. 恒功率負載特性,TL n = 常數(shù)。 如機床的主軸系統(tǒng)等。,4.2 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,28,大連理工大學(xué)電氣工程系,3. 通風(fēng)機負載特性,TLn2 TL 的方向始終與 n 的方向相反。 如通風(fēng)機、水泵、油泵等。,實際的通風(fēng)機負載,T0,TL = T0k n2,實際的機床平移機構(gòu),4.2 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,29,大連理工大學(xué)電氣工程系,二、穩(wěn)定運行條件,工作點：,在電動機

15、的機械特性與負載 的機械特性的交點上。,穩(wěn)定運行:,即：TTL = 0,運動方程:,TTL 0,加速,TTL 0,減速,n = 常數(shù),過渡過程:,4.2 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,30,大連理工大學(xué)電氣工程系,a,干擾使 TL ,a 點:,n , T ,a, a點。, a 點。,n ,T ,干擾過后 TTL,T = TL,4.2 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,31,大連理工大學(xué)電氣工程系,a,a,干擾使 TL ,a 點:,n T a點。,干擾過后 TTL n T T = TL a 點。,干擾使 TL ,T , a

16、點。,T = TL,干擾過后 TTL, n , T ,T = TL a 點。,4.2 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,32,大連理工大學(xué)電氣工程系,b 點:,干擾使 TL ,n n = 0,堵轉(zhuǎn)。,T ,干擾過后 T TL ，不能運行。,b,4.2 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,33,大連理工大學(xué)電氣工程系,b 點:,干擾使 TL n T n n = 0 堵轉(zhuǎn)。,干擾過后 T TL ，不能運行。,干擾使 TL ,T , b 點。, n ,b,干擾過后 TTL,n T , a 點。,4.2 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行,2020/

17、10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,34,大連理工大學(xué)電氣工程系,穩(wěn)定運行的充分條件:,穩(wěn)定運行點,不穩(wěn)定 運行點,4.2 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,35,大連理工大學(xué)電氣工程系,電動機的自適應(yīng)負載能力,電動機的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負載的變化而自動 調(diào)整這種能力稱為自適應(yīng)負載能力。,自適應(yīng)負載能力是電動機 區(qū)別于其他動力機械的重要 特點。 如:柴油機當負載增加時， 必須由操作者加大油門， 才能帶動新的負載。,a 點TL,新的平衡,a點,a,TTL0,n,I2,T,I1P1,4.2 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,36,大連

18、理工大學(xué)電氣工程系,4.3 三相異步電動機的起動,一、電動機的起動指標 1. 起動轉(zhuǎn)矩足夠大 TST TL TST (1.1 1.2) TL 2. 起動電流不超過允許范圍。 異步電動機的實際起動情況 起動電流大：IST = SCIN = (5.57) IN 起動轉(zhuǎn)矩?。篢ST = StTN = (1.62.2) TN,第 4 章 異步電動機的電力拖動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,37,大連理工大學(xué)電氣工程系,不利影響 (1)大的 IST使電網(wǎng)電壓降低，影響自身及其他負載 工作。,(2) 頻繁起動時造成熱量積累，易使電動機過熱。 二、籠型異步電動機的直接起動 1. 小容量的電動

19、機（PN 7.5kW） 2. 電動機容量滿足如下要求：,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,38,大連理工大學(xué)電氣工程系,三、籠型異步電動機的減壓起動,1. 定子串聯(lián)電阻或電抗減壓起動,M 3,起動,運行,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,39,大連理工大學(xué)電氣工程系,適用于：正常運行為形聯(lián)結(jié)的電動機。,2. 星形三角形減壓起動（Y 起動）,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,40,大連理工大學(xué)電氣工程系,適用于：正常運行為形聯(lián)結(jié)的電動機。,2. 星形三角形減壓起動（Y 起

20、動）,Y 起動,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,41,大連理工大學(xué)電氣工程系,適用于：正常運行為形聯(lián)結(jié)的電動機。,2. 星形三角形減壓起動（Y 起動）, 起動,定子相電壓比,定子相電流比,起動電流比,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,42,大連理工大學(xué)電氣工程系,電源電流比,起動轉(zhuǎn)矩比,4.3 三相異步電動機的起動,IY I,ISTY IST,=,=,1 3,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,43,大連理工大學(xué)電氣工程系,(2) ISTYImax （線路中允許的最大電流）。 (3) TSTY(1.

21、1 1.2)TL 。,Y 起動的使用條件,4.3 三相異步電動機的起動,(1) 正常運行時應(yīng)采用 形連接的電動機。,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,44,【例 4.3.1 】三相異步電動機，電源電壓 =380V，三相定子繞組接法運行，額定電流IN=20A，啟動電流Ist/IN=7，求：（1）接法時的啟動電流Ist （2）若啟動時改為Y接法，求 Ist Y,（1）Ist =7 IN =720=140A,解：,（2）,Ist Y = Ist /3=140/3=47A,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,45,大連理工大學(xué)電氣工程系,3. 自耦變壓器減壓起動,4.3 三相異步

22、電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,46,大連理工大學(xué)電氣工程系,3. 自耦變壓器減壓起動,起動,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,47,大連理工大學(xué)電氣工程系,3. 自耦變壓器減壓起動,運行,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,48,大連理工大學(xué)電氣工程系,3. 自耦變壓器減壓起動,定子線電壓比,= KA,定子相電壓比,定子相電流比,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,49,大連理工大學(xué)電氣工程系,3. 自耦變壓器減壓起動,起動電流比,電源電流比,

23、= KA2,起動轉(zhuǎn)矩比,= KA2,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,50,大連理工大學(xué)電氣工程系,降壓比 KA 可調(diào) QJ2 型三相自耦變壓器： KA = 0.55、0.64、0.73 QJ3 型三相自耦變壓器： KA = 0.4、0.6、0.8,4.3 三相異步電動機的起動,(1) ISTaImax （線路中允許的最大電流） (2) TSTa(1.1 1.2)TL,自耦變壓器減壓起動的使用條件,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,51,4.延邊三角形換接降壓啟動,優(yōu)點：延邊三角形啟動可以獲得比“星形三角形”啟動更大的啟動轉(zhuǎn)矩，而且設(shè)備簡單

24、，只需一轉(zhuǎn)換開關(guān)。缺點：定子繞組的抽頭較多。,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,52,大連理工大學(xué)電氣工程系,【例 4.3.2 】 一臺 Y250M6 型三相籠型異步電動 機，UN = 380 V， 聯(lián)結(jié)，PN = 37 kW， nN = 985 r/min， IN = 72 A，ST= 1.8，SC = 6.5。如果要求電動機起動時， 起 動轉(zhuǎn)矩必須大于 250 Nm，從電源取用的電流必須小于 360 A。試問：(1) 能否直接起動？(2) 能否采用 Y 起動？ (3) 能否采用 KA = 0.8 的自耦變壓器起動？,解： (1) 能否直接起動,直接起動時起動轉(zhuǎn)矩和起動電流為 T

25、ST = ST TN = 1.8359 Nm = 646 Nm IST = SC IN = 6.572 A = 468 A,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,53,大連理工大學(xué)電氣工程系,雖然 TST250 Nm，但是 IST 360 A，所以 不能采用直接起動。,(2) 能否采用 Y 起動,雖然 ISTY360 A，但是 TSTY250 Nm，所以 不能采用 Y 起動。 (3) 能否采用 KA = 0.8 的自耦變壓器起動 TSTa = KA2TST = 0.82646 Nm = 413 Nm ISTa = KA2IST = 0.82468 A =

26、300 A,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,54,大連理工大學(xué)電氣工程系,由于 TSTa 250 Nm，而且 ISTa360 A，所以 能采用 KA = 0.8 的自耦變壓器起動。,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,55,1),解:,【例 4.3.3 】一臺Y225M-4型的三相異步電動機，定子繞組型聯(lián)結(jié)，其額定數(shù)據(jù)為：PN=45kW,nN=1480r/min，UN=380V,N=92.3%,cosN=0.88,KC = 7.0,Ks = 1.9, KM = 2.2 求：1) 額定電流IN? 2) 額定轉(zhuǎn)差率

27、sN? 3) 額定轉(zhuǎn)矩TN 、最大轉(zhuǎn)矩TM 和起動轉(zhuǎn)矩TS 。,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,56,2）由nN=1480r/min，可知 p=2 （四極電動機）,3）,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,57,【例 4.3.4 】在上例中如果負載轉(zhuǎn)矩為 510.2Nm , 試問: （1） 在U=UN 和U =0.9UN兩種情況下電動機能否起動？ （2）采用Y- 換接起動時，求起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。 （3）當負載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的80%和50%時，電動機能否 Y- 換接起動？,解：(1) 在U=UN時 TS = 5

28、51.8 Nm 510.2 Nm,在U= 0.9UN 時,能起動,不能起動,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,58,（3）在80%額定負載時:,在50%額定負載時:,（2） Ist =KCIN=784.2=589.4 A,不能起動,能起動,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,59,大連理工大學(xué)電氣工程系,5. 軟起動器起動,限壓起動模式的起動過程,限流起動模式的起動過程,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,60,大連理工大學(xué)電氣工程系,四、繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻起

29、動,1. 無級起動,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,61,大連理工大學(xué)電氣工程系,由幾何關(guān)系求得起動變阻器的最大值為,由銘牌數(shù)據(jù)求得轉(zhuǎn)子每相繞組電阻的公式為,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,62,大連理工大學(xué)電氣工程系,(1) 起動過程分析,串聯(lián) RST1 和 RST2 起動（特性 a） 總電阻 R22 = R2 + RST1+ RST2,n0,a (R22),T2,a1,a2,T1,切除 RST2,4.3 三相異步電動機的起動,2. 有級起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,63,大連理工大

30、學(xué)電氣工程系,b (R21),b1,b2, 合上 Q2 ，切除 RST2（特性 b） 總電阻 R21 = R2+ RST1,切除 RST1,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,64,大連理工大學(xué)電氣工程系, 合上 Q1 ，切除 RST1（特性 c） 總電阻: R20R2,c (R20),c1,c2,p,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,65,大連理工大學(xué)電氣工程系,(2) 起動電阻的計算, 選擇 T1 和 T2 起動轉(zhuǎn)矩： T1 = (0.8 0.9) TM 切換轉(zhuǎn)矩： T2 = (1.1 1.2) TL 求出起

31、切轉(zhuǎn)矩比 , 確定起動級數(shù) m 根據(jù)相似三角形的幾何關(guān)系來推導(dǎo)。,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,66,大連理工大學(xué)電氣工程系,同理可得：,因為 sa2 = sb1 ，sb2 = sc1 sM R2,所以,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,67,大連理工大學(xué)電氣工程系,因此有下面的關(guān)系,R21 =R2 R22 =R21 =2R2 對于 m 級起動，有 R2m = mR2 式中 R2m = R2RST1RST2 RSTm 于是得到下式：,因為,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣

32、工程系,68,大連理工大學(xué)電氣工程系,對于 m 級起動，則有,在固有特性 c 上，有關(guān)系,因此可得, 重新計算 ，校驗是否在規(guī)定范圍內(nèi)。,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,69,大連理工大學(xué)電氣工程系, 求出各級起動電阻,RSTi =(i i-1 ) R2,4.3 三相異步電動機的起動,i=1,2,3,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,70,大連理工大學(xué)電氣工程系,【例 4.3.5 】 JR414 型三相繞線型異步電動機拖動 某生產(chǎn)機械。已知電動機的 PN = 40 kW，nN = 1 435 r/min， MT = 2.6， U2N =

33、290 V， I2N = 86 A。已知起動時的負載轉(zhuǎn) 矩 TL = 200 Nm ，采用轉(zhuǎn)子電路串電阻起動。起動級數(shù)初步 定為三級。求各級應(yīng)串聯(lián)的起動電阻。,解： (1) 選擇起動轉(zhuǎn)矩 T1,TM = MT TN = 2.6266.32 Nm = 692.43 Nm T1 = ( 0.8 0.9 )TM = ( 553.94 623.19 ) Nm 取 T1 = 580 Nm,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,71,大連理工大學(xué)電氣工程系,(2) 求出起切轉(zhuǎn)矩比 (3) 求出切換轉(zhuǎn)矩 T2,由于 T2 1.1TL，所以所選 m 和 合適。 (4) 求

34、出轉(zhuǎn)子每相繞組電阻 R2,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,72,大連理工大學(xué)電氣工程系,4.3 三相異步電動機的起動,(5) 求出各級起動電阻 RST1 = (1)R2 = (2.21) 0.084 4 =0.1 RST2 = (2 )R2 = (2.222.2) 0.084 4 =0.22 RST3 = (3 2)R2 = (2.23 2.22) 0.084 4 =0.49 ,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,73,大連理工大學(xué)電氣工程系,頻敏變阻器 頻率高：損耗大，電阻大。 頻率低：損耗小，電阻小。 轉(zhuǎn)子電路起動時 f2 高，電阻大，

35、 TST 大， IST 小。 轉(zhuǎn)子電路正常運行時 f2 低，電阻小， 自動切除變阻器。,五、繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)頻敏變阻器起動,頻敏變阻器,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,74,大連理工大學(xué)電氣工程系,六、改善起動性能的三相籠型異步電動機,1. 深槽型異步電動機 槽深 h 與槽寬 b 之比為：h / b = 8 12,漏電抗小 漏電抗大,增大 電流密度,起動時，f2 高， 漏電抗大，電流的集 膚效應(yīng)使導(dǎo)條的等效 面積減小，即 R2 ， 使 TST 。 運行時， f2 很低， 漏電抗很小，集膚效 應(yīng)消失，R2 。,4.3 三相異步電動機的起動,

36、2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,75,大連理工大學(xué)電氣工程系,2.雙籠型異步電動機,電阻大 漏抗小 電阻小 漏抗大,上籠 （外籠） 下籠 （內(nèi)籠）,起動時， f2 高， 漏抗大，起主要作用， I2 主要集中在外籠， 外籠 R2 大 TST 大。 外籠 起動籠。 運行時， f2 很低 ， 漏抗很小，R2 起主要作用， I2 主要集中在內(nèi)籠。 內(nèi)籠 工作籠。,4.3 三相異步電動機的起動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,76,大連理工大學(xué)電氣工程系,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,1. 改變磁極對數(shù) p 2. 改變轉(zhuǎn)差率 s 3. 改變電源頻率 f1(變頻調(diào)速),調(diào)速方法

37、：, 有級調(diào)速。,第 4 章 異步電動機的電力拖動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,77,大連理工大學(xué)電氣工程系,一、電動機的調(diào)速指標,1. 調(diào)速范圍 2. 調(diào)速方向 3. 調(diào)速的平滑性 平滑系數(shù) 4. 調(diào)速的穩(wěn)定性 靜差率 D、 nN 的關(guān)系 (nN = nmax),4.4 三相異步電動機的調(diào)速,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,78,大連理工大學(xué)電氣工程系,例如：nN = 1 430 r/min，nN = 115 r/min ， 要求30%、則 D = 5.3。,要求20%、則 D = 3.1。 再如： nN = 1 430 r/min， D = 20，5%， 則

38、 nN = 3.76 r/min。 5. 調(diào)速的經(jīng)濟性 6. 調(diào)速時的允許負載 不同轉(zhuǎn)速下滿載運行時： 輸出轉(zhuǎn)矩相同 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。 輸出功率相同 恒功率調(diào)速。,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,79,大連理工大學(xué)電氣工程系,二、籠型異步電動機的變頻調(diào)速,U、f 可 變,整流電路,逆變電路,50 Hz,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,80,大連理工大學(xué)電氣工程系,1. 調(diào)速方向 f1fN 時：n 。 2. 調(diào)速范圍 D 較大。 3. 調(diào)速的平滑性 平滑性好（無級調(diào)速）。 4. 調(diào)速的穩(wěn)定性 穩(wěn)定性好。 5. 調(diào)

39、速的經(jīng)濟性 初期投資大；運行費用不大。 6. 調(diào)速時的允許負載,f1fN 時：n 。,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,81,大連理工大學(xué)電氣工程系,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,因為,m 基本不變， 基本不變。,所以,T = CTm I2N cos2,(1) f1fN 時, 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。,P2 = T2,T,(2) f1 fN 時 因為 U1L = UN,所以 T = CTm I2N cos2,T n,= 常數(shù), 恒功率調(diào)速。,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,82,大連理工大學(xué)電氣工程系,變頻器,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,2020/

40、10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,83,大連理工大學(xué)電氣工程系,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,優(yōu)點： (1) 一體化的通用變頻器和電動機的組合可以提供最大效率。 (2) 變速驅(qū)動，輸出功率范圍寬（如從 120 W7.5 kW）。 (3) 在需要的時候，通用變頻器可以方便地從電動機上移走。 (4) 高起動轉(zhuǎn)矩。,電機變頻器一體化產(chǎn)品,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,84,大連理工大學(xué)電氣工程系,【例 4.4.1 】 某三相籠型異步電動機，PN = 15 kW， UN = 380 V， 形聯(lián)結(jié)，nN = 2 930 r/min，fN = 50 Hz，MT = 2.2。拖動一恒轉(zhuǎn)矩負

41、載運行， T = 40 Nm 。求：(1) f1 = 50 Hz，U1 = UN 時的轉(zhuǎn)速；(2) f1 = 40 Hz，U1 = 0.8UN 時的 轉(zhuǎn)速； (3) f1 = 60 Hz，U1 = UN 時的轉(zhuǎn)速。,解： (1),TM = MT TN = 2.248.91 Nm =107.61 Nm,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,85,大連理工大學(xué)電氣工程系,n = ( 1s ) n0 = ( 10.018 7 )3 000 r/min = 2 944 r/min (2),故 TM = TM = 107.61 Nm,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,2

42、020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,86,大連理工大學(xué)電氣工程系,n = ( 1s) n0 = ( 10.023 3 ) 2 400 r/min = 2 344 r/min,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,87,大連理工大學(xué)電氣工程系,(3) f1增加，U1 不變時，,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,= ( 10.023 4 )3 600 r/min = 3 516 r/min,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,88,大連理工大學(xué)電氣工程系,三、籠型異步電動機的變極調(diào)速,1. 調(diào)速方向 Y()YY ：n YYY () ： n 2.

43、調(diào)速范圍 D = 2 4,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,3. 調(diào)速的平滑性 平滑性差。 4. 調(diào)速的穩(wěn)定性 穩(wěn)定性好。,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,89,大連理工大學(xué)電氣工程系,靜差率： 5. 調(diào)速的經(jīng)濟性 經(jīng)濟性好。 6. 調(diào)速時的允許負載 YYY 滿載輸出功率： 滿載輸出轉(zhuǎn)矩：,(基本不變）,因為,4.4 三相異步電動機的調(diào)速, 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,90,大連理工大學(xué)電氣工程系,如果 cos1 、不變，則,（恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）,(2) YY,因為,如果cos1 、 不變，則,1,（恒功率調(diào)速）,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,（近似）恒功率

44、調(diào)速。,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,91,大連理工大學(xué)電氣工程系,【例 4.4.2 】 某三相多速電動機，PN = 2.2/3.8 kW， nN = 1 440/2 880 r/min， MT = 2.0/2.0。拖動TL = 10 Nm 的 恒轉(zhuǎn)矩負載。求在兩種不同磁極對數(shù)時的轉(zhuǎn)速。,解： (1) p = 2 時,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,TM = MT TN = 214.6 Nm = 29.2 Nm,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,92,大連理工大學(xué)電氣工程系,n = ( 1s ) n0 = ( 10.026 3 ) 1 500 r/min = 1 46

45、0.55 r/min (2) p = 1 時,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,93,大連理工大學(xué)電氣工程系,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,TM = MT TN = 212.61 Nm = 25.22 Nm,n = ( 1s ) n0 = ( 10.030 8 ) 3 000 r/min = 2 907.6 r/min,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,94,大連理工大學(xué)電氣工程系,四、籠型異步電動機的變壓調(diào)速,TL,1. 調(diào)速方向 U1(UN) n 2. 調(diào)速范圍 D 較小。,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,3. 調(diào)速的平滑性 若能連續(xù)調(diào)節(jié)

46、U1， n 可實現(xiàn)無級調(diào)速。,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,95,大連理工大學(xué)電氣工程系,4. 調(diào)速的穩(wěn)定性 穩(wěn)定性差。 5. 調(diào)速的經(jīng)濟性 經(jīng)濟性較差。 (1)需要可調(diào)交流電源。 (2)cos1 和 均較低。 6. 調(diào)速時的允許負載 既非恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，又非恒功率調(diào)速。,因為,TU1P2,所以,U1 ,T (n) , P2,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,96,大連理工大學(xué)電氣工程系,【例 4.4.3 】 三相籠型異步電動機，PN = 15 kW， UN = 380 V，nN = 960 r/min，MT = 2。試求： (1) U1

47、= 380V，TL = 120 Nm 時的轉(zhuǎn)速； (2) U1 = 300V，TL = 100 Nm 時的轉(zhuǎn)速。,解： (1) U1 = 380V，TL = 120 Nm 時,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,TM = MT TN = 2149.28 Nm = 298.56 Nm,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,97,大連理工大學(xué)電氣工程系,n = ( 1s ) n0 = ( 10.031 ) 1 000 r/min = 969 r/min,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,98,大連理工大學(xué)電氣工程系,n = ( 1s ) n0 = ( 1

48、0.044 ) 1 000 r/min = 956 r/min,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,(2) U1 = 300V，TL = 100 Nm 時 sM 不變，Tm U12 ，故 sM = 0.149,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,99,大連理工大學(xué)電氣工程系,五、繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻調(diào)速,1. 調(diào)速方向 n 2. 調(diào)速范圍 D 較小。,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,100,大連理工大學(xué)電氣工程系,m不變，,3. 調(diào)速的平滑性 取決于 Rr 的調(diào)節(jié)方式。 4. 調(diào)速的穩(wěn)定性 穩(wěn)定性差。,Rr 。 5. 調(diào)速的經(jīng)濟性 初期投

49、資不大，但運行效率較低。 6. 調(diào)速時的允許負載 因為 調(diào)速前后 U1 、 f1 不變，,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,調(diào)速前, 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,101,大連理工大學(xué)電氣工程系,調(diào)速后 可見 調(diào)速前 調(diào)速后,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,102,大連理工大學(xué)電氣工程系,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,可見，調(diào)速前后 cos2 不變， 根據(jù) T = CTm I2 cos2 可知調(diào)速時允許的轉(zhuǎn)矩不變，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,103,大連理工大學(xué)電氣工程系,【例 4.4.4

50、】 一臺三相繞線型異步電動機，拖動一恒轉(zhuǎn)矩負載運行。已知 PN = 20 kW，nN = 1 420 r/min， U2N = 187 V， I2N = 68.5 A，MT = 2.3，TL = 100 Nm 。試求： (1) 轉(zhuǎn)子電路未串電阻時的轉(zhuǎn)速； (2) 轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻 Rr = 0.015 9 時的轉(zhuǎn)速。,解： (1) 轉(zhuǎn)子電路未串聯(lián)電阻時,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,TM = MT TN = 2.3134.57 Nm = 309.5 Nm,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,104,大連理工大學(xué)電氣工程系,n = ( 1s ) n0 = ( 10.038 7 ) 1

51、500 r/min = 1 442 r/min (2) 轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻 Rr 時，TM 不變，sM(R2Rr),4.4 三相異步電動機的調(diào)速,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,105,大連理工大學(xué)電氣工程系,由于 TL 不變，因此 s (R2Rr) n = ( 1s) n0 = ( 10.046 ) 1 500 r/min = 1 431 r/min,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,106,大連理工大學(xué)電氣工程系,六、繞線型異步電動機的串級調(diào)速,1. 串級調(diào)速的原理 在轉(zhuǎn)子電路中串聯(lián)一個與 e2s 頻率相等、相位 相同或相反的附加電動勢 e

52、ad ，以代替 Rr 上的電壓 降，從而使這部分能量不致?lián)p耗掉。 轉(zhuǎn)子相電流：,e2s 與 ead 同相位時：,在引入 ead 的瞬間：,I2s,T ,n ,sE2,I2s ,T , T =TL ,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,107,大連理工大學(xué)電氣工程系,在引入 ead 的瞬間： I2s,e2s與ead 相位相反時：,T ,n ,sE2 ,I2s ,T ,T =TL ,2. 串級調(diào)速的機械特性,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,108,大連理工大學(xué)電氣工程系,3. 串級調(diào)速的調(diào)速性能,(1)調(diào)速方向 (

53、2)調(diào)速范圍 D 較大。 (3)調(diào)速的平滑性 平滑性好。 (4)調(diào)速的穩(wěn)定性 穩(wěn)定性好。 (5)調(diào)速的經(jīng)濟性 初期投資大； 運行效率較高， 運行費用不大。,4.4 三相異步電動機的調(diào)速,(6)調(diào)速時的允許負載 因為 調(diào)速前后 U1、f1 不變， m不變，且 cos2 也不變。 所以 T = CTm I2N cos2 不變。, 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,109,大連理工大學(xué)電氣工程系,4.5 三相異步電動機的制動,一、能耗制動 1. 制動原理 制動前 Q1 合上，Q2 斷開， M 為電動狀態(tài)。 制動時 Q1 斷開，Q2 合上。 定子: U I1 轉(zhuǎn)子: n E2

54、 I2 M 為制動狀態(tài)。,n,T,第 4 章 異步電動機的電力拖動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,110,大連理工大學(xué)電氣工程系,2. 能耗制動時的機械特性,特點： (1) 因T 與 n 方向相反， nT 曲線在第二、 四象限。 (2) 因 n = 0 時， T = 0， nT 曲線過原點。 (3) 制動電流增大時， 制動轉(zhuǎn)矩也增大； 產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)速不變。,I1,I1,4.5 三相異步電動機的制動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,111,大連理工大學(xué)電氣工程系,3. 能耗制動過程 迅速停車,(1) 制動原理 制動前：特性 1。 制動時：特性 2。,原點 O (

55、n = 0，T = 0)，,a,b,(T0，制動開始),制動過程結(jié)束。,(2) 制動效果 Rb,I1 T ,制動快。,(3) 制動時的功率 定子輸入：P1 = 0，,軸上輸出：P2 = T0 。,動能 P2, 轉(zhuǎn)子電路的電能, PCu2消耗掉。,4.5 三相異步電動機的制動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,112,大連理工大學(xué)電氣工程系,4. 能耗制動運行 下放重物,a,(T0，制動開始),b,c,c 點(T = TL),制動運行狀態(tài),以速度 nc 穩(wěn)定下放重物。 制動效果： 由制動回路的電阻決定。,4.5 三相異步電動機的制動,2020/10/13,大連理工大學(xué)電氣工程系,113,大連理工大學(xué)電氣工程系,二、反接制動,1. 定子反向的反接制動, 迅速停車,制動前的電路,制動時的電路,(1) 制動原理,4.5 三相異步電