1、第5章 三相異步電動機的電力拖動5.1 三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的機械特性5.2 三相異步電動機的起動三相異步電動機的起動5.3 三相異步電動機的制動三相異步電動機的制動5.4三相異步電動機的調速三相異步電動機的調速本章首先討論三相異步電動機的機械特性，然后以機械特性為實際根底，分析研討三相異步電動機的起動、制動和調速等問題。第5章 三相異步電動機的電力拖動5.1三相異步電動機的機械特性一、物理表達式5.1.1 三相異步電動機機械特性的三種表達式二、參數表達式 三相異步電動機的機械特性是指電動機的轉速與電磁轉矩之間的關系，由于電機的轉速與轉差率之間存在一定的關系，所以異步電動機的

2、機械特性通常用 表示。)s( fTem 022emTTCI cos 闡明：三相異步電動機的電磁轉矩是由主磁通闡明：三相異步電動機的電磁轉矩是由主磁通 與轉子電流的與轉子電流的有功分量有功分量 相互作用產生的。相互作用產生的。022cosI221122211122emRm pUsTRf( R)( XX )s 闡明：電磁轉矩與電源參數1、f1、構造參數R、X、m、p和運轉參數s有關。第5章 三相異步電動機的電力拖動 三相異步電動機的機械特性 曲線)(emTfn第5章 三相異步電動機的電力拖動在特性曲線上有兩個最大轉矩，最大轉矩對應的轉差率稱為臨界在特性曲線上有兩個最大轉矩，最大轉矩對應的轉差率稱為

3、臨界轉差率，可令轉差率，可令 求得求得: : 0 dsdTemmTNTT 222212112mRRsXXR( XX ) 221111221121111244mm pUm pUTf ( XX )fRR( XX ) 最大轉矩與額定轉矩之比稱為過載才干最大轉矩與額定轉矩之比稱為過載才干: :2 2、 越大，越大， 越大；越大； 與與 無關。無關。2R2RmsemT1 1、 與與 成正比；成正比； 與與 無關。無關。mT21UmT1U3 3、 和和 都近似與漏抗成反比都近似與漏抗成反比mTms第5章 三相異步電動機的電力拖動在特性曲線上還有一個起動轉矩，即在特性曲線上還有一個起動轉矩，即 時的轉矩時的

4、轉矩: : ) 1( 0sn211222112122stm pU RTf( RR )( XX ) 結論：當其它參數一定時結論：當其它參數一定時1 1、起動轉矩與電源電壓平方成正比；、起動轉矩與電源電壓平方成正比；2 2、頻率越高，起動轉矩越小；漏抗越大，起動轉矩越小；、頻率越高，起動轉矩越小；漏抗越大，起動轉矩越小；3 3、繞線式電動機，轉子回路電阻越大，起動轉矩先增后減。、繞線式電動機，轉子回路電阻越大，起動轉矩先增后減。ststNTKT 4 4、起動轉矩倍數、起動轉矩倍數第5章 三相異步電動機的電力拖動三、適用表達式2memmmTTssss 工程上常根據電機的額定功率、額定轉速、過載才干來

5、工程上常根據電機的額定功率、額定轉速、過載才干來求出適用表達式。方法是：求出適用表達式。方法是：9550NNNPTn mTNTT 11NNnnsn 21mNTTss() 將將TmTm和和smsm代入即可得到機械特性方程式。代入即可得到機械特性方程式。利用電磁轉矩除以最大電磁轉矩可得電磁轉矩的適用表達式：利用電磁轉矩除以最大電磁轉矩可得電磁轉矩的適用表達式：第5章 三相異步電動機的電力拖動5.1.2 5.1.2 三相異步電動機的固有機械特性和人為機械特性三相異步電動機的固有機械特性和人為機械特性一、固有機械特性固有機械特性是指電動機在額定電壓和額定頻率下，按規定的接固有機械特性是指電動機在額定電

6、壓和額定頻率下，按規定的接線，定、轉子電路不外接阻抗時的機械特性。線，定、轉子電路不外接阻抗時的機械特性。sn0nNsNnmsm10TNTstTmT em幾個特殊點：幾個特殊點：A AB BC CD1.起動點A:01emstn,s,TT 2.最大轉矩點B:mmemmnn ,ss ,TT 3.額定運轉點CNmemNnn ,ss ,TT 4.同步運轉點D100emnn ,s,T 第5章 三相異步電動機的電力拖動二、人為機械特性人為機械特性是指人為改動電源參數或電動機參數而得到的機人為機械特性是指人為改動電源參數或電動機參數而得到的機械特性。械特性。1. 1. 降壓時的人為機械特性降壓時的人為機械特

7、性snsm10TLUN0TstTmTemn10.8UN0.64Tst0.64Tm 下降后, 和 均下降, 但 不變, 和 減少。1UmTstTmsstkT 假設電機在定額負載下運轉, 下降后, 下降, 增大, 轉子電流因 增大而增大,導致電機過載。長期欠壓過載運轉將使電機過熱，減少運用壽命。1Uns22sEsE 第5章 三相異步電動機的電力拖動2. 2. 轉子回路串對稱電阻時的人為機械特性轉子回路串對稱電阻時的人為機械特性串電阻后串電阻后, , 、 不變，不變， 增大。增大。nmTms在一定范圍內添加電阻，可以在一定范圍內添加電阻，可以添加添加 。當。當 時時 ，假，假設再添加電阻，設再添加電

8、阻， 減小。減小。stT1ms stmTT stT 串電阻后，機械特性線性段斜率變大，特性變軟。串電阻后，機械特性線性段斜率變大，特性變軟。 除了上述特性外，還有改動電源頻率、極對數等人為機械特性。1 0TstTmTems n0n1smR2TstsmR2+Rs第5章 三相異步電動機的電力拖動5.2三相異步電動機的起動 起動指電動機接通電源后由靜止形狀加速到穩定運轉形狀的過程.對電動機的起動性能要求二：起動電流小,起動轉矩不大。1. 1.起動電流大的緣由起動電流大的緣由 起動時, ,轉子感應電動勢大,使轉子電流大,根據磁動勢平衡關系,定子電流必然增大.1, 0sn2. 2.起動轉矩不大的緣由起動

9、轉矩不大的緣由從下述公式分析從下述公式分析022stemTTTCI cos 起動時, ,遠大于運轉時的 ,轉子漏抗 很大, 很低,雖然 很大,但 并不大.1ss22sXXs2cos2I22cosI 由于起動電流大,定子漏阻抗壓降大,使定子感應電動勢減小,對應的氣隙磁通減小.由上述兩個緣由使得起動轉矩不大由上述兩個緣由使得起動轉矩不大. .第5章 三相異步電動機的電力拖動5.2.1 5.2.1 三相籠型異步電動機的起動三相籠型異步電動機的起動一、直接起動可以直接起動的條件：起動電流倍數可以直接起動的條件：起動電流倍數 )kW()kVAkI電電動動機機容容量量電電源源容容量量（341二、降壓起動1

10、3stYstTT 適用于正常運轉時定子繞組為三角形接線適用于正常運轉時定子繞組為三角形接線的電動機。起動時的電動機。起動時 Y Y接；運轉時接。接；運轉時接。起動電流關系:Y- Y- 降壓起動多用于空載或輕載起動降壓起動多用于空載或輕載起動1.Y-1.Y- 降壓起降壓起動動13stYstII 起動轉矩關系:第5章 三相異步電動機的電力拖動2.2.自耦變壓器降壓起動自耦變壓器降壓起動NstSUIZ 直接起動時的起動電流：直接起動時的起動電流：11NstSsUUIZkZ 降壓后二次側起動電流：降壓后二次側起動電流：1211NststsUIIkk Z 變壓器一次側電流：變壓器一次側電流：21stst

11、IIk 電網提供的起動電流減小倍數：電網提供的起動電流減小倍數：21ststTTk 起動轉矩減小的倍數：起動轉矩減小的倍數：自耦變壓器普通有三個分接頭可供選用。自耦變壓器普通有三個分接頭可供選用。第5章 三相異步電動機的電力拖動5.2.2 三相繞線型異步電動機的起動一、轉子回路串電阻起動 在轉子回路中串聯適當的電阻,既能限制起動電流，又能增大起動轉矩。 為了有較大的起動轉矩、使起動過程平滑，應在轉子回路中串入多級對稱電阻，并隨著轉速的升高，逐漸切除起動電阻。第5章 三相異步電動機的電力拖動 電動機由a點開場起動，經bcdef gh，完成起動過程。起動過程起動過程第5章 三相異步電動機的電力拖動

12、二、轉子串頻敏變阻器起動頻敏變阻器是一鐵損很大的三相電抗器。頻敏變阻器是一鐵損很大的三相電抗器。 起動時，S2斷開，轉子串入頻敏變阻器,S1閉合，電機通電開場起動。起動時起動時, , ,頻敏變阻器鐵損大頻敏變阻器鐵損大, ,反反映鐵損耗的等效電阻映鐵損耗的等效電阻 大大, ,相當于轉相當于轉子回路串入一個較大電阻。隨著子回路串入一個較大電阻。隨著 上升上升, , 減小減小, ,鐵損減少鐵損減少, ,等效電阻等效電阻 減小減小, ,相當于逐漸切除相當于逐漸切除 , ,起動終起動終了了,S2,S2閉合，切除頻敏變阻器，轉子閉合，切除頻敏變阻器，轉子電路直接短路。電路直接短路。 21ff n2fmR

13、mR第5章 三相異步電動機的電力拖動5.3三相異步電動機的制動5.3.1 能耗制動實現：制動時，實現：制動時，S1S1斷開斷開, ,電機脫離電網，電機脫離電網，同時同時S2S2閉合閉合, ,在定子繞組中通入直流勵磁在定子繞組中通入直流勵磁電流。電流。 直流勵磁電流產生一個恒定的磁場，因慣性繼續旋轉的轉子切割恒定磁場，導體中感應電動勢和電流。感應電流與磁場作用產生的電磁轉矩為制動性質，轉速迅速下降，當轉速為零時，感應電動勢和電流為零，制動過程終了。 制動過程中，轉子的動能轉變為電能耗費在轉子回路電阻上能耗制動。第5章 三相異步電動機的電力拖動nT emA0n1C1B23 對籠型異步電動機,可以增

14、大直流勵磁電流來增大初始制動轉矩 。 對繞線型異步電動機,可以增大轉子回路電阻來增大初始制動轉矩 。. 101s，n所以能耗制動時由于制動電阻大小：制動電阻大小：2220 20 43NBNER( . . )RI 第5章 三相異步電動機的電力拖動一、電源兩相反接的反接制動5.3.2 5.3.2 反接制動反接制動實現：將電動機電源兩相反接可實現反接制動。實現：將電動機電源兩相反接可實現反接制動。.,11sn想空載轉速變為理改變由于定子旋轉磁場方向機械特性由曲線機械特性由曲線1 1變為曲線變為曲線2 2，任務點由，任務點由AB CAB C，n=0,n=0,制動過程終了。制動過程終了。繞線式電動機在定

15、子兩反繞線式電動機在定子兩反接同時接同時, ,可在轉子回路串聯可在轉子回路串聯制動電阻來限制制動電流制動電阻來限制制動電流和增大制動轉矩和增大制動轉矩 , ,曲線曲線3 3。第5章 三相異步電動機的電力拖動二、倒拉反轉的反接制動條件條件: 適用于繞線式異步電動機帶位能性負載情況。適用于繞線式異步電動機帶位能性負載情況。實現：在轉子回路串聯適當大電阻實現：在轉子回路串聯適當大電阻RBRB。電機任務點由電機任務點由AB AB CC，n=0n=0，制動過程，制動過程開場，電機反轉子，開場，電機反轉子，直到直到D D點。在第四象點。在第四象限才是制動形狀。限才是制動形狀。由于電機反向旋轉，由于電機反向

16、旋轉，n0n1s1。第5章 三相異步電動機的電力拖動反接制動時，反接制動時，s1s1，所以有，所以有機械功率為機械功率為212210MECsPm IRs 電磁功率為電磁功率為22120emRPm Is 機械功率為負，闡明電機從軸上輸入機械功率；電磁功率為機械功率為負，闡明電機從軸上輸入機械功率；電磁功率為正闡明電機從電源輸入電功率，并軸定子向轉子傳送功率。正闡明電機從電源輸入電功率，并軸定子向轉子傳送功率。而而2222122121221MECemRsPPm IRm Im I Rss 闡明，軸上輸入的機械功率轉變成電功率后，連同定子傳送給闡明，軸上輸入的機械功率轉變成電功率后，連同定子傳送給轉子

17、的電磁功率一同耗費在轉子回路電阻上，所反接制動的能轉子的電磁功率一同耗費在轉子回路電阻上，所反接制動的能量損耗較大。量損耗較大。第5章 三相異步電動機的電力拖動5.3.3 回饋制動實現：電動機轉子在外力作用下，使實現：電動機轉子在外力作用下，使nn1.nn1. 回饋制動形狀實踐上就是將軸上的機械能轉變成電能并回饋到電網的異步發電機形狀。一、下放重物時的回饋制動 首先將定子兩相反接,定子旋轉磁場的同步速為-n1，特性曲線變為2。任務點由A到B。經過反接制動過程由B到C、反向加速過程C到-n1變化，最后在位能負載作用下反向加速并超越同步速，直到C點堅持穩定運轉。電機機械特性曲線電機機械特性曲線1

18、1，運轉于，運轉于A A點。點。第5章 三相異步電動機的電力拖動二、變極或變頻調速過程中的回饋制動電機機械特性曲線電機機械特性曲線1 1，運轉于，運轉于A A點。點。電機任務點由電機任務點由A A變到變到B B，電磁轉矩，電磁轉矩為負，為負， ，電機處于回饋制，電機處于回饋制動形狀。動形狀。1Bnn 當電機采用變極添加極數或變當電機采用變極添加極數或變頻降低頻率進展調速時，機械頻降低頻率進展調速時，機械特性變為特性變為2 2。同步速變為。同步速變為 。1n第5章 三相異步電動機的電力拖動5.4三相異步電動機的調速由異步電動機的轉速公式由異步電動機的轉速公式116011fnn (s)(s)p 可

19、知，異步電動機有以下三種根本調速方法：可知，異步電動機有以下三種根本調速方法：1 1改動定子極對數改動定子極對數 調速。調速。p2 2改動電源頻率改動電源頻率 調速。調速。1f3 3改動轉差率改動轉差率 調速。調速。s第5章 三相異步電動機的電力拖動5.4.1 變極調速一、變極原理變極調速只用于籠型電動機。變極調速只用于籠型電動機。 以以4 4極變極變2 2極為例：極為例：U U相兩個線圈，順向串聯，相兩個線圈，順向串聯，定子繞組產生定子繞組產生4 4極磁場：極磁場：反向串聯和反向并聯，定子繞組反向串聯和反向并聯，定子繞組產生產生2 2極磁場：極磁場：第5章 三相異步電動機的電力拖動二、三種常

20、用變極接線方式Y反并反并YY，2p-pY反串反串Y，2p-pYY，2p-p留意：留意：當改動當改動定子繞定子繞組接線組接線時，必時，必需同時需同時改動定改動定子繞組子繞組的相序的相序第5章 三相異步電動機的電力拖動三、變極調速時允許輸出 允許輸出時是指堅持電流為額定值條件下，調速前、后電動機軸上輸出的功率和轉矩。1. Y-YY1. Y-YY結合方式結合方式Y-YYY-YY后后, ,極數減少一半極數減少一半, ,轉速增大一倍轉速增大一倍, ,即即 ，堅持每一繞，堅持每一繞組電流為組電流為 , ,那么輸出功率和轉矩為那么輸出功率和轉矩為2YYYnn NI2YYYYYYPPTT 可見，Y-YY結合方

21、式時，電動機的轉速增大一倍，允許輸出功率增大一倍，而允許輸出轉矩堅持不變，所以這種變極調速屬于恒轉矩調速，它適用于恒轉矩負載。第5章 三相異步電動機的電力拖動2. 2. -YY-YY結合方式結合方式-YY-YY后后, ,極數減少一半極數減少一半, ,轉速增大一倍轉速增大一倍, ,即即 ，堅持每一，堅持每一繞組電流為繞組電流為 , ,那么輸出功率和轉矩為那么輸出功率和轉矩為2YYnn NI1 150 58YYYYP.PT.T 可見，-YY結合方式時，電動機的轉速增大一倍，允許輸出功率近似不變，而允許輸出轉矩近似減少一半，所以這種變極調速屬于恒功率調速，它適用于恒功率負載。 同理可以分析，正串同理

22、可以分析，正串Y-Y-反串反串Y Y結合方式的變極調速屬恒功結合方式的變極調速屬恒功率調速。率調速。第5章 三相異步電動機的電力拖動四、變極調速時的機械特性1. Y-YY結合方式結合方式22mYYmYmYYmYstYYstYssTTTT 2. -YY結合方式結合方式2323mYYmmYYmstYYstssTTTT 變極調速時,轉速幾乎是成倍變化的,調速的平滑性較差,但具有較硬的機械特性,穩定性好, 可用于恒功率和恒轉矩負載.第5章 三相異步電動機的電力拖動5.4.2 變頻調速一、電壓隨頻率調理的規律 當轉差率s變化不大時，電動機的轉速n根本與電源頻率f1正比，延續調理電源頻率，可以平滑地改動電

23、動機的轉速。但是，11011111122111211214 444 444wwmTNNNEU.f N k.f N kTm pUUcTf ( XX )Tf T 頻率改動將影響磁路的飽和程度、勵磁電流、功率因數、鐵損及過載才干的大小。為了堅持變頻率前、后過載才干不變，要求下式成立：221111221111NNNNUUUfTf TfTUfT 及第5章 三相異步電動機的電力拖動1 1、恒轉矩變頻率調速、恒轉矩變頻率調速此條件下變頻調速，電機的主磁通和過載才干不變。此條件下變頻調速，電機的主磁通和過載才干不變。常數1111ffUU對恒轉矩負載對恒轉矩負載2 2、恒功率變頻率調速、恒功率變頻率調速此條件下變頻調速，電機的過載才干不變，但主磁通發生變化。此條件下變頻調速，電機的過載才干不變，但主磁通發生變化。對恒功率負載對恒功率負載1195509550ffnnTTnTnTPNNNNNNNNN常數常數1111fUfU得第5章 三相異步電動機的電力拖動二、頻率調速時電動機的機械特性變頻調速時電動機的機械特性可用以下各式表示變頻調速時電動機的機械特性可用以下各式表示21121218mm pUT()( LL )f 最大轉矩最大轉矩212122121118st