1、第第26講講 三相異步電動機的各種三相異步電動機的各種運行狀態運行狀態 一、能耗制動一、能耗制動 二、反接制動二、反接制動 三、倒拉反轉運行三、倒拉反轉運行 四、回饋制動四、回饋制動n1ABC120TTL-n1n31n 正向點動運行正向點動運行反向點動運行反向點動運行 若電磁轉矩與轉速方向一致，若電磁轉矩與轉速方向一致，則電動機運行在電動狀態；則電動機運行在電動狀態； 若兩者方向相反，電動機運若兩者方向相反，電動機運行在制動狀態。行在制動狀態。 根據電磁轉矩和轉速的不同，根據電磁轉矩和轉速的不同，又分為又分為回饋制動、反接制動、倒回饋制動、反接制動、倒拉反轉運行及能耗制動。拉反轉運行及能耗制動

2、。1、能耗制動過程：、能耗制動過程：（1）三相異步電動機處于電動狀態，如果突然切斷電源）三相異步電動機處于電動狀態，如果突然切斷電源; （2）同時把直流電通入定子繞組，產生空間固定的磁通勢；）同時把直流電通入定子繞組，產生空間固定的磁通勢；（3）轉子因慣性繼續旋轉，轉）轉子因慣性繼續旋轉，轉子導體中產生感應電動勢和感應子導體中產生感應電動勢和感應電流；電流；（4）轉子感應電流與恒定磁場）轉子感應電流與恒定磁場作用產生電磁轉矩，該轉矩為制作用產生電磁轉矩，該轉矩為制動轉矩；動轉矩； 電磁轉矩的方向和轉速方電磁轉矩的方向和轉速方向相反向相反，電動機處于制動運行，電動機處于制動運行狀態，因此轉速迅速

3、下降，當狀態，因此轉速迅速下降，當轉速下降到零時，轉子感應電轉速下降到零時，轉子感應電動勢和感應電流均為零，制動動勢和感應電流均為零，制動過程結束。過程結束。 在上述制動過程中，轉子在上述制動過程中，轉子的動能轉化為電能消耗在轉子的動能轉化為電能消耗在轉子回路的電阻中，故稱為回路的電阻中，故稱為能耗制能耗制動過程動過程。 2、定子等效電流、定子等效電流 異步電動機定子通入直流電流產生的磁通勢異步電動機定子通入直流電流產生的磁通勢 ，其，其幅值的大小與定子繞組的接法及直流電流幅值的大小與定子繞組的接法及直流電流 有關。有關。=I=F=F 異步電動機能耗制動機械特性表達式的推導比較復異步電動機能耗

4、制動機械特性表達式的推導比較復雜。為了分析方便，用三相交流電流產生的磁通勢雜。為了分析方便，用三相交流電流產生的磁通勢 代代替直流磁通勢替直流磁通勢 ，等效條件如下：，等效條件如下：（1）保持磁通勢幅值不變；）保持磁通勢幅值不變；（2）保持磁通勢與轉子之間相對轉速不變，）保持磁通勢與轉子之間相對轉速不變，0-n=-n。 如圖當直流電流從定子繞組的如圖當直流電流從定子繞組的A進進B出，電動機定子繞組出，電動機定子繞組Y接，則接，則A相和相和B相繞組產生的磁通勢相等，相差相繞組產生的磁通勢相等，相差60，則合，則合成磁通勢為：成磁通勢為：114 124 132dp1ABdp1N kFFIpN kF

5、Ip 把直流磁通勢把直流磁通勢 等效為由三相交流電流產生，每相交等效為由三相交流電流產生，每相交流電流的有效值為流電流的有效值為I1，則交流磁通勢的幅值為：，則交流磁通勢的幅值為：=F等效原則為：等效原則為：11113 424 1232223dp1dp1N kN kIIIIpp 于是得到：于是得到：14 132dp1N kFIp 3、轉差率及等效電路、轉差率及等效電路 磁通勢磁通勢 與轉子相對轉速為（與轉子相對轉速為（-n），而磁通勢），而磁通勢 的的轉速即同步轉速轉速即同步轉速 n1=60f1/p，能耗制動的轉差率用，能耗制動的轉差率用 表示，表示，則：則： 1nn 2212EEff 轉子繞

6、組感應電動勢的大小及頻率為：轉子繞組感應電動勢的大小及頻率為：例如：轉子轉速例如：轉子轉速n=0， ； n=n1時，時， n=-n1時，時， 其中，其中，E2是磁通勢與轉子相對轉速為是磁通勢與轉子相對轉速為-n1，即，即n=-n1時轉時轉子繞組的電動勢。子繞組的電動勢。200,E 21221,ff EE 21221,ff EE 把轉子繞組相數、匝數、繞把轉子繞組相數、匝數、繞組系數及轉子電路的頻率都折合組系數及轉子電路的頻率都折合到定子邊后，三相異步電動機能到定子邊后，三相異步電動機能耗制動的等效電路圖如圖所示。耗制動的等效電路圖如圖所示。4、能耗制動的機械特性、能耗制動的機械特性 能耗制動時

7、，忽略電動機鐵損耗。根據等效電路畫出定子電能耗制動時，忽略電動機鐵損耗。根據等效電路畫出定子電流、勵磁電流以及轉子電流之間的相量圖為：流、勵磁電流以及轉子電流之間的相量圖為：它們之間的關系為：它們之間的關系為：忽略鐵損耗后，則有：忽略鐵損耗后，則有：另外，有：另外，有：2212020222202022902cos()sinIIII IIII I 2212222202mmmmEEI ZIRIXXXXX 222222sinRRX 把上面公式聯合求解得：把上面公式聯合求解得：電磁轉矩為：電磁轉矩為： 22122222mmI XIRXX 222222121122233mMm()RRII XPTRXX

8、能耗制動的機械特性通過坐標原點，圖中曲線能耗制動的機械特性通過坐標原點，圖中曲線1和曲線和曲線2具有相同的轉子電阻，但具有相同的轉子電阻，但2比比1具有較大的直流勵磁電流；具有較大的直流勵磁電流；1和和3具有相同的直流勵磁電流，但具有相同的直流勵磁電流，但3比比1具有較大的轉子電阻。具有較大的轉子電阻。222222121122233mMm()RRII XPTRXX 由圖可見，轉子電阻較小時由圖可見，轉子電阻較小時（曲線（曲線1），初始制動轉矩比較小。），初始制動轉矩比較小。對于籠型異步電動機，為了增大初對于籠型異步電動機，為了增大初始制動轉矩，就必須增大勵磁電流始制動轉矩，就必須增大勵磁電流（

9、曲線（曲線2）。對繞線轉子異步電動機，）。對繞線轉子異步電動機，可以采用轉子串電阻的方法來增大可以采用轉子串電阻的方法來增大初始制動轉矩（曲線初始制動轉矩（曲線3）。）。 三相異步電動機拖動反抗性負載運行時，采用能耗制動，三相異步電動機拖動反抗性負載運行時，采用能耗制動，電動機的運行點從電動機的運行點從AB0，最后準確停在，最后準確停在n=0處。如果負載為處。如果負載為位能性恒轉矩負載，需要在轉速等于零時切斷直流電源，且及位能性恒轉矩負載，需要在轉速等于零時切斷直流電源，且及時用機械抱閘將電動機軸剎住，才能保證及時停車。時用機械抱閘將電動機軸剎住，才能保證及時停車。 能耗制動時，既要有較大的能

10、耗制動時，既要有較大的制動轉矩，又要電流不致過大，制動轉矩，又要電流不致過大，因此對鼠籠式異步電機取：因此對鼠籠式異步電機取：對繞線式異步電動機取：對繞線式異步電動機取：04 5( - )II n1Tn012CABTL1TL2-TL1能耗制動能耗制動過程過程能耗制動能耗制動運行運行02 3( - )II 2223(0. -0.4)NsNERI 概念概念: 處于正向電動運行的三相處于正向電動運行的三相繞線式異步電動機，當改變三繞線式異步電動機，當改變三相電源的相序時，同時在轉子相電源的相序時，同時在轉子回路中串入三相對稱電阻電動回路中串入三相對稱電阻電動機便進入了反接制動過程。機便進入了反接制動

11、過程。過程：過程：電動機電動運行時，電動機電動運行時，K2閉合，閉合，K1斷開，斷開， K2斷開斷開，K1閉合閉合，則改變了電源相序。，則改變了電源相序。 改變相序后，定子旋轉磁場的方向由改變相序后，定子旋轉磁場的方向由原來逆時針變為順時針，電磁轉矩方向隨原來逆時針變為順時針，電磁轉矩方向隨之改變，變為制動性質，其機械特性曲線之改變，變為制動性質，其機械特性曲線變為曲線變為曲線2。 定子兩相反接瞬間，定子兩相反接瞬間，n來不及變化，來不及變化，工作點由工作點由A變為變為B，系統在制動轉矩和負，系統在制動轉矩和負載轉矩共同作用下迅速減速，工作點沿載轉矩共同作用下迅速減速，工作點沿曲線曲線2移動，

12、到達移動，到達C點，制動結束。點，制動結束。 若為繞線式電機，在定子兩相反接的同時，還在轉子回路中串制動電若為繞線式電機，在定子兩相反接的同時，還在轉子回路中串制動電阻，此時對應機械特性為曲線阻，此時對應機械特性為曲線3，制動過程為，制動過程為B/C/段。段。 如果制動的目的只是為了快速停車，如果制動的目的只是為了快速停車，則在轉速接近零時，應立即切斷電源。則在轉速接近零時，應立即切斷電源。否則工作點將進入第三象限，此時，如否則工作點將進入第三象限，此時，如果為反抗性負載，且在果為反抗性負載，且在C(C/)點的電磁轉點的電磁轉矩大于負載轉矩，則系統將反向啟動并矩大于負載轉矩，則系統將反向啟動并

13、加速到加速到D(D/)點，處于反向電動狀態穩定點，處于反向電動狀態穩定運行。運行。 若為拖動位能性負載，則電動機在若為拖動位能性負載，則電動機在位能負載拖動下，將一直反向加速到第位能負載拖動下，將一直反向加速到第四象限的四象限的E(E/)點處于穩定運行。此時，點處于穩定運行。此時，電動機的轉速高于同步轉速，電磁轉矩電動機的轉速高于同步轉速，電磁轉矩與轉向相反，這稱為回饋制動狀態。與轉向相反，這稱為回饋制動狀態。 反接制動過程中，電源為負序，反接制動過程中，電源為負序，n0，s1，轉子回路總電，轉子回路總電阻折合值為阻折合值為 ，機械功率為：，機械功率為：說明在反接制動過程中，負載向電說明在反接

14、制動過程中，負載向電動機輸入機械功率。而電磁功率為：動機輸入機械功率。而電磁功率為：轉子回路銅損耗為：轉子回路銅損耗為： 從上面公式可以看出，轉子回路中消耗了從上面公式可以看出，轉子回路中消耗了從電源輸入的電磁功率以及由負載輸送的從電源輸入的電磁功率以及由負載輸送的機械功率，數值較大，因此在轉子回路必機械功率，數值較大，因此在轉子回路必須串入較大電阻。須串入較大電阻。2R 222130msPIRs 22230MRPIs 2223Cu2MmMmpI RPPPPn1ABC120TTL-n1n反向反向制動過程制動過程-TL 從轉子回路串電阻反接制動的機從轉子回路串電阻反接制動的機械特性來看為了使整個

15、制動過程都保械特性來看為了使整個制動過程都保持較大的電磁轉矩，可以采用轉子回持較大的電磁轉矩，可以采用轉子回路串入較大電阻并分級切除的方法。路串入較大電阻并分級切除的方法。 n1ABC120TTL1-n1n-TL1DETL2反向反向啟動啟動例題例題8-4 這種反接制動適用于繞線轉子異步電動機拖動位能性負載的情況，這種反接制動適用于繞線轉子異步電動機拖動位能性負載的情況，能夠使重物獲得穩定的下方速度。如起重機能夠使重物獲得穩定的下方速度。如起重機 其原理圖和機械特性如圖所示。其原理圖和機械特性如圖所示。電動機原來工作在固有特性曲線的電動機原來工作在固有特性曲線的A點，轉子回路串入電阻點，轉子回路

16、串入電阻RB時，特時，特性曲線變為性曲線變為2。串入電阻瞬間，。串入電阻瞬間，n來來不及變化，工作點由不及變化，工作點由A到到B，電動，電動機轉矩機轉矩TB小于位能負載轉矩小于位能負載轉矩TL，減速提升，工作點沿曲線減速提升，工作點沿曲線2由由B移移動至動至C。該過程中，電機運行在電。該過程中，電機運行在電動狀態。動狀態。 當到達當到達C點時，轉速降點時，轉速降至零，對應的電磁轉矩至零，對應的電磁轉矩TC仍仍小于負載轉矩小于負載轉矩TL，重物將倒，重物將倒拉電動機的轉子反向旋轉，拉電動機的轉子反向旋轉，并加速到并加速到D點，此時，點，此時，TD=TL，拖動系統將以轉速拖動系統將以轉速nD穩定下

17、穩定下方重物。該過程中負載轉矩方重物。該過程中負載轉矩稱為拖動轉矩，拉著電動機稱為拖動轉矩，拉著電動機反轉，而電磁轉矩起制動作反轉，而電磁轉矩起制動作用。用。 電磁轉矩等于負載轉矩，在此點穩定運行。在電磁轉矩等于負載轉矩，在此點穩定運行。在db段，電機轉段，電機轉速為速為-n，因此轉差率為，因此轉差率為由此可見，由此可見，s1時反接制動的特點。時反接制動的特點。11111()nnnnsnn 機械功率為機械功率為2m22ad13()0sPIRRs 電磁功率為電磁功率為22em230adRRPIs 機械功率為負，說明電機從軸上輸入機械功率；電磁功率為機械功率為負，說明電機從軸上輸入機械功率；電磁功

18、率為正說明電機從電源輸入電功率，并軸定子向轉子傳遞功率。正說明電機從電源輸入電功率，并軸定子向轉子傳遞功率。 而轉子銅耗而轉子銅耗2222adMmM3()CumpIRRPPPP 表明，軸上輸入的機械功率轉變成電功率后，連同定子傳表明，軸上輸入的機械功率轉變成電功率后，連同定子傳遞給轉子的電磁功率一起消耗在轉子回路電阻上，反接制動的遞給轉子的電磁功率一起消耗在轉子回路電阻上，反接制動的能量損耗較大。能量損耗較大。回饋制動狀態回饋制動狀態實際上就是將軸上實際上就是將軸上的機械能轉變成電能并回饋到電網的的機械能轉變成電能并回饋到電網的異步發電機狀態。異步發電機狀態。實現：實現：電動機轉子在外力作用下

19、，電動機轉子在外力作用下， 使使nn1。 對于位能性負載在反相序反接制動時，對于位能性負載在反相序反接制動時，若不及切斷電源，電動機反向起動最若不及切斷電源，電動機反向起動最后轉速超過同步轉速后轉速超過同步轉速-n1，在第四象限，在第四象限內穩定高速下放重物，此時電磁轉矩內穩定高速下放重物，此時電磁轉矩的方向和轉速方向相反，進入反向回的方向和轉速方向相反，進入反向回饋制動狀態，如圖中的從饋制動狀態，如圖中的從AB C D E，最后穩定在最后穩定在E點。點。 n1ABC120TTL1-n1n-TL1DETL2反向反向啟動啟動 在回饋制動過程中始終有在回饋制動過程中始終有nn1，回饋制動的轉差率為：，回饋制動的轉差率為： 電動機的電磁功率：電動機的電磁功率： 電動機的機械功率：電動機的機械功率： 由電磁功率小于零，機械功率小于零可知，電動機處于回饋由電磁功率小于零，機械功率小于零可知，電動機處于回饋制動時，負載向電動機輸送功率，電磁功率不是由定子向轉子制動時，負載向電動機輸送功率，電磁功率不是由定子向轉子輸送，而是由轉子向定子輸送。電動機轉子電流的有功分量為：輸送，而是由轉子向定子輸送。電動機轉子電流的有功分量為： 11110()nnnnsnn 22M230adRRPIs 2m2ad13()0sPI