1三相異步電動機(jī)的電力拖動5.2三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性5.3三相異步電動機(jī)的起動5.4三相異步電動機(jī)的制動5.5三相異步電動機(jī)的調(diào)速

本章首先討論三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性，然后以機(jī)械特性為理論基礎(chǔ)，分析研究三相異步電動機(jī)的起動、制動和調(diào)速等問題。5.1三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩5.1三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩一、物理表達(dá)式表明：三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由主磁通與轉(zhuǎn)子電流的有功分量相互作用產(chǎn)生的。應(yīng)用：

三相鼠籠型異步電動機(jī)在直接啟動時，啟動電流大而啟動轉(zhuǎn)矩卻不大，這是為什么？5.1三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩二、參數(shù)表達(dá)式

說明：電磁轉(zhuǎn)矩與電源參數(shù)（Ｕ1、f1）、電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)（、、、、p、m1）和運(yùn)行參數(shù)（s）有關(guān)。5.1三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩同步運(yùn)行點(diǎn)：s=0、T=0最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)：啟動轉(zhuǎn)矩Tst、啟動點(diǎn)：s=1啟動轉(zhuǎn)矩Tst

與電源參數(shù)、電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系三相異步電動機(jī)的T-s曲線4、過載能力（最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)）:最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比5.1三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩結(jié)論一：當(dāng)其它參數(shù)一定時，Tmax的大小1、最大轉(zhuǎn)矩與電源電壓平方成正比，與電源頻率成反比；2、漏抗越大，最大轉(zhuǎn)矩越??；3、與轉(zhuǎn)子回路電阻無關(guān)。結(jié)論二：當(dāng)其它參數(shù)一定時，Tst的大小1、起動轉(zhuǎn)矩與電源電壓平方成正比；2、頻率越高，起動轉(zhuǎn)矩越小；漏抗越大，起動轉(zhuǎn)矩越??；3、繞線式電動機(jī)，轉(zhuǎn)子回路電阻越大，起動轉(zhuǎn)矩先增后減。在轉(zhuǎn)子回路串電阻，可以增大啟動轉(zhuǎn)矩4、起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)5.1三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩5.2

三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性一、固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性是指電動機(jī)在額定電壓和額定頻率下，按規(guī)定的接線，定、轉(zhuǎn)子電路不外接阻抗時的機(jī)械特性。方法一：計算方法二：T-s曲線轉(zhuǎn)換同步點(diǎn)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)啟動工作點(diǎn)由固有機(jī)械特性得出的結(jié)論：1.穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)間2.硬特性二、人為機(jī)械特性是指人為改變電源參數(shù)或電動機(jī)參數(shù)而得到的機(jī)械特性。1.降壓時的人為機(jī)械特性

下降后,Tmax

和均下降,不變,但

和減少。

如果電機(jī)在定額負(fù)載下運(yùn)行,下降后,下降,增大,轉(zhuǎn)子電流因增大而增大,導(dǎo)致電機(jī)過載。長期欠壓過載運(yùn)行將使電機(jī)過熱，減少使用壽命。5.2

三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性2.轉(zhuǎn)子回路串對稱電阻時的人為機(jī)械特性串電阻后,、不變，增大。在一定范圍內(nèi)增加電阻，可以增加。當(dāng)時，若再增加電阻，減小。

串電阻后，機(jī)械特性線性段斜率變大，特性變軟。

除了上述特性外，還有改變電源頻率、極對數(shù)等人為機(jī)械特性。5.2

三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性11三相異步電動機(jī)的電力拖動一、

三相籠型異步電動機(jī)的起動一）直接起動可直接起動的條件：電網(wǎng)允許的起動電流倍數(shù)應(yīng)不小于電動機(jī)的起動電流倍數(shù)二）降壓起動1.定子串聯(lián)電阻或電抗降壓起動≥M3~3~RSQ1FUQ2起動運(yùn)行M3~XSQ1FUQ23~1.

定子串聯(lián)電阻或電抗降壓起動設(shè)K（K>1）為啟動電流所需降低的倍數(shù)，即則降壓后的啟動電流則降壓后的啟動轉(zhuǎn)矩1.定子串聯(lián)電阻或電抗降壓起動適用于：正常運(yùn)行為△形聯(lián)結(jié)的電動機(jī)。2.星形－三角形降壓起動（Y－

起動）2.星形－三角形降壓起動（Y－

起動）大連理工大學(xué)電氣工程系(2)ISTY＜Imax（線路中允許的最大電流）。(3)TSTY＞(1.1～1.2)TL。

Y－

起動的使用條件(1)

正常運(yùn)行時應(yīng)采用

形連接的電動機(jī)。

2.星形－三角形減壓起動（Y－

起動）3.自耦變壓器降壓起動3.自耦變壓器降壓起動設(shè)自耦變壓器的變比為K

降壓比K

可調(diào)

QJ2型三相自耦變壓器：

K=0.55、0.64、0.73QJ3型三相自耦變壓器：

K

=0.4、0.6、0.8(1)ISTa＜Imax（線路中允許的最大電流）(2)TSTa＞(1.1～1.2)TL

自耦變壓器降壓起動的使用條件3.自耦變壓器降壓起動二、三相繞線型異步電動機(jī)的起動1.轉(zhuǎn)子串電阻起動

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，

TST'大，IST'小。轉(zhuǎn)子電路正常運(yùn)行時

f2低，電阻小，自動切除變阻器。2.轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動

頻敏變阻器

頻敏變阻器（是一鐵損很大的三相電抗器）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，

TST'大，IST'小。轉(zhuǎn)子電路正常運(yùn)行時

f2低，電阻小，自動切除變阻器。2.轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動

頻敏變阻器二、三相繞線型異步電動機(jī)的起動

起動時，S2斷開，轉(zhuǎn)子串入頻敏變阻器,S1閉合，電機(jī)通電開始起動。起動時,,頻敏變阻器鐵損大,反映鐵損耗的等效電阻大,相當(dāng)于轉(zhuǎn)子回路串入一個較大電阻。隨著上升,減小,鐵損減少,等效電阻減小,相當(dāng)于逐漸切除,起動結(jié)束,S2閉合，切除頻敏變阻器，轉(zhuǎn)子電路直接短路。

二、三相繞線型異步電動機(jī)的起動大連理工大學(xué)電氣工程系※六、改善起動性能的三相籠型異步電動機(jī)1.深槽型異步電動機(jī)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(yùn)行時，f2很低，漏電抗很小，集膚效應(yīng)消失，R2

→

。2.雙籠型異步電動機(jī)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(yùn)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。27三相異步電動機(jī)的電力拖動一能耗制動定義：制動時，S1斷開,電機(jī)脫離電網(wǎng)，同時S2閉合,在定子繞組中通入直流勵磁電流。

直流勵磁電流產(chǎn)生一個恒定的磁場，因慣性繼續(xù)旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子切割恒定磁場，導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢和電流。感應(yīng)電流與磁場作用產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為制動性質(zhì)，轉(zhuǎn)速迅速下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速為零時，感應(yīng)電動勢和電流為零，制動過程結(jié)束。

制動過程中，轉(zhuǎn)子的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芟脑谵D(zhuǎn)子回路電阻上——能耗制動。5.4三相異步電動機(jī)的制動nTemA0n1C1B23

對籠型異步電動機(jī),可以增大直流勵磁電流來增大初始制動轉(zhuǎn)矩。

對繞線型異步電動機(jī),可以增大轉(zhuǎn)子回路電阻來增大初始制動轉(zhuǎn)矩。制動電阻大?。捍筮B理工大學(xué)電氣工程系二、反接制動——迅速停車3~M3~3~M3~Rb制動前的電路制動時的電路(1)制動原理1.電源兩相反接的反接制動1.電源兩相反接的反接制動實(shí)現(xiàn)：將電動機(jī)電源兩相反接可實(shí)現(xiàn)反接制動。機(jī)械特性由曲線1變?yōu)榍€2，工作點(diǎn)由A→B→C，n=0,制動過程結(jié)束。繞線式電動機(jī)在定子兩反接同時,可在轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)制動電阻來限制制動電流和增大制動轉(zhuǎn)矩

,曲線3。二、反接制動2.倒拉反轉(zhuǎn)的反接制動條件:適用于繞線式異步電動機(jī)帶位能性負(fù)載情況。實(shí)現(xiàn)：在轉(zhuǎn)子回路串聯(lián)適當(dāng)大電阻RB。電機(jī)工作點(diǎn)由A→B→C，n=0，制動過程開始，電機(jī)反轉(zhuǎn)子，直到D點(diǎn)。在第四象限才是制動狀態(tài)。由于電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，n<0，所以s>1。反接制動時，s>1，所以有機(jī)械功率為電磁功率為機(jī)械功率為負(fù)，說明電機(jī)從軸上輸入機(jī)械功率；電磁功率為正說明電機(jī)從電源輸入電功率，并軸定子向轉(zhuǎn)子傳遞功率。而表明，軸上輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)變成電功率后，連同定子傳遞給轉(zhuǎn)子的電磁功率一起消耗在轉(zhuǎn)子回路電阻上，所反接制動的能量損耗較大。實(shí)現(xiàn)：電動機(jī)轉(zhuǎn)子在外力作用下，使n>n1.

回饋制動狀態(tài)實(shí)際上就是將軸上的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能并回饋到電網(wǎng)的異步發(fā)電機(jī)狀態(tài)。1.下放重物時的回饋制動

首先將定子兩相反接,定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步速為-n1，特性曲線變?yōu)?。工作點(diǎn)由A到B。經(jīng)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(fù)載作用下反向加速并超過同步速，直到C點(diǎn)保持穩(wěn)定運(yùn)行。電機(jī)機(jī)械特性曲線1，運(yùn)行于A點(diǎn)。三、回饋制動2.變極或變頻調(diào)速過程中的回饋制動電機(jī)機(jī)械特性曲線1，運(yùn)行于A點(diǎn)。電機(jī)工作點(diǎn)由A變到B，電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)，，電機(jī)處于回饋制動狀態(tài)。當(dāng)電機(jī)采用變極（增加極數(shù)）或變頻（降低頻率）進(jìn)行調(diào)速時，機(jī)械特性變?yōu)?。同步速變?yōu)椤?6三相異步電動機(jī)的電力拖動5.5三相異步電動機(jī)的調(diào)速由異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式可知，異步電動機(jī)有下列三種基本調(diào)速方法：（1）改變定子極對數(shù)調(diào)速。（2）改變電源頻率調(diào)速。（3）改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。5.5.1變極調(diào)速一、變極原理變極調(diào)速只用于籠型電動機(jī)。以4極變2極為例：U相兩個線圈，順向串聯(lián)，定子繞組產(chǎn)生4極磁場：反向串聯(lián)和反向并聯(lián)，定子繞組產(chǎn)生2極磁場：二、三種常用變極接線方式Y(jié)→反并YY，2p-pY→反串Y，2p-p?→YY，2p-p注意：

當(dāng)改變定子繞組接線時，必須同時改變定子繞組的相序三、變極調(diào)速時容許輸出

容許輸出時是指保持電流為額定值條件下，調(diào)速前、后電動機(jī)軸上輸出的功率和轉(zhuǎn)矩。1.Y-YY聯(lián)結(jié)方式Y(jié)-YY后,極數(shù)減少一半,轉(zhuǎn)速增大一倍,即，保持每一繞組電流為,則輸出功率和轉(zhuǎn)矩為

可見，Y-YY聯(lián)結(jié)方式時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速增大一倍，容許輸出功率增大一倍，而容許輸出轉(zhuǎn)矩保持不變，所以這種變極調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，它適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。2.?-YY聯(lián)結(jié)方式?-YY后,極數(shù)減少一半,轉(zhuǎn)速增大一倍,即，保持每一繞組電流為,則輸出功率和轉(zhuǎn)矩為

可見，?-YY聯(lián)結(jié)方式時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速增大一倍，容許輸出功率近似不變，而容許輸出轉(zhuǎn)矩近似減少一半，所以這種變極調(diào)速屬于恒功率調(diào)速，它適用于恒功率負(fù)載。

同理可以分析，正串Y-反串Y聯(lián)結(jié)方式的變極調(diào)速屬恒功率調(diào)速。四、變極調(diào)速時的機(jī)械特性1.Y-YY聯(lián)結(jié)方式2.△-YY聯(lián)結(jié)方式

變極調(diào)速時,轉(zhuǎn)速幾乎是成倍變化的,調(diào)速的平滑性較差,但具有較硬的機(jī)械特性,穩(wěn)定性好,可用于恒功率和恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載.5.5.2

變頻調(diào)速一、電壓隨頻率調(diào)節(jié)的規(guī)律

當(dāng)轉(zhuǎn)差率s變化不大時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n基本與電源頻率f1正比，連續(xù)調(diào)節(jié)電源頻率，可以平滑地改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。但是，

頻率改變將影響磁路的飽和程度、勵磁電流、功率因數(shù)、鐵損及過載能力的大小。為了保持變頻率前、后過載能力不變，要求下式成立：1、恒轉(zhuǎn)矩變頻率調(diào)速此條件下變頻調(diào)速，電機(jī)的主磁通和過載能力不變。對恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載2、恒功率變頻率調(diào)速此條件下變頻調(diào)速，電機(jī)的過載能力不變，但主磁通發(fā)生變化。對恒功率負(fù)載得二、頻率調(diào)速時電動機(jī)的機(jī)械特性變頻調(diào)速時電動機(jī)的機(jī)械特性可用下列各式表示最大轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩臨界點(diǎn)轉(zhuǎn)速降在基頻以下調(diào)速時,保持,即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

在基頻以上調(diào)速時,電壓只能，迫使主磁通與頻率成反比降低，近似為恒功率調(diào)速。5.5.3

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速一、繞線轉(zhuǎn)子電動機(jī)的轉(zhuǎn)子串接電阻