電機原理與拖動第六章 三相異步電動機的電力拖動

1、廣東技術師范學院自動化學院第六章第六章三相異步電動機的電力拖動三相異步電動機的電力拖動廣東技術師范學院自動化學院一、電磁轉矩的物理表達式： 在第五章已推導出三相異步電動機的轉矩公式，電磁功率除以同步機械角速度 得電磁轉矩：1602cos31222nIE22cosICmT602cos23122212nIkNfmNT2223NTkpNC 是一常數，稱為轉矩系數。廣東技術師范學院自動化學院22cosICTmT2cosm 該式雖不顯含s，但式中的 、 及 都是s的函數，通過它們與轉差率s的關系，可定性地分析出2I廣東技術師范學院自動化學院m1ZZm1. 與s的關系忽略mZZ1廣東技術師范學院自動化學院

2、mS正常：s=0.010.05， 在s=1時，mBm21廣東技術師范學院自動化學院2I2cos2cos2. 與s的關系3. 與s的關系S較小時， 幾乎與s成正比，所以T也與s成正比，在s接近1時， 約減少一半， 也很低，盡管 較大但T卻反而減少了。不難判斷，當s從零增大到1，T必然有一最大值。1cos22I2I2cos廣東技術師范學院自動化學院二、二、 機械特性的參數表達式機械特性的參數表達式: : 三相異步電動機的機械特性是指在定子電壓、頻率和參數固定的條件下，電磁轉矩T與轉速 n（或轉差率s）之間的函數關系。22122112)(xxsrrUIpfsrInsrIT12221222236023

3、n異步機等值電路中，由于勵磁阻抗比定、轉子漏阻抗大很多，把T型等值電路阻抗這一段電路前移來計算 ，誤差很小,故:2I廣東技術師范學院自動化學院代入上面電磁轉矩公式中去，得到代入上面電磁轉矩公式中去，得到: :)(sfT 2212211221)(23xxsrrfsrpU1U2212211221)(23xxsrrpfsrUT1f這就是機械特性的參數表達式。固定這就是機械特性的參數表達式。固定 、 及及阻抗等參數，阻抗等參數， 畫成曲線便為畫成曲線便為T Ts s曲線。曲線。(6-9)廣東技術師范學院自動化學院 從圖上我們可以看出相異步從圖上我們可以看出相異步電動機固有機械特性不是一電動機固有機械特

4、性不是一條直線，它具有以下特點：條直線，它具有以下特點：（1 1）在）在0S10S1，即，即n n1 1n0n0的范圍內，特性在第的范圍內，特性在第象限，象限，電磁轉矩電磁轉矩T T和轉速和轉速n n都為正，都為正，從正方向規(guī)定判斷，從正方向規(guī)定判斷，T T與與n n同同方向，如圖所示。電動機工方向，如圖所示。電動機工作在這范圍內是電動狀態(tài)。作在這范圍內是電動狀態(tài)。這也是我們分析的重點這也是我們分析的重點. .廣東技術師范學院自動化學院（2 2）在）在s s0 0范圍內，范圍內，n n ，特性在第特性在第象限，電磁轉象限，電磁轉矩為負值，是制動性轉矩，電磁功率也是負值，是發(fā)矩為負值，是制動性轉

5、矩，電磁功率也是負值，是發(fā)電狀態(tài)，如圖左上部所示電狀態(tài)，如圖左上部所示, ,機械特性在機械特性在 S S0 0和和s s0 0兩兩個范圍內近似對稱。個范圍內近似對稱。（3 3）在）在s s1 1范圍內，范圍內，n nO O，特性在第，特性在第象限，象限，T T0 0，也是一種制動狀態(tài)，如圖右下部所示。在第也是一種制動狀態(tài)，如圖右下部所示。在第象限電象限電動狀態(tài)的特性上，動狀態(tài)的特性上，A A點點， T=0T=0, ,為理想空載運行點為理想空載運行點。B點是電磁轉矩最大點。點是電磁轉矩最大點。C C點點n=0n=0，轉矩為，轉矩為T TStSt是起動點是起動點（見圖（見圖 ）。）。1n1nn 廣

6、東技術師范學院自動化學院(4)(4)最大電磁轉矩最大電磁轉矩: :正、負最大電磁轉矩可以從參數正、負最大電磁轉矩可以從參數表達式求得，令表達式求得，令 : :得到最大電磁轉矩得到最大電磁轉矩: :最大轉矩對應的轉差率稱為最大轉矩對應的轉差率稱為臨界轉差率臨界轉差率0dsdT221211121max)(2321xxrrfpUT221212xxrrsm廣東技術師范學院自動化學院 一般情況下，一般情況下， 值不超過值不超過 的的5%5%，可，可以忽略。這樣一來，有以忽略。這樣一來，有: : 也就是說，異步發(fā)電機狀態(tài)和電動機狀態(tài)的最也就是說，異步發(fā)電機狀態(tài)和電動機狀態(tài)的最大電磁轉矩絕對值可近似認為相等

7、，臨界轉差率大電磁轉矩絕對值可近似認為相等，臨界轉差率也近似認為相等，機械特性具有對稱性也近似認為相等，機械特性具有對稱性。結論：結論： 與 無關 ,21r221xx)()(232121221121maxxxrsxxfpUTm，廣東技術師范學院自動化學院n過載倍數過載倍數: :最大電磁轉矩與額定電磁轉矩的比最大電磁轉矩與額定電磁轉矩的比值即最大轉矩倍數，又稱過載能力，用值即最大轉矩倍數，又稱過載能力，用m m表表示為示為 一般三相異步電動機一般三相異步電動機m m=1.6=1.62.2,2.2,起重、冶金起重、冶金用的異步電動機用的異步電動機m m=2.2=2.22.82.8。 (5)(5)起

8、動轉矩起動轉矩: : 滿足滿足n=0n=0，s=1s=1的電磁轉矩的電磁轉矩, ,將將s s1 1代入式（代入式（6-96-9）中，得到起動轉矩為中，得到起動轉矩為: :NmTTmax2212211221)()(23xxrrfrpUTst(6-12)廣東技術師范學院自動化學院 從式中看出，從式中看出，T TStSt與電壓平方成正比，而與電壓平方成正比，而且轉子電阻越大，起動轉矩越大，漏電抗越且轉子電阻越大，起動轉矩越大，漏電抗越大，起動轉矩越小。大，起動轉矩越小。 起動轉矩倍數起動轉矩倍數: :起動轉矩與額定轉矩的比起動轉矩與額定轉矩的比值稱為起動轉矩倍數，用值稱為起動轉矩倍數，用 表示，表示

9、， 電動機起動時，只有電動機起動時，只有T TStSt大于大于(1.1(1.11.2)1.2)倍的負載轉矩才可順利起動。一般異步電動倍的負載轉矩才可順利起動。一般異步電動機起動轉矩倍數機起動轉矩倍數 = =0.80.81.21.2。 結論： , ,TKNstTTTKTK廣東技術師范學院自動化學院三、固有機械特性三、固有機械特性 固有機械特性是指異步電動機工作在額固有機械特性是指異步電動機工作在額定電壓及額定頻率下，電動機按規(guī)定的接線定電壓及額定頻率下，電動機按規(guī)定的接線方法接線，定子及轉子電路中不外接電阻方法接線，定子及轉子電路中不外接電阻（電抗或電容）時所獲得的機械特性曲線（電抗或電容）時所

10、獲得的機械特性曲線 。1 1、理想空載點、理想空載點0 0 2 2、額定運行點、額定運行點A A3 3、最大轉矩點、最大轉矩點B B4 4、堵轉點、堵轉點C C廣東技術師范學院自動化學院 四、人為機械特性四、人為機械特性: : 從機械特性表達式上我們可以看出我們可以通過從機械特性表達式上我們可以看出我們可以通過改變一些參數使得特性曲線更滿足用戶的需要改變一些參數使得特性曲線更滿足用戶的需要, ,這這樣就得到了我們的人為機械特性曲線樣就得到了我們的人為機械特性曲線. . 1. 1.降低定子端電壓的人為機械特性降低定子端電壓的人為機械特性: : 除了自變量與因變量外，保持其它量都不變，只除了自變量

11、與因變量外，保持其它量都不變，只改變定子電壓的大小，研究這種情況下的機械特性。改變定子電壓的大小，研究這種情況下的機械特性。由于異步電機的磁路在額定電壓下已有點飽和了，由于異步電機的磁路在額定電壓下已有點飽和了，故不宜再升高電壓。下面只討論降低定子端電壓時故不宜再升高電壓。下面只討論降低定子端電壓時的人為機械特性。的人為機械特性。 2212211221)(23xxsrrpfsrUT廣東技術師范學院自動化學院可以看出：可以看出：(1)(1)異步電機的同步轉速異步電機的同步轉速 與電壓無關。與電壓無關。(2)(2)臨界轉差率臨界轉差率 與電壓無關，與電壓無關，(3)(3)電磁轉矩電磁轉矩T T ，

12、最大轉矩最大轉矩 以及起動轉矩以及起動轉矩 平方倍降低。平方倍降低。pfn116021UT 1U,max,1stTTU，。，廣東技術師范學院自動化學院2.2.定子回路串電阻（電抗）人為機械特性定子回路串電阻（電抗）人為機械特性stmTTSxmax1stmTTSrmax1stmTTSrmax1廣東技術師范學院自動化學院3 3轉子回路串入三相對稱電阻的人為機械特性轉子回路串入三相對稱電阻的人為機械特性: : 轉子回路串電阻并不轉子回路串電阻并不改變同步轉速改變同步轉速. .(1)(1) 與與 無關。無關。(2)(2)臨界轉差率臨界轉差率: :(3)(3)從圖看出，轉子回路從圖看出，轉子回路稍串入一

13、些電阻，可稍串入一些電阻，可以增大起動轉矩，串以增大起動轉矩，串的電阻合適時，可使的電阻合適時，可使 maxT 1ms2rmaxTTst廣東技術師范學院自動化學院 但是若串入轉子回路的電阻再增加，則但是若串入轉子回路的電阻再增加，則 了。了。因此轉子回路串電阻增大起動轉矩并非是電阻因此轉子回路串電阻增大起動轉矩并非是電阻越大越好，而是有一個限度，如圖所示。越大越好，而是有一個限度，如圖所示。 (4)(4)同一電磁轉矩同一電磁轉矩： 除了上面兩種方法除了上面兩種方法, ,還可以改變定子電源頻還可以改變定子電源頻率率, ,這種方法我們在異步電動機起動與調速方法這種方法我們在異步電動機起動與調速方法

14、中介紹。中介紹。 1ms 廣東技術師范學院自動化學院五、機械特性的實用公式機械特性的實用公式1 1、實用公式、實用公式: : 實際應用時，三相異步電機的參數不易得到，實際應用時，三相異步電機的參數不易得到，這樣我們用前面的機械特性表達式就很不方便這樣我們用前面的機械特性表達式就很不方便, ,所以所以, ,在實際工程中在實際工程中, ,若利用異步電機產品目錄中若利用異步電機產品目錄中給出的數據，找出異步電動機的機械特性公式，給出的數據，找出異步電動機的機械特性公式，即便是粗糙些，但也很有用，這就是實用公式即便是粗糙些，但也很有用，這就是實用公式。n下面我們進行一下推導下面我們進行一下推導2212

15、212212112max)()(2xxsrrsxxrrrTT廣東技術師范學院自動化學院n已知: 代入上式,于是上式變?yōu)?msrxxr222121)(qssssqsrrsssssrrrrsrsrssrrrTTmmmmmmm22)1 ( 22)()()(221212122222212max(6-13)廣東技術師范學院自動化學院n式中:n其中 大約在0.10.2范圍內，上式中，顯然在任何s值時，都有n而q ，其原其原因是：頻敏變阻器中磁密取得高，鐵心處于飽因是：頻敏變阻器中磁密取得高，鐵心處于飽和狀態(tài)，勵磁電流越大，因此勵磁電抗較小。和狀態(tài)，勵磁電流越大，因此勵磁電抗較小。而鐵心是厚鐵板或厚鋼板的、

16、磁滯渦流損耗都而鐵心是厚鐵板或厚鋼板的、磁滯渦流損耗都很大，頻敏變阻器的單位重量鐵心中的損耗，很大，頻敏變阻器的單位重量鐵心中的損耗，與一般變壓器相比較要大幾百倍，因此與一般變壓器相比較要大幾百倍，因此 較較大大。 prpxpr廣東技術師范學院自動化學院n繞線式三相異步電動機轉子串頻敏變阻器起動時，繞線式三相異步電動機轉子串頻敏變阻器起動時，s s1 1，轉子回路中的電流的頻率為，轉子回路中的電流的頻率為5OHz5OHz。轉子回。轉子回路串入路串入 而而 ，因此，因此轉子回路主要是串入了電阻。這樣，轉子回路功轉子回路主要是串入了電阻。這樣，轉子回路功率因數大大提高了，既限制了起動電流，又提高率

17、因數大大提高了，既限制了起動電流，又提高了起動轉矩。了起動轉矩。pppjxrzppxr 廣東技術師范學院自動化學院 一、三相異步電動機調速方法概述一、三相異步電動機調速方法概述n異步電動機的轉速為：異步電動機的轉速為：n調速方法有：調速方法有：（1 1）改變轉差率）改變轉差率s s調速，包括降低電源電壓、繞線調速，包括降低電源電壓、繞線式異步電動機轉子回路串電阻等方法。式異步電動機轉子回路串電阻等方法。（2 2）改變旋轉磁通勢同步轉速調速，包括改變定子）改變旋轉磁通勢同步轉速調速，包括改變定子繞組極對數、改變供電電源頻率等方法。繞組極對數、改變供電電源頻率等方法。)1 (60)1 (11spf

18、snn第四節(jié)第四節(jié) 三相異步電動機的調速三相異步電動機的調速廣東技術師范學院自動化學院二、三相異步電動機的變極調速n改變旋轉磁場的極對數，可以成倍地改變其同步轉速，由于正常運行時s很小，因此電動機的轉速n也將近似成倍地變化。n1.變極原理n只要將兩個半相繞組中的任一半相繞組的電流反向，就可以將極對數增加一倍(順串)或減少一半(反串、反并)。廣東技術師范學院自動化學院廣東技術師范學院自動化學院2.常用的變極方案a. Y/YY變極調速廣東技術師范學院自動化學院b. /YY變極調速廣東技術師范學院自動化學院 三、三相異步電動機的變頻調速三、三相異步電動機的變頻調速n已知：已知：n因此，改變三相異步電

19、動機電源頻率，可因此，改變三相異步電動機電源頻率，可以改變旋轉磁通勢的同步轉速，達到調速以改變旋轉磁通勢的同步轉速，達到調速的目的。額定頻率稱為基頻，變頻調速時，的目的。額定頻率稱為基頻，變頻調速時，可以從基頻向上調，也可以從基頻向下調?？梢詮幕l向上調，也可以從基頻向下調。pfn1160廣東技術師范學院自動化學院n1. 1. 從基頻向下變頻調速從基頻向下變頻調速n我們知道，三相異步電動機每相電壓：我們知道，三相異步電動機每相電壓：n降低電源頻率時，必須同時降低電源電壓降低電源頻率時，必須同時降低電源電壓。mNkNfEU1111144. 4這是因為如果只降低定子頻率這是因為如果只降低定子頻率f

20、 f1 1而定子每相而定子每相電壓保持額定值不變，則電壓保持額定值不變，則m m要增大。由于在要增大。由于在U U1 1=U=UN N,f,f1 1=f=fN N時電動機的主磁路就已接近飽和時電動機的主磁路就已接近飽和m再增大，主磁路必然過飽和，這將使勵磁主磁路必然過飽和，這將使勵磁電流急劇增大，鐵損耗增加，電流急劇增大，鐵損耗增加，CosCos下降。下降。廣東技術師范學院自動化學院降低電源電壓降低電源電壓 有兩種控制方法。有兩種控制方法。 保持保持 = =常數常數 ：這種方法是恒磁通控制方式這種方法是恒磁通控制方式 ，1U11fE srxsrEfpmnsrImPTM2222222111222

21、112602 2222221111222222111122rxssrsrfEpfmxsrsrfEpfm廣東技術師范學院自動化學院n上式是保持氣隙每極磁通為常數變頻調速時的上式是保持氣隙每極磁通為常數變頻調速時的機械特性方程式。下面根據該方程式，具體分機械特性方程式。下面根據該方程式，具體分析一下最大轉矩析一下最大轉矩T Tm m及相應的轉差率及相應的轉差率s sm m。n最大轉矩處最大轉矩處 ，對應的轉差率為，對應的轉差率為s sm m，即：即：0dsdT22xrsm廣東技術師范學院自動化學院n式中式中 為轉子靜止時轉子一相繞組漏電感為轉子靜止時轉子一相繞組漏電感系數折合值，系數折合值， =

22、=n 最大轉矩處的轉速降落為：最大轉矩處的轉速降落為：2221111max12xxfEpfmT212111221xffEpm常數2211121221LfEpm2L212Lf2x常數pLrpfxrnsnmm60260221221廣東技術師范學院自動化學院n 當改變頻率時，若保持當改變頻率時，若保持 = =常數，最大轉常數，最大轉矩為常數，與頻率無關，并且最大轉矩對應的轉矩為常數，與頻率無關，并且最大轉矩對應的轉速降落相等，也就是不同頻率的各條機械特性是速降落相等，也就是不同頻率的各條機械特性是平行的，硬度相同。根據上式畫出保持恒磁通變平行的，硬度相同。根據上式畫出保持恒磁通變頻調速的機械特性，如

23、圖所示。這種調速方法機頻調速的機械特性，如圖所示。這種調速方法機械特性較硬，在一定的靜差率要求下，調速范圍械特性較硬，在一定的靜差率要求下，調速范圍寬，而且穩(wěn)定性好。由于頻率可以連續(xù)調節(jié)，因寬，而且穩(wěn)定性好。由于頻率可以連續(xù)調節(jié)，因此變頻調速為無級調速，平滑性好。另外，電動此變頻調速為無級調速，平滑性好。另外，電動機在正常負載運行時，轉差率機在正常負載運行時，轉差率s s較小，因此轉差較小，因此轉差功率較小，效率較高。功率較小，效率較高。 n經分析，恒磁通變頻調速是屬于為恒轉矩調速方經分析，恒磁通變頻調速是屬于為恒轉矩調速方式。即當：式。即當： 時，時，11fENII11NII22 NTT 廣

24、東技術師范學院自動化學院廣東技術師范學院自動化學院n最大轉矩Tm為：22122112211)(2xxsrrfsrpUmT2212212121112xxsrrsrffUpm 保持保持 = =常數常數11fU廣東技術師范學院自動化學院從上式可以看出，從上式可以看出，當頻率減小時，當頻率減小時，最大轉矩不是一個最大轉矩不是一個常數。隨頻率的降常數。隨頻率的降低而減小。低而減小。22121112112321xxrrffUp221211121max)(2321xxrrfpUT廣東技術師范學院自動化學院n已知（已知（ ）與）與f f1 1成正比變化，成正比變化， 與與f f1 1無無 關。因此，在關。因此

25、，在f f1 1接近額定頻率時，接近額定頻率時， ， 隨著隨著f f1 1的減小，的減小，TmTm減少得不多，但是，當減少得不多，但是，當f f1 1較低較低時，（時，（ ）比較小，）比較小， 相對變大了。相對變大了。這樣一來，隨著這樣一來，隨著f f1 1的降低，的降低，T Tm m就減小了。顯然此就減小了。顯然此時的機械特性上面的機械特性，特別在低頻低速時的機械特性上面的機械特性，特別在低頻低速的機械特性變壞了。的機械特性變壞了。n保持保持 = =常數降低頻率調速近似為恒轉矩調速常數降低頻率調速近似為恒轉矩調速方式。方式。21xx1r)(211xxr21xx1r11fU廣東技術師范學院自動

26、化學院n2. 2. 從基頻向上變頻調速從基頻向上變頻調速 ：n 升高電源電壓是不允許的，因此升高頻率向升高電源電壓是不允許的，因此升高頻率向上調速時，只能保持電壓為上調速時，只能保持電壓為U UN N不變，頻率越高，不變，頻率越高，磁通磁通m m越低，是一種降低磁通升速的方法，越低，是一種降低磁通升速的方法，類似他勵直流電動機弱磁升速情況。類似他勵直流電動機弱磁升速情況。n保持電壓不變升高頻率時，電動機電磁轉矩保持電壓不變升高頻率時，電動機電磁轉矩n 221221122112xxsrrfsrpUmT廣東技術師范學院自動化學院2212111211max221xxrrfpUmT2121121112

27、21fxxfpUm212221212xxrxxrrSm1211212fLLfr廣東技術師范學院自動化學院 因此，頻率越高時，因此，頻率越高時， 越小，越小， 也減小，也減小，最大轉矩對應的轉速降落為最大轉矩對應的轉速降落為根據電磁轉矩方程式畫根據電磁轉矩方程式畫出升高電源頻率的機械出升高電源頻率的機械特性，其運行段近似平特性，其運行段近似平行，如圖所示。行，如圖所示。 mTmS常數pfLLfrnsnmm121221602廣東技術師范學院自動化學院n 綜上所述，三相異步電動機變頻調速具有綜上所述，三相異步電動機變頻調速具有以下幾個特點：以下幾個特點： 從基頻向下調速，為恒轉矩調速方式；從基頻向下

28、調速，為恒轉矩調速方式；從基頻向上調速，近似為恒功率調速方式；從基頻向上調速，近似為恒功率調速方式； 調速范圍大；調速范圍大； 轉速穩(wěn)定性好；轉速穩(wěn)定性好； 運行時損耗小，效率高；運行時損耗小，效率高； 頻率可以連續(xù)調節(jié)，變頻調速為無級調頻率可以連續(xù)調節(jié)，變頻調速為無級調速速。廣東技術師范學院自動化學院n一鼠籠式三相異步電動機PN=75KW，UN=380V， ， ，電動機帶動 的恒轉矩負載運行，現采用 為常數的變頻調速使n=580r/min，試求：(1)頻率？(2)定子線電壓？min/980rnN15. 2mNlTT 11fU廣東技術師范學院自動化學院四、降低定子電壓調速四、降低定子電壓調速1

29、.原理及機械特性n從表達式上可以看出,異步電機的同步轉速 n1 與電壓無關，不同電壓的人為機械性，都得通過 n1點。我們知道，電磁轉矩T與 S 成正比，為此最大轉矩最大轉矩 T Tm m 以及起動轉矩以及起動轉矩T TS S都要隨都要隨 U U1 1 的降低而按的降低而按 U U1 1 的平的平方減小。而最大轉矩對應的轉差率方減小。而最大轉矩對應的轉差率 S Sm m 不變。不變。如圖所示。2212211221)(6023xxsrrfsrUT廣東技術師范學院自動化學院snsm10TLUN0TstTmaxTemn1A0.8UN0.64Tst0.64Tmax廣東技術師范學院自動化學院 2調速特點：

30、 降低定子電壓可以降低轉速，但轉速變化范圍非常小。 適合高轉差率籠型電動機和繞線轉子異步電動機。 拖動風楊、泵類負載。低速時，負載輕，電機不會過熱，可擴大D，高轉差，繞線異步機轉子串電阻。 低速時，轉速穩(wěn)定性差：機械特性軟。 調速裝置簡單，價格便宜。 應用：風機、泵類。廣東技術師范學院自動化學院 3 3擴大降壓調速穩(wěn)定運行范圍的方法擴大降壓調速穩(wěn)定運行范圍的方法 轉速負反饋的降壓調速系統(tǒng)： 開環(huán)系統(tǒng)：閉環(huán)系統(tǒng)： 廣東技術師范學院自動化學院 4 4變極調壓調速變極調壓調速廣東技術師范學院自動化學院1 1轉子串電阻的機械特性轉子串電阻的機械特性 我們知道，改變轉子回我們知道，改變轉子回路串入電阻值

31、的大小，路串入電阻值的大小，例如轉子繞組本身電阻例如轉子繞組本身電阻為為r r2 2，分別串入電阻，分別串入電阻R Rclcl、R Rc2c2 、R Rc3c3時時 ，如圖所示：，如圖所示：所串電阻越大，轉速越所串電阻越大，轉速越低低. .（拖動恒轉矩負載，（拖動恒轉矩負載，且為額定負載轉矩，即且為額定負載轉矩，即T TL L=T=TN N ）五、繞線式異步電動機轉子回路串電阻調速五、繞線式異步電動機轉子回路串電阻調速廣東技術師范學院自動化學院n已知電磁轉矩已知電磁轉矩T T為：為：n當電源電壓一定時，主磁通當電源電壓一定時，主磁通m m基本上是定值，基本上是定值，轉子電流轉子電流I I2 2

32、可以維持在它的額定值工作。至于可以維持在它的額定值工作。至于COS COS , ,作如下的推導作如下的推導 ：n根據轉子電流：根據轉子電流：n從上式看出，轉子串電阻調速時，如果保持電從上式看出，轉子串電阻調速時，如果保持電機轉子電流為額定值，必有：機轉子電流為額定值，必有：22cosITm222222222222xsRrExsrEIIcNN常數sRrsrcN222廣東技術師范學院自動化學院n當電機轉子回路串了電阻后，轉子回路的功率因當電機轉子回路串了電阻后，轉子回路的功率因數為數為 ： 常數常數 222212/ )(cosxsRrsRrcc22222222212/ )(cosxsrsrxsRr

33、sRrNNcc2cos廣東技術師范學院自動化學院n可見，轉子回路串電阻是屬恒轉矩調速方法，可見，轉子回路串電阻是屬恒轉矩調速方法，當負載轉矩當負載轉矩T TL L=T=TN N時，根據上式，則有：時，根據上式，則有：n式中式中s s1 1、s s2 2、s s3 3別是轉子串入不同的電阻后的別是轉子串入不同的電阻后的轉差率。轉差率。 這種調速方法的調速范圍不大，一這種調速方法的調速范圍不大，一般為般為 （2 23 3）:1:1。 3322221122sRrsRrsRrsrcccN廣東技術師范學院自動化學院廣東技術師范學院自動化學院 2 2調速特點：調速特點： 低速時，轉差功率大，效率低。低速時

34、，轉差功率大，效率低。 低速時，轉速穩(wěn)定性差。低速時，轉速穩(wěn)定性差。 分級調速。分級調速。 設備簡單，投資低。設備簡單，投資低。 適合于對調速性能要求不高的生產機械適合于對調速性能要求不高的生產機械（如橋式起重機，通風機）。（如橋式起重機，通風機）。 廣東技術師范學院自動化學院n一臺繞線式異步電動機，p=5，PN=60kw，f1=50Hz， nN=577r/min，m=2.5，轉子Y接，E2N=253V，I2N=160A，電機帶位能性負載且TL=TN。n求：（1）當轉子每相串入電阻Rad=0.5，電機轉速為多大？此時重物是提升還是下放？n（2）若使該重物下放速度為n=-300r/min，不改變

35、電源相序，轉子回路每相應串入多大電阻？此時電動機運行在什么狀態(tài)？廣東技術師范學院自動化學院六、繞線式異步電動機串級調速六、繞線式異步電動機串級調速串級調速的基本要求：串級調速的基本要求：n前述轉子串電阻調速要消耗功率，若在轉前述轉子串電阻調速要消耗功率，若在轉子加上電壓就可不增加損耗，但要求加在子加上電壓就可不增加損耗，但要求加在電機轉子繞組的電壓頻率與轉子繞組感應電機轉子繞組的電壓頻率與轉子繞組感應電動勢同頻率。電動勢同頻率。廣東技術師范學院自動化學院n如果把異步電機轉子感應電動勢變?yōu)橹绷麟娙绻旬惒诫姍C轉子感應電動勢變?yōu)橹绷麟妱觿?，同時把轉子外加電壓也變?yōu)橹绷髁?，這動勢，同時把轉子外加電壓

36、也變?yōu)橹绷髁?，這就是串級調速的基本思路。如圖所示：就是串級調速的基本思路。如圖所示：廣東技術師范學院自動化學院n圖中的整流橋把異步電動機轉子的轉差電動圖中的整流橋把異步電動機轉子的轉差電動勢、電流變成直流，逆變器的作用是給電機勢、電流變成直流，逆變器的作用是給電機轉子回路提供直流電動勢，同時給轉子電流轉子回路提供直流電動勢，同時給轉子電流提供通路，并把轉差功率（扣除轉子繞組銅提供通路，并把轉差功率（扣除轉子繞組銅損耗損耗 ）大部分反送回交流電源。）大部分反送回交流電源。n異步電動機轉子相電動勢為：異步電動機轉子相電動勢為：n經三相整流器后變?yōu)橹绷麟妱觿萁浫嗾髌骱笞優(yōu)橹绷麟妱觿荩簄MsP22

37、sEEs2121sEkEkESd廣東技術師范學院自動化學院n式中式中 是整流系數。是整流系數。n逆變器直流側直流電動勢為：逆變器直流側直流電動勢為：n式中式中 是逆變器的系數；是逆變器的系數； 是變壓器副邊相是變壓器副邊相電壓；電壓； 是逆變角。是逆變角。 n于是直流回路電流于是直流回路電流n 1kcos22UkE2k2U dIREEIdd廣東技術師范學院自動化學院n式中式中R R是直流回路等效電阻。因是直流回路等效電阻。因R R較小，可忽略較小，可忽略不計。上式變?yōu)椋翰挥嫛Ｉ鲜阶優(yōu)椋簄當 整 流 器 、 逆 變 器 都 為 三 相 橋 式 電 路當 整 流 器 、 逆 變 器 都 為 三 相

38、 橋 式 電 路時，時， ，得轉差率：，得轉差率：cos2221UksEkEEd21kkcos22EUs n從上式可知，改變逆變角從上式可知，改變逆變角 的大小，就能改的大小，就能改變電動機的轉差率變電動機的轉差率S S。廣東技術師范學院自動化學院n這種調速方法適合于高電壓、大容量繞線式異這種調速方法適合于高電壓、大容量繞線式異步電動機拖動風機、泵類負載等要求調速不高步電動機拖動風機、泵類負載等要求調速不高的場合。的場合。n串級調速的特點：串級調速的特點：優(yōu)點：效率高，機械特性硬，無級調速。優(yōu)點：效率高，機械特性硬，無級調速。缺點：功率因數低，逆變器吸收無功功率。缺點：功率因數低，逆變器吸收無

39、功功率。 調速范圍窄：調速范圍窄：1.5-21.5-2 電動機過載能力下降：減小電動機過載能力下降：減小17%17%廣東技術師范學院自動化學院 第五節(jié)三相異步電動機各種運行狀態(tài)第五節(jié)三相異步電動機各種運行狀態(tài)一、一、 電動運行：電動運行： 就是我們前面所分析的各種正常運行狀態(tài)，在這里就是我們前面所分析的各種正常運行狀態(tài)，在這里不在進行詳細的介紹。不在進行詳細的介紹。二、反接制動二、反接制動1. 1. 定子兩相反接的制動定子兩相反接的制動 反接制動過程反接制動過程: : 處于正向電動運行的三相繞線式異處于正向電動運行的三相繞線式異步電動機，當改變三相電源的相序時，電動機便進步電動機，當改變三相電

40、源的相序時，電動機便進入了反接制動過程入了反接制動過程. . 反接制動過程中，電動機電源反接制動過程中，電動機電源相序為負序，相序為負序， 如圖所示如圖所示: :廣東技術師范學院自動化學院廣東技術師范學院自動化學院 接觸器觸點接觸器觸點K1K1閉合為正向電動運行，閉合為正向電動運行，K1K1斷開斷開K2K2閉合，則改變了電源相序。（閉合，則改變了電源相序。（b b）圖為拖）圖為拖動反抗性恒轉矩負載，反接制動的同時轉子動反抗性恒轉矩負載，反接制動的同時轉子回路串入較大電阻時的反接制動機械特性。回路串入較大電阻時的反接制動機械特性。電動機的運行點從電動機的運行點從ABC ABC ，到，到C C點后

41、，點后， T T 可以準確停車。可以準確停車。而在反接制動過程中而在反接制動過程中, ,因為接的是反相序電源因為接的是反相序電源, ,所以所以, ,轉速大轉速大n 0n 0時時 , ,相應的轉差率相應的轉差率s 1s 1。若轉子回路總電阻折合值為若轉子回路總電阻折合值為 ，機械功率，機械功率則為則為LTLT2r013222rssIPm廣東技術師范學院自動化學院n 即負載向電動機內輸入機械功率。顯然負載即負載向電動機內輸入機械功率。顯然負載提供機械功率是靠轉動部分減少動能。從定子提供機械功率是靠轉動部分減少動能。從定子到轉子的電磁功率為到轉子的電磁功率為n 轉子回路銅損耗轉子回路銅損耗: :03

42、222srIPMmMmMcuPPPPrIp22223廣東技術師范學院自動化學院n因此，轉子回路中消耗了從電源輸入而來的電因此，轉子回路中消耗了從電源輸入而來的電磁功率及由負載送入的機械功率，數值很大，磁功率及由負載送入的機械功率，數值很大，在轉子回路中必須串入較大的外串電阻，以消在轉子回路中必須串入較大的外串電阻，以消耗大部分轉子回路銅損耗，保護電動機不致由耗大部分轉子回路銅損耗，保護電動機不致由于過熱而損壞。所謂大電阻是指比起動電阻阻于過熱而損壞。所謂大電阻是指比起動電阻阻值還要大。下圖就是反接過程中的機械特性圖值還要大。下圖就是反接過程中的機械特性圖: :廣東技術師范學院自動化學院廣東技術

43、師范學院自動化學院n 從圖上我們可以看出從圖上我們可以看出, ,如果電動機拖動負載轉如果電動機拖動負載轉矩較小的反抗性恒轉矩負載運行，或者拖動位矩較小的反抗性恒轉矩負載運行，或者拖動位能性恒轉矩負載運行，這兩種情況下，如果進能性恒轉矩負載運行，這兩種情況下，如果進行反接制動停車，那么必須在降速到行反接制動停車，那么必須在降速到n n0 0時切時切斷電動機電源并停車，否則電動機將會反向起斷電動機電源并停車，否則電動機將會反向起動，三相異步電動機反接制動停車比能耗制動動，三相異步電動機反接制動停車比能耗制動停車速度快，但能量損失較大。一些頻繁正、停車速度快，但能量損失較大。一些頻繁正、反轉的生產機

44、械，經常采用反接制動停車接著反轉的生產機械，經常采用反接制動停車接著反向起動，就是為了迅速改變轉向，提高生產反向起動，就是為了迅速改變轉向，提高生產率。率。廣東技術師范學院自動化學院n反接制動停車的制動電阻計算，根據所要反接制動停車的制動電阻計算，根據所要求的最大制動轉矩進行。為了簡單起見，求的最大制動轉矩進行。為了簡單起見，可以認為反接制動后瞬間的轉差率可以認為反接制動后瞬間的轉差率s 2s 2，處于反接制動機械特性的處于反接制動機械特性的s s0 0 之之間。間。 n鼠籠式異步電動機轉子回路無法串電阻，鼠籠式異步電動機轉子回路無法串電阻，因此反接制動不能過于頻繁。因此反接制動不能過于頻繁。

45、 ms廣東技術師范學院自動化學院n2. 2. 轉子反轉的反接制動制動轉子反轉的反接制動制動n 我們知道，拖動位能性恒轉矩負載運行的三相繞我們知道，拖動位能性恒轉矩負載運行的三相繞線式異步電動機，若在轉子回路內串入一定值的線式異步電動機，若在轉子回路內串入一定值的電阻，電動機轉速可以降低。如果所串的電阻超電阻，電動機轉速可以降低。如果所串的電阻超過某一數值后，電動機還要反轉，稱之為倒拉反過某一數值后，電動機還要反轉，稱之為倒拉反轉制動運行狀態(tài)。轉制動運行狀態(tài)。n倒拉反轉制動運行是轉差率倒拉反轉制動運行是轉差率s s1 1的一種穩(wěn)態(tài)，其的一種穩(wěn)態(tài)，其功率關系與反接制動過程一樣，電磁功率功率關系與反

46、接制動過程一樣，電磁功率0 0，機，機械功率械功率0 0，轉子回路總銅耗。但是倒拉反轉運行，轉子回路總銅耗。但是倒拉反轉運行時負載向電動機送入的機械功率是靠著負載貯存時負載向電動機送入的機械功率是靠著負載貯存的位能的減少，是位能性負載倒過來拉著電動機的位能的減少，是位能性負載倒過來拉著電動機反轉。反轉。廣東技術師范學院自動化學院廣東技術師范學院自動化學院三、回饋制動回饋制動n回饋制動運行分為正向回饋制動運行和反回饋制動運行分為正向回饋制動運行和反向回饋制動運行向回饋制動運行. . 1 1、正向回饋制動運行：通過將一部分、正向回饋制動運行：通過將一部分機械能轉換為電能并回饋回電源的現象。機械能轉

47、換為電能并回饋回電源的現象。從圖上可以看出：從圖上可以看出：廣東技術師范學院自動化學院廣東技術師范學院自動化學院 在這個降速過程中，電動機運行在第在這個降速過程中，電動機運行在第IIII象限象限BCBC這一段機械特性上時，轉速這一段機械特性上時，轉速n n0 0，電磁轉，電磁轉矩矩T T0 0，是個制動運行狀態(tài)，稱之為正向回，是個制動運行狀態(tài)，稱之為正向回饋制動過程。整個回饋制動過程中，始終有饋制動過程。整個回饋制動過程中，始終有n n 。正向回饋制動過程中，電動機的轉速。正向回饋制動過程中，電動機的轉速n n ，轉差率，轉差率 從三相異步電動機等值電路上看出，電動機從三相異步電動機等值電路上

48、看出，電動機總的機械功率為總的機械功率為1n1n011nnns013222rssIPm廣東技術師范學院自動化學院n 從定子到轉子的電磁功率為從定子到轉子的電磁功率為 ：n實際是系統(tǒng)減少了動能而向電動機送入機械功實際是系統(tǒng)減少了動能而向電動機送入機械功率并轉換為電功率，扣除了轉子損耗率并轉換為電功率，扣除了轉子損耗后后 ，變成了從轉子送往定子的電磁，變成了從轉子送往定子的電磁功率功率 了。那么主要送到哪里去了呢？為此，了。那么主要送到哪里去了呢？為此，先看著轉子過功率因數角的情況。先看著轉子過功率因數角的情況。n我們知道我們知道03222srIPM0cos222222xsrsr22223rIpc

49、uMP廣東技術師范學院自動化學院 根據以上兩式，畫出正向回饋制動時異步電動根據以上兩式，畫出正向回饋制動時異步電動機的相量圖，如圖機的相量圖，如圖11-1911-19所示。顯然得出結論所示。顯然得出結論為為 ： 因此，因此，這樣一來，電動機的輸入功率則為：這樣一來，電動機的輸入功率則為：02900cos2210cos10cos31111IUP廣東技術師范學院自動化學院 說明有功功率是電動機送出給交流電網了。這說明有功功率是電動機送出給交流電網了。這也就是說，回饋制動過程中，轉子邊送過來的也就是說，回饋制動過程中，轉子邊送過來的電磁功率，除了定子繞組上鋼損耗消耗外，其電磁功率，除了定子繞組上鋼損

50、耗消耗外，其余的回饋給電源了。這時的三相異步電動機實余的回饋給電源了。這時的三相異步電動機實際上是一臺發(fā)電機。際上是一臺發(fā)電機。 2 2、反向回饋制動運行：、反向回饋制動運行： 當三相異步電動機拖動位能性恒轉矩負載，當三相異步電動機拖動位能性恒轉矩負載，電源為負相序（電源為負相序（A A、 C C、 B B）時，電動機運行）時，電動機運行于第于第IVIV象限，如圖象限，如圖 中的中的B B點，電磁轉矩點，電磁轉矩T T0 0，轉速轉速 n n0,0,稱為反向回饋制動運行。稱為反向回饋制動運行。廣東技術師范學院自動化學院廣東技術師范學院自動化學院n起重機高速下放重物（指起重機高速下放重物（指 ）

51、時，經常采用）時，經常采用反向回饋制動運行方式。若負載大小不變，轉子回路反向回饋制動運行方式。若負載大小不變，轉子回路串入電阻后，轉速絕對值加大，如圖中的串入電阻后，轉速絕對值加大，如圖中的C C點；串入點；串入電阻值越大，轉速絕對值越高。電阻值越大，轉速絕對值越高。 n反向回饋制動運行時，電動機的功率關系與正向回饋反向回饋制動運行時，電動機的功率關系與正向回饋制動過程是一樣的，電動機是一臺發(fā)電機，它把從負制動過程是一樣的，電動機是一臺發(fā)電機，它把從負載位能減少而輸入的機械功率轉變?yōu)殡姽β剩缓蠡剌d位能減少而輸入的機械功率轉變?yōu)殡姽β?，然后回送給電網。從節(jié)能的觀點看問題，反向回饋制動下放送給電

52、網。從節(jié)能的觀點看問題，反向回饋制動下放重物比能耗制動下放重物要好。重物比能耗制動下放重物要好。1nn 廣東技術師范學院自動化學院一橋式起重機主鉤電動機為8極三相繞線式異步，PN=75KW， ， ，E2N=219V，I2N=220A，不計傳動機構損耗，電動機帶位能性負載 ，求：n(1)在固有特性上提升該重物時，電動機轉速；n(2)轉子每相串入電阻為0.3歐姆時，電動機轉速；n(3)要求以n= -300r/min的轉速下放重物，轉子每相應串入多大電阻？n(4)若改變電源相序下放該重物，轉子不串入電阻，下放速度是多少？此時電動機運行在什么狀態(tài)？ min/720rnN4 . 2mLNT0.8T廣東技

53、術師范學院自動化學院四、能耗制動： （1 1）能耗制動基本原理：）能耗制動基本原理： 如圖所示：如圖所示：廣東技術師范學院自動化學院 三相異步電動機處于電動運行狀態(tài)的轉速為三相異步電動機處于電動運行狀態(tài)的轉速為 n,n,如果突然切斷電動機的三相交流電源，同時把如果突然切斷電動機的三相交流電源，同時把直流電直流電 通入它的定于繞組，例如開關通入它的定于繞組，例如開關K1K1打打開、開、K2K2閉合，結果，電源切換后的瞬間，三相閉合，結果，電源切換后的瞬間，三相異步電動機內形成了一個不旋轉的空間固定磁異步電動機內形成了一個不旋轉的空間固定磁動勢，用動勢，用 表示。表示。 空間固定不轉的磁動勢相對于

54、旋轉的轉子來空間固定不轉的磁動勢相對于旋轉的轉子來說變成了一個旋轉磁動勢說變成了一個旋轉磁動勢, ,旋轉方向為順時針，旋轉方向為順時針，轉速大小為轉速大小為n n。正如三相異步電動機運行于電。正如三相異步電動機運行于電動狀態(tài)下一樣，動狀態(tài)下一樣， IF廣東技術師范學院自動化學院n轉子與空間磁動勢轉子與空間磁動勢 有相對運動，轉子繞組則有相對運動，轉子繞組則感應電動勢，產生電流；進而轉子受到電磁轉矩感應電動勢，產生電流；進而轉子受到電磁轉矩T T。T T的方向與磁動勢的方向與磁動勢 相對于轉子的旋轉方向是一相對于轉子的旋轉方向是一樣的，即轉子受到順時針方向的電磁轉矩樣的，即轉子受到順時針方向的電

55、磁轉矩T T。轉子。轉子轉向為逆時針方向，受到的轉矩為順時針方向，轉向為逆時針方向，受到的轉矩為順時針方向，顯然顯然T T與與n n反方向，電動機處于制動運行狀態(tài)，反方向，電動機處于制動運行狀態(tài)，T T為為制動性的阻轉矩。轉速制動性的阻轉矩。轉速n n0 0時，磁通勢與轉子相時，磁通勢與轉子相對靜止，對靜止， 0 0， 0 0，T T0 0，減速過程才完，減速過程才完全終止。全終止。n上述制動停車過程中，系統(tǒng)原來貯存的動能消耗上述制動停車過程中，系統(tǒng)原來貯存的動能消耗了，這部分能量主要被電動機轉換為電能消耗在了，這部分能量主要被電動機轉換為電能消耗在轉子回路中。因此，上述過程亦稱之為能耗制動轉

56、子回路中。因此，上述過程亦稱之為能耗制動過程。過程。 FF2E2I廣東技術師范學院自動化學院n三相異步電動機能耗制動過程中電磁轉矩三相異步電動機能耗制動過程中電磁轉矩T T的的產生，是由于轉子與定于磁動勢之間有相對運產生，是由于轉子與定于磁動勢之間有相對運動；至于定子磁動勢相對于定子本身是旋轉的動；至于定子磁動勢相對于定子本身是旋轉的還是靜止的，以及相對轉速是多少，都是無關還是靜止的，以及相對轉速是多少，都是無關緊要的。因此，分析能耗制動狀態(tài)下運行的三緊要的。因此，分析能耗制動狀態(tài)下運行的三相異步電動機，可以用三相交流電流產生的旋相異步電動機，可以用三相交流電流產生的旋轉磁動勢等效替代直流磁動勢，在等效替代后，轉磁動勢等效替代直流磁動勢，在等效替代后，就可以使用電動運行狀態(tài)時的分析方法與所得就可以使用電動運行狀態(tài)時的分析方法與所得結論結論。等效替代的條件是：等效替代的條件是：廣東技術師范學院自動化學院n（1 1）保持磁動勢幅值不變，即）保持磁動勢幅值不變，即 = ;= ;n （2 2）保持磁動勢與轉子之間相對轉速（即轉）保持磁動勢與轉子之間相對轉