電力拖動第十章

第十章三相異步電動機的機械特性及各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)第一節(jié)三相異步電動機機械特性的三種表達(dá)式一、物理表達(dá)式式中：異步機的轉(zhuǎn)矩系數(shù)——異步機每極磁通1二、參數(shù)表達(dá)式則得2由于異步電動機的電磁功率為由異步電動機的近似等效電路得異步電動機的機械特性參數(shù)表達(dá)式異步電動機的機械特性3臨界轉(zhuǎn)差率使，即可求得最大轉(zhuǎn)矩由于起動轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)兩式中“+”為電動狀態(tài)（特性在第Ⅰ象限）；“-”為發(fā)電狀態(tài)。4結(jié)論：.....最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值稱為過載倍數(shù)，其值大小反映電動機過載能力，用KT表示，即：一般異步電動機過載倍數(shù)KT=1.8～3.0。5三.實用表達(dá)式忽略此二項忽略

R1

得機械特性的實用表達(dá)式6可以求出（式中）額定負(fù)載時78異步電動機的轉(zhuǎn)矩表達(dá)式物理表達(dá)式參數(shù)表達(dá)式實用表達(dá)式異步機的轉(zhuǎn)矩系數(shù)(主要用于定性分析)(主要用于定量計算)(主要用于近似計算)9第二節(jié)三相異步電動機的固有機械特性與人為機械特性一、固有機械特性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)定的接線方法接線，定子及轉(zhuǎn)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。三相異步電動機的固有機械特性1）起始點A；2）額定工作點B；3）同步轉(zhuǎn)速點H；4）最大轉(zhuǎn)矩點P和P′。10特性上的各特殊點說明(1)同步轉(zhuǎn)速點H同步轉(zhuǎn)速點又稱理想空載點，在該點處：s=0，n=ns，T=0，E2s=0，I2=0，I1=I0，電動機處于理想空載狀態(tài)。(2)額定運行點B在該點處：n=nN，T=TN，I1=I1N，I2=I2N，P2=PN，電動機處于額定運行狀態(tài)。11特性上的各特殊點說明(3)臨界點P和Pˊ在該點處：s=sm，T=Tmax，對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩是電動機所能提供的最大轉(zhuǎn)矩。Tmaxˊ是異步電動機回饋制動狀態(tài)所對應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩，若忽略R1的影響時，有Tmaxˊ=Tmax。(4)起動點A在該點處：s=1，n=0，T=Tst，I=Ist。12異步電動機的人為機械特性是指人為改變電動機的電氣參數(shù)而得到的機械特性。由參數(shù)表達(dá)式可知，改變定子電壓U1、定子頻率f1、極對數(shù)p、定子回路電阻R1和電抗x1、轉(zhuǎn)子回路電阻R2ˊ和電抗x2ˊ，都可得到不同的人為機械特性。二、人為機械特性13三相異步電動機降低定子相電壓時的人為機械特性（一）降低降低后轉(zhuǎn)速將下降，由于負(fù)載保持不變，根據(jù)ns和sm與電壓無關(guān)電動機電流將大于額定值，電動機如長時連續(xù)運行，最終溫升將超過允許值，導(dǎo)致電動機壽命縮短，甚至燒壞。14（二）轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串聯(lián)對稱電阻轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對稱電阻適用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的起動，也可用于調(diào)速。轉(zhuǎn)子電路內(nèi)串聯(lián)對稱電阻時的人為機械特性當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻R2增大時，同步轉(zhuǎn)速ns和臨界轉(zhuǎn)矩Tmax不變，但臨界轉(zhuǎn)差率sm變大，起動轉(zhuǎn)矩Tst隨轉(zhuǎn)子電阻R2增大而增大，直至Tst=Tmax。當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻R2再增大時，起動轉(zhuǎn)矩Tst反而減小。轉(zhuǎn)子串入對稱三相電阻的方法應(yīng)用于繞線式異步電動機的起動和調(diào)速。15（三）定子電路串聯(lián)對稱電抗定子電路內(nèi)串聯(lián)對稱電抗時的人為機械特性定子電路串聯(lián)對稱電抗一般用于異步電動機的降壓起動，以限制電動機的起動電流。定子電路內(nèi)串聯(lián)對稱電阻時的人為機械特性（四）定子電路串聯(lián)對稱電阻

與串聯(lián)對稱電抗時相同，定子串聯(lián)對稱電阻一般也用于籠型異步電動機的減壓起動。定子電路串電阻或電抗后，最大轉(zhuǎn)矩、起動轉(zhuǎn)矩以及臨界轉(zhuǎn)差率均減少。16轉(zhuǎn)子電路接入并聯(lián)阻抗時的電路圖和人為機械特性（五）轉(zhuǎn)子電路接入并聯(lián)阻抗由于轉(zhuǎn)子電路參數(shù)可變，如果參數(shù)配合恰當(dāng)，電動機在整個加速過程中產(chǎn)生幾乎恒定的轉(zhuǎn)矩，在右圖上繪出了這樣的人為機械特性。轉(zhuǎn)子電路接入并聯(lián)阻抗時的轉(zhuǎn)子等效電路圖起動時，感抗較大，轉(zhuǎn)子電流主要流過Rst，正常運行時感抗較小，轉(zhuǎn)子電流主要流過電抗器。17第三節(jié)三相異步電動機的各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)一、電動運轉(zhuǎn)狀態(tài)電動運轉(zhuǎn)狀態(tài)的特點是電動機轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)的方向相同。電動狀態(tài)下異步電動機的機械特性二、制動運轉(zhuǎn)狀態(tài)異步電動機可工作于回饋制動，反接制動及能耗制動三種制動狀態(tài)。其共同特點是電動機轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向相反，以實現(xiàn)制動。此時，電動機由軸上吸收機械能，并轉(zhuǎn)換為電能。

n<ns，0<s<1，T為拖動轉(zhuǎn)矩，特性在第Ⅰ、Ⅲ象限。18（—）回饋制動狀態(tài)位能負(fù)載帶動異步電動機進(jìn)入回饋制動狀態(tài)異步電動機在回饋制動時的相量圖

當(dāng)異步電動機由于某種原因（例如位能負(fù)載的作用），使其轉(zhuǎn)速高于同步速度時，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢反向，轉(zhuǎn)子電流的有功分量也改變了方向，其無功分量的方向則不變。此時異步電動機既回饋電能，又在軸上產(chǎn)生機械制動轉(zhuǎn)矩，即在制動狀態(tài)下工作。(適用于重物高速下放)

19當(dāng)時轉(zhuǎn)子電流的有功分量為轉(zhuǎn)子電流的無功分量為為負(fù)，與轉(zhuǎn)速方向相反異步電動機軸上輸出的機械功率也為負(fù)20能量關(guān)系

n>ns，s<0，Pmech=m1I2′2R2′(1-s)/s<0，說明輸入機械功率；Pe=m1I2′2R2′/s<0，說明由轉(zhuǎn)子輸入機械功率傳到定子，再返回電源，這時電機為一臺異步發(fā)電機，又因這時T、n方向相反故為制動狀態(tài)，稱回饋制動或再生發(fā)電制動。21TnOf1'f1"f1'＞

f1"回饋制動特點：|

n|

＞|

ns|，s＜0。電機處于發(fā)電機狀態(tài)。(1)正向回饋制動（變頻、變極調(diào)速）TLabcdTnOYYYTLabcd?22OnTTLns－ns(2)下放重物時的回饋制動GRbT3~M3~TnTLbac正向電動反接制動dn回饋制動反向電動23＜0(|n|>|n0|)

＜0——轉(zhuǎn)子發(fā)出電功率，向電源回饋電能。＜0——軸上輸入機械功率(位能負(fù)載的位能)。

PCu2=Pe－Pmech|Pe

|=|Pmech|－PCu2——機械能轉(zhuǎn)換成電能(減去轉(zhuǎn)子銅損耗等)。制動時的功率s=－n0+n－n0=n0-nn0第四象限：Pe=m1I2'2R2'＋Rb'sPe

<Pmech=(1－s)Pe24制動效果Rb

→下放速度

?！鶠榱吮苊馕ｋU的高速，一般不串聯(lián)

Rb。OnTTLn0－n025轉(zhuǎn)速反向的反接制動時的異步電動機特性異步電動機轉(zhuǎn)速反向反接制動電路圖（二）反接制動狀態(tài)1．轉(zhuǎn)速反向的反接制動(重物下放)

26OnT1ns2bcTLad①制動原理定子相序不變，轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)對稱電阻Rb。a點b點(Tb＜TL)，慣性n↓c點(n=0，Tc＜TL)在TL作用下M反向起動d點(

nd＜0，Td

=TL)制動運行狀態(tài)②制動效果改變Rf的大小，改變特性2的斜率，改變nd。3e低速提升重物27③制動時的功率第四象限：Pe=m1I2'2R2'＋Rf's＞0PCu2=m1(R2'＋Rf')

I2'2=Pe－Pmech=Pe＋|Pmech|＜0Pmech=(1－s)Pe——定子輸入電功率——軸上輸入機械功率（位能負(fù)載的位能）——電功率與機械功率均消耗在轉(zhuǎn)子電路中。此時的轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)子電路的損耗為兩者之和，因此能量損耗極大。28特點和應(yīng)用特點：

s>1，運行過程中能量消耗多，改變轉(zhuǎn)子串接電阻，可變速度。應(yīng)用：適用于位能性負(fù)載下放重物。說明兩部分能量全部消耗在電阻上，一部分消耗在轉(zhuǎn)子本身的內(nèi)阻R2上，因R2很小，故能量大部分消耗在外串電阻Rf上。這樣可以減小轉(zhuǎn)子發(fā)熱程度。29(電源反接制動)——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2．定子兩相反接的反接制動30－TLTL制動前：正向電動狀態(tài)。制動時：定子相序改變，ns變向。OnT1ns2－ns

bs=－ns

－n－ns=ns＋nns即：s＞1(第二象限)。同時：E2s、I2反向，T反向。aca點b點(T＜0，制動開始)慣性n↓c點(n=0，T≠0)，制動結(jié)束。到

c點時，若未切斷電源，M將可能反向起動。d31取決于Rf的大小。②制動效果aOnT1ns2－nsbc③制動時的功率Pe=m1I2'2R2'＋Rb's＞0PCu2=m1(R2'＋Rb')

I2'2=Pe－Pmech=Pe＋|Pmech|＜0Pmech

=(1－s)Pe三相電能電磁功率Pe轉(zhuǎn)子機械功率Pm定子轉(zhuǎn)子電阻消耗掉32**定子2相反接的反接制動的用途可以用于迅速停車或反向優(yōu)點：制動效果強缺點：能量損耗大，制動準(zhǔn)確度差33M3~3~S13.能耗制動(1)制動原理制動前

S1合上，S2斷開，

M為電動狀態(tài)。制動時

S1斷開，S2合上。定子:U→I1→Φ

轉(zhuǎn)子:n→E2→I2M為制動狀態(tài)。n＋U－S2

RbI1×ΦFFTT34(2)能耗制動時的機械特性特點：①因T與n方向相反，n－T曲線在第二、四象限。②因n=0時，T=0，

n－T曲線過原點。③對于籠型異步電動機，必須增大直流勵磁電流來增大制動轉(zhuǎn)矩(如曲線2)；對于繞線式異步電動機，可以采用轉(zhuǎn)子串電阻的方法來增大初始制動轉(zhuǎn)矩(如曲線3)

。（對于反抗性負(fù)載可以準(zhǔn)確停車）35(3)能耗制動過程——迅速停車TLOnT12①制動原理制動前：特性1。制動時：特性2。原點O(n=0，T=0)，a點b點慣性ab(T＜0，制動開始)n↓制動過程結(jié)束。36三、運轉(zhuǎn)狀態(tài)小結(jié)在正轉(zhuǎn)方向，特性1與1′的第二象限為回饋制動特性，第四象限為反接制動特性；在反轉(zhuǎn)方向，特性2與2′的第二象限為反接制動特性，而第四象限則為回饋制動特性。能耗制動電路的聯(lián)結(jié)方法有所不同，其機械特性用曲線3與3′表示，第二象限部分對應(yīng)于電動機正轉(zhuǎn)，而第四象限則對應(yīng)于反轉(zhuǎn)。圖中特性1＇，2′及3′對應(yīng)于異步電動機轉(zhuǎn)子有串聯(lián)電阻時，而1，2及3則對應(yīng)于沒有串聯(lián)電阻。37第四節(jié)根據(jù)異步電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)計算異步電動機的參數(shù)一般異步電動機的產(chǎn)品目錄中可以查到一些技術(shù)數(shù)據(jù)，而不給出電動機的定、轉(zhuǎn)子等具體參數(shù)，為此必須用工程計算法計算。一般可查到下列技術(shù)數(shù)據(jù)：1）額定功率

（kW）2）額定定子線電壓（V）

3）額定定子線電流（A）

4）額定轉(zhuǎn)速（r/min）

5）額定效率

6）定子額定功率因數(shù)7）過載倍數(shù)

8）飛輪慣量（）

9）對于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機，還給出兩個轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù)，即a）轉(zhuǎn)子額定線電動勢（V）b）轉(zhuǎn)子額定線電流（A）10）對于籠型異步電動機，沒有轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù)，但給出下列兩個數(shù)據(jù)

a）起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)

b）起動電流倍數(shù)

38此外，還可能給出定子極對數(shù)p；定子繞組的接線方式；工作制（或定額）；負(fù)載持續(xù)率；最高溫升（或絕緣材料等級）等。額定頻率我國為50Hz，即Hz。

在已知上述數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可用工程計算法計算異步電動機參數(shù)

轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻39第五節(jié)繞線轉(zhuǎn)子異步電動機調(diào)速及制動電阻的計算利用機械特性（一般是實用表達(dá)式）進(jìn)行，計算時必須注意不同運轉(zhuǎn)狀態(tài)下方程式中各參量的正負(fù)符號等不同特點。[例10-2]某繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的銘牌參數(shù)如下：（1）當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩，要求轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子每相應(yīng)串入多大的電阻（圖中B點）？繞線轉(zhuǎn)子異步電動機的機械特性40（2）從電動狀態(tài)（圖1中A點）時換接到反接制動狀態(tài)，如果要求開始的制動轉(zhuǎn)矩等于（圖中C點），則轉(zhuǎn)子每相應(yīng)該串接多大電阻？（3）如果該電動機帶位能負(fù)載，負(fù)載轉(zhuǎn)矩，要求穩(wěn)定的下放轉(zhuǎn)速r/min，求轉(zhuǎn)子每相的串接電阻值。解固有機械特性的臨界轉(zhuǎn)差率41取（不合理）（1）如考慮異步機的機械特性為直線,對于固有特性對于人為特性42（2）取取考慮機械特性為直線，固有機械特性的臨界轉(zhuǎn)差率43（3）取（時不能穩(wěn)定運轉(zhuǎn)）考慮機械特性為直線注意：計算時轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的符號要帶入公式。44本章小結(jié)1本章介紹了三相異步電動機的機械特性及各種運轉(zhuǎn)狀態(tài)。

機械特性則是異步電動機運行特性中最重要，三相異步電動機的機械特性是指在電動機定子電壓、頻率以及繞組參數(shù)一定的條件下，電動機電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率的關(guān)系，即n=?(T)或s=?(T)。機械特性可用函數(shù)表示，也可同曲線表示，用函數(shù)表示時，有三種表達(dá)式：物理表達(dá)式、參數(shù)表達(dá)式和實用表達(dá)式，三種表達(dá)式各有不同的適用場合。

45本章小結(jié)2當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相反時異步電動機處于制動狀態(tài)。實現(xiàn)三相異步電動機電氣制動方法主要有：能耗制動、反接制