異步電機(jī)的電力能源拖動(dòng)知識(shí)概述

大連理工大學(xué)電氣工程系第4章異步電機(jī)的電力拖動(dòng)4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性4.2

電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速4.5三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)第4章異步電機(jī)的電力拖動(dòng)4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性4.2

電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速4.5三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)電機(jī)與拖動(dòng)返回主頁(yè)大連理工大學(xué)電氣工程系4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性一、電磁轉(zhuǎn)矩公式1.電磁轉(zhuǎn)矩的物理公式

Pe=m2E2I2cos2E2=4.44f1

kw2N2ΦmT

=PeΩ060Pe2n0

=T=CTΦm

I2cos2※轉(zhuǎn)矩常數(shù):

p

Pe2

f1

=4.44pm2kw2N2

2

CT=第4章異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系m2p2f1

=

E2sE2√R22＋(sX2)2R2√R22＋(sX2)22.電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)公式pPe2f1

T

=m2p2

f1

=E2I2cos2

m2p2f1

=sR2E22R22＋(sX2)2(4.44f1kw2N2Φm)2m2p2f1

=sR2R22＋(sX2)24.44f1kw2N2m2p2f1

=sR2R22＋(sX2)2()U14.44f1kw1N124.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性大連理工大學(xué)電氣工程系()2m22

=spR2U12f1［R22＋(sX2)2］kw2N2kw1N1令

()2m22

KT

=kw2N2kw1N1

T

=KTspR2U12f1［R22＋(sX2)2］4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性大連理工大學(xué)電氣工程系3.電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用公式由=0，得dTds

最大（臨界）轉(zhuǎn)矩

TM=KTpU12

2f1X2

臨界轉(zhuǎn)差率

R2X2sM=由此可見(jiàn)：①T(TM)∝U12，

sM與U1無(wú)關(guān)。②sM∝R2，

TM與R2無(wú)關(guān)。額定電磁轉(zhuǎn)矩

最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)

TMTNMT=4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性大連理工大學(xué)電氣工程系

若忽略

T0，則602TN=PNnNT=+2TM

sMs

ssM整理上面各式，得［］=±－1ssMTMT(

)2TMT4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性解上述方程，可得

|s

|<|sM|時(shí)取負(fù)號(hào),|s

|>|sM|時(shí)取負(fù)號(hào)。大連理工大學(xué)電氣工程系

當(dāng)T=TN

時(shí)，則=ssM4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性(MT

±

MT2－1)大連理工大學(xué)電氣工程系

【例

4.1.1】

Y132M－4型三相異步電動(dòng)機(jī)帶某負(fù)載運(yùn)行，轉(zhuǎn)速n=1455r/min，試問(wèn)該電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL是多少？若負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=45N·m，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n是多少？

由電工手冊(cè)查到該電機(jī)的PN=7.5kW，

n0=1500r/min，nN=1440r/min，MT=2.2。由此求得n0－nn0s

===0.031500－14551500n0－nNn0sN===0.041500－144015004.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性解：大連理工大學(xué)電氣工程系sM=sN(MT＋

MT2－1)=0.04(2.2

＋

2.22－1)=0.166602TN=PNnN602=×N·m=49.76N·m75001440TM

=MTTN=2.2×49.76N·m=109.47N·m4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性忽略

T0，則TL

=T2

sMs=T=＋2TM

ssM=N·m=38.32N·m+2×109.470.030.1660.1660.03大連理工大學(xué)電氣工程系當(dāng)

TL

=T2=T=

45N·m時(shí)=0.166×－－1(

)2109.4745109.47454.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性=0.036n=(1－s)n0=(1－0.036)×1500r/min=1446r/minTMTs=sM

－－1TMT(

)2大連理工大學(xué)電氣工程系OTs二、固有特性

當(dāng)U1、f1、R2、X2=常數(shù)時(shí)：

T=f(s)——轉(zhuǎn)矩特性

n=f(T)——機(jī)械特性當(dāng)U1L=

U1N、f1=fN，且繞線型轉(zhuǎn)子中不外串電阻或電抗時(shí)的特性稱為固有特性。1n0TnOMSNNM

S4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性大連理工大學(xué)電氣工程系

額定狀態(tài)是指各個(gè)物理量都等于額定值的狀態(tài)。N點(diǎn)：n=nN，s=sN

，

T=TN，P2=PN。

額定狀態(tài)說(shuō)明了電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行的能力

TL≤TN，P2≤

PN，I1≤

IN。1.額定狀態(tài)（N點(diǎn)）nNTNn0TnON

sN=0.01~0.09很小，

T

增加時(shí)，n下降很少——硬特性。工作段4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性大連理工大學(xué)電氣工程系

臨界轉(zhuǎn)速2.

臨界狀態(tài)（M

點(diǎn)）n0nTOM

對(duì)應(yīng)s=sM，T=

TM的狀態(tài)。nMTM

臨界狀態(tài)明了電動(dòng)機(jī)的短時(shí)過(guò)載能力。

過(guò)載倍數(shù)αMT=TMTNY系列三相異步電動(dòng)機(jī)

MT

=2~2.24.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性大連理工大學(xué)電氣工程系3.堵轉(zhuǎn)狀態(tài)（S

點(diǎn)）

對(duì)應(yīng)s=1，n=0的狀態(tài)。

——又稱為起動(dòng)狀態(tài)。

堵轉(zhuǎn)狀態(tài)說(shuō)明了電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)的能力。

起動(dòng)條件

(1)TS>(1.1~1.2)TL。

(2)IS＜允許值。

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)n0TnOSTSST=TSTN

起動(dòng)電流倍數(shù)SC=ISIN

Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)

ST=1.6~2.2

SC=5.5~7.04.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性大連理工大學(xué)電氣工程系

【例

4.1.2】一臺(tái)Y225M－2型三相異步電動(dòng)機(jī)，若TL=200N·m，試問(wèn)能否帶此負(fù)載：(1)長(zhǎng)期運(yùn)行；(2)短時(shí)運(yùn)行；(3)直接起動(dòng)（設(shè)Is在允許范圍內(nèi)）。解：

查電工手冊(cè)得知該電機(jī)的PN=45kW，nN=2970r/min，MT=2.2，ST=2.0。

(1)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩602TN=PNnN602×3.14

=N·m=145N·m45×1032970由于TN＜TL，故不能帶此負(fù)載長(zhǎng)期運(yùn)行。4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性大連理工大學(xué)電氣工程系(2)電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩

TM=MT

TN=2.2×145N·m=319N·m由于TM＞TL

，故可以帶此負(fù)載短時(shí)運(yùn)行。(3)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

TST=STTN=2.0×145N·m=290N·m由于TST＞TL，且超過(guò)1.1倍TL，故可以帶此負(fù)載直接起動(dòng)。4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性大連理工大學(xué)電氣工程系U1'＞U1"三、人為特性1.降低定子電壓時(shí)的人為特性sMTsOU1'U1"U1'＞U1"sMnTOU1'U1"SM與U1無(wú)關(guān)

T

正比于

U124.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性大連理工大學(xué)電氣工程系2.增加轉(zhuǎn)子電阻時(shí)的人為特性sM正比于

R2，TM與R2

無(wú)關(guān)。4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性TMTsOR2'<R2"R2'R2"nTOTMR2'R2"R2'<R2"大連理工大學(xué)電氣工程系R2=X2TsOTMsM＜1sM=1sM＞1R2＜X2R2＞X2R2'

＜R2"

當(dāng)R2＜X2時(shí)，sM＜1，R2→TST。當(dāng)R2=X2時(shí)，sM=1，TS=

TM。當(dāng)R2＞X2時(shí)，sM＞1，R2→TST。R2增加后，TST大小則與R2和

X2的相對(duì)大小有關(guān)。

4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性大連理工大學(xué)電氣工程系3.改變定子頻率時(shí)的人為特性(1)f1＜fNE14.44

f1

kw1N1Φm=≈U14.44

f1

kw1N1為保持Φm

=常數(shù)=常數(shù)U1f1

因?yàn)閚0∝f1,sM∝1f1所以

△n

=n0－nM=sMn0（不變）TM=KTpU12

2f1X2R2X2sM=()因?yàn)?/p>

TM∝U1f12所以

TM

不變。4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性大連理工大學(xué)電氣工程系f1＜fNn0'f1n0TnOfNTMTM=KTpU12

2f1X2R2X2sM=(2)f1＞fN，U1=UN（不變）調(diào)頻時(shí)：f1→

Φm因?yàn)?/p>

n0∝f1，sM∝1f1所以△n

=n0－nM=sMn0(不變)TM∝1f12而且：f1＞fNn0'f1n0TnOfN4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性大連理工大學(xué)電氣工程系4.改變磁極對(duì)數(shù)時(shí)的人為特性U1U2U3U4××(a)p=2SNNSU1U2U3U4NS(b)p=14.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性大連理工大學(xué)電氣工程系Y(2p)YY(p)(2p)

定子繞組常用的接法4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性大連理工大學(xué)電氣工程系1.Y－YY變極(1)

2p→p

，n0→2n0。(2)

N1→N1/2，KT→4KT

。(3)

sM不變，U1不變。(4)n

=n0－nM=sMn0→2sMn0。(5)

TM(TS)→2TM(TS)。

KT=()2m22kw2N2kw1N1TM=KTpU12

2f1X2n0TnOYYY0.5n04.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性大連理工大學(xué)電氣工程系2.△－YY變極(1)2p→

p，n0→2n0。(2)

N1→N1/

2，KT→4KT

。(3)

sM不變，U1→

U1/

3。n0TnOYY0.5n0(4)△n

=n0－nM=sMn0→2sMn0。(5)

TM(TT)→2/3TM(TT)。

KT=()2m22kw2N2kw1N1TM=KTpU12

2f1X24.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性大連理工大學(xué)電氣工程系4.2電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行一、負(fù)載的機(jī)械特性

n=f(TL)

轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的參考方向：OTLn+TL－TL1.恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性(1)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載nT(T2)TL(T0)由摩擦力產(chǎn)生的。當(dāng)

n＞0，TL＞0。當(dāng)

n＜0，TL＜0。如機(jī)床平移機(jī)構(gòu)、壓延設(shè)備等。第4章異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系OTLnOTLn(2)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

由重力作用產(chǎn)生的。當(dāng)

n＞0，TL＞0。當(dāng)

n＜0，TL＞0。如起重機(jī)的提升機(jī)構(gòu)和礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)等。2.恒功率負(fù)載特性

TL

n=常數(shù)。

如機(jī)床的主軸系統(tǒng)等。

TL∝1n4.2電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行大連理工大學(xué)電氣工程系3.通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性O(shè)TLn

TL∝n2

TL

的方向始終與n的方向相反。

如通風(fēng)機(jī)、水泵、油泵等。實(shí)際的通風(fēng)機(jī)負(fù)載OTLnT0TL=T0＋kn2

實(shí)際的機(jī)床平移機(jī)構(gòu)OTLn4.2電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行大連理工大學(xué)電氣工程系二、穩(wěn)定運(yùn)行條件工作點(diǎn)：在電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載的機(jī)械特性的交點(diǎn)上。穩(wěn)定運(yùn)行:即：T－TL=0運(yùn)動(dòng)方程:T－TL=JdΩd

tT－TL＞0→加速T－TL＜0→減速n=常數(shù)過(guò)渡過(guò)程:4.2電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行大連理工大學(xué)電氣工程系n0TnOTLab

干擾使TL

a

點(diǎn):T＜TLn

→Ta'→a'點(diǎn)。→a

點(diǎn)。→n

→T

干擾過(guò)后T＞TL→T=TL4.2電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行大連理工大學(xué)電氣工程系n0TnOTLaba"

干擾使TL

a

點(diǎn):T＜TLn

→T

→a'點(diǎn)。干擾過(guò)后T＞TL→n

→T

→T=TL→a

點(diǎn)。

干擾使TL

n

T＞TL→T

→a"

點(diǎn)?！鶷=TL干擾過(guò)后T＜TL

→n

→T

→T=TL→a點(diǎn)。4.2電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行大連理工大學(xué)電氣工程系n0TnOabTLb

點(diǎn):

干擾使TL

→n

→n=0→堵轉(zhuǎn)?！鶷

n

T＜TL干擾過(guò)后T＜TL，不能運(yùn)行。b'4.2電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行大連理工大學(xué)電氣工程系n0TnOabTLb

點(diǎn):

干擾使TL

n

→T

→n

→n=0→堵轉(zhuǎn)。T＜TL干擾過(guò)后T＜TL，不能運(yùn)行。

干擾使TL

n

T＞TL→T

→b'點(diǎn)?！鷑

b'干擾過(guò)后T＜TL→n→T

→a

點(diǎn)。4.2電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行大連理工大學(xué)電氣工程系

穩(wěn)定運(yùn)行的充分條件:dTdn＜dTLdnn0TnOabTL

穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)

不穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)4.2電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行大連理工大學(xué)電氣工程系n0TnO

電動(dòng)機(jī)的自適應(yīng)負(fù)載能力

電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動(dòng)調(diào)整這種能力稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。

自適應(yīng)負(fù)載能力是電動(dòng)機(jī)區(qū)別于其他動(dòng)力機(jī)械的重要特點(diǎn)。如:柴油機(jī)當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，必須由操作者加大油門(mén)，才能帶動(dòng)新的負(fù)載。a點(diǎn)→TL

新的平衡TL

→a'點(diǎn)aa'T－TL＜0→n

→I2

→T

I1→P14.2電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行大連理工大學(xué)電氣工程系4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)一、電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)指標(biāo)1.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩足夠大

TST

＞TL

TST

≥

(1.1~1.2)TL2.起動(dòng)電流不超過(guò)允許范圍。異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際起動(dòng)情況起動(dòng)電流大：IST=SCIN=(5.5～7)IN

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩?。篢ST=StTN=(1.6～2.2)TN

第4章異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系

不利影響(1)大的IST使電網(wǎng)電壓降低，影響自身及其他負(fù)載工作。(2)頻繁起動(dòng)時(shí)造成熱量積累，易使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。二、籠型異步電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)1.小容量的電動(dòng)機(jī)（PN

≤7.5kW）2.電動(dòng)機(jī)容量滿足如下要求：ISTINSC=≤14〔〕3+電源總?cè)萘?kV·A)電動(dòng)機(jī)容量(kW)4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系三、籠型異步電動(dòng)機(jī)的減壓起動(dòng)1.定子串聯(lián)電阻或電抗減壓起動(dòng)M3~3~RSQ1FUQ2起動(dòng)運(yùn)行M3~XSQ1FUQ23~4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系適用于：正常運(yùn)行為△形聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)。2.星形－三角形減壓起動(dòng)（Y－起動(dòng)）3~UNQ1FUQ2U1U2V1V2W1W24.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系適用于：正常運(yùn)行為△形聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)。2.星形－三角形減壓起動(dòng)（Y－起動(dòng)）3~UNQ1FUQ2U1U2V1V2W1W2Y

起動(dòng)4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系適用于：正常運(yùn)行為△形聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)。2.星形－三角形減壓起動(dòng)（Y－起動(dòng)）起動(dòng)Q23~UNQ1FUU1U2V1V2W1W2

定子相電壓比U1PYU1P△UN

3UN==13

定子相電流比I1PYI1P△U1PYU1P△==13

起動(dòng)電流比ISTYIST△I1PY3I1P△==134.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系

電源電流比

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比TSTYTST△U1PYU1P△==13()24.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)IYI△ISTYIST△==13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(dòng)的使用條件4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)(1)

正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)采用形連接的電動(dòng)機(jī)。

【例4.3.1】三相異步電動(dòng)機(jī)，電源電壓=380V，三相定子繞組接法運(yùn)行，額定電流IN=20A，啟動(dòng)電流Ist/IN=7，求：（1）接法時(shí)的啟動(dòng)電流Ist

（2）若啟動(dòng)時(shí)改為Y接法，求IstY（1）Ist=7IN=720=140A解：（2）IstY=Ist/3=140/3=47A大連理工大學(xué)電氣工程系3.自耦變壓器減壓起動(dòng)TA3~UNQ1FUQ2M3~4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系3.自耦變壓器減壓起動(dòng)3~UNQ1FUQ2TAM3~起動(dòng)4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系3.自耦變壓器減壓起動(dòng)TA3~UNQ1FUQ2M3~運(yùn)行4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系3.自耦變壓器減壓起動(dòng)3~UNQ1FUQ2TAM3~起動(dòng)U降壓比

定子線電壓比U1LaU1LbUUN==KA

定子相電壓比U1PaU1Pb==KAU1LaU1Lb

定子相電流比I1PaI1Pb==KAU1PaU1Pb4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系3.自耦變壓器減壓起動(dòng)TAM3~3~UNQ1FUQ2起動(dòng)ISTaKAISTa

起動(dòng)電流比ISTaISTbI1PaI1Pb==KA

電源電流比IaIbKAISTaISTb==KA2

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比=KA2TSTaTSTbU1PaU1Pb=()24.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系

降壓比KA可調(diào)

QJ2型三相自耦變壓器：

KA=0.55、0.64、0.73QJ3型三相自耦變壓器：

KA=0.4、0.6、0.84.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)(1)ISTa＜Imax（線路中允許的最大電流）(2)TSTa＞(1.1～1.2)TL

自耦變壓器減壓起動(dòng)的使用條件

4.延邊三角形換接降壓?jiǎn)?dòng)優(yōu)點(diǎn)：延邊三角形啟動(dòng)可以獲得比“星形—三角形”啟動(dòng)更大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而且設(shè)備簡(jiǎn)單，只需一轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。缺點(diǎn)：定子繞組的抽頭較多。大連理工大學(xué)電氣工程系

【例

4.3.2】

一臺(tái)

Y250M－6型三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，UN=380V，聯(lián)結(jié)，PN=37kW，

nN=985r/min，IN=72A，ST=1.8，SC=6.5。如果要求電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須大于250N·m，從電源取用的電流必須小于360A。試問(wèn)：(1)能否直接起動(dòng)？(2)能否采用Y－起動(dòng)？(3)能否采用KA=0.8的自耦變壓器起動(dòng)？解：(1)能否直接起動(dòng)602TN=PN

nN=×N·m=359N·m602×3.1437×103985直接起動(dòng)時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流為

TST=STTN=

1.8×359N·m=646N·mIST=SCIN

=

6.5×72A=468A4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系

雖然TST＞250N·m，但是

IST＞360A，所以不能采用直接起動(dòng)。(2)能否采用Y－起動(dòng)TSTY=TST13=×646

N·m=215N·m13ISTY=IST13=×468

A=156A13

雖然ISTY＜360A，但是

TSTY＜250N·m，所以不能采用Y－起動(dòng)。

(3)能否采用KA=0.8的自耦變壓器起動(dòng)

TSTa=KA2TST

=

0.82×646N·m=413N·mISTa=KA2IST

=

0.82×468A=300A4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系

由于TSTa＞250N·m，而且

ISTa＜360A，所以能采用

KA=0.8

的自耦變壓器起動(dòng)。4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

1)解:【例4.3.3】一臺(tái)Y225M-4型的三相異步電動(dòng)機(jī)，定子繞組△型聯(lián)結(jié)，其額定數(shù)據(jù)為：PN=45kW,nN=1480r/min，UN=380V,N=92.3%,cosN=0.88,KC=7.0,Ks=1.9,KM=2.2求：1)額定電流IN?2)額定轉(zhuǎn)差率sN?

3)額定轉(zhuǎn)矩TN

、最大轉(zhuǎn)矩TM

和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TS

。4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

2）由nN=1480r/min，可知p=2（四極電動(dòng)機(jī)）

3）4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)2023/6/7大連理工大學(xué)電氣工程系57【例4.3.4】在上例中如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩為

510.2N?m,試問(wèn):（1）在U=UN

和U′=0.9UN兩種情況下電動(dòng)機(jī)能否起動(dòng)？（2）采用Y-

換接起動(dòng)時(shí)，求起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。（3）當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的80%和50%時(shí)，電動(dòng)機(jī)能否

Y-

換接起動(dòng)？解：(1)在U=UN時(shí)

TS=551.8N·m>510.2N·m

在U′=0.9UN時(shí)能起動(dòng)不能起動(dòng)4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)2023/6/7大連理工大學(xué)電氣工程系58（3）在80%額定負(fù)載時(shí):在50%額定負(fù)載時(shí):（2）

Ist=KCIN=784.2=589.4A不能起動(dòng)能起動(dòng)4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系5.軟起動(dòng)器起動(dòng)UNtstuOU0ILitOIRts限壓起動(dòng)模式的起動(dòng)過(guò)程限流起動(dòng)模式的起動(dòng)過(guò)程4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)M3~3~Q×

×

×軟起動(dòng)器大連理工大學(xué)電氣工程系四、繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻起動(dòng)1.

無(wú)級(jí)起動(dòng)3~

Q定子電刷滑環(huán)起動(dòng)變阻器轉(zhuǎn)子4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系n0TnOT1TNTM

nNnM1NnM2M1abcdM2由幾何關(guān)系求得起動(dòng)變阻器的最大值為R2=sNU2N√3I2N由銘牌數(shù)據(jù)求得轉(zhuǎn)子每相繞組電阻的公式為RST=(－1)TNsNT1R24.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系RST1RST23~M3~Q1Q2Q(1)起動(dòng)過(guò)程分析①串聯(lián)RST1和RST2起動(dòng)（特性a）總電阻R22=R2+RST1+RST2n0TnOa(R22)TLT2a1a2T1切除

RST24.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)2.

有級(jí)起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系b(R21)n0TnOa(R22)T2T1a1a2TLb1b2②

合上Q2，切除RST2（特性b）總電阻R21=R2+RST13~M3~Q1Q2RST1RST2Q切除

RST14.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系③合上Q1，切除RST1（特性c）總電阻:

R20＝R2

c(R20)b(R21)n0TnOa(R22)T2T1a1a2TLb1b2c1c2p3~M3~Q1Q2RST1RST2Q4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系(2)起動(dòng)電阻的計(jì)算①選擇T1和T2

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：T1=(0.8~0.9)TM

切換轉(zhuǎn)矩：T2=(1.1~1.2)TL②

求出起切轉(zhuǎn)矩比

=T1T2③

確定起動(dòng)級(jí)數(shù)m

根據(jù)相似三角形的幾何關(guān)系來(lái)推導(dǎo)。4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系T1n0－nc1TMn0－nMc==sc1sMcc(R2)b(R21)n0TnOa(R22)T2T1a1a2TLb1b2c1c2pT2n0－nc2TMn0－nMc==sc2sMc同理可得：T1TM=sa1sMa=sb1sMb=sc1sMcT2TM=sa2sMa=sb2sMb=sc2sMc因?yàn)?/p>

sa2

=

sb1，sb2

=

sc1sM∝R2

=T1T2=sMasMb=R22R21所以

=T1T2=sMbsMc=R21R24.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系因此有下面的關(guān)系R21=βR2R22=βR21=β2R2對(duì)于m級(jí)起動(dòng)，有

R2m=βmR2式中R2m=R2＋RST1＋RST2＋···＋RSTm于是得到下式：β=

R2m

R2

m因?yàn)閟McsMasc1=sa1=R2R22=1×R2R224.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系對(duì)于m級(jí)起動(dòng)，則有sc1=R2R2m在固有特性c上，有關(guān)系T1TN=sc1sN=

TN

sNT1

m因此可得β=

R2m

R2

mm=TNsNT1

lgβ

lg④

重新計(jì)算，校驗(yàn)是否在規(guī)定范圍內(nèi)。4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系⑤

求出各級(jí)起動(dòng)電阻RSTi

=(βi

－βi-1

)R24.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)i=1,2,3…大連理工大學(xué)電氣工程系

【例

4.3.5】

JR41－4型三相繞線型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)某生產(chǎn)機(jī)械。已知電動(dòng)機(jī)的PN=40kW，nN=1435r/min，MT=2.6，

U2N=290V，I2N=86A。已知起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=

200N·m，采用轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)。起動(dòng)級(jí)數(shù)初步定為三級(jí)。求各級(jí)應(yīng)串聯(lián)的起動(dòng)電阻。解：(1)選擇起動(dòng)轉(zhuǎn)矩T1602TN=PN

nN=×N·m=266.32N·m602×3.1440×1031435TM=MTTN=

2.6×266.32N·m=692.43N·mT1=(0.8~0.9)TM

=

(553.94~623.19)N·m取T1=580N·m4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系(2)求出起切轉(zhuǎn)矩比

(3)求出切換轉(zhuǎn)矩T2T2=T1β=N·m=263.64N·m

5802.2由于T2

>1.1TL，所以所選m和β合適。(4)求出轉(zhuǎn)子每相繞組電阻R2==2.2266.320.0433×5803n0－nNn0sN=1500－14351500==0.0433β

=

TN

sNT1

m4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)R2=sNU2N

3I2N=

=0.08440.0433×290

1.732×86大連理工大學(xué)電氣工程系4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)(5)求出各級(jí)起動(dòng)電阻

RST1=(β－1)R2

=(2.2－1)×0.0844=0.1RST2=(β2－

β)R2

=(2.22－2.2)×0.0844=0.22RST3=(β3－

β2)R2

=(2.23－2.22)×0.0844=0.49大連理工大學(xué)電氣工程系

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(dòng)時(shí)

f2高，電阻大，

TST'大，IST'小。轉(zhuǎn)子電路正常運(yùn)行時(shí)

f2低，電阻小，自動(dòng)切除變阻器?！濉⒗@線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)頻敏變阻器起動(dòng)

頻敏變阻器4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系※六、改善起動(dòng)性能的三相籠型異步電動(dòng)機(jī)1.深槽型異步電動(dòng)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(dòng)時(shí)，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(shí)，f2很低，漏電抗很小，集膚效應(yīng)消失，R2→

。4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系2.雙籠型異步電動(dòng)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(dòng)時(shí)，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(dòng)籠。

運(yùn)行時(shí)，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。4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速1.改變磁極對(duì)數(shù)p2.改變轉(zhuǎn)差率s

3.改變電源頻率f1(變頻調(diào)速)調(diào)速方法：

n=(1－s)n0=(1－s)60f1

p——

有級(jí)調(diào)速。無(wú)級(jí)調(diào)速。第4章異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)大連理工大學(xué)電氣工程系一、電動(dòng)機(jī)的調(diào)速指標(biāo)1.調(diào)速范圍2.調(diào)速方向3.調(diào)速的平滑性——平滑系數(shù)4.調(diào)速的穩(wěn)定性——靜差率

D、δ、nN的關(guān)系

(nN=nmax)

D=nmax

nminσ=ni

ni－1δ=×100%n0－nn0

TnOn01n02△nN△nND=nNδ

nN(1－δ)4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速大連理工大學(xué)電氣工程系例如：nN

=1430r/min，△nN=115r/min，要求δ≤30%、則D=5.3。

要求δ≤20%、則D=3.1。再如：nN

=1430r/min，

D=20，δ≤5%，則nN=3.76r/min。5.調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性6.調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載不同轉(zhuǎn)速下滿載運(yùn)行時(shí)：輸出轉(zhuǎn)矩相同——恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。輸出功率相同——恒功率調(diào)速。4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速大連理工大學(xué)電氣工程系二、籠型異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速

U、f可變M3~3~整流電路逆變電路50Hz控制電路

直流n0TnOn0'f1＞fNU1L=UNn0TnOn0'f1＜fN，=常數(shù)U1f1

TLTL4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速大連理工大學(xué)電氣工程系1.

調(diào)速方向

f1＜fN時(shí)：n

。2.調(diào)速范圍

D較大。3.調(diào)速的平滑性平滑性好（無(wú)級(jí)調(diào)速）。4.調(diào)速的穩(wěn)定性穩(wěn)定性好。5.調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性初期投資大；運(yùn)行費(fèi)用不大。6.

調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載f1＞fN時(shí)：n。4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速大連理工大學(xué)電氣工程系4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速=常數(shù)

U1f1

因?yàn)椤祄基本不變，基本不變。所以

T

=

CTΦm

I2Ncos2

(1)f1＜fN時(shí)——恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

P2=T2ΩU14.44f1

kw1N1Φm=≈TΩ

(2)f1＞fN時(shí)因?yàn)?/p>

U1L=

UN所以

T

=

CTΦmI2Ncos2

∝1f1∝1n∝1n∝Tn

=常數(shù)——恒功率調(diào)速。大連理工大學(xué)電氣工程系

變頻器4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速大連理工大學(xué)電氣工程系4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

優(yōu)點(diǎn)：(1)一體化的通用變頻器和電動(dòng)機(jī)的組合可以提供最大效率。(2)變速驅(qū)動(dòng)，輸出功率范圍寬（如從120W~7.5kW）。(3)在需要的時(shí)候，通用變頻器可以方便地從電動(dòng)機(jī)上移走。(4)高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

電機(jī)變頻器一體化產(chǎn)品大連理工大學(xué)電氣工程系

【例

4.4.1】

某三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，PN=15kW，UN=380V，形聯(lián)結(jié)，nN=2930r/min，fN=50Hz，MT=2.2。拖動(dòng)一恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，T

=

40N·m。求：(1)f1=50Hz，U1=UN

時(shí)的轉(zhuǎn)速；(2)f1=40Hz，U1=0.8UN時(shí)的轉(zhuǎn)速；(3)f1=60Hz，U1=UN

時(shí)的轉(zhuǎn)速。解：(1)602TN=PN

nN=×N·m=48.91N·m602×3.1415×1032930TM=MTTN=

2.2×48.91N·m=107.61N·mn0－nNn0sN=3000－29303000==0.02334.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速大連理工大學(xué)電氣工程系

n

=(1－s)n0

=(1－0.0187)×3000r/min=2944r/min(2)sM=sN/(MT－MT2－1)=0.0233/(2.2－2.22－1)=0.0969=0.0969×－－1=0.0187(

)2107.6140107.6140U1f1成比例減小時(shí)，TM不變，sM與f1成反比，故T'M=TM=107.61N·m

s=sM

－－1TMT(

)2TMT4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速大連理工大學(xué)電氣工程系s'M=sMf1

f'1=×0.0969

=0.121

50

40

n'

=(1－s')n'0

=(1－0.0233)×2400r/min=2344r/min=0.121×－－1=0.0233(

)2107.6140107.6140s'=s'M

－－1(

)2T'MTT'MTn'0=60f'1

p=r/min

=2400r/min

60×4014.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速大連理工大學(xué)電氣工程系(3)f1增加，U1

不變時(shí)，sM∝。1f1TM∝,1f12=×107.61N·m=74.73N·m

50

602=×0.0969

=0.08075

50

60=r/min

=3600r/min

60×6014.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速s"=sM

－－1(

)2TMTTMT=0.0234""""n0=60f

1

p"

n"=(1－s")n0"=(1－0.0234)×3600r/min=3516r/minTM=TMf1

f

12""sM=

sMf1

f

1""大連理工大學(xué)電氣工程系TL三、籠型異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速n0TnOYYY0.5n0n0TnO△YY0.5n0TL1.調(diào)速方向

Y(△)→YY：n

YY→Y()：n2.調(diào)速范圍D=2~44.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速3.調(diào)速的平滑性平滑性差。4.調(diào)速的穩(wěn)定性穩(wěn)定性好。大連理工大學(xué)電氣工程系

靜差率：5.調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性好。6.調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載①YY－Y

滿載輸出功率：滿載輸出轉(zhuǎn)矩：(基本不變）δ=×100%n0－nn0

nn0

=P2=

3UNINcos1T2=P2=，12INYINYY因?yàn)?12

YYY4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速——恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。大連理工大學(xué)電氣工程系如果cos1、η不變，則=12P2YP2YY=1T2YT2YY（恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）(2)YY－

因?yàn)?

3IPN2IPNININYY=32=12

YY如果cos1、

η不變，則P2

P2YY=

32≈1（恒功率調(diào)速）T2

T2YY=×2=1.732

324.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速——（近似）恒功率調(diào)速。大連理工大學(xué)電氣工程系

【例

4.4.2】

某三相多速電動(dòng)機(jī)，PN=2.2/3.8kW，nN=1440/2880r/min，

MT=2.0/2.0。拖動(dòng)TL

=

10N·m的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。求在兩種不同磁極對(duì)數(shù)時(shí)的轉(zhuǎn)速。解：(1)p=2時(shí)n0－nNn0sN=1500－14401500==0.044.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速602TN=PN

nN=×N·m=14.6N·m602×3.142.2×1031440TM=MTTN=

2×14.6N·m=29.2N·m大連理工大學(xué)電氣工程系

n

=(1－s)n0

=(1－0.0263)×1500r/min=1460.55r/min(2)p=1時(shí)sM=sN/(MT－MT2－1)=0.04/(2－22－1)=0.149=0.149×－－1=0.0263(

)229.21029.210s=sM

－－1TMT(

)2TMT4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速n0－nNnNsN=3000－28803000==0.04大連理工大學(xué)電氣工程系4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速602TN=PN

nN=×N·m=12.61N·m602×3.143.8×1032880TM=MTTN=

2×12.61N·m=25.22N·m

n

=(1－s)n0

=(1－0.0308)×3000r/min=2907.6r/min=0.149×－－1=0.0308(

)225.221025.2210s=sM

－－1TMT(

)2TMT大連理工大學(xué)電氣工程系n0TnOnMUNTLTL四、籠型異步電動(dòng)機(jī)的變壓調(diào)速TL1.調(diào)速方向

U1(＜UN)↓→n↓2.調(diào)速范圍D較小。U1n0TnOnMUNU14.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速3.調(diào)速的平滑性若能連續(xù)調(diào)節(jié)U1，n

可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。大連理工大學(xué)電氣工程系4.調(diào)速的穩(wěn)定性穩(wěn)定性差。5.調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性較差。(1)需要可調(diào)交流電源。(2)cos1和均較低。6.調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載既非恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，又非恒功率調(diào)速。因?yàn)門(mén)∝U1P2所以U1

→T(n)→P24.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速大連理工大學(xué)電氣工程系

【例

4.4.3】

三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，PN=15kW，UN=380V，nN=960r/min，MT=2。試求：(1)U1=380V，TL=120N·m時(shí)的轉(zhuǎn)速；(2)U1=300V，TL=100N·m時(shí)的轉(zhuǎn)速。解：(1)U1=380V，TL=120N·m時(shí)n0－nNn0sN=1000－9601000==0.044.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速602TN=PN

nN=×N·m=149.28N·m602×3.1415×103960TM=MTTN=

2×149.28N·m=298.56N·m大連理工大學(xué)電氣工程系

n

=(1－s)n0

=(1－0.031)×1000r/min=969r/minsM=sN(MT＋MT2－1)=0.04×(2＋22－1)=0.149=0.149×－－1=0.031(

)2298.56120298.56120s=sM

－－1TMT(

)2TMT4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速大連理工大學(xué)電氣工程系

n

=(1－s)n0

=(1－0.044)×1000r/min=956r/min=0.149×－－1=0.044(

)21861001861004.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速(2)U1=300V，TL=100N·m時(shí)

sM不變，Tm∝U12，故

sM=0.149TM=×298.56N·m=186N·m

300

3802s=sM

－－1TMT(

)2TMT大連理工大學(xué)電氣工程系n0TnOTMR2R2+Rr五、繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻調(diào)速TLM3~3~RrKM1.調(diào)速方向

n2.調(diào)速范圍

D較小。4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速大連理工大學(xué)電氣工程系Φm不變，3.調(diào)速的平滑性取決于Rr的調(diào)節(jié)方式。4.調(diào)速的穩(wěn)定性穩(wěn)定性差。Rr

→δ

。5.調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性初期投資不大，但運(yùn)行效率較低。6.調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載因?yàn)?/p>

調(diào)速前后U1、

f1不變，4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

I2N

=sNE2R22＋(sNX2)2=E2

＋(sNX2)2R22

sN調(diào)速前——恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。大連理工大學(xué)電氣工程系調(diào)速后可見(jiàn)調(diào)速前調(diào)速后4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

I2N

=sE2

(R2＋Rr)2＋(sX2)2=E2

＋X22R2＋Rr2

s

R2＋Rr

sR2

sN=

cos2

=R2R22＋(sNX2)2=R2/sN

＋X22R22

sN

cos2

=R2＋Rr

(R2＋Rr)2＋(sX2)2大連理工大學(xué)電氣工程系4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速