電機(jī)及拖動(dòng)基礎(chǔ) 第5版 課件 第五章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)

第五章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)

前一章分析異步電動(dòng)機(jī)的基本電磁關(guān)系，是與電磁關(guān)系相似的變壓器對(duì)比，運(yùn)用基本方程式、等效電路和相量圖的三大分析方法。

第五章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)

本章將分析由異步電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械組成的電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行性能，即異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械作起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速等各種狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的性能。

而在分析異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)時(shí)，是與直流電動(dòng)機(jī)對(duì)比，運(yùn)用機(jī)械特性和基本方程對(duì)起動(dòng)、制動(dòng)和調(diào)速分析其原理和進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，得出各種運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的不同的性能特點(diǎn)。第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式

描述電力拖動(dòng)系統(tǒng)各種運(yùn)行狀態(tài)的有效工具是機(jī)械特性。而異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是由電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)差率的關(guān)系特性演化而來的。因此首先研究與之相關(guān)的異步電動(dòng)機(jī)的各種電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式。一、電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式

由相關(guān)公式可推得：異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與主磁通、轉(zhuǎn)子電流的有功分量成正比，與主磁通成正比，物理意義非常明確，所以稱為電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式。它常用來定性分析三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行問題。轉(zhuǎn)矩常數(shù)例5-1為何在農(nóng)村用電高峰期間，作為動(dòng)力設(shè)備的三相異步電動(dòng)機(jī)易燒毀？解

電動(dòng)機(jī)的燒毀是指繞組過電流嚴(yán)重，繞組的絕緣因過熱損壞，造成繞組短路等故障。由于用電高峰期間，水泵、打稻機(jī)等農(nóng)用機(jī)械用量大，用電量增加很多，電網(wǎng)線路電流增大大，線路壓降增大，使電源電壓下降較多，這樣影響到農(nóng)用電動(dòng)機(jī)，使其主磁通大為下降，在同樣的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，由電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式可知轉(zhuǎn)子電流大為增加，盡管主磁通下降，空載電流會(huì)下降，但它下降的程度遠(yuǎn)為轉(zhuǎn)子電流增加的程度大，根據(jù)磁通勢平衡方程式，定子電流也將大為增加，長期超過額定值就會(huì)發(fā)生“燒機(jī)”現(xiàn)象。二、電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式由相關(guān)公式可推得：

上式反映了三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與電源相電壓U1、頻率f1、電動(dòng)機(jī)的的參數(shù)(r1

、r’2、X1、X’2、p及m1)以及轉(zhuǎn)差率s之間的關(guān)系，稱為參數(shù)表達(dá)式。

當(dāng)U1、f1及電動(dòng)機(jī)的參數(shù)不變時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T僅與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)，對(duì)應(yīng)于不同s的值，有不同的T值，將這些數(shù)據(jù)繪成曲線，就是T=f(s)曲線，也稱T-s曲線。三相異步電動(dòng)機(jī)的T-s曲線(1)電動(dòng)狀態(tài)(0<s<1)

s=0時(shí)，T=0當(dāng)s

，s

0區(qū)間，T

s

當(dāng)s繼續(xù)

至s

1區(qū)間，T1/s

最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)過載能力一般：2.0～2.2

起動(dòng)時(shí)，s=1，代入公式：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)一般：1.8～2.0臨界轉(zhuǎn)差率最大轉(zhuǎn)矩三相異步電動(dòng)機(jī)的T-s曲線(2)發(fā)電狀態(tài)(s<0)(3)制動(dòng)狀態(tài)(s>1)轉(zhuǎn)子受外力拖動(dòng)，n↑→n

>n1→s<0，T<0，T為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩曲線與電動(dòng)狀態(tài)關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱當(dāng)n1與n轉(zhuǎn)向相反時(shí)，s>1轉(zhuǎn)子反向?qū)?yīng)的T-s曲線是電動(dòng)狀態(tài)T-s曲線的延伸

產(chǎn)生的T與n轉(zhuǎn)向相反，起制動(dòng)作用，此時(shí)電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)

例5-2

一臺(tái)三相Y聯(lián)結(jié)的繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，其UN=380V，fN=50Hz，nN=950r/min，參數(shù)r1=r’2=1.4

，X1=3.12

，X’2=4.25

，不計(jì)T0，試求：

1)額定轉(zhuǎn)矩TN；2)臨界轉(zhuǎn)差率、最大轉(zhuǎn)矩及過載能力；

3)欲使起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)子回路所串電阻值(折算到定子側(cè))。解

由nN=950r/min，則對(duì)應(yīng)的n1=1000r/min

1)額定轉(zhuǎn)矩略T0，以sN=0.05代入?yún)?shù)表達(dá)式，得額定負(fù)載時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩T=TN

2)臨界轉(zhuǎn)差率、最大轉(zhuǎn)矩及過載能力

臨界轉(zhuǎn)差率最大轉(zhuǎn)矩過載能力3)欲使起動(dòng)時(shí)產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩，在轉(zhuǎn)子回路所串電阻值（折算到定子側(cè))據(jù)題意得三、電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用表達(dá)式

在實(shí)際中用參數(shù)表達(dá)計(jì)算T，需電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部參數(shù)，比較麻煩。因此推導(dǎo)出電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用表達(dá)式為電機(jī)手冊(cè)和產(chǎn)品目錄中的PN、nN、

m等值來計(jì)算

以上三種異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式，應(yīng)用場合有所不相同。一般物理表達(dá)式適用于定性分析T與

1及I’2cos

2間的關(guān)系；參數(shù)表達(dá)式可分析參數(shù)的變化對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能的影響；實(shí)用表達(dá)式適用于工程計(jì)算。Tmax=

mTN=9.55mPN

/nN

式中實(shí)際使用時(shí)，先根據(jù)巳知數(shù)據(jù)計(jì)算出Tmax和sm，再把它們代入實(shí)用表達(dá)式，取不同的s值即可得到不同的T值了。第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

我們常用機(jī)械特性n=f(T)曲線來分析拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)問題，它與T-s曲線的變換關(guān)系如下：

T-

s曲線變換為n-T曲線

一、固有機(jī)械特性

指三相異步電動(dòng)機(jī)工作在UN和fN下，由電動(dòng)機(jī)本身固有的參數(shù)所決定的機(jī)械特性。在正常工作情況下,與直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)一樣固有機(jī)械特性是硬特性。最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)起動(dòng)點(diǎn)同步點(diǎn)第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

二、人為機(jī)械特性

在分析電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)，常利用人為機(jī)械來進(jìn)行分析。由機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式可知，人為地改變異步電動(dòng)機(jī)的任何一個(gè)參數(shù)(U1、f1、p、定子回路電阻或電抗、轉(zhuǎn)子回路電阻或電抗等)，都可以得到各不相同的機(jī)械特性。這些機(jī)械特性統(tǒng)稱為：人為機(jī)械特性。定性討論幾種人為機(jī)械特性的特點(diǎn)。注意：定性畫人為機(jī)械特性時(shí)，只要先定性畫出固有機(jī)械特性，然后抓住人為機(jī)械特性的同步點(diǎn)、最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)、起動(dòng)點(diǎn)與固有機(jī)械特性比較有何變化，最終通過這三個(gè)特殊點(diǎn)，定性畫出人為機(jī)械特性。

二、人為機(jī)械特性

Tmax↓

U12↓降壓人為機(jī)械特性2）最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)

nm=n1(1－sm)不變

3）起動(dòng)點(diǎn)Tst↓

U12↓端電壓U1↓

，n↓；電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst和過載能力(

’m=T’max/TN)都顯著地下降了，這在實(shí)際應(yīng)用中必須注意。1）同步點(diǎn)若U1↓太多，使T’’max<TL，電動(dòng)機(jī)將停轉(zhuǎn)。

1．降低定子端電壓的人為機(jī)械特性

n1不變

二、人為機(jī)械特性

２．轉(zhuǎn)子回路串對(duì)稱電阻的人為機(jī)械特性

1）同步點(diǎn)n1不變Tmax大小不變2）最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)↑，nm↓

轉(zhuǎn)子回路串電阻人為機(jī)械特性3）起動(dòng)點(diǎn)Ｒp’↑

，Tst↑繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻，可以改變轉(zhuǎn)速而用于調(diào)速，也可以改變起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而改善異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能。當(dāng)s’m>1后，Tst隨Rp↑，反而減小

三、三相異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域

三相異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)到起動(dòng)點(diǎn),n=f(T)曲線是上斜的曲線，對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和恒功率負(fù)載，不能穩(wěn)定運(yùn)行。由電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要和充分條件，下斜的機(jī)械特性與恒轉(zhuǎn)矩、恒功率、通風(fēng)機(jī)型負(fù)載，都可穩(wěn)定運(yùn)行。從理想空載點(diǎn)即同步點(diǎn)到最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)，n=f(T)曲線是下斜特性。不能穩(wěn)定運(yùn)行能穩(wěn)定運(yùn)行第三節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)一、概述

與直流電動(dòng)機(jī)一樣，我們希望在起動(dòng)電流較小的情況下能獲得較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。但實(shí)際情況是，加全壓：

起動(dòng)時(shí)，n=0,s=1，等效電路中的附加電阻(1-s)r’2/s=0，相當(dāng)于電路短路，所以：

起動(dòng)電流大：Ist=(5~7)

IN。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不很大，

Tst=(1.8~2)TN。而Ist大，IstZ1↑，E1↓，

Φ1↓；另s=1，X2s=X2最大，cos

2↓，由Tst=CT

1I’2cos

2,得到Tst并不是很大第三節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)一、概述

三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流大主要是對(duì)電網(wǎng)不利，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不很大主要是對(duì)負(fù)載不利。前者引起電網(wǎng)電壓下降，并影響并聯(lián)在同一電網(wǎng)上的其它負(fù)載正常工作。后者是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩按電壓平方下降，可能會(huì)使電動(dòng)機(jī)帶不動(dòng)負(fù)載起動(dòng)。不同類型的機(jī)械負(fù)載，不同容量的電網(wǎng)，對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能的要求是不同的。有時(shí)要求有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，有時(shí)要求限制起動(dòng)電流，但更多的情況兩個(gè)要求須同時(shí)滿足。總之，一般情況下起動(dòng)要求是盡可能限制起動(dòng)電流，有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，同時(shí)起動(dòng)設(shè)備盡可能簡單經(jīng)濟(jì)、操作方便，且起動(dòng)時(shí)間要短。二、三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

1．全壓起動(dòng)

利用刀開關(guān)或接觸器將電動(dòng)機(jī)定子繞組直接接到額定電壓的電源上，又稱全壓起動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)設(shè)備和操作最簡單。缺點(diǎn)：起動(dòng)電流大、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不很大。容量較大時(shí)滿足：采用全壓起動(dòng)小容量的籠型異步電動(dòng)機(jī)，常采用全壓起動(dòng)。

不滿足上述經(jīng)驗(yàn)公式，說明電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流太大，對(duì)電網(wǎng)不利，則采用減壓起動(dòng)。例5-3一臺(tái)20kW電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電流與額定電流之比為6.5，其電源變壓器容量為560kVA,能否全壓起動(dòng)？另有一臺(tái)75kW電動(dòng)機(jī)，其Ist/IN=7，能否全壓起動(dòng)？

解

對(duì)20kW的電動(dòng)機(jī)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式

該機(jī)的全壓起動(dòng)電流倍數(shù)小于電網(wǎng)允許的起動(dòng)電流倍數(shù)，所以允許全壓起動(dòng)。對(duì)75kW的電動(dòng)機(jī)

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式

該電動(dòng)機(jī)的全壓起動(dòng)電流倍數(shù)大于電網(wǎng)允許的起動(dòng)電流倍數(shù)，所以不允許全壓起動(dòng)?？刹捎脺p壓起動(dòng)。二、三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)2．減壓起動(dòng)

減壓起動(dòng)時(shí)并不能降低電源電壓，只是采用某種方法使加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓降低。減壓起動(dòng)的目的是減小起動(dòng)電流，但同時(shí)使電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小(T

U12)。所以這種起動(dòng)方法是對(duì)電網(wǎng)有利的，對(duì)負(fù)載不利。對(duì)于某些機(jī)械負(fù)載在起動(dòng)時(shí)要求帶滿負(fù)載起動(dòng)，就不能用這種方法起動(dòng)，但對(duì)于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高的設(shè)備，這種方法是適用的。常用的方法

定子串電阻或電抗減壓起動(dòng)

自耦變壓器減壓起動(dòng)星/三角(Y/

)減壓起動(dòng)

2．減壓起動(dòng)

(1)定子串電阻或電抗減壓起動(dòng)

電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，在定子電路中串入電阻或電抗，起動(dòng)完畢切除。串入的電阻或電抗起分壓作用，定子繞組上的U’1

<UN

，此時(shí)I’st<全壓起動(dòng)時(shí)的Ist。調(diào)節(jié)所串電阻或電抗的大小，可以得到電網(wǎng)所允許通過的起動(dòng)電流。

優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)較平穩(wěn)，運(yùn)行可靠，設(shè)備簡單。缺點(diǎn)：T’st↓

U12↓只適合空、輕載起動(dòng)籠型異步電動(dòng)機(jī)定子串電阻減壓起動(dòng)

k=UN

/U‘1

>12．減壓起動(dòng)(2)自耦變壓器減壓起動(dòng)

籠型異步電動(dòng)機(jī)自耦變壓器減壓起動(dòng)起動(dòng)時(shí)，自耦變壓器的高壓側(cè)接至電網(wǎng)，低壓側(cè)(有抽頭，按需要選擇)接電動(dòng)機(jī)定子繞組。起動(dòng)完畢，切除自耦變壓器。

k=N1/N2=UN

/U‘1

>1優(yōu)點(diǎn)：1）如果電網(wǎng)限制的起動(dòng)電流相同時(shí)，用自耦變壓器減壓起動(dòng)將獲得較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。2）起動(dòng)自耦變壓器的二次繞組一般有三個(gè)抽頭，用戶可根據(jù)電網(wǎng)允許的起動(dòng)電流和機(jī)械負(fù)載所需的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行選配。有73%、64%、55%（即1/k=0.73、0.64、0.55)或：80%、60%、40%（即1/k=0.80、0.60、0.40)。2．減壓起動(dòng)(2)自耦變壓器減壓起動(dòng)

缺點(diǎn)：采用自耦變壓器減壓起動(dòng)時(shí)的線路較復(fù)雜，設(shè)備價(jià)格較高，不允許頻繁起動(dòng)。2．減壓起動(dòng)(3)星/三角(Y/

)減壓起動(dòng)適用于正常工作時(shí)是Δ聯(lián)結(jié)的三相異步電動(dòng)機(jī)。起動(dòng)時(shí)Y聯(lián)結(jié)，每相電壓自然降為1/Y/

起動(dòng)線路圖

Y—

起動(dòng)原理圖

限流效果好；但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也跌得厲害，為原來的1/3。因此只適于空載和輕載起動(dòng)。例5-5

某廠的電源容量為560kVA，一皮帶運(yùn)輸機(jī)采用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，其技術(shù)數(shù)據(jù)為，PN=40kW，

聯(lián)結(jié)，全壓起動(dòng)電流為額定電流的7倍，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的1.8倍，，要求帶0.8TN的負(fù)載起動(dòng)，試問應(yīng)采用什么方法起動(dòng)？解由題意，Ist/IN=7，Tst/TN=1.81)試用全壓起動(dòng)由經(jīng)驗(yàn)公式因電網(wǎng)容許的起動(dòng)電流倍數(shù)<全壓起動(dòng)電流倍數(shù)，故不能全壓起動(dòng)。2)試用電抗器減壓起動(dòng)起動(dòng)電流需降低的倍數(shù)串電抗器后的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可見起動(dòng)轉(zhuǎn)矩?zé)o法滿足要求，故不能采用串電抗器起動(dòng)。3)試用Y—

減壓起動(dòng)

因電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)是

聯(lián)結(jié)，可以討論此問題。

雖起動(dòng)電流<電網(wǎng)容許值，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不符合要求，不能采用。4)試用自耦變壓器減壓起動(dòng)即取標(biāo)準(zhǔn)抽頭：0.73

從此例我們用具體的數(shù)據(jù)證實(shí)了在減壓起動(dòng)的相同限流條件下，采用自耦變壓器減壓起動(dòng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大。3.軟起動(dòng)

籠型異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)是區(qū)別于傳統(tǒng)減壓起動(dòng)方式的一種新型的起動(dòng)方式，它使電動(dòng)機(jī)的輸入電壓從零伏或低電壓開始，按預(yù)先設(shè)置的方式逐步上升，直到全電壓結(jié)束。

軟起動(dòng)依賴于串接在電源和電動(dòng)機(jī)之間的軟起動(dòng)器，并以接觸器接線相配合。

軟起動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：無沖擊電流，恒流起動(dòng)，根據(jù)負(fù)載情況及電網(wǎng)繼電保護(hù)特性選擇，可自由地?zé)o級(jí)調(diào)整至最佳的起動(dòng)電流；可重載起動(dòng)。軟起動(dòng)接線示意圖三、三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

對(duì)于需要大、中容量電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)重載起動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械或者需要頻繁起動(dòng)的電力拖系統(tǒng)，不僅要限制起動(dòng)電流而且還要足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。這就需要用三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻或串頻敏變阻器來改善起動(dòng)性能。三、三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)子串電阻三級(jí)起動(dòng)圖轉(zhuǎn)子串電阻三級(jí)起動(dòng)特性

1．轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子串入全部電阻，(r2+Rst)↑，Ist↓，Tst↑。常用分級(jí)切除電阻(稱分級(jí)起動(dòng))，使起動(dòng)較平穩(wěn)。切換轉(zhuǎn)矩

最大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

負(fù)載轉(zhuǎn)矩

如三級(jí)起動(dòng)起動(dòng)過程：a

b

c

d

e

f

g最后將穩(wěn)定運(yùn)行于固有機(jī)械特性的h點(diǎn)?？梢姶娮杵饎?dòng)，在逐級(jí)切除電阻的瞬時(shí)，轉(zhuǎn)矩從Tst2躍至Tst1，使起動(dòng)不夠平穩(wěn)。當(dāng)不需頻繁起動(dòng)或調(diào)速時(shí)，可用頻敏變阻器起動(dòng)。三、三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)2.轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動(dòng)

30～50mm厚鋼片疊壓成鐵心，鐵損大起動(dòng)時(shí)，s=1即f2=f1最高，頻敏變阻器鐵耗pFem最大，對(duì)應(yīng)的等效電阻Rmp也很大。使Ist↓

，Tst↑，獲得較好的起動(dòng)性能。隨著n↑，s↓，f2↓

,因pFem

f2↓，Rmp↓(這時(shí)sXmp也↓)，即隨n↑，自動(dòng)且連續(xù)地減小起動(dòng)電阻值。當(dāng)轉(zhuǎn)速接近額定值時(shí)，sN很小即f2極低，所以Rmp及sXmp都很小，相當(dāng)于將起動(dòng)阻抗全部切除。P52時(shí)間原則控制頻敏變阻器三、三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

可見，繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動(dòng)，具有轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)即減小起動(dòng)電流又增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有等效起動(dòng)電阻隨轉(zhuǎn)速升高自動(dòng)且連續(xù)地減小的優(yōu)點(diǎn)，所以起動(dòng)的平滑性優(yōu)于轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)起動(dòng)。注意：無論是繞線轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)還是串頻敏變阻器起動(dòng)，起動(dòng)快完畢時(shí)，都應(yīng)把電刷提起且將三只集電環(huán)短接，以減小運(yùn)行中的電刷摩擦損耗，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于固有特性上。

當(dāng)電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，應(yīng)把電刷重新放下，且把起動(dòng)電阻全部接入或頻敏變阻器接入，以便下次起動(dòng)時(shí)用。

第四節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)制動(dòng)目的：快速停車、反向或限速

制動(dòng)特點(diǎn)：產(chǎn)生一個(gè)與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相反的電磁轉(zhuǎn)矩(Ⅱ、Ⅳ象限)制動(dòng)要求：限制制動(dòng)電流，產(chǎn)生較大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩制動(dòng)方法：能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)、再生制動(dòng)電動(dòng)狀態(tài)下的異步電動(dòng)機(jī)

電動(dòng)狀態(tài)：T、n同方向，Ⅰ、Ⅲ象限電動(dòng)狀態(tài)P1

Pem=m1I’22r’2/s>0P2

Pm=TΩ

>0s=0～1吸收電功率，輸出機(jī)械功率一、能耗制動(dòng)斷開交流接通直流轉(zhuǎn)子在慣性作用下旋轉(zhuǎn)，切割靜止磁場，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢→電流→電磁力→制動(dòng)轉(zhuǎn)矩→n↓迅速

。把轉(zhuǎn)子的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能消耗在轉(zhuǎn)子回路電阻上，能量耗盡，系統(tǒng)停車——能耗制動(dòng)制動(dòng)電阻Rbk

作用限制制動(dòng)電流，增大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)

三相異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)，制動(dòng)平穩(wěn)，能準(zhǔn)確快速地停車；電機(jī)不從電網(wǎng)吸取交流電能，比較經(jīng)濟(jì)。

能耗制動(dòng)機(jī)械特性二、反接制動(dòng)

1．電源反接制動(dòng)(反接正轉(zhuǎn))電源反接制動(dòng)任意對(duì)調(diào)兩相

n1<0，n>0，s>1(II象限)E2、sE2、I2及T都與電動(dòng)狀態(tài)時(shí)相反，即T起制動(dòng)作用。制動(dòng)過程:a→b’

→

n↓快速至0

瞬時(shí)，T≠0，若不切除電源，電機(jī)將反向起動(dòng)。制動(dòng)電阻Rbk

作用:限制制動(dòng)電流，增大制動(dòng)轉(zhuǎn)矩(T’b>Tb)電機(jī)即從電網(wǎng)吸取電能，又從軸上吸取機(jī)械能，經(jīng)濟(jì)性較差。但制動(dòng)效果優(yōu)于能耗制動(dòng)（n=0,T≠0)P1

Pem=m1I’22r’2/s>0P2

Pm=TΩ<0(1)原理和機(jī)特2．倒拉反接制動(dòng)(正接反轉(zhuǎn))

n1>0，n<0，s>1(IV象限)(1)原理和機(jī)特過程：a→b→n↓至0

，Tc<TL，在重物G的作用下，迫使電機(jī)反T的方向旋轉(zhuǎn)，進(jìn)入倒拉反接制動(dòng)，并在重物下放的方向加速,至T

↑=TL，以nd穩(wěn)定下放重物。倒拉反接制動(dòng)轉(zhuǎn)子回路串入大電阻Rbk，對(duì)應(yīng)的人為機(jī)特與位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性的交點(diǎn)落在IV象限。保持電動(dòng)接線

適用于低速勻速下放重物P1>0P2<0都轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子回路的銅耗，經(jīng)濟(jì)性差。(2)制動(dòng)電阻Rbk的計(jì)算

根據(jù)相關(guān)公式可推得：在同一轉(zhuǎn)矩下條件，固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性的轉(zhuǎn)子回路總電阻與轉(zhuǎn)差率間的關(guān)系式:轉(zhuǎn)子串電阻的人為機(jī)特上的轉(zhuǎn)差率，與固有機(jī)特上的sg對(duì)應(yīng)相同的轉(zhuǎn)矩T固有機(jī)特上對(duì)應(yīng)任意給定轉(zhuǎn)矩T的轉(zhuǎn)差率，sg=sN(T/TN)得：計(jì)算Rbk公式其中若轉(zhuǎn)子每相電阻r2未知，可用r2=sNE2N/(I2N)計(jì)算。2．倒拉反接制動(dòng)(正接反轉(zhuǎn))2．倒拉反接制動(dòng)(正接反轉(zhuǎn))

(2)制動(dòng)問題計(jì)算利用同一轉(zhuǎn)矩下轉(zhuǎn)子電阻與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系式，進(jìn)行有關(guān)制動(dòng)問題計(jì)算時(shí)有兩種情況：巳知下放轉(zhuǎn)速n，求需串入的制動(dòng)電阻Rbk

下放重物轉(zhuǎn)速為負(fù)代入求s，s必大于1。2)巳知串入的制動(dòng)電阻Rbk，求下放轉(zhuǎn)速n

當(dāng)求出s后，用n=n1(1－s)計(jì)算n時(shí)，注意n1>0。

例5-5一橋式吊車的主鉤電動(dòng)機(jī)采用某8級(jí)三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)。從產(chǎn)品目錄中查得該電動(dòng)機(jī)的有關(guān)數(shù)據(jù)如下：PN=22kW，UN=380V，nN=723r/min，IN=56.5A，E2N=197V，I2N=70.5A。該電動(dòng)機(jī)負(fù)載為額定值，不計(jì)T0，試求：

1)電動(dòng)機(jī)欲以300r/min下放重物，轉(zhuǎn)子每相應(yīng)串入的電阻值。

2)當(dāng)轉(zhuǎn)子接入電阻為9r2，電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，運(yùn)行在何狀態(tài)？

3)當(dāng)轉(zhuǎn)子接入電阻為Rbk=49r2，電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，運(yùn)行在何狀？解根據(jù)題意，得按題意工作點(diǎn)在圖中曲線2上T=TN的a點(diǎn)，它的轉(zhuǎn)差率為1)電動(dòng)機(jī)以300r/min下放重物，轉(zhuǎn)子每相串入的電阻值(倒拉反接制動(dòng)狀態(tài))與曲線2上a點(diǎn)同轉(zhuǎn)矩的對(duì)應(yīng)點(diǎn)是固有曲線1上的T=TN，s=sN的a’點(diǎn)故串入電阻值例5-5附圖

2)當(dāng)9r2時(shí)電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速，運(yùn)行狀態(tài)對(duì)應(yīng)T=TN的串入9r2工作點(diǎn)的轉(zhuǎn)差率和轉(zhuǎn)速分別為(電動(dòng)狀態(tài))3)當(dāng)Rbk=49r2時(shí)電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速,運(yùn)行狀態(tài)(倒拉反接狀態(tài))三、再生制動(dòng)(回饋制動(dòng))

1．反向再生制動(dòng)n1<0，n<0，s<0(IV象限)兩相對(duì)調(diào)

適用于將重物高速穩(wěn)定下放(1)原理和機(jī)特電機(jī)反向起動(dòng)后電動(dòng)加速(T<0,n<0),當(dāng)加速到等于同步速－n1時(shí)，雖T=0，但重力轉(zhuǎn)矩的作用，使電動(dòng)機(jī)繼續(xù)加速至高于同步速()IV象限，s<0，sE2反向，T反向，進(jìn)入反向再生制動(dòng)狀態(tài)(T>0，n<0),最終以na高速穩(wěn)定下放重物。反向再生制動(dòng)反向再生制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下放重物時(shí)，轉(zhuǎn)子回路所串電阻越大，下放速度越高,一般會(huì)切除電阻。三、再生制動(dòng)(回饋制動(dòng))由于再生制動(dòng)時(shí)s<0，使P1

Pem=m1I’22r’2/s<0，P2

Pm=TΩ<0，說明電動(dòng)機(jī)從軸上吸取機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽答伝仉娋W(wǎng)，經(jīng)濟(jì)性較好。但它的下放重物的安全性較差。三、再生制動(dòng)(回饋制動(dòng))2．正向再生制動(dòng)（II象限n1>0，n>0，n>n1，s<0)這種制動(dòng)發(fā)生在變極或電源頻率下降較多的降速過程

正向再生制動(dòng)機(jī)械特性如果原來電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行于a點(diǎn)，當(dāng)突然換接到倍極數(shù)運(yùn)行(或頻率突然降低很多)時(shí)，則特性突變?yōu)榍€2，因n=na不能突變，工作點(diǎn)突變?yōu)閎點(diǎn)。因nb>n’1，進(jìn)入回饋制動(dòng)，在T及TL的共同制動(dòng)下系統(tǒng)開始減速，從b點(diǎn)到n’1的降速過程中都是s<0，所以是再生制動(dòng)過程。從n’1至c點(diǎn)，是電動(dòng)降速過程。

第五節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速可得三相異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法：

改變電機(jī)極對(duì)數(shù)改變電源頻率

改變轉(zhuǎn)差率

改變定子電壓改變轉(zhuǎn)子電阻轉(zhuǎn)子串轉(zhuǎn)差電動(dòng)勢電源頻率恒定改變磁場極對(duì)數(shù)p同步轉(zhuǎn)速n1改變。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n跟隨改變只適用于籠型電動(dòng)機(jī)，因?yàn)榛\型轉(zhuǎn)子繞組的極對(duì)數(shù)是感應(yīng)產(chǎn)生的，隨定子磁場極對(duì)數(shù)改變而自動(dòng)改變，使兩磁場極對(duì)數(shù)保持一致，從而形成有效的平均電磁轉(zhuǎn)矩。一、籠型異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速

改變繞組連接

改變電流方向

改變極對(duì)數(shù)

一、籠型異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速

1．變極原理

三相籠型異步電動(dòng)機(jī)變極時(shí)一相繞組的接法設(shè)定子每相繞組都由兩個(gè)完全對(duì)稱的“半相繞組”所組成

一、籠型異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速

2．兩種常用的變極方案

變極同時(shí)，任兩相出線端對(duì)調(diào)，保證電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向不變。適用于電梯、傳輸帶類恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載調(diào)速適用于車床切削等恒功率負(fù)載調(diào)速三相籠型異步電動(dòng)機(jī)常用的兩種變極接線每相順串，再Y聯(lián)結(jié)每相反并每相順串，再Δ聯(lián)結(jié)Y聯(lián)結(jié)等效YY等效YY每相反并Y聯(lián)結(jié)一、籠型異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速

變極調(diào)速具有操作簡單、成本低、效率高、機(jī)械特性硬等優(yōu)點(diǎn)，而且還有采用不同的接線方式既可適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速也可適用于恒功率調(diào)速。但是，它是一種有級(jí)調(diào)速而且只能是有限的幾檔速度，因而適用于對(duì)調(diào)速要求不高且不需要平滑調(diào)速的場合。二、

變頻調(diào)速U1≈E1=4.44f1N1kN1Φ1

結(jié)果：鐵心嚴(yán)重飽和,

I0急劇增大，其后果是導(dǎo)致功率因數(shù)降低、損耗增加，效率降低，從而使電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力變小。

改變電源頻率，可以平滑調(diào)節(jié)同步速n1，從而使電動(dòng)機(jī)獲得平滑調(diào)速。由1．變頻與調(diào)壓的配合

若f↓,U1不變,Φ1↑基頻以下調(diào)速

基頻以上調(diào)速

變頻時(shí)Φ1保持不變

U1≯UN

f↑,Φ1↓二、變頻調(diào)速2．變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速機(jī)械特性

基頻以下時(shí),U/f=常數(shù)同步點(diǎn)n1

f1

最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩點(diǎn)

Tst1/f1基頻以上時(shí)Tmax↓，Tst↓二、

變頻調(diào)速

變頻調(diào)速平滑性好，效率高，機(jī)械特性硬，調(diào)速范圍寬廣，只要控制端電壓隨頻率變化的規(guī)律，可以適應(yīng)不同負(fù)載特性的要求。是異步電動(dòng)機(jī)尤為籠型電動(dòng)機(jī)調(diào)速的發(fā)展方向，隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，使變頻調(diào)速得到了廣泛應(yīng)用的保證（變頻器實(shí)現(xiàn)）。三、繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速

繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻后同步速不變，最大轉(zhuǎn)矩不變，但臨界轉(zhuǎn)差率增大，機(jī)械特性運(yùn)行段的斜率變大。在同一負(fù)載轉(zhuǎn)矩下所串電阻值越大，轉(zhuǎn)速越低。

繞線轉(zhuǎn)子串電阻的機(jī)械特性調(diào)速過程：設(shè)電動(dòng)機(jī)原來運(yùn)行于固有機(jī)械特性的a點(diǎn)，串入Rp1后，I’2↓，T↓，T<TL，n↓，s↑，sE2↑,I’2和T↑至T=TL時(shí)，電動(dòng)機(jī)達(dá)到新的平衡狀態(tài)，并在比na低的新轉(zhuǎn)速nb下穩(wěn)定運(yùn)行。計(jì)算：（恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載）

例5-6一臺(tái)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子每相電阻為0.16

，在額定負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)子電流為50A，轉(zhuǎn)速為1440r/min，效率為85%?，F(xiàn)保持負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，將轉(zhuǎn)速降低到1050r/min，求:1)轉(zhuǎn)子每相應(yīng)串入電阻值；

2)降速后的效率。解

1)轉(zhuǎn)子每相應(yīng)串入電阻值

因調(diào)速前后的穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)額定轉(zhuǎn)矩不變，同步速不變，所以電磁功率不變，轉(zhuǎn)子電流不變，定子電流也不變，則輸入電功率不變，輸出機(jī)械功率與轉(zhuǎn)速成正比，因此降速后的效率為：

2)降速后的效率

三、繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速方法簡單方便，初投資少，容易實(shí)現(xiàn)，而且其調(diào)速電Rp還可以兼作起動(dòng)與制動(dòng)電阻使用。在起重機(jī)械的拖動(dòng)系統(tǒng)中得到應(yīng)用。缺點(diǎn)：調(diào)速的平滑性差；機(jī)特軟，調(diào)速范圍不大；空、輕載時(shí)調(diào)速不明顯；由于轉(zhuǎn)差功率sPem是轉(zhuǎn)子回路的總銅耗，低速時(shí)，轉(zhuǎn)差率大，則sPem大，效率

低(

=P2/P1=T2

/P1

n)而發(fā)熱嚴(yán)重。四、繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速

為了改