第3章异步电机拖动.ppt
3.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 3.2 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 3.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 3.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 3.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性1MpPT112f1222cosMPm E I1.电磁转矩公式电磁转矩公式221 2MrPm Is222222cos()rsrxs电磁转矩两种表达式转子边功率因数(1)物理表达式211112mEEf N K1112222coscos2mTmpmTN KICI1112TpmCN K1222cosMPm E I1MpPT由其中为转矩常数22cosTmTCI机械特性物理表达式：异步机等效电路及其简化异步机等效电路及其简化 E1=E2U1I1R1 jX1jX2 R2I21s R2 sRmjXmI0 E1=E2U1I1R1 jX1 jX2 R2I21s R2 sRmjXmI0(2)机械特性的参数表达式1MpPT221 2MrPm Is12222112()()UIrrxxs(由T型等效电路中略去励磁电流得到)112f221122211122()()rm psTUrfrxxs对对s求导，由求导，由=0，得，得:dTds222112()mrsrxx 2112211112122()mm pTUfrrxx 212mrsxx 21111214mm pTUfxx 112rxx 临界转差率临界转差率 最大（临界）转矩最大（临界）转矩 +号对应电动状态，-号对应发电状态。若考虑到 ,可得到：由此可见：由此可见：当电动机参数和电源频率不变时，当电动机参数和电源频率不变时，最大转矩最大转矩Tm与电源电压与电源电压U1的平方成正比，临界转差率的平方成正比，临界转差率SM与电与电源电压无关源电压无关，即，即T(TM)U12,sM 与与 U1 无关。无关。当电源电压和频率不变时，当电源电压和频率不变时，临界转差率临界转差率SM与转与转子电阻成正比，最大转矩与转子电阻无关子电阻成正比，最大转矩与转子电阻无关，即，即 sMR2，TM 与与 R2 无关。无关。当电源电压和频率不变时，当电源电压和频率不变时，临界转差率临界转差率SM与最与最大转矩都与（大转矩都与（x1+x2）成反比例关系）成反比例关系。(3)电磁转矩的实用公式 221122211122()()rm psTUrfrxxs2112211112122()mm pTUfrrxx 两式相除2222112()()mrrxxs222 22111122 22 222112112222212 2222222221121122 2()()()()()2222()()2()()2mmmmmmmmrrrrrrxxssTsrrTrxxrxxssr rr rs ss ssrsrrrrrsrxxrrssrsssss2mmmTTssss机械特性实用表达式：额定电磁转矩额定电磁转矩 TmTN T=2mmTTssmmssss0Nss当 过载倍数过载倍数 若忽略若忽略T0，则，则 =1 s sM TmT()2TmT解实用公式方程，可得解实用公式方程，可得 根据根据 s 和和 sm 的相对大小，取的相对大小，取“”或取或取“”。由于由于 sN sm，则，则 ()2 =1 sNsmTmTNTmTN即有下面的关系即有下面的关系 Sm=sN(T T21)小结：小结：三种机械特性表达式，参数表达式、实用三种机械特性表达式，参数表达式、实用公式主要用于计算。物理表达式用于定性讨论。公式主要用于计算。物理表达式用于定性讨论。【例例 3.1.1】Y132M4 型三相异步电动机带某负载型三相异步电动机带某负载运行，转速运行，转速 n=1 455 r/min，试问该电动机的负载转矩，试问该电动机的负载转矩 TL 是多少？若负载转矩是多少？若负载转矩TL=45 Nm，则电动机的转速，则电动机的转速 n 是多少？是多少？由电工手册查到该电机的由电工手册查到该电机的 PN=7.5 kW，n0=1 500 r/min，nN=1 440 r/min，T=2.2。由此求得由此求得 n0n n0s=0.03 1 5001455 1 500 n0nN n0sN=0.04 1 50014401 500解：解：=0.04(2.2 2.221)=0.1664 602 TN=PNnN602=Nm=49.76 Nm 7 500 1 440Tm=T TN=2.249.76 Nm=109.47 Nm 忽略忽略 T0，则，则TL=T2 sm s=T=2Tm ssm =Nm=38.32 Nm +2 109.47 0.03 0.1660.166 0.03 sm=sN(T T21)当当 TL=T2=T=45 Nm 时时=0.166 1 ()2 109.47 45 109.47 45=0.036 n=(1s)n0 =(10.036)1 500 r/min =1 446 r/minTMTs=sm 1 TMT()2OMs2.固有特性固有特性 当当 U1、f1、r2、x2 为常数时：为常数时：T=f(s)转矩特性转矩特性 n=f(T)机械特性机械特性 当当 U1L=U1N、f1=fN，且绕线型转子中不外，且绕线型转子中不外串电阻或电抗时，机械特性称为串电阻或电抗时，机械特性称为固有机械特性固有机械特性。1n0TnO P SNB P AH 额定状态是指各个物理额定状态是指各个物理 量都等于额定值的状态。量都等于额定值的状态。B点点：n=nN，s=sN，T=TN，P2=PN。额定状态额定状态说明了电动机说明了电动机 长期运行的能力长期运行的能力 TLTN，P2PN，I1IN。(1)额定状态（额定状态（B点）点）nNTNn0TnOB sN=0.01 0.09 很小，很小，T 增加时，增加时，n 下降很少下降很少 硬特性。硬特性。工作段工作段(2)起动状态（起动状态（A 点）点）对应对应 s=1，n=0 的状态。的状态。又称为堵转状态。又称为堵转状态。起动时起动时 T=Tst，I1L=Ist Tst 直接起动的能力。直接起动的能力。起动条件起动条件 Tst TL。Ist线路允许值。线路允许值。起动转矩倍数起动转矩倍数n0TnOATst KT=TstTN 异步电动机异步电动机 KT=0.9 1.3 临界转速临界转速 (3)临界状态（临界状态（P 点）点）n0nTOP 对应对应 s=sm，T=Tm 的状态。的状态。nMTm 临界状态明了电动机的临界状态明了电动机的 短时过载能力。短时过载能力。过载倍数过载倍数 T=TmTN Y 系列三相异步电动机系列三相异步电动机 T=2 2.2 临界转差率临界转差率s smsm=sN(T T21 )3.人为特性人为特性(1)降低定子电压时的人为特性降低定子电压时的人为特性三相异步电动机降压时的人为机械特性nsm0TLUNTstTmaxTn10.8UN0.64Mst0.64Mm212mrsxx21111214mm pTUfxx(2)转子电阻增加时的人为特性转子电阻增加时的人为特性 根据根据 sM=r2/(x1+x2),Tm 与与 r2 无关。无关。r2+Rs3Tst2sm2r2+Rs2Tst1sm1r2+Rs11 0TstTmTems n0n1smr2Rs1 Rs2Xs,Rs1Rs1 0TmTsms n0n1xs1TmSmXs,RsTm,Sm均减小，n1不变222112()mrsrxx2112211112122()mm pTUfrrxx 3.2 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 1.电动机的起动指标电动机的起动指标(1)起动转矩足够大起动转矩足够大 Tst TL Tst(1.1 1.2)TL(2)起动电流不超过允许范围。起动电流不超过允许范围。异步电动机的实际起动情况异步电动机的实际起动情况 起动电流大：起动电流大：Ist=k k1 IN=(47)IN 起动转矩小：起动转矩小：Tst=k kmTN=(12)TN 1stNIKIstmNTKT启 动 电流倍数启动转矩倍数 不利影响不利影响 大的大的 Ist 使电网电压降低，影响自身及其他负载使电网电压降低，影响自身及其他负载 工作。工作。频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。起动电流大，起动功率因数低，起动转矩小。起动电流大，起动功率因数低，起动转矩小。2.笼型异步电动机的笼型异步电动机的直接起动直接起动(1)小容量的电动机（小容量的电动机（PN 7.5kW）(2)电动机容量满足如下要求：电动机容量满足如下要求：IstINk1=143+电源总容量电源总容量(kVA)电动机容量电动机容量(kW)优点：设备简单，操作方便；缺点：起动电流大，起动转矩不大。3.笼型异步电动机的减压起动笼型异步电动机的减压起动(1)定子串联电阻或电抗减压定子串联电阻或电抗减压起动起动M33 RSS1 FUS2起动起动运行运行M3XSS1 FUS23 适用于：正常运行为联结的电动机。适用于：正常运行为联结的电动机。(2)星形星形三角形三角形减压减压起动（起动（Y 起动）起动）3 UNS1 FUS2U1U2V1V2W1W2适用于：正常运行为联结的电动机。适用于：正常运行为联结的电动机。(2)星形星形三角形三角形减压减压起动（起动（Y 起动）起动）3 UNS1 FUS2U1U2V1V2W1W2Y 起动起动适用于：正常运行为联结的电动机。适用于：正常运行为联结的电动机。(2)星形星形三角形三角形减压减压起动（起动（Y 起动）起动）起动起动S23 UNS1 FUU1U2V1V2W1W2 定子相电压比定子相电压比 U1PYU1PUN 3UN=1 3 定子相电流比定子相电流比 I1PYI1PU1PYU1P=1 3 起动电流比起动电流比IstYIstI1PY 3 I1P=13 Y 型型起动的起动电流起动的起动电流 IstY=Ist13 起动转矩比起动转矩比 TstYTstU1PYU1P=13()2TstY=Tst13 Y型型起动的起动转矩起动的起动转矩 (1)IstYImax（线路中允许的最大电流）；（线路中允许的最大电流）；(2)TstYTL。否则不能采用此法。否则不能采用此法。Y 起动的使用条件起动的使用条件 (3)自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动TA3 UNS1 FUS2M3(3)自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动3 UNS1 FUS2TAM3起动起动(3)自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动TA3 UNS1 FUS2M3运行运行(3)自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动AU2变比变比 电压比电压比 UNU2=KA 定子相电流比定子相电流比 =KAI2stI1st 定子起动电流定子起动电流I1stI2stUNO定子一相绕组N1N2I1st=I2stKA=U2ZkKA=UNZkK2A=I1stK2ATstTstU2UN=1K2A()2 起动转矩比起动转矩比 自耦变压器自耦变压器减压减压起动的起动电流起动的起动电流 自耦变压器自耦变压器减压减压起动的起动转矩起动的起动转矩Ist=Ist/KA2 Tst=Tst/KA2 降压比降压比 K=1/KA可调可调 QJ2 型三相自耦变压器：型三相自耦变压器：K=0.55、0.64、0.73 QJ3 型三相自耦变压器：型三相自耦变压器：K=0.4、0.6、0.8(1)IstaImax（线路中允许的最大电流）。（线路中允许的最大电流）。(2)TstaTL 否则不能采用此法。否则不能采用此法。自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动的使用条件的使用条件 P58 P58 表表3-13-1：降压起动方法性能比较：降压起动方法性能比较3.改善起动性能的三相笼型异步电动机改善起动性能的三相笼型异步电动机(1)深槽异步电动机深槽异步电动机 槽深槽深 h 与槽宽与槽宽 b 之比为：之比为：h/b=8 12漏电抗小漏电抗小漏电抗大漏电抗大增大增大电流密度电流密度 起动时，起动时，f2 高，高，漏电抗大，电流的集漏电抗大，电流的集
