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1、第九章 三相异步电动机的电力拖动,一、异步电动机的机械特性()二、鼠笼式三相异步电动机的起动方法()三、绕线式三相异步电动机的起动方法()四、三相异步电动机的调速()五、三相异步电动机的制动()六、三相异步电动机四象限运行(),一、异步电动机的机械特性,异步电动机的机械特性,1、机械特性： 电机的电磁转矩和其转速的关系。物理表达式：参数表达式：实用表达式：,2、固有的机械特性： 当 且电机定子 和转子电路中不外接电阻（电抗、电容）时 的机械特性。 3、固有的机械特性的绘出： 起动点； 额定工作点； 同步点； 最大转矩点； 回馈制动最大转矩点；,电动机机械特性：,机械特性,机械特性,4、人工机械
2、特性： 定子端电压降低； 转子电路内串入对称电阻； 定子电路串联对称电抗； 定子电路串联对称电组； 转子电路接入并联电抗；,二、鼠笼式三相异步电动机的 起动方法,1、关于电动机起动,电机起动：电机从不工作状态到正常工作状态的过程。问题起动电流起动转矩起动时间起动限制条件起动转矩Tst1.1TN电机容许最大电流电源容量每小时最大起动次数,2、电动机的直接起动,直接起动：电机在静止状态下直接施加额定电压实施的起动过程。直流它励电机的起动起动电流 IstUN/Ra起动转矩Tst=CTIst三相感应电机的起动起动电流起动转矩,3、电动机的直接起动相关说明：（1）三相笼型允许直接全压起动 ；（2）起动电
3、流很大 ，可达额定电流的4 7倍 ；（3）定子绕组漏阻抗压降增大，每极气 隙磁通量下降 ；（4）转子侧功率因数低 ；（5）起动转矩不大；（6）直接起动适用范围：非频繁、负载较 轻、电源相对电机容量足够大。,4、电动机的起动指标,起动电流倍数直流电机520，感应电机47。起动转矩倍数感应电机0.91.3。起动电流降低倍数起动转矩降低倍数注：前两个指标用于衡量起动性能，后两个指标用于衡量各种起动方法的特点,5、电动机的起动方法,直流他励电机降低电枢电压起动电枢回路串电阻起动三相感应电机降低电源电压起动绕线式感应电机转子串电阻起动特殊起动方式绕线式转子串频敏电阻起动（属转子串电阻起动）深槽和双鼠笼电
4、机的起动（属转子串电阻起动）Y-起动（属降低电压起动）定子串电抗器起动（属降低电压起动）,6、三相笼型转子异步电动机的起动,直接起动：电流大、起动转矩不大。不能在转 子绕组中串电阻或电抗。,，,改善起动性能的方法为： （1）降压起动； （2）改变转子结构； （3）变频变压起动；,(一）降压起动,因为： 电磁转矩、起动转矩均与电压Us的平方成正比关系减少，而临界转差率与Us无关。所以： 降压起动仅适合空载、轻载起动。,（1）星三角降压起动：,Y- 起动对正常运行采用接法的电机，在起动时改接成Y接法进行起动，起动完成后还原成接法正常运行。设接法直接起动时起动线电流为Ist起动转矩为Tst改为Y接法
5、时：优点 :UIIn3缺点 :UtTn3,（2）三相感应电机变压器降压起动,变压器-自耦变压器降压起动:设直接起动时起动线电流为Ist起动转矩为Tst使用变压器时降压变比为k优点：起动定子绕组电源电压可调缺点：起动转矩相应下降。,（3）定子绕组串电阻、串电抗降压起动：,三相感应电机定子串电抗器起动：起动转矩下降规律不变，功耗比起冷两种方式为大。,（二）改变转子结构,采用电阻率高的转子绕组导条： 转子电阻增加，起动转矩增大；转差率也增大。斜槽深槽双笼型,集肤效应,集肤效应,集肤效应,（三）变频变压起动,通过改变电动机电源的电压和频率，也 可以改变电动机的起动性能。具体的做法是：电压和频率同步下降
6、， 由此：气隙磁通没有变化； 感应电动势下降了； 电阻不变，而漏阻抗下降了，相 当于电阻增加； 结论：电流下降，转矩下降不多；,三、绕线式三相异步电动机的 起动方法,1、绕线式三相异步电动机的起动方法,绕线式三相异步电动机的起动，前述的方 法仍然有效。不过绕线式三相异步电动机的 应用往往是在鼠笼式三相异步电动机，受电 源容量和最小起动转矩 Tmin 的限制条件， 不能使用的场合来应用。故：绕线式三相异 电动机的起动方法，一般只讲转子串电阻起 动。电源容量限制条件,2、作用： 1增大起动转矩； 2减小起动电流； 3最大电磁转矩转子绕组电阻大小无关 ； 4临界转差率转子绕组电阻成正比；,3、结论：
7、 如果能在转子回路串入附加电阻使临界转差率1，则可达到既减小起动电流又获得最大起动转矩的目的 。,4、实现方法： 1逐级切除附加起动电阻的起动法：,（1）起动电阻确定方法的依据：,（2）图解法确定起动电阻的方法：由于转矩一定时，转差率与转子电阻成正比;所以，对额定转矩，有:,其中： 为每相转子绕组的额定电阻； 额定状态时，额定转差率 很小。有：,(3)图解法确定起动电阻的步骤： 绘出固有机械特性： 取： 电阻切除时，转速不变。据此绘出相应的 人工机械特性； 确定的级数 m符合要求； 读取 时的转差率值 (见图)； 据此转差率值，可确定各分级电阻；,图示：,（4）解析法确定起动电阻的方法：,由于
8、转矩一定时，转差率与转子电阻成正比;所以，S一定即转速一定时，电磁转矩和转子电阻成反比，有:,依此，有： 可令：,若起动分为m级，则有：由于转矩一定时，转差率与转子电阻成正比，可有：,2转子绕组串频敏变阻器起动方法,频敏变阻器原理：一定的工艺，使变阻器的铁磁损耗值，做的比 较大；三相异步电动机的转子频率：频敏变阻器串入电机的转子回路。,四、三相异步电动机的调速,1、三相异步电动机的调速,方法： 1、改变电机极数； 2、改变电机转差率； 3、改变电源频率。,2、改变转差率调速,调速原理：,方法： 1）消耗型：将转差功率全部消耗在转子电路中： 调压（笼型）、 串电阻调速（绕线转子）； 2）回馈型：
9、将转差功率大部分回馈电网： 串极调速（绕线转子）； 3）转差功率不变型：变极调速、变频调速。,笼型电机降压调速：,特点： 1） 电压低调节时，最大转矩下降的 比较多； 2）临界转差率和电压大小无关； 3）方法简单； 4）不属于恒转矩性质调速； 5）低速下效率低； 6）低速下功率因数也比较低；应用范围：长期高速，短时低速。,绕线转子绕组串电阻： 1不同附加电阻下的机械特性n=f(T)； （1）同步点 不变，与附加电阻无关； （2）极限点 不变，与附加 电阻无关； （3）临界转差率 ，随附加电阻 增大而增大。,2附加电阻的计算方法： 电动机起动分析可知，在同步转速到临 界转速的范围内，n=f(T)
10、近似为直线； 当： 已知时，可 求得 。,3负载性质： 有电磁转矩为： 1）当电压一定时，磁通基本上不变化； 2）由于 为不变，所以有， ； 3）保持电流不变化时，转矩不变。所以 是恒转矩调速；,4存在的问题： 由于有功电流不变化，所以电源提高的 有功功率不变化。调速中，转差功率为： 在电阻上增加了消耗。 电动机：损耗大、效率低。,5串极调速（改进）： 在转子串电阻调速中，有： 由于： ，所以它和 总是同相位。 串极调速就是在转子电势中，加入一个非 电阻产生的电势 ，使其和转子电势同频 率且相位相差180度，则可控制使用。,原理 其中s为 时的转差率。 这时： 即有：,机械特性 中的有功分量代
11、入下式。,用电压改变来调节速度,用改变转子电阻来调节速度,从机械特性看结果 对 而来说： （1） 绝对值增大时，机械特性向下移动，最 大转矩、起动转矩减小； （2） 绝对值增大时，机械特性向上移动，最 大转矩、起动转矩增大； （3）超前 时，合成电势也是超前的，转子电 流稍有增长，功率因素提高； （4）超前 角，则其cos分量与 同相， 使电动机调速，sin分量将提高定子的功率因数。,有关问题： 困难：串入电势频率如何跟踪n、s的变化而变 化； 实现：将转子绕组电势整流成直流后再逆变回 电网； 优点：效率高； 缺点：价高，对恒转矩负载调速范围较小。,3、改变磁极对数调速,通过改变电机部分绕组的
12、接线，进而改 变磁极对数调速的方法；绕组的布线和磁极对数不变的电动机的 情况不同，实际上是几种磁极对数电机 的接线，折衷的结果，是每种情况都打 折，而在一个电动机上实现。,变磁极对数调速的原理,变磁极对数调速的原理,4、改变供电电源频率调速变频调速,1方法： 改变供电电源频率； 以下： 为不使磁通饱 和，必须同时降压； 以上： 受绝缘耐压限制，电压只能维持 额定，磁通必随频率上升而下降。,2额定转速以下保持 为常数的变频调速,（1）电动机的等校电路：,（2）电磁转矩的表述：,推证： 令dT/ds=0，可得： 对应转速： 对同一电机 为与 无关的常数； 最大电磁转矩： 与f无关，为常数。,（3）
13、机械特性：,负载能力：Es/f=常数的变频调速属恒转 矩调速；难点：Es测量困难 ；替代：用保持Us/f=常数近似；,（4）用保持Us/f=常数近似的问题： S很小时，转矩近似与S成正比，机械特性 是一段直线；,机械特性的情况： 不同f时机械特性为一族平行曲线。 最大电磁转矩： 随频率减少而减少。,S接近于1时，转矩近似与S成反比， 机械特性是关于原点对称的一段双曲线：,Us/f=常数近似的机械特性：,Us/f=常数近似时的结论：与Es测量相比，Us的测量容易；高低速最大电磁转矩不一致；Rs影响：低速时补偿Rs的压降。,3在额定频率以上保持Us为额定不变的弱磁升速,机械特性情况的分析：,负载能
14、力分析： 以上分析说明，由于运行时若保持电流不变， S将基本不变。 为：恒功率调速。 特点：变频调速平滑性好，无级，调速范围 较宽。 缺点：动态性能较差，低速时性能受定子参 数影响较大，可能发生不稳定现象。,机械特性：,三相电压型逆变器,异步电动机频率变化时的转速转矩曲线 （忽略定子电阻）,异步电动机频率变化时的转速转矩曲线 （定子电阻不能忽略）,感应电动机的转速控制,同步电动机的转速控制,五、三相异步电动机的制动,三相异步电动机的制动,三相异步电动机的制动的方法： 1、回馈制动； 2、反接制动； 3、能耗制动；,1、回馈制动 1条件：,2功率平衡关系：（电动机发电运行）,3机械特性：,4回馈
15、制动的产生 变极或变频调速时,下放位能负载,2、反接制动 1条件： 转子实际旋转方向与定子磁场旋转方向相反：n与 n0方向相反。 转差率：,2功率平衡关系： 电动机输入功率为： 反接制动时，电动机既从轴上吸入机械功率，也从电网输入电功率，并全部消耗在转子绕组电阻中。,3机械特性 电源反接,机械特性 绕线转子回路接入电阻（位能转矩）,4反接制动的产生 电源反接； 绕线转子回路接入电阻（位能转矩）,3、能耗制动 1条件： 将需制动的三相异步电动机断开交流电源后， 立即在定子绕组中通入直流，建立一恒定磁场。,2功率平衡关系：,3机械特性：,机械特性图：,机械特性图：,六、三相异步电动机四象限运行,在感应电动机所处的状态中，如其感应电 动势 和电枢电流 是可逆的，那么感应电机的运行就是四象限运行。感应电机的四象限运行，通过相应的控制来实现。,谢 谢 ！,
