电机与拖动第4章异步电机的电力拖动.ppt

大连理工大学电气工程系,第 4 章 异步电机的电力拖动,4.1 三相异步电动机的机械特性,4.2 电力拖动系统的稳定运行,4.3 三相异步电动机的起动,4.4 三相异步电动机的调速,4.5 三相异步电动机的制动,第 4 章 异步电机的电力拖动,4.1 三相异步电动机的机械特性,4.2 电力拖动系统的稳定运行,4.3 三相异步电动机的起动,4.4 三相异步电动机的调速,4.5 三相异步电动机的制动,电机与拖动,返回主页,大连理工大学电气工程系,4.1 三相异步电动机的机械特性,一、电磁转矩公式1.电磁转矩的物理公式,Pe=m2 E2 I2 cos2E2=4.44 f1 kw2N2m,T=CTm I2 cos2,转矩常数:,第 4 章 异步电动机的电力拖动,大连理工大学电气工程系,2.电磁转矩的参数公式,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,令,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,3.电磁转矩的实用公式,由,最大（临界）转矩,临界转差率,由此可见：T(TM)U12，sM 与 U1 无关。sMR2，TM 与 R2 无关。,最大转矩倍数,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,若忽略 T0，则,整理上面各式，得,4.1 三相异步电动机的机械特性,解上述方程，可得,|s|sM|时取负号。,大连理工大学电气工程系,当 T=TN 时，则,4.1 三相异步电动机的机械特性,(MT MT21),大连理工大学电气工程系,【例 4.1.1】Y132M4 型三相异步电动机带某负载运行，转速 n=1 455 r/min，试问该电动机的负载转矩 TL 是多少？若负载转矩 TL=45 Nm，则电动机的转速 n 是多少？,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，MT=2.2。由此求得,4.1 三相异步电动机的机械特性,解：,大连理工大学电气工程系,=0.166,TM=MT TN,=2.249.76 Nm=109.47 Nm,4.1 三相异步电动机的机械特性,忽略 T0，则,TL=T2,大连理工大学电气工程系,当 TL=T2=T=45 Nm 时,4.1 三相异步电动机的机械特性,=0.036,n=(1s)n0=(10.036)1 500 r/min=1 446 r/min,大连理工大学电气工程系,二、固有特性,当 U1、f1、R2、X2=常数时：T=f(s)转矩特性 n=f(T)机械特性 当 U1L=U1N、f1=fN，且绕线型转子中不外串电阻或电抗时的特性称为固有特性。,M SN,N M S,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,额定状态是指各个物理 量都等于额定值的状态。N点：n=nN，s=sN，T=TN，P2=PN。额定状态说明了电动机 长期运行的能力 TLTN，P2 PN，I1 IN。,1.额定状态（N点）,sN=0.01 0.09 很小，T 增加时，n 下降很少 硬特性。,工作段,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,临界转速,2.临界状态（M 点）,对应 s=sM，T=TM 的状态。,临界状态明了电动机的 短时过载能力。过载倍数,Y 系列三相异步电动机 MT=2 2.2,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,3.堵转状态（S 点）,对应 s=1，n=0 的状态。又称为起动状态。,堵转状态说明了电动机直接 起动的能力。起动条件(1)TS(1.1 1.2)TL。(2)IS允许值。起动转矩倍数,TS,起动电流倍数,Y 系列三相 异步电动机 ST=1.6 2.2 SC=5.5 7.0,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,【例 4.1.2】一台Y225M2 型三相异步电动机，若 TL=200 Nm，试问能否带此负载：(1)长期运行；(2)短时运行；(3)直接起动（设 Is 在允许范围内）。,解：,查电工手册得知该电机的 PN=45 kW，nN=2 970 r/min，MT=2.2，ST=2.0。(1)电动机的额定转矩,由于 TNTL，故不能带此负载长期运行。,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,(2)电动机的最大转矩 TM=MT TN=2.2145 Nm=319 Nm由于 TMTL，故可以带此负载短时运行。(3)电动机的起动转矩 TST=STTN=2.0145 Nm=290 Nm由于 TSTTL，且超过 1.1 倍 TL，故可以带此负载直接起动。,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,U1U1,三、人为特性,1.降低定子电压时的人为特性,U1U1,SM 与U1无关 T 正比于 U12,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,2.增加转子电阻时的人为特性,sM 正比于 R2，TM 与 R2 无关。,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,R2=X2,R2X2,R2X2,R2 R2,当 R2X2 时，sM1，R2TST。当 R2=X2 时，sM=1，TS=TM。当 R2X2 时，sM1，R2TST。,R2增加后，TST大小则与R2 和 X2的相对大小有关。,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,3.改变定子频率时的人为特性,(1)f1 fN,为保持 m=常数,因为 n0 f1,所以 n=n0nM=sM n0,（不变）,所以 TM 不变。,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,f1fN,(2)f1fN，U1=UN（不变）调频时：f1 m 因为 n0 f1，,所以 n=n0nM=sM n0(不变),f1fN,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,4.改变磁极对数时的人为特性,(a)p=2,S NN S,NS,(b)p=1,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,Y(2p),YY(p),(2p),定子绕组常用的接法,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,1.Y YY变极,(1)2pp，n0 2n0。(2)N1N1/2，KT4KT。(3)sM 不变，U1不变。(4)n=n0nM=sM n0 2sMn0。(5)TM(TS)2TM(TS)。,Y,YY,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,2.YY变极,(1)2p p，n0 2n0。(2)N1N1/2，KT4KT。(3)sM 不变，,0.5n0,(4)n=n0nM=sM n0 2sMn0。(5)TM(TT)2/3TM(TT)。,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,4.2 电力拖动系统的稳定运行,一、负载的机械特性 n=f(TL)转速和转矩的参考方向：,1.恒转矩负载特性(1)反抗性恒转矩负载,由摩擦力产生的。当 n0，TL0。当 n 0，TL0。如机床平移机构、压延设备等。,第 4 章 异步电动机的电力拖动,大连理工大学电气工程系,(2)位能性恒转矩负载,由重力作用产生的。当 n0，TL0。当 n 0，TL0。如起重机的提升机构 和矿井卷扬机等。2.恒功率负载特性,TL n=常数。如机床的主轴系统等。,4.2 电力拖动系统稳定运行,大连理工大学电气工程系,3.通风机负载特性,TLn2 TL 的方向始终与 n 的方向相反。如通风机、水泵、油泵等。,实际的通风机负载,T0,TL=T0k n2,实际的机床平移机构,4.2 电力拖动系统稳定运行,大连理工大学电气工程系,二、稳定运行条件,工作点：,在电动机的机械特性与负载的机械特性的交点上。,稳定运行:,即：TTL=0,运动方程:,TTL 0,加速,TTL 0,减速,n=常数,过渡过程:,4.2 电力拖动系统稳定运行,大连理工大学电气工程系,a,干扰使 TL,a 点:,n,T,a,a点。,a 点。,n,T,干扰过后 TTL,T=TL,4.2 电力拖动系统稳定运行,大连理工大学电气工程系,a,a,干扰使 TL,a 点:,n T a点。,干扰过后 TTL n T T=TL a 点。,干扰使 TL,T,a 点。,T=TL,干扰过后 TTL,n,T,T=TL a 点。,4.2 电力拖动系统稳定运行,大连理工大学电气工程系,b 点:,干扰使 TL,n n=0,堵转。,T,干扰过后 T TL，不能运行。,b,4.2 电力拖动系统稳定运行,大连理工大学电气工程系,b 点:,干扰使 TL n T n n=0 堵转。,干扰过后 T TL，不能运行。,干扰使 TL,T,b 点。,n,b,干扰过后 TTL,n T,a 点。,4.2 电力拖动系统稳定运行,大连理工大学电气工程系,稳定运行的充分条件:,稳定运行点,不稳定 运行点,4.2 电力拖动系统稳定运行,大连理工大学电气工程系,电动机的自适应负载能力,电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整这种能力称为自适应负载能力。,自适应负载能力是电动机区别于其他动力机械的重要特点。如:柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载。,a 点TL,新的平衡,a点,a,TTL0,n,I2,T,I1P1,4.2 电力拖动系统稳定运行,大连理工大学电气工程系,4.3 三相异步电动机的起动,一、电动机的起动指标1.起动转矩足够大 TST TL TST(1.1 1.2)TL2.起动电流不超过允许范围。异步电动机的实际起动情况 起动电流大：IST=SCIN=(5.57)IN 起动转矩小：TST=StTN=(1.62.2)TN,第 4 章 异步电动机的电力拖动,大连理工大学电气工程系,不利影响(1)大的 IST使电网电压降低，影响自身及其他负载 工作。,(2)频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。二、笼型异步电动机的直接起动1.小容量的电动机（PN 7.5kW）2.电动机容量满足如下要求：,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,三、笼型异步电动机的减压起动,1.定子串联电阻或电抗减压起动,M3,起动,运行,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,适用于：正常运行为形联结的电动机。,2.星形三角形减压起动（Y 起动）,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,适用于：正常运行为形联结的电动机。,2.星形三角形减压起动（Y 起动）,Y 起动,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,适用于：正常运行为形联结的电动机。,2.星形三角形减压起动（Y 起动）,起动,定子相电压比,定子相电流比,起动电流比,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,电源电流比,起动转矩比,4.3 三相异步电动机的起动,IYI,ISTYIST,=,=,13,大连理工大学电气工程系,(2)ISTYImax（线路中允许的最大电流）。(3)TSTY(1.1 1.2)TL。,Y 起动的使用条件,4.3 三相异步电动机的起动,(1)正常运行时应采用 形连接的电动机。,大连理工大学电气工程系,2.自耦变压器减压起动,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,2.自耦变压器减压起动,起动,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,2.自耦变压器减压起动,运行,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,2.自耦变压器减压起动,定子线电压比,=KA,定子相电压比,定子相电流比,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,2.自耦变压器减压起动,起动电流比,电源电流比,=KA2,起动转矩比,=KA2,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,降压比 KA 可调 QJ2 型三相自耦变压器：KA=0.55、0.64、0.73 QJ3 型三相自耦变压器：KA=0.4、0.6、0.8,4.3 三相异步电动机的起动,(1)ISTaImax（线路中允许的最大电流）(2)TSTa(1.1 1.2)TL,自耦变压器减压起动的使用条件,大连理工大学电气工程系,【例 4.3.1】一台 Y250M6 型三相笼型异步电动机，UN=380 V，联结，PN=37 kW，nN=985 r/min，IN=72 A，ST=1.8，SC=6.5。如果要求电动机起动时，起动转矩必须大于 250 Nm，从电源取用的电流必须小于 360A。试问：(1)能否直接起动？(2)能否采用 Y 起动？(3)能否采用 KA=0.8 的自耦变压器起动？,解：(1)能否直接起动,直接起动时起动转矩和起动电流为 TST=ST TN=1.8359 Nm=646 Nm IST=SC IN=6.572 A=468 A,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,虽然 TST250 Nm，但是 IST 360 A，所以 不能采用直接起动。,(2)能否采用 Y 起动,虽然 ISTY360 A，但是 TSTY250 Nm，所以 不能采用 Y 起动。(3)能否采用 KA=0.8 的自耦变压器起动 TSTa=KA2TST=0.82646 Nm=413 Nm ISTa=KA2IST=0.82468 A=300 A,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,由于 TSTa 250 Nm，而且 ISTa360 A，所以 能采用 KA=0.8 的自耦变压器起动。,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,4.软起动器起动,限压起动模式的起动过程,限流起动模式的起动过程,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,四、绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动,1.无级起动,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,由几何关系求得起动变阻器的最大值为,由铭牌数据求得转子每相绕组电阻的公式为,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,(1)起动过程分析,串联 RST1 和 RST2 起动（特性 a）总电阻 R22=R2+RST1+RST2,n0,a(R22),T2,a1,a2,T1,切除 RST2,4.3 三相异步电动机的起动,2.有级起动,大连理工大学电气工程系,b(R21),b1,b2,合上 Q2，切除 RST2（特性 b）总电阻 R21=R2+RST1,切除 RST1,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,合上 Q1，切除 RST1（特性 c）总电阻:R20R2,c(R20),c1,c2,p,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,(2)起动电阻的计算,选择 T1 和 T2 起动转矩：T1=(0.8 0.9)TM 切换转矩：T2=(1.1 1.2)TL 求出起切转矩比,确定起动级数 m 根据相似三角形的几何关系来推导。,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,同理可得：,因为 sa2=sb1，sb2=sc1 sM R2,所以,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,因此有下面的关系,R21=R2 R22=R21=2R2对于 m 级起动，有 R2m=mR2式中 R2m=R2RST1RST2 RSTm 于是得到下式：,因为,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,对于 m 级起动，则有,在固有特性 c 上，有关系,因此可得,重新计算，校验是否在规定范围内。,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,求出各级起动电阻,RSTi=(i i-1)R2,4.3 三相异步电动机的起动,i=1,2,3,大连理工大学电气工程系,【例 4.3.2】JR414 型三相绕线型异步电动机拖动某生产机械。已知电动机的 PN=40 kW，nN=1 435 r/min，MT=2.6，U2N=290 V，I2N=86 A。已知起动时的负载转矩 TL=200 Nm，采用转子电路串电阻起动。起动级数初步定为三级。求各级应串联的起动电阻。,解：(1)选择起动转矩 T1,TM=MT TN=2.6266.32 Nm=692.43 Nm T1=(0.8 0.9)TM=(553.94 623.19)Nm取 T1=580 Nm,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,(2)求出起切转矩比(3)求出切换转矩 T2,由于 T2 1.1TL，所以所选 m 和 合适。(4)求出转子每相绕组电阻 R2,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,4.3 三相异步电动机的起动,(5)求出各级起动电阻 RST1=(1)R2=(2.21)0.084 4=0.1 RST2=(2)R2=(2.222.2)0.084 4=0.22 RST3=(3 2)R2=(2.23 2.22)0.084 4=0.49,大连理工大学电气工程系,频敏变阻器 频率高：损耗大，电阻大。频率低：损耗小，电阻小。转子电路起动时 f2 高，电阻大，TST 大，IST 小。转子电路正常运行时 f2 低，电阻小，自动切除变阻器。,五、绕线型异步电动机转子电路串联频敏变阻器起动,频敏变阻器,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,六、改善起动性能的三相笼型异步电动机,1.深槽型异步电动机 槽深 h 与槽宽 b 之比为：h/b=8 12,漏电抗小漏电抗大,增大电流密度,起动时，f2 高，漏电抗大，电流的集 肤效应使导条的等效 面积减小，即 R2，使 TST。运行时，f2 很低，漏电抗很小，集肤效 应消失，R2。,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,2.双笼型异步电动机,电阻大漏抗小电阻小漏抗大,上笼（外笼）下笼（内笼）,起动时，f2 高，漏抗大，起主要作用，I2 主要集中在外笼，外笼 R2 大 TST 大。外笼 起动笼。运行时，f2 很低，漏抗很小，R2 起主要作用，I2 主要集中在内笼。内笼 工作笼。,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,4.4 三相异步电动机的调速,1.改变磁极对数 p2.改变转差率 s 3.改变电源频率 f1(变频调速),调速方法：,有级调速。,第 4 章 异步电动机的电力拖动,大连理工大学电气工程系,一、电动机的调速指标,1.调速范围2.调速方向3.调速的平滑性 平滑系数4.调速的稳定性 静差率 D、nN 的关系(nN=nmax),4.4 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,例如：nN=1 430 r/min，nN=115 r/min，要求30%、则 D=5.3。,要求20%、则 D=3.1。再如：nN=1 430 r/min，D=20，5%，则 nN=3.76 r/min。5.调速的经济性6.调速时的允许负载 不同转速下满载运行时：输出转矩相同 恒转矩调速。输出功率相同 恒功率调速。,4.4 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,二、笼型异步电动机的变频调速,U、f 可 变,整流电路,逆变电路,50 Hz,4.4 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,1.调速方向 f1fN 时：n。2.调速范围 D 较大。3.调速的平滑性 平滑性好（无级调速）。4.调速的稳定性 稳定性好。5.调速的经济性 初期投资大；运行费用不大。6.调速时的允许负载,f1fN 时：n。,4.4 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,4.4 三相异步电动机的调速,因为,m 基本不变，基本不变。,所以,T=CTm I2N cos2,(1)f1fN 时,恒转矩调速。,P2=T2,T,(2)f1 fN 时 因为 U1L=UN,所以 T=CTm I2N cos2,T n,=常数,恒功率调速。,大连理工大学电气工程系,变频器,4.4 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,4.4 三相异步电动机的调速,优点：(1)一体化的通用变频器和电动机的组合可以提供最大效率。(2)变速驱动，输出功率范围宽（如从 120 W7.5 kW）。(3)在需要的时候，通用变频器可以方便地从电动机上移走。(4)高起动转矩。,电机变频器一体化产品,大连理工大学电气工程系,【例 4.4.1】某三相笼型异步电动机，PN=15 kW，UN=380 V，形联结，nN=2 930 r/min，fN=50 Hz，MT=2.2。拖动一恒转矩负载运行，T=40 Nm。求：(1)f1=50 Hz，U1=UN 时的转速；(2)f1=40 Hz，U1=0.8UN 时的转速；(3)f1=60 Hz，U1=UN 时的转速。,解：(1),TM=MT TN=2.248.91 Nm=107.61 Nm,4.4 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,n=(1s)n0=(10.018 7)3 000 r/min=2 944 r/min(2),故 TM=TM=107.61 Nm,4.4 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,n=(1s)n0=(10.023 3)2 400 r/min=2 344 r/min,4.4 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,(3)f1增加，U1 不变时，,4.4 三相异步电动机的调速,=(10.023 4)3 600 r/min=3 516 r/min,大连理工大学电气工程系,三、笼型异步电动机的变极调速,1.调速方向 Y()YY：n YYY()：n2.调速范围 D=2 4,4.4 三相异步电动机的调速,3.调速的平滑性 平滑性差。4.调速的稳定性 稳定性好。,大连理工大学电气工程系,静差率：5.调速的经济性 经济性好。6.调速时的允许负载 YYY 满载输出功率：满载输出转矩：,(基本不变）,因为,4.4 三相异步电动机的调速,恒转矩调速。,大连理工大学电气工程系,如果 cos1、不变，则,（恒转矩调速）,(2)YY,因为,如果cos1、不变，则,1,（恒功率调速）,4.4 三相异步电动机的调速,（近似）恒功率调速。,大连理工大学电气工程系,【例 4.4.2】某三相多速电动机，PN=2.2/3.8 kW，nN=1 440/2 880 r/min，MT=2.0/2.0。拖动TL=10 Nm 的 恒转矩负载。求在两种不同磁极对数时的转速。,解：(1)p=2 时,4.4 三相异步电动机的调速,TM=MT TN=214.6 Nm=29.2 Nm,大连理工大学电气工程系,n=(1s)n0=(10.026 3)1 500 r/min=1 460.55 r/min(2)p=1 时,4.4 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,4.4 三相异步电动机的调速,TM=MT TN=212.61 Nm=25.22 Nm,n=(1s)n0=(10.030 8)3 000 r/min=2 907.6 r/min,大连理工大学电气工程系,四、笼型异步电动机的变压调速,TL,1.调速方向 U1(UN)n2.调速范围 D 较小。,4.4 三相异步电动机的调速,3.调速的平滑性 若能连续调节U1，n 可实现无级调速。,大连理工大学电气工程系,4.调速的稳定性 稳定性差。5.调速的经济性 经济性较差。(1)需要可调交流电源。(2)cos1 和 均较低。6.调速时的允许负载 既非恒转矩调速，又非恒功率调速。,因为,TU1P2,所以,U1,T(n),P2,4.4 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,【例 4.4.3】三相笼型异步电动机，PN=15 kW，UN=380 V，nN=960 r/min，MT=2。试求：(1)U1=380V，TL=120 Nm 时的转速；(2)U1=300V，TL=100 Nm 时的转速。,解：(1)U1=380V，TL=120 Nm 时,4.4 三相异步电动机的调速,TM=MT TN=2149.28 Nm=298.56 Nm,大连理工大学电气工程系,n=(1s)n0=(10.031)1 000 r/min=969 r/min,4.4 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,n=(1s)n0=(10.044)1 000 r/min=956 r/min,4.4 三相异步电动机的调速,(2)U1=300V，TL=100 Nm 时 sM 不变，Tm U12，故 sM=0.149,大连理工大学电气工程系,五、绕线型异步电动机转子串联电阻调速,1.调速方向 n 2.调速范围 D 较小。,4.4 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,m不变，,3.调速的平滑性 取决于 Rr 的调节方式。4.调速的稳定性 稳定性差。,Rr。5.调速的经济性 初期投资不大，但运行效率较低。6.调速时的允许负载因为 调速前后 U1、f1 不变，,4.4 三相异步电动机的调速,调速前,恒转矩调速。,大连理工大学电气工程系,调速后可见调速前调速后,4.4 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,4.4 三相异步电动机的调速,可见，调速前后 cos2 不变，根据 T=CTm I2 cos2可知调速时允许的转矩不变，为恒转矩调速。,大连理工大学电气工程系,【例 4.4.4】一台三相绕线型异步电动机，拖动一恒转矩负载运行。已知 PN=20 kW，nN=1 420 r/min，U2N=187 V，I2N=68.5 A，MT=2.3，TL=100 Nm。试求：(1)转子电路未串电阻时的转速；(2)转子电路串联电阻 Rr=0.015 9 时的转速。,解：(1)转子电路未串联电阻时,4.4 三相异步电动机的调速,TM=MT TN=2.3134.57 Nm=309.5 Nm,大连理工大学电气工程系,n=(1s)n0=(10.038 7)1 500 r/min=1 442 r/min(2)转子串联电阻 Rr 时，TM 不变，sM(R2Rr),4.4 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,由于 TL 不变，因此 s(R2Rr)n=(1s)n0=(10.046)1 500 r/min=1 431 r/min,4.4 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,六、绕线型异步电动机的串级调速,1.串级调速的原理 在转子电路中串联一个与 e2s 频率相等、相位相同或相反的附加电动势 ead，以代替 Rr 上的电压降，从而使这部分能量不致损耗掉。转子相电流：,e2s 与 ead 同相位时：,在引入 ead 的瞬间：,I2s,T,n,sE2,I2s,T,T=TL,4.4 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,在引入 ead 的瞬间：I2s,e2s与ead 相位相反时：,T,n,sE2,I2s,T,T=TL,2.串级调速的机械特性,4.4 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,3.串级调速的调速性能,(1)调速方向(2)调速范围 D 较大。(3)调速的平滑性 平滑性好。(4)调速的稳定性 稳定性好。(5)调速的经济性 初期投资大；运行效率较高，运行费用不大。,4.4 三相异步电动机的调速,(6)调速时的允许负载因为 调速前后 U1、f1 不变，m不变，且 cos2 也不变。所以 T=CTm I2N cos2 不变。,恒转矩调速。,大连理工大学电气工程系,4.5 三相异步电动机的制动,一、能耗制动1.制动原理 制动前 Q1 合上，Q2 断开，M 为电动状态。制动时 Q1 断开，Q2 合上。定子:U I1 转子:n E2 I2 M 为制动状态。,n,T,第 4 章 异步电动机的电力拖动,大连理工大学电气工程系,2.能耗制动时的机械特性,特点：(1)因T 与 n 方向相反，nT 曲线在第二、四象限。(2)因 n=0 时，T=0，nT 曲线过原点。(3)制动电流增大时，制动转矩也增大；产生最大转矩的转速不变。,I1,I1,4.5 三相异步电动机的制动,大连理工大学电气工程系,3.能耗制动过程 迅速停车,(1)制动原理制动前：特性 1。制动时：特性 2。,原点 O(n=0，T=0)，,a,b,(T0，制动开始),制动过程结束。,(2)制动效果 Rb,I1 T,制动快。,(3)制动时的功率 定子输入：P1=0，,轴上输出：P2=T0。,动能 P2,转子电路的电能,PCu2消耗掉。,4.5 三相异步电动机的制动,大连理工大学电气工程系,4.能耗制动运行 下放重物,a,(T0，制动开始),b,c,c 点(T=TL),制动运行状态,以速度 nc 稳定下放重物。制动效果：由制动回路的电阻决定。,4.5 三相异步电动机的制动,大连理工大学电气工程系,二、反接制动,1.定子反向的反接制动,迅速停车,制动前的电路,制动时的电路,(1)制动原理,4.5 三相异步电动机的制动,大连理工大学电气工程系,制动前：正向电动状态。,制动时：定子相序改变，n0 变向。,b,即：s 1(第二象限)。同时：E2s、I2 反向，,T 反向。,a,c,制动结束。到 c 点时，若未切断电源，M 将可能反向起动。,d,4.5 三相异步电动机的制动,大连理工大学电气工程系,取决于 Rb 的大小。,(2)制动效果,(3)制动时的功率,0,PCu2=m1(R2Rb)I22=PePm=Pe|Pm|,0,Pm=(1s)Pe,三相电能,电磁功率Pe,转子,机械功率Pm,定子,转子电阻消耗掉,4.5 三相异步电动机的制动,大连理工大学电气工程系,2.转子反向的反接制动,下放重物,b,c,a,d,(1)制动原理 定子相序不变，转子电路串联对称电阻 Rb。,d 点(nd0，Td=TL),制动运 行状态,(2)制动效果 改变 Rb 的大小，改变特性 2 的斜率，,改变 nd。,4.5 三相异步电动机的制动,低速提升重物,大连理工大学电气工程系,(3)制动时的功率,第四象限：,1(n0),0,PCu2=m1(R2Rb)I22=PePm=Pe|Pm|,0,Pm=(1s)Pe,定子输入电功率,轴上输入机械功率（位能负载的位能）,电功率与机械功率均 消耗在转子电路中。,4.5 三相异步电动机的制动,大连理工大学电气工程系,三、回馈制动,特点：|n|n0|，s0。电机处于发电机状态。1.调速过程中的回馈制动,4.5 三相异步电动机的制动,a,b,c,d,a,b,c,d,大连理工大学电气工程系,4.5 三相异步电动机的制动,2.重物时的回馈制动,b,a,c,正向电动,反接制动,d,回馈制动,反向电动,大连理工大学电气工程系,0(nn0)0 定子发出电功率，向电源回馈电能。0 轴上输入机械功率(位能负载的位能)。PCu2=PePm|Pe|=|Pm|PCu2 机械能转换成电能(减去转子铜损耗等)。,制动时的功率,第四象限：,Pm=(1s)Pe,4.5 三相异步电动机的制动,大连理工大学电气工程系,制动效果,Rb 下放速度。为了避免危险的高速，一般不串联 Rb。,4.5 三相异步电动机的制动,大连理工大学电气工程系,【例 4.5.1】例 4.4.4 中的三相绕线型异步电动机，拖动 TL=100 Nm 的位能性负载。现欲采用回馈制动下放该重物，在转子电路中串联电阻 Rb=0.015 9。试求：(1)切换后的瞬间（b点）的制动转矩；(2)在 d 点下放重物的时的转速。,解：根据例 4.4.4 的计算，在固有特性上工作时，TM=309.5 Nm，sM=0.233，na=1 442 r/min，R2=0.084 1。(1)nb=na=1 442 r/min,4.5 三相异步电动机的制动,大连理工大学电气工程系,(2)转子串联电阻 Rr 时，TM 不变，sM(R2Rr)nd=(1sd)n0=(10.046)(1 500)r/min=1 569 r/min,Nm,4.5 三相异步电动机的制动,大连理工大学电气工程系,练 习 题,第 4 章 异步电动机的电力拖动,4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5 4.1.64.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.3.54.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4 4.4.54.5.1 4.5.2 4.5.3 4.5.4*以教师画勾的题为准。,下一章,