异步电机的电力拖动.ppt

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1、大连理工大学电气工程系,1 三相异步电动机的机械特性,2 电力拖动系统的稳定运行,3 三相异步电动机的起动,4 三相异步电动机的调速,5 三相异步电动机的制动,异步电机的电力拖动,1 三相异步电动机的机械特性,2 电力拖动系统的稳定运行,3 三相异步电动机的起动,4 三相异步电动机的调速,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,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=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

2、磁转矩的参数公式,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,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,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,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,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 1.1】Y132M4 型三

3、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,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,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,1 三相异步电动机的机械特性,=0.036,n=(1s)n

4、0=(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,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

5、。,工作段,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 2.2,1 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 7.0,1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工

6、程系,【例 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。,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 TST

7、TL，且超过 1.1 倍 TL，故可以带此负载直接起动。,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 U12,1 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。,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

8、的相对大小有关。,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。,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,1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,改变磁极对数时的人为特性,(a)p=2,S NN S,NS,(b)p=1,1 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),Y

9、Y(p),(2p),定子绕组常用的接法,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,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)。,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 电力拖

10、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。,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,

11、TL=T0k n2,实际的机床平移机构,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:,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,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 T

12、TL,n,T,T=TL a 点。,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,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。,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,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

13、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,I1P1,2 电力拖动系统稳定运行,大连理工大学电气工程系,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

14、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：,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,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）,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,3 三相异步电动机的起动,大连

15、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,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,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,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。,【例 3.1】三相异步电动机，电源电压=380V，三相定子绕组接法运行，额定电流IN=20A，启动电流Ist/IN=7，求：

16、（1）接法时的启动电流Ist（2）若启动时改为Y接法，求 Ist Y,（1）Ist=7 IN=720=140A,解：,（2）,Ist Y=Ist/3=140/3=47A,大连理工大学电气工程系,3.自耦变压器减压起动,3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,3.自耦变压器减压起动,起动,3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,3.自耦变压器减压起动,运行,3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,3.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,3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,3.自耦变压器减压起动,起动电流比,电源电流比,

17、=KA2,起动转矩比,=KA2,3 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、0.8,3 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,延边三角形换接降压启动,优点：延边三角形启动可以获得比“星形三角形”启动更大的启动转矩，而且设备简单，只需一转换开关。缺点：定子绕组的抽头较多。,大连理工大学电气工程系,【例 3.2】一台 Y250M6 型三相笼型异步电动机，UN=380

18、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,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

19、,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,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。,3 三相异步电动机的起动,1),解:,【例 3.3】一台Y225M-4型的三相异步电动机，定子绕组型联结，其额定数据为：PN=45kW,nN=1480r/min，UN=380V,N=92.3%,cos

20、N=0.88,KC=7.0,Ks=1.9,KM=2.2求：1)额定电流IN?2)额定转差率sN?3)额定转矩TN、最大转矩TM 和起动转矩TS。,3 三相异步电动机的起动,2）由nN=1480r/min，可知 p=2（四极电动机）,3）,3 三相异步电动机的起动,【例 3.4】在上例中如果负载转矩为 510.2Nm,试问:（1）在U=UN 和U=0.9UN两种情况下电动机能否起动？（2）采用Y-换接起动时，求起动电流和起动转矩。（3）当负载转矩为额定转矩的80%和50%时，电动机能否 Y-换接起动？,解：(1)在U=UN时 TS=551.8 Nm 510.2 Nm,在U=0.9UN 时,能起动

21、,不能起动,3 三相异步电动机的起动,（3）在80%额定负载时:,在50%额定负载时:,（2）Ist=KCIN=782=589.4 A,不能起动,能起动,3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,5.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,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,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,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

22、 起动（特性 a）总电阻 R22=R2+RST1+RST2,n0,a(R22),T2,a1,a2,T1,切除 RST2,3 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 RST1,3 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,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

23、)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。,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,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,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。,3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,求

24、出各级起动电阻,RSTi=(i i-1)R2,3 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 3.5】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,3 三相异步电

25、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 R2,3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,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

26、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,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。,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

27、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。,3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,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 调速的稳定性 静差率 D、nN 的关系(nN=nmax),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

28、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 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 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）。调速的稳定性 稳定性好。

29、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 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,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 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,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 12

30、0 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 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 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,n=(

31、1s)n0=(10.018 7)3 000 r/min=2 944 r/min(2),故 TM=TM=107.61 Nm,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 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 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 三相异步电动机的调速,3.调速的平滑

32、性 平滑性差。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 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 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 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

33、的转速。,解：(1)p=2 时,4 三相异步电动机的调速,TM=MT TN=216 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 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,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 三相异步电动机的调速,

34、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,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 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,【例 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

35、时,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 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 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 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,m不

36、变，,3.调速的平滑性 取决于 Rr 的调节方式。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 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 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系,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】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，

37、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 三相异步电动机的调速,TM=MT TN=2.31357 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 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

38、=1 431 r/min,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 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 三相异步电动机的调速,大连理工大学电气工程系

39、,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 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,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

40、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,I1,5 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

41、掉。,5 三相异步电动机的制动,大连理工大学电气工程系,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。,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,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,

42、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,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。,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

43、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。,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,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,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

44、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,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。,5 三相异步电动机的制动,大连理工大学电气工程系,【例 5.1】例 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。

45、,解：根据例 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,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,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,1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.63.1 3.2 3.3 3.4 3.51 2 3 4 55.1 5.2 5.3 5.4*以教师画勾的题为准。,下一章,