异步电机的电力拖动知识概述

LFChun 制作 大连理工大学电气工程系第第 4 章章 异步电机的电力拖动异步电机的电力拖动4.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 4.2 电力拖动系统的稳定运行电力拖动系统的稳定运行 4.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 4.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 4.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 4.2 电力拖动系统的稳定运行电力拖动系统的稳定运行 4.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 4.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 电机与拖动电机与拖动返回主页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三相异步电动机的机械特性一、电磁转矩公式一、电磁转矩公式1.电磁转矩的物理公式电磁转矩的物理公式 Pe=m2 E2 I2 cos 2E2=4.44 f1 kw2N2m T=Pe060Pe2 n0=T=CTm I2 cos 2 转矩常数转矩常数:p Pe 2 f1 =4.44 pm2kw2N2 2 CT=第第 4 章章 异步电动机的电力拖动异步电动机的电力拖动大连理工大学电气工程系m2 p2 f1=E2sE2 R22(sX2)2 R2 R22(sX2)2 2.电磁转矩的参数公式电磁转矩的参数公式p Pe2 f1 T =m2 p2 f1=E2 I2 cos 2 m2 p2 f1=sR2E22 R22(sX2)2 (4.44 f1kw2 N2m)2 m2 p2 f1=sR2 R22(sX2)2 4.44 f1kw2N2 m2 p2 f1=sR2 R22(sX2)2()U1 4.44 f1kw1N1 24.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系()2m22 =spR2 U12 f1 R22(sX2)2 kw2N2 kw1N1令令 ()2m22 KT=kw2N2kw1N1 T =KTspR2 U12 f1R22(sX2)2 4.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系3.电磁转矩的实用公式电磁转矩的实用公式 由由=0，得得 dTds 最大（临界）转矩最大（临界）转矩 TM=KT pU12 2f1X2 临界转差率临界转差率 R2X2sM=由此可见：由此可见：T(TM)U12，sM 与与 U1 无关。无关。sMR2，TM 与与 R2 无关。无关。额定电磁转矩额定电磁转矩 最大转矩倍数最大转矩倍数 TMTN MT=4.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系 若忽略若忽略 T0，则，则602 TN=PNnNT=+2TM sMs ssM整理上面各式，得整理上面各式，得 =1 s sM TMT()2TMT4.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性解上述方程，可得解上述方程，可得|s|sM|时取负号。时取负号。大连理工大学电气工程系 当当 T=TN 时，则时，则 =ssM4.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性(MT MT21)大连理工大学电气工程系 【例例 4.1.1】Y132M4 型三相异步电动机带某型三相异步电动机带某负载运行，转速负载运行，转速 n=1 455 r/min，试问该电动机的负载，试问该电动机的负载转矩转矩 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，则电动机的转速转速 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，MT=2.2。由此求得由此求得 n0n n0s=0.03 1 5001455 1 500 n0nN n0sN=0.04 1 50014401 5004.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性解：解：大连理工大学电气工程系sM=sN(MT MT21)=0.04(2.2 2.221)=0.166 602 TN=PNnN602=Nm=49.76 Nm 7 500 1 440TM=MT TN=2.249.76 Nm=109.47 Nm 4.1 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 大连理工大学电气工程系当当 TL=T2=T=45 Nm 时时=0.166 1 ()2 109.47 45 109.47 454.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性=0.036 n=(1s)n0 =(10.036)1 500 r/min =1 446 r/minTMTs=sM 1 TMT()2大连理工大学电气工程系OTs二、固有特性二、固有特性 当当 U1、f1、R2、X2=常数时：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的特性称为串电阻或电抗时的特性称为固有特性固有特性。1n0TnO M SNN M S4.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系 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。N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，P2 PN，I1 IN。1.额定状态（额定状态（N点）点）nNTNn0TnON 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4.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系 临界转速临界转速 2.临界状态（临界状态（M 点）点）n0nTOM 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MT=TMTN Y 系列三相异步电动机系列三相异步电动机 MT=2 2.24.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系3.堵转状态（堵转状态（S 点）点）对应对应 s=1，n=0 的状态。的状态。又称为起动状态。又称为起动状态。堵转状态说明了电动机堵转状态说明了电动机直接直接 起动的能力。起动的能力。起动条件起动条件 (1)TS (1.1 1.2)TL。(2)IS允许值。允许值。起动转矩倍数起动转矩倍数n0TnOSTS ST=TSTN 起动电流倍数起动电流倍数 SC=ISIN Y 系列三相系列三相 异步电动机异步电动机 ST=1.6 2.2 SC=5.5 7.04.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系 【例例 4.1.2】一台一台Y225M2 型三相异步电型三相异步电动机，若动机，若 TL=200 Nm，试问能否带此负载：，试问能否带此负载：(1)长期长期运行；运行；(2)短时短时运行；运行；(3)直接起动（设直接起动（设 Is 在允许范围内）在允许范围内）。解：解：查电工手册得知该电机的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)电动机的额定转矩电动机的额定转矩 602 TN=PNnN6023.14=Nm=145 Nm451032 970由于由于 TNTL，故不能带此负载，故不能带此负载长期长期运行。运行。4.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系(2)电动机的最大转矩电动机的最大转矩 TM=MT TN=2.2145 Nm=319 Nm由于由于 TMTL，故可以带此负载，故可以带此负载短时短时运行。运行。(3)电动机的起动转矩电动机的起动转矩 TST=STTN=2.0145 Nm=290 Nm由于由于 TSTTL，且超过，且超过 1.1 倍倍 TL，故可以带此负，故可以带此负载载直接起动直接起动。4.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系U1U1三、人为特性三、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sMTsOU1U1U1U1sMnTOU1U1SM 与与U1无关无关 T 正比于正比于 U124.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系2.增加转子电阻时的人为特性增加转子电阻时的人为特性sM 正比于正比于 R2，TM 与与 R2 无关。无关。4.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性TMTsOR2 R2R2 R2nTOTMR2 R2R2 510.2 Nm 在U=0.9UN 时20 9551 8 ST.447510 2 N m.N m能起动不能起动4.3 4.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动2022-7-23大连理工大学电气工程系58（3）在80%额定负载时:183 9183 9180290 4 80232 3sYNT.T%.%.在50%额定负载时:11551 8183 933stYstTT.N m（2）Ist=KCIN=784.2=589.4 A11598 4196 533 stYstII.A183 9183 9150290 4 50145 2 sYNT.T%.%.不能起动能起动4.3 4.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动大连理工大学电气工程系5.软起动器软起动器起动起动UNtstuOU0ILitOIRts限压限压起动模式起动模式的起动过程的起动过程限流限流起动模式起动模式的起动过程的起动过程4.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 M33 Q 软起动器软起动器大连理工大学电气工程系四、四、绕线型异步电动机绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动转子电路串联电阻起动 1.无级起动无级起动3 Q定子定子电刷滑环起动变阻器转子转子4.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系n0TnOT1 TNTM nNnM1NnM2M1abcdM2由几何关系求得起动变阻器的最大值为由几何关系求得起动变阻器的最大值为R2=sN U2N3 I2N由铭牌数据求得转子每相绕组电阻的公式为由铭牌数据求得转子每相绕组电阻的公式为RST=(1)TNsN T1R24.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系RST1RST23 M3Q1 Q2Q(1)起动过程分析起动过程分析串联串联 RST1 和和 RST2 起动（特性起动（特性 a）总电阻总电阻 R22=R2+RST1+RST2n0TnOa(R22)TLT2a1a2T1切除切除 RST24.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 2.有级起动有级起动大连理工大学电气工程系b(R21)n0TnOa(R22)T2 T1a1a2TLb1b2 合上合上 Q2，切除，切除 RST2（特性（特性 b）总电阻总电阻 R21=R2+RST13 M3Q1 Q2RST1RST2Q切除切除 RST14.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系 合上合上 Q1，切除，切除 RST1（特性（特性 c）总电阻总电阻:R20R2 c(R20)b(R21)n0TnOa(R22)T2 T1a1a2TLb1b2c1c2p3 M3Q1 Q2 RST1RST2Q4.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系(2)起动电阻的计算起动电阻的计算 选择选择 T1 和和 T2 起动转矩：起动转矩：T1=(0.8 0.9)TM 切换转矩：切换转矩：T2=(1.1 1.2)TL 求出起切转矩比求出起切转矩比 =T1T2 确定起动级数确定起动级数 m 根据相似三角形的几何关系来推导。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三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系T1 n0 nc1TM n0 nMc=sc1sMcc(R2)b(R21)n0TnOa(R22)T2 T1a1a2TLb1b2c1c2pT2 n0 nc2TM n0 nMc=sc2sMc同理可得：同理可得：T1TM=sa1sMa=sb1sMb=sc1sMcT2TM=sa2sMa=sb2sMb=sc2sMc因为因为 sa2=sb1，sb2=sc1 sM R2 =T1T2=sMasMb=R22R21所以所以 =T1T2=sMbsMc=R21R24.3 三相异步电动机的起动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因此有下面的关系 R21=R2 R22=R21=2R2对于对于 m 级起动，有级起动，有 R2m=mR2式中式中 R2m=R2RST1RST2 RSTm 于是得到下式：于是得到下式：=R2m R2 m因为因为 sMcsMasc1=sa1=R2R22=1R2R224.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系对于对于 m 级起动，则有级起动，则有 sc1=R2R2m在固有特性在固有特性 c 上，有关系上，有关系 T1TN=sc1sN=TN sNT1 m因此可得因此可得=R2m R2 mm=TNsNT1 lg lg 重新计算重新计算 ，校验是否在规定范围内。，校验是否在规定范围内。4.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系 求出各级起动电阻求出各级起动电阻RSTi=(i i-1)R24.3 三相异步电动机的起动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 【例例 4.3.5】JR414 型三相绕线型异步电动机拖动型三相绕线型异步电动机拖动某生产机械。已知电动机的某生产机械。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。已知起动时的负载转矩矩 TL=200 Nm，采用转子电路串电阻起动。起动级数初步，采用转子电路串电阻起动。起动级数初步定为三级定为三级。求各级应求各级应串串联的起动联的起动电阻电阻。解：解：(1)选择起动转矩选择起动转矩 T1 602 TN=PN nN=Nm=266.32 Nm 6023.14401031 435 TM=MT TN=2.6266.32 Nm=692.43 Nm T1=(0.8 0.9)TM=(553.94 623.19)Nm取取 T1=580 Nm4.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系(2)求出起切转矩比求出起切转矩比 (3)求出切换转矩求出切换转矩 T2T2=T1=Nm=263.64 Nm 580 2.2由于由于 T2 1.1TL，所以所选所以所选 m 和和 合适。合适。(4)求出转子每相绕组电阻求出转子每相绕组电阻 R2=2.2 266.32 0.043 3580 3 n0 nN n0sN=1 500 1 435 1 500=0.043 3 =TN sNT1 m4.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 R2=sN U2N 3 I2N=0.084 4 0.043 3290 1.73286大连理工大学电气工程系4.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动(5)求出各级起动电阻求出各级起动电阻 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 频敏变阻器频敏变阻器 频率高：损耗大，电阻大。频率高：损耗大，电阻大。频率低：损耗小，电阻小。频率低：损耗小，电阻小。转子电路起动时转子电路起动时 f2 高，电阻大，高，电阻大，TST 大，大，IST 小。小。转子电路正常运行时转子电路正常运行时 f2 低，电阻小，低，电阻小，自动切除变阻器。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 频敏变阻器频敏变阻器 4.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系六、六、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.深槽型异步电动机深槽型异步电动机 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 肤效应使导条的等效肤效应使导条的等效 面积减小，即面积减小，即 R2 ，使使 TST 。运行时，运行时，f2 很低，很低，漏电抗很小，集肤效漏电抗很小，集肤效 应消失，应消失，R2 。4.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 大连理工大学电气工程系2.双笼型异步电动机双笼型异步电动机电阻大电阻大漏抗小漏抗小电阻小电阻小漏抗大漏抗大上笼上笼（外笼）（外笼）下笼下笼（内笼）（内笼）起动时，起动时，f2 高，高，漏抗大，起主要作用，漏抗大，起主要作用，I2 主要集中在外笼，主要集中在外笼，外笼外笼 R2 大大 TST 大。大。外笼外笼 起动笼。起动笼。运行时，运行时，f2 很低很低，漏抗很小，漏抗很小，R2 起主要作用，起主要作用，I2 主要集中在内笼。主要集中在内笼。内笼内笼 工作笼。工作笼。4.3 三相异步电动机的起动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三相异步电动机的调速1.改变磁极对数改变磁极对数 p2.改变转差率改变转差率 s 3.改变电源频率改变电源频率 f1(变频调速变频调速)调速方法：调速方法：n=(1 s)n0 =(1 s)60 f1 p 有级调速。有级调速。无级调速。无级调速。第第 4 章章 异步电动机的电力拖动异步电动机的电力拖动大连理工大学电气工程系一、电动机的调速指标一、电动机的调速指标1.调速范围调速范围2.调速方向调速方向3.调速的平滑性调速的平滑性 平滑系数平滑系数4.调速的稳定性调速的稳定性 静差率静差率 D、nN 的关系的关系 (nN=nmax)D=nmax nmin=ni ni1=100%n0n n0 TnOn01n02nNnND=nN nN(1)4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 大连理工大学电气工程系例如：例如：nN=1 430 r/min，nN=115 r/min，要求要求30%、则则 D=5.3。要求要求20%、则则 D=3.1。再如：再如：nN=1 430 r/min，D=20，5%，则则 nN=3.76 r/min。5.调速的经济性调速的经济性6.调速时的允许负载调速时的允许负载 不同转速下满载运行时：不同转速下满载运行时：输出转矩相同输出转矩相同 恒转矩调速。恒转矩调速。输出功率相同输出功率相同 恒功率调速。恒功率调速。4.4 三相异步电动机的调速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二、笼型异步电动机的变频调速 U、f 可可 变变M33整流电路整流电路逆变电路逆变电路50 Hz控制控制电路电路 直直 流流n0TnOn0f1fNU1L=UN n0TnOn0f1f N，=常数常数 U1f1 TLTL4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 大连理工大学电气工程系 1.调速方向调速方向 f1fN 时：时：n 。2.调速范围调速范围 D 较大。较大。3.调速的平滑性调速的平滑性 平滑性好（无级调速）。平滑性好（无级调速）。4.调速的稳定性调速的稳定性 稳定性好。稳定性好。5.调速的经济性调速的经济性 初期投资大；运行费用不大。初期投资大；运行费用不大。6.调速时的允许负载调速时的允许负载f1fN 时：时：n 。4.4 三相异步电动机的调速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三相异步电动机的调速=常数常数 U1f1 因为因为 m 基本不变，基本不变，基本不变。基本不变。所以所以 T=CTm I2N cos 2 (1)f1fN 时时 恒转矩调速。恒转矩调速。P2=T2U1 4.44 f1 kw1N1 m=T(2)f1 fN 时时 因为因为 U1L=UN 所以所以 T=CTm I2N cos 2 1f11n1 n T n=常数常数 恒功率调速。恒功率调速。大连理工大学电气工程系 变频器变频器 4.4 三相异步电动机的调速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三相异步电动机的调速 优点：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。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。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。高起动转矩。电机变频器一体化产品电机变频器一体化产品 大连理工大学电气工程系 【例例 4.4.1】某三相笼型异步电动机，某三相笼型异步电动机，PN=15 kW，UN=380 V，形联结，形联结，nN=2 930 r/min，fN=50 Hz，MT=2.2。拖动一恒转矩负载运行，。拖动一恒转矩负载运行，T=40 Nm。求：求：(1)f1=50 Hz，U1=UN 时的转速；时的转速；(2)f1=40 Hz，U1=0.8UN 时的时的转速；转速；(3)f1=60 Hz，U1=UN 时的转速。时的转速。解：解：(1)602 TN=PN nN=Nm=48.91 Nm 6023.14151032 930TM=MT TN=2.248.91 Nm=107.61 Nm n0 nN n0sN=3 000 2 930 3 000=0.023 3 4.4 三相异步电动机的调速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)sM=sN/(MT MT21 )=0.023 3/(2.2 2.221 )=0.096 9 =0.0969 1 =0.018 7 ()2107.6140107.6140 U1 f1成比例减小时，成比例减小时，TM 不变，不变，sM 与与f1 成反比，成反比，故故 TM=TM=107.61 Nm s=sM 1 TMT()2TMT4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 大连理工大学电气工程系sM=sM f1 f1=0.096 9=0.121 50 40 n=(1s)n0 =(10.023 3)2 400 r/min=2 344 r/min=0.121 1 =0.023 3()2107.6140107.6140s=sM 1()2TMTTMTn0=60 f1 p=r/min=2 400 r/min 604014.4 三相异步电动机的调速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，增加，U1 不变时，不变时，sM 。1 f1TM ,1 f12=107.61 Nm=74.73 Nm 50 602=0.096 9=0.080 75 50 60=r/min=3 600 r/min 606014.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 s=sM 1()2TMT TM T=0.023 4 n0=60 f 1 p n=(1s)n0 =(10.023 4)3 600 r/min=3 516 r/min TM=TM f1 f 12sM=sM f1 f 1大连理工大学电气工程系TL三、笼型异步电动机的变极调速三、笼型异步电动机的变极调速n0TnOYYY0.5n0n0TnOYY0.5n0TL1.调速方向调速方向 Y()YY：n YYY()：n 2.调速范围调速范围 D=2 44.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 3.调速的平滑性调速的平滑性 平滑性差。平滑性差。4.调速的稳定性调速的稳定性 稳定性好。稳定性好。大连理工大学电气工程系 静差率：静差率：5.调速的经济性调速的经济性 经济性好。经济性好。6.调速时的允许负载调速时的允许负载 YYY 满载输出功率：满载输出功率：满载输出转矩：满载输出转矩：(基本不变）基本不变）=100%n0n n0 n n0 =P2=3 UN IN cos 1 T2=P2 =，12 INYINYY因为因为=12 Y YY4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 恒转矩调速。恒转矩调速。大连理工大学电气工程系如果如果 cos 1、不变，则不变，则 =12 P2Y P2YY=1 T2Y T2YY （恒转矩调速）（恒转矩调速）(2)YY 因为因为 =3 IPN 2 IPN IN INYY=3 2=12 YY 如果如果cos 1、不变，则不变，则 P2 P2YY=3 2 1（恒功率调速）（恒功率调速）T2 T2YY=2=1.732 3 2 4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速（近似）恒功率调速。近似）恒功率调速。大连理工大学电气工程系 【例例 4.4.2】某三相多速电动机，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。拖动TL=10 Nm 的的 恒转矩负载。恒转矩负载。求在两种不同磁极对数求在两种不同磁极对数时的转速。时的转速。解：解：(1)p=2 时时 n0 nN n0sN=1 500 1 440 1 500=0.04 4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 602 TN=PN nN=Nm=14.6 Nm 6023.14 2.2103 1 440TM=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 时时 sM=sN/(MT MT21 )=0.04/(2 221 )=0.149 =0.149 1 =0.026 3 ()229.21029.210s=sM 1 TMT()2TMT4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 n0 nN nNsN=3 000 2 880 3 000=0.04 大连理工大学电气工程系4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 602 TN=PN nN=Nm=12.61 Nm 6023.14 3.8103 2 880TM=MT TN=212.61 Nm=25.22 Nm n=(1s)n0 =(10.030 8)3 000 r/min=2 907.6 r/min =0.149 1 =0.030 8 ()225.221025.2210s=sM 1 TMT()2TMT大连理工大学电气工程系n0TnOnMUNTLTL四、笼型异步电动机的变压调速四、笼型异步电动机的变压调速TL1.调速方向调速方向 U1(UN)n2.调速范围调速范围 D 较小。较小。U1n0TnOnMUNU14.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 3.调速的平滑性调速的平滑性 若能连续调节若能连续调节U1，n 可实现无级调速。可实现无级调速。大连理工大学电气工程系4.调速的稳定性调速的稳定性 稳定性差。稳定性差。5.调速的经济性调速的经济性 经济性较差。经济性较差。(1)需要可调交流电源。需要可调交流电源。(2)cos 1 和和 均较低。均较低。6.调速时的允许负载调速时的允许负载 既非恒转矩调速，又非恒功率调速。既非恒转矩调速，又非恒功率调速。因为因为 TU1P2所以所以 U1 T(n)P2 4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 大连理工大学电气工程系 【例例 4.4.3】三相笼型异步电动机，三相笼型异步电动机，PN=15 kW，UN=380 V，nN=960 r/min，MT=2。试。试求：求：(1)U1=380V，TL=120 Nm 时的转速；时的转速；(2)U1=300V，TL=100 Nm 时的转速。时的转速。解：解：(1)U1=380V，TL=120 Nm 时时 n0 nN n0sN=1 000 960 1 000=0.04 4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 602 TN=PN nN=Nm=149.28 Nm 6023.1415103960TM=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/minsM=sN(MT MT21 )=0.04(2 221 )=0.149 =0.149 1 =0.031 ()2 298.56 120 298.56 120s=sM 1 TMT()2TMT4.4 三相异步电动机的调速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=0.149 1 =0.044 ()21861001861004.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速(2)U1=300V，TL=100 Nm 时时 sM 不变，不变，Tm U12，故，故 sM=0.149TM=298.56 Nm=186 Nm 300 3802s=sM 1 TMT()2TMT大连理工大学电气工程系n0T n O TMR2R2+Rr五、绕线型异步电动机转子串联电阻调速五、绕线型异步电动机转子串联电阻调速TLM33RrKM1.调速方向调速方向 n 2.调速范围调速范围 D 较小较小。4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 大连理工大学电气工程系m不变，不变，3.调速的平滑性调速的平滑性 取决于取决于 Rr 的调节方式。的调节方式。4.调速的稳定性调速的稳定性 稳定性差。稳定性差。Rr 。5.调速的经济性调速的经济性 初期投资不大，但运行效率较低。初期投资不大，但运行效率较低。6.调速时的允许负载调速时的允许负载因为因为 调速前后调速前后 U1、f1 不变，不变，4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 I2N=sNE2 R22(sNX2)2 =E2 (sNX2)2 R2 2 sN 调速前调速前 恒转矩调速。恒转矩调速。大连理工大学电气工程系调速后调速后可见可见调速前调速前调速后调速后4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 I2N=sE2(R2Rr)2(sX2)2 =E2 X22 R2Rr 2 s R2Rr sR2 sN=cos 2=R2 R22(sNX2)2 =R2/sN X22 R2 2 sN cos 2=R2Rr(R2Rr)2(sX2)2 大连理工大学电气工程系4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 cos 2=R2 Rr(R2Rr)2(sX2)2 =(R2Rr)/s X22 R2Rr 2 s =R2/sN X22 R2 2 sN 可见，调速前后可见，调速前后 cos 2 不变，不变，根据根据 T=CTm I2 cos 2可知调速时允许的转矩不变，为恒转矩调速。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 【例例 4.4.4】一台三相绕线型异步电动机，拖动一恒一台三相绕线型异步电动机，拖动一恒转矩负载运行。已知转矩负载运行。已知 PN=20 kW，nN=1 420 r/min，U2N=187 V，I2N=68.5 A，MT=2.3，TL=100 Nm。试。试求：求：(1)转子电路未串电阻时的转速；转子电路未串电阻时的转速；(2)转子电路串联电阻转子电路串联电阻 Rr=0.015 9 时的转速。时的转速。解：解：(1)转子电路未串联电阻时转子电路未串联电阻时 n0 nN n0sN=1 500 1 420 1 500=0.053 3 4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 602 TN=PN nN=Nm=134.57 Nm 6023.14201031 420TM=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)转子串联电阻转子串联电阻 Rr 时，时，TM 不变，不变，sM(R2Rr)sM=sN/(MT MT21 )=0.0533/(2.3 2.321 )=0.233 =0.233 1 =0.038 7 ()2309.5100309.5100s=sM 1 TMT()2TMT4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 R2=sN U2N 3 I2N=0.084 1 0.053 3187 1.73268.5大连理工大学电气工程系sM=sM R2Rr R2=0.233=0.277 0.1 0.084 1由于由于 TL 不变，因此不变，因此 s(R2Rr)n=(1s)n0 =(10.046)1 500 r/min=1 431 r/min=0.277 1 =0.046()2309.5100309.5100s=sM 1()2TMTTMT4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 s =s R2Rr R2=0.038 7=0.046 0.1 0.084 1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六、绕线型异步电动机的串级调速 1.串级调速的原理串级调速的原理 在转子电路中串联一个与在转子电路中串联一个与 e2s 频率相等、相位频率相等、相位相同或相反的附加电动势相同或相反的附加电动势 ead，以代替，以代替 Rr 上的电压上的电压降，从而使这部分能量不致损耗掉。降，从而使这部分能量不致损耗掉。转子相电流：转子相电流：sE2 Ead R2j sX2I2s=I2s=sE2Ead R22(sX2)2 e2s 与与 ead 同相位时：同相位时：在引入在引入 ead 的瞬间的瞬间：I2s T n sE2 I2s T T=TL 4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 大连理工大学电气工程系在引入在引入 ead 的瞬间的瞬间：I2s e2s与与ead 相位相反时：相位相反时：T n sE2 I2s T T=TL 2.串级调速的机械特性串级调速的机械特性n0TnOE2sE2s+EadE2sEad4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 I2s=sE2Ead R22+(sX2)2 大连理工大学电气工程系3.串级调速的调速性能串级调速的调速性能(1)调速方向调速方向(2)调速范围调速范围 D 较大。较大。(3)调速的平滑性调速的平滑性 平滑性好。平滑性好。(4)调速的稳定性调速的稳定性 稳定性好。稳定性好。(5)调速的经济性调速的经济性 初期投资大；初期投资大；运行效率较高，运行效率较高，运行费用不大。运行费用不大。4.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速(6)调速时的允许负载调速时的允许负载因为因为 调速前后调速前后 U1、f1 不变，不变，m不变，且不变，且 cos 2 也不变。也不变。所以所以 T =CTm I2N cos 2 不变。不变。恒转矩调速。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三相异步电动机的制动M33Q1一、能耗制动一、能耗制动1.制动原理制动原理 制动前制动前 Q1 合上，合上，Q2 断开，断开，M 为电动状态。为电动状态。制动时制动时 Q1 断开，断开，Q2 合上。合上。定子定子:U I1 转子转子:n E2 I2 M 为制动状态。为制动状态。nUQ2 RbI1FFT T第第 4 章章 异步电动机的电力拖动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能耗制动时的机械特性OnT特点：特点：(1)因因T 与与 n 方向相反，方向相反，nT 曲线在第二、曲线在第二、四象限。四象限。(2)因因 n=0 时，时，T=0，nT 曲线过原点。曲线过原点。(3)制动电流增大时，制动电流增大时，制动转矩也增大；制动转矩也增大；产生最大转矩的转速不变。产生最大转矩的转速不变。I1I14.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 大连理工大学电气工程系3.能耗制动过程能耗制动过程 迅速停车迅速停车TLOnT12(1)制动原理制动原理制动前：特性制动前：特性 1。制动时：特性制动时：特性 2。原点原点 O(n=0，T=0)，a 点点 b 点点惯性惯性 ab(T0，制动开始，制动开始)n制动过程结束。制动过程结束。(2)制动效果制动效果 Rb I1 T 制动快。制动快。(3)制动时的功率制动时的功率 定子输入：定子输入：P1=0，轴上输出：轴上输出：P2=T0。动能动能 P2 转子电路的电能转子电路的电能 PCu2消耗掉。消耗掉。4.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 大连理工大学电气工程系4.能耗制动运行能耗制动运行 下放重物下放重物TLOnT12a a 点点 b 点点 惯性惯性 (T0，制动开始，制动开始)bn 原点原点 O(n=0，T=0),在在TL作用下作用下 n 反向增加反向增加 cc 点点(T=TL),制动运制动运行状态行状态以速度以速度 nc 稳定下放重物。稳定下放重物。制动效果：制动效果：由制动回路的电阻决定。由制动回路的电阻决定。4.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 大连理工大学电气工程系二、反接制动二、反接制动1.定子反向的反接制动定子反向的反接制动 迅速停车迅速停车3 M33 M3Rb制制动动前前的的电电路路制制动动时时的的电电路路(1)制动原理制动原理4.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 大连理工大学电气工程系TLTL制动前：正向电动状态。制动前：正向电动状态。制动时：定子相序改变，制动时：定子相序改变，n0 变向。变向。OnT1 n02n0 bs=n0 n n0=n0n n0即即：s 1(第二象限第二象限)。同时同时：E2s、I2 反向，反向，T 反向。反向。aca 点点 b 点点(T0，制动开始，制动开始)惯性惯性 n c 点点(n=0，T 0)，制动结束。制动结束。到到 c 点时，若未切断电源，点时，若未切断电源，M 将可能反向起动。将可能反向起动。d4.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 大连理工大学电气工程系取决于取决于 Rb 的大小。的大小。(2)制动效果制动效果aOnT1n02n0bc(3)制动时的功率制动时的功率 Pe=m1I22 R2Rb s0 PCu2=m1(R2Rb)I22 =PePm =Pe|Pm|0 Pm=(1s)Pe 三相电能三相电能 电磁功率电磁功率Pe转子转子机械功率机械功率Pm定子定子转子转子电阻电阻消耗消耗掉掉4.5 三相异步电动机的制动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转子反向的反接制动 下放重物下放重物On T 1n02bcTLad(1)制动原理制动原理 定子相序不变，转子定子相序不变，转子电路串联对称电阻电路串联对称电阻 Rb。a 点点 b 点点(TbTL)，惯性惯性 n c 点点(n=0，TcTL)在在TL 作用下作用下M 反向起动反向起动d 点点(nd0，Td=TL)制动运制动运 行状态行状态(2)制动效果制动效果 改变改变 Rb 的大小，的大小，改变特性改变特性 2 的斜率，的斜率，改变改变 nd。3e4.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 低速提低速提升重物升重物大连理工大学电气工程系(3)制动时的功率制动时的功率s=n0nn0第四象限第四象限：1(n0)Pe=m1I22R2Rb s0 PCu2=m1(R2Rb)I22 =PePm =Pe|Pm|0 Pm=(1s)Pe 定子输入电功率定子输入电功率 轴上输入机械功率轴上输入机械功率 （位能负载的位能）（位能负载的位能）电功率与机械功率均电功率与机械功率均 消耗在转子电路中。消耗在转子电路中。4.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 大连理工大学电气工程系TnOf1 f1f1 f1三、回馈制动三、回馈制动 特点：特点：|n|n0|，s0。电机处于发电机状态。电机处于发电机状态。1.调速过程中的回馈制动调速过程中的回馈制动4.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 TLabcdTnOYYYTLabcd?大连理工大学电气工程系4.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 2.重物时的回馈制动重物时的回馈制动GRb T3 M3TnTLnOnTTLn0n0bac正向电动正向电动反接制动反接制动d回馈制动回馈制动反向电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。定子发出电功率，向电源回馈电能。0 轴上输入机械功率轴上输入机械功率(位能负载的位能位能负载的位能)。PCu2=PePm|Pe|=|Pm|PCu2 机械能转换成电能机械能转换成电能(减去转子铜损耗等减去转子铜损耗等)。制动时的功率制动时的功率s=n0n n0=n0nn0第四象限第四象限：Pe=m1I22 R2Rb sPm=(1s)Pe4.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 大连理工大学电气工程系 制动效果制动效果 Rb 下放速度下放速度 。为了避免危险的高速，为了避免危险的高速，一般不串联一般不串联 Rb。4.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 OnTTLn0n0大连理工大学电气工程系 【例例 4.5.1】例例 4.4.4 中的三相绕线型异步电动机，中的三相绕线型异步电动机，拖动拖动 TL=100 Nm 的位能性负载。现欲采用回馈制动下放的位能性负载。现欲采用回馈制动下放该重物，在转子电路中串联电阻该重物，在转子电路中串联电阻 Rb=0.015 9 。试试求：求：(1)切换后的瞬间（切换后的瞬间（b点）的制动转矩；点）的制动转矩；(2)在在 d 点下放重物的点下放重物的时的转速。时的转速。解：解：根据例根据例 4.4.4 的计算，在固有特性上的计算，在固有特性上工作时，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 n0 nb n0sb=1 500 1 420 1 500=0.053 3 sMb=sM R2Rb R2=0.233=0.277 0.1 0.084 14.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 大连理工大学电气工程系(2)转子串联电阻转子串联电阻 Rr 时，时，TM 不变，不变，sM(R2Rr)nd=(1sd)n0 =(10.046)(1 500)r/min =1 569 r/min=0.277 1 =0.046 ()2309.5100309.5100()2sd=sMb 1 TMTLTMTLT=+2TM sMbsb sbsMb=85.77 Nm+2309.5 0.277 1.96 1.960.277 Nm4.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 LFChun 制作 大连理工大学电气工程系练练 习习 题题第第 4 章章 异步电动机的电力拖动异步电动机的电力拖动v4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.1.5 4.1.6v4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.3.5v4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4 4.4.5v4.5.1 4.5.2 4.5.3 4.5.4*以教师画勾的题为准。以教师画勾的题为准。下一章下一章LFChun 制作 谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH