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单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第 十章 异步电机的电力拖动,10.1,三相异步电动机的机械特性,10.2,电力拖动系统的运行状态,1,10.1,三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,P,e,=,m,2,E,2,I,2,cos,2,E,2,=,4.44,f,1,k,w,2,N,2,m,T,=,P,e,0,60,P,e,2,n,0,=,T,=,C,T,m,I,2,cos,2,转矩常数:,p P,e,2,f,1,=,4.44,pm,2,k,w,2,N,2,2,C,T,=,2,2. 电磁转矩的参数公式,R,2,s,P,e,=,m,1,I,2,2,p P,e,2,f,1,T,=,p m,1,2,f,1,=,R,2,s,I,2,2,利用简化等效电路:,I,2,=,(,R,1,+ ),2,+ (,X,1,+,X,2,),2,U,1,R,2,s,T,=,p,m,1,2,f,1,(,R,1,+ ),2,+ (,X,1,+,X,2,),2,U,1,2,R,2,s,R,2,s,3,s,M,=,R,1,2,+ (,X,1,+,X,2,),2,R,2,临界转差率：,最大（临界）转矩：,T,M,=,2,R,1,+,R,1,2,+ (,X,1,+,X,2,),2,U,1,2,p,m,1,2,f,1,电动状态取 “,+ ”，发电状态取 “”。,R,1, (,X,1,+,X,2,),s,M,R,2,X,1,+,X,2,T,M,p,m,1,U,1,2,4,f,1,(,X,1,+,X,2,),4,结论:,T,U,1,2,，,s,M,与,U,1,无关;,s,M,R,2,，,T,M,与,R,2,无关。,3. 电磁转矩的实用公式,T,=,+,+ 2,s,M,2,T,M,(1 +,s,M,),s,M,s,R,1,R,2,s,s,M,R,1,R,2,T,=,+,2,T,M,s,M,s,s,s,M,忽略,R,1,：,5,O,T,s,二、固有机械特性,当,U,1,、,f,1,、,R,2,、,X,2,= 常数时：,T,=,f,(,s,),n,=,f,(,T,), 转矩特性, 机械特性,当,U,1L,=,U,1N,、,f,1,=,f,N,，且绕线型转子中不外,串电阻或电抗时，机械特性称为,固有机械特性,。,1,n,0,T,n,O,6,n,0,T,n,O,1. 额定状态（,N,点）,额定状态是指各个物理,量都等于额定值的状态。,N点,：,n,=,n,N,，,s,=,s,N,，,T,=,T,N,，,P,2,=,P,N,。,n,N,T,N,N,T,N,= 9.55,P,N,n,N,额定状态,说明了电动机长期运行的能力：,T,L,T,N,，,P,2,P,N,，,I,1,I,N,（Nm）,7,2,.,起动状态（,S,点）,对应：,s,= 1，,n,= 0 的状态。,又称为堵转状态。,起动时：,T =,T,st,，,I,1L,=,I,st,n,0,T,n,O,T,st,直接起动的能力。,起动条件：,(1),T,st,T,L,(2),I,st,线路允许值,起动转矩倍数,（笼型异步电动机）,:,S,T,st,T,st,T,N,st,=,起动电流倍数:,I,st,I,N,sc,=,8,n,M,T,M,临界转速,3,.,临界状态（,M,点）,T,M,T,N,MT,=,n,0,T,n,O,M,对应：,s,=,s,M,，,T,=,T,M,的状态。,临界状态明了电动机的,短时过载能力。,过载倍数：,临界转差率,s,M,（由,转矩的实用公式得出,）,s,M,=,s,N,(,MT,+,MT,2,1 ),= 2 2.2,s,N,=,s,M,(,MT,MT,2,1 ),9,4,.,回馈制动状态,n,0,T,n,(,s,),O,H,s,M,T,M,s,M,T,M,s,=,n,0,n,n,0,当：,n,n,0,时，,s,0,回馈制动状态。,|,s,M,|,=,|,s,M,|,|,T,M,|,|,T,M,|,10,n,0,T,n,O,工作段,自适应负载能力,是,电动机区别于其它动力,机械的重要特点。,a点,T,L,直至新的平衡,T,L,a,T,L,a,点,a,T,T,L, 0,n,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。,I,2,T,I,1,P,1,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。,11,二、人为机械特性,1. 降低定子电压时的人为特性,U,N,0.81,T,M,0.81,T,st,n,0,T,n,O,s,M,0.9,U,N,m,1,R,2,0,s,T,=,I,2,2,1,s,N,I,2N,2,=,1,s,I,2,2,降低定子电压转速稳定后：,n,n,N,s,s,N,T,=,T,L,I,2,I,2,N,12,2. 转子电路串联对称电阻时的人为特性,n,0,T,n,O,T,M,R,2,s,M,R,2,T,M,与,R,2,无关,R,2,+,R,1,R,2,+,R,1,+,R,2,转子串联合适,的电阻:,T,st,T,M,3. 定子电路串联对称电抗,或电阻时的人为特性,n,0,T,n,O,s,M,s,M,X,1,(,R,1,),s,M,、,T,M,、,T,st,13,4. 改变定子电源频率时的人为特性,(1),f,1,f,N,E,1,4.44,f,1,k,w,1,N,1,m,=,U,1,4.44,f,1,k,w,1,N,1,为保持：,m,= 常数,= 常数,U,1,f,1,n,0,f,1,s,M,1,f,1,n,M,=,n,0,n,M,=,s,M,n,0,（不变）,s,M,R,2,X,1,+,X,2,而且：,T,M,不变,（ 忽略,R,1,）,T,M,p,m,1,U,1,2,4,f,1,(,X,1,+,X,2,),14,n,0,T,n,O,n,0,f,1,f,N,(2),f,1,f,N,，,U,1,=,U,N,（不变）,调频时：,f,1,m,n,0,f,1,s,M,1,f,1,n,M,=,n,0,n,M,=,s,M,n,0,(不变),T,M,1,f,1,2,而且：,n,0,T,n,O,n,0,f,1,f,N,s,M,R,2,X,1,+,X,2,T,M,p,m,1,U,1,2,4,f,1,(,X,1,+,X,2,),15,U,1,U,2,U,3,U,4,U,1,U,2,U,3,U,4,(a),p,= 2,(b),p,= 1,5. 改变磁极对数时的人为特性,16,(a) YY(,p ),(b) Y(2,p ),(c),(2,p ),定子绕组常用的接法：,17,(1),YY,Y：,p,2,p,：,n,0,n,0,/2。,X,1,(,R,1,) 4,X,1,(,R,1,)，,N,1,2,N,1,(,k,Z,4,k,Z,),，,U,1,不变：,s,M,不变。,n,M,=,n,0,n,M,=,s,M,n,0,s,M,n,0,/2,。,T,M,(,T,st,) ,T,M,(,T,st,) /2,。,s,M,R,2,X,1,+,X,2,T,M,p,m,1,U,1,2,4,f,1,(,X,1,+,X,2,),n,0,T,n,O,Y,YY,0.5,n,0,18,(2),YY, ,：,p,2,p,：,n,0,n,0,/2。,X,1,(,R,1,) 4,X,1,(,R,1,)，,N,1, 2,N,1,，,s,M,R,2,X,1,+,X,2,T,M,p,m,1,U,1,2,4,f,1,(,X,1,+,X,2,),U,1,3,U,1,:,n,0,T,n,O,YY,0.5,n,0,s,M,不变。,n,M,=,n,0,n,M,=,s,M,n,0,s,M,n,0,/2,。,T,M,(,T,st,) ,1.5,T,M,(,T,st,),。,19,补充: 三相异步电动机参数计算,一、技术数据:,P,N,(kW),、,U,1N,(V),、,I,1N,(A),、,n,N,( r/min),N,(%)、,cos,1N,、,MT,、GD,2,(,Nm,2,),绕线型：,U,2N,(V),、,I,2N,(A),笼型：,st,、,sc,二、依据技术数据计算其他参数:,T,N,、,T,M,、,s,M,、,R,1,、,X,1,、,k,、,R,2,、,X,2,、,I,0,。,20,2. 最大转矩和临界转差率：,T,m,=,K,T,T,N,(,Nm),I,2N,=,s,N,E,2N,/,3,r,2,2,+(,s,N,x,2,),2,s,N,E,2N,3,r,2,r,2,(),s,N,E,2N,3,I,2N,3. 绕线型电动机的转子绕组每相电阻：,4. 电压比：,0.95,U,1N,U,2N,k,=,(定子Y联结),s,m,=,s,N,(,K,T,+,K,T,2,1 ),21,(定子 联结),0.95 3,U,1N,U,2N,k,=,如果,m,1,=,m,2,则：,k,=,k,e,=,k,i,5. 转子绕组每相电阻的折算：,r,2,= k,2,r,2,6. 定子绕组每相电阻：,(定子Y 联结),(定子联结),0.95 3,s,N,U,1N,I,1N,r,1,=,0.95,s,N,U,1N,3,I,1N,r,1,=,22,7. 定、转子电抗 (,m,1,= 3，,f,1,= 50Hz)：,T,m,=,2,r,1,+,r,1,2,+ (,x,1,+,x,2,),2,U,1,p,2,3,p,2,f,1,x,=,x,1,+,x,2,=,(,p,U,1,p,2,210,T,m,r,1,),r,1,2,(),2,x,1,x,2,0.5,x,8. 空载电流,I,0,：,I,0,I,1N,I,2N,1N,2N,I,0,=,I,1N,sin,1N,I,2N,sin,2N,I,1N,cos,1N,=,I,1N,cos,2N,I,0,=,I,1N,(sin,1N,cos,1N,tan,2N,),23,(1) 用实用表达式绘制固有特性；(2) 当,st,= 2 时，,求转子串联的电阻并绘制人为特性；,(3) 当,T,st,=,T,M,时，求转子串联的电阻。,解：,(1),例1：,一台绕线型异步电动机的技术数据为：,P,N,= 280 kW，,U,1N,= 6 kV，,I,1N,= 36.2 A，,n,N,= 490 r/min，,N,= 90.5,%,，,cos,1N,= 0.78，,U,2N,= 484 V，,I,2N,= 353 A，,MT,= 2.35。,s,N,=,n,0,n,N,n,0,=,500,490,500,= 0.02,T,N,= 9.55,P,N,n,N,= 9550,280,490,= 5457.14 Nm,R,2,s,N,E,2N,3,I,2N,=,0.02484,3533,= 0.0158 ,24,s,M,=,s,N,(,MT,+,MT,2,1 ),= 0.02 (2.35 +,2.35,2,1 ),= 0.08953,T,M,=,MT,T,N,= 2.355457.14,= 12 824.286 Nm,n,M,= (1,s,M,),n,0,= 500(10.08953),= 455.235 r/min,T,st,=,+,2,T,m,s,m,1,1,s,m,=,212 824.286,+ 0.08953,1,0.08953,= 2 278.06 Nm,依据：(,T,st,，0) 、(,T,M,，,n,M,)、 (,T,N,，,n,N,) 和,(0，,n,0,) 绘制固有特性。,25,(2) 当,st,= 2 时，求转子串联的,R,st,并绘制人为特性,2,T,N,=,+,2,MT,T,N,s,M,1,1,s,M,s,M,2,MT,s,M,+ 1 = 0,MT,MT,2,4,2,s,M,=,2.35,2.35,2,4,2,=,=,0.558,1.792,R,st,+,R,2,R,2,=,s,M,s,M,R,st,= ( 1),R,2,s,M,s,M,=,0.083 ,0.3 ,n,M,=(1,s,M,),n,0,=,221 r/min,396 r/min,26,s,N,=,s,M,(,MT,MT,2,1 ),依据：,则：,T,=,+,2,T,M,s,M,s,s,s,M,当,s,M,= 0.558 时：,当,s,M,= 1.792 时：,s,N,= 0.1246，2.498,s,N,= 0.4，8.022,（舍去）,（舍去）,n,N,= (1,s,N,),n,0,=,437.7 r/min,300 r/min,依据：(,T,st,，0 ) 、(,T,M,，,n,M,)、 (,T,N,，,n,N,) 和,( 0，,n,0,) 绘制人为特性。,27,n,0,T,n,/rpm,0,T,N,T,st,=,+,2,T,M,s,M,1,1,s,M,验算：,s,M,= 0.558 时：,T,st,= 10 914.28,Nm,s,M,= 1.792 时：,T,st,= 10 914.28,Nm,(3) 当,T,st,=,T,M,时，,T,st,437.7,221,300,396,R,st,= ( 1),R,2,s,M,s,M,= 0.161 ,= ( 1),R,2,1,s,M,即：,s,M,= 1,28,10.2 电力拖动系统的运行状态,一、负载的机械特性,n,=,f,(,T,L,),转速和转矩的参考方向：,O,T,L,n,+T,L,T,L,1. 恒转矩负载特性,(1),反抗性恒转矩负载特性：,n,T,(,T,2,),T,L,(,T,0,),由摩擦力产生的。,当,n,0，,T,L,0。,当,n, 0，,T,L,0。,如机床平移机构、,压延设备等。,29,O,T,L,n,O,T,L,n,(2),位能性恒转矩负载特性：,由重力作用产生的。,当,n,0，,T,L,0。,当,n, 0，,T,L,0。,如各种起重机。,2. 恒功率负载特性,T,L,n,= 常数。,如机床的主轴系统等。,T,L,n,1,30,O,T,L,n,3. 通风机负载特性,T,L,n,2,T,L,的始终与,n,的方向相反。,如通风机、水泵、油泵等。,O,T,L,n,O,T,L,n,T,0,T,L,=,T,0,+,k n,2,实际的通风机负载,实际的机床平移机构,31,二、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：,T,T,L,= 0,运动方程:,T,T,L,=,J,d,d,t,T,T,L, 0,加速,T,T,L, 0,减速,n =,常数,过渡过程:,32,n,0,T,n,O,T,L,a,b,干扰,n,稳定运行点,不稳定,运行点,a,b,a点,T,n,T,b 点:,a 点:,干扰,n,T,干扰,n,T,n,n,= 0,堵转,n,a点,稳定运行的充分条件:,d,T,d,n,d,T,L,d,n,T,T,L,T,=,T,L,T,T,L,T,T,L,33,第 十一章 异步电机的起动与制动,11.1,三相异步电动机的起动,11.2,三相异步电动机的制动,34,11.1 三相异步电动机的起动,一、电动机的起动指标：,起动转矩足够大。,起动电流不超过允许范围。,异步机的实际起动情况：,起动电流大：,I,st,=,sc,I,N,= (5.57),I,N,起动转矩小：,T,st,=,st,T,N,= (1.62.2),T,N,不利影响：,(1),大电流使电网电压降低，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。,35,二、笼型异步电动机的,直接起动,1. 小容量的电动机（7.5kW）,2. 电动机容量满足如下要求：,I,st,I,N,sc,=,1,4,3 +,电源总容量(kVA),电动机容量(kVA),36,三、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：,M,3,3,R,(,L,),Q,1,Q,2,FU,运行,起动,37,适用于：正常运行为联结的电动机。,Y型起动，,型,运行。,2. Y, 减压,起动：,Y,型起动,W,V,U,W,V,U,I,stY,U,N,型,起动,（,型,运行,）,U,N,I,st,Z,Z,Z,Z,Z,Z,3,|,Z,|,U,N,I,stY,=,3,U,N,I,st,=,|,Z,|,38,Y型,起动的起动电流为：,I,stY,=,1,3,I,st,T,U,1,2,，,T,stY,=,1,3,T,st,Y型,起动的起动转矩为：,1,3,U,1,=,U,1,Y, 减压,起动的特点：,(1) 电源电压不变，改变定子绕组接法；,(2) 减压比为:,1,3,Y,起动相电压,U,1,起动相电压,U,1,=,39,否则不能采用此法。,(1),I,stY,I,max,（线路中允许的最大电流）；,(2),T,stY,T,L,。,Y, 减压,起动的使用条件：,40,定子电流：,k,A,I,st,线路电流：,I,stA,= k,A,2,I,st,3. 自耦变压器,减压,起动,M,3,U,N,= k,A,U,N,k,A,I,st,I,stA,降压比为:,U,1,k,A,=,U,1,U,N,U,1,定子电压：,自耦变压器,减压,起动的起,动电流为：,I,stA,= k,A,2,I,st,41,自耦变压器,减压,起动的特点：,(1) 定子绕组接法不变，改变定子绕组的电压；,(2) 降压比,K,A,可调:,U,1,= ( 0.4、0.6、0.8),U,N,U,1,= ( 0.55、0.64、0.73),U,N,自耦变压器,减压,起动的起动转矩为：,T,stA,=,k,A,2,T,st,42,(1),I,stA,I,max,（线路中允许的最大电流）；,(2),T,stA,T,L,否则不能采用此法。,自耦变压器电,压比,的选择：,自耦变压器,减压,起动,的使用条件：,k,A,2,I,st,I,max,k,A,2,T,st,T,L,k,A,2,T,L,T,st,I,max,I,st,43,4. 延边三角形,减压,起动,2 5,1,4,3,6,1,4,3,6,2 5,适用于：正常运行为联结的电动机。,延边三角形起动，,型,运行。,44,说明：,关于起动转矩大小的几点考虑,设减压起动的起动转矩为：,T,st,起动电流为：,I,st,带负载起动时，要求：,T,st,T,L,1.考虑加速转矩,T,st,(1.11.2),T,L,2,.考虑电源电压波动,3,.考虑谐波的影响,T,st,(1.11.2),T,L,(0.850.95),2,45,四、,改善起动性能的三相笼型异步电动机,1,.深槽异步电动机,槽深,h,与槽宽,b,之比为：,h,/,b,= 10 12,漏电抗小,漏电抗大,增大,电流密度,起动时：,f,2,高，,漏电抗大，,电流的集肤效应使,导条的等效面积减小，,即,R,2,T,st,运行时：,f,2,很低，,漏电抗很小，,集肤效应消失，,R,2,46,2,.双笼型异步电动机,电阻大,漏抗小,电阻小,漏抗大,起动时,f,2,高：,漏抗大，起主要作用，,I,2,主要集中在外笼，,外笼,R,2,大,上笼,（外笼）,下笼,（内笼）,T,st,大;,运行时,f,2,很低 ：,漏抗很小，,R,2,起主要作用，,I,2,主要集中在内笼,外笼 起动笼。,内笼 工作笼。,47,1. 分级起动过程,3,M,3,Q,2,Q,2,Q,1,Q,1,R,st1,R,st2,n,0,T,n,O,3,(,R,22,),T,L,T,2,T,1,2,(,R,21,),1,(,R,2,),a,b,c,d,e,f,(1),串联,R,st1,和,R,st2,起动(特性3)：,总电阻,R,22,=,R,2,+,R,st1,+,R,st2,(2),合上,Q,1,，切除,R,st2,(特性2)：,总电阻,R,21,=,R,2,+,R,st1,(3),合上,Q,2,，切除,R,st1,(特性1)：,总电阻:,R,2,五、,绕线型异步机,转子电路串电阻起动,48,2. 起动级数与起动电阻的计算,(1),选择,T,1,和,T,2,:,起动转矩：,T,1,= (0.8 0.9),T,M,切换转矩：,T,2,= (1.1 1.2),T,L,起切转矩比：,=,T,1,T,2,R,2,=,s,N,E,2N,3,I,2N,(2),求出,R,2,：,49,(3),起动级数与起动电阻的关系,n,0,T,n,O,3,(,R,22,),T,L,T,2,T,1,2,(,R,21,),1,(,R,2,),a,b,c,d,e,f,T,=,+,2,T,M,s,M,s,s,s,M,当,s,s,M,时：,T,=,2,T,M,s,M,s,当,s,不变时：,T,1,s,M,1,R,2,T,1,R,22,T,2,R,21,=,b,点和,c,点,=,R,21,R,2,d,点和,e,点,=,当,s,M,不变时：,T,s,T,1,s,e,T,N,s,N,=,=,s,a,s,M3,s,e,s,M1,=,1,R,22,s,e,R,2,=,s,N,T,1,T,N,R,2,R,22,50,T,1,R,2,m,T,2,R,2(,m,1),=,=,R,2(,m,1),R,2(,m,2),= ,对于,m,级起动：,=,R,21,R,2,=,R,21,=,R,2,R,22,=,R,21, ,R,2,m,=,R,2(,m,1),=,2,R,2,=,m,R,2,R,st1,=,R,21,R,2,R,st2,=,R,22,R,21,R,st,m,=,R,2,m,R,2(,m,1),=,R,2,m,R,2,m,m,=,R,2,m,R,2,lg,lg,=,T,N,s,N,T,1,m,51,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:,f,2,高，电阻大，,转子电路正常运行时:,f,2,低，电阻小，,T,st,大，,I,st,小。,自动切除变阻器。,二、转子电路串频敏变阻器起动,52,M,3,3,Q,1,11.2,三相异步电动机的制动,一、能耗制动,1. 制动原理,n,+,U,Q,2,R,b,I,1,F,F,制动前：,Q,1,合上，,Q,2,断开，,M 为电动状态。,制动时：,Q,1,断开，,Q,2,合上。,M 为制动状态。,定子：,U,I,1,转子：,n,E,2,I,2,T,T,53,2. 能耗制动时的机械特性,O,n,T,特点：,因,T,与,n,方向相反，,n,T,曲线在第、,象限。,因,n,= 0 时，,T,= 0，,n,T,曲线过原点。,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。,I,1,I,1,54,3. 能耗制动过程 迅速停车,T,L,O,n,T,1,2,(1),制动原理：,制动前：特性 1。,制动时：特性 2。,a,点,b,点,原点,O,(,n,= 0，,T,= 0)，,惯性,a,b,(,T,0，制动开始),n,制动过程结束。,(2),制动效果：,R,b,I,1,T,制动快,(3),制动时的功率：,定子输入：,P,1,= 0，,轴上输出：,P,2,=,T,0,动能,P,2,转子电路的电能，,P,Cu2,消耗掉。,55,4. 能耗制动运行 下放重物,T,L,O,n,T,1,2,a,a,点,b,点,惯性,(,T,0，制动开始),b,n,原点,O,(,n,= 0，,T,= 0),在,T,L,作用下,n,反向增加,c,c,点,(,T,=,T,L,),制动运行状态,以速度,n,c,稳定下放重物。,制动效果：,由制动回路的电阻决定。,56,二、反接制动,1. 定子两相反接的反接制动,迅速停车,3,M,3,3,M,3,R,b,电动状态,制动状态,(1),制动原理：,57,T,L,制动前：,正向电动状态；,制动时：,O,n,T,1,n,0,2,n,0,定子相序改变，,n,0,变向。,b,s,=,n,0,n,n,0,=,n,0,+,n,n,0,即,：,s,1 (第象限)。,同时,：,E,2,s,、,I,2,反向，,T,反向。,a,c,a,点,b,点,惯性,(,T,0，制动开始),n,c,点(,n,= 0，,T, 0),制动结束。,到,c,点时，若未切断电源，,M 将反向起动。,T,L,d,58,取决于,R,b,的大小。,(2),制动效果：,a,O,n,T,1,n,0,2,n,0,b,c,(3),制动时的功率：,P,e,=,m,1,I,2,2,R,2,+,R,b,s,0,P,Cu2,=,m,1,(,R,2,+,R,b,),I,2,2,=,P,e,P,m,=,P,e,+,|,P,m,|,0,P,m,= (1,s,),P,e,三相电能,电磁功率,P,e,转子,机械功率,P,m,定子,转子电阻消耗掉,59,2. 转子反向的反接制动,下放重物,O,n,T,1,n,0,2,b,c,T,L,a,d,(1),制动原理：,定子相序不变，转子,电路串联对称电阻,R,b,。,a,点,b,点,惯性,(,T,T,L,),n,c,点 (,n,= 0，,T,T,L,),在,T,L,作用下,M 反向起动,d,点(,n,0，,T,=,T,L,),制动运行状态,(2),制动效果：,改变,R,b,的大小，,改变特性 2 的斜率，,改变,n,d,。,下放重物：,T,c,T,L,。,3,e,60,(3),制动时的功率：,s,=,n,0,n,n,0,第象限,：,1,(,n,0),P,e,=,m,1,I,2,2,R,2,+,R,b,s,0,p,Cu2,=,m,1,(,R,2,+,R,b,),I,2,2,=,P,e,P,m,=,P,e,+,|,P,m,|,0,P,m,= (1,s,),P,e, 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。,61,三、回馈制动,用于高速下放重物，,不用于迅速停车。,在调速过程中也会自动出现回馈制动现象。,1. 下放重物时的回馈制动,G,3,M,3,R,b,O,n,T,n,0,1,T,L,T,T,n,T,L,b,a,c,反向电动,回馈制动,62,（1）,制动时的功率：,s,=,n,0,n,n,0,=,n,0,+,n,n,0,第象限,：,0,(,n,n,0,),P,e,=,m,1,I,2,2,R,2,+,R,b,s,0,P,Cu2,=,P,e,P,m,|,P,e,|,=,|,P,m,|,P,Cu2,0,P,m,= (1,s,),P,e,=,m,1,I,2,2,1,s,s,(,R,2,+,R,b,),定子发出电功率，,向电源回馈电能。,轴上输入机械功率,（位能负载的位能）, 机械能转换成电能,（减去转子铜耗等）。,63,（2）,制动效果：,R,b,特性,2,斜率,下放速度,为了避免危险的高速，一般不串联,R,b,。,2. 减压调速与变极调速时的回馈制动,T,n,O,f,N,f,1,T,L,a,b,c,d,T,n,O,Y,YY,T,L,a,b,c,d,?,64,例3：,一台绕线型异步 M 的技术数据为：,P,N,= 75 kW，,n,N,= 1 460 r/min，,MT,= 2.8 ，,U,2N,= 399 V，,I,2N,= 116 A。在固有特性上带动反抗,性恒转矩负载运行，,T,L,= 0.8,T,N,。为使电动机快速,反转，采用反接制动。(1) 要求制动之初的电磁转,矩为,T,= 2,T,N,，求转子每相应串联的电阻值,R,b,；,(2) 电动机反转后的稳定转速为多少？,s,N,=,n,0,n,N,n,0,=,1500,1,460,1500,= 0.027,R,2,=,s,N,U,2N,3,I,2N,=,0.027399,116,3,= 0.0536 ,解：,(1),65,a,O,n,T,1,n,0,2,n,0,b,c,T,L,固有特性上的临界转差率：,s,M,=,s,N,(,MT,+,MT,2,1 ),= 0.027 ( 2.8 +,2.8,2,1 ),= 0.146,( ),2,s,a,=,s,M,MT,T,N,T,L,MT,T,N,T,L,1,( ),2,= 0.146,2.8,0.8,2.8,0.8,1,= 0.0213,s,b,= 2,s,a,= 1.98,( ),2,s,M,=,s,b,MT,T,N,T,b,+,MT,T,N,T,b,1,66,+,1,( ),2,s,M,=1.98,2.8,2,2.8,2,= 4.71,R,b,= ( 1),R,2,s,M,s,M,= 1.676 ,= ( 1)0.0536,4.71,0.146,(2) M 反转后的稳定转速:,T,L,a,O,n,T,1,n,0,2,n,0,b,c,T,L,d,( ),2,= 4.71,2.8,0.8,2.8,0.8,1,= 0.687,n,d,= (1,s,d,),n,0,=(10.687)(1500),= 469.5 r/min,( ),2,s,d,=,s,M,MT,T,N,T,L,MT,T,N,T,L,1,67,例4：,一台绕线型异步 M 的技术数据为：,P,N,= 75 kW，,n,N,= 1 460 r/min，,MT,= 2.8 ，,U,2N,= 399 V，,I,2N,= 116A。 该 M 拖动起重机的提升,机构，如果：,T,L,= 0.8,T,N,，下放速度为 300 r/min，,问：应当采用什么制动方法？并具体计算。,s,N,=,n,0,n,N,n,0,= 0.027,O,n,T,1,n,0,T,L,a,2,b,c,解：,采用转子反转的反接制动法。,R,2,=,s,N,U,2N,3,I,2N,= 0.0536 ,300,68,= 0.146,在固有特性上,：,s,M,=,s,N,(,MT,+,MT,2,1 ),当,T,L,= 0.8,T,N,时：,( ),2,s,a,=,s,M,MT,T,N,T,L,MT,T,N,T,L,1,= 0.0213,在人为特性上，,T,L,= 0.8,T,N,时(,c,点),：,s,c,=,n,0,n,c,n,0,=,1500,(30,0),1500,= 1.2,则：,R,b,= ( 1),R,2,s,c,s,a,= ( 1)0.0536,1.2,0.0213,= 2.966 ,69,三相异步电动机的反转,70,第 十二章 异步电机的制动,71,12,三相异步电动机的调速,1. 改变磁极对数,p,2. 改变转差率,s,3. 改变电源频率,f,1,(变频调速),调速方法：,n,= (1,s,),n,0,= (1,s,),60,f,1,p, 有级调速。,无级调速。,72,一、电动机的调速指标,1. 调速范围,D,=,n,max,n,min,重型铣床的进给机构：,D,= 300 (2 600 mm/min),2. 调速方向,3. 调速的平滑性 平滑系数,=,n,i,n,i1,4. 调速的稳定性,静差率,= 100%,n,0,n,n,0,T,n,O,n,01,n,02,n,N,n,N,D、,、,n,N,的关系(,n,N,=,n,max,),D,=,n,N,n,N,(1,),73,例如：,n,N,= 1 430 r/min，,n,N,= 115 r/min ，,要求,30,%,、,则,D,= 5.3。,要求,20,%,、,则,D,= 3.1。,再如：,n,N,= 1 430 r/min，,D,= 20，,5,%，,则 ,n,N,= 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。,74,T,L,二、变极调速,n,0,T,n,O,Y,YY,0.5,n,0,n,0,T,n,O,YY,0.5,n,0,T,L,1. 调速方向,YYY ()：,n,Y () YY ：,n,2. 调速范围:,D,= 2 4,75,3. 调速的平滑性：,平滑性差。,4. 调速的稳定性：,稳定性好。,静差率：,%,=,n,0,n,n,0,n,n,0,=,(基本不变）,5. 调速的经济性：,经济性好。,6. 调速时的允许负载：,(1) YYY：恒转矩调速。,满载输出功率：,P,2,=,3,U,N,I,N,cos,1,满载输出转矩：,T,2,=,P,2,=,1,2,I,NY,I,NYY,=,1,2,Y,YY,76,如果,cos,1,不变，,则：,=,1,2,P,2Y,P,2YY,= 1,T,2Y,T,2YY,（恒转矩调速）,(2) YY,（,近似）恒功率调速：,=,3,I,PN,2,I,PN,I,N,I,NYY,=,3,2,=,1,2,YY,如果,cos,1,不变，,则：,P,2,P,2YY,=,3,2,1,（恒功率调速）,T,2,T,2YY,= 2,3,2,= 1.732,77,n,0,T,n,O,s,M,U,N,T,L,T,L,三、变转差率调速（能耗转差调速）,1. 调压调速:,T,L,(1) 调速方向:,U,1,(,U,N,),U,1,n,0,T,n,O,s,M,U,N,U,1,n,(2) 调速范围：,D,较小。,78,(3),调速的平滑性:,若能连续调节,U,1,，,n,可实现无级调速。,(4) 调速的稳定性：,经济性较差。,需要可调交流电源；,cos,1,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。,T,U,1,p,2,稳定性差。,(5) 调速的经济性：,U,1,T,(,n,),P,2,79,n,0,T,n,O,T,M,R,2,R,2,+,R,r,2. 转子串电阻调速,T,L,M,3,3,R,r,KM,(1) 调速方向:,n,(2) 调速范围：,D,较小。,80,(3),调速的平滑性:,R,r,%,(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：,取决于,R,r,的调节方式。,(4) 调速的稳定性：,稳定性差。,恒转矩调速。,调速前后,U,1,、,f,1,不变，,m,不变，,T,=,C,T,m,I,2N,cos,2,基本不变。,81,3. 串级调速,(1) 串级调速的原理,在转子电路中串联一个与,e,2s,频率相等、相位,相同或相反的附加电动势,e,ad,，以代替,R,r,上的电压,降，从而使这部分能量不致损耗掉。,转子相电流：,sE,2,E,ad,R,2,+ j,sX,2,I,2s,=,I,2s,=,sE,2,+,E,ad,R,2,2,+ (,sX,2,),2,e,2s,与,e,ad,同相位时：,在引入,e,ad,的瞬间,：,I,2s,T,n,sE,2,I,2s,T,T,=,T,L,82,I,2s,=,sE,2,E,ad,R,2,2,+ (,sX,2,),2,e,2s,与,e,ad,相位相反时：,在引入,e,ad,的瞬间,：,I,2s,T,n,sE,2,I,2s,T,T,=,T,L,(2) 串级调速,的机械特性,n,0,T,n,O,E,2s,E,2s,+,E,ad,E,2s,E,ad,83,(3) 串级调速的调速性能, 调速方向:, 调速范围：,D,较大。, 调速的平滑性：平滑性好（无级调速）。, 调速的稳定性：稳定性好。, 调速的经济性：,初期投资大；运行效率较高，运行费用不大。, 调速时的允许负载：恒转矩调速。,调速前后,U,1,、,f,1,不变，,m,不变，,基本不变。,T,=,C,T,m,I,2N,cos,2,84,三、变频调速,U,、,f,可 变,M,3,3,整流电路,逆变电路,50 Hz,控制,电路,直 流,n,0,T,n,O,n,0,f,1,f,N,U,1L,=,U,N,n,0,T,n,O,n,0,f,1,f,N,，,=,常数,U,1,f,1,T,L,T,L,85,1. 调速方向:,f,1,f,N,时：,n,f,1,f,N,时：,n,2. 调速范围:,3. 调速的平滑性:,5. 调速的经济性：,4. 调速的稳定性：,D,较大。,平滑性好（无级调速）。,稳定性好。,初期投资大；运行费用不大。,6. 调速时的允许负载：,(1),f,1,f,N,时：恒转矩调速。,=常数,U,1,f,1,m,基本不变，,T,=,C,T,m,I,2N,cos,2,基本不变。,86,P,2,=,T,2,U,1,4.44,f,1,k,w,1,N,1,m,=,T,(2),f,1,f,N,时：恒功率调速。,U,1L,=,U,N,T,=,C,T,m,I,2N,cos,2,1,f,1,1,n,1,n,T n,P,2,=,常数,87,(1) 转子转速,n,；(2) 当,U,1,= 0.8,U,N,时的转子转速；,(3) 当,U,1L,= 0.8,U,N,，,f,1,= 0.8,f,N,时的转子转速;,(4) 当,R,2,+,R,r,= 0.05 时的转子转速。,例2：,某三相异步 M 的技术数据为：,P,N,= 30 kW，,U,N,= 380 V，,n,N,= 980 r/min，,MT,= 2.2，,R,2,= 0.02 ，,T,L,= 0.8,T,N,。求：,解：,(1),s,N,=,n,0,n,N,n,0,=,1000,980,1000,= 0.02,s,M,=,s,N,(,MT,+,MT,2,1 ),= 0.02 ( 2.2 +,2.2,2,1 ),= 0.083,88,( ),2,s,=,s,M,MT,T,N,T,L,MT,T,N,T,L,1,= 0.0156,( ),2,= 0.083,2.2,0.8,2.2,0.8,1,n,= (1,s,),n,0,= 1 000 (10.0156),= 984.4 r/min,(2) 当,U,1L,= 0.8,U,N,时，,n,0,、,s,M,不变，,T,M,U,1,2,：,T,M,= 0.8,2,MT,T,N,= 0.8,2,2.2,T,N,= 1.408,T,N,= 0.026,1.408,0.8,( ),2,= 0.083,1.408,0.8,1,( ),2,s,=,s,M,MT,T,N,T,L,MT,T,N,T,L,1,89,n,= (1,s,),n,0,= 1 000 (10.026),= 974 r/min,(3) 当,U,1L,= 0.8,U,N,，,f,1,= 0.8,f,N,时：,T,M,不变，,s,M,1,f,1,s,M,=,0.083,0.8,= 0.10375,，n,0,f,1,( ),2,s,=,s,M,MT,T,N,T,L,MT,T,N,T,L,1,= 0.0195,( ),2,= 0.10375,2.2,0.8,2.2,0.8,1,n,0,= 0.81 000,n,= (1,s,),n,0,= 800 (10.0195),= 800 r/min,= 784.4 r/min,90,(4) 当,R,2,+,R,r,= 0.05 时:,n,0,、,T,M,不变，,s,M,R,2,。,= 0.2075,s,M,=,0.05,0.02,0.083,= 0.039,( ),2,= 0.2075,2.2,0.8,2.2,0.8,1,n,= (1,s,),n,0,= 1 000 (10.039),= 961 r/min,或：,s,R,2,（,n,T,曲线的工作段为直线）,s,=,0.05,0.02,0.0156,= 0.039,( ),2,s,=,s,M,MT,T,N,T,L,MT,T,N,T,L,1,91,当关于调速方法与负载的配合问题,恒转矩调速方式应当用于恒转矩负载，恒功率调速方式应当用于恒功率负载。,(1),如果恒功率负载采用恒转矩调速方式,O,n,T,T,L,n,max,n,min,T,Lmin,T,Lmax,T,调速电动机的选择：,T,N,=,T,Lmax,n,N,=,n,max,则,P,N,=,T,N,n,N,9550,=,T,Lmax,n,max,9550,=,T,Lmax,n,min,9550,n,max,n,min,=,DP,L,92,(2),如果恒转矩负载采用恒功率调速方式,O,n,T,n,max,n,min,T,T,L,调速电动机的选择：,P,N,=,T,L,n,max,9550,T,=,9550,P,N,n,min,在低速时：,n,max,n,min,=,9550,P,N,n,max,=,DT,L,P,N,=,T,L,n,max,9550,=,DP,L,n,max,n,min,=,T,L,n,min,9550,93,
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