1、第四章 三相异步电动机的电力拖动,第四章 三相异步电动机的电力拖动及控制,4.1 三相异步电动机机械特性的三种表达式4.2 三相异步电动机的机械特性4.3 三相异步电动机的各种运转状态4.4 三相异步电动机的起动及控制4.5 三相异步电动机的制动及控制4.6 三相异步电动机的调速及控制,4.1 三相异步电动机机械特性的三种表达式,与直流电动机一样，三相异步电动机的机械特性也是指电磁转矩 与转子转速 之间的关系。三相异步电动机的机械特性有三种表达式：,一、物理表达式,异步机的转矩系数,异步机每极磁通,转子电流的折算值,转子电路的功率因数,物理表达式用以分析异步电动机在各种运转状态下的物理过程。,
2、二、参数表达式,参数表达式就是直接表示异步电动机的电磁转矩 T 与转差率s和电动机的某些参数（ 及阻抗等）之间的关系的数学表达式。,令,临界转差率,最大转矩,正号对应于电动机状态，负号适用于发电机状态。,考虑 及 ，可绘制异步电动机的机械特性：,分析可得：,1）当电动机各参数及电源频率不变时，Tm与U12成正比，sm则不变，且与U1无关。,2）当电源频率及电压不变时，sm与Tm近似地与X1+X2成反比。,3）Tm与R2值无关， sm则与R2成正比。,对绕线式异步电动机，转子电路串电阻RQ可使sm1(n=0)，即Tst=Tm：,一般异步电动机的KT=1.83.0，对于起重冶金机械用的电动机，KT
3、可达3.5。,电动机短时过载的极限,Tst是异步机接至电源开始起动时的电磁转矩（s1，n0）：,对绕线式异步电动机，转子电路串附加电阻可改变Tst，从而改善起动特性。,三、实用表达式,忽略R1,电动机在额定负载以下运行时，转差率s很小:,机械特性的近似计算公式,例：已知一台三相异步电动机，额定功率 150 , 额定电压380 ,额定转速 1460 ，过载倍数 2.4。当转子回路不串入电阻时，,（1）求其转矩的实用表达式；（2）问电动机能否带动额定负载起动。,最大转矩为,临界转差率为,根据额定转速 ，可判断出同步转速 ，则额定转差率为,解：（1）根据已知数据，电机的额定转矩为,因为 , 故电动机
4、不能拖动额定负载起动。,转子不串电阻的实用表达式为,（2）电机开始起动时， ， ，代入实用表达式得,四、稳定运行问题,HP段稳定运行,PQ段不能稳定运行,HP段各种负载均可稳定运行,三相异步电动机机械特性的三种表达式，虽然都能用来表征电动机的运行特性，但其应用的场合各有不同。,参数表达式适用于分析电机各种参数变化对电动机运行特性的影响；,实用表达式适用于电动机机械特性的工程计算。,（2）额定运行点B：其特点是电磁转矩和转速均为额定值，用 和 表示， 相应的额定转差率 用表示。异步电动机可长期运行在额定状态。,4.2 三相异步电动机的机械特性,固有机械特性是指异步电动机工作在额定电压及额定频率下
5、，电动机按规定的 接线方法接线，定子及转子电路不外接电阻（电抗或电容）时所获得的机械特性 曲线n=f(T)。,一、固有机械特性,（1）起动点A：其特点是对应的转速 ， ,对应的转矩 称为起动转 矩，又称为堵转转矩。它是异步电动机接通电源开始起动时的电磁转矩。,（4）最大转矩点：,s,（3）同步转速点H：其特点是 、 。H点为理想空载运行点即在 没有外界转矩的作用下，异步电动机本身不可能达到同步转速点。,1）电动状态最大转矩点 ：,2）回馈制动状态最大转矩点 ：,例：某三相异步电动机，,试绘出电动机的固有机械特性。,解：（1）同步转速点A：,（2）额定运行点B：,（3）最大转矩点C：,（4）起动
6、点D：,二、人为机械特性,1.降低U1,降低电网电压对电动机运行的影响：,U1降低后电动机电流大于额定值，若长时连续运行，温升最终超过允许值，导致电动机寿命缩短，甚至烧坏。,2.转子电路内串联对称电阻（绕线式异步电动机）,3.定子电路串联对称电抗,4.定子电路串联对称电阻,5.转子接入并联阻抗,起动结束，sf1较小，Xst值很小，转子电流几乎全流过电抗器。,若参数配合恰当，电动机在整个加速过程中产生几乎恒定的转矩。,起动初期，sf1较大， 较大，转子电流大部分流过Rst，降低起动 电流，增大起动转矩；,4.3 三相异步电动机的各种运转状态,三相异步电动机运转状态：电动运转状态与制动运转状态。,
7、一、电动运转状态,电动状态，电动机通过定子向电网吸收电能，经过转子转换成机械能输出。,二、制动运转状态,1.回馈制动状态,电动机拖动位能负载，nn1时，,转子电流有功分量：,转子电流无功分量：,异步电动机在回馈制动时的相量图：,转子绕组由轴上输入（吸收）机械功率。,异步发电机的自励过程：,回馈制动状态下，转子电流无功分量方向不变，异步电动机定子必须接到电网，从电网吸取无功功率以建立电动机磁场。,若定子脱离电网，则在异步机定子三相间接上连接成三角形或者星形的三组电容器，电容器组供给异步机建立磁场所需的励磁电流。,原动机带动异步发电机以高于同步转速的转速旋转，定子绕组切割转子剩磁感应定子电动势，电
8、动势加在C上产生超前电动势电容电流，电流流经定子绕组产生磁场，在转子中感应电流并建立磁场，电动机磁场加强。定子电动势、流过电容器与定子绕组电流得到加强，磁场进一步加强，定子电动势不断增加。,若不能自励，可能原动机转速低，发电机无剩磁、电容器损坏或电容量太小等。,提高原动机转速，向发电机定子的一个绕组充磁，更换新的电容器或增加电容量。,2.反接制动状态,实现反接制动的方法有转速反向与两相反接。,（1）转速反向的反接制动,转子电路串联较大电阻，使TstTZ。,转子由定子输入的电功率即电磁功率：,转子电路的损耗：,定子吸收电源电功率和负载送入机械功率全部消耗在转子电路电阻上。,（2）定子两相反接的反
9、接制动,定子两相反接，转子电路串电阻（若绕线式）。,两相反接制动效果强，但能量损耗大，制动准确度差。,3.能耗制动状态,能耗制动能准确停车，广泛应用于矿井提升及起重运输等生产机械。,三、运转状态小结,电动机除了有电动状态，还有制动状态。异步电动机用正常的联接方法不仅可以得到电动运转状态，也可获得回馈制动与反接制动状态。这些运转状态处在机械特性的不同区域（不同象限内）。,例：某绕线式转子异步电动机的铭牌参数如下：PN=75KW,U1N=380V,I1N=144A,E2N=399V,I2N=116A,nN=1460r/min,KT=2.8。,（1）当负载转矩TZ=0.8TN,要求转速nB=500r
10、/min时，转子每相应串入 多大的电阻（工作点为B点）？,（2）从电动状态（A点）nA=nN时换接到反接制动状态，如果要求开始 的制动转矩等于1.5TN（C点），则转子每相应串接多大电阻？,（3）如果该电动机带位能负载，负载转矩TZ=0.8TN,要求稳定的下放转 速nD=300r/min，求转子每相的串接电阻值。,解：,（1）对于固有特性，则有,1）对于人为特性。当s=sX时，T=TX,其临界转差率为 ，代入人为特性的实用表达式，得 ，化简得 的方程式：,2）考虑异步机的机械特性为直线,对于固有特性：,对于人为特性：当s=sX时，T=TX, 临界转差率 为,（2）,1）,2）考虑异步机的机械特
11、性为直线,（3）,1）,2）考虑异步机的机械特性为直线,小结,异步电动机的机械特性可导出三种形式的表达式：,三者是同一条机械特性的不同表达形式。,三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性：,（1）固有机械特性,三相异步电动机的定子加额定频率的额定电压下，定子绕组按规定的接线方式联结，定子及转子回路不外接任何电器元件的条件下的机械特性称为固有机机械特性。此特性上有四个重要特殊点：,2）额定工作点，其特点是： 。且有,3）起动工作点，其特点是： 。且起动转矩为,1）理想空载点，其特点是： 。,4）临界工作点，其特点是： 。其最大转矩为 ，临界转差率为,4）转子电路接入并联阻抗的人为机械特性。,（
12、2）人为机械特性：,1）降低定子端电压的人为机械特性；,2）定子回路串接三相对称电抗或电阻时的人为机械特性；,3）转子电路串接三相对称电阻时的人为机械特性；,三相异步电动机的制动：,（1）能耗制动：其特点是在定子两相绕组上加上直流电压或电流， 产生制动转矩，使电机停车，机械特性由第一象限转为第二象限。,（2）反接制动：分为定子两相反接的反接制动和倒拉反接制动两 种。其特点是 与 反向，若是定子电流反接制动（产生反抗 性转矩），则 与 同向，机械特性由第一象限转为第二象限， 使电机迅速停车（当 = 0 时要及时拉开电源，否则反转）；若 是倒拉反接制动（产生反抗性转矩），则 T 与 仍反向，机械
13、特性由第一象限转为第四象限，电机反转使重物匀速下降。,（3）回馈制动：其特点是 ,电磁转矩 和转差率 均为 负值，机械特性曲线是第一象限中电动机状态下的机械特性在第 二象限的延伸。,3）电机从轴上吸收电能，并转变为电能，但能量关系还随 制动状态不同而异。,三相异步电动机的各种运行状态：,（1）电动状态：其特点为,3）机械特性及其稳定特性在第一、三象限；,4）电机向电网吸收电能，并转变为机械能，从电机轴上输出。,（2）制动状态：其特点为,2）机械特性及其稳定特性在第二、四象限；,1） 与 方向相同， 为拖动性转矩；,2） ，即0 1；,1） 与 方向相反， 为制动性转矩；,计算串联到绕线转子中的电阻Rf ：,也可在已知情况下，求特性其它参数，如T及s（或n）等。,转差率是异步电动机最基本的参数，在应用实用表达式时须注意不同状态下转差率s的大小与正负符号。同时也需注意其它参数（T，sm，Tm）的大小及正负符号。,根据电动机产品目录数据计算sm，据实用表达式计算出,
