1、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 cos2 E2 = 4.44 f1 kw2N2m
2、,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。
3、,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,= 2.249.7
4、6 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。,MS N,NMS,4.1 三相异步电动
5、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
6、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
7、= 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
8、. 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
9、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 N N 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
10、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)
11、。,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
12、风机负载特性,TLn2TL 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
13、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。,
14、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
15、.1 1.2) TL 2. 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,M 3
16、,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,IY I,ISTY IST,=,=,
17、1 3,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。,【例 4.3.1 】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：（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,4.3 三相
18、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,4.3 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,4.3 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,4.3 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,= 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、0.73QJ3 型三相自耦变压器：KA
19、= 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,4.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 4.3.2 】 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
20、于 250 Nm，从电源取用的电流必须小于 360 A。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)
21、 能否采用 KA = 0.8 的自耦变压器起动TSTa = KA2TST = 0.82646 Nm = 413 NmISTa = 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,1),解:,【例 4.3.3 】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%,cosN=0.88,KC = 7.0,Ks = 1
22、.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 。,4.3 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）,4.3 三相异步电动机的起动,2019/3/3,大连理工大学电气工程系,57,【例 4.3.4 】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
23、TS = 551.8 Nm 510.2 Nm,在U= 0.9UN 时,能起动,不能起动,4.3 三相异步电动机的起动,2019/3/3,大连理工大学电气工程系,58,（3）在80%额定负载时:,在50%额定负载时:,（2） Ist =KCIN=784.2=589.4 A,不能起动,能起动,4.3 三相异步电动机的起动,大连理工大学电气工程系,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,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
24、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
25、,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 =R2R22 =R21 =2R2 对于 m 级起动，有R2m = mR2 式中 R2m =
26、 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 4.3.5 】 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
27、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.
28、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
29、,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
30、 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 p 2. 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
31、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
32、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
33、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
34、= 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
35、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 () ： n 2. 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
36、.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
37、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) n 2. 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。
38、 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
39、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
40、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 =
41、 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
42、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
43、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
44、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
45、,(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,
