1、第5章 三相异步电动机的电力拖动5.1 5.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性5.2 5.2 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动5.3 5.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动5.45.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速思考题与习题本章首先讨论三相异步电动机的机械特性，然后以机械本章首先讨论三相异步电动机的机械特性，然后以机械特性为理论基础，分析研究三相异步电动机的起动、制动和特性为理论基础，分析研究三相异步电动机的起动、制动和调速等问题。调速等问题。第5章 三相异步电动机的电力拖动基本要求：基本要求：1.1.熟练掌握三相异步电动机电磁转矩的物理表达式和
2、参数表达熟练掌握三相异步电动机电磁转矩的物理表达式和参数表达式、掌握实用表达式及其计算；式、掌握实用表达式及其计算；2.2.熟练掌握三相异步电动机固有机械特性曲线，深入理解特性熟练掌握三相异步电动机固有机械特性曲线，深入理解特性曲线上的起动点、最大转矩点，额定运行点和同步点的意义；曲线上的起动点、最大转矩点，额定运行点和同步点的意义；3.3.掌握三相异步电动机降低定子电压的人为机械特性和绕线转掌握三相异步电动机降低定子电压的人为机械特性和绕线转子异步电动机串联对称电阻的人为机械特性以及与固有特性比子异步电动机串联对称电阻的人为机械特性以及与固有特性比较，人为机械特性的最大转矩、起动转矩和临界转
3、差率的变化较，人为机械特性的最大转矩、起动转矩和临界转差率的变化情况；情况；4.4.了解三相笼型异步电动机直接起动的特点，熟练掌握星一三了解三相笼型异步电动机直接起动的特点，熟练掌握星一三角形降压起动和自耦变压器降压起动的方法及其有关计算；角形降压起动和自耦变压器降压起动的方法及其有关计算；5.5.掌握三相绕线转子异步电动机的转子串电阻起动方法；掌握三相绕线转子异步电动机的转子串电阻起动方法；第5章 三相异步电动机的电力拖动6.6.了解三相绕线转子异步电动机的转子串接频敏变阻器起了解三相绕线转子异步电动机的转子串接频敏变阻器起动方法及其特点；动方法及其特点；7.7.了解三相异步电动机软起动的工
4、作原理和起动方法；了解三相异步电动机软起动的工作原理和起动方法；8.8.掌握能耗制动的方法及转子电阻大小和直流励磁电流大掌握能耗制动的方法及转子电阻大小和直流励磁电流大小对制动的影响，了解能耗制动机械特性曲线的特点；小对制动的影响，了解能耗制动机械特性曲线的特点；9.9.掌握电源两相反接制动和倒拉反转反接制动的方法制动掌握电源两相反接制动和倒拉反转反接制动的方法制动时的能量关系；时的能量关系；10.10.掌握回馈制动的条件、回馈制动机械特性的形状，了解掌握回馈制动的条件、回馈制动机械特性的形状，了解生产实践中出现回馈制动的例子；生产实践中出现回馈制动的例子；11.11.掌握三相异步电动机的三种
5、调速方法。掌握三相异步电动机的三种调速方法。第5章 三相异步电动机的电力拖动教学内容：教学内容：5.1.1 5.1.1 三相异步电动机机械特性的三种表达式三相异步电动机机械特性的三种表达式5.1.2 5.1.2 三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性教学目的与要求：教学目的与要求：1 1 熟练掌握异步电动机机械特性表达式熟练掌握异步电动机机械特性表达式2 2 熟练掌握各物理量对机械特性的影响熟练掌握各物理量对机械特性的影响3 3 掌握机械特性的求取方法掌握机械特性的求取方法5.1三相异步电动机的机械特性第5章 三相异步电动机的电力拖动5.1三相异步
6、电动机的机械特性一、物理表达式一、物理表达式5.1.1 5.1.1 三相异步电动机机械特性的三种表达式三相异步电动机机械特性的三种表达式二、参数表达式二、参数表达式022emTTCI cos 表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通 与转子电流的与转子电流的有功分量有功分量 相互作用产生的。相互作用产生的。022cosI221122211122emRm pUsTRf(R)(XX)s 说明：电磁转矩与电源参数（说明：电磁转矩与电源参数（1 1、f f1 1）、结构参数（）、结构参数（R R、X X、m m、p p）和运行参数（）和运行参数（s s）有关。）
7、有关。三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速与电磁转矩三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速与电磁转矩之间的关系，即之间的关系，即 ，由于电机的转速与转差率之间存在一，由于电机的转速与转差率之间存在一定的关系，所以异步电动机的机械特性通常用定的关系，所以异步电动机的机械特性通常用 表示。表示。)(sfTem)(nemTf第5章 三相异步电动机的电力拖动 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 曲线曲线)(emTfn 分析：分析：（1 1）0 0n nn n1 1，0 0S S1 1，n n1 1、T Temem0 0，电动机状态，第一象限；，电动机状态，第一象限；（2 2）n n
8、n n1 1，S S0 0，n n 0 0，发电机状态，第二象限；，发电机状态，第二象限；（3 3）n n0 0，S S0 0，n n 0 0，T Tem em 0 0，电磁制动状态，第四象限，电磁制动状态，第四象限 1.1.额定转矩额定转矩NTNNST)(95506021000PNmNnPnPTNNNNNN 2.2.最大转矩最大转矩 （停转转矩）（停转转矩）mT第5章 三相异步电动机的电力拖动在特性曲线上有两个最大转矩，最大转矩对应的转差率称为临界在特性曲线上有两个最大转矩，最大转矩对应的转差率称为临界转差率，可令转差率，可令 求得求得:0 dsdTem222212112mRRsXXR(XX
9、)221111221121111244mm pUm pUTf(XX)fRR(XX)2 2）越大，越大，越大；越大；与与 无关；无关；2R2RmsmT1 1）与与 成正比；成正比；与与 无关；无关；mT21Ums1U3 3）和和 都近似与漏抗成反比；都近似与漏抗成反比；mTms忽略忽略R1忽略忽略R1讨论：讨论：4 4）2mSmS211f1TX1TX2pUmT，m第5章 三相异步电动机的电力拖动mTNTT 最大转矩与额定转矩之比称为过载能力最大转矩与额定转矩之比称为过载能力:3.3.过载能力过载能力反映电动机短反映电动机短时过载能力时过载能力5.1T为满足要求为满足要求一般：一般：1.6 1.6
10、 2.22.2，起重、冶金机械专用电动机，起重、冶金机械专用电动机 2.2 2.2 2.82.8TT4.4.起动转矩起动转矩时的时的 称为称为 ，当，当 时，电机才能起动。时，电机才能起动。10sn，emTstTstTLT211222112122stm pU RTf(RR)(XX)第5章 三相异步电动机的电力拖动讨论：讨论：2 2）频率越高，起动转矩越小；）频率越高，起动转矩越小；4 4）在一定范围内，增大转子回路电阻，起动转矩增加。）在一定范围内，增大转子回路电阻，起动转矩增加。ststNTKT 5 5）起动转矩倍数）起动转矩倍数21stUT 1 1）参数、频率一定时，起动转矩与电源电压平方
11、成正比；）参数、频率一定时，起动转矩与电源电压平方成正比；21stUT 当转子回路串入当转子回路串入 后，当后，当 时，时，stR1XXRRRs22121st2m）（mstTT 即起动转矩达最大值。即起动转矩达最大值。串入电阻计算：串入电阻计算：iestst222121stkkRRRXXRR，）（一般：一般：=1.02.0 =1.02.0，起重、冶金专用的笼型电动机：，起重、冶金专用的笼型电动机：=2.84.0 =2.84.0stkstk3 3）漏抗越大，起动转矩越小；）漏抗越大，起动转矩越小；第5章 三相异步电动机的电力拖动三、实用表达式表达式2memmmTTssss 工程上常根据电机的额定
12、功率、额定转速、过载能力来工程上常根据电机的额定功率、额定转速、过载能力来求出实用表达式。方法是：求出实用表达式。方法是：利用电磁转矩除以最大电磁转矩可得电磁转矩的实用表达式利用电磁转矩除以最大电磁转矩可得电磁转矩的实用表达式：9550NNNPTn 第一步：第一步：kWr/min（N Nm m）第二步：由第二步：由 ，求出，求出 。mTNTT NmTTT第5章 三相异步电动机的电力拖动11NNnnsn 第三步：第三步：TNmmNssss12TTmN）（1s0s2s2Tm2N2mTNmNTsssss2TTmemmmss将将T Tm m和和s sm m代入即可得到机械特性方程式，可作出代入即可得到
13、机械特性方程式，可作出 。)(sfTem第5章 三相异步电动机的电力拖动5.1.25.1.2 三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性一、固有机械特性一、固有机械特性固有机械特性固有机械特性是指电动机在额定电压和额定频率下，按规定的接是指电动机在额定电压和额定频率下，按规定的接线，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。线，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。sn0nNsNnmsm10TNTstTmTem几个特殊点：几个特殊点：A AB BC CD1.1.起动点起动点A:A:01emstn,s,TT 2.2.最大转矩点最大转矩点B:B:mmemmnn,s
14、s,TT 3.3.额定运行点额定运行点C CNmemNnn,ss,TT 4.4.同步运行点同步运行点D D100emnn,s,T 第5章 三相异步电动机的电力拖动二、人为机械特性人为机械特性人为机械特性是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机械特性。械特性。1.1.降压时的人为机械特性降压时的人为机械特性snsm10TLUN0TstTmTemn10.8UN0.64Tst0.64Tm 下降后下降后,和和 均下降均下降,但但 不变不变,和和 减少。减少。1UmTstTmsstkT 如果电机在额定负载下运如果电机在额定负载下运行行,下降后下降后,下降下降,
15、增大增大,转子电流因转子电流因 增大而增增大而增大大,导致电机过载。长期欠压导致电机过载。长期欠压过载运行将使电机过热，减过载运行将使电机过热，减少使用寿命。少使用寿命。1Uns22sEsE 第5章 三相异步电动机的电力拖动2.2.转子回路串对称电阻时的人为机械特性转子回路串对称电阻时的人为机械特性串电阻后串电阻后,、不变，不变，增大。增大。nmTms在一定范围内增加电阻，可以在一定范围内增加电阻，可以增加增加 。当。当 时时 ，若，若再增加电阻，再增加电阻，减小。减小。stT1ms stmTT stT 串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。除
16、了上述特性外，还有除了上述特性外，还有改变电源频率、极对数等人改变电源频率、极对数等人为机械特性。为机械特性。1 0TstTmTems n0n1smR2TstsmR2+Rs3.3.定子串接对称电抗或电阻时定子串接对称电抗或电阻时 的人为机械特性的人为机械特性第5章 三相异步电动机的电力拖动教学重点：教学重点：1 1 机械特性的表达式机械特性的表达式2 2 各物理量对机械特性的影响各物理量对机械特性的影响教学难点：教学难点：各物理量对机械特性的影响各物理量对机械特性的影响作业：作业：P182：5.5小结小结3 3 机械特性的求取机械特性的求取第5章 三相异步电动机的电力拖动5.25.2三相异步电
17、动机的起动三相异步电动机的起动教学内容：教学内容：5.2.1 5.2.1 三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动5.2.2 5.2.2 三相绕线型异步电动机的起动三相绕线型异步电动机的起动教学目的与要求：教学目的与要求：2 2 掌握起动的方法和原理掌握起动的方法和原理1 1 掌握起动电流大而起动转矩不大的原因掌握起动电流大而起动转矩不大的原因第5章 三相异步电动机的电力拖动5.25.2三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 1.1.定义：定义：起动指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行起动指电动机接通电源后，由静止状态加速到稳定运行状态的过程。状态的过程。2.2.起动性能指标
18、起动性能指标 (Starting of three-phase asynchronous motor)(Starting of three-phase asynchronous motor)概述：概述：（1 1）起动电流倍数）起动电流倍数）（INstkI/I （2 2）起动转矩倍数）起动转矩倍数）（stNstkT/T （3 3）起动时间）起动时间stt （4 4）起动设备的简易性、可靠性）起动设备的简易性、可靠性3.3.对起动的要求对起动的要求 （1 1）希望起动电流小）希望起动电流小stI（2 2）希望起动转矩大）希望起动转矩大stT （3 3）起动时间）起动时间stt （4 4）起动设备简
19、单、经济、可）起动设备简单、经济、可靠，操作方便。靠，操作方便。第5章 三相异步电动机的电力拖动（1 1）起动电流大的原因）起动电流大的原因 物理概念上讲：起动时物理概念上讲：起动时,转子感应电动势大转子感应电动势大,使转使转子电流大子电流大,根据磁动势平衡关系根据磁动势平衡关系,定子电流必然增大定子电流必然增大.1,0sn5.2.15.2.1 三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动 (Starting of three-phase basket rotor winding asynchronous motor)一、直接起动 又称全压起动，起动方法简单，不需要起动设备，起动性能又称全
20、压起动，起动方法简单，不需要起动设备，起动性能差。主要表现：差。主要表现：21kT74kIststIst 为什么起动电流大，而起动转矩不大呢？为什么起动电流大，而起动转矩不大呢？等效电路上：起动时等效电路上：起动时,st222II0Rss1sR1,0，或，sn第5章 三相异步电动机的电力拖动2.2.起动转矩不大的原因起动转矩不大的原因从下述公式分析从下述公式分析022stemTTTCI cos 起动时起动时,远大于运行时的远大于运行时的 ,转子漏抗转子漏抗 很大很大,很低很低,尽管尽管 很大很大,但但 并不大并不大.1ss22sXXs2cos2I22cosI 由于起动电流大由于起动电流大,定子
21、漏阻抗压降大定子漏阻抗压降大,使定子感应电动势减小使定子感应电动势减小,对应的气隙磁通减小对应的气隙磁通减小.由上述两个原因使得起动转矩不大由上述两个原因使得起动转矩不大.起动电流大的影响：起动电流大的影响：1 1）线路压降大，造成电网电压降低；）线路压降大，造成电网电压降低；2 2）线路及电机热损耗大；）线路及电机热损耗大；3 3）在端部产生电磁力使其变形，损坏绝缘，转子鼠笼条断）在端部产生电磁力使其变形，损坏绝缘，转子鼠笼条断条。条。第5章 三相异步电动机的电力拖动可以直接起动的条件：起动电流倍数可以直接起动的条件：起动电流倍数 )kW()kVAkI电电动动机机容容量量电电源源容容量量（3
22、41二、降压起动 适用于正常运行时定子绕组为三角形适用于正常运行时定子绕组为三角形接线（接线（）的电动机。）的电动机。起动时起动时 Y Y接；运行接；运行时时接。接。1.Y-1.Y-降压起动降压起动 一般情况下，直接起动只用于小容量电动机（一般情况下，直接起动只用于小容量电动机（7.5kW以下），大容量电动机是否允许直接起动，取决于电源容以下），大容量电动机是否允许直接起动，取决于电源容量。量。降压的目的是限制起动电流。限流降压的目的是限制起动电流。限流的同时起动转矩也降低，适用于对起动的同时起动转矩也降低，适用于对起动转矩要求不高的场合。转矩要求不高的场合。第5章 三相异步电动机的电力拖动起
23、动电流关系起动电流关系:13stYstII 设电动机额定电压为设电动机额定电压为U UN N，每相漏阻抗为每相漏阻抗为Z Zs s，得：，得：YY起动电流：起动电流：sNstYZ3/UI 起动电流：起动电流：sNstZU3I13stYstTT 据据 ，可得起动转矩关系，可得起动转矩关系:21stUT sNstYZ3/UIY-Y-降压起动时，降压起动时，和和 都降为直接起动时的都降为直接起动时的 ，故，故Y-Y-降压起动多用于空载或轻载起动。降压起动多用于空载或轻载起动。stIstT31第5章 三相异步电动机的电力拖动2.2.自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动NstSUIZ 直接起动时的起动电
24、流：直接起动时的起动电流：11NstSsUUIZkZ 降压后二次侧起动电流：降压后二次侧起动电流：设自耦变压器变比为设自耦变压器变比为k，则，则st1st1NIIUUk自耦变压器一次侧电流自耦变压器一次侧电流，即降压后电网供给的，即降压后电网供给的电流电流自耦变压器二次侧电流自耦变压器二次侧电流，即降压后流过电动机，即降压后流过电动机定子绕组的电流定子绕组的电流第5章 三相异步电动机的电力拖动1211NststsUIIkk Z 自耦变压器的一次侧，即电网提供的起动电流：自耦变压器的一次侧，即电网提供的起动电流：21ststIIk 电网提供的起动电流减小倍数：电网提供的起动电流减小倍数：QJ2型
25、三个抽头比（即型三个抽头比（即1/k)分别为：分别为：55%、64%、73%。起动转矩降低的倍数为：起动转矩降低的倍数为：2211)(kUUTTNstst结论：结论：（1）采用自耦变压器降压起动时，起动电流和起动转矩都）采用自耦变压器降压起动时，起动电流和起动转矩都降低到直接起动时的降低到直接起动时的 。2k1 （2）适用于容量较大的低压电动机，可获得较大的起动转矩。）适用于容量较大的低压电动机，可获得较大的起动转矩。（3）起动用自耦变压器有）起动用自耦变压器有QJ2和和QJ3两个系列，两个系列，QJ3型三个抽头比（即型三个抽头比（即1/k)分别为：分别为：40%、60%、80%。第5章 三相
26、异步电动机的电力拖动二、深槽式及双笼型异步电动机1.1.深槽式电动机深槽式电动机 P PN N100kW100kW时，为改善起动性能常制成双笼式或深槽式电时，为改善起动性能常制成双笼式或深槽式电动机。动机。槽深与槽宽之比，槽深与槽宽之比，2010bh起动时，起动时，s=1s=1，f f2 2=f=f1 1，X X2 2，集肤效应，集肤效应，R R2 2；运行时，运行时，s s很小，很小，f f2 2=sf=sf1 1，X X2 2，电流分布取决于电流分布取决于R R2 2，均匀分布。均匀分布。和普通电机相比，槽深、漏磁多，转子和普通电机相比，槽深、漏磁多，转子漏抗大，过载能力和功率因数均低。漏
27、抗大，过载能力和功率因数均低。第5章 三相异步电动机的电力拖动2.2.双笼型异步电动机双笼型异步电动机上笼上笼 （黄铜或铝青铜），（黄铜或铝青铜），A ,R A ,R 下笼下笼 （紫铜），（紫铜），A ,R A ,R 起动时，起动时，s=1s=1，f f2 2=f=f1 1，X X2 2，下笼槽漏电抗大，上笼槽漏电下笼槽漏电抗大，上笼槽漏电抗小，所以，电流集中于上笼，抗小，所以，电流集中于上笼，R R2 2大，上笼又称起动笼；大，上笼又称起动笼；运行时，运行时，s s很小，很小，f f2 2=sf=sf1 1，X X2s2s，电流电流分布取决于电阻，上笼电阻大，下笼电分布取决于电阻，上笼电阻大
28、，下笼电阻小，所以电流集中于下笼，下笼又称阻小，所以电流集中于下笼，下笼又称运行笼。运行笼。，起动时，起动时，R R2 2大，增大起动转大，增大起动转矩，运行时，矩，运行时，R R2 2小。小。第5章 三相异步电动机的电力拖动5.2.25.2.2 三相绕线型异步电动机的起动三相绕线型异步电动机的起动 Starting of three-phase phase-wound rotor AM一、转子回路串电阻起动 导言：三相笼型异步电动机直接起动时，导言：三相笼型异步电动机直接起动时，起动电流大，起动转矩不大。降压起动起动电流大，起动转矩不大。降压起动时，起动电流小，但起动转矩也小，故时，起动电流
29、小，但起动转矩也小，故笼型电动机只适用于空载或轻载起动。笼型电动机只适用于空载或轻载起动。绕线式转子异步电动机，若在转子回绕线式转子异步电动机，若在转子回路中串联适当的电阻路中串联适当的电阻,既能限制起动电流，既能限制起动电流，又能增大起动转矩。故适用于大中容量又能增大起动转矩。故适用于大中容量异步电动机重载起动。异步电动机重载起动。第5章 三相异步电动机的电力拖动一、转子回路串电阻起动一、转子回路串电阻起动 为了有较大的起动转矩、使起动为了有较大的起动转矩、使起动过程平滑，应在转子回路中串入多级过程平滑，应在转子回路中串入多级对称电阻，并随着转速的升高，逐渐对称电阻，并随着转速的升高，逐渐切
30、除起动电阻。切除起动电阻。两种起动方法：两种起动方法：（1）转子串接电阻；（）转子串接电阻；（2）转子串接频敏变阻器。）转子串接频敏变阻器。（1 1）限流；（）限流；（2 2）。，st222TcosIcos 一般取最大加速转矩一般取最大加速转矩T T1 1=（0.70.70.85)T0.85)Tm m,切换转矩切换转矩T T2 2=（1.11.11.2)T1.2)TL L。1、起动过程、起动过程28异步电动机串电阻启异步电动机串电阻启动过程动过程.swf第5章 三相异步电动机的电力拖动 电动机由电动机由a a点开始起动，经点开始起动，经bcdef ghbcdef gh，完成起，完成起动过程。动
31、过程。第5章 三相异步电动机的电力拖动二、转子串频敏变阻器起动频敏变阻器是一铁损很大的三相电抗器。频敏变阻器是一铁损很大的三相电抗器。起动时，起动时，Q2Q2断开，转子串入频敏断开，转子串入频敏变阻器变阻器,Q1,Q1闭合，电机通电开始起动。闭合，电机通电开始起动。起动时起动时,频敏变阻器铁损大频敏变阻器铁损大,反反映铁损耗的等效电阻映铁损耗的等效电阻 大大,相当于转相当于转子回路串入一个较大电阻。随着子回路串入一个较大电阻。随着 上升上升,减小减小,铁损减少铁损减少,等效电阻等效电阻 减小减小,相当于逐渐切除相当于逐渐切除 ,起动结起动结束束,Q2,Q2闭合，切除频敏变阻器，转子闭合，切除频
32、敏变阻器，转子电路直接短路。电路直接短路。21ff n2fmRmR第5章 三相异步电动机的电力拖动教学重点：教学重点：1 起动电流大而起动转矩不大的原因2 各种起动方法和原理教学难点：教学难点：起动的方法作作 业：业：P243：5.6；5.21小结小结第5章 三相异步电动机的电力拖动5.3 5.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动导言：1 1、运行状态、运行状态 电动状态：电动状态：（1 1）T Temem与与n n同向，同向，T Temem驱动转矩；驱动转矩；（2 2）电能）电能机械能；机械能；（3）机械特性位于第一或第三象限。）机械特性位于第一或第三象限。制动状态制动状态：（1 1
33、）T Temem与与n n反向，反向，Tem Tem制动转矩；制动转矩；（2 2）机械能）机械能电能电能消耗在电机内部消耗在电机内部 反馈回电网反馈回电网 （3 3）机械特性位于第二或第四象限。）机械特性位于第二或第四象限。Braking of three-phase asynchronous motor第5章 三相异步电动机的电力拖动2 2、制动的目的、制动的目的 （1 1）使电力拖动系统快速停车）使电力拖动系统快速停车 （2 2）使拖动系统尽快减速）使拖动系统尽快减速3 3、制动方法、制动方法 （1 1）能耗制动）能耗制动 （2 2）反接制动）反接制动 （3 3）回馈制动）回馈制动5.3.
34、1 能耗制动（energy loss braking）一、定义一、定义 转子动能转变为电能消耗在转子回路的电阻上，故称转子动能转变为电能消耗在转子回路的电阻上，故称为能耗制动。为能耗制动。第5章 三相异步电动机的电力拖动实现实现：制动时，：制动时，Q1Q1断开断开,电机脱离电网，电机脱离电网，同时同时Q2Q2闭合闭合,在定子绕组中通入直流励磁在定子绕组中通入直流励磁电流。电流。直流励磁电流产生一个恒定的磁场，直流励磁电流产生一个恒定的磁场，因惯性继续旋转的转子切割恒定磁场，因惯性继续旋转的转子切割恒定磁场，导体中感应电动势和电流。感应电流与导体中感应电动势和电流。感应电流与磁场作用产生的电磁转
35、矩为制动性质，磁场作用产生的电磁转矩为制动性质，转速迅速下降，当转速为零时，感应电转速迅速下降，当转速为零时，感应电动势和电流为零，制动过程结束。动势和电流为零，制动过程结束。能耗制动能耗制动第5章 三相异步电动机的电力拖动nTemA0n1C1B23 转子电阻较小时转子电阻较小时,初始制动初始制动转矩比较小转矩比较小（如曲线（如曲线1 1）。对绕线型异步电动机对绕线型异步电动机,可可以增大转子回路电阻来增大初以增大转子回路电阻来增大初始制动转矩始制动转矩（如曲线（如曲线3 3）。二、机械特性二、机械特性 右图为异步电动机能耗制动时的机械特性。右图为异步电动机能耗制动时的机械特性。对笼型异步电动
36、机对笼型异步电动机,可以增可以增大直流励磁电流，来增大初始大直流励磁电流，来增大初始制动转矩制动转矩（如曲线（如曲线2 2）。第5章 三相异步电动机的电力拖动三、能耗制动过程三、能耗制动过程 A A点点B B点点n工作点沿工作点沿曲线曲线1 1变化，直到原点，变化，直到原点，n=0n=0，T Temem=0=0反抗性负载，电动机停转反抗性负载，电动机停转 位能性负载：当转速过位能性负载：当转速过 零时，如不采取措施，零时，如不采取措施，电动机将在位能性负载电动机将在位能性负载 转矩的倒拉下反转转矩的倒拉下反转CC点点 （能耗制动）（能耗制动）制动瞬间制动瞬间n不突变不突变在制动转在制动转矩作用
37、下矩作用下nTemA0n1C1B23第5章 三相异步电动机的电力拖动分析：分析：改变制动电阻改变制动电阻R RB B 或直流励磁电流的大小可以获得不同的或直流励磁电流的大小可以获得不同的 稳定速度。稳定速度。四、直流励磁电流和转子应串电阻的计算四、直流励磁电流和转子应串电阻的计算 制动电阻大小：制动电阻大小：2220 20 43NBNER(.)RI直流励磁电流：直流励磁电流：I=I=（2-3)I2-3)I0 0 五、应用五、应用 适用于起重机一类带位能性负载的机械上，限制重物下放速度。适用于起重机一类带位能性负载的机械上，限制重物下放速度。第5章 三相异步电动机的电力拖动一、电源两相反接的反接
38、制动一、电源两相反接的反接制动5.3.25.3.2 反接制动反接制动(Braking in the reverse direction(Braking in the reverse direction connectionconnection实现实现：将电动机电源两相反接可实现反接制动。：将电动机电源两相反接可实现反接制动。.,11sn想空载转速变为理改变由于定子旋转磁场方向机械特性由曲线机械特性由曲线1 1变为曲线变为曲线2 2，工作点由，工作点由AB CAB C，n=0,n=0,制动过程结束。制动过程结束。绕线式电动机绕线式电动机在定子两相反在定子两相反接同时接同时,可在转子回路串联制可在
39、转子回路串联制动电阻来限制制动电流和增动电阻来限制制动电流和增大制动转矩大制动转矩 ,曲线曲线3 3。第5章 三相异步电动机的电力拖动两种情况：两种情况：（1 1）拖动反抗性负载，且在）拖动反抗性负载，且在C C（C)C)点的电磁转矩大于负点的电磁转矩大于负载转矩，系统将反向起动并加速到载转矩，系统将反向起动并加速到D(D)D(D)点，处于反向电点，处于反向电动稳定运行。动稳定运行。（2 2）拖动位能性负载，则）拖动位能性负载，则反向加速到第四象限中的反向加速到第四象限中的E E（E)E)点处于稳定运行。此点处于稳定运行。此时电动机的转速高于同步转时电动机的转速高于同步转速，电磁转矩与转向相反
40、，速，电磁转矩与转向相反，称为回馈制动状态。称为回馈制动状态。第5章 三相异步电动机的电力拖动二、倒拉反转的反接制动二、倒拉反转的反接制动条件条件:适用于绕线式异步电动机带位能性负载情况。适用于绕线式异步电动机带位能性负载情况。实现实现：在转子回路串联适当大电阻：在转子回路串联适当大电阻R RB B。电机工作点由电机工作点由AB AB CC，n=0n=0，制动过程，制动过程开始，电机反转，直开始，电机反转，直到到D D点。在第四象限点。在第四象限才是制动状态。才是制动状态。由于电机反向旋转，由于电机反向旋转，n0n1s1。第5章 三相异步电动机的电力拖动反接制动时，反接制动时，s1s1，所以有
41、，所以有机械功率为机械功率为212210MECsPm IRs 电磁功率为电磁功率为22120emRPm Is 机械功率为负，说明电机从轴上输入机械功率；电磁功率为机械功率为负，说明电机从轴上输入机械功率；电磁功率为正说明电机从电源输入电功率，并由定子向转子传递功率。正说明电机从电源输入电功率，并由定子向转子传递功率。而而2222122121221MECemRsPPm IRm Im I Rss 表明，轴上输入的机械功率转变成电功率后，连同定子传表明，轴上输入的机械功率转变成电功率后，连同定子传递给转子的电磁功率一起消耗在转子回路电阻上，所以反接制递给转子的电磁功率一起消耗在转子回路电阻上，所以反
42、接制动的能量损耗较大。动的能量损耗较大。反接制动的特点：反接制动的特点：第5章 三相异步电动机的电力拖动5.3.35.3.3 回馈制动（回馈制动（feedback braking)feedback braking)实现实现：电动机转子在外力作用下，使：电动机转子在外力作用下，使nnnn1 1.回馈制动状态实际上就是将轴上的机回馈制动状态实际上就是将轴上的机械能转变成电能并回馈到电网的异步发电械能转变成电能并回馈到电网的异步发电机状态。机状态。一、下放重物时的回馈制动一、下放重物时的回馈制动 首先将定子两相反接首先将定子两相反接,定子旋转磁场定子旋转磁场的同步速为的同步速为-n-n1 1，特性曲
43、线变为特性曲线变为2 2。工作。工作点由点由A A到到B B。经过反接制动过程（由。经过反接制动过程（由B B到到C C）、反向加速过程（）、反向加速过程（C C到到-n-n1 1变化），变化），最后在位能负载作用下反向加速并超过最后在位能负载作用下反向加速并超过同步速，直到同步速，直到D D点保持稳定运行。点保持稳定运行。电机机械特性曲线电机机械特性曲线1 1，运行于，运行于A A点。点。第5章 三相异步电动机的电力拖动二、变极或变频调速过程中的回馈制动二、变极或变频调速过程中的回馈制动电机机械特性曲线电机机械特性曲线1 1，运行于，运行于A A点。点。电机工作点由电机工作点由A A变到变到
44、B B，电磁，电磁转矩为负，转矩为负，电机处于回，电机处于回馈制动状态。馈制动状态。1Bnn 当电机采用变极（增加极数）或变当电机采用变极（增加极数）或变频（降低频率）进行调速时，机械频（降低频率）进行调速时，机械特性变为特性变为2 2。同步速变为。同步速变为 。1n第5章 三相异步电动机的电力拖动5.45.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速教学内容：教学内容：5.4.1 变极调速5.4.2 变频调速教学目的与要求：教学目的与要求：1 掌握各种调速的方法和原理2 掌握各种调速时的机械特性5.4.3 变转差率调速Speed regulation of three-phase asynch
45、ronous motor第5章 三相异步电动机的电力拖动5.45.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速由异步电动机的转速公式由异步电动机的转速公式116011fnn(s)(s)p 可知，异步电动机有下列三种基本调速方法：可知，异步电动机有下列三种基本调速方法：（1 1）改变定子极对数）改变定子极对数 调速调速p（2 2）改变电源频率）改变电源频率 调速调速1f（3 3）改变转差率）改变转差率 调速调速s绕线转子电动机的转子串接绕线转子电动机的转子串接电阻调速电阻调速 定子调压调速定子调压调速串级调速串级调速第5章 三相异步电动机的电力拖动5.4.15.4.1 变极调速（变极调速（chan
46、ge pole adjustable-speedchange pole adjustable-speed）p p，n1n1，n n。变极调速只用于笼型电动机。变极调速只用于笼型电动机。要改变极数：要改变极数：（1 1）在定子铁心槽内嵌放两套不同极数的三相绕组。）在定子铁心槽内嵌放两套不同极数的三相绕组。（2 2）利用改变定子绕组接法来改变极数，称多速电机。）利用改变定子绕组接法来改变极数，称多速电机。一、变极原理一、变极原理导言：导言：以以4 4极变极变2 2极为例：极为例：第5章 三相异步电动机的电力拖动U U相两个线圈，顺向串联，相两个线圈，顺向串联，定子绕组产生定子绕组产生4 4极磁场：
47、极磁场：反向串联和反向并联，定子绕组反向串联和反向并联，定子绕组产生产生2 2极磁场：极磁场：3030异步电动机变异步电动机变极调速极调速.swf.swf第5章 三相异步电动机的电力拖动二、三种常用变极接线方式二、三种常用变极接线方式Y Y反并反并YYYY，2p-p2p-pY Y反串反串Y Y，2p-p2p-pYYYY，2p-p2p-p注意注意：当改变当改变定子绕定子绕组接线组接线时，必时，必须同时须同时改变定改变定子绕组子绕组的相序的相序第5章 三相异步电动机的电力拖动三、变极调速时容许输出三、变极调速时容许输出 容许输出容许输出时是指保持电流为额定值条件下，调速前、时是指保持电流为额定值条
48、件下，调速前、后电动机轴上输出的功率和转矩。后电动机轴上输出的功率和转矩。1.Y-YY1.Y-YY联结方式联结方式Y-YYY-YY后后,极数减少一半极数减少一半,转速增大一倍转速增大一倍,即即 ，保持每一绕，保持每一绕组电流为组电流为 ,则输出功率和转矩为则输出功率和转矩为2YYYnn NI2YYYYYYPPTT 结论：结论：Y-YYY-YY联结方式时，电动机的转速增大一倍，容许输出功率联结方式时，电动机的转速增大一倍，容许输出功率增大一倍，而容许输出转矩保持不变，所以这种变极调速属于恒增大一倍，而容许输出转矩保持不变，所以这种变极调速属于恒转矩调速，它适用于恒转矩负载。转矩调速，它适用于恒转
49、矩负载。第5章 三相异步电动机的电力拖动2.2.-YY-YY联结方式联结方式-YY-YY后后,极数减少一半极数减少一半,转速增大一倍转速增大一倍,即即 ，保持每一，保持每一绕组电流为绕组电流为 ,则输出功率和转矩为则输出功率和转矩为2YYnn NI1 150 58YYYYP.PT.T 可见，可见，-YY-YY联结方式时，电动机的转速增大一倍，容许输联结方式时，电动机的转速增大一倍，容许输出功率近似不变，而容许输出转矩近似减少一半，所以这种变出功率近似不变，而容许输出转矩近似减少一半，所以这种变极调速属于恒功率调速，它适用于恒功率负载。极调速属于恒功率调速，它适用于恒功率负载。同理可以分析，同理
50、可以分析，正串正串Y-Y-反串反串Y Y联结方式的变极调速属恒功联结方式的变极调速属恒功率调速。率调速。3.3.正串正串Y-Y-反串反串Y Y 联结方式联结方式第5章 三相异步电动机的电力拖动四、变极调速时的机械特性四、变极调速时的机械特性1.Y-YY1.Y-YY联结方式联结方式22mYYmYmYYmYstYYstYssTTTT 2.2.-YY-YY联结方式联结方式2323mYYmmYYmstYYstssTTTT 变极调速时变极调速时,转速几乎是成倍变化的转速几乎是成倍变化的,调速的平滑性较差调速的平滑性较差,但但具有较硬的机械特性具有较硬的机械特性,稳定性好稳定性好,可用于恒功率和恒转矩负载
