电机与拖动三相异步电动机电力拖动运行
55三相异步电动机电力拖动的应用案例
55三相异步电动机电力拖动的应用案例三相异步电动机是一种常见的电力拖动设备，主要用于转动机械设备。
它具有结构简单、可靠性高、维护方便等优点，被广泛应用于各个领域。
以下是一些三相异步电动机电力拖动的应用案例。
1.工业制造领域:在工业制造领域中，三相异步电动机被广泛应用于各种机械设备的驱动。
例如，生产线上的输送带、搅拌机、切割机、压力机、卷绕机等都使用了三相异步电动机作为动力源。
这些设备在生产过程中需要不同速度和转矩的控制，三相异步电动机通过变频器或直接启动控制系统来满足这些需求。
2.污水处理厂:污水处理是一个重要的环保工程，在处理过程中需要大量的水泵和搅拌器。
这些设备使用了三相异步电动机进行驱动，以完成搅拌、输送和排污等工作。
同时，在污水处理过程中，需要根据水流量和污水浓度的变化对设备进行调节，三相异步电动机可以根据需要进行转速调节和负载调节，提供灵活的控制手段。
3.空调和制冷设备:空调和制冷设备需要大量的压缩机来实现冷却和制冷过程。
这些压缩机通常使用三相异步电动机作为驱动力，以提供足够的运行功率。
通过控制电动机的速度和负载，可以实现对冷却剂的流量和制冷效果的调节，从而提高设备的效率和运行性能。
4.电车和轨道交通:电车和轨道交通系统使用了许多大功率的三相异步电动机来驱动车辆运行。
电动机将电能转化为机械能，通过轮胎和轨道之间的摩擦力来推动车辆前进。
三相异步电动机通过其高转矩和可靠性，可以满足电车和轨道交通系统对动力输出的需求。
5.矿山和采石场:矿山和采石场需要大型起重设备和运输设备来处理土石料。
这些设备通常使用三相异步电动机驱动，以提供足够的力量。
异步电动机可以应对重负荷和恶劣环境的要求，具有很强的抗干扰能力和可靠性。
电机与拖动基础教学课件第五章异步电动机的原理和仿真
5.1 异步电动机的基本结构、分类及铭牌
4. 其他部件
（1）端盖。端盖安装在机座的两端，它的材料加工方法与机座 相同，一般为铸铁件。端盖上的轴承室里安装了轴承来支撑转子，以 使定子和转子得到较好的同心度，保证转子在定子内膛里正常运转。
（2）轴承。轴承用于连接转动部分与不动部分，目前都采用滚
（3）轴承端盖。轴承端盖用于保护轴承，使轴承内的润滑油不
5.2
交流绕组
6）槽距角 槽距角(α)是指相邻的两个槽之间的电角度，可
α
360 p Z1
7）极相组
极相组是指一个磁极下属于同一相的线圈按一定 方式串联成的线圈组。
5.2
交流绕组
2. 交流绕组的基本要求
（1）在一定的导体数下，绕组的合成电势和磁势在波形上 应尽可能为正弦波，在数值上尽可能大，而绕组的损耗要小，用
5.1 异步电动机的基本结构、分类及铭牌
3. 气隙
异步电动机的气隙是很小的，中小型电动机的气隙一般为 0.2～2 mm。气隙越大，磁阻越大，要产生同样大小的磁场，就 需要较大的励磁电流。由于气隙的存在，异步电动机的磁路磁阻 远比变压器大，因而异步电动机的励磁电流也比变压器的大得多。 变压器的励磁电流约为额定电流的3%，异步电动机的励磁电流约 为额定电流的30%。励磁电流是无功电流，因而励磁电流越大， 功率因数越低。为提高异步电动机的功率因数，必须减小它的励 磁电流，最有效的方法是尽可能缩短气隙长度。但是，气隙过小 会使装配困难，还有可能使定子、转子在运行时发生摩擦或碰撞， 因此，气隙的最小值由制造工艺及运行安全可靠等因素来决定。
图5-1 三相笼型异步电动机的组成部件
5.1 异步电动机的基本结构、分类及铭牌
1. 定子
定子由定子三相绕组、定子铁心和
电机及电力拖动-三相异步电动机的空载运行;负载运行
n1 - n n1
pn1 60
= sf1
转子不转时,n 0, s 1, f2 f1 . 理想空载时, n n1 , s 0, f2 0.
2. 转子绕组的感应电势 转子旋转时的感应电动势: 转子不转时的感应电动势:
E2s 4.44 f2 N2kw2 E2 4.44 f1N2kw2
二者关系为:
二是转子回路的功率不变。
I2
=
E2 s Z2s
=
E2 s R2 + jX 2s
=
sE2 R2 + jsX 2
=
R2 +
E2
jX
2
+
1
s
s
R2
结论：用一个不转的转子并且在转子绕组中串联一个电阻1
s
s
r2
,
就可以将转子频率折算为定子频率
4.6三相异步电动机的负载运行
2. 绕组折算
绕组折算就是用一个和定子
功分量I0 p.
I0 Iop Ioq.
由于 I 0 q
I
0
p
,
所以I
基本为一无功性质电流
0
, 即I 0
I0q.
2.空载电流的大小--------约为额定电流的20%~50%
与变压器相比较, 异步电动机的主磁路中有气隙存在
3.空载磁势----励磁磁势 空载运行时,转子转速很高,接近同步转速,定、 转子之间相对速度几 乎为零， 于是E2 0， I2 0， F2 0.磁场完全由空载磁势产生，空
E2s = sE2
4.6三相异步电动机的负载运行
3. 转子绕组的漏抗
转子旋时转子漏电抗:
X 2s 2 πf 2 L2
第5章 三相异步电动机的基本原理(电机及拖动基础)
第五章三相异步电动机的基本原理主要讲授内容：三相异步电动机的工作原理、结构、运行特性、等效电路、参数测量、转矩转差的关系等，是必须掌握的内容，使本课程的重点。
是在现代工业中正被大量应用的机电能量转换装置，是后续课程《电力拖动》课程的基础。
讨论：三相异步电动机What？三相异步电动机的用途、结构？How？三相异步电动机的工作原理？第一节三相异步电动机的结构及额定参数一、异步电动机的主要用途和分类用途：异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。
异步电动机的优点：结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特性。
采用现代电力电子功率器件和计算机技术可得到良好的调速性能。
已经取代直流电动机，成为应用广泛的调速系统。
异步电动机的缺点：功率体积比较小。
功率因数较差。
直接接电网运行时，必须从电网里吸收滞后的励磁电流，使它的功率因数总是小于１。
通过控制器可以使这一缺点得到改善。
异步电动机运行时，定子绕组接到交流电源上，转子绕组自身短路，由于电磁感应的关系，在转子绕组中产生电动势、电流，从而产生电磁转矩。
所以，异步电机又叫感应电机。
二、异步电动机的分类从不同角度看，有不同的分类法：（1）按定子相数分有①单相；②三相异步电动机。
（2）按转子结构分有①绕线式；②鼠笼式。
后者又包括单鼠笼、双鼠笼和深槽式异步电动机。
此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有高压、低压异步电动机之分。
从其它角度看，还有高起动转矩、高转差率、高转速异步电机等等。
异步电机也可作为异步发电机使用。
单机使用时，常用于电网尚未到达的地区，又没有同步发电机的情况，或用于风力发电等特殊场合上。
在异步电动机的电力拖动中，异步电机回馈制动时，即运行在异步发电机状态。
风叶铁心绕组轴承滑环绕线电动机转子笼型绕组导条端环1、异步电动机的定子：异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。
（1）定子铁心：是电动机磁路的一部分，装在机座里。
电机与拖动课程设计
电机与拖动课程设计1.前言电机与拖动是一门理论性和实践性都较强的课程，是自动化专业必修的核心课程，电机与拖动课程理论讲授完后，结合专业特点和现有设备条件开展该课程的课程设计，增强学生对课程理论知识的理解和实践运用，加强学生电机与拖动课程综合性工程训练。
2. 异步电动机的起制动和调速设计关于异步电动机的起制动和调速设计，其主要根据电机与拖动实验中的继电器（接触器，时间继电器）控制知识，完成电路图的绘制，实现对异步电动机起动、调速、制动、停止等功能。
异步电动机控制动作流程：低速启动→高速正转运行→运行一段时间→减速运行→运行一段时间→反转低速运行→运行一段时间→反转高速运行→运行一段时间→能耗制动→停止。
此设计题目要求对异步电机的起动、调速、制动方法的设计，以确定异步电机的最佳起、制动和调速方案，且达到最优配合。
2.1 异步电动机的起动2.1.1 电机起动方法的介绍电机在起动时应使启动转矩足够大，确保生产机械正常起动；起动电流足够小，避免因起动对电网造成的冲击；起动时间你尽量短；启动设备简单，操作方便；起动过程中能耗消耗少，经济适用。
通过综合考虑，一般选择起动电流I st=(4~7)I N，而起动转矩T st=T N。
本次课程设计中电机为鼠笼式异步电机，其主要起动方法有直接起动，定子串电阻或电抗的降压起动，自耦变压器的降压起动，星-三角降压起动，软起动以及特殊鼠笼式异步电机的起动。
2.1.2 起动方法的比较在上述这几种起动方法中，每一种方法都有各自的优点与缺点以及各自的适用范围。
对于直接起动方案：需要电机满足自身容量不大或者轻载情况，亦或者满足特殊要求的情况；对于定子串电阻或电抗的降压起动这种方法：这种方法相当于降低定子绕组的外加电压，而由上面公式可知，起动电流正比于定子绕组上的电压，因而在一定程度上，这种定子串电阻或电抗的降压起动方法可以到达降低起动电流的目的，但因为起动转矩与定子绕组电压的平方成正比，起动转矩将会降低更多，因此这种方法仅适合轻载起动；对于自耦变压器的降压起动方法：与直接起动方法相比较，采用自耦变压器的降压起动时，电压降低（N2/N1）倍，但电网所承担的起动电流和起动转矩均降低【（N2/N1）*（N2/N1）】倍，可以拖动较大的负载，但同时设备体积庞大、价格高；对于星-三角降压起动方法：电机采用星-三角降压起动时，电网所承担的起动电流只有三角起动时的1/3,而起动转矩也将为三角起动的1/3，相当于自耦变压器的降压起动抽头为（1/）的情况，而与自耦变压器的降压起动相比，星-三角降压起动方法简单，只需要星-三角转换开关，价格便宜、重量轻；对于软起动以及特殊鼠笼式异步电机的起动都具有一定的特殊性，更适合与一些特殊场合，因而在本次课程中不适用。
5 三相异步电动机的电力拖动
西安电子科技大学机电工程学院
3
《电机与拖动》多媒体交互式教学课件
2、参数表达式
2 PM m1 I 2
I2
r2 S
U1
2
T
PM 1
U1
I1
Im
' r 1 r 2
' x1 x2
r 1
x1
I2
1 S ' r2 S
'
x r r2 x x 2 1 2 1 S 2 r2 2 r2 U pm U 1 1 1 m S S T 1 2 2 1 2 2 r2 r 2 r x x 1 2 2 f1 r1 S x1 x2 1 S
15
《电机与拖动》多媒体交互式教学课件 2、转子回路串对称三相电阻的人为机械特性
• 绕线型三相感应电动机通过电刷、集电环，可以把三相对称电 阻串入转子回路，而后三相再短路，所得的人为特性为转子回 路串对称三相电阻的人为特性。 特点: – n1不变(电源 f1决定) ，所以不同电阻的人为特性都通过固有 特性的理想空载点 ； – 最大电磁转矩Tm（不变） 2 pm U 1 1 Tm Tm 4 f1 x1 x2
n
S
B
n1
② ③
0
C
D Sm
1
B A
TN
T
Tm
0
TQ
Tm
机械特性曲线在S>0和S<0两个 范围内近似对称
n1 2
西安电子科技大学机电工程学院
12
《电机与拖动》多媒体交互式教学课件
三、感应电动机的人为机械特性
电机及拖动基础第三章
第二节 生产机械的负载转矩特性
生产机械运行时常用负载转矩标志其负载的大小。不同的生产机 械转矩随转速变化规律不同，用负载转矩特性来表征，即生产机械的 转速n与负载转矩TL之间的关系n=f(TL)。各种生产机械特性大致可分 为以下三种类型。 一、恒转矩负载特性
恒转矩负载是指负载转矩TL的大小不随转速变化，TL=常数，这 种特性称为恒转矩负载特性。它有反抗性和位能性两种： 1.反抗性恒转矩负载
为恒定值，即
就是说，负载转矩与转速成反比。例如，一些机床切削加工， 车床粗加工时，切削量大(TL大)，用低速档；精加工时，切削量小 (TL小)，用高速档。恒功率负载特性曲线如图3-7所示。
三、通风机型负载特性 通风机型负载的特点是负载转矩的大小与转速n的二次方成正比，
即
式中K——比例常数。 常见的这类负载如鼓风机、水泵、液压泵等，通风机型负载特性
本章中首先介绍电力拖动系统的运动方程式，然后介绍生产机械 的转矩特性和三相异步电动机的机械特性，最后主要研究三相异步电 动机拖动应用的三大问题——起动、制动、调速。
第一节 电力拖动系统的运动方程式
电力拖动系统中所用的电动机种类很多，生产机械的性质也各不 相同。因此，需要找出它们普遍的运动规律，予以分析。从动力学的 角度看，它们都服从动力学的统一规律。所以，我们首先研究电力拖 动系统的动力学，建立电力拖动系统的运动方程式。 一、单轴电力拖动系统的运动方程式
曲线如图3-8所示。 必须指出，以上三类是典型的负载特性，实际生产机械的负载特
性常为几种类型负载的综合。例如起重机提升重物时，电动机所受到 的除位能性负载转矩外，还要克服系统机械摩擦所造成的反抗性负载 转矩，所以电动机轴上的负载转矩TL应是上述两个转矩之和。
电机与拖动基础试题库及答案
《电机与拖动基础》试题库及答案第一部分直流电机一、填空题：1、并励直流发电机自励建压的条件是_______;_______;_______。
(主磁路存在剩磁；并联在电枢两端的励磁绕组极性要正确，使励磁电流产生的补充磁通方向与剩磁磁通方向相同；励磁回路的总电阻必须小于临界电阻)2、可用下列关系来判断直流电机的运行状态，当_______时为电动机状态，当_______时为发电机状态。
（E a〈U；E a〉U）3、直流发电机的绕组常用的有_______和_______两种形式，若要产生大电流，绕组常采用_______绕组。
（叠绕组；波绕组；叠）4、直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向_______。
（相反；相同）5、单迭和单波绕组，极对数均为p时，并联支路数分别是_______，_______。
（2p；2）6、直流电机的电磁转矩是由_______和_______共同作用产生的。
（每极气隙磁通量；电枢电流）7、直流电机电枢反应的定义是_______，当电刷在几何中线时，电动机产生_______性质的电枢反应，其结果使_______和_______，物理中性线朝_______方向偏移。
（电枢磁动势对励磁磁动势的作用；交磁；气隙磁场产生畸变；对主磁场起附加去磁作用）二、判断题1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。
（）（F）2、一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。
（）（T）3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。
（F）4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。
（）（F）三、选择题1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。
（1）（1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组2、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（）（3）（1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。
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S Tm Tem
1. 稳定运行区域
工作段
稳定运行条件：
dTem dn
＜
dTL dn
n
硬特性
n1 TL N
nM
M
额定运行点 N ：
n = nN ， s = sN ， Tem = TN ，P2 = PN。 • 额定状态说明了电动机
O
S
Tem
长期运行的能力：
TL≤TN，P2≤PN，I1≤IN。 sN = 0.01 ~ 0.06 很小，
Tem 增加时，n 下降很少 —— 硬特性。
2. 固有机械特性的实用表达式
忽略 R1 的影响，则
Tem =
m1p 2f1
R2
s
U12
R2
s
2
＋(X1＋X2)2
Tｍ =
pm1U12
4f1 (X1＋X2)
sm =
R2 X1＋X2
将 Tem 与 Tm 相除得：
Tem(X1＋X2)
=
R2
6.1 三相异步电动机的机械特性
6.1.1 固有机械特性
当 U1L = U1N 、f1 = fN，且绕线型转子中不外串 任何电路参数时的机械特性。
同步点：
n
n = n1，s = 0，Tem = 0
n1
起动点：
(1－sm) n1
M
n = 0，s = 1，Tem = Tst
临界工作点：
O
s = sm，n = (1－sm) n1，Tem = Tm
③ Tm与 R2 无关，而 sm与R2 成正比。
如 R2 变大时，Tm不变，但 sm 则随之增大。
④ 如忽略 R1，Tm与
U1 f1
2
成正比。
过载倍数 (最大转矩倍数) KT ：
KT =
Tm TN
2. 起动转矩 Tst
s = 1 时：
Tst =
m1p 2f1
结论：
U12 R2 ( R1＋ R2)2 ＋(X1＋X2)2
用公式；(2) 当转速 n = 1 487 r/min 时的电磁转矩；
(3) 当负载转矩 TL= 450 Nm 时的转速。
解：(1) 额定转差率为
sN =
n1－nN
n1
=
1 500－1480
1 500
= 0.0133
额定转矩为
TN = 9.55
PN nN
= 9.55×
90 000 1 480 N·m = 580.7 N·m
s=
n1－n
n1
1 500－1487
= 1 500 = 0.0087
电磁转矩为 2 555
Tem = 0.0553 0.0087 0.0087 +0.0553
N·m = 392.3 N·m
(3) 当 TL = Tem = 450 N·m 时的转差率为
( ) s = sm TTemm－
Tm Tem
2 －1
6.1 三相异步电动机的机械特性 6.2 三相异步电动机的起动 6.3 三相异步电动机的调速 6.4 三相异步电动机的制动 6.5 异步电动机的各种运行状态
三相异步电机电磁转矩物理表达式
Pem = m2 E2 I2 cos2 E2 = 4.44 f1 kW2N2m
Tem =
Pem
1
=
60Pem 2n1
( ) = 0.0553×
1277.5 － 450
1277.5 2－1 = 0.0101 450
转速为
n = ( 1－s ) n1 = ( 1－0.0101 )×1 500 r/min = 1 485 r/min
m1p 2f1
R1＋
R2
s
U12
R2
s
2
＋(X1＋X2)2
Tem ~ s 曲线
Tem
发电机
电动机
制动
M
-1
s0
nn1
S
O
s=0 n= n1
n0
1
s
n= 0
n0
1. 最大（临界）转矩 Tm
临界转差率： sm =±
R2 R12 ＋(X1＋X2 )2
Tm =±
m1p 4f1
±R1＋
U12
R12＋(X1＋X2 )2
s
2
＋(X1＋X2)2
2
sm s
＋
s sm
即
Tem =
2Tm
sm s
＋
s sm
解上述方程，可得
( ) s
sm
=
Tm Tem
±
Tm Tem
2 －1
=
sm s
※ 根据 s 和 sm 的相对大小，取“＋”或取“－”。
若忽略 T0，则在额定负载时
sN = sm ( kT－ kT2－1 )
sm = sN ( kT ＋ kT2－1 )
1. 额定效率 N N = 72.5% ~ 96.2 % （Y 系列）
2. 额定功率因数 cosN cosN = 0.7 ~ 0.9 （Y 系列）
3. 最大转矩倍数 km kT = 1.8 ~ 2.2 （Y 系列）
4. 堵转转矩倍数 kst kst = 1.6 ~ 2.2 （Y 系列）
5. 堵转电流倍数 kI kI = 5 ~ 7 （Y 系列）
最大转矩为
Tm = kTTN = 2.2×580.7 Nm = 1 277.5 N·m
临界转差率为 sm = sN ( km ＋ km2－1 )
= 0.0133×( 2.2 ＋ 2.22－1 ) = 0.0553
实用电磁转矩公式为
2 555
Tem =
0.0553 s
＋
s 0.0553
(2) 当转速 n = 1 487 r/min 时转差率为
※ 实用公式计算简单、使用方便， 但只适用于一定的范围内，即 0 < s < sm 。
【例6-1】 Y280M-4 型三相异步电动机，额定功率 PN = 90 kW，额定频率 fN= 50 Hz，额定转速nN= 1480 r/min， 最大转矩倍数KT= 2.2。试求：(1) 该电动机的电磁转矩实
=
p Pem 2 f1
Tem = CTm I2 cos2
※ 电磁转矩常数:
CT =
4.44
pm2kw2N2 2
=
1 2
pm2kW2N2
三相异步电机转矩－转差特性（参数表达式）
I2 =
U1
R1＋
R2
s
2
＋(X1＋X2)2
根据:
Pem = m1Rs2
I22 ，Tem =
Pem
1
， 1 =
2πf1 p
Tem =
① 当 f1 和电机参数不变时，异步电机的 Tst 与电源相电压
U1 的平方成正比。
② 当 U1 和 f1 一定时，Tst 近似与定转子漏抗之和成反比。
③ 在一定的范围内增加 R2 时，可增大 Tst 。 当sm= 1 时，Tst = Tm，Tst 最大。
起动转矩倍数
Kst =
Tst TN
三相异步电动机的主要性能指标
电动状态取 “＋ ”，发电状态取 “－”。
当 R1 (X1＋X2 ) 时：
sm≈±
R2 X1＋X2
Tｍ≈±
pm1U12
4f1 (X1＋X2)
结论：
①当 f1 和电机参数不变时，异步电机的 Tm 与 电源相电压 U1 的平方成正比。
②当 U1 和 f1 一定时， Tm 近似与定、转子漏抗 之和成反比。