电机与拖动 三相异步电动机的电力拖动
合集下载
电机与拖动
4. 一台并励直流发电机并联于电网上，若原动机停止供给机械能， 将发电机过渡到电动机状态工作，此时电磁转矩方向是否改变？ 旋转方向是否改变？
答：电磁转矩方向改变，电机旋转方向不变。
第二章 直流电动机的电力拖动
自测题参考答案
（一）填空题： 1. 他励直流电动机的固有机械特性是指在U=UN、Φ= ΦN，电 枢回路不串电阻的条件下，n和Tem的关系。 2. 直流电动机的起动方法有降压起动、电枢回路串电阻起动。 3. 如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是能耗 制动瞬间电枢电流的2倍。 4. 当电动机的转速超过理想空载转速时，出现回馈制动。 5. 拖动恒转矩负载进行调速时，应采用降压或电枢回路串电阻 调速方法，而拖动恒功率负载时应采用弱磁调速方法
时一次、二次绕组电流均为额定值，铜损耗也达到正常运行时的数值，而电 压大大低于额定电压，铁心中磁通密度也大大低于正常运行时的数值，此时 铁损耗与铜损耗相比可以忽略不计。因此短路损耗可近似看成为铜损耗。 2. 电源频率降低，其他量不变，试分析变压器铁心饱和程度、励磁电 流、励磁电抗和漏抗的变化情况。 答：据U1≈4.44ƒN1Φm可知，当ƒ降低时， Φm（Bm）增加，铁心饱和 程度增加，励磁电流增加励磁电抗减小，漏抗减小。
② 随着Ia增加，电枢反应附加去磁作用增强，使磁通Φ 减少，电枢电动势Ea减少，最后使U下降。 并励：影响因素有三个
① 随着Ia增加，IaRa增加，使U下降； ② 随着Ia增加，电枢反应附加去磁作用增强，使磁通Φ 减少，电枢电动势Ea减少，最后使端电压U下降； ③ 而端电压U下降，又使If下降，磁通Φ下降，电枢电动 势Ea阿进一步减少，端电压U进一步下降。
子电流的频率相同。（ √ ）
（三）选择题： 1. 若在三相对称绕组中通入i =I sinωt，i =I sin(ωt+120 )， i =I sin(ωt-120 )的三相电流，当 ωt=210o时，其三相基波合成磁动势的幅值位于：（ ③ ）
答：电磁转矩方向改变，电机旋转方向不变。
第二章 直流电动机的电力拖动
自测题参考答案
（一）填空题： 1. 他励直流电动机的固有机械特性是指在U=UN、Φ= ΦN，电 枢回路不串电阻的条件下，n和Tem的关系。 2. 直流电动机的起动方法有降压起动、电枢回路串电阻起动。 3. 如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是能耗 制动瞬间电枢电流的2倍。 4. 当电动机的转速超过理想空载转速时，出现回馈制动。 5. 拖动恒转矩负载进行调速时，应采用降压或电枢回路串电阻 调速方法，而拖动恒功率负载时应采用弱磁调速方法
时一次、二次绕组电流均为额定值，铜损耗也达到正常运行时的数值，而电 压大大低于额定电压，铁心中磁通密度也大大低于正常运行时的数值，此时 铁损耗与铜损耗相比可以忽略不计。因此短路损耗可近似看成为铜损耗。 2. 电源频率降低，其他量不变，试分析变压器铁心饱和程度、励磁电 流、励磁电抗和漏抗的变化情况。 答：据U1≈4.44ƒN1Φm可知，当ƒ降低时， Φm（Bm）增加，铁心饱和 程度增加，励磁电流增加励磁电抗减小，漏抗减小。
② 随着Ia增加，电枢反应附加去磁作用增强，使磁通Φ 减少，电枢电动势Ea减少，最后使U下降。 并励：影响因素有三个
① 随着Ia增加，IaRa增加，使U下降； ② 随着Ia增加，电枢反应附加去磁作用增强，使磁通Φ 减少，电枢电动势Ea减少，最后使端电压U下降； ③ 而端电压U下降，又使If下降，磁通Φ下降，电枢电动 势Ea阿进一步减少，端电压U进一步下降。
子电流的频率相同。（ √ ）
（三）选择题： 1. 若在三相对称绕组中通入i =I sinωt，i =I sin(ωt+120 )， i =I sin(ωt-120 )的三相电流，当 ωt=210o时，其三相基波合成磁动势的幅值位于：（ ③ ）
电机与拖动基础第5章-三相异步电动机的电力拖动
（1）改变定子电压的人为机械特性 通常是降低定子电压而电机其它参数均不变。特点是：
1）n0
不变：电机同步转速
n0
60 f1 p
与电压U1
无关。不同电压的人
为机械特性都通过 n0 点；
2） sm 与U1 无关：sm
R12
R2/ (X1
X
' 2
)
2
，与电压U1 无关，不同电压
U1 人为机械特性的 sm 相同；
3）
Tm
和
Tst
均
与
U
2 1
成正比：异步电机的电磁转矩TTeme
U12
，最大转
矩 Tm 以及起动转矩Tst 都要随U1 的降低而按U12 规律减小。
图5-3为U1 U N 、U1 0.8U N 、U1 0.5U N 时的人为机械特性。
图 5-3 改变定子电压的人为机械特性
随电机定子电压的降低，电机的人为机械特性是过 n0 点的曲线簇。 对于恒转矩负载TL 。额定电压为UN 时，稳定运行在 A 点。如果端电压降 低到 0.8UN 时，电机稳定运行于 B 点，转速降低。如果U1 降低到 0.5UN ，电机 将会停转（堵转状态）。
率
sm
。最大电磁转矩 Tm
m1 1
[ R1
U
2 1
取正号时，对
R12
(X1
X
' 2
)2
]
应于 Te s 中 P 点；取负号时，对应图中 P' 点。因 R1 前有正负
号，所以 Tm 和 Tm 的绝对值并不相等，即 Tm Tm 。当忽略 R1 时，
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。
第六章：三相异步电动机的电力拖动
图6-6 定子串三相对称电阻人为机械特性
4、改变极对数时的人为机械特性 5、改变频率时的人为机械特性
图6-4 三相异步电动机变频时的人为机械特性
三、三相笼型异步电动机的起动方法
1、生产机械对异步电动机起动性能的要求 起动电流要小；起动转矩大。
2、直接起动——全压起动
起动一瞬间，相当于堵转运行，S=1；
结论
可以看成是Y-Δ起动的推广； 起动转矩大于Y-Δ起动，适用于重载起动；
采用不同的抽头比例，可以改变相电压；
体积小、质量小、可以经常起动、价格低廉，将 取代自耦变压器起动；
内部接线复杂。
仅适用于正常运行时定子绕组为Δ连接的电动机， 即额定电压为380/660V的笼型异步电动机。
在确定起动方法时，应根据电源允许的最大起动电流、 负载对起动转矩的要求及起动设备的复杂程度、价格 等条件综合考虑。
2）最大转矩Tm与定子电压的平方成正比，与频率的 平方成反比，与r2无关；
③ 过载倍数
m
Tm TN
④ 起动转矩
1.6-2.2（普通异步电动机）
2.2-2.8（起重、冶金用异 步电动机）
开始起动时，电机转速n=0，转差率s=1。
s=1
Tem
2
f1[(r1
m1 pU12r2' / s r2' / s)2 (x1
Ist =
U1
= U1
(r1 r2' )2 (x1 x2' )2 Zk
中大容量的笼型异步电动机若不满足直接起动的条 件，则必须通过降压，把Ist降到电源的允许电流值。
① 定子回路串电阻或电抗起动
•
Ist
rst xst rk
xk
•
第五章 三相异步电动机的电力拖动
' Ｘ1、X 2 、p 及 m1 ）以及转差率 s 之间的关系, 因此称为电
磁转矩的参数表达式。显然当U1、f1及电动机的各参数不变
时, 电磁转矩T仅与转差率 s 有关,根据式（5-2）可绘出异步 电动机的 T-s 曲线, 如图5-1所示。
T
' r 2 m1 pU12 s
n
n1 nN nm
HP 段是稳定运行段。 电动机随着负载的增加 而转速略有下降；
H B
P
0
TN
A Tst Tmax
T
AP 段是不稳定 运行段。
图 5-3 三相异步电动机的固有机械特性曲线
5. 2. 2 人为机械特性
由电磁转矩的参数表达式可知 , 人为地改变异步电动机
的任何一个或多个参数（U1 , f1 , p , 定、转子电路的电阻或 电抗等）, 都可以得到不同的机械特性, 这些机械特性统称为 人为机械特性。下面介绍改变某些参数时的人为机械特性。
程度远远不及转子电流增加的程度大,根据磁动势平衡方程式,
定子电流也将大为增加, 长期超过额定值就会发生“烧机”现 象。
T CT Φ1I 2 ' cos2
(5-1)
5. 1. 2 电磁转矩的参数表达式
根据三相异步电动机的近似等效电路可知
' r '2 2 Pem m1 I 2 s U1 ' I2 2 r2 2 r X X 1 1 2 s
T
' r 2 m1 pU12 s
r2' ' 2f1 r X X 1 2 1 s
2
2
磁转矩的参数表达式。显然当U1、f1及电动机的各参数不变
时, 电磁转矩T仅与转差率 s 有关,根据式（5-2）可绘出异步 电动机的 T-s 曲线, 如图5-1所示。
T
' r 2 m1 pU12 s
n
n1 nN nm
HP 段是稳定运行段。 电动机随着负载的增加 而转速略有下降；
H B
P
0
TN
A Tst Tmax
T
AP 段是不稳定 运行段。
图 5-3 三相异步电动机的固有机械特性曲线
5. 2. 2 人为机械特性
由电磁转矩的参数表达式可知 , 人为地改变异步电动机
的任何一个或多个参数（U1 , f1 , p , 定、转子电路的电阻或 电抗等）, 都可以得到不同的机械特性, 这些机械特性统称为 人为机械特性。下面介绍改变某些参数时的人为机械特性。
程度远远不及转子电流增加的程度大,根据磁动势平衡方程式,
定子电流也将大为增加, 长期超过额定值就会发生“烧机”现 象。
T CT Φ1I 2 ' cos2
(5-1)
5. 1. 2 电磁转矩的参数表达式
根据三相异步电动机的近似等效电路可知
' r '2 2 Pem m1 I 2 s U1 ' I2 2 r2 2 r X X 1 1 2 s
T
' r 2 m1 pU12 s
r2' ' 2f1 r X X 1 2 1 s
2
2
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2
(r1 r 2'/ s) ( x1
2
x2)
2、定子外串对称阻抗人为机械特性
sm
n1 n
自然特性
r 2'
r2 1
(
x1
x
2)2
0 定子串阻抗特性TN Tst
T Tm
T
3p
2f 1
U
2 1
r 2' s
2
(r1 r 2'/ s) ( x1
2
x2)
3、绕线式转子外串对称电阻人为机械特性
T
3p
2f 1
第7 章 三相异步电动机的电力拖动
7.1 三相异步电动机的机械特性 7.2 三相异步电动机的直接起动 7.3 三相鼠笼式异步电动机降压起动 7.4 绕线式三相异步电动机的起动 7.5 三相异步电动机的调速 7.6三相异步电动机的各种运行状态（制动）
7.1 三相异步电动机的机械特性
定义：电动机定子电压、频率和参数固定的条件下，转速n
3 pU1
r2 1
( x1
x2
)2
T 2Tm
s sm
sm
s
忽略T0： Tm TN
根据具体的T 、S代入实用公式可计算出sm
sm s
TN
2
TN
21TFra bibliotekT 当额定工作点的sN和TN已知时，
临界转差率可表示为：
sm sN ( 2 1)
例题:已知一台三相异步电动机,额定功率 PN =70KW,
I0
rm
jxm
r2
´.
E1
jx2
E. ´2´
1 s
s
r 2'
+
I 2
U1
r1
r2 s
2
( x1
x2 )2
T
3p
2f 1
U
2 1
r 2' s
2
(r1 r2'/ s) ( x1
2
x2)
7.1.2固有机械特性 1、 在UN， fN， 定转子回路不串入任何电路元件条件下，
s =f(T)称为电动机的固有机械特性（自然机械特性）。
U
2 1
r 2' s
2
(r1r2'/ s) ( x1
2
x2)
1、降压人为机械特性 2、定子外串对称阻抗人为机械特性
3、绕线式转子外串对称电阻人为机械特性
1、降压人为机械特性
n n1 sm
自然特性
sm
r 2'
r2 1
(
x1
x
2)2
T 0 降压特性 TN Tst Tm
T
3p
2f 1
U
2 1
r 2' s
•起动转矩不大，Tst= KTTN = (0.9-1.3)TN
3、直接起动的缺点：
1）大的IS，使电网U降低，影响其它设备运行。（主害） 2）小的TS，重载电机无法起动 3）大的IS，电机本身发热严重，绝缘易损坏。
4、直接起动应用
利用闸刀或者接触器把电动机直接接到具有额定 电压的电源上。
•设备和操作简单，在电网容量相对较大的情况下采 用，一般7.5KW以下。
T
A：s=0, n=n1, T =0，理想空载运行点; B：s= sN , n=nN ，T =TN，额定运行点； C：s= sm , n=nm ，T=Tm，电磁转矩最大值点； D：s= 1 , n=0，T =Ts，起动点。
2、最大电磁转矩和过载能力
T
3p
2f 1
(r1
U
2 1
r 2' s
2
r2'/ s) ( x1
T
3p 2f 1
(r1
r
U
2 1
r 2' s
2
2'/ s) (x1
2
x2)
sn
0 n1 B
A sm
nN
C
D
T
1 0 TN Ts Tm
(1)0<s≤ 1, n1>n ≥ 0 电动状态
(2)s<0 , n > n1 发电状态
(3)s>1 , n <0 制动状态
sn
0 n1 B
A sm
nN
C
D 1 0 TN Ts Tm
•不频繁起动电动机：电动机容量/供电变压器容量<30% 允许直接起动；
5、起动一般要求
起动要求：1） 起动力矩Tst尽可能的大； 2） 起动电流Ist尽可能的小； 3） 起动设备尽可能的简单。
在满足Tst足够大的条件下，尽量减少Ist 。
2
x2)
由 dT 0得出最大值点 ds
2
Tm
1 2
2f 1 r1
3 pU1
r1
2
(
x1
x2
)2
sn
0 n1 B
A sm
nN
C
D
T
1 0 TN Ts Tm
sm
r 2'
r2 1
(
x1
x
2)2
定义最大电磁转矩时对应的转差率sm为临界转差率！
2
Tm
1 2
2f 1 r1
3 pU1
r1
2
(
x1
x2
U
2 1
r 2' s
2
(r1 r 2'/ s) ( x1
2
x2)
n n1
自然特性
T 0
TN Tst Tm
串电阻特性
2
Tm
1 2
2f 1 r1
3 pU1
r1
2
(
x1
x
2
)2
7.1.4 机械特性的实用公式
T
3p
2f 1
U
2 1
r 2' s
2
(r1 r 2'/ s) ( x1
2
x2)
2
1
Tm 2 2f 1 r1
（或转差率s）与电磁转矩T的关系。
7.1.1 机械特性的参数表达式 7. 1. 2 固有机械特性 7. 1. 3 人为机械特性 7. 1. 4 机械特性的实用公式
7.1.1 机械特性的参数表达式
T
PM 1
3 I 2 2
r2 s
2n1
3 I 2 2
r2 s
2f
60
p
.
I1
+ r1 .
U1
-
.
I2
.
jx1
r 2U 1
2
2
(r1 r 2') ( x1 x2)
结论：1、Ts与电压平方成正比。与转子电阻有关。 2、f1增加Ts减小。 3、 漏电抗增加Ts减小。
顺利启动TS>1.1-1.2TL
起动转矩矩倍数（堵转转矩倍数）：
kT=Ts /TN
一般KT=0.8-1.2
7.1.3 人为机械特性
T
3p
2f 1
•起动时，S=1，r2‘/s=r2，IS=KIIN=（4~7）IN
. 起动电流大约为额定电流的4-7倍. 。
+ I 1 r1
.
U1
I2
.
jx1
I0
rm
jxm
r2´ jx2´
.
E1
E. ´2
1 s r2' s
-
-
+
2、起动转矩
T
m1 pU12
r2' s
2f1
(r1
r2' s
)2
( x1
x2' )2
额定电压220/380V,额定转速 nN=725r/min,过载倍数
=2.4,求其转距的实用公式(转子不串电阻).
7.2 三相异步电动机的直接起动
电动机的起动指定子接通电网，转速从n=0到n=nN 。
1、电流： I1s
U1
(r1
r
2'/
2
s)
(
x1
2
x2)
•额定运行时，S=SN=0.02~0.06，若取S=0.05，则r2'/s=20 r2 '；
)2
sm
r 2'
r2 1
(
x1
x
2)2
结论： 1、sm与电压无关，与转子电阻成正比。 2、Tm与电压平方成正比，与转子电阻无关。
最大转矩倍数或过载倍数:
Tm
TN
表征了电机的过载能力. 一般过载倍数大小在1.8-2.5之间.
3、起动转矩（堵转转矩）
起动时n=0，s=1。
2
Ts
3p
2f 1