第六章三相异步电动机的电力拖动
电机与拖动第6章异步电动机
e2 有功i2
fem T2
6.2 转子静止、转子绕线开路时电磁关系
1、电磁关系
与变压器类似 UA i0 e1
es1
定子加 对称U
UB UC
主磁通
1
i0 F0
漏磁通
s1
e2
e1 e2 I0 --励磁电流 es1 F0 --励磁磁通势
2、感应电势 每相电势
.
.
.
.
E1 j4.44 f 1N11 kdp1 E2 j4.44 f 1N 21 kdp2
电势比： ke E1 N1kdp1 E 2 N 2kdp2
.
.
Es1 j I 0 x1
定子漏电抗
N1 N2 指绕组每相串联匝数
3、电压方程(单相)
i0
i2=0
定子：
.
.
.
.
U1 I 0 r1 E1 Es1
.
U1
.
.
E1 Es1
.
E2
.
U2
.
.
.
.
U1 E1 ( j I 0 x1) I 0 r1
第6章
异步电动机
6.1 异步电动机结构、额定数据与工作原理
三相异步电动机：
6.2 转子静止、绕组开路时的电磁关系 6.3 转子堵转时的电磁关系 6.4 转子旋转的电磁关系 6.5 功率与转矩 6.6 工作特性 6.7 参数测定
本章要求：
掌握异步电动机的结构、额定数据与工作原理
理解掌握三相异步电动机各电磁关系，掌握其等效电路 熟练掌握三相异步电动机的功率和转矩平衡
1、电磁关系 UA i1
定转子都有同
e1
es1 es2
电机与拖动第6章同步电机的电力拖动
6.3 三相同步电动机的调速
一、 他控式变频调速
独立的变频装置为电机 提供变频变压电源
1. f1＜ fN 时，要保持 U1 = 常数 f1 以隐极同步电动机为例，有下面的关系 U1 E0 TM = 3 Xs Ω E0 = 4.44 kw1 N1 f1Φ0∞ f1 Xs = Xa＋Xσ = 2π f1 (La＋Lσ) = 2π f1Ls ∞ f1 2π 60f1 2π f1 ∞ f 2π Ω= n= = p 1 60 p 60
功率角 θ 的物理意义 同步电动机的矩角特性类似于异步电动机的机械特性， 其中的功率角θ相当于异步电动机的转差率s。 同转差率一样，随着负载转矩的增加，功率角将有所增 加，由矩角特性可知，电磁转矩将相应的增加，最终电 磁转矩与负载转矩相平衡。但同步电动机仍保持同步速 运行。
同步电动机的过载能力 当 I1L = IN 时，满载。 当 I1L＞IN 时，过载。 不允许长期过载，允许短时过载。短时过载 时要求 TL＋T0＜TM 。 过载能力（当U1L = UN，If = IfN时）： TM αMT = T = 2 ~ 2.5 N TM 1 ※ 三相隐极同步电动机： = TN sinθN
6.3 三相同步电动机的调速
pkw1N1 U1 3 TM = Φ0 Ls f1 2√ 2 π 2. f1＞fN 时，要保持 U1 = UNP 不变 U1 则 U1＞UNP，这是不允许 若保持 = 常数， f1 的。因此，只有使 U1 = UNP ， f1 ↑ → TM ↓ 。 若要保持一定的过载能力，可以调节 If ，即 If ↑ TM 基本不变。 f1 ↑
直流无换向器 电动机示意图
位置检测器
优点： 不存在失步和振荡问题（与他控式相比，因自控式同步电动 机定子绕组的通电频率以及由此产生的定子旋转磁场受控于转 子转速）； 转子的惯量较小，快速性和可靠性高，调速范围较宽；（因 无机械式电刷与换向器，且具有直流电动机的性能）；
电力拖动知识点总结
电力拖动知识点总结电力拖动是一种利用电动机作为传动装置的动力传动方式，广泛应用于工业生产中的各个领域，如工厂生产线的输送设备、机械加工设备、自动化装配线和物流输送系统等。
电力拖动系统具有高效、稳定、可靠的特点，能满足现代工业对动力传动的需求。
本文将对电力拖动的基本原理、主要组成部分、常见故障及维护保养等方面进行详细的介绍和总结。
一、基本原理电力拖动系统的基本原理是利用电动机产生的电能转换为机械能，驱动各种传动装置完成工作。
其中，电能通过电源系统供给电动机，经过电动机内部的电磁场作用，产生旋转力矩驱动负载进行工作。
电力拖动系统的基本原理主要包括电源系统、电动机、传动装置和控制系统等几个方面。
1. 电源系统电力拖动系统的电源系统一般采用交流电源或直流电源，根据实际需要进行选择。
在工业生产中，交流电源应用更为广泛，其特点是输送距离远、输出功率大、电源稳定性好，适合长距离输电和大功率负载。
而直流电源系统功率较小，通常用于小功率负载或特殊工况的应用。
2. 电动机电力拖动系统的核心部件是电动机，其主要作用是将电能转换为机械能，驱动负载进行工作。
根据实际需要，电动机可分为交流电动机和直流电动机两种类型。
交流电动机通常采用同步电动机或异步电动机，具有结构简单、维护方便、功率范围广等特点；而直流电动机具有速度调节范围广、起动力矩大、转速稳定等优点，在某些特殊场合得到广泛应用。
3. 传动装置传动装置是电力拖动系统的关键组成部分，用于将电动机产生的旋转力矩传递给负载进行工作。
常见的传动装置包括联轴器、减速机、齿轮传动、带传动等，其选择应根据实际工况及传动比、传动效率等因素进行综合考虑，以确保系统的工作效率和可靠性。
4. 控制系统电力拖动系统的控制系统用于对电动机进行启停、速度调节、方向控制等操作。
常见的控制方式包括手动控制、自动控制和远程控制等，可根据实际需要选择。
现代工业生产中，自动化程度越来越高，电力拖动系统的控制系统也逐渐向着智能化、网络化方向发展，以满足高效、精密的工业生产需求。
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
第六章 基于动态模型的异步电动机调速系统(电力拖动自动控制系统)
图8-7 多台同步电动机的恒压频 比控制调速系统
2.在π/2<θ<π范围内
图8-8 变压变频器供电的同步 电动机调速系统
2.在π/2<θ<π范围内
图8-9 自控变频同步电动机调速原理图 UI—逆变器 BQ—转子位置检测器
2.在π/2<θ<π范围内
图8-10 PWM控制的自控变频同步电动机 及调速原理图
(或永久磁钢)外，还可能有自身短路的阻尼绕组。
4)异步电动机的气隙是均匀的，而同步电动机则有隐极与凸极之 分。 5)由于同步电动机转子有独立励磁，在极低的电源频率下也能运 行，因此，在同样条件下，同步电动机的调速范围比异步电动机 更宽。
2.机械特性的斜率与最大转矩
6)异步电动机要靠加大转差才能提高转矩，而同步电动机只需加
2.定子电压矢量的控制作用
图6-37 定子磁链圆轨迹扇区图
1.定子磁链计算模型
2.转矩计算模型 1.直接转矩控制系统的特点 2.直接转矩控制系统存在的问题 1.电动机在次同步转速下作电动运行 2.电动机在反转时作倒拉制动运行 3.电动机在超同步转速下作回馈制动运行
4.电动机在超同步转速下作电动运行
用这两个控制信号产生输出电压，省去了旋转变换和电流控制， 简化了控制器的结构。 2)选择定子磁链作为被控量，计算磁链的模型可以不受转子参数 变化的影响，提高了控制系统的鲁棒性。 3)由于采用了直接转矩控制，在加减速或负载变化的动态过程中， 可以获得快速的转矩响应，但必须注意限制过大的冲击电流，以
免损坏功率开关器件，因此实际的转矩响应也是有限的。
在异步电动机转子回路串电阻调速时，其理想空载转速就是其同 步转速，而且恒定不变，调速时机械特性变软，调速性能差。在 串级调速系统中，由于电动机的极对数与旋转磁场转速都不变， 同步转速也是恒定的，但是它的理想空载转速却能够连续平滑地 调节。
三相异步电动机的电力拖动【精选】
1 k2
自耦变压器一般有三个分接头可供选用。
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3.5.3 变频起动
起动时，给三相异步电动机加低压低频的交 流电，随着转速的上升，逐渐提高电源的电压和 频率，直到额定电压和频率。
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3.5.4 绕线型异步电动机转子串电阻起动
I st
U N (R1 R2 Rst )2 ( X1 X 2 )2
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回馈制动
2、正向回馈制动（变极或变频调速过程中出现）
电机机械特性曲线1，运 行于A点。 当电机采用变极（增加极 数）或变频（降低频率） 进行调速时，机械特性变 为2。同步速变为 n1 。
电机工作点由A变到B，电 磁转矩为负，nB n1 ，电机 处于回馈制动状态。
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第五节 三相异步电动机的调速
U N
(Rk Rst )2 X k 2
Tst
2f1
m1 pU12 R2' (R1 R2' )2 ( X1
X
' 2
)2
在转子回路中串联适当的电阻,既能
限制起动电流，又能增大起动转矩。
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对 称电阻，并随着转速的升高，逐渐切 除起动电阻。
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变转差调速 1、转子回路串电阻调速
绕线式异步电动机的转子回路串入对称三相调节电阻，其机 械特性曲线ｎ=f(Ｔ)形状将发生变化。最大转矩的位置随所串 电阻的增大而下移。
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转子回路串电阻调速的特点：
1、调速方法简单，初投资少； 2、低速时机械特性软，调速的平滑性差，调速
范围不大； 3、铜耗大，效率低，电机发热严重。 属于恒转矩调速，多用于断续工作的生产机械，在低速运行的 时间不长，且要求调速性能不高的场合，如用于桥式起重机。
电机拖动第六章
EB
6.2.1 三相单层绕组
1、三相单层集中整距绕组(p=1) 缺点：感应电动势波形
Y
C
N
不好，电枢表面的空间
X
A
n
S
没有充分利用。于是，
采用下面的分布绕组进
B
行改进。
Z
2、三相单层整距分布绕组
已知一台电机，定子上总槽数 Z=24，极对数 p=2，转 子逆时针方向旋转，转速为 n（r/min），试连接成三相单 层分布绕组。
Eq qE y kq 4.44 fqW y k y kq
相绕组基波电动势
2p 2 pq E E q 4.44 f W y k y kq a a 每相串 4.44 fWkW
联匝数
四极交流电机，电枢绕组采用双层短距分布绕组，电枢有 36槽，槽距角大小应为 ，相邻两个线圈电动势相 位差 。若线圈两个边分别在第1、第9槽中，绕组 短距系数等于 ，绕组分布系数等于 ，绕 组系数等于 。
14
15
16
13 12
11
10
9
N
S
17
18
S
8
7
6
5
19
20
n
21
22
N
3
1
4
2
23 24
第一步：计算定子相邻两槽之间的槽距角α(空间电角度)和每 极每相槽数q
Z 24 p 360 2 360 2 30 q 2mp 2 3 2 Z 24
第二步：画槽基波电动势星形相量图
N
180 180
N
S S
180 90
S
大二下电机与电力拖动期末复习题
一、填空题：1．当端电压U小于电枢电势Ea直流电机运行于状态。
2．可用电枢电压U与电枢中感应电动势E的大小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。
3．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。
4．直流电机的电磁转矩是由和共同作用产生的。
5．直流发电机中，电枢绕组中的感应电动势是的，电刷间的感应电动势是的。
6．在直流电动机中，电枢绕组的受力方向与运动方向，是拖动性质的转矩。
7．直流电机的励磁方式有，，，。
8、一台并励直流发电机，正转时能自励，反转时自励；二、判断题1．并励直流发电机正转时如能自励，如果把并励绕组两头对调，且电枢反转，则电机不能自励。
( )两端仍能得到直流电压。
（）4．一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。
（）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）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组2．直流电机的电枢电势的大小等于（）。
A、绕组一条支路中各导体的感应电动势之和；B、S极下所有导体的感应电动势之和；C、N极下所有导体的感应电动势之和；D、电枢表面所有导体的感应电动势之和。
3.直流电动机的电刷的功用是( )。
A清除污垢 B. 引入直流电压、电流C.引出直流电压、电流D. 引出交流电压四、简答题1.什么是电枢反应？电枢反应对气隙磁场有什么影响？公式aTICTΦ=中的Φ应是什么磁通？2、、并励直流发电机的自励条件是什么？五、计算题1．一台直流电动机的额定数据为：额定功率P N=17Kw，额定电压U N=220V，额定转速n N=1500r/min, 额定效率ηN=0.83。
求它的额定电流及额定负载时的输入功率。
2．一台并励直流电动机的铭牌数据为：额定电压U N=220V，额定电枢电流I aN=75A，额定转速n N=1000r/min，电枢回路电阻R a=0.26Ω(包括电刷接触电组)，励磁回路总电阻R f=91Ω，额定负载时电枢铁损耗P Fe=600W，机械损耗P m=1989W。
大学电机与拖动课程第六章三相异步电动机运行原理
转差率
异步电动机转速与同步转 速之差与同步转速的比值， 是异步电动机运行的重要 参数。
转速调节
通过改变电源频率、电机 极数或转差率等方式实现 异步电动机的转速调节。
转矩特性
启动转矩
01
异步电动机在启动时产生的转矩，通常较小，需要采取相应措
施增大启动转矩。
最大转矩
02
异步电动机在运行过程中能够产生的最大转矩，与电源电压、
05
三相异步电动机维护与故 障处理
日常维护与保养
01
清洁保养
润滑保养
02
03
电气保养
定期清除电动机表面的灰尘、油 污和杂物，保持电动机散热良好。
对电动机的轴承、齿轮等传动部 件定期加注润滑油，保证传动顺 畅。
定期检查电动机的接线端子是否 松动、绝缘是否老化，确保电气 系统安全可靠。
常见故障类型及原因
发展趋势分析
高效节能
随着能源短缺和环保意识的提高，高效节能的三相异步电动机将成为未来发展 趋势。采用新材料、新工艺、新技术等手段提高电机效率，降低能耗。
智能化
随着工业4.0和智能制造的推进，三相异步电动机将向智能化方向发展。通过集 成传感器、控制器、通信模块等，实现电机状态监测、故障诊断、远程控制等 功能。
分析原因
根据故障现象，结合电动机的结构和工作原理，分析故障 可能的原因。
诊断方法
采用相应的检测仪器和诊断方法，如测量绝缘电阻、直流 电阻等，进一步确定故障原因。
处理措施
根据故障原因采取相应的处理措施，如更换损坏部件、调 整负载等，使电动机恢复正常运行。同时，要记录故障处 理过程和结果，以便日后参考。
调速性能
异步电动机的调速性能较差，难以实现宽范围、高精度的调速。常用的调速方法有变极调速、变频调速、改变电源电 压调速等。其中，变频调速具有调速范围宽、精度高、效率高等优点，是目前应用最广泛的调速方法。
三相异步电动机的机械特性
第六章三相异步电动机的电力拖动§6-1 三相异步电动机的机械特性机械特性是指电动机转速n与转矩T之间的关系，一般用曲线表示。
欲求机械特性，先求T与n的数学关系式，称为机械特性表达式。
有三种表达式：一。
三相异步电动机机械特性的三种表达式（一）物理表达式此式清楚表明了T和、cos之间的关系，虽然、cos与n密切有关，但不能清楚反映T与n的关系。
（二）参数表达式电磁转矩由异步电动机的近似等效电路，得代入T的公式，即得参数表达式考虑到n=(1－s)n0，，即可由此式绘出异步电动机的机械特性曲线n=f(T)，如图6－1所示。
机械特性的参数表达式为二次方程，电磁转矩必有最大值，称为最大转矩T m。
将表达式对s求导，并令，可求出产生最大转矩T m时的转差率S m图6－1机械特性曲线S m称为临界转差率。
代入T的公式则可得T m的公式式中正号对应于电动机状态，负号适用于发电机状态。
一般，故可得近似公式可见：（1）当电动机参数和电源频率不变时，T m ，而S m与U X无关；（2）当电源电压和频率不变时，S m和T m近似与（X1＋）成反比；（3）增大转子回路电阻，只能使S m相应增大，而T m保持不变。
最大转矩T m与额定转矩T N之比称为过载倍数，也称过载能力，用K T表示：一般异步电动机K T＝1.8～3.0。
对于起重冶金机械用的电动机，可达3.5。
异步电动机起动时，n＝0，s＝1，代入参数表达式，可得起动转矩的公式由此式可知，对绕线式异步电动机，转子回路串接适当大小的附加电阻，能加大起动转矩T st，从而改善起动性能。
对于鼠笼式电动机，不能用转子串电阻的方法改善起动转矩，在设计电动机时就要根据不同负载的起动要求来考虑起动转矩的大小。
起动转矩T st与额定转矩T N之比，称为起动转矩倍数K st：K st＝一般电动机K st＝1.0～2.0，对于起重冶金机械用的电动机为2.8～4.0。
（三）实用表达式参数表达式在理论分析时很有用，但定、转子参数在产品目录中找不到，使用起来不方便。