电力行业--三相异步电动机的电力拖动
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三相异步电动机的电力拖动共23页PPT
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21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
三相异步电动机的电力拖动 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
谢谢！
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚
25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．卡耐基。
梦 境
3、人生就像一杯没有加糖的咖啡，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
三相异步电动机的电力拖动 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
谢谢！
电机拖动之三相异步电动机的电力拖动
2
4f1 ( x1 x2 ) m1 pU1 r2 TQ s ，知：串入电抗后， m 、Tm、 Q T ) 2 ( x1 x2 ) 2 2f1 (r1 r2
由于 r1 相对其它参数很小，忽略 r1 后
r2 r ) 2 ，代入上式后 (x 考虑到 sm ， 1 x2 sm x1 x2
得：
或
r2 r2 2 s sm T 2 r2 2 r2 2 s m s Tm ( ) ( ) s sm s sm 2Tm T sm s s sm
T
２、 T 的参数表达式与机械特性曲线上的特殊点 2 r2 PM m1 I 2 s T 1 1 2f 1 1 p ，由异步电动机的简化等值电路求得： U1 I2 r2 2 (r1 ) ( x1 x2 ) 2 s
r2 m1 pU s T r2 2 2f 1 (r1 ) ( x1 x 2 ) 2 s
2 1
（１）临界点Ｂ 电动机运行在临界点的转差率称为临界转差 率，以 s m 表示。此时的电磁转矩是电动机所能 提供的极限转矩，称为最大转矩，以 Tm 表示。
r2 2 r2 2 2 m1 p1U 1 r1 ( x1 x2 ) ( ) dT s s 0 2 ds r2 2 2 2f1 (r1 ) ( x1 x2 ) s r2 2 2 2 r1 ( x1 x2 ) ( ) 0 s
也可用直线表达式 T 2Tm s sm
U 1 2 ，其中 Tm ( ) Tm， U1
同样U 1为小于U 1的定子相电压。
2、转子回路串接对称电阻时的人工机械特性 在绕线式异步电动机的转子回路中，串接对称电 阻（即三相分别串入同样大小的电阻） R 且改变其 大小时，可以得到不同的人工机械特性。
4f1 ( x1 x2 ) m1 pU1 r2 TQ s ，知：串入电抗后， m 、Tm、 Q T ) 2 ( x1 x2 ) 2 2f1 (r1 r2
由于 r1 相对其它参数很小，忽略 r1 后
r2 r ) 2 ，代入上式后 (x 考虑到 sm ， 1 x2 sm x1 x2
得：
或
r2 r2 2 s sm T 2 r2 2 r2 2 s m s Tm ( ) ( ) s sm s sm 2Tm T sm s s sm
T
２、 T 的参数表达式与机械特性曲线上的特殊点 2 r2 PM m1 I 2 s T 1 1 2f 1 1 p ，由异步电动机的简化等值电路求得： U1 I2 r2 2 (r1 ) ( x1 x2 ) 2 s
r2 m1 pU s T r2 2 2f 1 (r1 ) ( x1 x 2 ) 2 s
2 1
（１）临界点Ｂ 电动机运行在临界点的转差率称为临界转差 率，以 s m 表示。此时的电磁转矩是电动机所能 提供的极限转矩，称为最大转矩，以 Tm 表示。
r2 2 r2 2 2 m1 p1U 1 r1 ( x1 x2 ) ( ) dT s s 0 2 ds r2 2 2 2f1 (r1 ) ( x1 x2 ) s r2 2 2 2 r1 ( x1 x2 ) ( ) 0 s
也可用直线表达式 T 2Tm s sm
U 1 2 ，其中 Tm ( ) Tm， U1
同样U 1为小于U 1的定子相电压。
2、转子回路串接对称电阻时的人工机械特性 在绕线式异步电动机的转子回路中，串接对称电 阻（即三相分别串入同样大小的电阻） R 且改变其 大小时，可以得到不同的人工机械特性。
第7章 三相异步电机的电力拖动
c、双鼠笼式异步电动机
电阻大 漏抗小 上笼 （外笼）
电阻小 漏抗大
下笼 （内笼）
转子绕组采用上、下鼠笼式结构，如图7.7所示。上笼采用电阻率较大的材料如黄铜， 且截面积较小；下笼采用电阻率较小的材料如紫铜，且截面积较大。利用集肤效应，确保 起动时，因转子频率较高，使得转子电流主要集中在电阻较大的上笼（或起动笼）；正 常运行时，转子频率较低，转子电流主要集中在电阻较小的下笼（或运行笼）。
图7.4 异步电动机各种起动方法下的电流波形
解决方案： • 采用变频器的起动方案； • 采用软起动器（Soft Starter）的起动方案。
这里仅介绍软起动方案。鉴于软起动方案很多，这里仅以电子步电动机软起动器的组成框图
工作原理： 在起动过程中，通过控制移相角 来调节定子电压，并采用系 统闭环限制起动电流，确保起动过程中的定子电流、电压或转矩按 预定函数关系（或目标函数）变化，直至起动过程结束。然后将软 起动器切除，使得电动机与电源直接相连。
3U N ( 3I 1N ) cos1 P 3 0.866 PYY 2 3U N (2 I 1N ) cos1
（7-12）
T 9550P 9550PYY ( ) /( ) 3 TYY n1 2n1
（7-13）
结论： /YY接变极调速属于近似恒功率调速方式。
图7.15定性给出了 /YY接变极调速的机械特性。
图7.15
/YY接变极调速的机械特性
B、变频调速
对变频调速的要求： （1）主磁通 m N ，以防止定子铁心过饱和； （2）电动机的过载能力（或最大电磁转矩 Te max）尽可能保持不变。
a、基频以下的变频调速
U U m不变，可满足 1 1N const 由 U1 E1 4.44 f1 N1k w1 m 可知，要想确保主磁通 f1 f 1N
电机及拖动——三相异步电动机电力拖动
三相异步电动机的起动
三相异步电动机的起动是指其转速从零 到稳定的过程。要使电机能安全转动起 来，主要考虑两个问题，一是将起动电 流限制在允许范围内；二是保证有足够 的起动转矩。
直接起动 鼠笼型电动机的降压起动 绕线型电动机的起动
三相异步电动机的起动
直接起动，就是三相异步
三相异步电动机的起动电动机定、转子不接任何 是 指 其 转 速 从 零 到 稳 定阻抗，在额定电压下起动。 的 过 程 。 要 使 电 机 能 安这种起动方式简单、方便， 全 转 动 起 来 ， 主 要 考 虑但存在着较大的起动电流， 两 个 问 题 ， 一 是 将 起 动而且起动转矩较小，只适 电 流 限 制 在 允 许 范 围 内用；于小型异步电动机。 二 是 保电证源有总容足量够 的 起 动条件： 转矩。
—定子串电抗
KM1
或电阻起动
KM2
起—动—方Y法-△：先起在动定子侧串入起动
R
电自阻耦或电变抗压，器起降动以后将其切除，
加压速起到动额定运行。在起动过程中，
M
由绕于线串联型电电阻动（机电抗）的分压作
3
用的，起使动加于电机绕组上的电压低
于电网电压 。
三相异步电动机的起动
直接降起压动起动/全压起动 鼠笼型电动机
(r1
（可r1得s`）2 到)采2 曲用线(x逐1。一曲x描线`2点)表2
明有三个工作状态。
1
正序特性
n1
s0
ne
SL
•曲线进入第二象限, 为回馈工作状态；
•曲线在第一象限， 为电动工作状态；
Te
0
Tq
TL T
•曲线进入第四象限, 为反接工作状态。
反序特性
机械特性 基本表达 式
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当转差率s变化不大时，电动机的转速n基本与电源频率f1 正比，连续调节电源频率，可以平滑地改变电动机的转速。但
是，
0
E1 4.44 f1 N1kw1
U1 4.44 f1 N1kw1
T
Tm TN
m1 pU12
4 f1( X1 X 2 )TN
c
U12 f12TN
频率改变将影响磁路的饱和程度、励磁电流、功率因数、铁
2
2
1
s
s
R2
0
电磁功率为
Pem
m1 I 2 2
R2 s
0
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，并轴定子向转子传递功率。
而 PMEC
Pem
m1
I
2
2
s
s
1
R2
m1
I
2
2
R2 s
m1
I
2
2
R2
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，所反接制动的能量损 耗较大。
5.3三相异步电动机的制动
5.3.1 能耗制动
实现：制动时，S1断开,电机脱离电网， 同时S2闭合,在定子绕组中通入直流励磁 电流。
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，导 体中感应电动势和电流。感应电流与磁场 作用产生的电磁转矩为制动性质，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。
2. △-YY联结方式
smYY smY TmYY 2TmY TstYY 2TstY
smYY sm
2 TmYY 3 Tm
TstYY
2 3 Tst
变极调速时,转速几乎是成倍变化的,调速的平滑性较差,但 具有较硬的机械特性,稳定性好, 可用于恒功率和恒转矩负载.
5.4.2 变频调速
一、电压随频率调节的规律
sm
R'2 R12 ( X1
X
' 2
)2
R'2
X1
X
' 2
Tm
4
f1[
R1
m1 pU12 R12 (
X1
X
' 2
)2 ]
4
m1 pU12
f1 (
X1
X
' 2
)
1、Tm与U成12 正比； T与m 无U1关。 2、R2越大，s越m 大；T与em 无R2关。 3、Tm和 s都m 近似与漏抗成反比
二、参数表达式
Tem 2 f1 ( R1
m1 pU12
R2 s
R2 s
)2
(
X1
X
' 2
)2
说明：电磁转矩与电源参数（Ｕ1、f1）、结构参数（R、X、m、
p）和运行参数（s）有关。
三相异步电动机的机械特性 n f (T曲em)线
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ddTsem 求 0得:
PYY 2PY TYY TY
可见，Y-YY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 属于恒转矩调速，它适用于恒转矩负载。
2. ∆-YY联结方式
∆-YY后,极数减少一半,转速增大一倍,即 nYY ，2n保 持每一绕组 电流为 ,则I输N 出功率和转矩为
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，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Tem f表( s示) 。
一、物理表达式
Tem
CT
0
I
' 2
cos 2
表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通 与0 转子电流的有
功分量
I
' 2
相cos互 2作用产生的。
0.64Tst
2. 转子回路串对称电阻时的人为机械特性
串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。
串电阻后, n、 T不m变， s增m 大。
在一定范围内增加电阻，可以 增加 T。st 当 sm时 1 ，Tst 若Tm再增 加电阻， 减T小st。
sn
0 n1 sm
除了上述特性外，还有
改变电源频率、极对数等人 为机械特性。
5.3.3 回馈制动
实现：电动机转子在外力作用下，使n>n1.
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 机状态。 一、下放重物时的回馈制动
电机机械特性曲线1，运行于A点。
首先将定子两相反接,定子旋转磁场 的同步速为-n1，特性曲线变为2。工作 点由A到B。经过反接制动过程（由B到 C）、反向加速过程（C到-n1变化）， 最后在位能负载作用下反向加速并超过 同步速，直到C点保持稳定运行。
损及过载能力的大小。为了保持变频率前、后过载能力不变，要
求下式成立：
U12 f12TN
U12 f12TN
及 U1 U1
f1 f1
TN TN
1、恒转矩变频率调速 对恒转矩负载 U1 f1 常数
U1 f1 此条件下变频调速，电机的主磁通和过载能力不变。
2、恒功率变频率调速
对恒功率负载
PN
TN nN 9550
5.2.1 三相笼型异步电动机的起动
一、直接起动
可以直接起动的条件：起动电流倍数kI
1 4
3
电源容量（kVA 电动机容量( kW
)
)
二、降压起动
1.Y-△ 降压起动
适用于正常运行时定子绕组为三角形接线 的电动机。起动时 Y接；运行时△接。
起动电流关系:
IstY 1 Ist 3
起动转矩关系:
TstY 1 Tst 3
Y- △ 降压起动多用于空载或轻载起动
2.自耦变压器降压起动
直接起动时的起动电流：Ist
UN ZS
降压后二次侧起动电流：I1st
U1 ZS
UN kZ s
变压器一次侧电流：Ist
1 k
I1st
1 k2
UN Zs
电网提供的起动电流减小倍数：Ist
I st
1 k2
起动转矩减小的倍数：Tst
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 调速等问题。
5.1 三相异步电动机的机械特性
5.2 三相异步电动机的起动
5.3 三相异步电动机的制动
5.4三相异步电动机的调速
5.1三相异步电动机的机械特性
5.1.1 三相异步电动机机械特性的三种表达式
TN nN 9550
常数
得
U1 U1 常数
f1
f1
TN nN f1 TN nN f1
此条件下变频调速，电机的过载能力不变，但主磁通发生变化。
二、频率调速时电动机的机械特性
PYY 1.15P TYY 0.58T
可见，∆-YY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，正串Y-反串Y联结方式的变极调速属恒功率 调速。
四、变极调速时的机械特性 1. Y-YY联结方式
二、变极或变频调速过程中的回馈制动
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。
5.4三相异步电动机的调速
由异步电动机的转速公式
n
n1( 1
最大转矩与额定转矩之比称为过载能力:
T
Tm TN
在特性曲线上还有一个起动转矩，即 n 0(s时 1的) 转矩:
Tst
2
f1
( R1
m1
pU
2 1
R'2
R'2 )2 ( X1
X
' 2
)2
结论：当其它参数一定时
1、起动转矩与电源电压平方成正比； 2、频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，起动转矩越小；
二、倒拉反转的反接制动
条件: 适用于绕线式异步电动机带位能性负载情况。
实现：在转子回路串联适当大电阻RB。
电机工作点由A→B →C，n=0，制动过 程开始，电机反转子， 直到D点。在第四象 限才是制动状态。
由于电机反向旋转， n<0，所以s>1。
反接制动时，s>1，所以有
机械功率为
PMEC
m1
I
E2N 3I2N
R2
Tem
0C
5.3.2 反接制动
一、电源两相反接的反接制动
实现：将电动机电源两相反接可实现反接制动。
由于定子旋转磁场方向改变 , 理 想空载转速变为 n1 ,s 1.
机械特性由曲线1变为曲线 2，工作点由A→B →C， n=0,制动过程结束。
绕线式电动机在定子两反 接同时,可在转子回路串联 制动电阻来限制制动电流 和增大制动转矩 ,曲线3。
1. 降压时的Βιβλιοθήκη 为机械特性U1下降后,Tm 和Tst 均下降,
s
0
n
n1
TL
但 sm不变, T 和 kst 减少。
如果电机在定额负载下运 行,U1下降后, n 下降, s 增大,
sm
转子电流因E2s sE2增大而增
大,导致电机过载。长期欠压
0.8UN
UN
过载运行将使电机过热，减 1 0
少使用寿命。
Tst
1 k2
自耦变压器一般有三个分接头可供选用。