[教育]異步電機(jī)的電力拖動(dòng)

1、大連理工大學(xué)電氣工程系,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,2 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,5 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng),異步電機(jī)的電力拖動(dòng),1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,2 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,5 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng),電機(jī)與拖動(dòng),返回主頁(yè),大連理工大學(xué)電氣工程系,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,一、電磁轉(zhuǎn)矩公式1.

2、電磁轉(zhuǎn)矩的物理公式,Pe = m2 E2 I2 cos?2E2 = 44 f1 kw2N2Φm,T = CTΦm I2 cos?2,※ 轉(zhuǎn)矩常數(shù):,,,第 4 章 異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,2. 電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)公式,,,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,,大連理工大學(xué)電氣工程系,令,,,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,,大連理工大學(xué)電氣工程系,3. 電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用公式,由,最大（臨界）轉(zhuǎn)矩,臨界轉(zhuǎn)差率,由此

3、可見(jiàn)：① T (TM) ∝U12 ， sM 與 U1 無(wú)關(guān)。 ② sM∝R2 ， TM 與 R2 無(wú)關(guān)。,最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù),,,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,,大連理工大學(xué)電氣工程系,若忽略 T0，則,整理上面各式，得,,,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,解上述方程，可得,|s | |sM| 時(shí)取負(fù)號(hào)。,,大連理工大學(xué)電氣工程系,當(dāng) T=TN 時(shí)，則,,,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,(?MT &

4、#177; ?MT2－1 ),,,大連理工大學(xué)電氣工程系,【例 1.1 】 Y132M－4 型三相異步電動(dòng)機(jī)帶某負(fù)載運(yùn)行，轉(zhuǎn)速 n = 1 455 r/min，試問(wèn)該電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL 是多少？若負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL = 45 N·m，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 是多少？,由電工手冊(cè)查到該電機(jī)的 PN = 7.5 kW， n0 = 1 500 r/min，nN = 1 440 r/min，?MT = 2.2。由此求得,,,1

5、 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,解：,,大連理工大學(xué)電氣工程系,= 0.166,TM = ?MT TN,= 2.2×49.76 N·m = 109.47 N·m,,,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,忽略 T0，則,TL = T2,,大連理工大學(xué)電氣工程系,當(dāng) TL = T2 = T = 45 N·m 時(shí),,,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,= 0.036,n = ( 1－s ) n0 =

6、 ( 1－0.036 )×1 500 r/min = 1 446 r/min,,大連理工大學(xué)電氣工程系,二、固有特性,當(dāng) U1 、f1、R2、X2 = 常數(shù)時(shí)： T = f (s ) —— 轉(zhuǎn)矩特性 n = f (T ) —— 機(jī)械特性 當(dāng) U1L = U1N 、f1 = fN，且繞線型轉(zhuǎn)子中不外串電阻或電抗時(shí)的特性稱(chēng)為固有特性。,,,,

7、,,,,,,M SN,N M S,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,,大連理工大學(xué)電氣工程系,額定狀態(tài)是指各個(gè)物理 量都等于額定值的狀態(tài)。N點(diǎn)： n = nN ， s = sN ， T = TN ，P2 = PN。 額定狀態(tài)說(shuō)明了電動(dòng)機(jī) 長(zhǎng)期運(yùn)行的能力

8、TL≤TN，P2 ≤ PN，I1 ≤ IN。,1. 額定狀態(tài)（N點(diǎn)）,,,,sN = 0.01 ~ 0.09 很小， T 增加時(shí)，n 下降很少 —— 硬特性。,工作段,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,,大連理工大學(xué)電氣工程系,臨界轉(zhuǎn)速,2. 臨界狀態(tài)（M 點(diǎn)）,對(duì)應(yīng) s = sM，T = TM 的狀態(tài)。,臨界狀態(tài)明了電動(dòng)機(jī)的 短時(shí)過(guò)載能力。 過(guò)載倍數(shù),Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī) ?MT

9、= 2 ~ 2.2,,,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,,大連理工大學(xué)電氣工程系,3. 堵轉(zhuǎn)狀態(tài)（ S 點(diǎn)）,對(duì)應(yīng) s = 1，n = 0 的狀態(tài)。 —— 又稱(chēng)為起動(dòng)狀態(tài)。,堵轉(zhuǎn)狀態(tài)說(shuō)明了電動(dòng)機(jī)直接 起動(dòng)的能力。 起動(dòng)條件 (1)TS > (1.1 ~1.2)TL。 (2)IS＜允許值。 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù),TS,起動(dòng)電流倍數(shù),,,Y 系列三相 異步電動(dòng)機(jī) ?ST = 1.

10、6 ~ 2.2 ?SC = 5.5 ~ 7.0,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,,大連理工大學(xué)電氣工程系,【例 1.2 】 一臺(tái)Y225M－2 型三相異步電動(dòng)機(jī)，若 TL = 200 N·m，試問(wèn)能否帶此負(fù)載：(1) 長(zhǎng)期運(yùn)行；(2) 短時(shí)運(yùn)行；(3) 直接起動(dòng)（設(shè) Is 在允許范圍內(nèi)）。,解：,查電工手冊(cè)得知該電機(jī)的 PN = 45 kW，nN = 2 970 r/min，?MT = 2.2， ?ST

11、= 2.0。 (1) 電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩,,,由于 TN＜TL ，故不能帶此負(fù)載長(zhǎng)期運(yùn)行。,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,,大連理工大學(xué)電氣工程系,,,(2) 電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩 TM = ?MT TN = 2.2×145 N·m = 319 N·m由于 TM＞TL ，故可以帶此負(fù)載短時(shí)運(yùn)行。 (3) 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 TST

12、 = ?STTN = 2.0×145 N·m = 290 N·m由于 TST＞TL ，且超過(guò) 1.1 倍 TL ，故可以帶此負(fù)載直接起動(dòng)。,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,,大連理工大學(xué)電氣工程系,U1'＞U1",三、人為特性,1. 降低定子電壓時(shí)的人為特性,U1'＞U1",SM 與U1無(wú)關(guān) T 正比于 U12,,,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,,大連理

13、工大學(xué)電氣工程系,2. 增加轉(zhuǎn)子電阻時(shí)的人為特性,sM 正比于 R2 ，TM 與 R2 無(wú)關(guān)。,,,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,,大連理工大學(xué)電氣工程系,R2=X2,,,R2＜X2,R2＞X2,R2' ＜ R2",當(dāng) R2＜X2 時(shí)，sM＜1，R2?→TST?。 當(dāng) R2 = X2 時(shí)，sM = 1，TS= TM。 當(dāng) R2＞X2 時(shí)，sM＞1，R2?→TST ? 。,R2增加后， TST大小則與

14、R2 和 X2的相對(duì)大小有關(guān)。,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,,,,大連理工大學(xué)電氣工程系,3. 改變定子頻率時(shí)的人為特性,(1) f1＜ fN,為保持 Φm = 常數(shù),,因?yàn)?n0∝ f1 ,,所以 △n = n0－nM = sM n0,（不變）,,,所以 TM 不變。,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,,大連理工大學(xué)電氣工程系,f1＜fN,,(2) f1＞fN ， U1 = UN（不變） 調(diào)頻時(shí)：f1? → Φ

15、m ?因?yàn)?n0∝ f1，,所以 △n = n0－nM = sM n0 (不變),f1＞fN,,,,,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,,大連理工大學(xué)電氣工程系,改變磁極對(duì)數(shù)時(shí)的人為特性,,×,×,,,,,,,(a) p = 2,,,S NN S,,,,,,,NS,(b) p = 1,,,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,,大連理工大學(xué)電氣工程系,Y(2p ),YY(p

16、),?(2p ),定子繞組常用的接法,,,,,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,,大連理工大學(xué)電氣工程系,1. Y －YY變極,(1) 2p→p ， n0 → 2n0。(2) N1→N1 /2，KT→4KT 。(3) sM 不變，U1不變。(4) ?n = n0－nM = sM n0 →2sMn0。(5) TM (TS) → 2TM (TS) 。,Y,YY,,,,,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,,大連理工大學(xué)電氣工

17、程系,2. △－ YY變極,(1) 2p → p ，n0 → 2n0。(2) N1→N1 / 2，KT→4KT 。(3) sM 不變，,?,0.5n0,,(4)△n = n0－nM = sM n0 → 2sMn0。(5) TM (TT) → 2/3TM (TT) 。,,,,,1 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,,大連理工大學(xué)電氣工程系,2 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行,一、負(fù)載的機(jī)械特性 n =

18、 f (TL) 轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的參考方向：,1. 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性(1) 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,由摩擦力產(chǎn)生的。當(dāng) n＞0， TL＞0。 當(dāng) n＜ 0，TL＜0。 如機(jī)床平移機(jī)構(gòu)、 壓延設(shè)備等。,,,第 4 章 異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,,(2) 位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,由重力作用產(chǎn)生的。 當(dāng) n＞0， TL＞0。 當(dāng) n＜ 0，TL＞0。 如起重機(jī)的提升機(jī)構(gòu) 和礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)等

19、。2. 恒功率負(fù)載特性,TL n = 常數(shù)。 如機(jī)床的主軸系統(tǒng)等。,,,,2 電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,,大連理工大學(xué)電氣工程系,3. 通風(fēng)機(jī)負(fù)載特性,,TL∝n2 TL 的方向始終與 n 的方向相反。 如通風(fēng)機(jī)、水泵、油泵等。,實(shí)際的通風(fēng)機(jī)負(fù)載,,T0,TL = T0＋k n2,實(shí)際的機(jī)床平移機(jī)構(gòu),,,,,2 電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,,大連理工大學(xué)電氣工程系,二、穩(wěn)定運(yùn)行條件,工作點(diǎn)：,在電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載

20、的機(jī)械特性的交點(diǎn)上。,穩(wěn)定運(yùn)行:,即：T－TL = 0,運(yùn)動(dòng)方程:,T－TL＞ 0,→加速,T－TL＜ 0,→減速,n = 常數(shù),過(guò)渡過(guò)程:,,,2 電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,,大連理工大學(xué)電氣工程系,,a,干擾使 TL ?,a 點(diǎn):,n ?,→ T ?,a',→ a'點(diǎn)。,→ a 點(diǎn)。,→n ?,→T ?,干擾過(guò)后 T＞TL,→T = TL,,,2 電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,,大連理工大學(xué)電氣工程系,,a,a&quo

21、t;,干擾使 TL ?,a 點(diǎn):,n ? → T ? → a'點(diǎn)。,干擾過(guò)后 T＞TL →n ? →T ? →T = TL → a 點(diǎn)。,,,干擾使 TL ?,→T ?,→ a" 點(diǎn)。,→T = TL,干擾過(guò)后 T＜TL,→ n ?,→ T ?,→T = TL → a 點(diǎn)。,2 電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,,大連理工大學(xué)電氣工程系,,b 點(diǎn):,干擾使 TL ?,→n ? →n = 0,→堵轉(zhuǎn)。,→T ?,干擾過(guò)后 T

22、＜TL ，不能運(yùn)行。,b',,,2 電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,,大連理工大學(xué)電氣工程系,,b 點(diǎn):,干擾使 TL ? n? →T? → n? → n = 0 →堵轉(zhuǎn)。,干擾過(guò)后 T ＜TL ，不能運(yùn)行。,干擾使 TL ?,→T ?,→ b' 點(diǎn)。,→ n ??,b',干擾過(guò)后 T＜TL,→n ? → T ?,→ a 點(diǎn)。,,,2 電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,,大連理工大學(xué)電氣工程系,穩(wěn)

23、定運(yùn)行的充分條件:,,,穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn),不穩(wěn)定 運(yùn)行點(diǎn),2 電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,,大連理工大學(xué)電氣工程系,電動(dòng)機(jī)的自適應(yīng)負(fù)載能力,電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動(dòng)調(diào)整這種能力稱(chēng)為自適應(yīng)負(fù)載能力。,自適應(yīng)負(fù)載能力是電動(dòng)機(jī)區(qū)別于其他動(dòng)力機(jī)械的重要特點(diǎn)。 如:柴油機(jī)當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，必須由操作者加大油門(mén)，才能帶動(dòng)新的負(fù)載。,a 點(diǎn)→TL?,新的平衡,→a'點(diǎn),a',T－TL＜0,→n?,→I2?,→T

24、?,I1?→P1?,,,,2 電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行,,大連理工大學(xué)電氣工程系,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),一、電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)指標(biāo)1. 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩足夠大 TST ＞TL TST ≥ (1.1 ~ 1.2) TL2. 起動(dòng)電流不超過(guò)允許范圍。 異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際起動(dòng)情況 起動(dòng)電流大：IST = ?SCIN = (5.5～7) IN 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小：TST = ?StTN = (1.6～2.2)

25、TN,,,第 4 章 異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,不利影響(1)大的 IST使電網(wǎng)電壓降低，影響自身及其他負(fù)載 工作。,(2) 頻繁起動(dòng)時(shí)造成熱量積累，易使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。二、籠型異步電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)1. 小容量的電動(dòng)機(jī)（PN ≤7.5kW）2. 電動(dòng)機(jī)容量滿足如下要求：,,,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,三、籠型異步電動(dòng)機(jī)的減壓起動(dòng),1. 定子串聯(lián)電阻或電抗減壓起動(dòng),

26、M3~,起動(dòng),運(yùn)行,,,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,適用于：正常運(yùn)行為△形聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)。,2. 星形－三角形減壓起動(dòng)（Y－ ? 起動(dòng)）,,,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,適用于：正常運(yùn)行為△形聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)。,2. 星形－三角形減壓起動(dòng)（Y－ ? 起動(dòng)）,Y 起動(dòng),,,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,適用于：正常運(yùn)行為△形聯(lián)結(jié)的電動(dòng)機(jī)。,2. 星形－三角形減壓

27、起動(dòng)（Y－ ? 起動(dòng)）,? 起動(dòng),定子相電壓比,,,定子相電流比,起動(dòng)電流比,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,電源電流比,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比,,,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,,IYI△,,ISTYIST△,=,=,13,,大連理工大學(xué)電氣工程系,(2) ISTY＜Imax （線路中允許的最大電流）。(3) TSTY＞(1.1 ～ 1.2)TL 。,Y－ ? 起動(dòng)的使用條件,,,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

28、,,(1) 正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)采用 ? 形連接的電動(dòng)機(jī)。,【例 3.1 】三相異步電動(dòng)機(jī)，電源電壓 =380V，三相定子繞組?接法運(yùn)行，額定電流IN=20A，啟動(dòng)電流Ist/IN=7，求：（1）?接法時(shí)的啟動(dòng)電流Ist ? （2）若啟動(dòng)時(shí)改為Y接法，求 Ist Y,（1）Ist ? =7 IN =7?20=140A,解：,（2）,Ist Y = Ist ? /3=140/3=47A,大連理工大學(xué)電氣工程系,

29、3. 自耦變壓器減壓起動(dòng),,,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,3. 自耦變壓器減壓起動(dòng),起動(dòng),,,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,,,3. 自耦變壓器減壓起動(dòng),運(yùn)行,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,3. 自耦變壓器減壓起動(dòng),定子線電壓比,= KA,,,定子相電壓比,定子相電流比,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,3. 自耦變壓器減壓起動(dòng),,,

30、起動(dòng)電流比,電源電流比,= KA2,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比,= KA2,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,,,降壓比 KA 可調(diào) QJ2 型三相自耦變壓器： KA = 0.55、0.64、0.73 QJ3 型三相自耦變壓器： KA = 0.4、0.6、0.8,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,(1) ISTa＜Imax

31、（線路中允許的最大電流） (2) TSTa＞(1.1 ～ 1.2)TL,自耦變壓器減壓起動(dòng)的使用條件,延邊三角形換接降壓?jiǎn)?dòng),優(yōu)點(diǎn)：延邊三角形啟動(dòng)可以獲得比“星形—三角形”啟動(dòng)更大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，而且設(shè)備簡(jiǎn)單，只需一轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)。缺點(diǎn)：定子繞組的抽頭較多。,大連理工大學(xué)電氣工程系,【例 3.2 】 一臺(tái) Y250M－6 型三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，UN = 380 V，? 聯(lián)結(jié)，PN = 37 kW， nN = 985 r/min，IN = 7

32、2 A，?ST= 1.8，?SC = 6.5。如果要求電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)， 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須大于 250 N·m，從電源取用的電流必須小于 360A。試問(wèn)：(1) 能否直接起動(dòng)？(2) 能否采用 Y－? 起動(dòng)？ (3) 能否采用 KA = 0.8 的自耦變壓器起動(dòng)？,解： (1) 能否直接起動(dòng),,,直接起動(dòng)時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流為 TST = ?ST TN = 1.8×359 N·m = 646

33、N·m IST = ?SC IN = 6.5×72 A = 468 A,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,雖然 TST＞250 N·m，但是 IST ＞360 A，所以 不能采用直接起動(dòng)。,(2) 能否采用 Y－? 起動(dòng),雖然 ISTY＜360 A，但是 TSTY＜250 N·m，所以 不能采用 Y－? 起動(dòng)。 (3) 能否采用 KA

34、= 0.8 的自耦變壓器起動(dòng) TSTa = KA2TST = 0.82×646 N·m = 413 N·m ISTa = KA2IST = 0.82×468 A = 300 A,,,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,由于 TSTa ＞250 N·m，而且 ISTa＜360 A，所以 能采用 KA = 0.8 的自耦變壓器起動(dòng)。,

35、,,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,1),解:,【例 3.3 】一臺(tái)Y225M-4型的三相異步電動(dòng)機(jī)，定子繞組△型聯(lián)結(jié)，其額定數(shù)據(jù)為：PN=45kW,nN=1480r/min，UN=380V,?N=92.3%,cos?N=0.88,KC = 7.0,Ks = 1.9,KM = 2.2求：1) 額定電流IN? 2) 額定轉(zhuǎn)差率sN? 3) 額定轉(zhuǎn)矩TN 、最大轉(zhuǎn)矩TM 和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TS 。,3 三相異步電動(dòng)機(jī)

36、的起動(dòng),2）由nN=1480r/min，可知 p=2 （四極電動(dòng)機(jī)）,3）,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,【例 3.4 】在上例中如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 510.2N?m , 試問(wèn):（1） 在U=UN 和U ´=0.9UN兩種情況下電動(dòng)機(jī)能否起動(dòng)？（2）采用Y- ? 換接起動(dòng)時(shí)，求起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 （3）當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的80%和50%時(shí)，電動(dòng)機(jī)能否 Y- ? 換接起動(dòng)？,解：(1) 在

37、U=UN時(shí) TS = 551.8 N·m > 510.2 N·m,,在U´= 0.9UN 時(shí),能起動(dòng),不能起動(dòng),3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),（3）在80%額定負(fù)載時(shí):,在50%額定負(fù)載時(shí):,（2） Ist ?=KCIN=7?82=589.4 A,不能起動(dòng),能起動(dòng),3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),大連理工大學(xué)電氣工程系,5. 軟起動(dòng)器起動(dòng),限壓起動(dòng)模式的起動(dòng)過(guò)程,限

38、流起動(dòng)模式的起動(dòng)過(guò)程,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,,,大連理工大學(xué)電氣工程系,四、繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻起動(dòng),1. 無(wú)級(jí)起動(dòng),3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,,,大連理工大學(xué)電氣工程系,由幾何關(guān)系求得起動(dòng)變阻器的最大值為,由銘牌數(shù)據(jù)求得轉(zhuǎn)子每相繞組電阻的公式為,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,,,大連理工大學(xué)電氣工程系,(1) 起動(dòng)過(guò)程分析,①串聯(lián) RST1 和 RST2 起動(dòng)（特性 a） 總電阻 R22 = R

39、2 + RST1+ RST2,n0,,a (R22),T2,,,,a1,,,a2,T1,切除 RST2,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,2. 有級(jí)起動(dòng),大連理工大學(xué)電氣工程系,,,b (R21),,b1,b2,② 合上 Q2 ，切除 RST2（特性 b） 總電阻 R21 = R2+ RST1,,,切除 RST1,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,③ 合上 Q1 ，切除 RST1（特性 c） 總

40、電阻: R20＝R2,,c (R20),,c1,c2,,,p,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,(2) 起動(dòng)電阻的計(jì)算,① 選擇 T1 和 T2 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩： T1 = (0.8 ~ 0.9) TM 切換轉(zhuǎn)矩： T2 = (1.1 ~ 1.2) TL② 求出起切轉(zhuǎn)矩比 ?,③ 確定起動(dòng)級(jí)數(shù) m 根據(jù)相似三角形的幾何關(guān)系來(lái)推導(dǎo)。,,,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,大連理工大

41、學(xué)電氣工程系,,同理可得：,,,因?yàn)?sa2 = sb1 ，sb2 = sc1 sM∝ R2,所以,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,因此有下面的關(guān)系,R21 =βR2 R22 =βR21 =β2R2對(duì)于 m 級(jí)起動(dòng)，有 R2m = βmR2式中 R2m = R2＋RST1＋RST

42、2＋ ··· ＋RSTm 于是得到下式：,因?yàn)?,,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,對(duì)于 m 級(jí)起動(dòng)，則有,在固有特性 c 上，有關(guān)系,因此可得,,,④ 重新計(jì)算? ，校驗(yàn)是否在規(guī)定范圍內(nèi)。,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,⑤ 求出各級(jí)起動(dòng)電阻,RSTi =(βi － β i-1 ) R2,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,,,i=1,2,3,…,大連理工大

43、學(xué)電氣工程系,【例 3.5 】 JR41－4 型三相繞線型異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)某生產(chǎn)機(jī)械。已知電動(dòng)機(jī)的 PN = 40 kW，nN = 1 435 r/min，?MT = 2.6， U2N = 290 V， I2N = 86 A。已知起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL = 200 N·m ，采用轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)。起動(dòng)級(jí)數(shù)初步定為三級(jí)。求各級(jí)應(yīng)串聯(lián)的起動(dòng)電阻。,解： (1) 選擇起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 T1,,,TM = ?MT TN = 2.6&

44、#215;266.32 N·m = 692.43 N·m T1 = ( 0.8 ~ 0.9 )TM = ( 553.94 ~ 623.19 ) N·m取 T1 = 580 N·m,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,(2) 求出起切轉(zhuǎn)矩比 ? (3) 求出切換轉(zhuǎn)矩 T2,由于 T2 >

45、;1.1TL，所以所選 m 和β 合適。(4) 求出轉(zhuǎn)子每相繞組電阻 R2,,,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,,,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),(5) 求出各級(jí)起動(dòng)電阻 RST1 = (β－1)R2 = (2.2－1) ×0.084 4 ?=0.1 ? RST2 = (β2－ β)R2

46、 = (2.22－2.2) ×0.084 4 ?=0.22 ? RST3 = (β3－ β2)R2 = (2.23－ 2.22) ×0.084 4 ?=0.49 ?,,大連理工大學(xué)電氣工程系,頻敏變阻器 頻率高：損耗大，電阻大。 頻率低：損耗小，電阻小。 轉(zhuǎn)子電路起動(dòng)時(shí) f2 高，電阻大，

47、 TST' 大， IST' 小。 轉(zhuǎn)子電路正常運(yùn)行時(shí) f2 低，電阻小， 自動(dòng)切除變阻器。,※五、繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)頻敏變阻器起動(dòng),頻敏變阻器,,,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,,※六、改善起動(dòng)性能的三相籠型異步電動(dòng)機(jī),1. 深槽型異步電動(dòng)機(jī) 槽深 h 與槽寬 b 之比為：h / b = 8 ~ 12,,,,,漏電抗小↑漏電抗大,增大

48、↑電流密度,起動(dòng)時(shí)，f2 高， 漏電抗大，電流的集 膚效應(yīng)使導(dǎo)條的等效 面積減小，即 R2? ， 使 TST? 。 運(yùn)行時(shí)， f2 很低， 漏電抗很小，集膚效 應(yīng)消失，R2?→? ? 。,,,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,2.雙籠型異步電動(dòng)機(jī),,,電阻大漏抗小電阻小漏抗大,上籠（外籠）下籠（內(nèi)籠）,起動(dòng)時(shí)， f2 高， 漏抗大，起主要

49、作用， I2 主要集中在外籠， 外籠 R2 大→ TST 大。 外籠 —— 起動(dòng)籠。 運(yùn)行時(shí)， f2 很低 ， 漏抗很小，R2 起主要作用， I2 主要集中在內(nèi)籠。 內(nèi)籠 —— 工作籠。,,,3 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,1. 改變磁極對(duì)數(shù) p2. 改變轉(zhuǎn)差率 s 3. 改變電源頻率 f1(變頻調(diào)速),調(diào)速方法：,—— 有

50、級(jí)調(diào)速。,,,第 4 章 異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng),,大連理工大學(xué)電氣工程系,一、電動(dòng)機(jī)的調(diào)速指標(biāo),1. 調(diào)速范圍2. 調(diào)速方向3. 調(diào)速的平滑性 —— 平滑系數(shù) 調(diào)速的穩(wěn)定性 —— 靜差率 D、δ、 ?nN 的關(guān)系 (nN = nmax),,,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,,大連理工大學(xué)電氣工程系,例如：nN = 1 430 r/min，△nN = 115 r/min ， 要求δ≤30%、則

51、 D = 5.3。,要求δ≤20%、則 D = 3.1。 再如： nN = 1 430 r/min， D = 20，δ≤5%， 則 ?nN = 3.76 r/min。5. 調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性6. 調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載 不同轉(zhuǎn)速下滿載運(yùn)行時(shí)： 輸出轉(zhuǎn)矩相同 —— 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。　 輸出功率相同 —— 恒功率調(diào)速。,,,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,,大連理工大學(xué)電氣工程系,二、籠型異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速

52、,U、f 可 變,整流電路,逆變電路,50 Hz,,,,,,,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,,大連理工大學(xué)電氣工程系,1. 調(diào)速方向 f1＜fN 時(shí)：n ? 。 2. 調(diào)速范圍 D 較大。 3. 調(diào)速的平滑性 平滑性好（無(wú)級(jí)調(diào)速）。 調(diào)速的穩(wěn)定性 穩(wěn)定性好。 5. 調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性 初期投資大；運(yùn)行費(fèi)用不大。 6. 調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載,f1＞fN 時(shí)：n ?

53、 。,,,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,,大連理工大學(xué)電氣工程系,,,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,因?yàn)?→Φm 基本不變， 基本不變。,所以,T = CTΦm I2N cos?2,(1) f1＜fN 時(shí),—— 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。,P2 = T2Ω,≈TΩ,(2) f1 ＞fN 時(shí) 因?yàn)?U1L = UN,所以 T = CTΦm I2N cos?2,∝T n,= 常數(shù),—— 恒功率調(diào)速。,,大連理工大

54、學(xué)電氣工程系,變頻器,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,,大連理工大學(xué)電氣工程系,,,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,優(yōu)點(diǎn)：(1) 一體化的通用變頻器和電動(dòng)機(jī)的組合可以提供最大效率。(2) 變速驅(qū)動(dòng)，輸出功率范圍寬（如從 120 W~7.5 kW）。(3) 在需要的時(shí)候，通用變頻器可以方便地從電動(dòng)機(jī)上移走。 (4) 高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。,電機(jī)變頻器一體化產(chǎn)品,,大連理工大學(xué)電氣工程系,【例 1 】 某三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，PN = 15 kW

55、，UN = 380 V， ?形聯(lián)結(jié)，nN = 2 930 r/min，fN = 50 Hz，?MT= 2.2。拖動(dòng)一恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行， T = 40 N·m 。求：(1) f1 = 50 Hz，U1 = UN 時(shí)的轉(zhuǎn)速；(2) f1 = 40 Hz，U1 = 0.8UN 時(shí)的轉(zhuǎn)速； (3) f1 = 60 Hz，U1 = UN 時(shí)的轉(zhuǎn)速。,解： (1),,,TM = ?MT TN = 2.2×48.91 N&#

56、183;m =107.61 N·m,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,,大連理工大學(xué)電氣工程系,n = ( 1－s ) n0 = ( 1－0.018 7 )×3 000 r/min = 2 944 r/min(2),,,故 T'M = TM = 107.61 N·m,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,,大連理工大學(xué)電氣工程系,,,n' = ( 1－s') n

57、'0 = ( 1－0.023 3 ) ×2 400 r/min = 2 344 r/min,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,,大連理工大學(xué)電氣工程系,(3) f1增加，U1 不變時(shí)，,,,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,= ( 1－0.023 4 )×3 600 r/min = 3 516 r/min,,大連理工大學(xué)電氣工程系,三、籠型異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速,,,,,1. 調(diào)速方向 Y(△)

58、→YY ：n ? YY→Y (?) ： n?2. 調(diào)速范圍 D = 2 ~ 4,,,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,3. 調(diào)速的平滑性 平滑性差。 調(diào)速的穩(wěn)定性 穩(wěn)定性好。,,大連理工大學(xué)電氣工程系,靜差率：5. 調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性 經(jīng)濟(jì)性好。6. 調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載 ① YY－Y 滿載輸出功率： 滿載輸出轉(zhuǎn)矩：,(基本不變）,因?yàn)?,,4 三相異步

59、電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,—— 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。,,大連理工大學(xué)電氣工程系,如果 cos?1 、η不變，則,（恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速）,(2) YY－?,因?yàn)?如果cos?1 、 η不變，則,≈1,（恒功率調(diào)速）,,,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,——（近似）恒功率調(diào)速。,,大連理工大學(xué)電氣工程系,【例 2 】 某三相多速電動(dòng)機(jī)，PN = 2.2/3.8 kW，nN = 1 440/2 880 r/min， ?MT = 2.0/2.0。拖動(dòng)TL = 10 N&

60、#183;m 的 恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。求在兩種不同磁極對(duì)數(shù)時(shí)的轉(zhuǎn)速。,解： (1) p = 2 時(shí),4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,,,TM = ?MT TN = 2×16 N·m = 29.2 N·m,,大連理工大學(xué)電氣工程系,n = ( 1－s ) n0 = ( 1－0.026 3 ) ×1 500 r/min = 1 460.55 r/min (2) p = 1 時(shí),,,4 三

61、相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,,大連理工大學(xué)電氣工程系,,,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,TM = ?MT TN = 2×12.61 N·m = 25.22 N·m,n = ( 1－s ) n0 = ( 1－0.030 8 ) ×3 000 r/min = 2 907.6 r/min,,大連理工大學(xué)電氣工程系,四、籠型異步電動(dòng)機(jī)的變壓調(diào)速,,TL,,1. 調(diào)速方向 U1(＜UN)↓ →

62、n↓2. 調(diào)速范圍 D 較小。,,,,,,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,3. 調(diào)速的平滑性 若能連續(xù)調(diào)節(jié)U1， n 可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。,,大連理工大學(xué)電氣工程系,調(diào)速的穩(wěn)定性 穩(wěn)定性差。5. 調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性 經(jīng)濟(jì)性較差。 (1)需要可調(diào)交流電源。 (2)cos?1 和? 均較低。6. 調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載 既非恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，又非恒功率調(diào)速。,因?yàn)?T∝U1P

63、2,所以,U1 ?,→T (n) ?,→ P2??,,,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,,大連理工大學(xué)電氣工程系,【例 3 】 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，PN = 15 kW，UN = 380 V，nN = 960 r/min，?MT = 2。試求：(1) U1 = 380V，TL = 120 N·m 時(shí)的轉(zhuǎn)速；(2) U1 = 300V，TL = 100 N·m 時(shí)的轉(zhuǎn)速。,解： (1) U1 = 380V，TL

64、= 120 N·m 時(shí),4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,,,TM = ?MT TN = 2×149.28 N·m = 298.56 N·m,,大連理工大學(xué)電氣工程系,n = ( 1－s ) n0 = ( 1－0.031 ) ×1 000 r/min = 969 r/min,,,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,,大連理工大學(xué)電氣工程系,,,n = ( 1－s ) n0

65、 = ( 1－0.044 ) ×1 000 r/min = 956 r/min,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,(2) U1 = 300V，TL = 100 N·m 時(shí) sM 不變，Tm ∝U12 ，故 sM = 0.149,,大連理工大學(xué)電氣工程系,五、繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻調(diào)速,,,1. 調(diào)速方向 n ?2. 調(diào)速范圍 D 較小。,,,4 三相

66、異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,,大連理工大學(xué)電氣工程系,Φm不變，,3. 調(diào)速的平滑性 取決于 Rr 的調(diào)節(jié)方式。 調(diào)速的穩(wěn)定性 穩(wěn)定性差。,Rr? →δ ?? 。5. 調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性 初期投資不大，但運(yùn)行效率較低。 6. 調(diào)速時(shí)的允許負(fù)載因?yàn)?調(diào)速前后 U1 、 f1 不變，,,,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,調(diào)速前,—— 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。,,大連理工大學(xué)電氣工程系,調(diào)速后可見(jiàn)調(diào)速前

67、調(diào)速后,,,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,,大連理工大學(xué)電氣工程系,,,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,可見(jiàn)，調(diào)速前后 cos?2 不變，根據(jù) T = CTΦm I2 cos?2可知調(diào)速時(shí)允許的轉(zhuǎn)矩不變，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。,,大連理工大學(xué)電氣工程系,【例 4 】 一臺(tái)三相繞線型異步電動(dòng)機(jī)，拖動(dòng)一恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行。已知 PN = 20 kW，nN = 1 420 r/min， U2N =187 V， I2N = 68.5 A，?M

68、T = 2.3，TL = 100 N·m 。試求：(1) 轉(zhuǎn)子電路未串電阻時(shí)的轉(zhuǎn)速；(2) 轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻 Rr = 0.015 9 ? 時(shí)的轉(zhuǎn)速。,解： (1) 轉(zhuǎn)子電路未串聯(lián)電阻時(shí),4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,,,TM = ?MT TN = 2.3×1357 N·m = 309.5 N·m,,大連理工大學(xué)電氣工程系,n = ( 1－s ) n0 = ( 1－0.038 7

69、 ) ×1 500 r/min = 1 442 r/min(2) 轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻 Rr 時(shí)，TM 不變，sM∝(R2＋Rr),,,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,,大連理工大學(xué)電氣工程系,,,由于 TL 不變，因此 s ∝(R2＋Rr)n' = ( 1－s') n0 = ( 1－0.046 ) ×1 500 r/min = 1 431 r/min,4 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,,大連

70、理工大學(xué)電氣工程系,六、繞線型異步電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速,1. 串級(jí)調(diào)速的原理 在轉(zhuǎn)子電路中串聯(lián)一個(gè)與 e2s 頻率相等、相位相同或相反的附加電動(dòng)勢(shì) ead ，以代替 Rr 上的電壓降，從而使這部分能量不致?lián)p耗掉。轉(zhuǎn)子相電流：,e2s 與 ead 同相位時(shí)：,在引入 ead 的瞬間：,I2s?,→T ?,→n ?,→sE2?,→I2s ?,→T ?,··· →T =TL ?,,,,4 三相異