第五章 三相感應電動機的電力拖動

1、第五章 三相感應電動機的電力拖動51 異步電動機的電磁轉矩和機械特性異步電動機的電磁轉矩和機械特性一、機械特性的三種表達式112221122212221602 )1(602)1(602)1(emPnSRImSnSSRImnSSRImPT1、機械特性的物理表達式22122111111coscos244.4ICIfkNpfmTMw反映了感應電動機的電磁轉矩與氣隙每極磁通和轉子電流有功分量的乘積成正比的物理本質。電磁轉矩的物理表達式2、機械特性的參數(shù)表達式、機械特性的參數(shù)表達式22222222211cosRXSXSRSR22111111cos244. 4IfkNpfmTw22122112)(XXSR

2、RUI根據(jù)簡化電路得到的轉子電流轉子側功率因數(shù)機械特性的參數(shù)表達式221221221111XXSRRSRUmT電磁轉矩的參數(shù)表達式：電磁轉矩與轉速之間的關系曲線，是電動機的機械特性。 幾個關鍵點： 起動點 最大轉矩點 額定工作點 電動，發(fā)電，制動三種運行狀態(tài) 電磁轉矩的參數(shù)表達式（2）異步電動機的T-s曲線上有一個最高點； 最大轉矩可以根據(jù)高等數(shù)學中求極值的方法求得。 221212)(0XXRRSdSdTm令：22121212111max21XXRRUmT代入轉矩公式，得過載能力：最大轉矩與額定轉矩之比：NmTTmax（1.62.2)最大轉矩，過載能力最大轉矩與電網(wǎng)電壓的平方成正比； 最大轉矩

3、近似與漏電抗成反比； 最大轉矩的位置可以由轉子電阻的大小來調(diào)整； 最大轉矩的值與轉子電阻值沒有關系；異步電動機調(diào)節(jié)轉子電阻時機械特性的變化。關于最大轉矩的幾個重要結論22121212111max21XXRRUmT起動電流指起動瞬間電機從電網(wǎng)吸收的電流；從等效電路求出起動電流：22122112)()(XXRRUIIst起動轉矩，即起動瞬間電動機的電磁轉矩22122122111)()(1XXRRRUmTst若令Sm = 1221212)(XXRR起動轉矩等于最大轉矩。對于繞線式轉子可通過外串電阻達到。起動電流、起動轉矩異步電動機的起動轉矩與電壓的平方成正比； 總漏抗越大，起動轉矩越?。?繞線式異步

4、電動機可以在轉子回路串入適當?shù)碾娮杩梢栽龃笃饎愚D矩； 起動轉矩的幾個重要結論 當 時， 起動轉矩最大。221212)(XXRR22122122111)()(1XXRRRUmTst通過銘牌數(shù)據(jù)求取電動機轉矩的方法。3 轉矩的實用計算公式SSSSTTmm2max12mmNmSSmSRXXRXXSRRSXXRRRTT2221212212212212112max)(2二、固有機械特性當定子的對稱三相繞組按規(guī)定的接線方式；定子不經(jīng)任何阻抗直接加額定電壓、額定頻率的三相電壓；轉子回路不串任何阻抗，直接短路。這種情況下得到的nf（T）， 稱為固有機械特性。TS固有機械特性的特殊點固有機械特性的特殊點：起動點

5、A：該點S1；臨界點B：該點SSm；額定點C：該點SSn；同步點D：該點S0，1. 又稱理想空載點；S=0S=1T0SnTnSmTm三、人為機械特性人為地改變電動機地任一個參數(shù)（如U1、f1、p、定子回路電阻或電抗、轉子回路電阻或電抗的機械特性稱為人為機械特性。 降低定子端電壓的人為特性；改變轉子回路的電阻的人為特性；改變定轉子回路電抗的人為特性；改變極數(shù)后的人為特性；改變輸入頻率的人為特性；22122122111)()(1XXRRRUmTst起動轉矩：22121212111max21XXRRUmT最大轉矩：2)(21212XXRRSm臨界轉差率：ST改變定子電壓的人為特性TS改變轉子電阻的人

6、為特性TS改變定子電抗的人為特性人為特性曲線5-2 三相感應電動機的起動起動性能包括： 起動電流倍數(shù)Ist/IN; 起動轉矩倍數(shù)Mst/MN; 起動時間 起動時消耗的能量 起動設備的簡單和可靠； 起動的過渡時間異步電動機直接起動時的問題：電流大但轉矩并不大。2212211122)()(cosXXSRRUIICTmMem 起動時， S1， 等效阻抗小， 起動電流大； f2f1 ， 2接近900， cos 2很小， 轉子電流用功分量小。 異步電動機的起動， 存在兩種矛盾： 電動機起動電流大， 供電網(wǎng)絡承受沖擊電流能量有效；1. 電動機起動轉矩小， 負載要求有足夠的轉矩才起動；異步電動機起動分四種情

7、況：小容量輕載起動；中、大容量輕載起動；小容量電機重載起動；1. 中、大容量重載起動；一、小容量電動機輕載起動直接起動不僅取決于電機本身的大小， 還與供電電網(wǎng)容量和供電線路長短有關。 （要求母線降落不大于10） 電動機容量與供電變壓器的比值； 起動是否頻繁； 供電線路距離； 同一臺變壓器其它用戶的要求；一般7.5KW以下電機允許直接起動。二、中、大容量電動機輕載起動降壓起動此時主要矛盾時電流。 降低電流的方法， 主要靠降低電壓。2212211)()(XXRRUIQ起動電流：降壓起動時， 起動電流與定子電壓成比例降低。待轉速升高到一定值， 恢復全電壓。 注意： 起動轉矩與U2成正比， 降壓起動后

8、， 比起動電流降低得更厲害。常用的降壓起動方法 定子串電阻或電抗降壓起動； 用自耦變壓器降壓起動； Y起動 延邊三角形起動三、小容量電動機重載起動主要矛盾是起動轉矩不足。解決的方法： 容量大一號的電動機； 高起動轉矩的電動機特殊電機獲得高起動轉矩的原因， 主要是轉子電阻的影響。轉子參數(shù)自動隨轉速的變化而變化。 如雙鼠籠電機和深槽電機。集膚效應 漏磁通只穿過槽一次， 由 槽底鐵心形成閉合回路。 可以看成許多單元導體的并聯(lián)； 越接近槽口的導體所交鏈的漏磁通越少， 即漏抗?。唤咏鄣椎讍卧?，漏抗大， 使導體電流密度分布不均， 產(chǎn)生把電流向槽口排擠的“趨表效應”； 電機轉速越低， 轉子電流頻率越高，

9、趨表效應越突出； 導體的導電高度縮小， 轉子電阻增加； 深槽式：高度是寬度的1012倍， 堵轉時， 電阻達額定運行的3倍， 隨著轉速升高， 頻率降低， 電流分布趨向均勻， 轉子電阻自動減小。 雙鼠籠式： 兩套繞組， 材料不同， 截面也不同。 外籠： 起動籠， 截面小， 材料選用電阻系數(shù)大； 內(nèi)籠： 工作籠， 截面大， 電阻系數(shù)小。 外籠內(nèi)籠四、中、大容量電動機重載起動兩種矛盾同時起作用。 采用繞線式電機， 轉子串電阻。 既增大起動轉矩， 又減小起動電流。 常用的方法：轉子串電阻或轉子串頻敏變阻器。 5-3 三相感應電動機的制動三相異步電動機的電動狀態(tài)：電磁轉矩T與轉速n同方向，電機從電源吸收電

10、功率，扣除自身損耗外， 轉變?yōu)闄C械功率送至負載；三相異步電動機的制動狀態(tài)：T與n方向相反；制動狀態(tài)方式： 反接制動； 回饋制動； 能耗制動；一、反接制動1. 轉向反向的反接制動（正接反轉）重物下放的例子： TZ與轉速n方向一致。 穩(wěn)態(tài)時， 電磁轉矩TTZ， 方向與n相反。 從機械特性分析： A點（電動狀態(tài)）n0, T0 B點（制動狀態(tài)）n0足夠大的電阻ABTS 轉差率：1)(1111nnnnnnS性質：等效電阻：0)(12RRSS機械功率吸收機械功率；0)(122RRSSI0)(2221SRRImPem電能從定子傳向轉子；PPpemcu 2全部消耗在電阻上；2、兩相對調(diào)ABTS電機原運行于電動

11、狀態(tài)，兩相對調(diào)后， 氣隙磁密立即反向， 以n1轉速旋轉； 電機機械特性從1到2； SSSSTTnnnnnnSmmm211111反接的過程， 從反接開始到轉子為零的過程。兩種反接制動， 均有S1, 機械功率為輸入。區(qū)別： 前者由負載提供機械功率 后者由整個轉動部分提供儲能。二、異步機的回饋制動把轉軸上輸入的機械功率， 經(jīng)異步機轉化為電功率送到電網(wǎng)。軸上外施驅動轉矩， 電機以同步方向旋轉020221211118090 ),(tan ,0 ,RSXn-nnSnn能量流向：ememememPSPPSPSRImPIUmP)1 (00cos222111111T與n方向相反， 處于制動狀態(tài)回饋制動的實現(xiàn)（1

12、）同步轉向反向的回饋制動（反接正轉）定子兩相對調(diào)后， 位能性負載最后穩(wěn)定于第四象限， 重物以高于同步速的速度下放。（2）同步轉向不變的回饋制動電車下坡 ；變極或變頻調(diào)速過程；三、異步電動機的能耗制動制動時， 三相繞組脫離三相電源， 由直流電流過定子繞組，在氣隙中形成恒定磁場。 過程分析：由于慣性， 轉子仍以n速度旋轉切割磁力線感應電勢感應電流產(chǎn)生電磁力制動轉矩在制動轉矩和負載轉矩共同作用下， 轉子減速至n0。能耗制動可使反抗性負載準確停機， 使位能性負載勻速下放。 注意：恒定磁場獲得， 需通過定子繞組的改接5-4 三相感應電動機的調(diào)速 要求電動機具有幾種轉速； 在一定的范圍內(nèi)可以連續(xù)調(diào)速；調(diào)速的方法：)1 ()1 (1601SnSnpf（1） 改變定子繞組的極對數(shù)p；（2）改變電源的頻率f1；（3）改變電動機的轉差率； 改變定子繞組的端電壓； 改變定子繞組的外