電機及拖動基礎c10

1、第十章第十章 三相異步電動機的機械三相異步電動機的機械特性及各種運轉狀態(tài)特性及各種運轉狀態(tài)第一節(jié)第一節(jié) 三相異步電動機機械特性的三種表達式三相異步電動機機械特性的三種表達式一、物理表達式一、物理表達式122cosTmTCI式中：式中：11112wTpm N kC異步機的轉矩系數(shù)異步機的轉矩系數(shù) 異步機每極磁通異步機每極磁通 m2222222222222cos)/(/cosXsRRXsRsR2222222XsREI異步電動機的異步電動機的機械特性機械特性二、參數(shù)表達式二、參數(shù)表達式 21112wmEf N k 12sfp1222cossmTE I 可得可得222ZIE222/cosZsR2122

2、smRTIs則得則得3由于異步電動機的電磁功率為由于異步電動機的電磁功率為221 2eRPm IsesPT 分子分母同乘以分子分母同乘以（1-s），），即得即得 2PT 由異步電動機的近似等效電路由異步電動機的近似等效電路 2222112UIRRXXs 得異步電動機的機械特性參數(shù)表達式得異步電動機的機械特性參數(shù)表達式221222112sRUmsTRRXXs4221212XXRRsm臨界轉差率臨界轉差率 0d/dsT使使 ，即可求得，即可求得 最大轉矩最大轉矩 21max2211122sUmTRRXX 由于由于211XXR212XXRsm21max122()smUTXX 起動轉矩起動轉矩 221

3、221212stsU RmTRRXX起動轉矩倍數(shù)起動轉矩倍數(shù) N/TTKstst5三、實用表達式三、實用表達式1max212212mmmmRTsRTsRssssR忽略忽略 R1 得機械特性的實用表達式得機械特性的實用表達式max2mmTTssss)1(2NTTmKKss可以求出可以求出（式中（式中 ）NNssnnsnmaxNNN2mmTTssss6第二節(jié)第二節(jié) 三相異步電動機的固有機械特性三相異步電動機的固有機械特性與人為機械特性與人為機械特性一、固有機械特性一、固有機械特性 固有機械特性是指異步電動機工作在額定電壓及額定頻率下，固有機械特性是指異步電動機工作在額定電壓及額定頻率下，電動機按規(guī)

4、定的接線方法接線，定子及轉子電路中不外接電阻（電電動機按規(guī)定的接線方法接線，定子及轉子電路中不外接電阻（電抗或電容）時所獲得的機械特性曲線抗或電容）時所獲得的機械特性曲線 。三相異步電動機三相異步電動機的固有機械特性的固有機械特性1）起始點）起始點A；2）額定工作點）額定工作點B；3）同步轉速點）同步轉速點H；4）最大轉矩點）最大轉矩點P和和P。7二、人為機械特性二、人為機械特性三相異步電動機降低定子三相異步電動機降低定子相電壓時的人為機械特性相電壓時的人為機械特性（一）降低（一）降低 xU 降低后電動機電流將大于降低后電動機電流將大于額定值，電動機如長時連續(xù)運行，額定值，電動機如長時連續(xù)運行

5、，最終溫升將超過允許值，導致電最終溫升將超過允許值，導致電動機壽命縮短，甚至燒壞。動機壽命縮短，甚至燒壞。xU轉子電路內串聯(lián)對稱電阻轉子電路內串聯(lián)對稱電阻時的人為機械特性時的人為機械特性（二）轉子電路內串聯(lián)對稱電阻（二）轉子電路內串聯(lián)對稱電阻 轉子電路串聯(lián)對稱電阻轉子電路串聯(lián)對稱電阻適用于繞線轉子異步電動機適用于繞線轉子異步電動機的起動，也可用于調速。的起動，也可用于調速。 8（三）定子電路串聯(lián)對稱電抗（三）定子電路串聯(lián)對稱電抗定子電路內串聯(lián)對稱電抗定子電路內串聯(lián)對稱電抗時的人為機械特性時的人為機械特性 定子電路串聯(lián)對稱電抗定子電路串聯(lián)對稱電抗一般用于籠型異步電動機的一般用于籠型異步電動機的降

6、壓起動，以限制電動機的降壓起動，以限制電動機的起動電流。起動電流。定子電路內串聯(lián)對稱電阻定子電路內串聯(lián)對稱電阻時的人為機械特性時的人為機械特性（四）定子電路串聯(lián)對稱電阻（四）定子電路串聯(lián)對稱電阻 與串聯(lián)對稱電抗時相同，與串聯(lián)對稱電抗時相同，定子串聯(lián)對稱電阻一般也用于定子串聯(lián)對稱電阻一般也用于籠型異步電動機的減壓起動籠型異步電動機的減壓起動 。9轉子電路接入并聯(lián)阻抗時轉子電路接入并聯(lián)阻抗時的電路圖和人為機械特性的電路圖和人為機械特性（五）轉子電路接入并聯(lián)阻抗（五）轉子電路接入并聯(lián)阻抗 由于轉子電路參由于轉子電路參數(shù)可變，如果參數(shù)配合數(shù)可變，如果參數(shù)配合恰當，電動機在整個加恰當，電動機在整個加速過

7、程中產生幾乎恒定速過程中產生幾乎恒定的轉矩，在右圖上繪出的轉矩，在右圖上繪出了這樣的人為機械特性。了這樣的人為機械特性。轉子電路接入并聯(lián)阻抗轉子電路接入并聯(lián)阻抗時的轉子等效電路圖時的轉子等效電路圖10第三節(jié)第三節(jié) 三相異步電動機的各種運轉狀態(tài)三相異步電動機的各種運轉狀態(tài) 一、電動運轉狀態(tài)一、電動運轉狀態(tài) 電動運轉狀態(tài)的特點是電動機電動運轉狀態(tài)的特點是電動機轉矩的方向與旋轉的方向相同。轉矩的方向與旋轉的方向相同。 電動狀態(tài)下異步電電動狀態(tài)下異步電動機的機械特性動機的機械特性二、制動運轉狀態(tài)二、制動運轉狀態(tài) 異步電動機可工作于回饋制異步電動機可工作于回饋制動，反接制動及能耗制動三種制動，反接制動及

8、能耗制動三種制動狀態(tài)。其共同特點是電動機轉動狀態(tài)。其共同特點是電動機轉矩與轉速的方向相反，以實現(xiàn)制矩與轉速的方向相反，以實現(xiàn)制動。此時，電動機由軸上吸收機動。此時，電動機由軸上吸收機械能，并轉換為電能。械能，并轉換為電能。 11（）回饋制動狀態(tài)）回饋制動狀態(tài) 位能負載帶動異位能負載帶動異步電動機進入回步電動機進入回饋制動狀態(tài)饋制動狀態(tài)異步電動機在回饋異步電動機在回饋制動時的相量圖制動時的相量圖 當異步電動機由于某種原因（例如位能負載當異步電動機由于某種原因（例如位能負載的作用的作用 ），使其轉速高于同步速度），使其轉速高于同步速度 時，轉子感時，轉子感應電動勢反向，轉子電流的有功分量也改變了方

9、應電動勢反向，轉子電流的有功分量也改變了方向，其無功分量的方向則不變。此時異步電動機向，其無功分量的方向則不變。此時異步電動機既回饋電能，又在軸上產生機械制動轉矩，即在既回饋電能，又在軸上產生機械制動轉矩，即在制動狀態(tài)下工作。制動狀態(tài)下工作。12當當 時時 snn/0sssnnn轉子電流的有功分量為轉子電流的有功分量為 222cosIIa22222222222/XsRsRXsREIa222222/XsRsRE轉子電流的無功分量為轉子電流的無功分量為 222sinII22222222222/EXIRsXRsX 222222/XsRXE122cosTmTCI也為負，與轉速方向相反也為負，與轉速方向

10、相反異步電動機軸上輸出的機械功率也為負異步電動機軸上輸出的機械功率也為負TP 213異步電動機回饋制異步電動機回饋制動時的機械特性動時的機械特性 如果異步機定子脫離電網，如果異步機定子脫離電網，又希望它能發(fā)電，則必須在異又希望它能發(fā)電，則必須在異步機定子三相之間接上連接成步機定子三相之間接上連接成三角形或者星形的三組電容器。三角形或者星形的三組電容器。這時電容器組可供給異步電動這時電容器組可供給異步電動機發(fā)電所需要的無功功率，即機發(fā)電所需要的無功功率，即供給建立磁場所需要的勵磁電供給建立磁場所需要的勵磁電流。流。 電容器接成三角形時電容器接成三角形時 N16021031UfICN103 . 0

11、 II 電容器接成星形時電容器接成星形時 N1602103UfIC14轉速反向的反接制動轉速反向的反接制動時的異步電動機特性時的異步電動機特性異步電動機轉速反向異步電動機轉速反向反接制動電路圖反接制動電路圖（二）反接制動狀態(tài)（二）反接制動狀態(tài) 1轉速反向的反接制動轉速反向的反接制動 轉子軸上機械功率轉子軸上機械功率 為負為負2(1)ePPs()1ssssnnnnsnn 此時的轉差率此時的轉差率轉子由定子輸入的電功率即為電磁功率轉子由定子輸入的電功率即為電磁功率 2223feRRPIs為正為正轉子電路的損耗轉子電路的損耗 為兩者之和，因此為兩者之和，因此能量損耗極大能量損耗極大 。22ePPP1

12、5異步電動機定子兩相反異步電動機定子兩相反接的電路圖與機械特性接的電路圖與機械特性2定子兩相反接的反接制動定子兩相反接的反接制動 為了迅速停車或反向，可將定子兩相反接，工作點由為了迅速停車或反向，可將定子兩相反接，工作點由A轉移到轉移到B此時轉差率為此時轉差率為 1ssssnnnnsnn 在兩相反接時在兩相反接時 ，電動機的轉矩為，電動機的轉矩為T，與負載轉矩共同作用下，與負載轉矩共同作用下，電動機轉速很快下降，這相當于圖中機械特性的電動機轉速很快下降，這相當于圖中機械特性的BC段。段。 在轉速為零的在轉速為零的C點，如不切斷電源，點，如不切斷電源，電動機即反向加速，電動機即反向加速，進入反向

13、的電動狀態(tài)進入反向的電動狀態(tài)（對應于特性（對應于特性CD段），段），加速到加速到D點時，電動點時，電動機將穩(wěn)定運轉，實現(xiàn)機將穩(wěn)定運轉，實現(xiàn)了電動機的逆轉過程。了電動機的逆轉過程。16（三）能耗制動狀態(tài)（三）能耗制動狀態(tài)異步電動機能耗制動的異步電動機能耗制動的電路圖與機械特性電路圖與機械特性 當當K1斷開，電動機脫離電網時，立即將斷開，電動機脫離電網時，立即將K2接通，則在定子兩相接通，則在定子兩相繞組內通入直流電流，在定子內形成一固定磁場。當轉子由于慣性繞組內通入直流電流，在定子內形成一固定磁場。當轉子由于慣性而仍在旋轉時，其導體即切割此磁場，在轉子中產生感應電動勢及而仍在旋轉時，其導體即切割

14、此磁場，在轉子中產生感應電動勢及轉子電流。根據左手定則，可確定出轉矩的方向與轉速的方向相反，轉子電流。根據左手定則，可確定出轉矩的方向與轉速的方向相反，即為制動轉矩。即為制動轉矩。 1718各個電流之間有下列關系各個電流之間有下列關系 2222221sin2IIIII得機械特性方程式得機械特性方程式 221 122222(/ )/msmm I XRvTRvXX臨界相對轉速臨界相對轉速 22mmRvXX19三、運轉狀態(tài)小結三、運轉狀態(tài)小結 在正轉方向，特性在正轉方向，特性1 1與與11的第二的第二象限為回饋制動特性，第四象限象限為回饋制動特性，第四象限為反接制動特性；為反接制動特性；在反轉方向，

15、特性在反轉方向，特性2 2與與22的第二的第二象限為反接制動特性，而第四象象限為反接制動特性，而第四象限則為回饋制動特性。限則為回饋制動特性。能耗制動電路的聯(lián)結方法有所不能耗制動電路的聯(lián)結方法有所不同，其機械特性用曲線同，其機械特性用曲線3 3與與33表表示，第二象限部分對應于電動機示，第二象限部分對應于電動機正轉，而第四象限則對應于反轉。正轉，而第四象限則對應于反轉。圖中特性圖中特性1 1，22及及33對應于異對應于異步電動機轉子有串聯(lián)電阻時，而步電動機轉子有串聯(lián)電阻時，而1 1，2 2及及3 3則對應于沒有串聯(lián)電阻。則對應于沒有串聯(lián)電阻。 20橋式起重機拖動主鉤異橋式起重機拖動主鉤異步電動

16、機的電路圖步電動機的電路圖對應手柄位置主鉤異步對應手柄位置主鉤異步電動機的機械特性電動機的機械特性21轉速逐級提升過程為轉速逐級提升過程為 lkjihgfedcba轉速逐級提升轉速逐級提升的機械特性的機械特性22空鉤提升與下放時空鉤提升與下放時的負載轉矩特性的負載轉矩特性提升和下放空鉤時的機提升和下放空鉤時的機械特性與負載轉矩特性械特性與負載轉矩特性在空鉤下放時也屬電動狀態(tài)。此時不但有空鉤重量產生的在空鉤下放時也屬電動狀態(tài)。此時不但有空鉤重量產生的位能力矩，而且有摩擦力產生的阻力矩，而阻力矩又比位位能力矩，而且有摩擦力產生的阻力矩，而阻力矩又比位能力矩大能力矩大 ， 將二者疊加即為電動機軸上的

17、負載轉矩。將二者疊加即為電動機軸上的負載轉矩。 23（二）反接制動狀態(tài)（二）反接制動狀態(tài) （三）回饋制動狀態(tài)（三）回饋制動狀態(tài)反接制動下放重物時的機反接制動下放重物時的機械特性與負載轉矩特性械特性與負載轉矩特性回饋制動下放重物時的機回饋制動下放重物時的機械特性與負載轉矩特性械特性與負載轉矩特性24第四節(jié)第四節(jié) 根據異步電動機的技術數(shù)據計算異步電動機的參數(shù)根據異步電動機的技術數(shù)據計算異步電動機的參數(shù) 一般異步電動機的產品目錄中可以查到一些技術數(shù)據，而不給一般異步電動機的產品目錄中可以查到一些技術數(shù)據，而不給出電動機的定、轉子等具體參數(shù)，為此必須用工程計算法計算。一出電動機的定、轉子等具體參數(shù)，為

18、此必須用工程計算法計算。一般可查到下列技術數(shù)據：般可查到下列技術數(shù)據：1NI1）額定功率）額定功率 （kW）2）額定定子線電壓）額定定子線電壓 （V） 3）額定定子線電流）額定定子線電流 （A） 4）額定轉速）額定轉速 （r/min） 5）額定效率）額定效率 6）定子額定功率因數(shù)）定子額定功率因數(shù)7）過載倍數(shù)）過載倍數(shù) 8）飛輪慣量）飛輪慣量 （ ） NP1NUNn %NN1cosmaxN/TTKKTT2GD2mN11N/IIstKKIIN2E2NI9）對于繞線轉子異步電動機，還）對于繞線轉子異步電動機，還給出兩個轉子數(shù)據，即給出兩個轉子數(shù)據，即 a）轉子額定線電動勢）轉子額定線電動勢 （V）

19、 b）轉子額定線電流）轉子額定線電流 （A）10）對于籠型異步電動機，沒有）對于籠型異步電動機，沒有轉子數(shù)據，但給出下列兩個數(shù)據轉子數(shù)據，但給出下列兩個數(shù)據 a）起動轉矩倍數(shù)）起動轉矩倍數(shù) b）起動電流倍數(shù)）起動電流倍數(shù) N/stststKKTT25 此外，還可能給出定子極對數(shù)此外，還可能給出定子極對數(shù)p ；定子繞組的接線方；定子繞組的接線方式；工作制（或定額）；負載持續(xù)率；最高溫升（或絕式；工作制（或定額）；負載持續(xù)率；最高溫升（或絕緣材料等級）等。額定頻率我國為緣材料等級）等。額定頻率我國為50Hz，即，即 Hz 。 501f在已知上述數(shù)據的基礎上，可用工程計算法計算異步電動機參數(shù)在已知上

20、述數(shù)據的基礎上，可用工程計算法計算異步電動機參數(shù) 解解mN13131mN24033095509550NNNnPT0X 例例10-110-1 一繞線轉子異步電動機的技術數(shù)據為：一繞線轉子異步電動機的技術數(shù)據為： kW330NPV6000N1UA47N1Ir/min240Nn878. 0N77. 0cosN19 . 1TKV4952NEA4102NI0I2X1X2RmaxT試用工程計算法計算異步電動機的下列參數(shù)：試用工程計算法計算異步電動機的下列參數(shù)： NTk2R1RmsX2X26maxN1.9 13131N m24949N mTTK T0N0Nnnns04. 02502402500279. 04

21、10349504. 03N2N2N2IEsR5 .11495600095. 095. 0N2N1EUk222kRR 69. 35 .110279. 028 . 2473600004. 095. 0395. 0N1NN11IsUR12NTTmKKss141. 0)19 . 19 . 1 (04. 022716060 5012250sfpn22211N210TU pXRRK T5 .248 . 28 . 2131509 . 1210123/600022225.125 .245 . 05 . 021XXX0932. 05 .11/25.12/2222kXX258. 004. 0/69. 38 . 2

22、5 .24/tgN2121N2sRRXXN12N1cos1sin64. 077. 012N2N1N1N10tgcossin IIA7 .20A)258. 077. 064. 0(470N10395. 0IUX 1597 .203600095. 028第五節(jié)第五節(jié) 繞線轉子異步電動機調速及制動電阻的計算繞線轉子異步電動機調速及制動電阻的計算 計算的方法是按已知條件，利用機械特性（一般是實用表達式）計算的方法是按已知條件，利用機械特性（一般是實用表達式）進行，計算時必須注意不同運轉狀態(tài)下方程式中各參量的正負符號進行，計算時必須注意不同運轉狀態(tài)下方程式中各參量的正負符號等不同特點。等不同特點。8 .

23、 6TKr/min1460NnA166N2I 例例10-210-2 某繞線轉子異步電動機的銘某繞線轉子異步電動機的銘牌參數(shù)如下：牌參數(shù)如下： kW75NPA144N1IV380N1UV399N2E（1）當負載轉矩）當負載轉矩 ，要求轉速要求轉速 時，時，轉子每相應串入多大的電阻轉子每相應串入多大的電阻 （圖中（圖中B點）？點）？N8 . 0 TTzr/min500Bn繞線轉子異步電繞線轉子異步電動機的機械特性動機的機械特性29（2）從電動狀態(tài)（圖）從電動狀態(tài)（圖1中中A點）點） 時換接到反接制動狀態(tài)，如時換接到反接制動狀態(tài)，如果要求開始的制動轉矩等于果要求開始的制動轉矩等于 （圖中（圖中C點）

24、，則轉子每相應該串點），則轉子每相應該串接多大電阻？接多大電阻？ NnnAN5 . 1 T（3）如果該電動機帶位能負載，負載轉矩）如果該電動機帶位能負載，負載轉矩 ，要求穩(wěn)定的，要求穩(wěn)定的下放轉速下放轉速 r/min，求轉子每相的串接電阻值。，求轉子每相的串接電阻值。 N8 . 0 TTz300Dn解解NN1500 14600.02671500ssnnsn053. 011633990267. 032NN2N2IUsR62. 1053. 011445. 056. 412RssRmmfB取取 （ 不合理）不合理） 56. 4ms097. 0ms097. 056. 418 . 08 . 28 . 0

25、8 . 2666. 02NNNN或TTTTsm（1）30考慮異步機的機械特性為直線考慮異步機的機械特性為直線, 對于固有特性對于固有特性 15. 0267. 08 . 222NsKsTm66. 4666. 08 . 08 . 22NNTTsm6 . 1053. 01149. 066. 4fBR對于人為特性對于人為特性 666. 0BxssN8 . 0 TTTBx973. 11500146015000N0nnnsA（2）57. 08 . 615 . 18 . 25 . 18 . 2973. 12NNNN或TTTTsm3144. 2053. 011445. 08 . 6fAR取取 8 . 6ms取

26、取57. 0ms16. 0053. 011445. 057. 0fAR考慮機械特性為直線考慮機械特性為直線149. 0ms37. 7973. 15 . 18 . 22NNmTTs57. 2053. 01149. 037. 7fCR（3）1500( 300)1.21500sDDsnnsn NDTT8 . 0175. 0225. 818 . 08 . 28 . 08 . 22 . 12或NNNNmTTTTs32取取 （ 時不能穩(wěn)定運轉）時不能穩(wěn)定運轉）225. 8ms175. 0ms96. 2053. 011445. 0225. 8fDR考慮機械特性為直線考慮機械特性為直線149. 0ms4 .

27、82 . 18 . 08 . 22NNTTsm94. 2053. 01149. 04 . 8fDR33繞線轉子異步電繞線轉子異步電動機能耗制動接動機能耗制動接線圖及特性線圖及特性 例例10-310-3 繞線轉子異步電動機的銘牌數(shù)據同例繞線轉子異步電動機的銘牌數(shù)據同例10-2，設從額定點，設從額定點A換接到能換接到能耗制動狀態(tài)的運行點耗制動狀態(tài)的運行點E（見下圖），如果要求制動轉矩的開始值等（見下圖），如果要求制動轉矩的開始值等于電動機的額定轉矩，求轉子每相的串接電阻。能耗制動時的接線于電動機的額定轉矩，求轉子每相的串接電阻。能耗制動時的接線如圖，定子通入大小為如圖，定子通入大小為 的直流電流，

28、假如電動機的空載電的直流電流，假如電動機的空載電流流 。假定應考慮電動機磁路的飽和。假定應考慮電動機磁路的飽和。05 . 2 IA800I解解A200A805 . 25 . 20IIA3 .163321II04. 2803 .163011IIi34查圖查圖10-21的曲線，當?shù)那€，當 時，時， 04. 21i5 . 1mm4 . 1mV033 80 380/31.5N m503N m21500/60mTmsI UTm905. 039938095. 095. 0N2N1UUk0434. 0905. 0053. 02222kRR0280 0.04351.40.0222380/3mmI RvVUN14600.9731500EEssnnvnnmN491mN14607595509550NNNnPTTE35973. 0973. 05052490mmvv0947. 0998. 12mmvv2947