第五章三相感應(yīng)電動機的電力拖動

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1、第五章 三相感應(yīng)電動機的電力拖動51 異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械特性一、機械特性的三種表達式11 2221 1 22212221602 )1(602 )1(602 )1( emPn SRIm Sn SSRImn SSRImPT 1、機械特性的物理表達式221 2211 1111cos cos244.4 IC If kNpfmT M w 反映了感應(yīng)電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙每極磁通和轉(zhuǎn)子電流有功分量的乘積成正比的物理本質(zhì)。電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達式2、機械特性的參數(shù)表達式2222222 22 1 1cos RXSXSR SR 2211 1111 cos244.4 If kNpfmT w 221221 12

2、 )( XXSRR UI 根據(jù)簡化電路得到的轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子側(cè)功率因數(shù)機械特性的參數(shù)表達式 221221 221111 XXSRR SRUmT 電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達式：電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系曲線，是電動機的機械特性。 幾個關(guān)鍵點： 起動點 最大轉(zhuǎn)矩點 額定工作點 電動，發(fā)電，制動三種運行狀態(tài) 電磁轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩可以根據(jù)高等數(shù)學(xué)中求極值的方法求得。 22121 2 )(0 XXR RSdSdT m 令： 2212121 2111max 21 XXRR UmT代入轉(zhuǎn)矩公式，得過載能力：最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比：Nm TTmax（1.62.2)最大轉(zhuǎn)

3、矩，過載能力最大轉(zhuǎn)矩與電網(wǎng)電壓的平方成正比； 最大轉(zhuǎn)矩近似與漏電抗成反比； 最大轉(zhuǎn)矩的位置可以由轉(zhuǎn)子電阻的大小來調(diào)整； 最大轉(zhuǎn)矩的值與轉(zhuǎn)子電阻值沒有關(guān)系；異步電動機調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電阻時機械特性的變化。關(guān)于最大轉(zhuǎn)矩的幾個重要結(jié)論 2212121 2111max 21 XXRR UmT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：221221 12 )()( XXRR UIIst 起動轉(zhuǎn)矩，即起動瞬間電動機的電磁轉(zhuǎn)矩221221 22111 )()(1 XXRR RUmTst 若令Sm = 1 221212 )( XXRR 起動轉(zhuǎn)矩等于最大轉(zhuǎn)矩。對于繞線式轉(zhuǎn)子可通過外串電阻達到。起動電

4、流、起動轉(zhuǎn)矩異步電動機的起動轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比； 總漏抗越大，起動轉(zhuǎn)矩越??； 繞線式異步電動機可以在轉(zhuǎn)子回路串入適當?shù)碾娮杩梢栽龃笃饎愚D(zhuǎn)矩； 起動轉(zhuǎn)矩的幾個重要結(jié)論 當 時， 起動轉(zhuǎn)矩最大。221212 )( XXRR 221221 22111 )()(1 XXRR RUmTst 通過銘牌數(shù)據(jù)求取電動機轉(zhuǎn)矩的方法。3 轉(zhuǎn)矩的實用計算公式SSSSTT mm 2max 12 mmNm SS mSRXXR XXSRRS XXRRRTT 222121 2212212212112max )(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；

5、轉(zhuǎn)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：1.起動點A：該點S1；2.臨界點B：該點SSm；3.額定點C：該點SSn；4.同步點D：該點S0，5. 又稱理想空載點；S=0S=1 T0Sn TnSm Tm練 習(xí) ：已 知 一 臺 三 相 異 步 電 動 機 ， 額 定 功 率 PN 70kw， 額 定 電 壓220v/380v， 額 定 轉(zhuǎn) 速 nN725r/min，過 載 倍 數(shù) M2.4。求 其 固 有 機 械 特 性 的 實 用 公 式 。ssT 15.015.0 8.4425 mNTT NMm .9.22

6、12 15.0)1( 2 MMNm ss 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(zhuǎn)子回路電阻或電抗的機械特性稱為人為機械特性。1. 降低定子端電壓的人為特性；2.改變轉(zhuǎn)子回路的電阻的人為特性；3.改變定轉(zhuǎn)子回路電抗的人為特性；4.改變極數(shù)后的人為特性；5.改變輸入頻率的人為特性；三 、 人 為 機 械 特 性 ssss TT mm m 2（ 一 ） 降 低 1U 2212211 2211)(2 xxrrf rUpmTQ 211)(UUTT QQpfn 11 60 不 變 22121 2 xxr rsm 不 變 2212111 2114 xxrrf

7、UpmTm 211)(UUTT mm Nmm TT / 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 ， 最 終 溫 升 將 超 過 允 許 值 ， 導(dǎo) 致 電 動 機 壽 命 縮 短 ，甚 至 燒 壞 。1U三 、 人 為 機 械 特 性 221 cosICT mM 1U m 2cossnT不 變 （ 恒 轉(zhuǎn) 矩 ） ， 12 IIssss TT mm m 2 211)(UUTT mm NMm TT )1( 2 MMNm ss 人 為 機 械 特 性 的 直 線 表 達 式ssTT mm /2 MNm ss 2 211)(UUTT mm 降

8、壓后的人為機械特性實用表達式（ 二 ） 轉(zhuǎn) 子 電 路 內(nèi) 串 聯(lián) 對 稱 電 阻 轉(zhuǎn) 子 電 路 串 聯(lián) 對 稱 電 阻 適 用 于 繞 線 轉(zhuǎn) 子 感 應(yīng) 電 動 機 的 起動 ， 也 可 用 于 調(diào) 速 。 n1、 Tm不 變 22121 2 xxr rsm 三 、 人 為 機 械 特 性1ms QTR1ms QTR22 rRrssmm 2212111 2114 xxrrf UpmTm三 、 人 為 機 械 特 性轉(zhuǎn) 子 串 電 阻 后 的 人 為 機 械 特 性 實 用 表 達 式ssss TT mm m 2 mm srRs )1( 2 NMm TT )1(2 MMNm ss 人 為

9、機 械 特 性 的 直 線 表 達 式ssTT mm /2 mm srRs )1(2 MNm ss 25-2 三相感應(yīng)電動機的起動起動性能包括： 起動電流倍數(shù)Ist/IN; 起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tst/TN; 起動時間 起動時消耗的能量 起動設(shè)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(zhuǎn)矩并不大。221221 11 22 )()( cos XXSRR UI ICT mMem 起動時， S1， 等效阻抗小， 起動電流大； f2f1 ， 2接近900， cos 2很小， 轉(zhuǎn)子電流有功分量小。 異步電動機的起動， 存在兩種矛盾：1. 電動機起動電流大， 供電網(wǎng)絡(luò)承受沖擊電流能力有限

10、；2.電動機起動轉(zhuǎn)矩小， 負載要求有足夠的轉(zhuǎn)矩才起動；異步電動機起動分四種情況：1.小容量輕載起動；2.中、大容量輕載起動；3.小容量電機重載起動；4.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(guān)。 （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是電流。 降低電流的方法， 主要靠降低電壓。221221 1 )()( XXRR UIQ 起動電流：降壓起動時， 起動電流與定

11、子電壓成比例降低。待轉(zhuǎn)速升高到一定值， 恢復(fù)全電壓。 注意： 起動轉(zhuǎn)矩與U2成正比， 降壓起動后， 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(zhuǎn)矩不足。解決的方法： 容量大一號的電動機； 高起動轉(zhuǎn)矩的電動機特殊電機獲得高起動轉(zhuǎn)矩的原因， 主要是轉(zhuǎn)子電阻的影響。轉(zhuǎn)子參數(shù)自動隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。 如雙鼠籠電機和深槽電機。集膚效應(yīng) 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(dǎo)體的并聯(lián)； 越接近槽口的導(dǎo)體所交鏈的漏磁通越少， 即漏抗小；接近槽底底單元，漏抗大， 使導(dǎo)

12、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(yīng)”； 電機轉(zhuǎn)速越低， 轉(zhuǎn)子電流頻率越高， 趨表效應(yīng)越突出； 導(dǎo)體的導(dǎo)電高度縮小， 轉(zhuǎn)子電阻增加； 深槽式：高度是寬度的1012倍， 堵轉(zhuǎn)時， 電阻達額定運行的3倍， 隨著轉(zhuǎn)速升高， 頻率降低， 電流分布趨向均勻， 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子串電阻。 既增大起動轉(zhuǎn)矩， 又減小起動電流。 常用的方法：轉(zhuǎn)子串電阻或轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器。

13、一 、 感 應(yīng) 電 動 機 的 固 有 起 動固 有 起 動 ： 按 固 有 機 械 特 性 起 動 。 kQQ zUxxrr UII 1221221 121 )()( 起 動 電 流 NI74起 動 轉(zhuǎn) 矩NmMQ TICT 8.18.0cos 221 一 般 只 有 輸 出 功 率 小 于 7.5kW才 直 接 起 動 。五、三相感應(yīng)電動機的起動方法二 、 籠 型 感 應(yīng) 電 動 機 的 起 動 方 法 如 果 功 率 大 于 7.5kW， 而 電 源 總 容 量 較 大 ， 能 符 合 下 式 要 求 者 ，電 動 機 也 可 允 許 直 接 起 動 。NIIK QI NHPS443起

14、動 電 流 倍 數(shù)電 機 的 產(chǎn) 品 目 錄 中 給 出如 果 不 能 滿 足 要 求 ， 則 必 須 采 用 減 壓 起 動 的 方 法 。1 直 接 起 動 SH :供 電 電 源 的 容 量二 、 籠 型 感 應(yīng) 電 動 機 的 起 動 方 法2 降 壓 起 動籠型異步電動機電抗減壓起動的原理圖籠型異步電動機電阻減壓起動的原理圖（ 1） 電 阻 或 電 抗 減 壓 起 動二 、 籠 型 感 應(yīng) 電 動 機 的 起 動 方 法 降 壓 起 動電 阻 或 電 抗 減 壓 起 動 特 點 ：1 起 動 平 穩(wěn) 、 運 行 可 靠 、 構(gòu) 造 簡 單 ， 其 中 電 阻 減 壓 起 動 在起 動

15、 階 段 功 率 因 數(shù) 較 高 ；2 起 動 轉(zhuǎn) 矩 與 電 壓 的 平 方 成 正 比 減 少 ， 因 此 只 適 用 于 輕 載或 空 載 起 動 ；3 采 用 手 動 或 自 動 控 制 線 路 ， 成 本 較 高 ， 且 起 動 時 電 能 損耗 較 多 ， 實 際 應(yīng) 用 不 多 。（ 2） 自 耦 變 壓 器 降 壓 起 動二 、 籠 型 感 應(yīng) 電 動 機 的 起 動 方 法 降 壓 起 動異步電動機自耦補償起動的原理線路圖自耦變壓器的減壓原理圖kNNUU 11212 kUUII QQ 1121 21 2212 1)( kUUTTQQ kII 12 kII QQ 11 21 2

16、1 11 1kII QQ 自 耦 變 壓 器 起 動 特 點 ：1 起 動 轉(zhuǎn) 矩 和 起 動 電 流 (對 電 網(wǎng) 而 言 )降 低 同 樣 倍 數(shù) ；2 變 壓 器 的 副 邊 繞 組 一 般 有 三 個 抽 頭 ， 分 別 為 電 源 電 壓 的40 ， 60 和 80 ， 以 滿 足 不 同 負 載 的 要 求 ；3 適 用 于 容 量 較 大 的 低 壓 電 動 機 減 壓 起 動 ， 應(yīng) 用 很 廣 泛 ；4 體 積 大 ， 重 量 大 ， 價 格 高 ， 需 維 護 檢 修 。二 、 籠 型 感 應(yīng) 電 動 機 的 起 動 方 法 降 壓 起 動二 、 籠 型 感 應(yīng) 電 動 機

17、 的 起 動 方 法 降 壓 起 動（ 2） Y 起 動籠型異步電動機星形三角形起動的原理線路圖特 點 ：1 只 能 用 于 正 常 運 轉(zhuǎn) 時 定 子 繞 組為 三 角 形 聯(lián) 接 的 電 動 機 ；2體 積 小 、 重 量 輕 、 價 廉 物 美 ， 運行 可 靠 ， 檢 修 方 便 ；3 起 動 電 壓 只 能 降 到 。3131UUY 31QYQII31QQYTT 31IIY 電 源 線電 流二 、 繞 線 式 感 應(yīng) 電 動 機 的 起 動 方 法221221221 121 )()()( kkQQ xRr UxxRrr UII 221)( kk xRr U 轉(zhuǎn) 子 回 路 串 電 阻

18、 起 動二 、 繞 線 式 感 應(yīng) 電 動 機 的 起 動 方 法21TT令 2222 21 rR rR rR mm 212112211 TTrRRRRRRR mmmm m TsT1NN m mrR2二 、 繞 線 時 感 應(yīng) 電 動 機 的 起 動 方 法轉(zhuǎn) 子 回 路 串 電 阻 起 動 特 點 ：可 限 制 起 動 時 轉(zhuǎn) 子 和 定 子 電 流 ， 且 增 大 起 動 轉(zhuǎn) 矩 ， 減 少 起動 時 間 ， 繞 線 式 轉(zhuǎn) 子 比 籠 型 有 更 好 的 起 動 特 性 ， 適 用 于 功率 較 大 的 重 載 起 動 。思 考 題 ：1 某三相鼠籠式異步電動機銘牌上標注的額定電壓為380/220V，接在380V的交流電網(wǎng)上空載啟動，能否采用Y/降壓啟動？2 三相異步電動機定子繞組接法為？時，才可能采用Y/降壓啟動？3 三相繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子回路串入電阻可以增大啟動轉(zhuǎn)矩，串入電阻值越大，啟動轉(zhuǎn)矩也越大，對嗎？4 一般三相鼠籠異步電動機采用自耦變壓器啟動時，可以拖動額定負載啟動嗎？（1）不能；（2） 接 ；（3）不是 ；（4）不能