5第5章异步电机拖动-第4版(终稿)

Tem Tm
2 sm s sm s
三种表达式的应用场合 有什么不同P159
第5章 三相异步电动机的电力拖动
5.1.2 三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性 一、固有机械特性
固有机械特性是指电动机在额定电压和额定频率下，按规定的接 线，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。
几个特殊点：
1.起动点A:
第5章 三相异步电动机的电力拖动
一般情况下，直接起动只用于小容量电动机（7.5kW 以下），大容量电动机是否允许直接起动，取决于电源容 量。 1 电源容量（ kVA ) 可以直接起动的条件：起动电流倍数 k I 3
二、降压起动
降压的目的是限制起动电流。限流 的同时也引起起动转矩降低，适用于对 起动转矩要求不高的场合。 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。
5.2.2 三相绕线型异步电动机的起动
一、转子回路串电阻起动
导言：三相笼型异步电动机直接起动时， 起动电流大，起动转矩不大。降压起动 时，起动电流小，但起动转矩也小，故 笼型电动机只适用于空载或轻载起动。
绕线式转子异步电动机，若在转子回 路中串联适当的电阻,既能限制起动电流， 又能增大起动转矩。故适用于大中容量 异步电动机重载起动。
第5章 三相异步电动机的电力拖动
3. 过载能力
最大转矩与额定转矩之比称为过载能力: T
T 1.5 为满足要求 一般： T 1.6～ 2.2，起重、冶金机械专用电动机 T 2.2
2.8 4. 起动转矩
n 0，s 1 时的 Tem 称为 Tst ，当 Tst > TL 时，电机才能起动。
R 1 s 2 n 0 , s 1 ， 或 R ，I 等效电路上：起动时, 2 0 2 ，I st
起动电流大的影响：
1）线路压降大，造成电网电压降低；
2）线路及电机热损耗大； 3）在端部产生电磁力使其变形，损坏绝缘，转子鼠笼条断 条。 2.起动转矩不大的原因 从下述公式分析 Tst Tem CT0 I'2 cos 2 起动时,s 1 ,远大于运行时的 s ,转子漏抗 X 2s sX 2 很大, cos2 很低,尽管I 2 很大,但 I 2 cos 2 并不大. 由于起动电流大,定子漏阻抗压降大,使定子感应电动势减小, 对应的气隙磁通减小. 由上述两个原因使得起动转矩不大.
第5章 三相异步电动机的电力拖动
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 思考题与习题
第5章 三相异步电动机的电力拖动
3. 定子串接对称电抗或电阻时 sm 的人为机械特性 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。 1 0 Tst Tst
R2
R2+Rs Tem Tm
第5章 三相异步电动机的电力拖动
小结
教学重点：
1 机械特性的表达式 2 各物理量对机械特性的影响
3
机械特性的求取
教学难点：
各物理量对机械特性的影响
Tm TN
反映电动机短 时过载能力 ～
m1 pU 12 R'2 Tst ' 2 ' 2 2 f1 ( R R ) ( X X 2 1 2 ) 1
第5章 三相异步电动机的电力拖动
讨论：
2 Tst U1 1）参数、频率一定时，起动转矩与电源电压平方成正比；
2 ' m pU 2）频率越高，起动转矩越小； T 1 1 R2 st ' 2 ' 2 2 f1 ( R R ) ( X X 2 1 2 ) 1
5.1.1 三相异步电动机机械特性的三种表达式 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，即 n f (Tem ) ，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 (s) 表示。 一、物理表达式 Tem CT0 I'2 cos 2 表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通 0 与转子电流的 ' 有功分量 I 2 cos 2 相互作用产生的。 2 R2 m1 pU1 二、参数表达式
第5章 三相异步电动机的电力拖动
5.2.1 三相笼型异步电动机的起动
一、直接起动 又称全压起动，起动方法简单，不需要起动设备，起动性能 差。主要表现：
I st k I 4 — 7
Tst k st 1 — 2
为什么起动电流大，而起动转矩不大呢？ （1）起动电流大的原因 物理概念上讲：起动时,n 0, s 1,转子感应电动势大,使转 子电流大,根据磁动势平衡关系,定子电流必然增大.
Tem 2 R2 2 f1 ( R1 ) ( X 1 X '2 )2 s s
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。
第5章 三相异步电动机的电力拖动
三相异步电动机的机械特性 n f (Tem ) 曲线 分析： （1）0＜n＜n1，0＜S＜1，n1、Tem＞0，电动机状态，第一象限； （2）n＞n1，S＜0，n ＞0，发电机状态，第二象限； （3）n＜0，S＞0， n ＜0， Tem ＜0，电磁制动状态，第四象限 1.额定转矩 TN SN TN
0.8UN
UN
第5章 三相异步电动机的电力拖动
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。
sm 增大。 Tm不变， s n 串电阻后,n 、 n1 0 在一定范围内增加电阻，可以 sm sm 1 时 Tst Tm ，若 增加 Tst 。当 Tst 减小。 再增加电阻，
m1 pU12
R'2
m1 pU12 Tm ' 2 ' 2 4 f ( X X 4 f1[ R1 R1 ( X 1 X 2 ) ] 1 1 2 )
讨论： Tm与U12成正比； s m 与U1 无关； 1） sm 越大； Tm 与 R2 无关； 2）R2 越大， 3） Tm和 sm都近似与漏电抗成反比；
第5章 三相异步电动机的电力拖动
第三步：
TN 2 1 Tm s N sm T sm s N
2 m 2 N 2 T
sN
n1 nN n1
s 2T s N sm s 0 s m sN （T 1）
将Tm和sm代入即可得到机械特性方程式，可作出 Tem f (s) 。
TstY 1 Tst 3
△
1 T I 降压起动时， st 和 st 都降为直接起动时的 ，故 3 降压起动多用于空载或轻载起动。
UN / 3
第5章 三相异步电动机的电力拖动
2.自耦变压器降压起动 设自耦变压器变比为k，则 U N I1st k U1 I st
自耦变压器二次侧电流 ，即降压后流过电动机 定子绕组的电流
5.1三相异步电动机的机械特性
教学内容：
5.1.1 三相异步电动机机械特性的三种表达式
5.1.2 三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性
教学目的与要求：
1 2 3 熟练掌握异步电动机机械特性表达式 熟练掌握各物理量对机械特性的影响 掌握机械特性的求取方法
第5章 三相异步电动机的电力拖动
5.1三相异步电动机的机械特性
第5章 三相异步电动机的电力拖动
三、实用表达式 利用电磁转矩除以最大电磁转矩可得电磁转矩的实用表达式：
Tem 2Tm sm s sm s
工程上常根据电机的额定功率、额定转速、过载能力来 求出实用表达式。方法是： 第一步：
kW
PN TN 9550 nN
（N· m）
r/min
Tm 第二步：由 T ，求出 Tm T TN 。 TN
3）漏抗越大，起动转矩越小；
4）在一定范围内，增大转子回路电阻，起动转矩增加。 当转子回路串入 R st 后，当 s m 即起动转矩达最大值。
2 1 2
R 2 R st R （X1 X ） 2
2 1 2
1 时， Tst Tm
R （X1 X2） R 2 ，R st st 串入电阻计算：R st R keki Tst 5）起动转矩倍数 K st TN k st = 2.8—4.0 一般：k st =1.0—2.0 ，起重、冶金专用的笼型电动机：
0
TN Tst
第5章 三相异步电动机的电力拖动
二、人为机械特性 人为机械特性是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机 械特性。
1. 降压时的人为机械特性
U1下降后, Tm 和 Tst 均下降, 但 sm不变, T 和 kst 减少。
s n n
0
1
TL
如果电机在额定负载下运 sm s U 行, 1下降后, n 下降, 增大, E2 s sE2增大而增 转子电流因 大,导致电机过载。长期欠压 过载运行将使电机过热，减 10 少使用寿命。
自耦变压器一次侧电流 ，即降压后电网供给的 电流
直接起动时的起动电流： I st
st 降压后二次侧起动电流： I1
UN ZS
UN U1 Z S kZ s
第5章 三相异步电动机的电力拖动
I1st I st 自耦变压器的一次侧，即电网提供的起动电流：
2 1 T U st 1 起动转矩降低的倍数为： ( ) 2 Tst UN k 结论： （1）采用自耦变压器降压起动时，起动电流和起动转矩都 1 降低到直接起动时的 k 2 。 （2）适用于容量较大的低压电动机，可获得较大的起动转矩。