三相感应电动机的电力拖动.ppt

1、第五章 三相感应电动机的电力拖动5-1 三相感应电动机的机械特性回顾一下，直流电动机的机械特性，是指转速与电磁转矩之间的关系。感应电动机的机械特性也是指转速与电磁转矩之间的关系，不过通常用转差率与电磁转矩之间的关系。一、机械特性的三种表达式一、机械特性的三种表达式1.机械特性的物理表达式P2CupMP12221112111cos22MwmPm E IfppEf N K )/2/(cos212211111pfIkNfmPTmwM1111/2wMm pNkC122cosMmTCI上式称为三相异步电动机机械特性的物理表达式。物理表达式反映了电磁转距与转子电流有功分量、每极磁通成正比的物理本质。直流电

2、机的电磁转矩表达式？MaTCI2.机械特性的参数表达式机械特性的参数表达式12222112()UIrrxxs22122122112221)()/(xxsrrsrUmsrImPMpfPPTMM/211221221122112xxsrrfsrpUm它反映了感应电机的电磁转矩T跟电源电压U1、频率f1、电机的参数及转差率S之间的关系。221221122112xxsrrfsrpUmT当U1、f1和电机的参数不变时，T仅是S的函数，可得到T=f(S)关系曲线。n与S存在一一对应的关系，所以可以得到n与T的关系n=f(T)，即为感应电动机的机械特性曲线。1S0表示感应电机处于电动状态，S1和S0表示感应电

3、机处于发电状态在机械特性曲线上有两处最大电磁转矩点0dsdT0/)()/(/1221221dsxxsrrsd)(4)(421121122121211211212221212xxfpUmxxrrfpUmTxxrxxrrSmm正号表示电动，负号表示发电，分别对应于B、B点Tm为最大电磁转矩，而Sm为临界转差率，为什么不是最大转差率？感应电机运行时，要有一定的过载能力，通常用 来表示，也称为过载倍数，这是感应电动机的一个重要指标，一般感应电动机，过载倍数为1.62.2。/MmNTT当电源频率和电机参数不变时21mTU)(4)(421121122121211211212221212xxfpUmxxrr

4、fpUmTxxrxxrrSmmSm与电源电压无关，只与电机参数有关。Tm与 无关，而Sm与 成正比。2r2rSm与f1有何关系？Tm呢？121122()xxf LL221221122112xxsrrfsrpUmT将S=1代入，可得到起动转矩221122112122Qm pU rTfr rxx当电源频率和电机参数不变时21QTU在额定电压、额定频率和电机固有参数的条件下，起动转矩是一个固定的值。定义起动转矩与额定转矩之比为起动转矩倍数：/MQNKTT一般要求大于1，这样才能带额定负载顺利起动3.机械特性的实用表达式机械特性的实用表达式,222122112211xxsrrfsrpUmT)(4211

5、211xxfpUmTm222112mrSrxx 22mmmmmSSSSTssTss2mmmTTSSSS求出Tm和Sm即可得到实用表达式mMNTT2(1)mNMMSS根据产品目录可以查出PN（单位为kW），nN和M，求出TN：3310106095502NNNNNNNPPPTnn2mmmTTSSSS即可得到T与S的关系，称为实用表达式。实用表达式反映出感应电机机械特性是由一段直线段和一段双曲线构成。当SSm时，mmSSSS22mmmmmTTTSSSSSS称为直线表达式注意：(1)直线表达式只表示SSm的那一段，不满足S=SASBSCSD=0，所以 IAIBICID例5-1 三相四极50Hz绕线式感

6、应电动机，PN=150kW，U1N=380VnN=1460r/min，M=2，试求：(1)该机固有特性的表达式；(2)该机的固有起动转矩；(3)恒转矩负载且Tz=755Nm时的转速。三种表达式，等效电路参数未知，物理表达式和参数表达式不能写出。直线表达式只能表示线性段，不能表示全局，也不合适。只有实用表达式。2mmmTTSSSSmMNTT2(1)mNMMSS3310106095502NNNNNNNPPPTnn11NNnnSnS=1，可求出固有起动转矩TQTz=755代入可求出SS=0.02或0.5EFE点是否是稳定的平稳点？F点呢？E点系统不能稳定运行，舍掉S=0.5S取0.02，可求出n。z

7、dTdTdndn三、感应电动机的人为机械特性三、感应电动机的人为机械特性人为地改变电动机的任一参数（如U1，f1，p，定子回路电阻或电抗，转子回路电阻或电抗等）的机械特性统称为人为机械特性。1.降低定子端电压的人为特性其它条件与固有特性一样，仅降低定子相电压得到的人为机械特性称为降低定子端电压的人为特性。特点：(1)频率不变，故理想空载点不变(2)，Sm不变。21mTU(3)21QTU根据这三个特点，可以得到降低端电压人为机械特性的实用表达式：2112mmmmmNTTSSSSUTTU 同理可以写出直线表达式：2mmTTSS211mmNUTTU2mMNSS为什么必须降低定子端电压？在什么条件下可

8、以高于额定电压？与直流电动机相比，有何不同？频率不变，若端电压高于额定电压，则根据 知，主磁通升高，磁路饱和，励磁电流迅速增大。当频率与电压成比例升高或频率升高更快时，即保证主磁通不升高，可在一定范围内高于额定电压运行。直流电动机中，电压不能高于额定电压。111114.44wmUEf Nk课堂练习：4-33从图中可以看出电机转速下降额定恒转矩负载，故电磁转矩不变122cosMmTCI222arctanXrS111114.44wmUEf N k2I mI 1I难以确定如磁路不饱和，则能否确定？主磁路的磁阻由气隙决定，所以励磁电流与主磁通成正比，即与电压成正比。如果S不变，转子电流恰好与主磁通成反

9、比，即使这样，定子电流也应增大，S变大，转子电流增大得更多，所以定子电流是增大的。2212NmNNIII222 2221112211NmmNNNUUIIIIIUU22222222221111222111111NNmNNmNNNmNNNUUUUIIIIIIUUUU22111111NNUUUU222222(0,1)111111(1)xxxxxxx2NmNII11NII上述结论有两个前提：一是磁路不饱和，二是带额定恒转矩负载。定转子电流均增大，定转子铜耗也增大，长时间运行，易使电机发热，烧坏。所以，不允许电机长时间带额定负载低压运行不允许电机长时间带额定负载低压运行。低于额定电压，可以近似认为磁路不

10、饱和，恒功率负载，因转速变化不大，也认为转矩不变，实际上转矩反而会有所增大。一台高压电机，如果将其接到低压电网上，带额定转矩运行，结果运行一段时间发现电机烧坏，试分析原因？如与电压成比例的负载转矩运行，会不会烧坏电机？21122mNmmmUTUTTSSSS1 22cosMmTCI11NNUSSU11NUTU则11NUSU电机转子电流仍会高于额定电流，长时间运行会发热，损坏转子。高压电机低压运行要特别慎重。高压电机低压运行要特别慎重。空载实验时，降压到何时停止？为什么？有功电流上升，无功电流下降，功率因数将上升。电压下降为原来一半，则最大转矩为原来1/4，能否带起额定转矩？不能，至于电机是否停转

11、，决定于恒转矩负载是反抗性恒转矩负载还是位能性恒转矩负载，前者会停转，电机处于堵转，会烧坏电机，后者电机不会停掉，会一直反向加速，电流越来越大，要么电机烧坏，要么发生飞车。2.转子回路串对称三相电阻的人为特性仅绕线式感应电机可以转子回路串电阻。其它条件与固有特性一样，仅在转子回路串入对称三相电阻，得到的人为机械特性称为转子回路串对称三相电阻的人为特性。特点：(1)频率不变，故理想空载点不变(2)，Sm随转子电阻增大而增大但Tm不变。2mSr(3)Sm1时，TQ随R的增大而减小。转子串对称三相电阻时的人为特性的实用表达式为：2mmmTTSSSS222211mmSrRRRSrrr 直线表达式为：2

12、mmTTSS21mmSRSr 令Sm=1，可以获得最大的起动转矩：此时222222211211()mrRrRrSrrrXX221122()RrXXr课堂练习：4-31相同的截面积、相同的长度，铝导条的电阻较铜导条的电阻大从等效电路可以看出，转子电阻增大，S=1，转子支路阻抗增大，整个等效电路的等效阻抗增大，起动电流减少。效率跟什么有关？122121100%100%100%PpPPPPpPP2如何变化？轴上输出的转矩与转速之积，转矩不变，转速下降，故P2下降。转速下降不大，端电压也不变，故不变损耗基本不变，关键是定转子铜耗如何变化？定子铜耗取决于励磁电流与转子电流，而转子铜耗则取决于转子电流，励

13、磁电流不变，所以只要知道转子电流如何变化，即可知定转子铜耗如何变化。转子支路端电压近似不变，S增大，r2也增大，转子电流如何变化？应找到S与r2之间的关系，它们有何关系？2mmTTSS22mmSrRSr从机械特性上看，我们分析的点在直线段，可以用直线表达式22mmCuCuAlAlmCumAlTTTSTSSSCuAlmCumAlSSSS22CumCuCuAlmAlAlSSrSSrS与r2成正比，转子电流将如何变化？转子电流不变！而且转子的阻抗角也不变！转子铜耗也不变？转子铜耗变大，而定子铜耗基本不变，效率降低。电磁功率如何变化？电磁功率有多种表示形式：221 212MCurPm ITpPS 究竟

14、用哪种形式进行分析，要看哪种形式中的变化因素更单纯。在本题中，不宜用第三种形式进行分析，因为有变大的因素，也有变小的因素，最合适的是用转矩形式分析。电磁功率是不变的。进而推广到一般情况，转子回路串电阻，当负载为恒转矩负载，在转速变化不是很大（意味着电机运行于机械特性的直线段）或不计空载损耗的情况下，电磁功率不变。知识重要，有效地运用知识更重要！知识重要，有效地运用知识更重要！定子电流如何变？整个电路的参数哪几个发生了变化？从定子输入端看，输入阻抗没有发生变化，所以定子电流的大小和相位没有发生变化。故定子电流、功率因数不变。输出功率如何变化？可以从几个角度来理解，一是等效电路，总的机械功率降低，

15、空载损耗几乎不变，输出功率降低；二是负载转矩不变，转速下降，所以输出功率降低。3、定转子回路串对称三相电抗器的人为特性笼型感应电机可在定子回路串电抗器，而绕线式感应电机则在定转子回路中都可以串对称三相电抗器。)(4)(421121122121211211212221212xxfpUmxxrrfpUmTxxrxxrrSmm211222112122Qm pU rTf r rxx串入电抗器后，Sm、Tm、TQ均下降。例5-2 某三相六极50Hz感应电动机，额定转速为nN=980r/min，转子每相电阻r2=0.06,为使恒转矩负载的转速降为n=750r/min，应在转子回路中串入多大电阻？此时转子电

16、流将如何变化？转子铜耗将如何变化？2222NmmSSrSSrRSN，S2可求，则串入电阻可求转子电流将不变，转子铜耗增加。与4-31一样。在直线段，所以5-2 三相感应电动机的起动一、感应电动机的固有起动性能一、感应电动机的固有起动性能感应电动机额定接法、转子回路不串任何阻抗，直接投入额定电压、额定频率的电网，使之从静止状态开始转动直至稳定运行，称为直接起动，这时的起动特性称为固有起动特性。回想一下直流电机的直接起动，起动电流如何？起动转矩如何？又有几种起动方式？大，大。电枢回路串电阻、降压。2)(2)(2121121xxrrUIIQQNKIZU11)74(122cos(0.81.8)QMmQ

17、NTCIT主磁通与额定值相比，是大还是小，为什么？转子回路的阻抗角与额定值相比，是大还是小？小大尽管起动电流很大，但是起动时的电磁转矩并不大起动电流大，起动转矩小起动电流大，起动转矩小是普通感应动机固有起动性的主要矛盾。过大的起动电流可能引起供电变压器的电压波动，对电机本身及其它用户带来不良影响；起动转矩小则会对需满载起动的机械会造成困难。不同的起动方法就是在保证一定转矩的情况下，采取不同的措施限制起动电流，即从电网吸收的电流。原则：对电网、电机、应用场合综合考虑，选最佳启动方式电网、电机、应用场合综合考虑，选最佳启动方式。电动机容量相对于电网容量很小时，可以直接起动；如果生产机械对转矩要求不

18、大，则只考虑限制电流；如生产机械对转矩要求较高，则既要限制电流，又要保证需要的转矩。对于笼形异步电动机，通常采用直接起动、降压起动等；对于绕线式异步电动机，通常采用转子串电阻起动等。二、笼型感应电动机的起动方法1.直接起动7.5kW以下的小容量感应电机，都可直接起动，但7.5kW以上的电机，应根据经验公式来核定。344QHNNISIPIQ为直接起动时的定子线电流；IN为电机额定电流；SH为供电电源的总容量；PN为电动机的额定功率。不频繁起动电动机，上面的经验公式可适当放宽，较频繁起动电动机则应严格按经验公式判断。满足经验公式，可直接起动，不满足，则不宜直接起动。2.降压起动降压起动(1)定子回

19、路串对称三相电抗器起动定子回路串对称三相电抗器起动22122111)()(xxrrUIQ22122111)()(QQxxxrrUI假设电流变为原来的1/a，则电机端电压变为原来的多少？则起动转矩变为原来的1/a2，所以只能空载或轻载起动。(2)自耦变压器降压起动电机端电压变为直接起动的1/k，所以电机的起动电流变为直接起动电流的1/k，但这个电流变压器副边电流，那么变压器的原边电流是副边电流的1/k，即电机从电网吸收的电流变为直接起动的1/k2。例如一台电机，IQ/IN=5，则如果要限制起动电流不超过额定电流起动电压为UN/5，则起动转矩变为TQN/25，不适合带稍大的负载起动，而采用自耦变压

20、器起动，则限制电网侧的起动电流为额定电流，于是变比k取 ，起动转矩变为TQN/5，可以带稍大载起动。5改变变比k，可以满足带不同负载起动的需要，但抽头有限，一般有三种抽头。运行可靠，在现场中有不少应用。对电网而言，起动电流倍数跟起转矩倍数相同，可以带较大的负载起动。(3)星星-三角三角(Y-)起动起动变成Y，则感应电机定子相电压变为13NU起动转矩变为：211133NQyQQNUTTTU起动相电流与相电压成正比：1113QyQII则从电网每相输入的线电流的关系为：11133QyQQIIIY-起动是笼型异步电动机起动的基本方法之一，适用于正常运行时定子绕组为形接法的电动机空、轻载起动。形接法的电

21、动机长时间处于空载或轻载运行时，可将其改为Y形接法，以提高功率因数和效率，节约电能。为什么？空载或轻载时，电机的转子铜耗很小，而定子铜耗主要是励磁电流产生的，励磁电流的大小由主磁通决定。铁耗随主磁通变化，磁通正比于电压。电压降低，主磁通减少，励磁电流减少，定子铜耗减少，铁耗减少，电机转速变化不大，机械损耗几乎不变，附加损耗不变，转子铜耗稍有增加，但增加不大。电机效率增高。而且，降低电压后，主磁通减少稍有增加，转子有功电流增加，而励磁电流减少，故电机的功率因数增加。为此，国产4kW以 上笼型异步电动机，都设计为U1N=380V，定子绕组接法为形，以便于接成Y形。为什么说S稍有增加？所以有一点需要

22、注意，就是当负载不为轻载，变换接法，反而会使转子电流成为主角，转子铜耗增大，从而烧坏电机。在前面讲4-33时讲过，大家联系起来，对降低端电压后感应电机的运行有一个全面的掌握。前提是空载或轻载。小结1：关于降压运行感应电机带恒转矩负载或恒功率负载，当端电压下降时，电机的转速将下降，主磁通减少，励磁电流减少，铁耗减少，而转子电流增大，转子铜耗增大。定子铜耗是否增大，取决于励磁电流的减少与转子电流的增大，哪一个因素占主导，在空载或轻载时，前者占主导，定子铜耗减少，电机效率提高，而如果带额定负载，则后者占主导，定子铜耗增加，电机效率下降。关于功率因数，则取决于电机的参数和转速下降的范围，在S较小的情况

23、下，转子支路呈阻性，转子电流为有功分量，而励磁电流则视为无功分量，功率因数提高。小结2：关于降压起动直流电动机降压起动可以达到很好的效果，在允许的电流情况下产生较大的电磁转矩，为什么感应电机的降压起动，限制电流，但转矩会变得更小？笼型感应电机降压起动不宜带满载起动。在以前变频器没有大规模应用，要带满载起动，是没有办法的。只能采用绕线式感应电机，利用转子串电阻的方法。感应电机降压起动中要限制的电流是电机从电网吸收的电流，而不是电机的定子电流。主要原因是感应电机降压时，主磁通也降低，而直流电机则不是这样。那么可不可以在降压的过程中使主磁通不降低？可以，根据4.44公式，只要在成比例地降压和降频，就

24、可以实现主磁通基本不变，这就是变频起动。可带满载起动，但成本较高。三、绕线式感应电动机的起动三、绕线式感应电动机的起动起动相电流112221212122()()()QQkkUIIrrRxxUrRx串入的电阻不仅可以限制电流，而且可以调节起动转矩，可以获得优越的起动性能。适合重载起动的生产机械。基本原理：不足：开关太多，切换麻烦。如果有一个装置，它的电阻随着转子转速的变化而自动变化，当转速低的时候，电阻大，转速高的时候电阻小，这是非常好的事情。这就是频敏变阻器绕线式感应电动机转子串频敏变阻器起动频敏变阻器是利用铁耗随励磁频率的变化而变化这一原理工作的。铁芯中有磁通交变，就有铁耗，铁耗随励磁电流交

25、变的频率的增大而增大。感应电机起动时，转子电流频率较大，所以频敏电阻器的等效电阻较大，相当转子回路串很大电阻起动。随着电机转速升高，转子电流频率变小，铁耗减少，频敏电阻器等效电阻变小。铁心用厚钢板叠成，铁耗很大；磁路较饱和，所以其电抗较小，其等效电路与变压器相似。自始至终，X都不大。绕线式感应电机价格较高，而且有滑环和电刷，可靠性不如笼型感应电机，所以一些场合，尽管需要较大起动转矩，人们选择的是用更大容量的笼型感应电机，也不选绕线式感应电机。比如抽油机，它需要的起动转矩大，而正常运行时负载转矩不大，正常运行时处于轻载状态，这就造成了大马拉小车的现象。功率因数低、效率低。这个问题，困扰了石油行业

26、好多年，各种各样的方法目前看来都只是能解决一部分问题，或又会出现新的问题。要根本解决这个问题，希望在我们身上，因为我们恰逢其时。目标的实现源于现在踏实地努力，好好打好基础，目标的实现源于现在踏实地努力，好好打好基础，学好电拖。学好电拖。四、改善起动性能的笼型感应电动机四、改善起动性能的笼型感应电动机1、高转差率感应电动机：转子导条采用电阻率较大的铝合金等材料。限制起动电流，增加起动转矩。缺点是特性软，铜耗大，转子发热厉害，效率低。2、深槽式感应电机：铁芯的存在，使得转子槽漏磁如图所示。起动时，槽漏磁交变的频率大，在导体内产生的涡流较大，而涡流的方向在槽底与导条方向相反，在槽口与导条方向相同。相

27、当于转子导体截面减小了，使转子电阻增大，起动电流减小而启动转矩增加。4-31的分析得到的结论是不是与此类似？集肤效应不是电流集中到导体表面吗？正常运行时，转子槽漏磁的交变频率为转差频率，产生的涡流较小，对转子电阻影响较小，转子电阻较小。但转子因为深槽，相同转子电流产生的整体漏磁通较大，所以转子漏电抗较大，为什么？漏磁通较大，则产生的感应电动势较大，而这个感应电动势可以看作转子电流在转子漏抗上的压降，转子电流相同，则漏抗较大。所以电机的功率因数低，过载能力低。为什么？过载能力用什么来表示？转子漏抗增大，其它参数不变，由等效电路知，功因下降。/MmNTT3、双笼型感应电动机：两套笼型绕组，内层导体

28、粗，电阻率小，所以漏抗大、电阻小；外层导体细，电阻率大，所以漏抗小、电阻大。两笼共同作用，既有大的起动转矩，又有硬的特性，得到理想性能曲线。缺点是转子漏抗较大，造成功率因数和过载能力稍低，而且结构复杂、成本较高。JKMN5-3 三相感应电动机的制动复习直流电机的制动制动运行就是电磁转矩的实际方向与转速的实际方向相反，电机处于发电状态AB、BC、CM、DO、OE、FG、GH、HI各处于什么运行状态？能量流动关系如何？K、N、J、I点的电枢电流大小关系。回馈制动是指直流电源与感应电动势产生的直流电压反串。转速实际方向与理想空载转速相同，且绝对值高于理想空载转速。机械能变换为电能一部分消耗在电枢回路

29、中，另一部分回馈到直流电源。反接制动是指直流电源与感应电动势产生的直流电压顺串。转速实际方向与理想空载转速相反。机械能变换为电能消耗在电枢回路中。分为两种，一种是电压反向的反接制动，另一种是电动势反向的反接制动。能耗制动，则是没有外接电源，机械能所发出的电能消耗在电枢回路的电阻上。学习制动部分的关键是转速与理想空载转速的关系、能量转速与理想空载转速的关系、能量流动关系。流动关系。1.转向反向的反接制动一、感应电动机的反接制动一、感应电动机的反接制动相当于直流电机的电动势反向的反接制动。适用于将重物匀低速下放。提升重物稳定运行于A点，现将重物低匀速下放，可在转子回路串入足够大的电阻，使系统稳定运

30、行于F点。M为什么这个平衡点不可以？F点，nF0，电机运行于制动状态。特点：(1)转速与理想空载转速相反，这个理想空载转速就是气隙旋转磁场的转速。(2)能量流动关系0FPT 221 20MrRPm IS111FnnSn2CuMMpPPPP电机从电网吸收的电功率和从轴上吸收的机械功率转化成的电功率消耗在转子回路电阻上。2.定子两相对调的反接制动这种反接制动相当于他励直流电机电压反向的反接制动，适用于反抗性负载的快速停机。他励直流电动机电压反向，其理想空载转速反向，而感应电动机定子两相对调，其理想空载转速也反向(1)机械特性同步速110nn 设此时转差率为：，则：S1111nnnnSnn关于负号，

31、因为同步转速现在为负，而电磁功率表达式不变。2112221112112/MMPPmU rSTrrXXS 参数表达式：2mmmTTSSSS 实用表达式：直线表达式：2mmTTSS 除S_之外的所有各量，如n1、SN、Sm、TN、Tm均采用正向电动时的值。可得如图所示的机械特性。2mmmTTSSSS 转子回路串对称电阻R的人为特性：22mmrRSSr观察直线段，是否与直流电机电压反向的反接制动很类似？(2)物理过程原来稳定运行于A点定子任意两相对调，机械特性已发生变化，而转速来不及变化，G点。0zTT转速下降，一直到达C点。在GC段，T0，n11，电机处于反接制动状态。如果是反抗性负载，在C点不切

32、断电源，则系统会不会反向起动？0zTT系统会反向起动进入第三象限，最后稳定运行于A点，n0，T1，另一种是回馈制动，端电压任意两相对调。后者的转速应高于同步速，显然不适合。要求串入电阻的大小，串入电阻与什么有关？转速、转矩已知，利用机械特性表达式，即可求出SmSm如何利用已知条件求之？2mmmTTSSSS 2mmmTTSSSS额定感应电动势即定子加额定频率的额定电压，转子绕组开路时的线感应电动势。额定电流是指定子加额定频率的额定电压，电机运行于额定状态时转子的线电流。回顾一下变压器的副边额定电压和额定电流的定义。绕线式感应电机转子额定电压和额定电流与之类似。求出之后，如何将其与转子回路电阻联系

33、到一起？22mmSrSrR2(1)mNMMSS若r2已知，则可求出R如何利用已知条件求出r2？E2N=253V，I2N=160A有何物理意义？额定电流和额定感应电动势都是实际值，根据转子实际电路，可知：22222222()NSNSNEEIrrSX额定运行时，S很小，所以转子漏抗可不计。E2NS与E2N有何关系？21224.44NSNwmES f N k21224.443NwmEf N k 22/3NSNNES E2223NNNS EIr2223NNNS ErI(2)额定运行时突然将定子任意两相对调，要求制动初瞬的制动转矩为1.2TN，求转子每相串入的电阻。制动初瞬，电磁量的过渡过程已经结束，而

34、机械的过渡过程才刚才始。转速来不及改变，仍为额定转速，转矩已知，通过机械特性：2mmmTTSSSS 可求出Sm，利用Sm、Sm、r2、R之间的关系，求出R需要注意的是，Sm有两个解，为什么？是否要去掉那个不稳定的？题意中只对初瞬电磁转矩进行了限制，其它约束，再说，制动过程根本就没有平衡点，也就没有判断稳定性的必要。串哪个电阻制动快？串哪个电阻制动初瞬电流小？串哪个电阻能够可靠停机？二、感应电动机的回馈制动二、感应电动机的回馈制动同他励直流电机的回馈制动类似，感应电动机也有两类回馈制动：转速反向的回馈制动和转速不反向的回馈制动。根据直流电机的回馈制动可以推测出这两类回馈制动的特点是：(1)实际转

35、向与理想空载转速即基波气隙旋转磁场的转向相同，且转速的绝对值比理想空载转速大。(2)电机将轴上的机械能变为电能，一部分消耗在电机中，一部分返回到电网。此时S为正还是负？负1.转向反向的回馈制动在H点，转速与理想空载转速方向相同，且比理想空载转速绝对值大。此时S_0，对应的应用场合是将重物快匀速下放。相当于直流电机中电压反向的回馈制动2.转向不变的回馈制动相当于直流电机中电压不反向的回馈制动对应于两类物理过程：一类是电车下坡，另一类是变频降速的瞬态过程。系统原来运行于A点，下坡，初瞬，负载转矩Tz0，转速不变，电磁转矩不变。0zTTn系统到达新的平衡点B1Bnn二者方向相同，所以S0对应于他励直

36、流电机的降压降速，理相空载转速小于电机实际转速的情况，感应电机在什么情况下才会有理想空载转速降低？理想空载转速由定子端电压的频率决定，所以降低频率可以使理想空载转速降低，而电机的转速在降频初瞬来不及改变，有可能高于理想空载转速。ACD这整个过程都是回馈制动吗？只有Cn1段时，n1D段属于正向电动。仅仅降频可不可以？为什么？不可以，根据4.44公式，端电压不变，只降低频率，主磁通将增大铁芯将饱和，根据电机磁化曲线，励磁电流将增大，有可能烧坏电机。所以在降频时，应降压。有功功率流动关系221 2(1)0S rPTm IS 2211 220MCurPTm IPpS 221 220Cupm I r转子

37、轴上的机械功率变为电功率，一部分消耗在转子电阻上，另一部分为电磁功率，通过电磁感应作用传递到定子侧。0Fep211 1 10Cupm I r11MFeCuPPpp当PM较大时，P1为负，向电网回馈能量。无功功率流动关系从等效电路上看，电机吸收的无功功率为：22211 1111 220mmQm I Xm I Xm I X所以，电机仍然从电网吸收无功，所谓的发电，是指发有功，而不是发无功。221 220Qm I X三、感应电动机的能耗制动三、感应电动机的能耗制动回顾直流电机能耗制动，电枢串电阻，切掉端电压。反映在理想空载转速上，就是理相空载转速为零。电机轴上的机械能转换为电能，消耗在电枢回路的电阻

38、上。感应电动机的能耗制动，如果切掉电源，则主磁通没有了，也就不会有电磁转矩来制动。如何得到一个空载转速为零的磁场？如果在一相或任两相定子绕组通入直流电流，就会形成一个空载转速为零的磁场。无论电机转向如何，转速如何，电磁转矩总起制动作用。所以可以用于反抗性负载完全停机而不会反向起动。此时，电机定子绕组只起直流励磁作用，类似于直流电机的主磁极，并没有向转子传递电磁功率。转子从轴上吸收的机械能全部消耗在转子回路中，所以称为能耗制动。fBil/eBlvBlRp/PTfRBilRp 2/CupeiBlR i pP5-4 三相感应电动机的调速为什么要调速？系统功能的需要、节能的需要。电动车、空调、风扇、抽

39、油机、恒压供水等等对于目前工业应用最广的感应电机，如何来调速？1160(1)(1)fnS nSp两种途径：即改变同步速n1，改变转差率S改变同步速n1，有两种方法，一种是变频，一种是改变极对数。改变转差率S，最主要的也有两种方法，即降低定子端电压，转子回路串电阻。一、感应电机的变极调速一、感应电机的变极调速用改变定子绕组的接法来改变极对数，这种电机称为多速电动机，其转子一般采用笼型，因为它感应的极对数能自动与定子相适应。定子每相绕组都由两个完全对称的“半相绕组”或“1/n相绕组”所组成。1A1X2A2X把这些由线圈组构成的1/n相绕组的首末端全部引出，通过不同地联接方式，即可得到变化的极对数。

40、优点：简单可靠、成本低、效率高、机械特性硬。不足：有级调速，级数有限，且电机只有在一种极数下可获得较好的性能。二、感应电机的变频调速二、感应电机的变频调速对于感应电机，如果降低端电压的频率，而端电压不变，则会有什么后果？铁芯饱和，励磁电流上升，功率因数下降，铁耗上升，定子铜耗上升，效率下降，严重时可以烧坏电机。在低于额定频率的变频调速的时，一定要注意电压频率协调控制，最常用的是保持主磁通不变的恒压频比调速。111114.44wmUEf N k1111114.44NwmNUUN kff当频率低于额定频率，但仍较高时1211212()XXf LLr22221211221122()mrrSXXrXX

41、rf LL2121112126060 2()2()mmrfrnS nf LLpLL频率变化时，最大转矩时的转速降nm不变。2mmTTSS2mmTTSS两个坐标系中的两个函数两条直线是否平行关键看斜率是否相等，显然，在两个坐标系中，斜率是不相等的，是否就说明二者不平行了呢？在同一个坐标系下，斜率相等，两直线平行，不在同一坐标系下，则不一定。观察一下，S与S的刻度不一致。设法在同一坐标系下比较。S与S有没有关系？有什么关系？11nnSn1111fnnf11nnSn11111111111111111111111111111111fffnnnnnnnffSffnnnffffnnnffffSffffnn

42、ff1111111111111111111222222()mmmmmmmmmmmmTTfffTSSfSffSfTTTTfffffSSffffSS fSSff2mmTTSS平行!21122211112211221124()8()mm pUTfrrXXm pUfLL采用恒压频比调速，频率仍较高时，最大电磁转矩基本不变。频率较低时，定子电阻不可要忽略，分母比分子下降倍数大，Tm下降。起动转矩随着频率下降，先升后降。高于额定频率时，如果保证主磁通不变，则端电压会超过电机的额定电压，这也是不允许的，而且也是很难做到的，所以，只能保持端电压为额定电压不变，此时主磁通将下降，相当于弱磁调速。111114.4

43、4wmUEf N k在额定频率以上，主磁通下降，最大转矩和起动转矩均随频率上升而下降。在额定频率以下，感应电机变频调速机械特性的直线段类似于直流电机的调压调速，而在额定频率以上，则类似于弱磁调速。优点：平滑性好、效率高、机械特性硬，调速范围广。是感应电动机调速的发展方向。不足：成本较高，控制复杂。例5-10思路：电压和频率成正比，知道一个，另一个可求，先求哪一个？频率与转速有关系，转速已知，如果能求出此转速对应的同步速，可求出频率。都是工作在直线段，直线段平行，电磁转矩与转速降成正比。求出转速降，即可求出此时同步速。故电压、频率可求。注意书中计算有误。不计励磁电流，指定子电流与转子电流折算值的

44、有效值相等。转子电流有效值与电磁转矩和电磁功率有关。221 2112/Mrm IPSTfp221 2221122221 2112/2/NNANNNACCCCCCCrm IISfpS fTrITm ISS ffp三、感应电动机的调压调速对于恒转矩负载，调压调速的范围很小。而且过载能力差，尤其是满载时，降压运行，容易导致转子电流增大，烧坏电机。所以恒转矩负载不适合调压调速。调压调速特别适合于通风机类负载。可以稳定运行于机械特性的曲线段，因此可以得到较低的转速。c点是否稳定？通风机负载要求的TQ很小，不会造成起动困难。在电力电子器件还只有半控器件可用的情况下，为了满足恒转矩负载调速的需要，采用转子电

45、阻较大的高转差率电机或转子回路串电阻的绕线式感应电机，进行调压调速。机械特性较软，其静差度难以满足要求，通常采用转速闭环控制。这曾是十几年前的主流，可是现在却很少应用。电机还是电机，但电机的调速方法变化很快。优点：结构简单，控制方便，价格便宜，特别适合通风机类负载。不足：低速下电机发热严重。四、绕线式感应电机转子串电阻调速对于同一负载，转子串不同电阻，会得到不同的转速。且串电阻越大，转速越低。对于恒转矩负载，转子串电阻的大小与转子电流的大小和相位有没有关系？无关，因为S与转子回路电阻成正比。电磁功率、定子电流、定子功率因数、转差功率、总的机械功率、电机效率各如何变化？前三个不变，第四个增大，最

46、后两个减小优点：方法简单，运行可靠，初始投资少，调速电阻可兼作起动和制动电阻使用，在起重机械中得到广泛应用。不足：有级调速，平滑性差；低速时机械特性变软，静差度大，调速范围不大；低速时铜耗很大，效率低且发热严重。本章小结：1.机械特性的物理表达式、实用表达式，曲线(四个特殊的点)，最大转矩与临界转差率，固有机械特性，降低定子端电压和转子回路串电阻的机械特性。2.起动存在的问题(电流大，转矩小)，方法(降压、转子串电阻)及适用场合。3.制动，三种方式，与直流电机类比，关键注意两点：转速与理想空载转速关系，能量流动关系。4.调速，各中方法的优点、不足及适用场合。课堂练习：5-4，5-6，5-14，5-20空载实验时，降压，为什么会有转速明显下降或定子电流开始回升的现象？2mmTTSS2mmTTSS212149NmmmfTTTf1123NmmmfSSSf2223mmmmTTTSSSS23SS212222arctanarctanXSf LrrS2121222221.51.5arctanarctanarctanXS f LSf LrrrS