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1、大连理工大学电气工程系,第 4 章 异步电机的电力拖动,4.1 三相异步电动机的机械特性,4.2 电力拖动系统的稳定运行,4.3 三相异步电动机的起动,4.4 三相异步电动机的调速,4.5 三相异步电动机的制动,第 4 章 异步电机的电力拖动,4.1 三相异步电动机的机械特性,4.2 电力拖动系统的稳定运行,4.3 三相异步电动机的起动,4.4 三相异步电动机的调速,4.5 三相异步电动机的制动,电机与拖动,返回主页,大连理工大学电气工程系,4.1 三相异步电动机的机械特性,一、电磁转矩公式 1. 电磁转矩的物理公式,Pe = m2 E2 I2 cos2 E2 = 4.44 f1 kw2N2m
2、,T = CTm I2 cos2, 转矩常数:,第 4 章 异步电动机的电力拖动,大连理工大学电气工程系,2. 电磁转矩的参数公式,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,令,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,3. 电磁转矩的实用公式,由,最大（临界）转矩,临界转差率,由此可见： T (TM) U12 ， sM 与 U1 无关。 sMR2 ，TM 与 R2 无关。,最大转矩倍数,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,若忽略 T0，则,整理上面各式，得,4.1 三相异步电动机的机械特性,解上述方程，可得,|s | |sM| 时取负号。
3、,大连理工大学电气工程系,当 T=TN 时，则,4.1 三相异步电动机的机械特性,(MT MT21 ),大连理工大学电气工程系,【例 4.1.1 】 Y132M4 型三相异步电动机带某负载运行，转速 n = 1 455 r/min，试问该电动机的负载转矩 TL 是多少？若负载转矩 TL = 45 Nm，则电动机的转速 n 是多少？,由电工手册查到该电机的 PN = 7.5 kW，n0 = 1 500 r/min，nN = 1 440 r/min，MT = 2.2。 由此求得,4.1 三相异步电动机的机械特性,解：,大连理工大学电气工程系,= 0.166,TM = MT TN,= 2.249.7
4、6 Nm = 109.47 Nm,4.1 三相异步电动机的机械特性,忽略 T0，则,TL = T2,大连理工大学电气工程系,当 TL = T2 = T = 45 Nm 时,4.1 三相异步电动机的机械特性,= 0.036,n = ( 1s ) n0= ( 10.036 )1 500 r/min = 1 446 r/min,大连理工大学电气工程系,二、固有特性,当 U1 、f1、R2、X2 = 常数时：T = f (s ) 转矩特性n = f (T ) 机械特性当 U1L = U1N 、f1 = fN，且绕线型转子中不外 串电阻或电抗时的特性称为固有特性。,MS N,NMS,4.1 三相异步电动
5、机的机械特性,大连理工大学电气工程系,额定状态是指各个物理量都等于额定值的状态。 N点： n = nN ， s = sN ，T = TN ，P2 = PN。额定状态说明了电动机长期运行的能力TLTN，P2 PN，I1 IN。,1. 额定状态（N点）,sN = 0.01 0.09 很小，T 增加时，n 下降很少 硬特性。,工作段,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,临界转速,2. 临界状态（M 点）,对应 s = sM，T = TM 的状态。,临界状态明了电动机的短时过载能力。过载倍数,Y 系列三相异步电动机 MT = 2 2.2,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工
6、大学电气工程系,3. 堵转状态（ S 点）,对应 s = 1，n = 0 的状态。 又称为起动状态。,堵转状态说明了电动机直接 起动的能力。起动条件(1)TS (1.1 1.2)TL。(2)IS允许值。 起动转矩倍数,TS,起动电流倍数,Y 系列三相异步电动机 ST = 1.6 2.2 SC = 5.5 7.0,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,【例 4.1.2 】 一台Y225M2 型三相异步电 动机，若 TL = 200 Nm，试问能否带此负载： (1) 长期运行；(2) 短时运行； (3) 直接起动（设 Is 在允许范围内）。,解：,查电工手册得知该电机的 PN
7、= 45 kW， nN = 2 970 r/min，MT = 2.2， ST= 2.0。(1) 电动机的额定转矩,由于 TNTL ，故不能带此负载长期运行。,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,(2) 电动机的最大转矩TM = MT TN = 2.2145 Nm = 319 Nm 由于 TMTL ，故可以带此负载短时运行。 (3) 电动机的起动转矩 TST = STTN = 2.0145 Nm = 290 Nm 由于 TSTTL ，且超过 1.1 倍 TL ，故可以带此负 载直接起动。,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,U1U1“,三、人为特性,1
8、. 降低定子电压时的人为特性,U1U1“,SM 与U1无关 T 正比于 U12,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,2. 增加转子电阻时的人为特性,sM 正比于 R2 ， TM 与 R2 无关。,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,R2=X2,R2X2,R2X2,R2 R2“,当 R2X2 时，sM1，R2TST。当 R2 = X2 时，sM = 1，TS= TM。当 R2X2 时，sM1，R2TST 。,R2增加后， TST大小则与R2 和 X2的相对大小有关。,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,3. 改变定子频率时的人为特
9、性,(1) f1 fN,为保持 m = 常数,因为 n0 f1 ,所以 n = n0nM = sM n0,（不变）,所以 TM 不变。,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,f1fN,(2) f1fN ， U1 = UN（不变）调频时：f1 m 因为 n0 f1，,所以 n = n0nM = sM n0 (不变),f1fN,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,4. 改变磁极对数时的人为特性,(a) p = 2,S N N S,NS,(b) p = 1,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,Y(2p ),YY(p ),(2p ),定子
10、绕组常用的接法,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,1. Y YY变极,(1) 2pp ， n0 2n0。 (2) N1N1 /2，KT4KT 。 (3) sM 不变，U1不变。 (4) n = n0nM = sM n0 2sMn0。 (5) TM (TS) 2TM (TS) 。,Y,YY,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,2. YY变极,(1) 2p p ，n0 2n0。 (2) N1N1 / 2，KT4KT 。 (3) sM 不变，,0.5n0,(4)n = n0nM = sM n0 2sMn0。 (5) TM (TT) 2/3TM (TT)
11、。,4.1 三相异步电动机的机械特性,大连理工大学电气工程系,4.2 电力拖动系统的稳定运行,一、负载的机械特性n = f (TL)转速和转矩的参考方向：,1. 恒转矩负载特性 (1) 反抗性恒转矩负载,由摩擦力产生的。 当 n0， TL0。当 n 0，TL0。 如机床平移机构、压延设备等。,第 4 章 异步电动机的电力拖动,大连理工大学电气工程系,(2) 位能性恒转矩负载,由重力作用产生的。当 n0， TL0。当 n 0，TL0。如起重机的提升机构 和矿井卷扬机等。 2. 恒功率负载特性,TL n = 常数。如机床的主轴系统等。,4.2 电力拖动系统稳定运行,大连理工大学电气工程系,3. 通
12、风机负载特性,TLn2TL 的方向始终与 n 的方向相反。 如通风机、水泵、油泵等。,实际的通风机负载,T0,TL = T0k n2,实际的机床平移机构,4.2 电力拖动系统稳定运行,大连理工大学电气工程系,二、稳定运行条件,工作点：,在电动机的机械特性与负载 的机械特性的交点上。,稳定运行:,即：TTL = 0,运动方程:,TTL 0,加速,TTL 0,减速,n = 常数,过渡过程:,4.2 电力拖动系统稳定运行,大连理工大学电气工程系,a,干扰使 TL ,a 点:,n , T ,a, a点。, a 点。,n ,T ,干扰过后 TTL,T = TL,4.2 电力拖动系统稳定运行,大连理工大学
13、电气工程系,a,a“,干扰使 TL ,a 点:,n T a点。,干扰过后 TTL n T T = TL a 点。,干扰使 TL ,T , a“ 点。,T = TL,干扰过后 TTL, n , T ,T = TL a 点。,4.2 电力拖动系统稳定运行,大连理工大学电气工程系,b 点:,干扰使 TL ,n n = 0,堵转。,T ,干扰过后 T TL ，不能运行。,b,4.2 电力拖动系统稳定运行,大连理工大学电气工程系,b 点:,干扰使 TL n T n n = 0 堵转。,干扰过后 T TL ，不能运行。,干扰使 TL ,T , b 点。, n ,b,干扰过后 TTL,n T , a 点。,
14、4.2 电力拖动系统稳定运行,大连理工大学电气工程系,稳定运行的充分条件:,稳定运行点,不稳定 运行点,4.2 电力拖动系统稳定运行,大连理工大学电气工程系,电动机的自适应负载能力,电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动 调整这种能力称为自适应负载能力。,自适应负载能力是电动机 区别于其他动力机械的重要 特点。如:柴油机当负载增加时， 必须由操作者加大油门， 才能带动新的负载。,a 点TL,新的平衡,a点,a,TTL0,n,I2,T,I1P1,4.2 电力拖动系统稳定运行,大连理工大学电气工程系,4.3 三相异步电动机的起动,一、电动机的起动指标 1. 起动转矩足够大TST TL TST (1.1 1.2) TL 2. 起动电流不超过允许范围。异步电动机的实际起动情况起动电流大：IST = SCIN = (5.57) IN起动转矩小：TST = StTN = (1.62.2) TN,第 4 章 异步电动机的电力拖动,大连理工大学电气工程系,不利影响 (1)大的 IST使电网电压降低，影响自身及其他负载工作。,(2) 频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。 二、笼型异步电动机的直接起动 1. 小容量的电动机（PN 7.5kW） 2. 电动机容量满足如下要求：,
