大学考研-电动与拖动课件-第4章异步电机的电力拖动

LFChun制作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=m2E2I2cos2E2=4.44f1kw2N2ΦmT=PeΩ060Pe2n0=T=CTΦmI2cos2※转矩常数:pPe2f1=4.44pm2kw2N22CT=第4章异步电动机的电力拖动大连理工大学电气工程系m2p2f1=E2sE2√R22＋(sX2)2R2√R22＋(sX2)22.电磁转矩的参数公式pPe2f1T=m2p2f1=E2I2cos2m2p2f1=sR2E22R22＋(sX2)2(4.44f1kw2N2Φm)2m2p2f1=sR2R22＋(sX2)24.44f1kw2N2m2p2f1=sR2R22＋(sX2)2()U14.44f1kw1N124.1三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系()2m22=spR2U12f1［R22＋(sX2)2］kw2N2kw1N1令()2m22KT=kw2N2kw1N1T=KTspR2U12f1［R22＋(sX2)2］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=0，得dTds最大（临界）转矩TM=KTpU122f1X2临界转差率R2X2sM=由此可见：①T(TM)∝U12，sM与U1无关。②sM∝R2，TM与R2无关。额定电磁转矩最大转矩倍数TMTNMT=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602TN=PNnNT=+2TMsMsssM整理上面各式，得［］=±－1ssMTMT()2TMT4.1三相异步电动机的机械特性解上述方程，可得|s||sM|时取负号,|s||sM|时取负号。大连理工大学电气工程系当T=TN时，则=ssM4.1三相异步电动机的机械特性(MT±MT2－1)大连理工大学电气工程系【例4.1.1】Y132M－4型三相异步电动机带某负载运行，转速n=1455r/min，试问该电动机的负载转矩TL是多少？若负载转矩TL=45N·m，则电动机的转速n是多少？由电工手册查到该电机的PN=7.5kW，n0=1500r/min，nN=1440r/min，MT=2.2。由此求得n0－nn0s===0.031500－14551500n0－nNn0sN===0.041500－144015004.1三相异步电动机的机械特性解：大连理工大学电气工程系sM=sN(MT＋MT2－1)=0.04(2.2＋2.22－1)=0.166602TN=PNnN602=×N·m=49.76N·m75001440TM=MTTN=2.2×49.76N·m=109.47N·m4.1三相异步电动机的机械特性忽略T0，则TL=T2sMs=T=＋2TMssM=N·m=38.32N·m+2×109.470.030.1660.1660.03大连理工大学电气工程系当TL=T2=T=45N·m时=0.166×－－1()2109.4745109.47454.1三相异步电动机的机械特性=0.036n=(1－s)n0=(1－0.036)×1500r/min=1446r/minTMTs=sM－－1TMT()2大连理工大学电气工程系OTs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。1n0TnOMSNNMS4.1三相异步电动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TL≤TN，P2≤PN，I1≤IN。1.额定状态（N点）nNTNn0TnONsN=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）n0nTOM对应s=sM，T=TM的状态。nMTM临界状态明了电动机的短时过载能力。过载倍数αMT=TMTNY系列三相异步电动机MT=2~2.24.1三相异步电动机的机械特性大连理工大学电气工程系3.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n0TnOSTSST=TSTN起动电流倍数SC=ISINY系列三相异步电动机ST=1.6~2.2SC=5.5~7.04.1三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Y225M－2型三相异步电动机，若TL=200N·m，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=45kW，nN=2970r/min，MT=2.2，ST=2.0。(1)电动机的额定转矩602TN=PNnN602×3.14=N·m=145N·m45×1032970由于TN＜TL，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=MTTN=2.2×145N·m=319N·m由于TM＞TL，故可以带此负载短时运行。(3)电动机的起动转矩TST=STTN=2.0×145N·m=290N·m由于TST＞TL，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U1'＞U1三、人为特性1.降低定子电压时的人为特性sMTsOU1'U1U1'＞U1sMnTOU1'U1SM与U1无关T正比于U124.1三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TMTsOR2'R2R2'R2nTOTMR2'R2R2'R2大连理工大学电气工程系R2=X2TsOTMsM＜1sM=1sM＞1R2＜X2R2＞X2R2'＜R2当R2＜X2时，sM＜1，R2→TST。当R2=X2时，sM=1，TS=TM。当R2＞X2时，sM＞1，R2→TST。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性(1)f1＜fNE14.44f1kw1N1Φm=≈U14.44f1kw1N1为保持Φm=常数=常数U1f1因为n0∝f1,sM∝1f1所以△n=n0－nM=sMn0（不变）TM=KTpU122f1X2R2X2sM=()因为TM∝U1f12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f1＜fNn0'f1n0TnOfNTMTM=KTpU122f1X2R2X2sM=(2)f1＞fN，U1=UN（不变）调频时：f1→Φm因为n0∝f1，sM∝1f1所以△n=n0－nM=sMn0(不变)TM∝1f12而且：f1＞fNn0'f1n0TnOfN4.1三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U1U2U3U4××(a)p=2SNNSU1U2U3U4(b)p=14.1三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)2p→p，n0→2n0。(2)N1→N1/2，KT→4KT。(3)sM不变，U1不变。(4)n=n0－nM=sMn0→2sMn0。(5)TM(TS)→2TM(TS)。KT=()2m22kw2N2kw1N1TM=KTpU122f1X2n0TnOYYY0.5n04.1三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)N1→N1/2，KT→4KT。(3)sM不变，U1→U1/3。n0TnOYY0.5n0(4)△n=n0－nM=sMn0→2sMn0。(5)TM(TT)→2/3TM(TT)。KT=()2m22kw2N2kw1N1TM=KTpU122f1X24.1三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：OTLn+TL－TL1.恒转矩负载特性(1)反抗性恒转矩负载nT(T2)TL(T0)由摩擦力产生的。当n＞0，TL＞0。当n＜0，TL＜0。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OTLnOTLn(2)位能性恒转矩负载由重力作用产生的。当n＞0，TL＞0。当n＜0，TL＞0。如起重机的提升机构和矿井卷扬机等。2.恒功率负载特性TLn=常数。如机床的主轴系统等。TL∝1n4.2电力拖动系统稳定运行大连理工大学电气工程系3.通风机负载特性OTLnTL∝n2TL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OTLnT0TL=T0＋kn2实际的机床平移机构OTLn4.2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：T－TL=0运动方程:T－TL=JdΩdtT－TL＞0→加速T－TL＜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n0TnOTLab干扰使TLa点:T＜TLn→Ta'→a'点。→a点。→n→T干扰过后T＞TL→T=TL4.2电力拖动系统稳定运行大连理工大学电气工程系n0TnOTLaba干扰使TLa点:T＜TLn→T→a'点。干扰过后T＞TL→n→T→T=TL→a点。干扰使TLnT＞TL→T→a点。→T=TL干扰过后T＜TL→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n0TnOabTLb点:干扰使TL→n→n=0→堵转。→TnT＜TL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n0TnOabTLb点:干扰使TLn→T→n→n=0→堵转。T＜TL干扰过后T＜TL，不能运行。干扰使TLnT＞TL→T→b'点。→nb'干扰过后T＜TL→n→T→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稳定运行的充分条件:dTdn＜dTLdnn0TnOabTL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n0TnO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TL→a'点aa'T－TL＜0→n→I2→TI1→P1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＞TLTST≥(1.1~1.2)TL2.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=(5.5～7)IN起动转矩小：TST=StTN=(1.6～2.2)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：ISTI