淮安信息職業技術學院,第五章 三相異步電動機的拖動特性,三相異步電動機的機械特性 生產機械的負載特性 三相異步電動機的起動 三相異步電動機的調速 三相異步電動機的反轉與制動 三相異步電動機故障分析及維護,淮安信息職業技術學院,三相異步電動機的機械特性,機械特性方程 臨界轉差率和最大轉距 固有機械特性方程 人為機械特性方程,返回,淮安信息職業技術學院,機械特性方程,三相異步電動機的機械特性是指在一定條件下，電動機的轉速與轉矩之間的關系，即,返回,淮安信息職業技術學院,臨界轉差率和最大轉距,機械特性方程為一個二次方程，當s為某一數值時，電磁轉矩有一最大值Tm。由數學知識可知，令dT/ds = 0，即可求得此時的轉差率，用sm表示，即 求得對應時的電磁轉矩，即最大電磁轉矩值： 臨界轉差率和最大轉距的特點,返回,淮安信息職業技術學院,臨界轉差率和最大轉距的特點,當電源的頻率及電機的參數不變時，最大電磁轉矩Tm與定子繞組電壓U1的平方成正比。 最大電磁轉矩Tm和臨界轉差率sm都與定子電阻及定、轉子漏抗有關。 最大電磁轉矩Tm和轉子回路中的電阻無關，而臨界轉差sm率則與成正比。,返回,淮安信息職業技術學院,固有機械特性方程,固有機械特性方程 異步電動機的固有機械特性是指在額定電壓和額定頻率下，按規定方式接線，定、轉子外接電阻為零時，電磁轉矩T與轉差率s的關系，即T=f(s)曲線。 固有機械特性曲線 固有機械特性曲線的特點,返回,淮安信息職業技術學院,固有機械特性曲線,返回,淮安信息職業技術學院,固有機械特性曲線的特點,曲線形狀分析： AB段。因s較大，且異步電動機中，近似為雙曲線。隨著s的減小，T反而增大。 BO段。因s很小，近似為直線。隨著s的減小，T亦減小。 曲線的幾個特殊點的分析： 起動點A 同步點O 臨界點B 額定點C,返回,淮安信息職業技術學院,人為機械特性方程,人為機械特性就是人為地改變電源參數或電機參數而得到的機械特性。三相異步電動機的人為機械特性主要有以下兩種： 降低定子電壓的人為機械特性 轉子串電阻的人為機械特性,返回,淮安信息職業技術學院,生產機械的負載特性,生產機械的負載特性 生產機械的負載特性是指生產機械的轉速n與負載轉矩TL之間的關系，即n=f（TL）。一般可以分為以下三種： 恒轉距負載 恒轉矩負載是指負載轉矩TL的大小不隨轉速的改變而改變的生產機械。主要有兩種： 反抗性恒轉矩負載 是指負載轉矩的大小不變，但負載轉矩的方向始終與生產機械運動的方向相反。 位能性恒轉矩負載 是指不論生產機械運動的方向變動與否，負載轉矩的大小和方向始終不變。 恒功率負載 恒功率負載是指負載所需的功率為恒定值。 通風機型負載 通風機型負載是指負載轉矩TL的大小與轉速n的平方成正比的生產機械。即TL = Kn2。 生產機械的負載特性曲線,返回,淮安信息職業技術學院,生產機械的負載特性曲線,1、反抗性恒轉矩負載,2、位能性恒轉矩負載,3、恒功率負載,4、通風機型負載,返回,淮安信息職業技術學院,三相異步電動機的起動,起動的定義 三相異步電動機的起動就是轉子轉速從零開始到穩定運行為止的這一過程。 起動的要求 電動機應有足夠大的起動轉矩。 在保證一定大小的起動轉矩的前提下，起動電流越小越好。 鼠籠式異步電動機的起動 直接起動 降壓起動 繞線式異步電動機的起動,返回,淮安信息職業技術學院,直接起動,直接起動的條件 一般10kW以下的電動機都可以直接起動。 直接起動的特點 直接起動是最簡單的起動方法。 直接起動時，起動電流很大， 直接起動的接線 起動時用閘刀開關、磁力起動器或接觸器將電動機定子繞組直接接到電源上。,返回,淮安信息職業技術學院,降壓起動,降壓起動的概念 降壓起動是指電動機在起動時降低加在定子繞組上的電壓，起動結束后加額定電壓運行的起動方式。 降壓起動的特點 降低電動機起動電流。 由于電動機的轉矩與電壓的平方成正比，因此降壓起動時電動機的轉矩也減小較多，故此法一般適用于電動機空載或輕載起動。 降壓起動的方法 定子串接電抗器(或電阻)的降壓起動 Y-起動 自耦變壓器（起動補償器）起動 延邊三角形起動,返回,淮安信息職業技術學院,定子串接電抗器(或電阻)的降壓起動,方法 起動時，將電抗器(或電阻)接入定子電路起到降壓的目的；起動后，切除所串的電抗器(或電阻)，電動機在全壓下正常運行。 特點 減小了起動電流 能耗較大 電阻增加了控制柜的體積,返回,淮安信息職業技術學院,Y-起動,方法 起動時將定子繞組接成Y形，起動結束運行時定子繞組則改接成形 。 接線圖 起動電流 起動電流是直接起動時的1/3 起動轉距 Y-起動時起動轉矩也是直接起動時的1/3。 特點 不需要增加設備，方法簡單，價格便宜。 載或空載情況下，應優先采用 。 定子繞組是接法,返回,淮安信息職業技術學院,Y-起動的接線圖,返回,淮安信息職業技術學院,自耦變壓器（起動補償器）起動,方法 自耦變壓器也稱起動補償器。起動時將電源接在自耦變壓器初級，次級接電動機。起動結束后切除自耦變壓器，將電源直接加到電動機上運行。 起動電流 起動轉距 特點 定子繞組采用Y形或形接法都可以使用。 缺點是設備體積大，投資較貴。,返回,淮安信息職業技術學院,延邊三角形起動,特點 它介于自耦變壓器起動與Y-起動方法之間 延邊三角形可采用不同的抽頭比，來滿足不同負載特性的要求。 優點是節省金屬，重量輕；缺點是內部接線復雜 接線圖,返回,淮安信息職業技術學院,繞線式異步電動機的起動,轉子串接電阻器起動 轉子串頻敏變阻器起動,返回,淮安信息職業技術學院,轉子串接電阻器起動,方法 起動時，在轉子回路中串接起動電阻器，借以提高起動轉矩，同時因轉子回路中電阻的增大也限制了起動電流；起動結束，切除轉子回路所串電阻。為了在整個起動過程中得到比較大的起動轉矩，需分幾級切除起動電阻。 起動接線圖和特性曲線 特點 在整個起動過程中產生的轉矩都是比較大的，適合于重載啟動，廣泛用于橋式起重機、卷揚機、龍門吊車等重載設備。 其缺點是所需起動設備較多，起動時有一部分能量消耗在起動電阻上，起動級數也較少。,返回,淮安信息職業技術學院,轉子串電阻起動接線圖和特性曲線,返回,淮安信息職業技術學院,轉子串頻敏變阻器起動,頻敏變阻器 實質上是一臺鐵損很大的電抗器。它是一個三相鐵心線圈，其鐵心不用硅鋼片而用厚鋼板疊成。鐵心中產生渦流損耗和一部分磁滯損耗，鐵心損耗相當于一個等值電阻，其線圈又是一個電抗，其電阻和電抗都隨頻率變化而變化。 接線圖 特點 具有結構簡單、造價便宜、維護方便、無觸點、運行可靠、起動平滑等優點。 它具有一定的線圈電抗，功率因數較低，起動轉矩要小一些，故一般適用于電機的輕載起動 。,返回,淮安信息職業技術學院,轉子串頻敏變阻器的接線圖,返回,淮安信息職業技術學院,三相異步電動機的調速,由 可知調速的方法有： 變極調速 變頻調速 改變轉差率調速,返回,淮安信息職業技術學院,變極調速,定義 在電源頻率不變的條件下，改變電動機的極對數，電動機的同步轉速就會發生變化，從而改變電動機的轉速。 原理 變極一般采用反向變極法，即通過改變定子繞組的接法，使之半繞組中的電流反向流通，極數就可以改變。這種因極數改變而使其同步速發生相應變化的電機，我們稱之為多速電動機。其轉子均采用鼠籠式轉子，因其感應的極數能自動與定子變化的極數相適應。 接線圖 左圖為四極 右圖為兩級,返回,淮安信息職業技術學院,變頻調速,原理 在定子繞組極對數一定的情況下，旋轉磁場的轉速n1與電源頻率f1成正比，所以連續地調節頻率就可以平滑地調節異步電動機的轉速。 注意 在變頻調速中，由定子電勢方程式U1E1=4.44f1w1Kw1m可以看出，當降低電源頻率f1調速時，若電源電壓U1不變，則磁通m將增加，使鐵心飽和，從而導致勵磁電流和鐵損耗的大量增加，電機溫升過高，這是不允許的。因此在變頻調速的同時，為保持磁通m不變，就必須降低電源電壓，使U1/f1為常數。另在變頻調速中，為保證電機的穩定運行，應維持電機的過載能力不變。 特點 一是能平滑無級調速、調速范圍廣、效率高。 二是因特性硬度不變，系統穩定性較好。 三是可以通過調頻改善起動性能。 主要缺點是系統較復雜、成本較高。,返回,淮安信息職業技術學院,改變轉差率調速,改變定子電壓調速 轉子串電阻調速 串級調速,返回,淮安信息職業技術學院,改變定子電壓調速,原理 對于轉子電阻大、機械特性曲線較軟的鼠籠式異步電動機，如所加在定子繞組上的電壓發生改變，則負載轉矩TL對應于不同的電源電壓U1、U2、U3，可獲得不同的工作點，從而獲得不同的轉速。 特點 電動機的調速范圍很寬。 缺點是低壓時機械特性太軟，轉速變化大，,返回,淮安信息職業技術學院,轉子串電阻調速,原理 轉子串電阻時最大轉矩不變，臨界轉差率加大。所串電阻越大，則運行段機械特性的斜率越大。轉子串電阻R1前后有 特點 轉子串電阻調速的優點是方法簡單，主要用于中、小容量的繞線式異步電動機，如橋式起動機等。,返回,淮安信息職業技術學院,串級調速,概念 串級調速，就是在異步電動機的轉子回路串入一個三相對稱的附加電勢，其頻率與轉子電勢相同，改變的大小和相位，就可以調節電動機的轉速。 分類 低同步串級調速 轉速低于同步轉速 超同步串級調速 轉速高于同步轉速 特點 它也是只適用于繞線式異步電動機。,返回,淮安信息職業技術學院,三相異步電動機的反轉與制動,三相異步電動機的反轉 三相異步電動機的制動,返回,淮安信息職業技術學院,三相異步電動機的反轉,原理 電動機的旋轉方向取決于定子旋轉磁場的旋轉方向。因此只要改變旋轉磁場的旋轉方向，就能使三相異步電動機反轉。 方法 互換電源的任意兩相，就可實現反轉。 接線圖,返回,淮安信息職業技術學院,三相異步電動機的制動,目的 在負載轉矩為位能性負載轉矩的機械設備中（例如起重機下放重物時，運輸工具在下坡運行時）使設備保持一定的運行速度。 在機械設備需要減速或停止時，電動機能實現減速和停止。 制動方法 機械制動 利用機械裝置使電動機從電源切斷后能迅速停轉。 電氣制動 使異步電動機所產生的電磁轉矩T和電動機轉子的轉速n的方向相反。 電氣制動的方法 能耗制動 反接制動 回饋制動,返回,淮安信息職業技術學院,能耗制動,方法 將運行著的異步電動機的定子繞組從三相交流電源上斷開后，立即接到直流電源上。 原理 當定子繞組通入直流電源，將在電機中將產生一個恒定磁場。當轉子因機械慣性按原轉速方向繼續旋轉時，轉子導體會切割這一恒定磁場，從而在轉子繞組中產生感應電勢和電流。轉子電流又和恒定磁場相互作用產生電磁轉矩T，根據右手定則可以判斷電磁轉矩的方向與轉子轉動的方向相反，則T為一制動轉矩。在制動轉矩作用下，轉子轉速將迅速下降，當n = 0時，T = 0，制動過程結束。 特點 能耗制動的優點是制動力強，制動較平穩。 缺點是需要一套專門的直流電源供制動用。,返回,淮安信息職業技術學院,反接制動,電源反接制動 方法 改變電動機定子繞組與電源的聯接相序， 原理 當電源的相序發生變化，旋轉磁場n1立即反轉，從而使轉子繞組中的感應電勢、電流和電磁轉矩都改變方向。因機械慣性，轉子轉向未發生變化，則電磁轉矩T與轉子的轉速n方向相反，電機進入制動狀態，這個制動過程我們稱為電源反接制動。 倒拉反接制動 方法 當繞線式異步電動機拖動位能性負載時，在其轉子回路中串入很大的電阻。 原理 在轉子回路串入很大的電阻，機械特性變為斜率很大的曲線，因機械慣性，工作點向下移。此時電磁轉矩小于負載轉矩，轉速下降。當電機減速至n = 0，電磁轉矩仍小于負載轉矩，在位能負載的作用下，電動機反轉，工作點繼續下移。此時因n0，電機進入制動狀態，直至電磁轉矩等于負載轉矩，電機才穩定運行。,返回,淮安信息職業技術