1、Three phase induction motor & its driven第五章第五章 三相感應電機的電力拖動三相感應電機的電力拖動 5.1 三相感應電動機機械特性三相感應電動機機械特性5.2 三相感應電動機的起動三相感應電動機的起動5.3 三相感應電動機的制動三相感應電動機的制動5.4 三相感應電動機的調速三相感應電動機的調速Three phase induction motor & its driven5.1 三相感應電動機的機械特性三相感應電動機的機械特性 一、一、 三相感應電動機的機械特性三相感應電動機的機械特性 1、 機械特性的物理表達式機械特性的物理表達式 2221cosIE

2、mPMpfp1112mwkNfE111222212211112211111coscos22cos2ICIkNpmfpIkNfmPTmMmwmwM折算到定子邊的感應折算到定子邊的感應電動機的轉矩常數電動機的轉矩常數轉子回路的轉子回路的功率因數功率因數表明轉矩與每極磁通和轉子電流的有功分量成正比表明轉矩與每極磁通和轉子電流的有功分量成正比 Three phase induction motor & its driven5.12、 機械特性的參數表達式機械特性的參數表達式 與參數有關，因此稱為參數表達式與參數有關，因此稱為參數表達式22122112)(xxSrrUI等值電路等值電路SrxxSrrUm

3、PTM2221221211111MPT 2221cosIEmPMpfp11122212211221112xxSrrfSrUpmPTMThree phase induction motor & its driven5.12212211221112xxSrrfSrUpmPTM若電機的參數不變，若電機的參數不變，U1及及f1保持不變，則保持不變，則T只與只與S有關，有關， SfTS,-令 坐標變換坐標變換 Tfn 機械特性機械特性S0DB1nAQT1BmSmTn0TNTC臨界轉差率:MS0ddST221212xxrrSm221211211122xxrrUfpmTmThree phase induct

4、ion motor & its driven5.1S0DB1nAQT1BmSmTn0TNTC“”:電動狀態電動狀態 “”:發電狀態發電狀態Sm的數值的數值在電動和發電狀態時相同；在電動和發電狀態時相同；Tm的數值發電時大，電動相對小一些的數值發電時大，電動相對小一些221211211122xxrrUfpmTm221212xxrrSm2112112122114xxfUpmTxxrSxxrmmSm和和Tm的數值的數值在電動和發電狀態時相同（以后的分析）在電動和發電狀態時相同（以后的分析）；Tm最大轉矩，實際電機額定轉矩最大轉矩，實際電機額定轉矩TN小于小于TmNmMTT過載倍數：是感應電機的重要指

5、標，一般為是感應電機的重要指標，一般為1.62.2Three phase induction motor & its drivenS0DB1nAQT1BmSmTn0TNTC2112112124xxfUpmTxxrSmm5.1(1)若若f1及電機參數不變時，及電機參數不變時，Tm正比于正比于U1，而而Sm與與U1無關無關(2)若若f1,U1及電機其他參數不變時，及電機其他參數不變時， 僅改變僅改變r2時，時， Tm不變，不變， Sm正比于正比于r2。(3)若若f1,U1及電機其他參數不變時，及電機其他參數不變時， 僅改變僅改變 Tm與與Sm與之成反比。與之成反比。21xx點：起動點點：起動點22

6、1221122112xxrrfrUpmTQ起動轉矩起動轉矩TQ與與U12成正比成正比NQMTTK/起動轉矩倍數：Three phase induction motor & its driven5.13、 機械特性的實用表達式機械特性的實用表達式 2212211221112xxSrrfSrUpmPTM221211211122xxrrUfpmTm22122122121122xxSrrSxxrrrTTmmSrxxr222121mmmmmSSrrSSSSTT22221，式中簡化簡化忽略不計24 .02 .022, 2 .01 .021mmmmmSSSSSSrrSThree phase inductio

7、n motor & its drivenSSSSTTmmm2NNNNMmnPTTT9550式中式中),NNST把額定工作點代入（1212MMNmNmmNmNMSSSSSSTT產品目錄中查出電機的產品目錄中查出電機的MNNnP,mmST ,SSSSTTmmm2實用表達式實用表達式直線段表達式直線段表達式實用公式化簡為當,SSSSSSmmmSSTTmm2機械特性的直線表達式機械特性的直線表達式5.1Three phase induction motor & its drivenSSTTmm2機械特性的直線表達式機械特性的直線表達式NNNNMmnPTTT9550式中式中NmmNNMNNmmSSTTS

8、STTS222使用注意事項：使用注意事項：（1）事先能夠判斷處于機械特性的直線段（）事先能夠判斷處于機械特性的直線段（SSm），），不能判斷，不能判斷， 只能用實用表達式。只能用實用表達式。（2）采用直線段表達式，）采用直線段表達式， 注意注意Sm的計算。的計算。5.1Three phase induction motor & its driven二、二、 三相感應電動機的固有機械特性三相感應電動機的固有機械特性 定子定子：定子繞組繞組按規定的接法，不經任何阻抗直接施以額定頻率的定子繞組繞組按規定的接法，不經任何阻抗直接施以額定頻率的額定電壓的對稱三相電壓。額定電壓的對稱三相電壓。轉子轉子：回

9、路不串入任何阻抗，直接自行短接。：回路不串入任何阻抗，直接自行短接。 固有機械特性Tfn S0DB1nAQT1BmSmTn0TNTCA點：起動點點：起動點S=1，TQ，IQ，直接起動時的起動轉矩和電流直接起動時的起動轉矩和電流B點：臨界點點：臨界點S=Sm，Tm電動機提供的最大轉矩電動機提供的最大轉矩C點：額定點S=SN，T=TN，n=nN,I1=I1N, I2=I2N,P2=PN D點：同步點(理想空載點)S=0，T=0，n=n1,I1=Im, I2=0,P2=05.1Three phase induction motor & its driven5-1？.755)3(;(2)；(1)：,

10、2min,/r1460V380kW150Hz501恒轉矩負載時的轉速起動轉矩固有機械特性表達式試求繞線式感應電動機某三相四極mNTTn，U，PzQMNNN解解mN4 .19622 .9812mN2 .9811460150955095501 .0)122(027.01027.015001460150015002506060221111NMmNNNMMNmNNTTnPTSSnnnSpfn01.048.3921 .01 .04 .1962222SSSSSSSSTTmmm5.1Three phase induction motor & its driven5-1mN6 .38801.0148.3922

11、QT1S755zTT5 .002.001.048.3927552SSS0DB1nAQT1BmSmTn0TNTCr/min147015 .01nSnSSm舍去5.1Three phase induction motor & its driven三、三、 三相感應電動機的人為機械特性三相感應電動機的人為機械特性 人為地改變電動機的任一個參數人為地改變電動機的任一個參數(U1,f1,p,定子回路電阻或電抗，轉子回路定子回路電阻或電抗，轉子回路電阻或電抗）的機械特性統稱為人為機械特性。電阻或電抗）的機械特性統稱為人為機械特性。5.1 人為機械特性Tfn 1、 降低定子端電壓人為機械特性降低定子端電壓人

12、為機械特性其它條件不變，僅改變定子端電壓其它條件不變，僅改變定子端電壓S01n1mSmTn0TNTAB同步點不變不變 ,1n21212,UTxxrSmm不變12321, 1UTSQmmmmmTUUTSSSSTT2112降壓后機械特性的實用表達式降壓后機械特性的實用表達式Three phase induction motor & its drivenmmmmTUUTSSTT2112降壓后機械特性的直線段表達式降壓后機械特性的直線段表達式S01n1mSmTn0TNTAB特點：特點：1.起動轉矩起動轉矩T與過載能力都顯著降低。與過載能力都顯著降低。 調得過低，調得過低，TmTz則要停轉則要停轉Nmm

13、TT2.恒轉矩負載時降壓則電流增大，損耗增大恒轉矩負載時降壓則電流增大，損耗增大。221cosICTmMSrxSrx22222arctan)/(arctan21II 21,cucupp長期運行燒毀電機長期運行燒毀電機5.1Three phase induction motor & its driven2、 轉子回路串對稱三相電阻的人為機械特性轉子回路串對稱三相電阻的人為機械特性繞線式感應電機，僅在轉子回路中串入對稱的三相電阻，繞線式感應電機，僅在轉子回路中串入對稱的三相電阻，所得的人為特性為轉子回路串對稱三相電阻的人為特性所得的人為特性為轉子回路串對稱三相電阻的人為特性。5.1同步點不變不變

14、,1n保持不變回路的電阻無關與轉子增大,212mmTxxrS123的增加而減小隨時的增加而增加隨RTSRTSQmQm,1, 1TS01n1mSmTn0NTASSSSTTmmm2串電阻后機械特性的實用表達式串電阻后機械特性的實用表達式2222rRrrRrSSmm串電阻特性Three phase induction motor & its driven5.1TS01n1mSmTn0NTA22222rRrrRrSSSSTTmmmm串電阻后機械特性的直線表達式串電阻后機械特性的直線表達式繞線式感應電動機轉子串電阻可繞線式感應電動機轉子串電阻可用來調速，也可改變起動轉矩，用來調速，也可改變起動轉矩，改善

15、起動性能。改善起動性能。2221212212121rxxrRxxrRrSmCCBBAASRrSRrSRr222Three phase induction motor & its driven3、定轉子回路串對稱三相電抗的人為機械特性、定轉子回路串對稱三相電抗的人為機械特性繞線式感應電機，定轉子回路中串入對稱的三相電抗，繞線式感應電機，定轉子回路中串入對稱的三相電抗，籠型感應電動機，定子回路中串入對稱的三相電抗。籠型感應電動機，定子回路中串入對稱的三相電抗。都減小及不變QmmTSTn,15.1Three phase induction motor & its driven5.2 三相感應電動機的

16、起動三相感應電動機的起動 5.2一、感應電動機的固有起動特性一、感應電動機的固有起動特性 按照額定的接法，定轉子回路不串任何阻抗，直接投入額定電壓按照額定的接法，定轉子回路不串任何阻抗，直接投入額定電壓額定頻率的電網，使之從靜止狀態開始轉動直至穩定運行。稱額定頻率的電網，使之從靜止狀態開始轉動直至穩定運行。稱為直接起動。起動性能稱為固有起動特性。為直接起動。起動性能稱為固有起動特性。kXkrkUkI視勵磁支路斷開起動）：堵住, 01, 1, 0(2rSSSnkkkQQZUxrUII122121NQQkNIIIZUU)74(,11線電流很大很小很高221cosICTmMNQmTTI)8 .18

17、.0(,cos,22小比額定運行時小但很大盡管Three phase induction motor & its driven二、籠型感應電動機的起動方法二、籠型感應電動機的起動方法 1、直接起動、直接起動一般，一般，7.5kW以下的小容量感應電動機，都可以直接起動；以下的小容量感應電動機，都可以直接起動；超過超過7.5kW的電動機，考慮起動電流對供電系統的影響。的電動機，考慮起動電流對供電系統的影響。 若不超過供電系統的允許值，則可直接起動若不超過供電系統的允許值，則可直接起動NHNQPSII44374,8 .18 .0NQINQMIIKTTK起動轉矩倍數起動轉矩倍數起動電流倍數起動電流倍數

18、2、降壓起動、降壓起動起動轉矩與起動相電流均隨電壓下降，適用于空載或輕載的場合。起動轉矩與起動相電流均隨電壓下降，適用于空載或輕載的場合。5.2Three phase induction motor & its driven5.2(1)定子回路串對稱三相電抗器起動見圖5-4。起動時經過三相對稱電抗x串入，當轉速接近穩定時，再把電抗切掉。電抗x分壓，使實際加到定子上的電壓比額定電壓小。aIIQQ11aUUQQ112211)(aIITTQQQQ22122122111kkQxrUxxrrUI22122122111)(QkkQQxxrUxxxrrUI222211kkQkkQQxrxxrIIkkkQxx

19、arax22221kkxr ,實驗測得估算NINNINQkIKUIKUIUZ33:Y11接法NINNINQkIKUIKUIUZ33/:11接法4 . 025. 0coskkkZr一般22)4 . 025. 0(kkkkkrZxZrThree phase induction motor & its driven(2)自耦變壓器降壓起動又稱為起動補償器起動，起動自耦變壓器接入起動電路中，原邊接到又稱為起動補償器起動，起動自耦變壓器接入起動電路中，原邊接到額定電壓的電網上，副邊接電動機的定子繞組。額定電壓的電網上，副邊接電動機的定子繞組。 起動侍轉速穩定時，起動侍轉速穩定時，將自耦變壓器切除。將自耦

20、變壓器切除。1U2U111QII212QIIkNNIIkNNUU112212121得由2111,UTUIQQ5.2221112121211/kUUTTkIIkUUIIQQQQQQ起動轉矩倍數起動轉矩倍數2211111/kIIkIIQQQQ起動電流倍數起動電流倍數對電網而言，此種方式起動電流與起動轉矩降低倍數相同。對電網而言，此種方式起動電流與起動轉矩降低倍數相同。因此可以帶較大的負載起動。改變變比因此可以帶較大的負載起動。改變變比k，可滿足不同的要可滿足不同的要求。求。QJ2:55%, 64%, 73% QJ3:40%,60%,80%Three phase induction motor &

21、its driven5.22、星三角、星三角(Y- )起動起動定子每相繞組的首末端都引出機外，正常運行時采用定子每相繞組的首末端都引出機外，正常運行時采用接法的三相接法的三相籠型感應電動機，可以采用此種方法。籠型感應電動機，可以采用此種方法。a(z)NU1QQII13b(x)c(y)直接起動直接起動3/1QQIIQT1UZBC113UUNQyQyII1Y接起動接起動313/312111111QQQQyQQyTUUTIIUUII1U對電源而言，接法降壓起動與對電源而言，接法降壓起動與接法直接起動的線電流之比：接法直接起動的線電流之比：31313/111QQQQyQQyIIIIIIThree ph

22、ase induction motor & its driven5.2起動的起動電流與起動轉矩降低倍數相同，到降為固有起動起動的起動電流與起動轉矩降低倍數相同，到降為固有起動特性的特性的1/3，相當于采用自耦變壓器起動時抽頭電壓為，相當于采用自耦變壓器起動時抽頭電壓為5777. 03/13k適用于空載或輕載起動，是籠型感應電動機的基本起動方法之一。適用于空載或輕載起動，是籠型感應電動機的基本起動方法之一。另外：對能夠采用另外：對能夠采用接法的電動機，長期空載或輕載時，可接法的電動機，長期空載或輕載時，可改成改成Y接法，從而提高功率因數，節約能源接法，從而提高功率因數，節約能源因此：大于因此：大

23、于4kW以上的三相籠型感應電動機，都采用以上的三相籠型感應電動機，都采用380V額定額定電壓，電壓，6個出線端都引出機外，正常為個出線端都引出機外，正常為接法。接法。Three phase induction motor & its driven5.2三、繞線式感應電動機的起動方法三、繞線式感應電動機的起動方法 繞線式感應電動機能夠既減小電流，又增大轉矩，繞線式感應電動機能夠既減小電流，又增大轉矩，適用于重載起動適用于重載起動1.繞線式感應電動機轉子回路串對稱電阻起動繞線式感應電動機轉子回路串對稱電阻起動221221221121kkQQxRrUxxRrrUIITS01n1mSmTn0NTA.,

24、1限制在規定的范圍內足夠大QIR的增加而減小隨時的增加而增加隨RTSRTSQmQm,1, 1減小起動時的沖擊足夠大適合重載起動時當, 1,1mQmmQmTTSRTTS123Three phase induction motor & its driven5.2采用直線段近似表示短接逐級切除),(Recdfgh121RrRba2r2121RRrR32121RRRrR1R2R3R1n2TzTTn1TNNNNSIESIEr222223QNmIER223Three phase induction motor & its driven5.3 三相感應電動機的制動三相感應電動機的制動 5.3一、感應電動機的

25、反接制動一、感應電動機的反接制動1.轉向反向的反接制動轉向反向的反接制動類似于他勵直流電動機的電動勢反向反接制動，類似于他勵直流電動機的電動勢反向反接制動，適用于將重放勻速下放。適用于將重放勻速下放。NTTS01n1mSmTn0A正向電動正向電動制動制動F速度升高動，以固有特性點：正向電An速度下降點：反向制動，以串電阻特性FnF 負載轉矩負載轉矩Tz是驅動作用，是驅動作用，電磁轉矩電磁轉矩T是制動作用是制動作用從能量來看從能量來看1工作點轉速與同步轉速工作點轉速與同步轉速n1相反相反1SThree phase induction motor & its driven02221SRrImPM0

26、1MPSPPPPPRrSSImSRrImRrImPMMcu)()1 ()()(22212221222125.3電動機一方面從電網吸收電功率電動機一方面從電網吸收電功率(PM)，另方面從軸上另方面從軸上輸入機械功率輸入機械功率 ,兩者全部消耗為轉子回路的銅耗兩者全部消耗為轉子回路的銅耗 P2.定子兩相對調的反接制動定子兩相對調的反接制動類同于他勵直流電動機的電壓反向反接制動，適用于使反抗性負載快速停機類同于他勵直流電動機的電壓反向反接制動，適用于使反抗性負載快速停機(1).感應電動機定子兩相對調后的機械特性感應電動機定子兩相對調后的機械特性A相電流相電流B相電流相電流C相電流相電流B相電流相電流

27、A相電流相電流C相電流相電流011nnThree phase induction motor & its driven011nn11111nnnnnnS22122122111xxSrrSrUmTSSSSTTmmm2SSTTmm)/2(參數表達式參數表達式實用表達式實用表達式直線表達式直線表達式正向電動的值正向電動的值TS01n1mSmTn0AmTmS1nS5.3Three phase induction motor & its drivenSSSSTTmmm2mmSrRS21串電阻后的實用表達式串電阻后的實用表達式TS01n1mSmTn0AmTmS1nS串電阻后的串電阻后的直線段表達式直線段表

28、達式SSTTmm2mmSrRS215.3Three phase induction motor & its driven(2).感應電動機定子兩相對調后的物理過程感應電動機定子兩相對調后的物理過程TS01n1mSmTn0AmTmS1nSGT A點兩相對調兩相對調G點T與與Tz共同作用共同作用CC點T0制動制動S1反抗性負載反抗性負載不斷電不斷電zcTT反向起動反向起動A點點AzTn0,T0反向電動反向電動0S1位能性負載位能性負載HH第二象限是反接制動狀態第二象限是反接制動狀態221EESSTII制動,21R串5.3Three phase induction motor & its drive

29、n例5-75.3三相繞線式感應電機?150r/min8 . 0(1)5 . 2,A160,V253min,r/577,A133,V380,kW602211RnTTIEnIUPNzMNNNNNN串入穩速下放，應在轉子中以性負載采用反接制動，使位能接法。求：。定轉子繞組都解解0383. 060057760011nnnSNN035. 0322222NNNSIESIEr25. 1600)150(600min,r/150SnNTTS01n1mSmTn0A制動制動F)0.8,25. 1 (FNT點串電阻后的特性，經過183. 015 . 25 . 20383. 0122MMNmSSThree phase

30、induction motor & its driven舍去,25.161.7203.025.125.15 .228 .0SSSSTTmmmNN42.1035.01183.061.712rSSRmm機械特性的直線段表達式機械特性的直線段表達式81.725.15 .2228 .0mmNmmNSSTSSTT193. 05 . 20383. 02MNmSS39.1035.01193.081.712rSSRmm5.3Three phase induction motor & its driven?2 . 1(2)RTTN串入，應在轉子中求制動瞬間定子兩相反接制動，要NTTS01n1mSmTn0A制動N

31、T2 .196. 160057760011nnnSnnN)1.96,-1.2NT經過（67.75 .096.196.15 .222 .1mmmNNSSSTT06.0035.01183.05 .012rSSRmm43.1035.01183.067.7 .012rSSRmm5.3Three phase induction motor & its driven5.3二、感應電動機的回饋制動二、感應電動機的回饋制動1.感應電動機的發電運行狀態感應電動機的發電運行狀態1nn 當011nnnS0cos2222222222222222222xSrSrExSrSrxSrEIIa0sin222222222222

32、2222222xSrxExSrxxSrEIIrThree phase induction motor & its driven21EEm1E2I222ISrI2222xIj0I1I1U11809021809010cos11111IUmP022 21SrImPM0)1 (MPSP把軸上輸入的機械功率轉化為電功率返回電網把軸上輸入的機械功率轉化為電功率返回電網0sin11111IUmQ從電網吸取無功功率，建立磁場。從電網吸取無功功率，建立磁場。5.312221/cosIEmT0,0cos,02TS制動Three phase induction motor & its driven5.3.感應電動機

33、回饋制動的實現感應電動機回饋制動的實現(2)轉向不變的回饋制動轉向不變的回饋制動S0C1n1n0TNTAB電車下坡或變級調速或變頻調速電車下坡或變級調速或變頻調速(1)轉向反向的回饋制動轉向反向的回饋制動NTTS01n1mSmTn0A回饋制動回饋制動NT2 .1F定子兩相對調定子兩相對調Three phase induction motor & its driven三、感應電動機的能耗制動三、感應電動機的能耗制動制動時，定子繞組脫離交流電網，而通入一個直流電，形成制動時，定子繞組脫離交流電網，而通入一個直流電，形成 固定磁場，旋轉的轉子切割磁場，產生制動轉矩，可使反抗固定磁場，旋轉的轉子切割磁

34、場，產生制動轉矩，可使反抗性負載準確停機，也能使位能性負載勻速下放。性負載準確停機，也能使位能性負載勻速下放。5.3ABCCwBAIpkNFF11119 . 0CwAIpkNFF1119 . 0330cos2MABCENSThree phase induction motor & its driven5.4 三相感應電動機的調速三相感應電動機的調速5.4SpfnSn160)1 (11Sn ,1改變11, fpn 可改變改變等的方法很多改變2,:rUS一、感應電動機的變極調速一、感應電動機的變極調速 1、變極原理、變極原理 NNSSa1x1a2x22P=4AXa1x1a2x2Three phas

35、e induction motor & its driven5.42P=2AXa1x1a2x2Nsa1x1a2x2只要將兩個半相繞組中的一個的電流反向，只要將兩個半相繞組中的一個的電流反向，電機的極對數就能增加一倍或減少一半電機的極對數就能增加一倍或減少一半單繞組倍極比的變極原理：單繞組倍極比的變極原理：2/4,4/82、對變極調速的評價、對變極調速的評價 簡單可靠，成本低，效率高，機械特性硬，既可適用于簡單可靠，成本低，效率高，機械特性硬，既可適用于恒轉矩調速也適用于恒功率調速。恒轉矩調速也適用于恒功率調速。 Three phase induction motor & its driven二

36、、感應電動機的變頻調速二、感應電動機的變頻調速 變頻變頻電源電源 靜止變頻裝置靜止變頻裝置 交直交變頻系統交直交變頻系統 交交變頻系統交交變頻系統 5.4、變頻調速時的頻率與端電壓的關系、變頻調速時的頻率與端電壓的關系(1)為使變頻時主磁通保持不變，端電壓的變化規律為使變頻時主磁通保持不變，端電壓的變化規律mwkNfEU1111144. 4mcUf11且使主磁路過分飽和，勵磁分量大大增加，使主磁路過分飽和，勵磁分量大大增加，功率因數下降，損耗增加，效率降低，功率因數下降，損耗增加，效率降低，負載能力變小負載能力變小11111111144. 444. 4fUfUffkNfkNfUUmwmwThr

37、ee phase induction motor & its driven(2)為使變頻時過載能力保持不變，端電壓的變化規律為使變頻時過載能力保持不變，端電壓的變化規律2211211211124LLfrrUfpmTm121112,rLLff較高時當211211211211124fUfUCLLfUfpmTm211211fUfUTTTTTTTTmmNNNmNmNNTTffUU1111關它的大小與負載性質有額定電流所對應的轉矩時額定轉矩是),(1fTNcfUfUTTcTNNz1111,恒轉矩負載即能保證過載能力不變，又可使主磁通保持不變即能保證過載能力不變，又可使主磁通保持不變變頻調速最適合于恒轉矩

38、調速變頻調速最適合于恒轉矩調速5.4Three phase induction motor & its driven21195509550,ffnnTTnTnTPcPNNNNNNzz恒功率負載能保證過載能力不變，但主磁通要變能保證過載能力不變，但主磁通要變11111111ffffffUUcfUfU1111cfUfU1111能保證主磁通不變，但過載能力要變能保證主磁通不變，但過載能力要變5.42、變頻調速時的機械特性、變頻調速時的機械特性21122LLfrSmcLLprpfLLfrnSnmm212121121260602cfUfU1111cTm當當f1比較高時，可以忽略比較高時，可以忽略r1Three phase induction motor & its driven11160fpfnTS01n1mSmTn0AmnffULLfrpmxxfrUpmxxrrfrUpmTQ1822