第3章-三相交流电动机的电力拖动-《电机与拖动基础及MATLAB仿真》课件.ppt

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1、普通高等教育普通高等教育“十二五十二五”电气信息类规划教材电气信息类规划教材北北方方工工业业大大学学电机与拖动基础及MATLAB仿真陈亚爱陈亚爱 周京华编著周京华编著李正熙主审李正熙主审电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 2本课程的章节和内容本课程的章节和内容n绪绪 论论n第第1 1章章 变压器变压器n第第2 2章章 三相交流电动机三相交流电动机n第第3 3章章 三相交流电动机的电力拖动三相交流电动机的电力拖动n第第4 4章章 直流电机直流电机n第第5 5章章 直流电动机的电力拖动直流电动机的电力拖动n第第6 6章章 驱动和控制微电机驱动和控制微电机n第第

2、7 7章章 电动机容量的选择电动机容量的选择电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 3第第 3 章章 三相交流电动机的电力拖动三相交流电动机的电力拖动电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真本章内容本章内容3.1 电力拖动系统基础电力拖动系统基础3.2 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 3.3 三相同步电动机的电力拖动三相同步电动机的电力拖动 3.4 三相交流电动机的动态数学模型三相交流电动机的动态数学模型 3.5 实例（应用）实例（应用）3.6 三相交流电动机电力拖动的仿真三相交流电动机电力拖动的仿真 Page 4电机

3、与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真本章教学基本要求本章教学基本要求1三相异步电动机的机械特性。三相异步电动机的机械特性。2三相交流电动机的起动、制动和调速。三相交流电动机的起动、制动和调速。重点：重点：同步和异步电动机的动态数学模型。同步和异步电动机的动态数学模型。难点：难点：Page 6电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 7提问提问 由三相交流电动机作为原动机拖动生产机械运转的一种由三相交流电动机作为原动机拖动生产机械运转的一种拖动方式。拖动方式。作用是将三相交流电

4、能转换成机械能，拖动生产机械，作用是将三相交流电能转换成机械能，拖动生产机械，并完成一定工艺要求。并完成一定工艺要求。电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真 电力拖动系统由电动机、传动机构、电源、控制设备和电力拖动系统由电动机、传动机构、电源、控制设备和生产机械这几部分组成，如图生产机械这几部分组成，如图3-1所示。所示。Page 83.13.1电力拖动系统基础电力拖动系统基础图图3-1 电电力拖力拖动动系系统统示意示意图图 电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真 电力拖动系统有

5、各种结构形式，电力拖动系统有各种结构形式，最简单的是单轴电力拖动系统，即电最简单的是单轴电力拖动系统，即电动机直接与负载同轴，如图动机直接与负载同轴，如图3-2所示。所示。Page 10 由牛顿第二定律可知，作直线运动的物体的运动方程为由牛顿第二定律可知，作直线运动的物体的运动方程为1单轴电力拖动系统单轴电力拖动系统图图3-2 单轴电单轴电力拖力拖动动系系统统 式中，式中，F1、F2为作用在物体为作用在物体m上的作用力和反作用力（上的作用力和反作用力（N）；）；m为物体的质量（为物体的质量（kg）；）；a为加速度，为加速度，（m/s2）；）；为惯性为惯性力（力（N）。）。3.1.1运动方程式运

6、动方程式3.13.1电力拖动系统基础电力拖动系统基础（3-1）电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真1单轴电力拖动系统单轴电力拖动系统3.1.1运动方程式运动方程式3.13.1电力拖动系统基础电力拖动系统基础对于作对于作旋转运动的物体旋转运动的物体：式中，式中，T、TL为电动机的电磁转矩和负载转矩（为电动机的电磁转矩和负载转矩（Nm）；）；J为为旋转系统的转动惯量（旋转系统的转动惯量（Nms2）；）；W W为角速度（为角速度（rad/s）；）；为为角加速度（角加速度（rad/s2）；为惯性转矩或称动态转矩（为惯性转矩或称动态转矩（Nm）。）。（3-2）Page 11电

7、机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真1）当）当TTL，dn/dt0，系统加速运行；，系统加速运行；2）当）当T=TL，dn/dt=0，系统匀速运行；，系统匀速运行；3）当）当TTL，dn/dt0，系统减速运行。，系统减速运行。1单轴电力拖动系统单轴电力拖动系统3.1.1运动方程式运动方程式3.13.1电力拖动系统基础电力拖动系统基础图图3-2 单轴电单轴电力拖力拖动动系系统统讨论讨论（3-4）先确定转速先确定转速n的正方向，习惯上设的正方向，习惯上设n顺时针为正，若电磁转矩顺时针为正，若电磁转矩T的方向与

8、的方向与n方向相同时，方向相同时，T前取正号，相反则取负号；若负载转矩前取正号，相反则取负号；若负载转矩TL的方向与转速的方向与转速n的正的正方向相反时，方向相反时，TL前取正号，相同则取负号；惯性转矩前取正号，相同则取负号；惯性转矩 的大小及方向，的大小及方向，由电磁转矩与负载转矩的代数和决定。由电磁转矩与负载转矩的代数和决定。式（式（3-4）中转矩正方向的规定如下：）中转矩正方向的规定如下：Page 13电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真I 若若 T P P=TT=常数常数T CTI导线截面大导线

9、截面大铁磁材料多铁磁材料多若若 T 节省材料节省材料2多轴电力拖动系统多轴电力拖动系统3.1.1运动方程式运动方程式3.13.1电力拖动系统基础电力拖动系统基础 工程上为了节省材料，电动机转速都较高，因为：工程上为了节省材料，电动机转速都较高，因为：生产机械要求低速，而电动机设计的转速较高，二者之间生产机械要求低速，而电动机设计的转速较高，二者之间必有减速装置，故一般电力拖动系统多为多轴拖动系统。必有减速装置，故一般电力拖动系统多为多轴拖动系统。P P=TT=常数常数Page 15电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 162多轴电力拖动系统多轴电力拖动系统3

10、.1.1运动方程式运动方程式3.13.1电力拖动系统基础电力拖动系统基础等效等效电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 183.1.2生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性 3.13.1电力拖动系统基础电力拖动系统基础负载转矩特性是指：负载转矩特性是指：生产机械的负载转矩生产机械的负载转矩TL与转速与转速n之间的关系，即之间的关系，即n=(TL)，简称负载特性。，简称负载特性。电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 191恒转矩负载特性恒转矩负载特性3.1.

11、2生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性 3.13.1电力拖动系统基础电力拖动系统基础 恒转矩负载特性特点：负载转矩恒转矩负载特性特点：负载转矩TL为常数，与转速为常数，与转速n的大小的大小无关。根据负载转矩与运动方向的关系，恒转矩负载特性又可分无关。根据负载转矩与运动方向的关系，恒转矩负载特性又可分为反抗性恒转矩负载特性和位能性恒转矩负载特性。为反抗性恒转矩负载特性和位能性恒转矩负载特性。（1）反抗性恒转矩负载特性）反抗性恒转矩负载特性 反抗性恒转矩负载特性特点：负反抗性恒转矩负载特性特点：负载转矩载转矩TL的方向总是与转速的方向总是与转速n的方向的方向相反，相反，TL的作用方向总是阻

12、碍系统运的作用方向总是阻碍系统运动的方向，如图动的方向，如图3-4所示，特性在第所示，特性在第、象限。属于此类负载的生产机象限。属于此类负载的生产机械有：轧机、机床刀架平移机构等。械有：轧机、机床刀架平移机构等。图图3-4 反抗性反抗性恒转矩负载特性恒转矩负载特性电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 201恒转矩负载特性恒转矩负载特性3.1.2生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性 3.13.1电力拖动系统基础电力拖动系统基础（2）位能性恒转矩负载特性）位能性恒转矩负载特性 位能性恒转矩负载特性特点：位能性恒转矩负载特性特点：负载转矩负载转矩TL的大小

13、不变，方向固定，的大小不变，方向固定，不随转速的变化而变化，如图不随转速的变化而变化，如图3-5所示，特性在第所示，特性在第、象限。属于象限。属于此类负载的生产机械有：电梯、起此类负载的生产机械有：电梯、起重机等。重机等。图图3-5 位能性恒转矩负载特性位能性恒转矩负载特性图图电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真反抗性恒转矩负载特性位能性恒转矩负载特性1恒转矩负载特性恒转矩负载特性3.1.2生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性 3.13.1电力拖动系统基础电力拖动系统基础 当转速当转速n=0时，外加转矩不时，外加转矩不足以使系统运动。根据作用力足以使系统运动

14、。根据作用力与反作用力原理，这时反抗力与反作用力原理，这时反抗力负载转矩大小和方向取决于外负载转矩大小和方向取决于外加转矩的大小和方向。即与外加转矩的大小和方向。即与外加转矩大小相等，方向相反。加转矩大小相等，方向相反。负载转矩特性应与横轴重合。负载转矩特性应与横轴重合。Page 21电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真Page 222风机、泵类负载转矩特性风机、泵类负载转矩特性3.1.2生产机械的负载转矩特性生产机械的负载转矩特性 3.13.1电力拖动系统基础电力拖动系统基础 风机、泵类负载转矩特性的特点：负风机、泵类负载转矩特性的特点：负载转矩载转矩TL与转速平

15、方成正比，即与转速平方成正比，即TLn2，特性如图特性如图3-6所示。属于此类负载的生产机所示。属于此类负载的生产机械有：各种泵类、通风机、鼓风机等。械有：各种泵类、通风机、鼓风机等。图图3-6 风机风机、泵类负载转矩特性、泵类负载转矩特性3恒功率负载转矩特性恒功率负载转矩特性 恒功率负载转矩特性的特点：负载功恒功率负载转矩特性的特点：负载功率率PL不随转速不随转速n而变化，负载转矩而变化，负载转矩TL与转速与转速n成反比关系，即有成反比关系，即有PL=常数、常数、TL1/n，特，特性如图性如图3-7所示。属于此类负载的生产机械所示。属于此类负载的生产机械有：金属切削类机床等。有：金属切削类机

16、床等。图图3-7 恒功率负载转矩特性恒功率负载转矩特性电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真3.1.3电力拖动系统稳定运行的条件电力拖动系统稳定运行的条件 3.13.1电力拖动系统基础电力拖动系统基础1稳定运行的概念稳定运行的概念 当当 T=TL，n=f(T)与与 n=f(TL)有交点称静态平衡，这是稳定运有交点称静态平衡，这是稳定运行的必要条件，即行的必要条件，即T=TL是平衡稳定运行的一个必要条件。是平衡稳定运行的一个必要条件。在电力拖动中，为使问题简化忽略在电力拖动中，为使问题简化忽略T0，即，即T

17、00，T T2=TLPage 24电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真答：答：1）要看系统出现干扰后在新条件下能否平衡。）要看系统出现干扰后在新条件下能否平衡。2）干扰消失后，能否回到原来的平衡点。）干扰消失后，能否回到原来的平衡点。如果能满足以上两条件，即为稳定运行。如果能满足以上两条件，即为稳定运行。问：有了交点是否平衡了即为稳定运行问：有了交点是否平衡了即为稳定运行?3.1.3电力拖动系统稳定运行的条件电力拖动系统稳定运行的条件 3.13.1电力拖动系统基础电力拖动系统基础1稳定运行的概念稳定运行的概念Page 25电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLAB

18、MATLAB仿真仿真图图3-8 电力拖动系统稳定平衡状态电力拖动系统稳定平衡状态 3.1.3电力拖动系统稳定运行的条件电力拖动系统稳定运行的条件 3.13.1电力拖动系统基础电力拖动系统基础1稳定运行的概念稳定运行的概念 系统原工作在平衡点系统原工作在平衡点A，这时电，这时电网电压向下波动，从网电压向下波动，从 UN 降到降到U，在，在此瞬间由于机械惯性，转速来不及变此瞬间由于机械惯性，转速来不及变化，从化，从A点过渡到点过渡到B点。点。负载转矩负载转矩TL 没变，则没变，则 UNIaTTTL，破坏了原来，破坏了原来的平衡状态。这时系统要减速，系统沿的平衡状态。这时系统要减速，系统沿BA特性减

19、速，使得特性减速，使得nEaIaT到到A点点,TA=TL达到新的平衡状态。达到新的平衡状态。Page 26电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真稳定运行点不稳定运行点 对于恒转矩负载对于恒转矩负载，如果电动机的机械特性呈下垂曲线，如果电动机的机械特性呈下垂曲线，系统是稳定的；反之，则不稳定。系统是稳定的；反之，则不稳定。对于非恒转矩负载对于非恒转矩负载，如果电动机机械特性的硬度小于负，如果电动机机械特性的硬度小于负载特性的硬度，该系统就能稳定运行。载特性的硬度，该系统就能稳定运行。3.1.3电力拖动系统稳

20、定运行的条件电力拖动系统稳定运行的条件 3.13.1电力拖动系统基础电力拖动系统基础1稳定运行的概念稳定运行的概念Page 28电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真平衡稳定运行的充要条件为：平衡稳定运行的充要条件为：1 1）电动机机械特性与负载特性必须相交，即交点处）电动机机械特性与负载特性必须相交，即交点处T=TL；2 2）在交点处有）在交点处有3.1.3电力拖动系统稳定运行的条件电力拖动系统稳定运行的条件 3.13.1电力拖动系统基础电力拖动系统基础2系统稳定运行的条件系统稳定运行的条件 Page 29电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真

21、仿真电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真 电磁转矩为：电磁转矩为：3.2.1异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 1异步电动机机械特性的三种表达式异步电动机机械特性的三种表达式（1）物理表达式）物理表达式 因此，异步电动机的物理表达式为因此，异步电动机的物理表达式为（3-5）Page 31电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真3.2.1异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 1异步电动机机械特性的三种表达式异步电

22、动机机械特性的三种表达式（1）物理表达式）物理表达式 为异步机的转矩系数；为异步机的转矩系数；为转子电流折算值；为转子电流折算值；为转子功率因数。为转子功率因数。Page 32电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真3.2.1异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 1异步电动机机械特性的三种表达式异步电动机机械特性的三种表达式（1）物理表达式）物理表达式 物理表达式它反映了不同转速时电磁转矩物理表达式它反映了不同转速时电磁转矩T与主与主磁通磁通m以及转子电流有功分量以及转子电流有功分量I I2 2cosj

23、j2 2之间的关之间的关系，此表达式一般用来系，此表达式一般用来定性分析定性分析在不同运行状态下在不同运行状态下的转矩大小和性质。的转矩大小和性质。Page 33电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真3.2.1异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 1异步电动机机械特性的三种表达式异步电动机机械特性的三种表达式（2）参数表达式）参数表达式 图图2-32 异步电动机的简化等效电路异步电动机的简化等效电路 由第由第2章图章图2-32异步电动机简化异步电动机简化等效电路可得转子电流折算值为等效电路可得转子电流折

24、算值为则电磁转矩参数表达式可写成则电磁转矩参数表达式可写成（3-6）可见，异步电动机的电磁转矩可见，异步电动机的电磁转矩T与定子每相电压与定子每相电压U12成正比，成正比，即即TU12，若电源电压波动过大，会对转矩造成很大影响。，若电源电压波动过大，会对转矩造成很大影响。Page 34电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真snTPem象限象限工作状态工作状态 sn1-II发电运行发电运行0s1n1n0+-IV制动运行制动运行 在电压、频率及绕组参数一定的条在电压、频率及绕组参数一定的条件下，电磁转矩件下，电磁转矩T与转差率与转差率s之间的关系之间的关系可用曲线表示，如

25、图可用曲线表示，如图3-10所示，下面对所示，下面对机械特性上的几个特殊点进行分析。机械特性上的几个特殊点进行分析。3.2.1异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 1异步电动机机械特性的三种表达式异步电动机机械特性的三种表达式（2）参数表达式）参数表达式 图图3-10 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 转差率与工作状态表转差率与工作状态表 Page 35电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真3.2.1异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电

26、动机的电力拖动 1异步电动机机械特性的三种表达式异步电动机机械特性的三种表达式（2）参数表达式）参数表达式 图图3-10 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 1）最大转矩）最大转矩Tm。最大转矩。最大转矩Tm是是T=(s)的极值点，为求极值，可对式（的极值点，为求极值，可对式（3-6）求导，并令）求导，并令 ，求得最大转矩对应，求得最大转矩对应的临界转差率为的临界转差率为 将将sm值代入式（值代入式（3-6）得最大转矩为）得最大转矩为 上两式中上两式中“+”为电动状态（特性在第为电动状态（特性在第象限）；象限）；“”为制为制动状态（特性在第动状态（特性在第象限）。象限）。（3-7

27、）（3-8）Page 36电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真 最大转矩与额定转矩的比值称为过载倍数，其值大小反最大转矩与额定转矩的比值称为过载倍数，其值大小反映电动机过载能力，用映电动机过载能力，用l lm表示，即：表示，即：一般异步电动机过载倍数一般异步电动机过载倍数l lm=1.52.2。3.2.1异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 1异步电动机机械特性的三种表达式异步电动机机械特性的三种表达式（2）参数表达式）参数表达式 图图3-10 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 通常情

28、况下存在通常情况下存在r12(x1+x2)2，可忽略可忽略r1，则有，则有 1）最大转矩）最大转矩Tm。（3-9）Page 37电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真3.2.1异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 1异步电动机机械特性的三种表达式异步电动机机械特性的三种表达式（2）参数表达式）参数表达式 图图3-10 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 最大转矩又称临界转矩，如果运最大转矩又称临界转矩，如果运行中的电动机突加负载，负载转矩超行中的电动机突加负载，负载转矩超过临界转矩，将迫使

29、电动机堵转，时过临界转矩，将迫使电动机堵转，时间一长，电动机会烧毁，因为电动机间一长，电动机会烧毁，因为电动机堵转相当于电动机起动瞬间，堵转电堵转相当于电动机起动瞬间，堵转电流约为（流约为（47）倍的额定电流。）倍的额定电流。1）最大转矩）最大转矩Tm。最大转矩与额定转矩的比值称为过载倍数，其值大小反映电最大转矩与额定转矩的比值称为过载倍数，其值大小反映电动机的过载能力，用动机的过载能力，用l lm表示，即表示，即（3-10）一般异步电动机过载一般异步电动机过载倍数倍数l lm=1.52.2。Page 38电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真3.2.1异步电动机的机

30、械特性异步电动机的机械特性 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 1异步电动机机械特性的三种表达式异步电动机机械特性的三种表达式（2）参数表达式）参数表达式 图图3-10 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 2）起动转矩）起动转矩Tst。当异步电动机起动。当异步电动机起动瞬间，瞬间，n=0或或s=1，电动机相当于堵转，电动机相当于堵转，该时刻的电磁转矩称为起动转矩或堵转该时刻的电磁转矩称为起动转矩或堵转转矩，用转矩，用Tst表示，则有表示，则有 异步电动机的起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩倍数异步电动机的起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩倍数或堵转转

31、矩倍数，用或堵转转矩倍数，用kst表示，则有表示，则有 一般普通异步电动机的一般普通异步电动机的起动转矩倍数为起动转矩倍数为0.81.2。（3-11）Page 39电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真3.2.1异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 1异步电动机机械特性的三种表达式异步电动机机械特性的三种表达式（3）实用表达式）实用表达式 图图3-10 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 异步电动机的参数铭牌上不标注，异步电动机的参数铭牌上不标注，产品目录中也查不到，参数必须通过试产品目录

32、中也查不到，参数必须通过试验测取，所以参数表达式在应用上受到验测取，所以参数表达式在应用上受到一定的限制。实际应用中，可根据产品一定的限制。实际应用中，可根据产品目录中所给的数据利用实用表达式大致目录中所给的数据利用实用表达式大致求出机械特性。求出机械特性。Page 40电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真 只要求出只要求出Tm和和sm就可求就可求出任一转差率出任一转差率s下的转矩下的转矩T，并并画出其机械特性曲线画出其机械特性曲线3.2.1异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 1异步电动机机械特性的

33、三种表达式异步电动机机械特性的三种表达式（3）实用表达式）实用表达式 图图3-10 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 认为认为r1r2，一般异步电动机的，一般异步电动机的sm0.10.2，在任何，在任何s值时都有：值时都有：(s-sm)20，2sm1.1TL条件；条件；起动的经济性，包括设备简起动的经济性，包括设备简单、操作方便和低起动损耗。单、操作方便和低起动损耗。3.2.3三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 Page 59电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真3.2.3三相异步电动

34、机的起动三相异步电动机的起动 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 一般普通鼠笼式异步电动机一般普通鼠笼式异步电动机起动时，有：起动时，有：需要研究异步电动机的起动需要研究异步电动机的起动特性和各种起动方法。特性和各种起动方法。Page 60电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真3.2.3三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 1普通笼型异步电动机的起动普通笼型异步电动机的起动（1）直接起动）直接起动 将定子三相绕组直接接三相电源上起动，称将定子三相绕组直接接三相电源上起动，称直接

35、起动直接起动。一般一般7.5kW以下以下的小容量鼠笼异步电动机都可以直接起动。的小容量鼠笼异步电动机都可以直接起动。如果变压器容量足够大，直接起动容量还可相应增大，一般按如果变压器容量足够大，直接起动容量还可相应增大，一般按经验公式核定：经验公式核定：式中式中kI为起动电流倍数；为起动电流倍数；Ist为电动机的起动电流（为电动机的起动电流（A）；）；IN为电动机的额定电流（为电动机的额定电流（A）；）；SN为电源变压器总容量；为电源变压器总容量；PN为电动为电动机的额定功率。机的额定功率。（3-20）Page 61电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真合合QS按按SB

36、2KM1合合KM1得电得电M得电得电正转起动：正转起动：反转起动：反转起动：合合QS按按SB3KM2合合KM2得电得电M得电得电停车：停车：若若KM1合合按按SB1KM1断断KM1失电失电M失电失电直接起动直接起动3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 Page 62电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真 三相笼型异步电动三相笼型异步电动机定子回路串电阻减压机定子回路串电阻减压起动接线如图起动接线如图3-18所示，所示，起动时使定子回路串入起动时使定子回路串入起动电阻起动电阻Rst，经时间继，经时间继电器延时，起动后，将电器延时，起动后，将起动电

37、阻从定子回路中起动电阻从定子回路中切除，使电动机全压运切除，使电动机全压运行。行。3.2.3三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 1普通笼型异步电动机的起动普通笼型异步电动机的起动（2）定子回路串电阻或电抗减压起动）定子回路串电阻或电抗减压起动 图图3-18三相鼠笼异步电动机定子串电阻降压起动接线三相鼠笼异步电动机定子串电阻降压起动接线 如果将图如果将图3-18中中的起动电阻换成电抗，的起动电阻换成电抗，便是定子串电抗减压便是定子串电抗减压起动接线图。起动接线图。Page 63电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATL

38、AB仿真仿真合合QF按按SB2KM1合合KM1得电得电 M起动起动KT得电得电时间到时间到KA合合KM2合合KM1断断切除切除Rst定子串电阻降压起动定子串电阻降压起动3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 Page 64电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真3.2.3三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 1普通笼型异步电动机的起动普通笼型异步电动机的起动（2）定子回路串电阻或电抗减压起动）定子回路串电阻或电抗减压起动 设起动电流需降低的倍数为设起动电流需降低的倍数为，降压起动电流

39、为，降压起动电流为Ist，则有，则有 式中式中Ist为直接起动时的起动电流（为直接起动时的起动电流（A）。）。因为因为 UN/U1=Ist1/Ist1=，TstU12，所以降压起动转矩为，所以降压起动转矩为 式中，式中，UN为直接起动电压；为直接起动电压；Tst为直接起动时的起动转矩。为直接起动时的起动转矩。（3-21）（3-22）Page 65电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真3.2.3三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 1普通笼型异步电动机的起动普通笼型异步电动机的起动（2）定子回路串电阻或电

40、抗减压起动）定子回路串电阻或电抗减压起动 a）全）全压压起起动动 b）定子串）定子串电电阻起阻起动动 c）定子串）定子串电电抗起抗起动动图图3-19 定子串定子串电电阻或阻或电电抗器起抗器起动时动时的等效的等效电电路路 从上图的等效电路可见，定子串电阻或电抗起动，从上图的等效电路可见，定子串电阻或电抗起动，电压从电压从U1N降至降至U1，即加到定子绕组上电压在起动时为，即加到定子绕组上电压在起动时为U1，这样就，这样就减减小了起动电流小了起动电流。由于。由于T U2，则，则Tst =Tst/a a2，说明转矩降低了，说明转矩降低了a a2倍。只要使倍。只要使Tst（1.11.2）TL，即满足要

41、求。，即满足要求。Page 66电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真3.2.3三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 1普通笼型异步电动机的起动普通笼型异步电动机的起动（2）定子回路串电阻或电抗减压起动）定子回路串电阻或电抗减压起动 由由 I1st=I1st/a a，Tst =Tst/a a2可见，定子回路串电阻或电抗可见，定子回路串电阻或电抗的降压起动方法虽然能降低起动电流，但起动转矩显著减小，的降压起动方法虽然能降低起动电流，但起动转矩显著减小，只适用于空载或轻载起动只适用于空载或轻载起动。定子回路

42、串电阻降压起动时，电阻上要消耗电能，但该起定子回路串电阻降压起动时，电阻上要消耗电能，但该起动方法设备相对简单，适用于小容量的电动机；而定子回路串动方法设备相对简单，适用于小容量的电动机；而定子回路串电抗器降压起动不消耗电能，但电抗器设备费较高，适用于较电抗器降压起动不消耗电能，但电抗器设备费较高，适用于较大容量的电动机的起动。大容量的电动机的起动。降压起动除了限制起动电流，有时以减小起动转矩为主要目降压起动除了限制起动电流，有时以减小起动转矩为主要目的，以减轻对机构的冲击并保证平稳加速。的，以减轻对机构的冲击并保证平稳加速。Page 67电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLA

43、B仿真仿真3.2.3三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 1普通笼型异步电动机的起动普通笼型异步电动机的起动（2）定子回路串电阻或电抗减压起动）定子回路串电阻或电抗减压起动 由图由图3-19等效电路可推出等效电路可推出 式中短路阻抗可根据铭牌数据计算，即式中短路阻抗可根据铭牌数据计算，即 设直接起动的功率因数为设直接起动的功率因数为cosj j1st0.25，则有，则有（3-24）（3-25）（3-26）Page 68电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真3.2.3三相异步电动机的起动三相异步电动机的起

44、动 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 1普通笼型异步电动机的起动普通笼型异步电动机的起动（3）定子回路串入自耦变压器减压起动）定子回路串入自耦变压器减压起动 图图3-20 定子串自耦定子串自耦变压变压器减器减压压起起动动接接线线 定子串电阻或电抗的定子串电阻或电抗的降压起动降压起动虽然在起动时限虽然在起动时限制了起动电流，但起动转制了起动电流，但起动转矩减小过多，只用于矩减小过多，只用于空载空载或轻载或轻载。如果。如果负载较重负载较重时，应采用时，应采用自耦变压器降自耦变压器降压起动如图压起动如图3-20所示所示。Page 69电机与拖动基础及电机与拖动基础及MAT

45、LABMATLAB仿真仿真合合QF按按SB2KM1合合KM1得电得电 M起动起动KT得电得电时间到时间到 KA合合KM2合合KM1断断TA切除切除3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 串入自耦变压器减压起动串入自耦变压器减压起动Page 70电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真3.2.3三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 1普通笼型异步电动机的起动普通笼型异步电动机的起动（3）定子回路串入自耦变压器减压起动）定子回路串入自耦变压器减压起动 图图3-21自耦变压器减压起动时一相

46、电路自耦变压器减压起动时一相电路 设自耦变压器的电压比为设自耦变压器的电压比为k(k1)，根据图根据图3-21所示自耦变压器减压起动时所示自耦变压器减压起动时一相电路可得一相电路可得 式中，式中，N1、N2分别为自耦变压器一、二次绕组的匝数；分别为自耦变压器一、二次绕组的匝数；U2、I2分别为加在定子绕组上的降低了的电压和流入定子绕组的电流；分别为加在定子绕组上的降低了的电压和流入定子绕组的电流；UN、Ist分别为电网电压和电网提供的电流。设直接起动时的起动分别为电网电压和电网提供的电流。设直接起动时的起动电流为电流为Ist，而起动电流与起动时所加的电压成正比，则，而起动电流与起动时所加的电压

47、成正比，则Page 71（3-27）电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真3.2.3三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 1普通笼型异步电动机的起动普通笼型异步电动机的起动（3）定子回路串入自耦变压器减压起动）定子回路串入自耦变压器减压起动 图图3-21自耦变压器减压起动时一相电路自耦变压器减压起动时一相电路 式（式（3-29）和式（）和式（3-30）说明采用自耦变压器起动时，起动）说明采用自耦变压器起动时，起动电流和起动转矩降低的倍数相同。电流和起动转矩降低的倍数相同。（3-29）（3-30）采用自耦

48、变压器减压起动与直接起动方法相比电压降低至原采用自耦变压器减压起动与直接起动方法相比电压降低至原来的来的1/k倍，起动电流和起动转矩降低倍，起动电流和起动转矩降低1/k2倍；与定子串电阻或电倍；与定子串电阻或电抗起动方法相比，在限制电流效果相同的条件下，可得到较大的抗起动方法相比，在限制电流效果相同的条件下，可得到较大的起动转矩，从而可带较大的负载起动。起动转矩，从而可带较大的负载起动。Page 72电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真3.2.3三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 1普通笼型异步电动

49、机的起动普通笼型异步电动机的起动（3）定子回路串入自耦变压器减压起动）定子回路串入自耦变压器减压起动 图图3-21自耦变压器减压起动时一相电路自耦变压器减压起动时一相电路 起动用的自耦变压器二次绕组一般有三个抽头可供选择，例起动用的自耦变压器二次绕组一般有三个抽头可供选择，例如抽头分别为电源电压的如抽头分别为电源电压的40%、60%、80%，如果选用，如果选用80%一档一档的抽头，则的抽头，则k=N1/N2=1/80%=1/0.8=1.25。（3-29）（3-30）采用自耦变压器减压起动方法适用于较大容量的笼型异步电采用自耦变压器减压起动方法适用于较大容量的笼型异步电动机，但自耦变压器体积较大

50、，价格高，且不能重载起动。动机，但自耦变压器体积较大，价格高，且不能重载起动。Page 73电机与拖动基础及电机与拖动基础及MATLABMATLAB仿真仿真3.2.3三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 3.23.2三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 1普通笼型异步电动机的起动普通笼型异步电动机的起动（4）星）星-三角减压起动三角减压起动(Y-起动起动)星星-三角减压起动的方三角减压起动的方法适于正常运行时定子绕法适于正常运行时定子绕组组联结的三相笼型异步联结的三相笼型异步电动机的减压起动，如图电动机的减压起动，如图3-22所示为所示为Y-减压起动接减压起动接线。线。图图3-