第2章电动机变频后的带负载特性2．1异步电动机的机械特性
2．1．1异步电动机的自然机械特性
1．自然机械特性
图2－1异步电动机的自然机械特性2．机械特性的含义
图2－2机械特性的含义
a）负载较轻b）对应的工作点c）负载较重2．1．2异步电动机的人工机械特性
1．转子串联电阻的机械特性
图2－3转子串联电阻的机械特性
a）转子串联电阻的电路b）机械特性2．改变电压的机械特性
图2－4改变电压的机械特性
a）电路图b）机械特性
3．改变频率的机械特性
图2－5f X≤f N时的机械特性
2．2V∕F控制方式
怎么样提高低频时，电动机的带载能力
1．低频时临界转矩减小的原因
ù1＝－è1＋Δù1U1≈E1＋ΔU1
图2－7电压补偿的原理
a）电压补偿的含义b）25Hz时的补偿量c）10Hz时的补偿量2．电压补偿（转矩补偿、转矩提升）
图2－6低频时临界转矩减小的原因
a）运行频率为50Hz b）运行频率为25Hz c）运行频率为10Hz
3．负载变化的影响
4．U ∕f 线举例
U ∕f 线选择的功能名称 转矩提升、转矩补偿、U ∕f 比选择、U ∕f 增益设定等。
图2－8 负载变化（减轻）对磁通的影响
a ）负载减轻后
b ）100%负荷率
c ）60%负荷率
d ）20%负荷率
图2－9 U ∕f 线举例
a ）康沃变频器
b ）艾默生变频器
c ）日立变频器
2．3U∕f线的选择与调整
2．3．1基本频率的调整
1．基本频率的定义
图2－10基本频率的定义
a）基本U∕f线b）变频器的对应关系c）电动机的对应关系基本频率别称：基频、基础频率、基底频率、最大电压频率
2．调整基本频率实例
（1）220V电动机配380V变频器
图2－11220V电动机配380V变频器
a）对基本频率的设定b）变频器与电动机的对应关系
（2）270V、70Hz电动机配380V变频器
图2－12270V、70Hz电动机配380V变频器a）对基本频率的设定b）变频器与电动机的对应关系
2．3．2转矩提升的预置要点
1．补偿后的电流－转矩曲线
图2－13转矩补偿后的电流—转矩曲线
a）电压补偿线b）补偿后的电流曲线
2．选择举例
（1）风机的U∕f线选择
图2－14风机的U∕f线
a）风机的机械特性b）U∕f线的选择
（2）带式输送机的U∕f线选择
图2－15带式输送机的U∕f线
a）负载示意图b）负载机械特性c）U∕f线的选择
（3）变频器从传输带上拆下接至风机的U∕f线调整
图2－16变频器从传输带上拆下接至风机
a）变频器接至传输带b）变频器接至风机（4）离心浇铸机的U∕f线选择
图2－17离心浇铸机的U∕f线选择a）离心浇铸机示意图b）机械特性c）U∕f线选择
2．4矢量控制方式
2．4．1矢量控制的基本思想
1．直流电动机的特点
图2－18 直流电动机的调速
a）直流电动机结构示意图b）直流电动机电路c）调速后机械特性2．矢量控制的基本思路
图2－19 矢量控制框图
a）频率给定b）控制框图
2．4．2电动机参数的自动测量
1．矢量控制需要的参数
（1）电动机的铭牌数据——电压、电流、转速、磁极对数、效率等。
（2）电动机的绕组数据——定子电阻、定子漏磁电抗、转子等效电阻、转子等效漏磁电抗、空载电流等。
2．自动测量的相关功能
表2－1矢量控制相关功能（艾默生TD3000）
功能码功能含义数据码及含义
F1.00 电动机类型选择0：异步电动机
F1.01 电动机额定功率
F1.02 电动机额定电压
F1.03 电动机额定电流
F1.04 电动机额定频率
F1.05 电动机额定转速
F1.09 自测定保护0：禁止测定1：允许测定
F1.10 自测定进行0：无操作
1：启动测定
2：启动测定宏
2．4．3有反馈矢量控制和无反馈矢量控制
1．有反馈矢量控制接法
图2－20 有反馈矢量控制方式
a）有反馈矢量控制电路图b）机械特性曲线簇2．相关功能
表2－2有反馈矢量控制的相关功能（艾默生TD3000）
功能码功能码名称数据码及含义（或范围）
Fb．00 编码器每转脉冲数0～9999p∕r
Fb．01 编码器旋转方向0—正方向；1—反方向
Fb．02 编码器断线后处理方法0—以自由制动方式停机；
1—切换为开环V∕F控制方式
3．无反馈矢量控制
图2－21无反馈矢量控制方式
a）无反馈矢量控制示意图b）机械特性曲线簇4．矢量控制方式的适用范围
（1）矢量控制只能用于一台变频器控制一台电动机的情况下。
（2）电动机容量和变频器要求的配用电动机容量之间，最多只能相差一个档次。
（3）磁极数一般以２、４、６极为宜。
（4）特殊电动机不能使用矢量控制功能。
2．5变频调速的有效转矩线
变频调速后，怎么样描绘不同频率下的带负载能力？2．5．1 有效转矩线的概念
1．额定工作点与有效工作点
图2－22额定工作点与有效工作点
2．ｋU＝ｋ?时的有效转矩线
图2－23 ｋU＝ｋ?时的有效转矩线
a）ｋU＝ｋ?时的U∕f线b）有效转矩线的形成c）有效转矩线2．5．2 电动机变频后的有效转矩线
1．?X ≤?N 的有效转矩线
2．有效转矩线的改善
2． ?X ＞?N 的有效转矩线
∵ 最大输出电压与功率不变 U 1X ≡U 1N ，P M ≯P MN ∴ f X ↑→Ｕ∕?比↓→主磁通Φ1↓→电磁转矩T MX ↓ ?X ＞?N 时有效转矩的大小与转速成反比：
ＴMEX ＝MX
MN n P 9550∝MX n 1
图2－24 散热和有效转矩线的关系
a ）各种损失与转速的关系
b ）散热系数与转速的关系
c ）低频时的有效转矩线
图2－25 有效转矩线的改善
a ）改善前后的有效转矩线
b ）改善方法
图2－26f X＞f N时的机械特性和全频有效转矩线a）额定频率以上的机械特性b）全频有效转矩线
2．6 拖动系统的传动机构
拖动系统离不开传动结构
2．6．1 常见的传动机构
2．6．2 传动系统的折算
１．传动比
λ＝L
M
n n n L ＝λM n
根据输能量守恒的原则，有：
9550
M
M n T ?＝9550L L n T ?
L M T T ＝M
L n n ＝λ1
T L ＝T M ·λ
2．转矩与转速的折算 （1）折算的必要性
图2－27 常见的传动机构
a ）连轴器
b ）带轮
c ）齿轮
d ）减速箱
e ）螺杆与螺母
（2）折算的基本原则
稳态过程：折算前后，传动机构所传递的功率不变。 动态过程：折算前后，旋转部分储存的动能不变。 （3）折算公式
1）转速的折算 n L ’＝n L ·λ＝n M 2）转矩的折算
T L ’＝λ
L T
3）飞轮力矩的折算
（GD L 2
）’＝22λ
L GD
2．6．3 调整传动比在实际工作中的应用
实例1 某电动机，带重物作园周运动，如图所示。运行时，到达A 点后电动机开始过载，到达B 点时容易堵转，怎样解决？（上限频率为45Hz ）
将传动比加大10%，则在电动机转矩相同的情况下，带负载能力也加大10%。但这时的上限频率应加大为49.5Hz 。
图2－28 电动机和负载的工作点
实例2提高下限频率某恒转矩负载，电动机容量是22kW，额定转速为1470r∕min，传动比λ＝4，采用无反馈矢量控制变频调速，在最低工作频率（4Hz）时运行不稳定，怎样解决？（满载运行频率范围为4～40 Hz）
计算如表2－3。
表2－3提高下限频率的计算
负载转速29.4r∕min～294r∕min
原传动比λ=4电动机转速117.6r∕min～1176r∕min
工作频率4Hz～40Hz
修改传动比
λ=6电动机转速176.4r∕min～1764r∕min 工作频率6Hz～60Hz
实例3传动比与电动机的起动
某锯片磨床，卡盘直径为２ｍ，传动比λ＝５；
电动机的容量为３.７ｋＷ。
1．存在问题
图2－29重物园周运动
起动较困难，升速时间太长。
图2－30 锯片磨床示意图
2．对策
将传动比增大为λ＝7.5，可使折算到电动机轴上的飞轮力矩减小为原来的44%。
结果，卡盘可以在5s内起动起来。
2．7变频拖动系统的基本规律
电动机的频率不变，就可以任意地变频调速么？
2．7．1 变频拖动系统必须满足的条件
图2－31 拖动系统的功率关系1．电动机与负载的功率关系
2．电动机与负载的转矩关系
图2－32拖动系统的转矩关系2．7．2拖动系统的重要规律与常见误区
? ? ? ? ? ? 电气控制与PLC网络教学资源当前位置: 电气控制与PLC网络教学资源> 学习情境> 项目一货物升降机的继电-接触器控制> 正 文 1.1.3三相异步电动机的工作特性 作者: Admin | 来源：| 点击: 517 | 发布时间: 2007-10-07 异步电动机的转矩特性动画演示 一、三相异步电动机的转矩特性 异步电动机的电磁转矩T是由载流导体在磁场中受电磁力的作用而产生的，它使电动机旋转。 式中U1——定子绕组相电压有效值，单位是伏特(V)； f1——定子电源频率，单位是赫兹(Hz)； s——电动机的转差率；
R2——转子绕组一相电阻，单位是欧姆(Ω)； X20——转子不动时一相感抗，单位是欧姆(Ω)； C——与电机结构有关的比例常数。 为了分析方便，将异步电动机的电磁转矩T代替电动机的输出转矩T2 由于电动机的转子参数R2及X20是一定的，电源频率f1也是一定的，故当电源电压U1一定时，上式即表明异步电动机的电磁转矩T只与转差率s有关，因此可用函数式T=f（s）表示，称为异步电动机的转矩特性，画出其图象则称为转矩特性曲线，如图1-13所示。 图1-13异步电动机的转矩特性曲线
二、异步电动机的机械特性 1.电动机的额定转矩的实用计算式 旋转机械的机械功率等于转矩和转动角速度的乘积,对于电动机而言,就有 P2=T2Ω(1-4) 当电动机的输出转矩T2用牛·米(N·m)作单位，旋转角速度Ω用弧度/秒(rad/s)作单位时，输出功率P2的单位是瓦特。 在电动机中计算转矩时输出功率P2的单位是千瓦(kW)，转速n的单位是转/分(r/min)，所以可以将计算公式简化，如在额定状态下转矩公式为 式中T N——电动机的额定转矩，单位是牛·米(N·m)； P N——电动机的额定功率，单位是千瓦(kW)； n N——电动机的额定转速，单位是转/分(r/min).
10.3 节 一、填空题 1、异步电动机的电磁转矩是由和共同作用产生的。 2、三相异步电动机最大电磁转矩的大小与转子电阻r2 值关，起动转矩的大小与转子电阻r2 关。 （填有无关系） 3、一台线式异步电动机带恒转矩负载运行，若电源电压下降，则电动机的旋转磁场转速，转差率，转速，最大电磁转矩，过载能力，电磁转矩。 4、若三相异步电动机的电源电压降为额定电压的0.8 倍，则该电动机的起动转矩T st =?T stN 。 5、一台频率为f1= 60Hz 的三相异步电动机，接在频率为50Hz 的电源上（电压不变），电动机的最大转矩为原来的，起动转矩变为原来的。 6、若异步电动机的漏抗增大，则其起动转矩，其最大转矩。 7、绕线式异步电动机转子串入适当的电阻，会使起动电流，起动转矩。 二、选择题 1、设计在f1= 50Hz 电源上运行的三相异步电动机现改为在电压相同频率为60Hz 的电网上，其电动机的（）。 （A）T st 减小，T max 减小，I st 增大（B）T st 减小，T max 增大，I st 减小 （C）T st 减小，T max 减小，I st 减小（D）T st 增大，T max 增大，I st 增大 2、适当增加三相绕线式异步电动机转子电阻r2时，电动机的（）。 （A）I st 减少, T st 增加, T max 不变, s m 增加（B）I st 增加, T st 增加, T max 不变, s m 增加 （C）I st 减少, T st 增加, T max 增大, s m 增加（D）I st 增加, T st 减少, T max 不变, s m 增加 3、一台运行于额定负载的三相异步电动机，当电源电压下降10%，稳定运行后，电机的电磁转矩（）。（A）T em =T N （B）T em = 0.8T N （C）T em = 0.9T N （D）T em >T N 4、一台绕线式异步电动机，在恒定负载下，以转差率s 运行，当转子边串入电阻r = 2r2',测得转差率将为 （）（r 已折算到定子边）。 （A）等于原先的转差率s （B）三倍于原先的转差率s （C）两倍于原先的转差率s （D）无法确定 5、异步电动机的电磁转矩与( )。 （A）定子线电压的平方成正比；（B）定子线电压成正比； （C）定子相电压平方成反比；（D）定子相电压平方成正比。 6、一般电动机的最大转矩与额定转矩的比值叫过载系数，一般此值应( )。 （A）等于1 （B）小于1 （C）大于1 （D）等于0 三、问答题
第一章电力拖动系统的动力学基础 【引入】用电动机作原动机的拖动方式，称为电力拖动。现代化矿井使用着大量的生产机械，几乎全部是采用电力拖动的。 第一节机械特性 一、电力拖动装置的组成 通常，一套电力拖动装置由工作机构（生产机械）、电动机、传动机构和控制设备四部分组成。如图1.1.1所示。 图 1.1.1电力拖动系统示意图 1、工作机构 工作机构是生产机械执行工作的机械部分，如提升机的卷筒、钢丝绳及提升容器，采煤机的滚筒与截齿等。电力拖动过程中，负荷的变化往往来自工作机构。 2、电动机 电动机是电力拖动装置的原动机，它的作用是把电源提供的电能转变为机械能用以拖动生产机械运转。 电动机分交流电动机和直流电动机两大类。 3、传动机构 大多数情况下，电动机与工作机构并不直接连接，而是中间还有一套传动机构用来变速或改变运行方式，如联轴器、皮带、链条及减速器等。 4、控制设备 控制设备是控制电动机运转的设备，由各种控制电器和控制电机组成，用以控制电动机的起动、调速、制动和反转等。
除了上述四部分外，还有电源装置，如各种开关柜，上面配有继电保护装置和指示仪表，用以向电动机和控制设备供电。 二、拖动系统的类型 单轴系统：电动机的转轴直接与工作机构的转轴相连接的拖动系统； 多轴系统：电动机和工作机构之间通过若干传动机构相连接的拖动系统。 1、电动运行状态（第一三象限） 其特点是电动机转矩M的方向与 旋转方向(转速n的方向)相同，M为拖 动转矩。电动机从电网取得电能并变为 机械能带动负载运转。 2、制动运转状态（第二四象限） 电动机的转矩M与转速的方向相反，M为制动转矩。此时生产机械带动电动机旋转，电动机吸收机械能并变成电能送回电网或消耗在电阻上。关于制动运转状态的分析将在后面有关章节中讨论。 三、机械特性 1、生产机械的负载特性 生产机械在运转中受到阻转矩的作用。此转矩叫负载转矩M?L反映到电动机轴上即为M L。生产机械的负载特性指其转速n L与负载转矩M L'的关系反映到电动机轴上便是 n=?（M L） 大多数生产机械的负载特性可归纳为以下三种类型： 1) 恒转矩特性 恒转矩特性的特点是负载转矩与转速无关，如图1.1.3所示。矿井提升机、带式输送机等机械具有这种特性。
电机特性曲线 Revised as of 23 November 2020
如何绘制性能曲线图 作者：刘小鑫 性能曲线图的四个要点 1、空载转速(N0)—指电机不受任何机械阻力或负载时的电压，在轴枝上测得的速度，单位为rpm(每分钟内旋转的圈数)。 2、空载载电流(I0)—指在电机无任何负载的情况下测得的电流量。 3、堵转转矩(Ts)—指因加载引致电机停止旋转时测得的转矩。但建议阁下不要如此操作，因“退磁”或过载可能损坏电机。 4、堵转电流(Is)—指在电机因过载而停止旋转时测得的电流量。 绘制性能曲线图 1、速度曲线—是连接N0(空载转速)点及Ts(堵转转矩)点的曲线，其标示出电机在不同情况下的速度。 2、电流曲线—是连接I0(空载电流)点及Is(堵转电流)点的曲线，其标示出电机在不同情况下的电流量。 3、输出功率曲线—用以表示电机的输出功率，并可用以下公式计算：P=(速度x转矩)/9500(速度单位为rpm,转矩单位为mNm)。
4、效率曲线—用以表示电机的效率，可用以下公式计算：Eff(%)=(输出功率/(电压x 电流))x100 影响电机性能的主要因素 1、输入电压—在保持I0不变的情况下，输入电压增大会令N0、Is及I0增大。 2、串接电阻—在保持N0不变的情况下，串接电阻增大会令Ts及Is减小。 3、绕组的匝数—在保持Ts不变的情况下，绕组匝数增加将令N0、I0及Is增大。 4、绕组的线径—在保持I0及N0不变的情况下，绕组直径增大将令Ts及Is增大。 5、磁通量—在保持Is不变的情况下，磁通量增大将令N0及I0减小。 6、温度—在Is及Ts 减小的情况下，环境温度的上升将令N0及I0增大。
重庆理工大学《电机及拖动基础》练习题答案 一、填空： 1、把______能变换为_______能的电机称为电动机。 答案：电能；机械能； 2、直流电机定子部分的主要作用是_________________， 答案：产生磁场； 3、变压器具有变换_________________的功能。 答案：电流、电压、阻抗； 4、三相笼型感应电动机降压起动常用的方法有_________________； _________________；_________________。 答案：定子串电阻或电抗器降压启动；Y/△降压起动；自耦变压器降压起动； 5、变频调速是改变电源频率从而使电动机的_________________变化达到调速 的目的。 答案：同步转速； 6、从工作原理看，中、小型电力变压器的主要组成部分是 和 。 答案：绕组、铁心 7、直流发电机是把______能变换为_______能输出。 答案：机械能； 电能 8．电力拖动系统稳定运行的条件是 。 答案：在交点处 dn dT dn dT em 2 10、三相感应电动机旋转磁场的方向由 决定。 答案：流入定子电流的相序 11、Y-Δ起动适用于定子绕组正常接法为 的三相鼠笼式异步电动机。 答案：三角形 12、当变压器把低电压变成高电压时，其电流 。 答案：减小 13、三相鼠笼式异步电动机主要由 和 组成。 答案：定子；转子 14、三相鼠笼式异步电动机三相对称绕组通以对称电流时，将产生 磁场。 答案：旋转 15、三相异步电动机的额定电压是指加在 绕组上的 电压。 答案：定子；线 16、三相感应电动机在额定负载下运行时，降低电源电压，电动机的转速 将 。 答案：降低 17、三相异步电动机的电磁制动状态有 ； 和 三种。 答案：回馈制动 反接制动； 能耗制动 18、三相异步电动机的电磁转矩T em 与电源电压U 1的关系是 。 答案：Tem ∝ V 12
14- 1 水轮发电机和汽轮发电机结构上有什么不同，各有什么特点？ 14- 2 为什么同步电机的气隙比同容量的异步电机要大一些？ 14-3 同步电机和异步电机在结构上有哪些异同之处？ 14-4 同步发电机的转速为什么必须是常数？接在频率是50Hz 电网上，转速为150r/min 的水轮发电机的极数为多少？ 14-5 一台三相同步发电机S N=10kVA，cosφN=0.8（滞后），U N=400V，试求其额定电流I N 和额定运行时的发出的有功功率P N 和无功功率Q N。 14-6 同步电机在对称负载下稳定运行时，电枢电流产生的磁场是否与励磁绕组匝链？它会在励磁绕组中感应电势吗？ 14-7 同步发电机的气隙磁场在空载状态是如何激励的，在负载状态是如何激励的？ 14-8 隐极同步电机的电枢反应电抗与与异步电机的什么电抗具有相同的物理意义？ 14-9 同步发电机的电枢反应的性质取决于什么，交轴和直轴电枢反应对同步发电机的磁场有何影响？ 答案： 14-3 2p=40 14-4 I N =14.43A ，P N =8kW ，Q N=6 kvar 1 / 9
2 / 9 15- 1 同步电抗的物理意义是什么？为什么说同步电抗是与三相有关的电抗，而它的值又是每 相 的值？ 15- 2 分析下面几种情况对同步电抗有何影响： （1）铁心饱和程度增加； （2）气隙增大； （3） 电枢绕组匝数增加； （ 4）励磁绕组匝数增加。 15-9 (1) E 0 =2.236 ， (2) I =0.78 ( 补充条件： Ｘ*S 非=1.8） 15-10 (1) E 0 =1.771, E 0 =10.74kV ， 18.4 15-11 E 0 2.2846 , E 0 13.85kv ， 32.63 15-12 E 0 12534.88v ， 57.42 ， I d 387.61A ， I q 247.7A 16- 1 为什么同步发电机的稳态短路电流不大，短路特性为何是一直线？如果将电机的转速降 到 0.5n 1 则短路特性，测量结果有何变化？ 16- 2 什么叫短路比，它与什么因素有关？ 16- 3 已知同步发电机的空载和短路特性，试画图说明求取Ｘ d 非 和 Kc 的方法。 16-4 有一台两极三相汽轮同步发电机，电枢绕组 Y 接法，额定容量 S N =7500kV A ，额定 电压 U N N 短路实验测得 k N 时， fk ，零功率因数实验 I=I N ，U=U N 时测得 fN0 试求：（1）通过空载特性和短路特性求出 X d 非和短路比；（2）通过空载特性和零功率因数特性 求出 X σ和 I fa ；（3）额定运行情况下的 I fN 和 u 。 16-5 一台 15000kVA 的 2 极三相 Y 联接汽轮发电机， U N 10.5kV ，cos N 0.8（滞 * *d p a 1（2）额定负载时的励磁电流标么值。
有刷串励电机(Series Motor)： 如今国内常用的车用电机，优点是控制简单。串励直流电动机有软的机械特性、转速随负载变化较大、负载轻转速快、负载重转速慢、转矩近似与电枢电流的平方成正比变化，起动转矩比并励电动机大，适用于要求起动转矩特别大，而对转矩的稳定无要求的运输拖动机械。 有刷他励电机(Shunt Motor)： 他励直流电动机有硬的机械特性，转矩随电枢电流成正比变化，相同情况下，起动转矩比串励电动机小，适用于转速要求稳定，而对起动转矩无特别要求的负载。 并可通过弱磁等技术提高车速，目前国内应用较少原因是该电机控制器成本高、技术难度大。对电机厂而言他励电机和串励电机成本及价格一般是一样的，只是励磁绕线方式不同。目前凯利公司的他励电机控制器总成价格已经较串励电机控制器总成便宜(主要是由于串励电机需要换向接触器，他励电机可通过控制器换向，节省的换向接触器成本)，已经适合大批量应用。 有刷永磁电机(Permanent Magnet Motor)： 特性和他励电机较像，因为他的励磁是由永久磁铁来提供，所以比他励电机省电。缺点是电机价格贵。他励和永磁电机因为其特性，可实现刹车时再生发电回收部分电能功能，一般可回收5%-10%，可明显提高续航里程。 无刷永磁电机(Brush-less DC Motor)： 无刷永磁电机的励磁也是由永久磁铁来提供，但是内部少了碳刷，需要由控制器来控制电机实现换向。目前主要是低功率应用较多，像200W-800W，目前主要应用在电动自行车领域。大功率无刷电机目前也已经上市但是电机较少，大功率无刷控制器更少且市场价格较贵。目前凯利公司正在研制电压最高80V，电流最高350A的无刷大功率控制器，将在二个月内小批量投放市场，有望改变大功率无刷电机控制器整体价格高的缺点。 交流电机(AC Motor)： 电机效率比直流电机稍高，其是通过控制器改变输出交流频率和电压来调速。缺点是控制器及配套价格高,但电机成本低。目前主要应用在电动叉车领域。凯利正在研制电压最高80V，电流最高350A的交流大功率交流控制器，将在二个月内小批量投放市场，有望改变交流电
?软启动是相对于硬启动的概念，在工程中最常用的就是三相异步电机，在民用和工业工程电动设备中，由于其电机启动特性，这些电动机直接连接供电系统（硬启动）， 会导致较大的冲击电流和峰值转矩，不利于机械装置的良好运转。软启动则是平滑的启 动运行，电压由零慢慢提升到额定电压，使电机启动的全过程都不存在冲击转矩。 目录 ?软启动的特性 ?软启动的原理 ?软启动与其他降压启动性能比较 ?软启动的起停方式 ?软启动的应用 ?软启动的发展趋势 软启动的特性 异步电机启动性能主要有两个指标，启动电流倍数和启动转矩倍数，软启动器是就是在启动时通过改变加在电机上的电源电压，以减小启动电流、启动转矩。电动机传统启动方式有自耦减压、Y/△减压等方式，其共同特点是控制线路简单，启动转矩不可调并有二次冲击电流，对负载有冲击转矩。软启动可以有效地降低电动机的启动电流，其启动电流仅为标准电机硬启动电流的50%，是高效电动机硬启动电流的20%（见图1）。软启动的限流特性可有效限制浪涌电流，避免不必要的冲击力矩以及对配电网络的电流冲击，有效地减少线路刀闸和接触器的误触发动作；对频繁启停的电动机，可有效控制电动机的温升，大大延长电动机的寿命。
软启动的原理 目前应用较为广泛、工程中常见软启动器时晶闸管（SCR）软启动。 晶闸管软启动原理：在三相电源与电机间串入三相联晶闸管，利用晶闸管移相控制原理（见图2），改变晶闸管的触发角，启动时电机端电压随晶闸管的导通角从零逐渐上升，就可调节晶闸管调压电路的输出电压，电机转速逐渐增大，直至达到满足启动转矩的要求而结束启动过程；软起动器的输出是一个平滑的升压过程（且可具有限流功能），直到晶闸管全导通，电机在额定电压下工作；此时旁路接触器接通（避免电机在运行中对电网形成谐波污染，延长晶闸管寿命），电机进入稳态运行状态；停车时先切断旁路接触器，然后由软启动器内晶闸管导通角由大逐渐减小，使三相供电电压逐渐减小，电机转速由大逐渐减小到零，停车过程完成。 软启动与其他降压启动性能比较
电机学实验报告 实验三三相异步电动机参数及工作特性 一、实验目的 1．掌握三相异步电动机空载、堵转实验及参数计算的方法； 2．用实验的方法测定三相异步电动机的工作特性。 二、实验内容 1．三相异步电动机空载实验； 2．三相异步电动机堵转实验； 3．三相异步电动机负载实验。 三、实验接线图 下图3-1为三相异步电动机参数及工作特性实验的两种接线图，分别对应不同的实验台。本组所使用的7号实验台有磁粉制动器，所以实验实际所用的为图b的接线方式。 图3-1 三相异步电动机接线图 四、实验设备 1．T三相感应调压器额定容量10kVA，额定输入电压380V，额定输出电压0~430V，额定输出电流； 2． M绕线转子三相异步电动机 P N=3kW(R1=2Ω) U N=380V I N=7.1A n N=1390r/min； 3．G直流发电机 3kW (或ZJ转矩传感器50N?m，CZ磁粉制动器50N?m)； 4．R L单相变阻器108Ω 2/25A； 5．交流电压表 500V； 6．交流电流表 10A； 7．功率表500V 10A； 8．直流电压表 400V； 9．直流电流表 30A； 10．直流电流表 4A； 11．张力控制器；
12．转矩转速显示仪。 五、实验数据 1．三相异步电动机空载实验： 0AB AB CA 0A B C 0???为三相输入功率 2．三相异步电动机堵转实验：
50 5 0AB AB CA k A B C0??? 为三相输入功率3．三相异步电动机负载实验： 序号 I(A)P(W)T2 (N ·m) N (r/ min) I A I B I C I1P I P II P1 125 07 1 400 39 07 220 39 1 068 31 07 319 89 8 80 28 69 413 74 4 27 18 01 510 90 2 19 13 09 663 6 - 292 34 4 1A B C1??? 为负载时三相输入功率 六、特性曲线、参数计算及问题分析 1．根据空载实验数据绘出空载特性曲线U0=f(I0)、p0=f(U0)、cosφ0=f(U0)。其中，空载功率因数为cosφ0 = ：
实验一直流发电机的工作特性 一实验目的 1观察并励直流发电机的自励过程及自励条件。 2测定并励及他励直流发电机运行的负载外特性曲线。 3观察直流发电机的剩磁（无励磁）发电。 二预习要点 1什么是发电机的运行外特性？如何测定？ 2并励直流发电机不能自励发电时该如何处理？ 3如何保持直流发电机的转速不变？ 4直流发电机的他励运行与并励运行差异何在？为什么？ 5认真阅读附录部分关于实验台的使用说明。 三实验设备 1 原动机为直流电动机M03一台： U N 220V，I N 1.1A, P N 185W，n N 1600rpm 2 直流发电机为M01一台： U N 200V，I N 0.5A, P N 100W，n N 1600rpm 3 直流电流表三台（500mA、2A、2A各一台） 4 直流电压表一台 5 MEL－03可变电阻箱（900Ω×6）及转速表（MEL－09）各一台 6 直流励磁电源、可调直流电源各一台 四实验项目 1 并励发电机 A 实验线路 图1-1 并励发电机 （1）可调直流源经电枢电流测量表A1向直流电动机M03的电枢供电（V0内接）。 （2）直流励磁电源经励磁电流测量表A2向直流电机的励磁线圈F1，F2供电。
（3）直流发电机M01输出端接300V档电压表，负载回路串直流电流表2A档。 （4）直流发电机的励磁线圈F1，F2并联到发电机的电枢端。 （5）R L由3组900Ω可变电阻并联后串联（见附录），总阻值0～1350Ω可调。 接线要求：必须保证在操作过程中带电导线的金属部分不裸露在外。 完成接线后，检查各旋钮的初始位置： 可调直流电源输出最小（调节旋钮逆时针旋到底），而R L在最大位置（3个调节旋钮都逆时针旋到底）；直流励磁电源开关置“0N”，可调直流电源开关置“0N”； 必须经指导教师检查认可，才能通电。 B 实验系统的启动及调试 （1）接通总电源后，先检查直流电动机的励磁电流测量表A2，必须要有100mA左右的电流指示，才能按复位键启动电机，否则禁止启动电动机，直到励磁电流正常。 （2）渐升电动机转速，发电机端的电压表和电流表应有逐渐再大的读数，则表明发电成功，可将电动机升速到1600rpm。 （3）如果渐升电动机转速，发电机端的电压表和电流表的读数不变化，则表明发电机不能发电，则将可调直流电源恢复到最低后关断，待改接发电机励磁接线后再开。 （4）若励磁端对换后发电机仍不能发电，则要先充磁。方法如下： a)先将可调直流电源降到最小，然后关断。 b)再将直流励磁电源关断。 c)将发电机与电动机的励磁线圈F1，F2并联（见图1-2，不管如何并联法）。 d)开启直流电源总开关，开启励磁电源，励磁电流测量表A2应有200mA左右的电流指示，片刻后关断两个开关。 e)将发电机的励磁线圈F1，F2重新并联到发电机G的电枢F1，F2端。 f)按以上步骤重新启动电动机。 图1-2 发电机充磁 C 并励直流发电机的运行外特性U=f（I）测定（n=1600rpm保持恒定） U(V) 243 238 234 231 227 218 I(A) I min= （R L最大) 0.25 0.30 0.35 0.40 0.50 n=1600rpm（增大电动机的电枢端电压）。 2他励直流发电机外特性U=f（I）测定（n=1600rpm保持恒定） 把发电机的励磁绕组（见右侧的F1、F2）也接到直流励磁电源，其余不变。
第2章 电动机变频后的带负载特性 2．1异步电动机的机械特性 2．1．1异步电动机的自然机械特性 1．自然机械特性 图2－1异步电动机的自然机械特性
2．机械特性的含义 图2－2机械特性的含义 a）负载较轻 b）对应的工作点 c）负载较重2．1．2异步电动机的人工机械特性 1．转子串联电阻的机械特性 图2－3转子串联电阻的机械特性
2．改变电压的机械特性 图2－4改变电压的机械特性3．改变频率的机械特性（k U=k f） 图2－5f X≤f N时的机械特性 a)变频调速 b)变频机械特性
2．2 V ∕F 控制方式 2．2．1 低频时临界转矩减小的原因与对策 1．基本关系 （1） T M ＝K T I 2’Φ1cos φ2 ∵ I 2’≯ I 2N ’ ∴ T K ≈K T ’· Φ1 （2） Φ1＝K F ·f E 1 ＝K F ·f U U 11&&?- ＝K F ·f Z I U 1 11&&- 2．和磁通有关的因素（在某一频率下） （1）负载不变（I 1＝C →ΔU 1＝C ）： U 1↑→Φ1↑ U 1↓→Φ1↓ （2）电压不变 I 1↑→Φ1↓ I 1↓→Φ1↑
3．变频运行时的数据举例 ù1＝－è1＋Δù1U1≈E1＋ΔU1 图2－6低频时临界转矩减频运行时的小的原因 a）运行频率为50Hz b）运行频率为25Hz c）运行频率为10Hz 3．对策（电压补偿、转矩补偿、转矩提升） 图2－7电压补偿的原理 a）电压补偿的含义 b）25Hz时的补偿量 c）10Hz时的补偿量
4．负载变化的影响 图2－8负载变化（减轻）对磁通的影响2．2．2 变频器的U∕f线 图2－9变频器的U∕f线 a）U∕f线类型 b）恒转矩U∕f线 c）二次方律U∕f线
第2章电动机变频后的带负载特性2．1异步电动机的机械特性 2．1．1异步电动机的自然机械特性 1．自然机械特性 图2－1异步电动机的自然机械特性2．机械特性的含义 图2－2机械特性的含义 a）负载较轻b）对应的工作点c）负载较重2．1．2异步电动机的人工机械特性
1．转子串联电阻的机械特性 图2－3转子串联电阻的机械特性 a）转子串联电阻的电路b）机械特性2．改变电压的机械特性 图2－4改变电压的机械特性 a）电路图b）机械特性
3．改变频率的机械特性 图2－5f X≤f N时的机械特性
2．2V∕F控制方式 怎么样提高低频时，电动机的带载能力 1．低频时临界转矩减小的原因 ù1＝－è1＋Δù1U1≈E1＋ΔU1 图2－7电压补偿的原理 a）电压补偿的含义b）25Hz时的补偿量c）10Hz时的补偿量2．电压补偿（转矩补偿、转矩提升） 图2－6低频时临界转矩减小的原因 a）运行频率为50Hz b）运行频率为25Hz c）运行频率为10Hz
3．负载变化的影响 4．U ∕f 线举例 U ∕f 线选择的功能名称 转矩提升、转矩补偿、U ∕f 比选择、U ∕f 增益设定等。 图2－8 负载变化（减轻）对磁通的影响 a ）负载减轻后 b ）100%负荷率 c ）60%负荷率 d ）20%负荷率 图2－9 U ∕f 线举例 a ）康沃变频器 b ）艾默生变频器 c ）日立变频器
2．3U∕f线的选择与调整 2．3．1基本频率的调整 1．基本频率的定义 图2－10基本频率的定义 a）基本U∕f线b）变频器的对应关系c）电动机的对应关系基本频率别称：基频、基础频率、基底频率、最大电压频率 2．调整基本频率实例 （1）220V电动机配380V变频器 图2－11220V电动机配380V变频器 a）对基本频率的设定b）变频器与电动机的对应关系
发电机的主要特性 高邮市微特电机厂的杨总在这里向大家介绍：发电机性能的主要是空载特性和负载运行特性。而这些特性是用户选用发电机的重要依据。 空载特性： 发电机不接负载时，电枢电流为零，称为空载运行。此时电机定子的三相绕组只有励磁电流I f感生出的空载电动势E0（三相对称），其大小随I f的增大而增加。但是，由于电机磁路铁心有饱和现象，所以两者不成正比。反映空载电动势E0与励磁电流I f关系的曲线称为同步发电机的空载特性。 电枢反应： 当发电机接上对称负载后，电枢绕组中的三相电流会产生另一个旋转磁场，称电枢反应磁场。其转速正好与转子的转速相等，两者同步旋转。 同步发电机的电枢反应磁场与转子励磁磁场均可近似地认为都按正弦规律分布。它们之间的空间相位差取决于空载电动势E0与电枢电流I之间的时间相位差。电枢反应磁场还与负载情况有关。当发电机的负载为电感性时，电枢反应磁场起去磁作用，会导致发电机的电压降低；当负载呈电容性时，电枢反应磁场起助磁作用，会使发电机的输出电压升高。 负载运行特性： 主要指外特性和调整特性。外特性是当转速为额定值、励磁电流和负载功率因数为常数时，发电机端电压U与负载电流I之间的关系。调整特性是转速和端电压为额定值、负载功率因数为常数时，励磁电流If与负载电流I之间的关系。 同步发电机的电压变化率约为20～40%。一般工业和家用负载都要求电压保持基本不变。为此，随着负载电流的增大，必须相应地调整励磁电流。虽然调整特性的变化趋势与外特性正好相反，对于感性和纯电阻性负载，它是上升的，而在容性负载下，一般是下降的。 相关术语 发电机：能把机械能转变为电能的设备的总称。所产生的电能可以是直流电也可以是交流电。 接地：是指电路与大地之间或与某些和大地相通的导电物体之间的连接。 怠速控制：一种可直接根据电气负载对发动机的怠速进行控制的系统。
电机及拖动练习题 一、填空题 ---并励直流发电机自励的条件是：剩磁，并励绕组并接到电枢回路的极性要正确，励磁回路总电阻小于该转速下的临界电阻。 ---他励直流电动机带位能性负载，在能耗制动状态下放重物，其能量关系是：机械能通过电机转换成电能能，消耗在电枢电阻上。 ---影响他励直流电动机机械特性的因素有电源电压、磁通、电枢电阻。 ---当直流电机带恒转矩负载时，若为他励电动机，当电枢电压下降时，其转速下降，电枢电流不变。 ---他励直流电动机的起动方法有：降电压启动、电枢回路串电阻。---他励直流电动机原为电动运行，若采用能耗制动，能耗制动电阻越大，制动瞬间转矩越小，制动到转速为零所需要的时间越长。 ---直流电动机的励磁方式有他励、并励、串励、复励。---他励直流电动机降压调速属于恒转矩调速方式，弱磁调速属于恒功率调速方式。 ---他励直流电动机原在固有特性上电动运行，欲采用能耗制动，应使电枢回路脱离直流电源，且电枢回路串入电阻，从而限制制动电流。 ---当直流电动机的转速超过__理想空载转速__时，出现回馈制动。 ---直流电动机拖动恒转矩负载进行调速时，应采__降压或电枢回路串电阻__调速方法，而拖动恒功率负载时应采用__弱磁_调速方法。 ---直流发电机电磁转矩的方向和电枢旋转方向__相反__，直流电动机电磁转矩的方向和电枢旋转方向__相同___。 ---一台直流发电机的额定功率为115KW，额定电压为230V，额定效率为0.89，额定转速为950r/min，其额定电流为 500 A。 ---对一台直流电机究竟是作发电机运行还是作电动机运行，主要在于外加的条件。如果从电刷上输入电功率，电机即作电动运行；如果从轴上输入机械功率，则作发电运行。 ---直流电机的电枢反应是指电枢磁动势对主磁场的影响。 ---对一台并网运行的直流电机，如果U 10.3节 一、填空题 1、异步电动机的电磁转矩是由 和 共同作用产生的。 2、三相异步电动机最大电磁转矩的大小与转子电阻2r 值 关，起动转矩的大小与转子电阻2r 关。（填有无关系） 3、一台线式异步电动机带恒转矩负载运行，若电源电压下降，则电动机的旋转磁场转速 ，转差率 ，转速 ，最大电磁转矩 ，过载能力 ，电磁转矩 。 4、若三相异步电动机的电源电压降为额定电压的0.8倍，则该电动机的起动转矩=st T _________stN T ?。 5、一台频率为Hz f 601=的三相异步电动机，接在频率为Hz 50的电源上（电压不变），电动机的最大转矩为原来的 ，起动转矩变为原来的 。 6、若异步电动机的漏抗增大，则其起动转矩 ，其最大转矩 。 7、绕线式异步电动机转子串入适当的电阻，会使起动电流 ，起动转矩 。 二、 选择题 1、设计在Hz f 501=电源上运行的三相异步电动机现改为在电压相同频率为Hz 60的电网上，其电动机的（ ）。 （A ）st T 减小，max T 减小，st I 增大 （B ）st T 减小，max T 增大，st I 减小 （C ）st T 减小，max T 减小，st I 减小 （D ）st T 增大，max T 增大，st I 增大 2、适当增加三相绕线式异步电动机转子电阻2r 时，电动机的（ ）。 （A ）st I 减少,st T 增加,max T 不变,m s 增加 （B ）st I 增加,st T 增加,max T 不变,m s 增加 （C ）st I 减少,st T 增加,max T 增大,m s 增加 （D ）st I 增加,st T 减少,max T 不变,m s 增加 3、一台运行于额定负载的三相异步电动机，当电源电压下降10%，稳定运行后，电机的电磁转矩（ ）。 （A ） N em T T =（B ）N em T T 8.0=（C ）N em T T 9.0=（D ）N em T T > 4、一台绕线式异步电动机，在恒定负载下，以转差率s 运行，当转子边串入电阻22r r '=,测得转差率将为（ ）（r 已折算到定子边）。 （A ）等于原先的转差率s （B ）三倍于原先的转差率s （C ）两倍于原先的转差率s （D ）无法确定 5、异步电动机的电磁转矩与( )。 （A ）定子线电压的平方成正比； （B ）定子线电压成正比； （C ）定子相电压平方成反比； （D ）定子相电压平方成正比。 6、一般电动机的最大转矩与额定转矩的比值叫过载系数，一般此值应( )。 （A ）等于1 （B ）小于1 （C ）大于1 （D ）等于0 三、问答题 直流发电机的特性 直流发电机运行时，主要有四个主要物理量，即发电机转速n 、发电机端电压U 、电枢电流I a （或输出电流I ）和励磁电流I f 。直流发电机的稳态特性主要有两条：一条是外特性，表征输出电压质量；一条是励磁调节用的调整特性。 一、他励直流发电机 1. 空载特性 当n= n N 时，I a =0 ，励磁绕组加上励磁电压U ，调节励磁电流I f0 ，直流发电机的空载端电压U 0 和励磁电流I f0 关系，即为空载运行时特性曲线U 0 =f( I f0 ) 。 空载特性可以通过空载实验来测定，发电机的转子由原动机拖动，转速n 保持恒定，逐步调节励磁回路的电阻R ，使励磁电流单方向增大测取U 0 和I f0 ，直到电枢电压U 0 =1.25 U N ，然后单方向减少R ，测取U 0 及I f0 ，取其各点的平均值U 0 ，作出的特性曲线。 图2-7-1-1 直流发电机空载特性 由于电动势E a 与磁通Φ 成正比，所以空载特性曲线的形状与磁化曲线相似。空载特性不经过零点，即I f0 =0 时，电枢绕组中仍有电动势 E r 存在，这主要是因为主磁极中有剩磁存在的缘故。通常为电机额定电压的2%~4% 。因为空载特性表明的是直流电机磁路特性，所以对于并励和复励发电机空载特性也可以他励方式测取。 二、并励直流发电机 1. 并励直流发电机的自励过程与条件 并励直流发电机的励磁电流I f 由发电机自身电压供给，不需要其他直流电源，应用方便，但是励磁绕组若不是先有了励磁电流I f 建立磁场，发电机电压就无法产生。如何在一定条件下使并励直流发电机自励，即使其发电机电压建立并与励磁电流I f 配合，达到所需要的数值,这种发电机自己建立电压的过程，称为自励过程。三相异步电动机的机械特性习题(精)
直流电机的一些特性
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