大工12秋《电机与拖动》辅导资料十六

大连理工大学网络教育学院

第1页 共5页 电机与拖动辅导资料十六

主 题：同步电动机的电力拖动与电力拖动系统中电动机的选择的辅导文章

——同步电动机的机械特性、同步电动机的起动、同步电动机的调速和制动、电动机选择的基本原则、电动机的发热与冷却、电动机的工作制、电动机额定功率的选择

学习时间：2013年1月14日－1月20日

内 容：

我们这周主要学习课件第10章同步电动机的电力拖动和第11章电力拖动系统中电动机的选择的相关内容。希望通过下面的内容能使同学们加深对同步电动机的电力拖动和电力拖动系统中电动机的选择的相关知识的理解。

注意：请同学根据老师标注的侧重点选择性学习。

同步电动机具有转速与频率成正比、功率因数可调的优点。由于变频技术解决了同步电机的起动和调速问题，使同步电动机调速系统成为交流调速系统的重要分支，而电机学与电力电子技术相互交叉和融合，又产生出了各种新型同步电动机调速系统。

一、同步电动机的机械特性与稳定问题（要求学生了解的内容）

在电源频率1f一定时，三相同步电动机的转速与电磁转矩的关系()enfT称为机械特性。由转速公式1160/nnfp可知，在确定的频率下，同步电动机转速为常数。因此，同步电动机的机械特性是与机械负载的轻重无关的绝对硬特性。

当同步电动机以同步转速稳定运行时，会因为机械负载的变化或各种干扰等因素，而进入动态调节过程。当负载变化时，若电动机能产生与之适应的电磁转矩，重新进入新的稳定运行状态；或干扰产生又消失后，电动机能重新回到原来的稳定运行状态，则称同步电动机是静态稳定的。功角特性的上升段属于同步电动机的稳定运行区域。

二、同步电动机的起动、调速与制动问题（要求学生了解的内容）

同步电动机不能在非同步转速下异步运行，因此，同步电动机没有起动转矩，不能自行起动，同步电动机常用拖动起动法、异步起动法和变频起动法等方法来起动。

拖动起动法是最传统的方法。这种方法所需设备多、操作复杂，投资和占地面积大，不利于带负载起动，故已经很少采用。

异步起动法是利用转子上的起动绕组，像异步电动机一样产生异步转矩来起动。在异步起动阶段，要正确处理转子上的励磁绕组。同步电动机异步启动时，也可以像异步电动机一样，采用各种减压起动的方法来限制起动电流。 大连理工大学网络教育学院

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图1 异步起动法

变频起动法是通过变频器来起动同步电动机。起动时，变频器的输出频率由很低逐渐调高，使同步电动机转子的转速能同步跟随电枢旋转磁场的同步转速，一直到额定转速为止。

图2 变频起动法

同步电动机的调速方法只有变频调速一种。根据控制方式的不同，同步电动机变频调速系统可分为他控式变频调速系统和自控式变频调速系统。调速用同步电动机包括：有刷励磁的同步电动机、无刷可调励磁的同步电动机、永磁同步电动机、无刷直流电动机和开关磁阻电动机等。

同步电动机只能采用能耗制动来快速停机。

三、电动机选择的基本原则（要求学生了解的内容）

电动机选择的主要项目是选择其额定功率、额定电压、额定转速、种类和结构形式。 大连理工大学网络教育学院

第3页 共5页 电动机额定电压、额定转速、种类和结构形式的选择需要根据生产现场的供电电压、负载转速和工作方式以及使用环境和安装方法等因素作相应的选择。而电动机额定功率的选择最为重要和复杂。

四、电动机的发热与冷却（要求学生了解的内容）

电动机在能量转换过程中，内部要产生功率损耗，这些损耗都将转换为热能。一部分热能是使电动机内部的温度升高，一部分热能散发到周围环境中去。电动机的温升越高，散热就越快，当电动机在单位时间内产生的热量等于散发的热量时，电动机的温度不再升高，温升达到稳态值。

电动机的温升随时间按指数规律变化。当温升的稳态值大于初始值时，温升由初始值按指数规律增长到稳态值；当温升的稳态值小于初始值时，温升由初始值按指数规律衰减到稳态值。温升变化的快慢取决于电动机的发热时间常数。

电动机的发热程度由负载的轻重和工作时间的长短决定。负载越重、工作时间越长，电动机的发热量越大，温升越高。而电动机的发热限度取决于所使用的绝缘材料，不同的绝缘材料所允许的最高温度max不同，也即电动机的额定温升（0max40NC）不同。体积相同的电动机，其绝缘等级越高，额定温升值越高，所允许输出的功率即额定功率就越大。电动机运行时，如果温升超过了额定值N，就会缩短绝缘材料的使用寿命，严重时会烧坏绝缘材料。

电动机的冷却问题是电动机设计中的重要问题。电动机常用的冷却方式有自冷式、自扇冷式和他扇冷式3种。

五、电动机的工作制与额定功率的选择（要求学生了解的内容）

机械负载有长时连续工作方式、短时工作方式和各种周期工作方式，为此，电动机也设计了连续工作制1S、短时工作制2S和断续周期工作制3S等工作制，以适应不同负载的需求。

电动机的额定功率是指在规定的工作制、规定的环境温度（040C）以及规定的海拔（1000m以下）情况下，温升达到额定温升的额定工作状态时所输出的功率。当电动机的使用条件变化时，例如工作时间、环境温度或海拔的改变，将改变电动机的发热情况，从而使电动机允许输出的功率大于或小于原设计的额定功率。

六、典型例题解析

1.同步电动机异步起动时，可以采用( )的方法来限制起动电流。

A.直接起动 B.减压起动

C.变频起动 D.软起动

2.电动机的允许输出功率等于额定功率有什么条件？环境温度和海拔是怎样影响电动机允许输出功率的？ 大连理工大学网络教育学院

第4页 共5页 3. 一台Y280S-4型三相异步电动机，额定功率75NPkW,额定电压380NUV（三角形联结），额定转速1480/minNnr，最大转矩倍数2.2mk，电动机带额定负载运行，若采用调压调速，将定子电压调到0.8NUU,求电动机的转速变为多少。（第十五周思考题答案）

七、例题解析答案

1. B

2. 答：当电动机在规定的工作制、规定的环境温度（040C）以及规定的海拔（1000m以下）情况下工作时，允许输出的功率等于额定功率。

因为环境温度越低，散热越容易。故在不同的环境温度下，电动机达到相同温升时的输出功率是不同的。因此，当电动机的环境温度高于或低于040C，电动机允许输出的功率将小于或大于其额定功率。

因为海拔越高，空气越稀薄，散热就越困难。故在不同的海拔下，电动机达到相同温升时的输出功率是不同的，因此，随着海拔的增加，其允许输出的功率应该小于原设计的额定功率。

3. 解：电动机的额定转差率为

11150014800.01331500NNnnsn

临界转差率为

22(1)0.0133(2.22.21)0.0553mNmmsskk

由于调压调速时最大转矩mT与端电压平方成正比变化，而临界转差率不变，因此，当将定子电压调到0.8NUU时，最大转矩与临界转差率分别变为

20.8()0.640.641.408NmmmmNNNUTTTkTTU

0.0553mmss

所以，调压后电动机的转差率变为 大连理工大学网络教育学院

第5页 共5页 22(1)0.0553(1.4081.4081)0.0230mmmNNTTssTT

转速变为

1(1)1500(10.0230)/min1465/minnnsrr

八、思考题（答案解析请见第十七周辅导资料）

将一台额定功率为NP的短时电动机改为连续运行，其允许输出功率是否变化？为什么？