异步电动机的电力拖动ppt课件

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1、异步电动机的电力拖动v定义：定义：异步电动机的起动是指电机从静止形状加速异步电动机的起动是指电机从静止形状加速到稳态转速的整个过程，它包括最初起动形状和加到稳态转速的整个过程，它包括最初起动形状和加速过程。速过程。v主要目的：起动电流和起动转矩主要目的：起动电流和起动转矩v希望：起动电流小、起动转矩大希望：起动电流小、起动转矩大v实践：起动电流大、起动转矩不大不宜说起动转实践：起动电流大、起动转矩不大不宜说起动转矩小矩小 第一部分 三相异步电动机的起动 8.1 三相异步电动机直接起动的问题三相异步电动机直接起动的问题三相异步电动机直接起动是指电动机直接加额三相异步电动机直接起动是指电动机直接加

2、额定电压，定子回路不串任何电器元件时的起动。这定电压，定子回路不串任何电器元件时的起动。这时，三相异步电机的起动却不象直流电动机那样，时，三相异步电机的起动却不象直流电动机那样，其起动性能存在着起动电流很大而起动转矩不大两其起动性能存在着起动电流很大而起动转矩不大两方面的问题，这恰恰不能满足消费机械对异步电动方面的问题，这恰恰不能满足消费机械对异步电动机起动性能的要求：起动转矩要大，以保证消费机机起动性能的要求：起动转矩要大，以保证消费机械的正常起动械的正常起动,减少起动时间；起动电流要小，以减少起动时间；起动电流要小，以减小对电网的冲击。减小对电网的冲击。v由三相异步电动机机械特性的物理表达

3、式中分析知由三相异步电动机机械特性的物理表达式中分析知道，在额定电压下直接起动三相异步电动机。即转道，在额定电压下直接起动三相异步电动机。即转差率差率 S 1，主磁通，主磁通 ，功率因数，功率因数cos 很小，呵斥了起动电流很小，呵斥了起动电流 Is 相当大而起动转矩相当大而起动转矩 Ts 并并不大的结果。例如，对于普通鼠笼式异步电动机，不大的结果。例如，对于普通鼠笼式异步电动机，起动电流起动电流 Is KIIN 47INKI为起动电流为起动电流倍数。起动转矩倍数。起动转矩 Ts KTTN 0.91.3TN。对于绕线式三相异步电动机的起动转矩对于绕线式三相异步电动机的起动转矩 Ts TN。普通

4、地，虽然三相异步电动机起动时存在短时普通地，虽然三相异步电动机起动时存在短时间较大的电流，由于三相异步电动机不存在换向问间较大的电流，由于三相异步电动机不存在换向问题，而对于不频繁起动的异步电动机是可以接受的；题，而对于不频繁起动的异步电动机是可以接受的；对于频繁起动的异步电动机，只需限制每小时最高对于频繁起动的异步电动机，只需限制每小时最高起动次数，也是可以接受的。起动次数，也是可以接受的。起动电流过大，会呵斥以下影响：起动电流过大，会呵斥以下影响：1使电动机绕组发热，绝缘老化，从而缩短了电使电动机绕组发热，绝缘老化，从而缩短了电动机的运用寿命。动机的运用寿命。2呵斥过流维护安装误动作、跳闸

5、。呵斥过流维护安装误动作、跳闸。3起动电流过大，对电网冲击大。使电网电压降起动电流过大，对电网冲击大。使电网电压降低，对于异步电动机的前端供电变压器呵斥很大影低，对于异步电动机的前端供电变压器呵斥很大影响。使得变压器输出电压下降幅度很大，超越了额响。使得变压器输出电压下降幅度很大，超越了额定值的允许偏向定值的允许偏向 U 10%或更严重。这样，一或更严重。这样，一方面反过来影响了异步电动机本身，由于起动转矩方面反过来影响了异步电动机本身，由于起动转矩 Ts与电压与电压U1的平方成正比，启动电流过大使电压损的平方成正比，启动电流过大使电压损失过大，导致失过大，导致Ts下降更多，当负载较重时，异步

6、电下降更多，当负载较重时，异步电动机将不能起动；另一方面，影响由同一台供电变动机将不能起动；另一方面，影响由同一台供电变压器供电的其它负载，如电灯会变暗，用电设备失压器供电的其它负载，如电灯会变暗，用电设备失常，重载的异步电动机能够停转等。常，重载的异步电动机能够停转等。v 因此，电动机启动时，在保证一定大小的启动转因此，电动机启动时，在保证一定大小的启动转矩的前提下，还要求限制启动电流在允许的范围矩的前提下，还要求限制启动电流在允许的范围内。内。v综上所述，三相异步电动机直接起动的情况只顺综上所述，三相异步电动机直接起动的情况只顺应于供电变压器容量较大，电动机容量小于应于供电变压器容量较大，

7、电动机容量小于7.5KW 的小容量鼠笼式异步电动机。符合以下阅的小容量鼠笼式异步电动机。符合以下阅历公式历公式kW4AkV43启动电动机功率供电变压器容量NstIIv降低启动电流：降低电源电压；降低启动电流：降低电源电压；v 加大定子边电阻或电抗；加大定子边电阻或电抗；v 加大转子边电阻或电抗。加大转子边电阻或电抗。v加大启动转矩：适当加大转子电阻，但不能过分。加大启动转矩：适当加大转子电阻，但不能过分。8.2 三相鼠笼式异步电动机的降压起动三相鼠笼式异步电动机的降压起动 8.2.1 定子串接电抗器或电阻起动定子串接电抗器或电阻起动(1)接线原理图接线原理图三相鼠笼式异步电动机在定子回路中串接

8、电抗器三相鼠笼式异步电动机在定子回路中串接电抗器,启动时接触器启动时接触器K1闭合，闭合，K2断开，电动机定子绕组通断开，电动机定子绕组通过启动电阻或电抗接入电网，加在定子绕组电压降为过启动电阻或电抗接入电网，加在定子绕组电压降为U1，减小了启动电流。启动后，减小了启动电流。启动后，K2闭合，切除电阻闭合，切除电阻或电抗，电动机进入正常运转。或电抗，电动机进入正常运转。(2)起动电流和起动转矩的分析与计算起动电流和起动转矩的分析与计算三相异步电动机定子串电抗器三相异步电动机定子串电抗器X起动时的简化起动时的简化等值电路由如图等值电路由如图a的直接起动变为图的直接起动变为图ba b11211st

9、stIUUTU串电阻：损耗添加串电阻：损耗添加串电抗：起动功率因数更低串电抗：起动功率因数更低定子串电抗器起动，降低了起动电流，但也降低了起动电压，定子串电抗器起动，降低了起动电流，但也降低了起动电压，使的起动转矩降低得更多。因此，定子串电抗器降压起动只使的起动转矩降低得更多。因此，定子串电抗器降压起动只适用于电动机的轻载起动。适用于电动机的轻载起动。3电抗器电抗器X的计算的计算 P259例例8-1 一台鼠笼式三相异步电动机的有关数据为：一台鼠笼式三相异步电动机的有关数据为：PN60 KW ,UN 380 V,IN A,KI 6.5,KT1.1,供电变压器限制该电动机最大启动电流为供电变压器限

10、制该电动机最大启动电流为500 A。1、假设空载启动，定子串电抗器启动，求每相串入、假设空载启动，定子串电抗器启动，求每相串入的电抗最少应是多大？的电抗最少应是多大？2、假设拖动、假设拖动 TL0.3TN 恒转矩负载，可不可以采用恒转矩负载，可不可以采用定子串电抗器启动方法启动？假设可以，计算每相定子串电抗器启动方法启动？假设可以，计算每相串入的电抗值的范围是多少串入的电抗值的范围是多少?解：解：1空载启动每相串入电抗值计算空载启动每相串入电抗值计算直接启动的启动电流为直接启动的启动电流为 IS KIIN 6.5*884 A 串电抗最小值时的起动电流与串电抗最小值时的起动电流与IS 的比值为的

11、比值为 u 0.566短路阻抗为短路阻抗为 ZK 0.248每相串入电抗最小值计算为每相串入电抗最小值计算为X=0.190 (2)拖动拖动 TL0.3TN恒转矩负载起动的计算恒转矩负载起动的计算 串电抗起动时最小起动转矩为串电抗起动时最小起动转矩为 1.1 TL 1.10.3 TN 0.33 TN 起动转矩与直接起动转矩之比值为起动转矩与直接起动转矩之比值为 =0.3 串电抗器起动电流与直接起动电流比值串电抗器起动电流与直接起动电流比值 =0.548 起动电流为起动电流为 =0.548884484.4 A 500A以串电抗起动。每相串入的电抗最大值为以串电抗起动。每相串入的电抗最大值为 =0.

12、205每相串入的电抗最小值为每相串入的电抗最小值为X 0.190 时，起动转矩时，起动转矩 0.352 ,因此电抗值的范因此电抗值的范围即为围即为0.1900.205 。8.2.2 Y降压起动降压起动 1接线原理图接线原理图对应运转时定子绕组接成形的三相鼠笼式异步电对应运转时定子绕组接成形的三相鼠笼式异步电动机，起动时接成形，那么定子每相电压降为额定动机，起动时接成形，那么定子每相电压降为额定电电压的压的 ，从而实现了降压起动。即起动时，开关，从而实现了降压起动。即起动时，开关2K合到下方，电动机定子绕组接成形，电动机开场起合到下方，电动机定子绕组接成形，电动机开场起动；当转速升到一定程度后，

13、开关动；当转速升到一定程度后，开关2K从下方断开合向从下方断开合向上方。定子绕组接成形，电动机进入正常运转。上方。定子绕组接成形，电动机进入正常运转。启动方法简单启动方法简单,只需一个转换开关只需一个转换开关,价钱廉价价钱廉价,在轻载在轻载下优先采用下优先采用.8.2.3 自耦变压器降压起动 1接线原理图接线原理图三相鼠笼式异步电动机采用自耦变压器降压起动三相鼠笼式异步电动机采用自耦变压器降压起动时。开关向下一边，电动机的定子绕组经过三相自耦时。开关向下一边，电动机的定子绕组经过三相自耦变压器变压器T的中间抽头接到三相电源上，从而降压起的中间抽头接到三相电源上，从而降压起动。当转速升高到稳定值

14、后，开关动。当转速升高到稳定值后，开关K投向上边。即投向上边。即“运运行端，自耦变压器被切除，电动机定子直接接到电行端，自耦变压器被切除，电动机定子直接接到电源上，电动机正常运转。源上，电动机正常运转。2起动电流和起动转矩的分析和计算起动电流和起动转矩的分析和计算根据自耦变压器降压起动的一相电路图根据自耦变压器降压起动的一相电路图设原绕组匝数为设原绕组匝数为 N1 绕组匝数为绕组匝数为N2,且且 N1 N2，即电动机降压起动电流即电动机降压起动电流 与直接起动电流与直接起动电流 的关的关系为系为 自耦变压器原边绕组的电流 与副绕组的电流 的关系为 ,那么 =自耦变压器降压起动时电动机的起动转矩

15、为 与直接起动时起动转矩 的关系为 2 2 显然，采用自耦变压器降压起动时，与直接起动相比较，起动电压降低 倍，而起动电流和起动转矩降低到 倍。3自耦变压器的设计和选择自耦变压器的设计和选择实践运用的自耦变压器需求设计为多抽头式的，按实践运用的自耦变压器需求设计为多抽头式的，按一定比例设计。例如一定比例设计。例如QJ2和和QJ3系列自耦变压器都设系列自耦变压器都设计为三抽头。对于计为三抽头。对于QJ2型，抽头的匝数比分别为型，抽头的匝数比分别为55%、64%、73%出厂时接到出厂时接到73%抽头上；对于抽头上；对于QJ3型，抽头得匝数比分别为型，抽头得匝数比分别为41%、60%、80%出出厂时

16、接在厂时接在60%抽头上。由于抽头可供选择，自耦变抽头上。由于抽头可供选择，自耦变压器降压起动在较大容量的鼠笼式异步电动机上广泛压器降压起动在较大容量的鼠笼式异步电动机上广泛运用。运用。表表1 1 三相鼠笼式异步电动机降压起动方法的比较三相鼠笼式异步电动机降压起动方法的比较主要性能目的起动方法起动电压比值起动电流比值起动转矩比值起动设备运用场所直接起动111最简单电机容量小于7.5 定子串电抗起动 普通恣意容量，轻载起动起动 简单正常运转为形，电机可频繁起动自耦变压器 较复杂较大容量电机，较大负载不频繁起动8.4 三相绕线式异步电动机的起动三相绕线式异步电动机的起动 对于三相绕线式异步电动机起

17、动时，转子回路串接对于三相绕线式异步电动机起动时，转子回路串接适当的三相对称电阻，既能限制起动电流，又能增大适当的三相对称电阻，既能限制起动电流，又能增大起动转矩，且能使起动转矩起动转矩，且能使起动转矩 等于最大转矩等于最大转矩 。起。起动终了后，可以切除外串电阻，电动机的效率不受影动终了后，可以切除外串电阻，电动机的效率不受影响。响。对于重载和频繁起动的消费机械，三相鼠笼式异步对于重载和频繁起动的消费机械，三相鼠笼式异步电动机难电动机难以满足要求时，才选用三相绕线式异步电动机。由于，以满足要求时，才选用三相绕线式异步电动机。由于，绕线式绕线式异步电动机，构造较复杂，控制维护较困难，制造本异步

18、电动机，构造较复杂，控制维护较困难，制造本钱较高，钱较高，价钱较贵。价钱较贵。1.转子串电阻分级起动(1)接线原理图绕线式三相异步电动机转子串电阻两极起动接线原理图及机绕线式三相异步电动机转子串电阻两极起动接线原理图及机械特性如下图。械特性如下图。R为转子串总电阻，为转子串总电阻，R1 和和R2 为分级起动电为分级起动电阻，阻，1K、2K为开关。起动前，为开关。起动前，1K、2K断开，电机起动时接通断开，电机起动时接通三相电源，起动电阻三相电源，起动电阻 R 全部接入转子回路。对应的全部接入转子回路。对应的机械特性图中机械特性图中 T1 为起动转矩，为起动转矩，T2 为切换转矩，为切换转矩，T

19、1 和和T2 均大均大于于TL。2起动电阻的计算起动电阻的计算起动电阻的计算有两种方法：作图法和解析法。下面起动电阻的计算有两种方法：作图法和解析法。下面仅对解析法进展分析。为简化计算，机械特性采用实仅对解析法进展分析。为简化计算，机械特性采用实用表达式简化后的近似表达式为用表达式简化后的近似表达式为 T=根据转子回路串电阻后的机械特性和近似表达式，在根据转子回路串电阻后的机械特性和近似表达式，在线性段有以下两个结论：线性段有以下两个结论：1)在同一条机械特性上，假设在同一条机械特性上，假设 Tm 和和Sm 为常数时，为常数时，T S 2)转子回路串电阻后，对不同电阻值的机械特性，假转子回路串

20、电阻后，对不同电阻值的机械特性，假设设 Tm为常数，当为常数，当 s常数时，有常数时，有 T Rr 21下面推导起动级数为下面推导起动级数为 m m 级的起动电阻的计算公式，级的起动电阻的计算公式，即转子回路串接的分级电阻为即转子回路串接的分级电阻为RmRm，Rm-1R2Rm-1R2，R1R1，r2 r2 根据结论根据结论2 2有：有：，,令 ，称为起动转矩比，那么 起动时各级电阻为 1 2 由图b知，当 时，有 根据结论1有 即 或 m 或 上两式为起动电阻的近似计算公式。由于公式推导的前提是机械特性线性化的，故计算时有一定误差。起动电阻的计算步骤有两种情况：1知起动级数m时，计算步骤如下：

21、1)根据公式 0.85 ，选取 ；2)计算值；3)校核 能否满足下式 1.11.2 假设满足上式，那么值有效，继续以下步骤；假设不满足，重新选取 值或添加起动级数m，反复步骤2)；4)计算 ()；5)计算各级电阻。2假设起动级数 未知时，那么按以下方法计算 值。1)按要求或根据 0.85 和 1.11.2 选取 和 ；2)计算 ；3)计算 ,并对 取相邻的最大整数；4)根据 取值求 和 ；5)计算 ；6)计算各级电阻例解：额定转差率例解：额定转差率 0.0270.027转子每相电阻转子每相电阻r r 最大起动转矩最大起动转矩 0.85 0.85 取取 2.21 2.21 起动转矩比 校核切换转

22、矩 1.1 ，适宜。各级起动时转子回路总电阻各级起动时外串起动电阻2.转子绕组串频敏变阻器启动转子绕组串频敏变阻器启动 根据上述分析知：要想获得更加平稳的启动特性，必需添加启动级数，这就会使设备复杂化。为此采用了在转子上串频敏变阻器的启动方法。所谓频敏变阻器，是由厚钢板叠成铁心并在铁心柱上绕有线圈的电抗器，其构造表示图如图a所示。它是一个铁损耗很大的三相电抗器，假设忽略绕组的电阻和漏抗时，其一相的等效电路如图b所示。图a 频敏变阻器构造表示图 图b 频敏变阻器一相等效电路 频敏变阻器启动原理如下图。合上开关Q，KM1闭合，电动机定子绕组接通电源电动机开场启动时，电动机转子转速很低，故转子频率较

23、高，f2f1，频敏变阻器的铁损很大，Rm和Xm均很大，且RmXm，因此限制了启动电流，增大了启动转矩。随着电动机转速的升高，转子电流频率下降，于是Rm、Xm随n减小，这就相当于启动过程中电阻的无级切除。当转速上升到接近于稳定值时，KM2闭合将频敏电阻器短接，启动过程终了。v 转子串频敏变阻器的机械特性，只需 设计合理，就可得到近似恒起动转矩的机械特性。v综上所述，绕线式异步电动机转子串电阻分级起动或转子串频敏变阻器适用于大、中容量电动机的起动。但转子串频敏变阻器起动具有构造简单，价钱廉价，运动可靠，维护方便，能自动操作等优点，目前已获广泛运用，而转子串分级变阻器起动对于大容量电动机、要求级数较

24、多，故设备的机械特性投资较大，维护不太方便。8.5 三相异步电动机的电气制动三相异步电动机的电气制动 与直流他励电动机类似，三相异步电动机也有能耗制动、反接制动和回馈制动三种方式。一.能耗制动 正常任务时，Q合上，KM1闭合，电动机处于电动运转形状。制动时，断开KM1，电动机脱离三相交流电源。同时迅速将KM2接通，将桥式整流电路输出的单相直流电源接入定子绕组的某二相中并串入电阻，电机进入能耗制动形状。当断交流送直流时，在电动机定子绕组内产生一恒定磁场，此时转子导体切割直流磁场，产生感应电流，其方向由右手定那么可以判别。通有电流的转子处在恒定磁场中将受力，其方向由左手定那么判别为与原转速方向相反

25、，故为制动转矩。能耗制动的机械特性曲线如图1所示。当负载为对抗性负载时，将制动到转速为零停车，此时应断开直流电源，停顿任务。当负载为位能性负载时，将反向下降，稳定任务在某一转速下，即实现限速下放。v能耗制动广泛运用于要求平稳准确停车的场所。也可用于起重机一类带位能性负载的机械限制重物下放的速度，使重物坚持匀速下降，只需改动直流电流的大小调理电位器 RP或改动转子回路串电阻R值，那么可到达目的。如图曲线3或曲线2所示。二二.反接制动反接制动 反接制动有电源两相反接的反接制动和倒拉反接制动两种方式。1电源两相反接的反接制动 对正在启动运转的电动机，将KM1断开，闭合KM2并串入电阻，那么进入制动。

26、1反接制动原理三相绕线式异步电动机处于正常电动运转，当改动三相电源的相序时，如图电路接线图中1K断开，2K闭合那么改动了电源相序，电动机便进入了反接制动过程。制动原理:由于电源两相相序交换，定子绕组中产生的旋转磁场的方向也发生改动，即与原方向相反。而电动机的转子此时在惯性作用下仍向原来方向旋转，转子相对旋转磁场的转向改动，于是转子电路中产生了一个与原方向相反的感应电动势,感应电流，进而产生了一个与原转向相反的转矩，实现制动。电动转速迅速下降，直到转速n=0，电机将停转，从而实现了快速制动停车。2机械特性电动机的固有特性如下图的曲线1。当定子两相反接时，旋转磁场改动方向，那么同步转速为-n1，转

27、差率 ，反接制动机械特性变为曲线2。根据异步电动机等值电路中表示机械负载的附加电阻 ，那么机械功率为即负载向电动机内输入机械功率。而定子传送到转子的电磁功率为 阐明定子仍向电源吸收电功率，再由定子向转子传送电磁功率。由于阐明转子回路的铜损耗来自定子吸收电源的电功率和负载送入的机械功率，这个数值很大。假设不在转子回路串入较大的电阻器，转子铜损耗将无法耗费，将导致电机转子绕组过热而损坏，因此，电机转子回路必需串入大电阻R，此时，反接制动的机械特性为曲线3。3制动过程分析三相绕线式异步电动机任务于电动形状时，开关1K 闭合2K 断开。当电机定子电源反接时，开关1K 断开2K 闭合，同时转子回路串入大

28、电阻，即3K 断开，电动机的运转点以 ，使得电动机快速停车。假设电动机拖动较小的对抗性恒转矩负载或位能性恒转矩负载运转，并采用定子电源反接的反接制动停车，那么必需当电机转速 n=0 时切断电源并停车，否那么电动机将反向起动到 点。定子电源反接的反接制动广泛用于要求迅速停车和需求反转的消费机械上，多用于三相绕线式异步电动机中。对于三相鼠笼式异步电动机由于转子回路无法串电阻，那么反接制动只能用于不频繁制动的场所。v倒拉反接制动形状指三相绕线式异步电动机拖动位能性恒转矩负载时，在转子回路上串入较大电阻，使机械特性变为图所示的曲线2，电动机反转运转于第象限的B点。曲线1为电动机的固有特性。v例如，起重

29、机将重物坚持均匀速度下降时，使得位能性负载重物倒过来拉着电动机反转。如图a所示电动机定子电源断开时既1K断开2K闭和。任务运转于a 点，即转数 n=0，处于停车形状。电动机按提升方向接通电源既1K闭和，并在转子回路串入电阻R，即2K断开。由于起动转矩 Tsn1，所以 ,这是回馈制动的特点。由于转差率S0，所以转子电动势 0，转子电流 反向，电磁转矩反向，为制动转矩。此时原动机带动电动机转子以高于同步转速旋转，电动机将原动机输入的机械功率转成电功率输出回馈电网，成为一台发电机。011nnnS22sEEssI2 三相异步电动用于拖动重物，在重物下降时，在位能负载三相异步电动用于拖动重物，在重物下降

30、时，在位能负载转矩作用下，转子转速转矩作用下，转子转速n大于同步转速大于同步转速n1，图，图a为转子转速为转子转速低于同步转速时电动运转形状，图低于同步转速时电动运转形状，图b为转子转速超越同步为转子转速超越同步转速后制动运转形状，此时的运转点为转速后制动运转形状，此时的运转点为D点，下放的速度遭到点，下放的速度遭到限制，以保证设备和人身的平安。回馈制动时转子回路不允许限制，以保证设备和人身的平安。回馈制动时转子回路不允许串入电阻，否那么稳定运转速度将非常高，如图串入电阻，否那么稳定运转速度将非常高，如图D点。点。三相异步电动机的各种运转形状三相异步电动机的各种运转形状和直流电动机一样，三相异

31、步电动机按其转矩和直流电动机一样，三相异步电动机按其转矩 T与转速与转速n的方向的异同，可分为电动运转形状和制动运转形状。的方向的异同，可分为电动运转形状和制动运转形状。1.电动运转形状电动运转形状当当 T与与 n同方向，机械特性及其稳定运转点在第同方向，机械特性及其稳定运转点在第、象限。象限。假设电机运转于第假设电机运转于第象限，称为正向电动形状，其稳定运转象限，称为正向电动形状，其稳定运转点点A、B 称为正向电动运转点；假设电机运转于第称为正向电动运转点；假设电机运转于第象限，象限，称为反向电动形状，其稳定运转点称为反向电动形状，其稳定运转点C、D称为反向运转点。称为反向运转点。在电动形状，电机经过定子向电网吸收电能，经过转子转换在电动形状，电机经过定子向电网吸收电能，经过转子转换成机械能输出。成机械能输出。2.制动运转形状制动运转形状 当当T与与n反方向，机械特性及其稳定运转点在第反方向，机械特性及其稳定运转点在第、象限。能象限。能耗制动、反接制动、倒拉反接制动和回馈制动点等各种制动耗制动、反接制动、倒拉反接制动和回馈制动点等各种制动运转过程和形状根据上述分析结果绘于图中。运转过程和形状根据上述分析结果绘于图中。