电工学原理-第5章-电动机

1、5.1 5.1 三相异步电动机三相异步电动机 1. 1. 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构 异步电机异步电机 旋转部分称为转子旋转部分称为转子 固定部分称为定子固定部分称为定子 在定子和转子之间有一很小的间隙，称为气隙。在定子和转子之间有一很小的间隙，称为气隙。 三相异步电动机的结构图三相异步电动机的结构图 异步电机的定子是异步电动机固定不动的部分。异步电机的定子是异步电动机固定不动的部分。 （1）定子）定子 机座机座 定子绕组定子绕组 定子铁心定子铁心 异步电机的转子由转子铁心、转子绕组和转异步电机的转子由转子铁心、转子绕组和转 轴组成。轴组成。 （2）转子）转子 转子转子

2、风扇风扇 转子铁心转子铁心 转子铁心转子铁心为电动机磁路的一部分，一般也由为电动机磁路的一部分，一般也由0.5mm厚厚 的硅钢片叠成。的硅钢片叠成。 转子铁心转子铁心 转轴转轴 转子绕组转子绕组 转子绕组转子绕组的作用是感应电动势，流过电流和产生电的作用是感应电动势，流过电流和产生电 磁转矩。磁转矩。 转子绕组的结构型式：鼠笼式和有绕线式两种。转子绕组的结构型式：鼠笼式和有绕线式两种。 根据转子的结构形式不同，异步电动机分为：根据转子的结构形式不同，异步电动机分为： 鼠笼式异步电动机鼠笼式异步电动机 绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机 转子绕组的外形就像一个转子绕组的外形就像一个“鼠笼鼠笼”

3、。 由于异步电动机的转子绕组不必由外界电源供电，由于异步电动机的转子绕组不必由外界电源供电， 因此可以自行闭合构成短路绕组。因此可以自行闭合构成短路绕组。 鼠笼式转子鼠笼式转子 绕线式转子绕组绕线式转子绕组与定子绕组相似，也是用绝缘导线嵌与定子绕组相似，也是用绝缘导线嵌 于转子铁心槽内，连接成星形接法的三相对称绕组。于转子铁心槽内，连接成星形接法的三相对称绕组。 绕线式转子绕组绕线式转子绕组 三相异步电动机的符号三相异步电动机的符号 M 三相异步鼠笼式电动机三相异步鼠笼式电动机 三相异步绕线式电动机三相异步绕线式电动机 M 同步转速同步转速n0与转子转速与转子转速n之差与同步转速之差与同步转速

4、n0的比值称的比值称 为转差率（也称滑差）：为转差率（也称滑差）： %100 0 0 n nn s 电动机运行在额定状态时，电动机运行在额定状态时，s约为约为1.56左右。左右。 转差率转差率 异步电动机正常运行时的转速总是低于同步转速，即异步电动机正常运行时的转速总是低于同步转速，即 两种转速之间总是存在差异。异步电动机的名称也由两种转速之间总是存在差异。异步电动机的名称也由 此而来。此而来。 2. 2. 异步电机的基本工作原理异步电机的基本工作原理 n0 f f n （1）异步电机的基本工作原理）异步电机的基本工作原理 1） 旋转磁场的产生旋转磁场的产生 如果把三相对称绕组接至三相对称交流

5、电源上，其中如果把三相对称绕组接至三相对称交流电源上，其中 流过三相对称交流电流。流过三相对称交流电流。 设各相交流电流的瞬时表达式为：设各相交流电流的瞬时表达式为： )240sin(2 )120sin(2 sin2 11W 11V 11U tIi tIi tIi U2 V1 V2 W1 W2 U1 t i1Ui1Vi1W 两极旋转磁场两极旋转磁场 0 U2 V1 V2 W1 W2 U1 N S U2 V1 V2 W1 W2 U1 t1 NS U2 V1 V2 W1 W2 U1 t2 N S t3 N S 2）磁场的旋转方向）磁场的旋转方向 U2 V1 V2 W1 W2 U1 NS U2 V1

6、 V2 W1 W2 U1 N S U2 V1 V2 W1 W2 U1 N S t i1Ui1Vi1W 0 t1t2 t3 当当U、V、W相电流达到最大值时，合成旋转磁相电流达到最大值时，合成旋转磁 场的磁极场的磁极N和和S依次从依次从U相绕组的轴线移到相绕组的轴线移到V、 W相绕组的轴线上。相绕组的轴线上。 合成磁场的旋转方向决定于三相绕组电流的相序。合成磁场的旋转方向决定于三相绕组电流的相序。 U V W L1 S1 S2 L2 L3 异步电动机转子的转向与异步电动机转子的转向与 旋转磁场的方向相同。旋转磁场的方向相同。 所以要改变异步电动机的所以要改变异步电动机的 转动方向只需改变异步电转

7、动方向只需改变异步电 动机三相电源的相序。动机三相电源的相序。 控制电动机反转控制电动机反转 3）旋转磁场旋转磁场的磁极对数的磁极对数 p 当三相异步电动机的每相定子绕组只有一个线圈时，当三相异步电动机的每相定子绕组只有一个线圈时， 所产生的合成磁场的极数为所产生的合成磁场的极数为2（一个（一个N极、一个极、一个S 极），即磁极对数极），即磁极对数p1 U2 V1 V2 W1 W2 U1 N S 4极旋转磁场极旋转磁场 合成旋转磁场由二个合成旋转磁场由二个N磁极和二个磁极和二个S磁极组成，极数变磁极组成，极数变 为为4，即磁极对数，即磁极对数p2 4）旋转磁场的转速）旋转磁场的转速同步转速同步

8、转速n0 对于两极电机即旋转磁场的磁极对数对于两极电机即旋转磁场的磁极对数p1，当电，当电 流变化一周（电角度为流变化一周（电角度为360）时，旋转磁场在空）时，旋转磁场在空 间正好转动一圈（空间角度为间正好转动一圈（空间角度为360）。）。 如果电流每秒变化如果电流每秒变化f1周，则旋转磁场就转动周，则旋转磁场就转动f1圈。圈。 旋转磁场的转速即同步转速为：旋转磁场的转速即同步转速为： p f n 1 0 60 （转（转/分，分，r/min） 接在工频电源上不同极数的异步电动机的同步转速接在工频电源上不同极数的异步电动机的同步转速 （2）三相异步电动机的三种运行状态）三相异步电动机的三种运行

9、状态 转差率转差率s是异步电动机运行时的一个重要物理量。是异步电动机运行时的一个重要物理量。 根据根据s的正负和大小可以判断异步电动机工作在电动的正负和大小可以判断异步电动机工作在电动 状态、发电机状态还是电磁制动状态。状态、发电机状态还是电磁制动状态。 1）电动运行状态）电动运行状态 电动运行状态电动运行状态: :定子从电网吸收电功率，转子从轴定子从电网吸收电功率，转子从轴 上输出机械功率。上输出机械功率。 n0 f f n 当异步电机转子当异步电机转子 的转向与旋转磁的转向与旋转磁 场的转向相同而场的转向相同而 且 转 速且 转 速 n n 0 （0sn0 （s0）。）。 异步电机的定子方

10、由原来从电网吸收电功率改为向电异步电机的定子方由原来从电网吸收电功率改为向电 网输出电功率。网输出电功率。 电磁转矩对原动电磁转矩对原动 机来说为制动转机来说为制动转 矩。矩。 原动机要保持转原动机要保持转 子继续转动，必子继续转动，必 须输入机械功率。须输入机械功率。 3）电磁制动运行状态）电磁制动运行状态 n0 f f n 用其他机械拖动用其他机械拖动 异步电机朝着旋异步电机朝着旋 转磁场相反的方转磁场相反的方 向 转 动向 转 动 n 1） 。 电磁转矩对拖动电磁转矩对拖动 机械来说是制动机械来说是制动 转矩。转矩。 电机一方面吸收拖动机械的机械功率，另一方面又从电机一方面吸收拖动机械的

11、机械功率，另一方面又从 电网吸收电功率，这两部分功率在电机内都以损耗的电网吸收电功率，这两部分功率在电机内都以损耗的 方式最终转化为热能消耗掉。方式最终转化为热能消耗掉。 （3） 电机的可逆性原理电机的可逆性原理 一台交流电动机，当将交流电源接在定子绕组上，可一台交流电动机，当将交流电源接在定子绕组上，可 以使其转轴带动生产机械运转，从而完成将输入的电以使其转轴带动生产机械运转，从而完成将输入的电 能转换为机械能的过程，即为交流电动机。能转换为机械能的过程，即为交流电动机。 同一台交流电机在不同的外界条件下，即可作为电同一台交流电机在不同的外界条件下，即可作为电 动机运行，也可作为发电机运行。

12、这就是交流电机动机运行，也可作为发电机运行。这就是交流电机 的可逆性原理。的可逆性原理。 在原动机的驱动下，电机向电网输入交流电，完成将在原动机的驱动下，电机向电网输入交流电，完成将 转轴上输入的机械能转换成电能的过程，而成为交流转轴上输入的机械能转换成电能的过程，而成为交流 发电机。发电机。 （4） 机电能量的转换过程机电能量的转换过程 电机在进行能量形态的转换过程中，其内部存在着电机在进行能量形态的转换过程中，其内部存在着 四种形态：四种形态： 电能电能 机械能机械能 磁场储能磁场储能 热能。热能。 交流电机（其它类型的电机也一样）本质上是一种交流电机（其它类型的电机也一样）本质上是一种

13、能量转换元件能量转换元件。 电动机的能量方程式：电动机的能量方程式： 电源输入的电能电源输入的电能 输出的机械能输出的机械能 磁场储能的增加磁场储能的增加 转换成热能的损耗转换成热能的损耗 电机在能量转换过程中产生的能量损耗通常有三电机在能量转换过程中产生的能量损耗通常有三 种：种： 电系统内部通有电流时产生的电阻损耗；电系统内部通有电流时产生的电阻损耗； 机械系统的风阻摩擦引起的机械损耗；机械系统的风阻摩擦引起的机械损耗； 由耦合磁场在铁心中引起的介质损耗（磁滞损由耦合磁场在铁心中引起的介质损耗（磁滞损 耗和涡流损耗），即铁耗。耗和涡流损耗），即铁耗。 这些损耗都变为热能而散发。这些损耗都变

14、为热能而散发。 为了保证电机正常运行，必须对电机进行冷却。为了保证电机正常运行，必须对电机进行冷却。 电系统电系统 u i e 耦合磁场耦合磁场T 机械系统机械系统 输入输入 电能电能 电阻损耗电阻损耗 产生的热量产生的热量 介质损耗介质损耗 产生的热量产生的热量 机械损耗机械损耗 产生的热量产生的热量 输出输出 机械能机械能 电动机的能量转换电动机的能量转换 1）功率平衡）功率平衡 P1 P2 pCu1 pFe1 pCu2 pm+ pad PT Pmec 电磁功率电磁功率 )( admmec2 Cu2Tmec Fe1Cu11T ppPP pPP ppPP 机械功率机械功率 输出的机输出的机

15、械功率械功率 输入的电输入的电 功率功率 2）磁动势平衡）磁动势平衡 1 I 1 F m F m 2s E 2 I 2 F 以以n0旋转旋转 异步电动机中的旋转磁场是由定、转子电流共同建立的。异步电动机中的旋转磁场是由定、转子电流共同建立的。 21m FFF 就在气隙中建立以同步转速旋转的旋转磁场，其就在气隙中建立以同步转速旋转的旋转磁场，其 磁通量为磁通量为 m F m L FFF 1m1 定子电流产生的磁势定子电流产生的磁势 可由两个分量组成：可由两个分量组成： 1 F 激磁分量激磁分量 m I 激磁磁动势激磁磁动势 m F 气隙旋转磁气隙旋转磁 场场 m 负载分量负载分量 1L I 21

16、L FF 抵消转子磁动势对抵消转子磁动势对 旋转磁场的影响旋转磁场的影响 电动机机械负载的变化引起的转子电流的变化，会立电动机机械负载的变化引起的转子电流的变化，会立 即引起电动机的定子电流的变化，从而调节输入的电即引起电动机的定子电流的变化，从而调节输入的电 功率以满足机械负载对电动机输出机械功率的需要。功率以满足机械负载对电动机输出机械功率的需要。 m F 为了保证为了保证 不变不变 以维持磁通以维持磁通 不变不变 m 自动增大自动增大 1L F 1 I 定子向电网吸收的定子向电网吸收的 电流自动增大电流自动增大 如果增大电动机转轴所带的机械负载，必然引起转速如果增大电动机转轴所带的机械负

17、载，必然引起转速 降低；降低； 于是转子与旋转磁场的相对运动加大，则转子感应的于是转子与旋转磁场的相对运动加大，则转子感应的 电动势和电流电动势和电流I2也增大，则磁势也增大，则磁势 增加。增加。 2 F 5.2.2 5.2.2 三相异步电动机的三相异步电动机的 功率、转矩和机械特性功率、转矩和机械特性 异步电动机的作用：是把电能转换成机械能，它输送异步电动机的作用：是把电能转换成机械能，它输送 给生产机械的量是转矩和转速。给生产机械的量是转矩和转速。 在选用电动机时，总是要求电动机的转矩和转速（称在选用电动机时，总是要求电动机的转矩和转速（称 为机械特性）符合生产负载的需要。为机械特性）符合

18、生产负载的需要。 电动机输出的转矩的大小受哪些因素的影响？电动机输出的转矩的大小受哪些因素的影响？ 如何计算电动机的转矩？如何计算电动机的转矩？ 转矩和转速的关系怎样？转矩和转速的关系怎样？ 异步电动机带动负载运转时，转子上作用着三个转矩：异步电动机带动负载运转时，转子上作用着三个转矩： 电磁转矩电磁转矩T：由：由i2和和m m相互作用引起电磁力所产生的相互作用引起电磁力所产生的 空载制动转矩空载制动转矩T0：由电动机的机械损耗：由电动机的机械损耗pm和附加损和附加损 耗耗pad引起的引起的 负载制动转矩负载制动转矩T2：转子拖动的机械负载反作用在转：转子拖动的机械负载反作用在转 子上的力矩子

19、上的力矩 1. 1. 三相异步电动机的转矩平衡三相异步电动机的转矩平衡 电动机稳定运行时，转矩平衡方程式：电动机稳定运行时，转矩平衡方程式： 02 TTT 02 TTT 60 2 n 等式两边同乘以机械角速度等式两边同乘以机械角速度rad/s 克服负载制动转矩克服负载制动转矩T2所消耗的功率：所消耗的功率： 电动机转轴上输出的机械功率为：电动机转轴上输出的机械功率为： 22 TP 电动机所获得的总得机械功率：电动机所获得的总得机械功率： 全部用于克服制动转矩消耗掉。全部用于克服制动转矩消耗掉。 TP mec 电动机消耗的机械损耗电动机消耗的机械损耗pm和附加损耗和附加损耗pad： 用于克服空载

20、制动转矩用于克服空载制动转矩T0所消耗的功率所消耗的功率 0adm Tpp 由于电动机的机械损耗由于电动机的机械损耗pm和附加损耗和附加损耗pad很小，很小， adm2mec ppPP T n P n P T 22 9550 60 2 （牛顿（牛顿米，米，Nm） P2为异步电动机输出的机械功率，单位为千瓦（为异步电动机输出的机械功率，单位为千瓦（kW） n为电动机的转速，单位（转为电动机的转速，单位（转/分，分，r/min） 2. 2. 三相异步电动机的电磁转矩三相异步电动机的电磁转矩 例例： 有两台功率都为有两台功率都为P N=7.5k的 的三相异步电动机三相异步电动机 UN=380V 、n

21、N=962r/min一台，另一台一台，另一台UN=380V、 nN=1450r/min ，求两台电动机的额定转矩。，求两台电动机的额定转矩。 解：第一台：解：第一台： mN 45.74 962 5 . 7 95509550 N N N n P T 第二台：第二台： mN 449 1450 57 95509550 N N N . . n P T 异步电动机产生的电磁转矩可直接由电磁力定律异步电动机产生的电磁转矩可直接由电磁力定律 , 通过通过计算转子上各导条所受的力得到。计算转子上各导条所受的力得到。 异步电动机上电磁转矩为：异步电动机上电磁转矩为： 22m cosICT T CT （包含了力臂

22、）（包含了力臂）是与电动机的结构有关的常是与电动机的结构有关的常 数称为电动机转矩常数数称为电动机转矩常数 。 公式表明：公式表明：三相异步电动机的电磁转矩是由气隙中的三相异步电动机的电磁转矩是由气隙中的 旋转磁场旋转磁场m与转子电流的有功分量与转子电流的有功分量 相互作相互作 用产生的用产生的。 22 cosI 22 cosI式中三项式中三项T、m和和 符合左手定则。符合左手定则。 转子转子 n 三相异步电动机电路示意图三相异步电动机电路示意图 定子定子 r1jx1 N1 k1 1 U 1 I 2 E f1 r2jx2 N2 k2 2 I f2 1 E 异步电动机的定子电路和转子电路之间只有

23、磁的耦合异步电动机的定子电路和转子电路之间只有磁的耦合 而而没有电的联系没有电的联系 。 电路是静止的电路是静止的 电路是旋转的电路是旋转的 每相定子电路的电动势平衡方程式：每相定子电路的电动势平衡方程式： )( 11111111 jxrIEZIEU 定子绕组的电阻和漏电抗很小，定子绕组的电阻和漏电抗很小， 电动机的电源电压：电动机的电源电压： m11111 44. 4kNfEU )( 222222 jxrIZIE 每相转子电路的电动势平衡方程式：每相转子电路的电动势平衡方程式： m2222 44. 4kNfE 每相转子绕组感应电动势的有效值：每相转子绕组感应电动势的有效值： 转子感应电动势的

24、频率转子感应电动势的频率f2 当转子以转速当转子以转速n转动时，旋转磁场与转子的相对速度：转动时，旋转磁场与转子的相对速度： nnn 02 转子绕组中感应电动势和电流的频率为：转子绕组中感应电动势和电流的频率为： 1 0 0 02 2 6060 sf pn n nnpn f 注意：在当转子静止时，即注意：在当转子静止时，即s=1、f2f1。 电动机额定运行时电动机额定运行时s很小，所以转子的频率较低，约很小，所以转子的频率较低，约 几赫兹。几赫兹。 由转子电路的电动势平衡方程式：由转子电路的电动势平衡方程式： )( 222222 jxrIZIE 转子每相电流的有效值：转子每相电流的有效值： 2

25、 20 22 20 2 20 2 2 20 2 2 2 2 2 2 )( )( x s r E sxr sE xr E I 由于转子电路显感性，所以转子电流由于转子电路显感性，所以转子电流 滞后滞后 2 I 2 E 转子电路的功率因数为：转子电路的功率因数为： 2 20 2 2 2 2 2 2 2 2 2 )( cos sxr r xr r m22120 44. 4kNfE其中：其中： 2 20 2 2 20 2 )(x s r E I 2 20 2 2 2 2 )( cos sxr r m11111 44. 4kNfEU 22m cosICT T 电动机的电磁转矩（机械特性）：电动机的电磁转

26、矩（机械特性）： 2 20 2 2 2 12 2 2 2 2 2 12 )()(sxr Usr K xr Esr KT 重要的结论：当电源频率和电动机参数不变时，三相重要的结论：当电源频率和电动机参数不变时，三相 异步电动机的电磁转矩不仅与电动机的转差率异步电动机的电磁转矩不仅与电动机的转差率s有关，有关， 还还与每相定子电压与每相定子电压U1的平方成正比。的平方成正比。 m22120 44. 4kNfE 3. 3. 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 异步电动机的机械特性是描述电机拖动系统（由异步异步电动机的机械特性是描述电机拖动系统（由异步 电动机和生产机械所组成）的各种运行

27、状态的有效工电动机和生产机械所组成）的各种运行状态的有效工 具。具。 )(Tfn )(Tfs 异步电动机的机械特性是指当电动机的电源电压异步电动机的机械特性是指当电动机的电源电压 和频率不变时，电动机转速和频率不变时，电动机转速n与电磁转矩与电磁转矩T之间的之间的 关系：关系： 2 20 2 2 2 12 )(sxr Usr KT T 0 n 1 s n0 0 机械特性曲线机械特性曲线 （1）额定工作点）额定工作点N 额定转矩额定转矩TN 额定转速额定转速nN 额定转差额定转差sN N N N 9550 n P T （牛顿（牛顿米，米，Nm） T 1 0 s n 0 n0 恒转矩负载恒转矩负载

28、 TN N sN nN （2 2）起动点）起动点A和起动转矩和起动转矩Tst 起动点起动点A：指电动机：指电动机 已投入电网，但尚未已投入电网，但尚未 开始转动时的工作状开始转动时的工作状 态。态。 电动机产生的电磁转电动机产生的电磁转 矩称为（最初）起动矩称为（最初）起动 转矩转矩Tst。 Tst是表征电动机运行性能的重要指标之一。如果是表征电动机运行性能的重要指标之一。如果Tst 太小，在一定负载下电动机可能不能起动起来，因太小，在一定负载下电动机可能不能起动起来，因 而不能满足生产机械的要求。而不能满足生产机械的要求。 1 0 s n 0 n0 Tst A T 2 20 2 2 2 12

29、 )(sxr Usr KT n=0或或s=1 ： 2 20 2 2 2 12 st )(xr Ur KT 当电源频率和电动机参数不变时，起动转矩当电源频率和电动机参数不变时，起动转矩Tst与电与电 源电压源电压U1的平方成正比。的平方成正比。 电网电压的下降，将对异步电动机拖动装置的起动电网电压的下降，将对异步电动机拖动装置的起动 性能产生严重影响。性能产生严重影响。 异步电动机转子的电流及功率因数异步电动机转子的电流及功率因数 与转差率与转差率s的关系的关系 0s I2 2 cos s=1 2 20 2 2 20 2 )(x s r E I 2 20 2 2 2 2 )( cos sxr r

30、 在电动机刚起动时转差在电动机刚起动时转差s=1最大，最大，转子电路的转子电路的 漏抗漏抗 最大，所以转子电路的功率因数最大，所以转子电路的功率因数也也 最小。因此，在电动机起动时，虽然转子电流较最小。因此，在电动机起动时，虽然转子电流较 大，但起动时转矩大，但起动时转矩 并不大。并不大。 22m cosICT T 202 sxx 0s I2 2 cos s=1 在电机起动时（在电机起动时（s=1 ）， 要采取限流措施，更要要采取限流措施，更要 避免在电机运行时发生避免在电机运行时发生 堵转现象，否则会由于堵转现象，否则会由于 电流过大，使电机温升电流过大，使电机温升 增加，损坏电机绝缘，增加

31、，损坏电机绝缘， 使电机烧坏。使电机烧坏。 随着转速的升高转差随着转速的升高转差s较小时，转子频率较小时，转子频率f2较低，则较低，则 转子电路的漏抗转子电路的漏抗 较小，所以转子电路的功较小，所以转子电路的功 率因数较大。率因数较大。 202 sxx 0s I2 2 cos s=1 起动转矩倍数起动转矩倍数 N st T T （最初）起动转矩倍数（最初）起动转矩倍数 来来表示起动转矩表示起动转矩. . 通常用通常用 一般，鼠笼异步电动机的（最初）起动转矩倍数为一般，鼠笼异步电动机的（最初）起动转矩倍数为 1.02.0。 电动机不产生电磁转矩，而电动机却以同步转速高电动机不产生电磁转矩，而电动

32、机却以同步转速高 速运行，这种运行状态只能是一种理想情况，称为速运行，这种运行状态只能是一种理想情况，称为 理想运行状态。理想运行状态。 （3）理想空载点）理想空载点D 1 0 s n 0 n0 D T （4）临界点）临界点B和最大转矩和最大转矩Tmax 电磁转矩为最大转矩电磁转矩为最大转矩Tmax 是电动机所能提高的极是电动机所能提高的极 限转矩。限转矩。 Tmax越大，电动机短时过载能力越强，最大转矩越大，电动机短时过载能力越强，最大转矩Tmax 也是表征电动机运行性能的重要指标之一。也是表征电动机运行性能的重要指标之一。 1 0 s n 0 n0 T Tmax sm B 0 ds dT

33、2 20 2 2 2 12 )(sxr Usr KT 20 2 x r sm 2 20 2 1 max 2x U KT 当电源频率和电动机参数为常数时，最大转矩当电源频率和电动机参数为常数时，最大转矩Tmax与与 电源电压电源电压U1的平方成正比。的平方成正比。 电网电压有较小的波动，也会使异步电动机所产生的电网电压有较小的波动，也会使异步电动机所产生的 电磁转矩发生较大的变化。电磁转矩发生较大的变化。 如果电源电压下降过多，以致最大转矩小于负载转矩，如果电源电压下降过多，以致最大转矩小于负载转矩， 则电机拖动系统将发生停车事故，也称为堵转。则电机拖动系统将发生停车事故，也称为堵转。 当电动机

34、运行时，若负载短时突然增大，随后又恢当电动机运行时，若负载短时突然增大，随后又恢 复正常负载，在这期间只要总的制动转矩（负载转复正常负载，在这期间只要总的制动转矩（负载转 矩与空载制动转矩的总和）不超过最大转矩，电动矩与空载制动转矩的总和）不超过最大转矩，电动 机仍能稳定运行。机仍能稳定运行。 但若总的制动转矩大于最大转矩，则电机拖动系统但若总的制动转矩大于最大转矩，则电机拖动系统 将停车，也称堵转。将停车，也称堵转。 电动机的过载能力电动机的过载能力 N T Tmax 一般异步电动机的过载能力一般异步电动机的过载能力1.82.5。 电动机的过载能力电动机的过载能力 4. 4. 异步电动机的稳

35、定运行区异步电动机的稳定运行区 稳定运行：就是如果电力拖动系统原来处于一种平稳定运行：就是如果电力拖动系统原来处于一种平 衡运转状态，由于受到外界扰动离开原来的平衡状衡运转状态，由于受到外界扰动离开原来的平衡状 态，仍能在新的条件下达到新的平衡状态；或者在态，仍能在新的条件下达到新的平衡状态；或者在 扰动消失后，能够恢复到原来的平衡状态。扰动消失后，能够恢复到原来的平衡状态。 稳定工作点稳定工作点N L02 TTTT L TT 电机产生的电磁转矩电机产生的电磁转矩 当当TLn TT L 1 0 s n 0 n0 恒转矩负载恒转矩负载 TL T当当T TT L N 1 0 s n 0 n0 T

36、稳定运行区稳定运行区 稳定运行区稳定运行区 不稳定不稳定 运行区运行区 5.2.3 5.2.3 三相异步电动机的起动、调速和制动三相异步电动机的起动、调速和制动 1. 1. 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 当异步电动机接在三相对称电源上，如果最初起动当异步电动机接在三相对称电源上，如果最初起动 转矩大于负载转矩时，电动机就从静止状态过渡到转矩大于负载转矩时，电动机就从静止状态过渡到 稳定运行状态。这个过程叫做异步电动机的起动。稳定运行状态。这个过程叫做异步电动机的起动。 把异步电动机刚起动（把异步电动机刚起动（n0，s=1）时，三相异步电）时，三相异步电 动机动机定子线电流定子线电流

37、称为异步电动机的最初起动电流称为异步电动机的最初起动电流Ist。 若异步电动机在额定电压下起动，则（最初）起动电若异步电动机在额定电压下起动，则（最初）起动电 流为额定电流的流为额定电流的47倍。倍。 在线路上会产生较大的线路压降，使得电源电压在线路上会产生较大的线路压降，使得电源电压 在起动电机时下降。尤其是电源的容量较小时起在起动电机时下降。尤其是电源的容量较小时起 动电机，会使电压降得更多。这就有可能影响同动电机，会使电压降得更多。这就有可能影响同 一电源上其他用电设备的正常运行。一电源上其他用电设备的正常运行。 较大的起动电流在线路和电机中产生的损耗大，较大的起动电流在线路和电机中产生

38、的损耗大， 引起发热。特别是机组转动惯量引起发热。特别是机组转动惯量J较大时，起动较较大时，起动较 慢，起动过程产生的损耗增大，使电机过热，温慢，起动过程产生的损耗增大，使电机过热，温 度上升，严重时可能烧坏电机。度上升，严重时可能烧坏电机。 有足够大的最初起动转矩；有足够大的最初起动转矩； 尽可能小的最初起动电流；尽可能小的最初起动电流； 起动过程中的功率损耗应尽可能减少；起动过程中的功率损耗应尽可能减少； 起动的操作方便，起动设备简单、经济。起动的操作方便，起动设备简单、经济。 起动性能的要求：起动性能的要求： 2. 2. 三相异步电动机的起动方法三相异步电动机的起动方法 （1） 直接起动

39、直接起动 直接起动是利用开关等电器设备将电动机直接接到直接起动是利用开关等电器设备将电动机直接接到 额定电压上的起动方式，又称全压起动。额定电压上的起动方式，又称全压起动。 当电机容量小于当电机容量小于10kW或其容量不超过电源变压器或其容量不超过电源变压器 容量的容量的15%20%时，最初起动电流不会影响同一时，最初起动电流不会影响同一 供电线路上的其他用电设备的正常工作，可允许直供电线路上的其他用电设备的正常工作，可允许直 接起动。接起动。 优点：简单、方便、经济、起动过程快，是一种适优点：简单、方便、经济、起动过程快，是一种适 用于小容量的常用方法。用于小容量的常用方法。 缺点：最初起动

40、电流较大，将使线路电压下降，影缺点：最初起动电流较大，将使线路电压下降，影 响邻近负载正常工作。响邻近负载正常工作。 （2） 降压起动降压起动 降压起动的方法是通过降低电动机定子电压降压起动的方法是通过降低电动机定子电压U1来限制来限制 最初起动电流最初起动电流Ist。 由于电动机的最初起动转矩由于电动机的最初起动转矩 ，所以当电动，所以当电动 机定子电压机定子电压U1降低为降低为 时，起动转矩就会降低时，起动转矩就会降低 为为 。 2 1st UT 1 1 U k st T k 2 1 1）Y-换接降压起动换接降压起动 1 1 3 Z U I 正常运行时，定子绕组换接成正常运行时，定子绕组换

41、接成 ： 这种控制方式仅适用于电动机正常运行时定子绕这种控制方式仅适用于电动机正常运行时定子绕 组为组为D形接法。形接法。 W2 W1 V2V1 U1 U2 1 1 p Z U I 起动时，定子绕组首先接成起动时，定子绕组首先接成Y形。形。 W2 W1 V2 V1 U1 U2 3 1 Y I I 1 1 1 1 pY 3 1 3 Z U Z U II Y-换接降压起动时的电流仅为直接起动时的三分换接降压起动时的电流仅为直接起动时的三分 之一。之一。 经过一段时间的延时，当经过一段时间的延时，当 电动机的转速接近额定转电动机的转速接近额定转 速时，断开速时，断开KM2然后闭合然后闭合 KM3，电

42、动机的定子绕组，电动机的定子绕组 接成正常运行时的接成正常运行时的形形 。 KM3 W2 W1 V2 V 1 U 1 U2 KM2 起动时先闭合起动时先闭合KM2定子绕组接成定子绕组接成Y，每相定子上的，每相定子上的 电压仅为额定电压的电压仅为额定电压的 、而电网的电流仅为全压、而电网的电流仅为全压 直接起动时的直接起动时的 ； 31 31 适用范围：正常运行时定子绕组是三角形连接电适用范围：正常运行时定子绕组是三角形连接电 动机。动机。 优点：最初起动电流为全压起动时的优点：最初起动电流为全压起动时的13。起动。起动 设备比较简单、成本低、运行比较可靠和维修方设备比较简单、成本低、运行比较可靠和维修方 便。便。 缺点：最初起动转矩为全压起动时的缺点：最初起动转矩为全压起动时的13。只适。只适 用于轻载或空载起动。用于轻载或空载起动。 说明说明 2） 自耦降压起动：自耦降压起动： 采用自耦变压器降压起动的控制电路中，电动机采用自耦变压器降压起动的控制电路中，电动机 起动电流的限制，是依靠自耦变压器的降压作用起动电流的限制，是依靠自耦变压器的降压作用 来实现的。来实现的。 电动机起动时，定子绕组得到的电压是自耦变压器电动机起动时，定子绕组得到的电压是自耦变压器 的二次电压。的二次电压。 一旦起动结束，自耦变压器便被切除，额定电压或一旦起动结束，自耦