《电机及拖动》第5章 异步电机的结构和工作原理

1、1第第5 5章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 2本章要点本章要点n三相异步电动机的电磁转矩的表达式。三相异步电动机的电磁转矩的表达式。 n三相异步电动机的机械特性。三相异步电动机的机械特性。n三相异步电动机的启动、制动和调速。三相异步电动机的启动、制动和调速。 35.1 三相异步电动机接触器联锁正反转控制电路 5.2 三相异步电动机的电磁转矩表达式5.3 三相异步电动机的机械特性5.4 三相异步电动机的起动5.5 三相异步电动机的制动5.6 三相异步电动机的调速本章主要内容本章主要内容45.1 5.1 三相异步电动机接触器联锁正反转控制电路三相异步电动机接触器联锁正反转控

2、制电路 任务任务1 1任务任务2 2搭建三相异步电动机接触器联锁正反转搭建三相异步电动机接触器联锁正反转控制电路控制电路通电试车并观察电动机的运转通电试车并观察电动机的运转5任务任务1 1 在生产过程中，往往要求电动机能够随时实现正反转，如起重在生产过程中，往往要求电动机能够随时实现正反转，如起重机的上升与下降、工作台的往返运动等。机的上升与下降、工作台的往返运动等。 根据电动机原理，只要改变接入三相交流电源相序，即把电源根据电动机原理，只要改变接入三相交流电源相序，即把电源进线中的任意两根接线对调，电动机就可反转。所以，正反转控制进线中的任意两根接线对调，电动机就可反转。所以，正反转控制电路

3、实际是两个相序相反的控制电路，为了避免误动作引起电源相电路实际是两个相序相反的控制电路，为了避免误动作引起电源相间短路，两个控制接触器间必须联锁。间短路，两个控制接触器间必须联锁。搭建三相异步电动机接触器联锁正反转搭建三相异步电动机接触器联锁正反转控制电路控制电路 1 1三相异步电动机正反转控制原理三相异步电动机正反转控制原理 2 2三相异步电动机接触器联锁正反转控制电路三相异步电动机接触器联锁正反转控制电路 三相异步电动机接触器联锁正反转控制电路如图三相异步电动机接触器联锁正反转控制电路如图5-15-1所示，图中所示，图中接触器接触器KM1KM1、KM2KM2分别用于控制电动机的正反转。分别

4、用于控制电动机的正反转。 6任务任务1 1搭建三相异步电动机接触器联锁正反转搭建三相异步电动机接触器联锁正反转控制电路控制电路图图5-1 5-1 三相异步电动机接触器联锁正反转控制电路图三相异步电动机接触器联锁正反转控制电路图 7 3 3、三相异步电动机接触器联锁正反转控制电路分析、三相异步电动机接触器联锁正反转控制电路分析 （1 1）根据电路图列出所需器材并填写到表）根据电路图列出所需器材并填写到表15-115-1中。中。 任务任务1 1搭建三相异步电动机接触器联锁正反转搭建三相异步电动机接触器联锁正反转控制电路控制电路表表15-1 15-1 接触器联锁电动机正反转控制电路器材明细表接触器联

5、锁电动机正反转控制电路器材明细表 代代 号号名名 称称型型 号号规规 格格数量数量备备 注注QSQSFU1FU1FU2FU2KM1KM1、KM2KM2FRFRSB1SB1、SB2SB2、SB3SB3M M8 （2 2）正转控制）正转控制任务任务1 1搭建三相异步电动机接触器联锁正反转搭建三相异步电动机接触器联锁正反转控制电路控制电路 合上电源开关合上电源开关QSQS，按下正转启动按钮，按下正转启动按钮SB2SB2，正转控制回路接通，正转控制回路接通，电动机正转，写出其控制过程。电动机正转，写出其控制过程。正转控制过程：正转控制过程： （3 3）反转控制）反转控制 按下停止按钮按下停止按钮SB1

6、SB1，再按下反转启动按钮，再按下反转启动按钮SB3SB3，反转控制回路接通，反转控制回路接通，电动机反转，写出其控制过程。电动机反转，写出其控制过程。反转控制过程：反转控制过程：9任务任务2 2通电试车并观察电动机的运转通电试车并观察电动机的运转 合上电源开关合上电源开关QSQS，按以下步骤进行观察：，按以下步骤进行观察： （1 1）按下正转启动按钮）按下正转启动按钮SB2SB2，观察电动机的转动方向，并记录在表，观察电动机的转动方向，并记录在表5-15-1中。中。 （2 2）在电动机不停转的情况下直接按下反转按钮）在电动机不停转的情况下直接按下反转按钮SB3SB3，观察电动机的，观察电动机

7、的转动方向，并记录在表转动方向，并记录在表5-15-1中。中。 （3 3）按下停止按钮）按下停止按钮SB1SB1，观察电动机是否停转，并记录在表，观察电动机是否停转，并记录在表5-15-1中。中。 （4 4）按下反转按钮）按下反转按钮SB3SB3，观察电动机的转动方向，并记录在表，观察电动机的转动方向，并记录在表5-15-1中。中。 按钮开关按下电动机不停转的情况下按按下在电动机停转后按下按下电动机不停转的情况下按按下在电动机停转后按下按下电动机不停转的情况下按按下在电动机停转后按下按下电动机不停转的情况下按按下在电动机停转后按下电动机的转动方向（顺时针/逆时针/停转）表表5-1 5-1 三相

8、异步电动机接触器联锁正反转状态记录表三相异步电动机接触器联锁正反转状态记录表10 电磁转矩与电动机的转速之间的关系反映出三相异步电动机的机电磁转矩与电动机的转速之间的关系反映出三相异步电动机的机械特性，其关系表达式有械特性，其关系表达式有物理表达式物理表达式、参数表达式参数表达式和和实用表达式实用表达式三种。三种。 1 1物理表达式物理表达式 三相异步电动机的电磁转矩的物理表达式为三相异步电动机的电磁转矩的物理表达式为: :22012201111122211cos/2cos44. 4/2cosICpfIkNfmpfIEmPTTM 上式表明，三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通上式表明，三相异步电

9、动机的电磁转矩是由主磁通0 0与转子电与转子电流的有功分量流的有功分量I I2 2coscos2 2相互作用产生的。其物理意义是与主磁通成相互作用产生的。其物理意义是与主磁通成正比，与转子电流的有功分量成正比。正比，与转子电流的有功分量成正比。5.2 5.2 三相异步电动机的电磁转矩表达式三相异步电动机的电磁转矩表达式11 2 2参数表达式参数表达式 为了直接反映为了直接反映电磁转矩电磁转矩与与转速或转差率转速或转差率的关系，可以推导得出电的关系，可以推导得出电磁转矩的参数表达式：磁转矩的参数表达式： 当当U U1 1、f f1 1以及电动机的结构参数不变时，电磁转矩只是转差率以及电动机的结构

10、参数不变时，电磁转矩只是转差率的函数，通常用函数式的函数，通常用函数式T=f(s)T=f(s)表示表示, ,也就是异步电动机的也就是异步电动机的T-sT-s曲线，如曲线，如图图5-25-2所示。这里，电磁转矩是以异步电动机参数的形式表示的，因所示。这里，电磁转矩是以异步电动机参数的形式表示的，因此称为机械特性的参数表达式。此称为机械特性的参数表达式。 221221122121XXsRRfsRpUmT5.2 5.2 三相异步电动机的电磁转矩表达式三相异步电动机的电磁转矩表达式125.2 5.2 三相异步电动机的电磁转矩表达式三相异步电动机的电磁转矩表达式 表表5-2 5-2 三相异步电动机的三相

11、异步电动机的T-sT-s特性分析特性分析图图5-2 5-2 三相异步电三相异步电动机的动机的T-sT-s曲线曲线 snT象限PM工作状态sn1-(反向增大再减小)-发电运行状态0s10n1n0+(正向减小)+制动运行状态135.2 5.2 三相异步电动机的电磁转矩表达式三相异步电动机的电磁转矩表达式2112114XXfpUmTm221XXRsmNmmTT 221221122112XXRRfRpUmTst正负最大转矩：正负最大转矩：临界转差率临界转差率S Sm m ：过载能力：过载能力：启动转矩启动转矩T Tstst(s=1)(s=1) ：启动转矩倍数：启动转矩倍数：NstSTTTK145.2

12、5.2 三相异步电动机的电磁转矩表达式三相异步电动机的电磁转矩表达式 3 3实用表达式实用表达式 实际应用时，三相异步电动机的参数不易得到，所以参数表达式实际应用时，三相异步电动机的参数不易得到，所以参数表达式使用不便。若能利用异步电动机产品目录中给出的额定功率、额定转使用不便。若能利用异步电动机产品目录中给出的额定功率、额定转速、过载能力等数据，找出异步电动机的机械特性公式，即便是比较速、过载能力等数据，找出异步电动机的机械特性公式，即便是比较粗糙，但也很有实用价值，这就是实用公式，即粗糙，但也很有实用价值，这就是实用公式，即 对于三种异步电动机的电磁转矩表达式，其应用场合各有不同。对于三种

13、异步电动机的电磁转矩表达式，其应用场合各有不同。一般物理表达式适用于定性分析一般物理表达式适用于定性分析T T与与0 0及及I I2 2coscos2 2间的关系；参数表间的关系；参数表达式多用于分析各参数变化对电动机运行性能的影响；实用表达式适达式多用于分析各参数变化对电动机运行性能的影响；实用表达式适用于进行工程计算。用于进行工程计算。ssssTTmmm215 固有机械特性固有机械特性：指电动机工作在额定电压和额定频率下，按规定的接：指电动机工作在额定电压和额定频率下，按规定的接 线方式接线，定子和转子回路不外接电阻、电容、电线方式接线，定子和转子回路不外接电阻、电容、电 感等其他电路元件

14、时，由电动机本身固有的参数所决感等其他电路元件时，由电动机本身固有的参数所决 定的机械特性，如图定的机械特性，如图5-3b5-3b所示。所示。一、三相异步电动机的固有机械特性一、三相异步电动机的固有机械特性 分析图中各点：分析图中各点： （1 1）启动点）启动点A A：此时：此时n=0n=0，s=1s=1，T=TT=Tstst； （2 2）最大转矩点）最大转矩点B B：此时：此时n=nn=nm m，s=ss=sm m，T=TT=Tm m； （3 3）额定运行点）额定运行点C C：此时：此时n=nn=nN N，s=ss=sN N，T=TT=TN N； （4 4）同步运行点）同步运行点D D：此时

15、：此时n=nn=n1 1，s=0s=0，T=0T=0。5.3 5.3 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性16图图5-3 5-3 三相异步电动机的曲线转换为曲线三相异步电动机的曲线转换为曲线 5.3 5.3 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性17二、三相异步电动机的人为机械特性二、三相异步电动机的人为机械特性 人为机械特性人为机械特性：指人为地改变一个或多个电源参数或电动机参数，：指人为地改变一个或多个电源参数或电动机参数， 如如U U1 1、f f1 1、p p、定子回路电阻或电抗、转子回路电阻、定子回路电阻或电抗、转子回路电阻 或电抗等，从而得到的机械特性。或电抗

16、等，从而得到的机械特性。5.3 5.3 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性1 1、降低定子端电压时的人为机械特性、降低定子端电压时的人为机械特性 保持电动机的其它参数不变，仅降低定子电压保持电动机的其它参数不变，仅降低定子电压U U1 1所获得的人为所获得的人为机械特性，称为降低定子端电压时的人为机械特性，如图机械特性，称为降低定子端电压时的人为机械特性，如图5-45-4所示。所示。18 降低定子端电压时的人为机械特性的特点是：降低定子端电压时的人为机械特性的特点是： （1 1）降压后同步转速）降压后同步转速n n1 1不变；不变； （2 2）降压后的启动转矩）降压后的启动转矩T

17、stTst也随也随U12U12正比下降，即电源电压下降正比下降，即电源电压下降后，电动机的启动转矩和过载能力均明显下降；后，电动机的启动转矩和过载能力均明显下降；5.3 5.3 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 （3 3）因为电磁转矩）因为电磁转矩T T与定子电压与定子电压U U1 1的平方成正比，的平方成正比，U U1 12 2下降后，下降后，T Tm m和和T Tstst均均下降，但下降，但s sm m不变。如果此时电动机在额不变。如果此时电动机在额定负载下运行，定负载下运行，U U1 1下降后，下降后，n n下降，下降，s s增增大，转子电流大，转子电流I I2 2增大，

18、导致电动机过增大，导致电动机过载。长期欠压过载运行将使电动机过载。长期欠压过载运行将使电动机过热，减少使用寿命。热，减少使用寿命。图图5-4 5-4 降低定子端电压降低定子端电压时的人为机械特性时的人为机械特性 192 2、转子回路串对称三相电阻时的人为机械特性、转子回路串对称三相电阻时的人为机械特性5.3 5.3 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性该人为机械特性的特点是：该人为机械特性的特点是：（1 1）串入对称三相电阻后，机械特性线性）串入对称三相电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软；段斜率变大，特性变软；（2 2）同步转速）同步转速n n1 1不变，即不同不变，即不同R

19、 Rp p的人为机械的人为机械特性都通过固有特性的同步点；特性都通过固有特性的同步点；（3 3）转子回路串入对称三相电阻）转子回路串入对称三相电阻R Rp p后的最大后的最大转矩转矩T Tm m不变，但临界转差率不变，但临界转差率smsm随随R Rp p的增大而的增大而增大；增大；（4 4）当）当s sm m111后，后，T Tstst随随R Rp p的增大而减小。的增大而减小。 在转子回路串入对称三相电阻在转子回路串入对称三相电阻R Rp p，所获得的人为机械特性称为转，所获得的人为机械特性称为转子回路串对称三相电阻时的人为机械特性，如图子回路串对称三相电阻时的人为机械特性，如图5-55-5

20、所示。所示。图图5-5 5-5 转子回路串对称三相转子回路串对称三相电阻时的人为机械特性曲线电阻时的人为机械特性曲线 20 对于笼型异步电动机，可以在定子回路中串入对称的三相电抗；对于笼型异步电动机，可以在定子回路中串入对称的三相电抗；对于绕线转子异步电动机，可以在转子回路串对称三相电抗。无论对于绕线转子异步电动机，可以在转子回路串对称三相电抗。无论哪种方式，其哪种方式，其n n1 1不变，而不变，而T Tm m、s sm m、T Tstst下降下降。5.3 5.3 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性3 3、定、转子回路串对称三相电抗时的人为机械特性、定、转子回路串对称三相电抗时

21、的人为机械特性21异步电动机的启动异步电动机的启动：三相异步电动机定子绕组接入电网后，转：三相异步电动机定子绕组接入电网后，转 子从静止状态到稳定运行状态的过程。子从静止状态到稳定运行状态的过程。衡量异步电动机启动性能好坏的因素衡量异步电动机启动性能好坏的因素：启动电流、启动转矩、：启动电流、启动转矩、 启动过程中的平滑性等，最主要的是启动过程中的平滑性等，最主要的是启动电流小启动电流小、启动转启动转 矩大矩大。一、三相笼型异步电动机的启动一、三相笼型异步电动机的启动 1 1直接启动直接启动 直接启动直接启动就是利用负荷开关或接触器将电动机的定子绕组直接接就是利用负荷开关或接触器将电动机的定子

22、绕组直接接到具有额定电压的电网上，也称为全压启动。一种实际应用中的三相到具有额定电压的电网上，也称为全压启动。一种实际应用中的三相异步电动机的点动控制电路如图异步电动机的点动控制电路如图5-65-6所示所示。5.4 5.4 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动22 该电路常用作快速移动或调整机床。该电路常用作快速移动或调整机床。直接启动方法的直接启动方法的优点优点是操作简便、启动设是操作简便、启动设备简单；备简单；缺点缺点是启动电流大，会引起电网是启动电流大，会引起电网电压波动。电压波动。图图5-6 5-6 三相异步电动机点动三相异步电动机点动控制直接启动电路图控制直接启动电路图 参考以下

23、经验公式可确定电动机参考以下经验公式可确定电动机能否直接启动，即：能否直接启动，即：NstII)kW()kVA(341电动机容量电源容量 5.4 5.4 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动23解：已知解：已知 ，有，有【例【例5-15-1】 一台一台15KW15KW的三相异步电动机，启动电流与额定电流之比的三相异步电动机，启动电流与额定电流之比为为7 7，变压器容量为，变压器容量为560KVA 560KVA ，可用直接启动方式吗？，可用直接启动方式吗？)kW()kVA(341电动机容量电源容量71 .10101510560341337NstII5.4 5.4 三相异步电动机的起动三相异步

24、电动机的起动所以允许直接启动。所以允许直接启动。24（1 1）Y-Y-降压启动降压启动 这种启动方式适用于正常运行时定子绕组这种启动方式适用于正常运行时定子绕组为三角形接线的电动机。启动时按为三角形接线的电动机。启动时按Y Y形联接，以形联接，以降低绕组电压，限制启动电流，待转速上升到降低绕组电压，限制启动电流，待转速上升到一定值时，将定子绕组改接成一定值时，将定子绕组改接成形，使电动机形，使电动机全压运行，如图全压运行，如图5-75-7所示所示: : 2 2降压启动降压启动降压启动降压启动：是在启动时，降低加在电动机定子绕组上的电压，以减：是在启动时，降低加在电动机定子绕组上的电压，以减 小

25、启动电流。小启动电流。图图5-7 Y-5-7 Y-降压启降压启动电路示意图动电路示意图 两种启动状态下其电流和转矩的关系分别是：两种启动状态下其电流和转矩的关系分别是：降压启动多用于空载或轻载启动。降压启动多用于空载或轻载启动。31ststII31ststYTT5.4 5.4 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动25【例【例5-25-2】 图图5-85-8是用三个接触器控是用三个接触器控制三相异步电动机降压启动的控制电制三相异步电动机降压启动的控制电路，请分析其工作过程。路，请分析其工作过程。图图5-8 5-8 用三个接触器控制三相异用三个接触器控制三相异步电动机降压启动控制电路步电动机降

26、压启动控制电路 解：先合上电源开关解：先合上电源开关QSQS，按下启动按，按下启动按钮钮SB2SB2，时间继电器，时间继电器KTKT和接触器和接触器KM3KM3通通电，电，KM3KM3常开触头动作，使常开触头动作，使KM1KM1也通电也通电并自锁，而并自锁，而KM2KM2却因却因KM3KM3的常闭触头断的常闭触头断开而无法通电，于是电动机开而无法通电，于是电动机M M接成接成Y Y形形减压启动。当减压启动。当M M转速上升到一定值时，转速上升到一定值时，KTKT延时结束，其常闭触头断开，延时结束，其常闭触头断开，KM3KM3断断电释放，电释放，KM2KM2通电吸合，通电吸合，M M接成接成形正

27、形正常运行。常运行。5.4 5.4 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动26 自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动：是利用三相自耦变：是利用三相自耦变压器降低加到电动机定子绕组的电压，以减小压器降低加到电动机定子绕组的电压，以减小启动电流的启动方法。采用自耦变压器降压启启动电流的启动方法。采用自耦变压器降压启动时，自耦变压器的一次侧（高压边）接电网，动时，自耦变压器的一次侧（高压边）接电网，二次侧（低压边）接到电动机的定子绕组上，二次侧（低压边）接到电动机的定子绕组上，如图如图5-95-9所示，待其转速基本稳定时，再把电动所示，待其转速基本稳定时，再把电动机直接接到电网上，同时将自耦变压器

28、从电网机直接接到电网上，同时将自耦变压器从电网上切除。上切除。 （2 2）自耦变压器降压启动）自耦变压器降压启动启动电流减小倍数：启动电流减小倍数： 启动转矩减小的倍数：启动转矩减小的倍数： 21kIIstst21kTTstst图图5-9 5-9 自耦变压器降自耦变压器降压启动电路示意图压启动电路示意图 5.4 5.4 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动27 延边三角形降压启动如右图所示，这种启动方式延边三角形降压启动如右图所示，这种启动方式介于前两种方式之间。如把延边三角形看作部分为介于前两种方式之间。如把延边三角形看作部分为Y Y形形接法，部分为接法，部分为形接法，则形接法，则Y Y

29、形部分所占比例越大，启形部分所占比例越大，启动时电压降得越多。因此，可采用不同的抽头比来满动时电压降得越多。因此，可采用不同的抽头比来满足不同负载特性的要求。这种接法的优点是节省金属，足不同负载特性的要求。这种接法的优点是节省金属，质量较小；缺点是抽头多，接线较复杂。质量较小；缺点是抽头多，接线较复杂。（3 3）延边三角形降压启动）延边三角形降压启动启动运行（4 4）定子绕组串电阻（或电抗）降压启动）定子绕组串电阻（或电抗）降压启动 在定子绕组中串联适当的电阻（或电抗）启动时，在定子绕组中串联适当的电阻（或电抗）启动时，降低了定子绕组上的电压，启动后，再将电阻（或电降低了定子绕组上的电压，启动

30、后，再将电阻（或电抗）短接。由于电阻有电能损耗，一般采用电抗，但抗）短接。由于电阻有电能损耗，一般采用电抗，但其体积大、价格较高，因此此方法较少采用。其体积大、价格较高，因此此方法较少采用。5.4 5.4 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动28【例【例5-35-3】 图图5-105-10为手动控制自为手动控制自耦变压器减压启动控制电路，请分耦变压器减压启动控制电路，请分析其工作过程。析其工作过程。解：先合上电源开关解：先合上电源开关QSQS，按下启动按，按下启动按钮钮SB1SB1，KM1KM1、KM2KM2相继通电并自锁，相继通电并自锁，电动机电动机M M接入自耦变压器接入自耦变压器TM

31、TM并在其二并在其二次侧电压下做减压启动。当电动机转次侧电压下做减压启动。当电动机转速上升到额定转速时，按下升压按钮速上升到额定转速时，按下升压按钮SB2SB2，中间继电器，中间继电器KAKA与与KM3KM3相继通电动相继通电动作，切断自耦变压器作，切断自耦变压器TMTM，电动机进入，电动机进入全电压正常运行状态。全电压正常运行状态。图图5-10 5-10 手动控制自耦变压手动控制自耦变压器减压启动控制电路器减压启动控制电路 5.4 5.4 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动29【例【例5-45-4】 一台电动机额定功率为一台电动机额定功率为50kW,50kW,连接方式为三角形连接方式为

32、三角形, ,直接启直接启动电流为额定的动电流为额定的7 7倍倍, ,启动转矩为额定的启动转矩为额定的1.81.8倍，要求能带倍，要求能带0.80.8倍额定转倍额定转矩的负载启动，该厂的电源容量为矩的负载启动，该厂的电源容量为600KVA600KVA，请问应用何种方法启动？，请问应用何种方法启动？解：解：1 1）先看能否直接启动，有：）先看能否直接启动，有：因此不能直接启动。因此不能直接启动。)kW()kVA(341电动机容量电源容量775. 3105010600341332 2）看能否）看能否Y Y或或减压启动减压启动NNNSTYIIIII75. 333. 2373NNNSTYTTTTT8 .

33、 06 . 038 . 13启动转矩不合要求。启动转矩不合要求。5.4 5.4 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动30 3 3）看能否自耦变压器减压启动）看能否自耦变压器减压启动流过电网的电流是：流过电网的电流是：I ISTST3.75IN3.75IN ；还应满足：；还应满足：k k2 2 分接头电压比为：分接头电压比为： ，按标准取值为，按标准取值为0.730.73。校验启动电流：校验启动电流： ，符合要求。，符合要求。校验启动转矩：校验启动转矩： ，符合要求。，符合要求。因此，采用自耦变压器减压启动，可以满足系统要求。因此，采用自耦变压器减压启动，可以满足系统要求。 降压启动虽减小了

34、启动电流，但启动转矩也将减小。所以这个方降压启动虽减小了启动电流，但启动转矩也将减小。所以这个方式对电网有利，但系统负载能力下降。因此对于某些要求带满负载启式对电网有利，但系统负载能力下降。因此对于某些要求带满负载启动的机械设备，就不能用这种方法，此方法仅适合对启动转矩要求不动的机械设备，就不能用这种方法，此方法仅适合对启动转矩要求不高的设备。高的设备。 866. 175. 37NNSTSTIIII732. 0866. 11k1NNNSTSTIIIkII75. 373. 373. 0722NNNSTSTTTTkTT8 . 096. 073. 08 . 1225.4 5.4 三相异步电动机的起动

35、三相异步电动机的起动31 鼠笼式三相异步电动机重载启动时的主要矛盾是启动转矩不足，解决这鼠笼式三相异步电动机重载启动时的主要矛盾是启动转矩不足，解决这一矛盾的方法有两个：一个是按启动要求选择容量大一点的电动机；另一个一矛盾的方法有两个：一个是按启动要求选择容量大一点的电动机；另一个是选用启动转矩较高的特殊形式的笼型电动机。是选用启动转矩较高的特殊形式的笼型电动机。 通过改进其内部的结构，获得较好启动性能的特殊型式的笼型异步电动通过改进其内部的结构，获得较好启动性能的特殊型式的笼型异步电动机，主要有机，主要有高转差率笼型异步电动机高转差率笼型异步电动机、深槽式异步电动机深槽式异步电动机、双笼型异

36、步电动双笼型异步电动机机等。这些特殊形式的笼型异步电动机的共同特点是等。这些特殊形式的笼型异步电动机的共同特点是启动转矩较大启动转矩较大。3 3改善启动性能的异步电动机改善启动性能的异步电动机（1 1）深槽式异步电动机）深槽式异步电动机 这种电动机是靠适当改变转子的槽形，充分利用电动机启动过程中转这种电动机是靠适当改变转子的槽形，充分利用电动机启动过程中转子导条内的子导条内的“集肤效应集肤效应”，即转子槽漏磁通引起转子导条的电流集挤在导，即转子槽漏磁通引起转子导条的电流集挤在导条表层的效应，以达到既改善启动性能又不降低正常运行效率的目的。深条表层的效应，以达到既改善启动性能又不降低正常运行效率

37、的目的。深槽式异步电动机槽漏磁通的分布如图槽式异步电动机槽漏磁通的分布如图5-125-12所示。所示。 5.4 5.4 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动32(2(2）双笼型异步电动机）双笼型异步电动机图图5-12 5-12 槽漏槽漏磁通的分布磁通的分布 这种异步电动机的转子上安装了这种异步电动机的转子上安装了两套笼，如图两套笼，如图5-135-13所示。两个笼间由所示。两个笼间由狭长的缝隙隔开，显然里面的笼相连狭长的缝隙隔开，显然里面的笼相连的漏磁通比外面的笼的漏磁通大得多。的漏磁通比外面的笼的漏磁通大得多。外面的笼导条较细，采用电阻率较大外面的笼导条较细，采用电阻率较大的黄铜或铝青铜

38、等材料制成，故电阻的黄铜或铝青铜等材料制成，故电阻较大，称为启动笼；里面的笼截面较较大，称为启动笼；里面的笼截面较大，采用电阻率较小的紫铜等材料制大，采用电阻率较小的紫铜等材料制成，故电阻较小，称为运行笼。成，故电阻较小，称为运行笼。图图5-13 5-13 双笼导条的截双笼导条的截面和漏磁通分布面和漏磁通分布 5.4 5.4 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动33三相绕线式异步电动机：三相绕线式异步电动机：适用于需要中、大型电动机并带动重载或需适用于需要中、大型电动机并带动重载或需 要频繁启动的电力拖动系统，要求启动电流小、启动转矩大。要频繁启动的电力拖动系统，要求启动电流小、启动转矩大

39、。 通常采用转子串电阻或频敏变阻器的方式来改善启动性能。通常采用转子串电阻或频敏变阻器的方式来改善启动性能。 异步电动机的转子是三相绕组，它通过滑环与电刷可以串接附加异步电动机的转子是三相绕组，它通过滑环与电刷可以串接附加电阻，因此可以实现一种几乎理想的启动方法，即启动时，在转子绕电阻，因此可以实现一种几乎理想的启动方法，即启动时，在转子绕组中串接适当的启动电阻，以减小启动电流，增加启动转矩，待转速组中串接适当的启动电阻，以减小启动电流，增加启动转矩，待转速基本稳定时，将启动电阻从转子电路中切除，进入正常运行。其工作基本稳定时，将启动电阻从转子电路中切除，进入正常运行。其工作原理如图所示原理如

40、图所示5-145-14所示。其启动过程的机械特性，即所示。其启动过程的机械特性，即n-Tn-T曲线如图曲线如图5-5-1616所示所示 。 二、三相二、三相绕线式绕线式异步电动机的启动异步电动机的启动 1 1转子回路串电阻启动转子回路串电阻启动5.4 5.4 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动34电动机由电动机由a a点开始启动，经点开始启动，经bcdefghbcdefgh，完成启动过程。，完成启动过程。 图图5-14 5-14 转子回路串电阻转子回路串电阻启动原理图启动原理图 图图5-16 5-16 转子回路串电阻启动的机械特性图转子回路串电阻启动的机械特性图 三相异步电动机转子绕组串

41、电阻分级启动的优点是可得到最大的三相异步电动机转子绕组串电阻分级启动的优点是可得到最大的启动转矩，缺点是启动设备复杂、操作维修不便。启动转矩，缺点是启动设备复杂、操作维修不便。5.4 5.4 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动35【例【例5-55-5】 图图5-155-15为一种电流继电器自为一种电流继电器自动控制三相绕线式异步电动机转子回路串动控制三相绕线式异步电动机转子回路串电阻启动控制电路，请分析其工作过程。电阻启动控制电路，请分析其工作过程。解：电动机启动时，由于启动电流很大，解：电动机启动时，由于启动电流很大，欠电流继电器欠电流继电器KA1KA1、KA2KA2、KA3KA3都会

42、吸合，它都会吸合，它们的常闭触头都断开，们的常闭触头都断开，KM1KM1、KM2KM2、KM3KM3都不都不动作，电动机串入全部电阻启动。随着电动作，电动机串入全部电阻启动。随着电动机转速的升高，电流开始减小，使释放动机转速的升高，电流开始减小，使释放电流较小的电流较小的KA1KA1首先释放，它的常闭触头闭首先释放，它的常闭触头闭合，使合，使KM1KM1线圈通电，第一组转子电阻线圈通电，第一组转子电阻R1R1短短接。此时转子电流继续增加，转速也增加，接。此时转子电流继续增加，转速也增加，而电流逐渐下降，使而电流逐渐下降，使KA2KA2释放，释放，KM2KM2线圈通线圈通电，触头闭合，短接了第二

43、组电阻。如此电，触头闭合，短接了第二组电阻。如此类推，直到将转子电阻全部短接，电动机类推，直到将转子电阻全部短接，电动机启动完毕。启动完毕。图图5-15 5-15 三相绕线式异步电动机三相绕线式异步电动机转子回路串电阻启动控制电路转子回路串电阻启动控制电路 5.4 5.4 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动36 频敏变阻器频敏变阻器的特点的特点是其电阻值随转速的上是其电阻值随转速的上升而自动减小，采用频升而自动减小，采用频敏变阻器代替启动电阻敏变阻器代替启动电阻的三相异步电动机启动的三相异步电动机启动的工作原理如图的工作原理如图5-175-17所所示。其示。其n-Tn-T曲线如图曲线如图

44、5-5-1818所示。所示。 2 2转子串频敏变阻器启动转子串频敏变阻器启动图图5-17 5-17 转子串频敏变转子串频敏变阻器启动原理图阻器启动原理图 图图5-18 5-18 转子串频敏变阻器启动的机械特性曲线图转子串频敏变阻器启动的机械特性曲线图1-1-固有机械特性固有机械特性 2-2-串频敏变阻器的机械特性串频敏变阻器的机械特性5.4 5.4 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动37 转子串频敏变阻器启动原理：频敏变阻器是一种铁损很大的三相转子串频敏变阻器启动原理：频敏变阻器是一种铁损很大的三相电抗器。启动时，电抗器。启动时，QS1QS1闭合，闭合，QS2QS2断开，转子串入频敏变阻

45、器，电动机断开，转子串入频敏变阻器，电动机通电开始启动。此时，通电开始启动。此时，f f2 2=f=f1 1，频敏变阻器铁损大，反映铁损耗的等，频敏变阻器铁损大，反映铁损耗的等效电阻效电阻R Rm m大，相当于转子回路串入一个较大电阻。随着大，相当于转子回路串入一个较大电阻。随着n n上升，上升，f f2 2减减小，铁损减少，等效电阻小，铁损减少，等效电阻R Rm m减小，相当于逐渐切除减小，相当于逐渐切除R Rm m。启动结束，。启动结束，QS2QS2闭合，切除频敏变阻器，转子电路直接短路。闭合，切除频敏变阻器，转子电路直接短路。 异步电动机转子串频敏变阻器启动具有结构简单、运行可靠、异步电

46、动机转子串频敏变阻器启动具有结构简单、运行可靠、价格便宜、维护方便，能自动操作等优点，因此目前获得了十分广泛价格便宜、维护方便，能自动操作等优点，因此目前获得了十分广泛的应用。的应用。5.4 5.4 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动38【例【例5-65-6】 图图5-195-19为绕线型异步电动机为绕线型异步电动机转子绕组串频敏变阻器启动的控制电路，转子绕组串频敏变阻器启动的控制电路，分析其工作过程。分析其工作过程。图图5-19 5-19 绕线型异步电动机转子绕绕线型异步电动机转子绕组串频敏变阻器启动的控制电路组串频敏变阻器启动的控制电路 解：启动过程可用转换开关解：启动过程可用转换开

47、关SASA实现自动实现自动控制和手动控制。采用自动控制时，将控制和手动控制。采用自动控制时，将SASA扳到自动控制。按下启动按钮扳到自动控制。按下启动按钮SB2SB2，KM1KM1通电并自锁，电动机通电并自锁，电动机M M串接频敏变阻串接频敏变阻器器RFRF启动。此时，时间继电器启动。此时，时间继电器KTKT通电，通电，经过经过KTKT的整定时间以后，的整定时间以后，KTKT常开触头闭常开触头闭合，中间继电器合，中间继电器KAKA通电并自锁。通电并自锁。KAKA常开常开触头的闭合使触头的闭合使KM2KM2通电，通电，KM2KM2常开触头闭常开触头闭合使频敏变阻器合使频敏变阻器RFRF短接，电动

48、机启动完短接，电动机启动完毕，进入正常运行状态。毕，进入正常运行状态。5.4 5.4 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动39 在实际应用中常需要使电动机反转，根据三相异步电动机的工作在实际应用中常需要使电动机反转，根据三相异步电动机的工作原理：当定子三相对称绕组加上对称的三相交流电压后，绕组中便有原理：当定子三相对称绕组加上对称的三相交流电压后，绕组中便有对称的三相电流流过，它们共同形成定子旋转磁场，定子旋转磁场产对称的三相电流流过，它们共同形成定子旋转磁场，定子旋转磁场产生的磁力线将切割转子导体而感应出电动势。在该电动势作用下，转生的磁力线将切割转子导体而感应出电动势。在该电动势作用下

49、，转子导体内便有电流通过，电流的有功分量与电动势同相位。转子导体子导体内便有电流通过，电流的有功分量与电动势同相位。转子导体内电流的有功分量与旋转磁场相互作用，使转子导体受到电磁力的作内电流的有功分量与旋转磁场相互作用，使转子导体受到电磁力的作用。在该电磁力作用下，电动机转子就转动起来，其转向与旋转磁场用。在该电磁力作用下，电动机转子就转动起来，其转向与旋转磁场的方向相同。的方向相同。因此，我们只要把接到电动机的三根电源线中的任意两因此，我们只要把接到电动机的三根电源线中的任意两根对调一下，电动机便会反向旋转根对调一下，电动机便会反向旋转。三、异步电动机的反转三、异步电动机的反转5.4 5.4

50、 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动405.5 5.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 制动状态时，电动机的电磁转矩方向与转子转动方向相反，起着制动状态时，电动机的电磁转矩方向与转子转动方向相反，起着阻止转子转动的作用，此时电动机由轴上吸收机械能，并转换成电能。阻止转子转动的作用，此时电动机由轴上吸收机械能，并转换成电能。制动的方法主要有制动的方法主要有能耗制动能耗制动、反接制动反接制动和和回馈制动回馈制动三种。三种。一、三相异步电动机的能耗制动一、三相异步电动机的能耗制动能耗制动能耗制动：当电动机切断三相交流电源之后，立即在定子绕组的任意：当电动机切断三相交流电源之后，立即在

51、定子绕组的任意 两相间通入直流电来迫使电动机迅速停转。其原理是将转两相间通入直流电来迫使电动机迅速停转。其原理是将转 子的动能转换成电能，并消耗在转子回路电阻中。子的动能转换成电能，并消耗在转子回路电阻中。能耗制动的工作原理如图能耗制动的工作原理如图5-205-20所示。所示。415.5 5.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 制动时，制动时，QS1QS1断开，电机脱离断开，电机脱离电网，同时电网，同时QS2QS2闭合，在定子绕组闭合，在定子绕组中通入直流励磁电流。直流励磁电中通入直流励磁电流。直流励磁电流产生一个恒定的磁场，因惯性继流产生一个恒定的磁场，因惯性继续旋转的转子切割恒定

52、磁场，导体续旋转的转子切割恒定磁场，导体中感应电动势和电流。感应电流与中感应电动势和电流。感应电流与磁场作用产生的电磁转矩为制动性磁场作用产生的电磁转矩为制动性质，转速迅速下降，当转速为零时，质，转速迅速下降，当转速为零时，感应电动势和电流为零，制动过程感应电动势和电流为零，制动过程结束。结束。 图图5-215-21为三相异步电动机能耗为三相异步电动机能耗制动的机械特性曲线图。制动的机械特性曲线图。 图图5-20 5-20 能耗能耗制动原理图制动原理图 图图5-21 5-21 能耗制动的机械特性曲线图能耗制动的机械特性曲线图1-1-初始励磁电流，初始转子电阻初始励磁电流，初始转子电阻 2-2-

53、较大励磁电流较大励磁电流 3-3-较大转子电阻较大转子电阻 425.5 5.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动【例【例5-65-6】 图图5-225-22为无变压器单相半为无变压器单相半波整流单向启动能耗制动控制电路，请波整流单向启动能耗制动控制电路，请分析其工作过程。分析其工作过程。图图5-22 5-22 无变压器单相半波整流单无变压器单相半波整流单向启动能耗制动控制电路图向启动能耗制动控制电路图 解：在电动机正常运行时，若按下停止解：在电动机正常运行时，若按下停止按钮按钮SB2SB2，SB2SB2的常闭触头先分断，使的常闭触头先分断，使KM1KM1线圈断电，电动机靠惯性运转，而线

54、圈断电，电动机靠惯性运转，而SB2SB2的的常开触头后闭合，常开触头后闭合，KM2KM2线圈和时间继电器线圈和时间继电器KTKT线圈相继得电并自锁，直流电通过线圈相继得电并自锁，直流电通过KM2KM2主触头的闭合加入定子绕组，电动机主触头的闭合加入定子绕组，电动机M M接接入直流电进行能耗制动。当转子转速接入直流电进行能耗制动。当转子转速接近近0 0时，时间继电器延时结束，其常闭触时，时间继电器延时结束，其常闭触头打开，使头打开，使KM2KM2线圈失电。由于线圈失电。由于KM2KM2常开常开辅助触头的复位，使辅助触头的复位，使KTKT失电，与此同时，失电，与此同时，KM2KM2主触头的断开切断

55、了电动机的直流电主触头的断开切断了电动机的直流电源，使之停转，至此能耗制动结束。源，使之停转，至此能耗制动结束。435.5 5.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动二、三相异步电动机的反接制动二、三相异步电动机的反接制动 三相异步电动机的反接制动适用于要求更快速停车的情况，其方三相异步电动机的反接制动适用于要求更快速停车的情况，其方式有式有电源两相反接电源两相反接和和倒拉反转的反接制动倒拉反转的反接制动。 异步电动机电源两相反接的反接制动也称为定子两相反接制动，异步电动机电源两相反接的反接制动也称为定子两相反接制动，它是依靠改变电动机定子绕组的电源相序来产生制动力矩，迫使电动它是依靠改

56、变电动机定子绕组的电源相序来产生制动力矩，迫使电动机迅速停转，其工作原理如图机迅速停转，其工作原理如图5-235-23所示，其机械特性如图所示，其机械特性如图5-245-24所示。所示。 1 1、电源两相反接的反接制动、电源两相反接的反接制动445.5 5.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 在此过程中，电网供给的电磁功率和拖动系统的机械功率全部转换成转在此过程中，电网供给的电磁功率和拖动系统的机械功率全部转换成转子的热损耗。所以，这种制动能量损耗较大。子的热损耗。所以，这种制动能量损耗较大。图图5-24 5-24 电源两相反接的反接制动机械特性曲线图电源两相反接的反接制动机械特性曲

57、线图1-1-制动前运行时的机械特性制动前运行时的机械特性 2-2-反接制动时的机械特性反接制动时的机械特性3-3-转子回路串联制动电阻时的机械特性转子回路串联制动电阻时的机械特性图图5-23 5-23 电源两相反接电源两相反接的反接制动原理图的反接制动原理图 455.5 5.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动【例【例5-75-7】 右图为一种典型的单向右图为一种典型的单向启动反接制动控制电路，请分析其工启动反接制动控制电路，请分析其工作过程。作过程。解：启动反接制动时，按下解：启动反接制动时，按下SB1SB1，常闭，常闭触点先断开，触点先断开，KM1KM1断电，电动机断电，电动机M

58、M也暂也暂时断电。由于此时电动机转动的惯性，时断电。由于此时电动机转动的惯性，KSKS的常开触头依然闭合，的常开触头依然闭合，KM2KM2通电并自通电并自锁，其主触头闭合，此时电动机得到锁，其主触头闭合，此时电动机得到与正常运转相序相反的三相电源，电与正常运转相序相反的三相电源，电动机进入反接制动状态，转速快速下动机进入反接制动状态，转速快速下降，下降到一定值时，降，下降到一定值时，KSKS常开触点恢常开触点恢复断开使复断开使KM2KM2失电，电动机失电，电动机M M断开电源断开电源停转，反接制动完成。停转，反接制动完成。图图5-25 5-25 单向启动反接制单向启动反接制动控制电路动控制电路

59、 465.5 5.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 倒拉反接制动适用于倒拉反接制动适用于位能性负载的低速下放，位能性负载的低速下放，其适用条件是绕线式异步其适用条件是绕线式异步电动机带位能性负载的情电动机带位能性负载的情况，其实现方式是在转子况，其实现方式是在转子回路串联适当大的电阻。回路串联适当大的电阻。 倒拉反转的反接制动倒拉反转的反接制动工作原理如图工作原理如图5-265-26所示，所示，其机械特性曲线如图其机械特性曲线如图5-275-27所示。所示。 2 2、倒拉反转的反接制动、倒拉反转的反接制动图图5-26 5-26 倒拉反转的倒拉反转的反接制动原理图反接制动原理图 图图

60、5-27 5-27 倒拉反转的反接倒拉反转的反接制动机械特性曲线图制动机械特性曲线图 475.5 5.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 倒拉反转的反接制动和电源两相反接的反接制动，它们虽然实现倒拉反转的反接制动和电源两相反接的反接制动，它们虽然实现制动的方法不同，但在能量传递关系上是相同的。这两种反接制动，制动的方法不同，但在能量传递关系上是相同的。这两种反接制动，电动机的转差率都大于电动机的转差率都大于1 1。与电动机电动状态相比，反接制动时机械。与电动机电动状态相比，反接制动时机械功率的传递方向相反，此时电动机实际上是输入机械功率。所以异步功率的传递方向相反，此时电动机实际上是