第4章交流电动机原理及特性-2

1、第4章 交流电动机原理和特性4.1 异步电动机的基本结构和工作原理4.2 三相异步电动机的机械特性4.2.1 机械特性的参数表达式4.2.2 机械特性的实用公式4.2.3 固有机械特性和人为机械特性4.2 三相异步电动机的机械特性4.2.1 机械特性的参数表达式4.2.2 机械特性的实用公式4.2.3 固有机械特性和人为机械特性4.2 三相异步电动机的机械特性1定义三相异步电动机在电源电压 U1、电源频率 f1 以及电动机参数固定的条件下其电磁转矩 T 与转子转速 n 之间的关系定义为三相异步电动机的机械特性2表示方法（1）函数表示法 T = f（n）或 T = f（s） （2）曲线表示法 T

2、 - s 曲线直流电动机T - n 曲线M1PT 22213(435)260RIsn4.2.1 机械特性的参数表达式1jX1RmRmjX21sRs2jX2R0I1I1U12EE2I22122112)(XXSRRUI转子电流转子电流pfSRInSRIPTM122212221236023电磁转矩的参数表达式电磁转矩的参数表达式221222111232RpUsTRf( R)( XX)s 说明：电磁转矩与电源参数（说明：电磁转矩与电源参数（1 1、f f1 1）、结构参数（）、结构参数（R R、X X、p p）和运行参数（和运行参数（s s）有关。）有关。电源参数（电源参数（1 1、f f1 1）、结

3、构参数（）、结构参数（R R、X X、p p）一定，得到）一定，得到T=f(n)T=f(n)或或T=f(s)T=f(s)的关系，为电动机的机械特性。的关系，为电动机的机械特性。0Ts01.0nn111sn=nn 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 曲线曲线)(Tfn 非线性曲线非线性曲线该曲线反映不同状态： 0 s 1 或 0 n n1第象限，T 和 n 都为正电动运行状态s n1第象限，T 负，n 正回馈制动运行状态即发电状态s 1 或 n T2 电机能起动，否则不能起动S22112212213(443)2()() pTfRRXXU R2S1TU1SUT堵转转矩倍数 kS异步电

4、动机堵转转矩 TS 与额定转矩 TN 之比称为堵转转矩倍数，用 kS 表示堵转转矩倍数 kS 的大小反映了电动机起动负载的能力堵转转矩倍数设计得越大电动机起动就越快电机的成本也随之增加SSN(444)TkT堵转转矩倍数 kS对于Y系列小型笼型三相异步电动机其堵转转矩倍数 kS = 1.72.2对于三相绕线转子异步电动机可以通过在转子回路中串入电阻来改变堵转转矩的大小这部分内容将在转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性中介绍异步电动机的稳定运行问题当0 s sm时机械特性下斜拖动恒转矩负载和泵类负载都能稳定运行当sm s 1时机械特性上翘拖动恒转矩负载不能稳定运行-Tm0TNTSTmTs-sm0

5、sm1.0nn1nNHNPQPsN拖动泵类负载需满足稳定运行的充要条件 T = TL且 即可以稳定运行-Tm0TNTSTmTs-sm0sm1.0nn1nNHNPQPsNLdTdTdndn异步电动机的稳定运行问题因此，异步电动机应长期稳定运行在0 s sN范围内正常情况下电动机都工作在特性曲线的 HN 段 HN 段比较平坦称为硬特性-Tm0TNTSTmTs-sm0sm1.0nn1nNHNPQPsN异步电动机的稳定运行问题4.2.2 机械特性的实用公式前面分析异步电动机的机械特性是基于电动机参数为已知的前提实际使用中，往往不知道电动机的参数那如何得到机械特性呢？为此要用到机械特性的实用公式4.2.

6、2 机械特性的实用公式1实用公式的表达式2实用公式的应用1已知 TL 先求 s 再求 n3实用公式的应用2已知 s（或 n） 求 T4关于实用公式的说明1实用公式的表达式利用电磁转矩除以最大电磁转矩电磁转矩求得的机械特性的实用公式如下：式中，Tm 和 sm根据相关公式求出mmm2TssTss根据电机的额定转速 nN、额定功率 PN和过载倍数 km求取 Tm和 sm的过程如下：mmNTk T 29550NNNNPTTn 21mNmmss ( kk) 11NNnnsn 将将T Tm m和和s sm m代入即可得到机械特性方程式。代入即可得到机械特性方程式。mmm2TssTss2实用公式的应用1：已

7、知 TL 先求 s 再求 n当三相异步电动机拖动负载转矩 TL 已知时就可以把 T = TL代入实用公式由上式可解得电动机运行时的转差率 s 进而得到电动机的转速 nmmm2TssTssLmTT1(1)ns nLmmN2mTssk Tss3实用公式的应用2：已知 s（或 n） 求 T如果是三相异步电动机的转差率 s（或转速 n ）已知把它代入机械特性的实用公式可求得电动机的电磁转矩mmm2TssTssmmm2TTssssmNmm2k Tssss4关于实用公式的说明实用公式形式简单，使用方便但只适用于一定的范围内，如0 s sN如果用它计算三相异步电动机的堵转转矩，则误差较大例题4-4(61)例

8、题4-4 一台三相异步电动机的额定功率 PN = 90 kW额定电压 UN = 380 V额定转速 nN = 990 r/min过载倍数 km = 2.0求：（1）该电动机电磁转矩的实用公式；（2）当s = 0.0084时的电磁转矩；（3）电动机拖动 560 Nm 负载时的转速。4.2.3-1 固有机械特性1定义若三相异步电动机定子加额定电压、额定频率转子回路本身直接短路不另串电阻或电抗这种情况下电动机的机械特性称为固有机械特性2三相异步电动机的固有机械特性曲线0Ts01.02.0nn1-n1电源正相序电源负相序11sn=nn几个特殊点：几个特殊点：4.4.起动点起动点01sn,s,TT 3.

9、3.最大转矩点最大转矩点mmss ,TT 2.2.额定运行点额定运行点NNNnn ,ss ,TT 1.1.同步运行点同步运行点100nn ,s,T 4.2.3-2 人为机械特性1降低定子电压U1的人为机械特性2定子回路串接三相对称电阻的人为机械特性3定子回路串接三相对称电抗的人为机械特性4转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性221112222132()() RUfRRXspTsX1降低定子电压U1的人为机械特性TnssmU10.8U10.6U1n101.0 0图4.19 降低U1时的人为机械特性曲线TmU12；TsU12；n1和和sm与电压无关。与电压无关。n n1 1、s sm m 都将保

10、持不变都将保持不变U U1 1 T Tm m、T TS S 特点：同步转速 n1、最大转矩对应的转差率 sm都将保持不变最大转矩 Tm 以及堵转转矩 TS 都要随 U1的降低而按 U1 的平方规律减小拖动额定负载时，降低 U1电动机不能长时间运行2定子回路串接三相对称电阻的人为机械特性M3RfRfRffR1R1jX2R2jXmRmjX21sRs(a)接线图(b)等效电路定子回路串电阻的人为机械特性曲线1.00nn10TSsmTmTSsmTmsTR1R1 + Rf特点：同步转速 n1 保持不变最大转矩 Tm、堵转转矩 TS 以及 sm都随串入电阻 Rf 的增大而减小方法简单，设备投资少电能消耗较

11、大3定子回路串接三相对称电抗的人为机械特性M3XfXfXffX1R1jX2R2jXmRmjX21sRs接线图等效电路定子回路串电抗的人为机械特性曲线nn10TSTSsTX1X 1 + X f1.00TmsmTmsm特点：同步转速 n1 保持不变最大转矩 Tm、堵转转矩 TS 以及 sm都随串入电抗 Xf 的增大而减小比定子串电阻方法节省电能电抗器设备成本高4转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性M3RSRSRS1R1jX2R2jXmRmjX21sRsSRs接线图等效电路转子回路串电阻的人为机械特性曲线T TS S0TSTmTSTSsT1.00smsmTSsmsmnn1R2R2 + RS1R2

12、+ RS2R2 + RS3特点：同步转速 n1、最大转矩 Tm 保持不变sm 随串入电阻的增加而增大 堵转转矩TS 随串入电阻的变化情况如下：当 sm 1 时，TS 随串入电阻的增加反而减小2222112()SRRRXX最大转矩 Tm、临界转差率sm、堵转转矩TS计算公式221m122()sRRXX 21m21112211322()UfRRpTXX 21111222S2232()() RRUfRXpTX1160n =fp本节小结4.3 三相异步电动机的起动、调速和制动4.3 异步电动机的起动、调速和制动4.3.1 鼠笼式异步电动机的起动4.3.2 高起动转矩的异步电动机4.3.3 绕线式异步电

13、动机的起动4.3.4 异步电动机的软起动4.3.5 异步电动机的调速4.3.6 三相异步电动机的制动4.3.1 笼型异步电动机的起动1 在额定电压下直接起动2 星 - 三角（Y - ）降压起动3 自耦变压器降压起动4 定子回路串接电抗器降压起动4.3.1 笼型异步电动机的起动异步电动机从静止状态过渡到稳定运行状态的过程称为异步电动机的起动过程1起动电流和起动转矩2较大的起动电流对异步电动机的影响3电动机起动过程需要考虑的问题4降低堵转电流的方法一、在额定电压下直接起动1起动电流和起动转矩如果在额定电压下直接起动三相异步电动机将产生比较大的堵转电流（起动电流）IS以 Y 系列中小型三相异步电动机

14、为例，堵转电流IS = ( 5 7 ) IN但交流电动机的堵转转矩并不大以 Y 系列中小型三相异步电动机为例，其堵转转矩TS = ( 1.4 2.2 ) TN直接起动时的机械特性与电流特性曲线三相异步电动机直接起动时的机械特性与电流特性曲线如图所示0TSTI0ISI1n1n机械特性电流特性图4.24 直接起动时的机械特性与电流特性曲线2较大的起动电流对异步电动机的影响（1）对电源和其他负载的影响如果配电变压器额定容量相对不够大时电动机较大的起动电流会使变压器输出电压短时间下降幅度较大超过正常的规定值（如短时间使电压下降大于 10% 或更大）电压短时间下降会影响到由同一台配电变压器供电的其它负载

15、（2）对电动机本身的影响电动机较大起动电流引起电压下降对电动机本身也会有不良影响因为电压太低会使电动机堵转转矩下降很多，当负载较重时，电动机可能起动不了如果异步电动机起动过程时间很短，短时间的 5 7IN 电流，电动机本身是可以承受的对于起动频繁的异步电动机，过大的起动电流会使电动机内部过热，导致电机的温升过高3 电动机起动过程需要考虑的问题堵转转矩大于负载阻转矩（取 TS 1.1 TL）尽可能小的堵转电流起动操作方便，起动设备简单、经济起动过程中的功率损耗尽可能的小 4 降低堵转电流的方法异步电动机起动时，堵转电流的大小为从上式可以看出，降低堵转电流有三种方法：减少电源电压 U1定子边串接电

16、抗或电阻转子边串接电阻对于笼形异步电动机只能采用前两种方法S2221121(1)()()IRXRXU 4 降低堵转电流的方法由前面人为特性分析知道：当降低电源电压 U1 时当定子边串入电抗或电阻时也会使堵转转矩 TS 减小 如果采取限制起动电流的措施不当可能会使堵转转矩减小过多而不能满足起动的要求 堵转转矩堵转转矩 TS 随随 规律规律下降下降21U一、 在额定电压下直接起动适用范围：小容量的异步电动机实际应用中异步电动机到底能否直接在额定电压下起动主要应考虑以下几种情况：电动机与供电变压器的容量比电动机与供电变压器之间供电线路长度与电动机共用一台变压器的其它负载对电压稳定性的要求起动是否频繁

17、拖动系统的转动惯量大小鼠笼式异步电动机常用的降压起动方法Y Y 起动起动；用自耦变压器降压起动；用自耦变压器降压起动； 定子串电阻或电抗降压起动；定子串电阻或电抗降压起动；二、 星 - 三角（Y - ）降压起动适用范围：正常运行时定子绕组接成 形连接的三相笼型异步电动机图2 Y- 起动接线图KM3ABCXYZKM1KM2KM2ABCXYZKM1KM3(a)起动 Y 形(b)正常运行 形图3 电动机直接起动和 Y- 降压起动时电压和电流关系SINUSIAZCYBXSI NUBZY XCASYI(a)直接起动( 接)(b) Y - 起动(Y 接)N13UUSSYIISS3II1NUU1U1U2 星

18、 - 三角（Y - ）降压起动N1SZZUUIN1SY3UUIZZSYNSN31(3)3IUIU电动机直接起动时对供电变压器造成冲击的堵转电流 IS 为Y- 起动时对供电变压器造成冲击的堵转电流 所以SS3(4)IISSYIISSYSS1(5)33IIII2 星 - 三角（Y - ）降压起动说明，Y- 起动时每相定子绕组的相电压和相电流与直接起动时相比都降低到原来的但是对供电变压器造成冲击的堵转电流却降低到直接起动时的1/3SSYSS1(5)33IIIISYNSN31(3)3IUIU13N1(2)3UU2 星 - 三角（Y - ）降压起动则上式表明Y-起动时电动机堵转转矩也降低到直接起动时的1

19、/3n 设设 、 分别是直接起动和分别是直接起动和 Y- 降压起动时的堵转转矩降压起动时的堵转转矩STST2S1S11(6)3TUTU2 星 - 三角（Y - ）降压起动优点：设备简单，只需一套 Y- 起动器具有体积小，重量轻，价格便宜，维修方便等特点缺点：起动电压不能调节只适用于正常运行时定子绕组为 形联结的异步电动机由于起动转矩小，所以只适合于空载或轻载起动三、自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动原理图M3KM1KM1AKM2B C(a)起动M3A B C(b)正常运行KM1KM1KM23 自耦变压器降压起动自耦变压器起动器又称起动补偿器或自耦减压起动器自耦变压器连接时高压边接电源低压边接

20、电动机其一相电路如图5所示SI 1U1N2NSTI2U图5 自耦变压器的一相电路图3 自耦变压器降压起动设自耦变压器的二次电压与一次电压之比即降压比为 KJ则式中，N1、N2 分别为自耦变压器一次与二次绕组的匝数SI 1U1N2NSTI2U图5 自耦变压器的一相电路图2J1UKU21NN1(7)3 自耦变压器降压起动电动机降压起动时堵转电流与直接起动时的堵转电流 IS 之间的关系为而自耦变压器一次电流与二次电流之间的关系为SI 1U1N2NSTI2U图5 自耦变压器的一相电路图ST2S1IUIUJ(8)KS2ST1ININ2J1(9)UKUSTISISTI3 自耦变压器降压起动因此自耦变压器起

21、动对电源的冲击电流与直接起动时相比SI 1U1N2NSTI2U图5 自耦变压器的一相电路图ST2JS1(8)IUKIUS22JST11(9)INUKINU2SJS(10)IKI3 自耦变压器降压起动上式表明采用自耦变压器降压起动虽然电动机定子电压下降到直接起动时的 KJ但是对电源造成的冲击电流却降低到直接起动时的 22J111(7)UNKUN2SJS(10)IKI2JK3 自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动时电动机堵转转矩为与直接起动时的堵转转矩 TS 之间的关系为上式表明采用自耦变压器降压起动时电动机的堵转转矩降低到直接起动时的ST2S2S1TUTU2J(11)K2JK说明：起动用的自耦变

22、压器一般有几个抽头可供选择QJ2 型有三种抽头其电压等级分别是电源电压的 55%、64%、73%QJ3 型也有三种抽头其电压等级分别是电源电压的 40%、60%、80%所以，选用不同的抽头比，即不同的 KJ 值就可以得到不同的堵转电流和堵转转矩以满足不同的起动要求3 自耦变压器降压起动优点：与 Y- 起动相比自耦变压器降压起动有几个抽头可选用，比较灵活缺点：自耦变压器体积大，价格高，维修麻烦而且不允许频繁起动适用范围：在起动次数少，容量较大的笼型异步电动机上应用较为广泛例题4-5有一台笼型三相异步电动机PN = 75 kW，定子 形联结nN = 1480 r/min，IN = 139 A堵转电

23、流倍数 kI = 6，堵转转矩倍数 kS = 1.6负载起动转矩 TL = 265 Nm供电变压器要求起动电流不大于 350 A请选择合适的降压起动方法，通过计算来说明四、定子回路串接电抗器的降压起动1K1K1K1KS1KS1KS1KS1K22222 2S1KS1KS1KS1KUZUZ= k= kUZ + XUZ + XIUZIUZ= k= kIUZ + XIUZ + XTUZTUZ= k= kTUZ + XTUZ + X 定子串电阻或电抗起动，电定子串电阻或电抗起动，电压从压从U U1 1降至降至U U1 1 ，即加到定子绕，即加到定子绕组上的电压在起动时为组上的电压在起动时为U U1 1

24、，这，这样就减小了起动电流。但使起样就减小了起动电流。但使起动转矩显著减小。故只适用于动转矩显著减小。故只适用于空载或轻载起动。空载或轻载起动。结论：鼠笼式异步电动机降压起动结论：鼠笼式异步电动机降压起动 起动转矩与起动转矩与U U2 2成正比成正比 降压起动后，起动转矩比起动电流降低得更厉降压起动后，起动转矩比起动电流降低得更厉害害 适合于中、大容量轻载起动。适合于中、大容量轻载起动。4.3.2 4.3.2 高起动转矩的异步电动机高起动转矩的异步电动机1 1、高转差率异步电动机、高转差率异步电动机 用用电阻率较高的导体来做转子笼型绕组，同样的转子槽电阻率较高的导体来做转子笼型绕组，同样的转子

25、槽结构，则绕组电阻结构，则绕组电阻R2R2变大，从而堵转转矩大、堵转电流小、变大，从而堵转转矩大、堵转电流小、转差率高和机械特性软等特点，适用于传动飞轮转矩大和转差率高和机械特性软等特点，适用于传动飞轮转矩大和不均匀冲击负载以及正、反转次数多的工作场合。如锤击不均匀冲击负载以及正、反转次数多的工作场合。如锤击机、剪刀机、冲压机和锻冶机等机械设备。机、剪刀机、冲压机和锻冶机等机械设备。2 2、槽深式异步电动机、槽深式异步电动机特点：槽深特点：槽深h h，槽宽，槽宽b b，h hb b，即，即h h =(10 =(1020)20)b b与普通笼型异步电动机相比，这种电机的主要与普通笼型异步电动机相

26、比，这种电机的主要结构特点是结构特点是转子槽形窄而深转子槽形窄而深，转子导体或是整，转子导体或是整根的铜条，或是铝熔液浇铸而成。根的铜条，或是铝熔液浇铸而成。示意图示意图h槽高(a)漏磁通分布 (b)导体内电流密度分布 (c)导体的有效截面深槽式鼠笼异步电动机分析分析起动时：起动时：n n=0=0，s s=1=1，f f2 2= =sfsf1 1= =f f1 1，f f2 2较高，则较高，则sxsx2 2 较大，较大，sxsx2 2R R2 2，槽内，槽内电流的分布主要取决于漏抗的大小电流的分布主要取决于漏抗的大小。槽顶部槽顶部sxsx2 2小，则电流密度大，槽底部小，则电流密度大，槽底部s

27、xsx2 2大，则电大，则电流密度小。这种把导体中的电流排挤到槽顶部的作流密度小。这种把导体中的电流排挤到槽顶部的作用称趋表效应用称趋表效应( (集肤效应，挤流效应集肤效应，挤流效应) )。图图(b)(b)为电流密度分布，自下而上逐渐增大，槽底部分为电流密度分布，自下而上逐渐增大，槽底部分导体在流通电流时所起作用很小，就相当于导体有导体在流通电流时所起作用很小，就相当于导体有效高度及截面积缩小，导体电阻变大，从而减小了效高度及截面积缩小，导体电阻变大，从而减小了I IS S，增大了，增大了T TS S。见图。见图(c)(c)所示，导体有效截面缩小，所示，导体有效截面缩小，故起动时，转子有效电阻

28、增加，起动性能得改善。故起动时，转子有效电阻增加，起动性能得改善。分析分析正常运行时：正常运行时：s s很小，很小，f f2 2= =sfsf1 1 很小，很小，x x2s2s= =sxsx2 2 很小，这时很小，这时转子电流的大小主要由电阻决转子电流的大小主要由电阻决定定。R R2 2 sxsx2 2，因各处电阻相等，则电流，因各处电阻相等，则电流的分布是均匀的，导体截面积全部得以利的分布是均匀的，导体截面积全部得以利用，而使转子电阻自动减小到较低的正常用，而使转子电阻自动减小到较低的正常数值。数值。( (集肤效应不明显集肤效应不明显) )优缺点优缺点优点优点：起动时转子电阻加大，改善了起动

29、性能，而：起动时转子电阻加大，改善了起动性能，而运行时为正常值，转子电阻仍然较小，不致影响电运行时为正常值，转子电阻仍然较小，不致影响电动机的运行效率。动机的运行效率。 缺点缺点：转子槽漏抗较大，功率因数稍低，最大转矩：转子槽漏抗较大，功率因数稍低，最大转矩倍数稍小。倍数稍小。特性曲线特性曲线曲线曲线1 1为普通鼠笼式为普通鼠笼式曲线曲线2 2为深槽式鼠笼异步电为深槽式鼠笼异步电机机1普通型2深槽型nn10T机械特性3 3、双笼式异步电动机、双笼式异步电动机结构特点：电动机转子上有两套鼠笼。结构特点：电动机转子上有两套鼠笼。下笼（内笼）下笼（内笼）：导体截面大，用电阻系数较小的紫铜：导体截面大

30、，用电阻系数较小的紫铜制成，电阻较小。制成，电阻较小。上笼（外笼）上笼（外笼）：导体截面小，用电阻系数较大的黄铜：导体截面小，用电阻系数较大的黄铜制成，电阻较大。制成，电阻较大。1上笼2下笼3合成nn10T(b)机械特性上笼下笼(a)漏磁通分布双笼异步电动机2222 RxxR上上下下上上下下；说明说明原理：交流电流的趋表效应由左图可见。原理：交流电流的趋表效应由左图可见。上笼链的漏磁通少，所以电抗小，而下上笼链的漏磁通少，所以电抗小，而下笼的漏磁通多，故漏电抗大。笼的漏磁通多，故漏电抗大。上下笼电上下笼电抗及电阻关系是：抗及电阻关系是：2222 RxxR上上下下上上下下；分析分析1.1.起动时

31、：起动时： n n=0=0，s s=1=1，f f2 2= =sfsf1 1= =f f1 1， f f2 2较高，则较高，则sxsx2 2 较较大，大， sxsx2 2R R2 2，槽内电流的分布主要取决于漏抗的，槽内电流的分布主要取决于漏抗的大小。因大小。因x x2 2f f2 2， x x22 R R2 2， x x22上上 sx sx2 2，即下笼电流大，上笼，即下笼电流大，上笼电流小，下笼起主要作用。故又称电流小，下笼起主要作用。故又称下笼为运行笼下笼为运行笼，其机械特性如图曲线其机械特性如图曲线2 2所示。所示。特性特性 曲线曲线3 3为曲线为曲线1 1和和2 2的合成曲线，即为双

32、鼠笼异步电的合成曲线，即为双鼠笼异步电机的机械特性。可见双笼型异步电动机起动转矩较大机的机械特性。可见双笼型异步电动机起动转矩较大具有较好的起动性能。具有较好的起动性能。缺点缺点：转子漏抗较大，功率：转子漏抗较大，功率因数稍低，过载能力比普通因数稍低，过载能力比普通型异步机低，而且用铜量较型异步机低，而且用铜量较多，制造工艺复杂。价格较多，制造工艺复杂。价格较高。一般用于起动转矩要求高。一般用于起动转矩要求较高的生产机械上。较高的生产机械上。123nn10T双鼠笼型异步电动机的机械特性4.3.3 绕线式异步电动机的起动采用绕线式电机，增大转子电阻。既增大采用绕线式电机，增大转子电阻。既增大起动

33、转矩，又减小起动电流。起动转矩，又减小起动电流。 常用的方法：转子串电阻或转子串频敏变常用的方法：转子串电阻或转子串频敏变阻器。阻器。 一、转子回路串电阻起动一、转子回路串电阻起动 在转子回路中串联适当的电阻在转子回路中串联适当的电阻, ,既既能限制起动电流，又能增大起动转矩。能限制起动电流，又能增大起动转矩。 为了有较大的起动转矩、使起动为了有较大的起动转矩、使起动过程平滑，应在转子回路中串入多级过程平滑，应在转子回路中串入多级对称电阻，并随着转速的升高，逐渐对称电阻，并随着转速的升高，逐渐切除起动电阻。切除起动电阻。 如图为三级起动，即如图为三级起动，即 m=3m=3。现以三级起动为例，即

34、现以三级起动为例，即 m m=3=3。分级起动过程分级起动过程TA AB BC CD DE ER2R2+Rs1+Rs2=RZ2R2+Rs1=RZ1R2+Rs1+Rs2+Rs3=RZ3nT1T2TL0n1F FG GH HI In起动的快速性和平起动的快速性和平稳性与起动级数稳性与起动级数m m、转矩转矩T T1 1及及T T2 2有关。有关。一般取一般取T T10.8510.85T Tm m，T T2 2= =（1.11.21.11.2）T TL L，电动机由电动机由A A点开始起动，经点开始起动，经ABCDEFGH ABCDEFGH II，完成起动过程，完成起动过程. .二、转子串频敏变阻器

35、起动二、转子串频敏变阻器起动频敏变阻器是一铁损很大的三相电抗器。频敏变阻器是一铁损很大的三相电抗器。 起动时，起动时，S S2 2断开，断开，S1S1闭合，转子闭合，转子串入频敏变阻器。串入频敏变阻器。起动时起动时, , ,频敏变阻器铁损频敏变阻器铁损大大, ,反映铁损耗的等效电阻反映铁损耗的等效电阻 大大, ,相当于转子回路串入一个较大电相当于转子回路串入一个较大电阻。随着阻。随着 上升上升, , 减小减小, ,铁损减铁损减少少, ,等效电阻等效电阻 减小减小, ,相当于逐渐相当于逐渐切除切除 , ,起动结束起动结束,S,S2 2闭合，切除闭合，切除频敏变阻器，转子电路直接短路。频敏变阻器，

36、转子电路直接短路。 21ff n2fmRmRmR频敏变阻器的阻值随转子转速的升高自动减小。频敏变阻器的阻值随转子转速的升高自动减小。4.3.4、异步电动机的软起动（不讲） 传统的笼型电动机的起动方式有传统的笼型电动机的起动方式有Y- Y- 起动，串电阻或电抗起动，串电阻或电抗器降压起动，串自耦变压器起动。这些方法虽然可以起到一定器降压起动，串自耦变压器起动。这些方法虽然可以起到一定的限流作用，但仍然存在许多问题：的限流作用，但仍然存在许多问题：(a) (a) 上述上述 起起 动方式在电机起动过程中需要进行电源切换，电动方式在电机起动过程中需要进行电源切换，电动机将有瞬时大电流冲击问题。动机将有

37、瞬时大电流冲击问题。(b) (b) 起动起动 设设 备的起动参数一般无法调整，负载的适应性较差，备的起动参数一般无法调整，负载的适应性较差，对较重的负载，经常出现难以起动的现象。对较重的负载，经常出现难以起动的现象。(c) (c) 起动起动 过过 程中，接触器带负载切换，容易造成接触器触点程中，接触器带负载切换，容易造成接触器触点的拉弧损失，发生故障多，工作量大。的拉弧损失，发生故障多，工作量大。软起动软起动1 1、软起动器的主电路、软起动器的主电路由三组反并联的晶闸管组成的软起动器如图所示：由三组反并联的晶闸管组成的软起动器如图所示：Y Y 形形 调调 压压 电电 路路控制晶闸管的控制角的大

38、小，控制晶闸管的控制角的大小，就可使电动机的起动电流按工作要就可使电动机的起动电流按工作要求所设定的规律变化。求所设定的规律变化。2 2、电动机的软起动方式、电动机的软起动方式F斜坡恒流软起动斜坡恒流软起动F脉冲恒流软起动脉冲恒流软起动笼型异步电动机的起动1 在额定电压下直接起动（4.3.1）2 星 - 三角（Y - ）降压起动（4.3.1）3 自耦变压器降压起动（4.3.1）4 定子回路串接电抗器降压起动（4.3.1）5 高起动转矩异步电动机了解（4.3.2）6 软起动不讲（4.3.4）绕线式异步电动机的起动（4.3.3）异步电动机的起动4.3 异步电动机的起动、调速和制动4.3.1 鼠笼式

39、异步电动机的起动4.3.2 高起动转矩的异步电动机4.3.3 绕线式异步电动机的起动4.3.4 异步电动机的软起动4.3.5 异步电动机的调速4.3.6 三相异步电动机的制动4.3.5 异步电动机的调速异步电动机转速的表达式为异步电动机有三种基本的调速方法：变频调速：改变电源频率 f1变极调速：改变定子绕组的极对数 p变转差率调速：改变电动机的转差率 s11nns=n1(1)n= ns160(1)f=sp改变同步转速的调速方法不改变同步转速的调速方法改变s调速方法又有以下几种：转子串电阻调速：绕线转子异步电动机转子回路串接不同的电阻串级调速：绕线转子异步电动机转子串接电势调压调速：改变异步电动

40、机定子电源电压异步机异步机调速方法调速方法变极调速变极调速鼠笼电机鼠笼电机变转差率变转差率 s s 调速调速调压调速调压调速转子串电阻调速转子串电阻调速串级调速（不讲）串级调速（不讲）变频调速变频调速116011fnn (s )(s )p 异步电动机的转速公式异步电动机的转速公式异步电动机的调速异步电动机的调速4.3.5 异步电动机的调速1 变频调速重点2 变极调速3 转子串电阻调速4 串级调速不讲5 调压调速1 变频调速改变三相异步电动机电源的频率 f1可以改变旋转磁动势的同步转速 n1从而达到调速的目的将电动机的额定频率（ f1 = 50 Hz ）称为基频变频调速时既可以从基频向上调也可以

41、从基频向下调1160fn =p（1）基频以下的变频调速三相异步电动机运行时，由于定子漏阻抗压降很小，所以电动机定子每相电压故在降低电源频率 f1 的同时必须相应地降低电源电压 U1以保证主磁通 1 基本不变11UE11w114.44(22)f N kU1不变2Fe03mpI R1I0pFef1降低 U1 有两种方式：降低 U1 有两种方式：保持 E1 / f1 = 常数电动势难以直接控制保持 U1 / f1 = 常数常用11UE11w114.44(22)f N k变频调速时的机械特性变频调速时的机械特性（基频以下，保持 U1 / f1 = 常数） 只要找出只要找出n1n1、T Tm m，s s

42、m m，T Ts s及及n nm m与频率关系，即可与频率关系，即可定性画出机械特性。定性画出机械特性。1)1)最大转矩最大转矩T Tm m212211112121122122111112342342mmU pTfRRxxxxfLLU PTf RRfLL(1) (1) 当当f f1 1较高但较高但f f1 150Hz50Hz时：时： R R1 1x x1 1+ +x x2 2，忽略，忽略r r1 1 ， 当当T Tm m= =常数，常数，U U1 1/ /f f1 1 = =常数常数(2) (2) 当当f f1 1较低时：较低时： R R1 1的影响不能忽略，在的影响不能忽略，在R R1 1上

43、产生上产生I I1 12 2R R1 1E E1 1 m mT Tm m 当当f f1 1R R1 1的影响的影响T Tm m2121m22121221 83fUTLLfpUTm2)2)运行段的斜率运行段的斜率 找出找出s sm m，n nm m与与f f1 1的关系。的关系。当当f f1 1较高时，忽略较高时，忽略R R1 1，且，且f f1 150Hz50Hz 可见，可见，n nm m与与f f1 1无关。无论在基频以下还是在基频以上调速无关。无论在基频以下还是在基频以上调速时，时，n nm m基本不变，基本不变，则变频调速时的机械特性与固有机械则变频调速时的机械特性与固有机械特性平行，只

44、有在特性平行，只有在频率频率f f1 1很低时，很低时，R R1 1不可以忽略不可以忽略，n nm m减减小，机械特性更硬些。小，机械特性更硬些。22222211211122mRRsRxxRfLL21122121111212260302mmmmRsfLLRfRnnns nfLLpp LL常常保持U1 / f1 = 常数的变频调速机械特性曲线f1 较高时Tm基本保持不变转速降 nm不变机械特性近似平行f1 较低时f1 Tm转速降 nm机械特性会更硬些TLT0n1n1n1n1n1f1f1f1fABCDmnmT1111fff 50 Hzf1 越高，Tm 越小112()RXX2Nm2211238()p

45、UTfLL211f（2）运行段的斜率由于基频以上 f1 50 Hz 不同 f1 的各条机械特性近似平行112()RXX2m12RsXX21122()Rf LLmm1ns n21112602 ()Rfpf LL21230()Rp LL=常数2XfL保持U1 = UN 不变的升频调速机械特性曲线f f1 1 越高越高T Tm m 越小越小不同不同 f f1 1 的的各条机械特性各条机械特性近似平行近似平行T0n1n1n1n1nLT1f1f1f1fABCDmnmT1111fff f（3）基频以上调速的特点近似为恒功率调速方式而 PM = T1近似不变适用于恒功率负载f11Tf1n11U1 = UN

46、不变1 22cosTJTCI1160 fnp11260n 111w114.44Uf N k变频调速主要特点目前，三相异步电动机变频调速具有很好的调速性能完全可与直流电动机调速性能相媲美其主要特点如下：（1）调速范围广（2）频率 f1 可连续调节，故变频调速为无级调速（3）机械特性较硬，静差率小（4）从基频向下调速，属恒转矩调速方式 从基频向上调速，属恒功率调速方式（5）运行效率高2 变极调速改变三相异步电动机的极对数 p可以改变同步转速 n1从而使转速得到调节笼型异步电动机极对数的改变是通过改变定子绕组的接线方式来实现的1160fn =p(a)正向串联(2p=4)NSAXa1x1a2x2NSN

47、NSSa1a2x2(b)反向串联或反向并联(2p=2)NSAXa1x1a2x2NSa1a2x1x2NSAXa1x1a2x2A相绕组变极原理变极原理变极原理: :以以4 4极变极变2 2极为例：极为例： 可见，改变异步电动机的定子每相绕组中一半线可见，改变异步电动机的定子每相绕组中一半线圈的电流方向，即半相绕组反相，则电动机的极对数圈的电流方向，即半相绕组反相，则电动机的极对数便成倍的变化。便成倍的变化。 变极调速时变极调速时, ,转速几乎是成倍变化的转速几乎是成倍变化的, ,调速的平滑调速的平滑性较差性较差, ,但具有较硬的机械特性但具有较硬的机械特性, ,稳定性好。稳定性好。 改变一个半相绕

48、组的改变一个半相绕组的接线方式很多。如接线方式很多。如YYYYYY3 转子串电阻调速绕线转子异步电动机转子串入不同电阻值便可调节电动机的转速适用范围：绕线式异步电动机恒转矩负载转子串电阻调速的机械特性曲线如图中A、B、C、D 交点1nns02R21SRRLTTCBA0D22SRR23SRR1mTR R2 2 n n1 1不变，不变，s sm m，T Tm m不变不变; ;串电阻越大，转速越低，串电阻越大，转速越低，S S越大。越大。调速电阻的计算调速电阻的计算同一同一T T 值下有：值下有：s sR R2 2+ +R RS S 由已知的转速由已知的转速 n n ( (或转差率或转差率s s )

49、 )可求出可求出R RS S。22SNRRRssTD DC CR2R2+Rs2R2+Rs1R2+Rs3nTL0n1B BA An212m(440)RXXs转子串电阻调速的优缺点优点：设备简单，初投资不高，易于实现 缺点：转子串电阻分级调节，属有级调速，调速平滑性差空载或轻载时转速变化不大机械特性较软低速时转子铜耗大，效率低虽然 PM = T1 = TL1 = 常数，但nspCu2 = sPMPm = PMpCu2P25 调压调速异步电动机的调压调速是指降低定子电压调速对于恒转矩负载，前两种电压下的稳定工作点分别为a、b，在电压U下没有交点对于风机、泵类负载，在各不同电压下的稳定工作点分别为a、

50、b、c达到调速的目的sn1n010abba1Uc1UNULTT图28 异步电动机调压调速时的机械特性曲线恒转矩负载风机泵类负载调压调速的特点：当定子电压较低时最大转矩 Tm 减小很多，过载能力较差负载稍有波动，电机就会停转对于恒转矩负载调速范围很小对于风机、泵类负载调速范围虽然较大但在低速时，电机发热严重因此电动机不能在低速下长期运行4.3.6 三相异步电动机的制动在交流电力拖动系统中如果三相异步电动机的电磁转矩 T 与转速 n 的方向相反时那么电动机便处于制动状态1制动的目的使拖动系统迅速减速并停车制动过程这时，制动是指电动机从某一稳定转速下降到零的过程 限制位能性负载的下放速度制动运行 这时，制动是指电动机处于某一稳定的制动运行状态，系统保持匀速运行2三相异步电动机制动方法能耗制动反接制动倒拉反转制动回馈制动1 回馈制动当三相异步电动机的实际转速高于同步转速，即异步电动机便处于回馈制动状态1nn1回馈制动的工作原理电机转子导体切割旋转磁场的方向与电动状态时的方向相反转子感应电动势方向与电动状态时的方向相反转子电流的方向与电动状态时的方向相反电磁转矩 T 改变方向T 的实际方向与 n 的实际运动方向相反起制动作用n1NSnn1v电动状态回馈制动2回馈制动的能量关系11nnsn02m2