电机拖动(异步电动机的基本原理)

1、电机与拖动电机与拖动 异异 步步 电电 动动 机机 的的 基基 本本 原原 理理第第 一一 章章电机与拖动电机与拖动第一节第一节 异步电机的类型和结构及原理异步电机的类型和结构及原理一、异步电机的结构一、异步电机的结构（一）定子：（一）定子：铁芯、绕组、机座、端盖等铁芯、绕组、机座、端盖等电机与拖动电机与拖动电机与拖动电机与拖动电机与拖动电机与拖动电机与拖动电机与拖动（二）转子：（二）转子：铁芯、线圈等铁芯、线圈等分鼠笼式转子和绕线式转子。分鼠笼式转子和绕线式转子。电机与拖动电机与拖动电机与拖动电机与拖动电机与拖动电机与拖动电机与拖动电机与拖动电机与拖动电机与拖动电机与拖动电机与拖动电机与拖动

2、电机与拖动异步鼠笼电机定转子异步鼠笼电机定转子电机与拖动电机与拖动转子绕组转子绕组滑环滑环电刷电刷外加可调电阻外加可调电阻绕线转子原理图：绕线转子原理图：电机与拖动电机与拖动二、异步电动机的工作原理二、异步电动机的工作原理 定子通电流产定子通电流产生旋转磁场生旋转磁场N、S极，极，转子导体切割该磁转子导体切割该磁场，产生场，产生e2 ；转子；转子导体处于短路状态，导体处于短路状态，会产生会产生i2 ； i2与气与气隙磁场作用产生电隙磁场作用产生电磁力磁力fem （Tem），），拖动电机就旋转拖动电机就旋转。电机与拖动电机与拖动 异步电动机的转速异步电动机的转速n一定低于磁场同步转速一定低于磁场

3、同步转速n1，所以叫异步电动机，也叫感应电动机。，所以叫异步电动机，也叫感应电动机。转速转速n与磁场同步转速与磁场同步转速n1之差叫转差之差叫转差 n。 n= n1 -n转差率转差率S：111nnnnnS 转速转速n=（1-S）n1 一般空载时一般空载时S0.005；负载时负载时S0.05。电机与拖动电机与拖动 转差率转差率S是是异步电动机的重异步电动机的重要参数，负载变要参数，负载变化时，化时，S会变化，会变化，使使E2 、 I2 、 T2变变化，以达到重新化，以达到重新平衡。平衡。原理动画T2电机与拖动电机与拖动三、异步电动机的额定值三、异步电动机的额定值额定功率额定功率PN：电动机轴的：

4、电动机轴的输出机械功率输出机械功率。N1NNNNNPcosIU3P 额定电压额定电压UN ：定子：定子线电压。线电压。额定电流额定电流IN： 定子定子线电流。线电流。额定频率额定频率fN、额定转速、额定转速 nN 等。等。录像电机与拖动电机与拖动第二节第二节 异异 步步 电电 动动 机机 的的 磁磁 通通一、主磁通一、主磁通 与定子、转子绕组与定子、转子绕组同时交链的基波磁通。同时交链的基波磁通。主主二、漏磁通二、漏磁通转子漏磁通转子漏磁通 仅仅与定子仅仅与定子或转子绕组环连或转子绕组环连的磁通。的磁通。定子漏磁通定子漏磁通电机与拖动电机与拖动第三节第三节 转子静止异步电动机的电磁关系转子静止

5、异步电动机的电磁关系一、绕线一、绕线 转子开路时电磁关系转子开路时电磁关系1、电磁关系、电磁关系UAUBUCi0e1 e2e1与变压器类似与变压器类似定子加定子加对称对称Ui0 1 漏磁通主磁通Fm me1e2e1 电机与拖动电机与拖动2、感应电势、感应电势在时空坐标中，在时空坐标中，每相电势每相电势11w.m1.1kfN44. 4jE 21w.m2.2kfN44. 4jE 1.0.1xIjE定子漏电抗定子漏电抗电势比：电势比：21w211w121ekNkNEEk UAUBUCi0e1 e2e1电机与拖动电机与拖动3、电压方程、电压方程(单相单相)i0.1E.1U.1E .2E.2Ui2=0.

6、1.11.0.1 EErIU 1.0.1.11.01.0.1.1)(ZIEUrIxIjEU 111:1:1;jxrZZr定子绕组漏阻抗定子绕组电阻式中转子：转子：.2.2UE 定子：定子：4、电流、电流I0=(3050)% INI0 有无功和有功分量有无功和有功分量变压器变压器I0=(210)% IN电机与拖动电机与拖动5、等效电路和相量图、等效电路和相量图.1.11.0.1 EErIU 1.01.0.0)()(rIxIjjxrImm )()(11.0.0 jxrIjxrImm r1jx1 rmjxm+-.1U.0I.1E.m .1E.0I.1E 1.0rI 1.0jxI.1U与变压器的类似与

7、变压器的类似激磁电阻激磁电阻激磁电抗激磁电抗电机与拖动电机与拖动二、绕线二、绕线 转子短路且堵转时电磁关系转子短路且堵转时电磁关系1、电磁关系、电磁关系与变压器类似与变压器类似UAUBUCi1e1 e2e1i2e2 定子定子对称对称i1转子漏磁通转子漏磁通主磁通转子转子对称对称i2Fm=F1+ F2.2 .1 定子漏磁通定子漏磁通定转子都有同定转子都有同频率的电流。频率的电流。F1F2.m 11w.m1.1kfN44. 4jE 21w.m2.2kfN44. 4jE 1.1.1xIjE 2.2.2xIjE电机与拖动电机与拖动2、磁势平衡方程、磁势平衡方程1）定转子磁势关系）定转子磁势关系定子对称

8、定子对称i1(f1)转子对称转子对称i2 (f2)Fm=F1+ F2F1F2n1n11F2FmFn1磁势平衡的物理意义：磁势平衡的物理意义：转子开路时，气隙磁势转子开路时，气隙磁势Fm仅由定子电流仅由定子电流i10产生。产生。 转子短路堵转时，气隙磁势转子短路堵转时，气隙磁势Fm由定转子电流由定转子电流i1 、i2共同产生。共同产生。转子开路和堵转时，气隙磁势转子开路和堵转时，气隙磁势Fm基本相同。基本相同。转子堵转时，定子电流转子堵转时，定子电流i1产生磁势产生磁势F1分两部分：分两部分：)F(FF2m1 电机与拖动电机与拖动2）定转子电流关系）定转子电流关系pkNI9 .02mF11w1.

9、111 pkNI9 .02mF21w2.222 pkNI9 .02mF11w1.m1m )F(FF2m1 )kNIm(kNImkNIm21w2.2211w1.m111w1.11 )k1I(I)kNmkNmI(IIi.2.m11w1121w22.2.m.1 21w2211w11ikNmkNmk 电电流流比比n1n11F2F电机与拖动电机与拖动3、电压方程（单相）、电压方程（单相）定子：定子：1.1.1.1ZIEU 定定子子绕绕组组漏漏阻阻抗抗,111jxrZ 转子：转子：2.2.2.2ZIEU0 转子绕组漏阻抗转子绕组漏阻抗,222jxrZ 11w.m1.1kfN44. 4 jE 21w.m2.

10、2kfN44. 4 jE; )kI(IIi.2.m.1 i1.1E.1U.1E .2E.2Ui2电机与拖动电机与拖动4、等效电路及相量图（单相）、等效电路及相量图（单相）i1.1E.1U.1E .2E.2Ui21）绕组折算）绕组折算 与变压器类似，将转子与变压器类似，将转子绕组折算到定子侧。绕组折算到定子侧。m2N2kw21m1N1kw11绕组折算原则：保证折算前后绕组折算原则：保证折算前后P不变，即磁势不变。不变，即磁势不变。（1）电流）电流; FI ,FI2.22.2pkNI9 .02mF21w2.222 pkNI9 .02mF11w1.212 i.2.2kII 电流比电流比电机与拖动电机

11、与拖动（2）电势）电势21w.m2.2kfN44.4jE 11w.m1.2kfN44.4jE .2e.2EkE （3）阻抗）阻抗折算前后功率折算前后功率P不变不变转子铜耗：转子铜耗：22212222r)I(mrIm 2ie221w22111w112221222rkkr)kNm(m)kNm(mrImImr2222 2ie2xkkx折算后阻抗角不变折算后阻抗角不变i1.1E.1U.1E .2E.2Ui2电机与拖动电机与拖动2）等效电路（）等效电路（单相单相）r1jx1 rmjxm+-.1U.1I.1Er2 jx2 .2E .2I .2U+-.mI等效电路及其参数含义与变压器一样。等效电路及其参数含

12、义与变压器一样。只是异步机中只是异步机中x1 、 x2 、Zm是由三相对称磁路决定；是由三相对称磁路决定；而变压器中由一相（或三相）磁路决定。而变压器中由一相（或三相）磁路决定。电机与拖动电机与拖动第四节第四节 转子旋转异步电动机的电磁关系转子旋转异步电动机的电磁关系一、一、 转子电路（单相）转子电路（单相）r2jx2 s.s2I.s2E+-f2 转子转子 频率：频率：111112Sf60pnn)nn(60p)nn(60npf 上上 下下 转子切割气隙磁场的速度为：转子切割气隙磁场的速度为： n=n1 -n仿真仿真电机与拖动电机与拖动r2jx2 s.s2I.s2E+-f2 转子电势：转子电势：

13、20m21w21m21w22s2sEkNsf44.4kNf44.4E 转子不转感应电势转子不转感应电势 转子电抗：转子电抗： 22222s2xsLf2Lx转子不转时电抗转子不转时电抗 转子电阻转子电阻r2 与与f无关仍为无关仍为r2 阻抗角：阻抗角：222s2s2rsxarctgrxarctg 转子电流：转子电流：s22.s2.s2jxrEI 电机与拖动电机与拖动二、磁势平衡方程二、磁势平衡方程Fm=F1+ F2堵转磁势平衡方程堵转磁势平衡方程 定转子磁势由同频率定转子磁势由同频率I产产生，在空间相对静止，生，在空间相对静止，可以合成。可以合成。上上 下下n1n11F2FmFn1定转子电流通过

14、磁势平衡方程联系在一起。定转子电流通过磁势平衡方程联系在一起。转子旋转的磁势平衡方程？转子旋转的磁势平衡方程？结束结束电机与拖动电机与拖动定子对称定子对称i1(f1)F1 相对定子转速相对定子转速n11121snpf60spf60n 转子本身转速为转子本身转速为n=(1-s) n12F相对定子转速相对定子转速:n1 +n= n1转子对称转子对称i2s(f2=s f1)F2 相对转子转速相对转子转速n1 上上 下下结束结束电机与拖动电机与拖动21m21FFFFF 成成在在空空间间相相对对静静止止可可以以合合和和n1n11F2FmFn1上上 下下定转子电流通过该磁势平衡方程联系在一起。定转子电流通

15、过该磁势平衡方程联系在一起。结束结束注意注意:任何电机定转子电流产生的磁势在空间相对静止，任何电机定转子电流产生的磁势在空间相对静止，才能形成恒定的电磁转矩才能形成恒定的电磁转矩。电机与拖动电机与拖动三、电势平衡方程三、电势平衡方程定子：定子： 1.11.1.1.1xI jrIEU转子：转子：s2.s22.s2.s2xI jrIE r2jx2 s.s2I.s2Ef2r1jx1 +-.1U.1I.1Ef1静止静止旋转旋转i1.1E.1U.1E .2sEi2sf1f2等效电路等效电路:电机与拖动电机与拖动四、等效电路及相量图（单相）四、等效电路及相量图（单相）1、频率折算：、频率折算：将转子参数折

16、算到定子侧，需要进行将转子参数折算到定子侧，需要进行频率频率和和绕组折算绕组折算。 折算原则：折算原则：保证折算前后磁势不变，即相对定子保证折算前后磁势不变，即相对定子速度和大小不变。速度和大小不变。r2jx2 s.s2I.s2Ef2r1jx1 +-.1U.1I.1Ef1静止静止旋转旋转转子侧电量频率从转子侧电量频率从f2折算到折算到f1 。频率折算前转子频率折算前转子旋转旋转(f2)，但，但F2相对定子速度为相对定子速度为n1 。 频率折算后转子就变为频率折算后转子就变为静止静止(f1)，这样，这样F2相对定子相对定子速度能保证仍为速度能保证仍为n1 。频率从频率从f2折算到折算到f1，转子

17、就变为静止转子。转子就变为静止转子。电机与拖动电机与拖动频率折算前转子旋转（频率折算前转子旋转（ f2 ） ，但，但F2相对定子速相对定子速度为度为n1 。 频率折算后转子就变为静止（频率折算后转子就变为静止（ f1 ） ，这样，这样F2相相对定子速度能保证仍为对定子速度能保证仍为n1 。频率从频率从f2折算到折算到f1，转子就变为静止转子。转子就变为静止转子。上上 下下f2f1结束结束电机与拖动电机与拖动 要保证折算前后磁势不变，必须转子电流折要保证折算前后磁势不变，必须转子电流折算前后大小不变。算前后大小不变。r2jx2 s.s2I.s2Ef2旋转旋转折算前：折算前：s22s2s2jxrE

18、I. 222220222220s2x) s/r (E)sx(rsEI.2Ir2/sjx2 .20Ef1静止静止折算后：折算后： 22202jxs/rEI.折算后转子电路折算后转子电路电机与拖动电机与拖动.2Ir2/sjx2 .20Ef1静止静止 频率折算后转子电频率折算后转子电路中：电抗、电势为转路中：电抗、电势为转子开路时数值；电阻变子开路时数值；电阻变为为r2/s，增加了。，增加了。 频率折算前转子旋转，表示有机械功率输出；折频率折算前转子旋转，表示有机械功率输出；折算后静止，用电阻算后静止，用电阻r2/s上的部分电功率代替机械功率。上的部分电功率代替机械功率。 电阻电阻r2/s上电功率包

19、含转子铜耗和机械功率。可上电功率包含转子铜耗和机械功率。可以将其分离。即：以将其分离。即：222rss1rsr 转子内阻转子内阻代表机械功率的等效电阻代表机械功率的等效电阻.2Ir2jx2 .20Ef1静止静止2rss1 f2电机与拖动电机与拖动2、绕组折算、绕组折算m2N2kw21m1N1kw11i.2.2kII .2e.2EkE 2ie2ZkkZ 3、等效电路（、等效电路（单相单相） .2U.2Ir1jx1 rmjxm+-.1U.1I.1Er2 jx2 .2E +-.mIrss12 .1IR2/sjx2 .2I.2Er1jx1 +-.1U.1E电机与拖动电机与拖动4、相量图、相量图 .2U

20、.2Ir1jx1 rmjxm+-.1U.1I.1Er2 jx2 .2E +-.mIrss12 .m .1EI.2.mI.1I.1E .1U电机与拖动电机与拖动五、几种五、几种等效电路等效电路.2I .2Ur1jx1 rmjxm+-.1U.1I.1Er2 jx2 .2E +-.mIrss12 T型型.1I.2I r1jx1 rmjxm+-.1U.1Er2 jx2 .2E .2U+-.mIrss12 型型Z1电机与拖动电机与拖动第六节第六节 异步电动机的功率、转矩方程异步电动机的功率、转矩方程电机与拖动电机与拖动输入：输入：P1=m1U1I1cos 1电磁功率：电磁功率：Pem=m1E2 I2 c

21、os 2=m1 I2 2 (r2 /s)产生的总机械功率：产生的总机械功率：定子铜耗：定子铜耗：pcu1=m1I12 r1 ；铁耗：铁耗：pFe=m1Im2 rm ；一一 、异步电动机的功率关系、异步电动机的功率关系.2I .2Ur1jx1 rmjxm+-.1U.1I.1Er2 jx2 .2E +-.mIrss12 三相电机三相电机m1=3转子铜耗：转子铜耗：pcu2=m1I2 2 r2 = s Pem em2221mecp) s1(rss1Imp 电机与拖动电机与拖动输出功率：输出功率：P2=Pmec-pmec-ps =Pmec-p0 .2I .2Ur1jx1 rmjxm+-.1U.1I.1

22、Er2 jx2 .2E +-.mIrss12 摩擦损耗摩擦损耗附加损耗附加损耗空载损耗功率空载损耗功率功率流程图：功率流程图：P2P1pcu1PempFepcu2Pmecp0电机与拖动电机与拖动P2P1pcu1PempFepcu2Pmecp0电机效率：电机效率：%100)Pp1(%100PP112 电机总损耗：电机总损耗：02cuFe1cuppppp 电机与拖动电机与拖动 二、异步电动机的转矩关系二、异步电动机的转矩关系电动机电动机生产机械生产机械TemnTL =T2 +T0 稳定运行必稳定运行必须满足受力平衡。须满足受力平衡。1 、转矩平衡方程、转矩平衡方程Tem=TL =T2 +T0其中其

23、中T0 =Tmec +Ts摩擦损耗转矩摩擦损耗转矩附加损耗转矩附加损耗转矩2、电磁转矩、电磁转矩11)1()1( ememmecemPsPsPT 转子机械角速度：转子机械角速度：602n 磁场同步角速度：磁场同步角速度：60211n 电机与拖动电机与拖动2、输出转矩、空载转矩、输出转矩、空载转矩 22PT smecpppT 00三、电磁转矩公式三、电磁转矩公式60/2cos122211nIEmPPTemmecem pf60n11 2211111122211cos44.42cos2 IkNffpmIEfpmTmwem 22cos ICTmTem 22cos ICTmTem 电机与拖动电机与拖动第

24、第 二二 章章三 相 异 步 电 动 机 的 电 力 拖 动电机与拖动电机与拖动第一节第一节 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 电动机的转速与电磁转矩的关系，即电动机的转速与电磁转矩的关系，即n=f(Tem)称为电动机的机械特性。称为电动机的机械特性。 在在UN， fN， Ra=0的额定条件下，的额定条件下，n=f(Tem)称称为电动机的固有机械特性（自然机械特性）。在为电动机的固有机械特性（自然机械特性）。在非额定条件下，非额定条件下，n=f(Tem)称为电动机的人工机械称为电动机的人工机械特性。特性。一、自然机械特性一、自然机械特性1、 Tem =f（S）曲线）曲线因为因为

25、 n=(1-s)n1，所以机械特性，所以机械特性，可以通过可以通过Tem =f（S） 曲线得到。曲线得到。电机与拖动电机与拖动.2Ir1jx1 +-.1U.1Ir2 jx2 rss12 电磁功率：电磁功率：Pem=m1 I2 2 (r2 /s)srx) s/ rr (UmP2k2212121em 电磁转矩为：电磁转矩为：kememxsrrsrUfpmPT2212212111)/ (2 电磁转矩参数表达式电磁转矩参数表达式由公式可以得出由公式可以得出Tem=f(s)曲线曲线pfpfn1111260/602602电机与拖动电机与拖动kemxsrrsrUfpmT221221211)/ (2 1）当当

26、S较小时，分较小时，分母中母中 r2 /s数值较大。数值较大。sksrsrUfpmTem )/ (22221211 2）当当S较大时，分较大时，分母中母中r2 /s数值较小。数值较小。skxrsrUfpmTkem1221221211 起动点起动点临界转差率临界转差率最大值点最大值点同步点同步点TemS0smTmax1Tk电机与拖动电机与拖动由由n=(1-s)n1，可以从，可以从Tem-S曲线，计算出机械特性。曲线，计算出机械特性。Temno o同步点：同步点：s=0,Tem=0;n=(1-s)n1=n1, Tem=0;n1额定点：额定点：s= sN ,Tem=TN;n=(1- sN)n1=nN

27、, Tem=TN;TNnNTk最大值点：最大值点：s= sm ,Tem=Tmax;n=(1- sm)n1=nm, Tem=Tmax;Tmax起动点：起动点：s= 1 ,Tem=Tk;n=(1- sm)n1=0, Tem=Tk;TemSO1smTmaxTksNTN2、n=f(Tem)曲线曲线电机与拖动电机与拖动二、最大电磁转矩和过载能力二、最大电磁转矩和过载能力 决定电动机短时带负载能力决定电动机短时带负载能力的物理量是的物理量是Tmax和过载能力和过载能力 （最大转矩倍数）最大转矩倍数） 。) 5 . 26 . 1(max NTTkemxsrrsrUfpmT221221211)/ (2 得得出

28、出最最大大值值点点由由0 dsdTemk2k12mxrxrrs22 TemnOn1TNTkTmax电机与拖动电机与拖动k2k12mxrxrrs22 k1121k21211211maxxf4UpmxrrUf4pmT 式中式中“+”为电动状态，为电动状态，“-”为发电状态为发电状态结论：结论： 1、Sm与电压无关，与转子电阻成正比。与电压无关，与转子电阻成正比。2、Tmax与电压平方成正比，与转子电阻无关。与电压平方成正比，与转子电阻无关。3、 一般设计为一般设计为1.62.5。4、 忽略空载损耗时忽略空载损耗时)602/(NNNemnPTT Temn0n1TNTkTmax电机与拖动电机与拖动三、

29、起动电磁三、起动电磁转转矩矩kemxsrrsrUfpmT221221211)/ (2 起动时起动时n=0，s=1kkxrrrUfpmT221221211) (2 结论：结论： 1、Tk与电压平方成正比。与转子电阻有关。与电压平方成正比。与转子电阻有关。2、f1增加增加Tk减小。减小。3、起动、起动转转矩倍数矩倍数i =Tk /TN。一般设计为一般设计为0.82.0。电磁转矩电磁转矩Temn0n1TNTkTmax电机与拖动电机与拖动四、电磁转矩实用公式四、电磁转矩实用公式ssssTssssTTmmNmmem22max在知道电机在知道电机额定值和一些技术数据额定值和一些技术数据 (PN,nN, )

30、时，利用时，利用实用公式可以计算实用公式可以计算Tem与与S(或或n)的关系的关系。)602/(NNNemNnPTT忽略忽略T0：将将TN 、SN代入实用公式可计算出代入实用公式可计算出Sm)1(2NmssTemSO1smTmaxTksNTN电机与拖动电机与拖动五、人工机械特性五、人工机械特性1、降压人工机械特性、降压人工机械特性kemxsrrsrUfpmT221221211)/ (2 与自然特性比较，特性与自然特性比较，特性变软；变软；S相同点相同点，Tem随随U成成平方减小平方减小。 Sm未变。未变。 降压时降压时Tmax 、Tk下降，会下降，会影响电机稳定运行和起动。影响电机稳定运行和起

31、动。降压特性降压特性SmTemn0n1TNTkTmax自然特性自然特性kmxrs2kxfUpmT1121max4电机与拖动电机与拖动 例：设当例：设当U1=UN时，时， Tk=1.1TN ， Tmax=2TN,能满能满载起动并运行。载起动并运行。当当U1=0.8UN时，时， Tk=0.8 0.8 1.1TN =0.704TN， Tmax= 0.8 0.8 2TN=1.28TN, 此时不能满载起动此时不能满载起动,但能但能满载运行。满载运行。 降压时降压时Tmax 、Tk下降，会下降，会影响电机稳定运行和起动。影响电机稳定运行和起动。当当U1=0.7UN时，时， Tk=0.7 0.7 1.1TN

32、 =0.539TN， Tmax= 0.7 0.7 2TN=0.98TN, 此时不能满载起动和运此时不能满载起动和运行。行。SmTemn0n1TLNTmax自然特性自然特性电机与拖动电机与拖动2、定子外串对称阻抗人工机械特性、定子外串对称阻抗人工机械特性222121211)/(2kemxsrrsrUfpmT 相当于定子阻抗变大：相当于定子阻抗变大：该人工机械特性与降压该人工机械特性与降压特性类似。特性类似。k12mxrrs22 人工特性人工特性Temnon1TNTkTmax自然特性自然特性电机与拖动电机与拖动3、绕线式转子外串电阻、绕线式转子外串电阻Ra人工机械特性人工机械特性kaaemxsRr

33、rsRrUfpmT221221211)/ )(2 kemxsrrsrUfpmT221221211)/ (2 在在U,f相同条件下，产生相同力矩相同条件下，产生相同力矩(Tem=Tem )必须必须2222sRrsrsRrsraa 或或电阻实际值电阻实际值 可见，转子串电阻后，其它条件不变时，可见，转子串电阻后，其它条件不变时，产生相同产生相同Tem(负载转矩不变负载转矩不变)，S会增加，即会增加，即n会会减小。减小。电机与拖动电机与拖动转子串电阻特性为：转子串电阻特性为：与自然特性比较：与自然特性比较：1）特性变软；）特性变软；2） Tmax不变，不变， Sm变大；变大；3） Tem相同点满足：

34、相同点满足：2222sRrsrsRrsraa或Temnon1TNTkTmax自然特性自然特性串电阻特性串电阻特性ABkmxrs2kxfUpmT1121max4电机与拖动电机与拖动4、变频人工机械特性、变频人工机械特性变变f1一般往小于一般往小于fN变变m11w111kNf44. 4E 励磁电流会大大增加，电机发热严重，可能损励磁电流会大大增加，电机发热严重，可能损坏电机。坏电机。变变f1一定要变压，保证磁通不变。一定要变压，保证磁通不变。常常数数 11fEpf60n11 变变f1特性为与自然特性平特性为与自然特性平行的曲线行的曲线。Temn0n1TNTkTmax自然特性自然特性变频特性变频特性

35、常常数数或或 11fU电机与拖动电机与拖动第二节第二节 笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动一、起动要求一、起动要求电动机的起动指定子接通电网，转速从电动机的起动指定子接通电网，转速从n=0到到n=nN 。起动要求：起动要求： 1） 起动力矩起动力矩Tk尽可能的大；尽可能的大；2） 起动电流起动电流Ik尽可能的小；尽可能的小；在满足在满足Tk足够大的条件下，尽量减少足够大的条件下，尽量减少Ik 。3） 起动设备尽可能的简单。起动设备尽可能的简单。电机与拖动电机与拖动二、直接起动二、直接起动kI.rkjxk+-NU.直接起动瞬间，直接起动瞬间，n=0,s=1;相当相当于堵转于堵转.NKNkI

36、ZUI11)74( 直接起动电流大，其危害直接起动电流大，其危害1）使电网）使电网U降低，影响其降低，影响其 它设备运行。（主害）它设备运行。（主害）2）本身发热严重，绝缘）本身发热严重，绝缘 易损坏。易损坏。直接起动操作简单，当供电变压器的容量足够大，电网直接起动操作简单，当供电变压器的容量足够大，电网U下降不大，可以采用直接起动。但当直接起动电流太下降不大，可以采用直接起动。但当直接起动电流太大，就需采用降压起动，限制大，就需采用降压起动，限制Ik。电机与拖动电机与拖动直接起动操作简单，当供电变压器的容量足够大直接起动操作简单，当供电变压器的容量足够大，电网，电网U下降不大，可以采用直接起

37、动。但当直下降不大，可以采用直接起动。但当直接起动电流太大，就需采用降压起动，限制接起动电流太大，就需采用降压起动，限制Ik。U1V1W1其他用电设备其他用电设备K电机与拖动电机与拖动三、降压起动三、降压起动21UTem U1Tk 降压起动降压起动,只适合对起只适合对起动转矩要求不高的场合。动转矩要求不高的场合。降压起动常用的方法有：降压起动常用的方法有：大型车床大型车床1）定子串电抗起动；）定子串电抗起动；2）星）星-三角起动；三角起动；3）自耦变压器降压起动。）自耦变压器降压起动。电机与拖动电机与拖动1、定子串电抗起动、定子串电抗起动 定子串电抗，来降定子串电抗，来降低定子绕组电压。低定子

38、绕组电压。当定子绕组直接加当定子绕组直接加U1N时：时：kNkNzUI31 21NkNUcT 定子串电抗后，定子绕组上电压减小为：定子串电抗后，定子绕组上电压减小为：U1 =U1N/kkIzUIkNkk 31221kTUcTkNk 特点：特点： 起动设备简单；投资少；起动力矩小，适用起动设备简单；投资少；起动力矩小，适用 轻、空载起动。轻、空载起动。不不采用定子串电阻降压起动。采用定子串电阻降压起动。jx.NUABCjxjx定子绕组定子绕组U1电机与拖动电机与拖动2、星、星-三角（三角（Y- ）起动）起动电机运行为电机运行为 接；接；起动时可以起动时可以Y接，来降低绕组相接，来降低绕组相U。A

39、BC.NU.NUABC 直接直接起动起动)(31线线值值kNkzUI 21NkUcT Y接接起动，绕组起动，绕组相电压相电压为：为：3UUN11 331 kkNkYIzUI321kkYTUcT特点：特点：起动设备简单；力矩小，适用轻、起动设备简单；力矩小，适用轻、空载起动，且电机运行应为空载起动，且电机运行应为 接。接。电机与拖动电机与拖动3、自耦变压器降压起动、自耦变压器降压起动A.NUUkIk2Ik1直接起动直接起动U1 =U1NkNkNzUI1 21NkNUcT 自耦变压器降压为自耦变压器降压为ka倍电压起动倍电压起动原边原边U1 =U1N ，付边付边Uk =U1N/ ka电机定子电流：

40、电机定子电流：akNkaN12kkIzk/UI 自耦变压器原边电流：自耦变压器原边电流：21akNkkII221akNkkTUcT特点：变比可调，适用范围广；投资大，设备复杂。特点：变比可调，适用范围广；投资大，设备复杂。电机与拖动电机与拖动第三节第三节 绕线异步电动机的起动绕线异步电动机的起动一、转子串三相对称电阻起动一、转子串三相对称电阻起动 转子串电阻后，限制转子串电阻后，限制Ik，且增，且增加了加了Tk 。ikNkRzUI 122cos ICTTk 起动过程：起动过程：转子先串入全部电阻，定子再加额定电压；转子先串入全部电阻，定子再加额定电压；随着转速的增加，逐步切除电阻；随着转速的增

41、加，逐步切除电阻；起动完毕，切除所有电阻。起动完毕，切除所有电阻。R45 R34 R23 R12 r r2R4R3R2R1Rpr电机与拖动电机与拖动R45 R34 R23 R12 r r2R4R3R2R1Rpr1、起动过程：、起动过程： Tl Tb Tk Ta TmaxRprr2R4R3R2n1nedcbR1a TemoR12=R1-R2R34=R3-R4R23=R2-R3R45=R4-R5 Ta ：启动转矩上限：启动转矩上限 Tb ：启动转矩下限：启动转矩下限电机与拖动电机与拖动二、转子串频敏变阻器起动二、转子串频敏变阻器起动1、频敏变阻器的结构特点、频敏变阻器的结构特点它是只有原边的芯式变

42、压器。它是只有原边的芯式变压器。 1）匝数少，目的匝数少，目的突出突出rm ； 2）铁芯用厚钢板组成，目铁芯用厚钢板组成，目的增加铁耗，的增加铁耗，rm大大； 3）B较高，目的较高，目的突出突出rm 。rmjxm小小大大2、作用原理、作用原理起动时起动时f2 很大、且很大、且I2大大B高高很大很大很大很大mFer,fBp6 . 12 限制了限制了Ik，且增加了，且增加了Tk ；f2=sf1I2pFerm随着随着n 相当于随着转速相当于随着转速n升高，转子电阻自动切除；起动升高，转子电阻自动切除；起动完后，将频敏变阻器切除。完后，将频敏变阻器切除。电机与拖动电机与拖动第四节第四节 深槽和双笼异步

43、电动机的起动深槽和双笼异步电动机的起动一、深槽异步电动机一、深槽异步电动机1、转子槽结构、转子槽结构槽高槽高/槽宽槽宽=10202、特点、特点 将转子导体看成小导体将转子导体看成小导体并联组成，当有并联组成，当有I2时，漏磁时，漏磁通分布如图。通分布如图。底部漏电抗底部漏电抗X大大iL 起动时起动时f2 很大，转子漏电抗比电阻大很多，很大，转子漏电抗比电阻大很多， I2大大小由小由X决定；由于决定；由于底部漏电抗底部漏电抗X大，大， I2被挤到槽口，被挤到槽口，该现象称为集肤效应。该现象称为集肤效应。电流密度分布如图。电流密度分布如图。Jh电机与拖动电机与拖动Jh 由于集肤效应作用，由于集肤效

44、应作用， I2被挤到槽口，转子导体的有被挤到槽口，转子导体的有效面积被减小，转子电阻增效面积被减小，转子电阻增加，起动性能改善。加，起动性能改善。 随着随着n升高，升高，f2变小，变小，漏电抗漏电抗变小，集肤效应消变小，集肤效应消失，失， I2分布均匀，转子电分布均匀，转子电阻减小。阻减小。 缺点：转子槽深，其漏缺点：转子槽深，其漏电抗比普通笼型电机大。电抗比普通笼型电机大。 电机与拖动电机与拖动二、双笼异步电动机二、双笼异步电动机1、转子槽结构、转子槽结构2、特点、特点分上下两笼。分上下两笼。下笼，电阻小下笼，电阻小3、工作原理、工作原理 与深槽异步电动机一样。由于集肤效应作用，与深槽异步电

45、动机一样。由于集肤效应作用， I2被挤到上笼，转子电阻增大，起动性能改善。被挤到上笼，转子电阻增大，起动性能改善。 起动时电流主要通过上笼，故上笼称为起动笼；起动时电流主要通过上笼，故上笼称为起动笼；运行时电流主要由下笼通过，故下笼称为运行笼。运行时电流主要由下笼通过，故下笼称为运行笼。上笼，电阻大上笼，电阻大电机与拖动电机与拖动第五节第五节 异步电动机的调速异步电动机的调速一、调速方法一、调速方法pf60) s1(n) s1(n11 1、变极调速；、变极调速； 2、变频调速；、变频调速；3、变转差率、变转差率S调速调速1)改变定子电压改变定子电压U1调速；调速；2)在定子绕组中串入阻抗，改变

46、在定子绕组中串入阻抗，改变Z1调速；调速；3)在绕线式，转子绕组中串入电阻，改变在绕线式，转子绕组中串入电阻，改变r2调速；调速； 4)在绕线式，转子绕组中串入在绕线式，转子绕组中串入f2 =sf1的外加电动势，的外加电动势，叫串级调速。叫串级调速。电机与拖动电机与拖动二、变极调速二、变极调速1、变极方法、变极方法1）定子放两套不同）定子放两套不同P的绕组。的绕组。2）定子放一套绕组，通过改变连）定子放一套绕组，通过改变连接方法，得到不同接方法，得到不同P。2、调速原理、调速原理pf60) s1(n) s1(n11 p=1p=2n1BATLn1nOTem3、特点、特点 1）变极调速只）变极调速

47、只适用笼型适用笼型机，其转子机，其转子P可自动变化。可自动变化。2）设备简单。）设备简单。3）只能调两个或三个转速。）只能调两个或三个转速。电机与拖动电机与拖动三、变频调速三、变频调速1、调速原理、调速原理pf60) s1(n) s1(n11 2、低于基频变频调速、低于基频变频调速为了保持为了保持 m不变，变不变，变f时必须变压，即：时必须变压，即：常数常数 11fUf2特性特性CBATLn1noTemfN特性特性f1特性特性Tmax相同，特性平行。相同，特性平行。CfUkxf4pUmT2121k1211max m不变属于恒转矩调速。不变属于恒转矩调速。电机与拖动电机与拖动3、高于基频变频调速

48、、高于基频变频调速高于基频变频调速，应保持高于基频变频调速，应保持U1 =U1N不变；不变； f1增加时，增加时， m将减将减小，相当于弱磁调速。小，相当于弱磁调速。m11w111kNf44. 4U 1212k1121maxfUkxf4UpmT CBATLn1noTemfN特性特性f1特性特性f2特性特性高于基频调速高于基频调速调速时保持调速时保持I2 =I2N，则，则22mTcosICT ememTP高于基频变频调速，属于恒功率调速。高于基频变频调速，属于恒功率调速。电机与拖动电机与拖动4、变、变f调速特点调速特点1）低于基频调速，应保持）低于基频调速，应保持U1/f1 =常数，属于恒转常数

49、，属于恒转 矩调速。矩调速。2）高于基频调速，应保持）高于基频调速，应保持U1=U1N，属于恒功率，属于恒功率 调速。调速。3）机械特性平行，特性硬，调速范围宽。）机械特性平行，特性硬，调速范围宽。4）效率高。）效率高。5）控制设备复杂。）控制设备复杂。 索道索道 电机与拖动电机与拖动四、改变定子电压调速四、改变定子电压调速1、调速原理、调速原理恒转矩负载时：恒转矩负载时：U1 m22cos ICTmTem TLnE2sI2sTem直到直到Tem=TL，电机，电机n重新稳定重新稳定n减小减小2、机械特性、机械特性DBATLn1n0Tem自然特性自然特性UN降低降低UC 恒转矩负载，变定恒转矩负

50、载，变定子电压子电压U1调速范围小。调速范围小。 风机负载，变定子风机负载，变定子电压电压U1调速效果明显。调速效果明显。电机与拖动电机与拖动五、绕线式转子串电阻调速五、绕线式转子串电阻调速1、调速原理、调速原理恒转矩负载时：恒转矩负载时：r2I2s22cos ICTmTem TLnE2sI2sTem直到直到Tem=TL，电机，电机n重新稳定重新稳定,n减小减小2、机械特性、机械特性nTemTNr2R2R1ABC 恒转矩负载，调速前恒转矩负载，调速前后稳定工作点有后稳定工作点有:B1A2sRsr 电机与拖动电机与拖动nTemTNr2R2R1ABC3、特点、特点 串电阻越大串电阻越大,特性越软特

51、性越软,稳定性差稳定性差;2) 轻、空载不能调速轻、空载不能调速;3) 调速不平滑调速不平滑;4) 损耗大，效率低损耗大，效率低;5) 运行可靠，操作简单。运行可靠，操作简单。电机与拖动电机与拖动第六节第六节 异步电动机的制动异步电动机的制动 电动机生产机械TemnTL电动机生产机械TemnTL 电动状态电动状态 制动状态制动状态电动机制动的目的：停车；限速。电动机制动的目的：停车；限速。电动机制动的方法有：机械制动；电磁制动。电动机制动的方法有：机械制动；电磁制动。电磁制动分：能耗制动；发电制动；反接制动。电磁制动分：能耗制动；发电制动；反接制动。电机与拖动电机与拖动一、反接制动一、反接制动

52、规定转速正方向：规定转速正方向：n1如图。当如图。当n与与n1方向相反则方向相反则n0。1、正接反转制动（倒拉反转）、正接反转制动（倒拉反转） 用于用于绕线式绕线式电机，电机，低速低速下下放重物。放重物。 电源接线与正转电动一样，电源接线与正转电动一样，但转子串大电阻。但转子串大电阻。NSn1TemnTL 由于转子串大电阻，由于转子串大电阻，Temk TL ，电机，电机反转反转(n1)。随着随着nE2sI2sTem=kI2sTem=TL稳定稳定电机与拖动电机与拖动正接反转制动（倒拉反转）机械特性正接反转制动（倒拉反转）机械特性 自然特性与倒拉反转特自然特性与倒拉反转特性上性上A、B点点Tem相

53、等，有：相等，有：Bc2A2sRrsr 注意：注意：倒拉反转工作于第四象限；倒拉反转工作于第四象限；Tem0;n1。1B1Bn)n(ns -n0BATLn1nTkTmaxTem自然特性自然特性串串Ra特性特性电机与拖动电机与拖动能量分析：能量分析：0sRr)I (mPc2221em 电机仍从电网吸收能量。电机仍从电网吸收能量。0s)Rr)(s1()I(mPc2221mec 电机将机械能转换为电能。电机将机械能转换为电能。mecemmecemem2cuPPPPsPp 转子电阻总损耗：转子电阻总损耗：电机与拖动电机与拖动2、反接线制动、反接线制动 电机正转时，为了停车，将定子接线任意电机正转时，为了停车，将定子接线任意对调两对调两相相，使，使n1反向反向(01nNSn1TL电动机状态电动机状态Temn1反接线制动状态反接线制动状态NSnTLTem电机与拖动电机与拖动反接线制动反接线制动机械特性机械特性-TL-n10BATLn1nTmaxTem反接线制动过程：反接线制动过程： 反接线制动在反接线制动在第二象第二象限限；n=0