第五章异步电机1

1、5.4 三相异步电动机的启动与调速三相异步电动机的启动与调速5.4.15.4.1异步电动机的启动异步电动机的启动一、直接启动一、直接启动直接启动适用小容量电动机带轻载的情况，一般规定：直接启动适用小容量电动机带轻载的情况，一般规定：1、对于经常启动的电动机，启动时引起的母线电压降不大、对于经常启动的电动机，启动时引起的母线电压降不大于于10%；2、对于偶尔启动的电动机，启动时引起的母线电压降不大、对于偶尔启动的电动机，启动时引起的母线电压降不大于于15%。 1)、Tst/TstN=0.852=0.732 2)、Tem=1.6*0.852TemN=1.156TemN 对于额定电压为对于额定电压为

2、380V的电机，当的电机，当PN7.5KW时，可以直接启时，可以直接启动。动。经验公式：经验公式：）电动机容量（）供电变压器总容量（kWkVAIIKNstst341二、降压启动二、降压启动降压启动适用于容量大于或等于降压启动适用于容量大于或等于20KW并带轻载的工况。并带轻载的工况。st1 1、定子串电抗降压启动、定子串电抗降压启动 性能：Ist与Ux成正比，Tst与成正比减小。 特点：设备简单，运行可靠，串电抗时能量损耗小，串电阻时转子电路功率因数高，Tst比Ist减小得更多。 适用场合：适用于空载或载轻起动的电动机。1 1）定子绕组串电阻（电抗）启动控制）定子绕组串电阻（电抗）启动控制1.

3、定子串电阻降压自动启动控制线路定子串电阻降压自动启动控制线路FU1KM1QS主电路主电路M3FRL1L3L2KM2RFRSB2SB1KM1KTKTKM1KM2KM2KM1KM2控制电路控制电路电气原理图电气原理图工作原理工作原理合上电源开关合上电源开关按下按钮按下按钮SB1KM1、KT线圈通电线圈通电M串电阻降压启动串电阻降压启动KT延时延时KM2线圈通电，线圈通电，KM1、KT线圈断电线圈断电M全压运行全压运行2、Y-降压启动降压启动 性能： ， 。 特点：设备简单、体积小、重量轻、无损耗、运行可靠、维护简单、起动电流小，但起动转矩小，且只能用于正常运行时为接法的电动机。 适用场合：适用于空

4、载起动且正常运行时为接法的电动机。ststTT31ststII31电气原理图电气原理图电源接触电源接触器器星形接法星形接法接触器接触器三角形接三角形接法接触器法接触器QSFRV1MU1W2FU1V23KM2KM3KM1W1U2L1 L2 L3主电路主电路工作原理工作原理Y降压启动控制降压启动控制2 2）自耦变压器降压启动）自耦变压器降压启动M3FU1KM3FRQSL1L3L2TKM1KM2主电路主电路电气原理图电气原理图正常运行正常运行接触器接触器变压器星变压器星点接触器点接触器变压器电变压器电源接触器源接触器 三、采用高启动转矩异步电动机三、采用高启动转矩异步电动机对于小容量电动机带重载工况

5、对于小容量电动机带重载工况四、采用绕线式异步电动机四、采用绕线式异步电动机（一）转子回路串电阻起动（一）转子回路串电阻起动性能：性能：Ist且且Tst。特点：特点：电动机结构复杂，起动方法比较简单，起动电流电动机结构复杂，起动方法比较简单，起动电流Ist小，起动转矩小，起动转矩Tst大。大。适用场合：适用场合：适用于功率较大重载起动的电动机。适用于功率较大重载起动的电动机。（二）转子串联频敏变阻器起动（二）转子串联频敏变阻器起动方法：方法：频敏变阻器的结构和工作原理。频敏变阻器的结构和工作原理。性能：性能：随着随着n的上升，频敏变阻器的等效电阻逐步下降，相当于转子电路串接电阻随的上升，频敏变阻

6、器的等效电阻逐步下降，相当于转子电路串接电阻随n的上的上 升自动相应减小，以使起动过程中，起动转矩大且较稳定，起动过程快且平稳。升自动相应减小，以使起动过程中，起动转矩大且较稳定，起动过程快且平稳。特点：特点：结构简单、价格便宜、起动性能好、便于自动操作，结构简单、价格便宜、起动性能好、便于自动操作，Ist和和Tst可调。可调。适用场合：适用场合：适用于频繁起动的绕线型异步电动机。适用于频繁起动的绕线型异步电动机。 绕线异步电动机的优点：绕线异步电动机的优点：可以在转子绕组中串接电阻可以在转子绕组中串接电阻来改善电动机的机械特性，来改善电动机的机械特性，从而达到减小启动电流、增从而达到减小启动

7、电流、增大启动转矩及平滑调速之目大启动转矩及平滑调速之目的。的。 绕线异步电动机降压启动原理：绕线异步电动机降压启动原理： 起动时，在转子回路中串入三相起动变阻器，并把起动时，在转子回路中串入三相起动变阻器，并把起动电阻调到最大值，以减小起动电流，增大起动转起动电阻调到最大值，以减小起动电流，增大起动转矩。随着电动机转速的升高，起动电阻逐级减小。矩。随着电动机转速的升高，起动电阻逐级减小。 起动完毕后，起动电阻减小到零，转子绕组被短接，起动完毕后，起动电阻减小到零，转子绕组被短接，电动机在额定状态下运行。电动机在额定状态下运行。 1.按钮操作控制按钮操作控制一、转子绕组串电阻启动一、转子绕组串

8、电阻启动控制线路控制线路电气原理图：电气原理图：工作原理：工作原理：用按钮逐级切除用按钮逐级切除 启动电阻启动电阻启动启动电阻电阻缺点缺点操作不便操作不便主电路主电路L1QSL2KM1L3FRKMMFU1KM3R2R3KM2R13控制电路控制电路FU2SB1SB5KMSB2SB3SB4KM1KM2KM3FRKM1 KM2KM3KM电源电源接触器接触器短接电阻短接电阻接触器接触器 停机制动类型：停机制动类型：常用的电气制动：常用的电气制动：反接制动反接制动能耗制动能耗制动电磁机械制动电磁机械制动-电磁铁操纵机械进电磁铁操纵机械进 行制动行制动电气制动电气制动-电动机产生一个与转子转动电动机产生一

9、个与转子转动方向相反的力矩来进行制动方向相反的力矩来进行制动 电磁抱闸结构示意图电磁抱闸结构示意图1电磁抱闸制动电磁抱闸制动制动电阻的接线方法制动电阻的接线方法:一一、反接制动、反接制动原理：原理：要求：要求： 对称接法对称接法不对称接法不对称接法改变电动机电源改变电动机电源相序相序，使定子绕组产生，使定子绕组产生反向反向的的旋转磁场，形成旋转磁场，形成制动转矩制动转矩。10kW10kW以上电动机的定子电路中串入反接制动电以上电动机的定子电路中串入反接制动电 阻，阻，转速接近于零时，及时切断反相序电源转速接近于零时，及时切断反相序电源, ,防防止反向再起动。止反向再起动。 单向反接制动的控制单

10、向反接制动的控制电气原理图：电气原理图：速度继电器速度继电器 关键是电动机电源相序的改变，且当转速下降接近于零关键是电动机电源相序的改变，且当转速下降接近于零时，能自动将电源切除。时，能自动将电源切除。 单向反接制动的控制单向反接制动的控制工作原理：工作原理： 电动机正常运转时，电动机正常运转时，KM1KM1通电吸合，通电吸合，KSKS的常开触点闭合，的常开触点闭合，为反接制动作准备。为反接制动作准备。 按下停止按钮按下停止按钮SB1SB1，KM1KM1断电，电动机定子绕组脱离三相电断电，电动机定子绕组脱离三相电源，电动机因惯性仍以很高速度旋转，源，电动机因惯性仍以很高速度旋转，KSKS常开触

11、点仍保持闭常开触点仍保持闭合，将合，将SB1SB1按到底，使按到底，使SB1SB1常开触点闭合，常开触点闭合，KM2KM2通电并自锁，电通电并自锁，电动机定子串接电阻接上反相序电源，进入反接制动状态。电动机定子串接电阻接上反相序电源，进入反接制动状态。电动机转速迅速下降，当电动机转速接近动机转速迅速下降，当电动机转速接近100r/min100r/min时，时，KSKS常开常开触点复位，触点复位，KM2KM2断电，电动机断电，反接制动结束。断电，电动机断电，反接制动结束。特点（与反接制动相比）：特点（与反接制动相比）：消耗的能量小，其制动电流要小得多；消耗的能量小，其制动电流要小得多；适用于电动

12、机能量较大，要求制动平稳和制动频适用于电动机能量较大，要求制动平稳和制动频 繁的场合；繁的场合；能耗制动需要直流电源整流装置。能耗制动需要直流电源整流装置。 4.4.能耗制动能耗制动原理：电动机脱离三相交流电源后，在定子绕组加原理：电动机脱离三相交流电源后，在定子绕组加 直流电源，以产生起阻止旋转作用的静止磁直流电源，以产生起阻止旋转作用的静止磁 场，达到制动的目的。场，达到制动的目的。 单向能耗制动控制单向能耗制动控制按时间原则控制按时间原则控制单向运行接触器单向运行接触器能耗制动接触器能耗制动接触器桥式整流电路桥式整流电路5.4.3异步电动机的调速异步电动机的调速转速表达式：转速表达式：

13、)1 (60)1 (0spfsnn调速方法：调速方法： 改变电源频率改变电源频率f 改变转差率改变转差率s 改变磁极对数改变磁极对数p5.4.3异步电动机的调速异步电动机的调速 一、变一、变 极调速极调速方法：改变定子绕组接法方法：改变定子绕组接法将每相定子绕组分成两个将每相定子绕组分成两个“半相绕组半相绕组”，改变它，改变它们之间的接法，使且中一个们之间的接法，使且中一个“半相绕组半相绕组”中的电流反向。极对数就成倍改变。中的电流反向。极对数就成倍改变。如图如图616所示，所示，a）图为）图为4极，极，b）和）和c）图变为）图变为2极。三相绕组同时改接。但极。三相绕组同时改接。但要注意，极数

14、成倍变化时，必须同时改变出线端的相序（如将要注意，极数成倍变化时，必须同时改变出线端的相序（如将V、W对调）。对调）。例如极对数由例如极对数由p变为变为2p时，时，V相绕组与相绕组与U相的相位差变为相的相位差变为2400，W相与相与U相相相相位差位差4800，相当于，相当于1200，如果不改变电源相序，电动机将反转。另外，由于，如果不改变电源相序，电动机将反转。另外，由于绕线式转子绕组不易改变极对数而笼型转子绕阻的极对数总与定子绕组的极绕线式转子绕组不易改变极对数而笼型转子绕阻的极对数总与定子绕组的极对数相同，所以变频调速只能用于笼型异步电动机。对数相同，所以变频调速只能用于笼型异步电动机。

15、YYY变极调速的容许输出： Y接容许输出功率和容许输出转矩分别为 YY接容许输出功率和容许输出转矩分别为 可见可见Y 变频调速方法属于恒转矩调速方式。变频调速方法属于恒转矩调速方式。 YY变极调速绕组改接方法如图617 b）所示。接时的最大转矩mYYmYXmTTXXRRUmfpT233)()3(22212212112111cos3NXYIUP 095509550nPnPTYYYYYNXYYPIUP2cos)2(31YYYYYYYYTnPnPT02295509550故故YY变极调速的机械特性如图变极调速的机械特性如图618 b)所示。所示。接时的容许输出功率接时的容许输出功率YYYYYYYNXP

16、PPPIUP866. 0233cos)3( 31可见可见YY变极调速方法近似为恒功率调速方法。变极调速方法近似为恒功率调速方法。 但从额定频率往上调时，电压不容许按比例上升而只能但从额定频率往上调时，电压不容许按比例上升而只能保持额定，此时，保持额定，此时，f1越高，越高，越弱，容许输出的转矩越小，越弱，容许输出的转矩越小，而输出转速越高，为恒功率调速方式。而输出转速越高，为恒功率调速方式。保持不变，就要保持为定值，即改变f1的同时按比例改变UX，这时电动机容许输出的转矩不变，为恒转矩调速方式。 二、变频调速二、变频调速 改变f1，即改变n0，从而调节n 。变频调速时，一般希望磁通保持不变。因

17、为 或 都不利。根据11144. 4wXXkWfEUNN1fUX为使一般在额定频率往下调时，采取这种调速方式。一般在额定频率往下调时，采取这种调速方式。 5.6 单相异步电动机单相异步电动机一、一、 单相异步电动机的工作原理单相异步电动机的工作原理结构：结构：定子放单相绕组（其中通定子放单相绕组（其中通220V单相交流电）单相交流电） 转子一般用鼠笼式。转子一般用鼠笼式。定子定子转子转子定子定子绕组绕组1it220V1i NS 当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反和左手定则，可知转子导

18、条左、右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩。，所以没有起动转矩。在电流正半周在电流正半周在电流负半周在电流负半周？转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方 向继续转动。向继续转动。其原理分析如下：其原理分析如下： 定子绕组产生的脉动磁场（定子绕组产生的脉动磁场（ ），可用），可用正、反两个正、反两个旋转磁场合成而等效。即：旋转磁场合成而等效。即：- + -t m = + -= m/2脉动磁场的分解脉动磁场的分解 - + + - 02s121ss1T2T正反向旋转磁场的合成转矩特性正反向旋转磁场的合成转矩特性合成转矩合成转矩s起动转矩起动转矩为零。

19、为零。01s22s21s（正向）（正向）（反向）（反向）正正转转转转反反电容分相式起动电容分相式起动二、单相异步电动机的起动二、单相异步电动机的起动KDU1I2ICWSTW: 主绕组（工作绕组）主绕组（工作绕组）ST：启动绕组：启动绕组K：离心开关：离心开关AXAXWSTAXAXKDU1I2ICWSTU1I2I12接近接近90电容分相式单相异步电容分相式单相异步 电动机起动原理电动机起动原理1it2i1it2iKDU1I2ICWSTAXAX WSTAXAXt=t0 NS1it2it=t0WSTAXAX NSWSTAXAXNSt=t1 磁场逆时针磁场逆时针方向旋转方向旋转t=t0t=t1启动时开

20、关启动时开关K闭合，使两绕组电流相位差约闭合，使两绕组电流相位差约为为90，从而产生旋转磁场，电机转起来；，从而产生旋转磁场，电机转起来；转动正常以后离心开关被甩开，启动绕组被转动正常以后离心开关被甩开，启动绕组被切断，而电机仍按原方向继续转动。切断，而电机仍按原方向继续转动。工作原理工作原理KDU1I2ICWSTAXAX罩极式单相电机罩极式单相电机定子定子磁极磁极转子转子短路短路环环 定子通入电流以后，部分磁定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有