第6章 三相异步电动机电力拖动20111022

1、6.1 6.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性; ;6.2 6.2 三相异步电动机的起动；三相异步电动机的起动；6.3 6.3 三相异步电动机的调速；三相异步电动机的调速；6.4 6.4 三相异步电动机的制动状态；三相异步电动机的制动状态；6.5 6.5 绕线式电动机进行调速和制动时绕线式电动机进行调速和制动时其电阻和转速的计算。其电阻和转速的计算。6.1.16.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式三相异步电动机机械特性的三种表达式 三相异步电动机的机械特性是指定子电压、频率及绕组参数都一定的三相异步电动机的机械特性是指定子电压、频率及绕组参数都一定的条件下，转速与电磁转

2、矩之间的关系式，即条件下，转速与电磁转矩之间的关系式，即n=f(Tem)。由于转差率与。由于转差率与转速之间存在线性关系，故也可以用转速之间存在线性关系，故也可以用s=f(Tem)表示三相异步电动机的表示三相异步电动机的机械特性。机械特性。 每极气隙磁通。每极气隙磁通。 式（式（6-16-1）表明，三相异步电动机的电磁转矩）表明，三相异步电动机的电磁转矩T Temem与气隙磁通与气隙磁通m m及转子及转子电流的有功分量电流的有功分量I I2 2成正比。成正比。 1 1、物理表达式、物理表达式220222222222221222122122221)(coscoscos2/2cos)2(cosSX

3、RRICIKpNmpfKNfImEImPTmTJmWmWemem电磁转矩为电磁转矩为 2222WTJKpNmCm 式中转子体现的功因式中转子体现的功因 转矩常数转矩常数 2、参数表达式、参数表达式由第由第5 5章所导出的三相异步电动机电磁转矩表达式为章所导出的三相异步电动机电磁转矩表达式为 （6-26-2）由异步电动机的近似等值电路可得转子电流的折算值为由异步电动机的近似等值电路可得转子电流的折算值为 （6-36-3）将式（将式（6-36-3）代入式（）代入式（6-26-2），可得三相异步电动机机械特性的参数），可得三相异步电动机机械特性的参数表达式为表达式为 （6-4） 由于式（由于式（6-

4、46-4）是用定子电压、频率和电机参数所表示的机械特性，）是用定子电压、频率和电机参数所表示的机械特性，所以称作三相异步电动机的参数表达式。对应的特性曲线如图所以称作三相异步电动机的参数表达式。对应的特性曲线如图6-16-1所所示。示。( (此式中含有此式中含有S=S=n n1 1-n/n-n/n1 1, ,应该也是应该也是n n= =f f(T(Temem)sRImPTemem22211122122112xxsRRUI22122122111xxsRRsRUmTem6.1.16.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式三相异步电动机机械特性的三种表达式emTCosIUKn155. 92KZUT

5、em2212212)()(XXSRRSRZ若表达为一般以转速为纵坐标的机械特性若表达为一般以转速为纵坐标的机械特性n n= =f f(T)(T)22122122111xxsRRsRUmTem其中其中而我们而我们已知已知机械特性上的三个特殊点（即同步速点、起动点和临界点）为：机械特性上的三个特殊点（即同步速点、起动点和临界点）为：（1 1）同步速点）同步速点A A（T Temem=0=0、n=n1） 当当T Temem=0=0时，转速时，转速n=nn=n1 1 （或（或s=0s=0） ，如图，如图6-16-1中中A A点所示，点所示，这时电动机以同步速这时电动机以同步速n n1 1旋转，所以称旋

6、转，所以称A A点为同步速点。点为同步速点。 (6-6)由式由式6-5可知可知（2 2）起动点）起动点B B（T Temem=T=Tstst） 电机起动时电机起动时n = 0,n = 0,（或（或s=1s=1），），Tem=TTem=Tstst, ,如图如图6-16-1中中B B点所示。点所示。将将s=1s=1代入式（代入式（6-46-4）可得起动转矩为）可得起动转矩为 （6-5） ，当定子电压下降时，当定子电压下降时，起动转矩成平方倍的下降。起动转矩成平方倍的下降。 与与 有关，对于鼠笼式电动机，有关，对于鼠笼式电动机，定义定义起动转矩倍数起动转矩倍数为：为：6.1.16.1.1三相异步电动

7、机机械特性的三种表达式三相异步电动机机械特性的三种表达式图6-1三相异步电动机的机械特性22122122111xxRRRUmTst21stTUstT2R ststNTT(3)(3)临界点临界点C( )C( )及及 （ ） 电机工作在临界点时，其转差率为电机工作在临界点时，其转差率为 或或 ，称作临界转差率，电机发，称作临界转差率，电机发出的电磁转矩为出的电磁转矩为 或或 ，称作最大转矩，称作最大转矩, ,如图如图6-16-1中中C C点及点及 点所示。点所示。将式（将式（6-46-4）对转差率）对转差率s s求导，并令求导，并令 ，求出临界转差率为，求出临界转差率为 （6-76-7）将式（将式

8、（6-76-7）代入式（）代入式（6-46-4）中，得最大转矩为）中，得最大转矩为 （6-86-8）式（式（6-76-7）和式（）和式（6-86-8）中，正号对应电动状态（第）中，正号对应电动状态（第1 1象限中象限中C C点），负号对点），负号对应发电制动状态（第应发电制动状态（第2 2象限中的点）。象限中的点）。 6.1.16.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式三相异步电动机机械特性的三种表达式mmemssTT、CmmemssTT、msmsmTmTC221212xxRRssmm、0dsdTem22121121112xxRRUmTTmm、忽略忽略R R1 1，式（，式（6-76-7）和

9、（）和（6-86-8）可近似为）可近似为 （6-96-9） （6-106-10）1 1）当电机各参数和电源频率不变时，）当电机各参数和电源频率不变时， ，而，而 、 与与U U1 1无关无关; ;2 2）当电源电压、频率和定转子电抗不变时，）当电源电压、频率和定转子电抗不变时， ，而，而 、 与与R R2 2无关；无关；3 3）忽略）忽略R R1 1时，时， 、 ， 、 ；4 4）当电机定、转子电阻、电抗及电源电压都不变时，）当电机定、转子电阻、电抗及电源电压都不变时， 。定义定义最大转矩与额定转矩之比为过载倍数最大转矩与额定转矩之比为过载倍数，用，用 表示，即表示，即 （6-116-11）一

10、般异步电动机的一般异步电动机的 冶金起重用异步电动机的冶金起重用异步电动机的 。 反映了电机的短时过载的能力。反映了电机的短时过载的能力。 6.1.16.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式三相异步电动机机械特性的三种表达式212xxRssmm、2121112xxUmTTmm、21mTUmsms22RRssmm、mTmT121xxmsms121xxmTmT1121fpTTmm、mmmNTTm2 . 26 . 1m8 . 22 . 2m3 3、实用表达式、实用表达式将式（将式（6-86-8）除式（）除式（6-46-4），并考虑到式（），并考虑到式（6-76-7），得），得 化简得三相异步电动

11、机的实用表达式为化简得三相异步电动机的实用表达式为 （6-126-12）固有特性上的最大转矩固有特性上的最大转矩Tm及临界转差率及临界转差率 ：6.1.16.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式三相异步电动机机械特性的三种表达式2121222RRsssssRRsTTmmmmmemssssTTmmmem2mmNTT12mmNmNssmNs当时当时 ，得实用表达式的近似线性化公式为，得实用表达式的近似线性化公式为1 1）额定点）额定点当当 时，时， （ ）；）；2 2）起动点）起动点当当s=1s=1（n n0 0）时，）时， ；3 3）临界点）临界点当当 时，时， ；4 4）同步速点）同步速点

12、当当 s=0( )s=0( )时，时， 。图6-4三相异步电动机的固有机械特性6.1.16.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式三相异步电动机机械特性的三种表达式Nss 0ssTTmmem211NUUemNTTNss NnnemstTTmNss emmmNTTT0emT1nn1 1、固有机械特性、固有机械特性 满足满足 ， f=50HZ f=50HZ ，定、转子不外串电阻、电感和电容，定、转子不外串电阻、电感和电容，按规定方式接线条件时的机械特性称为固有机械特性，如图按规定方式接线条件时的机械特性称为固有机械特性，如图6-46-4所示。所示。其对应的人为机械特性曲线如图其对应的人为机械特性

13、曲线如图6-56-5所示所示 2 2、人为机械特性、人为机械特性 从参数表达式（式从参数表达式（式6-46-4）可知，人为的改变电机的某些参数，机械）可知，人为的改变电机的某些参数，机械特性要随之改变，所得到的机械特性称作人为机械特性。特性要随之改变，所得到的机械特性称作人为机械特性。 （1 1）降低定子电压时的人为机械特性）降低定子电压时的人为机械特性 当定子电压下降时，同步速不变；临界转差率不变，最大转矩成平当定子电压下降时，同步速不变；临界转差率不变，最大转矩成平方倍的下降；起动转矩成平方倍的下降，用下列示意图表示。方倍的下降；起动转矩成平方倍的下降，用下列示意图表示。 LT图6-5异步

14、机降低定子电压时的人为机械特性)()(212111UTTUTTsnUststmmm不变、不变（2 2）转子绕组串三相对称电阻）转子绕组串三相对称电阻 绕线式异步机可以通过电刷和滑环装置往转子回路串三相对绕线式异步机可以通过电刷和滑环装置往转子回路串三相对称电阻。当外串电阻增加时，同步速不变，最大转矩不变，临称电阻。当外串电阻增加时，同步速不变，最大转矩不变，临界转差率增加，起动转矩变化，用下列示意图表示。界转差率增加，起动转矩变化，用下列示意图表示。其对应的人为机械特性曲线如图其对应的人为机械特性曲线如图6-66-6所示。所示。LT几点说明：几点说明：1 1）只能允许电压从额定值向下调节，即）

15、只能允许电压从额定值向下调节，即 。2 2）当负载接近于额定值时，三相异步电动机不允许欠电压当负载接近于额定值时，三相异步电动机不允许欠电压长期运行！长期运行！NUU 1变化不变、不变stmmTTsnR1图6-6异步机转子串对称电阻时的人为机械特性3 3）定子串接三相对称电阻（或电抗）定子串接三相对称电阻（或电抗） 当定子回路串入三相对称电阻（或电抗）时，同步速不变，临界转差率、当定子回路串入三相对称电阻（或电抗）时，同步速不变，临界转差率、最大转矩及起动转矩都下降，用下列示意图表示。最大转矩及起动转矩都下降，用下列示意图表示。 图图6-76-7表示出了定子串对称电阻时的人为机械特性曲线，定子

16、串电抗时的表示出了定子串对称电阻时的人为机械特性曲线，定子串电抗时的人为特性曲线与定子串电阻时类似。人为特性曲线与定子串电阻时类似。1mmstnSTT不变)(11xR图6-7异步机定子串对称电阻时的人为机械特性 电动机从静止状态开始加速到以某一转速稳定运行的整个过程电动机从静止状态开始加速到以某一转速稳定运行的整个过程叫作起动过程，简称起动。叫作起动过程，简称起动。 （1 1）对起动时的主要要求）对起动时的主要要求要求起动转矩足够大，以保证生产机械能正常起动。要求起动转矩足够大，以保证生产机械能正常起动。在保证一定大小的的前提下，起动电流要越小越好。在保证一定大小的的前提下，起动电流要越小越好

17、。起动过程中，能量损耗要尽量小，起动时间要尽量短。起动过程中，能量损耗要尽量小，起动时间要尽量短。起动设备力求结构简单，操作方便。起动设备力求结构简单，操作方便。 （2 2）异步机的固有起动特性）异步机的固有起动特性 异步电动机直接投入电网起动称作直接起动，异步电动机直接投入电网起动称作直接起动，其起动特性称为固有起动特性，如图其起动特性称为固有起动特性，如图6-86-8所示。所示。 由图可见：起动电流比较大起动转矩比较小。由图可见：起动电流比较大起动转矩比较小。对于一般鼠笼式异步电动机，有对于一般鼠笼式异步电动机，有NstNstIITT11)74()0 . 20 . 1 (图图6-86-8异

18、步电动机的固有起动特性异步电动机的固有起动特性 起动转矩小的后果：起动转矩小的后果：若起动转矩小于负载转矩，即若起动转矩小于负载转矩，即 时，电机则不能起动起来。时，电机则不能起动起来。当起动转矩略大于负载转矩时，由运动方程式当起动转矩略大于负载转矩时，由运动方程式 可知，这可知，这时时 很小，使得起动时间拖长，从而影响生产机械的生产率。很小，使得起动时间拖长，从而影响生产机械的生产率。起动电流大会产生如下危害：起动电流大会产生如下危害：过大的冲击电流会引起电网电压瞬间下降，影响接在同一电网上的其过大的冲击电流会引起电网电压瞬间下降，影响接在同一电网上的其他电机或电气设备的正常运行。他电机或电

19、气设备的正常运行。频繁起动使电机过热，可能烧坏绕组。频繁起动使电机过热，可能烧坏绕组。LstTT dtdnGDTTLem3752dtnd /为什么为什么I ISTST是是4 47 7倍倍,T,TSTST却小却小? S=1,X? S=1,X2 2远大于远大于R R2 2,(,(虚部大虚部大)COS)COS小小,Temx,Temx小小. .COSICTmTJem2我们已经知道我们已经知道 直接起动也称全压起动，起动时通过三相闸刀开关或接触器，将电动直接起动也称全压起动，起动时通过三相闸刀开关或接触器，将电动机的定子绕组直接接通额定电压的三相电源。直接起动是最简单方便的机的定子绕组直接接通额定电压的

20、三相电源。直接起动是最简单方便的方法，只要满足条件，应尽可能直接起动。方法，只要满足条件，应尽可能直接起动。 一般来说功率小于一般来说功率小于7.5Kw的电机属于小容量电机，均可以直接起动。的电机属于小容量电机，均可以直接起动。对于大于对于大于7.5Kw的电机，如果供电变压器容量相对电动机容量比较大，的电机，如果供电变压器容量相对电动机容量比较大，符合下面的经验公式，也可以直接起动。公式为符合下面的经验公式，也可以直接起动。公式为式中式中,P,PH H 供电变压器的总容量（供电变压器的总容量（KVAKVA）；）； P PN N电动机的额定功率（电动机的额定功率（KwKw）；）； I I1st1

21、st电动机的起动电流；电动机的起动电流； I I1N1N电动机的额定电流。电动机的额定电流。11134stHNNIPIP（6-25） 一般小容量电机带轻载可以采用直接起动的方法，因为小容量电机的一般小容量电机带轻载可以采用直接起动的方法，因为小容量电机的起动电流小，由于轴上所带的负载轻，可以满足要求。起动电流小，由于轴上所带的负载轻，可以满足要求。 确定小容量电机，主要考虑电源变压器的容量和供电线路的长短等因确定小容量电机，主要考虑电源变压器的容量和供电线路的长短等因素。素。图6-9三相异步电动机降压起动时的电流与转矩工作过程 对于大、中容量的鼠笼机，当负载较轻时可以采用降压起动的方法。由对于

22、大、中容量的鼠笼机，当负载较轻时可以采用降压起动的方法。由于电机的容量比较大，起动电流比较大，要解决的问题是限制起动电流。于电机的容量比较大，起动电流比较大，要解决的问题是限制起动电流。由于是轻载，可不考虑提高起动转矩，但最后要校核起动转矩是否大于负由于是轻载，可不考虑提高起动转矩，但最后要校核起动转矩是否大于负载转矩。载转矩。 起动时励磁电流起动时励磁电流 ，忽略，忽略 后，起动电流为后，起动电流为 （6-266-26） 起动转矩为起动转矩为 （6-276-27） 结论：结论：起动电流与电压成比例的下降，而起动转矩与电压成平方倍的下降起动电流与电压成比例的下降，而起动转矩与电压成平方倍的下降

23、。对应的降压起动时的电流与转矩的特性曲线如图对应的降压起动时的电流与转矩的特性曲线如图6-96-9所示。所示。stmII1mI122122111UxxRRUIst2122122122111UxxRRRUmTst 1 1、定子串电阻（或电抗）起动、定子串电阻（或电抗）起动 定子串电阻（或电抗）起动的线路图如图定子串电阻（或电抗）起动的线路图如图6-106-10（图中为定子串电抗）所（图中为定子串电抗）所示。起动时，电源开关示。起动时，电源开关K K1 1合，双向开关投向合，双向开关投向“起动起动”侧，串入电抗（或电侧，串入电抗（或电阻），待转速接近稳定值时，将阻），待转速接近稳定值时，将K K2

24、 2投向投向“运行运行”侧，切除电抗（或电阻），侧，切除电抗（或电阻），电机最后在全压状态下正常工作。电机最后在全压状态下正常工作。 式中，式中， 为降压起动时起动电流、为降压起动时起动电流、 为直接起动电流；为直接起动电流； 为降压起动时起动转矩、为降压起动时起动转矩、 为直接起动转矩。为直接起动转矩。结论：结论：若降压起动时电压为直接起动电压的若降压起动时电压为直接起动电压的a a倍，则降压时起动电流也为倍，则降压时起动电流也为直接起动电流的直接起动电流的a a倍，但起动转矩为直接起动时的倍，但起动转矩为直接起动时的a a2 2倍，由于起动转矩下倍，由于起动转矩下降倍数较多，需校核是否满足

25、。降倍数较多，需校核是否满足。（1 1）起动电流）起动电流 和起动转矩和起动转矩设设a a为起动电压降低的倍数，则有为起动电压降低的倍数，则有stI1stT11ststIIa2ststTTastI1stT1stIstT（6-30） （6-29） 图图6-106-10定子串电阻（或电抗）降压起动线路定子串电阻（或电抗）降压起动线路 2 2、自耦变压器的降压起动、自耦变压器的降压起动 利用自耦变压器降压起动线路见图利用自耦变压器降压起动线路见图6-11a6-11a。起动时，开关投向。起动时，开关投向“起动起动”侧，变压器的原边接电源，副边接电动机使电动机降压起动起来，当转侧，变压器的原边接电源，副

26、边接电动机使电动机降压起动起来，当转速升到接近稳定转速时，将速升到接近稳定转速时，将K K投向投向“运行运行”侧，自耦变压器从电源切除，侧，自耦变压器从电源切除，电动机接上全压正常运行。电动机接上全压正常运行。 （a a）原理线路图）原理线路图 (b)(b)一相的等值电路一相的等值电路图图6-116-11自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动结论：结论：自耦变压器降压起动时，从电源吸收的起动电流自耦变压器降压起动时，从电源吸收的起动电流 与起与起动转矩动转矩 都为直接起动时的都为直接起动时的 倍。倍。 现分析采用自耦变压器起动时的起动电流现分析采用自耦变压器起动时的起动电流 和起动转矩和起动转矩

27、 。 由于主要考虑起动电流对电网的影响，因此，这时的起动电流指得是由于主要考虑起动电流对电网的影响，因此，这时的起动电流指得是从电网输入的电流从电网输入的电流 ，而不是电机本身的电流，而不是电机本身的电流 。设自耦变压器的变比为设自耦变压器的变比为a，由图，由图6-11b，可分析有，可分析有stI1stT2IstI11212ststIIIaa2ststTTa （6-36） （6-37） 式中，式中， 为降压起动时起动电流、为降压起动时起动电流、 为直接起动电流；为直接起动电流； 为降压起动时起动转矩、为降压起动时起动转矩、 为直接起动转矩。为直接起动转矩。stI1stTstTstI21astI

28、1stT优点：优点：起动转矩和起动电流下降的倍数相同，而不像定子串电阻（或电抗）起动转矩和起动电流下降的倍数相同，而不像定子串电阻（或电抗） 那样，限于很轻的负载才能起动。且起动电流和起动转矩可适当调节。那样，限于很轻的负载才能起动。且起动电流和起动转矩可适当调节。缺点：缺点：设备复杂，体积大，重量重，价格较贵，维修麻烦，且不允许频繁设备复杂，体积大，重量重，价格较贵，维修麻烦，且不允许频繁起动。起动。3 3、星形、星形三角（三角（Y-Y-）降压起动）降压起动 星形星形三角（三角（Y-Y-）降压起动时的线路图如图）降压起动时的线路图如图6-12a6-12a所示。起动时，所示。起动时，将将K K

29、投入接通电源，再将投入接通电源，再将k k1 1投入起动侧，电机定子投入起动侧，电机定子“Y”Y”接，相电压为额定接，相电压为额定电压的电压的 ，降压起动，待转速上升到接近稳定转速时，将，降压起动，待转速上升到接近稳定转速时，将k k1 1投向投向“”运行侧，电机接，以额定电压全压运行。运行侧，电机接，以额定电压全压运行。 Y-Y-起动用于起动用于正常运行时是正常运行时是“”接的电机。接的电机。 （a a）线路图）线路图 (b)(b)三角形直接起动三角形直接起动 (c)(c)星形降压起动星形降压起动图图6-126-12星形星形- -三角形降压起动三角形降压起动13结论：结论：Y-Y-起动时的起

30、动转矩和起动电流均为直接起动时的起动时的起动转矩和起动电流均为直接起动时的 ，且大小，且大小不可调。不可调。 现分析采用现分析采用Y-起动时的起动电流起动时的起动电流 和起动转矩和起动转矩 。由图由图6-12c6-12c及及6-12b6-12b可分析得可分析得stI1stT （6-38） （6-39） 式中，式中， 为降压起动时起动电流、为降压起动时起动电流、 为直接起动电流；为直接起动电流； 为降压起动时起动转矩、为降压起动时起动转矩、 为直接起动转矩。为直接起动转矩。stI1stTstTstI优点：优点：设备简单，操作方便，维护方便，起动电流小；设备简单，操作方便，维护方便，起动电流小；缺

31、点：缺点：起动转矩不可调，且比较小，故只适用于轻载或空载起动时且正常起动转矩不可调，且比较小，故只适用于轻载或空载起动时且正常运行是接的电动机。运行是接的电动机。ststTT31ststII113131 （4 4）延边三角形起动）延边三角形起动 定子绕组共有定子绕组共有9 9个出线端，每相有个出线端，每相有3 3个出线端：首段、尾端和中间抽头，个出线端：首段、尾端和中间抽头，起动时按图起动时按图6-13b6-13b接线，其接线，其1-71-7，2-82-8，3-93-9部分为星形接法，部分为星形接法，7-47-4，8-58-5，9-69-6为三角形接法，整个绕组像每相都延长了的三角形，故称为延

32、边三角为三角形接法，整个绕组像每相都延长了的三角形，故称为延边三角形连接。起动时定子接成延边三角形，当转速升至接近稳定转速时，三形连接。起动时定子接成延边三角形，当转速升至接近稳定转速时，三相绕组改接成三角形接法，电机正常运行。相绕组改接成三角形接法，电机正常运行。 （a a）三角形直接起动）三角形直接起动 (b)(b)延边三角形降压起动延边三角形降压起动 （c c）延边三角形等效星形）延边三角形等效星形 图图6-136-13延边三角形降压起动延边三角形降压起动结论：结论：延边三角形起动时，起动转矩和起动电流下降的倍数相同。延边三角形起动时，起动转矩和起动电流下降的倍数相同。 现分析采用延边三

33、角形起动时的起动电流现分析采用延边三角形起动时的起动电流 和起动转矩和起动转矩 。由图由图6-12c6-12c及及6-12b6-12b可分析得可分析得stI1stT （6-42 ） （6-43） 式中，式中， 为降压起动时起动电流、为降压起动时起动电流、 为直接起动电流；为直接起动电流； 为降压起动时起动转矩、为降压起动时起动转矩、 为直接起动转矩；为直接起动转矩； a a为每相绕组的两段阻抗比为每相绕组的两段阻抗比 。 stI1stTstTstI优点：优点：设备简单，起动电流和起动转矩降低倍数可根据事先设备简单，起动电流和起动转矩降低倍数可根据事先要求选择。要求选择。缺点：缺点：电动机需特殊

34、订购，且抽头位置一旦选定，就无法改电动机需特殊订购，且抽头位置一旦选定，就无法改变，限制了此方法的使用。变，限制了此方法的使用。11131ststIaIa131ststTaTa12KKZaZ1111313ststststststIIITTT改变抽头位置，改变抽头位置，a a改变改变 ，起动电流和起动转矩的调节范围为，起动电流和起动转矩的调节范围为着重介绍新技术软启动着重介绍新技术软启动-(-(教材教材P226-229)P226-229) 1 1、深槽转子式异步电动机、深槽转子式异步电动机 起动时起动时n=0(s=1)n=0(s=1)，转子电流的频率较高（，转子电流的频率较高（ ），因而漏电抗较

35、），因而漏电抗较大，故有转子漏电抗大大于转子电阻，即大，故有转子漏电抗大大于转子电阻，即 ，这时转子电流的分，这时转子电流的分配取决于漏电抗的大小，产生集肤效应现象，其电流密度特性曲线如图配取决于漏电抗的大小，产生集肤效应现象，其电流密度特性曲线如图6-16b6-16b所示。由于电流主要集中在导体的上部，下部很小，相当于转子导所示。由于电流主要集中在导体的上部，下部很小，相当于转子导体的有效截面积减小（见图体的有效截面积减小（见图6-16c6-16c），使得转子电阻增加，即减小了起动），使得转子电阻增加，即减小了起动电流又提高了起动转矩，改善了电机的起动性能。电流又提高了起动转矩，改善了电机的

36、起动性能。 （a a）转子漏磁通）转子漏磁通 (b)(b)电流密度的分布电流密度的分布 (c)(c)转子导条的有效截面转子导条的有效截面图图6-166-16深槽式异步机深槽式异步机112fsff22Rx 1 1、深槽转子式异步电动机、深槽转子式异步电动机 起动结束后正常运行时，电机的转速较高（转差率起动结束后正常运行时，电机的转速较高（转差率s s较小），较小）， ，由于转子频率很低，使得漏抗较小，故有，由于转子频率很低，使得漏抗较小，故有 ，电，电流的分配取决于转子电阻，而各个小导体的电阻是相等的，因此整个转流的分配取决于转子电阻，而各个小导体的电阻是相等的，因此整个转子导体中的电流是均匀分

37、配的，导体电阻减小到接近直流电阻，使得铜子导体中的电流是均匀分配的，导体电阻减小到接近直流电阻，使得铜耗小，效率高，且电机工作在较硬的机械特性上。耗小，效率高，且电机工作在较硬的机械特性上。结论：结论：深槽电机的转子电阻随转速的上升而自动减小。即改善了起动性深槽电机的转子电阻随转速的上升而自动减小。即改善了起动性能又不影响电机的正常运行。能又不影响电机的正常运行。 （a a）转子漏磁通）转子漏磁通 (b)(b)电流密度的分布电流密度的分布 (c)(c)转子导条的有效截面转子导条的有效截面图图6-166-16深槽式异步机深槽式异步机HZsff311222xR 2 2、双鼠笼式异步电动机、双鼠笼式

38、异步电动机 双鼠笼异步机的转子结构如图双鼠笼异步机的转子结构如图6-17a6-17a所示。电动机转子上有两套绕组，所示。电动机转子上有两套绕组，即上笼和下笼，通常上笼用电阻率高的材料（如黄铜或青铜）制成，即上笼和下笼，通常上笼用电阻率高的材料（如黄铜或青铜）制成，且截面较小，因而转子电阻较大；下笼用电阻率小的材料（如紫铜）制且截面较小，因而转子电阻较大；下笼用电阻率小的材料（如紫铜）制成，且截面较大，因而转子电阻较小。成，且截面较大，因而转子电阻较小。 当导体中有电流时，下笼交链的磁通比上笼的多，所以当导体中有电流时，下笼交链的磁通比上笼的多，所以 。 图图6-176-17双鼠笼式异步机双鼠笼

39、式异步机22xx下上 2 2、双鼠笼式异步电动机、双鼠笼式异步电动机起动时转差率起动时转差率s=1，转子电流的频率，转子电流的频率 比较大，因而比较大，因而 ，转，转子电流的分配取决于漏抗。由于下笼的漏抗比上笼大得多，电流主要流子电流的分配取决于漏抗。由于下笼的漏抗比上笼大得多，电流主要流过上笼，上笼的电阻较大，使得起动电流较小而起动转矩较大，改善了过上笼，上笼的电阻较大，使得起动电流较小而起动转矩较大，改善了起动性能，由于起动时主要是上笼起作用，所以上笼也称作起动性能，由于起动时主要是上笼起作用，所以上笼也称作“起动笼起动笼”。正常运行时，正常运行时， 很小，使得漏抗很小，所以有很小，使得漏

40、抗很小，所以有 ， 的分配取决于的分配取决于电阻，由于下笼的电阻小于上笼，所以电流主要从下笼流过。正常运行电阻，由于下笼的电阻小于上笼，所以电流主要从下笼流过。正常运行时主要是下笼起作用，所以下笼也称作时主要是下笼起作用，所以下笼也称作“运行笼运行笼”。 图图6-176-17双鼠笼式异步机双鼠笼式异步机112fsff22xR2f22xR2I 2 2、双鼠笼式异步电动机、双鼠笼式异步电动机 双鼠笼异步机可以看成是两台鼠笼机同轴连接，其机械特性见图双鼠笼异步机可以看成是两台鼠笼机同轴连接，其机械特性见图6-6-17c17c，可见其起动转矩较大，且正常运行时电机工作在特性较硬的机械特，可见其起动转矩

41、较大，且正常运行时电机工作在特性较硬的机械特性上，具有较好的起动特性和正常运行特性。性上，具有较好的起动特性和正常运行特性。优点：优点：改善了起动性能，且不影响正常运行。改善了起动性能，且不影响正常运行。缺点：缺点：和普通的鼠笼机相比，因转子漏电抗较大，额定功率因数及最大和普通的鼠笼机相比，因转子漏电抗较大，额定功率因数及最大转矩稍低，而且用铜量多，价格贵，制造工艺复杂。一般用在要求起动转矩稍低，而且用铜量多，价格贵，制造工艺复杂。一般用在要求起动转矩较高的生产机械上。转矩较高的生产机械上。(c) (c) 双鼠笼式异步机的机械特性双鼠笼式异步机的机械特性 图图6-176-17双鼠笼式异步机双鼠

42、笼式异步机 对于大中容量电机的重载起动，既要限制起动电流，又要提高起动对于大中容量电机的重载起动，既要限制起动电流，又要提高起动转矩。三相绕线式异步电动机可采用转子串电阻和转子串频敏变阻器两转矩。三相绕线式异步电动机可采用转子串电阻和转子串频敏变阻器两种起动方式。种起动方式。 绕线式异步电动机转子串起动时，三相转子绕组通过滑环和电刷装置绕线式异步电动机转子串起动时，三相转子绕组通过滑环和电刷装置串接对称电阻，然后将定子绕组接通电源使电机起动起来，随着转速的串接对称电阻，然后将定子绕组接通电源使电机起动起来，随着转速的升高逐步切除电阻，直到转子电阻全部切除。待转速稳定后将滑环短接升高逐步切除电阻

43、，直到转子电阻全部切除。待转速稳定后将滑环短接切除起动电阻，电机正常运行。切除起动电阻，电机正常运行。1 1、转子回路串对称电阻分级起动、转子回路串对称电阻分级起动 对于大中容量电机的重载起动，既要限制起动电流，又要提高起动对于大中容量电机的重载起动，既要限制起动电流，又要提高起动转矩。三相绕线式异步电动机可采用转子串电阻和转子串频敏变阻器两转矩。三相绕线式异步电动机可采用转子串电阻和转子串频敏变阻器两种起动方式。种起动方式。 （1）起动过程）起动过程 开始起动时，将全部电阻开始起动时，将全部电阻串入转子回路，电机沿着特串入转子回路，电机沿着特性性3从从a点开始起动，到达点开始起动，到达b点时

44、，切除点时，切除 ，工作点从，工作点从b到到c，工作点沿着特性，工作点沿着特性2到达到达d点时，切除点时，切除 ，工作点从，工作点从d点到达点到达e点，沿着特性点，沿着特性1升升速，到达速，到达f点时，切除掉最后点时，切除掉最后一段电阻一段电阻 ，工作点从，工作点从f点点到达到达g点，最后沿着固有特点，最后沿着固有特性升速到性升速到j点，这时点，这时 ，电机，电机在在j点稳定运行，起动过程结点稳定运行，起动过程结束束。 (b)转子电路转子电路 (c)起动特性起动特性图图6-18绕线式异步机转子串电阻起动绕线式异步机转子串电阻起动1 1、转子回路串对称电阻分级起动、转子回路串对称电阻分级起动3R

45、1R2R 对于大中容量电机的重载起动，既要限制起动电流，又要提高起动对于大中容量电机的重载起动，既要限制起动电流，又要提高起动转矩。三相绕线式异步电动机可采用转子串电阻和转子串频敏变阻器两转矩。三相绕线式异步电动机可采用转子串电阻和转子串频敏变阻器两种起动方式。种起动方式。 （2）起动电阻的计算）起动电阻的计算 解析法：可以推导出解析法：可以推导出 （6-59）1 1、转子回路串对称电阻分级起动、转子回路串对称电阻分级起动 （6-57） （6-58）)1(122331211222211) 1(11mmmmRRRRRRRRRRRRRRRRRR）总（总总总总总总总）（）（lglg1 NNsTTm

46、1NmNTTS求解起动电阻一般有两种情况：求解起动电阻一般有两种情况：（1）起动级数起动级数m已知已知 首先选定首先选定T1，由式（，由式（6-57）计算出）计算出 ，校核是否满，校核是否满足足 ，若不满足，则需修正若不满足，则需修正 ，将，将 代入式（代入式（6-59），即可求出各级转子总电），即可求出各级转子总电阻或外串电阻，其中转子本身的电阻可用式阻或外串电阻，其中转子本身的电阻可用式 求得。求得。（2）起动级数起动级数m未知未知 首先预求出首先预求出 ，再根据式（，再根据式（6-58）预求出起动级）预求出起动级数数 ，一般，一般 不为整数，将不为整数，将 加大到相邻的整数加大到相邻的整

47、数 ，将，将 代入式（代入式（6-57）求出）求出 ，校核是否满足，校核是否满足T2 （或（或T1），最后将），最后将 代入（代入（6-50）或式）或式（6-59），即可求出各级转子总电阻或外串电阻。），即可求出各级转子总电阻或外串电阻。LTT)2 . 11 . 1 (2NNNIEsR22231122()TTTT、 自选或给定m m mm 2 2、转子串频敏变阻的起动、转子串频敏变阻的起动 频敏变阻器的结构图见图频敏变阻器的结构图见图6-19a，外形与一台没有副边的三相变压器，外形与一台没有副边的三相变压器相似，铁心不是用硅钢片，而是用厚钢板叠成，每相只有一个线圈，分别相似，铁心不是用硅钢片，

48、而是用厚钢板叠成，每相只有一个线圈，分别套在三个铁心柱上，三相绕组套在三个铁心柱上，三相绕组Y形连接，三个出线端通过滑环和电刷装置形连接，三个出线端通过滑环和电刷装置与绕线式异步机转子绕组的三根引出线对接。与绕线式异步机转子绕组的三根引出线对接。(a)频敏变阻器结构图 图6-19绕线式异步机转子串频敏变阻器起动开始起动时，开始起动时， ，转子频率，转子频率 最高，而铁耗近似与频率的平最高，而铁耗近似与频率的平方成正比，所以铁耗较大，方成正比，所以铁耗较大， 也较大，相当于转子中串入了一个较大电阻也较大，相当于转子中串入了一个较大电阻起动，降低了起动电流，提高了起动转矩。这时励磁电抗起动，降低了

49、起动电流，提高了起动转矩。这时励磁电抗 的值因频率较高的值因频率较高也比较大。也比较大。10sn，112fsff 2 2、转子串频敏变阻的起动、转子串频敏变阻的起动 频敏变阻器的等值电路与变压器空载时相似，如图频敏变阻器的等值电路与变压器空载时相似，如图6-19b（虚线框内（虚线框内部分）所示，部分）所示， 是反映铁耗的等值电阻，因铁心片较厚，故铁耗较大，是反映铁耗的等值电阻，因铁心片较厚，故铁耗较大， 也较大。磁密设计的较高，铁心饱和，使得励磁电抗也较大。磁密设计的较高，铁心饱和，使得励磁电抗 较小。较小。mRmRmRmxmR 随着转速的升高（随着转速的升高（s下降），转子频率下降，铁耗下降

50、，励磁电阻下降），转子频率下降，铁耗下降，励磁电阻 下下降，自动的减小起动电阻。励磁电抗降，自动的减小起动电阻。励磁电抗 也自动下降。也自动下降。 正常运行时，转速较高（正常运行时，转速较高（ S很小），很小）， 和和 都很小，频敏变阻器基本不都很小，频敏变阻器基本不起作用，使电机工作在较硬的机械特性上，这时应将频敏变阻器切除掉。起作用，使电机工作在较硬的机械特性上，这时应将频敏变阻器切除掉。mRmx (b)一相等值电路一相等值电路 （c）机械特性）机械特性图图6-19绕线式异步机转子串频敏变阻器起动绕线式异步机转子串频敏变阻器起动异步电动机的主要调速方法如下所示：异步电动机的主要调速方法如下

51、所示： 改变极对数调速改变极对数调速 改变定子频率调速改变定子频率调速异步电动机的速度调节异步电动机的速度调节 改变定子电压调速改变定子电压调速 改变转子电阻调速改变转子电阻调速 改变转差率调速改变转差率调速 双馈调速及串级调速双馈调速及串级调速 电磁滑差离合器调速电磁滑差离合器调速1、变极原理、变极原理 假设一相绕组有两个线圈，当两个线圈是正向串联时，如图假设一相绕组有两个线圈，当两个线圈是正向串联时，如图6-20a所所示，由图中可见其电流的流向和磁场分布，极数为示，由图中可见其电流的流向和磁场分布，极数为4；如将两个线圈反向；如将两个线圈反向串联（如图串联（如图6-20b所示）或是反向并联

52、（如图所示）或是反向并联（如图c所示），第二个线圈中的所示），第二个线圈中的电流改变了方向，极数变为电流改变了方向，极数变为2。结论：如果改变接线方式，使半相绕组中的电流改变方向，极对数成倍的结论：如果改变接线方式，使半相绕组中的电流改变方向，极对数成倍的 改变。改变。a)2p=4 b)2p=2 c)2p=2 图图6-20改变极对数时，一相绕组的改接方法改变极对数时，一相绕组的改接方法2 2、典型的变极线路、典型的变极线路 图图6-21a为为 变极线路，图变极线路，图6-21b为为 变极线路变极线路。(b) 变极调速线路变极调速线路图图6-21典型的变极调速线路典型的变极调速线路(a) 变极调

53、速线路变极调速线路3 3、变极调速前后的机械特性、变极调速前后的机械特性 (a) YYY 图图6-22变极调速的机械特性变极调速的机械特性0emTYYYnn1120n 、YYY 变极调速时变极调速时 mYmYYTT2mYmYYssstYstYYTT2 、3 3、变极调速前后的机械特性、变极调速前后的机械特性 (b) 图图6-22变极调速的机械特性变极调速的机械特性0emT112nnYYmmYYTT32mmYYss23stYYstTT0n、 、YY 变极调速时变极调速时 4、调速性质、调速性质（1）YYY YYY变极调速属于恒转矩调速方式变极调速属于恒转矩调速方式、 、（2）YY YY变极调速属

54、于恒功率调速方式变极调速属于恒功率调速方式5、有关变极调速的几点说明、有关变极调速的几点说明变极电机是鼠笼机变极电机是鼠笼机；变极电机要专门设计制造变极电机要专门设计制造；有级调速有级调速；为了保证变极前后转速的方向不变，变极时需换相序为了保证变极前后转速的方向不变，变极时需换相序。优点：操作简单方便，机械特性较硬，效率高，适用于优点：操作简单方便，机械特性较硬，效率高，适用于 恒转矩也适用于恒功率负载。恒转矩也适用于恒功率负载。缺点：有级调速，且级数有限，平滑性差。缺点：有级调速，且级数有限，平滑性差。1、变频调速时频率和电压的配合、变频调速时频率和电压的配合 若忽略定子阻抗，定子外加相电压

55、若忽略定子阻抗，定子外加相电压 近似为感应电势近似为感应电势 ，表达式为，表达式为 由上式得由上式得 、 、 若调节若调节 （基频下调），当电压（基频下调），当电压 保持不变时，保持不变时，由式（由式（6-68）可知，可知，这时这时 ，使磁路饱和，励磁电流明显增加，功率因数增加，使磁路饱和，励磁电流明显增加，功率因数增加，铁耗增加，铁心发热严重。因此，要求铁耗增加，铁心发热严重。因此，要求 以保证在变频调速的过程中满足以保证在变频调速的过程中满足 。 若调节若调节 （基频上调），不允许（基频上调），不允许 ，若改变频率时电压，若改变频率时电压 保保持不变，由式（持不变，由式（6-68）可见，当

56、）可见，当 ，有，有 。铁心没有得到。铁心没有得到充分利用，但能安全运行，如同直流机弱磁调速。充分利用，但能安全运行，如同直流机弱磁调速。mwkNfEU1111144. 411111144. 4fUKkNfUwmNff 111NUUmNmNNfUfU111mNmNff 1（6-68）11NUUNff 1mNm2、机械特性、机械特性（1）基频下调基频下调、 、（2）基频上调）基频上调变化、stXmNmXmXXNXTnnTnff1)(stXmNmXmXXNXTnnTnff、1)(（a）基频下调）基频下调 （b）基频上调）基频上调图图6-24变频调速的机械特性变频调速的机械特性基频下调的机械特性见图

57、基频下调的机械特性见图6-24（a）。）。基频上调的机械特性见图基频上调的机械特性见图6-24（b）。）。3、调速性质：、调速性质：（1）基频下调）基频下调、 、（2）基频上调）基频上调4、变频调速的特点：、变频调速的特点：优点：优点： 1）机械特性硬、精度高、调速范围大；机械特性硬、精度高、调速范围大； 2）无级调速，无级调速， 可连续调节，使得转速可连续调节，使得转速 连续变化，平滑性好；连续变化，平滑性好； 3）运行时转差率运行时转差率 小，效率高；小，效率高； 4）按不同的控制方式可实现恒转矩和恒功率调速。按不同的控制方式可实现恒转矩和恒功率调速。缺点：缺点： 1）需要较复杂的变频电源

58、，初投资大；需要较复杂的变频电源，初投资大； 2）基频上调时，最大转矩基频上调时，最大转矩 下降较多，不安全。当频率下降较多，不安全。当频率 比较大时，比较大时， 定转子电抗增大，使得功率因数下降。定转子电抗增大，使得功率因数下降。 基频下调属于恒转矩调速方式基频下调属于恒转矩调速方式基频基频上上调属于恒调属于恒功率功率调速方式调速方式6.3.3改变定子电压调速改变定子电压调速1、调速原理及调速性能、调速原理及调速性能、 、 三相三相异步机降压异步机降压调速调速时，若带恒转矩负载时，若带恒转矩负载(见图见图6-27中中TL1) ，由于只，由于只能工作在机械特性的线性区能工作在机械特性的线性区,

59、非线性区不能稳定运行非线性区不能稳定运行,见见A、B两点，两点，所以所以调速范围很小调速范围很小。另外，当负载转矩接近于额定转矩时，欠电压长期运行电另外，当负载转矩接近于额定转矩时，欠电压长期运行电流超过额定值使电机过热。若带通风机负载流超过额定值使电机过热。若带通风机负载（见图中（见图中TL2） ，稳定运行区域，稳定运行区域扩大，扩大，见见图中图中C、D、E各工作点，但低速时，电动机电流大，功率因数低各工作点，但低速时，电动机电流大，功率因数低。 高转差率鼠笼机的机械特性见图高转差率鼠笼机的机械特性见图6-27b，带恒转矩负载时，定子电压降，带恒转矩负载时，定子电压降低可得到图中低可得到图中

60、A、B、C各稳定运行点。扩大各稳定运行点。扩大了了调速范围。但降压后特性变调速范围。但降压后特性变软，其静差率常不能满足生产机械要求，且低速时过载能力差。软，其静差率常不能满足生产机械要求，且低速时过载能力差。 （a）普通鼠笼机）普通鼠笼机 （b）高转差率鼠笼机或绕线机串电阻）高转差率鼠笼机或绕线机串电阻 图图6-27降压调速机械特性降压调速机械特性 6.3.3改变定子电压调速改变定子电压调速、 、 为了提高降压调速时机械特性的硬度，增大鼠笼式异步机的调速范围，为了提高降压调速时机械特性的硬度，增大鼠笼式异步机的调速范围，可以采用两种方案：（可以采用两种方案：（1）采用速度闭环控制系统；）采用