电机学 — 第五章 异步电机

1、第五章 异步电机 1、了解异步电机的基本类型和基本结构；、了解异步电机的基本类型和基本结构；2、理解异步电机的基本工作原理、额定值；、理解异步电机的基本工作原理、额定值；3、掌握异步电机等效电路、工作特性、参数测定；、掌握异步电机等效电路、工作特性、参数测定；4、掌握异步机的功率、转矩平衡方程式、电磁转矩、掌握异步机的功率、转矩平衡方程式、电磁转矩三种表达式；三种表达式；5、掌握三相异步电动机的起动、制动、调速；、掌握三相异步电动机的起动、制动、调速；6、了解三相异步电动机不对称运行及单相异步电动、了解三相异步电动机不对称运行及单相异步电动机。机。第五章 异步电机 5.1 概述 v基本类型和基

2、本结构 v基本工作原理v额定值 一、基本类型和基本结构一、基本类型和基本结构异步电机外形图 异步电机结构图 异步电机主要作电动机使用。 主要优点：结构简单、运行可靠、制造容易、价格低廉、坚固耐用，有较高的效率和相当好的工作特性。 缺点：目前尚不能经济地在较大范围内平滑调速，以及它必须从电网吸收滞后的无功功率。 分类：1. 定子 定子铁心：电机主磁路的组成部分，并嵌放定子绕组。由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成。为了嵌放定子绕组，在定子冲片内圆周上均匀地冲制若干个形状相同的槽。 定子铁心的槽形主要有三种：半闭口槽适用于小型异步电机，其绕组是用圆导线绕成的。半开口槽适用于低压中型异步电机，其绕组是

3、成型线圈。开口槽适用于高压大中型异步电机，其绕组是用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈。 定子绕组：构成电路部分。其作用是感应电动势、流过电流、实现机电能量转换。 机座：固定和支撑定子铁心。因此要求有足够的机械强度。2. 转子 转子铁心：电机主磁路的组成部分，并放置转子绕组。由厚度为0.5mm的硅钢片叠装而成，在转子外圆周上冲制均匀分布的形状相同的槽。 转子绕组：构成电路部分。有两种结构型式：笼型绕组和绕线型绕组。 转轴：支撑转子铁心和输出、输入机械转矩。 笼型绕组：在转子铁心均匀分布的每个槽内各放置一根导体，在铁心两端放置两个端环，分别把所有的导体伸出槽外部分与端环联接起来。这种笼型绕组一般为

4、铝浇铸的，对中大型电机为减小损耗、提高效率，往往采用铜条焊接而成。 绕线型绕组：与定子绕组相似、极数相同的三相对称绕组。一般接成星形。将三相绕组的三个引出线分别接到转轴上三个滑环上，再通过电刷与外电路接通。绕线型转子的特点是可以通过滑环电刷在转子回路中接入附加电阻，以改善电动机的起动性能、调节其转速。 3. 气隙 定、转子之间的间隙，也是电机主磁路的组成部分。 气隙大小对异步电机的性能影响很大。 为了减小电机主磁路的磁阻，降低电机的励磁电流，提高电机的功率因数，气隙应尽可能小。异步电机气隙长度应为定、转子在运行中不发生机械摩擦所允许的最小值。 中、小型异步电机中，气隙长度一般为0.21.5mm

5、。二、基本工作原理二、基本工作原理 异步电机定子三相对称绕组接在三相对称交流电网上，转子绕组对称短路。 定子绕组中流过三相对称电流，在气隙中产生基波旋转磁场。 气隙旋转磁场在短路的转子绕组中感应电动势并产生电流，该电流与气隙中的旋转磁场相互作用产生电磁转矩，实现异步电机的运行。1.异步电机的转差率同步转速n1-定子绕组中流过频率为f1的三相对称电流，在气隙中产生的基波旋转磁场相对于定子绕组的转速为n1。该转速大小取决于电流的频率f1和绕组的极对数p，转向为从超前电流相绕组转向滞后电流相绕组。转子转速n-转子的机械转速。pfn116011nnns转差率s-同步转速n1与转子转速n之差对同步转速n

6、1之比值 异步电机的转子可以是带负载机，也可以是由原动机驱动，在不同的转子外部条件下，异步电机将运行于不同的转速和不同的转差率，对应不同的运行状态。根据转差率的正负、大小，异步电机分别对应于电动机、发电机、电磁制动等三种不同运行状态。1）0ns0：电动机状态转子侧：Tem与n同转向，Tem为驱动转矩，Tem0，发出机械功率定子侧：E1与I1的有功电流I1a反方向 ，E1I1an1 s0：发电机状态 转子侧：Tem与n反转向，Tem为制动转矩，Tem0，发出电功率 此时，吸收机械功率 发出电功率：发电机3） n1：电磁制动状态 转子侧：Tem与n反转向，Tem为制动转矩，Tem0，吸收机械功率

7、定子侧：E1与I1的有功电流I1a反方向，E1I1a11s0s0n00nn1 异步电机只有定子侧是外加电源的，转子侧的电动势和电流，均是由气隙旋转磁场感应产生的，因此称作为“感应电机”，而这一感应作用，只有在转子与气隙旋转磁场不同步，即“异步”转差率s不等于0的情况下，才可以产生，因此“感应电机”又称作“异步电机”。三、异步电动机的额定值三、异步电动机的额定值u 额定功率PN：是转轴上输出的机械功率，单位为W或kW。 u 额定电压UN：施加在定子绕组上的线电压，单位为V。 u 额定电流IN：电动机在额定电压、额定频率下，轴端输出额定功率时，定子绕组的线电流，单位为A。 u 额定频率fN：我国电

8、网频率fN=50Hz。 u 额定转速nN：电动机在额定电压、额定频率、轴端输出额定功率时，转子的转速，单位为r/min。u 额定效率N。u 额定功率因数cosN。 三相异步电动机 额定值之间的关系NNNNNcos3IUP 5.2 三相异步电动机的运行原理v转子静止时的异步电机 v转子旋转时的异步电机v异步电机等效电路的简化v异步电机的参数测定v笼型转子的参数计算一、转子静止时的异步电动机一、转子静止时的异步电动机1、转子绕组开路、转子绕组开路 m1E2E1E10F0ImB在定子中通入对称的三相交流电，产生一个旋转的气隙磁场，这个旋转的磁场会同时切割定转子绕组，在两个绕组内产生相应的感应电动势；

9、由于转子绕组开路，转子回路中没有电流。01N10IpkN23F =（4）瞬间位置：当A相电流达到正最大 时，他所对应的磁动势也达到正最大。旋转磁场的磁动势的特点：（1）幅值：（2）转向：顺时针转向，ABC（3）转速：相对于定子绕组pfn11601111144. 4NkNfE1221244. 4NkNfE221121NNekNkNEEk旋转磁场同时切割定转子绕组，在定转子绕组内将会产生感应电动势E1、E2 :感应电动势：感应电动势：定子、转子每相电动势之比叫电压变化，用ke表示，即:1E2E 和 的相位关系：感应电动势总是滞后于产生它的磁通90。定子绕组A相轴线和转子a相轴线重合时，和 同相位若

10、转子a相轴线滞后定子绕组A相轴线， 滞后12角度。1E2E1E2E12电动势平衡关系电动势平衡关系1E101EjI X 定子绕组的漏磁通在定子绕组内也会产生一个电动势，称之为定子漏电动势，用 表示，电压方程式为：11011ERIEU10101EI RjI X 1011()EIRjX 101ZIE一相绕组的漏阻抗一相绕组的漏阻抗 等效电路100mmmEIRjXI Z11011jxRIEU0011mmIRjXIRjX10ZZIm与三相变压器空载时一样，异步电动机也能找出并联或串联的等值电路。电压平衡等式为1U1R1XmRmX0I转子回路电压方程式22EU2、转子绕组短路、转子绕组短路 将异步电动机

11、转轴卡住，转子绕组短路，在定子方施加三相对称电压，此时称其为转子静止时的异步电机。定子三相对称绕组中，流过频率为f1的三相对称电流I1，产生圆形旋转基波磁动势F1，相对于定子绕组的转速为同步转速n1，n160f1/p，转向为从超前电流相绕组轴线转向滞后电流相绕组轴线。定子旋转磁场切割转子绕组，产生频率为f2（ f2 pn1 /60= f1 ）的三相对称感应电动势在闭合的转子绕组中产生三相对称电流I2产生圆形旋转基波磁动势F2，相对于转子绕组的转速为n2，n260f2/pn1，转向为从超前电流相绕组轴线转向滞后电流相绕组轴线，即与定子旋转磁动势F1同转向。F2与F1同转速、同转向，故空间保持相对

12、静止：n2 n1实际电机气隙中的旋转磁场是由F2与F1共同建立的。F2与F1可以空间矢量合成为一等效励磁的磁动势Fm。即 Bm mU1.I1.F1I2.F2FmBm.mE1.E2.N1N2.1E.1.2E.2+I1R1.+I2R2.12mFFF()XRIEZIEU11111111+=+=-()2+=jXRIE222u 电动势平衡方程 R1、R2和X1、X2分别为定、转子绕组的电阻和漏电抗。 主磁通在定、转子绕组的感应电动势定、转子绕组电动势之比称为电动势变比kem11144. 4kfNjENm22244. 4kfNjEN.11112222NeeNN kEkEk EEN k， 由于定、转子磁动势

13、由于定、转子磁动势F F1 1与与F F2 2空间保持相对静止，故空间保持相对静止，故可以合成为一等效的励磁磁动势：可以合成为一等效的励磁磁动势：1201N12N21N112112021010i111222222LNiNFFFN kN kN kmmmIIIpppIIIIIkm N kkm N k ， 其中称为异步电机的电流变比u 磁动势平衡方程式与电流变比0222N2221N111IpkNmIpkNmLI I1L1L称为定子电流的负载分量。在负载运行时，异步电称为定子电流的负载分量。在负载运行时，异步电动机定子电流动机定子电流I I1 1分成分成I I0 0和和I I1L1L两个分量：两个分量

14、：I I0 0是励磁电流用于是励磁电流用于建立电机铁心中的主磁通建立电机铁心中的主磁通m m，I I1L1L是负载分量用于建立磁是负载分量用于建立磁动势动势F F1L1L去抵消二次侧磁势去抵消二次侧磁势F F2 2。分别对定转子进行分析太过麻烦，异步电动机定、转子之间没有电路上的联结，只有磁路的联系，这点和变压器的情况相类似 ，所以在这里我们仍采用折算的方法，把转子折算到定子侧，用一个新转子，它的相数、每相串联匝数以及绕组系数都分别和定子的一样。定子的相数m1，每相串联匝数N1绕组系数kN1转子的相数m2，每相串联匝数N2绕组系数kN2新转子新转子的相数m1，每相串联匝数N1绕组系数kN1u

15、绕组折算和等效电路折算的原则折算的原则：保证转子侧在折算前后对整个磁场的影响不能发生改变，即折算前后转子的总视在功率、有功功率、转子的铜耗和漏磁场储能均保持不变。1）电流的折算22N222IpkN2mF=折算前21N112IpkN2mF=折算后2N221N11ikNmkNmk =电流变比22FF ikII/22mNkNfE111244. 422112211112144. 444. 4NNNNekNkNkNfkNfEEk2）电动势的折算mNkNfE221244. 4折算前折算后电动势变比22EE 22EkEe3）转子电阻的折算22222RImpcu折算前22cucupp2222122RIImmR

16、折算前后电阻上消耗的功率不变折算后22212RImpcu2222111221122222111122RkNmkNmkNkNRkNmkNmmmRNNNNNN22RkkRei4）漏电抗的折算222122222121XImXIm2222122XIImmX折算前后漏磁场的储能不变2222111221122222111122XkNmkNmkNkNXkNmkNmmmXNNNNNN22XkkXei 转子绕组的电压、感应电动势乘以电动势变比ke。 转子绕组电流除以电流变比ki。 转子绕组阻抗乘以电动势变比ke和电流变比ki。22EkEeikII2222RkkRie22XkkXie折算到定子方的方程式组为 11

17、1122220121210mUEI ZEIRjXIIIEEEI Z 等效电路 经折算后，同变压器类似，可得异步电动机在转 子静止时的T型等效电路。u 转子旋转对转子侧各量的影响转子旋转对转子侧各量的影响（1） 转子系统频率（2） 转子相绕组感应电动势（3） 转子相绕组漏阻抗（4） 转子相电流2222m22ssNEf N ksE22222ssXf LsX2222sssEIRjX二、转子旋转时的异步电动机二、转子旋转时的异步电动机1111126060)(sfpnnnnnnpf2222m22ssNEf N ksE1111126060)(sfpnnnnnnpf22222ssXf LsX2222m22s

18、sNEf N ksE1111126060)(sfpnnnnnnpfF1相对定子的转速：pfn1160转子转速nRm，忽略，忽略Rm，并近似，并近似认为认为X1=X2。考虑到。考虑到X0=Xm+X1(空载试验空载试验)，可推导出，可推导出 对于大中型异步电机，由于对于大中型异步电机，由于Xm很大，励磁支路可以近似认很大，励磁支路可以近似认为开路，这时为开路，这时 Rk=R1+R2 X1 =X2=Xk2k001k2XXXRRR()20220k0021+R-=XXXXXXXKKKZRjXmRmX1R1X2R2X 交流绕组的相数是按绕组中电流的相位来确定的，即同一相绕组里的电流同相位，对于笼型转子，导

19、条中电流的相位是怎样的呢？设转子总导条数为Z2(即转子槽数)，它在转子圆周上均匀分布，导条两端被端环短路，整个结构是对称的。当一极对数为p的旋转磁场Bm在气隙中旋转时，它依次切割转子各导条，于是构成了一个对称的Z2相电动势系统。各导条在气隙磁场的空间位置不同，所感应的电动势在时间上的相位是不相同的，相邻导条感应电动势的相位差为： 202360Zp五、笼型转子的相数和极对数五、笼型转子的相数和极对数 由于笼型转子绕组在结构上是对称的，每根导条的漏阻抗相同，因此每根导条中的电流落后于该导条的电动势2角，各导条的电流都不同相位，因而每一根导条就是独立的一相，即转子相数为：m2=Z2笼型转子相数等于转

20、子导条数，即m2=Z2。 每相只有一根导条，故匝数等于1/2匝，绕组系数为1，即N2=1/2，kN2=1 。 笼型转子的极对数始终等于定子的极对数p 。 Bm相对于定子转相对于定子转速为速为n1，以，以n2=(n1-n)转速切割转子导条。转速切割转子导条。e2s与与Bm成正比，故成正比，故e2s与与Bm波过零点相波过零点相同，幅值相差固定倍同，幅值相差固定倍数。每根导条功率因数。每根导条功率因数角为数角为2，导条中电，导条中电流流i2s波滞后于波滞后于e2s波波2相位差。转子磁动势相位差。转子磁动势F2亦为正弦波，以转亦为正弦波，以转速速n1相对于定子旋转。相对于定子旋转。5.3 三相异步电动

21、机的运行特性v异步电动机的功率和转矩平衡方程式v电磁转矩的三种表达方式v异步电动机的工作特性 异步电机的功率和损耗在异步电机的功率和损耗在T型等效电路中的反映如图所示型等效电路中的反映如图所示。一、一、异步电动机的功率和转矩平衡方程式1. 功率平衡方程式功率平衡方程式名称符号计算公式输入电功率 P1 P1=m1U1I1cos1定子绕组铜耗 pCu1 pCu1 =m1 I12 R1铁耗 pFepFe=m1 I02 Rm，在正常运行时，异步电动机的转速接近同步转速，转子电流频率很低(0.52)Hz，转子铁耗可以忽略，因此异步电动机的铁耗可近似认为等于定子铁耗。电磁功率 Pem Pem= P1-pC

22、u1-pFe =pCu2+Pmec=m1 I22 R2s借助于气隙中旋转磁场由定子传递给转子的功率转子绕组铜耗pCu2pCu2=m1 I22 R2=s Pem总机械功率 PmecPmec= Pem-pCu2 =m1 I22 R2 (1-s)s = (1-s) Pem机械损耗 pmec包括轴承摩擦损耗和通风损耗，主要与转速有关附加损耗 pad难以准确计算，通常估算约为电机额定功率的0.5%1%。输出机械功率P2转子轴上输出的机械功率整个功率传递过程的流程图整个功率传递过程的流程图输入功率输入功率1P电磁功率电磁功率emP输出功率输出功率2P机械损耗机械损耗+附加损耗附加损耗mecadpp转子损耗

23、转子损耗cu2p铁心损耗铁心损耗Fep定子铜耗定子铜耗cu1p机械功率机械功率mecP功率平衡方程为：功率平衡方程为： P1= Pem+pcu1 + pFe Pem=pcu2+Pmec 机械功率平衡方程式：机械功率平衡方程式： Pmec=P2+pmec+pad电磁功率、转子绕组回路铜耗、总机械功率三者电磁功率、转子绕组回路铜耗、总机械功率三者之间的关系为：之间的关系为： Pem： pcu2 ：Pmec=1：s：(1-s) 异步电动机机械功率平衡关系式Pmec=P2+pmec+pad的两边同除以转子机械角速度=2n/60，即得对应的转矩平衡方程式。 Tem=T2+T0Tem= Pmec 为电磁转

24、矩； T2 = P2为负载制动转矩；T0=(pmec+pad) 为空载制动转矩。2. 转矩平衡方程式转矩平衡方程式 Tem= Pmec/ =Pmec/(1-s) 1 =Pem/1 1=2n1/60为同步角速度。 上式说明，电磁转矩等于电磁功率除以同步角速度，也等于总机械功率除以转子机械角速度。 3. 效率效率 =(P2P1)100 异步电机电磁转矩的物理表达式描述了电磁转矩与主磁通、转子有功电流的关系。 Tem=CMmI2cos2 为与电机结构有关的常数； I2cos2为转子电流的有功分量。二、二、电磁转矩的三种表达方式1. 物理表达式物理表达式2kNpmC2N22M=221221122111

25、emem2XXsRRfsRpUmPT1） Tem与U12成正比。2） f1 Tem 。3）漏电抗Xk Tem。2. 参数表达式参数表达式三个特殊点 同步点：s=0，n=n1，旋转磁场相对于转子静止，Tem=0。 最大转矩点：s=sm ，临界转差率sm ，特点是与R2成正比，与Xk成反比。 Tmax的特点是与R2无关。 过载倍数kM=TmaxTNTN为额定负载转矩 TN=PN/NkM212mXXRs+=()211211maxXXf 4pUmT+=212mXXRs+=()211211maxXXf 4pUmT+= 起动点：s=1 ，n=0，转子静止，Tem= Tst 。起动转矩倍数kst=TstTN

26、一般kst=0.91.3，特殊用途一般kst=2.84.0实际应用时，三相异步电机的参数不易得到，用前面的机械特性表达式就很不方便，在实际工程中，若利用异步电机产品目录中给出的数据找出异步电动机的机械特性公式较为实用，即是实用公式maxm2ssemmTsTs3. 实用表达式实用表达式实用公式的使用实用公式的使用 从实用公式看出，必须先知道最大转矩及临界转差率才能计算。而额定输出转矩可以通过额定功率和额定转速计算，在实际应用中，忽略空载转矩，近似认为TemN=TN。过载能力km可从产品目录中查到，故Tmax便可确定。利用额定运行点确定临界转差率sm:额定工作点的TN和sN,代入实用计算公式：2N

27、NmmNmNTssk Tss2(1)mNmmsskk 当三相异步电动机在额定负载范围内运行时，它的转差率小于额定转差率（sN0.010.05）。smmsss 经过以上简化，使三相异步电动机的机械特性呈线性变化关系，使用起来更为方便。但是，上式只能用于转差率在 sNs0的范围内。max2emmTTss则： 异步电动机的工作特性是指在额定电压、额定频率下异步电动机的转速n、效率、功率因数cos1、输出转矩T2、定子电流I1与输出功率P2的关系曲线。 异步电动机的工作特性可以用计算方法获得。在已知等效电路各参数、机械损耗、附加损耗的情况下，给定一系列的转差s，可以由计算得到工作特性。对于已制成的异步

28、电动机，其工作特性也可以通过试验求得。 二、二、异步电动机的工作特性1nSE2SI2 1)转差率特性转差率特性 s = f (P2) 三相异步电动机空载时，转子的转速n接近于同步转速 。随着负载的增加，转速n要略微降低，这时转子电动势 增大，转子电流 增大，以产生大的电磁转矩来平衡负载转矩。因此，随着P2的增加，转子转速n下降，转差率s增大。2P, n sns)(21PfI 2)定子电流特性定子电流特性 空载时,转子电流基本上为零,此时的定子电流就是励磁电流I0,随着负载的增加,转速降低,转子电流增大,定子电流也增大.2P1, ,n s Ins1I0I)(cos21Pf3) 功率因数功率因数三

29、相异步电动机运行时必须从电网中吸收滞后的无功功率来建立磁场,所以它的功率因数永远小于1；空载时,定子侧的功率因数很低,不超过0.2,接近额定负载时,定子电流中的有功电流增加,使功率因数提高, 但是如果进一步增大负载,由于转差率的增大,使功率因数角增大,则功率因数减小。11, , ,cosn s I1cos2Pns1I0I)(2PfTem20TTTem22TP20PTTem0TTem2P 4)电磁转矩特性电磁转矩特性稳定运行时异步电动机的转矩方程为输出功率 ，所以 当电动机空载时，电磁转矩 。随着负载增加， 增大，机械角速度变化不大，电磁转矩Tem随P2的变化近似地为一条直线。emT11, ,

30、,cosn s I1cos2Pns1I0I5) 效率特性效率特性: 空载时，P2= 0， 0，输出功率的增加，效率也增加。当不变损耗等于可变损耗时，电动机的效率达最大。对中、小型异步电动机,大约 时，效率最高。如果负载继续增大，效率反而要降低。一般来说，电动机的容量越大，效率越高。NPP75. 0211, , ,cos,emn s ITemT1cos2Pns1I0I5.4 三相异步电动机的启动与调速v异步电动机的启动v异步电动机的制动v异步电动机的调速起动特点起动特点 u 当异步电动机直接投入电网起动时，其特点是：起动电流大（47倍额定电流），而起动转矩并不大。u 原因是：从等效电路看，起动瞬

31、时s=1，异步电动机对电网呈现短路阻抗，等效阻抗小，故起动电流大；从电磁转矩的物理表达式看，因起动时转子的功率因数很低，因此转子电流的有功分量并不大，同时起动时的主磁通较正常工作时小，故起动转矩不大。一、一、异步电动机的启动 直接起动直接起动 直接起动适用于小容量电动机带轻载的情况，起动时，将定子绕组直接接到额定电压的电网上。能否直接起动的判定依据为：对于经常起动的电动机，起动时引起的母线电压降不大于10%，对于偶尔起动的电动机，此压降不大于15%。 降压起动降压起动 当电源容量不能承受直接起动的电流时，就需采用降压起动来减小起动电流，但相应地起动转矩也将减小，因此一般用于轻载起动工况。1）

32、定子串电抗器起动定子串电抗器起动 在定子绕组中串联电抗或电阻都能降低起动电流，但串电阻起动能耗较大，只用于小容量电机中。一般都采用定子串电抗降压起动。 在采用电抗降压起动时，若电机端电压降为电网电压的1/a，则起动电流降为直接起动的1/a，起动转矩降为直接起动的1/a2 ，比起动电流降得更厉害。因此在选择a值使起动电流满足要求时，还必须校核起动转矩是否满足要求。 2） 星星-三角起动器起动三角起动器起动 只有正常运行时定子绕组三角形接法，且三相绕组首尾六个端子全部引出来的电动机才能采用Y-起动器起动。 采用Y-起动器起动时，起动电流降为直接起动的1/3，起动转矩亦降为直接起动时的1/3。3）

33、自耦变压器起动自耦变压器起动 采用自耦变压器起动时，电动机的起动转矩、起动电流为全压直接起动的1/a2。a为自耦变压器的变比。NUstIUstI 采用高启动转矩异步电动机采用高启动转矩异步电动机 高启动转矩异步电动机：深槽笼型异步电动机、双笼型异步电动机。原理：根据起动和运行时转子频率的差别，从改变转子槽形入手，利用转子电流分配不均匀的集肤效应（趋肤效应）集肤效应（趋肤效应）原理，使电机在启动时转子电阻自动增大，而使得启动转矩增大，在正常运行时转子电阻自动减少到正常值。 绕线型异步电动机转子串电阻起动绕线型异步电动机转子串电阻起动 对电动机带重载起动的工况，可采用绕线式异步电动机。电动机容量较

34、大时，起动电流对电网的冲击较大；又因带重载，负载要求电机提供较大的起动转矩，绕线型异步电动机就显示出明显的优势。 只要转子回路串的电阻合适，就既可减少起动电流又可增加起动转矩。因而电机容量大、重载这两个要求可同时满足。绕线式异步电动机转子回路串电阻起动的原理可通过Tem-s曲线说明。212mXXRs+=()211211maxXXf 4pUmT+=ssssT2Tmmmaxem+=异步电动机具有结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便等优点，但在调速性能上尚比不上直流电动机。但人们已研制出各种各样的异步电动机的调速方式，并广泛应用于各个领域。根据异步电动机的转速公式 n=(1-s)n1=(1-s)6

35、0f1p 异步电动机的调速方式有三种： (1) 变极调速。 (2) 变频调速。 (3) 改变转差率s调速。 二、二、异步电动机的调速1、变极调速、变极调速 对于异步电动机定子而言，为了得到两种不同极对数的磁动势，可以采用两套绕组或一套绕组来实现。为了提高材料利用率，一般采用一套绕组的单绕组变极，即通过改变一套绕组的联接方式而得到不同极对数的磁动势，以实现变极调速。至于转子，一般采用笼型绕组，它的极对数能自动与定子磁场极对数相一致。 变极调速方法简单、运行可靠、机械特性较硬，但只能实现有极调速。单绕组三速电机绕组接法已相当复杂，故变极调速不宜超过三种速度。交流电机定子磁动势的极对数，取决于绕组中

36、电流的方向，若改变绕组连接方式，使绕组中电流方向改变，则可改变了定子磁动势的极数。 4极电机的绕组连接方式 极电机的绕组连接方式 变极原理变极原理2、变频调速、变频调速 异步电动机的转速n= (1-s)(60f1/p) ，当转差率变化不大时，n近似正比于频率f1，可见改变电源频率就能改变异步电动机的转速。 在变频调速时，希望主磁通m保持不变。若主磁通大于正常运行时的主磁通，则磁路过饱和而使励磁电流增大，功率因数降低；若主磁通小于正常运行时的主磁通，则电机转矩下降。在忽略定子漏阻抗的情况下，有 U1E1=4.44f1N1kN1m 为了使变频时m维持不变，则U1f1应为定值。 另一方面，为保证电动

37、机的稳定运行，希望变频调速时电动机的过载能力kM=Tmax/TN不变。忽略定子电阻R1 ，可得 ()N2121N211211NmaxTfUCTXXf 4pUmTTkM=+=变频调速前后： N2121N2121TfUCTfUC=NN1111TTffUU=1） 恒转矩调速恒转矩调速 当电机变频前后额定电磁转矩相等，即当电机变频前后额定电磁转矩相等，即恒转矩调速时，有：电压随频率成正比变化恒转矩调速时，有：电压随频率成正比变化（U1f1应为定值），则主磁通应为定值），则主磁通m不变，电不变，电机饱和程度不变，电机过载能力也不变。电机饱和程度不变，电机过载能力也不变。电机在恒转矩变频调速前后性能都能保

38、持不变。机在恒转矩变频调速前后性能都能保持不变。2）恒功率调速）恒功率调速 在电机带有恒功率负载时，在变频前后，它的电磁功率相等。 (1)若要维持主磁通不变，即令电压随频率作正比变化，则电机过载能力随频率成正比变化。 (2) 若保持过载能力不变，则主磁通要发生变化。变频调速的优点是调速范围大，平滑性好，变频时电压按不同规律变化可实现恒转矩调速或恒功率调速，以适应不同负载的要求。这是异步电机最有前途的一种调速方式，其缺点是目前控制装置价格仍比较贵。11NNffnnTT=1111ffUU=N2121N2121TfUCkTfUCkMM=3、转子回路串电阻调速、转子回路串电阻调速 绕线式转子回路串电阻

39、调速属于改变转差率s的调速方式。恒转矩负载时，R2s保持不变，则由等效电路可知，调速前后，定子各物理量保持不变，输入功率不变，转子电流不变，电磁功率不变，最大电磁转矩不变，转子回路铜耗增加，输出功率下降，效率下降。22122112211em2XXsRRfsRpUmT在频率、参数和转差率不变时，电磁转矩便与端电压平方成正比，改变定子端电压时的机械特性如右图 对于普通笼型异步电动机，调速范围很小。 低速运行稳定性较差 。 普通笼型异步电机的转子电流随转速降低而增大，可能引起电机过热并损坏。 改变定子端电压是一简便的调速方法，但低速时则铜耗大、效率低、电机散热差，发热严重。对于恒转矩负载不宜长期在低速下工作，较适合于风机类负载的调速。 4、改变定子端电压调速、改变定子端电压调速 电动机运行于正向电动状态(即第象限)时，其电磁转矩Tem与转速n均为正方向，并对外输出机械功率。若电磁转矩Tem、转速n中有一项与正向电动状态方向相反，即Tem与n方向相反，电动机就工作在电磁制动状态。在此状态下，电动机转轴从外部吸收机械功率而转换成电功率。 三、三、异步电动机的制动1、反接制动 实现反接制动有两种方法：转速反向和两相反接。 1）转速反向的反接制动(正接反转) 异步电动机定子电源正向连接，其定子磁动势旋转方向为n1正向旋转，但由于转子回路串有较大的电阻