第12讲4-5和4-6

1、鼠笼型异步电动机启动方法有哪些？鼠笼型异步电动机启动方法有哪些？复习旧课绕线型异步电动机启动方法有哪些？绕线型异步电动机启动方法有哪些？4.5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性v三相异步电动机的调速方法三相异步电动机的调速方法 改变磁极对数改变磁极对数 p 调速（变极调速）调速（变极调速） 改变频率改变频率 f 调速（变频调速）调速（变频调速） 改变转差率改变转差率 S 调速调速 改变电压调速改变电压调速 转子串电阻调速转子串电阻调速v直流他励电动机的调速特性直流他励电动机的调速特性改变磁极对数调速（变极调速）改变磁极对数调速（变极调速）将每相两个将每相两个“半绕组半绕组”串联

2、串联，形成的磁场形成的磁场是是两对磁极两对磁极，即即 p2或或2p4。v将每相两个将每相两个“半绕组半绕组”并联并联，形成的磁场形成的磁场是是一对磁极一对磁极，即即 p1或或2p2。低速低速高速高速双速电动机的极对数变换双速电动机的极对数变换（a a）Y/ /YY （b b）/ /YYY型接法型接法半绕组串联半绕组串联p2，低速低速vYY型接法型接法半绕组并联半绕组并联p1，高速高速型接法型接法半绕组串联半绕组串联p2，低速低速vYY型接法型接法半绕组并联半绕组并联 p1，高速高速Y型接法型接法半绕组串联半绕组串联p2，低速低速型接法型接法半绕组串联半绕组串联p2，低速低速YY型接法型接法半绕

3、组并联半绕组并联p1 高速高速高速：高速：KM1断断KM2通通KM3通通低速：低速：KM1通通KM2断断KM3断断高速：高速：KM1断断KM2通通KM3通通低速：低速：KM1通通KM2断断KM3断断Y- -YY变极调速变极调速的机械特性的机械特性- -YY变极调速变极调速的机械特性的机械特性改变磁极对数调速的特性曲线改变磁极对数调速的特性曲线改变频率改变频率f 调速调速 ( (变频调速变频调速) )转子串电阻调速转子串电阻调速改变转差率改变转差率S调速调速变压调速变压调速转子串电阻调速转子串电阻调速改变转差率改变转差率S调速调速变压调速变压调速绕线转子异步电动机的串级调速绕线转子异步电动机的串

4、级调速采用电磁转差离合器调速采用电磁转差离合器调速 变压调速变压调速转子串电阻调速转子串电阻调速绕线转子异步电动机的串级调速绕线转子异步电动机的串级调速 为了改善绕线转子异步电动机转子串电阻为了改善绕线转子异步电动机转子串电阻调速中低速时效率低的缺点，将消耗在外串电调速中低速时效率低的缺点，将消耗在外串电阻上的大部分阻上的大部分sPem送回到电网，提高系统的运送回到电网，提高系统的运行效率。串级调速就是根据这一指导思想而设行效率。串级调速就是根据这一指导思想而设计出来的。计出来的。 串级调速原理串级调速原理 串级调速是指在转子上串入一个和转子串级调速是指在转子上串入一个和转子同频率同频率的附加

5、电动势的附加电动势Ef去代替原来转子所串的电阻。去代替原来转子所串的电阻。 Ef与与E2s反相时反相时 Ef与与E2s同相时同相时 若平滑地调节若平滑地调节Ef，则就能平滑地，则就能平滑地调低速度调低速度 若平滑地调节若平滑地调节Ef，则就能平滑地，则就能平滑地调高速度调高速度 采用电磁转差离合器调速采用电磁转差离合器调速 拖动生产机械的电动机并不调速，且与拖动生产机械的电动机并不调速，且与生产机械也没有机械上的直接联系，两者之生产机械也没有机械上的直接联系，两者之间通过电磁转差离合器的电磁作用作软连接。间通过电磁转差离合器的电磁作用作软连接。 电枢：由三相异电枢：由三相异步电动机带动步电动机

6、带动磁极：与生磁极：与生产机械连接产机械连接当当I If=0时时 ，磁极不受力，机械负载静止。，磁极不受力，机械负载静止。“离离”当当I If00时时 ，电枢切割磁极磁场受力，电枢切割磁极磁场受力(顺时针顺时针)，磁，磁极反作用转矩极反作用转矩(逆时针逆时针)带动机械负载与电动机同带动机械负载与电动机同方向旋转。方向旋转。“合合”电电磁磁转转差差离离器器机机械械特特性性 电磁调速异步电动机，平滑调节励磁电流电磁调速异步电动机，平滑调节励磁电流I If的大小，的大小，即可平滑调速。即可平滑调速。在同一负载转矩下在同一负载转矩下I If f越大，转速也越高越大，转速也越高。 由于离合器的电枢是铸钢

7、，电阻大，其机械特性软，由于离合器的电枢是铸钢，电阻大，其机械特性软，不能满足静差度的要求，调速范围不大。为此可采用速度不能满足静差度的要求，调速范围不大。为此可采用速度负反馈的晶闸管闭环控制系统，得到硬度高的机械特性，负反馈的晶闸管闭环控制系统，得到硬度高的机械特性，以扩大调速范围。以扩大调速范围。电磁调速异步电动机结构简单、运行可靠、电磁调速异步电动机结构简单、运行可靠、控制方便且可以平滑调速，调速范围较大控制方便且可以平滑调速，调速范围较大(调调速比速比10 1）因此被广泛应用于纺织、造纸等）因此被广泛应用于纺织、造纸等工业部门及风机泵的调速系统中。工业部门及风机泵的调速系统中。 电磁调

8、速特点电磁调速特点 4.6 三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性v三相异步电动机的制动方法三相异步电动机的制动方法 反反馈制动馈制动 正向反馈制动正向反馈制动 反向反馈制动反向反馈制动 反接制动反接制动 电源反接制动电源反接制动 倒拉反接制动倒拉反接制动 能耗制动能耗制动 反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载 位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载v直流他励电动机的制动方法直流他励电动机的制动方法 反馈制动反馈制动 正向反馈制动正向反馈制动 反向反馈制动反向反馈制动 反接制动反接制动 电源反接制动电源反接制动 倒拉反接制动倒拉反接制动 能耗制动能耗制动 反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载 位能

9、性恒转矩负载位能性恒转矩负载 反馈制动反馈制动(回馈制动回馈制动)正向正向电动运行电动运行反向反向电动运行电动运行反向反向反馈制动反馈制动运行运行正向正向反馈制动反馈制动过程过程正向反馈制动正向反馈制动重物下放重物下放反向反馈制动反向反馈制动反接反接制动制动过程过程重物下放重物下放重物提升重物提升正向正向电动运行电动运行正向正向电动运行电动运行反向反向电动运行电动运行反向反向反馈制动反馈制动运行运行正向正向反馈反馈制动制动过程过程反接反接制动制动过程过程重物下放重物下放重物提升重物提升正向反馈制动正向反馈制动反向反馈制动反向反馈制动FE重重物物下下放放U1UN降压调速降压调速正向反馈制动正向反

10、馈制动反向反馈制动反向反馈制动比较：比较：直流电动机的制动特性直流电动机的制动特性 反接制动反接制动电源反接制动电源反接制动倒拉反接制动倒拉反接制动正向正向电动运行电动运行反接反接制动制动过程过程倒拉倒拉反接制动反接制动运行运行电源反接制动电源反接制动 倒拉反接制动倒拉反接制动比较：比较：直流电动机的制动特性直流电动机的制动特性 能耗制动能耗制动正向正向电动运行电动运行位能性位能性 恒转矩负载恒转矩负载 反抗性反抗性 恒转矩负载恒转矩负载 能耗能耗制动制动运行运行能耗能耗制动制动过程过程动画动画nTemA0n1C1B23 对笼型异步电动机对笼型异步电动机, ,可以可以增大直流励磁电流来增大初始

11、增大直流励磁电流来增大初始制动转矩制动转矩 。 对绕线型异步电动机对绕线型异步电动机, ,可可以增大转子回路电阻来增大以增大转子回路电阻来增大初始制动转矩初始制动转矩 。曲线曲线1 1、2 2是转子电阻相同，曲线是转子电阻相同，曲线2 2的直流励磁大于曲线的直流励磁大于曲线1 1。曲线曲线1 1、3 3是直流励磁相同，曲线是直流励磁相同，曲线3 3的转子电阻大于曲线的转子电阻大于曲线1 1。反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载 位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载 比较：比较：直流电动机的制动特性直流电动机的制动特性 能耗制动能耗制动反抗性恒转矩负载反抗性恒转矩负载位能性恒转矩负载位能性恒转矩负载 电

12、源反接制动电源反接制动倒拉反接制动倒拉反接制动 反接制动反接制动 反馈制动反馈制动正向反馈制动正向反馈制动反向反馈制动反向反馈制动正向电动运行正向电动运行反向电动运行反向电动运行反向反馈制动运行反向反馈制动运行反接制动过程反接制动过程倒拉反接制动运行倒拉反接制动运行能耗制动运行能耗制动运行能耗制动过程能耗制动过程正向反馈制动过程正向反馈制动过程三相异步电动机的各种运行状态三相异步电动机的各种运行状态 A B C D H J E F I K一、概述一、概述定义定义：所谓单相异步电动机是指正常情况下：所谓单相异步电动机是指正常情况下用单相交流电源供用单相交流电源供电电的异步电动机。的异步电动机。优

13、点优点：单相异步电动机具有结构简单、成本低廉、噪声小等优：单相异步电动机具有结构简单、成本低廉、噪声小等优点。由于只需要单相电源供电，使用方便，广泛应用于工业、点。由于只需要单相电源供电，使用方便，广泛应用于工业、农业和人民生活的各个方面，尤其以家用电器、电动工具、医农业和人民生活的各个方面，尤其以家用电器、电动工具、医疗器械等使用较多。疗器械等使用较多。缺点缺点：与同容量的三相异步电动机相比较，单相异步电动机的：与同容量的三相异步电动机相比较，单相异步电动机的体积较大，因此一般只做成小容量的。体积较大，因此一般只做成小容量的。 4.7 单相异步电动机单相异步电动机单相异步电动机的运行原理和普

14、通三相异步电动机基本相单相异步电动机的运行原理和普通三相异步电动机基本相同，但有其自身的特点。单相异步电动机通常在定子上有同，但有其自身的特点。单相异步电动机通常在定子上有两相绕组，转子是普通鼠笼型的。两相绕组在定子上的分两相绕组，转子是普通鼠笼型的。两相绕组在定子上的分布以及供电情况的不同，可以产生不同的起动特性和运行布以及供电情况的不同，可以产生不同的起动特性和运行特性。特性。 比较：比较：单相异步电动机单相异步电动机三相异步电动机三相异步电动机 二、工作原理二、工作原理 1. 一相绕组通电时一相绕组通电时 单相异步电动机定子两相绕组是单相异步电动机定子两相绕组是主绕组主绕组m及及副绕组副

15、绕组a，它们，它们一般是一般是相差相差90 空间电角度空间电角度的两个分布绕组，通电时主绕组及副的两个分布绕组，通电时主绕组及副绕组都要产生空间分布的磁动势。绕组都要产生空间分布的磁动势。 定子绕组所产生的磁动势实定子绕组所产生的磁动势实际上是两相绕组产生的磁动势的叠加。际上是两相绕组产生的磁动势的叠加。 由于副绕组是用于单相由于副绕组是用于单相异步电动机的起动及改善运行性能，异步电动机的起动及改善运行性能， 所以首先分析只有主绕组所以首先分析只有主绕组一相绕组通电时的机械特性，一相绕组通电时的机械特性， 在此基础上再讨论定子两相绕组在此基础上再讨论定子两相绕组同时通电时的机械特性。同时通电时

16、的机械特性。 -33- 根据交流电机的旋转磁场理论，若单相异步电动机只有主根据交流电机的旋转磁场理论，若单相异步电动机只有主绕组绕组m通入单相交流电，将产生空间正弦分布的脉振磁动势。通入单相交流电，将产生空间正弦分布的脉振磁动势。该脉振磁动势可分解为转速相同、转向相反的两个圆形旋转磁该脉振磁动势可分解为转速相同、转向相反的两个圆形旋转磁动势，一个是动势，一个是正转磁动势正转磁动势，一个是，一个是反转磁动势反转磁动势。 根据三相异步电机原理，可以将单相异步电动机视为两台根据三相异步电机原理，可以将单相异步电动机视为两台完全一样的三相异步电动机分别作正相序运行及负相序运行时完全一样的三相异步电动机

17、分别作正相序运行及负相序运行时的叠加。对于正相序运行的三相异步电动机，其转差率为的叠加。对于正相序运行的三相异步电动机，其转差率为 11nnns但对于反转磁动势而言，即负相序运行的三相异步电动机，其但对于反转磁动势而言，即负相序运行的三相异步电动机，其转差率应该为转差率应该为 正转电磁转矩与正转转差率的关系正转电磁转矩与正转转差率的关系 ，以及反转电磁转矩与反转转差率的关系以及反转电磁转矩与反转转差率的关系 如图如图11-1中曲线中曲线1和曲线和曲线2所示。单相所示。单相异步电动机的异步电动机的 曲线就是曲线曲线就是曲线1、2的叠的叠加，如图中曲线加，如图中曲线3所示。所示。 snnnnnnn

18、s2)(2)(11111)(sfT)2()(sfsfT)(esfT -35- 单相异步电动机的单相异步电动机的 曲线具有下列特点：曲线具有下列特点： 1）当）当 即即 时，电磁转矩时，电磁转矩 ，即，即无起动转矩，电机不能够起动；无起动转矩，电机不能够起动； 2）当）当 即即 时，电磁转矩时，电磁转矩 。如。如果由于其它原因使电动机正转后，电磁转矩能使电动机继续正果由于其它原因使电动机正转后，电磁转矩能使电动机继续正转运行。如果电动机反转了，也能继续反转运行。转运行。如果电动机反转了，也能继续反转运行。 所以，对于单相异步电动机，定子上如果只有主绕组，则所以，对于单相异步电动机，定子上如果只有

19、主绕组，则无起动转矩。无起动转矩。 0n1ss0eT)(esfT 0n1ss 或0eT-36- 2. 两相绕组通电时两相绕组通电时 当单相异步电动机主绕组与副绕组同时通入不同相位的两当单相异步电动机主绕组与副绕组同时通入不同相位的两相交流电流时，一般情况下将产生椭圆形旋转磁动势。相交流电流时，一般情况下将产生椭圆形旋转磁动势。一个椭一个椭圆旋转磁动势同样可以分解成一个正转磁动势与一个是反转磁圆旋转磁动势同样可以分解成一个正转磁动势与一个是反转磁动势。动势。 此时合成的机械特性是一条不过原点的曲线。当此时合成的机械特性是一条不过原点的曲线。当 时，时，电动机的电动机的 、 及及 3条曲线如图条曲

20、线如图11-2所示。所示。 FF)(sfT)(sfT)(sfTe-37-单相异步电动机若能起动必须具备：单相异步电动机若能起动必须具备： 定子具有空间不同相位的两个绕组；定子具有空间不同相位的两个绕组； 两个绕组中通入不同相位的交流电。两个绕组中通入不同相位的交流电。-38-三、三、单相异步电动机的分类单相异步电动机的分类 单相异步电动机的主要优点是使用单相交流电源，但是单单相异步电动机的主要优点是使用单相交流电源，但是单相异步电动机起动时又要求在两相绕组中通入相位不同的两相相异步电动机起动时又要求在两相绕组中通入相位不同的两相电流。电流。如何把定子绕组中的电流相位分开即如何把定子绕组中的电流

21、相位分开即“分相分相”是单相异步电动是单相异步电动机必须解决的首要问题。机必须解决的首要问题。根据分相方法的不同就有不同类型的单相异步电动机。根据分相方法的不同就有不同类型的单相异步电动机。 -39- 1. 电阻分相起动异步电动机电阻分相起动异步电动机 电阻分相起动异步电动机的副绕组通过一个离心开关和主绕电阻分相起动异步电动机的副绕组通过一个离心开关和主绕组并联接到单相电源上。为使定子两相绕组中电流存在相位差，组并联接到单相电源上。为使定子两相绕组中电流存在相位差，在设计上使两相绕组的阻抗不等，接在同一电源上可导致副绕组在设计上使两相绕组的阻抗不等，接在同一电源上可导致副绕组中电流的相位超前主

22、绕组中电流的相位，达到分相的目的。这种中电流的相位超前主绕组中电流的相位，达到分相的目的。这种异步电动机由于受到绕组的制约两相绕组中电流的相位差不大，异步电动机由于受到绕组的制约两相绕组中电流的相位差不大，因而因而起动转矩不大起动转矩不大。-40- 2. 电容分相起动异步电动机电容分相起动异步电动机 电容分相起动异步电动机是在副绕组中串联电容再通过一个离心开关和主绕组并联接到单相电源上。 由于电容的作用副绕组回路的阻抗呈容性，而主绕组回路的阻抗呈感性，从而导致两相绕组中电流的相位差较大。因此，电容分相起动异步电动机具有较大的起动转矩。电容分相起动异步电动机改变转子旋转方向的方法与电阻分相起动异

23、步电动机的一样。 -41- 3. 电容运转异步电动机电容运转异步电动机 在电容运转异步电动机中，副绕组不仅在起动时起作用，而在电容运转异步电动机中，副绕组不仅在起动时起作用，而且在电动机运转时也起作用，长期处于工作状态，因而实际上是且在电动机运转时也起作用，长期处于工作状态，因而实际上是两相电机。两相电机。 这种电机电容的选择是按照运行时考虑的，要求在运行时磁这种电机电容的选择是按照运行时考虑的，要求在运行时磁动势接近于圆形旋转磁动势，以提高电机的运行性能。但在动势接近于圆形旋转磁动势，以提高电机的运行性能。但在起动起动时磁动势椭圆度较大，造成起动转矩较小，而起动电流较大。时磁动势椭圆度较大，

24、造成起动转矩较小，而起动电流较大。 -42- 4. 电容起动与运转异步电动机电容起动与运转异步电动机 为了使电动机在起动和运转时都能得到比较好的性能， 在副绕组中采用两个电容的并联。电容C是运转时使用的， 电容Cs是在电动机起动时使用的， 它与起动开关串联后再与电容C并联。 起动时串联在副绕组回路中的总电容为C+Cs， 比较大， 可以使电机气隙中的旋转磁动势接近于圆形旋转磁动势。 当电动机转速接近于同步转速时， 起动开关动作， 将电容Cs切除，从而使电动机在运行时， 气隙中的旋转磁动势也接近于圆形旋转磁动势。 -43- 电容起动与运转的单相异步电动机，与电电容起动与运转的单相异步电动机，与电容

25、起动的单相异步电动机相比较，起动转矩和容起动的单相异步电动机相比较，起动转矩和最大转矩有所增加，功率因数和效率有所提高，最大转矩有所增加，功率因数和效率有所提高，电动机的噪音较小，所以它是单相异步电动机电动机的噪音较小，所以它是单相异步电动机中最理想的一种。中最理想的一种。-44- 5. 罩极式异步电动机罩极式异步电动机 罩极式异步电动机的定子铁心多制成凸极式，由硅钢片叠罩极式异步电动机的定子铁心多制成凸极式，由硅钢片叠压而成，每极上装有集中的绕组，即主绕组，在每极的极靴一压而成，每极上装有集中的绕组，即主绕组，在每极的极靴一边开有小槽，在小槽中嵌入短路铜环，将部分磁极罩起来，转边开有小槽，在

26、小槽中嵌入短路铜环，将部分磁极罩起来，转子是鼠笼式结构。子是鼠笼式结构。 电动机反转，不能像三电动机反转，不能像三相异步电动机那样掉换两根电相异步电动机那样掉换两根电源线来实现，必须以掉换电容源线来实现，必须以掉换电容器器C的串联位置来实现，即改的串联位置来实现，即改变变QB的接通位置，就可改变的接通位置，就可改变旋转磁场的方向，从而实现电旋转磁场的方向，从而实现电动机的反转。动机的反转。 洗衣机中的电动机，就是靠洗衣机中的电动机，就是靠定时器中的自动转换开关来实现定时器中的自动转换开关来实现这种切换的。这种切换的。一、同步电动机的基本结构一、同步电动机的基本结构 定子定子：由铁心、定子绕：由

27、铁心、定子绕组（三相对称绕组，并通有对组（三相对称绕组，并通有对称三相交流电流）、机座以及称三相交流电流）、机座以及端盖等主要部件组成端盖等主要部件组成 转子转子：包括主磁极、装：包括主磁极、装在主磁极上的直流励磁绕组、在主磁极上的直流励磁绕组、特别设置的鼠笼型启动绕组、特别设置的鼠笼型启动绕组、电刷以及集电环等主要部件。电刷以及集电环等主要部件。 隐极式隐极式凸极式凸极式4.8 4.8 同步电动机同步电动机 二工作原理二工作原理 电枢绕组通以对称三相电枢绕组通以对称三相交流电流后，气隙中便产生一交流电流后，气隙中便产生一电枢旋转磁场，其旋转速度为电枢旋转磁场，其旋转速度为同步转速同步转速pfn600 在转子励磁绕组中通以直流电流后，同一空气隙中，又出现在转子励磁绕组中通以直流电流后，同一空气隙中，又出现一