聊城大学机械与汽车工程学院机电传动第4章3

1、4.4 三相异步电动机的三相异步电动机的启动特性启动特性启动要求启动要求： 足够足够大的启动转矩大的启动转矩，Tst(1.11.2)TL；启动启动平滑平滑，减少对生，减少对生产机械的冲击；产机械的冲击；启动电流越小越好启动电流越小越好，否，否则，则，电网电压下降较大，电网电压下降较大，影响其它电机和设备正常影响其它电机和设备正常工作；工作；电机本身绕组发电机本身绕组发热，绝缘老化；热，绝缘老化；冲击力，冲击力，绕组端部位移、变形、短绕组端部位移、变形、短路；路；启动过程中的功率损耗启动过程中的功率损耗越小越好。越小越好。 启动设备安全可靠，启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方力求结构简单，操

2、作方便；便；异步电动机的异步电动机的固有启动特性固有启动特性启动时，启动时，n=0，S=1，E2和和I2(即即I2st)很大，很大，很大很大的的I1即即Ist(57)IN；而；而cos2很低很低，也只有正也只有正常运行时的一半常运行时的一半)()()(111111111EXI jRIEERIUL因为在启动时：因为在启动时：因为因为I1很大，所以很大，所以R1和和X1上的压降很大，上的压降很大，E1 1/2U1由由E1=4.44Kf1N1 知，知， 也只有正常运行时的一半。也只有正常运行时的一半。Tst=KmI2stcos2st却不大却不大，一般，一般，Tst=(0.81.5)TN 4.4.1

3、鼠笼鼠笼式异步电动机的式异步电动机的启动方法启动方法 直接启动直接启动(全压启动全压启动) 当当变压器容量足够大变压器容量足够大，电动机容电动机容量量(中小型中小型)又不太大又不太大时，闸刀开关时，闸刀开关或接触器直接接入电源，额定电或接触器直接接入电源，额定电压下启动。压下启动。 满足下列关系可直接启动：满足下列关系可直接启动： 电动机功率电源总容量额定电流启动电流443NSTII例：例：一台要求经常启动的鼠笼型异步电动机，其一台要求经常启动的鼠笼型异步电动机，其PN=20kW，Ist/IN=6.5。如果供电变压器（电源）容量为。如果供电变压器（电源）容量为560kVA，且，且有照明负载，问

4、：电动机可否直接启动？同样的有照明负载，问：电动机可否直接启动？同样的Ist/IN值，值，功率为多大的电动机不允许直接启动？功率为多大的电动机不允许直接启动？5 . 675. 720456043443NstII电动机功率电源总容量解：根据故可以直接启动故可以直接启动NP4560435 . 6由可算出，额定功率大于可算出，额定功率大于24kW的电动机不能直接启动。的电动机不能直接启动。经验数据经验数据电阻或电抗器降压电阻或电抗器降压启动启动 启动时，接触器启动时，接触器1KM断开，断开，KM闭合，串入闭合，串入Rst，转速上升，转速上升到一定程度，闭合到一定程度，闭合1KM，切除，切除Rst。缺

5、点：缺点：Tst随定子电压的平方关随定子电压的平方关系下降，系下降，适于空载或轻载适于空载或轻载启动；启动；不经济，电阻器上不经济，电阻器上消耗能量大消耗能量大，若若串电抗串电抗器，所需器，所需设备费较贵设备费较贵，且且体积大体积大。 降压降压启动启动设设Z为电动机在启动时每相绕组的等为电动机在启动时每相绕组的等效阻抗，则启动电流：效阻抗，则启动电流： KM和和1KM闭合，闭合，2KM断开，星形断开，星形启动；转速上升到一定程度后，启动；转速上升到一定程度后，1KM断开，断开，2KM闭合，定子接成三闭合，定子接成三角形，转入正常运行。角形，转入正常运行。 ZUIZUIststY/3),3/(1

6、1IstY=Ist/3，即，即Y启动电流是启动电流是直接直接启动的启动的1/3 又又 212121, 3/)3/(UTUUTststYTstY=Tst/3，即，即Y启动转矩是启动转矩是直接启直接启动的动的1/3。 换接可采用换接可采用接触器接触器控制，控制，也有专用的也有专用的启动器启动器。 缺点：启动电压不能按实际需缺点：启动电压不能按实际需要调节，故只适于要调节，故只适于空载或轻载空载或轻载启动启动的场合，并只适用于的场合，并只适用于正常正常运行时定子绕组按运行时定子绕组按接线接线的异的异步电动机。步电动机。 优点：设备优点：设备简单简单，经经济济，启动电流小。，启动电流小。 自耦变压器降

7、压启动自耦变压器降压启动 (自学自学) 软启动器软启动器 (自学自学) 例：例：有台拖动空气压缩机的鼠笼型异步电动机，有台拖动空气压缩机的鼠笼型异步电动机，PN=40kW，nN=1465r/min，启动电流，启动电流Ist=5.5IN，启动转矩，启动转矩Tst=1.6TN，运行条件要求启动转矩必须大于运行条件要求启动转矩必须大于0.9TN，电网允许电动机，电网允许电动机的启动电流不得超过的启动电流不得超过3.5IN。试问应选用何种启动方法？。试问应选用何种启动方法？56. 06 . 19 . 0NNststTTTTTK解：按要求，启动转矩的相对值应保证为：启动电流的相对值应保证为64. 05

8、. 55 . 3NNststIIIIIK查表可知，只有当自耦变压器降压比为0.8时，才满足KT0.56和KI0.64的条件。故选用自耦变压器降压启动方法，降压比为0.8。4.4.2 绕线式绕线式异步电动机的异步电动机的启动方法启动方法可在可在转子电路中串电阻转子电路中串电阻，具有较大启动转矩和较小启具有较大启动转矩和较小启动电流。动电流。 逐级切除逐级切除启动启动电阻法电阻法开 始 ，开 始 ， 1 K M 、2KM、3KM均断均断开，启动电阻开，启动电阻R3最大，机械特性最大，机械特性为曲线为曲线，TTL，系统加速；系统加速； 当当T=TB时，时，3KM闭合，电阻减小为闭合，电阻减小为R2，

9、机械特性，机械特性曲线为曲线为，直到外串电阻全部切除，最后稳速运，直到外串电阻全部切除，最后稳速运行于固有特性的行于固有特性的9点。点。 频敏变阻器频敏变阻器启动法启动法可自动无级切除电阻，不需要可自动无级切除电阻，不需要控制电器。控制电器。 实际是实际是副边开路的三相变压器副边开路的三相变压器，只不过铁心由几块只不过铁心由几块厚铁板或钢板厚铁板或钢板叠成，线圈中流过转子电流时，叠成，线圈中流过转子电流时，铁心中产生铁心中产生交变磁通交变磁通，铁心中产，铁心中产生生涡流涡流，使铁心发热，相当于，使铁心发热，相当于串串了一个电阻了一个电阻R，另外，还有，另外，还有电抗电抗X存在。存在。 启动时，

10、启动时，n=0，S=1，f2(=Sf)高，高，铁损大，相当于铁损大，相当于R大，大，X(f2) 也大，也大，限制了启动电流，增大了启动转矩。限制了启动电流，增大了启动转矩。当当n，f2，铁损铁损，相当于，相当于R，另，另外外X，相当于自动切除，相当于自动切除R和和X。当。当n=nN时，时，R0，X0。 缺点：缺点：功率因数低功率因数低，启动转矩的启动转矩的增大受到了限制，且增大受到了限制，且不能用于调速不能用于调速电阻电阻。 用途：用于对用途：用于对调速没有什么要求调速没有什么要求，启动转矩要求不大启动转矩要求不大，经常，经常正反向正反向运运转的绕线式异步电动机。转的绕线式异步电动机。 异步电

11、动机转速由下列两个表达式来决定：异步电动机转速由下列两个表达式来决定： SSSSTTmmmax2)1 (60)1 (0SpfSnn由上式，由上式，TLTSn ，即，即n是由是由TL来决定的，当来决定的，当TL一定，通过一定，通过改变改变Tmax、Sm、f、p，可进行调速，可进行调速。 4.5 三相异步电动机的调速方法与特性三相异步电动机的调速方法与特性 4.5.1 变极对数变极对数调速调速用于只需要用于只需要几种特几种特定的转速定的转速、空载或空载或轻载下启动轻载下启动的生产的生产机械。利用变极对机械。利用变极对数的多速鼠笼式异数的多速鼠笼式异步电动机。步电动机。 假设定子一相绕组由两个假设定

12、子一相绕组由两个“半绕组半绕组”组成，二者串联，组成，二者串联，p=2;二者并联，二者并联，p=1每相定子绕组中一半绕组内的电流改变方向每相定子绕组中一半绕组内的电流改变方向，极对数极对数将成倍变化将成倍变化将定子绕组由将定子绕组由Y改成改成YY，极对数减少了，极对数减少了1倍，故倍，故nYY=2nY。 若 保 持 转 矩 不 变 ， 则若 保 持 转 矩 不 变 ， 则“半绕组半绕组”中电流也不中电流也不变，即属于变，即属于恒转矩调速恒转矩调速； 因为因为I1=2IN，U没变，输入没变，输入功率为原来的两倍；功率为原来的两倍； 而而nYY=2nY ，所以转矩不会，所以转矩不会改变。改变。 将

13、定子绕组由将定子绕组由改为改为YY，极，极对 数 也 减 少 了对 数 也 减 少 了 1 倍 ， 即倍 ， 即nYY=2n 此时，若保持功率基本不变，此时，若保持功率基本不变，则则“半绕组半绕组”中电流也基本不中电流也基本不变，即属于变，即属于恒功率调速恒功率调速。 因为：因为：连接时，线电流：连接时，线电流： IIINN73. 131改为改为YY连接时，线电流：连接时，线电流： IIN21即即连接和连接和YY连接的功连接的功率基本一样。率基本一样。 假如线圈中通过的电流为假如线圈中通过的电流为IN 用途用途：机电联合调速，如中小型机床。：机电联合调速，如中小型机床。 改变极对数时，必须同时

14、改变极对数时，必须同时对调对调B相和相和C相接线相接线，才能使，才能使n 方方向不变。向不变。 拖动拖动恒转矩恒转矩负载，调速负载，调速范围很范围很小小；拖动；拖动泵类泵类负载，调速负载，调速范围范围稍大稍大。 4.5.2变转差率调速变转差率调速1. 调压调压调速调速在定子电路中串电阻在定子电路中串电阻(或电抗或电抗)和和用晶闸管调压调速都属于这种用晶闸管调压调速都属于这种调速方法。调速方法。 通过改变电压使通过改变电压使Tmax 得到了改得到了改变。变。异步电动机调压调速时的损耗及容量限制异步电动机调压调速时的损耗及容量限制由于旋转磁场和转子具有不同的速度，因此，传到转子由于旋转磁场和转子具

15、有不同的速度，因此，传到转子上的电磁功率上的电磁功率与转子轴的机械上产生功率与转子轴的机械上产生功率9550/0TnPeemesSPnnTPPP95500之间存在功率差之间存在功率差称为转差功率。将通过转子发热而消耗掉。低速时，转称为转差功率。将通过转子发热而消耗掉。低速时，转差功率将很大。因此，这种调压调速方法不太适合于长差功率将很大。因此，这种调压调速方法不太适合于长期工作在低速的工作机械。期工作在低速的工作机械。9550/TnPm2 .转子转子电路电路串电阻串电阻调速调速适于适于绕线式绕线式异步异步电动机，启动电电动机，启动电阻可兼作调速电阻可兼作调速电阻。简单可靠，阻。简单可靠，但属但

16、属有级调速有级调速；随转速降低，特随转速降低，特性性变软变软；低速低速时时损耗大损耗大。 用途：用途：重复短期运转重复短期运转的生产机的生产机械，如起重运输设备械，如起重运输设备 通过改变电阻使通过改变电阻使Sm得到了改变。得到了改变。 4.5.3 变频变频调速调速)1 (60Spfn变频调速的优点：变频调速的优点：（1）调速范围广；（2）调速平滑性好；（3）工作特性（静态与动态特性）都能达到和直流调速不相上下的程度；（4）经济效益高。异步电动机调速方法性能比较比较项目比较项目调速方法调速方法变极对数变极对数变转差率变转差率变频变频转子串接电阻转子串接电阻调压调速调压调速电磁转差电磁转差离合器

17、调速离合器调速串级调速串级调速是否改变是否改变同步转速同步转速变变不变不变不变不变不变不变基本不变基本不变变变静差率静差率小（好）小（好）大（差）大（差）开环时大，开环时大，闭环时小闭环时小开环时大，开环时大，闭环时小闭环时小小（好）小（好）小（好）小（好）调速范围调速范围较小较小小小闭环时较大闭环时较大闭环时较大闭环时较大较小较小较大较大调速平滑性调速平滑性差，差，有极调速有极调速差，差，有极调速有极调速好，好，无极调速无极调速好，好，无极调速无极调速好，好，无极调速无极调速好，好，无极调速无极调速适应负载适应负载类型类型恒转矩、恒转矩、恒功恒恒功恒恒转矩恒转矩通风机、通风机、恒转矩恒转矩通

18、风机、通风机、恒转矩恒转矩通风机、通风机、恒转矩恒转矩恒转矩、恒转矩、恒功恒恒功恒设备投资设备投资少少少少较少较少较少较少较多较多多多能量损耗能量损耗小小大大大大大大较少较少较少较少电动机类型电动机类型多速电动机多速电动机（笼型）（笼型）绕线电动机绕线电动机笼型电动机笼型电动机滑差电动机滑差电动机绕线电动机绕线电动机笼型电动机笼型电动机4.6 三相异步电动机的三相异步电动机的制动特性制动特性4.6.1 反馈反馈(回馈回馈)制动制动当当nn0，S0时，时， 转子导体切割旋转子导体切割旋转磁场的方向与电动状态时的方向转磁场的方向与电动状态时的方向相反相反，I2改变了方向，改变了方向，T=KmI2c

19、os2，也随之改变方向，也随之改变方向，T与与n的方向相反，的方向相反，T为制动转矩。为制动转矩。 电机从轴上吸取功率，除去转子电机从轴上吸取功率，除去转子铜损后，给了定子，再除去定子铜铜损后，给了定子，再除去定子铜损和铁损，反馈给电网。如起重机损和铁损，反馈给电网。如起重机高速高速下放重物下放重物时，电动机运行在时，电动机运行在a或或b点。点。 变极调速或变频调变极调速或变频调速速时，时， 极对数突极对数突然然增多增多或供电频率或供电频率突然突然降低降低，便进入，便进入反馈制动运行状态，反馈制动运行状态，bn02。 4.6.2 反接制动反接制动 电源反接电源反接电动运行时，电源电动运行时，电

20、源相序相序突然改变，突然改变，运行点由运行点由ab，T0，系统减速，系统减速，由由bc，为，为制动过程制动过程，到，到c点若不点若不切断电源，则会切断电源，则会反向启动反向启动。 反接制动，电流很大，对鼠笼式电反接制动，电流很大，对鼠笼式电动机常在动机常在定子定子电路中电路中串接电阻串接电阻；对；对绕线式则在绕线式则在转子转子电路中电路中串接电阻串接电阻。 倒拉倒拉制动制动拖动拖动位能位能负载。负载。 定子送入的电功率、转子轴上输定子送入的电功率、转子轴上输入的机械功率，都消耗在转子入的机械功率，都消耗在转子电电阻阻上。上。a点，电动运行；当点，电动运行；当转子电路串转子电路串入较大电阻入较大

21、电阻，运行点从，运行点从ab，TTL，电动机减速到，电动机减速到c点，点，n=0，但仍有但仍有TTL，电动机反向转动，电动机反向转动，直到直到d点，点，T=TL，稳速运行，稳速运行，T和和n反向，为制动转矩。反向，为制动转矩。应用：起重机应用：起重机低速下放重物低速下放重物。 4.6.3 能耗能耗制动制动能耗制动时，打开能耗制动时，打开1KM，立即合上立即合上2KM，即把，即把低低压直流压直流电立即电立即定子绕定子绕组，组，一个一个固定不变的固定不变的磁场磁场，旋转的转子导体，旋转的转子导体感应电动势和电流感应电动势和电流 (在在磁场中磁场中) 制动转矩制动转矩T0nn=0 ，在此过，在此过程

22、中，机械能程中，机械能电能电能电阻。电阻。 制动效果：制动效果：比反接制动比反接制动差差。 改变定子改变定子励磁电流励磁电流If或转或转子电路串入子电路串入电阻电阻(绕线式绕线式)的大小来的大小来调节制动的强弱调节制动的强弱。 优点优点：结构简单、成本低、：结构简单、成本低、运行可靠。运行可靠。 4.7 单相单相异步电动机异步电动机用途用途：电风扇、洗衣机、：电风扇、洗衣机、电唱机、吸尘器、医疗器电唱机、吸尘器、医疗器械及自动控制装置。械及自动控制装置。 4.7.1 单相异步电动机的单相异步电动机的磁场磁场转子为转子为鼠笼鼠笼式，定子绕组为式，定子绕组为单相单相， 接入单相交流电源，空气隙中产

23、生接入单相交流电源，空气隙中产生固定脉动磁场固定脉动磁场，磁通或磁感应强度，磁通或磁感应强度大小随时间作大小随时间作正弦变化正弦变化： B=Bmsint 按正弦变化的脉动磁场，可以分解成两个按正弦变化的脉动磁场，可以分解成两个在在空间空间按按余弦分布余弦分布，转速相等转速相等而而方向相反方向相反的的旋转磁场旋转磁场和和Bm1Bm2Bm2 ，其幅值为，其幅值为 和和的同步转速为的同步转速为 n060fp 1mB1mB2mB2mBTS曲线：曲线：和和当当n=0，s=1，T+和和T-大大小相等，方向相反，小相等，方向相反，T=0，不能自行启动。，不能自行启动。 当外力拨动转子转动，当外力拨动转子转动，s1，T0，电动机旋电动机旋转。转。 作用