电机学：异步机 18章 起调制

1、第四篇 异步机第18章 异步电动机的起动、调速、制动18.1 起动18.2 调速18.3 制动18.1.1 起动定义、起动指标18.1.2 普通笼型机的起动18.1.3 绕型机的起动18.1.4 集肤效应18.1.5 深槽笼型机18.1.6 双笼笼型机18.1 异步电动机的起动1 起动定义-异步电动机从静止到稳定运行的过程，称为起动。2 起动指标-标志感应电动机起动品质的主要指标有两个： 起动转矩倍数Tst/TN、 起动电流倍数Ist/IN。 18.1.1 起动定义、起动指标1 起动方法分类2 全压起动特点3 降压起动特点4 降压起动种类5 电抗起动法-不要求6 自耦变压器起动法-不要求7 星

2、三角起动法8 延边三角形起动法-不要求18.1.2 普通笼型机的起动1 起动方法分类-分两类：全压起动（直接起动）降压起动（间接起动）18.1.2 普通笼型机的起动2.1 普通笼型机的全压起动指标：起动电流倍数Ist/IN=47倍，起动转矩倍数Tst/TN=12倍。2.2 全压起动法的优点：操作、设备都最简单。2.3 全压起动法的缺点：起动电流很大。故全压起动受电网容量限制。起动电流使电网电压显著下降，影响周边设备的运行。大中型异步电动机起动前要校核，就是这个道理。2 全压起动特点3.1 降压起动目的：为了减小起动电流。3.2 降压起动的起动转矩分析由T形电路知，忽略励磁电流，Ist=I1=I

3、2。以s=1、I2=I1=Ist代入电磁转矩公式得 ：3 降压起动特点以s=sN、I2=I1=IN(忽略励磁电流)代入电磁转矩公式得额定转矩：3.2 降压起动的起动转矩分析：续1于是可得：3.2 降压起动的起动转矩分析：续2可见：起动转矩倍数正比于起动电流倍数的平方及额定转差率。即当起动电流减小k倍时，起动转矩将减小k2倍。故降压起动法只适用于空载或轻载，如风扇等。 降压起动方法有：电抗起动法-不要求自耦变压器起动法-不要求星三角起动法延边三角形起动法-不要求4 降压起动种类不要求5 电抗起动法6 自耦变压器起动法不要求7.1 星三角起动法的意义-待起动电机起动时接成星形，运行时改接成三角形。

4、7.2 星三角起动法的适用（限制）-待起动电机必须是三角形接法（运行）。7.3 星三角起动法绕组的出线端子数-六个。7 星三角起动法7 星三角起动法 续17.4 星三角起动法的接线起动：开关左合时XYZ接到一起，绕组成星形；运行：开关右合时X接B、Y接C、Z接A，绕组成三角形。倒闸时刻：接近额定转速时。7 星三角起动法 续27.5 星三角起动法的起动电流倍数设电动机在s=1时的每相阻抗为Zk。星形起动时定子每相电压为额定线电压U1N的 倍，相电流等于线电流：Ist(Y)= U1N/ |Zk|三角形起动时，每相绕组所加电压为U1N，每相绕组中起动电流为U1N/|Zk|，线电流Ist(D)= U1

5、N/|Zk|。两种情况下起动电流之比为1/3。见右式： 7 星三角起动法 续37.6 星三角起动法的起动转矩倍数 端电压降低到 倍。所以， 起动转矩降到原先的1/3。 可见，星三角起动法的两个指标都是1/3。 7 星三角起动法 续47.7 星三角起动法的特点 设备简单、受接线方式限制。8 延边三角形起动法不要求1 绕型机的结构特点2 绕型机的起动接线3 绕型机的起动原理4 绕型机的起动特点 18.1.3 绕型机的起动1.1 转子绕组为绕线型绕组。1.2 有刷环机构-定子上有电刷，转子上有滑环 。1 绕型机的结构特点2 绕型机的起动接线3 绕型机的起动原理起动时，转子中串入起动电阻Rst，不仅使

6、Ist减小，而且使cos2增大，从而使Tst增大。 课本第149页有：3.1 起动电流小、起动转矩大。绕型机的起动是一种理想的起动。3.2 结构复杂、价格贵。故绕型机大多应用在起动性能要求比较高的场合，例如铲土机、起重机等。4 绕型机的起动特点1 什么是集肤效应？2 集肤效应与哪些因素有关？3 集肤效应有利于异步电动机的起动 18.1.4 集肤效应1 什么是集肤效应？18.1.4 集肤效应将导条沿槽高方向分成多股(图示4股)。各股所生漏磁均绕过槽底。故股线越近槽底所交链的漏磁越多，漏抗越大。因此槽口股线流过的电流大，槽底股线的电流小。这种现象称为集肤效应，也称挤流效应。1 什么是集肤效应？ 续

7、电流集中到导条上部，相当于导条的有效截面积减小，使转子电阻增大。如图所示。2 集肤效应与哪些因素有关？据时变电磁场理论分析可知：频率越高，槽形越深，集肤效应越显著。通常槽深h与槽宽b之比h/b1012。3 集肤效应有利于异步电动机的起动起动时s=1，转子频率高（f2=f1=50Hz），集肤效应强，R2增大明显，相当于转子串入起动电阻。因此，起动转矩被提高，起动电流被限制。运行时s=0.03左右 ，转子频率低，仅13Hz，集肤效应弱， R2增大微弱，相当于起动时的串入电阻被自动切除。因此，不妨碍运行。深槽笼型异步电动机直接利用转子电流的集肤效应来改善起动性能-降低起动电流、提高起动转矩。18.1

8、.5 深槽笼型机1 双笼机的结构特点2 双笼机的起动和工作3 双笼机的Te-s曲线4 双笼机的等效电路-不要求5 深槽机的变种：凸槽机18.1.6 双笼笼型机转子上有两个笼：上笼、下笼。而且，两个笼是电气相通的。上笼位于外部，导条细，大，叫起动笼；下笼位于内部，导条粗，小，叫工作笼。1 双笼机的结构特点起动时，转子频率高，转子漏抗转子电阻。上、下导条中电流的分配取决于漏抗。由于集肤效应，电流多集中于上笼。恰好上笼的电阻大，故可产生大的起动转矩。由于起动时上笼起主要作用，所以上笼称为起动笼。工作时，转子频率低，转子漏抗转子电阻。上、下导条中电流的分配取决于电阻。而下笼电阻较小，故下笼的电流大，对

9、工作起主要作用，故下笼称为工作笼。2 双笼机的起动和工作将上、下笼的Te-s曲线相加，即得双笼机的Te-s曲线，如图所示。 3 双笼机的Te-s曲线改变上、下笼的尺寸和材料，就可以改变其参数。从而得到不同的起动性能和工作性能，以满足各种不同负载的要求。这是双笼机优于深槽机之处。不要求 4 双笼机的等效电路在一些中小型笼型异步电动机中，参照双笼机的特点，将深槽改成凸形槽，能收到比深槽更好的效果。如图所示。5 深槽机的变种：凸槽机18.2.1 调速总公式18.2.2 变极调速特点18.2.3 变频调速特点18.2.4 变转差率调速特点18.2.5 变转差率调速之调压调速18.2.6 变转差率调速之

10、转子串电阻调速18.2.7 变转差率调速之串级调速-不要求18.2.8 变转差率调速之双馈调速-不要求18.2 异步电动机的调速由上式可得调速三大方法：1）变极调速2）变频调速3）变转差率调速18.2.1 异步电动机的调速总公式有级调速、调速范围宽。18.2.2 变极调速特点18.2.3 变频调速特点无级调速、调速范围宽。18.2.4 变转差率调速特点无级调速、调速范围宽窄不一。18.2.5 变转差率调速之调压调速1 调压调速原理2 调压调速特点3 调压调速注意事项1 调压调速原理若电动机的端电压从U1N降到0.7U1N，则电动机的转速将从n1降到n2。如图所示。 Te与U2成正比。因此改变U

11、，Te-s曲线高度随之改变，工作点随之改变，转速随之改变。 2 调压调速特点2.1 调速范围小对恒转矩负载，当转差率大于临界转差率sm时，Te-s曲线与负载特性无交点，电动机不能稳定运行。因此这种方法的调速范围为0sm。而sm一般又很小，故调速范围小。2.2 无级调速如果能平滑地改变端电压，那么，就能平滑地移动工作点，即实现无级调速。3 调压调速的注意事项 使用调压调速时，必须注意转速下降时转子的发热情况。因为 恒功率调速时，Pe近似不变，pCu2与s近似成正比增加。横转矩调速时， Pe=Tes 仍然近似不变，pCu2与s近似成正比增加。18.2.6 变转差率调速之转子串电阻调速1 转子串电阻

12、调速的原理2 转子串电阻调速的特点3 转子串电阻调压的注意事项1 转子串电阻调速的原理Tmax与R2无关。因此改变R2 ，Te-s曲线保持高度不变而移动，工作点随之改变，转速随之改变。如图所示。 2 转子串电阻调速的特点2.1 优点1：调速范围宽，为s=01。 当转子中加入调速电阻时，Te-s曲线将左移，如上页图示。若负载转矩T2+T0不变，s将从s1增大到s2，即转速将下降。调速范围为s=01。 2.2 优点2：无级调速如果能平滑地所串电阻，那么，就能平滑地移动工作点，即实现无级调速。2.3 缺点1：调速电阻中要消耗一定的能量。 2.4 缺点2：电动机的机械特性变软，负载变化时电动机的转速将

13、发生显著变化。2.5 缺点3：只适合绕线型异步电动机。 3 转子串电阻调速的注意事项与调压调速一样，转子串电阻调速时，也必须注意转速下降时转子的发热情况。由于转子回路的铜耗pcu2=sPe，故转速调得越低，转差率就越大，铜耗就越多，效率就越低。如把转差率调到0.5，则电磁功率中的50将变成转子回路铜耗。这些铜耗将变成热能，使转子发热。18.2.7 变转差率调速之 串级调速不要求18.2.8 变转差率调速之 双馈调速不要求18.3.1 制动的本质18.3.2 反接制动18.3.3 回馈制动18.3.4 能耗制动18.3.5 异步电动机制动分类的统一标准18.3 异步电动机的制动制动的本质是：电磁

14、转矩与转速，方向相反。18.3.1 制动的本质正转反接 的反接制动正接反转 的反接制动18.3.2 反接制动1.1 正转反接的意义-保持正向转速，通过反接改变电磁转矩的方向：+n、+Te +n、-Te。 反接就是三相中调换任意两相。1.2 正转反接的注意事项1.2.1正转反接后，电机立即进入s2时的电磁制动状态，对转子产生较强的制动作用。为了使反接时电流不致过大，若为绕线型感应电动机，反接时应该在转子回路串入附加电阻。1.2.2当电动机转速降至零时，必须立即切断定子电源，否则电动机将向相反方向旋转。 1 正转反接的反接制动2.1 正接反转的意义-保持正向接法，通过转子串电阻改变转速的方向：+n

15、、+Te-n、+Te。2 正接反转的反接制动2.2 正接反转的制动原理1 回馈制动的意义2 回馈制动、正转反接的区别3 回馈制动实例18.3.3 回馈制动1 回馈制动的意义-nns时，电机进入发电状态，电磁转矩方向变反：+n、+Te+n、-Te。2 回馈制动、正转反接的区别 回馈制动使电机进入s0的小转差制动方式。 正转反接使电机进入s2的大转差制动方式。18.3.3 回馈制动3 回馈制动实例当感应电动机拖动电气机车下坡时，电磁转矩、重力转矩方向一致，机车速度越来越快。当转速超过同步速，即nns时，电磁转矩方向开始改变：+n、+Te+n、-Te。电机进入发电机状态，即回馈制动状态。此时电磁转矩、重力转矩方向相反。转速越来越高。Te随转速增加而增加，重力转矩Tw与转