异步电机课件 (1)讲解

异步电机

交流旋转电机的共同问题交流旋转电机主要包括异步电机和同步电机两大类,两类电机在结构上既有共同之处,又有各自特点。共同之处：（对于典型的交流电机）在于定子铁心和绕组，包括：1）三相交流绕组的结构2）三相交流绕组产生的电势；3）三相交流绕组产生的磁势。不同之处在于转子结构和绕组。第十章异步电机的结构及绕组10-1异步电机的结构及额定值10-2交流电机定子绕组本章基本要求：1了解三相异步电机的基本结构、分类2掌握额定值的计算3了解交流电机定子绕组10-1异步电机的结构及额定值异步电机的用途和类型★用途：异步电机主要用作电动机，应用最广泛的一种电动机，厂矿企业，交通工具，娱乐，科研，农业生产，日常生活都离不开异步电动机。★类型：异步电机主要分为：鼠笼式异步电动机，绕线式异步电动机和各种控制用电动机三大类。分类：

异步电机按相数分按转子结构分单相异步电机三相异步电机绕线型异步电机鼠笼型异步电机异步电机实物图：

单相异步电机三相异步电机异步电机实物图：

绕线型异步电机鼠笼型异步电机感应电机定子绕组定子铁心

转子机座转子铁心转轴转子绕组定子结构组成气隙鼠笼型绕线型一、三相异步电动机的基本结构定子部分1）定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成——导磁部分。2）定子绕组：放在定子铁心内圆槽内——导电部分。3）机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。转子部分1）转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。2）转子绕组：鼠笼式转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组；绕线式转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。

异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到的最小值。气隙一）定子10

1.定子铁心作用—主磁路的一部分，放置定子绕组。构成—0.5mm厚的硅钢片叠成圆柱体；内圆冲有若干均匀分布的形状相同的槽定子槽形半闭口槽—小型异步电机，绕组用圆导线绕成。半开口槽—低压中型异步电机，绕组是成型线圈。开口槽—高压大中型异步电机，绕组是用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈。2.定子绕组作用—构成电路部分，感应电动势，通过电流，建立旋转磁场，以实现机电能量转换。构成—铜线圈。小型异步机采用单层；大、中型异步机采用双层短距。

定子绕组联接方式

星形（Y）接法和三角形（△）接法

U1V1W1W2U2V2W2U2V2D联结Y联结U1V1W13.机座（机壳）作用—固定和支撑定子铁心，承受运行中的各种作用力，散热。构成—铸铁或钢板焊接而成。

二）转子1.转子铁心作用—主磁路的一部分，放置转子绕组。构成—0.5mm厚的硅钢片叠成，外圆周冲有若干均匀分布的形状相同的槽。

转子槽槽形的选择主要取决定于对运行性能和起动性能的要求。2.转子绕组作用—构成电路部分。感应电动势、流过电流和产生电磁转矩。构成—铸铝，铜条焊接，铜绕组。结构型式—鼠笼型绕组和绕线型绕组。

鼠笼型转子绕组：由插入每个转子槽中的导条和两侧的短路端环构成，如果去掉转子铁心，剩余的转子绕组就像一个松鼠笼子。一般为铝浇铸的，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。鼠笼型转子绕组实物图鼠笼型转子绕组结构示意图绕线型转子绕组结构示意图绕线型转子绕组：三个出线端子接到固定在转轴上的三滑环上，通过电刷引出，与外电路接通。其特点是可以在转子绕组中串入附加电阻，来改善电机的起动性能或调节转速。3.转轴作用—支撑转子铁心，输出、输入机械转矩构成—钢。

鼠笼型和绕线型转子实物图三）气隙间隙也是主磁路的组成部分。气隙大小对异步电机的性能影响很大。为了减小主磁路的磁阻，降低励磁电流，提高功率因数，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0.2～1.5mm。三相异步电机主要部件拆分图思考：从上两图看，哪台是绕线式异步电机？

看上图，绕线转子异步电动机的结构与笼型电机有何不同？它是如何调速的？二、异步电机的型号及额定值

1型号例:额定值关系有：额定运行时，加在定子绕组上的线电压.额定运行时电动机的转速.2额定值额定运行时，流入定子绕组中的线电流.额定运行时,输出功率.电动机指机械功率。1.线圈：是构成绕组的元件。绕组就是将线圈按一定规律进行排列和联结。线圈可以区分为多匝线圈和单匝线圈。10-2交流电机定子绕组

一、交流绕组的基本概念2.极距

两个相邻磁极轴线之间沿定子铁心内表面的距离。若定子的槽数为Z，磁极对数为p，则极距：3.线圈节距一个线圈的两个有效边之间所跨的距离称为线圈的节距。4.电角度5.槽距角相邻两个槽之间的电角度：7.相带

每个极面下的导体平均分给各相，则每一相绕组在每个极面下所占的范围，用电角度表示称为相带。

每一个极面下每相所占的槽数为6.每极每相槽数8.单层绕组和双层绕组

单层绕组一个槽中只放一个元件边.双层绕组一个槽中放两个元件边.

二、三相单层绕组1交流绕组的构成原则1.1.均匀原则：每极每相槽数相等1.2.对称原则：三相绕组对应相差120度电角度1.3.电势相加原则：线圈两个圈边的感应电势应该相加。AXZCBY2极24槽三相绕组分布对于2极24槽例1AZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAXZCBY4极24槽三相绕组分布A/B/Z/X/Y/C对于4极24槽：极距槽。槽距角

每极每相绕组的槽数

A、B两相相隔4个槽，4×300=1200例2例：4极24槽三相交流绕组（叠式）

2.单层绕组的形式单层绕组分为链式、交叉式和同心式绕组。2.1单层链式绕组

单层链式绕组由形状、几何尺寸和节距相同的线圈连接而成，整个外形如长链。

链式绕组的每个线圈节距相等并且制造方便；线圈端部连线较短并且省铜。主要用于q=2的4、6、8极小型三相异步电动机。2.2单层交叉式绕组

单层交叉式绕组由线圈数和节距不相同的两种线圈组构成，同一组线圈的形状、几何尺寸和节距均相同，各线圈组的端部互相交叉。

交叉式绕组由两大一小线圈交叉布置。线圈端部连线较短，有利于节省材料，并且省铜。广泛用于q>1的且为奇数的小型三相异步电动机。2.3单层同心式绕组

同心式绕组由几个几何尺寸和节距不等的线圈连成同心形状的线圈组构成。

同心式绕组端部连线较长，适用于q=4、6、8等偶数的2极小型三相异步电动机。优点不适宜于大中型电机元件少，结构简单，嵌线方便，槽内无层间绝缘广泛应用于10kW以下的异步电动机定子绕组单层绕组为整距绕组缺点电动势和磁动势波形较差铁损和噪声较大起动性能较差三相单层绕组的优缺点

三、三相双层绕组

双层绕组每个槽内放上、下两层线圈的有效边，线圈的每一个有效边放在某一槽的上层，另一个有效边则放置在相隔为y的另一槽的下层。双层绕组分双层叠绕组（如图2a=1）和双层波绕组（略）。

双层绕组的特点：1）线圈数等于槽数；2）线圈数组数等于极数，也等于最大并联支路数；3）每相绕组的电动势等于每条支路的电动势。优点可以选择最有利的节距，使电动势和磁动势波形更接近正弦波所有线圈的形状和尺寸相同，便于实现机械化端部排列整齐机械强度高可组成较多的并联支路缺点嵌线困难用铜量大第十章结束第十一章

旋转电机交流绕组的电势和磁势旋转磁场是交流电机工作的基础。在交流同步电机理论中有两种旋转磁场：

(1)电气旋转磁场

(2)机械旋转磁场通过原动机拖动磁极旋转可以产生机械旋转磁场。三相对称电流通入三相对称绕组时在电机内部会自动产生一个圆形的电气旋转磁场。交流绕组处于旋转磁场中，并切割这个旋转磁场，便产生感应电势。

流经异步电机定子绕组与(转子绕组的电流以及)同步电机定子绕组的电流是交流电流，其所产生的磁势不仅是空间函数，且是时间函数。研究磁势的空间分布规律；研究磁势的时间变化规律。相关知识交流同步发电机的结构模型同步发电机的结构模型如图所示：转子上有成对的磁极，定子上有三相对称交流绕组。原动机带动转子旋转，形成机械旋转磁场。该磁场在气隙空间近似为正弦分布。定子绕组的有效边被旋转磁场切割，并在其中产生感应电势。

1.一根导体的感应电动势11-1

交流电机定子绕组的感应电势导体电动势的有效值2线圈中的感应电势2.1整距线圈中的感应电势

线圈的两个有效边处于磁场中相反的位置，其感应电势相差180电角度。整距线圈的感应电势：

考虑到线圈的匝数后：

AXZCBY2.2短距线圈中的感应电势（看图）线圈的两个有效边在磁场中相距为y,其感应电势相位差不是180-β电角度。

1800-ββ1800-ββ短距角：

短距线圈的感应电势：

短距系数：

3线圈组的感应电势

小结：短距系数小于1，故短距线圈感应电势有所损失；但短距可以削弱高次谐波（后面要讲）。AXZCBY由图可知：线圈组的电势：

4一相绕组的电势单层绕组的相电势：单层绕组每对极每相q个线圈，组成一个线圈组，共p个线圈组。若p个线圈组全部并联则相电势=线圈组的电势若p个线圈组全部串联则相电势=p倍线圈组电势实际线圈组可并可串，总串联匝数相电势：

双层绕组的电势双层绕组每对极每相有2q个线圈，构成两个线圈组，共2p个线圈组这2p个线圈组可并可串，总串联匝数双层绕组要考虑到短距系数绕组系数：5三相绕组的电势三相绕组由在空间错开120电角度对称分布的三个单相绕组构成，三相相电势在时间上相差120度。三相线电势与相电势的关系：三角形接法:线电势=相电势；星形接法:短距绕组、分布绕组对电动势波形的影响对V次谐波：改善电动势波形的方法:（１）采用短距绕组来削弱高次谐波（２）采用分布绕组来削弱高次谐波１．减小磁极表面的斜率，即改善主磁极磁场的分布（不使其与定子为同心圆）２．改善交流绕组的构成，削弱谐波电动势３．采用三相连接接线消除线电动势中的三及其倍数的奇次谐波11-2交流电机定子单相绕组的磁势

1整距集中绕组的磁势1.1一个整距线圈在异步电机中产生的磁势

磁力线穿过转子铁心，定子铁心和两个气隙相对于气隙而言，由于铁心磁导率极大，其上消耗的磁势降可以忽略不计如果通过线圈的电流为交变电流：线圈在一个气隙上施加的磁势为：

则矩形波的高度也将随时间变化。整距集中绕组产生的磁势是一个位置固定，幅值随时间按整弦变化的矩形脉振磁势。脉振磁势可以表示为：脉振磁势的幅值：1.2矩形波脉振磁势的分解根据高等数学的理论，基波幅值为：

本书以后的分析只考虑基波

高次谐波的幅值为：

ν为谐波次数。基波在空间按余弦（正弦）分布；是一个正弦脉振磁势。其表达式为：

2整距分布绕组的磁势

q个正弦脉振磁势在空间依次错开一个槽距角。其叠加方法类似于感应电势的叠加。

结论：线圈组的磁势为：

3双层短距绕组的磁势在分析磁场分布式时，双层整距绕组可以等效为两个整距单层绕组。两个等效单层绕组在空间分布上错开一定的角度，这个角度等于短距角。双层短距绕组的磁势为：

绕组的短距系数：

4单相绕组磁势的统一表达式为了统一表示相绕组的磁势，引入每相电流I,每相串联匝数N1等概念。

代入：得：单相绕组磁势：11-3三相绕组基波旋转磁势1单相正弦脉振磁势的分解由前面分析，A相绕组通过交流电流后，产生的单相基波磁势为：磁势曲线上其他点的轨迹具有类似的结论由三角公式得：最高点的位置随时间t，分别以角速度ω与-ω运动。结论：单相正弦脉动磁势可以分解为两个转向相反，转速大小相等的旋转磁势。

2三相基波磁势合成旋转磁势

三相对称电流：三相对称电流通过三相对称绕组时各自产生的磁势：

三相合成磁势为：结论：三相对称交流绕组通过三相对称电流时将产生圆形旋转磁势。旋转磁场的转速三相合成磁势为：圆形旋转磁势的转速也叫同步转速为：

圆形旋转磁势的转速也叫同步转速为：旋转磁势的转向：由带有超前电流的相转向带有滞后电流的相。改变旋转磁场转向的方法：调换任意两相电源线（改变相序）

Im–Im

t02

iAiCiBt1

旋转磁场的作图

定子三相绕组通入三相交流电(星形联接)AXBYCZ1.旋转磁场的产生o规定

i:“+”首端流入，尾端流出。

i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(•)电流出(

)电流入o

tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ三相电流合成磁

场的分布情况合成磁场方向向下合成磁场旋转60°合成磁场旋转90°o600AAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场

即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°取决于三相电流的相序2.旋转磁场的旋转方向结论：任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。任意调换两根电源进线(电路如图)AXCZBY0

to3.旋转磁场的极对数P当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：o

tAXBYCZAXYCBZ

若定子每相绕组由两个线圈串联

，绕组的始端之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYC极对数旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'04.旋转磁场的转速工频：旋转磁场的转速取决于磁场的极对数p=1时0

toAXYCBZAXYCBZAXYCBZp=2时0旋转磁场转速n0与极对数p的关系极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。可见:11-4异步电机中的主磁通，漏磁通，和漏电抗漏电抗：漏磁通在定子绕组中会感应漏磁电势，该电势用漏抗压降表示：其中称为漏电抗。

转子绕组通过电流时，也会有漏磁通。对应的漏抗电势：

3影响漏电抗电小的因素漏电抗对电机的性能有很大的影响。电抗公式：电流频率，绕阻匝数，漏磁路的磁阻是决定漏磁通大小的主要因素。比如，槽口宽在槽口漏磁通小；端部长，则端部漏磁通大。十一章结束U2U1W2V1W1V2n一、转动原理1、电生磁：三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转磁场。2、磁生电：旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。3、电磁力：转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。第十二章异步电机的分析方法12-1异步电动机的工作原理相异步电动机的工作原理磁铁闭合线圈磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势导线长磁感应强度切割速度（右手定则）闭合导线产生电流

i（左手定则）通电导线在磁场中受力1.线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致

结论：异步转速2.线圈比磁场转得慢二、转差率

转差率是异步电机的一个基本物理量，它反映电机的各种运行情况。转子未转动时，电机理想空载时，作为电动机，转速在范围内变化，转差率在0~1范围内变。负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转速为：额定运行时，转差率一般在0.01~0.06之间，即电机转速接近同步速。

同步转速与转子转速之差与同步转速的比值称为转差率，用s表示，即：三、异步电机的三种运行状态根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态机械能转变为电能电能和机械能变成内能电能转变为机械能能量关系制动制动驱动电磁转矩转差率转速外力使电机快速旋转外力使电机沿磁场反方向旋转定子绕组接对称电源实现发电机电磁制动电动机状态

三相异步电动机的定子部分在结构上和同步电动机的定子部分完全相同。对中、小容量的低压异步电动机，通常定子三相绕组的六个出线头都引出，这样可根据需要灵活地接成“Y”形或“D”形。U1V1W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2D联结Y联结四、接线五、电势平衡方程式1定子绕组电势平衡方程式定子绕组接到交流电源上，与电源电压相平衡的电势（压降）包括：

1）主电势（感应电势）：旋转的主磁通和转子绕组切割，并在其中产生感应电势。定子绕组感应电势的有效值：2）漏磁电势（漏抗压降）：电阻压降：定子电势平衡方程式：NSNS2转子绕组的电势及电流

1)转子绕组的感应电势转子绕组切割主磁通的转速主磁通以同步速度旋转；转子以转速n旋转；转子绕组导体切割主磁通的相对转速为(n1-n)=sn1

转子绕组中感应电势的频率：

转子感应电势的有效值

通常为：(0.5-3)Hz

NSNSSNNS对绕线型转子：对笼型转子：2）转子绕组的阻抗由于转子绕组是闭合的，所以有转子电流流过。同样会产生漏磁电抗压降。漏抗公式：。漏抗也与转差率正比。转速越高，漏抗越小。考虑到转子绕组的相电阻后：3）转子绕组中的电流

转子绕组短路，转子电压为0，感应电势全部加在转子阻抗上，转子回路方程：

讨论：转子电流随s的变化。3异步电动机的磁势平衡1)定子绕组的磁势大小（有效值）转速：

2)转子绕组磁势大小（有效值）

转速：

转子绕组磁势转速的分析见下页！转子绕组磁势转速的分析旋转磁场相对转子的转速：n1-n转子绕组中电流的频率转子电流产生的旋转磁势的转速（相对转子）：转子磁势的绝对转速（相对于不动的定子）:结论：转子绕组的磁势与定子绕组的磁势转速相同，在空间相对静止。4磁势平衡方程式激磁电流和激磁磁势产生主磁通所需要的电流称为激磁电流；对应的磁势称为激磁磁势：激磁磁势近似不变由电势方程式：；电源电压不变，阻抗压降很小，电势近似不变；由公式：，近似不变；可见，激磁磁势和激磁电流几乎不变。空载运行时，激磁磁势全部由定子磁势提供，即：=负载运行时，异步电动机的磁势平衡方程：结论：空载运行时，转子电流为0，定子电流等于激磁电流；负载时，定子电流随负载增大而增大。12-2异步电动机的等效电路及其简化

等效电路法是分析异步电动机的重要手段。在异步电动机中，作等效电路遇到的两大障碍是：(1)定转子电路的频率不相同；

(2)定转子边的相数，匝数，绕组系数等不相等。所以，首先研究异步电动机的频率折算和绕组折算的问题。

1频率折算（用静止的转子代替旋转的转子）转差率为s的异步电动机转子电路频率：转子电流即可以把原来旋转的转子看成静止的转子。可以理解为：转子不动，转子有一附加电阻：2原、副绕组的等效电路（由电势平衡方程式可得）原边：副边：定、转子间仅有磁的联系，没有电路上的直接联系。要进行归算：用一个等效的转子（相数为m1，有效匝数为N1kw1）代替实际的转子，同时，保持电磁关系和能量转换关系不变。3绕组折算1)电流折算：用绕组（）等效替代绕组（）代替的原则是：磁势平衡不变；功率平衡不变。根据磁势不变：得到：2)电势折算：折算前折算后得到：3）阻抗折算：据则算前后功率不变原则：得到：对漏电抗有同样的结论4折算后转子电路方程式折算前：折算后：原边：5等效电路1)方程式：副边：原副边之间：由激磁回路：2)变压器T型等效电路：简化等效电路：6相量图一、功率平衡方程式，电机效率12-3异步电动机的功率平衡和转矩平衡关系1功率平衡异步电动机的功率和损耗有：输入功率定子铁损电磁功率机械功率输出功率定子铜损转子铜损在等效电路上表示功率和损耗：两个重要关系式

可见，从气隙传递到转子的电磁功率分为两部分，一小部分变为转子铜损耗，绝大部分转变为总机械功率。转差率越大，转子铜损耗就越多，电机效率越低。因此正常运行时电机的转差率均很小。2电机效率：

2cuMp=sP1-sΩMP=P二、转矩平衡即或电磁转矩

在式的两边同时除以角速度得空载阻力转矩电磁转矩1电磁转矩

12-4异步电动机的电磁转矩和机械特性类似的与直流电机公式：根据简化等效电路算出转子电流：

将电流代入得：2机械特性电动机的机械特性是指电磁转矩与转速之间的关系曲线由公式可知电磁转矩公式1）T与定子每相绕组电压成正比。U1

T

2）当电源电压U1一定时，T是

s的函数。3）R2

的大小对

T有影响。绕线式异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2

，从而改变转距。OT2机械特性电动机的机械特性是指电磁转矩与转速之间的关系曲线异步电动机的机械特性就是T-s曲线。几个关键点：起动点最大转矩点额定工作点电动，发电，制动三种运行状态3最大转矩，过载能力异步电动机的T-s曲线上有一个最高点；最大转矩可以根据高等数学中求极值的方法求得。令：，求得：可得：过载能力：最大转矩与额定转矩之比：（一般在1.6--2.2之间，起重，冶金电动机2-3）几个重要结论：

最大转矩与电网电压的平方成正比；最大转矩近似于漏电抗反比最大转矩的位置可以由转子电阻的大小来调整；最大转矩的值与转子电阻值没有关系。

起动电流指起动瞬间电机从电网吸收的电流:起动转矩则是起动瞬间电动机的电磁转矩：如果希望起动转矩等于最大转矩，则：令sm=1,可得：对绕线式电动机：以上电阻指的是转子每相电阻与外串电阻之和。另，实际电阻应折算。4异步电动机的起动转矩作出起动时（s=1)的等效电路，可以直接求得起动电流和起动转矩。几个重要结论：

异步电动机的起动转矩与电压的平方成正比；总漏抗越大，起动转矩越小；绕线式异步电动机可以在转子回路串入适当的电阻一增大起动转矩；当时，起动转矩最大。

将电流代入得：作业

12-5异步电动机工作特性分析1转差率特性(s=f(P2))随着负载功率的增加，转子电流增大，故转差率随输出功率增大而增大。2转矩特性(T=f(P2))异步电动机的输出转矩：转速的变换范围很小，从空载到满载，转速略有下降。转矩曲线为一个上翘的曲线。（近似直线）3电流特性(I2=f(P2))

空载时电流很小，随着负载电流增大，电机的输入电流增大。4效率特性其中铜耗随着负载的变化而变化（与负载电流的平方正比）；铁耗和机械损耗近似不变；效率曲线有最大值，可变损耗等于不变损耗时，电机达到最大效率。异步电动机额定效率载74-94%之间；最大效率发生在(0.7-1.0)倍额定效率处。5功率因数特性

空载时，定子电流基本上用来产生主磁通，有功功率很小，功率因数也很低；随着负载电流增大，输入电流中的有功分量也增大，功率因数逐渐升高；在额定功率附近，功率因数达到最大值。如果负载继续增大，则导致转子漏电抗增大（漏电抗与频率正比），从而引起功率因数下降。

s第13章三相异步电动机的起动及调速13-1对异步电动机起动的要求及起动方法选用原则13-2鼠笼式异步电动机直接起动13-3鼠笼式异步电动机降压起动13-4绕线式异步电动机的起动13-5异步电动机的调速方法13-6异步电动机变级调速13-7异步电动机变频调速13-8绕线式转子异步电动机调速起动过程，又简称起动：三相异步电动机定子绕组接入电网，电动机从静止状态开始转动，直至过渡到稳定运行状态的过程。起动时电动机内部的电磁状况与正常运行时不同。13-1对异步电动机起动的要求及起动方法选用原则一、异步电动机的起动性能1最初起动电流起动时,由简化等效电路可得忽略电阻,在额定电压下起动,最初起动电流的大小只受短路阻抗的限制，而其值很小，故最初起动电流很大。大起动电流的影响：1）在线路上产生较大的压降，影响线路上其他用电设备的正常运行。2）在线路和电机中产生较大的损耗，引起发热。3）在电机绕组端部产生较大的电磁力，频繁起动时易损坏绕组端部。故要求最初起动电流小问题：异步电动机空载起动和带负载起动，它们的最初起动电流有何关系？2最初起动转矩稳定：加速：

1)起动电流小,即最初起动电流倍数(Ist/IN)小,减小对电网的冲击

2)起动转矩大,即最初起动转矩倍数(Tst/TN)大

3)起动时间短,即具有足够的加速转矩

4)起动过程功率损耗小

5)起动设备简单,操作方便可靠二、起动性能的要求：一、全压起动（直接起动）的方式、优缺点及使用条件优点：设备简单，操作方便，起动转矩较降压起动时大利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到额定电压上的起动方式缺点：起动电流大，使线路电压下降，影响其他负载正常工作，受供电变压器容量的限制，须足够大的电源适用条件：小容量电动机带轻载起动。经常起动的电动机，起动时引起的母线电压降不大于10%，偶尔起动的电动机，此压降不大于15%。13-2鼠笼式异步电动机直接起动原因：从等效电路看，起动瞬时s=1，异步电动机为短路运行，而短路阻抗小，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（转子漏抗远大于转子电阻），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（主磁通约减少为额定值的一半），故起动转矩不大。特点：起动电流很大(Ist/IN＝4～7);起动转矩并不很大(Tst/TN＝1～2);二、起动特点及原因异步电动机直接起动不适用的情况：①变压器与电动机容量之比不足够大；②起动转矩不能满足要求。措施：①减小起动电流；②加大起动转矩。降低起动电流的方法：①降低电源电压；②加大定子边电抗或电阻；③加大转子边电阻或电抗（绕线式）。增加起动转矩的方法：适当加大转子电阻（绕线式）。降压起动——起动时，施加低于额定值的电压，以减少起动电流。待电动机的转速趋于稳定后，再切换到额定电压下运行。作用：限制起动电流，起动转矩按电压的平方而下降。应用：适用于电源容量不够大，对起动转矩要求不高（如空载或轻载）的场合，如风机、离心泵电机等。方法：电抗器起动自耦变压器起动“星－三角”（Y-△）起动“延边三角形”起动13-3鼠笼式异步电动机降压起动

起动时，电抗器接入定子电路；起动后，切除电抗器，进入正常运行。电抗器起分压的作用。定子绕组中串联电阻也能降低起动电流，但起动能耗较大，只用于小容量电机中。若端电压降为电网电压的k（k

<1），则起动电流降为直接起动的k

倍；起动转矩降为直接起动的k2

倍。1串电抗器起动2自耦变压器起动（补偿器起动）

起动时，自耦变压器降压供电；起动后，切除自耦变压器，全压供电。电动机的起动转矩、起动电流为全压直接起动的1/kA2。优点：与电抗器起动相比，同样的电流产生较大的电磁转矩，效果好缺点：起动设备费用较高应用：容量较大的电机3“星－三角”（Y-△）起动

起动时，接成星形；起动后，接成三角形。应用：正常运行为三角形接法，且三相绕组首尾六个端子全部引出。多用于空载或轻载起动起动转矩、起动电流为全压直接起动的1/3，相当于kA＝31/2的自耦变压器。优点：起动设备简单，经济可靠设：电机每相阻抗为

正常运行AZBYXC

起动ABCXYZ鼠笼型电动机降压起动的方法，主要目的是限制起动电流，但同时起动转矩也不同程度的降低了，因此只适用于轻空载起动。

降压起动，在降低起动电流的同时，也不同程度的降低了起动转矩；故通常只适合空载或轻载起动。对于带重载起动的大容量电动机，则要求在减少起动电流的同时，增加起动转矩；降压起动不能满足上述要求；而绕线转子异步电动机转子串适当电阻起动，可以满足上述要求，它既可减少起动电流又可增加起动转矩。方法：①转子串电阻分级起动；②转子串频敏变阻器起动转子每相串入的电阻,使最初起动转矩等于最大转矩。13-4

绕线式异步电动机的起动一、转子串电阻分级起动

1．起动时，全部电阻均串入转子回路，随着转速的上升，电磁转矩将减小。2．为了缩短起动时间，随转速上升分级切除部分电阻，使在整个起动过程中电动机保持有较大的电磁转矩。3．待起动完毕后，转子绕组便被短路，转入正常运行。c(R2)b(R21)n0TnOa(R22)T2T1a1a2TLb1b2c1c2p3~M3~S1S2Rst1Rst2S一、转子串电阻分级起动

电阻分级切除，产生电流和转矩的冲击，对电机和生产机械不利。二、转子串频敏变阻器起动频敏变阻器是一铁损很大的三相电抗器。线圈匝数很少，因此线圈漏阻抗很小;铁心用较厚的铁板或钢板叠，且铁心中磁密取得较高，励磁电流较大，等效铁耗电阻很大，激磁电抗相对较小。主要是等效铁耗电阻起作用。频敏变阻器利用铁心涡流损耗随转子频率而变的原理来改变电阻。起动时，转子回路频率高（f2＝f1

），涡流损耗大，电阻大，这样限制了起动电流，提高了起动转矩；随着转速升高，转子回路频率下降，电阻也随之减小，起自行逐渐减少转子电阻的作用使得在整个起动过程中都保持着较大的起动转矩。加：具有高起动转矩的笼型异步电动机加大起动转矩的方法是增大转子电阻。对于绕线转子异步电动机，则可在转子回路内串电阻。而对于鼠笼式异步电动机，只有设法加大鼠笼本身的电阻值，这类电动机有高转差率鼠笼式异步电动机、双鼠笼式异步电动机和深槽式鼠笼异步电动机笼型异步电动机具有结构简单、价格低廉和运行可靠的优点，而绕线转子异步电动机具有起动性能良好的优点，双鼠笼式异步电动机和深槽式鼠笼异步电动机是将两者的优点相结合的产物共同特点：具有笼型异步电动机相似的结构；可利用起动过程中转子频率的变化改变转子电流的分布，从而满足起动时转子电阻增大，而在到达正常运行的过程中转子电阻自行减少的要求。一、深槽型异步电动机定子：同普通鼠笼电动机转子：槽深而窄漏抗：和槽底部分的导体交链的漏磁较多，而和槽口部分的导体交链的漏磁很少，对应于槽底部分导体的漏抗要远远大于槽口部分导条的漏抗。转子槽型深而窄，转子漏抗相对普通电机的要大等效截面1、起动时转子频率较高（f2=f1），转子漏抗大于其电阻值，转子电流的大小主要决定于转子漏抗的大小。槽底部分电抗大，电流小，槽口部分电抗小，电流大—电流的集肤效应。电流的不均匀分布使槽导体的有效面积减小—集肤效应使槽导体电阻增加。转速越低，转子电流频率越高，集肤效应越突出转子电流集肤效应明显，转子导条的电阻值明显增加，集肤效应同时使槽漏磁通有所减少，转子漏抗也有所减少，二者均促使起动转矩增大。因此起动时起动电流较小，起动转矩却较大。2、起动过程中随着转速的提高，集肤效应逐渐减弱，转子电阻随转速慢慢减小，因此既限制了起动电流，同时在整个起动过程中都有较大的电磁转矩3、正常运行时转子电流的频率很低，槽导体的漏抗比电阻小得多，槽中电流将依电阻而均匀分布，转子电阻恢复到固有的直流电阻。4、缺点：由于槽深而窄，转子漏抗较普通鼠笼式转子漏抗大——功率因数及过载能力有所降低。二、双笼型异步电动机定子：同普通鼠笼电动机转子：两套鼠笼。外笼：ρ大，黄铜或青铜，截面小，∴r2外大→起动笼内笼：ρ小，紫铜，截面大，∴r2内小→运行笼内笼交链的漏磁通比外笼多，漏抗大

运行原理①起动时：s=1，f2最大，转子漏抗x2大，电流分布取决于x2，∵x2内>x2外，∴转子电流集中于外笼（集肤效应），起动笼起主要作用②正常运行时：SN=0.01～0.05很小→f2s很小→x2很小→电流取决于r2，∵r2内小→电流分布在下笼，运行笼起主要作用优缺点①优点：较大的Tst和较小Ist；

②缺点：漏抗较大，其功率因数、最大转矩和过载能力较普通的笼型电动机小。

13-5异步电动机的调速方法

若要改变异步电动机的转速，有三种方法：（1）改变电动机的磁极对数p

（2）改变电动机的电源频率f1

（3）改变电动机的转差率s

(1)(2)适合于鼠笼式异步电动机，(3)用于绕线式异步电动机。调速方法分类

1）改变同步转速n1改变极对数：变极调速（笼型）改变电源频率：变频调速（改变转差率）2）不改变同步转速n1改变电源电压：调压调速转子串电阻调速（绕线式）转子串附加电动势调速：串级调速机械调速：通过改变齿轮比进行调速电气调速：通过改变电机的电气量和参数进行调速基本原理倍极比调速：变速比为2:l非倍极比调速：变速比不为2:l，如：3:2，4:3分类定子绕组形式一套绕组：改变接法两套绕组：不同极对数，改变接法（体积增大，用料增多，成本增高）13-6异步电动机的变极调速适用范围笼型：转子极对数能自动地随着定子极对数的改变而改变一、变极原理

极数决定于定子绕组的联接方式，改变其联接，可变极A1X1和A2X2顺向串联形成四极磁场；

A1X1和A2X2反向串联或反向并联，A2X2反向，形成两极磁场A1X1A2X2A1X1A2X2A1X1A2X2A1X1A2X2二、三角接/双星接，（Δ/YY变极调速）

变极调速定子接线图

△接法：

T1、T2、T3外接三相交流电源，而T4、T5、T6断开。极对数为2P，转速为低速nYY接法：

T4、T5、T6外接三相交流电源，而T1、T2、T3连接在一起。极对数为P，转速为高速2n，从而实现调速。（Δ/YY变极调速）定子绕组的接线方法T6T1T5T2T3T4定子绕组的Δ型连接T6T1T5T2T3T4定子绕组的YY连接△/YY变极调速控制

△/YY变极调速控制原理图合上刀开关QS后，当KM3闭合而KM1、KM2断开时，电动机定子绕组为△接法，电动机低速。当KM3断开，而KM2、KM1闭合时，电动机的定子绕组接成YY，电动机高速。

具体分析一个时刻低速倍极数D接法t1时刻AXZCBYA/B/Z/X/Y/CIm–Im

t02

iAiCiBt1

具体分析一个时刻高速少极数YY接法

t1时刻AXZCBYA/B/Z/X/Y/CIm–Im

t02

iAiCiBt1

∆-YY调速特点∆-YY后,极数减少一半,转速增大一倍,即，保持每一绕组电流为

,则输出功率和转矩为

可见，∆-YY联结方式时，电动机的转速增大一倍，容许输出功率近似不变，而容许输出转矩近似减少一半，所以这种变极调速属于恒功率调速，它适用于恒功率负载。三、星接/双星接，（Y/YY变极调速）

Y接法：

T1、T2、T3外接三相交流电源，而T4、T5、T6断开极对数为2P，转速为低速n

YY接法：

T4、T5、T6外接三相交流电源，而T1、T2、T3连接在一起极对数为P，转速为高速2n，从而实现调速。

Y/YY接法的调速方式适用于恒转矩负载变极调速定子接线图

T4T1T6T3T5T2(2)Y-YY变极调速

低速倍极数Y接法，高速少极数YY接法

容许输出时是指保持电流为额定值条件下，调速前、后电动机轴上输出的功率和转矩。

Y-YY联结方式特点Y-YY后,极数减少一半,转速增大一倍,即，保持每一绕组电流为

,则输出功率和转矩为

可见，Y-YY联结方式时，电动机的转速增大一倍，容许输出功率增大一倍，而容许输出转矩保持不变，所以这种变极调速属于恒转矩调速，它适用于恒转矩负载。四、变极调速时的机械特性1.Y-YY联结方式2.△-YY联结方式

变极调速时,转速几乎是成倍变化的,调速的平滑性较差,但具有较硬的机械特性,稳定性好,可用于恒功率和恒转矩负载.五、变极调速特点:

1、具有较硬的机械特性，稳定性良好；

2、

无转差损耗，效率高；

3、

接线简单、控制方便、价格低；

4、有级调速，级差较大，不能获得平滑调速。

适用：不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备等。

一般异步电动机在断开电源后，转子电流不会立即降为零，而是按一定的时间常数衰减。这个电流产生的磁通随转子一起旋转，并在定子绕组中产生感应电势。如果转子电流没有衰减到零以前再次合上定子电源，则电源电压和感应电势(残留电压)叠加可能产生比起动电流还大的冲击电流，影响电网和电机寿命。变极电机在极数切换时，应该等到转子电流充分衰减后再进行。应该按照铭牌规定的接线方式接线，否则会导致严重后果。六、变极电机切换时注意事项一、基本原理

二、基本要求1主磁通：主磁通Φm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，得不到充分利用。改变频率的同时，必须调节电压，根据不同负载要求，配以不同的U1/f1协调控制方式13-7异步电动机的变频调速2过载能力：维持不变

分析，由所以有：2恒功率调速：此条件下变频调速，电机的过载能力不变，但主磁通发生变化。相反，主磁通不变（U1／f1为定值），过载能力发生变化。此条件下变频调速，电机的主磁通和过载能力不变。三、电压与频率的关系1恒转矩调速：结论对比上页结论，有：

f=50Hz逆变器M3~整流器f1、U1可调+–~四、变频调速方法频率调节范围：0.5~几百赫兹根据可知频率f下调时，转速n降低。而频率f上调时，转速n升高。五、变频调速原理及其机械特性

而在电机调速时，通常要考虑的一个重要因素是希望保持

不变。因为如果磁通减弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果磁通增强，又会使铁心饱和，导致励磁电流过大。1频率下调时，使则可保持

不变。

由

可知若要求电机在不同转速下都达到额定电流

频率下调时，因为

不变，所以转矩T也不变，属于恒转矩调速。由可知：转矩T随磁通

变化。分析三相异步电动机每相电压：降低电源频率时，必须同时降低电源电压。降低电源电压有两种控的制方法。

⑴保持=常数：最大转矩处的转速降落为：(2)保持=常数分析三相异步电动机每相电压：

保持=常数,降低频率，将使减小On2从基频向上变频调速：分析升高电源电压是不允许的，因此升高频率向上调速时，只能保持电压为UN不变，频率越高，磁通Φm越低，是一种降低磁通升速的方法，类似他励直流电动机弱磁升速情况。保持不变升高频率时，电动机电磁转矩

机械特性曲线恒功率调速O<<<

由此可见