本模块主要讲述三相异步电动机的机械特性并以此为理论基础分别

本模块主要讲述三相异步电动机的机械特性，并以此为理论基础，分别介绍了三相异步电动机的起动、调速和制动的种类及实现方法，对各种方法的特性做简单分析。专题6.1三相异步电动机的机械特性教学目标:1）掌握三相异步电动机的机械特性曲线图；2）掌握三相异步电动机机械特性的三个公式；3）掌握固有机械特性和人为机械特性的变化规律；4）熟悉三相异步电动机稳定运行的条件。6.1.1三相异步电动机的机械特性1.定义三相异步电动机的运行特性就是三相异步电动机运行工作时的机械特性。是指在一定条件下,电动机的转速与电磁转矩之间的关系。由于异步电动机的转速与转差率及旋转磁场的同步转速之间的关系为,所以异步电动机的机械特性往往用的形式表示。简称为曲线。2.三种表达式（1）物理表达式由电磁转矩的公式得：式中，为三相异步电动机的转矩系数，是一常数；是三相异步电动机的气隙每极磁通量，、分别为转子电路的电流和功率因数。（2）参数表达式上式为机械特性的参数表达式。给定参数，可以画出曲线，即机械特性曲线，如图所示。图6-1由参数表达式绘制的三相异步电动机机械特性曲线下面分析图6-1机械特性中几个特征点：①同步转速点A。其特点是()、。A点为理想空载运行点，即使在没有外界转矩的作用下，异步电动机本身不可能达到同步转速点。②额定运行点B。其特点是电磁转矩和转速均为额定值，分别用和表示，相应的额定转差率用表示，异步电动机可长期运行在额定状态。③最大转矩点C。其特点是对应的电磁转矩为最大值，称为最大转矩，对应的转差率用，称为临界转差率。把式(6-2)中的T对s求导，并令导数为零。最大转矩与额定转矩之比称为最大转矩倍数，也称过载能力，用表示：（6-5）最大转矩倍数是异步电动机的重要数据之一,列于产品目录。一般异步电动机的＝1.6～2.2，对于冶金起重机械用的电动机，可达2.2～2.8。④起动点D。其特点是对应的转速和转差率，，，对应的转矩称为起动转矩，又称为堵转转矩，它是异步电动机接通电源开始启动时的电磁转矩。起动转矩与额定转矩之比，称为起动转矩倍数，用表示，即（6-7）一般电动机的起动转矩倍数＝1.0～2.0，对于冶金起重机械用的电动机为2.8～4.0。（2）实用表达式使用该公式时，先由电动机产品目录查得的数据,算出和，就可得到与的关系曲线。具体解法如下：

额定输出转矩：最大转矩：额定转差率：

临界转差率：

机械特性的三种表达式，应用场合各有不同。物理表达式适用于定性分析与及之间的物理关系；参数表达式适用于分析各参数变化对电动机机械特性的影响；实用表达式适用于进行机械特性的工程计算。【例6-1】一台三相异步电动机额定值如下：接法，过载能力。试求电动机机械特性的实用表达式.

解：额定转差率额定转矩最大转矩时，由式（6-8）

解得

机械特性的实用表达式

6.1.2固有机械特性三相异步电动机的固有机械特性是指异步电动机工作在额定电压和额定频率下，按规定的接线方式接线，定、转子外界电阻为零时，与的关系。根据电磁转矩的参数表达式可绘出异步电动机的固有机械特性，如图6-1所示。三相异步电动机的固有机械特性可以利用实用表达式计算得到。方法是先利用实用表达式计算出同步转速点A、额定转速点B、最大转矩点C和起动点D这几个特殊点，然后将这些点连接起来，便得到固有机械特性曲线。当然计算的点越多，做出的曲线就越精确。【例6-2】某三相异步电动机，，，试绘出电动机的固有机械特性。解：⑴同步转速点

时，

(2)额定运行点

(3)最大转矩点C：

(4)起动点将代入公式得

6.1.3人为机械特性人为机械特性是指人为地改变电机参数或电源参数而得到的机械特性。由式（6-2）可见，可以改变的量有：加到定子端的电源电压、电源频率、磁极对数，定子电路的电阻或电抗、转子电路的电阻或电抗等等。所以三相异步电动机的人为机械特性种类很多，这里介绍几种常见的人为机械特性。1.降低定子电压时的人为机械特性当定子电压降低时，由式（6-2）可见，电动机的电磁转矩将与成正比地降低，但产生最大转矩的临界转差率与电压无关，因此同步转速也不变。可见降低电压的人为特性是一组通过同步速点的曲线簇。图6-3绘出了的固有特性和及时的人为机械特性。由图可见，当电动机在某一负载下运行时，若降低电压，将使电机转速降低，转差率增大；而转子电流将因转子电动势的增大而增大，从而引起定子电流的增大。若电流超过额定值，则电动机的最终温升将超过允许值，导致电动机寿命缩短，如果电压降低过多，致使最大转矩小于负载转矩，则会发生电动机的停转。2.转子电路中串对称电阻时的人为特性在绕线转子异步电动机转子电路内，三相分别串接大小相等的电阻，由前述分析可知，此时电动机的同步转速不变，最大转矩

也不变，临界转差率则随外接电阻的增大而增大。3.定子电路串接电阻或电抗的人为特性6.1.4三相异步电动机的稳定运行稳定运行定义：从运动方程分析，电力拖动系统运行在工作点上，就是一个平衡的运行状态。但是，实际运行的电力拖动系统，经常会出现一些小的干扰，比如电源电压或负载转矩的波动等。这样就存在下面的问题：系统在工作点上稳定运行时，若突然出现了干扰，待干扰消除后，该系统是否仍能够回到原来工作点上继续稳定运行？如果能够，我们就说是处于稳定运行状态，该工作点就是稳定工作点；如果不能够，则认为是不稳定运行状态，该工作点称为不稳定工作点。图6-6异步电动机拖动系统稳定运行点图6-6异步电动机拖动系统稳定运行点对于恒转矩负载（图6-6中的负载特性1），不难判定它在A点能够平衡稳定运转，而在B点却只能平衡而不能稳定运转，所以线性段对恒转矩负载为稳定运行区，非线性段为不稳定运行区。对于通风机类负载（图6-6中的负载特性2），C点虽然处于特性曲线的非线性段，但仍满足稳定运行条件，所以整条特性曲线都可以平衡稳定运行。项目6.2三相异步电动机的起动教学目标：

1）鼠笼式三相异步电机的直接起动和降压起动方法；

2）绕线式三相异步电机的起动方法；3）绕线式三相异步电机转子串电阻分级起动的级数及各级电阻。6.2.1项目简介通过检测直接起动、定子回路串电阻降压起动、Y-Δ降压起动、和自耦变压器降压起动等起动方法的起动电流，帮助读者理解三相异步电动机的起动方法和性能。1.对异步电动机起动性能的要求对异步电动机起动性能有如下要求:（1）具有足够大的起动转矩

，以保证生产机械能够正常地起动；（2）在保证一定大小的起动转矩的前提下，电动机的起动电流越小越好；（3）起动设备力求结构简单，运行可靠，操作方便；（4）起动过程的能量损耗越小越好，起动时间越短越好。2.鼠笼式异步电动机的起动鼠笼式电动机有直接起动和降压起动两种方法。（1）直接起动——小容量电动机起动方法直接起动也称为全压起动。这种起动方法最简便，不需要复杂的起动设备，但因起动电流较大，只允许在小容量电动机中使用。在一般电网容量下，7.5KW的电动机就认为是小容量，所以的异步电动机可以直接起动。但是所谓小容量也是相对的，如果电网容量大就可以允许容量较大的电动机直接起动。因此，对容量较大的电动机，若能满足下列要求，也可允许直接起动。式中，为笼型异步电动机的起动电流倍数，其值可根据电动机的型号和规格从有关手册中查得。（2）降压起动——大中容量电动机轻载起动方法对于不允许直接起动的鼠笼式异步电动机，为限制起动电流，只有降低加在绕组上的电压。①定子电路串接电阻或电抗降压起动②自耦变压器降压起动

③Y—△起动

④起动方法的比较3.三相绕线转子异步电动机的起动这种电动机的起动方法，适用于大中容量异步电动机重载起动。这是因为，当绕线转子异步电动机转子串入适当电阻起动时，既可增大起动转矩，又可限制起动电流，可以同时解决鼠笼式异步电动机起动时存在的两个问题。绕线转子异步电动机起动有转子串接频敏变阻器和转子串接电阻两种起动方法。专题6.3三相异步电动机的调速教学目标：1）掌握三相异步电动机的调速原理；2）熟悉三相异步电动机常见的调速方法。近年来，随着电力电子技术的发展，异步电动机的调速性能大有改善，交流调速应用日益广泛，在许多领域有取代直流电动机调速系统的趋势。从异步电动机的转速关系式可以看出，异步电动机的调速可分以下三大类：(1)改变定子绕组的磁极对数p，称为变极调速；

(2)改变供电电源的频率f1，称为变频调速；

(3)改变电动机的转差率s，其方法有改变电压调速、绕线式电动机转子串电阻调速和串级调速。

6.3.1变极调速方法：改变定子绕组接法—将每相定子绕组分成两个“半相绕组”，改变它们之间的接法，使其中一个“半相绕组”中的电流反向，极对数就成倍改变。

图6-15三相四极电动机定子U相绕组图6-16三相两极电动机U相绕组

优缺点及适用场合：方法简单，操作方便，调速范围小且为有级调速，变极调速的电动机称为多速电动机，适用于功率不大、对调速要求不高的场合。6.3.2变频调速改变，即改变，从而调节。

为使保持不变，就要保持为定值，即改变

的同时按比例改变，这时电动机容许输出的转矩不变，为恒转矩调速方式。一般在额定频率往下调时，采取这种调速方式。但从额定频率往上调时，电压不容许按比例上升而只能保持额定，此时，越高，越弱，容许输出的转矩越小，而输出转速越高，故为恒功率调速方式。6.3.3改变转差率调速

改变定子电压调速，转子电路串电阻调速和串级调速都属于改变转差率调速。这些调速方法的共同特点是在调速过程中都产生大量的转差功率。前两种调速方法都是把转差功率消耗在转子电路里，很不经济，而串级调速则能将转差功率加以吸收或大部分反馈给电网，提高了经济性能。1.改变定子电压调速

2.转子串电阻调速

3.串级调速专题6.4三相异步电动机的制动和反转

教学目标：1)掌握三相异步电机的反转；2)掌握三相异步电动机制动的原理和方法。6.4.1三相异步电动机的反转

从三相异步电动机的工作原理可知，电动机的旋转方向取决于定子旋转磁场的旋转方向。因此只要改变旋转磁场的旋转方向，就能使三相异步电动机反转。6.4.2三相异步电动机的制动

三相异步电动机的制动方法有下列两类：机械制动和电气制动。机械制动是利用机械装置使电动机从电源切断后能迅速停转。它的结构有好几种形式，应用较普遍的是电磁抱闸，它主要用于起重机械上吊重物时，使重物迅速而又准确地停留在某一位置上。 电气制动是使异步电动机所产生的电磁转矩和电动机的旋转方向相反。电气制动通常可分为能耗制动、反接制动和回馈制动(再生制动)等三类。

1．能耗制动方法：将运行着的异步电动机的定子绕组从三相交流电源上断开后，立即接到直流电源上，如图6-23所示，用断开QS，闭合SA来实现。

(a)接线示意图(b)原理图

图6-23三相异步电动机能耗制动示意图

2.反接制动反接制动分为电源反接制动和倒拉反接制动