第五章 异步电动机.ppt

1、第五章 异步电动机,5.1 异步电动机的结构和工作原理,5.2 异步电动机的运行分析,5.3 三相异步电动机的机械特性,5.5 三相异步电动机参数的测定,5.4 三相异步电动机的工作特性,5.7 单相异步电动机,5.6 三相异步电动机的起动、制动与调速,5.1 异步电动机的结构和工作原理,5.1.1 异步电动机的主要用途和分类,一、异步电机主要用作电动机，去拖动各种生产机械。 异步电动机的优点:结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特征。 异步电动机的缺点:功率因数较差。异步电动机运行时，必须从电网里吸收落后性的无功功率，它的功率因数总是小于。 二、异步

2、电动机的种类很多，从不同角度看，有不同的分类法： （1）按定子相数分有 单相异步电动机； 两相异步电动机； 三相异步电动机。 （2）按转子结构分有 绕线式异步电动机； 鼠笼式异步电动机。后者又包括单鼠笼异步电动机、双鼠笼异步电动机和深槽式异步电动机。 此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有高压异步电动机、低压异步电动机之分。从其它角度看，还有高起动转矩异步电机、高转差率异步电机、高转速异步电机等等。,5.1.2 异步电动机的主要结构,异步电动机在结构上主要由定子、转子、气隙组成。,一、异步电动机的定子： 异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。 1、定子铁心：是电动机

3、磁路的一部分，装在机座里。为了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心用用0.5mm厚的硅钢片叠压而成的，在硅钢片的两面还应途上绝缘漆。下图所示为定子槽,其中(a)是开口槽，用于大、中型容量的高压异步电动机中；(b)是半开口槽，用于中型500V以下的异步电动机中；(c)是半闭口槽，用于低压小型异步电动机中。,3、机座：主要是为了固定与支撑定子铁心。如果是端盖轴承电机，还要支撑电机的转子部分。因此，机座应有足够的机械强度和刚度。对中、小型异步电动机，通常用铸铁机座。对大型电机，一般采用钢板焊接的机座，整个机座和座式轴承都固定在同一个底板上。,2、定子绕组： 高压大、中型容量的异步电动机定子绕组常采用Y接

4、，只有三根引出线，如图(a)所示。对中、小容量低压异步电动机，通常把定子三相绕组的六根出线头都引出来，根据需要可接成Y形或形，如图(b)所示。定子绕组用绝缘的铜（或铝）导线绕成，嵌在定子槽内。,三、异步电动机的转子： 异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕组和转轴组成的 。 1、转子铁心：是电动机磁路的一部分，它用0.5mm厚的硅钢片叠压而成。铁心固定在转轴或转子支架上，整个转子的外表呈圆柱形。 2、转子绕组：分为笼型和绕线型两类。 1）笼型转子：笼型绕组是一个自己短路的绕组。在转子的每个槽里放上一根导体，在铁心的两端用端环连接起来，形成一个短路的绕组。如果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组

5、形状像个松鼠笼子，如图（a) 所示，因此又叫鼠笼转子。导条的材料有用铜的，也有用铝的。,二、气隙： 异步电动机的气隙比同容量直流电动机的气隙小得多，在中、小型异步电动机中，气隙一般为0.21.5mm左右。,2）绕线型转子：绕线型转子的槽内嵌放有用绝缘导线组成的三相绕组，一般都联接成Y形。转子绕组的三条引线分别接到三个滑环上，用一套电刷装置引出来，如图所示。这就可以把外接电阻串联到转子绕组回路里去，以改善电动机的启动性能或调节电动机的转速。 与笼型转子相比较，绕线型转子结构稍复杂，价格稍贵，因此只在要求起动电流小，起动转距大，或需平滑调速的场合使用。,三相异步电动机的铭牌上标明电机的型号、额定数

6、据等。 一、异步电动机的型号： 电机产品的型号一般采用大写印刷体的汉语拼音字母和阿拉伯数字组成。其中汉语拼音字母是根据电机的全名称选择有代表意义的汉字，再用该汉字的第一个拼音字母组成。例如Y系列三相异步电动机表示如下：,铁心长度代号,机座中心高 机座长度代号,5.1.3 异步电动机的铭牌数据,我国生产的异步电动机种类很多，下面列出一些常见的产品系列。 Y系列为小型鼠笼全封闭自冷式三相异步电动机。用于金属切削机床、通用机械、矿山机械、农业机械等。也可用于拖动静止负载或惯性负载较大的机械，如压缩机、传送带、磨床、锤击机、粉碎机、小型起重机、运输机械等。 JQ2 和JQO2系列是高起动转矩异步电动机

7、，用在起动静止负载或惯性负载较大的机械上。JQ2 是防护式和JQO2是封闭式的。 JS系列是中型防护式三相鼠笼异步电动机。 JR系列是防护式三相绕线式异步电动机。用在电源容量小、不能用同容量鼠笼式电动机起动的生产机械上。 JSL2 和JRL2系列是中型立式水泵用的三相异步电动机，其中JSL2 是鼠笼式，JRL2是绕线式。JZ2 和JZL2系列是起重和冶金用的三相异步电动机，JZ2是鼠笼式，JZL2是绕线式。 JD2 和JDO2系列是防护式和封闭式多速异步电动机。 BJO2 系列是防爆式鼠笼异步电动机。 JPZ系列是旁磁式制动异步电动机。 JZZ系列是锥形转子制动异步电动机。 JZT系列是电磁调

8、速异步电动机。 其他类型的异步电动机可参阅产品目录。,二、异步电动机的额定值： 异步电动机的额定值包含下列内容： （1）额定功率 PN 指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率，单位是kw。 （2）额定电压 UN 指额定运行状态下加在定子绕组上的线电压，单位为V。 （3）额定电流IN 指电动机在定子绕组上加额定电压、轴上输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位为A。 （4）额定频率f 指我国规定工业用电的频率是50Hz。 （5）额定转速n 指电动机定子加额定频率的额定电压，且轴端输出额定功率时电机的转速，单位为r/min 。 （6）额定功率因数 指电动机定子加额定负载时，定子边的功率因数。,5.

9、1.4 异步电动机的工作原理,三相异步电动机定子接三相电源后，电机内便形成圆形旋转磁动势，圆形旋转磁密，设其方向为逆时针转，如图所示。若转子不转，转子鼠笼导条与旋转磁密有相对运动，导条中有感应电动势e，方向由右手定则确定。由于转子导条彼此在端部短路，于是导条中有电流，不考虑电动势与电流的相位差时，电流方向同电动势方向。这样，导条就在磁场中受力f，用左手定则确定受力方向，如图所示。,动画,转子受力，产生转矩T，为电磁转矩，方向与旋转磁动势同方向，转子便在该方向上旋转起来。转子旋转后，转速为n，只要nn1（n1为旋转磁动势同步转速），转子导条与磁场仍有相对运动，产生与转子不转时相同方向的电动势、电

10、流及受力，电磁转矩T仍旧为逆时针方向，转子继续旋转，稳定运行在T=TL情况下。,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01范围内变化。,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0.010.06之间，即电机转速接近同步转速。,s,n,),n,n,(,n,n,为转差率,的比值称,与同步转速,之差,和转子转速,同步转速,1,1,1,-,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,状

11、态,电动,电磁制动,发电,实现,5.2 异步电动机的运行分析,5.2.1 三相异步电动机转子不转、转子绕组开路时的电磁关系,正常情况下，电机转子总是旋转的，但是为了分析问题的方便，在这里我们首先从转子静止出发进行分析。,一、正方向的规定：,二、 磁通及磁动势： 1、励磁磁动势：我们给异步电动机通入对称的三相交流电时，将会在气隙中会产生一个旋转的气隙磁场，这个旋转的磁场会同时切割定转子绕组，这样，在两个绕组内会产生相应的感应电动势，但是由于转子绕组是开路的所以，没有电流，即没有磁动势，由此可见，在这种情况下，整个气隙磁场全部是由定子绕组内的三相对称电流产生，为此，定子磁动势又叫励磁磁动势，定子电

12、流亦叫励磁电流。,而由于整个分析过程是完全对称的，所以我们在分析时仅以A相为例来进行讲解。可见，由电流产生的旋转磁场的磁动势的特点是： 1）幅值： 2）转向：逆时针转向。A1B1C1 3）转速：相对于定子绕组以角频率 旋转。 4）瞬间位置：正如前面所分析的，当A相电流达到正最大 时，他所对应的磁动势也达到正最大。,转子不转的三相异步电机，相当于一台副边开路的三相变压器，其中定子绕组是原绕组，转子绕组是副绕组，只是在磁路中，异步电机定、转子铁心中多了一个空气隙磁路而已。,2、主磁通和漏磁通： 主磁通：同时交链定子、转子、气隙构成闭和回路的磁通，气隙里每极主磁通量用1 表示； 漏磁通：只交链定子绕

13、组就形成闭合回路，用 表示。,由于气隙是均匀的，励磁磁动势F0产生的主磁通1所对应的气隙磁密是一个在气隙中旋转、在空间按正弦分布的磁密。用空间向量表示为 ， 的位置载其最大值处， 为是气隙磁密的最大值。气隙里每极主磁通为： 气隙磁密和励磁磁动势同方向，这是因为磁动势达到最大值时，该处的磁密也为最大。（不考虑磁滞、涡流的影响）,三、感应电动势: 旋转磁场同时切割定转子绕组,在定、转子绕组内将会产生感应电动势E1、E2。 定子、转子每相电动势之比叫电压变比，用ke表示，即:,四、励磁电流： 和前面分析变压器的情况是一样的，励磁电流也是由IFe 和I两分量组成。,有功分量IFe很小，因此 领先 一个

14、不大的角度。在时间空间向量图上， 与 相位相同，与 相位一样， 和 领先 一个不大的角度。,五、电压方程式： 从前面的图中，我们可以得到相应的电动势平衡方程式，但是在这里需要注意的一点是：定子绕组的漏磁通在定子绕组内也会产生一个电动势，我们称之为定子漏电动势，用 表示， 所以，电压方程式为：,式中Z1=R1+j 为定子一相绕组的漏阻抗。,六、等值电路： 与三相变压器空载时一样，异步电动机也能找出并联或串联的等值电路。已知： 于是，电压平衡方程为,所以，可得等值电路如右图示：,转子回路电压方程为：,一、磁动势和磁通: 1、磁动势: 异步电动机转子被短路的情况和变压器副边短路的情况类似。由于转子被

15、短路,所以,当在定子绕组内通入三相对称电流后,产生的沿逆时针方向旋转的磁场,不仅在定子绕组内产生磁动势,在转子绕组内也会产生磁动势。,5.2.2 三相异步电动机转子堵转时的电磁关系,在三相对称的转子绕组里流过三相对称电流 时，产生的转子空间旋转磁动势 的特点： 1）幅值： 2）转向：假设气隙旋转磁密是逆时针方向旋转，在转子绕组内感应产生的电动势及电流的相序就应为A2B2C2。,3）转速：相对于转子绕组为 注意：现在定转子被同一个磁通所交链，所以产生的电流的频率是相等的。,可见，转子绕组短路的三相异步电机，作用在磁路上的磁动势有两个：一为定子旋转磁动势；一为转子旋转磁动势。由于它们的旋转方向相同

16、，转速又相等，只是一前一后地旋转着，我们称它们为同步旋转。 既然它们是同步旋转，又作用在同一个磁路上，把它们按向量的关系加起来，得到合成的磁动势仍用 表示。即:,这个合成的旋转磁动势 ，才是产生气隙每极主磁通 的磁动势。主磁通 在定、转子相绕组里感应电动势 和 。,2、漏磁通： 这种情况下,除定子侧的漏磁通外,转子侧也要产生漏磁通,表现为 注意：变压器中的主磁通是脉振的， 是它的最大振幅。在异步电动机中，气隙里主磁通的却是旋转的，它对应的磁密波沿气隙圆周方向是正弦分布的，以同步转速相对于定子旋转， 表示气隙里每极的磁通量。,二、定转子回路方程:,1、定子回路的电压方程：,2、转子回路的方程：,

17、根据前面的分析可知: 式中: 为转子绕组的一相漏阻抗。 转子相电流为:,式中： 为转子绕组回路的功率因数角。 显然，上式中的转子侧的感应电动势和电流、电抗等的频率都是 ，转子电流在相位上滞后与电动势 时间电角度。 根据定、转子磁动势合成关系，有： 或改写成：,可见，当转子侧电流不为零时，它也会产生一个磁动势，而此时定子侧的磁动势此时变成了 ，这就可以认为定子旋转磁动势里包含着两个分量：一个分量是大小等于 ，而方向与 相反，用 表示，它的作用是抵消转子旋转磁动势对主磁通的影响；另一个分量就是励磁磁动势 。它是用来产生气隙旋转磁密的。由于这种情况下定子磁动势已变为 了，定子绕组里的电流也就变为 了

18、。,三、转子绕组的折合（折算）： 从前面的分析我们可以看出，分别对定转子进行分析太过麻烦，异步电动机定、转子之间没有电路上的联结，只有磁路的联系，这点和变压器的情况相类似 ，所以在这里我们仍采用折算的方法，把转子折算到定子侧，用一个新转子，它的相数、每相串联匝数以及绕组系数都分别和定子的一样（三相、 、 ）。,但是关键的一点是：要保证转子侧在折算前后对整个磁场的影响不能发生改变，即折算前后转子的总视在功率、有功功率、转子的铜耗和漏磁场储能均保持不变。简单的说就是转子侧的磁动势没有改变，不影响定子边。 根据定、转子磁通势的关系： 可以写成,可得：,令,可简化为：,而折算前后的电流的关系为：,称为

19、电流变比。,式中 是转子绕组的相数，只有绕线式三相异步电动机转子绕组是三相，鼠笼式异步电动机转子绕组一般不是三相，而是 相。 经过折算，从表面上看，好像定、转子之间真的在电路上有了联系。,这样就可以对相关的量进行折算，折算后的量我们全部用“”来表示。 转子回路的电压方程：,折合后转子漏阻抗与折合前转子漏阻抗的关系为：,折合前后的功率关系（转子铜耗、无功功率）不变。,四、基本方程式、等值电路和相量图：,整理可得基本方程式为：,由此可画出其等值电路、相量图为：,5.2.3 三相异步电动机转子旋转时的电磁关系,一、转差率：,当转子以转速 开始旋转时，气隙磁场不再以同步转速 切割转子绕组，同步转速和转

20、子转速之间有一个同方向的相对运动，即此时的气隙磁场是以一个 切割转子绕组：,s是一个没有量纲的数，它的大小也能反映电动机转子的转速。,二、转子电动势： 当异步电动机转子以转速 恒速运转时，此时一些相应的物理量将要结合转差率发生相应的变化转子回路的电压方程式为：,上式表明：当转子旋转时，每相感应电动势与转差率s成正比。 转子漏抗 是对应转子频率时的漏电抗。它与转子不转时转子漏电抗 (对应于频率 Hz)的关系为： = s,正常运行的异步电动机，,三、定、转子磁动势及磁动势关系： 下面对转子旋转时，定、转子绕组电流产生的空间合成磁动势进行分析。 1、定子磁动势 ：同前 2、转子旋转磁动势 ： （1）

21、幅值：,（2）转向：由于现在的气隙磁场在切割转子绕组时仅是切割速度发生了变化，而它的旋转方向并没有发生改变，所以此时是以 的速度沿逆时针方向切割转子绕组，因此产生电流的相序仍然是 ， 由转子电流入产生的三相合成旋转磁动势的转向，相对于转子绕组而言，仍为逆时针方向旋转。 （3）转速：,（4）瞬间位置：当转子绕组哪相电流达正最大值时，正好位于该相绕组的轴线上。,3、合成磁动势： （1）幅值：关于定、转子磁势的幅值，不因站在定子上看而有什么改变，仍为前面分析的结果。 （2）转向：二者的转向相对于定子都为逆时针方向旋转。,（3）转速：相对与定子绕组而言，定子磁动势 的转为 ，而转子我们分开看，首先转子

22、磁动势相对于转子的转速为 ，而转子本身又是以转速 n 旋转，为此站在定子上看转子旋转磁动势的转速则为 于是，转子旋转磁动势相对于定子绕组的转速为：,可见，转子磁动势和定子磁动势的转速在空间总是等于同步转速，始终保持相对静止，即定、转子磁势之间没有相对运动！所以，感应电机在任何异步转速下均能产生恒定的电磁转矩，并实现机电能量转换。 所以，合成的总磁动势仍用 来表示。即,四、转子绕组频率的折合: 通过对转子旋转的分析可知,转子旋转后,转子频率的大小仅仅影响转子旋转磁动势相对于转子本身的转速 ,转子旋转磁动势相对于定子的转速永远为同步转速,与转子电流的频率无关,另外,定转子之间是通过磁动势相联系的,

23、所以只要保持转子旋转磁动势的大小不变,至于电流的频率是多少无所谓.根据这个概念,我们对下式进行变换:,同时，在频率变换的过程中，除了电流有效值保持不变外，转子电路的功率因数角也没有发生任何变化。即,由此可见,频率折算是用一个静止的电阻为 的等效转子去代替电阻为r2的实际旋转的转子,等效转子将与实际转子具有相同的转子磁动势。,而把上式得到的电阻的形式再进行变形，分解成 ， 很明显和转子不转时相比，转子侧多了一个电阻。,此时，转子电路虽然经过这种变换，但是从定子边看转子旋转磁通势并没有发现任何不同，两个情况下产生的磁通势的幅值大小是完全一样的，这就是转子电路的频率折算，即：把转子旋转时实际频率为f

24、2的电路，变成了转子不转、频率为f1的电路。,我们知道在转子旋转时有机械能产生，在经过了频率折算后，得到转子侧的频率和定子侧的频率相等，而我们知道在转子静止转子短路的情况下，我们得到两侧的频率相等的情况，能量是不能凭空消失的，所以，显然，此时我们是用一个静止的转子电阻来代替旋转的转子电阻，即用在静止的转子上消耗的电功率来等值代替旋转的时候产生的机械能。,再考虑把转子绕组的相数、匝数以及绕组系数都折合到定子边，转子回路的电压方程式则变为：,当异步电动机转子电路进行了频率折合后，转子旋转磁通势的幅值可写成:,再考虑转子绕组的相数、匝数折合，又可写成:,这样一来，由定、转子旋转磁动势的关系 又可得到

25、 :,五、基本方程式、等值电路和时-空相量图 : 1、异步电动机转子旋转时的基本方程式 与异步电动机转子绕组短路并把转子堵住不转时相比较，在基本方程式中，只有转子绕组回路的电压方程式有所差别，其他几个方程式都一样。于是得到异步电动机转子旋转时的基本方程式为:,2、异步电动机转子旋转时的等值电路:,从等值电路图上可以看出，转子电路中多了一个表征机械负载的等效电阻 而在这个电阻上消耗的电功率在数值上刚好和转子旋转时的机械功率相等。,异步电动机空载时，转子的转速接近同步转速，转差率s很小， /s趋于 ，电流 可认为等于零,这时定子电流就是励磁电流,电动机的功率因数很低。 当电动机运行于额定负载时，转

26、差率 ， /s 约为 的20倍左右，等值电路里转子边呈电阻性，功率因数COS 较高。这时定子边的功率因数COS 也比较高，可达0.80.85.,由于异步电动机定子漏阻抗不大,异步电动机从空载到额定负载运行时，由于定于电压不变，主磁通1基本上也是固定的数值。因此励磁电流也差不多是个常数。但是，当异步电动机刚起动时，转速n0（s=1），这时定子电压全部降落在定、转子的漏阻抗上，已知定、转子漏阻抗 ，这样，定、转子漏阻抗上的电压降近似为定子电压一半左右。也就是说，近似是的一半左右，气隙主磁通1也将变为空载时的一半左右,这样,根据上述五个基本方程式画出的异步电动机时-空相量图，与三相变压器带纯电阻负载

27、运行时的相量图相似。,3、异步电动机时-空相量图,5.3 三相异步电动机的机械特性,5.3.1 三相异步电动机的功率与转矩 一、功率关系: 三相异步电动机以转速n稳定运行时，从电源输入的电功率为： 定子铜损耗为:,正常情况下，转子转速接近与同步转速，转子回路铁耗很小，可忽略，因此只计定子回路的铁耗：,从等值电路看，传输给转子回路的电磁功率等于转子回路全部电阻的消耗。 电磁功率也可表示为 ：,转子绕组中的铜损耗为： 这样电磁功率减去转子铜耗，剩下的就是等效电阻上的损耗，而此损耗实际上是电机转轴上总的机械功率，用 表示，即： 电动机在运行时，会产生轴承以及风阻等摩擦阻转矩，这也要损耗一部分功率，把

28、这部分功率叫做机械损耗，用 表示，当然除了这些损耗外，还有一些附加损耗等， 因此，输出功率为：,所以整个功率传递过程中的功率关系为：,从以上功率关系定量分析中看出，异步电动机运行时电磁功率、转子回路铜损耗和机械功率三者之间的关系是：,功率流程图：,二、转矩关系： 机械功率 除以轴的角速度就是电磁转矩 ，即：,式中1为同步角速度（用机械角表示），故对功率表达式进行变形可得：,T0为空载转矩，,三、电磁转矩的物理表达式： 电磁功率除以同步机械角速度 可得电磁转矩的物理表达式为：,式中 ： 是一常数，叫转矩系数。,5.3.2 三相异步电动机的机械特性,三相异步电动机的机械特性是指在定子电压、频率和参

29、数固定的条件下，电磁转矩T 与转速 （或转差率 ）之间的函数关系。 一、机械特性的参数表达式:,异步电机等值电路中，由于励磁阻抗比定、转子漏阻抗大很多，把T 型等值电路中励磁阻抗这一段电路前移来计算 ，误差很小,故有:,由前所述，,可得，,这就是机械特性的参数表达式。固定 U1、f1 及阻抗等参数，画成曲线便为Ts曲线。,三相异步电动机在电压、频率均为额定值不变，定、转子回路不串入任何电路元时的机械特性称为固有机械特性。,二、固有机械特性: 1、固有机械特性曲线:,固有机械特性曲线,从图上可以看出相异步电动机固有机械特性不是一条直线，它具有以下特点： （1）在 0S1，即 n 1n0 的范围内

30、，特性在第象限，电磁转矩 T 和转速 n 都为正，从正方向规定判断，T 与 n 同方向。电动机工作在这范围内是电动状态。,（2）在 S0范围内，n n 1 ，特性在第象限，电磁转矩为负值，是制动性转矩，电磁功率也是负值，是发电状态，机械特性在 S0 和 S0 两个范围内近似对称。,（3）在 S 1范围内，nO，特性在第象限，T 0，也是一种制动状态，在第象限电动状态的特性上，B点为额定运行点，其电磁转矩与转速均为额定值。A点，n = n 1 ，T =0,为理想空载运行点；C点是电磁转矩最大点，D点 n =0，转矩为TS，为起动点（见图 ）。,2、最大电磁转矩: 正、负最大电磁转矩可以从参数表达

31、式求得，令 : 得到最大电磁转矩: 最大转矩对应的转差率称为临界转差率,一般地， 值不超过 的5%，可忽略，则有: 也就是说，异步发电机状态和电动机状态的最大电磁转矩绝对值可近似认为相等，临界转差率也近似认为相等，机械特性具有对称性。,过载倍数：最大电磁转矩与额定电磁转矩的比值，或称最大转矩倍数，用表示。即：,一般三相异步电动机=1.62.2,起重、冶金用的异步电动机=2.22.8。 3、起动转矩： 对应 n =0，S =1的电磁转矩，用,Ts 表示。,可见，TS 与电压平方成正比，而且转子电阻越大，起动转矩越大，漏电抗越大，起动转矩越小。 起动转矩倍数:起动转矩与额定转矩的比值，用 表示，即

32、： 电动机起动时，只有 TS 大于(1.11.2)倍的负载转矩才可以顺利起动。一般异步电动机起动转矩倍数 =0.81.2。,三、人为机械特性： 从机械特性表达式上可以看出：可以通过改变一些参数使得特性曲线更满足用户的需要,这样就得到了异步电动机的人为机械特性曲线。 1、降低定子端电压的人为机械特性：,从表达式上可以看出：异步电机的同步转速与电压无关，电磁转矩T 与 U12 成正比，为此最大转矩以及起动转矩都要随 U1 的降低而按 U1 2 的平方减小。而最大转矩对应的转差率 Sm 不变。,2转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性: 绕线式三相异步电动机通过滑环，可以把三相对称电阻串入转子回路而

33、后三相再短路。从表达式上可以看出,最大电磁转矩与转子每相电阻值无关，即转子串入电阻后，Tm 不变。转子回路串电阻并不改变同步转速,转子回路串入一些电阻，可以增大起动转矩 。,四、电磁转矩的实用表达式,工程上常根据电机的额定功率、额定转速、过载能力来求出实用表达式。方法是：,将Tmax和sm代入即可得到机械特性方程式。,若用额定工作点的 和 ，将其代入上式可得：,故有：,异步电动机的工作特性是指 ， 时电动机的转速n、定子电流 ,功率因数 ， 电磁转矩T、效率等与输出功率P2的关系。可以通过直接给异步电动机带负载测得，也可以利用等值电路计算而得。,5.4 三相异步电动机的工作特性,一、转速特性

34、: 三相异步电动机空载时，转子的转速 n 接近于同步转速 。随着负载的增加，转速 n 要略微降低，这时转子电动势 增大，转子电流 增大，以产生大的电磁转矩来平衡负载转矩。因此，随着 P2 的增加，转子转速 n 下降，转差率 s 增大。 二、定子电流特性 ： 空载时,转子电流基本上为零,此时的定子电流就是励磁电流 I0, 随着负载的增加,转速降低,转子电流增大,定子电流也增大。,三、定子侧功率因数 ： 空载时定子侧的功率因数很低，不超过0.2，接近额定负载时，定子电流中的有功电流增加，使功率因数提高，接近负载时，功率因数接近于1；但是如果进一步增大负载，由于转差率的增大，使功率因数角增大，则功率

35、因数减小。,四、电磁转矩特性 ： 稳定运行时异步电动机转矩方程为 输出功率 ，所以 。 电动机空载时， ，随着负载增加， 增大，由于机械角速度变化不大，电磁转矩 T 随 的变化近似地为一条直线。,五、效率特性 ：,空载时， = 0， 0，随着输出功率的增加，效率也增加。当不变损耗等于可变损耗时，电动机的效率达到最大。对中、小型异步电动机，大约 时，效率最高。如果负载继续增大，效率反而要降低。一般来说，电动机的容量越大，效率越高。,5.5 三相异步电动机参数的测定,5.5.1 短路(堵转)实验,短路试验又叫堵转试验，即把绕线式异步电机的转子绕组短路，并把转子卡住，不使其旋转，鼠笼式电机转子本身已

36、短路。 实验过程:从 开始,逐渐降低电压。记录定子绕组加的端电压、定子电流 和定子输入功率 。试验时，还应量测定子绕组每相电阻 的大小。根据试验的数据，画出异步电动机的短路特性 、 。,根据测得的数据，可以算出短路阻抗、短路电阻和短路电抗。即：,5.5.2 空载实验 实验目的：测励磁阻抗 机械损耗 pm ，铁心损耗 pFe 。 试验过程：转轴上不加任何负载，即电动机处于空载运行，把定子绕组接到额定频率的三相对称电源上，当电源电压为额定值时，让电动机运行一段时间，使其机械损耗达到稳定值。用调压器改变加在电动机定子绕组上的电压，使其从（1.11.3） 开始，逐渐降低电压 ，直到电动机的转速发生明显

37、的变化为止。记录电动机的端电压、空载电流、空载功率P。和转速 n ，并画成曲线。,定子加额定电压时，根据空载试验测得的数据 和 ，可以算出:,5.6 三相异步电动机的起动、制动与调速,5.6.1 三相异步电动机的起动,一、三相异步电动机的直接起动 在额定电压下直接起动三相异步电动机，由于最初起动瞬间主磁通约减少到额定值的一半，功率因数cos 很低，起动电流相当大而起动转矩并不大。如普通鼠笼式三相异步电动机，起动电流 ， 起动转矩 。,一般地说，容量在7.5kw 以下的小容量鼠笼式异步电动机都可直接起动。,三相异步电动机直接起动在下面两种情况下是不可行的： 变压器与电动机容量之比不足够大； 起动

38、转矩不能满足要求。 第种情况下需要减小起动电流，第种情况下需要加大起动转矩。而由前面的分析可知： 所以，降低起动电流的方法有：降低电源电压；加大定子边电抗或电阻；加大转子边电阻或电抗。加大起动转矩的方法只有适当加大转子电阻，但不能过份，否则起动转矩反而可能减小。 总之，起动必须满足的条件是： 起动电流要足够小；起动转矩要足够大。,二、 三相鼠笼异步电动机的降压起动,1、定子串接电抗器起动： 三相异步电动机定子串电抗器起动，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。显然此时的电抗器起到了分压的作用。三相异步电动机直接起动时，其每相等值电路如图（a）所示，电源电压 直接加在短路阻

39、抗 上。定子边串入电抗X 起动时，每相等值电路如图（b）所示，电压,加在（jX ）上，而 上的电压是 。定子边串电抗起动可以理解为增大定子边电抗值，也可以理解为降低定子实际所加电压，其目的是减小起动电流。,然而，定子串电抗器起动，降低了起动电流，但起动转矩降低得更多。因此，定子串电抗器起动，只能用于空载和轻载。,2、Y一 起动：,适用于正常运行时定子绕组为三角形接线的电动机。起动时Y接线，运行时接线。,起动电流关系:,特点： Y- 降压起动设备简单，成本低。但起动转矩降低很多，多用于空载或轻载起动的设备上。,起动转矩关系:,3. 自耦变压器降压起动,直接起动时的起动电流：,降压后二次侧起动电流

40、：,变压器一次侧电流：,起动转矩：,自耦变压器起动不受电动机绕组连接的影响，可以根据需要选择分接头。,缺点：设备体积大，投资高。适用于不需频繁起动的大容量电动机。,我们在前边学过自耦变压器的工作原理，在这里就是利用了自耦变压器有抽头可供选用，比较灵活，可以实现不同要求的降压。,三、三相绕线式异步电动机的起动,1. 转子回路串频敏变阻器起动,频敏变阻器类似只有一次绕组的三相三柱式变压器，其铁心是由几片或十几片厚钢板或铁板叠成。,频敏变阻器是利用铁心涡流损耗随频率变化而变化的原理改变起动电阻的。频敏变阻器的电阻随频率降低而逐渐减小。,频敏变阻器静止无触点，结构简单，成本低，大大提高了转子回路功率因

41、数，既限制了起动电流，又提高了起动转矩，应用较为广泛。,2、转子回路串电阻分级起动,为了使整个起动过程中尽量保持较大的起动转矩、绕线式异步电动机可以采用逐级切除起动电阻的转子串电阻分级起动。起动时串入全部电阻，随着转速上升逐级切除所串电阻。起动完毕，起动电阻全部切除。,为了有较大的起动转矩、使起动过程平滑，应在转子回路中串入多级对称电阻，并随着转速的升高，逐渐切除起动电阻。 起动过程中功率因数高，但设备投资大，维修不便。,5.6.2 三相异步电动机的制动,当电磁转矩和转速的方向相反时，电动机处于制动状态，根据转矩和转速的不同情况，又可分为：回馈制动、反接制动、到拉反转及能耗制动等。,一、能耗制

42、动：,三相异步电动机处于电动运行状态的转速为n ,如果突然切断三相交流电源，同时把直流电通入它的定子绕组，结果，电源切换后的瞬间，三相异步电动机内形成了一个不旋转的空间固定磁动势，它相对于旋转的转子来说变成了一个旋转磁动势,旋转方向为顺时针，转速大小为n 。转子绕组则感应电动势，产生电流；进而转子受到电磁转矩T 。,显然T与n反方向，电动机处于制动运行状态，T为制动性的阻转矩。转速n0时，磁通势与转子相对静止，T0，减速过程才完全终止。系统原来贮存的动能主要被电动机转换为电能消耗在转子回路中，故称之为能耗制动。,二、反接制动： 处于正向电动运行的三相绕线式异步电动机，当改变三相电源的相序时，电

43、动机便进入了反接制动过程。反接制动过程中，电动机电源相序为负序，（b）图为拖动反抗性恒转矩负载，,反接制动的同时转子回路串入较大电阻时的反接制动机械特性。电动机的运行点从 ABC ，到C点后， T ，可以准确停车。,如果电动机拖动负载转矩较小的反抗性恒转矩或拖动位能性恒转矩负载运行，如果进行反接制动停车，则必须在降速到n 0时切断电源并停车，否则电动机将会反向起动。三相异步电动机反接制动停车比能耗制动停车速度快，但能量损失较大。一些频繁正、反转的生产机械，为了迅速改变转向，提高生产率，经常采用反接制动停车接着反向起动的方法。,三、倒拉反转运行:,拖动位能性恒转矩负载运行的三相绕线式异步电动机，

44、若在转子回路内串入一定值的电阻，电动机转速可以降低。如果所串的电阻超过某一数值则会使电动机反转，称之为倒拉反转制动运行状态。 倒拉反转制动运行是转差率s1的一种稳态，其功率关系与反接制动过程一样，电磁功率 0，机械功率0。但是倒拉反转运行时负载向电动机送入的机械功率是靠着负载贮存的位能的减少，是位能性负载倒过来拉着电动机反转。,四、回馈制动运行： 回馈制动运行分为正向回馈制动运行和反向回馈制动运行。 1、正向回馈制动运行：通过将一部分机械能转换为电能并回馈回电源的现象。电动机运行在第II象限B-C段机械特性上时，n0,T0。,整个回馈制动过程中，始终有n ， 转差率,转子边送过来的电磁功率，除

45、了定子绕组上铜耗外，其余的回馈,给电源了。这时的三相异步电动机实际上是一台发电机。,2、反向回馈制动运行： 当三相异步电动机拖动位能性恒转矩负载，电源为负相序（A、 C、 B）时，电动机运行于第IV象限，如图中的B点，电磁转矩T0，转速 n0,称为反向回馈制动运行。,起重机高速下放重物时，经常采用反向回馈制动运行方式。若负载大小不变，转子回路串入电阻后，转速绝对值加大，如图中的C点；串入电阻越大，转速绝对值越高。 反向回馈制动运行时，电动机是一台发电机，它把从负载位能减少而输入的机械功率转变为电功率，然后回送给电网。从节能的观点看问题，反向回馈制动下放重物比能耗制动下放重物要好。,5.6.3

46、三相异步电动机的调速,异步电动机的转速为：,因此，三相异步电动机的调速方法很多，大致可以分成以下几种类型： （1）改变转差率s调速，包括降低电源电压、绕线式异步电动机转子回路串电阻等方法；,（2）改变旋转磁通势同步转速调速，包括改变定子绕组极对数、改变供电电源频率等方法； （3）双馈调速，包括串级调速，属改变理想空载转速的一种调速方法； （4）利用转差离合器调速。,一、绕线式异步电动机转子回路串电阻调速 ：,绕线式电动机的转子回路串接对称电阻时的机械特性如图。,从机械特性看，转子串电阻时，同步转速和最大转矩不变，但临界转差率增大。当恒转矩负载时，电机的转速随转子串联电阻的增大而减小。,转子回路串电阻是属恒转矩调速方法，当负载转矩TL=TN时，,式中s1、s2、s3别是转子串入不同的电阻后的转差率。 这种调速方法的调速范围