第4章交流電動機原理及特性-2

1、第4章 交流電動機原理和特性4.1 異步電動機的基本結構和工作原理4.2 三相異步電動機的機械特性4.2.1 機械特性的參數(shù)表達式4.2.2 機械特性的實用公式4.2.3 固有機械特性和人為機械特性4.2 三相異步電動機的機械特性4.2.1 機械特性的參數(shù)表達式4.2.2 機械特性的實用公式4.2.3 固有機械特性和人為機械特性4.2 三相異步電動機的機械特性1定義三相異步電動機在電源電壓 U1、電源頻率 f1 以及電動機參數(shù)固定的條件下其電磁轉矩 T 與轉子轉速 n 之間的關系定義為三相異步電動機的機械特性2表示方法（1）函數(shù)表示法 T = f（n）或 T = f（s） （2）曲線表示法 T

2、 - s 曲線直流電動機T - n 曲線M1PT 22213(435)260RIsn4.2.1 機械特性的參數(shù)表達式1jX1RmRmjX21sRs2jX2R0I1I1U12EE2I22122112)(XXSRRUI轉子電流轉子電流pfSRInSRIPTM122212221236023電磁轉矩的參數(shù)表達式電磁轉矩的參數(shù)表達式221222111232RpUsTRf( R)( XX)s 說明：電磁轉矩與電源參數(shù)（說明：電磁轉矩與電源參數(shù)（1 1、f f1 1）、結構參數(shù)（）、結構參數(shù)（R R、X X、p p）和運行參數(shù)（和運行參數(shù)（s s）有關。）有關。電源參數(shù)（電源參數(shù)（1 1、f f1 1）、結

3、構參數(shù)（）、結構參數(shù)（R R、X X、p p）一定，得到）一定，得到T=f(n)T=f(n)或或T=f(s)T=f(s)的關系，為電動機的機械特性。的關系，為電動機的機械特性。0Ts01.0nn111sn=nn 三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的機械特性 曲線曲線)(Tfn 非線性曲線非線性曲線該曲線反映不同狀態(tài)： 0 s 1 或 0 n n1第象限，T 和 n 都為正電動運行狀態(tài)s n1第象限，T 負，n 正回饋制動運行狀態(tài)即發(fā)電狀態(tài)s 1 或 n T2 電機能起動，否則不能起動S22112212213(443)2()() pTfRRXXU R2S1TU1SUT堵轉轉矩倍數(shù) kS異步電

4、動機堵轉轉矩 TS 與額定轉矩 TN 之比稱為堵轉轉矩倍數(shù)，用 kS 表示堵轉轉矩倍數(shù) kS 的大小反映了電動機起動負載的能力堵轉轉矩倍數(shù)設計得越大電動機起動就越快電機的成本也隨之增加SSN(444)TkT堵轉轉矩倍數(shù) kS對于Y系列小型籠型三相異步電動機其堵轉轉矩倍數(shù) kS = 1.72.2對于三相繞線轉子異步電動機可以通過在轉子回路中串入電阻來改變堵轉轉矩的大小這部分內(nèi)容將在轉子回路串入三相對稱電阻的人為機械特性中介紹異步電動機的穩(wěn)定運行問題當0 s sm時機械特性下斜拖動恒轉矩負載和泵類負載都能穩(wěn)定運行當sm s 1時機械特性上翹拖動恒轉矩負載不能穩(wěn)定運行-Tm0TNTSTmTs-sm0

5、sm1.0nn1nNHNPQPsN拖動泵類負載需滿足穩(wěn)定運行的充要條件 T = TL且 即可以穩(wěn)定運行-Tm0TNTSTmTs-sm0sm1.0nn1nNHNPQPsNLdTdTdndn異步電動機的穩(wěn)定運行問題因此，異步電動機應長期穩(wěn)定運行在0 s sN范圍內(nèi)正常情況下電動機都工作在特性曲線的 HN 段 HN 段比較平坦稱為硬特性-Tm0TNTSTmTs-sm0sm1.0nn1nNHNPQPsN異步電動機的穩(wěn)定運行問題4.2.2 機械特性的實用公式前面分析異步電動機的機械特性是基于電動機參數(shù)為已知的前提實際使用中，往往不知道電動機的參數(shù)那如何得到機械特性呢？為此要用到機械特性的實用公式4.2.

6、2 機械特性的實用公式1實用公式的表達式2實用公式的應用1已知 TL 先求 s 再求 n3實用公式的應用2已知 s（或 n） 求 T4關于實用公式的說明1實用公式的表達式利用電磁轉矩除以最大電磁轉矩電磁轉矩求得的機械特性的實用公式如下：式中，Tm 和 sm根據(jù)相關公式求出mmm2TssTss根據(jù)電機的額定轉速 nN、額定功率 PN和過載倍數(shù) km求取 Tm和 sm的過程如下：mmNTk T 29550NNNNPTTn 21mNmmss ( kk) 11NNnnsn 將將T Tm m和和s sm m代入即可得到機械特性方程式。代入即可得到機械特性方程式。mmm2TssTss2實用公式的應用1：已

7、知 TL 先求 s 再求 n當三相異步電動機拖動負載轉矩 TL 已知時就可以把 T = TL代入實用公式由上式可解得電動機運行時的轉差率 s 進而得到電動機的轉速 nmmm2TssTssLmTT1(1)ns nLmmN2mTssk Tss3實用公式的應用2：已知 s（或 n） 求 T如果是三相異步電動機的轉差率 s（或轉速 n ）已知把它代入機械特性的實用公式可求得電動機的電磁轉矩mmm2TssTssmmm2TTssssmNmm2k Tssss4關于實用公式的說明實用公式形式簡單，使用方便但只適用于一定的范圍內(nèi)，如0 s sN如果用它計算三相異步電動機的堵轉轉矩，則誤差較大例題4-4(61)例

8、題4-4 一臺三相異步電動機的額定功率 PN = 90 kW額定電壓 UN = 380 V額定轉速 nN = 990 r/min過載倍數(shù) km = 2.0求：（1）該電動機電磁轉矩的實用公式；（2）當s = 0.0084時的電磁轉矩；（3）電動機拖動 560 Nm 負載時的轉速。4.2.3-1 固有機械特性1定義若三相異步電動機定子加額定電壓、額定頻率轉子回路本身直接短路不另串電阻或電抗這種情況下電動機的機械特性稱為固有機械特性2三相異步電動機的固有機械特性曲線0Ts01.02.0nn1-n1電源正相序電源負相序11sn=nn幾個特殊點：幾個特殊點：4.4.起動點起動點01sn,s,TT 3.

9、3.最大轉矩點最大轉矩點mmss ,TT 2.2.額定運行點額定運行點NNNnn ,ss ,TT 1.1.同步運行點同步運行點100nn ,s,T 4.2.3-2 人為機械特性1降低定子電壓U1的人為機械特性2定子回路串接三相對稱電阻的人為機械特性3定子回路串接三相對稱電抗的人為機械特性4轉子回路串入三相對稱電阻的人為機械特性221112222132()() RUfRRXspTsX1降低定子電壓U1的人為機械特性TnssmU10.8U10.6U1n101.0 0圖4.19 降低U1時的人為機械特性曲線TmU12；TsU12；n1和和sm與電壓無關。與電壓無關。n n1 1、s sm m 都將保

10、持不變都將保持不變U U1 1 T Tm m、T TS S 特點：同步轉速 n1、最大轉矩對應的轉差率 sm都將保持不變最大轉矩 Tm 以及堵轉轉矩 TS 都要隨 U1的降低而按 U1 的平方規(guī)律減小拖動額定負載時，降低 U1電動機不能長時間運行2定子回路串接三相對稱電阻的人為機械特性M3RfRfRffR1R1jX2R2jXmRmjX21sRs(a)接線圖(b)等效電路定子回路串電阻的人為機械特性曲線1.00nn10TSsmTmTSsmTmsTR1R1 + Rf特點：同步轉速 n1 保持不變最大轉矩 Tm、堵轉轉矩 TS 以及 sm都隨串入電阻 Rf 的增大而減小方法簡單，設備投資少電能消耗較

11、大3定子回路串接三相對稱電抗的人為機械特性M3XfXfXffX1R1jX2R2jXmRmjX21sRs接線圖等效電路定子回路串電抗的人為機械特性曲線nn10TSTSsTX1X 1 + X f1.00TmsmTmsm特點：同步轉速 n1 保持不變最大轉矩 Tm、堵轉轉矩 TS 以及 sm都隨串入電抗 Xf 的增大而減小比定子串電阻方法節(jié)省電能電抗器設備成本高4轉子回路串入三相對稱電阻的人為機械特性M3RSRSRS1R1jX2R2jXmRmjX21sRsSRs接線圖等效電路轉子回路串電阻的人為機械特性曲線T TS S0TSTmTSTSsT1.00smsmTSsmsmnn1R2R2 + RS1R2

12、+ RS2R2 + RS3特點：同步轉速 n1、最大轉矩 Tm 保持不變sm 隨串入電阻的增加而增大 堵轉轉矩TS 隨串入電阻的變化情況如下：當 sm 1 時，TS 隨串入電阻的增加反而減小2222112()SRRRXX最大轉矩 Tm、臨界轉差率sm、堵轉轉矩TS計算公式221m122()sRRXX 21m21112211322()UfRRpTXX 21111222S2232()() RRUfRXpTX1160n =fp本節(jié)小結4.3 三相異步電動機的起動、調(diào)速和制動4.3 異步電動機的起動、調(diào)速和制動4.3.1 鼠籠式異步電動機的起動4.3.2 高起動轉矩的異步電動機4.3.3 繞線式異步電

13、動機的起動4.3.4 異步電動機的軟起動4.3.5 異步電動機的調(diào)速4.3.6 三相異步電動機的制動4.3.1 籠型異步電動機的起動1 在額定電壓下直接起動2 星 - 三角（Y - ）降壓起動3 自耦變壓器降壓起動4 定子回路串接電抗器降壓起動4.3.1 籠型異步電動機的起動異步電動機從靜止狀態(tài)過渡到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程稱為異步電動機的起動過程1起動電流和起動轉矩2較大的起動電流對異步電動機的影響3電動機起動過程需要考慮的問題4降低堵轉電流的方法一、在額定電壓下直接起動1起動電流和起動轉矩如果在額定電壓下直接起動三相異步電動機將產(chǎn)生比較大的堵轉電流（起動電流）IS以 Y 系列中小型三相異步電動機

14、為例，堵轉電流IS = ( 5 7 ) IN但交流電動機的堵轉轉矩并不大以 Y 系列中小型三相異步電動機為例，其堵轉轉矩TS = ( 1.4 2.2 ) TN直接起動時的機械特性與電流特性曲線三相異步電動機直接起動時的機械特性與電流特性曲線如圖所示0TSTI0ISI1n1n機械特性電流特性圖4.24 直接起動時的機械特性與電流特性曲線2較大的起動電流對異步電動機的影響（1）對電源和其他負載的影響如果配電變壓器額定容量相對不夠大時電動機較大的起動電流會使變壓器輸出電壓短時間下降幅度較大超過正常的規(guī)定值（如短時間使電壓下降大于 10% 或更大）電壓短時間下降會影響到由同一臺配電變壓器供電的其它負載

15、（2）對電動機本身的影響電動機較大起動電流引起電壓下降對電動機本身也會有不良影響因為電壓太低會使電動機堵轉轉矩下降很多，當負載較重時，電動機可能起動不了如果異步電動機起動過程時間很短，短時間的 5 7IN 電流，電動機本身是可以承受的對于起動頻繁的異步電動機，過大的起動電流會使電動機內(nèi)部過熱，導致電機的溫升過高3 電動機起動過程需要考慮的問題堵轉轉矩大于負載阻轉矩（取 TS 1.1 TL）盡可能小的堵轉電流起動操作方便，起動設備簡單、經(jīng)濟起動過程中的功率損耗盡可能的小 4 降低堵轉電流的方法異步電動機起動時，堵轉電流的大小為從上式可以看出，降低堵轉電流有三種方法：減少電源電壓 U1定子邊串接電

16、抗或電阻轉子邊串接電阻對于籠形異步電動機只能采用前兩種方法S2221121(1)()()IRXRXU 4 降低堵轉電流的方法由前面人為特性分析知道：當降低電源電壓 U1 時當定子邊串入電抗或電阻時也會使堵轉轉矩 TS 減小 如果采取限制起動電流的措施不當可能會使堵轉轉矩減小過多而不能滿足起動的要求 堵轉轉矩堵轉轉矩 TS 隨隨 規(guī)律規(guī)律下降下降21U一、 在額定電壓下直接起動適用范圍：小容量的異步電動機實際應用中異步電動機到底能否直接在額定電壓下起動主要應考慮以下幾種情況：電動機與供電變壓器的容量比電動機與供電變壓器之間供電線路長度與電動機共用一臺變壓器的其它負載對電壓穩(wěn)定性的要求起動是否頻繁

17、拖動系統(tǒng)的轉動慣量大小鼠籠式異步電動機常用的降壓起動方法Y Y 起動起動；用自耦變壓器降壓起動；用自耦變壓器降壓起動； 定子串電阻或電抗降壓起動；定子串電阻或電抗降壓起動；二、 星 - 三角（Y - ）降壓起動適用范圍：正常運行時定子繞組接成 形連接的三相籠型異步電動機圖2 Y- 起動接線圖KM3ABCXYZKM1KM2KM2ABCXYZKM1KM3(a)起動 Y 形(b)正常運行 形圖3 電動機直接起動和 Y- 降壓起動時電壓和電流關系SINUSIAZCYBXSI NUBZY XCASYI(a)直接起動( 接)(b) Y - 起動(Y 接)N13UUSSYIISS3II1NUU1U1U2 星

18、 - 三角（Y - ）降壓起動N1SZZUUIN1SY3UUIZZSYNSN31(3)3IUIU電動機直接起動時對供電變壓器造成沖擊的堵轉電流 IS 為Y- 起動時對供電變壓器造成沖擊的堵轉電流 所以SS3(4)IISSYIISSYSS1(5)33IIII2 星 - 三角（Y - ）降壓起動說明，Y- 起動時每相定子繞組的相電壓和相電流與直接起動時相比都降低到原來的但是對供電變壓器造成沖擊的堵轉電流卻降低到直接起動時的1/3SSYSS1(5)33IIIISYNSN31(3)3IUIU13N1(2)3UU2 星 - 三角（Y - ）降壓起動則上式表明Y-起動時電動機堵轉轉矩也降低到直接起動時的1

19、/3n 設設 、 分別是直接起動和分別是直接起動和 Y- 降壓起動時的堵轉轉矩降壓起動時的堵轉轉矩STST2S1S11(6)3TUTU2 星 - 三角（Y - ）降壓起動優(yōu)點：設備簡單，只需一套 Y- 起動器具有體積小，重量輕，價格便宜，維修方便等特點缺點：起動電壓不能調(diào)節(jié)只適用于正常運行時定子繞組為 形聯(lián)結的異步電動機由于起動轉矩小，所以只適合于空載或輕載起動三、自耦變壓器降壓起動自耦變壓器降壓起動原理圖M3KM1KM1AKM2B C(a)起動M3A B C(b)正常運行KM1KM1KM23 自耦變壓器降壓起動自耦變壓器起動器又稱起動補償器或自耦減壓起動器自耦變壓器連接時高壓邊接電源低壓邊接

20、電動機其一相電路如圖5所示SI 1U1N2NSTI2U圖5 自耦變壓器的一相電路圖3 自耦變壓器降壓起動設自耦變壓器的二次電壓與一次電壓之比即降壓比為 KJ則式中，N1、N2 分別為自耦變壓器一次與二次繞組的匝數(shù)SI 1U1N2NSTI2U圖5 自耦變壓器的一相電路圖2J1UKU21NN1(7)3 自耦變壓器降壓起動電動機降壓起動時堵轉電流與直接起動時的堵轉電流 IS 之間的關系為而自耦變壓器一次電流與二次電流之間的關系為SI 1U1N2NSTI2U圖5 自耦變壓器的一相電路圖ST2S1IUIUJ(8)KS2ST1ININ2J1(9)UKUSTISISTI3 自耦變壓器降壓起動因此自耦變壓器起

21、動對電源的沖擊電流與直接起動時相比SI 1U1N2NSTI2U圖5 自耦變壓器的一相電路圖ST2JS1(8)IUKIUS22JST11(9)INUKINU2SJS(10)IKI3 自耦變壓器降壓起動上式表明采用自耦變壓器降壓起動雖然電動機定子電壓下降到直接起動時的 KJ但是對電源造成的沖擊電流卻降低到直接起動時的 22J111(7)UNKUN2SJS(10)IKI2JK3 自耦變壓器降壓起動自耦變壓器降壓起動時電動機堵轉轉矩為與直接起動時的堵轉轉矩 TS 之間的關系為上式表明采用自耦變壓器降壓起動時電動機的堵轉轉矩降低到直接起動時的ST2S2S1TUTU2J(11)K2JK說明：起動用的自耦變

22、壓器一般有幾個抽頭可供選擇QJ2 型有三種抽頭其電壓等級分別是電源電壓的 55%、64%、73%QJ3 型也有三種抽頭其電壓等級分別是電源電壓的 40%、60%、80%所以，選用不同的抽頭比，即不同的 KJ 值就可以得到不同的堵轉電流和堵轉轉矩以滿足不同的起動要求3 自耦變壓器降壓起動優(yōu)點：與 Y- 起動相比自耦變壓器降壓起動有幾個抽頭可選用，比較靈活缺點：自耦變壓器體積大，價格高，維修麻煩而且不允許頻繁起動適用范圍：在起動次數(shù)少，容量較大的籠型異步電動機上應用較為廣泛例題4-5有一臺籠型三相異步電動機PN = 75 kW，定子 形聯(lián)結nN = 1480 r/min，IN = 139 A堵轉電

23、流倍數(shù) kI = 6，堵轉轉矩倍數(shù) kS = 1.6負載起動轉矩 TL = 265 Nm供電變壓器要求起動電流不大于 350 A請選擇合適的降壓起動方法，通過計算來說明四、定子回路串接電抗器的降壓起動1K1K1K1KS1KS1KS1KS1K22222 2S1KS1KS1KS1KUZUZ= k= kUZ + XUZ + XIUZIUZ= k= kIUZ + XIUZ + XTUZTUZ= k= kTUZ + XTUZ + X 定子串電阻或電抗起動，電定子串電阻或電抗起動，電壓從壓從U U1 1降至降至U U1 1 ，即加到定子繞，即加到定子繞組上的電壓在起動時為組上的電壓在起動時為U U1 1

24、，這，這樣就減小了起動電流。但使起樣就減小了起動電流。但使起動轉矩顯著減小。故只適用于動轉矩顯著減小。故只適用于空載或輕載起動。空載或輕載起動。結論：鼠籠式異步電動機降壓起動結論：鼠籠式異步電動機降壓起動 起動轉矩與起動轉矩與U U2 2成正比成正比 降壓起動后，起動轉矩比起動電流降低得更厲降壓起動后，起動轉矩比起動電流降低得更厲害害 適合于中、大容量輕載起動。適合于中、大容量輕載起動。4.3.2 4.3.2 高起動轉矩的異步電動機高起動轉矩的異步電動機1 1、高轉差率異步電動機、高轉差率異步電動機 用用電阻率較高的導體來做轉子籠型繞組，同樣的轉子槽電阻率較高的導體來做轉子籠型繞組，同樣的轉子

25、槽結構，則繞組電阻結構，則繞組電阻R2R2變大，從而堵轉轉矩大、堵轉電流小、變大，從而堵轉轉矩大、堵轉電流小、轉差率高和機械特性軟等特點，適用于傳動飛輪轉矩大和轉差率高和機械特性軟等特點，適用于傳動飛輪轉矩大和不均勻沖擊負載以及正、反轉次數(shù)多的工作場合。如錘擊不均勻沖擊負載以及正、反轉次數(shù)多的工作場合。如錘擊機、剪刀機、沖壓機和鍛冶機等機械設備。機、剪刀機、沖壓機和鍛冶機等機械設備。2 2、槽深式異步電動機、槽深式異步電動機特點：槽深特點：槽深h h，槽寬，槽寬b b，h hb b，即，即h h =(10 =(1020)20)b b與普通籠型異步電動機相比，這種電機的主要與普通籠型異步電動機相

26、比，這種電機的主要結構特點是結構特點是轉子槽形窄而深轉子槽形窄而深，轉子導體或是整，轉子導體或是整根的銅條，或是鋁熔液澆鑄而成。根的銅條，或是鋁熔液澆鑄而成。示意圖示意圖h槽高(a)漏磁通分布 (b)導體內(nèi)電流密度分布 (c)導體的有效截面深槽式鼠籠異步電動機分析分析起動時：起動時：n n=0=0，s s=1=1，f f2 2= =sfsf1 1= =f f1 1，f f2 2較高，則較高，則sxsx2 2 較大，較大，sxsx2 2R R2 2，槽內(nèi)，槽內(nèi)電流的分布主要取決于漏抗的大小電流的分布主要取決于漏抗的大小。槽頂部槽頂部sxsx2 2小，則電流密度大，槽底部小，則電流密度大，槽底部s

27、xsx2 2大，則電大，則電流密度小。這種把導體中的電流排擠到槽頂部的作流密度小。這種把導體中的電流排擠到槽頂部的作用稱趨表效應用稱趨表效應( (集膚效應，擠流效應集膚效應，擠流效應) )。圖圖(b)(b)為電流密度分布，自下而上逐漸增大，槽底部分為電流密度分布，自下而上逐漸增大，槽底部分導體在流通電流時所起作用很小，就相當于導體有導體在流通電流時所起作用很小，就相當于導體有效高度及截面積縮小，導體電阻變大，從而減小了效高度及截面積縮小，導體電阻變大，從而減小了I IS S，增大了，增大了T TS S。見圖。見圖(c)(c)所示，導體有效截面縮小，所示，導體有效截面縮小，故起動時，轉子有效電阻

28、增加，起動性能得改善。故起動時，轉子有效電阻增加，起動性能得改善。分析分析正常運行時：正常運行時：s s很小，很小，f f2 2= =sfsf1 1 很小，很小，x x2s2s= =sxsx2 2 很小，這時很小，這時轉子電流的大小主要由電阻決轉子電流的大小主要由電阻決定定。R R2 2 sxsx2 2，因各處電阻相等，則電流，因各處電阻相等，則電流的分布是均勻的，導體截面積全部得以利的分布是均勻的，導體截面積全部得以利用，而使轉子電阻自動減小到較低的正常用，而使轉子電阻自動減小到較低的正常數(shù)值。數(shù)值。( (集膚效應不明顯集膚效應不明顯) )優(yōu)缺點優(yōu)缺點優(yōu)點優(yōu)點：起動時轉子電阻加大，改善了起動

29、性能，而：起動時轉子電阻加大，改善了起動性能，而運行時為正常值，轉子電阻仍然較小，不致影響電運行時為正常值，轉子電阻仍然較小，不致影響電動機的運行效率。動機的運行效率。 缺點缺點：轉子槽漏抗較大，功率因數(shù)稍低，最大轉矩：轉子槽漏抗較大，功率因數(shù)稍低，最大轉矩倍數(shù)稍小。倍數(shù)稍小。特性曲線特性曲線曲線曲線1 1為普通鼠籠式為普通鼠籠式曲線曲線2 2為深槽式鼠籠異步電為深槽式鼠籠異步電機機1普通型2深槽型nn10T機械特性3 3、雙籠式異步電動機、雙籠式異步電動機結構特點：電動機轉子上有兩套鼠籠。結構特點：電動機轉子上有兩套鼠籠。下籠（內(nèi)籠）下籠（內(nèi)籠）：導體截面大，用電阻系數(shù)較小的紫銅：導體截面大

30、，用電阻系數(shù)較小的紫銅制成，電阻較小。制成，電阻較小。上籠（外籠）上籠（外籠）：導體截面小，用電阻系數(shù)較大的黃銅：導體截面小，用電阻系數(shù)較大的黃銅制成，電阻較大。制成，電阻較大。1上籠2下籠3合成nn10T(b)機械特性上籠下籠(a)漏磁通分布雙籠異步電動機2222 RxxR上上下下上上下下；說明說明原理：交流電流的趨表效應由左圖可見。原理：交流電流的趨表效應由左圖可見。上籠鏈的漏磁通少，所以電抗小，而下上籠鏈的漏磁通少，所以電抗小，而下籠的漏磁通多，故漏電抗大。籠的漏磁通多，故漏電抗大。上下籠電上下籠電抗及電阻關系是：抗及電阻關系是：2222 RxxR上上下下上上下下；分析分析1.1.起動時

31、：起動時： n n=0=0，s s=1=1，f f2 2= =sfsf1 1= =f f1 1， f f2 2較高，則較高，則sxsx2 2 較較大，大， sxsx2 2R R2 2，槽內(nèi)電流的分布主要取決于漏抗的，槽內(nèi)電流的分布主要取決于漏抗的大小。因大小。因x x2 2f f2 2， x x22 R R2 2， x x22上上 sx sx2 2，即下籠電流大，上籠，即下籠電流大，上籠電流小，下籠起主要作用。故又稱電流小，下籠起主要作用。故又稱下籠為運行籠下籠為運行籠，其機械特性如圖曲線其機械特性如圖曲線2 2所示。所示。特性特性 曲線曲線3 3為曲線為曲線1 1和和2 2的合成曲線，即為雙

32、鼠籠異步電的合成曲線，即為雙鼠籠異步電機的機械特性。可見雙籠型異步電動機起動轉矩較大機的機械特性?？梢婋p籠型異步電動機起動轉矩較大具有較好的起動性能。具有較好的起動性能。缺點缺點：轉子漏抗較大，功率：轉子漏抗較大，功率因數(shù)稍低，過載能力比普通因數(shù)稍低，過載能力比普通型異步機低，而且用銅量較型異步機低，而且用銅量較多，制造工藝復雜。價格較多，制造工藝復雜。價格較高。一般用于起動轉矩要求高。一般用于起動轉矩要求較高的生產(chǎn)機械上。較高的生產(chǎn)機械上。123nn10T雙鼠籠型異步電動機的機械特性4.3.3 繞線式異步電動機的起動采用繞線式電機，增大轉子電阻。既增大采用繞線式電機，增大轉子電阻。既增大起動

33、轉矩，又減小起動電流。起動轉矩，又減小起動電流。 常用的方法：轉子串電阻或轉子串頻敏變常用的方法：轉子串電阻或轉子串頻敏變阻器。阻器。 一、轉子回路串電阻起動一、轉子回路串電阻起動 在轉子回路中串聯(lián)適當?shù)碾娮柙谵D子回路中串聯(lián)適當?shù)碾娮? ,既既能限制起動電流，又能增大起動轉矩。能限制起動電流，又能增大起動轉矩。 為了有較大的起動轉矩、使起動為了有較大的起動轉矩、使起動過程平滑，應在轉子回路中串入多級過程平滑，應在轉子回路中串入多級對稱電阻，并隨著轉速的升高，逐漸對稱電阻，并隨著轉速的升高，逐漸切除起動電阻。切除起動電阻。 如圖為三級起動，即如圖為三級起動，即 m=3m=3?，F(xiàn)以三級起動為例，即

34、現(xiàn)以三級起動為例，即 m m=3=3。分級起動過程分級起動過程TA AB BC CD DE ER2R2+Rs1+Rs2=RZ2R2+Rs1=RZ1R2+Rs1+Rs2+Rs3=RZ3nT1T2TL0n1F FG GH HI In起動的快速性和平起動的快速性和平穩(wěn)性與起動級數(shù)穩(wěn)性與起動級數(shù)m m、轉矩轉矩T T1 1及及T T2 2有關。有關。一般取一般取T T10.8510.85T Tm m，T T2 2= =（1.11.21.11.2）T TL L，電動機由電動機由A A點開始起動，經(jīng)點開始起動，經(jīng)ABCDEFGH ABCDEFGH II，完成起動過程，完成起動過程. .二、轉子串頻敏變阻器

35、起動二、轉子串頻敏變阻器起動頻敏變阻器是一鐵損很大的三相電抗器。頻敏變阻器是一鐵損很大的三相電抗器。 起動時，起動時，S S2 2斷開，斷開，S1S1閉合，轉子閉合，轉子串入頻敏變阻器。串入頻敏變阻器。起動時起動時, , ,頻敏變阻器鐵損頻敏變阻器鐵損大大, ,反映鐵損耗的等效電阻反映鐵損耗的等效電阻 大大, ,相當于轉子回路串入一個較大電相當于轉子回路串入一個較大電阻。隨著阻。隨著 上升上升, , 減小減小, ,鐵損減鐵損減少少, ,等效電阻等效電阻 減小減小, ,相當于逐漸相當于逐漸切除切除 , ,起動結束起動結束,S,S2 2閉合，切除閉合，切除頻敏變阻器，轉子電路直接短路。頻敏變阻器，

36、轉子電路直接短路。 21ff n2fmRmRmR頻敏變阻器的阻值隨轉子轉速的升高自動減小。頻敏變阻器的阻值隨轉子轉速的升高自動減小。4.3.4、異步電動機的軟起動（不講） 傳統(tǒng)的籠型電動機的起動方式有傳統(tǒng)的籠型電動機的起動方式有Y- Y- 起動，串電阻或電抗起動，串電阻或電抗器降壓起動，串自耦變壓器起動。這些方法雖然可以起到一定器降壓起動，串自耦變壓器起動。這些方法雖然可以起到一定的限流作用，但仍然存在許多問題：的限流作用，但仍然存在許多問題：(a) (a) 上述上述 起起 動方式在電機起動過程中需要進行電源切換，電動方式在電機起動過程中需要進行電源切換，電動機將有瞬時大電流沖擊問題。動機將有

37、瞬時大電流沖擊問題。(b) (b) 起動起動 設設 備的起動參數(shù)一般無法調(diào)整，負載的適應性較差，備的起動參數(shù)一般無法調(diào)整，負載的適應性較差，對較重的負載，經(jīng)常出現(xiàn)難以起動的現(xiàn)象。對較重的負載，經(jīng)常出現(xiàn)難以起動的現(xiàn)象。(c) (c) 起動起動 過過 程中，接觸器帶負載切換，容易造成接觸器觸點程中，接觸器帶負載切換，容易造成接觸器觸點的拉弧損失，發(fā)生故障多，工作量大。的拉弧損失，發(fā)生故障多，工作量大。軟起動軟起動1 1、軟起動器的主電路、軟起動器的主電路由三組反并聯(lián)的晶閘管組成的軟起動器如圖所示：由三組反并聯(lián)的晶閘管組成的軟起動器如圖所示：Y Y 形形 調(diào)調(diào) 壓壓 電電 路路控制晶閘管的控制角的大

38、小，控制晶閘管的控制角的大小，就可使電動機的起動電流按工作要就可使電動機的起動電流按工作要求所設定的規(guī)律變化。求所設定的規(guī)律變化。2 2、電動機的軟起動方式、電動機的軟起動方式F斜坡恒流軟起動斜坡恒流軟起動F脈沖恒流軟起動脈沖恒流軟起動籠型異步電動機的起動1 在額定電壓下直接起動（4.3.1）2 星 - 三角（Y - ）降壓起動（4.3.1）3 自耦變壓器降壓起動（4.3.1）4 定子回路串接電抗器降壓起動（4.3.1）5 高起動轉矩異步電動機了解（4.3.2）6 軟起動不講（4.3.4）繞線式異步電動機的起動（4.3.3）異步電動機的起動4.3 異步電動機的起動、調(diào)速和制動4.3.1 鼠籠式

39、異步電動機的起動4.3.2 高起動轉矩的異步電動機4.3.3 繞線式異步電動機的起動4.3.4 異步電動機的軟起動4.3.5 異步電動機的調(diào)速4.3.6 三相異步電動機的制動4.3.5 異步電動機的調(diào)速異步電動機轉速的表達式為異步電動機有三種基本的調(diào)速方法：變頻調(diào)速：改變電源頻率 f1變極調(diào)速：改變定子繞組的極對數(shù) p變轉差率調(diào)速：改變電動機的轉差率 s11nns=n1(1)n= ns160(1)f=sp改變同步轉速的調(diào)速方法不改變同步轉速的調(diào)速方法改變s調(diào)速方法又有以下幾種：轉子串電阻調(diào)速：繞線轉子異步電動機轉子回路串接不同的電阻串級調(diào)速：繞線轉子異步電動機轉子串接電勢調(diào)壓調(diào)速：改變異步電動

40、機定子電源電壓異步機異步機調(diào)速方法調(diào)速方法變極調(diào)速變極調(diào)速鼠籠電機鼠籠電機變轉差率變轉差率 s s 調(diào)速調(diào)速調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速轉子串電阻調(diào)速轉子串電阻調(diào)速串級調(diào)速（不講）串級調(diào)速（不講）變頻調(diào)速變頻調(diào)速116011fnn (s )(s )p 異步電動機的轉速公式異步電動機的轉速公式異步電動機的調(diào)速異步電動機的調(diào)速4.3.5 異步電動機的調(diào)速1 變頻調(diào)速重點2 變極調(diào)速3 轉子串電阻調(diào)速4 串級調(diào)速不講5 調(diào)壓調(diào)速1 變頻調(diào)速改變?nèi)喈惒诫妱訖C電源的頻率 f1可以改變旋轉磁動勢的同步轉速 n1從而達到調(diào)速的目的將電動機的額定頻率（ f1 = 50 Hz ）稱為基頻變頻調(diào)速時既可以從基頻向上調(diào)也可以

41、從基頻向下調(diào)1160fn =p（1）基頻以下的變頻調(diào)速三相異步電動機運行時，由于定子漏阻抗壓降很小，所以電動機定子每相電壓故在降低電源頻率 f1 的同時必須相應地降低電源電壓 U1以保證主磁通 1 基本不變11UE11w114.44(22)f N kU1不變2Fe03mpI R1I0pFef1降低 U1 有兩種方式：降低 U1 有兩種方式：保持 E1 / f1 = 常數(shù)電動勢難以直接控制保持 U1 / f1 = 常數(shù)常用11UE11w114.44(22)f N k變頻調(diào)速時的機械特性變頻調(diào)速時的機械特性（基頻以下，保持 U1 / f1 = 常數(shù)） 只要找出只要找出n1n1、T Tm m，s s

42、m m，T Ts s及及n nm m與頻率關系，即可與頻率關系，即可定性畫出機械特性。定性畫出機械特性。1)1)最大轉矩最大轉矩T Tm m212211112121122122111112342342mmU pTfRRxxxxfLLU PTf RRfLL(1) (1) 當當f f1 1較高但較高但f f1 150Hz50Hz時：時： R R1 1x x1 1+ +x x2 2，忽略，忽略r r1 1 ， 當當T Tm m= =常數(shù)，常數(shù)，U U1 1/ /f f1 1 = =常數(shù)常數(shù)(2) (2) 當當f f1 1較低時：較低時： R R1 1的影響不能忽略，在的影響不能忽略，在R R1 1上

43、產(chǎn)生上產(chǎn)生I I1 12 2R R1 1E E1 1 m mT Tm m 當當f f1 1R R1 1的影響的影響T Tm m2121m22121221 83fUTLLfpUTm2)2)運行段的斜率運行段的斜率 找出找出s sm m，n nm m與與f f1 1的關系。的關系。當當f f1 1較高時，忽略較高時，忽略R R1 1，且，且f f1 150Hz50Hz 可見，可見，n nm m與與f f1 1無關。無論在基頻以下還是在基頻以上調(diào)速無關。無論在基頻以下還是在基頻以上調(diào)速時，時，n nm m基本不變，基本不變，則變頻調(diào)速時的機械特性與固有機械則變頻調(diào)速時的機械特性與固有機械特性平行，只

44、有在特性平行，只有在頻率頻率f f1 1很低時，很低時，R R1 1不可以忽略不可以忽略，n nm m減減小，機械特性更硬些。小，機械特性更硬些。22222211211122mRRsRxxRfLL21122121111212260302mmmmRsfLLRfRnnns nfLLpp LL常常保持U1 / f1 = 常數(shù)的變頻調(diào)速機械特性曲線f1 較高時Tm基本保持不變轉速降 nm不變機械特性近似平行f1 較低時f1 Tm轉速降 nm機械特性會更硬些TLT0n1n1n1n1n1f1f1f1fABCDmnmT1111fff 50 Hzf1 越高，Tm 越小112()RXX2Nm2211238()p

45、UTfLL211f（2）運行段的斜率由于基頻以上 f1 50 Hz 不同 f1 的各條機械特性近似平行112()RXX2m12RsXX21122()Rf LLmm1ns n21112602 ()Rfpf LL21230()Rp LL=常數(shù)2XfL保持U1 = UN 不變的升頻調(diào)速機械特性曲線f f1 1 越高越高T Tm m 越小越小不同不同 f f1 1 的的各條機械特性各條機械特性近似平行近似平行T0n1n1n1n1nLT1f1f1f1fABCDmnmT1111fff f（3）基頻以上調(diào)速的特點近似為恒功率調(diào)速方式而 PM = T1近似不變適用于恒功率負載f11Tf1n11U1 = UN

46、不變1 22cosTJTCI1160 fnp11260n 111w114.44Uf N k變頻調(diào)速主要特點目前，三相異步電動機變頻調(diào)速具有很好的調(diào)速性能完全可與直流電動機調(diào)速性能相媲美其主要特點如下：（1）調(diào)速范圍廣（2）頻率 f1 可連續(xù)調(diào)節(jié)，故變頻調(diào)速為無級調(diào)速（3）機械特性較硬，靜差率小（4）從基頻向下調(diào)速，屬恒轉矩調(diào)速方式 從基頻向上調(diào)速，屬恒功率調(diào)速方式（5）運行效率高2 變極調(diào)速改變?nèi)喈惒诫妱訖C的極對數(shù) p可以改變同步轉速 n1從而使轉速得到調(diào)節(jié)籠型異步電動機極對數(shù)的改變是通過改變定子繞組的接線方式來實現(xiàn)的1160fn =p(a)正向串聯(lián)(2p=4)NSAXa1x1a2x2NSN

47、NSSa1a2x2(b)反向串聯(lián)或反向并聯(lián)(2p=2)NSAXa1x1a2x2NSa1a2x1x2NSAXa1x1a2x2A相繞組變極原理變極原理變極原理: :以以4 4極變極變2 2極為例：極為例： 可見，改變異步電動機的定子每相繞組中一半線可見，改變異步電動機的定子每相繞組中一半線圈的電流方向，即半相繞組反相，則電動機的極對數(shù)圈的電流方向，即半相繞組反相，則電動機的極對數(shù)便成倍的變化。便成倍的變化。 變極調(diào)速時變極調(diào)速時, ,轉速幾乎是成倍變化的轉速幾乎是成倍變化的, ,調(diào)速的平滑調(diào)速的平滑性較差性較差, ,但具有較硬的機械特性但具有較硬的機械特性, ,穩(wěn)定性好。穩(wěn)定性好。 改變一個半相繞

48、組的改變一個半相繞組的接線方式很多。如接線方式很多。如YYYYYY3 轉子串電阻調(diào)速繞線轉子異步電動機轉子串入不同電阻值便可調(diào)節(jié)電動機的轉速適用范圍：繞線式異步電動機恒轉矩負載轉子串電阻調(diào)速的機械特性曲線如圖中A、B、C、D 交點1nns02R21SRRLTTCBA0D22SRR23SRR1mTR R2 2 n n1 1不變，不變，s sm m，T Tm m不變不變; ;串電阻越大，轉速越低，串電阻越大，轉速越低，S S越大。越大。調(diào)速電阻的計算調(diào)速電阻的計算同一同一T T 值下有：值下有：s sR R2 2+ +R RS S 由已知的轉速由已知的轉速 n n ( (或轉差率或轉差率s s )

49、 )可求出可求出R RS S。22SNRRRssTD DC CR2R2+Rs2R2+Rs1R2+Rs3nTL0n1B BA An212m(440)RXXs轉子串電阻調(diào)速的優(yōu)缺點優(yōu)點：設備簡單，初投資不高，易于實現(xiàn) 缺點：轉子串電阻分級調(diào)節(jié)，屬有級調(diào)速，調(diào)速平滑性差空載或輕載時轉速變化不大機械特性較軟低速時轉子銅耗大，效率低雖然 PM = T1 = TL1 = 常數(shù)，但nspCu2 = sPMPm = PMpCu2P25 調(diào)壓調(diào)速異步電動機的調(diào)壓調(diào)速是指降低定子電壓調(diào)速對于恒轉矩負載，前兩種電壓下的穩(wěn)定工作點分別為a、b，在電壓U下沒有交點對于風機、泵類負載，在各不同電壓下的穩(wěn)定工作點分別為a、

50、b、c達到調(diào)速的目的sn1n010abba1Uc1UNULTT圖28 異步電動機調(diào)壓調(diào)速時的機械特性曲線恒轉矩負載風機泵類負載調(diào)壓調(diào)速的特點：當定子電壓較低時最大轉矩 Tm 減小很多，過載能力較差負載稍有波動，電機就會停轉對于恒轉矩負載調(diào)速范圍很小對于風機、泵類負載調(diào)速范圍雖然較大但在低速時，電機發(fā)熱嚴重因此電動機不能在低速下長期運行4.3.6 三相異步電動機的制動在交流電力拖動系統(tǒng)中如果三相異步電動機的電磁轉矩 T 與轉速 n 的方向相反時那么電動機便處于制動狀態(tài)1制動的目的使拖動系統(tǒng)迅速減速并停車制動過程這時，制動是指電動機從某一穩(wěn)定轉速下降到零的過程 限制位能性負載的下放速度制動運行 這時，制動是指電動機處于某一穩(wěn)定的制動運行狀態(tài)，系統(tǒng)保持勻速運行2三相異步電動機制動方法能耗制動反接制動倒拉反轉制動回饋制動1 回饋制動當三相異步電動機的實際轉速高于同步轉速，即異步電動機便處于回饋制動狀態(tài)1nn1回饋制動的工作原理電機轉子導體切割旋轉磁場的方向與電動狀態(tài)時的方向相反轉子感應電動勢方向與電動狀態(tài)時的方向相反轉子電流的方向與電動狀態(tài)時的方向相反電磁轉矩 T 改變方向T 的實際方向與 n 的實際運動方向相反起制動作用n1NSnn1v電動狀態(tài)回饋制動2回饋制動的能量關系11nnsn02m2