第4章交流電動機原理及特性-2

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-s曲線直流電動機T-n

曲線4.2.1機械特性的參數(shù)表達式＋－＋－轉子電流電磁轉矩的參數(shù)表達式

說明：電磁轉矩與電源參數(shù)（Ｕ1、f1）、結構參數(shù)（R、X、p）和運行參數(shù)（s）有關。電源參數(shù)（Ｕ1、f1）、結構參數(shù)（R、X、p）一定，得到T=f(n)或T=f(s)的關系，為電動機的機械特性。0Ts↓01.0nn1

三相異步電動機的機械特性曲線

非線性曲線該曲線反映不同狀態(tài)：0<s<1或0<n<n1第Ⅰ象限，T和n都為正電動運行狀態(tài)s<0或

n>n1第Ⅱ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<0第Ⅳ象限，T正，n負電磁制動運行狀態(tài)0Ts↓01.0nn1回饋制動電動運行電磁制動當n1為正時，機械特性曲線跨第Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ象限：三個運行狀態(tài)四個特殊點以正轉為例（1）起動點Q轉速n為0(s=1)電磁轉矩是堵轉轉矩TS定子電流為堵轉電流IS

（2）額定工作點N轉速是額定轉速nN轉差率為額定轉差率sN電磁轉矩為額定轉矩TN電流為額定電流IN0TNTSTs↓01.0nn1nNNQsN四個特殊點（3）同步速點H轉速為同步轉速n1(s=0)電磁轉矩T為零定子電流為勵磁電流I0轉子繞組里沒有電流

（4）最大電磁轉矩點P和P′P點是電動狀態(tài)時的最大電磁轉矩點P′點是異步發(fā)電（回饋制動）狀態(tài)時的最大電磁轉矩點-Tm0TNTSTmTs↓-sm0sm1.0nn1nNNPQP′HsN三個重要轉矩額定轉矩TN電動機在額定負載時轉矩叫做額定轉矩，用TN表示最大轉矩Tm電機帶動最大負載的能力堵轉轉矩

（起動轉矩）TS當s=1(即n=0)時的轉矩叫做堵轉轉矩，用TS表示-Tm0TNTSTmTs↓-sm0sm1.0nn1nNHNPQP′sN（1）額定轉矩TN電動機在額定負載時的轉矩叫做額定轉矩，用TN表示PN已知→TN公式（1）額定轉矩TNPN未知→TN公式（2）最大轉矩Tm電機帶動最大負載的能力將式(4-37)對轉差率s

求導并令可得（2）最大轉矩Tm式中，Tm——異步電動機的最大轉矩sm——最大轉矩對應的轉差率，又稱為臨界轉差率“＋”號——用于電動狀態(tài)；“－”號——用于發(fā)電狀態(tài)（2）最大轉矩Tm在一般情況下如果忽略R1的影響，sm和Tm可以近似表示為的值不超過的5%（2）最大轉矩Tm可見：

，

sm與R2有關，適當使

R2↑

→sm↑

→n↓對繞線式電機改變轉子附加電阻

R2′,可實現(xiàn)調速Tm與R2無關；sm與電壓大小無關過載倍數(shù)（或稱過載能力）km最大轉矩

Tm

與額定轉矩

TN

之比稱為過載倍數(shù)，也叫過載能力，用

km

表示普通中小型三相異步電動機的過載倍數(shù)km=2.0~2.2起重、冶金機械用的三相異步電動機的過載倍數(shù)km=2.2~2.8（3）堵轉轉矩（起動轉矩）TS當

s=1（即n=0）時的電磁轉矩叫做堵轉轉矩，用TS

表示將s=1代入式(4-37)，得到堵轉轉矩為可見：

，TS與R2有關，適當使

R2↑

→TS↑對繞線式電機改變轉子附加電阻

R2′，可使

TS=Tm若

TS

>T2電機能起動，否則不能起動堵轉轉矩倍數(shù)kS異步電動機堵轉轉矩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=1.7~2.2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↓-sm0sm1.0nn1nNHNPQP′sN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↓-sm0sm1.0nn1nNHNPQP′sN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↓-sm0sm1.0nn1nNHNPQP′sN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..2.2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：將Tm和sm代入即可得到機械特性方程式。2．實用公式的應用1：

已知

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n3．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4．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，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)例題4-4一臺三相異步電動機的額定功率PN=90kW額定電壓UN=380V額定轉速nN=990r/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560N?m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0Ts↓01.02.0nn1-n1電源正相序電源負相序幾個特殊點：4.起動點3.最大轉矩點2.額定運行點1.同步運行點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1．降低定子電壓U1的人為機械特性TnssmU10.8U10.6U1n101.00圖4.19降低U1時的人為機械特性曲線Tm∝U12；Ts∝U12；n1和sm與電壓無關。n1、sm

都將保持不變U1↓

→Tm、TS↓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M3~RfRfRf(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n1保持不變Rf↑

→

Tm、TS、sm↓1.00nn10TSsmTmTS′sm′Tm′sTR1R1+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大3．定子回路串接三相對稱電抗的人為機械特性M3~XfXfXf接線圖等效電路定子回路串電抗的人為機械特性曲線n1保持不變Xf↑

→

Tm、TS、sm↓nn10TSTS′sTX1X1+Xf1.00TmsmTm′sm′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M3~RSRSRS接線圖等效電路轉子回路串電阻的人為機械特性曲線n1、Tm保持不變RS↑→

sm↑TS隨RS變化情況：sm<1，RS↑

→TS↑sm=1，可使TS=Tmsm>1，RS↑

→TS↓0TSTmTS′TS″sT1.00smsm′TS″′sm″sm′″nn1R2R2+RS1R2+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，堵轉轉矩TS隨串入電阻的增加而增大當

sm=1時，可使TS等于Tm

，此時當

sm>1時，TS隨串入電阻的增加反而減小最大轉矩Tm、臨界轉差率sm、

堵轉轉矩TS計算公式本節(jié)小結4.3三相異步電動機的起動、調速和制動4.3異步電動機的起動、調速和制動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-Δ）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（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≥1.1TL）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

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TS

隨

規(guī)律下降一、

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－起動；用自耦變壓器降壓起動；定子串電阻或電抗降壓起動；與直接起動時比較：起動電壓降低多少？起動電流下降多少？起動轉矩如何變化？二、

星-三角（Y-Δ）降壓起動適用范圍：正常運行時定子繞組接成

Δ

形連接的三相籠型異步電動機圖2Y-Δ

起動接線圖KM3ABCXYZKM1KM2KM2ABCXYZKM1KM3(a)起動——Y形(b)正常運行——Δ

形圖3電動機直接起動和Y-Δ降壓起動時電壓和電流關系＋－＋－(a)直接起動(Δ接)(b)Y-Δ起動(Y接)2星-三角（Y-Δ）降壓起動電動機直接起動時

對供電變壓器造成沖擊的堵轉電流IS為Y-Δ起動時

對供電變壓器造成沖擊的堵轉電流

所以2星-三角（Y-Δ）降壓起動說明，Y-Δ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1/32星-三角（Y-Δ）降壓起動則上式表明Y-Δ起動時電動機堵轉轉矩也降低到直接起動時的1/3設、分別是直接起動和Y-Δ降壓起動時的堵轉轉矩2星-三角（Y-Δ）降壓起動優(yōu)點：設備簡單，只需一套Y-Δ起動器具有體積小，重量輕，價格便宜，維修方便等特點缺點：起動電壓不能調節(jié)只適用于正常運行時定子繞組為Δ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M3~KM1KM1AKM2BC~(a)起動M3~ABC~(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電動機其一相電路如圖5所示＋－＋－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)＋－＋－圖5自耦變壓器的一相電路圖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＋－＋－圖5自耦變壓器的一相電路圖3自耦變壓器降壓起動因此自耦變壓器起動對電源的沖擊電流與直接起動時相比＋－＋－圖5自耦變壓器的一相電路圖3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

3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說明：起動用的自耦變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-Δ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=75kW，定子Δ

形聯(lián)結nN=1480r/min，IN=139A堵轉電流倍數(shù)kI=6，堵轉轉矩倍數(shù)kS=1.6負載起動轉矩TL=265N?m供電變壓器要求起動電流不大于350A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

定子串電阻或電抗起動，電壓從U1降至U1′，即加到定子繞組上的電壓在起動時為U1′，這樣就減小了起動電流。但使起動轉矩顯著減小。故只適用于空載或輕載起動。結論：鼠籠式異步電動機降壓起動起動轉矩與U2成正比降壓起動后，起動轉矩比起動電流降低得更厲害適合于中、大容量輕載起動。4.3.2高起動轉矩的異步電動機

1、高轉差率異步電動機

用電阻率較高的導體來做轉子籠型繞組，同樣的轉子槽結構，則繞組電阻R2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。2、槽深式異步電動機特點：槽深h，槽寬b，h>>b，即h=(10～20)b與普通籠型異步電動機相比，這種電機的主要結構特點是轉子槽形窄而深，轉子導體或是整根的銅條，或是鋁熔液澆鑄而成。示意圖分析起動時：n=0，s=1，f2=sf1=f1，f2較高，則sx2

較大，sx2>>R2，槽內電流的分布主要取決于漏抗的大小。槽頂部sx2小，則電流密度大，槽底部sx2大，則電流密度小。這種把導體中的電流排擠到槽頂部的作用稱趨表效應(集膚效應，擠流效應)。圖(b)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，就相當于導體有效高度及截面積縮小，導體電阻變大，從而減小了IS，增大了TS。見圖(c)所示，導體有效截面縮小，故起動時，轉子有效電阻增加，起動性能得改善。分析正常運行時：s很小，f2=sf1

很小，x2s=sx2

很小，這時轉子電流的大小主要由電阻決定。R2>>sx2，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用，而使轉子電阻自動減小到較低的正常數(shù)值。(集膚效應不明顯)優(yōu)缺點優(yōu)點：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，不致影響電動機的運行效率。

缺點：轉子槽漏抗較大，功率因數(shù)稍低，最大轉矩倍數(shù)稍小。特性曲線曲線1為普通鼠籠式曲線2為深槽式鼠籠異步電機3、雙籠式異步電動機結構特點：電動機轉子上有兩套鼠籠。下籠（內籠）：導體截面大，用電阻系數(shù)較小的紫銅制成，電阻較小。上籠（外籠）：導體截面小，用電阻系數(shù)較大的黃銅制成，電阻較大。說明原理：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，而下籠的漏磁通多，故漏電抗大。上下籠電抗及電阻關系是：分析1.起動時：

n=0，s=1，f2=sf1=f1，f2較高，則sx2

較大，sx2>>R2，槽內電流的分布主要取決于漏抗的大小。因x2σ∝f2，x2σ>>R2，x2σ上<x2σ下，即電流主要通過上籠，故又稱上籠為起動籠。由于上籠本身電阻大，起動時，電流減小，轉矩增大，其機械特性如圖曲線1所示。2.正常運行時：s很小，f2

很小，電流分配主要取決于轉子電阻R2

，R2>>sx2，即下籠電流大，上籠電流小，下籠起主要作用。故又稱下籠為運行籠，其機械特性如圖曲線2所示。特性

曲線3為曲線1和2的合成曲線，即為雙鼠籠異步電機的機械特性?？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。缺點：轉子漏抗較大，功率因數(shù)稍低，過載能力比普通型異步機低，而且用銅量較多，制造工藝復雜。價格較高。一般用于起動轉矩要求較高的生產(chǎn)機械上。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阻器。一、轉子回路串電阻起動

在轉子回路中串聯(lián)適當?shù)碾娮?既能限制起動電流，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，逐漸切除起動電阻。如圖為三級起動，即m=3?，F(xiàn)以三級起動為例，即m=3。分級起動過程TABCDER2R2+Rs1+Rs2=RZ2R2+Rs1=RZ1R2+Rs1+Rs2+Rs3=RZ3nT1T2TL0n1FGHIn起動的快速性和平穩(wěn)性與起動級數(shù)m、轉矩T1及T2有關。一般取T1≤0.85Tm，T2=（1.1~1.2）TL，電動機由A點開始起動，經(jīng)A→B→C→D→E→F→G→H→I，完成起動過程.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。

起動時，S2斷開，S1閉合，轉子串入頻敏變阻器。起動時,,頻敏變阻器鐵損大,反映鐵損耗的等效電阻大,相當于轉子回路串入一個較大電阻。隨著上升,減小,鐵損減少,等效電阻減小,相當于逐漸切除,起動結束,S2閉合，切除頻敏變阻器，轉子電路直接短路。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Y-Δ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的限流作用，但仍然存在許多問題：(a)上述起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。(b)起動設備的起動參數(shù)一般無法調整，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。(c)起動過程中，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。軟起動1、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：Y形調壓電路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求所設定的規(guī)律變化。2、電動機的軟起動方式斜坡電壓軟起動恒流軟起動斜坡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-Δ）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異步電動機的調速4.3.6三相異步電動機的制動4.3.5異步電動機的調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速方法：變頻調速：改變電源頻率f1變極調速：改變定子繞組的極對數(shù)

p變轉差率調速：改變電動機的轉差率s改變同步轉速的調速方法不改變同步轉速的調速方法改變s調速方法又有以下幾種：轉子串電阻調速：繞線轉子異步電動機轉子回路串接不同的電阻串級調速：繞線轉子異步電動機轉子串接電勢調壓調速：改變異步電動機定子電源電壓異步機調速方法變極調速——鼠籠電機變轉差率s

調速調壓調速轉子串電阻調速串級調速（不講）變頻調速異步電動機的轉速公式異步電動機的調速4.3.5異步電動機的調速1變頻調速——重點2變極調速3轉子串電阻調速4串級調速——不講5調壓調速1變頻調速改變三相異步電動機電源的頻率f1可以改變旋轉磁動勢的同步轉速n1從而達到調速的目的將電動機的額定頻率（f1=50Hz

）稱為基頻變頻調速時既可以從基頻向上調也可以從基頻向下調（1）．基頻以下的變頻調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Φ1基本不變U1不變Φ1↑I0↑↑pFe↑↑η↓↓f1↓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)

——常用變頻調速時的機械特性

（基頻以下，保持

U1/f1=常數(shù)）

只要找出n1、Tm，sm，Ts及Δnm與頻率關系，即可定性畫出機械特性。1)最大轉矩Tm(1)當f1較高但f1<50Hz時：

R1<<x1+x2ˊ，忽略r1，

當Tm=常數(shù)，U1/f1=常數(shù)(2)當f1較低時：

R1的影響不能忽略，在R1上產(chǎn)生I12R1→E1↓→

→Φm↓→Tm↓

當f1↓→R1的影響↑→Tm↓2)運行段的斜率

找出sm，Δnm與f1的關系。當f1較高時，忽略R1，且f1<50Hz

可見，Δnm與f1無關。無論在基頻以下還是在基頻以上調速時，Δnm基本不變，則變頻調速時的機械特性與固有機械特性平行，只有在頻率f1很低時，R1不可以忽略，Δnm減小，機械特性更硬些。保持U1/f1=常數(shù)的變頻調速

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（3）特點由于Φ1≈常數(shù)所以該調速方式為

近似恒轉矩調速方式低頻時，Tm下降較多所以電動機在低速運行時

可能帶不動負載適用于風機、泵類負載2．基頻以上的變頻調速基頻以上調速時，頻率從向上升高受到電機絕緣耐壓的限制，定子電壓不能隨之升高只能保持U1=UN不變f1↑

→

Φ1↓所以三相異步電動機在基頻以上的調速類似于他勵直流電動機的弱磁升速（1）最大轉矩Tm由于基頻以上f1>50Hzf1越高，Tm越?。?）運行段的斜率由于基頻以上f1>50Hz∴不同f1的各條機械特性近似平行=常數(shù)保持U1=UN不變

的升頻調速機械特性曲線f1越高 Tm越小不同f1的

各條機械特性近似平行（3）基頻以上調速的特點近似為恒功率調速方式而∴PM=TΩ1近似不變

適用于恒功率負載f1↑Φ1↓T↓f1↑n1↑Ω1↑U1=UN不變變頻調速主要特點目前，三相異步電動機變頻調速具有很好的調速性能完全可與直流電動機調速性能相媲美其主要特點如下：（1）調速范圍廣（2）頻率f1可連續(xù)調節(jié)，故變頻調速為無級調速（3）機械特性較硬，靜差率?。?）從基頻向下調速，屬恒轉矩調速方式

從基頻向上調速，屬恒功率調速方式（5）運行效率高2變極調速改變三相異步電動機的極對數(shù)p可以改變同步轉速n1從而使轉速得到調節(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)的變極原理:以4極變2極為例：

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)便成倍的變化。變極調速時,轉速幾乎是成倍變化的,調速的平滑性較差,但具有較硬的機械特性,穩(wěn)定性好。

改變一個半相繞組的接線方式很多。如3轉子串電阻調速繞線轉子異步電動機

轉子串入不同電阻值

便可調節(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速的機械特性曲線如圖中A、B、C、D交點R2↑n1不變，sm↑，Tm不變;串電阻越大，轉速越低，S越大。調速電阻的計算同一T值下有：s∝R2+RS由已知的轉速n(或轉差率s)可求出RS。TDCR2R2+Rs2R2+Rs1R2+Rs3nTL0n1BAn轉子串電阻調速的優(yōu)缺點優(yōu)點：設備簡單，初投資不高，易于實現(xiàn)缺點：轉子串電阻分級調節(jié)，屬有級調速，調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=TΩ1=TLΩ1=常數(shù)，但n↓→s↑→pCu2=sPM↑→Pm=PM－pCu2↓→P2↓→η↓5調壓調速異步電動機的調壓調速是指降低定子電壓調速對于恒轉矩負載，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′、b′、c′達到調速的目的圖28異步電動機調壓調速時的機械特性曲線恒轉矩負載風機泵類負載調壓調速的特點：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速范圍很小對于風機、泵類負載調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)1．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n1NSn<n1n1NSn>n1v電動狀態(tài)回饋制動2．回饋制動的能量關系轉子向定子傳遞電磁功率負載（或原動機）向電動機軸輸入機械功率2．回饋制動的能量關系根據(jù)電機運行的相量圖可知（參見教材P87圖4.55）電動機的輸入功率無功功率電動機向電網(wǎng)輸送有功功率電機仍需從電網(wǎng)輸入無功功率以便建立空間旋轉磁場回饋電功率——回饋制動3．回饋制動的機械特性曲線IIIIIIIV正向回饋制動反向回饋制動圖4.56異步電動機回饋制動狀態(tài)下的機械特性曲線n>0n<0n>n1

2反接制動三相異步電動機的反接制動

就是在電動機穩(wěn)態(tài)運行時

突然改變異步電動機的三相電源相序

而產(chǎn)生的制動當異步電動機在三相電源正相序穩(wěn)態(tài)運行時

突然改變?yōu)樨撓嘈虻闹苿臃Q為正向反接制動反過來，在三相電源負相序穩(wěn)態(tài)運行時

突然改變?yōu)檎嘈虻闹苿臃Q為反向反接制動1．反接制動的工作原理三相異步電動機定子任意二相反接即三相電源相序改變之后電動機定子的旋轉磁場反向轉子感應電動勢反向轉子感應電流反向電磁轉矩反向，起到了制動的作用2．反接制動的能量關系若設轉子轉速n的方向為正則此時同步轉速應為-n1定子仍向轉子傳遞電磁功率向電動機軸輸入機械功率負載的動能不斷被電動機吸收3．反接制動的機械特性曲線如果拖動反抗性負載 A→

B→

C若不立即切斷電源

C→

D如果拖動位能性性負載 C→

E(反向回饋制動n<-n1)反接制動過程為

BC

段

在第Ⅱ象限，n>0，T<0為防止電流過大

轉子回路串電阻

反接制動過程為B′C′段TTL0nn1123-n1-TL4．說明反接制動時，為了防止電機的電流過大，通常在二相電源反接的同時在轉子回路中串入制動電阻（對應于上圖曲線3的情況），而且外串電阻要比轉子本身的電阻大得多，這樣外串電阻可以消耗轉子回路大部分銅損耗，以保護電動機不至于過熱而損壞；改變轉子回路外串制動電阻的大小，還可以改變制動轉矩的大小。為了使整個制動過程中都保持比較大的制動轉矩，還可以采用轉子回路串入大電阻并分級切除的制動方式5．反接制動的特點優(yōu)點制動轉矩較大制動時間短缺點不易實現(xiàn)準確停車能量損耗大（對于繞線式異步電動機而言）6．反接制動的適用場合適用于頻繁正、反轉的生產(chǎn)機械有利于迅速改變轉向，提高生產(chǎn)率3倒拉反轉制動1．倒拉反轉制動的工作原理三相繞線式異步電動機拖動位能性恒轉矩負載運行當在轉子回路串入一定值的電阻，電動機轉速降低如果所串的電阻超過某一數(shù)值后會使得電動機反轉即位能性負載倒過來拉著電動機反轉此時，電動機必須輸出與轉速方向相反的電磁轉矩以限制位能性負載的下放速度倒拉反轉制動電動狀態(tài)2．倒拉反轉制動的機械特性拖動位能性恒轉