《電機(jī)及拖動基礎(chǔ)》第二版第八章-異步電動機(jī)的各種運(yùn)行方式分析

第八章異步電動機(jī)的各種運(yùn)行方式分析第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動第二節(jié)高啟動轉(zhuǎn)矩的三相籠型異步電動機(jī)第三節(jié)繞線式異步電動機(jī)的啟動

第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速本章小結(jié)異步電動機(jī)接電源起動瞬間開路第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動開路等效電路(8.1)

變大分子變小第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動起動電流

一般異步電動機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)?；\型式異步電動機(jī)直接啟動時，啟動電流很大，而啟動轉(zhuǎn)矩并不大。這是為什么呢？

第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動

原因如下：啟動瞬間，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率，電阻，使得轉(zhuǎn)子回路功率因數(shù)很低，由于故

,。

，啟動轉(zhuǎn)矩為變小

異步電動機(jī)在啟動時：要求啟動電流盡可能??；啟動轉(zhuǎn)矩盡可能大。

啟動電流大的影響：一方面使電源電壓在啟動時下降，導(dǎo)致電動機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩下降，影響其它用電設(shè)備；另一方面會在線路和電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生損耗而引起發(fā)熱。第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動一．三相異步電動機(jī)的直接啟動

直接啟動就是把三相異步電動機(jī)的定子繞組直接接到電網(wǎng)上，通電啟動。啟動時，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和啟動電流等要求需要同時得到滿足。優(yōu)點(diǎn)：不需要專用的啟動設(shè)備，造價低。三相異步電動機(jī)直接啟動時固有機(jī)械特性與電流特性曲線如圖8.1所示。從圖中可以看出，啟動電流很大。第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動圖8.1直接啟動機(jī)械特性

通常異步電動機(jī)的功率小于7.5kW時允許直接啟動，對于更大容量的電動機(jī)能否直接啟動，要根據(jù)配電變壓器容量和電網(wǎng)管理部門的規(guī)定。二．三相異步電動機(jī)降壓啟動

常用的方法有三種：定子串電抗(或電阻)降壓啟動，Y-△啟動和自耦變壓器啟動。

為了減小三相異步電動機(jī)啟動時對電網(wǎng)的沖擊，要減小啟動電流?？刹捎媒祲簡拥姆椒?。

第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動1．定子串電抗啟動

三相異步電動機(jī)定子邊串入電抗X

啟動時，等效電路如圖8.2所示。圖8.2定子串電抗啟動的等效電路第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動可以得出啟動時的電壓平衡方程式：直接啟動串聯(lián)電抗啟動

由于電動機(jī)的短路阻抗中，故，可以近似認(rèn)為電抗性質(zhì)。，第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動

設(shè)串電抗時電動機(jī)定子電壓與直接啟動時電壓比值為k，則

可見，定子串聯(lián)電抗啟動，雖然降低了啟動電流，但啟動轉(zhuǎn)矩?fù)p失得更多。因此，定子串聯(lián)電抗啟動，只適用于空載和輕載。第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動(8.2)第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動

若在定子回路中串聯(lián)電阻啟動，也屬于降壓啟動，能夠降低啟動電流。與串電抗啟動相比，串電阻啟動時定子邊功率因數(shù)高，在同樣的啟動電流下，其啟動轉(zhuǎn)矩較大；但串電阻啟動能耗較大，運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。

2．Y-△啟動

運(yùn)行時定子繞組接成△形且三相繞組首尾六個端點(diǎn)全部引出來的三相異步電動機(jī)才能采用Y-△啟動。其接線圖如圖8.3所示。第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動圖8.3Y-△啟動接線圖第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動(a)直接啟動(b)Y-△啟動圖8.4Y-△啟動電路原理圖第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動由圖8.4得：所以第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動(8.3)

直接啟動時啟動轉(zhuǎn)矩為，Y-△啟動時啟動轉(zhuǎn)矩為，則

Y-△啟動時，啟動電流降低為直接啟動的

1/3，啟動轉(zhuǎn)矩也是直接啟動的1/3。與定子串電抗啟動相比，Y-△啟動的啟動轉(zhuǎn)矩是它的3倍。第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動(8.4)

Y-△啟動方法簡單，只需一個Y-△啟動器，價格低廉，在輕載啟動條件下，適合采用。第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動

需要注意的是，當(dāng)電機(jī)開關(guān)K2從Y接法斷開時，變?yōu)椤鬟\(yùn)行的瞬間，定子中沒有電流，但轉(zhuǎn)子電流的衰減需要一定的過程，因此在衰減過程中轉(zhuǎn)子電流起到了勵磁電流的作用，在電機(jī)氣隙中產(chǎn)生磁通，旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，會在定子繞組中感應(yīng)電動勢，稱為殘壓。殘壓的大小、頻率和相位都在發(fā)生變化。當(dāng)開關(guān)K2閉合為△接法時，電源的額定電壓也會接在定子繞組上，兩種電壓的相互作用可能會產(chǎn)生很大的電流沖擊，嚴(yán)重時會把開關(guān)K2的觸點(diǎn)融化。

3．自耦變壓器啟動第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動圖8.5用自耦變壓器啟動接線圖圖8.6 自耦變壓器啟動等效電路

第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動

自耦變壓器二次側(cè)的啟動電流為，與直接啟動時的啟動電流之間關(guān)系為

而自耦變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的啟動電流與之間關(guān)系為

因此，降壓啟動與直接啟動相比，電網(wǎng)提供的啟動電流的關(guān)系為(8.5)

第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動

自耦變壓器降壓啟動時電機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩為，直接啟動時啟動轉(zhuǎn)矩為，兩者之間的關(guān)系為

以上兩式表明，采用自耦變壓器降壓啟動時，與直接啟動相比較，電壓降低到倍，啟動電流與啟動轉(zhuǎn)矩均降到倍。第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動(8.6)各種降壓啟動方法的特點(diǎn)及性能比較列于表8.1中。表8.1各種降壓啟動方法比較啟動方法啟動設(shè)備串電抗較貴Y?Δ啟動1/31/3價格低廉，僅限于定子Δ接的電機(jī)自耦變壓器體積大，價格高1/

第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動例8.1

一臺籠型式三相異步電動機(jī)，△接，PN=50kW，UN=380V，IN=100A，n=1455r/min，啟動電流倍數(shù)KI=6

，啟動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)KT=1.0

，最大允許沖擊電流為

350A，負(fù)載要求啟動轉(zhuǎn)矩不小于

150N·m

，試計算在采用下列啟動方法時的啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩：(1)直接啟動；(2)定子串電抗器啟動；(3)采用Y-△啟動；(4)采用自耦變壓器(抽頭分別為64%，73%)啟動，并判斷哪一種啟動方法能滿足要求。第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動解

額定轉(zhuǎn)矩(1)直接啟動超出了線路能承受能力，不宜采用。(2)

定子串電抗啟動。設(shè)啟動電流Is=350A

，則第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動(3)用Y－△啟動雖然啟動電流滿足要求，但啟動轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩。(4)采用自耦變壓器啟動。①采用64%檔第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動啟動電流滿足要求，啟動轉(zhuǎn)矩仍小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩。②采用73%檔第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動第一節(jié)三相異步電動機(jī)的啟動啟動電流、啟動轉(zhuǎn)矩均滿足要求。因此只能采用自耦變壓器(73%檔)啟動。

本節(jié)所介紹的幾種籠型異步電動機(jī)降壓啟動方法，啟動電流都得以減小，但同時又都不同程度地降低了啟動轉(zhuǎn)矩，因此只適合空載或輕載啟動。對于重載啟動，則需要啟動轉(zhuǎn)矩較大的異步電動機(jī)。第二節(jié)高啟動轉(zhuǎn)矩的三相籠型異步電動機(jī)

當(dāng)異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻較大時，啟動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩也較大，但同時額定轉(zhuǎn)差率也增大了，運(yùn)行時機(jī)械特性較軟，這類電機(jī)稱為高轉(zhuǎn)差電動機(jī)。

澆注式的籠型繞組一般都采用鋁材，但是有些籠型繞組由合金鋁（如錳鋁或硅鋁）澆注而成，或者同時還采用了轉(zhuǎn)子小槽，減小了導(dǎo)條的橫截面積，其轉(zhuǎn)子電阻比一般籠型繞組的電阻都要大，因此其啟動轉(zhuǎn)矩較大。一．高轉(zhuǎn)差籠型異步電動機(jī)第二節(jié)高啟動轉(zhuǎn)矩的三相籠型異步電動機(jī)

焊接式的籠型異步電動機(jī)繞組一般采用紫銅，但也有選用黃銅作為電機(jī)繞組材料，與紫銅繞組相比，增加了電機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩。

上述高轉(zhuǎn)差籠型異步電機(jī)，通過增加繞組電阻的方式增加了啟動轉(zhuǎn)矩，但同時也降低了電動機(jī)運(yùn)行的效率，增加了電動機(jī)的成本。第二節(jié)高啟動轉(zhuǎn)矩的三相籠型異步電動機(jī)二．深槽式籠型異步電動機(jī)圖8.7 深槽式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中電流的集膚效應(yīng)漏磁通少漏電抗小漏磁通多漏電抗大越接近槽口電流密度越大

電動機(jī)啟動時：轉(zhuǎn)子電流頻率高，集膚效應(yīng)明顯，流過電流的導(dǎo)體有效截面減小了，轉(zhuǎn)子電阻變大，獲得了較大的啟動轉(zhuǎn)矩。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高：轉(zhuǎn)子電流頻率逐漸降低，電流分布漸趨均勻，轉(zhuǎn)子電阻自動減小。第二節(jié)高啟動轉(zhuǎn)矩的三相籠型異步電動機(jī)

深槽式異步電動機(jī)，啟動時轉(zhuǎn)子電阻變大，運(yùn)行時回歸到正常值，既增加了電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩，又能在正常運(yùn)行時轉(zhuǎn)差率不大。圖8.8深槽式異步電動機(jī)機(jī)械特性第二節(jié)高啟動轉(zhuǎn)矩的三相籠型異步電動機(jī)

深槽式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子槽漏抗較大，其功率因數(shù)和最大轉(zhuǎn)矩較普通籠型式異步電動機(jī)稍小。普通籠型深槽式三．雙籠型異步電動機(jī)第二節(jié)高啟動轉(zhuǎn)矩的三相籠型異步電動機(jī)(a)轉(zhuǎn)子籠型與槽漏磁通圖8.9雙籠型異步電動機(jī)啟動籠，截面積小，黃銅或鋁青銅制成，電阻大，漏抗小，主要流啟動電流，提高啟動轉(zhuǎn)矩。運(yùn)行籠，截面積大，紫銅制成，電阻小，漏抗大，主要流運(yùn)行電流。

雙籠型異步電動機(jī)的機(jī)械特性由啟動籠和運(yùn)行籠的機(jī)械特性的疊加而成，如圖8.9(b)所示。第二節(jié)高啟動轉(zhuǎn)矩的三相籠型異步電動機(jī)啟動籠運(yùn)行籠啟動籠+運(yùn)行籠(b)機(jī)械特性圖8.9雙籠型異步電動機(jī)213

雙籠型異步電動機(jī)具有較大的啟動轉(zhuǎn)矩，一般可帶額定負(fù)載啟動，同時在額定負(fù)載下運(yùn)行轉(zhuǎn)差率也較小，性能較好。還可以通過調(diào)整外籠和內(nèi)籠的參數(shù)，靈活地得到不同形狀的機(jī)械特性，以滿足不同的負(fù)載要求。第二節(jié)高啟動轉(zhuǎn)矩的三相籠型異步電動機(jī)第三節(jié)繞線式異步電動機(jī)的啟動

大中型電動機(jī)帶較重負(fù)載啟動，啟動電流對電網(wǎng)的沖擊較大；同時，要求電機(jī)提供較大的啟動轉(zhuǎn)矩，繞線式異步電動機(jī)就顯示出明顯的優(yōu)勢。只要轉(zhuǎn)子回路串入合適的電阻，既可減少啟動電流，而且由于轉(zhuǎn)子功率因數(shù)和轉(zhuǎn)子電流有功分量的增大又可增加啟動轉(zhuǎn)矩。繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻時的機(jī)械特性如圖8.10所示。圖8.10繞線式異步電動機(jī)的機(jī)械特性

第三節(jié)繞線式異步電動機(jī)的啟動123電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用表達(dá)式

串入不同的電阻進(jìn)行分級啟動時，每條機(jī)械特性都工作在0<s<sm區(qū)間。由于，故上式可簡化為轉(zhuǎn)子回路串電阻時，最大電磁轉(zhuǎn)矩不變，而臨界轉(zhuǎn)差率第三節(jié)繞線式異步電動機(jī)的啟動(8.7)

(8.8)

表明，電機(jī)在拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時，轉(zhuǎn)差率s

與轉(zhuǎn)子回路總電阻成正比。圖8.11表示轉(zhuǎn)子回路串電阻分級啟動的接線圖和機(jī)械特性曲線。因此

當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩為恒轉(zhuǎn)矩時，由式有其中為轉(zhuǎn)子回路總電阻?；蛘呖梢詫憺榈谌?jié)繞線式異步電動機(jī)的啟動(8.9)

(8.10)

圖8.11繞線式異步電動機(jī)分級啟動時的接線圖和機(jī)械特性曲線第三節(jié)繞線式異步電動機(jī)的啟動設(shè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為TL

，啟動轉(zhuǎn)矩一般取為切換點(diǎn)轉(zhuǎn)矩一般取為在圖中三個切換點(diǎn)a、c、e，，由式(8.10)有第三節(jié)繞線式異步電動機(jī)的啟動(8.11)

第三節(jié)繞線式異步電動機(jī)的啟動

串電阻啟動的優(yōu)點(diǎn)是：可以得到最大的啟動轉(zhuǎn)矩，啟動過程中功率因數(shù)較高。但是要求啟動過程中啟動轉(zhuǎn)矩盡量大，則啟動級數(shù)就要多，特別是容量大的電動機(jī)，這將需要較多的設(shè)備，使得設(shè)備龐大，維修不太方便，而且啟動過程中能耗大，不夠經(jīng)濟(jì)。第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動

三相異步電動機(jī)的制動方法與直流電動機(jī)類似，常用的制動方法有反接制動、能耗制動和回饋制動等。一．反接制動

正常運(yùn)行的三相繞線式異步電動機(jī)，將三相電源線中的兩相任意對調(diào)，就改變了通電的相序，電動機(jī)便進(jìn)入了反接制動過程。(a)接線圖；(b)機(jī)械特性圖8.12三相繞線式異步電動機(jī)的反接制動第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動

反接制動過程中，電動機(jī)電源相序相反，旋轉(zhuǎn)磁場也反轉(zhuǎn)，但由于轉(zhuǎn)子慣性，轉(zhuǎn)向仍然不變，轉(zhuǎn)速，相應(yīng)的轉(zhuǎn)差率。反接后，電磁轉(zhuǎn)矩也反向，與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，處于制動狀態(tài)。反接制動時的機(jī)械功率表明電動機(jī)從負(fù)載吸收機(jī)械功率。第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動電磁功率轉(zhuǎn)子銅耗為

上式說明，反接制動過程中，定子傳遞到轉(zhuǎn)子的電磁功率和轉(zhuǎn)子吸收的機(jī)械功率都轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子回路的銅損耗。為了抑制反接制動過程中的轉(zhuǎn)子電流，轉(zhuǎn)子回路必須串入較大的電阻，以消耗大部分轉(zhuǎn)子回路銅損耗，保護(hù)電動機(jī)不致由于過熱而損壞。第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動

籠型異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子回路無法串電阻，因此為保護(hù)電機(jī)，最好不要頻繁采用反接制動。如果電動機(jī)拖動較小的反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，進(jìn)行反接制動停車，必須在轉(zhuǎn)速降到零時切斷電源并停車，否則電動機(jī)將會反向啟動，反接制動的機(jī)械特性如圖8.13所示。第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動1—固有機(jī)械特性；2—反接制動機(jī)械特性圖8.13三相繞線式異步電動機(jī)反接制動機(jī)械特性第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動切斷電源1—固有機(jī)械特性；2—反接制動機(jī)械特性圖8.13三相繞線式異步電動機(jī)反接制動機(jī)械特性第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動否則反轉(zhuǎn)反接制動的優(yōu)點(diǎn)是制動迅速，但能量損失較大。二．能耗制動圖8.14能耗制動原理圖

K1

斷開，K2

閉合，定子繞組流過直流電流，轉(zhuǎn)子切割定子恒定磁場。實(shí)際上是一臺發(fā)電機(jī)。軸上的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能，全部消耗于電樞回路的電阻上，所以稱為能耗制動。第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動

其機(jī)械特性如圖8.15所示，電動機(jī)在電動狀態(tài)下工作于E點(diǎn)，當(dāng)電動機(jī)進(jìn)入能耗制動時，工作點(diǎn)變?yōu)镕。由于機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速不能突變，，再沿著新的機(jī)械特性工作點(diǎn)由點(diǎn)到達(dá)原點(diǎn)。該機(jī)械特性相當(dāng)于異步電動機(jī)的機(jī)械特性。第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動圖8.15能耗制動特性1——固有機(jī)械特性；2——能耗制動機(jī)械特性

若電動機(jī)拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，進(jìn)行能耗制動，則電動機(jī)先減速到n=0

后，接著反轉(zhuǎn)，如圖8.15所示，電動機(jī)工作點(diǎn)從，最后穩(wěn)定運(yùn)行于第

Ⅳ象限的工作點(diǎn)G，為能耗制動運(yùn)行。這種情況下，電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相反?；\型異步電動機(jī)采用能耗制動時，必須增大直流勵磁電流；對于繞線式異步電動機(jī)，則采用轉(zhuǎn)子串電阻的方法增大制動轉(zhuǎn)矩。優(yōu)點(diǎn)：制動力強(qiáng)，制動較平穩(wěn)；缺點(diǎn)：需要專門的直流電源供制動用。第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動三．回饋制動運(yùn)行

當(dāng)電動機(jī)拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行時，原來運(yùn)行于定子繞組YY

接方式，工作點(diǎn)為E；突然把定子繞組接線方式改為△后，電動機(jī)的機(jī)械特性發(fā)生了變化，運(yùn)行點(diǎn)從E

點(diǎn)經(jīng)F

點(diǎn)和G點(diǎn)到達(dá)H

點(diǎn)。在這個降速過程中，電動機(jī)運(yùn)行在第

Ⅱ象限F點(diǎn)至G點(diǎn)這一段機(jī)械特性上時，轉(zhuǎn)速n>0，且有，大于同步轉(zhuǎn)速，電磁轉(zhuǎn)矩T<0，處于制動運(yùn)行狀態(tài)，稱為正向回饋制動過程。回饋制動能將轉(zhuǎn)子機(jī)械能反饋給電網(wǎng)，經(jīng)濟(jì)性好。第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動圖8.16三相異步電動機(jī)正向回饋制動的機(jī)械特性第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動制動運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)電

回饋制動過程中，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差。電動機(jī)輸出的機(jī)械功率為電磁功率為第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動

由此可知，系統(tǒng)減少了動能而向電動機(jī)送入機(jī)械功率，除去轉(zhuǎn)子回路銅損耗后，以電磁功率的形式從轉(zhuǎn)子傳遞給定子，除去定子繞組銅損耗外，其余的回饋給電網(wǎng)了，電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)?；仞佒苿幽軐⑥D(zhuǎn)子機(jī)械能反饋給電網(wǎng)，經(jīng)濟(jì)性好。

當(dāng)三相異步電動機(jī)拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，電源相序相反時，電動機(jī)運(yùn)行于第Ⅳ

象限的F點(diǎn)，如圖8.17所示，電磁轉(zhuǎn)矩T>0

，轉(zhuǎn)速n<0，稱為反向回饋制動運(yùn)行。

若電源相序相反的同時，轉(zhuǎn)子回路串入電阻，電動機(jī)運(yùn)行于第

Ⅳ象限的G點(diǎn)，處于反向回饋制動運(yùn)行，如圖8.17所示。第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動圖8.17三相異步電動機(jī)反向回饋制動運(yùn)行——固有機(jī)械特性——電源反接的機(jī)械特性——電源反接，轉(zhuǎn)子回路串電阻的機(jī)械特性第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動例8.2

某繞線式三相異步電動機(jī)，kW，r/min，

V，，轉(zhuǎn)子繞組Y接，最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)。如果拖動額定負(fù)載運(yùn)行時，采用反接制動，要求制動開始時最大制動轉(zhuǎn)矩為，計算轉(zhuǎn)子每相串入的制動電阻大小。解額定轉(zhuǎn)差率第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動轉(zhuǎn)子每相電阻制動瞬間的轉(zhuǎn)差率過制動開始點(diǎn)(s=1.975，)的反接制動機(jī)械特性的臨界轉(zhuǎn)差率為第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動固有機(jī)械特性的為由式可知第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動所以轉(zhuǎn)子串入反接制動電阻為第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動例8.3

某三相異步電動機(jī)拖動起重機(jī)，kW，V，Y接，r/min，，轉(zhuǎn)子V,，Y接。升降某重物，忽略，計算：(1)電動機(jī)轉(zhuǎn)速；(2)轉(zhuǎn)子回路串入電阻時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；(3)轉(zhuǎn)速為-500r/min時轉(zhuǎn)子回路每相串入的電阻值。第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動解(1)電動機(jī)轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)差率臨界轉(zhuǎn)差率根據(jù)機(jī)械特性的實(shí)用公式第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動求解可得：

(不合理，舍去)r/min第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動(2)轉(zhuǎn)子每相電阻根據(jù)式（8.11）可得r/min第四節(jié)三相異步電動機(jī)的制動(3)轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)子每相串入電阻值為，則第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速根據(jù)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式

異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于極對數(shù)、通電頻率和轉(zhuǎn)差率。相對應(yīng)的調(diào)速方式就有三種：(1)變極調(diào)速；(2)變頻調(diào)速；(3)改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速。一．變極調(diào)速1．變極原理

圖8.18(a)

是一個四極電機(jī)的A相繞組示意圖，在圖示的電流方向下，它產(chǎn)生的磁動勢的極數(shù)。

異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速與電機(jī)極對數(shù)成反比。通過改變繞組的聯(lián)接方式而得到不同極對數(shù)的磁動勢，就可以改變同步轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)變極調(diào)速。第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速圖8.18

變極原理圖第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速圖8.18

變極原理圖

如果定子繞組按圖8.18(b)改接，即A1與X2聯(lián)接作為首端，X1與A2相聯(lián)接，作為尾端X

，則它產(chǎn)生的磁動勢極數(shù)，這樣就實(shí)現(xiàn)了繞組變極。

可以看出，把每相繞組中一半線圈的電流改變方向，即半相繞組反向，電動機(jī)的極對數(shù)便成倍變化。因此，同步轉(zhuǎn)速也成倍變化，電動機(jī)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速也接近成倍改變。第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速2.Y-YY（雙Y）變極接法

Y-YY

接法如圖8.19所示。Y接法時，每相中的兩個半相繞組正向串聯(lián)，極對數(shù)為，同步轉(zhuǎn)速為。YY

接法時，每相中的兩個半相繞組反向并聯(lián)，極對數(shù)為，同步轉(zhuǎn)速為。

第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速(a)Y接(b)YY接圖8.19Y/YY變極接法第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速

在分析時，假定每半相繞組的參數(shù)都相等。Y接法時，每相繞組參數(shù)為、、及；YY接法時，每相繞組為兩個半相繞組并聯(lián)，參數(shù)為、、及。則電動機(jī)臨界轉(zhuǎn)差率和最大轉(zhuǎn)矩為：Y接時第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速YY接時第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速啟動轉(zhuǎn)矩：Y接時YY接時第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速

根據(jù)以上結(jié)果，可以得到Y(jié)-YY變極調(diào)速時異步電動機(jī)的機(jī)械特性，如圖8.20所示。若拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行時，從Y向YY變極調(diào)速，轉(zhuǎn)速幾乎增加了一倍。圖8.20Y-YY變極調(diào)速的機(jī)械特性第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速3.△-YY(雙Y)接法△-YY接法如圖8.21所示。△接法時，每相中的兩個半相繞組正向串聯(lián)，極對數(shù)為，同步轉(zhuǎn)速為。YY接法時，每相中的兩個半相繞組反向并聯(lián)，極對數(shù)為，同步轉(zhuǎn)速為。第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速圖8.21△/YY變極接法(a)△接(b)YY接第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速電動機(jī)臨界轉(zhuǎn)差率和最大轉(zhuǎn)矩為：△接時YY接時第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速啟動轉(zhuǎn)矩：△接時YY接時第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速△-YY變極調(diào)速時的機(jī)械特性如圖8.22所示。若拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，△-YY變極調(diào)速使轉(zhuǎn)速基本上相差一倍。圖8.22△-YY變極調(diào)速機(jī)械特性

第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速變極調(diào)速法設(shè)備簡單而經(jīng)濟(jì)，運(yùn)行可靠，機(jī)械特性較硬。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)速不能平滑調(diào)節(jié)，只能成倍變化，屬于有級調(diào)速。第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速二．變頻調(diào)速

根據(jù)三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速

，變?nèi)喈惒诫妱訖C(jī)的電源頻率，就可以改變旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)速的目的。

額定頻率稱為基頻，變頻可以從基頻向上調(diào)節(jié)，也可以從基頻向下調(diào)節(jié)。1.從基頻向下變頻調(diào)速三相異步電動機(jī)每相電壓

如果保持電源電壓為額定值，隨著電源頻率的降低，氣隙每極磁通就會增加，導(dǎo)致磁路過飽和，勵磁電流急劇增加，這是不允許的。因此，降低電源頻率時，必須同時降低電源電壓。同時降低頻率和降低電源電壓，有以下兩種方法。第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速（1）.

保持常數(shù)

降低頻率的同時，降低，并保持常數(shù)，則變頻調(diào)速過程中，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速常數(shù)。(8.12)

上式是保持為常數(shù)條件下的變頻調(diào)速機(jī)械特性。下面分析臨界轉(zhuǎn)差率及最大電磁轉(zhuǎn)矩。最大轉(zhuǎn)矩時，，可求出對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率為把式8.13代入式8.12，得出最大電磁轉(zhuǎn)矩為

式中，為轉(zhuǎn)子靜止時轉(zhuǎn)子一相繞組漏電感系數(shù)折合值，。第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速(8.13)

(8.14)

最大轉(zhuǎn)矩處的轉(zhuǎn)速相對于同步轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速差為

從以上兩式可以看出，當(dāng)變頻調(diào)速時，若保持為常數(shù)，最大轉(zhuǎn)矩為常數(shù)，與頻率無關(guān)，并且最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落相等，即不同頻率下的各條機(jī)械特性是平行的。第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速(8.15)

第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速

保持為常數(shù)即恒磁通變頻調(diào)速的機(jī)械特性如圖8.23所示。這種調(diào)速方法與他勵直流電動機(jī)降低電源電壓調(diào)速相似，機(jī)械特性較硬，，調(diào)速范圍寬，而且穩(wěn)定性好。

由于頻率可以連續(xù)調(diào)節(jié)，因此變頻調(diào)速屬于無級調(diào)速，平滑性好。圖8.23常數(shù)時的變頻調(diào)速機(jī)械特性恒磁通變頻調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速（2）.保持常數(shù)

當(dāng)降低電源頻率時，同時降低，并保持常數(shù)，則氣隙每極磁通基本為常數(shù)。電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為最大轉(zhuǎn)矩為第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速(8.16)

(8.17)

由上式可以看出，當(dāng)減小時，最大轉(zhuǎn)矩不等于常數(shù)。由于與成正比，因此，當(dāng)在額定頻率附近時，，隨著的減小，基本不變。但是，當(dāng)較低時，比較小，相對變大了。這樣，隨著的降低，就減小了。

保持常數(shù)，降低頻率調(diào)速時的機(jī)械特性如圖8.24所示。其中虛線部分是恒磁通調(diào)速的機(jī)械特性。第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速保持常數(shù)降低頻率調(diào)速近似為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式

顯然保持常數(shù)時的機(jī)械特性與常數(shù)時的機(jī)械特性相比，最大轉(zhuǎn)矩和啟動轉(zhuǎn)矩有所降低，特別在低頻低速時。圖8.24保持常數(shù)的變頻調(diào)速機(jī)械特性第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速2.從基頻向上變頻調(diào)速

考慮到電機(jī)的絕緣強(qiáng)度和耐壓，升高電源電壓是不允許的，因此升高頻率向上調(diào)速時，只能保持電壓為不變，頻率越高，磁通越低，是一種降低磁通升速的方法。此時，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速(8.18)

由于較高，比、及都小很多，R1可忽略，得

因此，頻率越高時，越小，也減小，最大轉(zhuǎn)矩處的轉(zhuǎn)速相對于同步轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速差為常數(shù)第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速(8.19)

(8.20)

升高電源頻率的機(jī)械特性如圖8.25所示，其運(yùn)行段近似平行。升高頻率保持不變時，近似為恒功率調(diào)速方式。圖8.25保持不變升頻調(diào)速的機(jī)械特性第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速

異步電動機(jī)的變頻調(diào)速具有優(yōu)越的性能，有以下特點(diǎn)：（1）從基頻向下調(diào)速，保持E1/f1不變，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式；從基頻向上調(diào)速，保持U1/f1不變，近似為恒功率調(diào)速方式?？梢赃m應(yīng)不同的負(fù)載要求；（2）調(diào)速范圍寬廣；（3）頻率f1可以連續(xù)調(diào)節(jié)，為無級調(diào)速。第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速三．轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速該種調(diào)速方式僅適合繞線式異步電動機(jī)圖8.26繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速特性第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速轉(zhuǎn)子回路不串電阻、帶額定負(fù)載時，有當(dāng)轉(zhuǎn)子回路串電阻時，轉(zhuǎn)子電流為保持電機(jī)轉(zhuǎn)子電流為額定值，，則有第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速(8.21)

轉(zhuǎn)子串電阻前后功率因數(shù)為電磁轉(zhuǎn)矩為

因此，在串電阻前后電磁轉(zhuǎn)矩相等，這種調(diào)速方式屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速圖8.26中，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩時，根據(jù)式則有

式中、、分別是轉(zhuǎn)子串入不同的電阻、、后的轉(zhuǎn)差率。

這種調(diào)速方法的調(diào)速范圍不大，一般為3:1。調(diào)速的平滑性不夠好，屬于有級調(diào)速。第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速

三相異步電動機(jī)的電磁功率、機(jī)械功率和轉(zhuǎn)子回路銅損耗，三者之間的關(guān)系為

采用串電阻調(diào)速時，要擴(kuò)大調(diào)速范圍，必須增大轉(zhuǎn)差率S。這將使轉(zhuǎn)子回路銅損耗增大，降低了電機(jī)的效率。

這種調(diào)速方式簡單、可靠、價格便宜，其缺點(diǎn)是效率低。第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速四．降低定子端電壓調(diào)速

這種調(diào)速方式也屬于改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。三相異步電動機(jī)在降低定子端電壓時，同步轉(zhuǎn)速不變，不變，拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的機(jī)械特性如圖8.27所示。圖中A、B、C三點(diǎn)依次為電壓逐步降低后的工作點(diǎn)。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍很窄，幾乎沒有實(shí)用價值。，。第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速圖8.27降低定子端電壓調(diào)速的機(jī)械特性

第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速

圖中工作點(diǎn)C′的轉(zhuǎn)速小于，但它們?nèi)匀荒軌蚍€(wěn)定工作。這種調(diào)速方式在轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)差率s較大時，電動效率較低，溫升較高。

而對于風(fēng)機(jī)型負(fù)載，其調(diào)速范圍較大，圖中A′、B′、C′三點(diǎn)依次為電壓逐步降低后的工作點(diǎn)。

第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速第五節(jié)三相異步電動機(jī)的調(diào)速例8.4

一臺繞線式三相異步電動機(jī)，kW，r/min，

V，A，，V，A。拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，欲使電動機(jī)運(yùn)行在r/min，若(1)采用轉(zhuǎn)子回路串電阻，每相需要串入的電阻值；(2)采用變