三相异步电动机2简介

1、情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 任务四任务四 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 任务五任务五 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 任务六任务六 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 任务七任务七 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 首先讨论三相异步电动机的机械特性，然后以首先讨论三相异步电动机的机械特性，然后以 机械特性为理论基础，分析研究三相异步电动机的机械特性为理论基础，分析研究三相异步电动机的 起动、制动和调速等问题。起动、制动和调速等问题。 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 任务四任务四 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 三

2、相异步电动机机械特性的三种表达式三相异步电动机机械特性的三种表达式 一、物理表达式 022 emT TCI cos 表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通 与转与转 子电流的有功分量子电流的有功分量 相互作用产生的。相互作用产生的。 0 2 2 cosI 三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速与电三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速与电 磁转矩之间的关系，由于电机的转速与转差率之间存磁转矩之间的关系，由于电机的转速与转差率之间存 在一定的关系，所以异步电动机的机械特性用在一定的关系，所以异步电动机的机械特性用 表示。表示。 )(sfTem 情境二

3、 三相异步电动机起动、调速和制动 二、参数表达式 2 2 11 22 2 1112 2 em R m pU s T R f( R)( XX ) s 说明：电磁转矩与电源参数（说明：电磁转矩与电源参数（1 1、f f1 1）、结构参数、结构参数 （R R、X X、m m、p p）和运行参数（）和运行参数（s s）有关。）有关。 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 当当S S为某一数值时，电磁转矩有一最大值，最大转为某一数值时，电磁转矩有一最大值，最大转 矩对应的转差率称为临界转差率，可令矩对应的转差率称为临界转差率，可令 求得求得: : 0 ds dT em m T N T T 22 22

4、12 112 m RR s XX R( XX ) 22 1111 22 112 11112 4 4 m m pUm pU T f ( XX ) fRR( XX ) 最大转矩与额定转矩之比称为过载能力最大转矩与额定转矩之比称为过载能力: : 2 2、 越大，越大， 越大；越大； 与与 无关。无关。 2 R 2 R m s em T 1 1、 与与 成正比成正比 m T 2 1 U 3 3、 和和 都近似与漏抗成反比都近似与漏抗成反比 m T m s 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 在特性曲线上还有一个起动转矩，即在特性曲线上还有一个起动转矩，即 时的时的 转矩转矩: : ) 1(0sn

5、2 112 22 11212 2 st m pU R T f( RR )( XX ) 结论：当其它参数一定时结论：当其它参数一定时 1 1、起动转矩与电源电压平方成正比；、起动转矩与电源电压平方成正比； 2 2、频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，起动转矩越小、频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，起动转矩越小 3 3、绕线式电动机转子回路电阻越大，起动转矩先增后减、绕线式电动机转子回路电阻越大，起动转矩先增后减 st st N T K T 4 4、起动转矩倍数、起动转矩倍数 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 三、实用表达式 2 m em m m T T s s ss 工程上常根据电机的额定功

6、率、额定转速、过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：载能力来求出实用表达式。方法是： 9550 N N N P T n mTN TT 1 1 N N nn s n 2 1 mNTT ss () 将将T Tm m和和s sm m代入即可得到机械特性方程式代入即可得到机械特性方程式。 利用电磁转矩除以最大电磁转矩可得电磁转矩的实利用电磁转矩除以最大电磁转矩可得电磁转矩的实 用表达式用表达式： 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性 一、固有机械特性 固有机械特性固有机械特性是

7、指电动机在额定电压和额定频率下，按是指电动机在额定电压和额定频率下，按 规定的接线，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。规定的接线，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。 sn 0 nNsN nm sm 1 0 TNTstTm Tem 几个特殊点：几个特殊点： A A B B C C D 1.起动点A:01 emst n,s,TT 2.最大转矩点B: mmemm nn ,ss ,TT 3.额定运行点C NmemN nn ,ss ,TT 4.同步运行点D 1 00 em nn ,s,T 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 二、人为机械特性 人为机械特性人为机械特性是指人为改变电源参数或电动机参

8、数而是指人为改变电源参数或电动机参数而 得到的机械特性。得到的机械特性。 1. 1. 降压时的人为机械特性降压时的人为机械特性 s n sm 10 TL UN 0 Tst Tm Tem n1 0.8UN 0.64Tst 0.64Tm 下降后下降后, 和和 均下降均下降, 但但 不变不变, 和和 减少。减少。 1 U m T st T m s st k T 如果电机在定额负载下运如果电机在定额负载下运 行行, 下降后下降后, 下降下降, 增大增大, 转子电流因转子电流因 增大而增增大而增 大大,导致电机过载。长期欠压导致电机过载。长期欠压 过载运行将使电机过热，减过载运行将使电机过热，减 少使用

9、寿命。少使用寿命。 1 Uns 22s EsE 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 2. 2. 转子回路串对称电阻时的人为机械特性转子回路串对称电阻时的人为机械特性 串电阻后串电阻后, , 、 不变，不变， 增大。增大。 1 n m T m s 在一定范围内增加电阻，可以在一定范围内增加电阻，可以 增加增加 。 st T 串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。 除了上述特性外，还有除了上述特性外，还有 改变电源频率、极对数等人改变电源频率、极对数等人 为机械特性。为机械特性。 1 0TstTm Tem s n 0 n1 smR2 Tst s

10、m R2+Rs 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 3 3、 生产机械的负载特性生产机械的负载特性 （1 1）恒转矩负载：指负载转矩的大小不随）恒转矩负载：指负载转矩的大小不随 转速的改变而改变的生产机械。转速的改变而改变的生产机械。 1）反抗性恒转矩负载：指负载转矩的大 小不变，但负载转矩的方向始终与生产机械 运动的方向相反。如生产机械的摩擦转矩。 2）位能性恒转矩负载：指不论生产机械 运动的方向变动与否，负载转矩的大小和方 向始终保持不变。例如起重装置的吊钩及重 物所产生的转矩。 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 反抗性恒转矩负载特性反抗性恒转矩负载特性位能性恒转矩负载特性位能性

11、恒转矩负载特性 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 （2 2）恒功率负载）恒功率负载 （3 3）通风机型负载）通风机型负载 负载转矩与转速成反比。负载转矩与转速成反比。 如车床的切削加工，如车床的切削加工， 粗加工时，切削量大，用低速；精密加工时，切削粗加工时，切削量大，用低速；精密加工时，切削 量小，用高速。量小，用高速。 负载转矩与转速的平方成正比。例如鼓风机、负载转矩与转速的平方成正比。例如鼓风机、 水泵、油泵等的叶片所受的阻力转矩。水泵、油泵等的叶片所受的阻力转矩。 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 任务五任务五 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 起动指电动机接通电源

12、后由静止状态加速到稳定运起动指电动机接通电源后由静止状态加速到稳定运 行状态的过程行状态的过程. .对电动机的起动性能要求：起动电流小对电动机的起动性能要求：起动电流小, , 起动转矩不大。起动转矩不大。 1. 1.起动电流大的原因起动电流大的原因 起动时起动时, , ,转子感应电动势大转子感应电动势大, ,使转子电流使转子电流 大大, ,根据磁动势平衡关系根据磁动势平衡关系, ,定子电流必然增大定子电流必然增大. . 1, 0sn 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 2. 2.起动转矩不大的原因起动转矩不大的原因 从下述公式分析从下述公式分析 0 22 stemT TTCI cos 起动

13、时起动时, , ,远大于运行时的远大于运行时的 , ,转子漏抗转子漏抗 很大很大, , 很低很低, ,尽管尽管 很大很大, ,但但 并不大并不大. . 1s s 22 sXX s 2 cos 2 I 22 cosI 由于起动电流大由于起动电流大, ,定子漏阻抗压降大定子漏阻抗压降大, ,使定子感应电使定子感应电 动势减小动势减小, ,对应的气隙磁通减小对应的气隙磁通减小. . 由上述两个原因使得起动转矩不大由上述两个原因使得起动转矩不大. . 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 一、一、三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动 1、直接起动 可以直接起动的条件：起动电流倍数可以直接

14、起动的条件：起动电流倍数 )( )( 3 4 1 I I K N st i KW KVA 电动机额定功率 电源总容量 直接启动的优缺点直接启动的优缺点 优点：设备简单，操作方便；优点：设备简单，操作方便； 缺点：启动电流大，须足够大的电源。缺点：启动电流大，须足够大的电源。 注意：注意：一般一般10KW以下的电动机都可以直接起动以下的电动机都可以直接起动 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 例例 一台一台20kW电动机，电动机，Ki=6.5，其电源变压器的容，其电源变压器的容 量为量为560kVA，能否直接起动？另一台，能否直接起动？另一台75kW电动机，电动机， Ist/IN=7，能否直

15、接起动？，能否直接起动？ 解解 对对20kW的的电动机电动机 726.2 75 560 3 4 1 3 4 1 电动机额定功率 电源总容量 因为因为Ki小于电网允许的起动电流倍数，所以允许直接起小于电网允许的起动电流倍数，所以允许直接起 动动 对对75kW的的电动机电动机 5 .675.7 20 560 3 4 1 3 4 1 电电动动机机额额定定功功率率 电电源源总总容容量量 因为因为Ki大于电网允许起动电流倍数，所以不允许直接起动大于电网允许起动电流倍数，所以不允许直接起动 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 2、降压起动 适用于正常运行时定子绕组为三角适用于正常运行时定子绕组为三角

16、形接线的电动机。形接线的电动机。起动时起动时 Y Y接；运接；运 行时行时接。接。 Y- Y- 降压起动降压起动多用于空载或轻载起动多用于空载或轻载起动 1 1）Y-Y- 降压起动降压起动 起动转矩关系: 1 3 stY st T T 起动电流关系: 1 3 stY st I I 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 2 2）自耦变压器降压起动）自耦变压器降压起动 方法：起动时电源接自耦方法：起动时电源接自耦 变压器一次侧，二次变压器一次侧，二次 侧接电动机。起动结侧接电动机。起动结 束后电源直接加到电束后电源直接加到电 动机上。动机上。 stst I k I 2 1 stst T k T

17、2 1 起动电流和起动转矩：起动电流和起动转矩： 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 实际上起动用的自耦变压器，备有几个抽实际上起动用的自耦变压器，备有几个抽 头（电压为一次额定电压的头（电压为一次额定电压的80%80%、60%60%、40%40%）供）供 选用，多用于选用，多用于10kW10kW以上的三相异步电动机。以上的三相异步电动机。 优点：一般有三个抽头，有不同的选则。优点：一般有三个抽头，有不同的选则。 缺点：设备费用较高。缺点：设备费用较高。 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 二、三相绕线型异步电动机的起动二、三相绕线型异步电动机的起动 1、转子回路串电阻起动 在转子回路

18、中串联适当的电阻在转子回路中串联适当的电阻, , 既能限制起动电流，又能增大起动既能限制起动电流，又能增大起动 转矩。转矩。 为了有较大的起动转矩、使为了有较大的起动转矩、使 起动过程平滑，应在转子回路中起动过程平滑，应在转子回路中 串入多级对称电阻，并随着转速串入多级对称电阻，并随着转速 的升高，逐渐切除起动电阻。的升高，逐渐切除起动电阻。 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 电动机由电动机由a a点点 开始起动，经开始起动，经 bcdebcde f ghf gh，完，完 成起动过程。成起动过程。 起动过程起动过程 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 2、转子串频敏变阻器起动 频敏变

19、阻器是一铁损很大的三相电抗器。频敏变阻器是一铁损很大的三相电抗器。 起动时，起动时，S2S2断开，转子串入频敏断开，转子串入频敏 变阻器变阻器,S1,S1闭合，电机通电开始起动。闭合，电机通电开始起动。 起动时起动时, , ,频敏变阻器铁损大频敏变阻器铁损大, ,反反 映铁损耗的等效电阻映铁损耗的等效电阻 大大, ,相当于转相当于转 子回路串入一个较大电阻。随着子回路串入一个较大电阻。随着 上升上升, , 减小减小, ,铁损减少铁损减少, ,等效电阻等效电阻 减小减小, ,相当于逐渐切除相当于逐渐切除 , ,起动结起动结 束束,S2,S2闭合，切除频敏变阻器，转子闭合，切除频敏变阻器，转子 电

20、路直接短路。电路直接短路。 21 ff n 2 f m R m R 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 任务六 三相异步电动机的制动 一、 能耗制动 实现实现：制动时，：制动时，S1S1 断开断开, ,电机脱离电电机脱离电 网，同时网，同时S2S2闭合闭合, , 在定子绕组中通入在定子绕组中通入 直流励磁电流。直流励磁电流。 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 制动过程中，转子的动能转变为电能消耗在转子制动过程中，转子的动能转变为电能消耗在转子 回路电阻上回路电阻上能耗制动。能耗制动。 直流励磁电流产生一个恒定的磁场，因惯性直流励磁电流产生一个恒定的磁场，因惯性 继续旋转的转子切割恒定

21、磁场，导体中感应电动继续旋转的转子切割恒定磁场，导体中感应电动 势和电流。感应电流与磁场作用产生的电磁转矩势和电流。感应电流与磁场作用产生的电磁转矩 为制动性质，转速迅速下降，当转速为零时，感为制动性质，转速迅速下降，当转速为零时，感 应电动势和电流为零，制动过程结束。应电动势和电流为零，制动过程结束。 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 n Tem A 0 n1 C 1 B 2 3 对笼型异步电动机对笼型异步电动机, ,可可 以增大直流励磁电流来增以增大直流励磁电流来增 大初始制动转矩大初始制动转矩 。 对绕线型异步电动机对绕线型异步电动机, , 可以增大转子回路电阻可以增大转子回路电阻

22、 来增大初始制动转矩来增大初始制动转矩 。 . 10 1 s，n所以能耗制动时由于 制动电阻大小：制动电阻大小： 2 2 2 0 20 4 3 N B N E R( . . )R I 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 1、电源两相反接的反接制动 二、二、 反接制动反接制动 实现实现：将电动机电源两相反接可实现反接制动。：将电动机电源两相反接可实现反接制动。 方法：改变电动机定子绕组与电源的联接相序，断方法：改变电动机定子绕组与电源的联接相序，断 开开QSQS1 1，接通，接通QSQS2 2 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 2、倒拉反转的反接制动 条件条件: 适用于绕线式异步电动机

23、带位能性负载情况。适用于绕线式异步电动机带位能性负载情况。 实现实现：在转子回路串联适当大电阻：在转子回路串联适当大电阻R RB B。 电机工作点由电机工作点由AB AB CC，n=0n=0，制动过程，制动过程 开始，电机反转子，开始，电机反转子， 直到直到D D点。在第四象点。在第四象 限才是制动状态。限才是制动状态。 由于电机反向旋转，由于电机反向旋转， n0n1s1。 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 3、 回馈制动 实现实现：电动机转子在外力作用下，使：电动机转子在外力作用下，使nnnn1 1. . 回馈制动状态实际上就是将轴上回馈制动状态实际上就是将轴上 的机械能转变成电能并回

24、馈到电网的机械能转变成电能并回馈到电网 的异步发电机状态。的异步发电机状态。 1）下放重物 时的回馈制 动 nn1 制动制动 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 任务七 三相异步电动机的调速 由异步电动机的转速公式由异步电动机的转速公式 1 1 60 11 f nn (s)(s) p 可知，异步电动机有下列三种基本可知，异步电动机有下列三种基本调速方法调速方法： （1 1）改变定子极对数）改变定子极对数 调速。调速。 p （2 2）改变电源频率）改变电源频率 调速。调速。 1 f （3 3）改变转差率）改变转差率 调速。调速。s 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 一、一、 变极调速变

25、极调速 变极调速只用于笼型电动机。变极调速只用于笼型电动机。 1 1变极调速变极调速 改变改变p改变改变n1改变改变n。 用改变定子绕组接法来改变用改变定子绕组接法来改变p，称为多速电机，称为多速电机,变变 极调速只能用于笼型电机极调速只能用于笼型电机 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 每个线圈代表每个线圈代表U相绕组的一半，称为半相绕组相绕组的一半，称为半相绕组. . 2p=42p=4（顺向串联）（顺向串联） 以以4 4极变极变2 2极为例：极为例： 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 将一个半相绕组电流反向，定子绕组产生两将一个半相绕组电流反向，定子绕组产生两 极磁场（极磁场（2

26、p=22p=2） 反向串联反向串联 反响并联反响并联 变极调速主要用于各种机床及其他设备上。变极调速主要用于各种机床及其他设备上。 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 二、二、 变频调速变频调速 改变三相异步电动机的电源频率，可以改变旋转改变三相异步电动机的电源频率，可以改变旋转 磁场的同步转速，达到调速的目的。磁场的同步转速，达到调速的目的。 1 1）变频调速的条件）变频调速的条件 三相异步电动机的每相压三相异步电动机的每相压 :U1E1=4.44f1N1KW10 若电源电压若电源电压Ul不变，当降低电源频率不变，当降低电源频率f1调速时，调速时， 则磁通则磁通0 将增加，使铁心饱和，从

27、而导致励磁电将增加，使铁心饱和，从而导致励磁电 流和铁损耗的大量增加，电动机温升过高等。因此流和铁损耗的大量增加，电动机温升过高等。因此 在变频调速的同时，为保持磁通在变频调速的同时，为保持磁通 0不变，就必须改不变，就必须改 变电源电压，使变电源电压，使U1/ f1 或或 E1/ f1为常数为常数 情境二 三相异步电动机起动、调速和制动 额定频率称为基频，变频调速时，可以从额定频率称为基频，变频调速时，可以从 基频向上调，也可以从基频向下调。基频向上调，也可以从基频向下调。 降低降低f f1 1时，保持时，保持U1/ f1 为常数，则为常数，则0 0近似为常数，近似为常数， 在这种情况下，当降低频率在这种情况下，当降低频率f1时，时， n不变。但最大不变。但最大 转矩会变小，特别在低频低速时的机械特性会变坏，转矩会变小，特别在低频低速时的机械特性会变坏， 如图如图。其中虚线是恒磁通调速时