三相异步电机的启动与制动

1、第第8章章 三相异步电动机的启动与制动三相异步电动机的启动与制动 我们知道异步电动机的作用就是拖动负载工我们知道异步电动机的作用就是拖动负载工作，那么关于它的起动和制动问题就是我作，那么关于它的起动和制动问题就是我们关心的重点。们关心的重点。 在三相异步电动机电力拖动系统中，电动机在三相异步电动机电力拖动系统中，电动机转速、电磁转矩、负载转矩等物理量的正转速、电磁转矩、负载转矩等物理量的正方向，都按电动机惯例规定。本章讨论三方向，都按电动机惯例规定。本章讨论三相异步电动机的起动以及各种运行状态。相异步电动机的起动以及各种运行状态。8.1三相异步电动机的直接起动三相异步电动机的直接起动对于电动机

2、来说最简单、最直接的起动方法对于电动机来说最简单、最直接的起动方法就是我们大家能最先想到的直接起动法。就是我们大家能最先想到的直接起动法。由前面所介绍的机械特性出发，我们知道由前面所介绍的机械特性出发，我们知道如果在额定电压下直接起动三相异步电动如果在额定电压下直接起动三相异步电动机，机，由于最初起动瞬间主磁通约减少到额由于最初起动瞬间主磁通约减少到额定值的一半，功率因数定值的一半，功率因数cos 很低，造成了很低，造成了起动电流相当大而起动转矩并不大的结果。起动电流相当大而起动转矩并不大的结果。以普通鼠笼式三相异步电动机为例，起动以普通鼠笼式三相异步电动机为例，起动电流电流 2NNIsIIK

3、I74起动转矩起动转矩如图所示为三相异步电动机直接起动时的固有机械如图所示为三相异步电动机直接起动时的固有机械特性与电流特性，其中特性与电流特性，其中 为定子每相电流，而为定子每相电流，而 一般地说，容量在一般地说，容量在7.5kw以下的小容量鼠笼式异步以下的小容量鼠笼式异步电动机都可直接起动。电动机都可直接起动。起动电流较大有什么影响呢？起动电流较大有什么影响呢？ 1、首先对于绕组来说是非常不利的，如果电机是、首先对于绕组来说是非常不利的，如果电机是属于频繁起动的，频繁出现短时大电流会使电动属于频繁起动的，频繁出现短时大电流会使电动机内部发热较多而过热。机内部发热较多而过热。 2 对于变压器

4、而言，整个交流电网的容量相对于对于变压器而言，整个交流电网的容量相对于NNTsTTKT)3 . 19 . 0(1I021III单个的三相异步电动机来讲是非常大的。但是具单个的三相异步电动机来讲是非常大的。但是具体到直接供电的变压器来讲，容量却是有限的。体到直接供电的变压器来讲，容量却是有限的。若变压器额定容量相对不够大时，电动机短时较若变压器额定容量相对不够大时，电动机短时较大的起动电流，会使变压器输出电压短时下降幅大的起动电流，会使变压器输出电压短时下降幅度较大，超过了正常规定值，例如度较大，超过了正常规定值，例如 U10或或更严重。这样一来，影响了几个方面：更严重。这样一来，影响了几个方面

5、：（1）起动电动机本身，由于电压太低起动转矩下）起动电动机本身，由于电压太低起动转矩下降很多（降很多（ ），当负载较重时，可起动不了。），当负载较重时，可起动不了。（2）影响由同一台配电变压器供电的其他负载，）影响由同一台配电变压器供电的其他负载，比如说电灯会变暗，数控设备可能失常，重载的比如说电灯会变暗，数控设备可能失常，重载的异步电动机可能停转等。异步电动机可能停转等。21UTs 起动转矩不大有什么影响呢起动转矩不大有什么影响呢？很显然，电机的起动是非常吃力的，l.1-1.2的条件下，电动机才能正常起动。一般地的条件下，电动机才能正常起动。一般地说，如果异步电动机轻载和空载起动，直说，如果

6、异步电动机轻载和空载起动，直接起动时的起动转矩就够大了，但是如果接起动时的起动转矩就够大了，但是如果是重载起动例如是重载起动例如 ，且要求起动过程，且要求起动过程快时，某些异步电动机例如绕线式三相异快时，某些异步电动机例如绕线式三相异步电动机，步电动机， 往往小于往往小于1，直接起动的起动，直接起动的起动转矩就不够大了。转矩就不够大了。sTLTNLTTTK 从上面分析看出，三相异步电动机直接起从上面分析看出，三相异步电动机直接起动有些情况下是可行的，而下面两种情况动有些情况下是可行的，而下面两种情况下是不可行的：下是不可行的：变压器与电动机容量之变压器与电动机容量之比不足够大；比不足够大；起动

7、转矩不能满足要求。起动转矩不能满足要求。 不能直接起动的第不能直接起动的第种情况下需要减小起种情况下需要减小起动电流，第动电流，第种情况下需要加大起动转矩。种情况下需要加大起动转矩。即起动必须满足的条件是：即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。起动电流要足够小；起动转矩要足够大。起动电流：起动电流：221221121)()(rrUIIss 从上面两个表达式我们可以看出，降低起动从上面两个表达式我们可以看出，降低起动电流的方法有：电流的方法有：降低电源电压；降低电源电压；加大加大定子边电抗或电阻；定子边电抗或电阻；加大转子边电阻或加大转子边电阻或电抗。加大起动转矩的方法只

8、有适当加大电抗。加大起动转矩的方法只有适当加大转子电阻，但不能过份，否则起动转矩反转子电阻，但不能过份，否则起动转矩反而可能减小。而可能减小。 而直接起动的最大优点就是不需要专门的起而直接起动的最大优点就是不需要专门的起动设备。动设备。)()(232212211221rrfrpUTs8.2 三想鼠笼异步电动机的降压起动三想鼠笼异步电动机的降压起动8.2.1 定子串接电抗器起动：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

9、压的作用。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，其每相等值电路如三相异步电动机直接起动时，其每相等值电路如图（图（a）所示，电源电压）所示，电源电压 直接加在短路阻抗直接加在短路阻抗 上。定子边串入电上。定子边串入电抗X起动时，每相等值电路如图（b）所示，kkkjrz1UkskszIUjXzIU1111)( 加在加在（jX）上，而上，而 上的电压是上的电压是 。定子。定子边串电抗起动可以理解为增大定子边电抗值，也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，其目的是减可以理解为降低定子实际所加电压，其目的是减小起动小起动 电流。根据等值

10、电路，可以得出电流。根据等值电路，可以得出 我们知道，三相异步电动机直接起动时转子功率我们知道，三相异步电动机直接起动时转子功率因数很低，这是由于电动机设计时，短路阻抗因数很低，这是由于电动机设计时，短路阻抗 1Ukzkz1U 所至，一般说来，所至，一般说来， 因此，串电抗起动时，可以近似把因此，串电抗起动时，可以近似把 看成是电抗性质。设串电抗时电动机定子看成是电抗性质。设串电抗时电动机定子电压与直接起动时电压比值为电压与直接起动时电压比值为u，则，则 kkkkkzxjxrz中kkzx9 . 0kzXzzuUUIIkkss111122211)()(XzzuUUTTkkss显然，定子串电抗器起

11、动，降低了起动电显然，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。串电抗器起动，只能用于空载和轻载。 工程实际中，往往先给定线路允许电动机工程实际中，往往先给定线路允许电动机起动电流的大小起动电流的大小 ，再计算电抗，再计算电抗X的大小。的大小。计算公式推导如下：计算公式推导如下：其中短路阻抗为其中短路阻抗为sIXzzuIIkkssuuX1NNsNkIKUIUz133若定子回路串电阻起动，也属于降压起动，也可以降低起动电流。但由于外串的电阻上有较大的有功功率损耗，特别对中型、大型异步电动机更不经济，因此

12、这里不予介绍。8.2.2 Y一一 起动：起动：在这里主要是利用了星在这里主要是利用了星三角电压之间三角电压之间的关系，我们知道在星接中线电压是相电压的的关系，我们知道在星接中线电压是相电压的倍，注意这种方法只适用与绕组在起动的时候是倍，注意这种方法只适用与绕组在起动的时候是星接，而运行的时候是角接。如图所示：星接，而运行的时候是角接。如图所示：3 试想一下，如果起动的时候是角接，这样，试想一下，如果起动的时候是角接，这样，相电压等于线电压相电压等于线电压 每相起动电流为每相起动电流为 线上的起动电流为线上的起动电流为 。而如果起动时。而如果起动时定子绕组定子绕组Y接，如图（接，如图（b）所示，

13、每相起动）所示，每相起动电压为电压为 每相起动电流，则每相起动电流，则NUU 1IIIs33311NUUU313/11NNYUUUUII线起动电流为:IIIYs3131331IIIIss上式说明，Y一一 起动时，尽管相电压和相电流与直起动时，尽管相电压和相电流与直接起动时相比降低到原来的接起动时相比降低到原来的1 ，但是对供电变压，但是对供电变压器造成冲击的起动电流则降低到直接起动时的器造成冲击的起动电流则降低到直接起动时的13。直接起动时起动转矩为直接起动时起动转矩为 ，Y一一 起动时起动转矩起动时起动转矩为为 ，则：，则： Y一一 起动可以用于拖动起动可以用于拖动 的轻负载。的轻负载。在轻

14、载起动条件下，应该优先采用。在轻载起动条件下，应该优先采用。3sTsT31)(211UUTTsssssLTTTT3 . 031 . 11 . 18.2.3自耦变压器（起动补偿器）降压起动：如图所示：我们在前边已经学过了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。电动机起动电压下降为，与直接起动时电压的关系为U12NNUUN电动机降压起动电流为电动机降压起动电流为 ，与直接起动的起，与直接起动的起动电流动电流 之间关系是：之间关系是：自耦变压器原边的起动电流为自耦变压器原边的起动电流为 ，与，与 之间之间关系为：关系为：因此降压起动与直接起动

15、相比，供电变压因此降压起动与直接起动相比，供电变压器的起动电流的关系为：器的起动电流的关系为：sI sI12NNUUIINss sI sI 12NNIIss 212)(NNIIss自耦变压器起动时记起动转矩为自耦变压器起动时记起动转矩为 ，与直接，与直接起动时起动转矩起动时起动转矩 之间的关系为：之间的关系为：采用自耦变压器降压起动时，与直接起动采用自耦变压器降压起动时，与直接起动相比较，电压降低到相比较，电压降低到 倍，起动电流与起倍，起动电流与起动转矩降低到动转矩降低到 倍。倍。sT sT2122)()(NNUUTTNss12NN212)(NN 实际上起动用的自耦变压器，备有几个抽实际上起

16、动用的自耦变压器，备有几个抽头供选用。例如头供选用。例如QJ 2型有三种抽头，分别为型有三种抽头，分别为55%（即（即=55%）、）、64%、73%（出厂时（出厂时接在接在73%抽头上）；抽头上）；QJ 3型也有三种抽头，型也有三种抽头，分别为分别为40、 60%、80%（出厂时接在（出厂时接在 60抽头上）等。这也是我们前面所讲的抽头上）等。这也是我们前面所讲的优点，但是，自耦变压器体积大，价格高，优点，但是，自耦变压器体积大，价格高，也不能带重负载起动。自耦变压器降压起也不能带重负载起动。自耦变压器降压起动在较大容量鼠笼异步电动机上广泛应用。动在较大容量鼠笼异步电动机上广泛应用。 到目前为

17、止，前面所介绍的几种鼠笼式异步电到目前为止，前面所介绍的几种鼠笼式异步电动机降压起动方法，主要目的都是减小起动电流，动机降压起动方法，主要目的都是减小起动电流，但同时又都程度不同地降低了起动转矩，因此只但同时又都程度不同地降低了起动转矩，因此只适合空载或轻载起动。对于重载起动，尤其要求适合空载或轻载起动。对于重载起动，尤其要求起动过程很快的情况下，则需要起动转矩较大的起动过程很快的情况下，则需要起动转矩较大的异步电动机。加大起动转矩的方法是增大转子电异步电动机。加大起动转矩的方法是增大转子电阻。对于绕线式异步电动机，则可在转子回路内阻。对于绕线式异步电动机，则可在转子回路内串电阻。对于鼠笼式异

18、步电动机，只有设法加大串电阻。对于鼠笼式异步电动机，只有设法加大鼠笼本身的电阻值，这类电动机有高转差率鼠笼鼠笼本身的电阻值，这类电动机有高转差率鼠笼式异步电动机、双鼠笼式异步电动机和深槽式鼠式异步电动机、双鼠笼式异步电动机和深槽式鼠笼异步电动机。笼异步电动机。软起动方法软起动方法 1限流或恒流起动方法。用电子软起动器实现起动时限制电动机限流或恒流起动方法。用电子软起动器实现起动时限制电动机起动电流或保持恒定的起动电流，主要用于轻载软起动；起动电流或保持恒定的起动电流，主要用于轻载软起动；2斜坡电压起动法。用电子软起动实现电动机起动时定子电压由斜坡电压起动法。用电子软起动实现电动机起动时定子电压

19、由小到大斜坡线性上升，主要用于重载软起动；小到大斜坡线性上升，主要用于重载软起动；3转矩控制起动法。用电子软起动实现电动机起动时起动转矩由转矩控制起动法。用电子软起动实现电动机起动时起动转矩由小到大线性上升，起动的平滑性好，能够降低起动时对电网的冲击，小到大线性上升，起动的平滑性好，能够降低起动时对电网的冲击，是较好的重载软起动方法；是较好的重载软起动方法； 4转矩加脉冲突跳控制起动法。此方法与转矩控制起动法类似，转矩加脉冲突跳控制起动法。此方法与转矩控制起动法类似，其差别在于：起动瞬间加脉冲突跳转矩以克服电动机的负载转矩，其差别在于：起动瞬间加脉冲突跳转矩以克服电动机的负载转矩，然后转矩平滑

20、上升。此法也适用于重载软起动；然后转矩平滑上升。此法也适用于重载软起动； 5电压控制起动法。用电子软起动器控制电压以保证电动机起动电压控制起动法。用电子软起动器控制电压以保证电动机起动时产生较大的起动转矩，是较好的轻载软起动方法。时产生较大的起动转矩，是较好的轻载软起动方法。8.3 8.3 高启动转矩的三相鼠笼式异步电动机高启动转矩的三相鼠笼式异步电动机8.3.2 深槽式鼠笼异步电动机深槽式鼠笼异步电动机特点：槽深特点：槽深h h，槽宽，槽宽b b，h hb b，即，即h h =(1012) =(1012)b b与普通笼型异步电动与普通笼型异步电动机相比，这种电机的主要结构特点是转子槽形窄而深

21、，转子导体或机相比，这种电机的主要结构特点是转子槽形窄而深，转子导体或是整根的铜条，或是铝熔液浇铸而成。是整根的铜条，或是铝熔液浇铸而成。 转子频率愈高，槽高愈大，集肤效应愈强。当起动完毕，频率转子频率愈高，槽高愈大，集肤效应愈强。当起动完毕，频率 仅为仅为13Hz，集肤效应基本消失，转子导条内的电流均匀分布，导，集肤效应基本消失，转子导条内的电流均匀分布，导条电阻变为较小的直流电阻条电阻变为较小的直流电阻 2f深槽式异步电机的机械深槽式异步电机的机械特性从图中可见深槽式过载特性从图中可见深槽式过载能力比普通鼠笼异步电机低。能力比普通鼠笼异步电机低。它的起动性能是靠降低了一它的起动性能是靠降低

22、了一些工作性能而得到改善的。些工作性能而得到改善的。曲线曲线1为普通鼠笼式为普通鼠笼式曲线曲线2为深槽式鼠笼异步电机为深槽式鼠笼异步电机1普通型2深槽型nn10T机械特性8.3.3 双鼠笼异步电动机双鼠笼异步电动机双笼异步电动机的机械特性双笼型转子的结构与漏磁通这种异步电动机的转子上有两套导条，如图这种异步电动机的转子上有两套导条，如图所示的上笼与下笼，两笼间由狭长的缝隙隔所示的上笼与下笼，两笼间由狭长的缝隙隔开。上笼通常用电阻系数较大的黄铜或铝青开。上笼通常用电阻系数较大的黄铜或铝青铜制成，且导条截面较小，故电阻较大；下铜制成，且导条截面较小，故电阻较大；下笼截面较大，用紫铜等电阻系数较小的

23、材料笼截面较大，用紫铜等电阻系数较小的材料制成，故电阻较小。制成，故电阻较小。 8.4 三相绕线式异步电动机的起动三相绕线式异步电动机的起动 在前面我们已经分析了绕线式异步电动机的相关在前面我们已经分析了绕线式异步电动机的相关特性知识特性知识,从中我们知道通过给绕线式异步电动机从中我们知道通过给绕线式异步电动机的转子侧串电阻可以很好的改善电机的起动性能的转子侧串电阻可以很好的改善电机的起动性能,下面我们将进行详细的介绍下面我们将进行详细的介绍.5.4.1转子串频敏变阻器起动转子串频敏变阻器起动： 对于单纯为了限制起动电流、增大起动转矩的绕对于单纯为了限制起动电流、增大起动转矩的绕线式异步电动机

24、，可以采用转子串频敏变阻器起线式异步电动机，可以采用转子串频敏变阻器起动。动。pppjxrz 如图所示：接触器触点如图所示：接触器触点K断开时，电动机转断开时，电动机转子串入频敏变阻器起动。起动过程结束后，子串入频敏变阻器起动。起动过程结束后，接触器触点接触器触点K再闭合，切除频敏变阻器，再闭合，切除频敏变阻器，电动机进入正常运行电动机进入正常运行 。 频敏变阻器每一相的等值电路与变压器空频敏变阻器每一相的等值电路与变压器空载运行时的等值电路是一致的，忽略绕组载运行时的等值电路是一致的，忽略绕组漏阻抗时，其励磁阻抗为励磁电阻与励磁漏阻抗时，其励磁阻抗为励磁电阻与励磁电抗串联组成，用电抗串联组成

25、，用 表示。但是表示。但是与一般变压器励磁阻抗不完全相同，主要与一般变压器励磁阻抗不完全相同，主要表现在以下两点：表现在以下两点： 频率为频率为5OHz的电流通过时，阻抗比一般的电流通过时，阻抗比一般变压器励磁阻抗小得多。这样串在转子回变压器励磁阻抗小得多。这样串在转子回路中，既限制了起动电流，又不致使起动路中，既限制了起动电流，又不致使起动电流过小而减小起动转矩。电流过小而减小起动转矩。（2）频率为）频率为5OHz的电流通过时的电流通过时, ，其原因是：频敏变阻器中磁密取得高，铁其原因是：频敏变阻器中磁密取得高，铁心处于饱和状态，励磁电流越大，因此励心处于饱和状态，励磁电流越大，因此励磁电抗

26、较小。而铁心是厚铁板或厚钢板的、磁电抗较小。而铁心是厚铁板或厚钢板的、磁滞涡流损耗都很大，频敏变阻器的单位磁滞涡流损耗都很大，频敏变阻器的单位重量铁心中的损耗，与一般变压器相比较重量铁心中的损耗，与一般变压器相比较要大几百倍，因此要大几百倍，因此 较大。较大。 prpx绕线式三相异步电动机转子串频敏变阻器绕线式三相异步电动机转子串频敏变阻器起动时，起动时，s1，转子回路中的电流的频率，转子回路中的电流的频率为为5OHz。转子回路串入。转子回路串入 ，而而 ，因此转子回路主要是串入了电阻。，因此转子回路主要是串入了电阻。这样，转子回路功率因数大大提高了，既这样，转子回路功率因数大大提高了，既限制

27、了起动电流，又提高了起动转矩。限制了起动电流，又提高了起动转矩。8.4.2 转子串电阻分级起动：转子串电阻分级起动： 1 转子串电阻分级起动转子串电阻分级起动 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。切除起动电阻的转子串电阻分级起动。pppjxrzppxr 如图所示：起动过程如下：起动过程如下： （l）接触器触点）接触器触点KI，K2，K3断开，绕线式异步电断开，绕线式异步电动机定子接额定电压、转子每相串入起动电阻动机定子接额定电压、转子每相串入起动电阻（

28、），电动机开始起动。起动），电动机开始起动。起动点为机械特性曲线点为机械特性曲线 3上的上的a点，起动转矩点，起动转矩为为 ， 。（2）转速上升，到）转速上升，到b点时，点时， （ ），为了），为了加大电磁转矩加速起动过程，接触器触点加大电磁转矩加速起动过程，接触器触点K3闭合，闭合，切除起动电阻切除起动电阻 。忽略异步电动机的电磁惯性，。忽略异步电动机的电磁惯性，只计拖动系统的机械惯性，只计拖动系统的机械惯性， 则电动机运行点从则电动机运行点从 b变到机械特性曲线变到机械特性曲线2上的上的C点，该点上电动机电磁点，该点上电动机电磁转矩转矩RRR mTT11T2TT LTR 1TT 转速继续上

29、升，经转速继续上升，经 h点最后稳定运行在点最后稳定运行在 j点。点。上述起动过程中，转子回路外串电阻分三上述起动过程中，转子回路外串电阻分三级切除，故称为三级起动。为最大起动转级切除，故称为三级起动。为最大起动转矩，为最小起动转矩或切换转矩。矩，为最小起动转矩或切换转矩。三相绕线转子异步电动机转子对称起动电阻的计算三相绕线转子异步电动机转子对称起动电阻的计算 2 作图法为简化计算，异步电动机的机械特性可视为直线 ssTTmm2一般取12RrssdbmT85. 01TzT2 . 11 . 12T 为转子每相绕组电阻 2rN2N2N23IEsr 121RrR122Rrrkdkb212rRrkbb

30、dkb232221rkbfhRrkbdfRrkbbdR3 解析法计算启动电阻 RT1msT1Rsm所以212112211TTrRRRRRRRmmmm21TT令222221rRrRrRmm12NNmTsTlglglglg1NN2TsTrRmm2211122122222121)1(12111rrRRRrRRRRrRRRRrRRRmmmmmmmmmmmm例10-3 某生产机械用绕线转子异步电动机拖动，其技术数据为： kW28NPA5 .55/961NI87. 0cosN%87NV2502NEA712NIr/min1420NnV380/220N1U2TK过载能力 ，试求空载起动时三级起动电阻（用解析法

31、）。 解：N2N2N23IEsr 108. 07132500533. 00533. 01500142015001N1Nnnns取 N17 . 1 TT mNNTsT122. 27 . 10533. 013NN12766. 022. 27 . 1TTTT转子每相各段起动电阻为 132. 0) 122. 2(108. 0) 1(21rR293. 0132. 022. 212RR65. 0293. 022. 223RR转子每相串接总的电阻为075. 1321RRR8.5 三相异步电动机的各种运行状态三相异步电动机的各种运行状态 我们知道当异步电动机的电磁转矩和转子的我们知道当异步电动机的电磁转矩和转

32、子的转速是同方向时，电动机运行与电动状态，转速是同方向时，电动机运行与电动状态，若电磁转矩和转速的方向相反时，电动机若电磁转矩和转速的方向相反时，电动机处于制动状态，而在制动运行状态中，根处于制动状态，而在制动运行状态中，根据转矩和转速的不同情况，又可分为：回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馈制动、反接制动、到拉反转及能耗制动等。等。 8.5.1 电动运行：电动运行： 就是我们前面所分析的各种正常运行状态，就是我们前面所分析的各种正常运行状态，在这里不在进行详细的介绍。在这里不在进行详细的介绍。 8.5.2能耗制动：能耗制动： （1）能耗制动基本原理：）

33、能耗制动基本原理： 如图所示：如图所示： 三相异步电动机处于电动运行状态的转速为三相异步电动机处于电动运行状态的转速为 n,如果突然切断电动机的三相交流电源，同如果突然切断电动机的三相交流电源，同时把直流电时把直流电 通入它的定于绕组，例如开关通入它的定于绕组，例如开关K1打开、打开、K2闭合，结果，电源切换后的瞬闭合，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，用的空间固定磁动势，用 表示。表示。 空间固定不转的磁动势相对于旋转的转子来空间固定不转的磁动势相对于旋转的转子来说变成了一个旋转磁动势说变成了一个旋转磁动势,旋转方向

34、为顺时旋转方向为顺时针，转速大小为针，转速大小为n。正如三相异步电动机运。正如三相异步电动机运行于电动状态下一样，行于电动状态下一样， IF转子与空间磁动势转子与空间磁动势 有相对运动，转子绕组则感有相对运动，转子绕组则感应电动势，产生电流；进而转子受到电磁转矩应电动势，产生电流；进而转子受到电磁转矩T。T的方向与磁动势的方向与磁动势 相对于转子的旋转方向是一样相对于转子的旋转方向是一样的，即转子受到顺时针方向的电磁转矩的，即转子受到顺时针方向的电磁转矩T。转子。转子转向为逆时针方向，受到的转矩为顺时针方向，转向为逆时针方向，受到的转矩为顺时针方向，显然显然T与与n反方向，电动机处于制动运行状

35、态，反方向，电动机处于制动运行状态，T为制动性的阻转矩。转速为制动性的阻转矩。转速n0时，磁通势与转子时，磁通势与转子相对静止，相对静止， 0， 0，T0，减速过程才完，减速过程才完全终止。全终止。上述制动停车过程中，系统原来贮存的动能消耗上述制动停车过程中，系统原来贮存的动能消耗了，这部分能量主要被电动机转换为电能消耗在了，这部分能量主要被电动机转换为电能消耗在转子回路中。因此，上述过程亦称之为能耗制动转子回路中。因此，上述过程亦称之为能耗制动过程。过程。 FF2E2I三相异步电动机能耗制动过程中电磁转矩三相异步电动机能耗制动过程中电磁转矩T的产生，是由于转子与定于磁动势之间有的产生，是由于

36、转子与定于磁动势之间有相对运动；至于定子磁动势相对于定子本相对运动；至于定子磁动势相对于定子本身是旋转的还是静止的，以及相对转速是身是旋转的还是静止的，以及相对转速是多少，都是无关紧要的。因此，分析能耗多少，都是无关紧要的。因此，分析能耗制动状态下运行的三相异步电动机，可以制动状态下运行的三相异步电动机，可以用三相交流电流产生的旋转磁动势等效替用三相交流电流产生的旋转磁动势等效替代直流磁动势，在等效替代后，就可以使代直流磁动势，在等效替代后，就可以使用电动运行状态时的分析方法与所得结论用电动运行状态时的分析方法与所得结论。等效替代的条件是：等效替代的条件是：（1）保持磁动势幅值不变，即）保持磁

37、动势幅值不变，即 = ;（2）保持磁动势与转子之间相对转速（即）保持磁动势与转子之间相对转速（即转差）不变，为转差）不变，为2.定子等效电流定子等效电流: 异步电动机定子通入直流电流产生磁动势，异步电动机定子通入直流电流产生磁动势，其幅值的大小与定子绕组的接法及通入的其幅值的大小与定子绕组的接法及通入的方法有关。例如图所示的，合成磁动势的方法有关。例如图所示的，合成磁动势的大小为大小为:FFnn0IpkNFFNlBA1214IpkNFNl12143 把把 等效为三相交流电流产生的等效为三相交流电流产生的,每相交每相交流电流的有效大小为流电流的有效大小为 ,则交流磁动势大小则交流磁动势大小为为:

38、等效的结果是等效的结果是F1I1122423IpkNFNl1122423IpkNNlIpkNNl12143II3213.转差率与等值电路转差率与等值电路: 磁通势磁通势 与转子相对转速为与转子相对转速为(-n), 的转速的转速 即同步转速为即同步转速为 ,能耗制动转差率用能耗制动转差率用 表示表示,则为则为: 转子绕组感应电动势转子绕组感应电动势 的大小与频率则为的大小与频率则为:FFpfn11601nn2E22EE22EE三相异步电动机能耗制动的等值电路如图三相异步电动机能耗制动的等值电路如图所示。注意，等值电路中各电量是等效电所示。注意，等值电路中各电量是等效电流流 产生磁动势产生磁动势

39、作用的结果，并非作用的结果，并非指电机运行时的量。指电机运行时的量。有了等值电路，能耗制动的机械特性推导有了等值电路，能耗制动的机械特性推导就与正常运行时的固有机械特性完全一样就与正常运行时的固有机械特性完全一样了。了。1I FF 4. 能耗制动的机械特性能耗制动的机械特性: 能耗制动时，电动机内铁损耗很小，可以将其忽能耗制动时，电动机内铁损耗很小，可以将其忽略。这样一来，根据等值电路画出电动机走子电略。这样一来，根据等值电路画出电动机走子电流、励磁电流及转子电流之间的相量关系如图所流、励磁电流及转子电流之间的相量关系如图所示。它们之间大小的关系为示。它们之间大小的关系为 忽略铁损耗后忽略铁损

40、耗后,则有则有:)90cos(22002202221IIIII2022022sin2IIIImmxExEI210另外另外,还有还有整理后得到整理后得到2222222)(xrxIxzImm222222)(sinxrx222222122)()(xxrxIImm 根据前一章的分析结果知道，电磁转矩为根据前一章的分析结果知道，电磁转矩为电磁功率除以同步角速度，即电磁功率除以同步角速度，即122213rIPTM)()(3222212221xxrrxImm上式便为能耗制动的机械特性表达式，其上式便为能耗制动的机械特性表达式，其与电动运行状态时的机械特性方程式是一与电动运行状态时的机械特性方程式是一致的，但

41、是电动运行状态时，是用电源电致的，但是电动运行状态时，是用电源电压压 来表示，而能耗制动的这个式子，是来表示，而能耗制动的这个式子，是用等效的定子电流用等效的定子电流 来表示。能耗制动时，来表示。能耗制动时，视视 为已知量。为已知量。对上式微分，并使对上式微分，并使 ，则得到能耗，则得到能耗制动运行时的最大转矩及相应的转差率为制动运行时的最大转矩及相应的转差率为1U1I1I0ddT)(2322211xxxITmmmT22xxrmm根据上式画出三相异步电动机能耗制动时根据上式画出三相异步电动机能耗制动时的机械特性如图所示。显然，能耗制动时的机械特性如图所示。显然，能耗制动时的机械特性与定子接三相

42、交流电源运行时的机械特性与定子接三相交流电源运行时的机械特性很相似。改变直流励磁电流的的机械特性很相似。改变直流励磁电流的大小，或者改变绕线式异步电动机转子回大小，或者改变绕线式异步电动机转子回路每相所串的电阻值路每相所串的电阻值R，就都可以调节能耗，就都可以调节能耗制动时制动转矩的数值。制动时制动转矩的数值。能耗制动机械特性的实用公式为：能耗制动机械特性的实用公式为：mmmTTT2 8.5.3 反接制动反接制动: 反接制动过程反接制动过程: 处于正向电动运行的三相绕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线式异步电动机，当改变三相电源的相序时，电动机便进入了反接制动过程时

43、，电动机便进入了反接制动过程. 反接制反接制动过程中，电动机电源相序为负序，动过程中，电动机电源相序为负序， 如图如图所示所示: 接触器触点接触器触点K1闭合为正向电动运行，闭合为正向电动运行，K1断开断开K2闭合，则改变了电源相序。（闭合，则改变了电源相序。（b）图为拖动反抗性恒转矩负载，反接制动的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。电动机的运行点从机械特性。电动机的运行点从ABC ，到到C点后，点后， T 可以准确停车。可以准确停车。而在反接制动过程中而在反接制动过程中,因为接的是反相序电因为接的是反相序电源

44、源,所以所以,转速大转速大n 0时时 ,相应的转差率相应的转差率s 1。若转子回路总电阻折合值为若转子回路总电阻折合值为 ，机械功率，机械功率则为则为LTLT2r013222rssIPm 即负载向电动机内输入机械功率。显然负即负载向电动机内输入机械功率。显然负载提供机械功率是靠转动部分减少动能。载提供机械功率是靠转动部分减少动能。从定子到转子的电磁功率为从定子到转子的电磁功率为 转子回路铜损耗转子回路铜损耗:03222srIPMmMmMcuPPPPrIp22223因此，转子回路中消耗了从电源输入而来因此，转子回路中消耗了从电源输入而来的电磁功率及由负载送入的机械功率，数的电磁功率及由负载送入的

45、机械功率，数值很大，在转子回路中必须串入较大的外值很大，在转子回路中必须串入较大的外串电阻，以消耗大部分转子回路铜损耗，串电阻，以消耗大部分转子回路铜损耗，保护电动机不致由于过热而损坏。所谓大保护电动机不致由于过热而损坏。所谓大电阻是指比起动电阻阻值还要大。下图就电阻是指比起动电阻阻值还要大。下图就是反接过程中的机械特性图是反接过程中的机械特性图: 从图上我们可以看出从图上我们可以看出,如果电动机拖动负载如果电动机拖动负载转矩较小的反抗性恒转矩负载运行，或者转矩较小的反抗性恒转矩负载运行，或者拖动位能性恒转矩负载运行，这两种情况拖动位能性恒转矩负载运行，这两种情况下，如果进行反接制动停车，那么

46、必须在下，如果进行反接制动停车，那么必须在降速到降速到n0时切断电动机电源并停车，否时切断电动机电源并停车，否则电动机将会反向起动，三相异步电动机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、反转的生产能量损失较大。一些频繁正、反转的生产机械，经常采用反接制动停车接着反向起机械，经常采用反接制动停车接着反向起动，就是为了迅速改变转向，提高生产率。动，就是为了迅速改变转向，提高生产率。反接制动停车的制动电阻计算，根据所要求的反接制动停车的制动电阻计算，根据所要求的最大制动转矩进行。为了简单起见，可以认为最大制

47、动转矩进行。为了简单起见，可以认为反接制动后瞬间的转差率反接制动后瞬间的转差率s 2，处于反接制动，处于反接制动机械特性的机械特性的s0 之间。之间。 鼠笼式异步电动机转子回路无法串电阻，因此鼠笼式异步电动机转子回路无法串电阻，因此反接制动不能过于频繁。反接制动不能过于频繁。 ms8.5.4 倒拉反转制动运行倒拉反转制动运行:我们知道，拖动位能性恒转矩负载运行的三相绕我们知道，拖动位能性恒转矩负载运行的三相绕线式异步电动机，若在转子回路内串入一定值的线式异步电动机，若在转子回路内串入一定值的电阻，电动机转速可以降低。如果所串的电阻超电阻，电动机转速可以降低。如果所串的电阻超过某一数值后，电动机还要反转，称之为倒拉反过某一数值后，电动机还要反转，称之为倒拉反转制动运行状态。转制动运行状态。倒拉反转制动运行是转差率倒拉反转制动运行是转差率s1的一种稳态，其的一种稳态，其功率关系与反接制动过程一样，电磁功率功率关系与反接制动过程一样，电磁功率 0，机械功率机械功率0，转子回路总铜耗。但是倒拉反转运，转子回路总铜耗。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行时负载向电动机送入的机械功率