篇异步电机幻灯片

1、1第四篇第四篇 异步电机异步电机第九章第九章 异步电机的理论分析与运行特性异步电机的理论分析与运行特性第十章第十章 三相异步电动机的起动和调速三相异步电动机的起动和调速第十一章第十一章 单相异步电动机及异步电机的其他运行方式单相异步电动机及异步电机的其他运行方式2nsabcxzy同步电机同步电机异步电机异步电机发电发电流流产生三相对称的感应电产生三相对称的感应电子导体子导体切割三相对称分布的定切割三相对称分布的定磁场旋转磁场旋转外力拖动转子外力拖动转子恒定磁场恒定磁场转子直流励磁转子直流励磁以发电机为例：以发电机为例：转子转动转子转动产生电磁转矩产生电磁转矩磁场中受力磁场中受力带电转子导体在带

2、电转子导体在导体闭合有感应电流导体闭合有感应电流转子转子产生感应电动势产生感应电动势切割转子导体切割转子导体产生旋转磁场产生旋转磁场通入三相对称的电流通入三相对称的电流称分布的定子导体称分布的定子导体以电动机为例：三相对以电动机为例：三相对3异步电动机的特点异步电动机的特点n优点：优点：结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠，效结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠，效率较高，价格低廉，坚固耐用。率较高，价格低廉，坚固耐用。n缺点：缺点：转速不易调节；转速不易调节； 鼠笼式异步电动机的鼠笼式异步电动机的起动性能较差；起动性能较差； 功率因数滞后，功率因数滞后，激磁电流由电网供给。激磁电流由

3、电网供给。1n11%5,转差率nnsnnns略低于略低于，通常异步电机通常异步电机 n旋转磁场（实现能量转换的前提）；旋转磁场（实现能量转换的前提）；n转子导体形成闭合回路；转子导体形成闭合回路；n建立转矩的电流由感应产生，也称建立转矩的电流由感应产生，也称感应电机；感应电机；n异步电机，异步电机，转子转速转子转速n与磁场同步转速与磁场同步转速n1间存在一定差异间存在一定差异。4第九章第九章 异步电机的理论分析异步电机的理论分析与运行特性与运行特性1.基本结构基本结构2.运行状态和磁场运行状态和磁场3.等效电路及其参数等效电路及其参数4.功率平衡式和转矩平衡式功率平衡式和转矩平衡式5.机械特性

4、及稳定运行条件机械特性及稳定运行条件6.工作特性工作特性5n异步电机定、转子间靠电磁感应作用，在转子内感应异步电机定、转子间靠电磁感应作用，在转子内感应电流以实现机电能量转换的感应电机。感应电机一般电流以实现机电能量转换的感应电机。感应电机一般都用作电动机，在少数场合下，亦有用作发电机的。都用作电动机，在少数场合下，亦有用作发电机的。本章主要研究：本章主要研究：n空载和负载时三相感应电动机内的磁动势和磁场；空载和负载时三相感应电动机内的磁动势和磁场；n感应电动机的基本方程和等效电路；感应电动机的基本方程和等效电路；n分析它的运行特性和起动，调速等问题。分析它的运行特性和起动，调速等问题。 67

5、89一、异步电机的基本结构一、异步电机的基本结构异异步步电电机机定子绕组定子绕组定子铁心定子铁心 转子转子（旋转部分）（旋转部分）机座机座 笼笼 型型转子铁心转子铁心转轴转轴转子绕组转子绕组绕线型绕线型定子定子（固定部分）（固定部分）9-1 异步电机的结构异步电机的结构气隙：气隙：很小很小0.2-1mm，对电机性能影响很大，对电机性能影响很大磁路部分，放置磁路部分，放置定子绕组。定子绕组。电路部分电路部分固定和支撑定子铁心固定和支撑定子铁心磁路，一般由硅钢片叠成磁路，一般由硅钢片叠成感应电势、流感应电势、流过电流和产生过电流和产生电磁转矩电磁转矩101. 定子铁心定子铁心112定子绕组n定子绕

6、组通常应用双层短距绕组，小型电机可应用单定子绕组通常应用双层短距绕组，小型电机可应用单层绕组。层绕组。12n线绕转子绕组采用波绕组或叠绕组。线绕转子绕组采用波绕组或叠绕组。n设槽数设槽数z24，极数，极数2p4，相数，相数m=3，则每极每相梢数，则每极每相梢数q2，相距角，相距角a=30133定子槽形散嵌绕组散嵌绕组成型绕组成型绕组效率和功率因数较高效率和功率因数较高绕组嵌线工艺复杂绕组嵌线工艺复杂小容量及中型低压电机小容量及中型低压电机可嵌放成型线圈可嵌放成型线圈大型低压电动机大型低压电动机绝缘放置可靠绝缘放置可靠绕组下线方便绕组下线方便高压电动机高压电动机141. 转子铁心转子铁心152转

7、子槽n槽形的选择主要决定于对槽形的选择主要决定于对运行性能运行性能和和起动性能起动性能的的要求。要求。163转子绕组n鼠笼式转子鼠笼式转子squirrel-cage rotor：焊接，铸铝。：焊接，铸铝。斜槽形式斜槽形式导条导条端环端环制造办法：制造办法： 1、打铜条、打铜条-端部通过端环端部通过端环焊成整体；焊成整体； 2、铸铝、铸铝-端环、导条铸成端环、导条铸成一体一体.极对数极对数=定子绕组磁场极对数定子绕组磁场极对数 相数：相数：m2=z2/p转轴：转轴：45#钢加工而成钢加工而成17风叶风叶铁心铁心绕组绕组滑环滑环轴承轴承绕线式目的：为了接入外接电阻，绕线式目的：为了接入外接电阻，改

8、善启动和调速性能。改善启动和调速性能。极对数（极对数（p2）=定子极对数（定子极对数（p1）转子相数转子相数 (m2) = 相数相数(m1)184. 转轴转轴1920气隙气隙n特点：气隙很小，在中、特点：气隙很小，在中、小型电机中，气隙一般小型电机中，气隙一般为为0.2-1.50.2-1.5毫米。毫米。n气隙大小对电机性能有气隙大小对电机性能有很大的影响很大的影响.气隙大：气隙大：磁阻大，励磁电流（空载电流）大，功率因数低；磁阻大，励磁电流（空载电流）大，功率因数低；气隙磁场谐波含量（漏磁引起附加损耗）减少，改善启动气隙磁场谐波含量（漏磁引起附加损耗）减少，改善启动性能。性能。气隙小：气隙小：

9、按加工可能及机械安全所限制。按加工可能及机械安全所限制。21二、异步电机的铭牌二、异步电机的铭牌)52（如如机机座座号号，铁铁芯芯长长顺顺序序号号,.)4,2极极数数（如如) l（如铝（如铝绕组材料绕组材料) so护护防防闭闭（如如封封结结构构 节能新型）节能新型）经济通用，经济通用，（三相交流异步电机三相交流异步电机yj r 线绕转子）线绕转子）变速变速深槽，深槽，（特殊功能或结构特殊功能或结构dq221、额定功率、额定功率pn：电动机在额定方式运行时，轴上输出的：电动机在额定方式运行时，轴上输出的机机械功率（械功率（kw)；2、额定电压、额定电压un：定子绕组的额定线电压（：定子绕组的额定

10、线电压（v）；）；3、额定电流、额定电流in：在额定电压和额定功率时，：在额定电压和额定功率时， 定子绕组的线定子绕组的线电流（电流（a）；）；4、额定频率、额定频率f：电源频率（：电源频率（hz）；）；5、额定转速、额定转速nn：在额定工况下的转子转速（：在额定工况下的转子转速（r/min).6、其它：如接线方式、绝缘等级、使用环境等。、其它：如接线方式、绝缘等级、使用环境等。n对三相电动机，额定功率：对三相电动机，额定功率：n三相异步电动机的主要技术指标是指效率、功率因数、三相异步电动机的主要技术指标是指效率、功率因数、起动性能（堵转转矩、堵转电流和起动过程中的最小转起动性能（堵转转矩、堵

11、转电流和起动过程中的最小转矩）、最大转矩和噪声、振动。矩）、最大转矩和噪声、振动。nnnnniup cos3 23定子通入三相电流定子通入三相电流产生转速为产生转速为n1的旋转磁场的旋转磁场切割转子导切割转子导体体在转子导体中产生感应电动势在转子导体中产生感应电动势形成感应电流形成感应电流与定子与定子磁场作用产生力矩磁场作用产生力矩转子旋转转子旋转异步电机定子产生旋转磁场为同步转异步电机定子产生旋转磁场为同步转速为速为n n1 1，转子转速，转子转速n,n,定义定义转差率转差率s s1111121111116060)(,60, 60 , sfnnnpnnnpfpnfpfnnnns 别为：别为：

12、定子、转子电流频率分定子、转子电流频率分其中其中9-2 异步电机的运行状态及磁场异步电机的运行状态及磁场主要作电动机用主要作电动机用一、异步电机的运行状态一、异步电机的运行状态24nsn1temtemnnsn1temtemnnsn1temtemn0n101s11s0s0n00nn1制动状态制动状态电动机状态电动机状态发电机状态发电机状态25二、异步电机的磁场二、异步电机的磁场空载时：定子旋转磁场空载时：定子旋转磁场n1，nn1，转子电流很小，可近似为，转子电流很小，可近似为零，气隙中仅有定子的旋转磁场。零，气隙中仅有定子的旋转磁场。1111126060)(sfnnnpnnnpf 转子电流频率：

13、转子电流频率： 60 11pfn 负载时：转子转速从负载时：转子转速从n1（近似）下降到（近似）下降到n，定子电流增大，转，定子电流增大，转子电流也较空载时变大，并产生转子磁动势建立转子磁场。子电流也较空载时变大，并产生转子磁动势建立转子磁场。112nnnnnn 的的转转速速：转转子子旋旋转转磁磁场场相相对对定定子子 60 22pfn 的转速：的转速：转子旋转磁场相对转子转子旋转磁场相对转子定转子的旋转磁场定转子的旋转磁场相对静止，异步电相对静止，异步电机的定、转子磁场机的定、转子磁场同变压器符合磁动同变压器符合磁动势平衡原则。势平衡原则。26主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通以定子基波磁势产生的磁

14、通因路径分为主磁通和漏磁通以定子基波磁势产生的磁通因路径分为主磁通和漏磁通主磁通路径：空气隙、主磁通路径：空气隙、定子齿、定子轭、转子定子齿、定子轭、转子齿和转子轭齿和转子轭 主磁通路径主磁通路径 漏磁通：槽漏磁通、端部漏磁通：槽漏磁通、端部磁通和谐波漏磁通（通常磁通和谐波漏磁通（通常谐波磁势产生的谐波磁通谐波磁势产生的谐波磁通归于漏磁通）归于漏磁通）端部漏磁端部漏磁槽漏磁槽漏磁279-3 三相异步电机的等效电路三相异步电机的等效电路为了便于理解，仅为了便于理解，仅讨论绕线式异步电讨论绕线式异步电机：机：分析前提：分析前提：n把异步电机的磁通分成主磁通和漏磁通，并把谐波磁通把异步电机的磁通分成

15、主磁通和漏磁通，并把谐波磁通归并到漏磁通归并到漏磁通n假设：气隙中只有基波磁通，定、转子绕组上只感应有假设：气隙中只有基波磁通，定、转子绕组上只感应有基波电势基波电势n漏磁感应电势用漏抗压降表示漏磁感应电势用漏抗压降表示28与三相变压器比较与三相变压器比较-相似性相似性相似性相似性三相变压器三相变压器三相异步电动机三相异步电动机原边电路原边电路原边绕组原边绕组定子绕组定子绕组副边电路副边电路副边绕组副边绕组转子绕组转子绕组副边电能副边电能感应产生感应产生感应产生感应产生媒介媒介主磁通主磁通主磁通主磁通主磁通主磁通正弦交变正弦交变正弦交变正弦交变感应电势感应电势e1=4.44f1n1me1=4.

16、44f1n1kn1m29与三相变压器比较与三相变压器比较-特殊性特殊性特殊性特殊性三相变压器三相变压器三相异步电动机三相异步电动机主磁势主磁势脉动磁势脉动磁势旋转磁势旋转磁势磁势产生磁势产生单相绕组单相绕组三相绕组三相绕组主磁路主磁路铁芯铁芯铁芯铁芯+气隙气隙激磁电流激磁电流i0=（38）%ini0=（2025）%in绕组绕组集中绕组集中绕组分布绕组分布绕组niipnkn 9 . 02330一、转子不动（堵转）时的异步电机一、转子不动（堵转）时的异步电机mnmnknfeknfejxriejxrieu 2212111122221111144.444.4)(0)( 相当于次边短路的三相变压器：相当

17、于次边短路的三相变压器：1.电压平衡方程电压平衡方程11, 1,nknm1r1x0 n1u1i1e 2x2f2e2r1f22,2,nknm2i定子定子转子转子定子绕定子绕组内组内转子绕转子绕组内组内1i2i 2 11f2fmfm 1111xi jee 2222xi jee 1e2e31 m21fff2.磁势平衡方程磁势平衡方程 m111m22222111119 . 029 . 029 . 02ipknmfipknmfipknmfnnn合成磁势：合成磁势：转子磁势：转子磁势：定子磁势：定子磁势：设定子相数设定子相数m1,转子相数转子相数m2 则：则：ciceconstumm ,11 则则3222

18、1111121122224.44nnemnnnknknkknfeknknee 电势比：电势比：即：即：变为变为，则：，则：要使：要使：3.绕组归算绕组归算（2）转子电流归算。归算前后转子磁势不变：）转子电流归算。归算前后转子磁势不变：电流折算比。电流折算比。则：则：, , 9 . 029 . 0222211122111222222222111nniinnnnknmknmkkiiknmknmiipknmipknm （1）转子电势归算。）转子电势归算。33)()( )( 21 222221121222222221222221121222222221mmmienniennjxrieexkkxknkn

19、mmxximximrkkrknknmmrrimrim 令：令：（2）阻抗归算。归算前后功率、转子铜耗及无功损耗均不变：）阻抗归算。归算前后功率、转子铜耗及无功损耗均不变：:时时的的等等效效电电路路得得异异步步电电机机在在转转子子堵堵转转1r1x2x 2r 1i2i1umi12eemrmx34二、转子转动时异步电机的等效电路二、转子转动时异步电机的等效电路35静止转子感应电势静止转子感应电势旋转转子感应电势旋转转子感应电势转子电势转子电势:44. 444. 42222212222eeseknsfknfesmnmns 设同步转速设同步转速n1,转子转速转子转速n,定子电势、电流频率定子电势、电流频

20、率 f1;则转子频率则转子频率 f2 且且 f2=sf1 。)(02222ssjxrie 方方程程：旋旋转转转转子子回回路路电电压压平平衡衡静止转子的漏抗静止转子的漏抗旋转转子的漏抗旋转转子的漏抗转子漏抗转子漏抗:,:2222221222xxsxlsflfxss 1.转子转动后各物理量转子转动后各物理量11, 1,nknm1r1xn1u1i1e sx212sff se22r1f22,2,nknm2i36为了得到旋转下异步电机的等效电路，首先必须使转子频为了得到旋转下异步电机的等效电路，首先必须使转子频率率f2 和定子频率和定子频率f1相同，再实现参数等价折算。实质上就相同，再实现参数等价折算。

21、实质上就是找到旋转转子与静止转子间的关系。是找到旋转转子与静止转子间的关系。2.频率归算频率归算。保证磁势平衡保证磁势平衡小和相位不变，从而小和相位不变，从而折算前后转子电流大折算前后转子电流大频率折算的原则保证频率折算的原则保证 1/2222222222222222s2222xrssrexsresxrsejxreis 旋转转子中电流：旋转转子中电流：11, 1,nknm1r1x0 n1u1i1e 2x12ff se22r1f22,2,nknm2issr 123738. )1( )1(1)3( , , ,/)2( ,1)1(22212222222222222对应转动的机械功率对应转动的机械功率

22、所耗功率所耗功率附加电阻附加电阻和等效电路。和等效电路。方程方程得到旋转异步电机电压得到旋转异步电机电压的折算结果，即的折算结果，即沿用静止转子向定子侧沿用静止转子向定子侧频率的一致。频率的一致。转子转子定、定、化为静止转子，实现了化为静止转子，实现了相当于将旋转子相当于将旋转子转子相等。转子相等。与旋转与旋转转子电流转子电流后后电阻电阻在静止转子回路中串入在静止转子回路中串入ssrimssrimprssxkkxrkkrkiiirsseieii 39mmmmmmzijxrieeiiix jsriejxrieu )()()/( 0)(21212222111113.基本方程、等效电路和相量图基本方

23、程、等效电路和相量图1r1x2x 2r 1i2i1umi12eemrmxssr 12 m 1 e2 22ri 22xij 12 ee 2i11ri 11xij 1 umi 2i1 issri 1221 40进一步讨论进一步讨论n不论静止或者旋转的转子，其转子磁势总以同步转速不论静止或者旋转的转子，其转子磁势总以同步转速旋转，即转子磁势的转速不变，大小相位没变，故电旋转，即转子磁势的转速不变，大小相位没变，故电机的磁势平衡依然维持。机的磁势平衡依然维持。 n静止的转子不再输出机械功率，即电机的功率平衡中静止的转子不再输出机械功率，即电机的功率平衡中少了一大块机械功率。少了一大块机械功率。 n静止

24、的转子中多了一个附加电阻，而电流有又有变，静止的转子中多了一个附加电阻，而电流有又有变，所以多了一个电阻功率。所以多了一个电阻功率。 n分析证明：附加电阻上消耗的电功率等于电机输出的分析证明：附加电阻上消耗的电功率等于电机输出的机械功率机械功率41 211121112211212112111)/1(1 /1)/1(/1 zczuzzzzuizczzzuzzzzzzuimmmm联立求解得：联立求解得：4.等效电路的简化等效电路的简化1r1x2x 2r 1i2i1umi12eemrmxssr 12:iiut211可列出两个方程可列出两个方程和转子电流和转子电流子电流子电流和参数的条件下求解定和参数

25、的条件下求解定压压型等效电路，在已知电型等效电路，在已知电对对 式中：式中：mmmmmmjxrzjxrzjxrzzizzzziu ; s/ ; 0)i(ii)(2221112122211142)()(1,(11/1 211211121112111111111 xcxjsrcruzczuixxxrcxxjxrjxrzzcmmmmm，解出：，解出：常数）常数）式中：式中：得到转子较准确近似等效电路：得到转子较准确近似等效电路：43)( )(122211111112111111211ciizczcuzzuizczuzziuiiiimmmm 整理得到：整理得到：时考虑方程：时考虑方程：求求得到定子较准

26、确近似等效电路：得到定子较准确近似等效电路：44n对于容量较大的异步电机，因为对于容量较大的异步电机，因为x11 , n0 t与与n方向相反方向相反-制动制动breakingn1n0,00 , t与与n方向一致方向一致-电动机电动机motorsn1 t0t与与n方向相反方向相反-发电机发电机generator二、机械特性：ts曲线曲线起起动动点点 )(12211221122111sfxcxsrcrsrupmt ：）（由参数表达式由参数表达式同同步步点点额定额定运行运行点点最大转最大转矩矩601 0 s abcd22cos:(2) ictmt 由物理表达式定性分析由物理表达式定性分析11112z

27、iuee 222222xsrei 222222cosxsrsr 负载后，出现转差负载后，出现转差s，n1.1tl），），较小的起动电流（较小的起动电流（istimax）,起动时间短起动时间短启动过渡过程短启动过渡过程短对电网的冲击小对电网的冲击小1r1x2x 2r 1i1umrr 1mxx 1 ssr122i mi 设修正系数设修正系数，起动时起动时ns01 10-1 10-1 异步电动机的起动异步电动机的起动83 222222221221221112212211cosxrrxxrrrupmtxxrruiststst ：最初起动转子功率因数最初起动转子功率因数最初起动转矩：最初起动转矩：最初起

28、动电流：最初起动电流：p170,例例10-1 ：ist=4.92in，tst=1.81tn，cos 2=0.47国标规定本例起动电流倍数为国标规定本例起动电流倍数为6.5，起动转矩倍数为，起动转矩倍数为1.8，以，以上计算表明符合标准的要求。上计算表明符合标准的要求。84要求：要求：n有足够的启动转矩，使电动机尽快加速缩短启动过程，避免有足够的启动转矩，使电动机尽快加速缩短启动过程，避免长时间绕组过热；长时间绕组过热；n满足启动转矩时，尽量降低启动电流，减少对电源的影响。满足启动转矩时，尽量降低启动电流，减少对电源的影响。原则措施：原则措施：n笼型电动机可直接启动；笼型电动机可直接启动；n降压

29、（自耦、降压（自耦、y-、定子串电抗、定子串电抗）n转子串电阻（笼型：深槽和双笼。绕线型：串转子串电阻（笼型：深槽和双笼。绕线型：串(频敏频敏)电阻）电阻）制约起动的因素：制约起动的因素：n供电系统的容量、负载的性质、起动的频繁程度供电系统的容量、负载的性质、起动的频繁程度851.1.供电系统的变压器容量对起动方式的影响供电系统的变压器容量对起动方式的影响n供电容量比异步电动机的容量大得多，起动电流所造成的电比异步电动机的容量大得多，起动电流所造成的电压降落不致影响同一电网上的其它电气设备的正常工作，对压降落不致影响同一电网上的其它电气设备的正常工作，对非频繁起动非频繁起动允许电动机在额定电压

30、下直接起动。允许电动机在额定电压下直接起动。n供电变压器的容量与异步电动机容量相差不是很大，则应采供电变压器的容量与异步电动机容量相差不是很大，则应采取降压措施以限制起动电流。取降压措施以限制起动电流。2.负载性质对起动方式的要求负载性质对起动方式的要求1)起动时有大的负载阻力，需较起动时有大的负载阻力，需较大的起动转矩大的起动转矩2)起动时负载阻力小，只需很小起动时负载阻力小，只需很小的起动转矩的起动转矩3)起动初期负载阻力小，随着转速增加转矩增加起动初期负载阻力小，随着转速增加转矩增加变转变转矩负载，如流体负载。矩负载，如流体负载。86一、鼠笼式异步电动机的起动一、鼠笼式异步电动机的起动1

31、. 1. 全压起动全压起动n直接起动，当电网容量足够大。直接起动，当电网容量足够大。 222222221221221112212211cosxrrxxrrrupmtxxrruiststst ：最初起动转子功率因数最初起动转子功率因数最初起动转矩：最初起动转矩：最初起动电流：最初起动电流：872. 2. 降压起动降压起动n降压起动降压起动起动时，施加低于额定电压的电压。起动时，施加低于额定电压的电压。电动机的电动机的转速上升到接近额定转速后，再切换到额定电压下运行。转速上升到接近额定转速后，再切换到额定电压下运行。n作用：作用：限制起动电流限制起动电流起动转矩按电压的平方而下降起动转矩按电压的平

32、方而下降.n应用：应用： 适用于对起动转矩要求不高的场合，如风机、离心泵电机等。适用于对起动转矩要求不高的场合，如风机、离心泵电机等。n包括：自耦变压器、包括：自耦变压器、y-、延边三角形、串电抗起动、延边三角形、串电抗起动88（1 1） 自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动设在额定电压下直接起动设在额定电压下直接起动时，起动电流为时，起动电流为ist。自耦变压器的变比为自耦变压器的变比为ka起动时电压降低到起动时电压降低到1/ka倍，电动机的起动电流倍，电动机的起动电流相应减小到相应减小到1/ka倍。倍。staststasttktiki2211 电网供给的起动电流比直接起动时减小到电网供给的

33、起动电流比直接起动时减小到 倍倍21ak89（2） 丫丫- 起动起动n适用于在正常运行时定子绕组按三角形连接的电机。适用于在正常运行时定子绕组按三角形连接的电机。n起动时，使定子绕组为星形连接，待转速上升到额定转速起动时，使定子绕组为星形连接，待转速上升到额定转速后，再换接成三角形连接。后，再换接成三角形连接。三角形连接直接起动时三角形连接直接起动时起动电流起动电流zui3 星形连接起动，起动电流星形连接起动，起动电流 izui313起动电流和转矩均减少为起动电流和转矩均减少为1/390（3 3） 延边三角形换接降压起动延边三角形换接降压起动越小，越接近直接起动越小，越接近直接起动起动；起动；

34、越大，越接近越大，越接近 nnynnyy91（4 4） 定子回路串电阻、电抗器起动定子回路串电阻、电抗器起动ststststtktitiik22 电网供给的起动电流减少至原来电网供给的起动电流减少至原来的的k倍，而电机的起动转矩减少倍，而电机的起动转矩减少为原来的为原来的k2 2( (以前面同以前面同) )，但损耗但损耗增加增加92起动方起动方法法定子相压相对定子相压相对值值起动电流起动电流相对值相对值起动转矩起动转矩相对值相对值起动设备起动设备全压全压1 11 11 1最简单最简单自耦自耦1/ka1/ka1/ka1/ka2 21/ka1/ka2 2较复杂较复杂y-y-1/31/31/31/3

35、1/31/3简单简单定子串定子串电抗电抗k k（k1kn5时，时，s50，5次谐波处于电动机或制动状态，次谐波处于电动机或制动状态，t50。当当nn5时，时，s50。特性曲线发生畸变，使启动性能变坏特性曲线发生畸变，使启动性能变坏异步谷异步谷定子定子7次谐波次谐波： p7=7p，n7=n1/7，s7=7s-6，转向为正。，转向为正。当当转子转子n0，7次谐波处于电动机次谐波处于电动机或制动或制动状态，状态，t70。当转子当转子nn7时，时，s70，7次谐波处于发电机状态，次谐波处于发电机状态，t70。109sttmintmint02tt nt1102 2同步附加转矩同步附加转矩n由由独立来源独

36、立来源的极对数相同的两个磁场以相同转速且同方向旋的极对数相同的两个磁场以相同转速且同方向旋转（当转（当时）而产生的转矩。时）而产生的转矩。n如定子磁场超前转子磁场，产生正向转矩如定子磁场超前转子磁场，产生正向转矩(电动转矩电动转矩)。如转。如转子磁场超前定子磁场，便产生反向转矩。如果不是同步旋转，子磁场超前定子磁场，便产生反向转矩。如果不是同步旋转，其平均转矩等于零。其平均转矩等于零。n特点特点：两磁场彼此独立，只在某一特定转速下产生同步转矩：两磁场彼此独立，只在某一特定转速下产生同步转矩n定子齿谐波磁场和转子齿谐波磁场就是独立的，且磁场较强，定子齿谐波磁场和转子齿谐波磁场就是独立的，且磁场较

37、强，如齿槽配合不当，有可能使齿谐波磁场满足极对数相同条件，如齿槽配合不当，有可能使齿谐波磁场满足极对数相同条件，在在某一特定转速下某一特定转速下形成较强的形成较强的同步转矩同步转矩。111 反转反转正转正转定子一阶齿谐波：定子一阶齿谐波zz 反转反转正转正转子一阶齿谐波：子一阶齿谐波：19211240122pzz 转定子定子19次谐波相对于定子转速：次谐波相对于定子转速：n1/19；转子转子19次谐波相对于转子转速：次谐波相对于转子转速： -(n1-n)/19n例：某三相异步电机，例：某三相异步电机，2p=4，取，取z1=36，z2=40，。，。时产生同步转矩时产生同

38、步转矩即即当当101919111nnnnnn 同步谷同步谷112三、削弱和消去附加转矩的措施三、削弱和消去附加转矩的措施减小谐波磁场的大小，或削弱其作用：减小谐波磁场的大小，或削弱其作用：1 1适当的短距（如削弱适当的短距（如削弱5 5、7 7次谐波）次谐波）2 2斜槽（削弱与基波绕组系数相同的斜槽（削弱与基波绕组系数相同的齿谐波）齿谐波）3 3槽配合（槽配合（消除齿谐波同步转矩消除齿谐波同步转矩）4 4减少气隙磁导的变化（如半闭口槽减少气隙磁导的变化（如半闭口槽或闭口槽）或闭口槽）5 5增大气隙增大气隙斜槽斜槽pzzzzpzpz2,11212121 即：即：，避免出现如下情况：避免出现如下情

39、况：槽配合：槽配合：为消除齿谐波同步转矩，为消除齿谐波同步转矩，定子齿数与转子齿数不应相等，它定子齿数与转子齿数不应相等，它们之间的差数也不应等于极数。们之间的差数也不应等于极数。11310-4 10-4 异步电动机的调速异步电动机的调速114异步电动机的调速方法异步电动机的调速方法异步电动机的转速异步电动机的转速1 1、改变供电电源的频率改变供电电源的频率f；2 2、改变电动机的极对数改变电动机的极对数p ；3 3、改变转差率改变转差率s：改变外施电压改变外施电压u u； 在转子回路中引入外加电阻；在转子回路中引入外加电阻； 在转子回路中引入附加电势。在转子回路中引入附加电势。其它：电磁调速

40、、齿轮减速等其它：电磁调速、齿轮减速等 spfn 160115改变转差率调速基本原理改变转差率调速基本原理116改变转差率调速具体方法改变转差率调速具体方法117一、变频调速一、变频调速n改变供电电源的频率，可以改变转子的转速，为改变供电电源的频率，可以改变转子的转速，为无级调速无级调速n变频调速时，通常希望电动机的主磁通变频调速时，通常希望电动机的主磁通 m保持不变，因保持不变，因为增大为增大 m将引起磁路过分饱和，激磁电流大大增加，功将引起磁路过分饱和，激磁电流大大增加，功率因数降低。如率因数降低。如 m太小，则电机容量得不到充分利用。太小，则电机容量得不到充分利用。n在改变频率的同时，在

41、改变频率的同时，必须调节电压必须调节电压，可根据不同负载要求，可根据不同负载要求，配以不同的配以不同的u1/f1协调控制方式。协调控制方式。变频器变频器常数常数恒功率调速恒功率调速常数常数恒转矩调速：恒转矩调速： 111111:fufefu118是是恒恒磁磁通通控控制制方方式式。常常数数，常常数数，则则保保持持降降低低电电源源频频率率的的同同时时， mfu11常数）常数）基频以下调速（保持基频以下调速（保持 11. 1fu 常数常数 211212121112112121112212112111m1822122121fullpmllffupmxxupmxxrrupmt 119最大转矩为常数，与频

42、率最大转矩为常数，与频率无关，并且最大转矩对应无关，并且最大转矩对应的转速落降相等，也就是的转速落降相等，也就是不同频率的各条机械特性不同频率的各条机械特性是近似平行的，硬度相同。是近似平行的，硬度相同。 1111212221212601fpfnfxxrxxrrsk 常数常数最大转矩处的转速降最大转矩处的转速降 1:nsnkm120n若保持调频前后散热情况相同，该调速方式将允许同样大小若保持调频前后散热情况相同，该调速方式将允许同样大小的转子电流，因而转矩相同，表明该调速为的转子电流，因而转矩相同，表明该调速为恒转矩调速方式恒转矩调速方式。 2212112111m21xxrrupmt n实用时

43、，保持实用时，保持u1/f1=常数，当减小常数，当减小f1时，时， (x1+ x2)随之减小，最大转矩随之减小，最大转矩略有减小。因此，在略有减小。因此，在f1接近接近fn时，时， r1 (x1+ x2) ，随着，随着f1的减小，的减小，tm减减小得不多；但是，当小得不多；但是，当f1较低时，较低时， (x1+ x2)比较小，比较小， r1相对变大了，相对变大了，tm就减小得多，在低频低速的机械特就减小得多，在低频低速的机械特性变坏了。须加以补偿才能获得恒性变坏了。须加以补偿才能获得恒最大转矩的特性。最大转矩的特性。 n保持保持u1/f1=常数，降低常数，降低频率调速近似为恒转矩频率调速近似为

44、恒转矩调速方式。调速方式。121实用中，升高频率向上调速时，升高电源电压是不允许的，实用中，升高频率向上调速时，升高电源电压是不允许的，只能保持电压不变，频率越高，磁通越低，因此是一种弱只能保持电压不变，频率越高，磁通越低，因此是一种弱磁升速的方法，类似他励直流电动机弱磁调速。磁升速的方法，类似他励直流电动机弱磁调速。常数）常数）基频以上调速（保持基频以上调速（保持 11. 2fu调频前后，若保持功率不变，则调频前后，若保持功率不变，则常常数数常常数数，即即 1111fttfttp 常数常数常数常数 1121121112112112212111211)(8)(22121fullfpumftxx

45、fpumxxrrpumtmm 122n正常运行时，若保持正常运行时，若保持i1额定不变，额定不变，s变化就很小，可近变化就很小，可近似认为似认为pm是不变的。属于恒功率调速形式。是不变的。属于恒功率调速形式。 pfxxsrrfsrpumtpm122122112211122 srumpfsrfpumpm221112121122 保持保持u un n不变升频不变升频调速的机械特性调速的机械特性123综上所述，三相异步电动机变频调速具有以下几个特点：综上所述，三相异步电动机变频调速具有以下几个特点： 从基频向下调速，为恒转矩调速方式；从基频从基频向下调速，为恒转矩调速方式；从基频向上调速，近似为恒功

46、率调速方式；向上调速，近似为恒功率调速方式； 调速范围大；调速范围大； 机械特性较硬，静差率小，相对稳定性好；机械特性较硬，静差率小，相对稳定性好； 运行时较小，效率高；运行时较小，效率高； 频率可以连续调节，变频调速为无级调速。频率可以连续调节，变频调速为无级调速。124二、变极调速二、变极调速n定子绕组需有特殊的绕法，使绕组的极对数能随外部接线定子绕组需有特殊的绕法，使绕组的极对数能随外部接线的改变而改变。属于的改变而改变。属于分级调速分级调速，具有两种不同转速的电动，具有两种不同转速的电动机称为双速电动机。（机称为双速电动机。（转子为鼠笼式转子为鼠笼式）n变极电机定子绕组的绕制有两种方法

47、：变极电机定子绕组的绕制有两种方法：双绕组变极：双绕组变极：定定子上有两套极对数不同相互独立的绕组，子上有两套极对数不同相互独立的绕组，每次运行只用其中一套。绕组设计较方便，但材料利用率每次运行只用其中一套。绕组设计较方便，但材料利用率较差，很少使用。较差，很少使用。单绕组变极：单绕组变极：一套定子绕组，通过不同接法构成不同极对一套定子绕组，通过不同接法构成不同极对数。变极电动机为鼠笼式转子，它可以随着定子极对数的数。变极电动机为鼠笼式转子，它可以随着定子极对数的改变而自动改变极对数。改变而自动改变极对数。1251. 变极调速原理变极调速原理半相绕组半相绕组电流改向电流改向极对数减极对数减小一

48、半小一半转速提高转速提高一倍一倍126127128变极前后的气隙磁密、转矩和功率关系变极前后的气隙磁密、转矩和功率关系气隙磁密成正比气隙磁密成正比额定转矩近似与额定转矩近似与变极前后气隙功率变极前后气隙功率变极前后气隙磁密：变极前后气隙磁密：111111:ppbbttppkpneknpebbnnnnnnnn 2.2.变极调速接线方式变极调速接线方式（1）y-yy变换（恒转矩调速）变换（恒转矩调速）129130（2）-yy变换（恒功率调速）变换（恒功率调速）131132三、笼型异步电机的降压调速三、笼型异步电机的降压调速负载转矩负载转矩t保持不变：保持不变：当外施电压当外施电压u1下降为额定值的

49、下降为额定值的x倍倍时，时，s增加原有值的增加原有值的1/x2倍。倍。如：当如：当u1从从un降低至降低至0.8un时，转差率便时，转差率便由原来的由原来的s1=ab，增加至，增加至s2ac，s2应为应为s1的的1/0.821.56倍。倍。n普通鼠笼式异步电动机额定转差率很小，设普通鼠笼式异步电动机额定转差率很小，设s0.04则则s20.062，电动机的转速便由，电动机的转速便由0.96n1，下降到，下降到0.938n1，调速范围很小。调速范围很小。133负载性质为变转矩时：负载性质为变转矩时：n异步电动机转子电阻大，有较软机异步电动机转子电阻大，有较软机械特性，稳定运行区域较宽。械特性，稳定

50、运行区域较宽。n如果带风机、泵类机械，其负载转如果带风机、泵类机械，其负载转矩与转速平方成正比，即矩与转速平方成正比，即tkn2n采用调压调速可以获得较大的调速采用调压调速可以获得较大的调速范围，取得明显的节能效果。范围，取得明显的节能效果。n带恒转矩负载时不适宜采用调压调速方法。带恒转矩负载时不适宜采用调压调速方法。134135n在转子回路中接入变阻器调速：线绕转子异步电机转子回线绕转子异步电机转子回路中接入变阻器可以改变异步电动机的机械特性。路中接入变阻器可以改变异步电动机的机械特性。n串级调速：线绕转子异步电动机转子回路中接入附加电势线绕转子异步电动机转子回路中接入附加电势实现调速。实现

51、调速。1.1.在转子回路中接入变阻器调速在转子回路中接入变阻器调速机械特性变软机械特性变软srrrssrrsri22222, 即即不变则：不变则：保持保持，为使容量得到充分利用为使容量得到充分利用四、线绕转子异步电动机的串电阻调速四、线绕转子异步电动机的串电阻调速也也不不变变经经分分析析：2cos 例例10-3 （串入电阻大小（串入电阻大小 的计算）的计算）部分功率消耗在转子部分功率消耗在转子串联的电阻上，效率降低。串联的电阻上，效率降低。1362.2.串级调速（串电阻的改进方法）串级调速（串电阻的改进方法） 当转子回路串入与转子电势当转子回路串入与转子电势se2频率相同而相位相同或相反频率相

52、同而相位相同或相反的附加电势的附加电势ef后，转子电流后，转子电流i2.2222222xsreseif 串电阻调速的特点：串电阻调速的特点：n由物理转矩特性分析，它是恒转矩调速。由物理转矩特性分析，它是恒转矩调速。n损耗大，效率低。损耗大，效率低。n机械特性变软机械特性变软,稳定性变差稳定性变差.22cos ictmt 137四、滑差电机调速（电磁调速异步电机）四、滑差电机调速（电磁调速异步电机）138小结小结n鼠笼式异步电动机起动性能较差，起动电流很大，而起动鼠笼式异步电动机起动性能较差，起动电流很大，而起动转矩不大。转矩不大。n电机起动方式取决于供电系统的容量、负载的要求和电机电机起动方式

53、取决于供电系统的容量、负载的要求和电机的性能。的性能。n在不允许全压起动时，常用降压起动方法，有自耦变压器在不允许全压起动时，常用降压起动方法，有自耦变压器降压、星形一三角形换接开关降压等。降压、星形一三角形换接开关降压等。n当电机容量较大，起动要求较高时，选用线绕转子异步电当电机容量较大，起动要求较高时，选用线绕转子异步电动机。动机。n异步电动机调速方法大致可分为：改变电源的频率；改变异步电动机调速方法大致可分为：改变电源的频率；改变电机的极对数、改变转差率等。电机的极对数、改变转差率等。p185，10-3, 10-813910-5 10-5 异步电动机的制动（异步电动机的制动（ 11-11

54、-4 4 ）140第第1111章章 单相异步电动机单相异步电动机及异步电机的其它运行方式及异步电机的其它运行方式141一、不对称运行一、不对称运行的分析方法的分析方法n不对称：不对称：各相电流各相电流(或电压，电势或电压，电势)大小不同，或相位不依大小不同，或相位不依次差次差120n应用对称分量法，把不对称三相电压分解为正序分量、负应用对称分量法，把不对称三相电压分解为正序分量、负序分量和零序分量序分量和零序分量n分别计算各序系统电流和转矩，然后叠加分别计算各序系统电流和转矩，然后叠加 。11-1 11-1 三相异步电动机在不对称电压下运行三相异步电动机在不对称电压下运行1 1、对称系统、对称

55、系统n在对称的三相系统，三相中的电压在对称的三相系统，三相中的电压ua、ub、uc对称，只有对称，只有一个独立变量一个独立变量. ub=2 ua, uc=uan复数算子复数算子ej120e-j240，且，且2ej240e-j120；3ej360ej01。 = cos120+j sin1201422 2对称分量法对称分量法n分解为三个独立的对称系统，分解为三个独立的对称系统，即正序系统、负序系统即正序系统、负序系统和和零序系统零序系统143例：例： ua、ub、uc为不对称三相电压为不对称三相电压 02020 aaacaaabaaaauuauauuuauauuuuu cbaacbaacbaauu

56、uuuuuuuuuu 313131022 144（1 1）由不对称系统分解得到的正序、负序和零序系统）由不对称系统分解得到的正序、负序和零序系统都是对都是对称系统称系统。对称系统容易求解。当求得各个对称分量后，。对称系统容易求解。当求得各个对称分量后，再把各相的三个分量再把各相的三个分量叠加叠加便得到不对称运行情形。便得到不对称运行情形。（2 2）不同相序电流流经电机和变压器具有不同物理性质，具不同相序电流流经电机和变压器具有不同物理性质，具有不同阻抗参数有不同阻抗参数。（3 3）对称分量法根据叠加原理，只适用于线性参数电路中。）对称分量法根据叠加原理，只适用于线性参数电路中。1451. 1.

57、 正序等效电路正序等效电路正序电压，产生正序电正序电压，产生正序电流，建立正向旋转磁场，流，建立正向旋转磁场，产生正向转矩，拖动转产生正向转矩，拖动转子同方向旋转。子同方向旋转。snnns 11正序转差率：正序转差率： 2211|jxsrjxrjxrzmm正序阻抗：正序阻抗：二、异步电机不对称运行的等效电路二、异步电机不对称运行的等效电路1462.2.负序等效电路负序等效电路负序电压，产生负序电负序电压，产生负序电流，建立负向旋转磁场，流，建立负向旋转磁场，产生反向转矩，与转子产生反向转矩，与转子旋转方向相反。旋转方向相反。snnns 211负序转差率：负序转差率：负 2 2-11mm2-11

58、mm2序序阻阻抗抗：r rz= r + j x + r + j x|+ j xz= r + j x + r + j x|+ j x2- s2- s3. 3. 零序电压与零序电流零序电压与零序电流n异步电机一般不接中线，可不考虑零序电流。异步电机一般不接中线，可不考虑零序电流。1474.4.不对称运行分析不对称运行分析 zuizui1111, 12111211iiiiiiiiicba 21121112211211122xcxjsrcruixcxjsrcrui sripsripmm 233222222 srisriptttsriptsript2323,3222222122212221 148三、负

59、序对运行的影响三、负序对运行的影响 n较小的负序电压会产生较大的负序电流较小的负序电压会产生较大的负序电流 nstnknkuuiuuzuzui 1111例如：例如：u1-0.05un，i1-(5-7)0.05in(0.250.35)in。它与。它与正序电流叠加，可能使某相电流大大超过额定电流。正序电流叠加，可能使某相电流大大超过额定电流。 合成转矩小于正序转矩，导致起动性能和过载能力下降合成转矩小于正序转矩，导致起动性能和过载能力下降 例例11-1：1.正常运行时：电磁转矩正常运行时：电磁转矩t=343n.m，定子电流，定子电流i1=84.7a；2.电源一相断线（两相运行）：负载不变时，转速有

60、下降，电源一相断线（两相运行）：负载不变时，转速有下降，s增大，增大， 定子电流定子电流 i1=166a 急剧增大。急剧增大。149定子两相绕组：定子两相绕组：m m 主绕组，工作绕组主绕组，工作绕组 a a 辅助绕组，起动绕组辅助绕组，起动绕组转子为鼠笼式绕组转子为鼠笼式绕组11-2 11-2 单相异步电动机单相异步电动机一、单相异步电动机特点一、单相异步电动机特点n辅助绕组辅助绕组a串联一串联一移相元件移相元件(通常是电容器通常是电容器)，然后与主绕，然后与主绕组组m并联接到单相电源；并联接到单相电源；n结构上，结构上，实质上是两相电机实质上是两相电机； nim、ia不同相位，实质上是两相