第三章 三相异步电动机的机械特性

1、第三章第三章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 The Three-phase Induction Machines Drives本章基本教学要求本章基本教学要求1.熟悉分析三相异步电动机的机械特性及各熟悉分析三相异步电动机的机械特性及各种运行状态的基本方法；种运行状态的基本方法；2.掌握三相异步电动机的起动、制动；掌握三相异步电动机的起动、制动；3.了解三相交流电动机的调速方法。了解三相交流电动机的调速方法。重点：重点： 机械特性、调速、起制动。机械特性、调速、起制动。本次课程内容和教学要求本次课程内容和教学要求内容：内容： 三相异步电动机固有和人为机械特性。三相异步电动机固

2、有和人为机械特性。要求：要求： 掌握机械特性各种表达式和适用场合。掌握机械特性各种表达式和适用场合。3.1三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 三相异步电动机的机械特性是指在电三相异步电动机的机械特性是指在电动机定子电压、频率以及绕组参数一定的动机定子电压、频率以及绕组参数一定的条件下，电动机电磁转矩与转速或电磁转条件下，电动机电磁转矩与转速或电磁转矩与转差率的关系，即矩与转差率的关系，即n=(T)或或T=(s)。 机械特性可用函数表示，也可用曲线机械特性可用函数表示，也可用曲线表示，用函数表示时，有三种表达式：物表示，用函数表示时，有三种表达式：物理表达式、参数表达式和实用表达式

3、。理表达式、参数表达式和实用表达式。3.1.1机械特性物理表达式机械特性物理表达式 电磁转矩为：电磁转矩为：22221111221111122211coscos22cos)(4.44602cosICIkNpmpfIkNfmnIEmPTmTmwmwem说明说明 为异步机的转矩系数；为异步机的转矩系数； 为转子电流折算值；为转子电流折算值； 为转子功率因数。为转子功率因数。2111wTkNpmC 222222)(xsrEI222222)(cosxsrsr物理表达式物理表达式 物理表达式它反映了不同转速时电磁转物理表达式它反映了不同转速时电磁转矩矩T与主磁通与主磁通m以及转子电流有功分量以及转子电流

4、有功分量I2cos2之间的关系，此表达式一般用来之间的关系，此表达式一般用来定性分析在不同运行状态下的转矩大小和性定性分析在不同运行状态下的转矩大小和性质。质。3.1.2参数表达式参数表达式 由物理表达式、功率关系、简化等值电由物理表达式、功率关系、简化等值电路可推出参数表达式：路可推出参数表达式：221221121122211232xxsrrfsrpUpfsrImPTem说明说明 参数表达式说明，异步电动机的电磁转参数表达式说明，异步电动机的电磁转矩矩T与定子每相电压与定子每相电压U1平方成正比，若电源平方成正比，若电源电压波动大，会对转矩造成很大影响。电压波动大，会对转矩造成很大影响。 在

5、电压、频率及绕组参数一定的条件在电压、频率及绕组参数一定的条件下，电磁转矩下，电磁转矩T与转差率与转差率s之间的关系可用曲之间的关系可用曲线表示，下面对机械特性曲线上的几个特殊线表示，下面对机械特性曲线上的几个特殊点进行分析。点进行分析。机械特性曲线机械特性曲线最大转矩最大转矩Tm 最大转矩最大转矩Tm是是T=（s）的极值点，则：）的极值点，则： 最大转矩对应的临界转差率为：最大转矩对应的临界转差率为：两式中两式中“+”为电动状态（特性在第为电动状态（特性在第象限）；象限）；“-”为制动状态（特性在第为制动状态（特性在第象限）。象限）。221211121)(43xxrrfpUTm221212)

6、(xxrrsm最大转矩近似表达式最大转矩近似表达式 通常情况下，通常情况下， 可忽略可忽略r1，则有：则有： 最大转矩与额定转矩的比值称为过载倍最大转矩与额定转矩的比值称为过载倍数，其值大小反映电动机过载能力，用数，其值大小反映电动机过载能力，用m表表示，即：示，即：一般异步电动机过载倍数一般异步电动机过载倍数m=1.52.2。22121)(xxr)(4321121212xxfpUTxxrsmmNmmTT起动转矩起动转矩Tst 起动瞬间起动瞬间n=0或或s=1时，电动机相当于堵时，电动机相当于堵转，这一时刻的电磁转矩称为起动转矩或堵转转，这一时刻的电磁转矩称为起动转矩或堵转转矩，用转矩，用Ts

7、t表示，则有：表示，则有： 起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩倍数或堵转转矩倍数，用倍数或堵转转矩倍数，用kst表示，则有：表示，则有：一般普通异步电动机起动转矩倍数为一般普通异步电动机起动转矩倍数为0.81.2。221221122123xxrrfrpUTstNststTTk3.1.3实用表达式实用表达式n实用表达式：实用表达式：n认为认为 ，一般异步电动机的，一般异步电动机的 ，在任何在任何s值时都有：值时都有： ，而，而 ， 可以忽略，简化得：可以忽略，简化得：ssrsrssrsrsrsrrsrssrrrTTmmmmmmm212122221222212

8、2122221rr2 . 01 . 0 ms0)(2mss2ssssmm22msssssTTmmm2临界转差率临界转差率n临界转差率：临界转差率：n当拖动额定负载时，当拖动额定负载时，TL=TN，临界转差率为：，临界转差率为：n额定转矩为：额定转矩为：n从产品目录查出该异步电动机的数据从产品目录查出该异步电动机的数据PN、nN、m，应用实用公式就可方便得出机械特性表达，应用实用公式就可方便得出机械特性表达式。式。12LNmLNmmTTTTss12mmNmss)(min)/()(55. 92mNrnWPTTNNNN3.1.4固有机械特性固有机械特性 异步电动机的固有机械异步电动机的固有机械特性是

9、指特性是指U1=U1N，1=1N，定子三相绕组按规定方式连定子三相绕组按规定方式连接，定子和转子电路中不外接，定子和转子电路中不外接任何元件时测得的机械特接任何元件时测得的机械特性性n =（T）或）或T=（s）曲）曲线。线。 对于同一台异步电动机对于同一台异步电动机有正转（曲线有正转（曲线1）和反转（曲）和反转（曲线线2）两条固有机械特性。）两条固有机械特性。说明特性上的各特殊点说明特性上的各特殊点1(1)同步转速点同步转速点A 同步转速点又称理想空载点，在该点同步转速点又称理想空载点，在该点处：处：s=0，n=n1，T=0，E2s=0，I2=0，I1=I0，电动机处于理想空载状态。，电动机处

10、于理想空载状态。(2)额定运行点额定运行点B 在该点处：在该点处：n=nN，T=TN，I1=I1N，I2=I2N，P2=PN，电动机处于额定运行状，电动机处于额定运行状态。态。说明特性上的各特殊点说明特性上的各特殊点2(3)临界点临界点C 在该点处：在该点处：s=sm，T=Tm，对应的电，对应的电磁转矩是电动机所能提供的最大转矩。磁转矩是电动机所能提供的最大转矩。Tm是异步电动机回馈制动状态所对应是异步电动机回馈制动状态所对应的最大转矩，若忽略的最大转矩，若忽略r1的影响时，有的影响时，有T m=Tm。(4)起动点起动点D 在该点处：在该点处：s=1，n=0，T=Tst，I=Ist。3.1.5

11、人为机械特性人为机械特性 异步电动机的人为机械特性是指人异步电动机的人为机械特性是指人为改变电动机的电气参数而得到的机械为改变电动机的电气参数而得到的机械特性。特性。 由参数表达式可知，改变定子电压由参数表达式可知，改变定子电压U1、定子频率、定子频率f1、极对数、极对数p、定子回路电、定子回路电阻阻r1和电抗和电抗x1、转子回路电阻、转子回路电阻r2和电抗和电抗x2，都可得到不同的人为机械特性。，都可得到不同的人为机械特性。1.降低定子电压的人为机械特性降低定子电压的人为机械特性 在参数表达式中，保持其它参数不在参数表达式中，保持其它参数不变，只改变定子电压变，只改变定子电压U1的大小，可得

12、改的大小，可得改变定子电压的人为机械特性。变定子电压的人为机械特性。 讨论电压在额定值以下范围调节的讨论电压在额定值以下范围调节的人为特性（为什么？）人为特性（为什么？）降电压人为机械特性曲线降电压人为机械特性曲线TmU12；TstU12；n1和和sm与电压无关与电压无关TL1-恒转矩负载特性、TL2-风机类负载特性分析分析 定子电压定子电压U1下降后，电动机的起动转矩下降后，电动机的起动转矩和临界转矩都明显降低，对于恒转矩负载，和临界转矩都明显降低，对于恒转矩负载，如原先运行在如原先运行在A点，电网电压由于某种原因点，电网电压由于某种原因降低，使负载运行至降低，使负载运行至B点，电动机转速点

13、，电动机转速n下下降，转差率降，转差率s增大，转子阻抗角增大，转子阻抗角 增大，则转子功率因数下降增大，则转子功率因数下降 222rsxarctg2.定子回路串入对称电阻的人为机械特性定子回路串入对称电阻的人为机械特性 当定子电当定子电阻阻r1增大时，增大时，同步转速同步转速n1不不变，但临界转变，但临界转矩矩Tm、临界转、临界转差率差率sm、起动、起动转矩转矩Tst都变小都变小定子回路串入对称电阻的接线图和人为机械特性定子回路串入对称电抗的人为机械特性定子回路串入对称电抗的人为机械特性 如果定子回路串如果定子回路串入对称的电抗，同步入对称的电抗，同步转速转速n1仍不变，但临仍不变，但临界转矩

14、界转矩Tm、临界转差、临界转差率率sm、起动转矩、起动转矩Tst也也都变小。两种接线可都变小。两种接线可实际应用于鼠笼式异实际应用于鼠笼式异步电动机的起动，以步电动机的起动，以限制起动电流。限制起动电流。定子回路串入对称电抗的接线图和人为机械特性3.转子回路串入对称电阻的人为机械特性转子回路串入对称电阻的人为机械特性 绕线式异步电动机转子回路串入 三相对称电阻的接线图和人为机械特性分析分析 当转子电阻当转子电阻r2增大时，同步转速增大时，同步转速n1和临界和临界转矩转矩Tm不变，但临界转差率不变，但临界转差率sm变大，起动转变大，起动转矩矩Tst随转子电阻随转子电阻r2增大而增大，直至增大而增

15、大，直至Tst=Tm 当转子电阻当转子电阻r2再增大时，起动转矩再增大时，起动转矩Tst反反而减小。而减小。 转子串入对称三相电阻的方法应用于绕转子串入对称三相电阻的方法应用于绕线式异步电动机的起动和调速。线式异步电动机的起动和调速。课后复习要点课后复习要点1.异步电动机机械特性表达式异步电动机机械特性表达式2.固有机械特性固有机械特性3.人为特性机械特性人为特性机械特性思考题：思考题：P240 6-1、6-2、6-6作业作业:P241 6-33、6-34本次课程内容和教学要求本次课程内容和教学要求内容内容： 三相异步电动机的起动。要求： 熟悉启动的基本要求，掌握绕线式和鼠笼电动机起动方式。6

16、.2鼠笼异步电动机的起动鼠笼异步电动机的起动 三相异步电动机在实际运行过程中，由三相异步电动机在实际运行过程中，由于生产上的需要而起动和停止。在选用电动于生产上的需要而起动和停止。在选用电动机时，必须要求电动机能带动生产机械并很机时，必须要求电动机能带动生产机械并很快地转到额定转速。快地转到额定转速。要求电动机起动时满足要求电动机起动时满足（1）能产生足够大的起动转矩）能产生足够大的起动转矩Tst，使电动机很，使电动机很快地转动起来。快地转动起来。（2）起动电流）起动电流Ist不要太大，避免起动时大电流在不要太大，避免起动时大电流在电网上产生较大的压降而影响接在电网上的其它电网上产生较大的压降

17、而影响接在电网上的其它电气设备和电动机的正常运行。电气设备和电动机的正常运行。 从前面分析三相异步电动机固有机械特性而知从前面分析三相异步电动机固有机械特性而知道，如果在额定电压下直接起动三相异步电动机，道，如果在额定电压下直接起动三相异步电动机，起动电流大，而起动转矩并不大，这时的功率因数起动电流大，而起动转矩并不大，这时的功率因数低。低。6.1.1鼠笼异步电动机鼠笼异步电动机 一般普通鼠笼式一般普通鼠笼式异步电动机，异步电动机， 所以要研究异步机的起动所以要研究异步机的起动特性和异步机的各种起动特性和异步机的各种起动方法。方法。NstII74ststTT3 . 19 . 0绕绕 线线 式式

18、 转转 子子 串串 电电 阻阻 调调 速速 的的 机机 械械 特特 性性T43r2r2+R 2 2+R 3=R2r2+R 3=R1r2+R 1+R 2+R =R3nTLT00n121分析分析 起动电流大，在电网的变压器容量与异起动电流大，在电网的变压器容量与异步电动机起动容量相比不足够大时，直接起步电动机起动容量相比不足够大时，直接起动会使变压器输出电压下降，当电压降动会使变压器输出电压下降，当电压降U10%时，将使接在变压器上的其他电器时，将使接在变压器上的其他电器及电动机正常工作受影响。直接起动的起动转及电动机正常工作受影响。直接起动的起动转矩并不大，而起动时必须满足矩并不大，而起动时必须

19、满足Tst1.1TL条件条件电动机才能起动起来，在空载情况下可以满足电动机才能起动起来，在空载情况下可以满足上述要求，而当重载起动时可能满足不了上述上述要求，而当重载起动时可能满足不了上述要求。要求。结论结论 异步电动机起动应考虑：异步电动机起动应考虑：限制起动电流；限制起动电流；足够的起动转矩，满足足够的起动转矩，满足Tst1.1TL条件；条件；起动的经济性，包括设备简单、操作方便起动的经济性，包括设备简单、操作方便和低起动损耗。和低起动损耗。6.1.2直接起动直接起动 将定子三相绕组直接接在三相电源上起动，称将定子三相绕组直接接在三相电源上起动，称直接起动。直接起动。 一般一般7.5kW以

20、下的小容量鼠笼异步电动机都可以下的小容量鼠笼异步电动机都可以直接起动。如果变压器容量足够大，直接起动的以直接起动。如果变压器容量足够大，直接起动的容量还可相应增大，一般按经验公式核定：容量还可相应增大，一般按经验公式核定： 式中式中kI为起动电流倍数；为起动电流倍数；Ist为电动机的起动电流为电动机的起动电流（A）；）；IN为电动机的额定电流（为电动机的额定电流（A）；）；SN为电源为电源变压器总容量；变压器总容量；PN为电动机的额定功率。为电动机的额定功率。)(4)(43kWPkVASIIkNNNstI22222222222222222 ExsrsrxsrsrxsrEIa说明说明 起动电流大

21、，对电机本身无太大影响（因为是起动电流大，对电机本身无太大影响（因为是短时的，且现代设计的鼠笼电机都按直接起动电磁短时的，且现代设计的鼠笼电机都按直接起动电磁力和发热来考虑机械强度和热稳定的）主要对电网力和发热来考虑机械强度和热稳定的）主要对电网有影响，如果电源容量较大，可以直接起动。一般有影响，如果电源容量较大，可以直接起动。一般7.5千瓦以下容量电动机可以直接起动。千瓦以下容量电动机可以直接起动。注意注意：容量大小不是绝对的，如果电网容量大，：容量大小不是绝对的，如果电网容量大， 就可以允许容量再大些的电机直接起动。就可以允许容量再大些的电机直接起动。 只要直接起动时起动电流在电网中引起电

22、只要直接起动时起动电流在电网中引起电 压降不超过电网额定电压的（压降不超过电网额定电压的（1015）% 就允许直接起动。就允许直接起动。6.2.3降压起动降压起动1)定子串电阻或电抗的降压起动定子串电阻或电抗的降压起动QFFRM3KM1KM21FUL1L2L32FUSB1SB2KM1KAKTKAFRKM1KARstKTKM2KAKM1 鼠笼式异步电动机定子串电阻降压起动接线KM1:降压起动接触器;SB1:停车按钮;KM2:全压运行接触器;SB2:起动按钮KT:时间继电器;KA:中间继电器;FR:热继电器;QF:电压断路器UN分析分析 设起动电流需降低的倍数为设起动电流需降低的倍数为，降压起，降

23、压起动电流为动电流为Ist，则应有，则应有式中式中Ist为直接起动时的起动电流（为直接起动时的起动电流（A）。又因）。又因为为UN/U1=Ist1/Ist1=，TstU12，所以降，所以降压起动转矩为压起动转矩为 ststII22N1)(stststTTUUT分析分析1.等值电路等值电路 从上图的等值电路中可见，定子串电阻或电抗从上图的等值电路中可见，定子串电阻或电抗起动，电压从起动，电压从U1N降至降至U1 ，即加到定子绕组上的电，即加到定子绕组上的电压在起动时为压在起动时为U1 ，这样就减小了起动电流。，这样就减小了起动电流。22221111221111122211coscos22cos)

24、(4.44602cosICIkNpmpfIkNfmnIEmPTmTmwmwem分析分析2)起动电流及起动转矩起动电流及起动转矩 设设为起动电流所需降低的倍数，为起动电流所需降低的倍数，Ist 为降压为降压时的起动电流，则应有：时的起动电流，则应有： Ist =Ist/ ，IstU1st，U1st =U1st/ =U1N/ 说明电压降低了说明电压降低了倍。倍。 由于由于T U2，则，则Tst =Tst/ 2 ，说明转矩降，说明转矩降低了低了2倍。只要使倍。只要使Tst （1.151.25）TL，即满，即满足要求。足要求。说明说明 从从 I1st =I1st/ ， Tst =Tst/ 2，可见：，

25、可见： 定子回路串电阻或电抗的降压起动方法虽然定子回路串电阻或电抗的降压起动方法虽然能降低起动电流，但使起动转矩显著减小。只适能降低起动电流，但使起动转矩显著减小。只适用于空载或轻载起动。电抗降压起动通常用于高用于空载或轻载起动。电抗降压起动通常用于高压电动机，电阻降压起动一般用在低压电动机。压电动机，电阻降压起动一般用在低压电动机。降压起动除了限制起动电流，有时以减小起动转降压起动除了限制起动电流，有时以减小起动转矩为主要目的，以减轻对机构的冲击并保证平稳矩为主要目的，以减轻对机构的冲击并保证平稳加速。加速。3)起动电阻或电抗的计算起动电阻或电抗的计算 计算计算Rst或或Xst后，还应校验满

26、足后，还应校验满足Tst （1.151.25）TL , TL为起动时的负为起动时的负载转矩。载转矩。kkkstkkkstrxrRxrxX22222222114) rk 和和xk的估算的估算 rk 和和xk可通过实验方法测出，也可估算。可通过实验方法测出，也可估算。方法一：短路试验方法一：短路试验(如已有电机如已有电机)，测出，测出rk 、xk、 zk方法二：估算方法二：估算(尚无电机尚无电机)，根据铭牌数据可知，根据铭牌数据可知 当定子当定子Y接时：接时： 当定子当定子接时：接时：设直接起动时的功率因数为设直接起动时的功率因数为cos1st=0.25 ，则有，则有NINstNkNINstekI

27、KUIUzIKUIUz1111111133/33stkstkkstkkzzxzr1211cos1sincos，2.星星三角起动三角起动 正常运行时，接成正常运行时，接成形的鼠笼电动机，形的鼠笼电动机，在起动时接成星形，起动完毕后再接成在起动时接成星形，起动完毕后再接成 ，称星称星-三角起动。三角起动。 AAIstXCCBBI1stU1IYAYCZUNI(a) 直接起动(b)Y-降压起动XYZY-降压起动电流示意图0arctan222srxY-起动电流和起动转矩起动电流和起动转矩直接起动直接起动(接接) 降压起动降压起动( Y接接)起动电流起动电流 起动转矩起动转矩 起动电流及起动转矩降低同样的

28、倍数，起动电流及起动转矩降低同样的倍数，即都为直接起动时的三分之一。即都为直接起动时的三分之一。kNstZUII1133kNkYstZUZUII31113 3311st11kNkNZUZUstII311ststII3ststTT星星三角起动适用条件三角起动适用条件条件：条件：1.只适用于空载或轻载起动。只适用于空载或轻载起动。2.只限于正常运行时定子绕组为三角形接线的电机。只限于正常运行时定子绕组为三角形接线的电机。 3.限于在限于在500V以下的低压电机以下的低压电机(因高压电机定子出因高压电机定子出6个端头有困难个端头有困难)。星星三角起动的优点：三角起动的优点： 设备简单，价格便宜，故在

29、轻载起动时应优先设备简单，价格便宜，故在轻载起动时应优先采用。缺点是应用时要受一定条件的限制。采用。缺点是应用时要受一定条件的限制。2.定子绕组串入自耦变压器降压起动定子绕组串入自耦变压器降压起动 定子串电阻或电抗的降压起动虽然在起动定子串电阻或电抗的降压起动虽然在起动时限制了起动电流但起动转矩减小过多，只用时限制了起动电流但起动转矩减小过多，只用于空载或轻载。如果负载较重时，应采用自耦于空载或轻载。如果负载较重时，应采用自耦变压器降压起动。变压器降压起动。22221111221111122211coscos22cos)(4.44602cosICIkNpmpfIkNfmnI EmPTmTmwm

30、wem 起动电流和起动转矩起动电流和起动转矩I1st全压直接起动时的起动电流；全压直接起动时的起动电流； I1st 降压时电降压时电源提供的起动电流源提供的起动电流(即即TA的原边电流的原边电流)；I2电动机的起电动机的起动电流动电流(TA的副边的副边电流电流)U 11N21121221211211UIIIIIIUUNNUUUUststN，设，E1= E2m-I1r1j I1x1U1I0I1- I2j I2 x2I2 -sr2I212 三相异步电动机 回馈制动状态相量图公式推导公式推导 电动机定子绕组内的电流：直接起动时为电动机定子绕组内的电流：直接起动时为I1st ，降压起动时为降压起动时为

31、I2，这时电网供给，这时电网供给TA的电流为的电流为I1st ，从电网输入的电流为从电网输入的电流为I1st = I2 / = I1st/ 2，即，即 I1st = I1Q/ 2 ,说明串入说明串入TA起动后电网供给的电流减起动后电网供给的电流减小了小了2 倍。倍。注注：电动机的起动电流仍减小：电动机的起动电流仍减小倍，倍， I1st = I2 / 而而I1st = I1st/ 2 ，对电网冲击电流减小，只有，对电网冲击电流减小，只有I1st/ 2 倍倍,起动转矩起动转矩Tst U2， Tst = Tst / 2。说明说明 起动电流和起动转矩降低的比值相同，与定子起动电流和起动转矩降低的比值相

32、同，与定子串电阻或电抗的起动方式相比较，在获得同样起动串电阻或电抗的起动方式相比较，在获得同样起动转矩的条件下，这种方法的限流效果好。反之，若转矩的条件下，这种方法的限流效果好。反之，若在相同的起动电流条件下，可获得比较大起动转矩在相同的起动电流条件下，可获得比较大起动转矩故用自耦变压器降压起动的方法能带动较大的负载故用自耦变压器降压起动的方法能带动较大的负载起动。起动。 国产自耦变压器为满足不同的负载要求，其副国产自耦变压器为满足不同的负载要求，其副边一般有三个抽头，可根据允许的起动电流和所需边一般有三个抽头，可根据允许的起动电流和所需的起动转矩任意选择。这种起动方法的缺点：起动的起动转矩任

33、意选择。这种起动方法的缺点：起动设备体积较大，价格高。设备体积较大，价格高。自耦变压器的选择自耦变压器的选择 常用常用QJ3、QJ2系列，用于较大容量，系列，用于较大容量，Y接的鼠接的鼠笼式电动机。笼式电动机。 QJ2的抽头为：的抽头为：55% 64% 73% QJ3的抽头为：的抽头为：40% 60% 80% 其中，其中， QJ2型自耦变压器允许在型自耦变压器允许在4小时内每小时小时内每小时连续起动连续起动5次，每次次，每次1.5秒。秒。 QJ3 型为短时工作制，型为短时工作制，只允许在室温下连续起动两次，以后待冷却后才能只允许在室温下连续起动两次，以后待冷却后才能再行起动。选用时一定要注意这

34、些问题。再行起动。选用时一定要注意这些问题。 例：例：55%抽头意思为抽头意思为N2/N1=1/ =0.55， =1/0.55=1.82 适用于有载起动。适用于有载起动。6.2.4具有高起动转矩的鼠笼电动机具有高起动转矩的鼠笼电动机1.槽深式槽深式特点：槽深特点：槽深h，槽宽，槽宽b，hb，即，即h =(1012)b与普通笼型异步电动机相比，这种电机的主要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，转子导体或是整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。根的铜条，或是铝熔液浇铸而成。示意图示意图123nn10T双 鼠 笼 型 异 步 电 动 机

35、 的 机 械 特 性说明说明 由于气隙和槽导体由于气隙和槽导体(非铁磁材料非铁磁材料)的磁阻大而转的磁阻大而转子铁芯磁阻小，故漏磁通基本上只穿过一次槽导子铁芯磁阻小，故漏磁通基本上只穿过一次槽导体。然后经槽底部铁芯形成闭合回路。体。然后经槽底部铁芯形成闭合回路。 若假想沿槽高把转子导体分成若干并联小导若假想沿槽高把转子导体分成若干并联小导条，它们两端为端环短接，其电压相等，则各小导条，它们两端为端环短接，其电压相等，则各小导条中的电流将按其阻抗的反比例来分配。由上图条中的电流将按其阻抗的反比例来分配。由上图(a)可见槽底部导条链的漏磁通多，则底部漏抗大，槽可见槽底部导条链的漏磁通多，则底部漏抗

36、大，槽顶部导条链的漏磁通少，则顶部漏抗小。由于槽很顶部导条链的漏磁通少，则顶部漏抗小。由于槽很深，则槽底与槽顶漏抗相差甚远，且深，则槽底与槽顶漏抗相差甚远，且x2 f2。分析分析起动时：起动时：n=0，s=1，f2=sf1=f1， f2较高，则较高，则sx2 较较大，大，sx2r2，槽内电流的分布主要取决于漏抗，槽内电流的分布主要取决于漏抗的大的大小。槽顶部漏抗小。槽顶部漏抗sx2小，则电流密度大，槽底部小，则电流密度大，槽底部漏抗漏抗sx2大，则电流密度小。这种把导体中的电流排大，则电流密度小。这种把导体中的电流排挤到挤到槽顶部的作用称趋表效应槽顶部的作用称趋表效应(集肤效应，挤流效应集肤效

37、应，挤流效应)。分析分析 图图(b)中电流密度分布，它是自下而上逐渐增中电流密度分布，它是自下而上逐渐增大，槽底部分导体在流通电流时所起作用很小，就大，槽底部分导体在流通电流时所起作用很小，就相当于导体有效高度及截面积缩小，导体电阻变相当于导体有效高度及截面积缩小，导体电阻变大，从而减小了起动电流，增大了起动转矩。见图大，从而减小了起动电流，增大了起动转矩。见图(c)所示，导体有效截面缩小，故起动时，转子有效所示，导体有效截面缩小，故起动时，转子有效电阻增加，起动性能得改善。电阻增加，起动性能得改善。分析分析 （b）正常运行时，正常运行时，s很小，很小， f2=sf1 很很小，小，x2s=sx

38、2 很小，这时转子电流的大小主要很小，这时转子电流的大小主要由电阻决定。由电阻决定。 r2 sx2，因各处电阻相等，因各处电阻相等，则电流的分布是均匀的，导体截面积全部得则电流的分布是均匀的，导体截面积全部得以利用，而使转子电阻自动减小到较低的正以利用，而使转子电阻自动减小到较低的正常数值。常数值。(集肤效应不明显集肤效应不明显)优缺点优缺点优点优点：起动时转子电阻加大，改善了起动性能，而：起动时转子电阻加大，改善了起动性能，而运行时为正常值，转子电阻仍然较小，不致影响电运行时为正常值，转子电阻仍然较小，不致影响电动机的运行效率。动机的运行效率。 缺点缺点：转子槽漏抗较大，功率因数稍低，最大转

39、矩：转子槽漏抗较大，功率因数稍低，最大转矩倍数稍小，即倍数稍小，即Mm稍小。稍小。特性曲线特性曲线 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NoImage2.双鼠笼式异步电动机双鼠笼式异步电动机结构特点：电动机转子上有两套鼠笼。结构特点：电动机转子上有两套鼠笼。下笼：导体截面大，用电阻系数较小的紫铜下笼：导体截面大，用

40、电阻系数较小的紫铜制成，电阻较小。制成，电阻较小。上笼：导体截面小，上笼：导体截面小，用电阻系数较大的用电阻系数较大的黄铜制成，电阻较黄铜制成，电阻较大。大。NoImage说明说明原理：交流电流的趋表效应由左图可见。上原理：交流电流的趋表效应由左图可见。上笼链的漏磁通少，所以电抗小，而下笼的漏笼链的漏磁通少，所以电抗小，而下笼的漏磁通多，故漏电抗大。上下笼电抗及电阻关磁通多，故漏电抗大。上下笼电抗及电阻关系是：系是：0sin222222222xsrxEIIL分析分析1.起动时：起动时： n=0，s=1，f2=sf1=f1， f2较高，则较高，则sx2 较大，较大， sx2r2，槽内电流的分布主

41、要取，槽内电流的分布主要取决于漏抗的大小。因决于漏抗的大小。因x2f2， x2 r2， x2外外 sx2，即下笼电，即下笼电流大，上笼电流小，下笼起主要作用。故又流大，上笼电流小，下笼起主要作用。故又称下笼为运行笼，其机械特性如图曲线称下笼为运行笼，其机械特性如图曲线2所所示。示。特性特性 曲线曲线3为曲线为曲线1和和2的合成曲线，即为双鼠笼异步电的合成曲线，即为双鼠笼异步电机的机械特性。可见双笼型异步电动机起动转矩较大机的机械特性。可见双笼型异步电动机起动转矩较大具有较好的起动性能。具有较好的起动性能。缺点缺点：转子漏抗较大，功率：转子漏抗较大，功率因数稍低，过载能力比普通因数稍低，过载能力

42、比普通型异步机低，而且用铜量较型异步机低，而且用铜量较多，制造工艺复杂。价格较多，制造工艺复杂。价格较高。一般用于起动转矩要求高。一般用于起动转矩要求较高的生产机械上。较高的生产机械上。NoImage6.3绕线式异步机起动绕线式异步机起动方法：方法：转子串三相对称电阻起动，电阻分级切除转子串三相对称电阻起动，电阻分级切除转子串频敏电阻起动转子串频敏电阻起动6.3.1绕线式电机转子串三相对称电阻起动绕线式电机转子串三相对称电阻起动 起动时，要限制起动电流起动时，要限制起动电流Ist，同时希望有较大，同时希望有较大的起动转矩的起动转矩Tst。现以三级起动为例，即。现以三级起动为例，即 m=3。 1

43、. 分级起动过程分级起动过程 起动前，起动前，KM1、KM2、KM3 加速接触器常开加速接触器常开接点均打开，现使线路接触器接点均打开，现使线路接触器KM线圈导电，其常线圈导电，其常开接点闭合，电动机在串入全部电阻开接点闭合，电动机在串入全部电阻R3下起动，然下起动，然后逐级短接起动电阻，一直加速到稳定运行点后逐级短接起动电阻，一直加速到稳定运行点I点点为止，起动过程结束。起动的快速性和平稳性与起为止，起动过程结束。起动的快速性和平稳性与起动级数动级数m、转矩、转矩Tst1及及Tst2有关。有关。原理图（原理图（以三级起动为例）QSFRM3KM1FUL1L2L32FUSB1SB2KMKM3KM

44、2FRKM1KM1时间继电器控制绕线式异步电动机起动接线图和起动特性KM3Rst3KM2Rst2KM1Rst1KM3KMKT1KT2KM2KT3KM3KT1KM1KT2KM2KT3KM3(a)接线图b)起动特性TABCDEr2r2+Rst2+Rst3=R2r2+Rst3=R1r2+Rst1+Rst2+Rst=R3nTst1Tst2TL0n1FGHInNKM22221111221111122211coscos22cos)(4.44602cosICIkNpmpfIkNfmnI EmPTmTmwmwem b)起动特性TABCDEr2r2+Rst2+Rst3=R2r2+Rst3=R1r2+Rst1+R

45、st2+Rst=R3nTst1Tst2TL0n1FGHInN2.机械特性的线性化机械特性的线性化异步机的机械特性是非线性的，如图所示异步机的机械特性是非线性的，如图所示常数mwk NfU111144. 4说明说明 分级起动时电机工作在机械特性的工作段，即分级起动时电机工作在机械特性的工作段，即ssm段，在这段中可认为段，在这段中可认为s/smRm，转子电流，转子电流I2大部大部分流过分流过Rm支路，相当于串电阻起动；当支路，相当于串电阻起动；当ns f2 Rm 相当于连续自动切除电阻。同时相当于连续自动切除电阻。同时 f2 sXm 当当n=nN时，时， f2很小，很小， f2 (13)Hz ，

46、 Xm 0， Rm几乎被短路，故涡流很小。起动完毕，阻抗器几乎被短路，故涡流很小。起动完毕，阻抗器被自动切除。被自动切除。特性特性 从以上分析可知，频敏变阻器是一种无触点从以上分析可知，频敏变阻器是一种无触点的变阻器。它结构简单，材料和加工要求低，并的变阻器。它结构简单，材料和加工要求低，并且因没有触点和易磨损元件，寿命长，使用和维且因没有触点和易磨损元件，寿命长，使用和维护方便，有较好的机械特性护方便，有较好的机械特性和起动平滑的优点，但因频和起动平滑的优点，但因频敏变阻器的等效阻抗是一个敏变阻器的等效阻抗是一个非线性时变参数，计算起来非线性时变参数，计算起来相当复杂。工程上用经验公相当复杂

47、。工程上用经验公式或使用表格计算。式或使用表格计算。Tn0n1转子串频敏变阻器的起动特性课后复习要点课后复习要点1.鼠笼异步电动机起动鼠笼异步电动机起动2.绕线异步电动机起动绕线异步电动机起动思考题：思考题：P240 6-7、6-8 、 6-9 、6-10 、 6-11 、6-13作业作业:P241 6-35本次课程内容和教学要求本次课程内容和教学要求内容：内容： 三相异步电动机的各种调速。三相异步电动机的各种调速。要求：要求： 熟悉异步机各种调速原理和机熟悉异步机各种调速原理和机械特性以及应用场合。械特性以及应用场合。6.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速6.4.1异步调速方法异步调

48、速方法异步机异步机变极调速变极调速鼠笼电机鼠笼电机变转差率变转差率 s 调速调速调压调速调压调速滑差电机调速滑差电机调速(电磁离合器调速电磁离合器调速)转子串电阻调速转子串电阻调速转子串电势调速转子串电势调速变频调速变频调速变频机组变频机组交交直直交变频交变频交交交变频交变频6.4.2 变极调速变极调速 变频调速要采用专用变速电机，其转子为鼠笼式变频调速要采用专用变速电机，其转子为鼠笼式根据根据 当当f1一定时，一定时，n11/p，改变极对数，改变极对数p，可变，可变n1。 NSn1n1TnNSTn电动状态制动状态n1n1异步电动机的磁场模型1.变极原理变极原理 电机定子每相绕组由二部分组成，

49、每一部分称电机定子每相绕组由二部分组成，每一部分称为半相绕组，改变其中一个半相绕组的电流方向，为半相绕组，改变其中一个半相绕组的电流方向，电机产生的磁极对数即可改变。如：已知电机绕组电机产生的磁极对数即可改变。如：已知电机绕组接线如下图所示：接线如下图所示：变极原理变极原理 现改变接线，使一个半相绕组的电流反向，则现改变接线，使一个半相绕组的电流反向，则如下图所示。从上面分析可知，如果二个绕组电流如下图所示。从上面分析可知，如果二个绕组电流方向相同，方向相同，2p=4，让一个半相绕组电流反向，让一个半相绕组电流反向，2p=2，则极对数可减半。，则极对数可减半。(b)反向串联或反向并联(2p=2

50、)NSAXa1x1a2x2NSa1a2x1x2NSAXa1x1a2x211222 , 3nnnsIEsrNNNNN变极接线方式变极接线方式2p=4 时，时，n1=1500r/min；2p=2时，时， n1=3000r/min ；二个半相绕组由串二个半相绕组由串并并(电流方向要改变电流方向要改变)极对数减极对数减半，半， n1升高一倍。升高一倍。 改变一个半相绕组的接线方式很多。如下：改变一个半相绕组的接线方式很多。如下：YYYYYY2. 三相绕组的接线方式三相绕组的接线方式1） YYY 变换变换(单星形变双量形单星形变双量形) 三相绕组的每相定子绕组有中心抽头。在三相绕组的每相定子绕组有中心抽

51、头。在Y接接法中，将绕组法中，将绕组1、2、3 端接电源，二个半相绕组电端接电源，二个半相绕组电流相同，设此时极对数为流相同，设此时极对数为2p ，同步转速为，同步转速为n1。YYY 变换变换 在在YY接法中，将接法中，将1、2、3 端都于端都于0点相联，点相联，4、5、6端接电源，端接电源，B、C二相接电源对调，每相二个半二相接电源对调，每相二个半相绕组并联，其中一个半相绕组电流反相，这时，相绕组并联，其中一个半相绕组电流反相，这时，极对数为极对数为p，同步转速为，同步转速为2n1，属恒转矩调速。，属恒转矩调速。2）YY变换变换 在在接线中，端点接线中，端点1、2、3接电源，接电源，4、5、

52、6空空着，二个半相绕组中电流方向相同，设此时极对数着，二个半相绕组中电流方向相同，设此时极对数为为2p， 同速转速为同速转速为n1。YY变换变换 在在YY接线中，接线中，1、2、3端点连在一起，端点连在一起，4、5、6端点接电源，其中一个半相绕组电流反向，这时，端点接电源，其中一个半相绕组电流反向，这时，极对数为极对数为p，同步转速为，同步转速为2n1，(近似近似)属恒功率调速属恒功率调速 3.容许输出功率和转矩容许输出功率和转矩输出功率：输出功率： P2=P1=3U1I1 cos式中：式中：为电动机的效率，为电动机的效率， P1为电动机的输入功率，为电动机的输入功率， U1为电动机定子相电压

53、，为电动机定子相电压，I1为电动机定子相电流；为电动机定子相电流； cos为电动机定子的功率因数。为电动机定子的功率因数。现假设变极前后，现假设变极前后， 和和cos保持不变，则保持不变，则P2 U1I1。已知已知 T=Pem/1， 1 =2f1/p，则，则T=Pem p / 2f1 。 设设Pem = P1(忽略定子损耗忽略定子损耗)， T= 3U1I1cos p / 2f1 所以有所以有 T U1I1 p分析分析 为使电机得到充分利用，在变极前后均使电动为使电机得到充分利用，在变极前后均使电动机绕组内流过额定电流，即保持半相绕组电流为机绕组内流过额定电流，即保持半相绕组电流为I1N 不变。

54、不变。Y 接时：每相电压为接时：每相电压为U1,每相电流为每相电流为I1N，极对数，极对数p=2，故故TYU1 I1N2；YY接时：相电压为接时：相电压为U1，每相电流为，每相电流为2I1N，极对数，极对数 p=1，故，故TYYU12I1N1。 所以有所以有TY= TYY，属恒转矩调速。又因，属恒转矩调速。又因P=T，PYY=2PY，则输出功率不等。，则输出功率不等。分析分析 接时，相电压等于线电压为接时，相电压等于线电压为U1，相电流为，相电流为I1N极对数极对数p=2。 可见，从可见，从-YY变换的变级调速为非恒转矩调速。变换的变级调速为非恒转矩调速。spfsnn160111分析分析 输出

55、功率：输出功率： 可见，从可见，从-YY变换的变极调速亦为非恒功率调变换的变极调速亦为非恒功率调速，但比较接近于恒功率调速方式，故可认为是近速，但比较接近于恒功率调速方式，故可认为是近似恒功率调速，允许输出转矩将减少近一半。似恒功率调速，允许输出转矩将减少近一半。 3/23242/244244123121111ststYYmmYYmxxrrUmYYTTssMfpmT；4. 机械特性机械特性(定性分析定性分析) 由由Tm、Tst及及sm可定性画出机械特性。假设变可定性画出机械特性。假设变极前后每个半相绕组参数相等均为：极前后每个半相绕组参数相等均为：r1/2、x1/2、r2/2、x2 /2。1.

56、Y-YY变换的机械特性变换的机械特性Y接时：二个半相绕组串联参数为：接时：二个半相绕组串联参数为：r1、x1、r2、x2YY接时：二个半相绕组并联参数为：接时：二个半相绕组并联参数为：r1/4、x1/4、r2/4、x2 /4。已知：已知：nm0-TLTLTTmTmnn1nm132三相异步电动机能耗制动机械特性n2n1smYYn1smY0TstYTstYYTmYTmYYT(c)Y-YY变换的机械特性（b）YY接线（a）Y接线Y-YY变极调速接线和机械特性AUNUNBCABCI1I1I1I12I1I1YYY定性分析定性分析由上面公式得：由上面公式得：Y接时：接时：YY接时：接时：定性分析定性分析

57、若拖动恒转矩负载若拖动恒转矩负载时，从时，从Y向向YY变极调速变极调速时，转速从时，转速从nB升到升到nA，几，几乎增加一倍。当负载转矩乎增加一倍。当负载转矩小于小于TmY时，可以实现恒时，可以实现恒转矩调速，变极速由高速转矩调速，变极速由高速降为低速时，电机要经回降为低速时，电机要经回馈制动状态。馈制动状态。 221212221211 12114x x rrsx x r r fpUmTmYmY；-YY变换的机械特性变换的机械特性接时：极对数为接时：极对数为p，同步转矩为，同步转矩为n1，电压为，电压为U1，阻，阻抗为抗为z1=r1+jx1、z2=r2 +jx2 ；YY接时：极对数为接时：极对

58、数为p/2，同步转速为，同步转速为2n1 ，电压为，电压为阻抗为阻抗为z1/4=r1/4+jx1/4、z2/4=r2 /4+jx2 /4；接时有接时有YY接时接时ABCn0 TL 1TL 2T转 速 反 馈 调 压 调 速 系 统 机 械 特 性n1nAnBnCUNU1U23 577.0231223 111111YYNNYYNTTIUIUTTIUTLssLsTTTIEsnTTTIR2222NoImage机械特性机械特性 可见，当负载可见，当负载转矩小于转矩小于TmYY时可时可以实现恒功率调以实现恒功率调速。速。31U4. 应用及注意问题应用及注意问题1)应用应用 a. 变极调速适用变速电机其转

59、子为鼠笼式。变极调速适用变速电机其转子为鼠笼式。 b. 适用于有级调速的场合：适用于有级调速的场合：Y-YY用于恒转矩生产用于恒转矩生产机械，如起重运输等生产机械；机械，如起重运输等生产机械； -YY用于恒功率生用于恒功率生产机械，如各种机床的粗加工和精加工。产机械，如各种机床的粗加工和精加工。 除以上两种变极方法外，还可以利用一套定子除以上两种变极方法外，还可以利用一套定子绕组改变成三种甚至四种极数的电动机，如绕组改变成三种甚至四种极数的电动机，如2、4、8极及极及4、6、8、12极等。这种变极调速的电动机称极等。这种变极调速的电动机称为多速电动机，已较普遍地用于生产机械上为多速电动机，已较

60、普遍地用于生产机械上。注意问题注意问题2)注意问题注意问题 改变定子接线方式时，必须将三相绕组中任意两改变定子接线方式时，必须将三相绕组中任意两相的出线端交换一下，否则电机将反转。相的出线端交换一下，否则电机将反转。3)优缺点优缺点 变极调速的优点：设备简单，运行可靠，机械特变极调速的优点：设备简单，运行可靠，机械特性较硬，可以有恒转矩调速方式和恒功率调速方性较硬，可以有恒转矩调速方式和恒功率调速方式。式。 缺点：转速只能成倍增长，为有级调速。缺点：转速只能成倍增长，为有级调速。应用举例应用举例 为了改善变极调速电动机的调速平滑性，可以为了改善变极调速电动机的调速平滑性，可以综合应用变极调速与