第五章三相异步电机机械特性

1、电力拖动系统是应用电动机来拖动生产机械工作的，由电力拖动系统是应用电动机来拖动生产机械工作的，由于生产机械种类繁多，工艺要求不一，因而电动机种类于生产机械种类繁多，工艺要求不一，因而电动机种类也很多。也很多。按电流种类分：按电流种类分： 交流电动机交流电动机 直流电动机直流电动机电机电机有关磁场的几个物理量有关磁场的几个物理量 1. 1. 磁感应强度磁感应强度B B(磁场强弱和方向)NSNSNNSS电流方向右手螺旋法则有关磁场的几个物理量有关磁场的几个物理量2. 右手定则右手定则 左手定则左手定则 B-B-磁感应强度磁感应强度v-v-速度方向速度方向e-e-感应电势感应电势I-I-电流方向电流

2、方向f-f-电磁力方向电磁力方向n有关磁场的几个物理量有关磁场的几个物理量n3. 电路电路 磁路磁路n电流 I 磁通 n电动势 E 磁通势 Fn电压降 U=IR 磁压降n电阻 R 磁阻 Rmn欧姆定律 磁路欧姆定律RU(E)I mRNIF)(mRFHln涡流：涡流：线圈中通交流时，产生的磁通是交变的。因此，线圈中通交流时，产生的磁通是交变的。因此，不仅要在线圈中产生感应电势，而且在铁心内也要产生不仅要在线圈中产生感应电势，而且在铁心内也要产生感应电势和感应电流，这种感应电流就叫做感应电势和感应电流，这种感应电流就叫做“涡流涡流”。n涡流在垂直于磁通方向的平面内环绕着，涡流在垂直于磁通方向的平面

3、内环绕着，涡流损耗涡流损耗也要引起铁心发热也要引起铁心发热彼此绝缘钢片彼此绝缘钢片硅钢片硅钢片n磁滞：磁滞：磁感应强度滞后于磁场强度变化。磁滞损耗会引磁感应强度滞后于磁场强度变化。磁滞损耗会引起铁心发热起铁心发热铁心用硅钢，磁滞损耗较小。铁心用硅钢，磁滞损耗较小。n功率损耗中的铁损磁滞损耗涡流损耗功率损耗中的铁损磁滞损耗涡流损耗ACACn回转窑n（启动转矩大）直流电机直流电机手推清扫车手推清扫车电脑主板风扇电脑主板风扇USBUSB吸尘器吸尘器大型轧钢机、大型精密机床、矿井卷扬机等严格要求线速度一致大型轧钢机、大型精密机床、矿井卷扬机等严格要求线速度一致的地方；的地方；直流电机的用途直流电机的用

4、途n采用直流电源（干电池、蓄电池）的电机采用直流电源（干电池、蓄电池）的电机n输出同样的力矩，要比交流电机小得多输出同样的力矩，要比交流电机小得多n（生活中需要电动机，又使用电池的便携产品）（生活中需要电动机，又使用电池的便携产品）n热水器水泵电机、汽车散热风扇、电脑风扇、收录机电机、热水器水泵电机、汽车散热风扇、电脑风扇、收录机电机、USBUSB吸尘器、电动自行车、飞机、剔须刀、吸尘器、电动自行车、飞机、剔须刀、VCDVCD、激光扫描仪、激、激光扫描仪、激光打字机、电动玩具、振动功能光打字机、电动玩具、振动功能n直流电机直流电机直流电机: : 将电能转换成机械能的直流电动机将电能转换成机械能

5、的直流电动机; ; 将机械能转换成电能的直流发电机将机械能转换成电能的直流发电机; ;对于用来拖动其他机械工作的电动机而言，对于用来拖动其他机械工作的电动机而言，我们最关心的是其输出转矩和转速我们最关心的是其输出转矩和转速nnKTnTKKRRKUnteadae002直流电机机械特性的表达式：直流电机机械特性的表达式：调速要求高的生产机械，如龙门刨床；调速要求高的生产机械，如龙门刨床；需要较大启动转矩的生产机械，如起重机械需要较大启动转矩的生产机械，如起重机械他励直流电动机他励直流电动机确定固有机械特性：确定固有机械特性：两个点：两个点：理想空载点理想空载点( (0 0, ,n n0 0) )额

6、定运行点（额定运行点（T TN N，n nN N） T TN N=P=PN N/ /w2TKKRKUnteae他励直流电动机他励直流电动机atIKT固有机械特性固有机械特性在额定条件（额定电压在额定条件（额定电压U UN N和额定磁通和额定磁通N N）下）下, ,电枢电路电枢电路内不外接任何电阻时的内不外接任何电阻时的n=f(T)n=f(T)。人为机械特性人为机械特性人为机械特性是指人为地改变电人为机械特性是指人为地改变电动机电枢外加电压和励磁磁通的动机电枢外加电压和励磁磁通的大小以及电枢回路串接附加电阻大小以及电枢回路串接附加电阻所得到的机械特性。所得到的机械特性。他励直流电动机他励直流电动

7、机TKKRRKUnteadae2直流电动机：直流电动机：启动性能、调速性能好启动性能、调速性能好可以实现可以实现无级调速无级调速（优点）（优点）, ,在正反转频繁、启动制动频繁的生产机械如在正反转频繁、启动制动频繁的生产机械如金属切削机床、轧钢机、起重机等传统的模拟控制系统中应用多金属切削机床、轧钢机、起重机等传统的模拟控制系统中应用多; ;直流电机直流电机缺点：结构复杂，消耗有色金属多，生产成本高（有电刷、换向缺点：结构复杂，消耗有色金属多，生产成本高（有电刷、换向器），运行维护困难；器），运行维护困难； 易燃易爆场所直流电动机根本无法使用。易燃易爆场所直流电动机根本无法使用。几个基本概念：

8、几个基本概念：3 3制动与启动制动与启动2 2制动与自然停车制动与自然停车 如风机制动、刨床制动如风机制动、刨床制动4 4电动机工作在制动状态下的两种情况电动机工作在制动状态下的两种情况 1 1）使迅速减速或停车；）使迅速减速或停车； 2 2）限制位能负载的下降速度。）限制位能负载的下降速度。1 1电动机的两种工作状态：电动状态；制动状态电动机的两种工作状态：电动状态；制动状态二、四象限才为制动二、四象限才为制动电动状态：电动机发出的T和n方向相同；制动状态：（发电状态）转矩T转速n方向相反。 交流电动机的分类：交流电动机的分类：交流电动机交流电动机 异步电动机异步电动机 同步电动机同步电动机

9、 三相电动机三相电动机单相电动机单相电动机第五章第五章 交流电动机的工原理及特性交流电动机的工原理及特性交流电动机定子 转子 铁芯绕组机座铁芯绕组线绕式鼠笼式n5.1.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机主要由定子和转子两个部分组成三相异步电动机主要由定子和转子两个部分组成, ,在定子和转子之间有一定的气隙在定子和转子之间有一定的气隙 第五章第五章 交流电动机的工作原理及特性交流电动机的工作原理及特性5.1 5.1 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构和工作原理三相交流电定子三相绕组N-S主磁场以n0顺时针旋转nTFieM顺时针T TM M产生条件是产生条件是n n0 0和

10、和n n相对运动相对运动1 . 500nnnS转差率n0同步转速n转子转速n5.1.2 5.1.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理n三相异步电机的工作原理，三相异步电机的工作原理，n是基于定子旋转磁场和转子电流的相互作用是基于定子旋转磁场和转子电流的相互作用n转子电流的产生和电能的传递是基于电磁感转子电流的产生和电能的传递是基于电磁感应现象应现象感应电动机感应电动机n5.1.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理5.1.3 5.1.3 三相异步电动机的旋转磁场三相异步电动机的旋转磁场1.旋转磁场的产生旋转磁场的产生34sin32sinsintIitIitIimc

11、mBmA1.旋转磁场的产生旋转磁场的产生CBAiiit0006CBAiiiTtCBAiiiTt03CBAiiiTt02ttTtt020主磁场N-S顺时针旋转180度（旋转磁场n0在一对极,p=1）5.1.3 5.1.3 三相异步电动机的旋转磁场三相异步电动机的旋转磁场34sin32sinsintIitIitIimcmBmA2. 旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向三相交流电流最大值到达的顺三相交流电流最大值到达的顺序（序（相序相序）决定电动机）决定电动机转向。转向。ABC ABC 电流电流ABC ABC 定子绕组（定子绕组（顺时旋转顺时旋转）ABC 电流ACB 定子绕组（逆时旋转）5.1.3

12、5.1.3 三相异步电动机的旋转磁场三相异步电动机的旋转磁场要改变旋转磁场的旋转方向要改变旋转磁场的旋转方向（亦即改变电动机的旋转方向），（亦即改变电动机的旋转方向），只要把定子绕组接到电源的三根导只要把定子绕组接到电源的三根导线中的任意两根对调即可。线中的任意两根对调即可。ttTtt020ttTtt020磁场旋转磁场旋转900电流变化进过一个周期，旋转磁场在空间电流变化进过一个周期，旋转磁场在空间旋转一周；旋转一周；若电流频率为若电流频率为f f，旋转磁场每分钟将旋转，旋转磁场每分钟将旋转60f60f周，即周，即n n0 060f60f一对磁极一对磁极两对磁极两对磁极3. 旋转磁场的极对数与

13、旋转速度旋转磁场的极对数与旋转速度3. 四极旋转磁场与旋转速度四极旋转磁场与旋转速度5 . 5600pfn 旋转磁场转速（同步速）n0r/minfHZ p极对数（p=1、2、3）min/9801480288010001500300032150000rnnnnnnPPPHfZPfSnpfnnnnS/6016010005.1.3 5.1.3 三相异步电动机的旋转磁场三相异步电动机的旋转磁场功率相同条件下功率相同条件下, ,同步转速越低同步转速越低, ,体积越大体积越大, ,价格也越贵。价格也越贵。因此选用高速电机较为经济因此选用高速电机较为经济. .如极对数如极对数P P1 1或或2 2nY180

14、M-2Y180M-2n2 2表示有两个磁极，即极对数表示有两个磁极，即极对数P=1 P=1 n定子三相绕组的连接方式定子三相绕组的连接方式(Y(Y型或型型或型) )需视电源的线电需视电源的线电压而定。压而定。第五章 交流电动机的工原理及特性 5.1.4 5.1.4 定子绕组线端连接方式定子绕组线端连接方式 线电压线电压：两相绕组首端之间的电压，用：两相绕组首端之间的电压，用U U1 1表示；表示； 相电压相电压：每相绕组首、尾之间的电压，用：每相绕组首、尾之间的电压，用U U相相表示。表示。 对于星形接法：对于星形接法：相相UU31 对于三角形接法：对于三角形接法： 相相UU 1第五章 交流电

15、动机的工原理及特性 5.2.3 三相异步电动机的额定值 电动机在制造工厂所拟定的情况下工作时，称为电动机的电动机在制造工厂所拟定的情况下工作时，称为电动机的额定运行额定运行，通常用额定值来表示其运行条件，这些数据大部分都标，通常用额定值来表示其运行条件，这些数据大部分都标明在电动机的铭牌上。明在电动机的铭牌上。 第五章 交流电动机的工原理及特性 5.2.3 三相异步电动机的额定值n电动机铭牌上的额定数据电动机铭牌上的额定数据n型号型号 如如Y90S-4Y90S-4n额定功率额定功率P PN N ( (输出的机械功率输出的机械功率) )n额定电压额定电压 U UN N (220/380V (22

16、0/380V /Y)/Y)n额定频率额定频率f (50Hf (50HZ Z) )n额定电流额定电流I IN N (10.35/5.9A (10.35/5.9A /Y)/Y)n额定转速额定转速n nN N ( (额定转差率额定转差率S SN N) )n工作方式工作方式 ( (定额：定额：连续连续, ,短时重复短时重复, ,短时短时 ) )n温升温升( (或绝缘等级或绝缘等级) )n电动机重量电动机重量第五章第五章 交流电动机的工原理及特性交流电动机的工原理及特性 5.2.3 5.2.3 三相异步电动机的额定值三相异步电动机的额定值2)2)额定效率额定效率N N 电机的效率越高越节能电机的效率越高

17、越节能%100cos3NNNNNIUP3)3)额定转矩额定转矩T TN N 在额定转速下输出额定功率时轴上的负载转矩在额定转速下输出额定功率时轴上的负载转矩 电动机铭牌上不标的额定数据电动机铭牌上不标的额定数据1)1)额定功率因数额定功率因数coscosN N 电机技术经济指标，影响电机本身材料的利用率电机技术经济指标，影响电机本身材料的利用率第五章 交流电动机的工原理及特性 5.2.4 三相异步电动机的能流图输入定子的电功率定子电路中的铜损定子电路中的铜损转子电路中的铜损转子电路中的铜损f2很小，铁损忽略输入转子的输入转子的电磁功率电磁功率铁损铁损( (磁滞和磁滞和涡流损耗涡流损耗) )机械

18、损失机械损失功率功率电机的机械功率电机的机械功率1111cos3IUP 输出机械功率（铭牌标示值）输出机械功率（铭牌标示值）TM-TL=Td第五章第五章 交流电动机的工原理及特性交流电动机的工原理及特性 5.2.4 5.2.4 三相异步电动机的能流图三相异步电动机的能流图23. 51112PPPPP电动机的效率NNNP9 . 07 . 0 T-电动机的电磁转矩电动机的电磁转矩T2-电动机的输出转矩电动机的输出转矩24. 555. 9222nPPTTPTPe22电动机的输出功率电动机的输出功率忽略铜损忽略铜损27. 5220222222022212SXRUSRKSXRUSRKTU,U1-定子绕组

19、相电压，电源电压；R2-转子每相绕组的电阻；X20-n=0时转子每相绕组的感抗；K-三相异步电动机的转矩常数。112 fPmK 5.5.3 3 三相异步电动机的三相异步电动机的转距与机械特性转距与机械特性5.3.15.3.1三相异步电动机的三相异步电动机的转转矩矩选择合适的电机型号选择合适的电机型号第五章第五章 交流电动机的工原理及特性交流电动机的工原理及特性 5.5.3.2 3.2 三相异步电动机的三相异步电动机的机械特性机械特性27. 5220222222022212SXRUSRKSXRUSRKT 1固有机械特性固有机械特性 异步电动机在异步电动机在额定电压和额定频率下，额定电压和额定频率

20、下，用规定的接线方式，定子和转子电路中用规定的接线方式，定子和转子电路中不串联任何电阻或电抗时的机械特性不串联任何电阻或电抗时的机械特性称称为固有（自然）机械特性。为固有（自然）机械特性。00nnnS 从特性曲线上可以看出，其上有四个特殊从特性曲线上可以看出，其上有四个特殊点可以决定特性曲线的基本形状和异步电点可以决定特性曲线的基本形状和异步电动机的运行性能动机的运行性能n1. 1. 固有机械特性固有机械特性1)1)理想空载点：理想空载点： 转速转速n n0 0(=60(=60f f/p)/p)27. 52202222SXRUSRKT第五章第五章 交流电动机的工原理及特性交流电动机的工原理及特

21、性 5.5.3.2 3.2 三相异步电动机的三相异步电动机的机械特性机械特性额定电压和额定功率下，规定接额定电压和额定功率下，规定接线方式，电路不串接阻性元件线方式，电路不串接阻性元件 0010 S,nn,T电动机处于理想空载工作电动机处于理想空载工作点，此时电动机的转速为点，此时电动机的转速为理想空载转速。理想空载转速。n1. 1. 固有机械特性固有机械特性2)2)额定工作点额定工作点T=TT=TN NNnPTNN55. 9 0N0NnnnS PN电动机的额定功率；电动机的额定功率； nN电动机的额定转速，一般电动机的额定转速，一般 SN电动机的额定转差率，一般电动机的额定转差率，一般 TN

22、电动机的额定转矩。电动机的额定转矩。此时额定转矩和额定转差率为此时额定转矩和额定转差率为 0N)985. 094. 0(nn 015. 006. 0N Sn执行元件的匹配选择：执行元件的匹配选择：n1.1.转矩匹配；转矩匹配；2.2.功率匹配功率匹配( (过热验算、过载验算过热验算、过载验算) ) 1, 0,3st SnTT电动机的启动工作点。电动机的启动工作点。 将将S=1代入转矩公式中，可得代入转矩公式中，可得2202222stXRURKT 异步电动机的启动转矩异步电动机的启动转矩Tst与与U、 R2及及X20有关。有关。当当施加在定子每相绕组上的电压降低时，施加在定子每相绕组上的电压降低

23、时，启动转矩会明显减小；启动转矩会明显减小；当转子电阻适当增大时，启动转矩当转子电阻适当增大时，启动转矩会增大；会增大；而若增大转子电抗则会使启动转矩大而若增大转子电抗则会使启动转矩大为减小。为减小。 通常把在固有机械特性上启动转通常把在固有机械特性上启动转矩矩Tst与额定转矩与额定转矩TN之比之比 st=Tst/TN 作为衡量异步电动机启动能力的一个作为衡量异步电动机启动能力的一个重要数据。一般重要数据。一般 2 . 10 . 1st 电动机的启动工作点。电动机的启动工作点。 2202222stXRURKT n执行元件的匹配选择：执行元件的匹配选择：n1.1.转矩匹配；转矩匹配；2.2.功率

24、匹配功率匹配( (过热验算、过载验算过热验算、过载验算) ) mmmax,4SSnnTT 电动机的临界工作点。电动机的临界工作点。欲求转矩的最大值，可令欲求转矩的最大值，可令 0 dndT得临界转差率得临界转差率 202m/ XRS 再将再将Sm代入转矩公式中，即可得代入转矩公式中，即可得202max2XUKT 通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩之比额定转矩之比Nmaxm/TT 称为电动机的过载能力系数。它表征了称为电动机的过载能力系数。它表征了电动机能够承受冲击负载的能力大小，电动机能够承受冲击负载的能力大小，是电动机的又一个重要运行参数。是电动

25、机的又一个重要运行参数。 鼠笼式异步电动机鼠笼式异步电动机 2 . 28 . 1m 线绕式异步电动机线绕式异步电动机8 . 25 . 2m mmmax,4SSnnTT 电动机的临界工作点。电动机的临界工作点。在电机工作过程中，负载变化在电机工作过程中，负载变化（冲击）不能（冲击）不能TTmaxmax。n执行元件的匹配选择：执行元件的匹配选择：n1.1.转矩匹配；转矩匹配；2.2.功率匹配功率匹配( (过热验算、过载验算过热验算、过载验算) )2人为机械特性人为机械特性 异步电动机的机械特性与电动机的异步电动机的机械特性与电动机的参数有关，也与外加电源电压、电参数有关，也与外加电源电压、电源频率

26、有关，将关系式中的参数人源频率有关，将关系式中的参数人为地加以改变而获得的特性称为异为地加以改变而获得的特性称为异步电动机的人为机械特性。步电动机的人为机械特性。 n2. 2. 人为机械特性人为机械特性27. 52202222SXRUSRKT降低电源电压的人为特性降低电源电压的人为特性定子电路串入电阻或电抗定子电路串入电阻或电抗改变电源频率时的特性改变电源频率时的特性转子电路串入电阻（绕线式电动机）转子电路串入电阻（绕线式电动机）第五章第五章 交流电动机的工原理及特性交流电动机的工原理及特性 5.5.3.2 3.2 三相异步电动机的三相异步电动机的机械特性机械特性112 fPmK21. 522

27、022202SXRSEIn2. 2. 人为机械特性之一人为机械特性之一n降低电源电压的人为特性降低电源电压的人为特性32. 5231. 5/5 . 5/60202max2020XUKTXRSPfnm异步电动机对电网电压波动敏感。异步电动机对电网电压波动敏感。电压降低太多，会大大降低其过载电压降低太多，会大大降低其过载能力和启动转矩能力和启动转矩例如额定负载例如额定负载T TN N, ,m m=2=2, ,电压降为电压降为70%70%T Tmaxmax=m m* *T TN N(U/U(U/UN N) )2 2=2=2* *0.70.72 2* *T TN N =0.98T TN N 电动机停转

28、。电网电压下降，电动机停转。电网电压下降，负载不变，电动机转速下降，负载不变，电动机转速下降， S S、I I2 2增加增加“闷车闷车”0.25Tmax0.64Tmax第五章第五章 交流电动机的工原理及特性交流电动机的工原理及特性 5.5.3.2 3.2 三相异步电动机的三相异步电动机的机械特性机械特性27. 52202222SXRUSRKT Nmax2202222st202max0m0202m0260TTXRURKTXUKTnnnXRSpfn n2. 2. 人为机械特性之一人为机械特性之一n降低电源电压的人为特性降低电源电压的人为特性电压降低后特性变化的特点电压降低后特性变化的特点：1.n0

29、、 Sm不变；不变；2.Tmax大大减小大大减小,对对U敏感敏感(不能降过多不能降过多)3.机械特性变软；机械特性变软；4.TL不变下不变下,n SI温度升高。温度升高。27. 52202222SXRUSRKT失压保护失压保护过电流保护过电流保护n2. 人为机械特性之二n定子电路串入电阻或电抗 特性变化的特点特性变化的特点：n0、 Sm不变；不变；Tmax比较大的减小（同降比较大的减小（同降压引起压引起Tmax下降相比；下降相比；1. 机械特性变软；机械特性变软；第五章第五章 交流电动机的工作原理及特性交流电动机的工作原理及特性 5.5.3.2 3.2 三相异步电动机的三相异步电动机的机械特性

30、机械特性27. 52202222SXRUSRKTn2. 人为机械特性之三n改变电源频率时的特性较复杂，因为E1、X1、cos、n0、S都与f1有关 第五章第五章 交流电动机的工作原理及特性交流电动机的工作原理及特性 5.5.3.2 3.2 三相异步电动机的三相异步电动机的机械特性机械特性一般变频调速采用恒转矩调速一般变频调速采用恒转矩调速 希望最大转矩希望最大转矩T Tmaxmax保持定值保持定值32. 52202maxXUKT-使U/f=Cn实质使磁通保持不变=U1/4.44f1N1K1 保持不变 fKfXTTXRURKTXUKTnnnXRSpfn1,26020Nmax2202222st20

31、2max0m0202m0注意到：注意到： fn 0fS/1m fT/1st 不变maxTn2. 人为机械特性之三n改变电源频率时的特性较复杂，因为E1、X1、cos、n0、S都与f1有关 n0、 Sm=R2/X20改变改变，启动转矩增大，启动转矩增大，最大转矩不变，最大转矩不变，机械特性基本不机械特性基本不变；变；n2. 人为机械特性之四n转子电路串入电阻（绕线式电动机） 特性变化的特点： Sm增大，机械特性变软；CTXUKTXRSPfnmmax202max202032. 5231. 5/5 . 5/60第五章第五章 交流电动机的工作原理及特性交流电动机的工作原理及特性5.5.3.2 3.2

32、三相异步电动机的三相异步电动机的机械特性机械特性27. 52202222SXRUSRKTn执行元件的匹配选择：执行元件的匹配选择：n1.1.转矩匹配；转矩匹配；2.2.功率匹配功率匹配( (过热验算、过载验算过热验算、过载验算) ) 采用电动机拖动生产机械，对电动机启动的主要要求如下。采用电动机拖动生产机械，对电动机启动的主要要求如下。 （1 1）有足够大的启动转矩，保证生产机械能正常启动。一般）有足够大的启动转矩，保证生产机械能正常启动。一般场合下希望启动越快越好，以提高生产效率。即要求电动机的启动场合下希望启动越快越好，以提高生产效率。即要求电动机的启动转矩大于负载转矩，否则电动机不能启动

33、。转矩大于负载转矩，否则电动机不能启动。 （2 2）在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好。因）在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好。因为过大启动电流的冲击，对于电网和电动机本身都是不利的。为过大启动电流的冲击，对于电网和电动机本身都是不利的。 （3 3）要求启动平滑，即要求启动时加速平滑，以减小对生产）要求启动平滑，即要求启动时加速平滑，以减小对生产机械的冲击。机械的冲击。 （4 4）启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便。）启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便。 （5 5）启动过程中的功率损耗越小越好。）启动过程中的功率损耗越小越好。 5.4 5.4 三相异步电动机的启

34、动特性三相异步电动机的启动特性 5.4 5.4 三相异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动特性n三相异步电动机的启动要求三相异步电动机的启动要求n启动转矩要足够大；启动越快越好；启动转矩要足够大；启动越快越好；n满足启动转矩要求下，启动电流要小。满足启动转矩要求下，启动电流要小。22022202222coscos1SXRSEIIkTSstststtstst较低NstNstIITT755 . 18 . 02对电网对电网对电机对电机启动瞬时，启动瞬时，异步电机的启动性能与生产机械要求相矛盾异步电机的启动性能与生产机械要求相矛盾不同启动方法不同启动方法n鼠笼式异步电动机的启动方法n1. 直接启动（

35、全压）35. 5443%20电动机功率电源总容量频繁时用经验公式没有独立变压器，启动变压器容量的电动机功率NstII 5.4 5.4 三相异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动特性启动不频繁时30%有独立变压器供电时，有独立变压器供电时，P67 P67 例例一般一般7.5kw7.5kw以下可直接启动以下可直接启动,7.5kw,7.5kw以上用公式以上用公式5.355.35一般一般7.5kw7.5kw以下可直接启动以下可直接启动,7.5kw,7.5kw以上用公式以上用公式5.355.35n鼠笼式异步电动机的启动方法n2. 串电阻、电抗缺点：缺点：启动转矩与电压平启动转矩与电压平方关系下降，机械

36、方关系下降，机械特性变软，适于空特性变软，适于空载轻载场合载轻载场合电阻器消耗能量大，电阻器消耗能量大，不适合经常启动的不适合经常启动的电动机；电抗器体电动机；电抗器体积大，贵积大，贵 5.4 5.4 三相异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动特性n鼠笼式异步电动机的启动方法n3. Y-IstY=Ist/3TstY=Tst/3优点优点: :简单、经济、启动电流小。简单、经济、启动电流小。缺点缺点: :启动转矩小，不能调节，故启动转矩小，不能调节，故只适于轻载或空载启动、且正常只适于轻载或空载启动、且正常工作方式为接线的异步电机工作方式为接线的异步电机 5.4 5.4 三相异步电动机的启动特性

37、三相异步电动机的启动特性n鼠笼式异步电动机的启动方法n4. 自耦变压器优点优点：电压可调、电流小。：电压可调、电流小。缺点缺点：变压器体积大、价格高。：变压器体积大、价格高。启动时过电流，应用于不频繁启动时过电流，应用于不频繁启动、启动转矩大、容量大的启动、启动转矩大、容量大的电机。电机。副边电压与原边电压之比：电动机定子电流电动机定子电流( (副边电流副边电流) )IstIst为全压启动电流为全压启动电流变压器原边电流变压器原边电流P70 例Y Y启动启动K K为定值；为定值；自耦启动，自耦启动，K K可调可调5.5.软启动器软启动器n有级启动如一级启动，启动过程中有两次电流冲击有级启动如一

38、级启动，启动过程中有两次电流冲击n软启动器软启动器n软起动器是一种集软停车、轻软起动器是一种集软停车、轻载节能和多种保护功能于一体载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制装置。的新颖电机控制装置。n软启动器是近年来新发展起来的软启动器是近年来新发展起来的启动设备，大有取代传统的自耦启动设备，大有取代传统的自耦减压、星减压、星- -角等启动器的趋势。角等启动器的趋势。n只能调节输出电压只能调节输出电压, ,达到控制启动时达到控制启动时的电压降、限制启动电流的目的。的电压降、限制启动电流的目的。n一般的软启动器不能调节电源频率一般的软启动器不能调节电源频率, ,也就不能象变频器那样从零频零压也就不

39、能象变频器那样从零频零压开始启动电动机开始启动电动机, ,实现无冲击启动。实现无冲击启动。n实际上软启动器在启动设备时还是实际上软启动器在启动设备时还是要产生一定的冲击电流的要产生一定的冲击电流的5.5.软启动器软启动器软起动器启动电流小，启动平稳软起动器启动电流小，启动平稳可靠，无振动，对电网冲击小，可靠，无振动，对电网冲击小，n绕线式异步电动机的启动方法绕线式异步电动机的启动方法n逐级切除逐级切除优点优点：电流小；电流小；启动转矩大。启动转矩大。缺点缺点：电阻上的损耗大。电阻上的损耗大。手动不易控制；手动不易控制；自动费用高维修烦自动费用高维修烦 5.4 5.4 三相异步电动机的启动特性三

40、相异步电动机的启动特性绕线式，能在转子中串电阻绕线式，能在转子中串电阻第五章 交流电动机的工原理及特性5 5.5 .5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性36. 560)1 ()1 (0PfSSnn只要改变只要改变T Tmax max 、S Sm m、f f、p p就可改变转速就可改变转速n n34. 5/2maxSSSSTTmm12maxmaxTTTTSSm11602maxmaxTTTTSpfnm32. 52202maxXUKT电风扇的调速电风扇的调速电风扇的调速电风扇的调速 2. 2. 人为机械特性之二人为机械特性之二定子电路串入电阻或电抗定子电路串入电阻或电抗 电感法；电感

41、法； 电容法；电容法； 电子法电子法55 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性 一、调压调速一、调压调速改变电源电压时的人为机械改变电源电压时的人为机械特性如图所示：特性如图所示： 特点：特点： 1. 高速工作时，调速范围不大；高速工作时，调速范围不大； 2. 低速工作时，转子电路电流大，容易烧坏电动机低速工作时，转子电路电流大，容易烧坏电动机 。 11602maxmaxTTTTSpfnm只要改变只要改变T Tmax max 、S Sm m、f f、p p就可改变转速就可改变转速n n32. 52202maxXUKTn5.5.1 改变极对数调速改变极对数调速5.5 5.5 三相异步

42、电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性11602maxmaxTTTTSpfnm变极对数调速变极对数调速 多速多速鼠笼电机鼠笼电机(线绕式，改变线绕式，改变P接线复杂接线复杂)对于需要调速的机械，可根据调速范围及连续平滑程度选对于需要调速的机械，可根据调速范围及连续平滑程度选择电动机。择电动机。生产中，大量的生产机械并不需要连续平滑调速，只需要生产中，大量的生产机械并不需要连续平滑调速，只需要几种特定的转速，如只要求几种转速的有级变速的小功率几种特定的转速，如只要求几种转速的有级变速的小功率机械，且对启动性能要求不高，一般只在空载或轻载启动机械，且对启动性能要求不高，一般只在空载或轻载启动可选

43、用变级变速电动机可选用变级变速电动机( (双速、三速、四速双速、三速、四速) )。n5.5.1 改变极对数调速改变极对数调速5.5 5.5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性单绕组双速电动机：单绕组双速电动机：定子每相绕组由两个定子每相绕组由两个“半半绕组绕组”组成组成11602maxmaxTTTTSpfnmn5.5.1 改变极对数调速改变极对数调速P=2P=1P=2P=15.5 5.5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性11602maxmaxTTTTSpfnmnYY=2nY，T不变，恒转矩调速不变，恒转矩调速nYY=2n,T减小,恒功率调速恒功率调速图5.39多速

44、电机的调速性质与连接方式有关多速电机的调速性质与连接方式有关低速时低速时:QB:QB处于处于1 1位位, ,型接法型接法,p=2,p=2,低速运行低速运行高速时高速时:QB:QB处于处于2 2位位,YY,YY型型,p=1,p=1,高速运行高速运行n5.5.1 改变极对数调速改变极对数调速体积大，结构简单；体积大，结构简单；有级调速；有级调速；用于中小机床用于中小机床;替代齿轮箱替代齿轮箱5.5.1 5.5.1 改变极对数调速改变极对数调速n刮板输送机刮板输送机n采用双速电动机，高低速绕组自动采用双速电动机，高低速绕组自动切换，以检测电流的方式来切换，适应切换，以检测电流的方式来切换，适应低速启

45、动、高速运行的要求低速启动、高速运行的要求n水泵机组，一般为单一转速水泵机组，一般为单一转速n采用双速电动机，变单一转速为根据水温或采用双速电动机，变单一转速为根据水温或负荷变化，转速自动改变，可降低耗电量负荷变化，转速自动改变，可降低耗电量调压调速调压调速n主要装置是一个能提供电压变化的电源主要装置是一个能提供电压变化的电源n线路简单，调压过程中转差功率以发热形式消线路简单，调压过程中转差功率以发热形式消耗在转子电阻中，效率较低耗在转子电阻中，效率较低n适用于适用于100kw100kw以下的生产机械以下的生产机械5.5 5.5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性5.5 5.5

46、三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性1 1 调压调速调压调速离心风机类负载，离心风机类负载，调速范围稍大调速范围稍大恒转矩负载，调速范围小恒转矩负载，调速范围小11602maxmaxTTTTSpfnm图5.40Tmax变化n0、Sm不变 1. 1. 高速工作时，调速范围不大；高速工作时，调速范围不大； 2. 2. 低速工作时，转子电路电流大，容易烧坏电动机低速工作时，转子电路电流大，容易烧坏电动机 。 随着转速降低，转子电流增大，可能引起过热而损坏电机。使低速下稳定运行又不过热，要求转子绕组有较高电阻 高转差率电机离心风机离心风机类调速范类调速范围稍大围稍大11602maxmaxT

47、TTTSpfnmn2 转子串电阻调速转子串电阻调速只适用于线绕式；只适用于线绕式；有级调速；有级调速；特性变软；特性变软；低速时（低速时（S大）损耗大；大）损耗大；重复短期运转设备如起重设备重复短期运转设备如起重设备5.5.3 5.5.3 变频调速变频调速n变频调速是当前机电传动控制系统研究的主要内容之一变频调速是当前机电传动控制系统研究的主要内容之一n百年期待盼变频百年期待盼变频n开关器件最关键开关器件最关键n变频变压须简便变频变压须简便n机械特性要领先机械特性要领先n结构简单价低廉；结构简单价低廉；n调速低能失欢颜；调速低能失欢颜；n生产要求转速变；生产要求转速变；n盼望变频近百年；盼望变

48、频近百年；5.5.3 5.5.3 变频调速变频调速 异步电动机的转速正比于定子电源的频率异步电动机的转速正比于定子电源的频率f f，若连续地调，若连续地调节定子电源频率，即可实现连续地改变电动机的转速。节定子电源频率，即可实现连续地改变电动机的转速。额定频率以下恒转矩调速11602maxmaxTTTTSpfnm为保持气隙磁通不变，应使为保持气隙磁通不变，应使U/f=CU/f=CnE1、X1、cos、n0、S都与f1有关 一般变频调速采用恒转矩调速一般变频调速采用恒转矩调速希望最大转矩希望最大转矩T Tmaxmax保持定值保持定值32. 52202maxXUKTn实质使磁通保持不变实质使磁通保持

49、不变n=U=U1 1/4.44f/4.44f1 1N N1 1K K1 1 保持不变保持不变2.2.恒压弱磁调速恒压弱磁调速n额定频率以上调速时，要按比例提高电压比较额定频率以上调速时，要按比例提高电压比较困难，会损坏绝缘层困难，会损坏绝缘层n保持电压保持电压U1U1不变，不变，f1f1升高，升高，mm减弱减弱fNf1f2额定频率以上恒功率调速 额定频率以下，为保持气隙磁通不变，应使U/f=C11602maxmaxTTTTSpfnm32. 52202maxXUKT5.5.3 5.5.3 变频调速变频调速5.5.3 5.5.3 变频调速变频调速n优点：优点：n调速范围宽；调速范围宽；n调速平滑性

50、好；调速平滑性好；n工作特性能达到直流调速系统程度；工作特性能达到直流调速系统程度；n经济效益高经济效益高变变 频频 器器n变频器的工作原理就是把市电（变频器的工作原理就是把市电（380V380V或或220V220V、50Hz50Hz）通过整流器变成平滑直流，然后利用三相逆变器，将通过整流器变成平滑直流，然后利用三相逆变器，将直流电逆变成频率可调的交流电直流电逆变成频率可调的交流电11602maxmaxTTTTSpfnm变变 频频 器器n工业中，低效能老式电动机使用较普遍；工业中，低效能老式电动机使用较普遍；n设计时电机动力一般都有富余量，效率和功率因设计时电机动力一般都有富余量，效率和功率因

51、数低，造成电能浪费；数低，造成电能浪费；n老式设计不能根据工况调节风机、水泵类设备的老式设计不能根据工况调节风机、水泵类设备的输出，电能有浪费输出，电能有浪费n变频节能技术，如对循环水泵变频节能技术，如对循环水泵n泵类负载通常以所输送的液体流量为控制参数泵类负载通常以所输送的液体流量为控制参数n1)1) 阀门控制：借助改变出口阀门开度的大小来调节流量，是机械方法阀门控制：借助改变出口阀门开度的大小来调节流量，是机械方法n2)2)转速控制：借助改变泵的转速来调节流量转速控制：借助改变泵的转速来调节流量n压力压力采用变频调速调节流量是节能的最佳方法采用变频调速调节流量是节能的最佳方法n动态调整节约

52、电能：动态调整节约电能：n通过安装变频器可迅速适应负载变动通过安装变频器可迅速适应负载变动，供给最大效率电压，始终保持电机，供给最大效率电压，始终保持电机的输出高效率运行的输出高效率运行n通过变频器自身的通过变频器自身的V VF F功能节约电能功能节约电能：n在保证电机输出力矩的情况下，可自在保证电机输出力矩的情况下，可自动调节动调节V VF F曲线。减少电机的输出力曲线。减少电机的输出力矩，降低输入电流，达到节能状态矩，降低输入电流，达到节能状态变变 频频 器器变频器自带软启动节约电能变频器自带软启动节约电能n在电机全压启动时，由于电机的启动力矩需要，要从在电机全压启动时，由于电机的启动力矩

53、需要，要从电网吸收电网吸收5757倍的电机额定电流，而大的启动电流既倍的电机额定电流，而大的启动电流既浪费电能，同时给电网造成冲击又引起很大的电压波浪费电能，同时给电网造成冲击又引起很大的电压波动，增加了线路损耗和变压器损耗。动，增加了线路损耗和变压器损耗。n采用变频启动后，启动电流可从采用变频启动后，启动电流可从0 0安升至电机工作电安升至电机工作电流，减少了启动电流对电网的冲击，节约了电能，也流，减少了启动电流对电网的冲击，节约了电能，也减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的机械使用寿命。设备的机械使用寿命。变变 频频 器器n5.

54、6.1 5.6.1 反馈制动反馈制动n5.6.2 5.6.2 反接制动反接制动n1.1.电源反接电源反接n2.2.倒拉反接倒拉反接n5.6.3 5.6.3 能耗制动能耗制动第五章第五章 交流电动机的工原理及特性交流电动机的工原理及特性5.6 5.6 三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性机械抱闸5 56 6 三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性 异步电动机和直流电动机一样，亦有三种制动方式：反馈制动、反异步电动机和直流电动机一样，亦有三种制动方式：反馈制动、反接制动和能耗制动。接制动和能耗制动。 一、反馈制动一、反馈制动 由于某种原因异步电动机的运行速度高于它的同步速度，

55、即由于某种原因异步电动机的运行速度高于它的同步速度，即n n n n0 0，S=(S=(n n0 0- -n n)/)/n n0 00nnn0 0; ;反接制动：易反转，损耗大反接制动：易反转，损耗大能耗制动：准确停车能耗制动：准确停车特点：制动效果不如反接制动强度大，制动平稳，准确停车，特点：制动效果不如反接制动强度大，制动平稳，准确停车，需直流设备，应用于准确停车和下放重物设备上。需直流设备，应用于准确停车和下放重物设备上。n5.6. 3 能耗制动能耗制动 n特点：特点： n1 1为小容量的电动机，从几瓦到几百瓦；为小容量的电动机，从几瓦到几百瓦； n2 2由单相交流电源供电的旋转电机；由

56、单相交流电源供电的旋转电机； n3 3具有结构简单、成本低廉、运行可靠等一系具有结构简单、成本低廉、运行可靠等一系列优点。列优点。 n所以单相异步电动机被广泛用于电风扇、洗衣机、所以单相异步电动机被广泛用于电风扇、洗衣机、电唱机、吸尘器、医疗器械及自动控制装置中。电唱机、吸尘器、医疗器械及自动控制装置中。 第五章 交流电动机的工原理及特性5 5.7 .7 单相异步电动机单相异步电动机5.7 5.7 单相异步电动机单相异步电动机n5.7.15.7.1单相异步电动机的磁场单相异步电动机的磁场38. 5sintBBm交流电源的角频率磁感应强度的幅值mB定子绕组为单相，转子一般为鼠笼式。定子绕组为单相

57、，转子一般为鼠笼式。接入单相交流电源时，在定、转子气隙中产生一个交变脉动磁场接入单相交流电源时，在定、转子气隙中产生一个交变脉动磁场脉动磁特点：脉动磁特点：1.1.没有启动能力；没有启动能力；启动转启动转矩为零矩为零2.2.在外力矩作用下能加速到稳在外力矩作用下能加速到稳定运行状态，转向不固定定运行状态，转向不固定5.7.15.7.1单相异步电动的磁场单相异步电动的磁场n没有启动转矩没有启动转矩n却有运行转矩却有运行转矩启动关键：启动时产生一个旋转磁场启动关键：启动时产生一个旋转磁场n5.7.25.7.2单相异步电动的启动方法单相异步电动的启动方法1.1.电容分相式异步电动机电容分相式异步电动

58、机关键：启动时产生一个旋转磁场关键：启动时产生一个旋转磁场2.2.罩极式异步电动机罩极式异步电动机n5.7.25.7.2单相异步电动的启动方法单相异步电动的启动方法移相电容离心开关iB电流超前iA电流90度关键：启动时产生一个旋转磁场关键：启动时产生一个旋转磁场1.1.电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机2.2.罩极式异步电动机罩极式异步电动机电容分相式启动用于启动转矩较大的电容分相式启动用于启动转矩较大的场合，如空调器、洗衣机场合，如空调器、洗衣机第五章 交流电动机的工原理及特性5 5.7 .7 单相异步电动机单相异步电动机n5.7.2单相异步电动的启动方法2. 罩极式异步电动机向罩极部

59、分移动磁场。产生一个由未罩极一个角度迟后12罩极铜环罩极铜环(约 部分)31n罩极式电机的启动转矩极罩极式电机的启动转矩极小，一般用于小风扇、电小，一般用于小风扇、电唱机、录音机中，容量一唱机、录音机中，容量一般在般在303040W40W下下5.8 5.8 同步电动机的工作原理、特点及应用同步电动机的工作原理、特点及应用n同步电机用于大功率高电压电力传动同步电机用于大功率高电压电力传动n还用于补偿电网功率因数还用于补偿电网功率因数n运行速度恒定，效率高：面粉厂主传动运行速度恒定，效率高：面粉厂主传动轴、破碎机、压缩机、大型水泵、轧钢轴、破碎机、压缩机、大型水泵、轧钢机等都采用同步电机传动。机等

60、都采用同步电机传动。n结构复杂、价格高。结构复杂、价格高。5 5.8 .8 同步电动机的工作原理、特点及应用同步电动机的工作原理、特点及应用40. 5/600Pfnnn不随负载变化，恒定转速。第五章 交流电动机的工原理及特性5 5.8 .8 同步电动机的工作原理、特点及应用同步电动机的工作原理、特点及应用n5.8.3 5.8.3 同步电动机的启动同步电动机的启动同步电动机不同步电动机不能自行启动能自行启动由于惯性转子产生摆动转子未转动时加直流励磁，转子未转动时加直流励磁，产生固定磁场产生固定磁场n5.8.3同步电动机的启动( (采用异步启动的方法采用异步启动的方法) )鼠笼条(启动绕组)QB在