第5章异步电机

1、第第5章章 异步电机异步电机 河北科技大学河北科技大学电气教研室电气教研室 安国庆安国庆电机学电机学5.1 异步电机的结构和运行状态异步电机的结构和运行状态n5.1.1 5.1.1 异步电机的基本结构异步电机的基本结构 三相异步电动机主要由三相异步电动机主要由定子定子和和转子转子两大部分组成为了保证转子能在定子两大部分组成为了保证转子能在定子内自由转动，定、转子之间必须有一内自由转动，定、转子之间必须有一定的间隙，称为定的间隙，称为气隙气隙。 笼型三相异步电动机的结构下面是它主要部件的拆分图。下面是它主要部件的拆分图。1 1、按相数分：单相、三相按相数分：单相、三相2 2、按转子结构分：鼠笼式

2、、绕线式、按转子结构分：鼠笼式、绕线式1定子 ：机座、定子铁心、定子绕组n机座：机座： 中小型异步电动机的机座中小型异步电动机的机座一般都采用铸铁铸成，小一般都采用铸铁铸成，小机座也有用铝合金铸成的。机座也有用铝合金铸成的。大型异步电动机的机座大大型异步电动机的机座大多采用钢板焊接而成。机多采用钢板焊接而成。机座上设有接线盒，用以连座上设有接线盒，用以连接绕组引线和接入电源。接绕组引线和接入电源。为了便于搬运，在机座上为了便于搬运，在机座上面还装有吊环。面还装有吊环。定子铁芯由由0.5mm0.5mm厚厚硅钢片叠压而成硅钢片叠压而成定子铁心为定子的导磁部分定子铁心为定子的导磁部分定子绕组放在定子

3、铁心内圆槽内放在定子铁心内圆槽内为定子的导电部分为定子的导电部分（感应电动势、流过电流）感应电动势、流过电流）2转子：铁芯、绕组和转轴1 1、转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。、转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。 在转子铁芯每个槽中放置导体或绕组在转子铁芯每个槽中放置导体或绕组转子绕组1 1）鼠笼式转子：）鼠笼式转子：转子铁心转子铁心的每个槽内插入一根裸导的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短条，形成一个多相对称短路绕组。路绕组。2 2）绕线式转子：）绕线式转子：对称三相绕组，对称三相绕组，一般接成星型。将三个出线端分一般接成星型。将三个出线端分别接到转轴上三个滑环上，再

4、通别接到转轴上三个滑环上，再通过电刷引出电流。过电刷引出电流。转子转轴气隙 异步电动机的气隙是均匀的。异步电动机的气隙是均匀的。 在中、小型电机中，气隙一般为在中、小型电机中，气隙一般为0.2-1.50.2-1.5毫米。毫米。气隙大小对电机性能有很大的影响。气隙大小对电机性能有很大的影响。气隙大：磁阻大，励磁电流大，气隙大：磁阻大，励磁电流大，功率因数低气隙小：按加工可能功率因数低气隙小：按加工可能及机械安全所限制。及机械安全所限制。5.1.2 三相异步电机的工作原理三相异步电机的工作原理U2U1W2V1W1V21nn1 1、电生磁、电生磁：三相对称绕组通三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋

5、转往三相对称电流产生圆形旋转磁场。磁场。2 2、磁生电、磁生电：旋转磁场切割旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。转子导体感应电动势和电流。3 3、电磁力、电磁力：转子载流（有功转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。为机械能。异步电动机的转速pfns160旋转磁场的转速为一台三相异步电动机的电源频率一台三相异步电动机的电源频率50Hz,50Hz,若该电动机是四极电机，即电动机的极若该电动机是四极电机，即电动机的极对数对数=2=2，电动机的同步转速，电动机

6、的同步转速 pfns160 250601500 r/min 电机的实际转速应略小于电机的实际转速应略小于n ns s5.1.3 异步电机的运行状态异步电机的运行状态n转差率是异步电动机的重要参数之一，在转差率是异步电动机的重要参数之一，在分析异步电动机的运行状态时非常有用。分析异步电动机的运行状态时非常有用。当三相异步电动机在额定负载下运行时，当三相异步电动机在额定负载下运行时，转差率约为转差率约为2%2%5%5%。 sssnnnnns定义转差率定义转差率通常用百分数表示转差率通常用百分数表示转差率 %100ssnnnssnsn)1 ( 计算实例见计算实例见P159例例5-15.1.3 异步电

7、机的运行状态异步电机的运行状态%100ssnnns5.1.4 异步电动机的型号和额定值异步电动机的型号和额定值型号实例：Y132S1-2三相异步电动机三相异步电动机机座中心高机座中心高机座号长短代号机座号长短代号铁心长短代号铁心长短代号极数极数异步电机的额定值额定功率额定功率PN（W，kW）输出的机械功率输出的机械功率定子额定电压定子额定电压U1N（V，kV）线电压值线电压值定子额定电流定子额定电流I1N（A，kA）线电流值线电流值额定频率额定频率fN（Hz）我国我国50Hz额定转速额定转速nN（r/min)额定功率因数额定功率因数cosN额定效率额定效率NNNNNNIUPcos3电动机：三相

8、异步电动机的接法三相异步电动机的接法 (a) 星形接法 ( b)三角形接法U1 V1 W1U2 V2 W2U1 V1 W1W2 U2 V2U1 V1 W1U2 V2 W2首端首端尾端尾端5.2 三相异步电动机的基本方程、三相异步电动机的基本方程、等效电路和相量图等效电路和相量图n5.2.1 转子绕组开路时的绕线式异步电动机转子绕组开路时的绕线式异步电动机 转子绕组开路，没有电流通过，因此转转子绕组开路，没有电流通过，因此转子是静止不动的，此时的异步电动机和变压子是静止不动的，此时的异步电动机和变压器空载运行是相似的。异步电动机的定子绕器空载运行是相似的。异步电动机的定子绕组相当于变压器的一次绕

9、组，而异步电动机组相当于变压器的一次绕组，而异步电动机的转子绕组相当于变压器的二次绕组。的转子绕组相当于变压器的二次绕组。 1. 主磁通与定子漏磁通主磁通与定子漏磁通 主磁通主磁通同时交链定、转子绕组，其路同时交链定、转子绕组，其路径为：定子铁心径为：定子铁心气隙气隙转子铁心转子铁心气隙气隙定子铁心。主磁通起传递能量的作用。定子铁心。主磁通起传递能量的作用。漏磁通包括：槽漏磁通、端部漏磁通和谐波漏磁通 除了主磁通以外的磁通称为除了主磁通以外的磁通称为漏磁通漏磁通，它包，它包括槽漏磁通、端漏磁通和高次谐波磁通。括槽漏磁通、端漏磁通和高次谐波磁通。漏磁通只起电抗压降作用。漏磁通只起电抗压降作用。

10、2. 感应电动势感应电动势(拿单相分析拿单相分析) 转子不动时，主磁通以同步转速切割定子和转子绕组，感应电动势，可表示为： 同样，漏磁通也在绕组中感应漏电动势，与变压器类似，漏电动势用漏抗压降来表示，有： 2220EjI x =03. 励磁电流励磁电流n在定子、转子铁心中产生在定子、转子铁心中产生磁滞磁滞和和涡流涡流损耗，损耗，即即铁耗铁耗。n和变压器类似，和变压器类似，励磁电流励磁电流也由也由铁耗电流铁耗电流和和磁化电流磁化电流两个分量组成。两个分量组成。n铁耗电流铁耗电流提供铁耗，是提供铁耗，是有功分量有功分量；磁化电磁化电流流建立磁动势产生磁通，是建立磁动势产生磁通，是无功分量无功分量；

11、4. 电压方程式和相量图电压方程式和相量图向量图见书向量图见书P166P166图图5-135-135. 等效电路等效电路n与三相变压器空载运行时类似，空载电流即为励磁电流同样定义：5.2.2 转子堵转时的异步电动机转子堵转时的异步电动机n把绕线转子三相异步电动机的三相转子绕把绕线转子三相异步电动机的三相转子绕组短路起来，并且将转子堵住不转组短路起来，并且将转子堵住不转 。与转子开路时运行情况：与转子开路时运行情况：相同之处相同之处：转子都不转，：转子都不转，n=0n=0；不同之处不同之处：转子绕组流有电流；：转子绕组流有电流；主磁通主磁通n定子中的旋转磁场会在转子绕组中的感应电定子中的旋转磁场

12、会在转子绕组中的感应电动势便产生三相对称电流，转子也要产生转动势便产生三相对称电流，转子也要产生转子基波磁动势子基波磁动势F2F2。因此定、转子基波旋转磁。因此定、转子基波旋转磁动势动势F1F1和和F2F2共同作用合成主磁通共同作用合成主磁通FmFm。 n因为转子堵住不转时，因为转子堵住不转时，F1F1和和F2F2沿气隙圆周同沿气隙圆周同转向、同转速旋转，定、转子电流的频率是转向、同转速旋转，定、转子电流的频率是相同的。相同的。 漏磁通：n转子绕组短路时，也要产生转子绕组转子绕组短路时，也要产生转子绕组漏磁通，它也是由前述三种漏磁通漏磁通，它也是由前述三种漏磁通（转子槽漏磁通、转子端部漏磁通和

13、转子槽漏磁通、转子端部漏磁通和谐波漏磁通谐波漏磁通）所组成。）所组成。磁动势平衡分析：nF1F2Fm F1Fm （-F2）物理意义： 转子磁动势转子磁动势F2F2与定子磁动势与定子磁动势F1F1作用在同一条磁路作用在同一条磁路上，它倾向于改变主磁通，破坏定子侧的电压平上，它倾向于改变主磁通，破坏定子侧的电压平衡关系。此时，定子侧会自动增加一个电流分量，衡关系。此时，定子侧会自动增加一个电流分量，用以产生磁动势来抵消转子磁动势的作用。用以产生磁动势来抵消转子磁动势的作用。 电流平衡方程式电流平衡方程式mwwwIpkNmIpkNmIpkNm111222211119 . 029 . 029 . 02

14、mwwIIkNmkNmI21112221电压平衡方程式电压平衡方程式 为了得到一个统一的等效电路，也可以类比变压器，将为了得到一个统一的等效电路，也可以类比变压器，将定转子回路进行绕组归算定转子回路进行绕组归算转子绕组的归算转子绕组的归算 归算原则：归算原则：归算前后异步电动机的电磁关归算前后异步电动机的电磁关系、功率关系保持不变。系、功率关系保持不变。将转子侧折算到定子侧将转子侧折算到定子侧：把实际相数为把实际相数为m m2 2，每相串联匝数为，每相串联匝数为N N2 2，绕，绕组系数为组系数为kwkw2 2的转子抽出来，换上一个相数的转子抽出来，换上一个相数为为m m1 1，每相串联匝数为

15、，每相串联匝数为N N1 1，绕组系数为，绕组系数为kwkw1 1的的新转子。新转子。 （1）转子电流的归算 n根据归算前后转子磁动势保持不变 pIkNmpIkNmww222221119 . 029 . 02iwwkIIkNmkNmI22111222222211122wwikNmkNmIIk电流比电流比mwwIIkNmkNmI21112221mIII21（2）转子电动势的归算 n归算前后主磁通不变 所以2211wwekNkNk （3）转子电阻的归算 n根据归算前后转子绕组的铜损耗不变 22211122wwikNmkNmIIk2211wwekNkNk （4）转子漏电抗的归算 n根据归算前后转子绕

16、组的无功损耗不变 22211122wwikNmkNmIIk2211wwekNkNk （5）转子漏阻抗和漏阻抗角的归算归算前后转子侧的功率因数没有改变 绕组归算后的基本方程式绕组归算后的基本方程式等效电路5.2.3 转子旋转时的异步电动机转子旋转时的异步电动机n 1. 转子旋转对转子各物理量的影响转子旋转对转子各物理量的影响 当转子以转速 旋转后，电机主磁通仍以同步转速切割定子绕组，产生感应电动势，所以定子回路电动势平衡方程不变。而转子绕组以相对速度 切割主磁通，所以转子中感应电动势的频率、大小及漏抗都将发生变化。 sssnnnn （1 1）转子电动势）转子电动势126060sfspnnpfS（

17、2）转子漏电抗和转子电阻n转子电阻R2与转子转速的大小无关，即为常数 （3）转子电流（4）转子电路的功率因数2. 转子旋转时的转子磁动势转子旋转时的转子磁动势snpfn1160定子磁场相对于定子的转速转子磁场相对于转子的转速nnsnpsfpfn111226060转子磁场相对于定子的转速两磁场的转速都是ns，总相对静止几个速度的计算实例见书P172例5-2转子频率的归算2221RssRsR转子回路电压方程的绕组归算绕组折算前：绕组折算后：频率和绕组都折算好的电路mmmmIIIjXRIEEEXjsRIEjXRIEU21121222211111)()(异步电机的T型等效电路mmmmIIIjXRIEE

18、EXjsRIEjXRIEU21121222211111)()(异步电机向量图mmmmIIIjXRIEEEXjsRIEjXRIEU21121222211111)()(T型等效电路的计算实例见书P177例5-3近似的等效电路将励磁支路移动到输入端为修正系数mmmjXRjXRZZ11111近似的等效电路mmmjXRjXRZZ11111实际的异步电机简化的等效电路大型的异步电机书书P175图图5-25有错有错5.3 笼型转子的极数和相数笼型转子的极数和相数 笼型转子由两个端环并联了许多导条笼型转子由两个端环并联了许多导条n极数：总是与感生它的气隙磁场的极数相同极数：总是与感生它的气隙磁场的极数相同 n

19、相数：笼型转子的相数，取决于一对极下有多少根相数：笼型转子的相数，取决于一对极下有多少根不同相位的导条。不同相位的导条。 pQm22若pQ2整数各个导条中的感应电动势相位均不相同，有多少根导条就有多少相 22Qm 5.4 异步电动机的功率方程和转矩方程异步电动机的功率方程和转矩方程n5.4.1 异步电动机的功率方程异步电动机的功率方程1R1X2R2X21Rss1U1I0I2ImRmX1cupFep2cup1PeP P异步电动机各种功率计算公式11111cosIUmP 1)输入功率输入功率2)定子绕组的铜耗定子绕组的铜耗12111RImpCu3)铁耗铁耗mmFeRImp214)电磁功率电磁功率F

20、ecueppPp115)转子铜耗转子铜耗22212RImpuCsRImIEmPe22212221cos6)总机械功率总机械功率异步电动机各种功率计算公式用电磁功率表示时，转子绕组铜损耗总机械功率也可改写成 eeuCPsPsPp)1 (2将电磁功率按比例分配异步电机总的功率方程异步电动机功率流程图异步电动机功率计算实例见书P179例5-45.4.2 异步电动机的转矩方程异步电动机的转矩方程02TTTeppT0=0pPTe22PT02pPP 602 n其中=机械角速度5.4.3 异步电动机的电磁转矩异步电动机的电磁转矩两边同除以电磁转矩两边同除以电磁转矩TeePsP)1 ( ss )1 ( 602

21、ssn 其中同步角速度sessePnsRImsnRssImnPPT60260)1 (2)1 (602222122215.5 感应电动机参数的测定感应电动机参数的测定n异步电机参数有两种：异步电机参数有两种：励磁参数励磁参数和和短路参数短路参数励磁参数：励磁参数：Rm、Xm、Zm，需空载试验测定需空载试验测定短路参数：短路参数：Rk、 Xk、 Zk，短路试验测定短路试验测定21RR21XX21ZZ5.5.1 空载试验空载试验试验目的试验目的：测定励磁电阻测定励磁电阻R Rm m、励磁电抗、励磁电抗X Xm m、铁耗、铁耗p pFeFe、机械损耗、机械损耗p p试验方法试验方法：试验时电机转轴空载

22、，用三相调压器使定子端电压试验时电机转轴空载，用三相调压器使定子端电压(1.1(1.11.3)1.3)U UN N开始，逐渐降低电压，直到电动机转速开始，逐渐降低电压，直到电动机转速发生明显下降，空载电流明显回升为止。在这个过程发生明显下降，空载电流明显回升为止。在这个过程中，记录电动机的端电压中，记录电动机的端电压U U1 1、空载电流、空载电流I I0 0、空载损耗、空载损耗p p0 0、转速、转速n n。空载特性曲线由于空载运行时转子电流小，转由于空载运行时转子电流小，转子铜耗可以忽略不计。在这种情子铜耗可以忽略不计。在这种情况下况下:ppRImPFe1210110 ppRImPFe12

23、10110定义10P为铁耗和机械损耗之和现想办法把铁耗和机械损耗分离！10P=机械损耗的求法 n在在p10的两项损耗中，机械的两项损耗中，机械损耗损耗p与电压与电压U1无关，在电无关，在电动机转速变化不大时，可以动机转速变化不大时，可以认为是常数。认为是常数。pFe可以近似可以近似认为与磁密的平方成正比，认为与磁密的平方成正比，因而可近似认为与电压的平因而可近似认为与电压的平方成正比。故方成正比。故p0与与U12的关的关系曲线近似为一直线。系曲线近似为一直线。 ppRImPFe121011010P=因此该直线与纵轴的交点即为机械损耗因此该直线与纵轴的交点即为机械损耗激磁参数的计算2020100

24、1110100110RZXXXImPRRRIUZZZmmm2 2从接下来讲的短路试验测得的1X 10XXXm若已知铁耗则2101ImpRFem5.5.2 短路试验短路试验n1. 试验目的试验目的：测定短路阻抗：测定短路阻抗Zk、短路电阻、短路电阻Rk和和 短路电抗短路电抗Xk。n2. 试验方法试验方法：将转子堵住，在定子端施加电压，从：将转子堵住，在定子端施加电压，从0.4UN开始逐渐降低，记录定子绕组端电压开始逐渐降低，记录定子绕组端电压Uk、定、定子电流子电流Ik、定子端输入功率、定子端输入功率Pk，作出异步电机的短，作出异步电机的短路特性路特性Ik=f(Uk)，Pk=f(Uk)短路特性曲

25、线22212111211121kkkKkkkkRZXXXImPRRRIUZZZ对于大、中型异步电动机，可近似22121kkRRRXXX5.6 异步电动机的转矩转差率曲线异步电动机的转矩转差率曲线n5.6.1 异步电动机电磁转矩的参数表达式异步电动机电磁转矩的参数表达式212112112XXjsRRUZZUI2212112）（XXsRRUI2212112）（XXsRRUI2212212211602XXsRRsRUnmTse221221122112XXsRRfsRpUm6022221sensRImT 代入见P180公式（5-70）pfns160代入1. Tem与与U12成正比。成正比。2. f1

26、Tem 。3. 漏电抗漏电抗Xk Tem。由公式可以看到：5.6.2 异步电动机的转矩转差率曲线异步电动机的转矩转差率曲线 T Te e- -s s曲线曲线( (Te=fTe=f( (s s) ) )在电压U1、频率f1为常数时，电机的参数可以认为是常数，电磁转矩仅与s有关221221122112XXsRRfsRpUmeT 1. 最大转矩和临界转差率最大转矩和临界转差率 221221122112XXsRRfsRpUmeT令dsdTe=0221212mXX RRs）（此时对应的自变量称为临界转差率2212111211maxXXRR2pUm21Tf称为最大转矩号中的正号对应于电动机状态，负号对应于

27、发电机状态 通常2212111211maxXXRR2pUm21Tf21R1);aNstkUUU2stNakNakaNkstIkZUkZkUZUII1122222111111astNstNaastNastNstNstkIIkkIIkIIII222211aNNaNstNstkUUkUUTT若电压降低为原来的启动电流与启动转矩降低为原来直接启动时的ak121ak结论：结论：5.8.3 绕线转子三相异步电动机的启动绕线转子三相异步电动机的启动n 1. 转子回路串电阻启动转子回路串电阻启动 方法：绕线式异步电动机转子绕组的端头接到滑方法：绕线式异步电动机转子绕组的端头接到滑环上经电刷引出，可接入外加电阻

28、。环上经电刷引出，可接入外加电阻。转子回路串电阻启动的优势转子回路串电阻启动的优势 转子回路串附加电阻，一方面可以增加起动转矩，转子回路串附加电阻，一方面可以增加起动转矩，另一方面可以减小起动电流。当转子回路中串入另一方面可以减小起动电流。当转子回路中串入电阻后，最大转矩不变，但最大转矩所对应的转电阻后，最大转矩不变，但最大转矩所对应的转差率随串入电阻的增加而增大。因此，串入适当差率随串入电阻的增加而增大。因此，串入适当电阻，使起动转矩达到最大转矩。电阻，使起动转矩达到最大转矩。转子回路串电阻启动所串的电阻值转子回路串电阻启动所串的电阻值221212mXX RRs）（令=1stR=22121X

29、XR-2R221RXX归算回二次侧stR=iestkkR 绕线转子三相异步电动机串电阻的启动性能好，因绕线转子三相异步电动机串电阻的启动性能好，因此在对启动性能要求较高的场合，例如卷扬机、起重机此在对启动性能要求较高的场合，例如卷扬机、起重机中，大多采用绕线转子异步电动机。中，大多采用绕线转子异步电动机。缺点：结构复杂、价格较高缺点：结构复杂、价格较高 有级转子串电阻启动RST1RST23 M3Q1 Q2Qc (R20)b (R21)n0TnOa (R22)T2 T1a1a2TLb1b2c1c2p随速度的上升总保持较大的启动转随速度的上升总保持较大的启动转矩，缩短启动时间，且过程平滑。矩，缩短

30、启动时间，且过程平滑。2. 转子回路串频敏变阻器启动转子回路串频敏变阻器启动n所谓所谓频敏变阻器频敏变阻器实际上就是一个只有一次绕组的实际上就是一个只有一次绕组的三相芯式变压器。其涡流损耗与铁心中磁通变化三相芯式变压器。其涡流损耗与铁心中磁通变化的频率的平方成正比，当频率越大时，等效电阻的频率的平方成正比，当频率越大时，等效电阻越大，所以称为频敏变阻器。越大，所以称为频敏变阻器。 启动时启动时f2 高，电阻大，高，电阻大， TST 大，大， IST 小。小。 正常运行时正常运行时 f2 低，电阻低，电阻小，自动切除变阻器。小，自动切除变阻器。转子串频敏电阻启动的接线图n避免了逐段切除启动电阻后

31、所引起的转矩冲避免了逐段切除启动电阻后所引起的转矩冲击，整个启动过程中转矩曲线是很平滑的。击，整个启动过程中转矩曲线是很平滑的。频敏变阻器是一种静止的无触点变阻器，其频敏变阻器是一种静止的无触点变阻器，其结构简单，材料和加工要求低，使用寿命长，结构简单，材料和加工要求低，使用寿命长，维护方便。维护方便。5.8.4 改善启动性能的笼型三相异步电动机改善启动性能的笼型三相异步电动机1. 深槽型异步电动机深槽型异步电动机 槽深槽深 h 与槽宽与槽宽 b 之比为：之比为：h / b = 8 12漏电抗小漏电抗小漏电抗大漏电抗大增大增大电流密度电流密度 起动时，起动时，f2 高，高， 漏电抗大，电流的集

32、漏电抗大，电流的集 肤效应使导条的等效肤效应使导条的等效 面积减小，即面积减小，即 R2 ， 使使 TST 。 运行时，运行时， f2 很低，很低， 漏电抗很小，集肤效漏电抗很小，集肤效 应消失，应消失，R2 。2. 双笼型三相异步电动机双笼型三相异步电动机电阻大电阻大漏抗小漏抗小电阻小电阻小漏抗大漏抗大上笼上笼（外笼）（外笼）下笼下笼（内笼）（内笼） 起动时，起动时， f2 高，高， 漏抗大，起主要作用，漏抗大，起主要作用， I2 主要集中在外笼，主要集中在外笼， 外笼外笼 R2 大大 TST 大。大。 外笼外笼 起动笼。起动笼。 运行时，运行时， f2 很低很低 ， 漏抗很小，漏抗很小，R

33、2 起主要作用，起主要作用， I2 主要集中在内笼。主要集中在内笼。 内笼内笼 工作笼。工作笼。5.9 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速1. 改变磁极对数改变磁极对数 p2. 改变转差率改变转差率 s 3. 改变电源频率改变电源频率 f1(变频调速变频调速)调速方法：调速方法： n = (1 s) n0 = (1 s)60 f1 p 有级调速。有级调速。无级调速。无级调速。5.9.1 异步电动机的变极调速异步电动机的变极调速n变极调速时，极对数的改变必须在定子绕组变极调速时，极对数的改变必须在定子绕组和转子绕组上同时进行。由于笼型转子绕组和转子绕组上同时进行。由于笼型转子绕组本身没有固

34、定的极数，它的极数随定子绕组本身没有固定的极数，它的极数随定子绕组的极数而改变，所以仅改变定子绕组的极数的极数而改变，所以仅改变定子绕组的极数即可，因此变极多速异步电动机都采用笼型即可，因此变极多速异步电动机都采用笼型转子。转子。pfns160n实际应用中，定子实际应用中，定子绕组极对数的改变绕组极对数的改变一般都是通过一套一般都是通过一套定子绕组、几种不定子绕组、几种不同的接线方式来实同的接线方式来实现的，称为现的，称为单绕组单绕组双速变极调速三相双速变极调速三相异步电动机。异步电动机。5.9.1 异步电动机的变极调速异步电动机的变极调速5.9.2 异步电动机的变频调速异步电动机的变频调速p

35、fns160在变频调速时，希望主磁通在变频调速时，希望主磁通m m保持不变。若主保持不变。若主磁通大于正常运行时的主磁通，则磁路过饱和而磁通大于正常运行时的主磁通，则磁路过饱和而使励磁电流增大，功率因数降低；若主磁通小于使励磁电流增大，功率因数降低；若主磁通小于正常运行时的主磁通，则电机最大转矩下降。正常运行时的主磁通，则电机最大转矩下降。在忽略定子漏阻抗的情况下，有 为了使变频时m维持不变，则U1f1应为定值。mwkNfjE111144. 41Upfns160变频调速同时希望电机过载能力不变变频调速同时希望电机过载能力不变但有时和希望磁通不变是一对矛盾。但有时和希望磁通不变是一对矛盾。n若要

36、求过载能力不变则）（211211max4pUmTXXfNNTTT21121maxXXf 43pUkfLLfXX）（）（21212NNkTfpUkTfpU21212 12 14343NN1111TTffUU下面分析三种典型负载变频调速时下面分析三种典型负载变频调速时电压的调节方式电压的调节方式n1. 恒转矩负载恒转矩负载 11NN1111ffTTffUU且在忽略定子漏阻抗的情况下，有且在忽略定子漏阻抗的情况下，有111114.44wmUEf N k这样恰好这样恰好mm 主磁通变大，磁路易饱和，引起励磁电流变大，功率因数降低；铁耗增加，效率降低。主磁通变小，最大转矩减小常数11fU恒压频比调速法特

37、别适用于恒转矩负载的情况恒压频比调速法特别适用于恒转矩负载的情况主磁通变大变小都不好主磁通变大变小都不好若要求过载能力不变2. 恒功率负载恒功率负载 TP 若要求过载能力不变NN1111TTffUU11NNffnnTT功率恒定，则：111111ffffff即加到电动机上的电压必须随频率的开方成比变化 很显然，这种变频调速方式的主磁通前后发生了改变！3. 风机、泵类负载风机、泵类负载 n风机、泵类负载的特点是其转矩随转速的风机、泵类负载的特点是其转矩随转速的平方成正比变化。平方成正比变化。若要求过载能力不变NN1111TTffUU21121111ffffff 即加到电动机上的电压必须随频率的平方

38、成正比变化 很显然，这种变频调速方式的主磁通前后也发生了改变！大连理工大学电气工程系 变频器变频器 大连理工大学电气工程系 优点：优点：(1) 一体化的通用变频器和电动机的组合可以提供最大效率。一体化的通用变频器和电动机的组合可以提供最大效率。(2) 变速驱动，输出功率范围宽（如从变速驱动，输出功率范围宽（如从 120 W7.5 kW）。）。(3) 在需要的时候，通用变频器可以方便地从电动机上移走。在需要的时候，通用变频器可以方便地从电动机上移走。 (4) 高起动转矩。高起动转矩。 电机变频器一体化产品电机变频器一体化产品 5.9.3 异步电动机的调压调速异步电动机的调压调速n特点：电动机的临

39、界转差率不变。电动机的电磁特点：电动机的临界转差率不变。电动机的电磁转矩（包括最大转矩）与定子绕组电压的平方成转矩（包括最大转矩）与定子绕组电压的平方成正比。正比。 且降压调速时容易引起电动机过热！且降压调速时容易引起电动机过热！212mRsXX）（211211max4pUmTXXfn0TnOnMUNTLTLTLU1n0TnOnMUNU15.9.4 绕线转子异步电动机的调速绕线转子异步电动机的调速n1. 转子回路串电阻调速转子回路串电阻调速恒转矩调速时，为保持Te不变：221221122112XXsRRfsRpUmeT则需 不变：sR212N2sRRsR转子串电阻调速的优缺点：优点优点：初期投

40、资小、方法简单、调：初期投资小、方法简单、调速范围较宽广；速范围较宽广；缺点缺点：串入电阻越大，能量损耗越：串入电阻越大，能量损耗越大，且机械特性斜率加大，动态精大，且机械特性斜率加大，动态精度变差，主要用于起重机等场合。度变差，主要用于起重机等场合。注意：注意：一般串电阻启动用的变阻器一般串电阻启动用的变阻器都是短时工作的。而调速用的变阻都是短时工作的。而调速用的变阻器应为长期工作的。器应为长期工作的。2. 转子回路串级调速转子回路串级调速n为了克服转子串电阻调为了克服转子串电阻调速效率低这一缺点，可速效率低这一缺点，可采用串级调速方式，不采用串级调速方式，不串电阻，而采用电力电串电阻，而采

41、用电力电子线路串入一个电势，子线路串入一个电势，该电动势等效替代串电该电动势等效替代串电阻的压降，以提高电机阻的压降，以提高电机效率。效率。n由控制器控制逆变器，把直流转换为和电源具有相同频由控制器控制逆变器，把直流转换为和电源具有相同频率的交流回馈给交流电源。逆变器的电压可看成是加在率的交流回馈给交流电源。逆变器的电压可看成是加在转子回路的附加电动势，控制逆变器的移相角，就相当转子回路的附加电动势，控制逆变器的移相角，就相当于改变串接在转子回路的电动势，也就可以改变电动机于改变串接在转子回路的电动势，也就可以改变电动机的转速。的转速。 近年来常见的晶闸管串级调速方法近年来常见的晶闸管串级调速

42、方法5.10 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动M33Q15.10.1能耗制动能耗制动1. 制动原理制动原理 制动前制动前 Q1 合上，合上，Q2 断开，断开， M 为电动状态。为电动状态。 制动时制动时 Q1 断开，断开，Q2 合上。合上。 定子定子: U I1 转子转子: n E2 I2 M 为制动状态。为制动状态。nUQ2 RbI1FFT T动能消耗在转子铜耗中5.10.2 异步电动机的反接制动异步电动机的反接制动n反接制动方法：反接制动方法：正转反接和正接反转正转反接和正接反转。1.正转反接制动正转反接制动 异步电动机本来工作在正向电动状态，将异步电动机本来工作在正向电动状态，将

43、定子两相绕组的出线头对调后再接到电源，这定子两相绕组的出线头对调后再接到电源，这就是定子两相反接的反接制动。就是定子两相反接的反接制动。 为了使反接制动时电流不致过大，绕线式为了使反接制动时电流不致过大，绕线式异步机，应在转子回路中串入制动电阻；笼型异步机，应在转子回路中串入制动电阻；笼型异步机，应在定子绕组电路中串联限流电阻。异步机，应在定子绕组电路中串联限流电阻。 TLTLOnT1 n02n0 bacd曲线2为转子串入制动电阻后的特性曲线，b-c为制动段到到 c 点时，若未切断电源，点时，若未切断电源，M 将可能反向起动。将可能反向起动。2. 正接反转制动正接反转制动n异步电动机定子电源正

44、向连异步电动机定子电源正向连接，其定子磁动势旋转方向接，其定子磁动势旋转方向为为n1正向旋转，但由于转子正向旋转，但由于转子回路串有较大的电阻，在转回路串有较大的电阻，在转轴上带有较大的位能性负载轴上带有较大的位能性负载(下放重物下放重物)，电机起动时电，电机起动时电磁转矩磁转矩Te与负载转矩与负载转矩T2方向方向相反，在相反，在T2作用下，电动机作用下，电动机反向旋转反向旋转。On T 1n02bcTLad 制动运制动运 行状态行状态3e1. 机车下坡或下放重物时的回馈制动机车下坡或下放重物时的回馈制动n机车先下坡，当机车先下坡，当nns时，异步电机处于发时，异步电机处于发电机状态，电磁转矩

45、电机状态，电磁转矩的方向与电动机运行的方向与电动机运行状态时相反，成为制状态时相反，成为制动转矩。动转矩。 2. 变极或变频调速过程中的回馈制动变极或变频调速过程中的回馈制动TnOf1 f1f1 f1TLabcdTnOTLabcd变频调速，频率突降时的bc段 变极调速，极数突增时的bc段pfns1605.11 单相异步电动机单相异步电动机n定子上一般有两个绕定子上一般有两个绕组：起动绕组、工作组：起动绕组、工作绕组，两绕组在空间绕组，两绕组在空间上相距上相距90度电角度。度电角度。转子是笼型结构。起转子是笼型结构。起动绕组只在起动时接动绕组只在起动时接入，起动完毕从电源入，起动完毕从电源断开。断开。单相交流电所建立的磁动势为脉振磁动势单相交流电所建立的磁动势为脉振磁动势n双旋转磁场理论：双旋转磁场理论： 脉振磁场可以认为是由两个旋转磁场合成脉振磁场可以认为是由两个旋转磁场合成的，幅值大小相等，同步转速相同，但旋的，幅值大小相等，同步转速相同，但旋转方向相反。转方向相反。 启动转矩为零：单相异步电动机不能自行启动 运行时的转向取决于启动时的转动方向运行时的转向取决于启动时的转动方向 若初始方向n0,则合成转矩为正，电机正向旋转；若初始