第七章 异步电动机(1-7)

1、第七章异步电动机第七章第七章 异步电动机异步电动机7.17.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构 三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据7.2 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析 三相异步电动机的转矩与机械特性三相异步电动机的转矩与机械特性7.37.3 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动7.4 7.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速7.5 7.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动7.6 7.6 三相异步电动机的选择（自学）三相异步电动机的选择（自学）7.7 7.7 单相异步电动机单相异步电

2、动机交流电动机交流电动机电动机电动机直流电动机直流电动机鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式异步机异步机同步机同步机他励、异励、串励、复励他励、异励、串励、复励鼠笼式交流异步电动机授课内容：鼠笼式交流异步电动机授课内容： 基本结构、工作原理、基本结构、工作原理、 机械特性、控制方法机械特性、控制方法 电动机的分类：电动机的分类：三相异步电动机的结构与工作原理三相异步电动机的结构与工作原理1. 三相异步机的结构三相异步机的结构YBZXAC转子转子定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）机机 座座转子：在旋转磁场作用下，转子：在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或产生感应电动势或 电流。电流。三相定子绕组：产生

3、旋转三相定子绕组：产生旋转 磁场。磁场。绕线式绕线式鼠笼式鼠笼式鼠笼转子鼠笼转子 7.17.1 三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造由机座、定子铁心、定子绕组组成：由机座、定子铁心、定子绕组组成：1、机座机座：起固定和支撑定子铁心的作用，：起固定和支撑定子铁心的作用，一般用铸铁制造。一般用铸铁制造。2、定子铁心：定子铁心：由厚由厚0.5mm的硅钢片冲叠而的硅钢片冲叠而成，铁心内开有均匀的槽，嵌放定子绕组。成，铁心内开有均匀的槽，嵌放定子绕组。3、定子绕组：定子绕组：由完全相同的三个绕组组成，由完全相同的三个绕组组成，空间互差空间互差120度，可接成度，可接成Y或或。由转子铁心和转子绕组组成

4、：由转子铁心和转子绕组组成：1、转子铁心：转子铁心：和定子铁心一样，既是电动机磁和定子铁心一样，既是电动机磁路的一部分，又能安放转子绕组。路的一部分，又能安放转子绕组。2、转子绕组：转子绕组：有笼型和绕线型两种。有笼型和绕线型两种。 （1）笼型绕组：笼型绕组：导体用铜条或铝条，两头用导体用铜条或铝条，两头用端环联接。结构可靠简单，但是转子电阻固定。端环联接。结构可靠简单，但是转子电阻固定。 （2）绕线型转子：绕线型转子：接成接成星型星型的三相绕组通过的三相绕组通过滑环与外电路联接，便于串入电阻改善电动机滑环与外电路联接，便于串入电阻改善电动机的运行性能。的运行性能。n0nei7.7.2三相异步

5、电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理NSf磁铁磁铁闭合闭合线圈线圈磁极旋转磁极旋转导线切割磁力线产生导线切割磁力线产生感应电动势感应电动势vlBe导线长度导线长度磁感应强度磁感应强度切割速度切割速度（右手定则）（右手定则）闭合导线产生电流闭合导线产生电流 i（左手定则）（左手定则）通电导线在磁场中受力通电导线在磁场中受力ilBfn0neiNSf1. 线圈跟着磁铁转线圈跟着磁铁转两者转动方向一致两者转动方向一致 结论：结论：异步异步2. 线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢0nnn0neiNSf 由于转子转动的方向与磁场旋转的方由于转子转动的方向与磁场旋转的方向是一致的，所以如果向是一致的，所以

6、如果n=n1，则磁场与转，则磁场与转子之间就没有相对运动，它们之间就不存子之间就没有相对运动，它们之间就不存在电磁感应关系，也就不能在转子导体中在电磁感应关系，也就不能在转子导体中感应电动势、产生电流，也就不能产生电感应电动势、产生电流，也就不能产生电磁转矩。所以，感应电动机的转子速度不磁转矩。所以，感应电动机的转子速度不可能等于磁场速度。因此，这种电动机一可能等于磁场速度。因此，这种电动机一般也叫做般也叫做异步电动机异步电动机。1 1、旋转磁场的产生、旋转磁场的产生AYCBZ在异步机中在异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极旋转磁场代替了旋转磁极AiBiCimIt0n()电流出电流出( )电流入电

7、流入X240sin120sinsintIitIitIimCmBmA0tAXYCBZNSAiBiCimItBiAXBYCZAiCi合成磁场方向：合成磁场方向：向下向下180tXBZ0nAYC 60tAXYCBZSN0n60A120tXYCBZ0n同理分析，可得同理分析，可得其它电流角度下其它电流角度下的磁场方向：的磁场方向：AiBiCitmIn nN NS ST Tf fn n1 1f fU1V1W1U2V2W2WVUit分析规定：分析规定： 电流电流 I 为正时，从首端流入、末端流出；为正时，从首端流入、末端流出； 电流电流 I 为负时，从首端流出、末端流入。为负时，从首端流出、末端流入。1N

8、S1 2 32NS3NS4 4NS5 5NS6NS6U1V1W1U2V2W2NSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNS旋转方向旋转方向：取决于三相电流的相序。：取决于三相电流的相序。0n0n改变电机的旋转方向的方法：改变电机的旋转方向的方法：改变相序改变相序（换接其中两相）（换接其中两相）AiBiCimItAiCiBimIt2 2、旋转磁场的旋转方向、旋转磁场的旋转方向 方法：方法：将与电源相接的将与电源相接的任意两相互换任意两相互换(改变相序改变相序)，就可实现反转。，就可实现反转。 三相异步电动机的正、反转三相异步电动机的正、反转正转正

9、转反转反转A B CM3电电 源源ABCM3电电 源源3 3、极对数（、极对数（P P）的概念）的概念BiAXBYCZAiCi1p此种接法（此种接法（每相绕组只有一组线圈每相绕组只有一组线圈）下，合成磁场）下，合成磁场只有只有一对磁极一对磁极，则极对数为，则极对数为1。即：即：AXYCBZNSCYABCXYZAXBZAiBiCi 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是形成的磁场则是两对磁极两对磁极。X AAXBYBYCZCZ极对数极对数2pAXX ANSSNZCZCBYBYCYABCXYZAXBZAiCiBiAiBiCimIt3 3、

10、旋转磁场的、旋转磁场的转速大小转速大小分）转 /( 600fn 一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过360。则。则 同步转速（旋转磁场的速度）为：同步转速（旋转磁场的速度）为：AXYCBZNSAXYCBZNSAXYCBZSN0n60AiBiCimItXNSASNZBX AYCZBCY0t分）转/( 600pfn 60t A0nAZXXCZCSNSN30极对数和转速的关系：极对数和转速的关系：AiBiCimIt三相异步电动机的同步（旋转磁场）转速：三相异步电动机的同步（旋转磁场）转速：分）转/( 600pfn 2p180分）转/( 50011p360分）转/( 000

11、3极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速)50(Hzf 0n3p120分）转/( 0001电动机转速和旋转磁场同步转速的关系：电动机转速和旋转磁场同步转速的关系：电动机转速电动机转速:n电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致， 但但 异步异步电动机电动机0nn无转距无转距转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流无转子电流提示提示：如果如果0nn 5 5、转差率、转差率 的概念：的概念：)(s%10000nnns异

12、步电机运行中异步电机运行中:%9%1s转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：电动机起动瞬间电动机起动瞬间:1 , 0sn（转差率最大）（转差率最大）1. 型号型号 Y 132M4 磁极数磁极数(极对数极对数 p=2)同步转速同步转速1500转转/分分分）转/( 600pfn 转差率转差率0.04 150014401500s三相异步电动机的三相异步电动机的铭牌数据铭牌数据2. 转速转速: 电机轴上的转速（电机轴上的转速（n)。 如：如： n =1440 转转/分分3. 联接方式联接方式：Y/ 接法：接法： Y 接法：接法： 接法：接法：A

13、B CZX YA B CZX YABCXYZAZBYXCABCXYZ接线盒：接线盒：V2U1U2V1W1W2定子绕组在接线盒中布置定子绕组在接线盒中布置定子绕组的定子绕组的Y型连接型连接定子绕组的定子绕组的型连接型连接4. 额定电压：定子绕组在额定电压：定子绕组在指定接法指定接法下应加的下应加的线电压线电压. 说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的定值的 5 。线线电电压压AZBYXC线线电电压压ABCXYZ例：例：380/220 Y/ 是指：线电压为是指：线电压为380V时采用时采用Y接法；接法； 当线电压为当线电压为220V时采用

14、时采用 接法。接法。11IUNfU11144.4电压波动对电动机的影响电压波动对电动机的影响1U1I11IUsnnns02E202sEE 2I1I1Un小1U大1UTnI5. 额定电流：额定电流：定子绕组在定子绕组在指定接法指定接法下的下的线电流。线电流。如：如：A48. 6/A2 .11/ 表示：表示：三角形接法时三角形接法时，电机的，电机的线电流为线电流为11.2A，相相电流为电流为6.48A；星形接法时线、相电流均为星形接法时线、相电流均为6.48A。6. 额定功率额定功率P2： 额定功率指电机在额定运行时轴上输出的额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率功率（ ），不等于从电源吸收的功

15、率（），不等于从电源吸收的功率（ ）。两者的）。两者的 关系为：关系为： 2P1P12PPCOSIUPNN31其中其中鼠笼电机鼠笼电机 =7293 额定负载时额定负载时cos 1一般为一般为0.7 0.9 ， 空载时功率因空载时功率因数很低约为数很低约为0.2 0.3。额定负载时，功率因数最大。额定负载时，功率因数最大。注意：实用中应选择合适容量的电机，注意：实用中应选择合适容量的电机，防止防止“大马大马” 拉拉“小车小车”的现象。的现象。7. 功率因数功率因数(cos 1)：P2PN此外还有此外还有绝缘等级绝缘等级等参数，不一等参数，不一 一介绍。一介绍。cos 1三相异步电动机的三相异步电

16、动机的“电磁电磁”关系：关系： i2转、定子电路转、定子电路R1R2i1u1e1e 1e2e 2 ：漏磁通：漏磁通产生的漏感应电动产生的漏感应电动势。势。 ：主磁通产：主磁通产生的感应电动势。生的感应电动势。e1e2、e 1e 2、dtdNeeeRiu1111111设：设：tsin1m则：则：tNum1111cos定子边：定子边：7.3 7.3 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析mmmmNfUUEfNNU11111111144. 422tNum1111cosR1R2i1u1e1e 1e2e 2mNfE22244. 4同理得转子边：同理得转子边：i2mNfE22244. 42f：转

17、子感应电动势的频率：转子感应电动势的频率2N：转子线圈匝数：转子线圈匝数2f取决于转子和旋转磁场的相对速度取决于转子和旋转磁场的相对速度1000026060SfPnnnnPnnfR1R2i1u1e1e 1e2e 22202220222222)(SXRSEXREI其中其中202122222SXLSfLfX202122244. 444. 4SENSfNfEmm转子功率因数：转子功率因数：220222222222)(cosSXRRXRRi2COS2I2I2, COS21S0结论：结论：转子电路的电动势、电流、频率、感抗转子电路的电动势、电流、频率、感抗、功率因数等都与转差率、功率因数等都与转差率S有

18、关，有关，与转差率与转差率 S 的关的关系如右图所示。系如右图所示。I2、COS2电磁转矩电磁转矩 T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转距之总和。受到电磁力所形成的转距之总和。22cosIKTmT转矩常数转矩常数每极磁通每极磁通转子电流转子电流转子电路的转子电路的2cos8.4.1 转矩公式转矩公式7.4 7.4 三相异步电动机的转矩与机械特性三相异步电动机的转矩与机械特性物理表达式：物理表达式：22cosIKTmT22022202)(SXRSEI2202222)(cosSXRRmNfU11144.4将其中参数代入：将其中参数代入：21

19、220222)(UsXRsRKT得到得到转矩的公式：转矩的公式：参数表达式参数表达式7.4.2 三相电动机的机械特性三相电动机的机械特性)()(TfnSfT21220222)(UsXRsRKT根据转矩公式根据转矩公式Ts10n0Tn得特性曲线：得特性曲线：电动机的自适应负载能力：电动机的自适应负载能力： 电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。这种能力称为自适应负载能力。常用特常用特性段性段n0nT 自适应负载能力是自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要电动机区别于其它动力机械的重要特点。（如：柴油机当负载增加

20、时，必须由操作者加大特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载。）油门，才能带动新的负载。）TISnTL2 直至新的平衡。此过程中，直至新的平衡。此过程中， 时，时， 电源提供的功率自动电源提供的功率自动增加。增加。2 I1 I三个重要转矩：三个重要转矩：n0TnNT额定转矩额定转矩 ：电机在额定电压下，以额电机在额定电压下，以额定转速定转速 运行，输出额运行，输出额定功率定功率 时，电机转轴时，电机转轴上输出的转矩。上输出的转矩。NPNn( 1 )/()(9550602分转千瓦NNNNNnPnPT（牛顿（牛顿米）米）NTnN 如果如果 电机将会电机将会因带不动负载

21、而停转。因带不动负载而停转。maxTTL最大转矩最大转矩 ：( 2 )maxT电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。n0TnmaxT求解求解0ST21220222)(UsXRsRKT2021max21XKUT过载系数：过载系数：NTTmax三相异步机三相异步机2 .28 .1 工作时，一定令负载转矩工作时，一定令负载转矩 ，否则，否则电机将停转。致使电机将停转。致使注意：注意： （1）三相异步机的）三相异步机的 和电压的平方成正比，所和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。maxTmaxTTL （2）电机严重过

22、热电机严重过热0n121)(s II2021max21XKUTstT起动转矩起动转矩 ：( 3 )电机起动时的转矩。电机起动时的转矩。n0TnstT21220222)(UsXRsRKT0n1)(s 其中其中则则21220222)(UXRRKTstLstTT stT体现了电动机带载起动的能力。若体现了电动机带载起动的能力。若 电机能电机能起动，否则将起动不了。起动，否则将起动不了。1U21220222)(UsXRsRKT 机械特性和电路参数的关系机械特性和电路参数的关系21 UT和电压的关系和电压的关系0Tn0) 0(nnsSTTTUmax1结论：结论： 和转子电阻的关系和转子电阻的关系22RR

23、 2 RR2的的 改变改变 ： 鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电机外接电阻不同。机外接电阻不同。 21220222)(UsXRsRKT0ST令：令：得：得：202XRSm0Tn2RmsmsstTstT mmssststTT结论：结论： 机械特性的软硬机械特性的软硬 硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起 动特性好。动特性好。 硬特性硬特性 （R2小）小）软特性软特性（R2大）大）0Tn 不同场合应选

24、用不同的电机。如金属切削，选硬特性不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。电机；重载起动则选软特性电机。第三节第三节 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 三相异步电动机通以三相电源，电动机从静止三相异步电动机通以三相电源，电动机从静止状态开始转动，不断升速至某一转速，并以此转速状态开始转动，不断升速至某一转速，并以此转速稳定运行的过程称为起动。稳定运行的过程称为起动。 起动初，电动机转速为零，旋转磁场与转子导起动初，电动机转速为零，旋转磁场与转子导体的相对速度很大，感应电动势很大，转子电流很体的相对速度很大，感应电动势很大，转子电流很大，此时的定子起动

25、电流大，此时的定子起动电流IST也很大。若起动转矩大也很大。若起动转矩大于负载转矩，转子转动起来。转子在电磁转矩的作于负载转矩，转子转动起来。转子在电磁转矩的作用下加速，转速迅速上升，磁场与转子导体的相对用下加速，转速迅速上升，磁场与转子导体的相对速度减小，感应电动势减小，转子电流与定子电流速度减小，感应电动势减小，转子电流与定子电流都会迅速下降。都会迅速下降。图7-18 三相异步电动机的起动过程 异步电动机的起动过程如异步电动机的起动过程如图图7-18所示，起动时电动机的所示，起动时电动机的工作点从工作点从C点开始沿机械特性点开始沿机械特性的的BC段上升，电磁转矩从段上升，电磁转矩从TST增

26、大到增大到Tm，电动机不断加速；，电动机不断加速；工作点进入工作点进入AB段后，电磁转矩段后，电磁转矩随转速的上升而减小但仍大于随转速的上升而减小但仍大于负载转矩负载转矩TL，电动机继续加速；，电动机继续加速；当运行到当运行到D点时，电磁转矩等点时，电磁转矩等于负载转矩，电动机就以于负载转矩，电动机就以D点点的转速的转速nD进入稳定运行。进入稳定运行。 对于电动机的起动，一般有以下的几个基本要求：对于电动机的起动，一般有以下的几个基本要求： （1）起动转矩足够大，一般）起动转矩足够大，一般 TST（1.11.2）TL（2）起动电流需限制在一定的范围内，）起动电流需限制在一定的范围内， 一般一般

27、 IST（47）IN（3）起动设备简单、可靠。起动设备简单、可靠。 由于转子的类型不同，笼型电动机与绕线型电动由于转子的类型不同，笼型电动机与绕线型电动机的起动方法有所不同。机的起动方法有所不同。 7.3 7.3 三相异步机的起动三相异步机的起动stI起动电流起动电流 ：中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍。倍。0n定子电流定子电流 原因：起动时原因：起动时 ，转子导条切割磁力线速度很大。，转子导条切割磁力线速度很大。转子感应电势转子感应电势转子电流转子电流大电流使电网电压降低大电流使电网电压降低 影响其他负载工作影响其他负载工作频繁起动时造成热量

28、积累频繁起动时造成热量积累 电机过热电机过热影响：影响：三相异步机的起动方法：三相异步机的起动方法：（1） 直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般 采用直接起动。采用直接起动。（2） 降压起动。降压起动。Y 起动起动自耦降压起动自耦降压起动（3）转子串电阻起动。）转子串电阻起动。以下介绍以下介绍Y 起动和转子串电阻起动。起动和转子串电阻起动。定子串电阻定子串电阻(或电抗或电抗)起动起动1) 1) 定子回路串电阻（或串电抗）降压起动定子回路串电阻（或串电抗）降压起动 图图7-19为定子回路串电阻降压或串为定子回路串电阻降压或串电抗降压起动原理示意图，电抗

29、降压起动原理示意图，QS为送为送电开关，电开关，S为起动到运行的切换开关。为起动到运行的切换开关。起动时把换接开关起动时把换接开关S投向投向“起动起动”位位置，三相电阻或电抗接入定子绕组，置，三相电阻或电抗接入定子绕组，降低了定子电压，电动机降压起动；降低了定子电压，电动机降压起动；当转速接近稳定值时，把换接开关当转速接近稳定值时，把换接开关S投向投向“运行运行”位置，定子绕组接通电位置，定子绕组接通电源电压，电动机最终稳定运行。源电压，电动机最终稳定运行。串电串电阻能耗大，小容量采用，大容量多采阻能耗大，小容量采用，大容量多采用串电抗降压起动。用串电抗降压起动。图7-19 笼型电动机串电阻降

30、压起动原理图2) Y 起动：起动： 正常正常运行运行lUAZBYXClI 起动起动ABCXYZlUlYIZUIllY33ZUIll设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为z31llYIIAZBYXC正常正常运行运行UPABCXYZ起起动动UPStstYTT31PPUU31（2）Y 起动应注意的问题：起动应注意的问题：（1）仅）仅适用于正常接法为三角形接法适用于正常接法为三角形接法的电机。的电机。 所以所以降压起动适合于空载或轻载起动降压起动适合于空载或轻载起动的场合的场合)(2UTSTY 起动起动也时ststTI,。3) 自耦补偿起动自耦补偿起动 自耦补偿起动利用自耦变压器降低自耦补偿起动利用自耦

31、变压器降低加载到定子绕组的电压，减小起动电流。加载到定子绕组的电压，减小起动电流。 图图7-21为自耦补偿起动原理示为自耦补偿起动原理示意图。起动时把换接开关意图。起动时把换接开关S投向投向“起动起动”位置，自耦变压器的一次绕组上加载全位置，自耦变压器的一次绕组上加载全压，定子绕组接自耦变压器的二次绕组，压，定子绕组接自耦变压器的二次绕组，定子电压低于额定电压，电动机降压起定子电压低于额定电压，电动机降压起动。当转速接近稳定值时，把换接开关动。当转速接近稳定值时，把换接开关投到投到“工作工作”位置，自耦变压器被切除，位置，自耦变压器被切除，定子绕组获得全电压，电动机最终稳定定子绕组获得全电压，

32、电动机最终稳定运行。运行。图7-21 自耦补偿起动原理图 为了满足不同负载的需要，自耦变压器的二次为了满足不同负载的需要，自耦变压器的二次绕组可以有不同的抽头供选择，提供的电压通常有绕组可以有不同的抽头供选择，提供的电压通常有40%UN、60%UN和和80%UN等等 。 自耦变压器的电压比自耦变压器的电压比k=N1/N2，起动时，定子，起动时，定子电压为电压为(1/k)UN，起动转矩是全压起动时的，电动机，起动转矩是全压起动时的，电动机定子绕组中的起动电流为全压起动时的定子绕组中的起动电流为全压起动时的1/k，由于电，由于电源接在自耦变压器的一次绕组，定子绕组接在自耦源接在自耦变压器的一次绕组

33、，定子绕组接在自耦变压器的二次绕组，一次绕组的电流是二次绕组电变压器的二次绕组，一次绕组的电流是二次绕组电流的流的1/k，所以电源提供的起动电流是全压起动时的，所以电源提供的起动电流是全压起动时的(1/k)2。 自耦补偿起动适合中小容量的低压电动机，或自耦补偿起动适合中小容量的低压电动机，或者正常运行为星形而无法采用者正常运行为星形而无法采用Y-Y-换接起动的电动换接起动的电动机。由于降压起动时的起动转矩较小，也只适用于机。由于降压起动时的起动转矩较小，也只适用于空载或轻载起动场合。空载或轻载起动场合。转子串电阻起动转子串电阻起动定子定子RRR线绕式转子线绕式转子起动时将适当的起动时将适当的R

34、串入转子绕组中，串入转子绕组中，起动时，电动机的转速起动时，电动机的转速为零，产生的感应电动势很大，转子串入的电阻限制了转子为零，产生的感应电动势很大，转子串入的电阻限制了转子电流，随转子电流变化的定子电流也被限制在允许的范围内电流，随转子电流变化的定子电流也被限制在允许的范围内。起动后将起动后将R短路。短路。1222202202)(IIRXREIst 从转子串电阻的人为特性可知，适当地增大从转子串电阻的人为特性可知，适当地增大转子电路的电阻，可以增大电动机的起动转矩。因转子电路的电阻，可以增大电动机的起动转矩。因此，电动机可以获得较大的加速度，缩短起动时间。此，电动机可以获得较大的加速度，缩

35、短起动时间。为了平滑起动过程，起动电阻常分为几级，在起动为了平滑起动过程，起动电阻常分为几级，在起动过程中被逐级切除。过程中被逐级切除。2202022122022210)(RXSXRSUXRRKTmmst 例 7-3 一台笼型异步电动机，已知PN=40kW，UN=380V，IN=80A，接法， nN=1450r/min ，cos=0.87，IST/IN=7.0，TST/TN=Ks=1.4，Tm/T=2.0，起动时负载转矩为TL=100Nm，供电系统要求。试求 （1）电动机能否直接起动？ （2）电动机能否采用Y-换接起动？ （3）若采用 40%UN、60%UN和80%UN 3种抽头的自耦变压器进

36、行起动，应选用哪个抽头？ )(45.26314504095509550mNnPTNNN 解解 （1 1）电动机的额定转矩为）电动机的额定转矩为 直接起动时的起动转矩直接起动时的起动转矩)(83.36845.2634 . 1mNTKTNSST负载转矩为负载转矩为 mNTL100)(1101 . 11001 . 1mNTL可见可见 LSTTT1 . 1起动电流起动电流 AAAIINST200560800 . 70 . 7 由以上计算可知，虽然起动转矩满足起动要求，但起动由以上计算可知，虽然起动转矩满足起动要求，但起动电流大于供电系统的限制电流，所以电动机不能采用直接电流大于供电系统的限制电流，所以

37、电动机不能采用直接起动起动 。（2 2） 若电动机采用若电动机采用Y-Y-换接起动换接起动 起动转矩起动转矩 )(94.12245.2634 . 13131mNTKTNSST起动电流起动电流 AAAIINST200187800 . 7310 . 731 可见，可见，TST1.1TL，起动转矩满足要求；，起动转矩满足要求；IST200A,起动电流满足要求，所以此电动机可以采用起动电流满足要求，所以此电动机可以采用Y-换接换接起动。起动。 （3 3）若电动机采用自耦补偿起动，起动电流和起）若电动机采用自耦补偿起动，起动电流和起动转矩分别为：动转矩分别为：)(01.5983.36816. 04 .

38、02/mNTTSTSTAAIISTST6 .8956016. 04 . 02/)(57.11183.3683025. 055. 02/mNTTSTSTAAIISTST4 .1695603025. 055. 02/)(05.23683.36864. 08 . 02/mNTTSTSTAAIISTST4 .35856064. 08 . 02/40%UN：55%UN：80%UN： 可见，只有可见，只有55%UN的抽头提供的起动转矩和起的抽头提供的起动转矩和起动电流满足起动要求。动电流满足起动要求。 40%UN抽头提供的起动转矩抽头提供的起动转矩过小；过小； 80%UN抽头的起动电流过大。抽头的起动电流

39、过大。转子串电阻起动的特点：转子串电阻起动的特点：适于转子为线绕式的电动机起动。适于转子为线绕式的电动机起动。（1） （2）R2选的选的适当适当，转子串电阻既可以降低起动电流，转子串电阻既可以降低起动电流， 又可以增加起动力矩。又可以增加起动力矩。0Tn2R2R22RR ststTRXRURKT222022212第四节第四节 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 由三相异步电动机的转速公式由三相异步电动机的转速公式 spfn160 可以分析三相异步电动机的调速方法。可以分析三相异步电动机的调速方法。 （1 1）改变电源频率）改变电源频率f，将改变同步转速，将改变同步转速n0。由于异步。由于

40、异步电动机正常运行时，转子转速仅略小于同步转速，可见电动机正常运行时，转子转速仅略小于同步转速，可见如果同步转速如果同步转速n0发生变化，电动机的转速会随之变化。发生变化，电动机的转速会随之变化。这种改变定子通电频率的调速方法称为变频调速。这种改变定子通电频率的调速方法称为变频调速。 （2 2）改变磁极对数）改变磁极对数p，同步转速，同步转速n0也发生变化，电动也发生变化，电动机的转速也会随之改变，这种方法称为变极调速。机的转速也会随之改变，这种方法称为变极调速。 （3）改变转）改变转差率差率s，不改变同步转速，不改变同步转速n0，但改变电，但改变电动机转速动机转速n与同步转速与同步转速n0之

41、间的差值（之间的差值（ ），从），从而造成电动机转速的变化。改变转差率可以通过改变而造成电动机转速的变化。改变转差率可以通过改变电源电压，转子串电阻等措施来进行。电源电压，转子串电阻等措施来进行。 00nnns一、变频调速一、变频调速 变频调速是通过变频器完成的。通用变频器的变频调速是通过变频器完成的。通用变频器的主电路（强电电路）由整流器、滤波环节和逆变器主电路（强电电路）由整流器、滤波环节和逆变器组成组成，如图，如图7-23a）所示。变频器的产品的控制核心）所示。变频器的产品的控制核心是单片计算机或是单片计算机或DSP（数字信号处理器），在程序（数字信号处理器），在程序控制下，弱电信号控制

42、强电电路的工作：首先，整控制下，弱电信号控制强电电路的工作：首先，整流器将工频的三相交流电整流成直流电，经电容滤流器将工频的三相交流电整流成直流电，经电容滤波环节进行滤波，然后，逆变器再将直流电逆变成波环节进行滤波，然后，逆变器再将直流电逆变成电压和频率可调的三相交流电，供给电动机作为变电压和频率可调的三相交流电，供给电动机作为变频电源，对交流电动机实现无级调速。频电源，对交流电动机实现无级调速。图7-23 变频器及其机械特性 （a）变频器的组成 图7-23 变频器及其机械特性（b）变频调速的机械特性 变频调速的基本机械特性变频调速的基本机械特性如图如图7-23b）所示，特性曲线）所示，特性曲

43、线中的最大拖动转矩数值与变频中的最大拖动转矩数值与变频器的内部参数设置有关，理论器的内部参数设置有关，理论分析比较复杂，其推导过程可分析比较复杂，其推导过程可参考相关书籍。图参考相关书籍。图7-23c）为为变频器的外形图。由于变频器变频器的外形图。由于变频器的调速范围广，机械特性硬，的调速范围广，机械特性硬，调速性能优良，因此目前被广调速性能优良，因此目前被广泛应用于机械、造纸、冶金、泛应用于机械、造纸、冶金、印染、建筑、交通、建材等各印染、建筑、交通、建材等各行各业。行各业。（c）变频器的外形图二、变极调速 有一种专门设计的三相异步电动机，改变其有一种专门设计的三相异步电动机，改变其定子绕组

44、的接法可以改变电动机的磁极对数，被称为定子绕组的接法可以改变电动机的磁极对数，被称为多速电机。这种通过通过改变定子磁极对数来调速的多速电机。这种通过通过改变定子磁极对数来调速的方法称为变极调速。方法称为变极调速。 这种电机的定子铁心槽内嵌放多套绕组或绕这种电机的定子铁心槽内嵌放多套绕组或绕组具有多个抽头。这些绕组的两端或抽头引至电动机组具有多个抽头。这些绕组的两端或抽头引至电动机的接线盒中。只需改变定子绕组的接法就可以改变磁的接线盒中。只需改变定子绕组的接法就可以改变磁极对数。多速电机均采用笼型转子。极对数。多速电机均采用笼型转子。 变极调速具有较硬的机械特性，稳定性较好。但变极变极调速具有较

45、硬的机械特性，稳定性较好。但变极调速时，磁极对数只能按调速时，磁极对数只能按p=1、p=2、p=3的规律变化，不的规律变化，不能进行连续、平滑的调速。能进行连续、平滑的调速。三、变转差率调速 我们知道，改变转差率我们知道，改变转差率s可以通过改变定子供电可以通过改变定子供电电压，转子串电阻等措施来进行。由于降低定子电电压，转子串电阻等措施来进行。由于降低定子电压的调速方法，电磁转矩太小，机械特性变软，因压的调速方法，电磁转矩太小，机械特性变软，因此降低定子电压的方法通常用于起动，而较少用于此降低定子电压的方法通常用于起动，而较少用于调速。调速。 转子绕组中串入电阻的调速方法简单、经济，转子绕组

46、中串入电阻的调速方法简单、经济，是在变频器之前常用的调速方法，在起重机吊钩和是在变频器之前常用的调速方法，在起重机吊钩和天车移动中被广泛使用。天车移动中被广泛使用。 利用转子串电阻人为机械利用转子串电阻人为机械特性，可分析转子绕组串电阻特性，可分析转子绕组串电阻的降速过程：设电机原来处于的降速过程：设电机原来处于匀速运动状态，在转子绕组串匀速运动状态，在转子绕组串入电阻的瞬间，从转子电路分入电阻的瞬间，从转子电路分析可知转子电流析可知转子电流I2立即减小，立即减小，电磁转矩下降，从图电磁转矩下降，从图7-24的电的电动机机械特性曲线也可以看出动机机械特性曲线也可以看出来这个结果，因为串入电阻瞬

47、来这个结果，因为串入电阻瞬间机械特性由上方曲线变成下间机械特性由上方曲线变成下方曲线，但电动机的转速不能方曲线，但电动机的转速不能突变，所以工作点由突变，所以工作点由A移到移到B点，点，对应电磁转矩确实减小。对应电磁转矩确实减小。 图图7-24 7-24 转子绕组串电阻转子绕组串电阻改变改变s的调速过程的调速过程图图7-24 7-24 转子绕组串电阻转子绕组串电阻改变改变s的调速过程的调速过程 由于拖动转矩小于负载转由于拖动转矩小于负载转矩，电动机减速，转子与旋转矩，电动机减速，转子与旋转磁场的相对速度增大，感应电磁场的相对速度增大，感应电动势上升，电流增大，电磁转动势上升，电流增大，电磁转矩

48、将回升。当电磁转矩回升到矩将回升。当电磁转矩回升到等于负载转矩时，即图中的等于负载转矩时，即图中的C点电动机进入稳定运行。转子点电动机进入稳定运行。转子绕组串入的电阻越大，转差率绕组串入的电阻越大，转差率越大，电动机最终的稳定转速越大，电动机最终的稳定转速就越小。就越小。 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速pfsnsn1060111. 改变极对数改变极对数 有级调速。有级调速。p2. 改变转差率改变转差率 s无级调速无级调速调速方法：调速方法：0Tn2R2R0ST2R2R22RR 3. 改变电源频率改变电源频率 (变频调速变频调速) 无级调速无级调速1f变频电源变频电源 可变可变11,U

49、fHz50pfsnsn106011 此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。成）。第五节第五节 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 电动机在与转向相反的转矩作用下转速迅速降低或者停转的过程，称为制动。制动可分为机械制动和电气制动。 机械制动一般采用电磁制动器。制动时，用弹簧把抱闸紧紧压在转子轴上，利用摩擦转矩使转子停止转动。 电气制动是使电动机产生一个与转速方向相反的电磁转矩，这个转矩称为制动转矩。电气制动有能耗制动、反接制动和回馈制动三种方法。一、能

50、耗制动 这种制动方法是在切断定这种制动方法是在切断定子的三相电源后，立即将定子子的三相电源后，立即将定子的两相绕组中接入直流电源，的两相绕组中接入直流电源，原理如图原理如图7-25a）所示。由于直所示。由于直流电流产生一个恒定磁场，转流电流产生一个恒定磁场，转子由于惯性要维持原来的转动，子由于惯性要维持原来的转动，就会切割恒定磁场的磁力线，就会切割恒定磁场的磁力线，产生感应电动势和产生电流。产生感应电动势和产生电流。根据电磁感应定律，转子感应根据电磁感应定律，转子感应电流受力的方向必然阻碍相对电流受力的方向必然阻碍相对运动，转子的电磁转矩就成为运动，转子的电磁转矩就成为制动转矩。制动转矩。图7

51、-25 能耗制动原理与受力分析（a）电路图 转子感应电流及受力见图转子感应电流及受力见图7-25b）。制动转矩的大小与制动转矩的大小与通入的直流电流有关，直流电通入的直流电流有关，直流电流一般为电动机额定电流的流一般为电动机额定电流的0.51倍。由于这种制动方法倍。由于这种制动方法将转子的动能转换成电能，消将转子的动能转换成电能，消耗在转子回路的电阻上，所以耗在转子回路的电阻上，所以称为能耗制动。称为能耗制动。 能耗制动的特点是制动准能耗制动的特点是制动准确，平稳，但需要额外的直流确，平稳，但需要额外的直流电源。电源。图图7-25 7-25 能耗制动原理与受力分析能耗制动原理与受力分析（b）转

52、子受力分析 二、反接制动二、反接制动 反接制动方法是将定子绕组反接制动方法是将定子绕组两相反接，改变定子电流的相序两相反接，改变定子电流的相序，使旋转磁场的转向随之改变，使旋转磁场的转向随之改变，从而迫使转子停转的制动方法。从而迫使转子停转的制动方法。控制原理如图控制原理如图7-26a）所示，当）所示，当KM1不通、不通、KM2接通时，电动接通时，电动机接受正常相序；当机接受正常相序；当KM2不通、不通、KM1接通时，电动机的左边两根接通时，电动机的左边两根相线换接。相线换接。图7-26 反接制动原理与受力分析（a）电路图 图图7-26b7-26b）为受力分析）为受力分析图。当改变定子电流的相

53、序后，图。当改变定子电流的相序后，旋转磁场改变方向，与转子导旋转磁场改变方向，与转子导体高速切割，感应电动势和转体高速切割，感应电动势和转子电流方向如图所示，产生的子电流方向如图所示，产生的电磁力电磁力F F与转子转速方向相反，与转子转速方向相反，出现制动转矩。当电动机的转出现制动转矩。当电动机的转速接近零时，应及时断开电源，速接近零时，应及时断开电源，防止电动机反转。防止电动机反转。（b）转子受力分析 图7-26 反接制动原理与受力分析三回馈制动三回馈制动 如果电动机在外力的作用下（例如机车下坡、起重机下放重物），转子转速超过同步转速，转子切割旋转磁场的方向将发生改变，感应电动势、感应电流均

54、反向，如图7-27所示，这时转子受到的电磁力与转子的转向相反，为制动转矩。此时电磁转矩会阻止重物的加速下降，迫使电动机转入匀速下降，同时进入发电状态，将转子上的动能转换成电能，通过定子的三相绕组反馈回电网，故称为回馈制动。图图7-27 7-27 回馈制动回馈制动制动方法：制动方法： 1. 抱闸抱闸：加机械抱闸；：加机械抱闸； 2. 反接制动反接制动：停车时，将电动机接电源的意：停车时，将电动机接电源的意两相反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，两相反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，以达制动的目的；以达制动的目的； 7.7 7.7 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动反接制动时，定子旋转

55、磁场与转子的相对转速很大。反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。即切割磁力线的速度很大，造成即切割磁力线的速度很大，造成 ，引起，引起 。2I1I注意：注意： 4.发电反馈制动：发电反馈制动： 令电机转子的转速超过令电机转子的转速超过 旋转磁场的同步转速，便旋转磁场的同步转速，便 会产生制动转矩。会产生制动转矩。M3+-运行运行制动制动n F转子转子3. 能耗制动能耗制动：停车时，断开交流电源，接至直流：停车时，断开交流电源，接至直流 电源上，产生制动转矩；电源上，产生制动转矩；n Fno第七节第七

56、节 单相异步电动机单相异步电动机 在前面的课程中我们学习了三相异步电动机原理、在前面的课程中我们学习了三相异步电动机原理、机械特性以及使用方法。三相电机被广泛在应用在工机械特性以及使用方法。三相电机被广泛在应用在工农业生产中，但有一个农业生产中，但有一个缺点缺点，即三相异步电动只能应，即三相异步电动只能应用在有三相电源的地方，而家用电器如电风扇，电冰用在有三相电源的地方，而家用电器如电风扇，电冰箱，洗衣机等均不能用三相电机，因此单相异步电动箱，洗衣机等均不能用三相电机，因此单相异步电动机就有了广泛的应用市场。下面我们就来学习单相异机就有了广泛的应用市场。下面我们就来学习单相异步电动机的知识。步

57、电动机的知识。 单相异步电动机单相异步电动机是利用单相交流电源供电的是利用单相交流电源供电的一种小容量交流电动机，功率约在一种小容量交流电动机，功率约在8W750W之间之间。特点与应用 单相异步电动机具有结构简单单相异步电动机具有结构简单,成本低廉成本低廉,维修方便等特点。维修方便等特点。 广泛应用于如冰箱、电扇、洗衣机等家广泛应用于如冰箱、电扇、洗衣机等家用电器及医疗器械中。用电器及医疗器械中。 但与同容量的三相异步电动机相比，单但与同容量的三相异步电动机相比，单相异步电动机的体积较大、运行性能较相异步电动机的体积较大、运行性能较差、效率较低。差、效率较低。结构结构 结构与三相笼形异步电动机

58、类似，转子绕组也为一结构与三相笼形异步电动机类似，转子绕组也为一笼形转子。其结构如图所示。笼形转子。其结构如图所示。 单相异步电动机结构图 结构结构 定子：单相工作绕组和一个启动绕组。定子：单相工作绕组和一个启动绕组。 转子：笼形转子。转子：笼形转子。 为了能产生旋转磁场，在启动绕组中还串联了一个为了能产生旋转磁场，在启动绕组中还串联了一个电容器，其结构如图所示。电容器，其结构如图所示。 单相异步电动机结构图 单相异步电动机的工作原理单相异步电动机的工作原理 当给三相异步电动机的定子三相绕组通入当给三相异步电动机的定子三相绕组通入三相交流三相交流电时，会形成一个电时，会形成一个旋转磁场旋转磁场

59、，在旋转在旋转磁场的作用下，转子将获得启动转矩而自行启磁场的作用下，转子将获得启动转矩而自行启动。但时当单相异步电动机通入单相交流电时动。但时当单相异步电动机通入单相交流电时还能产生旋转磁场吗还能产生旋转磁场吗？ ？ ？ 下面来分析单相异步电动机定子绕组通入单下面来分析单相异步电动机定子绕组通入单相交流电时产生的磁场情况。如下图所示为一相交流电时产生的磁场情况。如下图所示为一台简单的单相异步电动机原理图，定子铁心上台简单的单相异步电动机原理图，定子铁心上布置有单相定子绕组，转子为鼠笼结构。布置有单相定子绕组，转子为鼠笼结构。 当向单相异步电动机的定子绕组中通入单相交流当向单相异步电动机的定子绕

60、组中通入单相交流电后，由上图可见，当电流在交变时，其产生的磁场电后，由上图可见，当电流在交变时，其产生的磁场大小及方向也在不断变化（按正弦规律变化），但磁大小及方向也在不断变化（按正弦规律变化），但磁场的轴线则沿纵轴方向固定不动，这样的磁场称为：场的轴线则沿纵轴方向固定不动，这样的磁场称为： 脉振磁场。脉振磁场。定子定子转子转子 定子定子绕组绕组定子中通入单相交定子中通入单相交流电后，形成流电后，形成脉振脉振磁场磁场。其磁感应强。其磁感应强度按正弦分布，且度按正弦分布，且随时间按正弦变化。随时间按正弦变化。 一个脉振磁场一个脉振磁场B，可以分解为两个大小相等、转速，可以分解为两个大小相等、转速