第9章 异步电动机的电力拖动

1、2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作1第第 9 章章 异步电动机的电力拖动异步电动机的电力拖动9.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 9.2 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 9.3 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 9.4 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 9.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 9.2 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 9.3 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 9.4 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 9.5 三相异步电动机的各种运行状态三相异步电动机的各种

2、运行状态 9.5 三相异步电动机的各种运行状态三相异步电动机的各种运行状态 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作2本章基本要求本章基本要求1. 掌握三相异步电动机的机械特性。掌握三相异步电动机的机械特性。2. 掌握三相异步电动机的起动和调速方法及其掌握三相异步电动机的起动和调速方法及其适用范围。适用范围。3. 了解三相异步电动机的制动方法。了解三相异步电动机的制动方法。2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作39.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性一、物理表达式一、物理表达式 在定子电压、频率和参数固定的条件下，

3、转速在定子电压、频率和参数固定的条件下，转速n（或（或转差率转差率s） 与电磁转矩与电磁转矩Te 之间的函数关系。之间的函数关系。9.1.1 三相异步电动机机械特性的三种表达式三相异步电动机机械特性的三种表达式T = CT1 I 2 cos 2 转矩常数转矩常数: 4.44 pm1kw1N1 2 CT = 在第在第4章中已推导出三相异步电动机转矩公式：章中已推导出三相异步电动机转矩公式：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是指：指：2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作4三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性1eePT 221122211

4、122()()rUpmsrfrxxs二、二、 参数表达式参数表达式参数表达式清楚的表示了电磁转矩和电机参数的关参数表达式清楚的表示了电磁转矩和电机参数的关系；系；当电动机的参数不变时，电磁转矩和转差率的关系当电动机的参数不变时，电磁转矩和转差率的关系称为称为T-s曲线。曲线。当要绘制电动机的机械特性曲线时，必须知道电动当要绘制电动机的机械特性曲线时，必须知道电动机的各种参数，很不方便。机的各种参数，很不方便。2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作5三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性三、实用表达式三、实用表达式 由由Te、Tmax及及sm的表达式的表

5、达式 221212)(xxrrsm211max22111124()pmUTfrrxx221e1e222111122()()rUPpmsTrfrxxs经化简得经化简得 em a x2mmTssTss上式就是机械特性的实用表达式，只要知道上式就是机械特性的实用表达式，只要知道Tmax及及sm，便可求出，便可求出Te和和s的关系。的关系。 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作6三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性根据铭牌数据和产品目录，可求出：根据铭牌数据和产品目录，可求出：NNNnPT 9550maxmNTk T当当s=sN，Te=TN时，由时，由ma

6、x21NNmmmNTssTkss得出得出2(1)mNmmsskk在上式中的正负号，对电动机来说只有正号有意在上式中的正负号，对电动机来说只有正号有意义，因为用负号求得的义，因为用负号求得的smsN。当电动机在额定负载以下运行时，转差率当电动机在额定负载以下运行时，转差率s很小，则很小，则 maxmax22emmTTTssss2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作7三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性由上式可见，若由上式可见，若Tmax及及sm已知，当已知，当s TL。 Ist线路允许值。线路允许值。 起动转矩倍数起动转矩倍数n1TnOATst kst

7、T = TstTN 起动电流倍数起动电流倍数 kstI = IstIN Y 系列三相异系列三相异步电动机步电动机 kstT = 1.6 2.2 kstI = 5.5 8.0三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作16例：例：一台三相异步电动机，已知一台三相异步电动机，已知 PN =45kW，nN =2970r/min， km =2.2，kstT =2.0；若；若 TL = 200 Nm。试问能否带此负载：。试问能否带此负载：(1) 长期长期运行；运行；(2) 短时短时运行；运行；(3) 直接起动（设直接起动（设 Is

8、t 在允许范围内）在允许范围内）。解：解： (1) 电动机的额定转矩电动机的额定转矩 602 TN =PNnN6023.14 = = 145 Nm451032 970由于由于 TNTL ，故不能带此负载，故不能带此负载长期长期运行。运行。三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性(2) 电动机的最大转矩电动机的最大转矩Tmax = kmTN = 2.2145 Nm = 319 Nm由于由于 TmaxTL ，故可以带此负载，故可以带此负载短时短时运行。运行。(3) 电动机的起动转矩电动机的起动转矩Tst = kstTTN = 2.0145 Nm = 290 Nm由于由于TstTL，故可以带

9、此负载，故可以带此负载直接起动直接起动。2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作17三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性9.1.3 人为机械特性人为机械特性人为地改变电机参数或电源参数而得到的机械特性人为地改变电机参数或电源参数而得到的机械特性。三相感应电动机的人为机械特性种类很多三相感应电动机的人为机械特性种类很多。1. 降低定子电压时的人为机械特性降低定子电压时的人为机械特性降低定子电压的人为降低定子电压的人为机械特性为一组通过机械特性为一组通过同步点的曲线族同步点的曲线族。0.8UNsnsm1 0TLUN0n1ATmaxTeTst0.64Tst0

10、.64Tmax同步转速同步转速n1与电压与电压U1无关，无关，TmaxU12，sm与与 U1无关；无关； 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作18若电动机电流超过额定值，则电动机最终温升将超若电动机电流超过额定值，则电动机最终温升将超过容许值，导致电动机寿命缩短，甚至使电动机烧过容许值，导致电动机寿命缩短，甚至使电动机烧坏。如果电压降低过多，致使最大转矩坏。如果电压降低过多，致使最大转矩Tmax小于总小于总的负载转矩时，则会发生电动机停转事故。的负载转矩时，则会发生电动机停转事故。当电动机在某一负载下运行时，若降低电压，将使当电动机在某一负载下运行时，若降低电

11、压，将使电动机转速降电动机转速降低，转差率增大，转子电流将因此增低，转差率增大，转子电流将因此增大，引起定子电流的增大。大，引起定子电流的增大。2. 转子电路中串接对称电阻时的人为机械特性转子电路中串接对称电阻时的人为机械特性 根据根据Tmax 与与 r2 无关；无关； smr2； 当当 sm1时，时，R2 Tst 。 当当sm = 1时，时，Tst = Tmax。 当当 sm1，R2 Tst 。 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作19人为特性为一组通过同步点的曲线族。人为特性为一组通过同步点的曲线族。三相异步

12、电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性r2+Rs3Tst2sm2r2+Rs2Tst1sm1r2+Rs11 0TstTmaxTes n0n1smr22022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作203. 定子串接电抗器（电阻）时的机械特性定子串接电抗器（电阻）时的机械特性1 0TmaxTesms n0n1T maxxsts m转子电路串接附加电阻，适用于绕线转子异步电动转子电路串接附加电阻，适用于绕线转子异步电动机机的起动和调速。的起动和调速。三相异步电动机三相异步电动机的人为机械特性的人为机械特性的种类很多，除的种类很多，除了上述几种外，了上述几种外，还有改变定子极还

13、有改变定子极对数，改变电源对数，改变电源频率的人为特性频率的人为特性等。等。三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作21n0TnO 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。调整这种能力称为自适应负载能力。 自适应负载能力自适应负载能力是是电动机电动机区别于其他动力机械的重要区别于其他动力机械的重要特点。特点。 如如:柴油机当负载增加时，柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，必须由操作者加大油门，才能带动

14、新的负载。才能带动新的负载。a 点点TL 新的平衡新的平衡 TL a点点aaTTL0n I2 T I1 P1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作22 9.2 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 电动机的起动指标电动机的起动指标(1) 起动转矩足够大起动转矩足够大 Tst TL Tst (1.1 1.2) TL(2) 起动电流不超过允许范围。起动电流不超过允许范围。 异步电动机的实际起动情况异步电动机的实际起动情况 起动电流大：起动电流大：Ist = kstI IN = (5.58) IN 起动转矩小：起动

15、转矩小：Tst = kstTTN = (1.62.2) TN 异步电动机投入电网时，电动机从静止状态转动起异步电动机投入电网时，电动机从静止状态转动起来，然后升速达到稳定运行的转速，这个过程称为来，然后升速达到稳定运行的转速，这个过程称为起动过程简称起动。起动过程简称起动。 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作23 不利影响不利影响三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。过大的过大的Ist使电网电压降低，影响自身及其他负使电网电压降低，影响自身及其他负载工作。载工作。9.2.1

16、笼型三相异步电动机的笼型三相异步电动机的起动方法起动方法一、一、直接起动直接起动方法简单，不需要复杂的起动设备方法简单，不需要复杂的起动设备;起动的电流较大，一般可达额定电流的起动的电流较大，一般可达额定电流的5.58倍倍。直接起动特点：直接起动特点：为了利用直接起动的优点，现代设计的笼式异步电为了利用直接起动的优点，现代设计的笼式异步电动机均按直接起动时的电磁力和发热来考虑它们的动机均按直接起动时的电磁力和发热来考虑它们的机械强度和热稳定性；机械强度和热稳定性；就电动机本身来说，笼式异步电动机都允许直接起就电动机本身来说，笼式异步电动机都允许直接起动。动。 直接起动的应用主要受电网的容量限制

17、。直接起动的应用主要受电网的容量限制。 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作24二、降压起动二、降压起动1. 定子串联电阻或电抗降压定子串联电阻或电抗降压起动起动三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 当电网容量不够大而不能采用直接起动时，可采用当电网容量不够大而不能采用直接起动时，可采用降压的方法来减少起动电流。降压的方法来减少起动电流。 降压起动的目的：限制起动电流，通过起动设备使降压起动的目的：限制起动电流，通过起动设备使定子绕组承受的电压小于额定电压，待电动机转速定子绕组承受的电压小于额定电压，待电动机转速达到某一数值时，再使定子绕组承受额定电压，使

18、达到某一数值时，再使定子绕组承受额定电压，使电动机在额定电压下稳定工作。电动机在额定电压下稳定工作。电动机起动时，在定子电路中串接电阻，这样就降电动机起动时，在定子电路中串接电阻，这样就降低了加在定子绕组上的电压，从而也就减少了起动低了加在定子绕组上的电压，从而也就减少了起动电流。设定子绕组电压下降了电流。设定子绕组电压下降了k倍。倍。一般情况下，只要直接起动时的起动电流在电网上引一般情况下，只要直接起动时的起动电流在电网上引起的电压降不超过起的电压降不超过1015%，就允许采用直接起动。，就允许采用直接起动。 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作25M33

19、RStS1 FUS2起动起动运行运行M3XStS1 FUS23 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 起动起动电流电流I st为全压起动时起动为全压起动时起动电流电流Ist的的1/k 。起动转矩起动转矩T st仅为全压起动时起动转矩仅为全压起动时起动转矩Tst的的1/k2 。2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作262. 自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动TA3 UNS1 FUS2M3三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作273 UNS1 FUS2TAM3起动起动 三相异步电动机的起

20、动三相异步电动机的起动 2. 自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作28TA3 UNS1 FUS2M3运行运行三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 2. 自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作293 UNS1 FUS2TAM3起动起动U 定子绕组电压比定子绕组电压比 U1U 1= kA 定子电流比定子电流比 I1I 1= kAU1U 1三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 2. 自耦变压器自耦变压器减压减压起动起动设自耦变压器原、副边设自耦变压器原、副

21、边电压之比为电压之比为kA，经过自，经过自耦变压器后，加在电动耦变压器后，加在电动机定子上的电压为机定子上的电压为U 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作30TAM33 UNS1 FUS2起动起动I stI st 电动机的起动电流比（副边）电动机的起动电流比（副边） 电源电流比（原边）电源电流比（原边）I stIstI st kA= 起动转矩比起动转矩比T stTstU1U 1=( )2三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 I stIst1kA=I 1I1=1kA2=1kA22022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作31 自耦变

22、压器自耦变压器减压减压起动的电网起动电流起动的电网起动电流 自耦变压器自耦变压器减压减压起动的起动转矩起动的起动转矩 降压比降压比 kA 可调可调QJ2 型三相自耦变压器：型三相自耦变压器：副边的抽头电压分别为电源电压的副边的抽头电压分别为电源电压的0.55、0.64、0.73；即即uA=0.55、0.64、0.73。QJ3 型三相自耦变压器：型三相自耦变压器：副边的抽头电压分别为电源电压的副边的抽头电压分别为电源电压的0.4、0.6、0.8。 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 I st =1kA2Ist T st =1kA2Tst kA=1uA此时此时2022年4月1日星期五山东理工

23、大学电工电子教研室weipeiyu制作32(1) I stImax （线路中允许的最大电流）。（线路中允许的最大电流）。 (2) T stTL 否则不能采用此法。否则不能采用此法。 自耦变压器降自耦变压器降压比压比的选择方法的选择方法 自耦变压器自耦变压器减压减压起动的使用条件起动的使用条件 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 Ist1kA2=uA2IstTst1kA2TLImax=uA2Tst2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作33适用于：正常运行为适用于：正常运行为联结的电动机。联结的电动机。3. 星形星形三角形三角形减压减压起动（起动（Y 起动）起

24、动）3 UNS1 FUS2U1U2V1V2W1W2三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作34适用于：正常运行为适用于：正常运行为联结的电动机。联结的电动机。3. 星形星形三角形三角形减压减压起动（起动（Y 起动）起动）3 UNS1 FUS2U1U2V1V2W1W2Y 起动起动三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作35适用于：正常运行为适用于：正常运行为联结的电动机。联结的电动机。3. 星形星形三角形三角形减压减压起动（起动（Y 起动）起动） 运行运

25、行S23 UNS1 FUU1U2V1V2W1W2 定子相电压比定子相电压比 U1PYU1PUN 3UN=1 3 定子相电流比定子相电流比 I1PYI1PU1PYU1P=1 3 起动电流比起动电流比IstYIstI1PY 3 I1P=13三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作36 Y 型型起动的起动电流起动的起动电流 IstY = Ist13 起动转矩比起动转矩比 TstYTstU1PYU1P=13( )2TstY = Tst13 Y型型起动的起动转矩起动的起动转矩 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 (1) Ist

26、YImax （线路中允许的最大电流）；（线路中允许的最大电流）；(2) TstYTL 。否则不能采用此法。否则不能采用此法。 Y 起动的使用条件起动的使用条件 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作37例例 ： 一台一台 Y250M6 型三相笼型异步电动机，型三相笼型异步电动机，UN = 380 V， 联结，联结，PN = 37 kW， nN = 985 r/min，IN = 72 A，kstT = 1.8，kstI = 6.5。如果要求电动机起动时，。如果要求电动机起动时， 起动转矩必须大于起动转矩必须大于 250 Nm，从电源取用的电流必须小于，从电源取用的

27、电流必须小于 360A。试问：。试问：(1) 能否直接能否直接起动？起动？(2) 能否采用能否采用 Y 起动？起动？(3) 能否采用能否采用 抽头为抽头为 80% 的的自耦变压器起动？自耦变压器起动？ 解：解： (1) 能否直接起动能否直接起动602 TN =PN nN=6023.1437103985直接起动时起动转矩和起动电流为直接起动时起动转矩和起动电流为三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 Nm Tst = kstT TN = 1.8359 Nm = 646 NmIst = kstI IN = 6.572 A = 468 A虽然虽然Tst250 Nm，但，但Ist360 A，故不能直

28、接起动。故不能直接起动。= 359 Nm 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作38(2) 能否采用能否采用 Y 起动起动 TstY = Tst13= 646 Nm = 215 Nm13IstY = Ist13= 468 A = 156 A13虽然虽然 IstY360 A，但，但TstY250 Nm，所所以不能采用以不能采用 Y 起动。起动。三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 由于由于 T st 250 Nm，而且，而且 I st360 A，所以能采用所以能采用 uA = 0.8 的自耦变压器起动。的自耦变压器起动。(3) 能否采用能否采用 抽头为抽头为

29、80% 的自耦变压器起动的自耦变压器起动 T st= uA2Tst = 0.82646 Nm = 413 Nm I st= uA2Ist = 0.82468 A = 300 A2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作399.2.2 改善起动性能的笼式异步电动机改善起动性能的笼式异步电动机三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 为了解决这一矛盾，可从鼠笼式电动机的转子槽形为了解决这一矛盾，可从鼠笼式电动机的转子槽形着手，设法着手，设法利用集肤效应，来达到起动时转子电阻利用集肤效应，来达到起动时转子电阻较大而正常运行时转子电阻自动减小的要求。较大而正常运行时转子电阻

30、自动减小的要求。采用降压起动时，虽然可减小起动电流，但起动转采用降压起动时，虽然可减小起动电流，但起动转矩也相应减小。矩也相应减小。为了增大起动转矩，减小起动电流，可适当增加转为了增大起动转矩，减小起动电流，可适当增加转子电阻。子电阻。具有这种起动性能的笼式异步电动机就是深槽式和具有这种起动性能的笼式异步电动机就是深槽式和双鼠笼式异步电动机。双鼠笼式异步电动机。但转子电阻大，运行时但转子电阻大，运行时pcu2大，效率低。大，效率低。当采用直接起动时，起动电流较大；当采用直接起动时，起动电流较大；2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作401. 深槽异步电动机深槽异

31、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 。三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 在相同电势的作用下，导体在相同电势的作用下，导体中靠近槽底的电流密度很小中靠近槽底的电流密度很小而越靠近槽口则越大，这种而越靠近槽口则越大，这种现象就称为电

32、流的集肤效应。现象就称为电流的集肤效应。 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作412. 双笼型异步电动机双笼型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，r2 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。三相异步

33、电动机的起动三相异步电动机的起动 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作42三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 改变内外笼的几何尺寸、所用的材料以及上下笼之改变内外笼的几何尺寸、所用的材料以及上下笼之间的缝隙尺寸而灵活地改变内外笼的参数（内外笼间的缝隙尺寸而灵活地改变内外笼的参数（内外笼间的缝隙是必须有的），从而得到各种不同的转矩间的缝隙是必须有的），从而得到各种不同的转矩特性，以满足不同负载的需要，这是双鼠笼异步电特性，以满足不同负载的需要，这是双鼠笼异步电动机的一个突出优点。动机的一个突出优点。 双鼠笼式电动机的电磁转矩可看成是由起动笼和运双鼠笼式电动

34、机的电磁转矩可看成是由起动笼和运行笼共同产生的，这时双鼠笼电动机具有较大的起行笼共同产生的，这时双鼠笼电动机具有较大的起动转矩，可带较大负载起动；动转矩，可带较大负载起动；同时在额定负载下运行时也有较高的转速（即有同时在额定负载下运行时也有较高的转速（即有较小的转差率）因而有较好的运行性能。较小的转差率）因而有较好的运行性能。 由于深槽式和双鼠笼的转子漏抗较普通鼠笼的大，由于深槽式和双鼠笼的转子漏抗较普通鼠笼的大，所以双鼠笼和深槽式电动机的功率因数和最大转矩所以双鼠笼和深槽式电动机的功率因数和最大转矩比普通鼠笼式电动机稍小些，且两种电动机制造工比普通鼠笼式电动机稍小些，且两种电动机制造工艺复杂

35、价格高。艺复杂价格高。 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作43Rst1Rst23 M3S1 S2S1. 起动过程起动过程一、转子电路串联电阻分级起动一、转子电路串联电阻分级起动 串联串联 Rst1 和和 Rst2 起动（特性起动（特性 a） 总电阻总电阻 R22 = r2 + Rst1+ Rst2n1TnOa (R22)TLTst2a1a2Tst1切除切除 Rst2三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 9.2.3 绕线型三相异步电动机的起动绕线型三相异步电动机的起动 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作441. 起动过程

36、起动过程b (R21)n0TnOa (R22)Tst2 Tst1a1a2TLb1b2 合上合上 S2 ，切除，切除 Rst2（特性（特性 b） 总电阻总电阻 R21 = r2+ Rst1一、转子回路串联电阻分级起动一、转子回路串联电阻分级起动 3 M3S1 S2Rst1Rst2S切除切除 Rst1三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作45 合上合上 S1 ，切除，切除 Rst1（特性（特性 c） 总电阻总电阻: r2一、转子回路串联电阻分级起动一、转子回路串联电阻分级起动 c (r2)b (R21)n0TnOa (R22

37、)Tst2 Tst1a1a2TLb1b2c1c21. 起动过程起动过程p3 M3S1 S2 Rst1Rst2S三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作462. 起动电阻的计算起动电阻的计算三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 (1)机械特性的线性化机械特性的线性化maxmax22emmTTTssss异步电动机的机械特性是非线性的，它的方程式近异步电动机的机械特性是非线性的，它的方程式近似为似为 2mNemmk TTssss当电动机工作时，一般在额定负载以下运行，转当电动机工作时，一般在额定负载以下运行，转差率差率s(1

38、.11.2)TL，所以所选，所以所选 m 和和合适。合适。(4) 求出转子每相绕组电阻求出转子每相绕组电阻 r2 = = 2.2 266.32 0.043 3580 3 n1 nN n1sN = 1 500 1 435 1 500= = 0.0433 = TN sNTst1 mr2 = sN U2N 3 I2N= = 0.0843 0.0433290 1.73286三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 (3) 求出切换转矩求出切换转矩 Tst22022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作56Rst3 = R23R22 = 2.20.408 = 0.899 = (0

39、.8990.408) = 0.491 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 (5) 求出各级总电阻求出各级总电阻R21 =r2= 2.20.0843 = 0.186 R22 =R21= 2.20.0186 = 0.408 R23 =R22= (0.1860.0843) = 0.102 (6) 求出各级分段起动电阻求出各级分段起动电阻Rst1 = R21r2Rst2 = R22R21= (0.4080.186) = 0.222 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作57 频敏变阻器频敏变阻器 频率高：损耗大，电阻大。频率高：损耗大，电阻大。 频率低：损耗小，电

40、阻小。频率低：损耗小，电阻小。 转子电路起动时转子电路起动时 f2 高，电阻大，高，电阻大， Tst 大，大， Ist 小。小。 转子电路正常运行时转子电路正常运行时 f2 低，电阻小，低，电阻小， 自动切除变阻器。自动切除变阻器。二、绕线型异步电动机转子电路串频敏变阻器起动二、绕线型异步电动机转子电路串频敏变阻器起动 频敏变阻器频敏变阻器 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作589.3 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 n = (1 s) n1 = (1 s)60 f1 p 要求电动机具有几种转速；要求电动机

41、具有几种转速； 在一定的范围内可以连续调速；在一定的范围内可以连续调速；调速的方法：由转速公式调速的方法：由转速公式改变定子绕组的外加电阻或电抗；改变定子绕组的外加电阻或电抗；（1）改变定子绕组的极对数）改变定子绕组的极对数p，称为变极调速；，称为变极调速；（2）改变电源的频率）改变电源的频率f1，以改变以改变n1进行调速，称为进行调速，称为变频调速。变频调速。（3）改变电动机的转差率；）改变电动机的转差率；改变定子绕组的端电压；改变定子绕组的端电压；2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作59三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 转子回路加电阻或电抗；转子回

42、路加电阻或电抗；转子回路引进转子回路引进f2sf1的外加电势的外加电势。9.3.1 变极调速变极调速在电源频率在电源频率f1不变的条件下，改变发电机的极数，不变的条件下，改变发电机的极数，电动机的同步转速电动机的同步转速n1就会发生变化，电动机的极数就会发生变化，电动机的极数增加一倍，同步转速就降低一半，电动机的转速也增加一倍，同步转速就降低一半，电动机的转速也几乎下降一半，从而得到转速的调节。几乎下降一半，从而得到转速的调节。2. 改变电动机的极数方法改变电动机的极数方法1. 调速原理调速原理定子铁心槽内嵌放两套不同极数的定子三相绕组定子铁心槽内嵌放两套不同极数的定子三相绕组 不用不用改变定

43、子绕组的接法改变定子绕组的接法称为称为多速电动机多速电动机常用常用2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作60三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 多速电动机均采用笼型转子，转子的极数能自动地多速电动机均采用笼型转子，转子的极数能自动地与定子极数相适应。与定子极数相适应。A1X1A2X2A1X1A2X2单绕组双速电机原理：单绕组双速电机原理：A1X1和和A2X2串联形成四极磁场；串联形成四极磁场；A1X1和和A2X2串联，串联， A2X2反向，反向， 形成两极磁场。形成两极磁场。3. 单绕组变极调速的基本原理单绕组变极调速的基本原理2022年4月1日星期五山东

44、理工大学电工电子教研室weipeiyu制作61A1X1A2X2(a) p = 2S NN SA1X1A2X2NS (b) p = 1三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作62反向法：仅在每相内部改变所属线圈的联接方法的反向法：仅在每相内部改变所属线圈的联接方法的变极法。变极法。 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 一般变极时均采用这种方法。一般变极时均采用这种方法。采用采用“反向法反向法”变极时，每相分成两半，每半称为变极时，每相分成两半，每半称为“半相绕组半相绕组”，每相的两个半相绕组可以采用串联或，每相的两个半

45、相绕组可以采用串联或并联两种不同的连接法。并联两种不同的连接法。这样三相之间一般可采用单这样三相之间一般可采用单Y（每相一条支路）、双（每相一条支路）、双Y（每相两条支路）和（每相两条支路）和（每相一条支路）的两种接（每相一条支路）的两种接法。见下图。法。见下图。2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作63(b) YY(p )(a) Y(2p )(c) (2p ) 定子绕组常用的接法定子绕组常用的接法三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作64三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 4. 变

46、极前后功率和转矩关系变极前后功率和转矩关系 假设电网电压为假设电网电压为U1，变极后若保持每条支路不变为，变极后若保持每条支路不变为INC，并假定在不同的极数下，并假定在不同的极数下 与与cos 1均保持不变均保持不变变极前线电流等于相电流，线电压为相电压的变极前线电流等于相电流，线电压为相电压的 倍倍3(1)Y/YY接法接法输出功率关系：变极前相电流等于支路电流，功输出功率关系：变极前相电流等于支路电流，功率为率为 113cos3YNCUPI变极后，相电流为变极后，相电流为IN=2INC，功率为，功率为1132cos3YYNCUPI2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipe

47、iyu制作65三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 变极前后变极前后输出功率输出功率比比 111132cos323cos3NCYYYNCUIPUPI由由Y改成改成YY后，电机的输出功率增加一倍（多极后，电机的输出功率增加一倍（多极变少极时）变少极时）转矩关系：转矩关系：p由多极变少极时，由多极变少极时，n增加一倍，则增加一倍，则 9550YYYPTn9550YYYYYYPTn转矩不变，这种变极调速方法适用于恒转矩负载。转矩不变，这种变极调速方法适用于恒转矩负载。(2)/YY接法：接法：变极前定子绕组接成变极前定子绕组接成“”，变极后接成，变极后接成YY形。形。295502YYYPTn202

48、2年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作66三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 对三角形接法；对三角形接法；U1=Up，IN=INC（只有一条支路）（只有一条支路） 功率关系：功率关系： 113cosNCPU I1132cos3YYNCUPI111132cos33cosNCYYNCUIPPU I功率比：功率比： 上式说明上式说明/YY接法变极前后功率变化很小。接法变极前后功率变化很小。转矩关系转矩关系 YYYYYY9550PTn由于功率变化很小，而转速因极对数减一倍而增加由于功率变化很小，而转速因极对数减一倍而增加一倍，所以转矩几乎减少一半，因此这种调速方法一倍，

49、所以转矩几乎减少一半，因此这种调速方法适用于恒功率负载。适用于恒功率负载。21.15310.5773T2395502Pn2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作675. 倍极比倍极比和非倍极比电机和非倍极比电机调速的平滑性差，但具有较硬的机械特性，稳定性较调速的平滑性差，但具有较硬的机械特性，稳定性较好，对于不需要无极调速的生产机械，如金属切削机好，对于不需要无极调速的生产机械，如金属切削机床、通风机、升降机等，多速发动机得到广泛应用。床、通风机、升降机等，多速发动机得到广泛应用。电动机若变极前后的极数比为整数，如如电动机若变极前后的极数比为整数，如如4极变极变8

50、极，极，4极变极变2极等，否则就称为非倍极比，如极等，否则就称为非倍极比，如4极变极变6极。极。一般来说倍极比电机，变极后绕组的相序发生变化，一般来说倍极比电机，变极后绕组的相序发生变化，为使电机转向不变，则在绕组改接时，应把接到电为使电机转向不变，则在绕组改接时，应把接到电动机的三根电源线任意对调两根；动机的三根电源线任意对调两根； 对非倍极比，绕组的相序可变，也可能不变，若相序对非倍极比，绕组的相序可变，也可能不变，若相序改变，也应对调两根电源线。改变，也应对调两根电源线。 6. 变极调速的变极调速的特点特点三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 2022年4月1日星期五山东理工大学电工

51、电子教研室weipeiyu制作68例：例：某三相多速电动机，某三相多速电动机，PN = 2.2/3.8 kW，nN = 1440/2880 r/min， km = 2.0/2.0。拖动。拖动TL = 10 Nm 的恒转矩负载。的恒转矩负载。求在两种不同极对数求在两种不同极对数时的转速。时的转速。解：解： (1) p = 2 时时 n1 nN n1sN = 1500 1440 1500= = 0.04 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 602 TN =PN nN= Nm = 14.6 Nm 6023.14 2.2103 1 440Tmax = km TN = 214.6 Nm = 29.

52、2 Nm2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作69 n = ( 1s ) n1 = ( 10.0263 ) 1500 r/min = 1460.55 r/min (2) p = 1 时时 sm = sN (km km21 ) = 0.04(2 221 ) = 0.149 = 0.149 + 1 = 0.0263 ( )229.21029.210s = sm + 1 TmaxT( )2TmaxT n1 nN nNsN = 3000 2880 3000= = 0.04 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室wei

53、peiyu制作70602 TN =PN nN= Nm = 12.61 Nm 6023.14 3.8103 2 880Tmax = km TN = 212.61 Nm = 25.22 Nm n = ( 1s ) n1 = ( 10.0308 ) 3000 r/min = 2907.6 r/min = 0.149 + 1 = 0.0308 ( )225.221025.2210s = sm + 1 TmaxT( )2TmaxT三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作719.3.2 变频调速变频调速三相异步电动机的调速三相异步电动

54、机的调速 改变电源频率从而使电动机的同步转速变化达到调改变电源频率从而使电动机的同步转速变化达到调速的目的。速的目的。 U、f 可可 变变M33整流电路整流电路逆变电路逆变电路50 Hz控制控制电路电路 直直 流流2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作72三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 考虑到电动机的运行性能，并使其得到充分利用。考虑到电动机的运行性能，并使其得到充分利用。1. 调速前后气隙磁通调速前后气隙磁通 1维持额定值不变：维持额定值不变：若要使若要使 1为为定值，则定值，则U1必须随频率的变化作正比变必须随频率的变化作正比变化，即化，即1111

55、UfUf 定值式中加式中加“ ”的表示变频后的量。的表示变频后的量。一、变频调速时电压的调节一、变频调速时电压的调节由由U1E1=4.44f1N1kw1 1，可知，可知2. 为了保证电动机运行的稳定性，希望变频调速为了保证电动机运行的稳定性，希望变频调速时，电动机的过载能力不变：时，电动机的过载能力不变：2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作73maxmNTkT 定值为了保证变频前后为了保证变频前后km不变，要求不变，要求2211212NNUUf Tf T 这时既保证了电动机的过载能力这时既保证了电动机的过载能力km不变，同时又满足不变，同时又满足 1=定值的要

56、求，这说明变频调速适用于恒转矩负载。定值的要求，这说明变频调速适用于恒转矩负载。1111UfUf 定值1111NNTUfUfT(1)调速时负载转矩不变调速时负载转矩不变，此时此时TN=T N，由，由 式可得式可得三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作74三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 (2)调速时负载功率不变调速时负载功率不变，此时此时11NNTfnTnfCTnTnTPNNNN602602所以所以111111111111NNTUfffffnUfTfnfff于是于是即加在电动机上的电压必须随频率的开方成正比地即加

57、在电动机上的电压必须随频率的开方成正比地变化。变化。 对恒功率负载采用变频调速时，若满足上式，则电对恒功率负载采用变频调速时，若满足上式，则电动机的过载能力不变，但动机的过载能力不变，但 1将发生变化。将发生变化。 若满足若满足 1不变，但过载能力将发生变化。不变，但过载能力将发生变化。2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作75二、变频调速时的人为机械特性二、变频调速时的人为机械特性只介绍当只介绍当 11UCf时的机械特性时的机械特性 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 1. 最大转矩：最大转矩： 211max22111124()pmUTfrrxx 当频率

58、较高时，可忽略定子电阻当频率较高时，可忽略定子电阻r1，则，则211max1124pmUTfxx211111242()pmUff LL22111max22212118()pmUUTLLff即当频率较高时按即当频率较高时按 的规律调速时，的规律调速时，11UCfTmax基本上不变。基本上不变。2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作76三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 当当f1较低，较低，r1的影响不能忽略时的影响不能忽略时Tmax逐渐减少，若要避逐渐减少，若要避免免Tmax过小，必须在低速时适当地提高电压。过小，必须在低速时适当地提高电压。2. 临界转差率

59、临界转差率sm： 同样当同样当f1较高时，忽略较高时，忽略r1，则，则222112()mrsrxx22221112(2) ()rrfLL2112112()mrsf LLf在运行段的斜率（设在该区域机械特性为直线）的转在运行段的斜率（设在该区域机械特性为直线）的转速降为速降为1mmns n21230()rp LL21112602()rff LLp常量2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作77三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 说明机械特性在线性区的斜率基本上是相同的，机械说明机械特性在线性区的斜率基本上是相同的，机械特性曲线平行地上下移动。特性曲线平行地上下

60、移动。 下图为不同频率时的机械特性。其中下图为不同频率时的机械特性。其中 111213141516ffffff受受定子电阻定子电阻r1的影响，随的影响，随着频率的降低，最大转着频率的降低，最大转矩略有减小矩略有减小；频率很低时频率很低时(如图中的如图中的f15、f16)，Tmax降得很多。降得很多。为了保证电动机在低速时为了保证电动机在低速时有足够大小的有足够大小的Tmax值，值，2022年4月1日星期五山东理工大学电工电子教研室weipeiyu制作78U1应比应比f1降低的比例小些，使降低的比例小些，使 的比值随的比值随f1的降低的降低而增加，如图中虚线所示。而增加，如图中虚线所示。11Uf