第4章交流电动机原理及特性-2

第4章交流电动机原理和特性4.1异步电动机的基本结构和工作原理4.2三相异步电动机的

机械特性4.2.1机械特性的参数表达式4.2.2机械特性的实用公式4.2.3固有机械特性和人为机械特性4.2三相异步电动机的

机械特性4.2.1机械特性的参数表达式4.2.2机械特性的实用公式4.2.3固有机械特性和人为机械特性4.2三相异步电动机的机械特性1．定义三相异步电动机在电源电压U1、电源频率f1

以及电动机参数固定的条件下其电磁转矩T

与转子转速n

之间的关系定义为三相异步电动机的机械特性2．表示方法（1）函数表示法T=f（n）或

T=f（s）

（2）曲线表示法T-s曲线直流电动机T-n

曲线4.2.1机械特性的参数表达式＋－＋－转子电流电磁转矩的参数表达式

说明：电磁转矩与电源参数（Ｕ1、f1）、结构参数（R、X、p）和运行参数（s）有关。电源参数（Ｕ1、f1）、结构参数（R、X、p）一定，得到T=f(n)或T=f(s)的关系，为电动机的机械特性。0Ts↓01.0nn1

三相异步电动机的机械特性曲线

非线性曲线该曲线反映不同状态：0<s<1或0<n<n1第Ⅰ象限，T和n都为正电动运行状态s<0或

n>n1第Ⅱ象限，T负，n正回馈制动运行状态即发电状态s>1或

n<0第Ⅳ象限，T正，n负电磁制动运行状态0Ts↓01.0nn1回馈制动电动运行电磁制动当n1为正时，机械特性曲线跨第Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ象限：三个运行状态四个特殊点以正转为例（1）起动点Q转速n为0(s=1)电磁转矩是堵转转矩TS定子电流为堵转电流IS

（2）额定工作点N转速是额定转速nN转差率为额定转差率sN电磁转矩为额定转矩TN电流为额定电流IN0TNTSTs↓01.0nn1nNNQsN四个特殊点（3）同步速点H转速为同步转速n1(s=0)电磁转矩T为零定子电流为励磁电流I0转子绕组里没有电流

（4）最大电磁转矩点P和P′P点是电动状态时的最大电磁转矩点P′点是异步发电（回馈制动）状态时的最大电磁转矩点-Tm0TNTSTmTs↓-sm0sm1.0nn1nNNPQP′HsN三个重要转矩额定转矩TN电动机在额定负载时转矩叫做额定转矩，用TN表示最大转矩Tm电机带动最大负载的能力堵转转矩

（起动转矩）TS当s=1(即n=0)时的转矩叫做堵转转矩，用TS表示-Tm0TNTSTmTs↓-sm0sm1.0nn1nNHNPQP′sN（1）额定转矩TN电动机在额定负载时的转矩叫做额定转矩，用TN表示PN已知→TN公式（1）额定转矩TNPN未知→TN公式（2）最大转矩Tm电机带动最大负载的能力将式(4-37)对转差率s

求导并令可得（2）最大转矩Tm式中，Tm——异步电动机的最大转矩sm——最大转矩对应的转差率，又称为临界转差率“＋”号——用于电动状态；“－”号——用于发电状态（2）最大转矩Tm在一般情况下如果忽略R1的影响，sm和Tm可以近似表示为的值不超过的5%（2）最大转矩Tm可见：

，

sm与R2有关，适当使

R2↑

→sm↑

→n↓对绕线式电机改变转子附加电阻

R2′,可实现调速Tm与R2无关；sm与电压大小无关过载倍数（或称过载能力）km最大转矩

Tm

与额定转矩

TN

之比称为过载倍数，也叫过载能力，用

km

表示普通中小型三相异步电动机的过载倍数km=2.0~2.2起重、冶金机械用的三相异步电动机的过载倍数km=2.2~2.8（3）堵转转矩（起动转矩）TS当

s=1（即n=0）时的电磁转矩叫做堵转转矩，用TS

表示将s=1代入式(4-37)，得到堵转转矩为可见：

，TS与R2有关，适当使

R2↑

→TS↑对绕线式电机改变转子附加电阻

R2′，可使

TS=Tm若

TS

>T2电机能起动，否则不能起动堵转转矩倍数kS异步电动机堵转转矩TS

与额定转矩TN

之比称为堵转转矩倍数，用kS

表示堵转转矩倍数kS的大小反映了电动机起动负载的能力堵转转矩倍数设计得越大电动机起动就越快电机的成本也随之增加堵转转矩倍数kS对于Y系列小型笼型三相异步电动机其堵转转矩倍数

kS=1.7~2.2对于三相绕线转子异步电动机可以通过在转子回路中串入电阻来改变堵转转矩的大小这部分内容将在转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性中介绍异步电动机的稳定运行问题当0<s<sm时

机械特性下斜拖动恒转矩负载和泵类负载都能稳定运行当sm<s<1时

机械特性上翘拖动恒转矩负载不能稳定运行-Tm0TNTSTmTs↓-sm0sm1.0nn1nNHNPQP′sN拖动泵类负载需满足稳定运行的充要条件T=TL且

即可以稳定运行-Tm0TNTSTmTs↓-sm0sm1.0nn1nNHNPQP′sN异步电动机的稳定运行问题因此，异步电动机

应长期稳定运行在 0<s<sN范围内正常情况下

电动机都工作在

特性曲线的HN

段HN

段比较平坦

称为硬特性-Tm0TNTSTmTs↓-sm0sm1.0nn1nNHNPQP′sN异步电动机的稳定运行问题4..2.2机械特性的实用公式前面分析异步电动机的机械特性是基于电动机参数为已知的前提实际使用中，往往不知道电动机的参数那如何得到机械特性呢？为此要用到机械特性的实用公式4..2.2机械特性的实用公式1．实用公式的表达式2．实用公式的应用1

已知TL→先求s→再求n3．实用公式的应用2

已知s（或n）→求T4．关于实用公式的说明1．实用公式的表达式利用电磁转矩除以最大电磁转矩求得的机械特性的实用公式如下：式中，Tm和

sm根据相关公式求出根据电机的额定转速nN、额定功率PN和过载倍数km求取Tm和sm的过程如下：将Tm和sm代入即可得到机械特性方程式。2．实用公式的应用1：

已知

TL→先求s→再求

n当三相异步电动机拖动负载转矩TL已知时就可以把T=TL代入实用公式由上式可解得电动机运行时的转差率s

进而得到电动机的转速n3．实用公式的应用2：

已知

s（或

n）→求T如果是三相异步电动机的转差率s（或转速n）已知把它代入机械特性的实用公式可求得电动机的电磁转矩4．关于实用公式的说明实用公式形式简单，使用方便但只适用于一定的范围内，如0<s<sN如果用它计算三相异步电动机的堵转转矩，则误差较大例题4-4(61)例题4-4一台三相异步电动机的额定功率PN=90kW额定电压UN=380V额定转速nN=990r/min过载倍数km=2.0求：（1）该电动机电磁转矩的实用公式；（2）当s=0.0084时的电磁转矩；（3）电动机拖动560N•m负载时的转速。4.2.3-----1固有机械特性1．定义若三相异步电动机定子加额定电压、额定频率转子回路本身直接短路不另串电阻或电抗这种情况下电动机的机械特性称为固有机械特性2．三相异步电动机的

固有机械特性曲线0Ts↓01.02.0nn1-n1电源正相序电源负相序几个特殊点：4.起动点3.最大转矩点2.额定运行点1.同步运行点4.2.3----2人为机械特性1．降低定子电压U1的人为机械特性2．定子回路串接三相对称电阻的人为机械特性3．定子回路串接三相对称电抗的人为机械特性4．转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性1．降低定子电压U1的人为机械特性TnssmU10.8U10.6U1n101.00图4.19降低U1时的人为机械特性曲线Tm∝U12；Ts∝U12；n1和sm与电压无关。n1、sm

都将保持不变U1↓

→Tm、TS↓特点：同步转速n1、最大转矩对应的转差率sm

都将保持不变最大转矩Tm

以及堵转转矩TS

都要随U1的降低

而按U1的平方规律减小拖动额定负载时，降低

U1

电动机不能长时间运行2．定子回路串接三相对称电阻的人为机械特性M3~RfRfRf(a)接线图(b)等效电路定子回路串电阻的人为机械特性曲线n1保持不变Rf↑

→

Tm、TS、sm↓1.00nn10TSsmTmTS′sm′Tm′sTR1R1+Rf特点：同步转速n1

保持不变最大转矩Tm、堵转转矩TS

以及sm

都随串入电阻Rf

的增大而减小方法简单，设备投资少电能消耗较大3．定子回路串接三相对称电抗的人为机械特性M3~XfXfXf接线图等效电路定子回路串电抗的人为机械特性曲线n1保持不变Xf↑

→

Tm、TS、sm↓nn10TSTS′sTX1X1+Xf1.00TmsmTm′sm′特点：同步转速n1

保持不变最大转矩Tm、堵转转矩TS

以及sm

都随串入电抗Xf

的增大而减小比定子串电阻方法节省电能电抗器设备成本高4．转子回路串入三相对称电阻的人为机械特性M3~RSRSRS接线图等效电路转子回路串电阻的人为机械特性曲线n1、Tm保持不变RS↑→

sm↑TS随RS变化情况：sm<1，RS↑

→TS↑sm=1，可使TS=Tmsm>1，RS↑

→TS↓0TSTmTS′TS″sT1.00smsm′TS″′sm″sm′″nn1R2R2+RS1R2+RS2R2+RS3特点：同步转速n1、最大转矩Tm保持不变sm

随串入电阻的增加而增大

堵转转矩TS随串入电阻的变化情况如下：当

sm<1时，堵转转矩TS随串入电阻的增加而增大当

sm=1时，可使TS等于Tm

，此时当

sm>1时，TS随串入电阻的增加反而减小最大转矩Tm、临界转差率sm、

堵转转矩TS计算公式本节小结4.3三相异步电动机的起动、调速和制动4.3异步电动机的起动、调速和制动4.3.1鼠笼式异步电动机的起动4.3.2高起动转矩的异步电动机4.3.3绕线式异步电动机的起动4.3.4异步电动机的软起动4.3.5异步电动机的调速4.3.6三相异步电动机的制动4.3.1笼型异步电动机的起动1在额定电压下直接起动2星-三角（Y-Δ）降压起动3自耦变压器降压起动4定子回路串接电抗器降压起动4.3.1笼型异步电动机的起动异步电动机从静止状态过渡到稳定运行状态的过程称为异步电动机的起动过程1．起动电流和起动转矩2．较大的起动电流对异步电动机的影响3．电动机起动过程需要考虑的问题4．降低堵转电流的方法一、在额定电压下直接起动

1．起动电流和起动转矩如果在额定电压下直接起动三相异步电动机将产生比较大的堵转电流（起动电流）IS以Y系列中小型三相异步电动机为例，堵转电流 IS=(5~7)IN但交流电动机的堵转转矩并不大以Y系列中小型三相异步电动机为例，其堵转转矩 TS=(1.4~2.2)TN直接起动时的机械特性与电流特性曲线三相异步电动机直接起动时的机械特性与电流特性曲线如图所示0TSTI0ISI1n1n机械特性电流特性图4.24直接起动时的机械特性与电流特性曲线2．较大的起动电流

对异步电动机的影响（1）对电源和其他负载的影响如果配电变压器额定容量相对不够大时电动机较大的起动电流会使变压器输出电压短时间下降幅度较大超过正常的规定值（如短时间使电压下降大于10%或更大）电压短时间下降会影响到由同一台配电变压器供电的其它负载（2）对电动机本身的影响电动机较大起动电流引起电压下降对电动机本身也会有不良影响因为电压太低会使电动机堵转转矩下降很多，当负载较重时，电动机可能起动不了如果异步电动机起动过程时间很短，短时间的5~7IN电流，电动机本身是可以承受的对于起动频繁的异步电动机，过大的起动电流会使电动机内部过热，导致电机的温升过高3电动机起动过程

需要考虑的问题堵转转矩大于负载阻转矩

（取

TS≥1.1TL）尽可能小的堵转电流起动操作方便，起动设备简单、经济起动过程中的功率损耗尽可能的小

4降低堵转电流的方法异步电动机起动时，堵转电流的大小为从上式可以看出，降低堵转电流有三种方法：减少电源电压

U1定子边串接电抗或电阻转子边串接电阻对于笼形异步电动机只能采用前两种方法

4降低堵转电流的方法由前面人为特性分析知道：当降低电源电压U1

时当定子边串入电抗或电阻时

也会使堵转转矩TS减小

如果采取限制起动电流的措施不当可能会使堵转转矩减小过多而不能满足起动的要求堵转转矩TS

随

规律下降一、

在额定电压下直接起动适用范围：小容量的异步电动机实际应用中异步电动机到底能否直接在额定电压下起动主要应考虑以下几种情况：电动机与供电变压器的容量比电动机与供电变压器之间供电线路长度与电动机共用一台变压器的其它负载对电压稳定性的要求起动是否频繁拖动系统的转动惯量大小鼠笼式异步电动机常用的降压起动方法Y－起动；用自耦变压器降压起动；定子串电阻或电抗降压起动；与直接起动时比较：起动电压降低多少？起动电流下降多少？起动转矩如何变化？二、

星-三角（Y-Δ）降压起动适用范围：正常运行时定子绕组接成

Δ

形连接的三相笼型异步电动机图2Y-Δ

起动接线图KM3ABCXYZKM1KM2KM2ABCXYZKM1KM3(a)起动——Y形(b)正常运行——Δ

形图3电动机直接起动和Y-Δ降压起动时电压和电流关系＋－＋－(a)直接起动(Δ接)(b)Y-Δ起动(Y接)2星-三角（Y-Δ）降压起动电动机直接起动时

对供电变压器造成冲击的堵转电流IS为Y-Δ起动时

对供电变压器造成冲击的堵转电流

所以2星-三角（Y-Δ）降压起动说明，Y-Δ起动时每相定子绕组的相电压和相电流与直接起动时相比

都降低到原来的但是对供电变压器造成冲击的堵转电流

却降低到直接起动时的1/32星-三角（Y-Δ）降压起动则上式表明Y-Δ起动时电动机堵转转矩也降低到直接起动时的1/3设、分别是直接起动和Y-Δ降压起动时的堵转转矩2星-三角（Y-Δ）降压起动优点：设备简单，只需一套Y-Δ起动器具有体积小，重量轻，价格便宜，维修方便等特点缺点：起动电压不能调节只适用于正常运行时定子绕组为Δ形联结的异步电动机由于起动转矩小，所以只适合于空载或轻载起动三、自耦变压器降压起动

自耦变压器降压起动原理图M3~KM1KM1AKM2BC~(a)起动M3~ABC~(b)正常运行KM1KM1KM23自耦变压器降压起动自耦变压器起动器又称起动补偿器或自耦减压起动器自耦变压器连接时高压边接电源低压边接电动机其一相电路如图5所示＋－＋－图5自耦变压器的一相电路图3自耦变压器降压起动设自耦变压器的二次电压与一次电压之比即降压比为

KJ则式中，N1、N2分别为自耦变压器一次与二次绕组的匝数＋－＋－图5自耦变压器的一相电路图3自耦变压器降压起动电动机降压起动时堵转电流与直接起动时的堵转电流

IS之间的关系为而自耦变压器一次电流与二次电流之间的关系为＋－＋－图5自耦变压器的一相电路图3自耦变压器降压起动因此自耦变压器起动对电源的冲击电流与直接起动时相比＋－＋－图5自耦变压器的一相电路图3自耦变压器降压起动上式表明采用自耦变压器降压起动虽然电动机定子电压下降到直接起动时的

KJ但是对电源造成的冲击电流却降低到直接起动时的

3自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动时电动机堵转转矩为与直接起动时的堵转转矩

TS之间的关系为上式表明采用自耦变压器降压起动时电动机的堵转转矩降低到直接起动时的说明：起动用的自耦变压器一般有几个抽头可供选择QJ2型有三种抽头其电压等级分别是电源电压的55%、64%、73%QJ3型也有三种抽头其电压等级分别是电源电压的40%、60%、80%所以，选用不同的抽头比，即不同的KJ值就可以得到不同的堵转电流和堵转转矩以满足不同的起动要求3自耦变压器降压起动优点：与Y-Δ起动相比自耦变压器降压起动有几个抽头可选用，比较灵活缺点：自耦变压器体积大，价格高，维修麻烦而且不允许频繁起动适用范围：在起动次数少，容量较大的笼型异步电动机上应用较为广泛例题4-5有一台笼型三相异步电动机PN=75kW，定子Δ

形联结nN=1480r/min，IN=139A堵转电流倍数kI=6，堵转转矩倍数kS=1.6负载起动转矩TL=265N•m供电变压器要求起动电流不大于350A请选择合适的降压起动方法，通过计算来说明四、定子回路串接电抗器的降压起动

定子串电阻或电抗起动，电压从U1降至U1´，即加到定子绕组上的电压在起动时为U1´，这样就减小了起动电流。但使起动转矩显著减小。故只适用于空载或轻载起动。结论：鼠笼式异步电动机降压起动起动转矩与U2成正比降压起动后，起动转矩比起动电流降低得更厉害适合于中、大容量轻载起动。4.3.2高起动转矩的异步电动机

1、高转差率异步电动机

用电阻率较高的导体来做转子笼型绕组，同样的转子槽结构，则绕组电阻R2变大，从而堵转转矩大、堵转电流小、转差率高和机械特性软等特点，适用于传动飞轮转矩大和不均匀冲击负载以及正、反转次数多的工作场合。如锤击机、剪刀机、冲压机和锻冶机等机械设备。2、槽深式异步电动机特点：槽深h，槽宽b，h>>b，即h=(10～20)b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，转子导体或是整根的铜条，或是铝熔液浇铸而成。示意图分析起动时：n=0，s=1，f2=sf1=f1，f2较高，则sx2

较大，sx2>>R2，槽内电流的分布主要取决于漏抗的大小。槽顶部sx2小，则电流密度大，槽底部sx2大，则电流密度小。这种把导体中的电流排挤到槽顶部的作用称趋表效应(集肤效应，挤流效应)。图(b)为电流密度分布，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IS，增大了TS。见图(c)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。分析正常运行时：s很小，f2=sf1

很小，x2s=sx2

很小，这时转子电流的大小主要由电阻决定。R2>>sx2，因各处电阻相等，则电流的分布是均匀的，导体截面积全部得以利用，而使转子电阻自动减小到较低的正常数值。(集肤效应不明显)优缺点优点：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，不致影响电动机的运行效率。

缺点：转子槽漏抗较大，功率因数稍低，最大转矩倍数稍小。特性曲线曲线1为普通鼠笼式曲线2为深槽式鼠笼异步电机3、双笼式异步电动机结构特点：电动机转子上有两套鼠笼。下笼（内笼）：导体截面大，用电阻系数较小的紫铜制成，电阻较小。上笼（外笼）：导体截面小，用电阻系数较大的黄铜制成，电阻较大。说明原理：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，而下笼的漏磁通多，故漏电抗大。上下笼电抗及电阻关系是：分析1.起动时：

n=0，s=1，f2=sf1=f1，f2较高，则sx2

较大，sx2>>R2，槽内电流的分布主要取决于漏抗的大小。因x2σ∝f2，x2σ>>R2，x2σ上<x2σ下，即电流主要通过上笼，故又称上笼为起动笼。由于上笼本身电阻大，起动时，电流减小，转矩增大，其机械特性如图曲线1所示。2.正常运行时：s很小，f2

很小，电流分配主要取决于转子电阻R2

，R2>>sx2，即下笼电流大，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2所示。特性

曲线3为曲线1和2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具有较好的起动性能。缺点：转子漏抗较大，功率因数稍低，过载能力比普通型异步机低，而且用铜量较多，制造工艺复杂。价格较高。一般用于起动转矩要求较高的生产机械上。4.3.3绕线式异步电动机的起动采用绕线式电机，增大转子电阻。既增大起动转矩，又减小起动电流。常用的方法：转子串电阻或转子串频敏变阻器。一、转子回路串电阻起动

在转子回路中串联适当的电阻,既能限制起动电流，又能增大起动转矩。

为了有较大的起动转矩、使起动过程平滑，应在转子回路中串入多级对称电阻，并随着转速的升高，逐渐切除起动电阻。如图为三级起动，即m=3。现以三级起动为例，即m=3。分级起动过程TABCDER2R2+Rs1+Rs2=RZ2R2+Rs1=RZ1R2+Rs1+Rs2+Rs3=RZ3nT1T2TL0n1FGHIn起动的快速性和平稳性与起动级数m、转矩T1及T2有关。一般取T1≤0.85Tm，T2=（1.1~1.2）TL，电动机由A点开始起动，经A→B→C→D→E→F→G→H→I，完成起动过程.二、转子串频敏变阻器起动频敏变阻器是一铁损很大的三相电抗器。

起动时，S2断开，S1闭合，转子串入频敏变阻器。起动时,,频敏变阻器铁损大,反映铁损耗的等效电阻大,相当于转子回路串入一个较大电阻。随着上升,减小,铁损减少,等效电阻减小,相当于逐渐切除,起动结束,S2闭合，切除频敏变阻器，转子电路直接短路。频敏变阻器的阻值随转子转速的升高自动减小。4.3.4、异步电动机的软起动（不讲）传统的笼型电动机的起动方式有Y-Δ起动，串电阻或电抗器降压起动，串自耦变压器起动。这些方法虽然可以起到一定的限流作用，但仍然存在许多问题：(a)上述起动方式在电机起动过程中需要进行电源切换，电动机将有瞬时大电流冲击问题。(b)起动设备的起动参数一般无法调整，负载的适应性较差，对较重的负载，经常出现难以起动的现象。(c)起动过程中，接触器带负载切换，容易造成接触器触点的拉弧损失，发生故障多，工作量大。软起动1、软起动器的主电路由三组反并联的晶闸管组成的软起动器如图所示：Y形调压电路控制晶闸管的控制角的大小，就可使电动机的起动电流按工作要求所设定的规律变化。2、电动机的软起动方式斜坡电压软起动恒流软起动斜坡恒流软起动脉冲恒流软起动笼型异步电动机的起动1在额定电压下直接起动（4.3.1）2星-三角（Y-Δ）降压起动（4.3.1）3自耦变压器降压起动（4.3.1）4定子回路串接电抗器降压起动（4.3.1）5高起动转矩异步电动机——了解（4.3.2）6软起动——不讲（4.3.4）绕线式异步电动机的起动（4.3.3）异步电动机的起动4.3异步电动机的起动、调速和制动4.3.1鼠笼式异步电动机的起动4.3.2高起动转矩的异步电动机4.3.3绕线式异步电动机的起动4.3.4异步电动机的软起动4.3.5异步电动机的调速4.3.6三相异步电动机的制动4.3.5异步电动机的调速异步电动机转速的表达式为异步电动机有三种基本的调速方法：变频调速：改变电源频率f1变极调速：改变定子绕组的极对数

p变转差率调速：改变电动机的转差率s改变同步转速的调速方法不改变同步转速的调速方法改变s调速方法又有以下几种：转子串电阻调速：绕线转子异步电动机转子回路串接不同的电阻串级调速：绕线转子异步电动机转子串接电势调压调速：改变异步电动机定子电源电压异步机调速方法变极调速——鼠笼电机变转差率s

调速调压调速转子串电阻调速串级调速（不讲）变频调速异步电动机的转速公式异步电动机的调速4.3.5异步电动机的调速1变频调速——重点2变极调速3转子串电阻调速4串级调速——不讲5调压调速1变频调速改变三相异步电动机电源的频率f1可以改变旋转磁动势的同步转速n1从而达到调速的目的将电动机的额定频率（f1=50Hz

）称为基频变频调速时既可以从基频向上调也可以从基频向下调（1）．基频以下的变频调速三相异步电动机运行时，由于定子漏阻抗压降很小，所以电动机定子每相电压故在降低电源频率f1的同时必须相应地降低电源电压U1以保证主磁通Φ1基本不变U1不变Φ1↑I0↑↑pFe↑↑η↓↓f1↓降低U1有两种方式：降低U1有两种方式：保持

E1/f1=常数 ——电动势难以直接控制保持

U1/f1=常数

——常用变频调速时的机械特性

（基频以下，保持

U1/f1=常数）

只要找出n1、Tm，sm，Ts及Δnm与频率关系，即可定性画出机械特性。1)最大转矩Tm(1)当f1较高但f1<50Hz时：

R1<<x1+x2ˊ，忽略r1，

当Tm=常数，U1/f1=常数(2)当f1较低时：

R1的影响不能忽略，在R1上产生I12R1→E1↓→

→Φm↓→Tm↓

当f1↓→R1的影响↑→Tm↓2)运行段的斜率

找出sm，Δnm与f1的关系。当f1较高时，忽略R1，且f1<50Hz

可见，Δnm与f1无关。无论在基频以下还是在基频以上调速时，Δnm基本不变，则变频调速时的机械特性与固有机械特性平行，只有在频率f1很低时，R1不可以忽略，Δnm减小，机械特性更硬些。保持U1/f1=常数的变频调速

机械特性曲线f1较高时Tm基本保持不变转速降△nm不变机械特性近似平行f1较低时f1↓→Tm↓转速降△nm↓机械特性会更硬些（3）特点由于Φ1≈常数所以该调速方式为

近似恒转矩调速方式低频时，Tm下降较多所以电动机在低速运行时

可能带不动负载适用于风机、泵类负载2．基频以上的变频调速基频以上调速时，频率从向上升高受到电机绝缘耐压的限制，定子电压不能随之升高只能保持U1=UN不变f1↑

→

Φ1↓所以三相异步电动机在基频以上的调速类似于他励直流电动机的弱磁升速（1）最大转矩Tm由于基频以上f1>50Hzf1越高，Tm越小（2）运行段的斜率由于基频以上f1>50Hz∴不同f1的各条机械特性近似平行=常数保持U1=UN不变

的升频调速机械特性曲线f1越高 Tm越小不同f1的

各条机械特性近似平行（3）基频以上调速的特点近似为恒功率调速方式而∴PM=TΩ1近似不变

适用于恒功率负载f1↑Φ1↓T↓f1↑n1↑Ω1↑U1=UN不变变频调速主要特点目前，三相异步电动机变频调速具有很好的调速性能完全可与直流电动机调速性能相媲美其主要特点如下：（1）调速范围广（2）频率f1可连续调节，故变频调速为无级调速（3）机械特性较硬，静差率小（4）从基频向下调速，属恒转矩调速方式

从基频向上调速，属恒功率调速方式（5）运行效率高2变极调速改变三相异步电动机的极对数p可以改变同步转速n1从而使转速得到调节

笼型异步电动机极对数的改变

是通过改变定子绕组的接线方式来实现的变极原理:以4极变2极为例：

可见，改变异步电动机的定子每相绕组中一半线圈的电流方向，即半相绕组反相，则电动机的极对数便成倍的变化。变极调速时,转速几乎是成倍变化的,调速的平滑性较差,但具有较硬的机械特性,稳定性好。

改变一个半相绕组的接线方式很多。如3转子串电阻调速绕线转子异步电动机

转子串入不同电阻值

便可调节电动机的转速适用范围：绕线式异步电动机恒转矩负载转子串电阻调速的机械特性曲线如图中A、B、C、D交点R2↑n1不变，sm↑，Tm不变;串电阻越大，转速越低，S越大。调速电阻的计算同一T值下有：s∝R2+RS由已知的转速n(或转差率s)可求出RS。TDCR2R2+Rs2R2+Rs1R2+Rs3nTL0n1BAn转子串电阻调速的优缺点优点：设备简单，初投资不高，易于实现缺点：转子串电阻分级调节，属有级调速，调速平滑性差空载或轻载时转速变化不大机械特性较软低速时转子铜耗大，效率低虽然PM=TΩ1=TLΩ1=常数，但n↓→s↑→pCu2=sPM↑→Pm=PM－pCu2↓→P2↓→η↓5调压调速异步电动机的调压调速是指降低定子电压调速对于恒转矩负载，前两种电压下的稳定工作点分别为a、b，在电压U″下没有交点对于风机、泵类负载，在各不同电压下的稳定工作点分别为a′、b′、c′达到调速的目的图28异步电动机调压调速时的机械特性曲线恒转矩负载风机泵类负载调压调速的特点：当定子电压较低时最大转矩Tm减小很多，过载能力较差负载稍有波动，电机就会停转对于恒转矩负载调速范围很小对于风机、泵类负载调速范围虽然较大但在低速时，电机发热严重因此电动机不能在低速下长期运行4.3.6三相异步电动机的制动在交流电力拖动系统中如果三相异步电动机的电磁转矩

T

与转速

n

的方向相反时那么电动机便处于制动状态1．制动的目的使拖动系统迅速减速并停车 ——制动过程这时，制动是指电动机从某一稳定转速下降到零的过程限制位能性负载的下放速度 ——制动运行

这时，制动是指电动机处于某一稳定的制动运行状态，系统保持匀速运行2．三相异步电动机制动方法能耗制动反接制动倒拉反转制动回馈制动1回馈制动当三相异步电动机的实际转速高于同步转速，即异步电动机便处于回馈制动状态1．回馈制动的工作原理电机转子导体切割旋转磁场的方向

与电动状态时的方向相反转子感应电动势方向

与电动状态时的方向相反转子电流的方向

与电动状态时的方向相反电磁转矩

T改变方向T

的实际方向与

n

的实际运动方向相反起制动作用n1NSn<n1n1NSn>n1v电动状态回馈制动2．回馈制动的能量关系转子向定子传递电磁功率负载（或原动机）向电动机轴输入机械功率2．回馈制动的能量关系根据电机运行的相量图可知（参见教材P87图4.55）电动机的输入功率无功功率电动机向电网输送有功功率电机仍需从电网输入无功功率以便建立空间旋转磁场回馈电功率——回馈制动3．回馈制动的机械特性曲线IIIIIIIV正向回馈制动反向回馈制动图4.56异步电动机回馈制动状态下的机械特性曲线n>0n<0n>n1

2反接制动三相异步电动机的反接制动

就是在电动机稳态运行时

突然改变异步电动机的三相电源相序

而产生的制动当异步电动机在三相电源正相序稳态运行时

突然改变为负相序的制动称为正向反接制动反过来，在三相电源负相序稳态运行时

突然改变为正相序的制动称为反向反接制动1．反接制动的工作原理三相异步电动机定子任意二相反接即三相电源相序改变之后电动机定子的旋转磁场反向转子感应电动势反向转子感应电流反向电磁转矩反向，起到了制动的作用2．反接制动的能量关系若设转子转速n的方向为正则此时同步转速应为-n1定子仍向转子传递电磁功率向电动机轴输入机械功率负载的动能不断被电动机吸收3．反接制动的机械特性曲线如果拖动反抗性负载 A→

B→

C若不立即切断电源

C→

D如果拖动位能性性负载 C→

E(反向回馈制动n<-n1)反接制动过程为

BC

段

在第Ⅱ象限，n>0，T<0为防止电流过大

转子回路串电阻

反接制动过程为B′C′段TTL0nn1123-n1-TL4．说明反接制动时，为了防止电机的电流过大，通常在二相电源反接的同时在转子回路中串入制动电阻（对应于上图曲线3的情况），而且外串电阻要比转子本身的电阻大得多，这样外串电阻可以消耗转子回路大部分铜损耗，以保护电动机不至于过热而损坏；改变转子回路外串制动电阻的大小，还可以改变制动转矩的大小。为了使整个制动过程中都保持比较大的制动转矩，还可以采用转子回路串入大电阻并分级切除的制动方式5．反接制动的特点优点制动转矩较大制动时间短缺点不易实现准确停车能量损耗大（对于绕线式异步电动机而言）6．反接制动的适用场合适用于频繁正、反转的生产机械有利于迅速改变转向，提高生产率3倒拉反转制动1．倒拉反转制动的工作原理三相绕线式异步电动机拖动位能性恒转矩负载运行当在转子回路串入一定值的电阻，电动机转速降低如果所串的电阻超过某一数值后会使得电动机反转即位能性负载倒过来拉着电动机反转此时，电动机必须输出与转速方向相反的电磁转矩以限制位能性负载的下放速度倒拉反转制动电动状态2．倒拉反转制动的机械特性拖动位能性恒转