第五章异步电机

电机学第五章异步电机2005-51第5章异步电机5.1三相异步电动机的基本类型和基本结构5.2异步电机的基本工作原理5.3异步电机的运行特性5.4

三相异步电机的启动与调速5.5

单相异步电机

第五章异步电机三相异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。结构简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，成本低，效率高，得以广泛应用。但是，功率因数低、起动和调速性能差。2005-52第5章异步电机了解异步电机异步电机也称感应电机，主要作电动机用。广泛应用于：工农业生产：机床、水泵、冶金等等家用电器：洗衣机、风扇、冰箱等等异步电机与直流电机的使用优点：结构简单、运行可靠、制造容易、价格低廉、坚固耐用、效率高不足：不能经济地很好地调速、必须从电网吸收无功功率2005-53第5章异步电机三相异步电动机的基本工作原理和结构5.1三相异步电动机的基本结构一、定子部分：1、定子铁心：由导磁性能很好的硅钢片叠成——导磁部分。2、定子绕组：放在定子铁心内圆槽内——导电部分。3、机座：固定定子铁心及端盖，具有较强的机械强度和刚度。二、转子部分：1、转子铁心：由硅钢片叠成，也是磁路的一部分。2、转子绕组：1）笼型转子：转子铁心的每个槽内插入一根裸导条，形成一个多相对称短路绕组。2）绕线转子：转子绕组为三相对称绕组，嵌放在转子铁心槽内。三、气隙：异步电动机的气隙是均匀的。大小为机械条件所能允许达到的最小值。2005-54第5章异步电机2005-55第5章异步电机2005-56第5章异步电机1.定子铁心：由内周有槽的硅钢片叠成。U1----U2V1----V2W1----W2三相绕组机座：铸钢或铸铁端盖：固定、支撑、防护2005-57第5章异步电机1.1定子铁心作用：电机磁路的一部分和嵌放定子绕组2005-58第5章异步电机1.2定子冲片2005-59第5章异步电机1.3定子的槽散嵌绕组效率和功率因数较高绕组嵌线工艺复杂小容量及中型低压电机可嵌放成型线圈大型低压电动机绝缘放置可靠、绕组下线方便高压电动机2005-510第5章异步电机1.4定子绕组

电机的电路，感应电动势、流过电流2005-511第5章异步电机1.5机座2005-512第5章异步电机转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。2.转子鼠笼转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。

(1)

鼠笼式转子

铁心槽内放铜条，端部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。(2)

绕线式转子

同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。鼠笼式绕线式

另一端分别接滑环，可外接电阻2005-513第5章异步电机鼠笼转子照片

在转子铁芯每个槽中放置导体，在铁芯两端放置两个端环，把所有导体伸出槽外的部分与端环连接起来2005-514第5章异步电机绕线式绕组

与定子绕组相似的对称三相绕组，一般接成星型。将三个出线端分别接到转轴上三个滑环上，再通过电刷引出电流。可以在转子回路接入附加电阻2005-515第5章异步电机鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：鼠笼式：结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。2005-516第5章异步电机2.2转子的槽

槽形的选择主要决定于对运行性能和起动性能的要求。2005-517第5章异步电机2.3轴2005-518第5章异步电机绕线转子的装配图2005-519第5章异步电机异步电动机的结构

三相笼式异步电动机的部件图2005-520第5章异步电机3.气隙特点——气隙很小，在中、小型电机中，气隙一般为0.2-1.5毫米。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（空载电流）大，功率因数低；气隙磁场谐波含量（漏磁引起附加损耗）减少，改善启动性能。气隙小：按加工可能及机械安全所限制。2005-521第5章异步电机三相异步电动机的基本工作原理与结构5.1.2三相异步电动机的基本工作原理一1、基本工作原理1、电生磁：三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转磁场。2、磁生电：旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。3、电磁力：转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转。U2U1W2V1W1V2n2005-522第5章异步电机三相异步电动机的基本工作原理与结构5.1.2三相异步电动机的基本工作原理二、转差率转差率是异步电机的一个基本物理量,它反映电机的各种运行情况.转子未转动时，电机理想空载时，作为电动机，转速在范围内变化，转差率在0~1范围内变。负载越大，转速越低，转差率越大；反之，转差率越小。转差率的大小能够反映电机的转速大小或负载大小。电机的转速为：正常运行时，转差率一般在0.01~0.06之间，即电机转速接近同步速。2005-523第5章异步电机三相异步电动机的基本工作原理与结构5.1.2三相异步电动机的基本工作原理三、异步电机的三种运行状态根据转差率的大小和正负,异步电机有三种运行状态机械能转变为电能电能和机械能变成内能电能转变为机械能能量关系制动制动驱动电磁转矩转差率转速外力使电机快速旋转外力使电机沿磁场反方向旋转定子绕组接对称电源实现发电机电磁制动电动机状态2005-524第5章异步电机三相异步电动机的基本工作原理与结构5.3型号和额定值一、型号例:2005-525第5章异步电机异步电机的铭牌

2005-526第5章异步电机三相异步电动机的基本工作原理与结构5.1.3型号和额定值额定值关系有：额定运行状态时加在定子绕组上的线电压.额定条件下转轴上输出的机械功率。在额定运行状态下流入定子绕组的线电流.额定运行时电动机的转速.二、额定值2005-527第5章异步电机5.2三相异步电动机的运行原理5.2.1转子静止时的异步电机转子静止时异步电机是利用电磁感应原理将能量从定子方传递到转子方，定、转子之间无电的联系，从工作原理上讲，它和变压器相似。先从转子静止时的异步电机开始分析，然后研究转子旋转时的情况。转子静止分两种情况：一转子绕组开路二转子绕组短路2005-528第5章异步电机一转子绕组开路当转子绕组开路—转子绕组电流为0定子电流将在气隙中建立相应的基波磁动势该磁动势产生旋转地基波磁场，主磁通在定子一相绕组中的感应电动势为仿照变压器空载运行列电压平衡方程2005-529第5章异步电机二转子绕组短路将异步电动机转轴卡住，转子绕组短路，在定子方施加三相对称电压，相当于变压器做短路实验。5.2.1

转子静止时的异步电动机2005-530第5章异步电机

定子三相对称绕组中，流过频率为f1的三相对称电流I1，产生圆形旋转基波磁动势F1，相对于定子绕组的转速为同步转速n1，n1＝60f1/p，转向为从超前电流相绕组轴线转向滞后电流相绕组轴线。定子旋转磁场→切割转子绕组，产生频率为f2（f2＝pn1/60=f1）的三相对称感应电动势→在闭合的转子绕组中产生三相对称电流I2→产生圆形旋转基波磁动势F2，相对于转子绕组的转速为n2，n2＝60f2/p＝n1，转向为从超前电流相绕组轴线转向滞后电流相绕组轴线，即与定子旋转磁动势F1同转向。F2与F1同转速、同转向，故空间保持相对静止：n2＝n1

1转子绕组短路分析2005-531第5章异步电机实际电机气隙中的旋转磁场是由F2与F1共同建立的。F2与F1可以空间矢量合成为一等效励磁的磁动势Fm。即→Bm

→Фm2转子绕组短路电磁关系2005-532第5章异步电机三、电压、磁动势平衡方程式电压平衡方程式与电动势变比2005-533第5章异步电机

R1、R2和X1σ、X2σ分别为定、转子绕组的电阻和漏电抗。

Zm=Rm+jXm为励磁阻抗，Rm为励磁电阻，它是一个代表铁耗的等效电阻；Xm为励磁电抗，它反映了主磁通在电路中的作用。主磁通在定、转子绕组的感应电动势定、转子绕组电动势之比称为电动势变比ke三、电压、磁动势平衡方程式2005-534第5章异步电机由于定、转子磁动势F1与F2空间保持相对静止，故可以合成为一等效的励磁磁动势：

四.磁动势平衡方程式与电流变比2005-535第5章异步电机

I1L称为定子电流的负载分量。在负载运行时，异步电动机定子电流I1分成I0和I1L两个分量：I0是励磁电流用于建立电机铁心中的主磁通Φm，I1L是负载分量用于建立磁动势F1L去抵消二次侧磁势F2。四.磁动势平衡方程式与电流变比2005-536第5章异步电机小结:基本方程式组定子侧：转子侧：定转子关联方程：定子主电动势方程：5个方程式，5个未知量：模型完备，可以定解2005-537第5章异步电机五、绕组折算和等效电路与变压器相似，可以通过绕组折算得到转子不转时异步电机的等效电路。假设异步电机转子相数m2,每相串联匝数N2,基波绕组系数kN2异步电机定子m1N1kN1为了得到等效电路，先必须将异步电机转子绕组折算成一个相数为m1,匝数为N1,绕组系数为kN1的等效转子绕组来替代原来的转子绕组，保持极对数不变。折算原则：转子上各种功率不变，包括有功功率和无功功率，主磁通不变，转子磁动势F2不变2005-538第5章异步电机1.折算到定子方的方程式组为

五、绕组折算和等效电路2005-539第5章异步电机2.等效电路经折算后，同变压器类似，可得异步电动机在转子静止时的T型等效电路。2005-540第5章异步电机5.2.2

转子旋转时的异步电动机一、转子绕组的电动势和电流转子旋转时，转子绕组中的电动势、电流的频率取决于气隙中的旋转磁场，转子转速为n,气隙中旋转磁场与转子的相对速度n2=n1-n（1）转子系统频率（2）转子相绕组感应电动势E2对应的为转子不转时时转子相电动势（3）转子相绕组漏阻抗2005-541第5章异步电机（4）转子相电流二、磁动势平衡方程n2+n=n1F1+F2=F0F1与F2可空间矢量合成，等效为一等效合成的激磁磁动势F0可以证明，从定子坐标系看，转子旋转磁动势与定子旋转磁动势频率相同，转速相同，在气隙中相对静止。例题5-1一、转子绕组的电动势和电流2005-542第5章异步电机三、频率折算

1、转子系统频率的折算只要保持F2不变，可以用一个静止的转子来代替旋转的转子

f2s

＝sf1的量f1的量

(用一个静止的转子代替）

前提：保证转子磁动势F2不变等效电阻频率为f2,转子旋转时的方程频率为f1，转子静止时的方程等效为静止转子，必须在转子回路串入(1-s)R2/s的电阻，才能使得回路电阻变为R2/s，才能保证I2=I2s2005-543第5章异步电机

2、绕组折算目的：为了简化计算，便于导出一体化的等效电路。方法：用一个相数为m1、匝数为N1、绕组系数为kN1(与定子相同的)的等效转子绕组来替代实际的转子绕组。条件：①折算前后磁动势F2不变；②折算前后转子的各种功率不变。根据转子静止时分析有：

2005-544第5章异步电机四、基本方程及等效电路2005-545第5章异步电机五、向量图2005-546第5章异步电机5.6异步电机等效电路的简化和变压器一样，将T型等效电路中间的励磁支路移至电源端，使之成为简化电路。但是在变压器励磁阻抗较大，I0较小，误差不大。在异步电机中，Zm较小，I0较大，为了使其等效，必须引入校正系数2005-547第5章异步电机5.2.4异步电机的参数测定如变压器一样，对于已制成的异步电机可以通过空载试验和短路试验来测定其参数。试验目的：测定励磁电阻Rm、励磁电抗Xm、铁耗pFe、机械损耗pmec。试验方法：试验时电机轴上不带负载，用三相调压器对电机供电，使定子端电压从(1.1～1.3)UN开始，逐渐降低电压，空载电流逐渐减少，直到电动机转速发生明显下降，空载电流明显回升为止。在这个过程中，记录电动机的端电压U1、空载电流I0、空载损耗p0、转速n。绘制空载特性曲线如图所示。一、空载试验

2005-548第5章异步电机

由于异步电动机空载运行时转子电流小，转子铜耗可以忽略不计。在这种情况下，定子输入功率消耗在定子铜耗m1I02R1、铁耗pFe、机械损耗pmec，空载附加损耗pad0上p0=m1I02R1+pFe+pmec+pad0

从输入功率p0中扣除定子铜耗，得p'0=p0-m1I02R=pFe+pmec+pad02005-549第5章异步电机1、机械损耗的求法

损耗分离：在p'0的三项损耗中，机械损耗pmec与电压U1无关，在电动机转速变化不大时，可以认为是常数。pFe+pad0可以近似认为与磁密的平方成正比，因而可近似认为与电压的平方成正比。故p'0与U12的关系曲线近似为一直线。其延长线与纵轴交点即为机械损耗pmec。空载附加损耗相对较小，可以用其它试验将之与铁耗分离，也可根据统计值估计pad0，从而得到铁耗pFe。2005-550第5章异步电机2、空载等效阻抗计算

Z0=U1／I0R0=p0／3I02X0=(Z02-R02)1/2由于电动机空载s≈0，转子支路近似开路，则X0=Xm＋X1σ即Xm=X0－X1σ

式中，定子漏电抗X1σ将由短路试验测出。在已知额定电压下铁耗pFe的情况下，励磁电阻Rm=pFe／3I02

2005-551第5章异步电机二、短路试验

试验目的：测定短路阻抗、转子电阻、定、转子漏抗。试验方法：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Uk、定子电流Ik、定子端输入功率Pk，作出异步电机的短路特性Ik=f(Uk)，Pk=f(Uk)，如图所示。根据短路特性曲线，取额定电流点的Uk(相电压)、Ik(相电流)、Pk(三相短路损耗)。2005-552第5章异步电机短路等效阻抗计算

Zk=Uk／Ik

Rk=Pk／3Ik2

Xk=(Zk2-Rk2)1/2

根据短路时的等效电路，由于Xm>>Rm，忽略Rm，并近似认为X1σ=X'

2σ。考虑到X0=Xm+X1σ(空载试验)，可推导出对于大中型异步电机，由于Xm很大，励磁支路可以近似认为开路，这时

Rk=R1+R'2X'1σ=X2σ=Xk／22005-553第5章异步电机5.2.5笼型转子的参数计算设转子总导条数为Z2(即转子槽数)，它在转子圆周上均匀分布，导条两端被端环短路，整个结构是对称的。当一极对数为p的旋转磁场Bm在气隙中旋转时，它依次切割转子各导条，于是构成了一个对称的Z2相电动势系统，该电动势作用在结构对称的笼型绕组上，产生对称的Z2相电流。笼型转子相数等于转子导条数，即m2=Z2。每相只有一根导条，故匝数等于1/2匝，绕组系数为1，即N2=1/2，kN2=1

。一笼型转子的相数2005-554第5章异步电机Bm相对于定子转速为n1，以n2=(n1-n)转速切割转子导条。e2s与Bm成正比，故e2s与Bm波过零点相同，幅值相差固定倍数。每根导条功率因数角为φ2，导条中电流i2s波滞后于e2s波φ2相位差。二笼型转子的极对数2005-555第5章异步电机转子磁动势F2亦为正弦波，以转速n1相对于定子旋转。转子电流极对数等于定子绕组的极对数。若气隙磁场极对数为p,导条中感应电流的极对数也是p对数，转子磁动势F2也是p对数二笼型转子的极对数笼型转子的极对数始终等于定子的极对数p。2005-556第5章异步电机三笼型转子参数计算参见图P2365.23将端环的正多边形阻抗变换成正三角形。可以计算出RR’,X’R根据b图：R2=RB+2RR’X2=XB+2X’RR2’=kekiR2X’2=kekiX22005-557第5章异步电机5.3

三相异步电动机的运行特性

一、功率与损耗

5.3.1异步电动机的功率、转矩平衡方程式P1=Pem+pcu1

+

pFe

Pem=pcu2+Pmec

Pmec=P2+pmec+pad

2005-558第5章异步电机二、功率平衡方程P1=Pem+pcu1

+

pFe

Pem=pcu2+Pmec

Pmec=P2+pmec+pad

在正常运行时异步电动机的转速接近同步转速，转子电流频率很低，f2=0.5-2Hz,转子铁损可以忽略。电磁功率、转子绕组回路铜耗、总机械功率三者之间的关系为

Pem：pcu2：Pmec=1：s：(1-s)2005-559第5章异步电机三、转矩平衡方程异步电机转轴上各种功率除以转子机械角速度就可以对应的转矩

Pmec=P2+pmec+pad例题5.5Pmec是借助于旋转磁场传递到转子上的总机械功率，与之对应的总机械转矩称为电磁转矩Tem,T2为输出转矩，T0为空载转矩

2005-560第5章异步电机5.3.2异步电机的电磁转矩

一、物理表达式2005-561第5章异步电机二参数表达式2005-562第5章异步电机异步电机电磁转矩的参数表达式描述了电磁转矩与参数的关系

Tem与U12成正比。f1↑→Tem↓。漏电抗Xk↑→Tem↓。当电压和频率为常数时，电机的参数可以认为是常数，电磁转矩仅与s有关二参数表达式2005-563第5章异步电机(1)S=0,n=n1,旋转磁场相对于转子静止，Tem=0(2)当s从0增大时，在开始部分R2’/s远大于其余各项值，随着s的增大，电磁转矩增大。当s较大时，R2’/s相对较小，s继续增大而Tem增大变慢，达到最大值之后随着s的增大，Tem反而减小二参数表达式2005-564第5章异步电机1、最大转矩点特点（1）在给定频率下，与电压的平方成正比（2）最大电磁转矩与转子电阻无关，但Sm与其有关，故当转子回路串电阻时，Tmax不变，但是Sm增大，曲线左移（3）频率一定时，漏感之和越大，Tmax越小过载能力：2005-565第5章异步电机2.启动转矩若要使启动转矩达到最大转矩启动转矩倍数2005-566第5章异步电机三、实用表达式：在设计电力拖动系统，设计者希望不用电机参数而只用产品铭牌中提供的数据来获得Tem与s的关系2005-567第5章异步电机5.3.3异步电动机的工作特性异步电动机的工作特性是指在额定电压及额定频率下，电动机的主要物理量（转速n、定子电流I1、输出转矩T2、功率因数及效率等）随输出功率P2变化的关系曲线。

对于已制成的异步电动机，其工作特性可以通过试验获得。

一、转差率特性s=f(P2)

空载时，P2＝0，转差率sP22005-568第5章异步电机二效率特性

空载时，P2＝0，=0。从空载到额定负载运行，由于主磁通变化很小，故铁耗pFe认为不变；在此区间，异步电机的转速基本不变，机械损耗pmec认为不变。如电源电压和频率保持不变，则机械损耗与铁耗基本保持不变——合称为不变损耗。铜耗正比于负载电流的平方，附加损耗也随着负载的增大而增大，这三项合称为可变损耗。当P2从0开始增加，效率上升很快，当可变损耗等于不变损耗时，电机达到最大效率。负载再增加，铜耗急剧增大，效率反而降低。对于普通中小型异步电动机，效率约在（0.25-0.75）PN时达到最大2005-569第5章异步电机

三、功率因数特性

空载时，定子电流基本上用来产生主磁通，有功功率很小，功率因数也很低；随着负载电流增大，输入电流中的有功分量也增大，功率因数逐渐升高；在额定功率附近，功率因数达到最大值。如果负载继续增大，转差变大，则导致转子漏电抗增大（漏电抗与频率正比），使得转子回路阻抗角变大，从而引起功率因数下降。P2功率因数cos12005-570第5章异步电机四转矩特性T2=f(P2)转速的变换范围很小，从空载到满载，转速略有下降，近似为一条过零点的斜线五定子电流特性

随着负载增加，I2’相应增大，定子电流I1也相应增大2005-571第5章异步电机5.3.3异步电动机的工作特性

四、转矩特性

五、定子电流特性

二、效率特性

三、功率因数特性

一、转差率特性

2005-572第5章异步电机5.4

三相异步电动机的启动与调速

一、起动特性

起动电流大，而起动转矩并不大

2005-573第5章异步电机起动电流大：一使电源电压在电动机启动时下降，容量较小时电压下降更大，二大的启动电流会在线路和电机内部产生损耗而引起发热。启动转矩越大，加速越快，启动越快异步电动机的起动，存在两种矛盾：电动机起动电流大，供电网络承受冲击电流能量有效电动机起动转矩小，负载要求有足够的转矩才起动5.4

三相异步电动机的启动与调速2005-574第5章异步电机

二、起动方法

1、小容量电动机轻载起动－直接起动适用于小容量电动机带轻载的情况，能否直接起动的判定依据为：对于经常起动的电动机，起动时引起的母线电压降不大于10%，对于偶尔起动的电动机，此压降不大于15%。2、降压起动适用于容量大于或等于20KW并带轻载当电源容量不能承受直接起动的电流时，就需采用降压起动来减小起动电流，但相应地起动转矩也将减小。电动机的启动电流与端电压成正比，而启动转矩与端电压的平方成正比，启动转矩比启动电流降得更快。降压之后在启动电流满足要求下还要校验启动转矩是否满足要求常用方法：定子串电抗或电阻降压启动，星-三角起动器起动，用自耦变压器启动一般7.5KW以下电机允许直接起动。2005-575第5章异步电机

定子串电抗器起动在定子绕组中串联电抗或电阻都能降低起动电流，但串电阻起动能耗较大，只用于小容量电机中。一般都采用定子串电抗降压起动。

在采用电抗降压起动时，若电机端电压降为电网电压的1/a，则起动电流降为直接起动的1/a，起动转矩降为直接起动的1/a2，比起动电流降得更厉害。因此在选择a值使起动电流满足要求时，还必须校核起动转矩是否满足要求。2005-576第5章异步电机

星-三角起动器起动只有正常运行时定子绕组三角形接法，且三相绕组首尾六个端子全部引出来的电动机才能采用Y-△起动器起动。采用Y-△起动器起动时，起动电流降为直接起动的1/3，起动转矩亦降为直接起动时的1/3。2005-577第5章异步电机采用Y-三角形启动器启动，启动电流降为直接启动的1、/3,启动转矩亦降为直接启动的1/3。

启动器价格便宜，操作简单，小型异步电动机常采用这种启动方法。

星-三角起动器起动2005-578第5章异步电机

自耦变压器起动

若a为自耦变压器的变比采用自耦变压器起动时，电动机的起动转矩、起动电流为全压直接起动的1/a2。2005-579第5章异步电机

自耦变压器起动

2005-580第5章异步电机三、采用高启动转矩异步电动机小容量电动机重载起动主要矛盾是起动转矩不足。解决的方法：容量大一号的电动机； 高起动转矩的电动机采用深槽笼型或双笼异步电动机启动时由于集肤效应转子电阻自动增大，启动转矩增大，在正常运行时减少到正常值2005-581第5章异步电机采用深笼或双笼异步电动机

越接近槽口的导体所交链的漏磁通越少，即漏抗小，电流大；接近槽底底单元，漏抗大，使导体电流密度分布不均，产生把电流向槽口排挤的“趋肤效应”；电机转速越低，转子电流频率越高，趋表效应越突出由于集肤效应，流过电流的导体高度和有效截面减少，导体的导电高度缩小，转子电阻增加；2005-582第5章异步电机深槽式：高度是宽度的10～12倍，堵转时，电阻达额定运行的3倍，随着转速升高，频率降低，集肤效应基本消失，电流分布趋向均匀，转子电阻自动减小。电流主要流过上笼。上笼电阻大，能产生较大的启动转矩2.双笼型电机两套绕组，材料不同，截面也不同上笼：起动笼，截面小，材料选用电阻系数大；下笼：工作笼，截面大，电阻系数小启动时，频率大，漏抗比电阻大得多，电流的分配主要取决于漏抗。根据集肤效应采用深笼或双笼异步电动机2005-583第5章异步电机正常运行时，频率低，转子漏抗小于电阻，电流分布取决于电阻。下笼电阻小，电流主要从下笼流过，产生正常运行时的电磁转矩，称下笼为工作笼。采用深笼或双笼异步电动机2005-584第5章异步电机绕线型异步电动机转子串电阻起动对于大中型电动机带重载起动的工况，可采用绕线式异步电动机。电动机容量较大时，起动电流对电网的冲击较大；又因带重载，负载要求电机提供较大的起动转矩，绕线型异步电动机就显示出明显的优势。只要转子回路串的电阻合适，就既可减少起动电流又可增加起动转矩。因而电机容量大、重载这两个要求可同时满足。绕线式异步电动机转子回路串电阻起动的原理可通过Tem-s曲线说明。2005-585第5章异步电机最大转矩点绕线型异步电动机转子串电阻起动2005-586第5章异步电机多级启动时机械特性2005-587第5章异步电机5.4

.3异步电动机的调速

异步电动机具有结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便等优点，但在调速性能上尚比不上直流电动机。但人们已研制出各种各样的异步电动机的调速方式，并广泛应用于各个领域。根据异步电动机的转速公式

n=(1-s)n1=(1-s)60f1／p

异步电动机的调速方式有三种：(1)变极调速。(2)变频调速。(3)改变转差率s调速。

2005-588第5章异步电机一、变极调速

对于异步电动机定子而言，为了得到两种不同极对数的磁动势，可以采用两套绕组或一套绕组来实现。为了提高材料利用率，一般采用一套绕组的单绕组变极，即通过改变一套绕组的联接方式而得到不同极对数的磁动势，以实现变极调速。至于转子，一般采用笼型绕组，它的极对数能自动与定子磁场极对数相一致。变极调速方法简单、运行可靠、机械特性较硬，但只能实现有极调速。单绕组三速电机绕组接法已相当复杂，故变极调速不宜超过三种速度。2005-589第5章异步电机2005-590第5章异步电机二、变频调速

异步电动机的转速n=(1-s)(60f1/p)，当转差率变化不大时，n近似正比于频率f1，可见改变电源频率就能改变异步电动机的转速。在变频调速时，希望主磁通Φm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，则电机转矩下降。在忽略定子漏阻抗的情况下，有U1≈E1=4.44f1N1kN1Φm

为了使变频时Φm维持不变，则U1／f1应为定值。

2005-591第5章异步电机2005-592第5章异步电机1.

恒转矩调速

当电机变频前后额定电磁转矩相等，即恒转矩调速时，有：电压随频率成正比变化（U1／f1应为定值），则主磁通Φm不变，电机饱和程度不变，电机过载能力也不变。电机在恒转矩变频调速前后性能都能保持不变。2005-593第5章异步电机2.

恒功率调速

在电机带有恒功率负载时，在变频前后，它的电磁功率相等。若要维持主磁通不变，即令电压随频率作正比变化，则电机过载能力随频率成正比变化2005-594第5章异步电机

(2)若保持过载能力不变，则主磁通要发生变化。

变频调速的优点是调速范围大，平滑性好，变频时电压按不同规律变化可实现恒转矩调速或恒功率调速，以适应不同负载的要求。这是异步电机最有前途的一种调速方式，其缺点是目前控制装置价格仍比较贵。2.

恒功率调速

2005-595第5章异步电机三、转子回路串电阻调速

绕线式转子回路串电阻调速属于改变转差率s的调速方式。2005-596第5章异步电机三、转子回路串电阻调速

恒转矩负载时，R2／s保持不变，调速前后，定子各物理量保持不变，转子电流不变，电磁功率不变，最大电磁转矩不变，转子回路铜耗增加，输出功率下降，效率下降。2005-597第5章异步电机四、改变定子端电压调速

属于改变转差调速。当改变定子电压，由于n1不变，电磁转矩Tem与电压的平方成正比，最大Tmax

与电压的平方成正比,临界转差率sm不变，机械特性如图。对于普通笼型电机带恒转矩负载，工作点如ABC三点变化小风机型负载，调速范围大2005-598第5章异步电机5.4.2异步电动机的制动电动机运行于正向电动状态(即第Ⅰ象限)时，其电磁转矩Tem与转速n均为正方向，并对外输出机械功率。若电磁转矩Tem、转速n中有一项与正向电动状态方向相反，即Tem与n方向相反，电动机就工作在电磁制动状态。在此状态下，电动机转轴从外部吸收机械功率而转换成电功率。

2005-599第5章异步电机一、反接制动

1.

转速反向的反接制动(正接反转)

定子电源正向连接，其定子磁动势旋转方向为n1正向旋转，但由于转子回路串有较大的电阻，在转轴上带有较大的位能性负载(下放重物)，电机起动时电磁转矩Tem与负载转矩TZ方向相反，在TZ作用下，电动机反向旋转。

2005-5100第5章异