异步电机王跃球

第五章异步电机结构及基本工作原理异步电机运行原理参数测定功率电磁转矩起动调速制动15.2异步电机的基本工作原理5.3异步电动机额定值5.1异步电机的基本类型和基本结构作业25.1异步电机的基本类型和基本结构按定子绕组供电电源相数按转子绕组的结构单相感应电动机三相感应电动机两相感应电动机异步电机鼠笼式异步电动机绕线式异步电动机通过外串电阻改善电机的起动，调速等性能一、异步电机分类:结构简单，坚固，成本低，运行性能不如绕线式。单相异步电动机都是鼠笼式的。3二、异步电动机结构（图5.1、图5.2）感应电机定子绕组定子铁心机座

笼型转子铁心(笼型

绕线型)转轴转子绕组绕线型转子定子端盖、轴承、风扇、气隙等4

5.2异步电机的基本工作原理①电动机运行②发电机运行③电磁制动异步电机外部条件发生变化时，有三种不同的运行方式。定子接电网转子带负载定子接电网原动机驱动定子接电网、转子带机械负载；应用于升降机械等。5AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电

切割闭合转子导体（鼠笼转子、绕线式转子）右手定则感应电动势E2旋转磁场感应电流I2旋转磁场左手定则电磁力F电磁转矩TnFF一、异步电动机工作原理方向:顺时针传统结构图5.8工作原理6小结：转子转动三条件：★旋转磁场n1=60f/p★转子导体闭合，产生电流★nn1

思考题：为什么异步电机转子的转速

nn1？（分析）7同步转速n1----旋转磁场的转速。该转速取决于电流的频率f和绕组的极对数p。

转子转速n----转子的机械转速。异步电机的特点是转子转速与同步转速始终不相等。

二、转差率

n1=60f／p转差率s----同步转速n1与转子转速n之差对同步转速n1之比值。8

☆转差率为异步电动机的一个基本变量，在分析异步电动机运行时有着重要的地位。

◆起动瞬间:n=0,s=1

◆理想空载时：n=n1,s=0

◆运行时转差率一般很小，9☆根据转差率可以区分异步电机运行状态

◆电动机:s∈［0，1］◆电磁制动:s>1

◆发电机:s<0例题10★能量转换关系

转子：Tem

>0输出机械功率

定子：e1i1a<0从电网吸收电功率三、感应电机三种运行状态.×e1i1a

×

.e1i1a

××e2i2a

.

.e2i2a图5.11电动机状态1、电动机状态★0<n<n10<s<1★电磁关系

转子：i2a、e2同方向；Tem与n同方向，为驱动转矩。

定子：i1a与i2a反方向；e1与e2同方向；i1a、e1反方向。11★电磁关系转子：i2a、e2与电动机状态相反；Tem与转向相反，为制动转矩。定子：i1a与i2a反方向；i1a与电动机状态相反，e1与电动机状态相同，i1a、e1同方向。

★能量转换关系转子：Tem

<0吸收机械功率

定子：e1i1a>0输出电功率2、发电机状态

..e2i2a××e2i2a.

.e1i1a

××e1i1a★>n>n1-<s<0图5.12发电机状态123、制动状态★-<n<0

s

××e2i2a

.

.e2i2a.×e1i1a

×

.e1i1a吸收电功率＋吸收机械功率=转子电阻热损耗★电磁关系转子：Tem与n反方向Tem为制动转矩

定子：i1a、e1反方向。★能量转换关系转子：TemΩ<0吸收机械功率定子：e1i1a<0从电网吸收电功率图5.13制动状态135.3异步电动机额定值额定电压UN(V)：额定运行时，规定加在定子绕组上的线电压；额定功率PN

(kW)：额定运行时，电动机的输出机械功率；额定频率fN(Hz)：规定的电源频率(50Hz)；额定电流IN：

(A),额定电压、频率下轴端输出额定功率时，定子绕组上的线电流；

14额定转速n：

(r/min),额定运行时，电动机的转子转速；额定效率、额定功率因数等15图5.1三相异步电动机的结构16图5.2三相异步电动机的结构17图5.3定子铁心18图5.4定子绕组19图５.5铁心和机座20图5.６绕线转子21图5.７鼠笼转子22传统结构异步电机已介绍1.三层三相定子绕组2.双转子异步电动机

3.新型绕线式异步电动机：定子三相绕组，转子两相绕组。4.新型定子双绕组自激异步发电机，一套功率绕组，一套控制绕组。目前异步电机新型结构有哪些?查阅资料开展讨论23动画１异步电机转动24图5.9交流绕组模型图25交流电机的旋转磁场◆机械旋转磁场(如:旋转磁极式同步电机的磁场)◆电气旋转磁场26风叶铁心绕组滑环轴承图5.10绕线式转子的联结27如果:无转子电动势和转子电流转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切割转子导条无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。分析：异步电机28[例5.1]

有一台50Hz的感应电动机，其额定转速nN＝730r／min，试求该机的额定转差率。

29解：s=(n1-nN)/n1

=

（750-730）/750=0.02667

305.4转子静止时的异步电机5.5异步电机的等效电路5.6异步电机等效电路的简化作业31

转子开路时，其电流为0，定子电流为,三相电流依次滞后，

则旋转磁势的转向亦是ABC(顺时针方向），速度为同步转速n1,

基波幅值为

5.4.1转子绕组开路5.4转子静止时的异步电机32其中（励磁阻抗）对于一相定子绕组异步电动机电动势变比为335.4.2转子绕组短路转子绕组短路，转轴卡住，在定子方加一低电压（相当于变压器做短路试验）。一、定子磁动势与转子磁动势相对静止345.4.3电动势平衡方程式

355.4.4磁动势平衡方程式因定、转子旋转磁动势F1、F2在空间相对静止，则仿照变压器的分析方法，将上式改为在异步电动机气隙中，全部磁动势由定子电流产生。F1的励磁分量F0产生旋转磁场，负载分量F1L平衡转子磁动势F2。36在转子静止短路时，F2与角大小无关，为了分析简化，选择同相位进行分析。对绕线电机，转子相数与定子相数相等，则37其中ki为异步电动机的电流变比：用定、转子相电流平衡方程式可描述磁动势平衡方程式385.4.5转子绕组的折算折算方法：用一个相数为m1、匝数为N1、绕组系数为kN1的等效转子绕组代替原转子绕组，并保持极对数不变。折算原则转子上的各种功率不变，主磁通不变，对电网等效。折算条件折算前后转子磁动势F2不变，转子上的各种有功功率、无功功率保持不变。39各物理量、参数折算★转子电流的折算原则：前后F2不变。简化的电流平衡方程40★转子绕组电动势的折算原则：主磁通不变。41★转子相电阻、漏电抗的折算原则：有功功率不变（相电阻）、无功功率不变（漏电抗）。42可以证明折算前后转子回路的功率因数不变。总之，将转子电路中各量折算到定子方时，电动势、电压乘以ke,电流除以ki，电阻、电抗、阻抗乘以keki转子不转且短路时，将转子的量折算到定子方时，有如下的方程组：435.5负载旋转时的异步电动机及其等效电路转子感应电动势和电流的频率f2为

转子旋转时，转子绕组每相电动势为：E2为转子不转时的相电动势。对应转子频率f2的转子漏电抗为为对应转子频率f1的转子漏电抗。

５.５.１转子绕组的电动势和电流磁动势44转子电流注意：因定、转子电流频率不同，故不能将定、转子平衡方程联立求解。455.5.2定、转子磁动势依然相对静止设定子A相轴线为定子磁动势轴线，定子磁动势为设在t=0时，转子a相绕组轴线与定子A相轴线重合。则定子旋转磁动势切割转子绕组的速度为转子绕组感应电动势、电流的频率为相应的电角速度为46经过t时间，转子轴线沿转子旋转方向转过电角度。则47转子旋转磁动势与定子旋转磁动势角频率、极对数、转速都相同，转向也一致。定、转子旋转磁动势在气隙中相对静止。定子方电动势平衡方程与转子静止与否无关。

不管电动机运行在什么状态（s或n为何值），上述结论都成立。48

定子和转子磁动势之间的速度关系，如图5.14所示。图5.15表示三相绕线型转子的转子磁动势的空间相位。例题49

负载时的磁动势方程：2.负载时的磁动势方程

→50三、定子绕组电势平衡方程式51四、转子电压方程

52定子转子定子绕组内转子绕组内535.5.3异步电机的等效电路等效电路法是分析异步电动机的重要手段。在异步电动机中，作等效电路遇到的两大障碍是：(1)定转子电路的频率不相同；(2)定转子边的相数，匝数，绕组系数等不相等。54一、频率折算

转差率为s的异步电动机转子电路频率：转子静止时s=1；则转子频率等于定子频率。频率折算既是用静止的转子代替旋转的转子。

频率折算后，希望磁势平衡不变即转子电流不变。55推论：频率折算的方法：给转子绕组电阻中，计入一个附加电阻，即可以把原来旋转的转子看成静止的转子。56

不论静止或旋转的转子，转子磁势总以同步转速旋转，即转子磁势的转速不变，大小相位又没有变，故电机的磁势平衡依然维持。静止的转子不再输出机械功率，即电机的功率平衡中少了一大块机械功率。附加电阻消耗的电功率等于电机输出的机械功率。即：

对频率折算的讨论57二、绕组折算用绕组（m1、N1、kw1）等效替代绕组（m2、N2、kw2）代替的原则是：磁势平衡不变功率平衡不变

电流折算：根据磁势不变：58电势、阻抗折算

电势折算：磁通应不变。

阻抗折算：功率不变。电抗和漏阻抗可同样折算。59异步电动机方程式经过频率折算和绕组折算后异步电动机的方程式折算后转子电路方程式：60图5.16T形等效电路615.6异步电机等效电路的简化图5.17简化等效电路62相量图

异步电动机的相量图类似于变压器相量图,从转子电路方程出发可以一步一步作出异步电机相量图。图5.18相量图63图5.14定转子磁动势之间的速度关系64转子磁动势波F2气隙磁场Bm转子转子磁动势波F2气隙磁场Bm转子图5.15转子磁动势与气隙磁场在空间的相对位置65[例5-2]

有一台50HZ、三相、四极的感应电动机转子的转差率s=5%，试求：（1）转子电流的频率；（2）转子磁动势相对于转子的转速；（3）转子磁动势在空间的转速。

66解(1)转子电流的频率

f2=sf1=0.05×50=2.5Hz(2)转子磁动势相对于转子的转速n2=60f2/p=(60×2.5)/2=75r/min

(3)转子磁动势在空间的转速n2+n=n2+ns(1-s)=1500r/min675.7异步电动机的参数测定5.8功率、转矩平衡方程式5.9电磁转矩三种表达式5.10异步电动机的工作特性作业685.7异步电动机的参数测定一、空载试验目的：测定Zm（＝rm+jxm)、铁耗pFe和机械损耗方法：在额定频率下，转子轴端不带负载，用调压器调节电源电压，使定子端电压从1.2UN开始降落，直至速度降落，电流回升。69图5.19空载特性曲线70图5.20铁耗和机械损耗分离71

参数计算

激磁电阻

空载电抗

激磁电抗72目的：测定短路阻抗、转子电阻、短路电抗方法：堵住转子（S＝1），调节定子外施电压，使短路电流由1.2IN逐渐减小到0.3IN。二、短路试验73测定：、和简化计算：为满足电动机不同的运行数据，应选取不同的短路电流，进行短路试验，求不同的短路参数。745.9功率、转矩平衡方程式一、功率平衡方程式

异步电动机从电源获取电功率，即输入功率：

此一功率首先通过定子绕组，产生定子铜耗：75图5.21异步电机T型等效电路表示的各种功率76铁耗（主要为定子铁耗）：电磁功率：功率传递（1）77转子铜耗：机械功率机械损耗和附加损耗输出的机械功率

异步电动机的功率平衡方程式：功率传递（2）78图5.22功率流程图P1PemP2pcu1pFepcu2pmec

Pmec79两个重要关系式转子的电磁功率分两部分：一小部分变为转子铜损耗，绝大部分转变为总机械功率。转差率越大，转子铜损耗越多，电机效率越低。正常运行时电机的转差率均很小。80转矩平衡关系

在式的两边同时除以机械角速度得：即：或电磁转矩815.10电磁转矩三种表达式1、物理表达式2、参数表达式3、实用表达式82物理表达式表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通与转子电流的有功分量相互作用产生的。83参数表达式：说明：电磁转矩与电源参数（Ｕ、f）、结构参数（r、x、m、p）和运行参数（s）有关。84临界转差率sm和最大电磁转矩Tmax85结论：当其它参数一定时1、最大电磁转矩与电源电压平方成正比；临界转差率与电源电压无关。3、频率越高，最大电磁转矩和临界转差率越小；

漏抗越大，最大电磁转矩和临界转差率越小；2、转子回路电阻越大，临界转差率越大；最大电磁转矩与转子电阻无关。4、过载能力86起动转矩Tst(令s=1)和起动转矩倍数Kst1、起动转矩与电源电压平方成正比；2、频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，起动转矩越小；3、绕线式电动机转子回路电阻越大，起动转矩先增后减。4、起动转矩倍数87实用表达式已知电机的额定功率、额定转速、过载能力忽略空载转矩，有88三相异步电动机的固有机械特性sn0nNsNnmsm10TNTemTstTmaxABCD89异步电动机降压时的人为机械特性snsm10TLUN0TstTmaxTemn1A0.8UN0.64Tst0.64Tmax90转子回路串电阻时的机械特性r2+Rs3Tst2sm2r2+Rs2Tst1sm1r2+Rs110TstTmTems

n0n1smr291定子串接电抗器时的机械特性10TmTemsms

n0n1Tmxstsm’925.11异步电动机的工作特性

异步电动机的工作特性是指额定电压及额定频率下，电动机的主要物理量随输出功率变化的关系曲线。利用等值电路来计算工作特性。1转差率特性随着负载功率的增加，电磁功率增加，转子电流需要增大，故转差率随输出功率增大而增大。转差率sP293空载时电流很小，随着负载电流增大，电机的输入电流增大。二、定子电流特性I1＝f（P2）三、电磁转矩特性T＝f（P2）

转速的变换范围很小，从空载到满载，转速略有下降

异步电动机的输出转矩

转矩曲线为一个上翘的曲线。电磁转矩T电流I1P294

空载时定子电流基本上用来产生主磁通，有功功率很小，功率因数很低；负载电流增大，输入电流有功分量增大，功率因数升高

额定功率附近功率因数达到最大值。负载继续增大，转子漏电抗增大（漏电抗与频率正比）功率因数下降。P2功率因数cos1四、定子功率因数特性95铜耗随负载的变化而变化（与负载电流平方正比）；铁耗和机械损耗近似不变；可变损耗等于不变损耗时电机达到最大效率。额定效率在74-94%之间；最大效率发生在(0.7-1.0)倍额定效率处五、效率特性96效率P2转差率s功率因数cos1电流I1电磁转矩T975.12三相异步电动机的起动起动性能异步电动机起动分类作业98起动性能包括：起动电流倍数Ist/IN;

起动转矩倍数Tst/TN;

起动时间;

起动时消耗的能量;

起动设备的简单和可靠；起动的过渡时间.99起动电流和起动转矩起动：从禁止不动到加速到工作转速的过程要求：在起动时有较大的起动转矩（倍数），较小的起动电流（倍数）启动过渡过程短对电网的冲击小100异步电动机直接起动时的问题：电流大但转矩并不大。101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限；电动机起动转矩小，负载要求有足够的转矩才起动；起动时，S＝1，等效阻抗小，起动电流大；

f2＝f1

，2接近900，cos2很小，转子电流有功分量小。102制约起动的因素供电系统的容量负载的性质起动的频繁程度103小容量轻载起动；中、大容量轻载起动；小容量电机重载起动；中、大容量重载起动；分四种情况：异步电动机起动分类104一、小容量电动机轻载起动－直接起动不仅取决于电机本身的大小，还与供电电网容量和供电线路长短有关。（要求母线降落不大于10％）

电动机容量与供电变压器的比值；起动是否频繁；供电线路距离；同一台变压器其它用户的要求；一般7.5KW以下电机允许直接起动。105二、中、大容量电动机轻载起动－降压起动此时主要矛盾时电流。降低电流主要靠降低电压。起动电流：降压起动时，起动电流与定子电压成比例降低。待转速升高到一定值，恢复全电压。注意：起动转矩与U2成正比，降压起动后，比起动电流降低得更厉害。106常用的降压起动方法

定子串电阻或电抗降压起动；用自耦变压器降压起动；

Y－起动；延边三角形起动。107三、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特殊电机获得高起动转矩主要是转子电阻的影响。转子参数自动随转速的变化而变化。如双鼠笼电机和深槽电机。108集肤效应(1)越接近槽口的导体所交链的漏磁通越少，即漏抗小；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“趋表效应”；(2)电机转速越低，转子电流频率越高，趋表效应越突出；(3)导体的导电高度缩小，转子电阻增加；109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，电流分布趋向均匀，转子电阻自动减小。双鼠笼式：两套绕组，材料不同，截面也不同。外笼：起动笼，截面小，材料选用电阻系数大；内笼：工作笼，截面大，电阻系数小。

外笼内笼110四、中、大容量电动机重载起动两种矛盾同时起作用。采用绕线式电机，转子串电阻。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。1115.13三相感应电动机的制动三相异步电动机的电动状态：电磁转矩Tem与转速n同方向，电机从电源吸收电功率，扣除自身损耗外，转变为机械功率送至负载；三相异步电动机的制动状态：Tem与n方向相反；制动状态方式：反接制动；回馈制动；能耗制动；112一、反接制动1.转向反向的反接制动（正接反转）重物下放

TZ与转速n方向一致。稳态时，电磁转矩Tem＝TZ，方向与n相反。

A点（电动状态）n>0,Tem>0

B点（制动状态）n<0,Tem>0足够大的电阻ABTemS113

转差率：性质：等效电阻：转子吸收机械功率；电能从定子传向转子；全部消耗在电阻上；1142、两相对调ABTemS电机原运行于电动状态，两相对调后，气隙磁密立即反向，以－n1转速旋转；电机机械特性从1到2；115两种反接制动，均有S>1,机械功率为输入。区别：前者由负载提供机械功率后者由整个转动部分提供储能。116二、异步机的回馈制动轴上外施驱动转矩，电机以同步方向旋转能量流向：Tem与n方向相反，处于制动状态117回馈制动的实现（1）同步转向反向的回馈制动（反接正转）定子两相对调后，位能性负载最后稳定于第四象限，重物以高于同步速的速度下放。（2）同步转向不变的回馈制动电车下坡；变极或变频调速过程；118三、异步电动机的能耗制动制动时，三相绕组脱离三相电源，由直流电流过定子绕组，在气隙中形成恒定磁场。过程分析：切割磁力线感应电势感应电流产生电磁力制动转矩在制动转矩和负载转矩共同作用下，转子减速至n＝0。1195.14三相感应电动机的调速

要求电动机具有几种转速；在一定的范围内可以连续调速；调速的方法：（1）改变定子绕组的极对数p；（2）改变电源的频率f1；（3）改变电动机的转差率S；

改变定子绕组的端电压；改变定子绕组的外加电阻或电抗；转子回路加电阻或电抗；转子回路引进f＝sf1的外加电势120现代交流调速在工业应用中，大体上有三大领域：①凡是能用直流调速的场合，改用交流调速；②直流调速不能适应，如大容量、高转速、高电压以及环境十分恶劣的场所，使用交流调速；③原来不调速的风机、泵类拖动，采用交流调速后，可以大幅度节能。异步电动机的转速为

上一页下一页返回121可知调速方法大致分成以下几种类型（1）改变转差率s调速，包括降低电源电压、绕线式异步电动机转子回路串电阻等方法；（2）改变旋转磁通势同步转速调速，包括改变定于绕组极对数（变极调速）、改变供电电源频率（变频调速）等方法；（3）双馈调速，包括串级调速，属改变理想空载转速的一种调速方法；（4）利用转差离合器调速。上一页下一页返回1225.14.1变极调速1.变极原理改变异步电动机的定子绕组的极对数，可以改变磁通势的同步转速，由于转差率近似不变，则转速得到了调节。三相鼠笼式异步电动机定子绕组极对数的改变，是通过改变绕组的接线方式实现的。如下图所示的一个四极电机:相定子绕组的两个线圈头尾相连时（正向串联），具有四个磁极；

上一页下一页返回123如果将定子绕组的联接方式改成如图(b)或(c)的形式，根据每相绕组中，一半线圈的电流反向，用右手螺旋定则确定出磁通方向，此时定子绕组具有两个磁极。由此可见，让半相绕组的电流反向，就能使极对数减半，从而使同步转速增加一倍，运行的转速也接近成倍变化。变极调速中，当定子绕组的接线方式改变的同时，还需要改变定子绕组的相序，以保证变极调速前后电动机的转向不变，即要求磁通旋转方向不变。

上一页下一页返回124定子绕组变极原理图

(a)正向串联4极

(b)反向串联2极

(c)反向并联2极上一页下一页返回1252.两种典型的变极调速方法及其机械特性

(a)Y接法（b）△接法

(c)YY接法异步电动机Y-YY或△-YY接线图

126上述两种变极连接方法，虽然都能使定子绕组的极对数减少一半，转速增大一倍，但电动机的负载能力的变化却不同。所谓调速过程中电动机负载能力的变化，是指在保持定子电流为额定值的条件下，调速前后电动机轴上输出的转矩和功率的变化。现分析以上两种变极调速方法改接前后电动机的输出转矩和功率的变化情况。设电源线电压为UN，当定子绕组由单星形改接成双星形时，改接前电动机的输出功率为改接成双星形后，如保持定子绕组相电流Is不变，并假设在改接后，η和cosφ1均保持不变，则电动机的输出功率为127比较两式可知：改接前后电动机的输出功率之比，即改接后电动机的输出功率增加了一倍。根据异步电动机的输出转矩与输出功率间的关系，由于改接后输出功率增加一倍，转速也增加一倍，因此改接前后电动机输出的转矩之比为上式说明：Y/YY变极调速属于恒转矩性质，其机械特性如右图所示。这种变极调速方法适用于恒转矩负载的拖动系统，如起重机、传输带等机械。128

当定子绕组由三角形改接成双星形时，改接前电动机的输出功率为改接成双星形后，如保持定子绕组相电流Is不变，并假设在改接后，η和cosφ1均保持不变，则电动机的输出功率为比较两式可得改接前后电动机的输出功率之比为129即采用△/YY改接方法，电动机的输出功率在改接前后基本保持不变，所以△/YY变极调速属于恒功率性质。根据转矩关系式可知，采用△/YY改接方法，当转速增加一倍时，转矩则减小一半。其机械特性如图所示。从以上分析可以看出，异步电动机的变极调速简单可靠、成本低、效率高、机械特性硬，且既可适用于恒转矩调速也可适用于恒功率调速，属于转差功率不变型调速方法，但变极调速是有级调速，不能实现均匀平滑的无级调速，且能实现的速度档也不可能太多。此外，多速电动机的尺寸一般比同容量的普通电动机稍大，运行性能也稍差一些，且接线头较多，并需要专门的换接开关，但总体上，变极调速还是一种比较经济的调速方法。130（a）ㄚ-ㄚㄚ接法

(b)△-ㄚㄚ接法变极调速机械特性

上一页下一页返回1313.变极调速的特点和性能（1）变极调速设备简单，体积小，重量轻，运行可靠，操作方便；（2）变极调速的机械特性较硬，且转差功率损耗基本不变，效率较高；（3）变极调速方法为有级调速，且调速的级数不多，一般最多为四级。普遍应用于各种机床、起重机和输送机等设备上；（4）变极调速的平滑性较差。为了改进调速的平滑性，可采用变极调速与降压调速相结合的方法。从而扩大了调速范围，又减小了低速损耗。上一页下一页返回1325.14.2

变频调速

三相异步电动机同步转速为改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁通势的同步转速，达到调速的目的。1.从基频向下变频调速电动机每相电压如果降低电源频率时保持电源电压为额定值，则随着频率下降，气隙每极磁通Φm会增加，使磁路过饱和，励磁电流急剧增加，这是不允许的。因此，降低电源频率时，必须同时降低电源电压。上一页下一页返回133⑴保持=常数降低频率f1调速，则Φm=常数。在这种变频调速过程中，可得电动机电磁转矩上一页下一页返回134最大转矩式中为转子静止时转子一相绕组漏电感系数折合值，=。相应的转差率上一页下一页返回135最大转矩处的转速降落为保持=常数，不同频率的各条机械特性是平行的，硬度相同。上一页下一页返回136频率可以连续调节，因此变频调速为无级调速，平滑性好。正常负载运行时，转差率s较小，因此转差功率较小，效率较高。经分析，恒磁通变频调速是属于为恒转矩调速方式。即:当时，，电机得到充分利用

。上一页下一页返回137⑵保持=常数当降低电源频率f1，则每极磁通φm≈常数电动机的电磁转矩为上一页下一页返回138最大转矩Tm为上一页下一页返回看出，保持=常数，当f1减小时，最大转矩Tm不等于常数。139（）与f1成正比变化，与f1无关。在f1接近额定频率时，，随着f1的减小，Tm减少得不多。当f1较低时，（）比较小，相对变大了，随着f1的降低，Tm就减小了。其机械特性曲线如下图所示。上一页下一页返回140保持=常数降低频率调速近似为恒转矩调速方式。上一页下一页返回1412.从基频向上变频调速升高电源电压是不允许的，因此升高频率向上调速时，只能保持电压为UN不变，频率越高，磁通Φm越低，是一种降低磁通升速的方法。保持不变升高频率时，电动机电磁转矩

上一页下一页返回142

∝

∝上一页下一页返回143频率越高时，越小，也减小。最大转矩对应的转速降落为升高电源频率的机械特性，其运行段近似平行。升高频率保持I2不变时，近似为恒功率调速方式。见下图上一页下一页返回144上一页下一页返回145三相异步电动机变频调速特点：①从基频向下调速，为恒转矩调速方式；从基频向上调速，近似为恒功率调速方式；②调速范围大；③转速稳定性好；④运行时转差率小，效率高；⑤频率可以连续调节，变频调速为无级调速。异步电动机变频调速电源是一种能调压调频装置。近年来，变频调速已经在很多领域内获得广泛应用。上一页下一页返回1465.14.3降低定子电压调速1.调速原理及机械特性根据三相异步电动机降低定子电源电压的人为机械特性，同步转速不变的条件下，电磁转矩。降低电源电压可以降低转速，如图5-28（a）所示。对于恒转矩负载，在不同电压下的稳定运行点为A、B、C；对于泵类负载，在不同电压下的稳定运行点为A'、B'、C'。可见，当定子电压降低时，稳定运行时的转速将降低，从而实现了转速的调节。

上一页下一页返回147

（a）（b）图5-28异步电动机降压调速上一页下一页返回1482.调速方法的特点及特性1）三相异步电动机降压调速方法比较简单；2）对于一般的鼠笼式异步电动机，拖动恒转矩负载时，调速范围很小，实用价值不大；3）若拖动泵类负载时，如通风机，降压调速有较好调速效果，但在低速运行时，由于转差率增大，消耗在转子电路的转差功率增大，电机发热严重；4）低速时，机械性能太软，其调速范围和静差率达不到生产工艺的要求；5）采用下述闭环控制系统的调速范围一般为10:1。上一页下一页返回1495.14.4绕线式异步电动机转子回路串电阻调速电磁转矩当电源电压一定时，主磁通Φm基本上是定值，转子电流I2可以维持在它的额定值工作上一页下一页返回150上一页下一页返回151当保持电机转子电流为额定值，必有当电机转子回路串了电阻后，转子回路的功率因数为

=COSΦ2N=常数上一页下一页返回152可见，电磁转矩额定值，属恒转矩调速方法。当负载转矩TL一定时，有

由此可计算外串电阻。这种调速方法的调速范围不大，一般为（2～3）:1。负载小时，调速范围就更小了。由于转子回路电流很大，使电阻的体积笨重，抽头不易，所以调速的平滑性不好，属有级调速，且低速时效率很低。上一页下一页返回1535.14.5绕线式异步电动机双馈调速及串级调速原理1.双馈调速的基本原理所谓双馈，是指绕线式异步电动机的定、转子三相绕组分别接到两个独立的三相对称电源，其中定于绕组的电源为固定频率的工业电源，而转子电源电压的幅值、频率和相位按运行要求进行调节。双馈调速系统不仅能调节电动机的转速，还能改变电动机定子边的功率因数。上一页下一页返回154当普通异步电动机定子边加额定电压且带上机械负载时，转子有功电流的有效值为忽略转子漏电抗的影响，当定子电源电压及负载转矩保持不变的条件下，应为常数，即=常数上一页下一页返回155转子的各物理量都应理解为已经进行过折合，不再用带撇的符号表示，正方向规定如下图。上一页下一页返回156⑴转子外接电压与转子电动势反相一开始，由于转子回路合成电动势的减小，使输入电流减小,于是电磁转矩随之减小，因负载转矩不变，转子便减速。当转差率增大到时，转子感应电动势为sˊE2。sˊE2+U2等于原先的sE2

,就能保持电子电流不变。电磁转矩与负载转短达到了新的平衡，即＞s，转速降低了。如图11-26a）。上一页下一页返回157图11-26绕线式异步电动机转子接转差频率电压调速上一页下一页返回158这种情况下转子电流为所以电机实际运行的转差率为上一页下一页返回159⑵转子外接电压与转子电动势同相刚开始时，由于转子回路合成电动势增大，使增大，电磁转矩增大，在负载转矩不变的条件下，转子加速。随着转速的增加（转差率减小为），转子回路感应电动势减小，直到sˊE2+U2等于原先的sE2，才能保持不变，电磁转矩与负载转矩达到新的平衡，这时电机的转速升高了。上一页下一页返回160当时，仅U2由的作用就能产生，电机的转速达同步速，为零.当时，在负载转矩不变的条件下，电机的转速可以超过同步速，转差率＜0。这种情况下，转子电流为电机实际运行的转差率为上一页下一页返回161⑶转子外接电压与转子电动势相位差90°

这种情况转子回路的合成电动势与它产生的转子电流同相（仅考虑的作用），其中有功电流为I2a，无功电流为I2r。如图11-28a）所示，定子边的功率因数得到了改善。图b）所示的情况是电机运行于次同步速，既能调速，又能提高定子功率因数。上一页下一页返回162图11-2