异步电机的教案

异步电机的教案第1页/共174页异步电动机的特点优点：结构简单，制造、使用和维护方便，运行可靠，效率较高，价格低廉，坚固耐用。缺点：①转速不易调节； ②鼠笼式异步电动机的起动性能较差； ③功率因数滞后，激磁电流由电网供给。旋转磁场（实现能量转换的前提）；转子导体形成闭合回路；建立转矩的电流由感应产生，也称感应电机；异步电机，转子转速n与磁场同步转速n1间存在一定差异。第2页/共174页第九章异步电机的理论分析与运行特性1.基本结构2.运行状态和磁场3.等效电路及其参数4.功率平衡式和转矩平衡式5.机械特性及稳定运行条件6.工作特性第3页/共174页异步电机定、转子间靠电磁感应作用，在转子内感应电流以实现机电能量转换的感应电机。感应电机一般都用作电动机，在少数场合下，亦有用作发电机的。本章主要研究：空载和负载时三相感应电动机内的磁动势和磁场；感应电动机的基本方程和等效电路；分析它的运行特性和起动，调速等问题。

第4页/共174页第5页/共174页第6页/共174页第7页/共174页一、异步电机的基本结构异步电机定子绕组定子铁心转子（旋转部分）机座

笼型转子铁心转轴转子绕组绕线型定子（固定部分）§9-1

异步电机的结构气隙：很小0.2-1mm，对电机性能影响很大磁路部分，放置定子绕组。电路部分固定和支撑定子铁心磁路，一般由硅钢片叠成感应电势、流过电流和产生电磁转矩第8页/共174页1.定子铁心第9页/共174页2．定子绕组定子绕组通常应用双层短距绕组，小型电机可应用单层绕组。第10页/共174页线绕转子绕组采用波绕组或叠绕组。设槽数Z＝24，极数2p＝4，相数m=3，则每极每相梢数q＝2，相距角a=30°第11页/共174页3．定子槽形散嵌绕组成型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第12页/共174页1.转子铁心第13页/共174页2．转子槽槽形的选择主要决定于对运行性能和起动性能的要求。第14页/共174页3．转子绕组鼠笼式转子squirrel-cagerotor：焊接，铸铝。斜槽形式导条端环制造办法：1、打铜条---端部通过端环焊成整体；

2、铸铝---端环、导条铸成一体.极对数=定子绕组磁场极对数相数：m2=Z2/P转轴：45#钢加工而成第15页/共174页风叶铁心绕组滑环轴承绕线式目的：为了接入外接电阻，改善启动和调速性能。极对数（P2）=定子极对数（P1）转子相数

(m2)=相数(m1)第16页/共174页4.转轴第17页/共174页第18页/共174页气隙特点：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。第19页/共174页二、异步电机的铭牌第20页/共174页1、额定功率PN：电动机在额定方式运行时，轴上输出的机械功率（kW)；2、额定电压UN：定子绕组的额定线电压（V）；3、额定电流IN：在额定电压和额定功率时，定子绕组的线电流（A）；4、额定频率f：电源频率（Hz）；5、额定转速nN：在额定工况下的转子转速（r/min).6、其它：如接线方式、绝缘等级、使用环境等。对三相电动机，额定功率：三相异步电动机的主要技术指标是指效率、功率因数、起动性能（堵转转矩、堵转电流和起动过程中的最小转矩）、最大转矩和噪声、振动。第21页/共174页定子通入三相电流→产生转速为n1的旋转磁场→切割转子导体→在转子导体中产生感应电动势→形成感应电流→与定子磁场作用产生力矩→转子旋转异步电机定子产生旋转磁场为同步转速为n1，转子转速n,定义转差率S§9-2

异步电机的运行状态及磁场主要作电动机用一、异步电机的运行状态第22页/共174页NSn1TemTemnNSn1TemTemnNSn1TemTemn0n101S>11>S>0S<0n<00<n<n1n>n1制动状态电动机状态发电机状态第23页/共174页二、异步电机的磁场空载时：定子旋转磁场n1，n≈n1，转子电流很小，可近似为零，气隙中仅有定子的旋转磁场。负载时：转子转速从n1（近似）下降到n，定子电流增大，转子电流也较空载时变大，并产生转子磁动势建立转子磁场。定转子的旋转磁场相对静止，异步电机的定、转子磁场同变压器符合磁动势平衡原则。第24页/共174页主磁通和漏磁通以定子基波磁势产生的磁通因路径分为主磁通和漏磁通主磁通路径：空气隙、定子齿、定子轭、转子齿和转子轭

主磁通路径漏磁通：槽漏磁通、端部磁通和谐波漏磁通（通常谐波磁势产生的谐波磁通归于漏磁通）端部漏磁槽漏磁第25页/共174页§9-3三相异步电机的等效电路为了便于理解，仅讨论绕线式异步电机：分析前提：把异步电机的磁通分成主磁通和漏磁通，并把谐波磁通归并到漏磁通假设：气隙中只有基波磁通，定、转子绕组上只感应有基波电势漏磁感应电势用漏抗压降表示第26页/共174页与三相变压器比较------相似性相似性三相变压器三相异步电动机原边电路原边绕组定子绕组副边电路副边绕组转子绕组副边电能感应产生感应产生媒介主磁通Ф主磁通Ф主磁通正弦交变正弦交变感应电势E1=4.44f1N1ФmE1=4.44f1N1kN1Фm第27页/共174页与三相变压器比较------特殊性特殊性三相变压器三相异步电动机主磁势脉动磁势旋转磁势磁势产生单相绕组三相绕组主磁路铁芯铁芯+气隙激磁电流I0=（3~8）%INI0=（20~25）%IN绕组集中绕组分布绕组第28页/共174页一、转子不动（堵转）时的异步电机相当于次边短路的三相变压器：1.电压平衡方程定子转子定子绕组内转子绕组内第29页/共174页2.磁势平衡方程设定子相数m1,转子相数m2则：第30页/共174页3.绕组归算（2）转子电流归算。归算前后转子磁势不变：（1）转子电势归算。第31页/共174页（2）阻抗归算。归算前后功率、转子铜耗及无功损耗均不变：第32页/共174页二、转子转动时异步电机的等效电路第33页/共174页设同步转速n1,转子转速n,定子电势、电流频率f1;则转子频率f2

且f2=Sf1

。1.转子转动后各物理量第34页/共174页为了得到旋转下异步电机的等效电路，首先必须使转子频率f2

和定子频率f1相同，再实现参数等价折算。实质上就是找到旋转转子与静止转子间的关系。2.频率归算第35页/共174页第36页/共174页第37页/共174页3.基本方程、等效电路和相量图第38页/共174页进一步讨论不论静止或者旋转的转子，其转子磁势总以同步转速旋转，即转子磁势的转速不变，大小相位没变，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。静止的转子中多了一个附加电阻，而电流有又有变，所以多了一个电阻功率。分析证明：附加电阻上消耗的电功率等于电机输出的机械功率第39页/共174页4.等效电路的简化第40页/共174页得到转子较准确近似等效电路：第41页/共174页得到定子较准确近似等效电路：第42页/共174页对于容量较大的异步电机，因为x1<<xm,所以，得到等效电路的简化等效电路：第43页/共174页§9-4异步电机参数测定一、空载试验第44页/共174页第45页/共174页第46页/共174页二、短路（堵转）试验第47页/共174页第48页/共174页异步电动机定子输入电功率P1，输出机械功率P2,功率传递过程及损耗：§9-5异步电动机的功率平衡和转矩平衡方程一、损耗和功率平衡式第49页/共174页第50页/共174页异步电动机的功率传递第51页/共174页旋转磁场运动角速度机械运动角速度第52页/共174页第53页/共174页第54页/共174页第55页/共174页P168：9-5，

9-6，9-9第56页/共174页§9-6异步电动机的机械特性和稳定运行条件一、电磁转矩torque（两种形式）物理表达式：与气隙磁通和转子电流的有功分量乘积成正比参数表达式第57页/共174页s>1,n<0,

T>0T与n方向相反---制动Breakingn1>n≥0,0<s≤1,T>0,T与n方向一致---电动机Motors<0n>n1T<0T与n方向相反---发电机Generator二、机械特性：T—s曲线起动点同步点额定运行点最大转矩第58页/共174页10sABCD负载后，出现转差s，n<n1S很小时，T与s近似正比变化S增大后，T随s增大而减小D点：理想空载T=0n=n1,s=0,I2′=0第59页/共174页1.最大转矩Tm+对应电动机-对应发电机普通电机Km=1.8~2.5，特殊时也可：Km=2.8~3.0。第60页/共174页最大转矩不变转子电阻增大性质：a.Sk与转子电阻近似成正比；b.Tm与U1平方成正比，随电源频率增大而减小，与定转子漏抗之和成反比，发电机时Tm稍大。电压下降第61页/共174页2.起动转矩Tst（n=0,s=1）3.电磁转矩的简化计算条件：取c1=1第62页/共174页由产品目录数据计算Tm和sk的步骤，通常产品目录给出额定功率PN

，额定转速nN和Km.第63页/共174页表述机械特性的三种表达式P168，9-7，

9-10,9-11第64页/共174页当T＞TL时，加速转矩TJ为正值，电动机加速。当T＜TL，TJ为负值，电动机减速。当T＝TL时，TJ=0，转速才能维持不变，电动机处于平衡状态。三、异步电动机的稳定运行范围稳定的概念：电机在运行时会受到外界因素的扰动（或由于电路的原因使T发生变化，或由于机械的原因使TL发生变化），破坏了稳态平衡，使转速发生变化。稳定——若扰动消除后，电动机转速能恢复到原有的状态。不稳定——若扰动消除后，电动机不能恢复到原有的状态。第65页/共174页随着转速的增加，电磁转矩减少，能保持稳定运行随着转速的增加，电磁转矩随之增大，不能保持稳定运行第66页/共174页§9-7异步电动机的工作特性条件：外施电源电压U和频率f保持不变特性：n=f(P2)、T2=f(P2)

、I1=f(P2)

、cos1=f(P2)与=f(P2)。定性分析：转速随输出增加略有下降负载转矩近似与输出功率成正比定子电流随负载增加效率和功率因数随负载有不同的变化第67页/共174页一、转速特性：

硬特性电动机稳态运行时必须满足转矩平衡T=T0+T2

空载时，T2＝0，T＝T0，只需较小转子电势产生较小转子电流产生较小的电磁转矩——空载转速很接近同步转速，转差很小。随着负载增大，为维持转矩平衡需较大电磁转矩，转差率随之增大，但变化不大。（如SN=0.01~0.05）1.21.00.80.60.40.200.20.40.60.81.01.2第68页/共174页二、负载转矩特性在正常运行范围内，转速变化不大（硬特性），负载转矩与输出功率近似为直线。0.10.80.60.40.200.20.40.60.81.01.2第69页/共174页三、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。I2′与输出功率P2不成正比，I1与输出功率呈非线性关系。1.21.00.80.60.40.200.20.40.60.81.01.2第70页/共174页四、功率因数特性空载运行时，电流是激磁电流，其主要成分是磁化电流（无功分量），功率因数很低，cos10.2负载后时，转子电流增大。2=arctg(sx2/r2)

轻载时，s很小，2很小，cos21，转子电流的主要成分是有功电流 随着负载的增大，定子电流的增长主要是有功分量增加，cos1迅速增大。当负载较大（增大到一定程度）时，s增大，2增大，转子电流的无功分量增加较快，定子的无功电流随之增大，cos1反趋于减小。第71页/共174页在某一负载时有最大功率因数，设计电机时，通常使在额定负载或略低于额定负载时有最大功率因数。0.10.80.60.40.200.20.40.60.81.01.2第72页/共174页五、效率特性效率随负载而变化的规律决定于损耗的分配比例机械损耗pmec

：与转速有关铁耗pFe

：与磁通密度有关。异步电机的转速基本不变，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，定、转子铜耗合称为可变损耗。空载时，P2＝0，=0。

随着P2增大，效率迅速增大，直到某一负载时，其可变损耗等于不变损耗，效率达到最大。

负载再增加，铜耗急剧增大，效率反而降低。第73页/共174页设计时最大效率在0.7-1范围内，且在此范围内效率变化不大.1008060402000.20.40.60.81.01.2第74页/共174页条件：额定电压、额定频率满载时：转速有下降，效率和功率因数均降低轻载时：转速较高，效率和功率因数均提高空载时：功率因数很低第75页/共174页第十章三相异步电动机的起动和调速1.起动电流和起动转矩2.谐波转矩及其对起动的影响3.笼型异步电动机的起动4.绕线转子异步电动机的起动5.笼型异步电动机的调速6.笼型异步电动机的调速第76页/共174页复习三相异步电动机的机械特性1.三种表达式：第77页/共174页2.固有特性曲线：3.绘制固有特性曲线（四个点）：起动点同步点额定运行点最大转矩点第78页/共174页4.人为机械特性曲线：定子端电压降低转子电路内串入对称电阻定子电路内串入对称电阻定子电路内串入对称电抗转子电路并联电抗第79页/共174页异步电机的起动起动性能：1.起动电流倍数2.起动转矩倍数3.起动时间4.起动时能量消耗与发热5.起动设备的简单性和可靠性6.起动中的过渡过程第80页/共174页起动：从静止不动加速到工作转速的过程要求：在起动时有较大的起动转矩（Tst>1.1TL），较小的起动电流（Ist<Imax）,起动时间短启动过渡过程短对电网的冲击小§10-1异步电动机的起动第81页/共174页P170,例10-1：Ist=4.92IN，Tst=1.81TN，cos2=0.47国标规定本例起动电流倍数为6.5，起动转矩倍数为1.8，以上计算表明符合标准的要求。第82页/共174页要求：有足够的启动转矩，使电动机尽快加速缩短启动过程，避免长时间绕组过热；满足启动转矩时，尽量降低启动电流，减少对电源的影响。原则措施：笼型电动机可直接启动；降压（自耦、Y-△、定子串电抗）转子串电阻（笼型：深槽和双笼。绕线型：串(频敏)电阻）制约起动的因素：供电系统的容量、负载的性质、起动的频繁程度第83页/共174页1.供电系统的变压器容量对起动方式的影响供电容量比异步电动机的容量大得多，起动电流所造成的电压降落不致影响同一电网上的其它电气设备的正常工作，对非频繁起动——允许电动机在额定电压下直接起动。供电变压器的容量与异步电动机容量相差不是很大，则应采取降压措施以限制起动电流。2.负载性质对起动方式的要求1)起动时有大的负载阻力，需较大的起动转矩2)起动时负载阻力小，只需很小的起动转矩3)起动初期负载阻力小，随着转速增加转矩增加——变转矩负载，如流体负载。第84页/共174页一、鼠笼式异步电动机的起动1.全压起动直接起动，当电网容量足够大。第85页/共174页2.降压起动降压起动——起动时，施加低于额定电压的电压。电动机的转速上升到接近额定转速后，再切换到额定电压下运行。作用： 限制起动电流 起动转矩按电压的平方而下降.应用：适用于对起动转矩要求不高的场合，如风机、离心泵电机等。包括：自耦变压器、Y-△、延边三角形、串电抗起动第86页/共174页（1）自耦变压器降压起动设在额定电压下直接起动时，起动电流为Ist。自耦变压器的变比为ka起动时电压降低到1/ka倍，电动机的起动电流相应减小到1/ka倍。电网供给的起动电流比直接起动时减小到倍第87页/共174页（2）丫-起动适用于在正常运行时定子绕组按三角形连接的电机。起动时，使定子绕组为星形连接，待转速上升到额定转速后，再换接成三角形连接。三角形连接直接起动时起动电流星形连接起动，起动电流起动电流和转矩均减少为1/3第88页/共174页（3）延边三角形换接降压起动第89页/共174页（4）定子回路串电阻、电抗器起动电网供给的起动电流减少至原来的K倍，而电机的起动转矩减少为原来的K2(以前面同)，但损耗增加第90页/共174页起动方法定子相压相对值起动电流相对值起动转矩相对值起动设备全压111最简单自耦1/Ka1/Ka21/Ka2较复杂Y-△1/√31/31/3简单定子串电抗K（K<1）K2K2一般三相笼型异步电动机常用起动方法的比较第91页/共174页第92页/共174页第93页/共174页3.改变转子结构的起动方法深槽双笼采用电阻率高的转子绕组导条：转子电阻增加，起动转矩增加。（相当于是转子回路串电阻，在绕线式转子串电阻）集肤效应挤流效应趋表效应（1）深槽第94页/共174页刚起动时，f2=f1。频率较高，导体漏抗大于电阻，漏抗占主要成分，槽电流的分布近似与漏抗成反比。槽底部分漏抗较大，该部分电流较小。愈接近于槽口漏抗愈小，该部分电流较大——集肤效应。第95页/共174页由于电流的分布不均匀，等效槽导体的有效面积减小——集肤效应使导体电阻增加，使槽漏抗也有所减少（且启动瞬间，由于磁路饱和，槽漏抗将明显减小），二者均促使起动转矩增大，改善了起动特性。在正常运行时，由于转子电流的频率很低，槽导体的漏抗比电阻小得多，槽中电流将依电阻而均匀分布，转子电阻恢复到固有的直流电阻。由于槽深而窄，转子漏抗较普通鼠笼式转子漏抗大——功率因数及过载能力有所降低。第96页/共174页（2）双笼外笼：截面小，电阻大内笼：截面大，电阻小.内笼交链的漏磁通比外笼多，漏抗也大集肤效应的其他槽形瓶形梯形凸形第97页/共174页起动时转子电流的频率f2=f1，转子漏抗大于转子电阻，电流分配决定于漏抗。内层鼠笼有较大的漏抗，电流较小，功率因数较低，所产生的电磁转矩也较小。外层鼠笼仅有非常小的漏抗，电流较大，且电阻较大，起动时所产生的电磁转矩也较大。外层鼠笼又称起动鼠笼。起动后转子电流的频率很小，内层鼠笼的漏抗很小，两个鼠笼转子的电流分配决定于电阻。内层鼠笼电阻较小，电流较大，运行时在产生电磁转矩方面起主要的作用，内层鼠笼称为运行鼠笼。第98页/共174页s=1，n=0双鼠笼机械特性与等效电路设内层鼠笼的电阻和漏抗为r'in和x'in，

外层鼠笼的电阻为r'ou，两层鼠笼共同漏抗为x'co第99页/共174页二、线绕转子异步电动机的起动若sk=1，则起动转矩等于最大转矩起动变阻器的电阻值r′接在转子回路中的实际电阻第100页/共174页第101页/共174页1．起动开始时，使全部电阻均串入转子回路，通过集电环串入附加电阻，限制起动电流，提高起动转矩。随着转速的上升，电磁转矩将减小。2．为了缩短起动时间，通常随转速上升分级切除部分电阻，使在整个起动过程中电动机保持有较大的电磁转矩。起动结束后把，使正常运行有较高效率。3．待起动完毕后，所有附加电阻切除，转子绕组便被短路，转入正常运行。4．线绕转子电机起动性能好。频敏变阻器：三相电感线圈电阻值随频率的减小而自动减小起动初时，f2=f1，涡流损耗大，等效铁耗电阻也大；起动之后，f2=sf1减小，涡流损耗减小，等效铁耗电阻减小。第102页/共174页第103页/共174页*§10-3谐波转矩及其对起动的影响一、异步电机的高次谐波磁场产生的主要原因1．绕组磁势非正弦分布绕组磁势产生的高次谐波磁势称为绕组谐波磁势定子齿谐波：2mqk±1次谐波与定子齿数有关，与基波绕组因数相同，有较大的谐波磁势（P128，习题7-8）。第104页/共174页磁导分布波2.定、转子齿槽存在引起磁导齿谐波磁导齿谐波：定、转子各有齿槽，气隙磁导不均匀，引起谐波磁场。假设：在计算定子磁导齿谐波时认为转子表面光滑，在计算转子磁导齿谐波时认为定子表面光滑。3.电机磁路系统的饱和程度不均匀例如：在磁势波幅值附近的齿高度饱和，而在磁密较小处则不饱和，致使在铁芯中磁阻不一致。第105页/共174页二、高次谐波磁场产生的附加转矩及其对起动的影响由高次谐波产生的附加转矩，按性质又可分为异步转矩和同步转矩两类。1．异步附加转矩异步转矩是由定子旋转磁场与由该磁场感应的转子电流所产生的转子磁场相互作用所产生的转矩，其中只有极对数相同的磁场才会产生异步转矩。异步：在转子转速不等于同步速时，才会感应转子电流而形成转矩。此两磁场在任何转子转速下都保持同步旋转而相对静止，因而产生平均转矩第106页/共174页定子5次谐波：

p5=5p，n5=-n1/5，s5=6-5s，转向为负。当n>n5时，s5>0，5次谐波处于电动机或制动状态，T5<0。当n<n5时，s5<0，5次谐波处于发电机状态，T5>0。特性曲线发生畸变，使启动性能变坏异步谷定子7次谐波：

p7=7p，n7=n1/7，s7=7s-6，转向为正。当转子n<n7时，s7>0，7次谐波处于电动机或制动状态，T7>0。当转子n>n7时，s7<0，7次谐波处于发电机状态，T7<0。第107页/共174页第108页/共174页2．同步附加转矩由独立来源的极对数相同的两个磁场以相同转速且同方向旋转（当相对静止时）而产生的转矩。如定子磁场超前转子磁场，产生正向转矩(电动转矩)。如转子磁场超前定子磁场，便产生反向转矩。如果不是同步旋转，其平均转矩等于零。特点：两磁场彼此独立，只在某一特定转速下产生同步转矩定子齿谐波磁场和转子齿谐波磁场就是独立的，且磁场较强，如齿槽配合不当，有可能使齿谐波磁场满足极对数相同条件，在某一特定转速下形成较强的同步转矩。第109页/共174页定子19次谐波相对于定子转速：n1/19；转子19次谐波相对于转子转速：-(n1-n)/19例：某三相异步电机，2p=4，取Z1=36，Z2=40，。同步谷第110页/共174页三、削弱和消去附加转矩的措施减小谐波磁场的大小，或削弱其作用：1．适当的短距（如削弱5、7次谐波）2．斜槽（削弱与基波绕组系数相同的齿谐波）3．槽配合（消除齿谐波同步转矩）4．减少气隙磁导的变化（如半闭口槽或闭口槽）5．增大气隙斜槽槽配合：为消除齿谐波同步转矩，定子齿数与转子齿数不应相等，它们之间的差数也不应等于极数。第111页/共174页§10-4异步电动机的调速第112页/共174页异步电动机的调速方法异步电动机的转速1、改变供电电源的频率f；2、改变电动机的极对数p

——笼型转子电机；3、改变转差率s：改变外施电压U；在转子回路中引入外加电阻；在转子回路中引入附加电势。其它：电磁调速、齿轮减速等第113页/共174页改变转差率调速基本原理第114页/共174页改变转差率调速具体方法第115页/共174页一、变频调速改变供电电源的频率，可以改变转子的转速，为无级调速变频调速时，通常希望电动机的主磁通m保持不变，因为增大m将引起磁路过分饱和，激磁电流大大增加，功率因数降低。如m太小，则电机容量得不到充分利用。在改变频率的同时，必须调节电压，可根据不同负载要求，配以不同的U1/f1协调控制方式。第116页/共174页第117页/共174页最大转矩为常数，与频率无关，并且最大转矩对应的转速落降相等，也就是不同频率的各条机械特性是近似平行的，硬度相同。第118页/共174页若保持调频前后散热情况相同，该调速方式将允许同样大小的转子电流，因而转矩相同，表明该调速为恒转矩调速方式。实用时，保持U1/f1=常数，当减小f1时，(x1+x2’)随之减小，最大转矩略有减小。因此，在f1接近fN时，r1<<(x1+x2’)，随着f1的减小，Tm减小得不多；但是，当f1较低时，(x1+x2’)比较小，r1相对变大了，Tm就减小得多，在低频低速的机械特性变坏了。须加以补偿才能获得恒最大转矩的特性。保持U1/f1=常数，降低频率调速近似为恒转矩调速方式。第119页/共174页实用中，升高频率向上调速时，升高电源电压是不允许的，只能保持电压不变，频率越高，磁通越低，因此是一种弱磁升速的方法，类似他励直流电动机弱磁调速。调频前后，若保持功率不变，则第120页/共174页正常运行时，若保持I1额定不变，s变化就很小，可近似认为PM是不变的。属于恒功率调速形式。保持UN不变升频调速的机械特性第121页/共174页综上所述，三相异步电动机变频调速具有以下几个特点： ⑴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； ⑵调速范围大； ⑶机械特性较硬，静差率小，相对稳定性好； ⑷运行时较小，效率高； ⑸频率可以连续调节，变频调速为无级调速。第122页/共174页二、变极调速定子绕组需有特殊的绕法，使绕组的极对数能随外部接线的改变而改变。属于分级调速，具有两种不同转速的电动机称为双速电动机。（转子为鼠笼式）变极电机定子绕组的绕制有两种方法：①双绕组变极：定子上有两套极对数不同相互独立的绕组，每次运行只用其中一套。绕组设计较方便，但材料利用率较差，很少使用。②单绕组变极：一套定子绕组，通过不同接法构成不同极对数。变极电动机为鼠笼式转子，它可以随着定子极对数的改变而自动改变极对数。第123页/共174页1.变极调速原理半相绕组电流改向极对数减小一半转速提高一倍第124页/共174页第125页/共174页第126页/共174页变极前后的气隙磁密、转矩和功率关系2.变极调速接线方式（1）Y-YY变换（恒转矩调速）第127页/共174页第128页/共174页（2）△-YY变换（恒功率调速）第129页/共174页第130页/共174页三、笼型异步电机的降压调速负载转矩T保持不变：当外施电压U1下降为额定值的x倍时，s增加原有值的1/x2倍。如：当U1从UN降低至0.8UN时，转差率便由原来的s1=ab，增加至s2＝ac，s2应为s1的1/0.82＝1.56倍。普通鼠笼式异步电动机额定转差率很小，设s＝0.04．则s2＝0.062，电动机的转速便由0.96n1，下降到0.938n1，调速范围很小。第131页/共174页负载性质为变转矩时：异步电动机转子电阻大，有较软机械特性，稳定运行区域较宽。如果带风机、泵类机械，其负载转矩与转速平方成正比，即T＝kn2采用调压调速可以获得较大的调速范围，取得明显的节能效果。带恒转矩负载时不适宜采用调压调速方法。第132页/共174页第133页/共174页在转子回路中接入变阻器调速：线绕转子异步电机转子回路中接入变阻器可以改变异步电动机的机械特性。串级调速：线绕转子异步电动机转子回路中接入附加电势实现调速。1.在转子回路中接入变阻器调速机械特性变软四、线绕转子异步电动机的串电阻调速例10-3

（串入电阻大小的计算）部分功率消耗在转子串联的电阻上，效率降低。第134页/共174页2.串级调速（串电阻的改进方法）

当转子回路串入与转子电势sE2频率相同而相位相同或相反的附加电势Ef后，转子电流I2.串电阻调速的特点：由物理转矩特性分析，它是恒转矩调速。损耗大，效率低。机械特性变软,稳定性变差.第135页/共174页四、滑差电机调速（电磁调速异步电机）第136页/共174页小结鼠笼式异步电动机起动性能较差，起动电流很大，而起动转矩不大。电机起动方式取决于供电系统的容量、负载的要求和电机的性能。在不允许全压起动时，常用降压起动方法，有自耦变压器降压、星形一三角形换接开关降压等。当电机容量较大，起动要求较高时，选用线绕转子异步电动机。异步电动机调速方法大致可分为：改变电源的频率；改变电机的极对数、改变转差率等。P185，10-3,

10-8第137页/共174页§10-5异步电动机的制动（§11-4）第138页/共174页第11章单相异步电动机

及异步电机的其它运行方式第139页/共174页一、不对称运行的分析方法不对称：各相电流(或电压，电势)大小不同，或相位不依次差120°应用对称分量法，把不对称三相电压分解为正序分量、负序分量和零序分量分别计算各序系统电流和转矩，然后叠加。§11-1三相异步电动机在不对称电压下运行1、对称系统在对称的三相系统，三相中的电压Ua、Ub、Uc对称，只有一个独立变量.Ub=α2

Ua,Uc=αUa

复数算子α＝ej120＝e-j240，且α2＝ej240＝e-j120；α3＝ej360＝ej0＝1。α=cos120°+jsin120°第140页/共174页2．对称分量法分解为三个独立的对称系统，即正序系统、负序系统和零序系统第141页/共174页例：

Ua、Ub、Uc为不对称三相电压第142页/共174页（1）由不对称系统分解得到的正序、负序和零序系统都是对称系统。对称系统容易求解。当求得各个对称分量后，再把各相的三个分量叠加便得到不对称运行情形。（2）不同相序电流流经电机和变压器具有不同物理性质，具有不同阻抗参数。（3）对称分量法根据叠加原理，只适用于线性参数电路中。第143页/共174页1.正序等效电路正序电压，产生正序电流，建立正向旋转磁场，产生正向转矩，拖动转子同方向旋转。二、异步电机不对称运行的等效电路第144页/共174页2.负序等效电路负序电压，产生负序电流，建立负向旋转磁场，产生反向转矩，与转子旋转方向相反。3.零序电压与零序电流异步电机一般不接中线，可不考虑零序电流。第145页/共174页4.不对称运行分析第146页/共174页三、负序对运行的影响较小的负序电压会产生较大的负序电流例如：U1-＝0.05UN，I1-＝(5-7)0.05IN＝(0.25—0.35)IN。它与正序电流叠加，可能使某相电流大大超过额定电流。合成转矩小于正序转矩，导致起动性能和过载能力下降

例11-1：1.正常运行时：电磁转矩T=343N.m，定子电流I1=84.7A；2.电源一相断线（两相运行）：负载不变时，转速有下降，s增大，定子电流I1=166A急剧增大。第147页/共174页定子两相绕组：m主绕组，工作绕组a辅助绕组，起动绕组转子为鼠笼式绕组§11-2单相异步电动机一、单相异步电动机特点辅助绕组a串联一移相元件(通常是电容器)，然后与主绕组m并联接到单相电源；结构上，实质上是两相电机；

Im、Ia不同相位，实质上是两相运行。第148页/共174页二、分析方法①对称分量法②双旋转磁场理论③交轴磁场理论辅助绕组开路时

Ia＝0，对称分量法分解得：1.对称分量法分析工作原理设转子的旋转方向为自a相转向m相第149页/共174页2.对称分量法分析工作原理辅助绕组开路时

第150页/共174页2.辅助绕组开路时的转矩第151页/共174页3.辅助绕组开路时的转矩1)起动转矩等于零当s＝l时，T+＝T-，T＝0，单相电机仅一个绕组工作不能自行起动。2)转动后单相电机可以在一个绕组情况下运行转子转动时，则Z+＞Z-，T+＞T-，TO，由于有负序转矩存在，所以其过载能力和效率均有所降低。3)理想空载状态也达不到同步转速因有负序转矩存在，即使转轴上不带任何负载，转子电流也不可能为零，单相电机达不到同步转速。第152页/共174页4.两相通电时的磁势两相绕组的磁势合成磁势第153页/共174页三、单相异步电动机的起动电容电动机：电容运行、电容起动、双值电容额定负载时有接近圆形旋转磁场，起动性能较好起动时椭圆度差，起动转矩小1.电容运转电动机空载有负序磁势，空载电流大，损耗大第154页/共174页2.电容起动电动机合理选择电容器和主辅绕组匝数，使起动时气隙磁场接近圆形旋转磁场。可以有较高的起动转矩。

电动机起动后，在离心力作用下断开常闭触点，自动切断辅助电路——单相运行

第155页/共174页3.双值电容电动机在辅助绕组回路中串接两个并联的电容器运行电容CR固定接入辅助绕组电路起动电容Cs在起动时接入，起动后靠离心开关Q断开电机有较好的起动和运行性能第156页/共174页4.单相异步电动机的起动电阻起动单相电动机只要两个回路的阻抗不同，Im、Ia便不同相位，从而建立旋转磁场，产生电磁转矩。结构简单，起动转矩低第157页/共174页四、罩极电动机罩极绕组

——短路环；

穿过短路环与不穿过短路环的两部分磁场有时间相位差——两个磁场在空间和时间上不同相；合成磁场是椭圆形旋转磁场，旋转方向从未罩极部分转向罩极部分。12123kEkIk第158页/共174页§11-3异步发电机一、异步发电机基本分析方法输入有功功率小于0，表明输出有功功率发电机运行：原动机拖动转子旋转，且转速大于旋转磁场的同步速第159页/共174页二、异步发电机运行方式1.与电网并联与电网并联：电压和频率完全取决于电网的电压和频率，与转速无关激磁电流（无功性质）由电网提供；原动机输入机械功率增大，则转速增大，输出有功增大2.单机运行

激磁电流由并联在端点上的电容器供给。（电容器通常为三角形连接）。电压和频率大小与电容值、电机转速及负载情况有关负载增加，转差率|s|增大，要维持f1不变，必须相应提高转速n；负载感性电流增大，必须加大电容量，才能维持电压不变

第160页/共174页异步发电机单机电压建起过程1空载特性2电容器特性（1）原始剩磁Ur在电容器上产生电容电流，对电机励磁（2）励磁增大后，电压上升，励磁电流再增大——正反馈（3）达到交点A，为稳定运行工作点A第161页/共174页制动——在原有旋转方向上产生一个反方向的转矩（如加速停转、减速运行、恒速等）异步电动机有四种制动方法（电磁转矩与速度方向相反）： ①能耗制动 ②回馈制动 ③反接制动 ④正接反转制动§11-4异步电机的制动