三相异步电动机的电力拖动20111022

三相异步电动机的电力拖动20111022第一页，共62页。2、参数表达式电机与拖动由第5章所导出的三相异步电动机电磁转矩表达式为（6-2）由异步电动机的近似等值电路可得转子电流的折算值为（6-3）将式（6-3）代入式（6-2），可得三相异步电动机机械特性的参数表达式为

（6-4）

由于式（6-4）是用定子电压、频率和电机参数所表示的机械特性，所以称作三相异步电动机的参数表达式。对应的特性曲线如图6-1所示。(此式中含有S=n1-n/n1,应该也是n=f(Tem))6.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式第二页，共62页。6.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式若表达为一般以转速为纵坐标的机械特性n=f(T)其中而我们已知第三页，共62页。机械特性上的三个特殊点（即同步速点、起动点和临界点）为：（1）同步速点A（Tem=0、n=n1）

当Tem=0时，转速n=n1

（或s=0），如图6-1中A点所示，这时电动机以同步速n1旋转，所以称A点为同步速点。

(6-6)由式6-5可知（2）起动点B（Tem=Tst）电机起动时n=0,（或s=1），Tem=Tst,如图6-1中B点所示。将s=1代入式（6-4）可得起动转矩为（6-5）电机与拖动①，当定子电压下降时，起动转矩成平方倍的下降。②与有关，对于鼠笼式电动机，定义起动转矩倍数为：6.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式图6-1三相异步电动机的机械特性第四页，共62页。(3)临界点C()及（）电机工作在临界点时，其转差率为或，称作临界转差率，电机发出的电磁转矩为或，称作最大转矩,如图6-1中C点及点所示。将式（6-4）对转差率s求导，并令，求出临界转差率为（6-7）将式（6-7）代入式（6-4）中，得最大转矩为（6-8）式（6-7）和式（6-8）中，正号对应电动状态（第1象限中C点），负号对应发电制动状态（第2象限中的点）。

电机与拖动6.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式第五页，共62页。忽略R1，式（6-7）和（6-8）可近似为（6-9）（6-10）1）当电机各参数和电源频率不变时，，而、与U1无关;2）当电源电压、频率和定转子电抗不变时，，而、与R2无关；3）忽略R1时，、，、；4）当电机定、转子电阻、电抗及电源电压都不变时，。定义最大转矩与额定转矩之比为过载倍数，用表示，即（6-11）一般异步电动机的冶金起重用异步电动机的。反映了电机的短时过载的能力。电机与拖动6.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式第六页，共62页。3、实用表达式将式（6-8）除式（6-4），并考虑到式（6-7），得化简得三相异步电动机的实用表达式为（6-12）固有特性上的最大转矩Tm及临界转差率：电机与拖动6.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式第七页，共62页。6.1.2三相异步电动机的固有机械特性与人为机械特性电机与拖动当时，得实用表达式的近似线性化公式为1）额定点当时，（）；2）起动点当s=1（n＝0）时，；3）临界点当时，；4）同步速点当s=0()时，。图6-4三相异步电动机的固有机械特性6.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式1、固有机械特性满足，f=50HZ，定、转子不外串电阻、电感和电容，按规定方式接线条件时的机械特性称为固有机械特性，如图6-4所示。第八页，共62页。其对应的人为机械特性曲线如图6-5所示2、人为机械特性

从参数表达式（式6-4）可知，人为的改变电机的某些参数，机械特性要随之改变，所得到的机械特性称作人为机械特性。

（1）降低定子电压时的人为机械特性当定子电压下降时，同步速不变；临界转差率不变，最大转矩成平方倍的下降；起动转矩成平方倍的下降，用下列示意图表示。电机与拖动图6-5异步机降低定子电压时的人为机械特性6.1.2三相异步电动机的固有机械特性与人为机械特性第九页，共62页。（2）转子绕组串三相对称电阻

绕线式异步机可以通过电刷和滑环装置往转子回路串三相对称电阻。当外串电阻增加时，同步速不变，最大转矩不变，临界转差率增加，起动转矩变化，用下列示意图表示。其对应的人为机械特性曲线如图6-6所示。电机与拖动几点说明：1）只能允许电压从额定值向下调节，即。2）当负载接近于额定值时，三相异步电动机不允许欠电压长期运行！6.1.2三相异步电动机的固有机械特性与人为机械特性图6-6异步机转子串对称电阻时的人为机械特性第十页，共62页。3）定子串接三相对称电阻（或电抗）

当定子回路串入三相对称电阻（或电抗）时，同步速不变，临界转差率、最大转矩及起动转矩都下降，用下列示意图表示。图6-7表示出了定子串对称电阻时的人为机械特性曲线，定子串电抗时的人为特性曲线与定子串电阻时类似。电机与拖动6.1.2三相异步电动机的固有机械特性与人为机械特性图6-7异步机定子串对称电阻时的人为机械特性第十一页，共62页。6.2三相异步电动机的起动6.2.1三相异步电动机固有起动特性

电动机从静止状态开始加速到以某一转速稳定运行的整个过程叫作起动过程，简称起动。

电机与拖动

（1）对起动时的主要要求●要求起动转矩足够大，以保证生产机械能正常起动。●在保证一定大小的的前提下，起动电流要越小越好。●起动过程中，能量损耗要尽量小，起动时间要尽量短。●起动设备力求结构简单，操作方便。

（2）异步机的固有起动特性

异步电动机直接投入电网起动称作直接起动，其起动特性称为固有起动特性，如图6-8所示。由图可见：起动电流比较大起动转矩比较小。对于一般鼠笼式异步电动机，有图6-8异步电动机的固有起动特性

第十二页，共62页。起动转矩小的后果：●若起动转矩小于负载转矩，即时，电机则不能起动起来。●当起动转矩略大于负载转矩时，由运动方程式可知，这时很小，使得起动时间拖长，从而影响生产机械的生产率。电机与拖动起动电流大会产生如下危害：●过大的冲击电流会引起电网电压瞬间下降，影响接在同一电网上的其他电机或电气设备的正常运行。●频繁起动使电机过热，可能烧坏绕组。6.2.1三相异步电动机固有起动特性为什么IST是4～7倍,TST却小?S=1,X2σ远大于R2,(虚部大)COSφ小,Temx小.我们已经知道第十三页，共62页。3.5.2他励直流电动机的起动方法电机与拖动

直接起动也称全压起动，起动时通过三相闸刀开关或接触器，将电动机的定子绕组直接接通额定电压的三相电源。直接起动是最简单方便的方法，只要满足条件，应尽可能直接起动。

一般来说功率小于7.5Kw的电机属于小容量电机，均可以直接起动。对于大于7.5Kw的电机，如果供电变压器容量相对电动机容量比较大，符合下面的经验公式，也可以直接起动。公式为式中,PH

－供电变压器的总容量（KVA）；

PN－电动机的额定功率（Kw）；

I1st－电动机的起动电流；

I1N－电动机的额定电流。6.2.2三相异步电动机的直接起动（6-25）

一般小容量电机带轻载可以采用直接起动的方法，因为小容量电机的起动电流小，由于轴上所带的负载轻，可以满足要求。确定小容量电机，主要考虑电源变压器的容量和供电线路的长短等因素。第十四页，共62页。图6-9三相异步电动机降压起动时的电流与转矩工作过程电机与拖动6.2.3三相鼠笼式异步电动机的降压起动

对于大、中容量的鼠笼机，当负载较轻时可以采用降压起动的方法。由于电机的容量比较大，起动电流比较大，要解决的问题是限制起动电流。由于是轻载，可不考虑提高起动转矩，但最后要校核起动转矩是否大于负载转矩。

起动时励磁电流，忽略后，起动电流为（6-26）起动转矩为（6-27）结论：起动电流与电压成比例的下降，而起动转矩与电压成平方倍的下降。对应的降压起动时的电流与转矩的特性曲线如图6-9所示。第十五页，共62页。

1、定子串电阻（或电抗）起动电机与拖动

定子串电阻（或电抗）起动的线路图如图6-10（图中为定子串电抗）所示。起动时，电源开关K1合，双向开关投向“起动”侧，串入电抗（或电阻），待转速接近稳定值时，将K2投向“运行”侧，切除电抗（或电阻），电机最后在全压状态下正常工作。式中，为降压起动时起动电流、为直接起动电流；为降压起动时起动转矩、为直接起动转矩。结论：若降压起动时电压为直接起动电压的a倍，则降压时起动电流也为直接起动电流的a倍，但起动转矩为直接起动时的a2倍，由于起动转矩下降倍数较多，需校核是否满足。6.2.3三相鼠笼式异步电动机的降压起动（1）起动电流和起动转矩设a为起动电压降低的倍数，则有（6-30）

（6-29）

图6-10定子串电阻（或电抗）降压起动线路

第十六页，共62页。2、自耦变压器的降压起动

利用自耦变压器降压起动线路见图6-11a。起动时，开关投向“起动”侧，变压器的原边接电源，副边接电动机使电动机降压起动起来，当转速升到接近稳定转速时，将K投向“运行”侧，自耦变压器从电源切除，电动机接上全压正常运行。电机与拖动

（a）原理线路图(b)一相的等值电路图6-11自耦变压器降压起动6.2.3三相鼠笼式异步电动机的降压起动第十七页，共62页。结论：自耦变压器降压起动时，从电源吸收的起动电流与起动转矩都为直接起动时的倍。电机与拖动

现分析采用自耦变压器起动时的起动电流和起动转矩。由于主要考虑起动电流对电网的影响，因此，这时的起动电流指得是从电网输入的电流，而不是电机本身的电流。设自耦变压器的变比为a，由图6-11b，可分析有6.2.3三相鼠笼式异步电动机的降压起动

（6-36）

（6-37）

式中，为降压起动时起动电流、为直接起动电流；为降压起动时起动转矩、为直接起动转矩。优点：起动转矩和起动电流下降的倍数相同，而不像定子串电阻（或电抗）那样，限于很轻的负载才能起动。且起动电流和起动转矩可适当调节。缺点：设备复杂，体积大，重量重，价格较贵，维修麻烦，且不允许频繁起动。第十八页，共62页。3、星形—三角（Y-△）降压起动星形—三角（Y-△）降压起动时的线路图如图6-12a所示。起动时，将K投入接通电源，再将k1投入起动侧，电机定子“Y”接，相电压为额定电压的，降压起动，待转速上升到接近稳定转速时，将k1投向“△”运行侧，电机△接，以额定电压全压运行。

Y-△起动用于正常运行时是“△”接的电机。电机与拖动

（a）线路图(b)三角形直接起动(c)星形降压起动图6-12星形-三角形降压起动6.2.3三相鼠笼式异步电动机的降压起动第十九页，共62页。结论：Y-△起动时的起动转矩和起动电流均为直接起动时的，且大小不可调。电机与拖动

现分析采用Y-△起动时的起动电流和起动转矩。由图6-12c及6-12b可分析得6.2.3三相鼠笼式异步电动机的降压起动

（6-38）

（6-39）

式中，为降压起动时起动电流、为直接起动电流；为降压起动时起动转矩、为直接起动转矩。优点：设备简单，操作方便，维护方便，起动电流小；缺点：起动转矩不可调，且比较小，故只适用于轻载或空载起动时且正常运行是△接的电动机。第二十页，共62页。电机与拖动

（4）延边三角形起动

定子绕组共有9个出线端，每相有3个出线端：首段、尾端和中间抽头，起动时按图6-13b接线，其1-7，2-8，3-9部分为星形接法，7-4，8-5，9-6为三角形接法，整个绕组像每相都延长了的三角形，故称为延边三角形连接。起动时定子接成延边三角形，当转速升至接近稳定转速时，三相绕组改接成三角形接法，电机正常运行。

（a）三角形直接起动(b)延边三角形降压起动（c）延边三角形等效星形图6-13延边三角形降压起动6.2.3三相鼠笼式异步电动机的降压起动第二十一页，共62页。结论：延边三角形起动时，起动转矩和起动电流下降的倍数相同。电机与拖动

现分析采用延边三角形起动时的起动电流和起动转矩。由图6-12c及6-12b可分析得6.2.3三相鼠笼式异步电动机的降压起动

（6-42）

（6-43）

式中，为降压起动时起动电流、为直接起动电流；为降压起动时起动转矩、为直接起动转矩；

a为每相绕组的两段阻抗比。优点：设备简单，起动电流和起动转矩降低倍数可根据事先要求选择。缺点：电动机需特殊订购，且抽头位置一旦选定，就无法改变，限制了此方法的使用。改变抽头位置，a改变，起动电流和起动转矩的调节范围为着重介绍新技术软启动-(教材P226-229)第二十二页，共62页。电机与拖动

1、深槽转子式异步电动机6.2.5高起动性能的三相鼠笼式异步电动机

起动时n=0(s=1)，转子电流的频率较高（），因而漏电抗较大，故有转子漏电抗大大于转子电阻，即，这时转子电流的分配取决于漏电抗的大小，产生集肤效应现象，其电流密度特性曲线如图6-16b所示。由于电流主要集中在导体的上部，下部很小，相当于转子导体的有效截面积减小（见图6-16c），使得转子电阻增加，即减小了起动电流又提高了起动转矩，改善了电机的起动性能。

（a）转子漏磁通(b)电流密度的分布(c)转子导条的有效截面图6-16深槽式异步机第二十三页，共62页。电机与拖动

1、深槽转子式异步电动机6.2.5高起动性能的三相鼠笼式异步电动机

起动结束后正常运行时，电机的转速较高（转差率s较小），，由于转子频率很低，使得漏抗较小，故有，电流的分配取决于转子电阻，而各个小导体的电阻是相等的，因此整个转子导体中的电流是均匀分配的，导体电阻减小到接近直流电阻，使得铜耗小，效率高，且电机工作在较硬的机械特性上。结论：深槽电机的转子电阻随转速的上升而自动减小。即改善了起动性能又不影响电机的正常运行。

（a）转子漏磁通(b)电流密度的分布(c)转子导条的有效截面图6-16深槽式异步机第二十四页，共62页。电机与拖动

2、双鼠笼式异步电动机6.2.5高起动性能的三相鼠笼式异步电动机

双鼠笼异步机的转子结构如图6-17a所示。电动机转子上有两套绕组，即上笼①和下笼②，通常上笼用电阻率高的材料（如黄铜或青铜）制成，且截面较小，因而转子电阻较大；下笼用电阻率小的材料（如紫铜）制成，且截面较大，因而转子电阻较小。当导体中有电流时，下笼交链的磁通比上笼的多，所以。图6-17双鼠笼式异步机第二十五页，共62页。电机与拖动

2、双鼠笼式异步电动机6.2.5高起动性能的三相鼠笼式异步电动机起动时转差率s=1，转子电流的频率比较大，因而，转子电流的分配取决于漏抗。由于下笼的漏抗比上笼大得多，电流主要流过上笼，上笼的电阻较大，使得起动电流较小而起动转矩较大，改善了起动性能，由于起动时主要是上笼起作用，所以上笼也称作“起动笼”。正常运行时，很小，使得漏抗很小，所以有，的分配取决于电阻，由于下笼的电阻小于上笼，所以电流主要从下笼流过。正常运行时主要是下笼起作用，所以下笼也称作“运行笼”。图6-17双鼠笼式异步机第二十六页，共62页。电机与拖动

2、双鼠笼式异步电动机6.2.5高起动性能的三相鼠笼式异步电动机

双鼠笼异步机可以看成是两台鼠笼机同轴连接，其机械特性见图6-17c，可见其起动转矩较大，且正常运行时电机工作在特性较硬的机械特性上，具有较好的起动特性和正常运行特性。优点：改善了起动性能，且不影响正常运行。缺点：和普通的鼠笼机相比，因转子漏电抗较大，额定功率因数及最大转矩稍低，而且用铜量多，价格贵，制造工艺复杂。一般用在要求起动转矩较高的生产机械上。(c)双鼠笼式异步机的机械特性图6-17双鼠笼式异步机第二十七页，共62页。电机与拖动

对于大中容量电机的重载起动，既要限制起动电流，又要提高起动转矩。三相绕线式异步电动机可采用转子串电阻和转子串频敏变阻器两种起动方式。6.2.6三相绕线式异步电动机的起动

绕线式异步电动机转子串起动时，三相转子绕组通过滑环和电刷装置串接对称电阻，然后将定子绕组接通电源使电机起动起来，随着转速的升高逐步切除电阻，直到转子电阻全部切除。待转速稳定后将滑环短接切除起动电阻，电机正常运行。1、转子回路串对称电阻分级起动第二十八页，共62页。电机与拖动

对于大中容量电机的重载起动，既要限制起动电流，又要提高起动转矩。三相绕线式异步电动机可采用转子串电阻和转子串频敏变阻器两种起动方式。6.2.6三相绕线式异步电动机的起动

（1）起动过程

开始起动时，将全部电阻串入转子回路，电机沿着特性3从a点开始起动，到达b点时，切除

，工作点从b到c，工作点沿着特性2到达d点时，切除

，工作点从d点到达e点，沿着特性1升速，到达f点时，切除掉最后一段电阻

，工作点从f点到达g点，最后沿着固有特性升速到j点，这时

，电机在j点稳定运行，起动过程结束。(b)转子电路(c)起动特性图6-18绕线式异步机转子串电阻起动1、转子回路串对称电阻分级起动第二十九页，共62页。电机与拖动

对于大中容量电机的重载起动，既要限制起动电流，又要提高起动转矩。三相绕线式异步电动机可采用转子串电阻和转子串频敏变阻器两种起动方式。6.2.6三相绕线式异步电动机的起动

（2）起动电阻的计算

解析法：可以推导出

（6-59）1、转子回路串对称电阻分级起动

（6-57）

（6-58）第三十页，共62页。电机与拖动求解起动电阻一般有两种情况：（1）起动级数m已知

首先选定T1，由式（6-57）计算出

，校核是否满足

，若不满足，则需修正

，将

代入式（6-59），即可求出各级转子总电阻或外串电阻，其中转子本身的电阻可用式

求得。6.2.6三相绕线式异步电动机的起动（2）起动级数m未知

首先预求出

，再根据式（6-58）预求出起动级数

，一般

不为整数，将

加大到相邻的整数

，将

代入式（6-57）求出

，校核是否满足T2

（或T1），最后将

代入（6-50）或式（6-59），即可求出各级转子总电阻或外串电阻。第三十一页，共62页。电机与拖动6.2.6三相绕线式异步电动机的起动

2、转子串频敏变阻的起动

频敏变阻器的结构图见图6-19a，外形与一台没有副边的三相变压器相似，铁心不是用硅钢片，而是用厚钢板叠成，每相只有一个线圈，分别套在三个铁心柱上，三相绕组Y形连接，三个出线端通过滑环和电刷装置与绕线式异步机转子绕组的三根引出线对接。(a)频敏变阻器结构图图6-19绕线式异步机转子串频敏变阻器起动第三十二页，共62页。电机与拖动开始起动时，

，转子频率

最高，而铁耗近似与频率的平方成正比，所以铁耗较大，

也较大，相当于转子中串入了一个较大电阻起动，降低了起动电流，提高了起动转矩。这时励磁电抗

的值因频率较高也比较大。6.2.6三相绕线式异步电动机的起动

2、转子串频敏变阻的起动

频敏变阻器的等值电路与变压器空载时相似，如图6-19b（虚线框内部分）所示，

是反映铁耗的等值电阻，因铁心片较厚，故铁耗较大，

也较大。磁密设计的较高，铁心饱和，使得励磁电抗

较小。

随着转速的升高（s下降），转子频率下降，铁耗下降，励磁电阻

下降，自动的减小起动电阻。励磁电抗

也自动下降。

正常运行时，转速较高（S很小），

和

都很小，频敏变阻器基本不起作用，使电机工作在较硬的机械特性上，这时应将频敏变阻器切除掉。(b)一相等值电路（c）机械特性图6-19绕线式异步机转子串频敏变阻器起动第三十三页，共62页。6.3三相异步电动机的调速异步电动机的主要调速方法如下所示：电机与拖动

改变极对数调速

改变定子频率调速异步电动机的速度调节

改变定子电压调速

改变转子电阻调速

改变转差率调速

双馈调速及串级调速

电磁滑差离合器调速第三十四页，共62页。电机与拖动6.3.1变极调速1、变极原理

假设一相绕组有两个线圈，当两个线圈是正向串联时，如图6-20a所示，由图中可见其电流的流向和磁场分布，极数为4；如将两个线圈反向串联（如图6-20b所示）或是反向并联（如图c所示），第二个线圈中的电流改变了方向，极数变为2。结论：如果改变接线方式，使半相绕组中的电流改变方向，极对数成倍的

改变。a)2p=4b)2p=2c)2p=2

图6-20改变极对数时，一相绕组的改接方法第三十五页，共62页。电机与拖动6.3.1变极调速2、典型的变极线路

图6-21a为

变极线路，图6-21b为

变极线路。(b)变极调速线路图6-21典型的变极调速线路(a)变极调速线路第三十六页，共62页。电机与拖动6.3.1变极调速3、变极调速前后的机械特性(a)Y－YY

图6-22变极调速的机械特性

、Y－YY变极调速时

、第三十七页，共62页。电机与拖动6.3.1变极调速3、变极调速前后的机械特性(b)图6-22变极调速的机械特性、

、△－YY变极调速时第三十八页，共62页。电机与拖动6.3.1变极调速4、调速性质（1）Y－YYY－YY变极调速属于恒转矩调速方式、

、（2）△－YY△－YY变极调速属于恒功率调速方式5、有关变极调速的几点说明⑴变极电机是鼠笼机；⑵变极电机要专门设计制造；⑶有级调速；⑷为了保证变极前后转速的方向不变，变极时需换相序。优点：操作简单方便，机械特性较硬，效率高，适用于

恒转矩也适用于恒功率负载。缺点：有级调速，且级数有限，平滑性差。第三十九页，共62页。电机与拖动6.3.2变频调速1、变频调速时频率和电压的配合

若忽略定子阻抗，定子外加相电压

近似为感应电势

，表达式为

由上式得

、

、

若调节

（基频下调），当电压

保持不变时，由式（6-68）可知，这时

，使磁路饱和，励磁电流明显增加，功率因数增加，铁耗增加，铁心发热严重。因此，要求

以保证在变频调速的过程中满足

。

若调节

（基频上调），不允许

，若改变频率时电压

保持不变，由式（6-68）可见，当

，有

。铁心没有得到充分利用，但能安全运行，如同直流机弱磁调速。（6-68）第四十页，共62页。电机与拖动6.3.2变频调速2、机械特性（1）基频下调、

、（2）基频上调（a）基频下调（b）基频上调图6-24变频调速的机械特性基频下调的机械特性见图6-24（a）。基频上调的机械特性见图6-24（b）。第四十一页，共62页。电机与拖动6.3.2变频调速3、调速性质：（1）基频下调、

、（2）基频上调4、变频调速的特点：优点：1）机械特性硬、精度高、调速范围大；2）无级调速，

可连续调节，使得转速

连续变化，平滑性好；3）运行时转差率

小，效率高；4）按不同的控制方式可实现恒转矩和恒功率调速。缺点：1）需要较复杂的变频电源，初投资大；2）基频上调时，最大转矩

下降较多，不安全。当频率

比较大时，

定转子电抗增大，使得功率因数下降。

基频下调属于恒转矩调速方式基频上调属于恒功率调速方式第四十二页，共62页。电机与拖动6.3.3改变定子电压调速1、调速原理及调速性能、

、

三相异步机降压调速时，若带恒转矩负载(见图6-27中TL1)，由于只能工作在机械特性的线性区,非线性区不能稳定运行,见A、B两点，所以调速范围很小。另外，当负载转矩接近于额定转矩时，欠电压长期运行电流超过额定值使电机过热。若带通风机负载（见图中TL2）

，稳定运行区域扩大，见图中C、D、E各工作点，但低速时，电动机电流大，功率因数低。

高转差率鼠笼机的机械特性见图6-27b，带恒转矩负载时，定子电压降低可得到图中A、B、C各稳定运行点。扩大了调速范围。但降压后特性变软，其静差率常不能满足生产机械要求，且低速时过载能力差。

（a）普通鼠笼机

（b）高转差率鼠笼机或绕线机串电阻

图6-27降压调速机械特性

第四十三页，共62页。电机与拖动6.3.3改变定子电压调速、

、

为了提高降压调速时机械特性的硬度，增大鼠笼式异步机的调速范围，可以采用两种方案：（1）采用速度闭环控制系统；

（2）将降压调速和变极调速相结合的控制方式。

调速性质：调压调速即非恒转矩调速方式也非恒功率调速方式，适用于负载转矩随着转速降低（

增加）而减少的负载。优点：结构简单、控制方便、价格便宜；可以平滑调速；

调压设备可以兼作起动设备；利用转速负反馈可以得到较硬的特性。

缺点：低速时损耗大，效率低。第四十四页，共62页。电机与拖动6.3.4绕线式异步电动机转子串电阻调速机械特性：、

、图6-29绕线机转子串电阻机械特性

调速性质：绕线机转子串电阻调速属于恒转矩调速方式。优点：方法简单方便，初投资小，容易实现。

起动性能好，而且调速电阻

还可兼作起动电阻使用。缺点：低速时，转子所串电阻大，使得

大效率

低。

低速时特性软，静差率大，因而调速范围小。

负载转矩TL较小时，调速效果不明显。

平滑性差，是有级调速（用接触器一段一段的切除电阻）。

在起重机械的拖动系统中的一定范围内得到应用。第四十五页，共62页。电机与拖动6.3.5绕线式异步电动机双馈调速及串极调速1、指导思想、

、利用转差功率2、双馈调速原理由上图可分析出：（1）当转子回路串入同频率的外加电压

后，调节

的相位和大小，

就可以改变转速的大小，从而达到调速目的。（2）用外加电源

代替

有本质的区别，

消耗能量，

本身不消耗

能量，而能够传递能量，可以将能量回馈电网或使得另一台电机带

动负载。

图6-32转子回路串外加电压等效电路第四十六页，共62页。电机与拖动6.3.5绕线式异步电动机双馈调速及串极调速3、双馈调速机械特性、

、（1）

与

同相位超同步双馈调速图6-34绕线机双馈调速机械特性（

与

同相位）第四十七页，共62页。电机与拖动6.3.5绕线式异步电动机双馈调速及串极调速3、双馈调速机械特性、

、（2）

与

反相位低同步双馈调速图6-35绕线机双馈调速机械特性（

与

反相位）第四十八页，共62页。电机与拖动6.3.5绕线式异步电动机双馈调速及串极调速3、双馈调速机械特性、

、（3）

超前于

图6-36绕线机双馈调速机械特性（

超前于

）结论：1）当带恒转矩负载调速时，改变

的大小基本不能调速。2）当

增加时，可以改善功率因数。第四十九页，共62页。电机与拖动6.3.5绕线式异步电动机双馈调速及串极调速5、串级调速系统的组成及能量关系(1)调速原理、

、

由图6-40a可见，绕线机的转子相电势

首先经整流器整流成为直流电压

，再由逆变器将直流电功率逆变为交流电功率，经过变压器将交流电功率回馈电网。

（a）串极调速系统组成

图6-40串极调速系统

由式（6-91）可见，改变逆变器的逆变角

β的大小，可以调节转差率s

的大小，也就调节了转速n的大小。β

角越大，s越小，n越大。推导可得：（6-91）第五十页，共62页。电机与拖动6.3.5绕线式异步电动机双馈调速及串极调速5、串级调速系统的组成及能量关系、

、（2）能量关系

串极调速时的功率流程见图6-40b。可见有剩余的功率PB回馈电网。这时,串极调速系统从电网吸收的功率为

，调速系统的效率为：(b)串极调速系统功率流程图

图6-40串极调速系统

串极调速系统能够将转差功率

的大部分回送电网，使系统的效率得到提高。优点：1）效率高，转差功率

得到利用。2）特性较硬，当负载波动时，转速的稳定性好。3）无级调速，因逆变器的逆变角

可以连续调节，故转速

可连续调节。缺点：1）低速时，过载能力降低。2）系统总的功率因数低，因晶闸管逆变器要从电网吸收落后的无功功率所致。3）设备体积大，成本高。第五十一页，共62页。电机与拖动6.3.6利用电磁转差离合器调速（滑差电机）1、电磁转差离合器的调速原理、

、

假设鼠笼式异步电动机拖动电磁离合器的电枢以n的速度顺时针旋转(见图6-42a)，当If=0时，两部分没有磁的联系，磁极和负载则静止不动，两部分处于“离”的状态。

当通入If

后，磁极铁芯被励磁，电枢的鼠笼绕组切割磁力线而产生感应电势，产生涡流，此涡流与磁场相互作用，产生逆时针方向的电磁转矩Tem。根据作用力与反作用力大小相等，方向相反的原则，磁极所受到一个顺时针方向的电磁转矩

，此电磁转矩则带动磁极和负载以n’

的速度顺时针方向旋转。这时，电枢和磁极处于“合”的状态。

（a）调速原理

图6-42电磁滑差离合器第五十二页，共62页。电机与拖动6.3.6利用电磁转差离合器调速（滑差电机）2、电磁滑差离合器的机械特性、

、

经验公式为：

（a）调速原理(b)机械特性

图6-42电磁滑差离合器

式中，K为与离合器类型有关的系数。其机械特性曲线见图6-42b。由图中可见：（1）当带恒转矩负载时，直流励磁电流

增加，使得转速

上升。

（2）由于机械特性较软，往往满足不了静差率的要求，因而调速范围不大.（3）存在失控区。

第五十三页，共62页。6.4三相异步电动机的制动状态三相异步电动机的制动状态如下：电机与拖动

转速反向的反接制动

反接制动三相异步电动机的制动

回馈制动定子两相反接制动能耗制动

第五十四页，共62页。电机与拖动6.4.1反接制动1、转速反向的反接制动(1)制动原理、

、

假设电动机拖动位能性负载稳定工作于固有特性（图6-43b中特性1）的A点，电动机工作于电动状态，重物稳速上升。进行转速反向的反接制动操作，即在转子三相中串入足够大的电阻RΩ，工作点的轨迹为

，在这个期间，n与Tem同方向，电动机工作于电动状态。

在n=0时，由于

，电机的转速

反向，使得n与Tem

反方向，电机进入制动状态。随着转速n的反向升高，Tem

增大，直至D点

，电机稳定运行，重物被稳速下放。在

段，电机工作于转速反向的反接制动状态。(a)接线图(b)机械特性

图6-43三相异步电动机转速反向的反接制动