《电机应用与检修》课件-第5章 三相异步电机的电力拖动

电机应用与检修欢迎大家进入第5章三相异步电动机的电力拖动的学习第5章三相异步电动机的电力拖动5.2三相异步电动机的起动5.3三相异步电动机的制动5.4三相异步电动机的调速5.1三相异步电动机的机械特性5.1三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速与电磁转矩之间的关系，由于电机的转速与转差率之间存在一定的关系，所以异步电动机的机械特性通常用表示。三相异步电动机的电磁转矩有三种表达式：物理表达式参数表达式实用表达式5.1.1电力拖动系统的运动方程式5.1三相异步电动机的机械特性5.1.1电力拖动系统的运动方程式1.电磁转矩的物理表达式电磁转矩：同步角速度：电磁功率：转子绕组感应电势：转子中的感应电流I2与旋转磁场的主磁通Φ1相互作用，因而产生了电磁力，所有导条上的电磁力的作用方向是一致的，因而对转子形成了电磁转矩。5.1三相异步电动机的机械特性5.1.1电力拖动系统的运动方程式1.电磁转矩的物理表达式则异步电动机电磁转矩：即：转矩常数：上式揭示了电磁转矩是由转子电流和主磁通相互作用而产生的这一物理本质，物理意义非常明确，所以称为电磁转矩的物理表达式。它表明异步电动机的电磁转矩与主磁通成正比，与转子电流的有功分量成正比。它常用来定性分析三相异步电动机的运行问题。5.1三相异步电动机的机械特性5.1.1电力拖动系统的运动方程式2.电磁转矩的参数表达式电磁转矩的物理表达式虽然反映了异步电动机电磁转矩产生的物理本质，但不能直接反映电磁转矩与电动机转速之间的关系，而在电力拖动系统中则常常需要用转速或转差率与电磁转矩的关系式来分析问题。那么，电磁转矩与电动机的转速或转差率有什么关系呢？现分析如下：

由于转子电流的大小与电动机运行情况（以s来表示）直接相关，所以，电磁转矩与转差率之间就有其确定的关系。三相异步电动机电磁功率：5.1三相异步电动机的机械特性5.1.1电力拖动系统的运动方程式2.电磁转矩的参数表达式根据三相异步电动机的简化等效电路，得转子电流为：将以上两式代入电磁转矩的基本公式，求得电磁转矩Tem为：上式反映了三相异步电动机的电磁转矩T与电源相电压U1、电源频率f1、电动机的参数（、、、、、m1）和转差率s之间的关系，所以称为电磁转矩的参数表达式。5.1三相异步电动机的机械特性5.1.1电力拖动系统的运动方程式2.电磁转矩的参数表达式可知：当电源相电压U1、电源频率f1、电动机的参数不变时，电磁转矩Tem仅是转差率s的单值函数。对应于不同的s，则有不同的Tem，将这些数据绘成曲线，就是Tem=f（s）曲线，也称Tem—s曲线。5.1三相异步电动机的机械特性5.1.1电力拖动系统的运动方程式2.电磁转矩的参数表达式(1)电动状态（0＜s＜1)s=0：,

，

从物理概念来看，转子以同步转速旋转，定、转子间的电磁感应消失，转子电势及电流等于零，因而电磁转矩也等于零。当s从零增大：

最初阶段s仍接近于零，因此比及大得多，所以在电磁转矩参数表达式中r1及可忽略不计，因此可得到电磁转矩正比于转差率，即，随s增大，Tem成正比增加。5.1三相异步电动机的机械特性5.1.1电力拖动系统的运动方程式2.电磁转矩的参数表达式当s增大到1时，Tem减小到Tst，Tst被称为起动转矩。当s继续增大至s较大时：

此时定、转子漏抗比定、转子电阻大得多，

成为阻抗中的主要部分，忽略参数表达式分母中的项，可得到电磁转矩反比于转差率，即，随s增大，Tem成反比减小。由以上分析可得，异步电机在电动运行状态的Tem—s曲线如图所示的s在0—1之间的那一段。5.1三相异步电动机的机械特性5.1.1电力拖动系统的运动方程式2.电磁转矩的参数表达式三相异步电动机的Tem—s曲线的三个特殊点：

①同步运行点

在坐标原点，即s=0，Tem=0这一点。此时电动机不进行机电能量转换。②最大转矩点根据数学知识，在电动运行状态的Tem—s曲线上，随着s的增大，电磁转矩Tem从正比于s到反比于s，中间必有一分界点，此点的电磁转矩最大为Tmax，是最大转矩点，其对应的转差率为临界转差率sm。5.1三相异步电动机的机械特性5.1.1电力拖动系统的运动方程式2.电磁转矩的参数表达式可令求得:3）和都近似与定、转子漏抗成反比。1)与成正比；与无关。4）当U1不变时，最大转矩Tmax与f12成反比。2)越大，越大；与无关。5.1三相异步电动机的机械特性5.1.1电力拖动系统的运动方程式2.电磁转矩的参数表达式最大电磁转矩对电动机来说具有重要意义。当电动机短时超负荷运行时，只要轴上总的阻力矩T2+T0不大于电动机的Tmax，则电动机总是可以稳定运行下去的。如果T2+T0＞Tmax，则电动机就要停转，可见Tmax的大小标志着电动机过载能力的大小。我们称最大转矩Tmax与额定转矩TN之比为最大转矩倍数（或过载能力），用λm表示，即λm表明了电动机短时过载的极限。

一般电机：λm=1.8—2.5；供起重和冶金机械用的异步电动机：λm=2.7—3.7。5.1三相异步电动机的机械特性5.1.1电力拖动系统的运动方程式③起动点

当s=1时，电磁转矩为起动转矩Tst，此点为起动点。起动转矩Tst有如下特点：1）当电源频率f1及电动机参数不变的情况下，起动转矩Tst与U12成正比。2）当U1、f1及其他参数不变，在一定范围内，增大转子回路电阻，Tst增大。利用此特点，可在绕线型异步电动机的转子回路中外串电阻来增加起动转矩Tst。如果我们想在起动时得到最大转矩，则应使sm=1，即必须在转子回路中串入起动电阻rst，并使其满足关系：5.1三相异步电动机的机械特性5.1.1电力拖动系统的运动方程式3）当U1、f1及其他参数不变，则定、转子总漏抗（

）增加时，Tst减少。Tst也是异步电动机重要的运行性能指标：起动转矩越大，电机起动越容易，起动过程越短，意味着有好的起动性。通常以起动转矩倍数KM来表示这一特性。所谓起动转矩倍数KM是指在额定电压、额定频率及电机固有参数的条件下的起动转矩Tst与额定转矩TN的比值，即一般的笼型异步电动机：KM=1.0—2.0，起重和冶金机械用的异步电动机：KM=2.8—4.0。5.1三相异步电动机的机械特性5.1.1电力拖动系统的运动方程式(2)发电状态（s＜0）如果电机的转子受外力拖动，使转子加速到n＞n1，这时转差率变为负值，旋转磁场切割转子导体的方向与电动状态时相反，转子导体感应的电势和电流方向均改变，它受到的电磁力和电磁转矩方向也改变，即Tem＜0，是制动性质的；又因为电磁功率

也变为负值，说明电机向电网输入电功率，故电机处于发电状态。忽略r1，s＜0时的Tem—s曲线与电动状态时的曲线是关于原点对称的，如图所示。5.1三相异步电动机的机械特性5.1.1电力拖动系统的运动方程式(3)制动状态（s＞1）当旋转磁场转向与电机转向相反时，转差率s＞1，有两种情况：①磁场反向（n1＜0，n＞0），，旋转磁场切割转子导体的方向与电动状态时相反，即Tem＜0，是制动性质的。②转子反向（n1＞0，n＜0），，旋转磁场切割转子导体的方向与电动状态时相同，即Tem＞0，由于n＜0，Tem仍是制动性质。可见，当转差率s＞1，电磁转矩与电机转向相反，起制动作用，此时电动机处于制动状态。在s＞1时，转子电流频率较大，漏抗较大，电磁转矩T随转差率s的增大而减小，所以制动状态的Tem—s曲线是电动状态Tem—s曲线的延伸。5.1三相异步电动机的机械特性5.1.1电力拖动系统的运动方程式利用电磁转矩除以最大电磁转矩可得电磁转矩的实用表达式：工程上常根据电机的额定功率、额定转速、过载能力来求出实用表达式。方法是：3.电磁转矩的实用表达式将Tmax和sm代入即可得到机械特性方程式。5.1三相异步电动机的机械特性5.1.2电力拖动系统的运动方程式三相异步电动机的机械特性也是指其转速与电磁转矩之间的关系即n=f（Tem）。拖动系统中常用机械特性n—Tem，即n=f（Tem）来分析电动机的电力拖动问题，机械特性曲线可由Tem—s曲线变换得到。TemTem5.1三相异步电动机的机械特性5.1.2电力拖动系统的运动方程式固有机械特性是指电动机在额定电压和额定频率下，按规定的接线，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。1.固有机械特性sn0nNsNnmsm10TNTstTmaxTem几个特殊点：ABCD（2）最大转矩点B：（1）起动点A：（3）额定运行点C：（4）同步运行点D：5.1三相异步电动机的机械特性5.1.2电力拖动系统的运动方程式人为机械特性是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机械特性。2.人为机械特性(1)降低定子端电压的人为机械特性snsm10TLUN0TstTmaxTemn10.8UN0.64Tst0.64Tmax

下降后,和均下降,但不变,和减少。

如果电机在定额负载下运行,

下降后,下降,增大,转子电流因增大而增大,导致电机过载。长期欠压过载运行将使电机过热，减少使用寿命。5.1三相异步电动机的机械特性5.1.2电力拖动系统的运动方程式2.人为机械特性(2)转子回路串对称三相电阻的人为机械特性10TstTmaxTems

n0n1smr2Tstsmr2+rs串电阻后,、不变，增大。

串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。

除了上述特性外，还有改变电源频率、极对数等人为机械特性。在一定范围内增加电阻，可以增加。当时，

若再增加电阻，减小。5.1三相异步电动机的机械特性5.1.3电力拖动系统稳定运行的条件如图所示，临界转差率sm或临界转速nm是三相异步电动机机械特性的“稳定”区域和“不稳定”区域的分界点,即从同步点到最大转矩点，因为机械特性曲线具有下降特性，因此负载的转矩特性与电动机的交点处均满足dTem/dn＜dTL/dn，是稳定运行区域；从最大转矩点到起动点，因机械特性是上升特性，对于恒功率和恒转矩负载均因与电动机机械特性的交点处具有dTem/dn＞dTL/dn，而不能稳定运行，只是对通风机型负载满足稳定运行的条件可以稳定运行。三相异步电动机的稳定运行区域5.1三相异步电动机的机械特性5.1.3电力拖动系统稳定运行的条件图中的恒转矩负载特性曲线1与电动机的机械特性的交点A是稳定运行点，B交点是不稳定运行点；通风机型负载2与电动机的机械特性的交点C是稳定运行点，但转速太低，损耗大，对通风机工作并不理想。因此三相异步电动机的理想稳定运行区域为n1＞n＞nm。三相异步电动机的稳定运行区域5.2三相异步电动机的起动5.2.1概述电动机的起动是指电动机接通电源后，电动机由静止状态加速到稳定运行状态的过程。电动机的起动指标：(1)足够的起动转矩，起动转矩大于负载转矩。(2)

起动电流不超过允许范围。(3)起动设备尽可能简单、经济，操作方便。异步电动机的实际起动情况

起动电流大：Ist=kiIN=(5～7)IN

起动转矩小：Tst=ktTN=(1.6～2.2)TN

起动电流大的原因：起动时,,转子感应电动势大,使转子电流大,根据磁动势平衡关系,定子电流必然增大。5.2三相异步电动机的起动5.2.1概述起动转矩不大的原因：

起动时,,远大于运行时的,转子漏抗很大,

很低,尽管很大,但并不大。

由于起动电流大,定子漏阻抗压降大,使定子感应电动势减小,对应的气隙磁通减小。由上述两个原因使得起动转矩不大。从下述公式分析：

不利影响：①大的Ist

使电网电压降低，影响自身及其他负载工作。②频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。5.2三相异步电动机的起动5.2.2三相笼型异步电动机的起动1.全压起动（直接起动）就是用刀开关或接触器将电动机定子绕组直接接到额定电压的电网上。起动简单，操作方便，但是存在起动电流大﹑起动转矩并不大的缺点。对于普通笼型异步电动机，起动电流倍数ki=5～7，起动转矩倍数kt=1.6～2.2。全压起动一般只在小容量电动机中使用，如7.5kW以下的电动机可采用全压起动。如果电网容量足够大，就可允许容量较大的电动机全压起动。可参考下列经验公式来确定电动机是否全压起动，即可以直接起动的条件：起动电流倍数5.2三相异步电动机的起动5.2.2三相笼型异步电动机的起动2.减压起动减压起动是通过起动设备使加到电动机上的电压小于额定电压，待电动机转速上升到一定数值时，再使电动机承受额定电压，保证电动机在额定电压下稳定运行。减压起动的目的是减小起动电流，但同时也减小了电动机起动转矩。所以这种起动方法是对电网有利的，对负载不利。这种起动方法适用于对起动转矩要求不高的设备。减压起动常有以下几种方法：定子串电阻或电抗减压起动自耦变压器减压起动Y/△减压起动5.2三相异步电动机的起动5.2.2三相笼型异步电动机的起动2.减压起动（1）定子串电阻或电抗减压起动M3~XSS1FUS23~M3~3~RstS1FUS2运行起动5.2三相异步电动机的起动5.2.2三相笼型异步电动机的起动2.减压起动（1）定子串电阻或电抗减压起动起动时，先将转换开关S2投向“起动”位，然后合上主开关S1进行起动，此时较大的起动电流在起动电阻（或电抗）上产生了较大的电压降，从而降低了加到定子绕组上的电压，起到了减小起动电流的作用。当转速升高到一定数值时，把S2切换到“运行”位，切除起动电阻（或电抗），电动机在全压下进入稳定运行。电阻降压起动时耗能较大，一般只在较小容量电动机上采用，容量较大的电动机多采用电抗降压起动。优点：起动较平稳，运行可靠，设备简单。缺点：起动转矩随电压的平方降低，只适合轻载起动，同时起动

时电能损耗较大。5.2三相异步电动机的起动5.2.2三相笼型异步电动机的起动2.减压起动（2）自耦变压器减压起动3~UNS1FUS2TAM3~起动自耦变压器用作电动机降压起动，也称为起动补偿器。起动时，把开关S2投向“起动”侧，并合上开关S1，这时自耦变压器的高压侧接至电网，低压侧（有抽头，按需要选择）接电动机定子绕组，电动机在低压下起动。5.2三相异步电动机的起动5.2.2三相笼型异步电动机的起动2.减压起动（2）自耦变压器减压起动TA3~UNS1FUS2M3~运行待转速上升至一定数值时，再把S2切换到“运行”侧，切除自耦变压器，电动机直接接至额定电压的电网运行。5.2三相异步电动机的起动5.2.2三相笼型异步电动机的起动2.减压起动（2）自耦变压器减压起动

为了满足不同负载的要求，自耦变压器的二次侧一般有三个抽头，用户可根据电网允许的起动电流和机械负载所需的起动转矩进行选配。起动用自耦变压器有QJ2和QJ3两个系列。QJ2型的三个抽头比（即1/k）分别为55%、64%和73%；QJ3型为40%、60%和80%。采用自耦变压器降压起动时的线路较复杂，设备价格较高，不允许频繁起动。5.2三相异步电动机的起动5.2.2三相笼型异步电动机的起动2.减压起动（2）自耦变压器减压起动5.2三相异步电动机的起动5.2.2三相笼型异步电动机的起动2.减压起动（3）Y/△减压起动适用于：正常运行为△联结的电动机。3~UNS1FUS2U1U2V1V2W1W2Y起动起动时先将开关S2投向“起动”侧，定子绕组接成星形（Y形），然后合开关S1进行起动。此时，定子每相绕组电压为额定电压的，从而实现了降压起动。待转速上升至一定数值时，将S2投向“运行”侧，恢复定子绕组为三角形（△形）联结，使电动机在全压下运行。5.2三相异步电动机的起动5.2.2三相笼型异步电动机的起动2.减压起动（3）Y/△减压起动

运行S23~UNS1FUU1U2V1V2W1W2

定子相电压比

定子相电流比

起动电流比5.2三相异步电动机的起动5.2.2三相笼型异步电动机的起动2.减压起动（3）Y/△减压起动

Y型起动的起动电流：

起动转矩比

Y型起动的起动转矩

Y/△降压起动操作方便，起动设备简单，应用较为广泛，但它仅适用于正常运行时定子绕组作三角形联结的电动机，因此一般用途的小型异步电动机，当容量大于4kW时，定子绕组都采用三角形联结。由于起动转矩为直接起动时的1/3，这种起动方法多用于空载或轻载起动。5.2三相异步电动机的起动5.2.2三相笼型异步电动机的起动起动方法绕组相电压绕组相电流起动转矩起动设备应用场合直接起动最简单电机容量小于7.5KW定子串电阻减压起动

一般任意容量，轻载起动自耦变压器减压起动

较复杂，有三种抽头可选较大容量电机，较大复杂不宜频繁起动Y/

减压起动简单，只用于△连接电机电机可频繁起动5.2三相异步电动机的起动5.2.2三相笼型异步电动机的起动例：某厂的电源容量为560kV·A，一运输机采用三相笼型异步电机拖动，其技术数据为PN=40kW，△联结，全压起动电流为额定电流的7倍，起动转矩为额定转矩的1.8倍。要求带0.8TN的负载起动，试问采用什么方法起动？(1)如果用全压起动：电网允许的起动电流倍数小于全压起动电流倍数，因此不能全压起动。5.2三相异步电动机的起动5.2.2三相笼型异步电动机的起动(2)如果用串电抗器减压起动：所以，起动电流需降低的倍数：则，串电抗器后的起动转矩：可见起动转矩无法满足要求，故不能采用串电抗器起动。5.2三相异步电动机的起动5.2.2三相笼型异步电动机的起动(3)如果用Y/△减压起动：因为电动机正常运行时是△联结，因此可以用Y/△减压起动。可见起动转矩无法满足要求，故不能采用Y/△减压起动。5.2三相异步电动机的起动5.2.2三相笼型异步电动机的起动(4)如果用自耦变压器减压起动：取，则：所以符合要求。5.2三相异步电动机的起动5.2.2三相笼型异步电动机的起动3.软起动

运用串接于电源与被控电机之间的软起动器，控制其内部晶闸管的导通角，使电机输入电压从零以预设函数关系逐渐上升，直至起动结束，赋予电机全电压，即为软起动，在软起动过程中，电机起动转矩逐渐增加，转速也逐渐增加。软起动与传统减压起动方式的不同之处是：（1）无冲击电流。软起动器在起动电机时，通过逐渐增大晶闸管导通角，使电机起动电流从零线性上升至设定值。

（2）恒流起动。软起动器可以引入电流闭环控制，使电机在起动过程中保持恒流，确保电机平稳起动。

（3）根据负载情况及电网继电保护特性选择，可自由地无级调整至最佳的起动电流。5.2三相异步电动机的起动5.2.2三相笼型异步电动机的起动4.改善起动性能的笼型异步电动机以上介绍的几种笼型异步电动机起动方法都是以降低定子电压来是减小起动电流，但它是以牺牲起动转矩为代价的，因此其起动性能不够理想。为了进一步改善笼型异步电动机的起动性能，人们在电机转子绕组和转子槽形结构上采取了一些改进措施，以增加笼型异步电动机转子本身的起动电阻，改善电机的起动性能。（1）深槽式笼型异步电动机（2）双笼式异步电动机5.2三相异步电动机的起动5.2.2三相笼型异步电动机的起动4.改善起动性能的笼型异步电动机（1）深槽式笼型异步电动机①结构特点：它的转子槽深而窄，槽深与槽宽之比为10~12；②集肤效应：5.2三相异步电动机的起动5.2.2三相笼型异步电动机的起动4.改善起动性能的笼型异步电动机（1）深槽式笼型异步电动机③工作原理：

起动瞬间，s=1，转子频率f2=sf1很高，电抗很大，且槽底漏抗远大于槽口漏抗，转子电流大部分集中槽口，相当于减小导体截面积，使转子电阻增大，所以增加了起动转矩，且限制了起动电流；起动完毕，转差率s减小，转子电流的频率为1~2Hz，集肤效应基本消失，电流主要按电阻分布，电流减小。5.2三相异步电动机的起动5.2.2三相笼型异步电动机的起动（2）双笼型异步电动机①结构特点：

上笼的导条截面积较小，并用黄铜或铝青铜等电阻系数较大的材料制成，电阻较大。

下笼导条的截面积大，并用电阻系数较小的紫铜制成，电阻较小。

下笼处于铁芯内部，交链的漏磁通多，上笼靠近转子表面，交链的漏磁通较少，故下笼的漏电抗较上笼漏电抗大得多。5.2三相异步电动机的起动5.2.2三相笼型异步电动机的起动（2）双笼型异步电动机②工作原理

起动时，起动时上笼起主要作用，由于上笼电阻大，可以限制起动电流，产生较大的起动转矩，上笼称为起动笼。

电动机正常运行，电流从电阻较小的下笼流过，产生正常时的电磁转矩，下笼在运行时起主要作用，下笼称为工作笼（运行笼）。

双笼型异步电动机比深槽式异步电动机的起动性能要好些，但由于深槽式异步电动机结构简单，耗铜量少，价格相对较便宜，因此深槽式异步电动机应用得更为广泛。5.2三相异步电动机的起动5.2.3三相绕线型转子异步电动机的起动三相笼型异步电动机直接起动时，起动电流大，起动转矩不大；降压起动时，虽然减小了起动电流，但起动转矩也随电压的平方关系减小，因此笼型异步电动机只能用于空载或轻载起动。绕线转子异步电动机，若转子回路串入适当的电阻，既能限制起动电流，又能增大起动转矩，同时克服了笼型异步电动机起动电流大、起动转矩不大的缺点，这种起动方法适用于大中容量异步电动机重载起动。绕线转子异步电动机的起动分为转子串电阻及转子串频敏变阻器两种起动方法。5.2三相异步电动机的起动5.2.3三相绕线型转子异步电动机的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。1.转子串电阻起动

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。缺点是所需起动设备较多，起动时有一部分能量消耗在起动电阻上，起动级数也较多。5.2三相异步电动机的起动5.2.3三相绕线型转子异步电动机的起动起动过程：1.转子串电阻起动

电动机由a点开始起动，经b→c→d→e→f→g→h，完成起动过程。5.2三相异步电动机的起动5.2.3三相绕线型转子异步电动机的起动2.转子串频敏变阻器起动绕线转子异步电动机采用转子串接电阻起动时，若想在起动过程中保持有较大的起动转矩且起动平稳，则必须采用较多的起动级数，这必然导致起动设备复杂化。为了克服这个问题，可以采用频敏变阻器起动。频敏变阻器是其电阻和电抗值随频率而变化的装置。外观很像一台没有二次绕组而一次侧作Y联结的心式变压器，如图所示。但其铁心是用较厚的钢板叠成，故其铁耗比普通变压器大得多。

频敏变阻器5.2三相异步电动机的起动5.2.3三相绕线型转子异步电动机的起动2.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，转子串入频敏变阻器,S1闭合，电机通电开始起动。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。5.2三相异步电动机的起动5.2.3三相绕线型转子异步电动机的起动2.转子串频敏变阻器起动因为频敏变阻器的等效电阻Rm是随频率f2的变化而自动变化的，因此称为“频敏”变阻器，它相当于一种无触点的变阻器。绕线式异步电动机转子串电阻分级起动或转子串频敏变阻器适用于大、中容量电动机的重载起动。转子串频敏变阻器起动具有结构简单，价格便宜，运动可靠，维护方便，能自动操作等优点而获广泛应用。转子串电阻起动对于大容量电动机要求级数较多，故设备投资较大，维护不太方便。5.3三相异步电动机的制动运行于电动状态：电磁转矩Tem与n同方向，Tem是驱动转矩，电动机从电网吸收电能并转换成机械能从轴上输出，其机械特性位于第一或第三象限。由异步电动机正、反转的示意图和它们对应的机械特性图可见，只要是电动状态，n和Tem同方向，n1和n同方向，且，0＜s＜1；，说明电动机从电网吸取电能；

，说明电动机向负载输送机械能。5.3三相异步电动机的制动三相异步电动机除了运行于电动状态外，还时常运行于制动状态。运行于制动状态时，电磁转矩Tem与n反方向，Tem是制动转矩，电动机从轴上吸收机械能并转换成电能，该电能或消耗在电机内部，或反馈回电网，其机械特性位于第二或第四象限。异步电动机制动的目的是使电力拖动系统快速停车或者使拖动系统尽快减速，对于位能性负载，制动运行可获得稳定的下降速度。异步电动机制动的方法有能耗制动、反接制动和回馈制动三种。5.3三相异步电动机的制动5.3.1能耗制动1.能耗制动原理制动时，S1断开,电机脱离电网，同时S2闭合,在定子绕组中通入直流励磁电流。直流励磁电流产生一个恒定的磁场，因惯性继续旋转的转子切割恒定磁场，导体中产生感应电动势和电流。感应电流与磁场作用产生的电磁转矩为制动性质，转速迅速下降，当转速为零时，感应电动势和电流为零，制动过程结束。

制动过程中，转子的动能转变为电能消耗在转子回路电阻上——能耗制动。em5.3三相异步电动机的制动5.3.1能耗制动2.能耗制动机械特性nTemA0n1C1B23

对笼型异步电动机,可以增大直流励磁电流来增大初始制动转矩。

对绕线型异步电动机,可以增大转子回路电阻来增大初始制动转矩。制动电阻大小：

由于n=0，Tem=0，所以能耗制动时，特性曲线过原点。5.3三相异步电动机的制动5.3.2反接制动1.电源反接制动当异步电动机转子的旋转方向与旋转磁场方向相反时，电动机便处于反接制动状态。反接制动有两种情况：电源反接制动倒拉反接制动——反抗性负载迅速停车和快速反向。①制动原理和机械特性3~M3~3~M3~Rbk制动前的电路制动时的电路5.3三相异步电动机的制动5.3.2反接制动1.电源反接制动－TLTL制动前：正向电动状态。制动时：定子相序改变，n1

变向。OnTem1n12－n1b即：s

＞1(第二象限)。同时：E2s、I2s

反向，Tem

反向。aca点b点(Tem＜0，制动开始)惯性n↓c点(n=0，Tem≠0)，制动结束。到

c点时，若未切断电源，M

将可能反向起动。d5.3三相异步电动机的制动5.3.2反接制动1.电源反接制动取决于Rbk的大小。②制动效果aOnTem1n12－n1bc③制动时的功率三相电能电磁功率Pem转子机械功率Pm定子转子电阻消耗掉电源反接制动时，电动机既要从电网吸取电能，又要从轴上吸取机械能，因此能耗大，经济性较差。5.3三相异步电动机的制动5.3.2反接制动1.电源反接制动④制动电阻Rbk的计算线性段固有机械特性和转子串电阻的人为机械特性上，同一转矩条件下的转差率和转子回路总电阻间的关系为：sg——固有机械特性上对应任意给定转矩Tem的转差率。s

——转子串电阻的人为机械特性上的转差率，它与固有机械特性上的sg对应相同的电磁转矩Tem。所以，制动转矩为：5.3三相异步电动机的制动5.3.2反接制动例：一桥式吊车吊主钩电动机采用某2p=8的三相绕线转子异步电动机传动。PN=22kW，UN=380V，nN=723r/min，IN=56.5A，E2N=197V，I2N=70.5A。该电动机在固有机械特性上提升0.8TN的负载，今欲快速停车，采用电源反接制动，在制动瞬时制动转矩。为1.6TN,，问须串入多大制动电阻？（不计T0）。0.8TNOnTem1n12－n1baOnTem1n1nn1b′1.6TN0.8TNOnTem1n12－n1aOnTem1n15.3三相异步电动机的制动5.3.2反接制动a点对应转差率0.8TNOnTem1n12－n1baOnTem1n1nn1b′1.6TN0.8TNOnTem1n12－n1aOnTem1n1制动瞬间b点对应转差率5.3三相异步电动机的制动5.3.2反接制动2.倒拉反接制动——下放重物①制动原理和机械特性OnTem

1n12bcTLad定子相序不变，转子电路串联对称电阻Rbk。a点b点(Tb＜TL)，惯性n↓c点(n=0，Tc＜TL)在TL

作用下M反向起动d点(

nd＜0，Td

=TL)

制动运行状态②制动效果改变Rbk的大小，改变特性2的斜率，改变nd。

3e

低速提升重物5.3三相异步电动机的制动5.3.2反接制动2.倒拉反接制动——下放重物③制动时的功率——定子输入电功率——轴上输入机械功率（位能负载的位能）电功率与机械功率均消耗在转子电路中。倒拉反接制动能耗大，经济性差。5.3三相异步电动机的制动5.3.2反接制动2.倒拉反接制动——下放重物④制动问题计算（1）已知下放转速n，求需串入的制动电阻Rbk。（2）已知串入的制动电阻Rbk，求下放转速n。求出s后，5.3三相异步电动机的制动5.3.3回馈制动

感应电动机在电动机工作状态时，由于某种原因，在转向不变的条件下，使转速n大于同步转速n1时，电动机便处于回馈制动状态。回馈制动包括：反向回馈制动正向回馈制动回馈制动状态实际上就是将轴上的机械能转变成电能并回馈到电网的异步发电机状态。5.3三相异步电动机的制动5.3.3回馈制动1.反向回馈制动——下放重物这种制动方法也称反向再生发电制动。OnTemTLn1－n1GRbkTem3~M3~TemnTLbac正向电动反接制动dn回馈制动反向电动首先将定子两相反接,定子旋转磁场的同步速为-n1。5.3三相异步电动机的制动5.3.3回馈制动2.正向回馈制动——变频、变极调速，电车下坡电机机械特性曲线1，运行于A点。当电机采用变极（增加极数）或变频（降低频率）进行调速时，机械特性变为2。同步速变为。电机工作点由A变到B，电磁转矩为负，，电机处于回馈制动状态。5.3三相异步电动机的制动5.3.3回馈制动2.正向回馈制动——变频、变极调速，电车下坡

制动时的功率第四象限：——转子发出电功率，向电源回馈电能。——轴上输入机械功率(位能负载的位能)。5.4三相异步电动机的调速三相异步电动机在运行使用，结构维护等方面都优于直流电动机；在调速及控制性能上不如直流电动机；随着电力电子技术和微型计算机的发展，再加上现代控制理论向电气传动领域的渗透，使得交流调速技术得到了迅速发展；可以预见的是，交流调速系统将在我国更多的领域取代直流调速系统。可知，异步电动机有下列三种基本调速方法：（1）改变定子极对数调速。（2）改变电源频率调速。（3）改变转差率调速。由异步电动机的转速公式：5.4三相异步电动机的调速5.4.1变极调速

1.变极原理异步电动机旋转磁势的同步转速n1与电机的极对数成反比，改变笼型三相电动机定子绕组的极对数，就改变了同步转速n1，从而改变电机转速，实现了调速。三相笼型异步电动机定子绕组产生的磁极对数的改变，是通过改变绕组的接线方式得到的。绕线式异步电动机转子极对数不能自然随定子极对数变化，而同时改变定、转子绕组极对数又比较麻烦，因此不采用变极调速。改变电动机的极数方法：定子铁心槽内嵌放两套不同极数的定子三相绕组不经济改变定子绕组的接法这种电动机就称为多速电动机常用5.4三相异步电动机的调速5.4.1变极调速

三相笼型电动机的定子绕组，若把每相绕组中一半线圈的电流改变方向，即半相绕组反向，则电动机的极对数便成倍变化。四极三相异步电动机定子U相绕组两极三相异步电动机定子U相绕组以4极变2极为例：U相两个线圈，顺向串联，定子绕组产生4极磁场：反向串联和反向并联，定子绕组产生2极磁场：5.4三相异步电动机的调速5.4.1变极调速

变极后，三相绕组在空间按电角度排列的相序改变了，为了使电机的转向在调速前后的转向一致，就必须在改接定子绕组接线的同时，倒换电源的相序。可见，改变定子绕组接法，就可成倍地改变磁极对数。三相绕组的接法是相同的，因此只要了解其中一相的接法即可。比较上图可知，只要将两个“半相绕组”中的任何一个“半相绕组”的电流反向，就可以将极对数增加一倍（顺串）或减少一半（反串或反并）。这就是倍极比的变极原理。如2/4极，4/8极等。5.4三相异步电动机的调速5.4.1变极调速

2.两种常用的变极方案变极调速的电动机往往被称为多极电动机，其定子绕组的接线方式很多：三角接/双星接，即Δ/YY（常用）星接/双星接，即Y/YY(1)三角接/双星接，（Δ/YY变极调速）变极调速定子接线图△接法：

T1、T2、T3外接三相交流电源，而T4、T5、T6断开。极对数为2p，转速为低速n。T6T1T5T2T3T4定子绕组的Δ型连接5.4三相异步电动机的调速5.4.1变极调速

2.两种常用的变极方案(1)三角接/双星接，（Δ/YY变极调速）T6T1T5T2T3T4定子绕组的YY连接

YY接法：

T4、T5、T6外接三相交流电源，而T1、T2、T3连接在一起。极对数为p，转速为高速2n，从而实现调速。变极调速定子接线图5.4三相异步电动机的调速5.4.1变极调速

2.两种常用的变极方案(2)星接/双星接，（Y/YY变极调速）

Y接法：

T1、T2、T3外接三相交流电源，而T4、T5、T6断开。极对数为2p，转速为低速n。T4T1T6T3T5T2变极调速定子接线图

YY接法：

T4、T5、T6外接三相交流电源，而T1、T2、T3连接在一起。极对数为p，转速为高速2n，从而实现调速。5.4三相异步电动机的调速5.4.1变极调速

3.变极调速时容许输出

容许输出是指保持电流为额定值条件下，调速前、后电动机轴上输出的功率和转矩。（1）

∆-YY联结方式

设变极前后电源线电压UN不变，通过线圈电流IN不变，则变极前后的输出功率分别为：∆联结时：YY联结时：5.4三相异步电动机的调速5.4.1变极调速

3.变极调速时容许输出（1）

∆-YY联结方式由于∆联结时的极数是YY联结时的两倍，因此YY联结时的同步转速是∆联结时的两倍，转速也近似为两倍，即nYY=2n∆，则输出转矩之比为：可见，∆-YY联结方式时，电动机的转速增大一倍，容许输出功率近似不变，而容许输出转矩近似减少一半，所以这种变极调速属于恒功率调速，它适用于恒功率负载。5.4三相异步电动机的调速5.4.1变极调速

（2）

Y-YY联结方式

设变极前后电源线电压UN不变，通过线圈电流IN不变，变极前后的输出功率、输出转矩之比为：可见，Y-YY联结方式时，电动机的转速增大一倍，容许输出功率增大一倍，而容许输出转矩保持不变，所以这种变极调速属于恒转矩调速，它适用于恒转矩负载。5.4三相异步电动机的调速5.4.2变频调速

1.电压随频率调节的规律当转差率s变化不大时，电动机的转速n基本与电源频率f1成正比，连续调节电源频率，可以平滑地改变电动机的转速。但是，降低电源频率f1时，必须同时降低电源电压，以达到控制磁通Φ1的目的。对恒转矩负载此条件下变频调速，电机的主磁通和过载能力不变。当变频调速时的f1上升，由于U1不能大于额定电压，则只能将F1下降，这将影响电动机的过载能力，所以变频调速一般在基频向下调节。5.4三相异步电动机的调速5.4.2变频调速

2.变频调速时的机械特性变频调速时电动机的机械特性可用下列各式表示：1）同步点：因，所以2）最大转矩点：因=常数，所以最大转矩临界转速降：由此可见，在不同频率时，最大转矩及其对应的转速降不变，所以变频调速时的机械特性基本上是互相平行的，因而机械特性是硬特性。5.4三相异步电动机的调速5.4.2变频调速

2.变频调速时的机械特性3）起动转矩点：因=常数，所以起动转矩在基频以下调速时,保持=常数,即恒转矩调速。

在基频以上调速时,电压只能，迫使主磁通与频率成反比降低，近似为恒功率调速。需要说明的是，这种调速方法是在忽略定子漏抗的条件下得到的，主磁通和最大转矩并不是完全恒定，而是一种近似关系。当频率很低时，这时定子漏抗不能忽略，即使保持电源电压与频率的比值不变，最大转矩仍会随转差率的减小而减小。5.4三相异步电动机的调速5.4.2变频调速

2.变频调速时的机械特性5.4三相异步电动机的调速5.4.2变频调速

3.变频调速应用举例——变频空调器例如：

一般的窗式空调器或分体式空调器，采用ON/OFF控制方式，这种控