电机与拖动技术项目化教程 课件 项目二　三相异步电动机的应用与维护2

三相异步电动机的机械特性Mechanicalcharacteristicsofthree-phaseasynchronousmotors电力拖动系统简介电力拖动系统构成电源工作机构电动机控制设备电力拖动的运动方程电动机的拖动转矩(电磁转矩)，N·m工作机械的阻力矩(负载转矩)，N·m转动系统的飞轮矩，N·m2电力拖动系统的运动状态：静止不动或匀速运动的稳定状态加速状态减速状态负载的机械特性恒转矩负载恒功率负载通风机型负载特点负载转矩的大小不随转速变化而变化反抗性恒转矩负载位能性恒转矩负载特点功率恒定，转速与转矩成反比例关系特点转矩与转速的平方成正比三相异步电机的机械特性——电磁转矩，N·m——电动机定子每相绕组电压，V——电动机的转差率——电动机转子绕组每相电阻，Ω——电动机静止时每相转子绕组感抗值，Ω——电动机结构常数——电动机静止时每相转子绕组感抗值，Ω三相异步电动机的运行状态1.启动状态n=0或s=12.同步转速状态n=n1或s=03.额定转速状态n=nN或s=sN4.临界转速状态临界转差率与电源电压无关，但与转子电路的总电阻成正比，可通过改变电阻值，改变电机临界转差率；若，那么，即电机在启动时产生的转矩最大；最大转矩的大小与转子电路的电阻

无关，因此，绕式异步电动机转子电路串电阻起动时，电动机产生的最大转矩不变；最大转矩的大小与电源电压

的平方成正比，故电源电压的波动对电动机的最大转矩影响很大。三相异步电动机的运行性能启动转矩倍数电动机过载能力表征电机启动性能好坏表明电机具有的过载能力三相异步电机的稳定运行区时，电机处于平衡工作点ABA点和B点哪个是稳定工作点？什么是稳定运行点？三相异步电机的稳定运行区稳定运行点不稳定平衡点稳定平衡点ABnAnA1:电机加速nA1nA2nA2:电机减速nBnB1电机加速nB2:nB1:电机减速nB2稳定工作点不稳定工作点三相异步电机的稳定运行区稳定运行点不稳定平衡点稳定平衡点CnC稳定运行区（nC—n1）不稳定运行区（0—nC）特殊情况：通风机类型负载三相异步电机的稳定运行区通风机类型负载DnD1nD2nDnD1:电机加速nD2:电机减速D点为稳定工作点三相异步电动机的起动Startingofthree-phaseasynchronousmotor三相笼型异步电动机的起动Startingofthree-phasecageasynchronousmotorcontents目录绕线型异步电动机的起动Startingofwound-rotorasynchronousmotor概述Overviews

一、概述

起动要求有足够启动转矩，带动负载并缩短起动时间；起动电流不能太大，减小对电网冲击；设备简单，价格低廉，便于操作及维护；起动过程的能量损耗应尽量小。概念：起动是指电动机通电后转速从零开始逐渐加速到正常运转的过程

直接起动问题

解决方法对笼型异步电动机，可采用：直接启动、降压启动、改进结构、软启动；对绕线型异步电动机，可以采用：转子端电阻或频敏变阻器。sn0nNsNsc10TNTstTmT

ABCD

二、三相笼型异步电动机的起动1、直接起动(1)容量在7.5kW以下的三相异步电动机一般均可采用直接起动

直接起动条件(2)用户由专用的变压器供电时，如电动机容量小于变压器容量的20％时，允许直接

起动。对于不经常起动的电动机，则该值可放宽到30％。(3)也可用下面的经验公式来粗估电动机是否可以直接起动概念：将电动机三相定子绕组直接接到额定电压的电网上来使电机起动运行

若不满足上式，则不能直接启动。

二、三相笼型异步电动机的起动2、降压起动（1）定子串三相对称电阻或电抗降压启动是指起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，起动结束后加额定电压运行的起动方式

（2）Y-D降压启动（3）自耦变压器降压启动（4）延边三角形起动

二、三相笼型异步电动机的起动-降压起动(1)定子串三相对称电阻或电抗降压起动分压分压分压分压若回路串电阻，则有：若回路串电抗，则有：直接起动电流降压后起动电流

优点：起动平稳、工作可靠、起动时功率因数高缺点：投资相应较大，同时电阻上有功率损耗改变串入的电阻值即可改变起动转矩

二、三相笼型异步电动机的起动-降压起动

(2)Y-D降压起动Y接起动电流为：D接起动电流为：适用于正常运行时定子绕组为三角形接线的电动机。起动时Y接；运行时D接。

二、三相笼型异步电动机的起动-降压起动

(2)Y-D降压起动多用于空载或轻载起动起动转矩为：

Y接时相电压D接时相电压

因为所以有Y-D起动接线图优点：Y-D

降压起动所需设备较少、价格低。缺点：起动转矩小

二、三相笼型异步电动机的起动-降压起动(3)自耦变压器降压起动由自耦变压器原理可知：

起动一相电路图

直接起动时的起动电流：降压后二次侧起动电流：变压器一次侧电流：电网提供的起动电流减小倍数：起动转矩减小的倍数：

二、三相笼型异步电动机的起动-降压起动(3)自耦变压器降压起动

自耦变压器一般有2-3个分接头可供选用。其电压可以分别为电源线电压的80％、65％或80％、65％、50％。优点:可以按允许的起动电流和所需的起动转矩来选择自耦变压器的不同抽头实现降压起动不论电动机定子绕组采用星形联结或三角形联结都可以使用缺点:设备体积大，投资较贵，不能频繁起动主要用于带一定负载起动的设备上自耦变压器降压起动接线图

二、三相笼型异步电动机的起动-降压起动三种降压起动方法比较

二、三相笼型异步电动机的起动-降压起动(4)延边三角形降压起动380V380V>U>220V起动时：

由于所以

起动转矩也相较Y-D起动相应提高，所需设备较简单优点:缺点:电动机在制造时多了三个抽头比较麻烦二、三相笼型异步电动机的起动3、高起动转矩的笼型三相异步电动机对于笼型异步电动机，改进电机结构可以增大起动时的转子回路电阻，从而增大起动转矩。

深槽式笼型异步电动机转子槽形深而窄，通过集肤效应增大启动时的转子电阻。深槽式笼型异步电动机转子

双笼型异步电动机安装有两套鼠笼，外笼为启动笼，内笼为运行笼，改变外笼与内笼参数，可以得到不同形状的机械特性。双笼型异步电动机转子

与普通笼型电动机相比，它们的转子结构较复杂，机械强度较弱，且转子漏抗较大，功率因数稍低，只在特殊场合下采用。

二、三相笼型异步电动机的起动4、

笼型三相异步电动机的软起动通过软起动器改变定子电压满足起动要求，实质上是一台交流调压器。起动时，控制晶闸管的导通角以调节定子电压。利用闭环控制限制起动电流，确保定子电流、电压或转矩按照设定的函数关系变化。起动过程结束，将软起动器切除。异步电动机软起动器的组成框图主要实现方法：

电流斜坡起动电压斜坡起动转矩控制起动阶跃起动三、绕线型异步电动机的起动1、转子回路串电阻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。10TstTmTems

n0n1smR2TstsmR2+Rs1临界转差率：最大转矩：TstR2+Rs1+Rs2三、绕线型异步电动机的起动

1、转子回路串电阻起动

优点:缺点:起动过程中起动转矩较大，适合于重载起动。所需起动设备较多，电阻有附加能耗起动级数较少，有机械和电的冲击三、绕线型异步电动机的起动1、转子回路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。电机转子频率：

起动开始：起动中：

起动结束：把频敏变阻器从电路中切除三、绕线型异步电动机的起动1、转子回路串频敏变阻器起动频敏变阻器实际上是利用转子频率的平滑变化来达到使转子回路总电阻平滑减小的目的。优点:缺点:结构简单、成本较低、使用寿命长、维护方便能使电动机平滑起动(无级起动)使功率因数较低，起动转矩并不很大绕线转子电动机在轻载起动时，采用频敏变阻器法起动优点较明显，如重载起动一般采用串电阻起动。谢谢！三相异步电动机的调速Startingofthree-phaseasynchronousmotor变极对数调速Changethepolelogarithmspeedregulationcontents目录变频调速Variablefrequencyspeedregulation调速方法概述Overviewofspeedregulationmethods改变转差率调速Changethesliprate降低电源电压调速；转子回路串电阻调速；转差离合器调速。

一、调速方法概述（1）变极对数调速

（2）变频调速

（3）变转差率调速

二、变极对数调速

以四极变两极为例

2P=4

二、变极对数调速

以四极变两极为例

2P=2

二、变极对数调速变极原理：“定子一半绕组中电流方向变化，磁极对数成倍变化”D／YY联结生产现场常用双速电机：

2p＝42p＝2D-YY后,极数减少一半,转速增大一倍,即

，保持每一绕组电流为

,则输出功率和转矩为:二、变极对数调速Y／YY联结2p＝42p＝2Y-YY后,极数减少一半,转速增大一倍,即

，保持每一绕组电流为,则输出功率和转矩为：二、变极对数调速

D-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。

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。

电动机绕组引出头较多，调速的平滑性差，调速级数少。必要时需与齿轮箱配合，才能得到多级调速。二、变极对数调速优点：

设备简单、运行可靠，为了满足不同生产机械的需要，定子绕组采用不同的接线方式，可获得恒转矩调速或恒功率调速。缺点：变极调速的应用

应用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、通风机、升降机等系统中。

变极调速只适用于鼠笼式异步电动机

电源频率改变时，电动机的转速n

也随之变化，平滑地调节电源的频率就可以平滑地调节感应电动机的转速，称为变频调速。三相异步电动机的转速：三、变频调速U1≈E1=4.44f1N1k1Φm电源电压与频率的关系:单一地调节电源频率，将导致电动机运行性能的恶化。

1.铁心严重饱和

2.电机得不到充分利用根据负载性质不同，常用的异步电机变频调速方式有：恒转矩变频调速恒功率变频率调速

恒转矩变频率调速

此条件下变频调速，电机的主磁通和过载能力不变。

恒功率变频率调速此条件下变频调速，电机的过载能力不变，但主磁通发生变化。三、变频调速变频调速过程中，电动机的输出转矩保持不变

变频调速过程中，电动机的输出功率保持不变

三相异步电动机的变频调速已广泛应用于机械加工、冶金、化工、造纸、纺织、轻工等行业领域中，变频空调、变频洗衣机也已走入家用电器行列，并显示了强大的生命力。三、变频调速变频调速的优点

平滑性好，效率高，机械特性硬，调速范围广，只要控制端电压随频率变化的规律，可以适应不同负载特性的要求，是异步电动机尤其是鼠笼式异步电动机调速的发展方向。变频调速的缺点

设备结构复杂，价格较贵，容量有限。随着电力电子技术的发展，变频器向着性能优异，价格便宜，操作方便等趋势发展。变频调速的应用高转差率笼型异步电动机降压调速同步转速

与临界转差率不变，电磁转矩

和最大电磁转矩

与

成正比减小。四、改变转差率调速-降低定子电压调速

不变，最大转矩不变，临界转差率随外串电阻增大而增大

调速电阻上有一定的能量损耗，调速特性曲线的硬度不大，即转速随负载的变化较大，且电阻越大，特性越软。

四、改变转差率调速-转子回路串电阻调速

优点：所需设备较简单，并可在一定范围内进行调速缺点：应用：主要用于运输、起重机械中的绕线转子异步电动机上。四、改变转差率调速-转差离合器调速电磁转差离合器就是一种利用电磁方法来实现调速的联轴器。

若磁极部分励磁电流为零，负载与电动机之间处于“离开”状态；若励磁电流不为零，磁极以及相连的负载跟随电枢转动，负载与电动机处于“合上”状态。改变励磁电流大小，可调节负载的转速。四、改变转差率调速-转差离合器调速优点：缺点：应用：机结构简单、运行可靠、维修方便可在较广范围内进行无级调速。机械特性较软，故输出的转速随负载的变化而变化较大。适用于纺织、化工、造纸、塑料、水泥、食品等工业，作为恒转矩和风机类等设备的动力。YTC电磁调速电机（滑差电机）三相异步电动机调速方案比较谢谢！三相异步电动机的制动Brakingofthree-phaseasynchronousmotor一、概述制动的概念：就是给电动机一个与转动方向相反的转矩使它减速或迅速停转。——靠摩擦方法产生制动转矩——电动机所产生的电磁转矩与电动机的旋转方向相反反接制动能耗制动再生制动制动的分类机械制动电气制动

二、机械制动机械制动常用的方法是电磁抱闸制动；电磁抱闸的结构：主要由两部分组成：制动电磁铁和闸瓦制动器。制动电磁铁由铁心、衔铁和线圈三部分组成。闸瓦制动器包括闸轮、闸瓦和弹簧等，闸轮与电动机装在同一根转轴上。电磁抱闸的分类：断电制动型通电制动型

二、机械制动1－弹簧2－衔铁3－线圈4－铁心5－闸轮6－闸瓦7－杠杆电源通电制动型断电制动型

二、电气制动电气制动的工作原理：当电机按下停机按钮时，改变电机的运行状况，电机产生一个和电动机实际旋转方向相反的制动力矩（合力矩），使电动机迅速制动停转。电气制动的分类：反接制动能耗制动回馈制动（再生制动）电源反接制动倒拉反接制动

二、电气制动——电源反接制动电源反接制动工作原理：在电机停机时，改变三相电源的相序，使其产生一个反向的旋转磁场，该旋转磁场产生的电磁转矩与电动机的旋转方向相反，迫使电动机迅速停转。-n10nTn1二、电气制动——电源反接制动电源反接制动过程制动时：定子相序改变。s=－n0

－n－n0=

n0＋nn0即：s

＞1(第二象限)。A点B点(T＜0，制动开始)惯性n↓C点(n=0，T≠0)，制动结束。到

C点时，若未切断电源，电机将可能反向起动。O－TLTLnTn0制动前：正向电动状态。－n0

BACD注意事项：若要电机停机，当电动机转速接近零值时，应立即切断电动机电源，否则电动机将反转。特点：设备简单，制动力矩较大，冲击强烈，准确度不高。适用场合：要求制动迅速，制动不频繁（如各种机床的主轴制动）。二、电气制动——电源反接制动二、电气制动——倒拉反接制动原理：绕线异步电动机提升重物时不改变电源的接线，若不断增加转子电路的电阻，电动机的转子电流下降，电磁转矩减小，转速不断下降，当电阻达到一定值，使转速为0，若再增加电阻，电动机反转。方法：当绕线式异步电动机拖动位能性负载时，在其转子回路中串入很大的电阻。TLnT0n1转子绕组串电阻机械特性曲线二、电气制动——倒拉反接制动BCOnTn0TLA制动时：定子相序不变，转子电路串联对称电阻Rb。A点B点(Tb＜TL)，惯性n↓C点(n=0，Tc＜TL)在TL作用下电机反向起动D点(

nd＜0，Td

=TL)D制动运行状态制动效果：改变Rb的大小，改变特性2的斜率，改变制动运行速度。

E制动前：正向电动状态。二、电气制动——能耗制动原理：电动机切断交流电源后，立即在定子线组的任意两相中通入直流电，利用转子感应电流受静止磁场的作用以达到制动目的。OnT二、电气制动——能耗制动制动前：电机正向运行。OTLnTABA点