电机与拖动技术项目化教程 课件 孙方霞 项目1-3 变压器的工作原理、用途及分类-单相异步电机的分类及运行控制

变压器的工作原理、用途及分类变压器最主要的用途，是在输配电技术领域。变压器将发电站发出来的电进行升压，送到输电网上长距离输电，可以减小有色金属的使用量，减小投资，减小线路运行时的电能损耗到了用户侧，经过变压器逐级降压，给最终的用电设备提供所需的电压。一次绕组原绕组初级绕组二次绕组副绕组次级绕组1.1变压器的基本工作原理变压器的基本工作原理是电磁感应原理变压器能够变压，需要满足两个条件：

(1)磁通有变化量;(2)一、二次绕组的匝数不同1.2变压器的基本结构1.2.1单相变压器的基本结构1、铁心变压器的主磁路，为了提高导磁性能和减少铁损，用厚为0.35-0.5mm、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。1.2变压器的基本结构1.2.1单相变压器的基本结构2、绕组绕组是变压器的电路部分1.2变压器的基本结构1.2.2三相变压器的基本结构在三相电力变压器中，目前使用最广的是油浸式电力变压器和干式变压器。用厚为0.35-0.5mm、表面涂有绝缘漆的硅钢片叠成。1、铁心图a三相交叠式铁心叠片方式图b斜切冷轧硅钢片的叠装方式1.2.2三相变压器的基本结构

变压器的电路部分，一般用绝缘铜线或铝线绕制而成。

2、绕组1.2.2三相变压器的基本结构将绕组的高、低压引线引到箱外油浸式变压器的器身浸在变压器的油箱中。油既是冷却介质，又是绝缘介质。3、油箱和冷却装置1.2.2三相变压器的基本结构（1）气体继电器（2）防爆管（安全气道）4、保护装置1.2.2三相变压器的基本结构5、铭牌1.2.2三相变压器的基本结构一、型号S9–80/10

高压侧电压（kV）

变压器容量（kV·A）

设计序号

三相变压器

额定值额定容量额定电流额定电压额定频率符号U1N/U2NfN意义变压器在额定工作状态下，输出的视在功率指在额定容量下，允许长期通过的电流。变压器长时间运行所能承受的工作电压。单位KVAAKVHZ单相变压器：三相变压器：U1N指一次侧所加的额定电压U2N指一次侧加额定电压时二次侧的开路电压。50二、额定值1.一台Y，d11连接的三相变压器，额定容量SN＝630kVA，额定电压UN1／UN2＝10／0.4kV，二次侧的额定电流是()。

A.21AB.36.4AC.525AD.909A2.变压器的额定容量是指()。A.一、二次侧容量之和B.二次绕组的额定电压和额定电流的乘积所决定的有功功率C.二次绕组的额定电压和额定电流的乘积所决定的视在功率D.一、二次侧容量之和的平均值

3.变压器的铁心采用硅钢片制成，这是为了________。A．减轻重量B．减少铁损C．减小尺寸D．拆装方便

4.变压器铭牌上标有额定电压U1N、U2N，其中U2N表示_。A．原边接额定电压，副边满载时的副边电压B．原边接额定电压，副边空载时的副边电压C．原边接额定电压，副边轻载时的副边电压D．原边接额定电压，副边过载时的副边电压

单相变压器的运行原理单相变压器的运行特性变压器的空载运行一、原理图及正方向的规定初级接交流电源，次级开路。+–+–+–+–+–

1

i0(i0N1)

1空载时，铁心中主磁通

是由初级绕组磁通势产生的。初级接交流电源次级开路+–+–+–+–+–

1

单相变压器的运行原理二、理想变压器忽略漏磁通的影响忽略损耗e1：主磁通在原绕组内感应电动势的瞬时值e2：主磁通在副绕组内感应电动势的瞬时值主磁通在绕组内产生的感应电动势：主磁通按正弦规律，

m：主磁通的幅值；E1m：原绕组感应电动势的幅值。原边电动势幅值：有效值：相量表示：当主磁通按正弦规律变化时，原绕组中感应电动势也按正弦规律变化，但相位比主磁通落后900。原边电势分析副边绕组链接同一磁链，副边电动势幅值：有效值：相量表示：副边电势分析变压器中，原、副绕组电动势E1和E2之比称为变压器的变比k.对于三相变压器，变比指相电压之比。由于.

三、实际变压器原边漏抗电动势由原边绕组匝链漏磁链得到，相量表示：考虑漏磁通和损耗的影响漏磁通

1通过的磁路是线性的，漏磁链1与产生漏磁链的电流i0呈线性关系，漏电势可表示为：若励磁电流i0按正弦规律变化，（1）用电路的分析方法等效表达了复杂的电磁耦合过程，简化了变压器的分析计算。（2）X1为一次绕组的漏电抗。表征漏磁通的电磁效应。X1与匝数和几何尺寸有关，为常数。（3）漏抗电动势与电流同频率，相位上落后I0900。（4）空载时，漏抗压降小，可以忽略，实际变压器空载时，一次侧的等效电路i0(i0N1)

1rm：励磁电阻，代表铁耗xm：励磁电抗，对应于主磁通的电抗r1:一次绕组的电阻，代表铜耗x1:漏电抗，对应于漏磁通的电抗等值电路综合了空载时变压器内部的物理情况，在等值电路中r1、x1是常量；rm、xm是变量，它们随铁心磁路饱和程度的增加而减少。根据前面所列的方程，作变压器空载时的相量图：（1）以为参考相量（2）与同相，引前，（3）滞后，；（4）（5）变压器的负载运行变压器原边接在电源上，副边接上负载的运行情况，称为负载运行。AXax用图示负载运行时的电磁过程一、磁动势平衡方程31或用电流形式表示,I;,I:L作用它起平衡二次磁动势的另一个是负载分量产生主磁通它用来一个是励磁电流两个分量变压器的一次侧电流包括10负载运行时,忽略空载电流有:表明，一、二次电流比近似与匝数成反比。可见，匝数不同，不仅能改变电压，同时也能改变电流。二、电动势平衡方程原边：副边：根据基尔霍夫电压定律可写出一、二次侧电动势平衡方程三、变压器的折算当k较大时，变压器原、副边电压相差很大，为计算和作图带来不便。变压器原边和副边没有直接电路的联系，只有磁路的联系。副边的负载通过磁势影响原边。因此只要副边的磁势不变,原边的物理量就没有改变。这为折算提供了依据。折算原则：1）保持二次侧磁动势不变；

2）保持二次侧各功率、损耗不变。一、折算方法保持折算前后不变

1.副边电流的折算2.副边电动势和电压的折算折算时，电动势大小与匝数成正比一、折算方法

3、二次阻抗的折算能量是否改变？铜耗：有功输出：无功输出：变压器的阻抗变换功能二、折算后的方程式1.2等值电路T型等值电路负载运行时，Im在I1中所占的比例很小。在工程实际计算中，忽略Im，将激磁回路去掉，得到简单的阻抗串联电路。

其中分别称为短路电阻短路电抗短路阻抗

由简化等效电路可知，短路阻抗起限制短路电流的作用，由于短路阻抗值很小，所以变压器的短路电流值较大，一般可达额定电流的10~20倍。变压器的空载试验和短路试验1目的

通过进行空载试验来计算变比K、空载电流I0、空载损耗功率P0和励磁阻抗Zm。2接线图3要求及分析1）低压侧加电压，高压侧开路；为了减小实验误差，要把电压表接在功率表前面一

空载试验

变压器的空载试验和短路试验4求取参数空载试验时，如果外加可调的电压，可以作出变压器空载特性曲线从空载特性曲线可以看出变压器磁路的饱和程度是否恰当。

空载变压器的特性曲线二

短路试验1.目的：通过进行短路试验来计算变压器的短路电压Uk、铜损耗Pcu和短路阻抗Zk。2.接线图3.要求及分析1）高压侧加电压，低压侧短路；3）同时记录实验室的室温；4）参数计算

变压器的运行特性变压器的运行特性电压变化率定义：是指一次侧加50Hz额定电压、二次空载电压与带负载后在某功率因数下的二次电压之差，与二次额定电压的比值，即

电压变化率是表征变压器运行性能的重要指标之一,它的大小反映了供电电压的稳定性。1.001.0电压调整

为了保证二次端电压在允许范围之内,通常在变压器的高压侧设置抽头,并装设分接开关,调节变压器高压绕组的工作匝数,来调节变压器的二次电压。

分接开关有两种形式：一种只能在断电情况下进行调节，称为无载分接开关-----这种调压方式称为无励磁调压；另一种可以在带负荷的情况下进行调节，称为有载分接开关-----这种调压方式称为有载调压。

中、小型电力变压器一般有三个分接头，记作UN±5%。大型电力变压器采用五个或多个分接头,例UN±2x2.5%或UN±8x1.5%。分接连接2-33-44-55-66-7高压（KV）10.510.25109.759.5损耗、效率及效率特性

铁损耗与外加电压大小有关，而与负载大小基本无关，故也称为不变损耗。一、变压器的损耗

铜损耗分基本铜损耗和附加铜损耗。基本铜损耗是在电流在一、二次绕组直流电阻上的损耗；附加损耗包括因集肤效应引起的损耗以及漏磁场在结构部件中引起的涡流损耗等。变压器的损耗主要是铁损耗和铜损耗两种。

铁损耗包括基本铁损耗和附加铁损耗。基本铁损耗为磁滞损耗和涡流损耗。附加损耗包括由铁心叠片间绝缘损伤引起的局部涡流损耗、主磁通在结构部件中引起的涡流损耗等。

铜损耗大小与负载电流平方成正比，故也称为可变损耗。

效率大小反映变压器运行的经济性能的好坏，是表征变压器运行性能的重要指标之一。二、效率及效率特性效率是指变压器的输出功率与输入功率的比值。其中效率表达式

变压器效率的大小与负载的大小、功率因数及变压器本身参数有关。效率特性：在功率因数一定时，变压器的效率与负载电流之间的关系η=f(β),称为变压器的效率特性。

即当铜损耗等于铁损耗(可变损耗等于不变损耗)时,变压器效率最大：或

为了提高变压器的运行效益，设计时应使变压器的铁损耗小些。令,则

变压器的极性及三相变压器的联结组一

变压器的极性变压器的极性及判定

同名端是指在同一交变磁通的作用下任意时刻两个（或两个以上）绕组中都具有相同电势极性的端点彼此互为同名端。通常用符号”·”或”*”来表示二

变压器极性的判别1.分析法（已知绕组绕向）

如图所示，当电流从两个同极性端流入（或流出）时，铁心中所产生的磁通方向是一致的2.交流测试法（1）电压表法如图测出电压U2和U3

如果U3=U1+U2，则是异名端相连，即1U1和2U1是异名端。如果U3=U1－U2，则是同名端相连，即1U1和2U1是同名端。3.直流测试法当合上开关S，如直流毫安表量程调试，指针反应明显，说明1U1和2U1都处于高电位，则1U1与2U1是同名端三三相变压器的联结组联结组别：反映三相变压器连接方式及一、二次线电动势（或线电压）的相位关系。理论和实践证明，无论采用怎样的连接方式，一、二次侧线电动势（可电压）的相位差总是300的整数倍。因此可以采用时钟表示法——作为时钟的长针，指向12点，作为时钟的短针，短针指向哪个数字，该数字就是变压器的联结组标号。联结组别可以用相量图来判别：1、Y，y连接对应的相电动势同相位，线电动势和也同相位联结组别为Y，y0。2、Y，d连接

对应的相电动势同相位，线电动势和相差3300，连接组别为Y，d11。

变压器的联结组别很多，为了便于制造和方便运行，国家标准规定，Y，yn0、Y，d11、YN，d11、YN，y0和Y，y0连接组为三相双绕组电力变压器的标准联结组别。

Y,yn0变压器用于高压侧为6-10KV，低压侧为380/220V的配电变压器，其低压侧引出中性线，构成三相四线制供电。

近年来，Dyn11接线的配电变压器由于其中性线承受不平衡电流的能力优于Yyn0，在电网中得到了逐步推广和使用。四

三相变压器的并联运行并联运行的优点：

并联运行是指将几台变压器的一、二次绕组分别接在高、低压侧的公共母线上。1、提高供电的可靠性2、提高系统的运行效率3、减少初投资

为了变压器能正常地投入并联运行，变压器需满足以下条件：1、各变压器一、二次侧的额定电压分别相等，即变比相同；2、各变压器的连接组别相同；3、各变压器的短路阻抗（短路电压）相等（1）变比不相等：并联后，在副边绕组中产生的环流为：（2）联接组号不同联接组号不同的变压器，副边电压相量之间的相位至少相差300，环流不存在但短路阻抗不同时，各变压器的负载电流为：（3）短路阻抗相对值不等：各变压器负载电流的分配与各台变压器的短路阻抗成反比。国家标准规定，并联运行的变压器其短路电压比不应超过10%三相异步电机的原理与结构TheFunctionandStructureofThreePhaseAsynchronousMotors三相异步电机的旋转原理NS三相异步电机的旋转原理旋转磁场的产生principle对称三相绕组通入三相交流电产生方法实现方法ABCXYZCBAit分析规定：电流I为正时，从首端流入、末端流出；为负时从首端流出、末端流入1NS1232NS3NS44NS55NS6NS6旋转磁场的分析principleABCXYZCBAit分析规定：电流I为正时，从首端流入、末端流出；为负时从首端流出、末端流入1NS1232NS3NS44NS55NS6NS6旋转磁场的分析principle三相异步电机工作原理电生磁三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转磁场。1磁生电旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。2电磁力转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。3U2U1W2V1W1V2nprinciple三相异步电动机的结构作用：产生旋转磁场主要组成：定子铁心、定子绕组等部分组成。三相异步电动机的定子三相异步电动机的定子绕组三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。每个绕组即为一相，每个绕组在空间相差120°电角度。线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制。U1V1W1U2V2W2（a）星形连接（b）三角形连接定子绕组的联结示意图作用：产生转动力矩主要组成：转子铁心、转子绕组等部分组成。三相异步电动机的转子转子铁芯转子绕组三相异步电动机的转子绕组笼型转子绕线型转子按转子结构分：绕线型异步电动机鼠笼型异步电动机三相异步电动机的分类大小均匀，为机械条件所能允许达到的最小值。一般仅为0.2mm～1.5mm。气隙太大，电动机运行时的功率因数降低；气隙太小，使装配困难，运行不可靠。气隙其它部分端盖、风扇、接线盒等。三相异步电动机的其它组成三相异步电动机的铭牌产品型号接法额定电压额定电流额定功率效率功率因数额定转速频率绝缘等级防护等级额定工作制三相异步电动机的铭牌1.型号

磁极数(极对数p=2)例如：Y132M－4

用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号机座中心高（mm）三相异步电动机产品名称异步电动机绕线型异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机新代号汉字意义老代号Y异异绕异爆异起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO三相异步电动机的铭牌2.接法定子三相绕组的联接方法。通常U2U1W2V1V2W1W2U2V2V1W1U1V1W2U1W1U2V2W1U1V1W2U2V2接电源W1U1V1W2U2V2接电源接线盒星型联接三角型联接3.额定电压例如：380/220V、Y/Δ是指线电压为380V时采用Y联结；线电压为220V时采用Δ联结。注意：电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5%电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。三相异步电动机的额定电压有380V，3000V,及6000V等多种。三相异步电动机的铭牌4.额定电流例如：Y/Δ6.73/11.64A

表示星形联结下电机的线电流为6.73A；三角形联结下线电流为11.64A。两种接法下相电流均为6.73A。电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。三相异步电动机的铭牌

5.额定功率与效率

额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率P2，它不等于从电源吸取的电功率P1。笼型电机

=72~93％效率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率P2与从电源吸取的电功率P1的比率。6.功率因数

功率因数是指电机的有功功率对视在功率的比值。三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为0.7~0.9。空载时功率因数很低，只有0.2~0.3。额定负载时，功率因数最高。

三相异步电动机的铭牌

7.额定转速与额定频率额定转速是指电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。8.绝缘等级

指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级。分为三种基本方式：连续运行（S1）、短时运行（S2）和断续运行（S3）。10.

额定工作制

额定频率是指电机使用的交流电源的频率。表示电动机外壳防护的方式，两位数字分别代表了防止固体及液体异物的等级。9.

防护等级三相异步电机的转速与转向SpeedandDirectionofThree-PhaseAsynchronousMotor旋转磁场的转向与转速principle取决于三相电流的相序。旋转磁场方向：U1V1W1

与三相电流的相序：L1→

L2→

L3一致。U1U2V1V2W2W1L1L2L3U1U2V1V2W1W2i2i1i3i1i2ImOti3旋转磁场的转向与转速principle如何改变旋转磁场的旋转方向？L1L2L3U1U2V1V2W1W2i2i1i3L1L3L2U1U2V1V2W1W2i3i1i2U1V1W1U1V1W1U1V1W1U1V1W1交换任意两根电源线改变电流相序旋转磁场的转向与转速principle▲极对数（p）的概念：以Y型接法为例，当每相绕组只有一个线圈时，按右下图放入定子槽内，合成的旋转磁场只有一对磁极，则极对数为1。即p=1。U1U2V1V2W2W1L1L2L3U1U2V1V2W1W2i2i1i3旋转磁场的转向与转速principle以Y型接法为例，将每相绕组都改用两个线圈串联组成。按下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。即p=2

i3W2V4U1V1W1U2V2W3U3U4V3W4i1i2U1U2U3U4V4V2V3W4W1W2W3L1L2L3V1旋转磁场的转向与转速principleU1U2V1V2W2W1ωt=0ωt=π/2U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1ωt=πωt=3π/2U1U2V1V2W2W1ωt=2πU1U2V1V2W2W1iuivImOωtiw2π0π/2π3π/2P=1旋转磁场的转向与转速principle电流变化一周→旋转磁场转一圈电流每秒钟变化50周→旋转磁场转50圈→旋转磁场转3000圈电流每分钟变化(50×60)周p=1

时：旋转磁场的转向与转速principleiuivImOωtiw2π0π/2π3π/2P=2ωt=

0U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3NNSSωt=π/2U1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3NNSSωt=

3π/2U1U2U3U4W3W2W4W1V4V1V2V3NNSSωt=πU1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3NNSSωt=

2πU1U2U3U4V1V4V2V3W4W1W2W3NNSS旋转磁场的转向与转速principle电流变化一周→旋转磁场转半圈电流每秒钟变化50周→旋转磁场转25圈→旋转磁场转1500圈电流每分钟变化(50×60)周p=2时：旋转磁场的转向与转速principle600pfn=min）r/(

p123456n0/(r/min)300015001000750600500f=50Hz时,不同极对数时的同步转速如下:p为任意值时，三相异步电动机的旋转磁场的转速（同步转速）为：转子的转向与转速principleNS转子旋转方向与旋转磁场旋转方向一致改变旋转磁场方向就能改变电机旋转方向任意调换三相异步电机的两根进线，就能改变电源相序，改变电机的旋转方向旋转磁场的转向与转速principle①转子转速n=磁场转速n0②转子转速n>磁场转速n0②转子转速n<磁场转速n0电机降速电机降速负载适当时，电机匀速运行旋转磁场的转向与转速principle转差率（S）：同步转速与转子转速之差与同步转速的比值。转子未转动时，n=0，s=1；电机理想空载时，n≈n0，s≈0。作为电动机，转速在0~n0范围内变化，转差率在0~1范围内变。三相异步电机的运行状态principle状态发电机电动机电磁制动实现外力使电机快速旋转定子绕组接对称电源外力使电机沿磁场反方向旋转电磁转矩制动驱动制动能量关系机械能转变为电能电能转变为机械能电能和机械能变成内能旋转磁场的旋转方向取决于三相电流的相序，改变电流相序就能改变旋转磁场的旋转方向；旋转磁场的转速也叫同步转速，可用公式表示为：n0=60f/p；电机的旋转就是电机转子的旋转，它的方向与磁场旋转方向一致；电机对的旋转速度与同步转速的差异可以用转差率来表示，转差率等于同步转速与转子转速之差与同步转速的比值。三相异步电动机的运行原理与工作特性Theoperatingprincipleandcharacteristicsofthree-phaseasynchronousmotorsReview三相异步电机的运行原理变压器三相异步电机原理电磁感应原理电磁感应原理能量传递一次绕组二次绕组定子绕组转子绕组磁场脉动磁场旋转磁场输出电功率机械功率静止的异步电机当转子未转动时，电机物理量的分析与变压器分析方法一致。principle定子绕组感应电动势定子绕组内磁通定子绕组感应电动势O

tiO定子绕组系数定子每相绕组匝数principle转子绕组感应电动势nprinciple转子绕组感应电动势转子绕组感应电动势转子绕组系数转子每相绕组匝数principle转子的等效电路E2~X2R2I2转子每相绕组的漏电抗转子每相绕组电阻转子每相绕组电流:转子电路的功率因数为：principle转子的等效电路常数常数启动时：很大很低正常运行时：空载运行时：较高转子回路开路很低

principle三相异步电机的功率和转矩输入电功率P1电磁功率PM输出机械功率P2电源定子气隙转子负载定子铜损定子铁损转子铜损机械损耗功率平衡方程：电动机的效率：电机轻载或空载时：P1有一定数值P2非常小功率因数、效率很低电机选用：电动机额定功率稍大于负载功率principle三相异步电机的工作特性1.转速特性P2/PNnn0≈n1T22.转矩特性3.定子电流特性4.功率因数特性I1ηcosφ15.效率特性I1nT2cosφ1η较硬I0三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B点惯性(T＜0，制动开始)原点O(n=0，T=0)n↓制动时：定子线组的任意两相中通入直流电。负载为位能性恒转矩负载，电机反转，稳定在工作点C。负载为反抗性恒转矩负载,电机静止在原点,制动过程结束。C特点：能耗制动的优点是制动准确、平稳，且能量消耗较小。需附加直流电源装置，设备费用较高，制动力较弱，在低速时制动力矩小。适用场合：要求平稳制动，停车准确。（如铣床、龙门刨床及组合机床的主轴定位等。）二、电气制动——能耗制动二、电气制动——回馈制动原理：回馈制动的工作原理是，当电动机的转速大于同步转速时，转子中感应电势、电流和转矩的方向都发生了变化，电磁转矩方向与转子转向相反，成为制动转矩。此时电动机将机械能转变为电能馈送电网，所以称回馈制动。方法：电动机在外力（如起重机下放重物）作用下，使电动机的转速超过旋转磁场的同步转速。特点：电机转速大于同步转速，转差率小于0二、电气制动——回馈制动(1)调速过程中的回馈制动TnOf1'f1'＞

f1"TLf1"YYYTnOTLABBACC变频调速变极调速OnTTLn0－n0(2)下放重物时的回馈制动GRbT3~M3~TnTLBAC正向电动反接制动Dn回馈制动反向电动二、电气制动——回馈制动二、桥式起重机运行分析空钩下放重物提升重物下放空钩下放工艺过程电机选用绕线式异步电动机负载类型重物类型空钩负载位能性恒转矩负载OnT位能性恒转矩负载+反抗性恒转矩负载OnTOnTAC二、桥式起重机运行分析空钩运行空钩下放空钩上升带重物运行OnT转子绕组串电阻启动A转子绕组串电阻调速重物提升高速下放低速下放谢谢！单相异步电机的工作原理与结构Theworkingprincipleandstructureofsingle-phaseasynchronousmotorsReview三相异步电机工作过程电生磁三相交流电通入三相对称绕组形成旋转磁场1磁生电转子绕组切割旋转磁场产生感应电流2电磁力转子载流绕组在旋转磁场中产生电磁力3U2U1W2V1W1V2nprinciple单相异步电机工作过程U2U1电生磁单相交流电通入三相对称绕组形成方向轴线不变、大小变化的磁场1磁生电变化的磁场在转子绕组中感生出感应电流2电磁力转子载流绕组在旋转磁场中产生电磁力3×××●●●磁场定子绕组通入交流电产生的不是旋转磁场，而是脉振磁场。01电磁力载流的转子绕组在脉振磁场中产生的电磁力大小相等，方向相反，因此不能产生旋转力矩。02单相异步电机运行特点脉振磁场

U2U1220V~脉振磁场的分解脉振可用正、反两个旋转磁场合成等效=

++

-

+

-

+=脉振磁场的分解④④⑥⑥⑧⑧

②②

-

+③③⑦⑦⑨⑨⑤⑤①①

+

-

脉振磁场的转矩T(转矩)n(转速)T1T1=T+n=0T=0脉振磁场总结特点磁场只是脉振而不旋转，电动机不起动。ConceptCharacteristicStartingtorqueExternalforcestart外力启动如果外力使电机转动：n>0，T>0，正转；n<0，T<0，反转可以运行但不能起动。概念磁场大小及方向随电流的变化而变化，但磁场的轴线却固定不变。启动转矩n=0，T＝0，无起动转矩，不采取措施，电机不能自行起动。如何解决脉振磁场导致单相异步电机无法启动的问题不改变磁场在电机启动瞬间人为给电机一个初始速度，使其具有一个启动转矩。1改变磁场改造异步电机，使其在启动瞬间的磁场能够产生启动转矩，即在启动瞬间人为创造一个旋转磁场。2Q&AU2U1principle两相交流电产生的旋转磁场绕组定子绕组的安装角度相差九十度。1交流电两相绕组中流入的交流电流大小相等，相位相差九十度。2磁场相位相差九十度的交流电流入空间位置相差九十度的绕组中，就能产生旋转磁场。3两相旋转磁场过程分析I2I1220V~220V~I1I2①③②④⑤U1U2V1V2磁场逆时针旋转，频率与交流电一致。如果I2滞后I1会出现什么现象？Q&AI2I1①③②④⑤I2’①②③④⑤逆时针旋转顺时针旋转滞后超前单相异步电机工作原理总结转向电机的转向取决于两相电流的相序。思考如何能够从单相电源获得相位差为90度的两相电呢？磁场单相异步电机定子磁场为脉振磁场，不能自行启动，因此，需要在启动时改造成两相异步电机转速单相异步电机转速低于三相异步电机，可以通过调节极对数改变电机转速。概念利用单项交流电源供电，转速随负载变化而稍有变化的一种小容量交流电机。优点结构简单、成本低廉、运行可靠、维修方便、使用单相电；广泛应用于办公场所、家用电器等方面，例如洗衣机、小型机床等。缺点体积较大、运行性能较差、效率低；容量一般较小，千瓦级的较少见。单相异步电机的概念单相异步电机的结构定子转子定子铁心定子绕组机座端盖等转子铁心转子绕组转轴等单相异步电机的结构

齿轮减速机电冰箱电机风扇电机洗衣机电机家用空调电机单相异步电机的结构

单相异步电动机的优缺点优点：结构简单，成本低廉，噪音小。缺点：与同容量三相感应电动机相比较，体积较大，功率因数及过载能力都较低。故单相感应电动机只能作成小容量：微型：几瓦～750瓦；小型：550瓦～3700瓦。

单相异步电机包括定子和转子两大部分。转子结构都是笼型的，定子铁心由硅钢片叠压而成。定子铁心上嵌有定子绕组。单相感应电动机正常工作时，一般只需要单相绕组即可，但单相绕组通以单相交流电时产生的磁场是脉动磁场，单相运行的电动机没有起动转矩。