第五章異步電機

電機學(xué)第五章異步電機2005-51第5章異步電機5.1三相異步電動機的基本類型和基本結(jié)構(gòu)5.2異步電機的基本工作原理5.3異步電機的運行特性5.4

三相異步電機的啟動與調(diào)速5.5

單相異步電機

第五章異步電機三相異步電機主要用作電動機，拖動各種生產(chǎn)機械。結(jié)構(gòu)簡單、制造、使用和維護方便，運行可靠，成本低，效率高，得以廣泛應(yīng)用。但是，功率因數(shù)低、起動和調(diào)速性能差。2005-52第5章異步電機了解異步電機異步電機也稱感應(yīng)電機，主要作電動機用。廣泛應(yīng)用于：工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)：機床、水泵、冶金等等家用電器：洗衣機、風(fēng)扇、冰箱等等異步電機與直流電機的使用優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、制造容易、價格低廉、堅固耐用、效率高不足：不能經(jīng)濟地很好地調(diào)速、必須從電網(wǎng)吸收無功功率2005-53第5章異步電機三相異步電動機的基本工作原理和結(jié)構(gòu)5.1三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)一、定子部分：1、定子鐵心：由導(dǎo)磁性能很好的硅鋼片疊成——導(dǎo)磁部分。2、定子繞組：放在定子鐵心內(nèi)圓槽內(nèi)——導(dǎo)電部分。3、機座：固定定子鐵心及端蓋，具有較強的機械強度和剛度。二、轉(zhuǎn)子部分：1、轉(zhuǎn)子鐵心：由硅鋼片疊成，也是磁路的一部分。2、轉(zhuǎn)子繞組：1）籠型轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵心的每個槽內(nèi)插入一根裸導(dǎo)條，形成一個多相對稱短路繞組。2）繞線轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子繞組為三相對稱繞組，嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)。三、氣隙：異步電動機的氣隙是均勻的。大小為機械條件所能允許達到的最小值。2005-54第5章異步電機2005-55第5章異步電機2005-56第5章異步電機1.定子鐵心：由內(nèi)周有槽的硅鋼片疊成。U1----U2V1----V2W1----W2三相繞組機座：鑄鋼或鑄鐵端蓋：固定、支撐、防護2005-57第5章異步電機1.1定子鐵心作用：電機磁路的一部分和嵌放定子繞組2005-58第5章異步電機1.2定子沖片2005-59第5章異步電機1.3定子的槽散嵌繞組效率和功率因數(shù)較高繞組嵌線工藝復(fù)雜小容量及中型低壓電機可嵌放成型線圈大型低壓電動機絕緣放置可靠、繞組下線方便高壓電動機2005-510第5章異步電機1.4定子繞組

電機的電路，感應(yīng)電動勢、流過電流2005-511第5章異步電機1.5機座2005-512第5章異步電機轉(zhuǎn)子:在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流。2.轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。

(1)

鼠籠式轉(zhuǎn)子

鐵心槽內(nèi)放銅條，端部用短路環(huán)形成一體?；蜩T鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。(2)

繞線式轉(zhuǎn)子

同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。鼠籠式繞線式

另一端分別接滑環(huán)，可外接電阻2005-513第5章異步電機鼠籠轉(zhuǎn)子照片

在轉(zhuǎn)子鐵芯每個槽中放置導(dǎo)體，在鐵芯兩端放置兩個端環(huán)，把所有導(dǎo)體伸出槽外的部分與端環(huán)連接起來2005-514第5章異步電機繞線式繞組

與定子繞組相似的對稱三相繞組，一般接成星型。將三個出線端分別接到轉(zhuǎn)軸上三個滑環(huán)上，再通過電刷引出電流?？梢栽谵D(zhuǎn)子回路接入附加電阻2005-515第5章異步電機鼠籠式電動機與繞線式電動機的的比較：鼠籠式：結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機的機械特性。繞線式：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較貴、維護工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動機的機械特性。2005-516第5章異步電機2.2轉(zhuǎn)子的槽

槽形的選擇主要決定于對運行性能和起動性能的要求。2005-517第5章異步電機2.3軸2005-518第5章異步電機繞線轉(zhuǎn)子的裝配圖2005-519第5章異步電機異步電動機的結(jié)構(gòu)

三相籠式異步電動機的部件圖2005-520第5章異步電機3.氣隙特點——氣隙很小，在中、小型電機中，氣隙一般為0.2-1.5毫米。氣隙大小對電機性能有很大的影響氣隙大：磁阻大，勵磁電流（空載電流）大，功率因數(shù)低；氣隙磁場諧波含量（漏磁引起附加損耗）減少，改善啟動性能。氣隙?。喊醇庸た赡芗皺C械安全所限制。2005-521第5章異步電機三相異步電動機的基本工作原理與結(jié)構(gòu)5.1.2三相異步電動機的基本工作原理一1、基本工作原理1、電生磁：三相對稱繞組通往三相對稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場。2、磁生電：旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感應(yīng)電動勢和電流。3、電磁力：轉(zhuǎn)子載流（有功分量電流）體在磁場作用下受電磁力作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)。U2U1W2V1W1V2n2005-522第5章異步電機三相異步電動機的基本工作原理與結(jié)構(gòu)5.1.2三相異步電動機的基本工作原理二、轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率是異步電機的一個基本物理量,它反映電機的各種運行情況.轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動時，電機理想空載時，作為電動機，轉(zhuǎn)速在范圍內(nèi)變化，轉(zhuǎn)差率在0~1范圍內(nèi)變。負載越大，轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)差率越大；反之，轉(zhuǎn)差率越小。轉(zhuǎn)差率的大小能夠反映電機的轉(zhuǎn)速大小或負載大小。電機的轉(zhuǎn)速為：正常運行時，轉(zhuǎn)差率一般在0.01~0.06之間，即電機轉(zhuǎn)速接近同步速。2005-523第5章異步電機三相異步電動機的基本工作原理與結(jié)構(gòu)5.1.2三相異步電動機的基本工作原理三、異步電機的三種運行狀態(tài)根據(jù)轉(zhuǎn)差率的大小和正負,異步電機有三種運行狀態(tài)機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茈娔芎蜋C械能變成內(nèi)能電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能能量關(guān)系制動制動驅(qū)動電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)速外力使電機快速旋轉(zhuǎn)外力使電機沿磁場反方向旋轉(zhuǎn)定子繞組接對稱電源實現(xiàn)發(fā)電機電磁制動電動機狀態(tài)2005-524第5章異步電機三相異步電動機的基本工作原理與結(jié)構(gòu)5.3型號和額定值一、型號例:2005-525第5章異步電機異步電機的銘牌

2005-526第5章異步電機三相異步電動機的基本工作原理與結(jié)構(gòu)5.1.3型號和額定值額定值關(guān)系有：額定運行狀態(tài)時加在定子繞組上的線電壓.額定條件下轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率。在額定運行狀態(tài)下流入定子繞組的線電流.額定運行時電動機的轉(zhuǎn)速.二、額定值2005-527第5章異步電機5.2三相異步電動機的運行原理5.2.1轉(zhuǎn)子靜止時的異步電機轉(zhuǎn)子靜止時異步電機是利用電磁感應(yīng)原理將能量從定子方傳遞到轉(zhuǎn)子方，定、轉(zhuǎn)子之間無電的聯(lián)系，從工作原理上講，它和變壓器相似。先從轉(zhuǎn)子靜止時的異步電機開始分析，然后研究轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的情況。轉(zhuǎn)子靜止分兩種情況：一轉(zhuǎn)子繞組開路二轉(zhuǎn)子繞組短路2005-528第5章異步電機一轉(zhuǎn)子繞組開路當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組開路—轉(zhuǎn)子繞組電流為0定子電流將在氣隙中建立相應(yīng)的基波磁動勢該磁動勢產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)地基波磁場，主磁通在定子一相繞組中的感應(yīng)電動勢為仿照變壓器空載運行列電壓平衡方程2005-529第5章異步電機二轉(zhuǎn)子繞組短路將異步電動機轉(zhuǎn)軸卡住，轉(zhuǎn)子繞組短路，在定子方施加三相對稱電壓，相當(dāng)于變壓器做短路實驗。5.2.1

轉(zhuǎn)子靜止時的異步電動機2005-530第5章異步電機

定子三相對稱繞組中，流過頻率為f1的三相對稱電流I1，產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)基波磁動勢F1，相對于定子繞組的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速n1，n1＝60f1/p，轉(zhuǎn)向為從超前電流相繞組軸線轉(zhuǎn)向滯后電流相繞組軸線。定子旋轉(zhuǎn)磁場→切割轉(zhuǎn)子繞組，產(chǎn)生頻率為f2（f2＝pn1/60=f1）的三相對稱感應(yīng)電動勢→在閉合的轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生三相對稱電流I2→產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)基波磁動勢F2，相對于轉(zhuǎn)子繞組的轉(zhuǎn)速為n2，n2＝60f2/p＝n1，轉(zhuǎn)向為從超前電流相繞組軸線轉(zhuǎn)向滯后電流相繞組軸線，即與定子旋轉(zhuǎn)磁動勢F1同轉(zhuǎn)向。F2與F1同轉(zhuǎn)速、同轉(zhuǎn)向，故空間保持相對靜止：n2＝n1

1轉(zhuǎn)子繞組短路分析2005-531第5章異步電機實際電機氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場是由F2與F1共同建立的。F2與F1可以空間矢量合成為一等效勵磁的磁動勢Fm。即→Bm

→Фm2轉(zhuǎn)子繞組短路電磁關(guān)系2005-532第5章異步電機三、電壓、磁動勢平衡方程式電壓平衡方程式與電動勢變比2005-533第5章異步電機

R1、R2和X1σ、X2σ分別為定、轉(zhuǎn)子繞組的電阻和漏電抗。

Zm=Rm+jXm為勵磁阻抗，Rm為勵磁電阻，它是一個代表鐵耗的等效電阻；Xm為勵磁電抗，它反映了主磁通在電路中的作用。主磁通在定、轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電動勢定、轉(zhuǎn)子繞組電動勢之比稱為電動勢變比ke三、電壓、磁動勢平衡方程式2005-534第5章異步電機由于定、轉(zhuǎn)子磁動勢F1與F2空間保持相對靜止，故可以合成為一等效的勵磁磁動勢：

四.磁動勢平衡方程式與電流變比2005-535第5章異步電機

I1L稱為定子電流的負載分量。在負載運行時，異步電動機定子電流I1分成I0和I1L兩個分量：I0是勵磁電流用于建立電機鐵心中的主磁通Φm，I1L是負載分量用于建立磁動勢F1L去抵消二次側(cè)磁勢F2。四.磁動勢平衡方程式與電流變比2005-536第5章異步電機小結(jié):基本方程式組定子側(cè)：轉(zhuǎn)子側(cè)：定轉(zhuǎn)子關(guān)聯(lián)方程：定子主電動勢方程：5個方程式，5個未知量：模型完備，可以定解2005-537第5章異步電機五、繞組折算和等效電路與變壓器相似，可以通過繞組折算得到轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時異步電機的等效電路。假設(shè)異步電機轉(zhuǎn)子相數(shù)m2,每相串聯(lián)匝數(shù)N2,基波繞組系數(shù)kN2異步電機定子m1N1kN1為了得到等效電路，先必須將異步電機轉(zhuǎn)子繞組折算成一個相數(shù)為m1,匝數(shù)為N1,繞組系數(shù)為kN1的等效轉(zhuǎn)子繞組來替代原來的轉(zhuǎn)子繞組，保持極對數(shù)不變。折算原則：轉(zhuǎn)子上各種功率不變，包括有功功率和無功功率，主磁通不變，轉(zhuǎn)子磁動勢F2不變2005-538第5章異步電機1.折算到定子方的方程式組為

五、繞組折算和等效電路2005-539第5章異步電機2.等效電路經(jīng)折算后，同變壓器類似，可得異步電動機在轉(zhuǎn)子靜止時的T型等效電路。2005-540第5章異步電機5.2.2

轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電動機一、轉(zhuǎn)子繞組的電動勢和電流轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子繞組中的電動勢、電流的頻率取決于氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n,氣隙中旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對速度n2=n1-n（1）轉(zhuǎn)子系統(tǒng)頻率（2）轉(zhuǎn)子相繞組感應(yīng)電動勢E2對應(yīng)的為轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時時轉(zhuǎn)子相電動勢（3）轉(zhuǎn)子相繞組漏阻抗2005-541第5章異步電機（4）轉(zhuǎn)子相電流二、磁動勢平衡方程n2+n=n1F1+F2=F0F1與F2可空間矢量合成，等效為一等效合成的激磁磁動勢F0可以證明，從定子坐標系看，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢與定子旋轉(zhuǎn)磁動勢頻率相同，轉(zhuǎn)速相同，在氣隙中相對靜止。例題5-1一、轉(zhuǎn)子繞組的電動勢和電流2005-542第5章異步電機三、頻率折算

1、轉(zhuǎn)子系統(tǒng)頻率的折算只要保持F2不變，可以用一個靜止的轉(zhuǎn)子來代替旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子

f2s

＝sf1的量f1的量

(用一個靜止的轉(zhuǎn)子代替）

前提：保證轉(zhuǎn)子磁動勢F2不變等效電阻頻率為f2,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的方程頻率為f1，轉(zhuǎn)子靜止時的方程等效為靜止轉(zhuǎn)子，必須在轉(zhuǎn)子回路串入(1-s)R2/s的電阻，才能使得回路電阻變?yōu)镽2/s，才能保證I2=I2s2005-543第5章異步電機

2、繞組折算目的：為了簡化計算，便于導(dǎo)出一體化的等效電路。方法：用一個相數(shù)為m1、匝數(shù)為N1、繞組系數(shù)為kN1(與定子相同的)的等效轉(zhuǎn)子繞組來替代實際的轉(zhuǎn)子繞組。條件：①折算前后磁動勢F2不變；②折算前后轉(zhuǎn)子的各種功率不變。根據(jù)轉(zhuǎn)子靜止時分析有：

2005-544第5章異步電機四、基本方程及等效電路2005-545第5章異步電機五、向量圖2005-546第5章異步電機5.6異步電機等效電路的簡化和變壓器一樣，將T型等效電路中間的勵磁支路移至電源端，使之成為簡化電路。但是在變壓器勵磁阻抗較大，I0較小，誤差不大。在異步電機中，Zm較小，I0較大，為了使其等效，必須引入校正系數(shù)2005-547第5章異步電機5.2.4異步電機的參數(shù)測定如變壓器一樣，對于已制成的異步電機可以通過空載試驗和短路試驗來測定其參數(shù)。試驗?zāi)康模簻y定勵磁電阻Rm、勵磁電抗Xm、鐵耗pFe、機械損耗pmec。試驗方法：試驗時電機軸上不帶負載，用三相調(diào)壓器對電機供電，使定子端電壓從(1.1～1.3)UN開始，逐漸降低電壓，空載電流逐漸減少，直到電動機轉(zhuǎn)速發(fā)生明顯下降，空載電流明顯回升為止。在這個過程中，記錄電動機的端電壓U1、空載電流I0、空載損耗p0、轉(zhuǎn)速n。繪制空載特性曲線如圖所示。一、空載試驗

2005-548第5章異步電機

由于異步電動機空載運行時轉(zhuǎn)子電流小，轉(zhuǎn)子銅耗可以忽略不計。在這種情況下，定子輸入功率消耗在定子銅耗m1I02R1、鐵耗pFe、機械損耗pmec，空載附加損耗pad0上p0=m1I02R1+pFe+pmec+pad0

從輸入功率p0中扣除定子銅耗，得p'0=p0-m1I02R=pFe+pmec+pad02005-549第5章異步電機1、機械損耗的求法

損耗分離：在p'0的三項損耗中，機械損耗pmec與電壓U1無關(guān)，在電動機轉(zhuǎn)速變化不大時，可以認為是常數(shù)。pFe+pad0可以近似認為與磁密的平方成正比，因而可近似認為與電壓的平方成正比。故p'0與U12的關(guān)系曲線近似為一直線。其延長線與縱軸交點即為機械損耗pmec。空載附加損耗相對較小，可以用其它試驗將之與鐵耗分離，也可根據(jù)統(tǒng)計值估計pad0，從而得到鐵耗pFe。2005-550第5章異步電機2、空載等效阻抗計算

Z0=U1／I0R0=p0／3I02X0=(Z02-R02)1/2由于電動機空載s≈0，轉(zhuǎn)子支路近似開路，則X0=Xm＋X1σ即Xm=X0－X1σ

式中，定子漏電抗X1σ將由短路試驗測出。在已知額定電壓下鐵耗pFe的情況下，勵磁電阻Rm=pFe／3I02

2005-551第5章異步電機二、短路試驗

試驗?zāi)康模簻y定短路阻抗、轉(zhuǎn)子電阻、定、轉(zhuǎn)子漏抗。試驗方法：將轉(zhuǎn)子堵住，在定子端施加電壓，從0.4UN開始逐漸降低，記錄定子繞組端電壓Uk、定子電流Ik、定子端輸入功率Pk，作出異步電機的短路特性Ik=f(Uk)，Pk=f(Uk)，如圖所示。根據(jù)短路特性曲線，取額定電流點的Uk(相電壓)、Ik(相電流)、Pk(三相短路損耗)。2005-552第5章異步電機短路等效阻抗計算

Zk=Uk／Ik

Rk=Pk／3Ik2

Xk=(Zk2-Rk2)1/2

根據(jù)短路時的等效電路，由于Xm>>Rm，忽略Rm，并近似認為X1σ=X'

2σ?？紤]到X0=Xm+X1σ(空載試驗)，可推導(dǎo)出對于大中型異步電機，由于Xm很大，勵磁支路可以近似認為開路，這時

Rk=R1+R'2X'1σ=X2σ=Xk／22005-553第5章異步電機5.2.5籠型轉(zhuǎn)子的參數(shù)計算設(shè)轉(zhuǎn)子總導(dǎo)條數(shù)為Z2(即轉(zhuǎn)子槽數(shù))，它在轉(zhuǎn)子圓周上均勻分布，導(dǎo)條兩端被端環(huán)短路，整個結(jié)構(gòu)是對稱的。當(dāng)一極對數(shù)為p的旋轉(zhuǎn)磁場Bm在氣隙中旋轉(zhuǎn)時，它依次切割轉(zhuǎn)子各導(dǎo)條，于是構(gòu)成了一個對稱的Z2相電動勢系統(tǒng)，該電動勢作用在結(jié)構(gòu)對稱的籠型繞組上，產(chǎn)生對稱的Z2相電流?；\型轉(zhuǎn)子相數(shù)等于轉(zhuǎn)子導(dǎo)條數(shù)，即m2=Z2。每相只有一根導(dǎo)條，故匝數(shù)等于1/2匝，繞組系數(shù)為1，即N2=1/2，kN2=1

。一籠型轉(zhuǎn)子的相數(shù)2005-554第5章異步電機Bm相對于定子轉(zhuǎn)速為n1，以n2=(n1-n)轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條。e2s與Bm成正比，故e2s與Bm波過零點相同，幅值相差固定倍數(shù)。每根導(dǎo)條功率因數(shù)角為φ2，導(dǎo)條中電流i2s波滯后于e2s波φ2相位差。二籠型轉(zhuǎn)子的極對數(shù)2005-555第5章異步電機轉(zhuǎn)子磁動勢F2亦為正弦波，以轉(zhuǎn)速n1相對于定子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子電流極對數(shù)等于定子繞組的極對數(shù)。若氣隙磁場極對數(shù)為p,導(dǎo)條中感應(yīng)電流的極對數(shù)也是p對數(shù)，轉(zhuǎn)子磁動勢F2也是p對數(shù)二籠型轉(zhuǎn)子的極對數(shù)籠型轉(zhuǎn)子的極對數(shù)始終等于定子的極對數(shù)p。2005-556第5章異步電機三籠型轉(zhuǎn)子參數(shù)計算參見圖P2365.23將端環(huán)的正多邊形阻抗變換成正三角形?？梢杂嬎愠鯮R’,X’R根據(jù)b圖：R2=RB+2RR’X2=XB+2X’RR2’=kekiR2X’2=kekiX22005-557第5章異步電機5.3

三相異步電動機的運行特性

一、功率與損耗

5.3.1異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩平衡方程式P1=Pem+pcu1

+

pFe

Pem=pcu2+Pmec

Pmec=P2+pmec+pad

2005-558第5章異步電機二、功率平衡方程P1=Pem+pcu1

+

pFe

Pem=pcu2+Pmec

Pmec=P2+pmec+pad

在正常運行時異步電動機的轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子電流頻率很低，f2=0.5-2Hz,轉(zhuǎn)子鐵損可以忽略。電磁功率、轉(zhuǎn)子繞組回路銅耗、總機械功率三者之間的關(guān)系為

Pem：pcu2：Pmec=1：s：(1-s)2005-559第5章異步電機三、轉(zhuǎn)矩平衡方程異步電機轉(zhuǎn)軸上各種功率除以轉(zhuǎn)子機械角速度就可以對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩

Pmec=P2+pmec+pad例題5.5Pmec是借助于旋轉(zhuǎn)磁場傳遞到轉(zhuǎn)子上的總機械功率，與之對應(yīng)的總機械轉(zhuǎn)矩稱為電磁轉(zhuǎn)矩Tem,T2為輸出轉(zhuǎn)矩，T0為空載轉(zhuǎn)矩

2005-560第5章異步電機5.3.2異步電機的電磁轉(zhuǎn)矩

一、物理表達式2005-561第5章異步電機二參數(shù)表達式2005-562第5章異步電機異步電機電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達式描述了電磁轉(zhuǎn)矩與參數(shù)的關(guān)系

Tem與U12成正比。f1↑→Tem↓。漏電抗Xk↑→Tem↓。當(dāng)電壓和頻率為常數(shù)時，電機的參數(shù)可以認為是常數(shù)，電磁轉(zhuǎn)矩僅與s有關(guān)二參數(shù)表達式2005-563第5章異步電機(1)S=0,n=n1,旋轉(zhuǎn)磁場相對于轉(zhuǎn)子靜止，Tem=0(2)當(dāng)s從0增大時，在開始部分R2’/s遠大于其余各項值，隨著s的增大，電磁轉(zhuǎn)矩增大。當(dāng)s較大時，R2’/s相對較小，s繼續(xù)增大而Tem增大變慢，達到最大值之后隨著s的增大，Tem反而減小二參數(shù)表達式2005-564第5章異步電機1、最大轉(zhuǎn)矩點特點（1）在給定頻率下，與電壓的平方成正比（2）最大電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)，但Sm與其有關(guān)，故當(dāng)轉(zhuǎn)子回路串電阻時，Tmax不變，但是Sm增大，曲線左移（3）頻率一定時，漏感之和越大，Tmax越小過載能力：2005-565第5章異步電機2.啟動轉(zhuǎn)矩若要使啟動轉(zhuǎn)矩達到最大轉(zhuǎn)矩啟動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)2005-566第5章異步電機三、實用表達式：在設(shè)計電力拖動系統(tǒng)，設(shè)計者希望不用電機參數(shù)而只用產(chǎn)品銘牌中提供的數(shù)據(jù)來獲得Tem與s的關(guān)系2005-567第5章異步電機5.3.3異步電動機的工作特性異步電動機的工作特性是指在額定電壓及額定頻率下，電動機的主要物理量（轉(zhuǎn)速n、定子電流I1、輸出轉(zhuǎn)矩T2、功率因數(shù)及效率等）隨輸出功率P2變化的關(guān)系曲線。

對于已制成的異步電動機，其工作特性可以通過試驗獲得。

一、轉(zhuǎn)差率特性s=f(P2)

空載時，P2＝0，轉(zhuǎn)差率sP22005-568第5章異步電機二效率特性

空載時，P2＝0，=0。從空載到額定負載運行，由于主磁通變化很小，故鐵耗pFe認為不變；在此區(qū)間，異步電機的轉(zhuǎn)速基本不變，機械損耗pmec認為不變。如電源電壓和頻率保持不變，則機械損耗與鐵耗基本保持不變——合稱為不變損耗。銅耗正比于負載電流的平方，附加損耗也隨著負載的增大而增大，這三項合稱為可變損耗。當(dāng)P2從0開始增加，效率上升很快，當(dāng)可變損耗等于不變損耗時，電機達到最大效率。負載再增加，銅耗急劇增大，效率反而降低。對于普通中小型異步電動機，效率約在（0.25-0.75）PN時達到最大2005-569第5章異步電機

三、功率因數(shù)特性

空載時，定子電流基本上用來產(chǎn)生主磁通，有功功率很小，功率因數(shù)也很低；隨著負載電流增大，輸入電流中的有功分量也增大，功率因數(shù)逐漸升高；在額定功率附近，功率因數(shù)達到最大值。如果負載繼續(xù)增大，轉(zhuǎn)差變大，則導(dǎo)致轉(zhuǎn)子漏電抗增大（漏電抗與頻率正比），使得轉(zhuǎn)子回路阻抗角變大，從而引起功率因數(shù)下降。P2功率因數(shù)cos12005-570第5章異步電機四轉(zhuǎn)矩特性T2=f(P2)轉(zhuǎn)速的變換范圍很小，從空載到滿載，轉(zhuǎn)速略有下降，近似為一條過零點的斜線五定子電流特性

隨著負載增加，I2’相應(yīng)增大，定子電流I1也相應(yīng)增大2005-571第5章異步電機5.3.3異步電動機的工作特性

四、轉(zhuǎn)矩特性

五、定子電流特性

二、效率特性

三、功率因數(shù)特性

一、轉(zhuǎn)差率特性

2005-572第5章異步電機5.4

三相異步電動機的啟動與調(diào)速

一、起動特性

起動電流大，而起動轉(zhuǎn)矩并不大

2005-573第5章異步電機起動電流大：一使電源電壓在電動機啟動時下降，容量較小時電壓下降更大，二大的啟動電流會在線路和電機內(nèi)部產(chǎn)生損耗而引起發(fā)熱。啟動轉(zhuǎn)矩越大，加速越快，啟動越快異步電動機的起動，存在兩種矛盾：電動機起動電流大，供電網(wǎng)絡(luò)承受沖擊電流能量有效電動機起動轉(zhuǎn)矩小，負載要求有足夠的轉(zhuǎn)矩才起動5.4

三相異步電動機的啟動與調(diào)速2005-574第5章異步電機

二、起動方法

1、小容量電動機輕載起動－直接起動適用于小容量電動機帶輕載的情況，能否直接起動的判定依據(jù)為：對于經(jīng)常起動的電動機，起動時引起的母線電壓降不大于10%，對于偶爾起動的電動機，此壓降不大于15%。2、降壓起動適用于容量大于或等于20KW并帶輕載當(dāng)電源容量不能承受直接起動的電流時，就需采用降壓起動來減小起動電流，但相應(yīng)地起動轉(zhuǎn)矩也將減小。電動機的啟動電流與端電壓成正比，而啟動轉(zhuǎn)矩與端電壓的平方成正比，啟動轉(zhuǎn)矩比啟動電流降得更快。降壓之后在啟動電流滿足要求下還要校驗啟動轉(zhuǎn)矩是否滿足要求常用方法：定子串電抗或電阻降壓啟動，星-三角起動器起動，用自耦變壓器啟動一般7.5KW以下電機允許直接起動。2005-575第5章異步電機

定子串電抗器起動在定子繞組中串聯(lián)電抗或電阻都能降低起動電流，但串電阻起動能耗較大，只用于小容量電機中。一般都采用定子串電抗降壓起動。

在采用電抗降壓起動時，若電機端電壓降為電網(wǎng)電壓的1/a，則起動電流降為直接起動的1/a，起動轉(zhuǎn)矩降為直接起動的1/a2，比起動電流降得更厲害。因此在選擇a值使起動電流滿足要求時，還必須校核起動轉(zhuǎn)矩是否滿足要求。2005-576第5章異步電機

星-三角起動器起動只有正常運行時定子繞組三角形接法，且三相繞組首尾六個端子全部引出來的電動機才能采用Y-△起動器起動。采用Y-△起動器起動時，起動電流降為直接起動的1/3，起動轉(zhuǎn)矩亦降為直接起動時的1/3。2005-577第5章異步電機采用Y-三角形啟動器啟動，啟動電流降為直接啟動的1、/3,啟動轉(zhuǎn)矩亦降為直接啟動的1/3。

啟動器價格便宜，操作簡單，小型異步電動機常采用這種啟動方法。

星-三角起動器起動2005-578第5章異步電機

自耦變壓器起動

若a為自耦變壓器的變比采用自耦變壓器起動時，電動機的起動轉(zhuǎn)矩、起動電流為全壓直接起動的1/a2。2005-579第5章異步電機

自耦變壓器起動

2005-580第5章異步電機三、采用高啟動轉(zhuǎn)矩異步電動機小容量電動機重載起動主要矛盾是起動轉(zhuǎn)矩不足。解決的方法：容量大一號的電動機； 高起動轉(zhuǎn)矩的電動機采用深槽籠型或雙籠異步電動機啟動時由于集膚效應(yīng)轉(zhuǎn)子電阻自動增大，啟動轉(zhuǎn)矩增大，在正常運行時減少到正常值2005-581第5章異步電機采用深籠或雙籠異步電動機

越接近槽口的導(dǎo)體所交鏈的漏磁通越少，即漏抗小，電流大；接近槽底底單元，漏抗大，使導(dǎo)體電流密度分布不均，產(chǎn)生把電流向槽口排擠的“趨膚效應(yīng)”；電機轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)子電流頻率越高，趨表效應(yīng)越突出由于集膚效應(yīng)，流過電流的導(dǎo)體高度和有效截面減少，導(dǎo)體的導(dǎo)電高度縮小，轉(zhuǎn)子電阻增加；2005-582第5章異步電機深槽式：高度是寬度的10～12倍，堵轉(zhuǎn)時，電阻達額定運行的3倍，隨著轉(zhuǎn)速升高，頻率降低，集膚效應(yīng)基本消失，電流分布趨向均勻，轉(zhuǎn)子電阻自動減小。電流主要流過上籠。上籠電阻大，能產(chǎn)生較大的啟動轉(zhuǎn)矩2.雙籠型電機兩套繞組，材料不同，截面也不同上籠：起動籠，截面小，材料選用電阻系數(shù)大；下籠：工作籠，截面大，電阻系數(shù)小啟動時，頻率大，漏抗比電阻大得多，電流的分配主要取決于漏抗。根據(jù)集膚效應(yīng)采用深籠或雙籠異步電動機2005-583第5章異步電機正常運行時，頻率低，轉(zhuǎn)子漏抗小于電阻，電流分布取決于電阻。下籠電阻小，電流主要從下籠流過，產(chǎn)生正常運行時的電磁轉(zhuǎn)矩，稱下籠為工作籠。采用深籠或雙籠異步電動機2005-584第5章異步電機繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻起動對于大中型電動機帶重載起動的工況，可采用繞線式異步電動機。電動機容量較大時，起動電流對電網(wǎng)的沖擊較大；又因帶重載，負載要求電機提供較大的起動轉(zhuǎn)矩，繞線型異步電動機就顯示出明顯的優(yōu)勢。只要轉(zhuǎn)子回路串的電阻合適，就既可減少起動電流又可增加起動轉(zhuǎn)矩。因而電機容量大、重載這兩個要求可同時滿足。繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻起動的原理可通過Tem-s曲線說明。2005-585第5章異步電機最大轉(zhuǎn)矩點繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻起動2005-586第5章異步電機多級啟動時機械特性2005-587第5章異步電機5.4

.3異步電動機的調(diào)速

異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、運行可靠、維護方便等優(yōu)點，但在調(diào)速性能上尚比不上直流電動機。但人們已研制出各種各樣的異步電動機的調(diào)速方式，并廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。根據(jù)異步電動機的轉(zhuǎn)速公式

n=(1-s)n1=(1-s)60f1／p

異步電動機的調(diào)速方式有三種：(1)變極調(diào)速。(2)變頻調(diào)速。(3)改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速。

2005-588第5章異步電機一、變極調(diào)速

對于異步電動機定子而言，為了得到兩種不同極對數(shù)的磁動勢，可以采用兩套繞組或一套繞組來實現(xiàn)。為了提高材料利用率，一般采用一套繞組的單繞組變極，即通過改變一套繞組的聯(lián)接方式而得到不同極對數(shù)的磁動勢，以實現(xiàn)變極調(diào)速。至于轉(zhuǎn)子，一般采用籠型繞組，它的極對數(shù)能自動與定子磁場極對數(shù)相一致。變極調(diào)速方法簡單、運行可靠、機械特性較硬，但只能實現(xiàn)有極調(diào)速。單繞組三速電機繞組接法已相當(dāng)復(fù)雜，故變極調(diào)速不宜超過三種速度。2005-589第5章異步電機2005-590第5章異步電機二、變頻調(diào)速

異步電動機的轉(zhuǎn)速n=(1-s)(60f1/p)，當(dāng)轉(zhuǎn)差率變化不大時，n近似正比于頻率f1，可見改變電源頻率就能改變異步電動機的轉(zhuǎn)速。在變頻調(diào)速時，希望主磁通Φm保持不變。若主磁通大于正常運行時的主磁通，則磁路過飽和而使勵磁電流增大，功率因數(shù)降低；若主磁通小于正常運行時的主磁通，則電機轉(zhuǎn)矩下降。在忽略定子漏阻抗的情況下，有U1≈E1=4.44f1N1kN1Φm

為了使變頻時Φm維持不變，則U1／f1應(yīng)為定值。

2005-591第5章異步電機2005-592第5章異步電機1.

恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速

當(dāng)電機變頻前后額定電磁轉(zhuǎn)矩相等，即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，有：電壓隨頻率成正比變化（U1／f1應(yīng)為定值），則主磁通Φm不變，電機飽和程度不變，電機過載能力也不變。電機在恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速前后性能都能保持不變。2005-593第5章異步電機2.

恒功率調(diào)速

在電機帶有恒功率負載時，在變頻前后，它的電磁功率相等。若要維持主磁通不變，即令電壓隨頻率作正比變化，則電機過載能力隨頻率成正比變化2005-594第5章異步電機

(2)若保持過載能力不變，則主磁通要發(fā)生變化。

變頻調(diào)速的優(yōu)點是調(diào)速范圍大，平滑性好，變頻時電壓按不同規(guī)律變化可實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速或恒功率調(diào)速，以適應(yīng)不同負載的要求。這是異步電機最有前途的一種調(diào)速方式，其缺點是目前控制裝置價格仍比較貴。2.

恒功率調(diào)速

2005-595第5章異步電機三、轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速

繞線式轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速屬于改變轉(zhuǎn)差率s的調(diào)速方式。2005-596第5章異步電機三、轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速

恒轉(zhuǎn)矩負載時，R2／s保持不變，調(diào)速前后，定子各物理量保持不變，轉(zhuǎn)子電流不變，電磁功率不變，最大電磁轉(zhuǎn)矩不變，轉(zhuǎn)子回路銅耗增加，輸出功率下降，效率下降。2005-597第5章異步電機四、改變定子端電壓調(diào)速

屬于改變轉(zhuǎn)差調(diào)速。當(dāng)改變定子電壓，由于n1不變，電磁轉(zhuǎn)矩Tem與電壓的平方成正比，最大Tmax

與電壓的平方成正比,臨界轉(zhuǎn)差率sm不變，機械特性如圖。對于普通籠型電機帶恒轉(zhuǎn)矩負載，工作點如ABC三點變化小風(fēng)機型負載，調(diào)速范圍大2005-598第5章異步電機5.4.2異步電動機的制動電動機運行于正向電動狀態(tài)(即第Ⅰ象限)時，其電磁轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)速n均為正方向，并對外輸出機械功率。若電磁轉(zhuǎn)矩Tem、轉(zhuǎn)速n中有一項與正向電動狀態(tài)方向相反，即Tem與n方向相反，電動機就工作在電磁制動狀態(tài)。在此狀態(tài)下，電動機轉(zhuǎn)軸從外部吸收機械功率而轉(zhuǎn)換成電功率。

2005-599第5章異步電機一、反接制動

1.

轉(zhuǎn)速反向的反接制動(正接反轉(zhuǎn))

定子電源正向連接，其定子磁動勢旋轉(zhuǎn)方向為n1正向旋轉(zhuǎn)，但由于轉(zhuǎn)子回路串有較大的電阻，在轉(zhuǎn)軸上帶有較大的位能性負載(下放重物)，電機起動時電磁轉(zhuǎn)矩Tem與負載轉(zhuǎn)矩TZ方向相反，在TZ作用下，電動機反向旋轉(zhuǎn)。

2005-5100第5章異