《電機應用與檢修》課件-第5章 三相異步電機的電力拖動

電機應用與檢修歡迎大家進入第5章三相異步電動機的電力拖動的學習第5章三相異步電動機的電力拖動5.2三相異步電動機的起動5.3三相異步電動機的制動5.4三相異步電動機的調速5.1三相異步電動機的機械特性5.1三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的機械特性是指電動機的轉速與電磁轉矩之間的關系，由于電機的轉速與轉差率之間存在一定的關系，所以異步電動機的機械特性通常用表示。三相異步電動機的電磁轉矩有三種表達式：物理表達式參數表達式實用表達式5.1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式5.1三相異步電動機的機械特性5.1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式1.電磁轉矩的物理表達式電磁轉矩：同步角速度：電磁功率：轉子繞組感應電勢：轉子中的感應電流I2與旋轉磁場的主磁通Φ1相互作用，因而產生了電磁力，所有導條上的電磁力的作用方向是一致的，因而對轉子形成了電磁轉矩。5.1三相異步電動機的機械特性5.1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式1.電磁轉矩的物理表達式則異步電動機電磁轉矩：即：轉矩常數：上式揭示了電磁轉矩是由轉子電流和主磁通相互作用而產生的這一物理本質，物理意義非常明確，所以稱為電磁轉矩的物理表達式。它表明異步電動機的電磁轉矩與主磁通成正比，與轉子電流的有功分量成正比。它常用來定性分析三相異步電動機的運行問題。5.1三相異步電動機的機械特性5.1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式2.電磁轉矩的參數表達式電磁轉矩的物理表達式雖然反映了異步電動機電磁轉矩產生的物理本質，但不能直接反映電磁轉矩與電動機轉速之間的關系，而在電力拖動系統(tǒng)中則常常需要用轉速或轉差率與電磁轉矩的關系式來分析問題。那么，電磁轉矩與電動機的轉速或轉差率有什么關系呢？現(xiàn)分析如下：

由于轉子電流的大小與電動機運行情況（以s來表示）直接相關，所以，電磁轉矩與轉差率之間就有其確定的關系。三相異步電動機電磁功率：5.1三相異步電動機的機械特性5.1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式2.電磁轉矩的參數表達式根據三相異步電動機的簡化等效電路，得轉子電流為：將以上兩式代入電磁轉矩的基本公式，求得電磁轉矩Tem為：上式反映了三相異步電動機的電磁轉矩T與電源相電壓U1、電源頻率f1、電動機的參數（、、、、、m1）和轉差率s之間的關系，所以稱為電磁轉矩的參數表達式。5.1三相異步電動機的機械特性5.1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式2.電磁轉矩的參數表達式可知：當電源相電壓U1、電源頻率f1、電動機的參數不變時，電磁轉矩Tem僅是轉差率s的單值函數。對應于不同的s，則有不同的Tem，將這些數據繪成曲線，就是Tem=f（s）曲線，也稱Tem—s曲線。5.1三相異步電動機的機械特性5.1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式2.電磁轉矩的參數表達式(1)電動狀態(tài)（0＜s＜1)s=0：,

，

從物理概念來看，轉子以同步轉速旋轉，定、轉子間的電磁感應消失，轉子電勢及電流等于零，因而電磁轉矩也等于零。當s從零增大：

最初階段s仍接近于零，因此比及大得多，所以在電磁轉矩參數表達式中r1及可忽略不計，因此可得到電磁轉矩正比于轉差率，即，隨s增大，Tem成正比增加。5.1三相異步電動機的機械特性5.1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式2.電磁轉矩的參數表達式當s增大到1時，Tem減小到Tst，Tst被稱為起動轉矩。當s繼續(xù)增大至s較大時：

此時定、轉子漏抗比定、轉子電阻大得多，

成為阻抗中的主要部分，忽略參數表達式分母中的項，可得到電磁轉矩反比于轉差率，即，隨s增大，Tem成反比減小。由以上分析可得，異步電機在電動運行狀態(tài)的Tem—s曲線如圖所示的s在0—1之間的那一段。5.1三相異步電動機的機械特性5.1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式2.電磁轉矩的參數表達式三相異步電動機的Tem—s曲線的三個特殊點：

①同步運行點

在坐標原點，即s=0，Tem=0這一點。此時電動機不進行機電能量轉換。②最大轉矩點根據數學知識，在電動運行狀態(tài)的Tem—s曲線上，隨著s的增大，電磁轉矩Tem從正比于s到反比于s，中間必有一分界點，此點的電磁轉矩最大為Tmax，是最大轉矩點，其對應的轉差率為臨界轉差率sm。5.1三相異步電動機的機械特性5.1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式2.電磁轉矩的參數表達式可令求得:3）和都近似與定、轉子漏抗成反比。1)與成正比；與無關。4）當U1不變時，最大轉矩Tmax與f12成反比。2)越大，越大；與無關。5.1三相異步電動機的機械特性5.1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式2.電磁轉矩的參數表達式最大電磁轉矩對電動機來說具有重要意義。當電動機短時超負荷運行時，只要軸上總的阻力矩T2+T0不大于電動機的Tmax，則電動機總是可以穩(wěn)定運行下去的。如果T2+T0＞Tmax，則電動機就要停轉，可見Tmax的大小標志著電動機過載能力的大小。我們稱最大轉矩Tmax與額定轉矩TN之比為最大轉矩倍數（或過載能力），用λm表示，即λm表明了電動機短時過載的極限。

一般電機：λm=1.8—2.5；供起重和冶金機械用的異步電動機：λm=2.7—3.7。5.1三相異步電動機的機械特性5.1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式③起動點

當s=1時，電磁轉矩為起動轉矩Tst，此點為起動點。起動轉矩Tst有如下特點：1）當電源頻率f1及電動機參數不變的情況下，起動轉矩Tst與U12成正比。2）當U1、f1及其他參數不變，在一定范圍內，增大轉子回路電阻，Tst增大。利用此特點，可在繞線型異步電動機的轉子回路中外串電阻來增加起動轉矩Tst。如果我們想在起動時得到最大轉矩，則應使sm=1，即必須在轉子回路中串入起動電阻rst，并使其滿足關系：5.1三相異步電動機的機械特性5.1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式3）當U1、f1及其他參數不變，則定、轉子總漏抗（

）增加時，Tst減少。Tst也是異步電動機重要的運行性能指標：起動轉矩越大，電機起動越容易，起動過程越短，意味著有好的起動性。通常以起動轉矩倍數KM來表示這一特性。所謂起動轉矩倍數KM是指在額定電壓、額定頻率及電機固有參數的條件下的起動轉矩Tst與額定轉矩TN的比值，即一般的籠型異步電動機：KM=1.0—2.0，起重和冶金機械用的異步電動機：KM=2.8—4.0。5.1三相異步電動機的機械特性5.1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式(2)發(fā)電狀態(tài)（s＜0）如果電機的轉子受外力拖動，使轉子加速到n＞n1，這時轉差率變?yōu)樨撝?，旋轉磁場切割轉子導體的方向與電動狀態(tài)時相反，轉子導體感應的電勢和電流方向均改變，它受到的電磁力和電磁轉矩方向也改變，即Tem＜0，是制動性質的；又因為電磁功率

也變?yōu)樨撝?，說明電機向電網輸入電功率，故電機處于發(fā)電狀態(tài)。忽略r1，s＜0時的Tem—s曲線與電動狀態(tài)時的曲線是關于原點對稱的，如圖所示。5.1三相異步電動機的機械特性5.1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式(3)制動狀態(tài)（s＞1）當旋轉磁場轉向與電機轉向相反時，轉差率s＞1，有兩種情況：①磁場反向（n1＜0，n＞0），，旋轉磁場切割轉子導體的方向與電動狀態(tài)時相反，即Tem＜0，是制動性質的。②轉子反向（n1＞0，n＜0），，旋轉磁場切割轉子導體的方向與電動狀態(tài)時相同，即Tem＞0，由于n＜0，Tem仍是制動性質。可見，當轉差率s＞1，電磁轉矩與電機轉向相反，起制動作用，此時電動機處于制動狀態(tài)。在s＞1時，轉子電流頻率較大，漏抗較大，電磁轉矩T隨轉差率s的增大而減小，所以制動狀態(tài)的Tem—s曲線是電動狀態(tài)Tem—s曲線的延伸。5.1三相異步電動機的機械特性5.1.1電力拖動系統(tǒng)的運動方程式利用電磁轉矩除以最大電磁轉矩可得電磁轉矩的實用表達式：工程上常根據電機的額定功率、額定轉速、過載能力來求出實用表達式。方法是：3.電磁轉矩的實用表達式將Tmax和sm代入即可得到機械特性方程式。5.1三相異步電動機的機械特性5.1.2電力拖動系統(tǒng)的運動方程式三相異步電動機的機械特性也是指其轉速與電磁轉矩之間的關系即n=f（Tem）。拖動系統(tǒng)中常用機械特性n—Tem，即n=f（Tem）來分析電動機的電力拖動問題，機械特性曲線可由Tem—s曲線變換得到。TemTem5.1三相異步電動機的機械特性5.1.2電力拖動系統(tǒng)的運動方程式固有機械特性是指電動機在額定電壓和額定頻率下，按規(guī)定的接線，定、轉子電路不外接阻抗時的機械特性。1.固有機械特性sn0nNsNnmsm10TNTstTmaxTem幾個特殊點：ABCD（2）最大轉矩點B：（1）起動點A：（3）額定運行點C：（4）同步運行點D：5.1三相異步電動機的機械特性5.1.2電力拖動系統(tǒng)的運動方程式人為機械特性是指人為改變電源參數或電動機參數而得到的機械特性。2.人為機械特性(1)降低定子端電壓的人為機械特性snsm10TLUN0TstTmaxTemn10.8UN0.64Tst0.64Tmax

下降后,和均下降,但不變,和減少。

如果電機在定額負載下運行,

下降后,下降,增大,轉子電流因增大而增大,導致電機過載。長期欠壓過載運行將使電機過熱，減少使用壽命。5.1三相異步電動機的機械特性5.1.2電力拖動系統(tǒng)的運動方程式2.人為機械特性(2)轉子回路串對稱三相電阻的人為機械特性10TstTmaxTems

n0n1smr2Tstsmr2+rs串電阻后,、不變，增大。

串電阻后，機械特性線性段斜率變大，特性變軟。

除了上述特性外，還有改變電源頻率、極對數等人為機械特性。在一定范圍內增加電阻，可以增加。當時，

若再增加電阻，減小。5.1三相異步電動機的機械特性5.1.3電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件如圖所示，臨界轉差率sm或臨界轉速nm是三相異步電動機機械特性的“穩(wěn)定”區(qū)域和“不穩(wěn)定”區(qū)域的分界點,即從同步點到最大轉矩點，因為機械特性曲線具有下降特性，因此負載的轉矩特性與電動機的交點處均滿足dTem/dn＜dTL/dn，是穩(wěn)定運行區(qū)域；從最大轉矩點到起動點，因機械特性是上升特性，對于恒功率和恒轉矩負載均因與電動機機械特性的交點處具有dTem/dn＞dTL/dn，而不能穩(wěn)定運行，只是對通風機型負載滿足穩(wěn)定運行的條件可以穩(wěn)定運行。三相異步電動機的穩(wěn)定運行區(qū)域5.1三相異步電動機的機械特性5.1.3電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件圖中的恒轉矩負載特性曲線1與電動機的機械特性的交點A是穩(wěn)定運行點，B交點是不穩(wěn)定運行點；通風機型負載2與電動機的機械特性的交點C是穩(wěn)定運行點，但轉速太低，損耗大，對通風機工作并不理想。因此三相異步電動機的理想穩(wěn)定運行區(qū)域為n1＞n＞nm。三相異步電動機的穩(wěn)定運行區(qū)域5.2三相異步電動機的起動5.2.1概述電動機的起動是指電動機接通電源后，電動機由靜止狀態(tài)加速到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程。電動機的起動指標：(1)足夠的起動轉矩，起動轉矩大于負載轉矩。(2)

起動電流不超過允許范圍。(3)起動設備盡可能簡單、經濟，操作方便。異步電動機的實際起動情況

起動電流大：Ist=kiIN=(5～7)IN

起動轉矩?。篢st=ktTN=(1.6～2.2)TN

起動電流大的原因：起動時,,轉子感應電動勢大,使轉子電流大,根據磁動勢平衡關系,定子電流必然增大。5.2三相異步電動機的起動5.2.1概述起動轉矩不大的原因：

起動時,,遠大于運行時的,轉子漏抗很大,

很低,盡管很大,但并不大。

由于起動電流大,定子漏阻抗壓降大,使定子感應電動勢減小,對應的氣隙磁通減小。由上述兩個原因使得起動轉矩不大。從下述公式分析：

不利影響：①大的Ist

使電網電壓降低，影響自身及其他負載工作。②頻繁起動時造成熱量積累，易使電動機過熱。5.2三相異步電動機的起動5.2.2三相籠型異步電動機的起動1.全壓起動（直接起動）就是用刀開關或接觸器將電動機定子繞組直接接到額定電壓的電網上。起動簡單，操作方便，但是存在起動電流大﹑起動轉矩并不大的缺點。對于普通籠型異步電動機，起動電流倍數ki=5～7，起動轉矩倍數kt=1.6～2.2。全壓起動一般只在小容量電動機中使用，如7.5kW以下的電動機可采用全壓起動。如果電網容量足夠大，就可允許容量較大的電動機全壓起動?？蓞⒖枷铝薪涷灩絹泶_定電動機是否全壓起動，即可以直接起動的條件：起動電流倍數5.2三相異步電動機的起動5.2.2三相籠型異步電動機的起動2.減壓起動減壓起動是通過起動設備使加到電動機上的電壓小于額定電壓，待電動機轉速上升到一定數值時，再使電動機承受額定電壓，保證電動機在額定電壓下穩(wěn)定運行。減壓起動的目的是減小起動電流，但同時也減小了電動機起動轉矩。所以這種起動方法是對電網有利的，對負載不利。這種起動方法適用于對起動轉矩要求不高的設備。減壓起動常有以下幾種方法：定子串電阻或電抗減壓起動自耦變壓器減壓起動Y/△減壓起動5.2三相異步電動機的起動5.2.2三相籠型異步電動機的起動2.減壓起動（1）定子串電阻或電抗減壓起動M3~XSS1FUS23~M3~3~RstS1FUS2運行起動5.2三相異步電動機的起動5.2.2三相籠型異步電動機的起動2.減壓起動（1）定子串電阻或電抗減壓起動起動時，先將轉換開關S2投向“起動”位，然后合上主開關S1進行起動，此時較大的起動電流在起動電阻（或電抗）上產生了較大的電壓降，從而降低了加到定子繞組上的電壓，起到了減小起動電流的作用。當轉速升高到一定數值時，把S2切換到“運行”位，切除起動電阻（或電抗），電動機在全壓下進入穩(wěn)定運行。電阻降壓起動時耗能較大，一般只在較小容量電動機上采用，容量較大的電動機多采用電抗降壓起動。優(yōu)點：起動較平穩(wěn)，運行可靠，設備簡單。缺點：起動轉矩隨電壓的平方降低，只適合輕載起動，同時起動

時電能損耗較大。5.2三相異步電動機的起動5.2.2三相籠型異步電動機的起動2.減壓起動（2）自耦變壓器減壓起動3~UNS1FUS2TAM3~起動自耦變壓器用作電動機降壓起動，也稱為起動補償器。起動時，把開關S2投向“起動”側，并合上開關S1，這時自耦變壓器的高壓側接至電網，低壓側（有抽頭，按需要選擇）接電動機定子繞組，電動機在低壓下起動。5.2三相異步電動機的起動5.2.2三相籠型異步電動機的起動2.減壓起動（2）自耦變壓器減壓起動TA3~UNS1FUS2M3~運行待轉速上升至一定數值時，再把S2切換到“運行”側，切除自耦變壓器，電動機直接接至額定電壓的電網運行。5.2三相異步電動機的起動5.2.2三相籠型異步電動機的起動2.減壓起動（2）自耦變壓器減壓起動

為了滿足不同負載的要求，自耦變壓器的二次側一般有三個抽頭，用戶可根據電網允許的起動電流和機械負載所需的起動轉矩進行選配。起動用自耦變壓器有QJ2和QJ3兩個系列。QJ2型的三個抽頭比（即1/k）分別為55%、64%和73%；QJ3型為40%、60%和80%。采用自耦變壓器降壓起動時的線路較復雜，設備價格較高，不允許頻繁起動。5.2三相異步電動機的起動5.2.2三相籠型異步電動機的起動2.減壓起動（2）自耦變壓器減壓起動5.2三相異步電動機的起動5.2.2三相籠型異步電動機的起動2.減壓起動（3）Y/△減壓起動適用于：正常運行為△聯(lián)結的電動機。3~UNS1FUS2U1U2V1V2W1W2Y起動起動時先將開關S2投向“起動”側，定子繞組接成星形（Y形），然后合開關S1進行起動。此時，定子每相繞組電壓為額定電壓的，從而實現(xiàn)了降壓起動。待轉速上升至一定數值時，將S2投向“運行”側，恢復定子繞組為三角形（△形）聯(lián)結，使電動機在全壓下運行。5.2三相異步電動機的起動5.2.2三相籠型異步電動機的起動2.減壓起動（3）Y/△減壓起動

運行S23~UNS1FUU1U2V1V2W1W2

定子相電壓比

定子相電流比

起動電流比5.2三相異步電動機的起動5.2.2三相籠型異步電動機的起動2.減壓起動（3）Y/△減壓起動

Y型起動的起動電流：

起動轉矩比

Y型起動的起動轉矩

Y/△降壓起動操作方便，起動設備簡單，應用較為廣泛，但它僅適用于正常運行時定子繞組作三角形聯(lián)結的電動機，因此一般用途的小型異步電動機，當容量大于4kW時，定子繞組都采用三角形聯(lián)結。由于起動轉矩為直接起動時的1/3，這種起動方法多用于空載或輕載起動。5.2三相異步電動機的起動5.2.2三相籠型異步電動機的起動起動方法繞組相電壓繞組相電流起動轉矩起動設備應用場合直接起動最簡單電機容量小于7.5KW定子串電阻減壓起動

一般任意容量，輕載起動自耦變壓器減壓起動

較復雜，有三種抽頭可選較大容量電機，較大復雜不宜頻繁起動Y/

減壓起動簡單，只用于△連接電機電機可頻繁起動5.2三相異步電動機的起動5.2.2三相籠型異步電動機的起動例：某廠的電源容量為560kV·A，一運輸機采用三相籠型異步電機拖動，其技術數據為PN=40kW，△聯(lián)結，全壓起動電流為額定電流的7倍，起動轉矩為額定轉矩的1.8倍。要求帶0.8TN的負載起動，試問采用什么方法起動？(1)如果用全壓起動：電網允許的起動電流倍數小于全壓起動電流倍數，因此不能全壓起動。5.2三相異步電動機的起動5.2.2三相籠型異步電動機的起動(2)如果用串電抗器減壓起動：所以，起動電流需降低的倍數：則，串電抗器后的起動轉矩：可見起動轉矩無法滿足要求，故不能采用串電抗器起動。5.2三相異步電動機的起動5.2.2三相籠型異步電動機的起動(3)如果用Y/△減壓起動：因為電動機正常運行時是△聯(lián)結，因此可以用Y/△減壓起動?？梢娖饎愚D矩無法滿足要求，故不能采用Y/△減壓起動。5.2三相異步電動機的起動5.2.2三相籠型異步電動機的起動(4)如果用自耦變壓器減壓起動：取，則：所以符合要求。5.2三相異步電動機的起動5.2.2三相籠型異步電動機的起動3.軟起動

運用串接于電源與被控電機之間的軟起動器，控制其內部晶閘管的導通角，使電機輸入電壓從零以預設函數關系逐漸上升，直至起動結束，賦予電機全電壓，即為軟起動，在軟起動過程中，電機起動轉矩逐漸增加，轉速也逐漸增加。軟起動與傳統(tǒng)減壓起動方式的不同之處是：（1）無沖擊電流。軟起動器在起動電機時，通過逐漸增大晶閘管導通角，使電機起動電流從零線性上升至設定值。

（2）恒流起動。軟起動器可以引入電流閉環(huán)控制，使電機在起動過程中保持恒流，確保電機平穩(wěn)起動。

（3）根據負載情況及電網繼電保護特性選擇，可自由地無級調整至最佳的起動電流。5.2三相異步電動機的起動5.2.2三相籠型異步電動機的起動4.改善起動性能的籠型異步電動機以上介紹的幾種籠型異步電動機起動方法都是以降低定子電壓來是減小起動電流，但它是以犧牲起動轉矩為代價的，因此其起動性能不夠理想。為了進一步改善籠型異步電動機的起動性能，人們在電機轉子繞組和轉子槽形結構上采取了一些改進措施，以增加籠型異步電動機轉子本身的起動電阻，改善電機的起動性能。（1）深槽式籠型異步電動機（2）雙籠式異步電動機5.2三相異步電動機的起動5.2.2三相籠型異步電動機的起動4.改善起動性能的籠型異步電動機（1）深槽式籠型異步電動機①結構特點：它的轉子槽深而窄，槽深與槽寬之比為10~12；②集膚效應：5.2三相異步電動機的起動5.2.2三相籠型異步電動機的起動4.改善起動性能的籠型異步電動機（1）深槽式籠型異步電動機③工作原理：

起動瞬間，s=1，轉子頻率f2=sf1很高，電抗很大，且槽底漏抗遠大于槽口漏抗，轉子電流大部分集中槽口，相當于減小導體截面積，使轉子電阻增大，所以增加了起動轉矩，且限制了起動電流；起動完畢，轉差率s減小，轉子電流的頻率為1~2Hz，集膚效應基本消失，電流主要按電阻分布，電流減小。5.2三相異步電動機的起動5.2.2三相籠型異步電動機的起動（2）雙籠型異步電動機①結構特點：

上籠的導條截面積較小，并用黃銅或鋁青銅等電阻系數較大的材料制成，電阻較大。

下籠導條的截面積大，并用電阻系數較小的紫銅制成，電阻較小。

下籠處于鐵芯內部，交鏈的漏磁通多，上籠靠近轉子表面，交鏈的漏磁通較少，故下籠的漏電抗較上籠漏電抗大得多。5.2三相異步電動機的起動5.2.2三相籠型異步電動機的起動（2）雙籠型異步電動機②工作原理

起動時，起動時上籠起主要作用，由于上籠電阻大，可以限制起動電流，產生較大的起動轉矩，上籠稱為起動籠。

電動機正常運行，電流從電阻較小的下籠流過，產生正常時的電磁轉矩，下籠在運行時起主要作用，下籠稱為工作籠（運行籠）。

雙籠型異步電動機比深槽式異步電動機的起動性能要好些，但由于深槽式異步電動機結構簡單，耗銅量少，價格相對較便宜，因此深槽式異步電動機應用得更為廣泛。5.2三相異步電動機的起動5.2.3三相繞線型轉子異步電動機的起動三相籠型異步電動機直接起動時，起動電流大，起動轉矩不大；降壓起動時，雖然減小了起動電流，但起動轉矩也隨電壓的平方關系減小，因此籠型異步電動機只能用于空載或輕載起動。繞線轉子異步電動機，若轉子回路串入適當的電阻，既能限制起動電流，又能增大起動轉矩，同時克服了籠型異步電動機起動電流大、起動轉矩不大的缺點，這種起動方法適用于大中容量異步電動機重載起動。繞線轉子異步電動機的起動分為轉子串電阻及轉子串頻敏變阻器兩種起動方法。5.2三相異步電動機的起動5.2.3三相繞線型轉子異步電動機的起動在轉子回路中串聯(lián)適當的電阻,既能限制起動電流，又能增大起動轉矩。1.轉子串電阻起動

為了有較大的起動轉矩、使起動過程平滑，應在轉子回路中串入多級對稱電阻，并隨著轉速的升高，逐漸切除起動電阻。缺點是所需起動設備較多，起動時有一部分能量消耗在起動電阻上，起動級數也較多。5.2三相異步電動機的起動5.2.3三相繞線型轉子異步電動機的起動起動過程：1.轉子串電阻起動

電動機由a點開始起動，經b→c→d→e→f→g→h，完成起動過程。5.2三相異步電動機的起動5.2.3三相繞線型轉子異步電動機的起動2.轉子串頻敏變阻器起動繞線轉子異步電動機采用轉子串接電阻起動時，若想在起動過程中保持有較大的起動轉矩且起動平穩(wěn)，則必須采用較多的起動級數，這必然導致起動設備復雜化。為了克服這個問題，可以采用頻敏變阻器起動。頻敏變阻器是其電阻和電抗值隨頻率而變化的裝置。外觀很像一臺沒有二次繞組而一次側作Y聯(lián)結的心式變壓器，如圖所示。但其鐵心是用較厚的鋼板疊成，故其鐵耗比普通變壓器大得多。

頻敏變阻器5.2三相異步電動機的起動5.2.3三相繞線型轉子異步電動機的起動2.轉子串頻敏變阻器起動頻敏變阻器是一鐵損很大的三相電抗器。起動時，S2斷開，轉子串入頻敏變阻器,S1閉合，電機通電開始起動。起動時,,頻敏變阻器鐵損大,反映鐵損耗的等效電阻大,相當于轉子回路串入一個較大電阻。隨著上升,減小,鐵損減少,等效電阻減小,相當于逐漸切除,起動結束,S2閉合，切除頻敏變阻器，轉子電路直接短路。5.2三相異步電動機的起動5.2.3三相繞線型轉子異步電動機的起動2.轉子串頻敏變阻器起動因為頻敏變阻器的等效電阻Rm是隨頻率f2的變化而自動變化的，因此稱為“頻敏”變阻器，它相當于一種無觸點的變阻器。繞線式異步電動機轉子串電阻分級起動或轉子串頻敏變阻器適用于大、中容量電動機的重載起動。轉子串頻敏變阻器起動具有結構簡單，價格便宜，運動可靠，維護方便，能自動操作等優(yōu)點而獲廣泛應用。轉子串電阻起動對于大容量電動機要求級數較多，故設備投資較大，維護不太方便。5.3三相異步電動機的制動運行于電動狀態(tài)：電磁轉矩Tem與n同方向，Tem是驅動轉矩，電動機從電網吸收電能并轉換成機械能從軸上輸出，其機械特性位于第一或第三象限。由異步電動機正、反轉的示意圖和它們對應的機械特性圖可見，只要是電動狀態(tài)，n和Tem同方向，n1和n同方向，且，0＜s＜1；，說明電動機從電網吸取電能；

，說明電動機向負載輸送機械能。5.3三相異步電動機的制動三相異步電動機除了運行于電動狀態(tài)外，還時常運行于制動狀態(tài)。運行于制動狀態(tài)時，電磁轉矩Tem與n反方向，Tem是制動轉矩，電動機從軸上吸收機械能并轉換成電能，該電能或消耗在電機內部，或反饋回電網，其機械特性位于第二或第四象限。異步電動機制動的目的是使電力拖動系統(tǒng)快速停車或者使拖動系統(tǒng)盡快減速，對于位能性負載，制動運行可獲得穩(wěn)定的下降速度。異步電動機制動的方法有能耗制動、反接制動和回饋制動三種。5.3三相異步電動機的制動5.3.1能耗制動1.能耗制動原理制動時，S1斷開,電機脫離電網，同時S2閉合,在定子繞組中通入直流勵磁電流。直流勵磁電流產生一個恒定的磁場，因慣性繼續(xù)旋轉的轉子切割恒定磁場，導體中產生感應電動勢和電流。感應電流與磁場作用產生的電磁轉矩為制動性質，轉速迅速下降，當轉速為零時，感應電動勢和電流為零，制動過程結束。

制動過程中，轉子的動能轉變?yōu)殡娔芟脑谵D子回路電阻上——能耗制動。em5.3三相異步電動機的制動5.3.1能耗制動2.能耗制動機械特性nTemA0n1C1B23

對籠型異步電動機,可以增大直流勵磁電流來增大初始制動轉矩。

對繞線型異步電動機,可以增大轉子回路電阻來增大初始制動轉矩。制動電阻大小：

由于n=0，Tem=0，所以能耗制動時，特性曲線過原點。5.3三相異步電動機的制動5.3.2反接制動1.電源反接制動當異步電動機轉子的旋轉方向與旋轉磁場方向相反時，電動機便處于反接制動狀態(tài)。反接制動有兩種情況：電源反接制動倒拉反接制動——反抗性負載迅速停車和快速反向。①制動原理和機械特性3~M3~3~M3~Rbk制動前的電路制動時的電路5.3三相異步電動機的制動5.3.2反接制動1.電源反接制動－TLTL制動前：正向電動狀態(tài)。制動時：定子相序改變，n1

變向。OnTem1n12－n1b即：s

＞1(第二象限)。同時：E2s、I2s

反向，Tem

反向。aca點b點(Tem＜0，制動開始)慣性n↓c點(n=0，Tem≠0)，制動結束。到

c點時，若未切斷電源，M

將可能反向起動。d5.3三相異步電動機的制動5.3.2反接制動1.電源反接制動取決于Rbk的大小。②制動效果aOnTem1n12－n1bc③制動時的功率三相電能電磁功率Pem轉子機械功率Pm定子轉子電阻消耗掉電源反接制動時，電動機既要從電網吸取電能，又要從軸上吸取機械能，因此能耗大，經濟性較差。5.3三相異步電動機的制動5.3.2反接制動1.電源反接制動④制動電阻Rbk的計算線性段固有機械特性和轉子串電阻的人為機械特性上，同一轉矩條件下的轉差率和轉子回路總電阻間的關系為：sg——固有機械特性上對應任意給定轉矩Tem的轉差率。s

——轉子串電阻的人為機械特性上的轉差率，它與固有機械特性上的sg對應相同的電磁轉矩Tem。所以，制動轉矩為：5.3三相異步電動機的制動5.3.2反接制動例：一橋式吊車吊主鉤電動機采用某2p=8的三相繞線轉子異步電動機傳動。PN=22kW，UN=380V，nN=723r/min，IN=56.5A，E2N=197V，I2N=70.5A。該電動機在固有機械特性上提升0.8TN的負載，今欲快速停車，采用電源反接制動，在制動瞬時制動轉矩。為1.6TN,，問須串入多大制動電阻？（不計T0）。0.8TNOnTem1n12－n1baOnTem1n1nn1b′1.6TN0.8TNOnTem1n12－n1aOnTem1n15.3三相異步電動機的制動5.3.2反接制動a點對應轉差率0.8TNOnTem1n12－n1baOnTem1n1nn1b′1.6TN0.8TNOnTem1n12－n1aOnTem1n1制動瞬間b點對應轉差率5.3三相異步電動機的制動5.3.2反接制動2.倒拉反接制動——下放重物①制動原理和機械特性OnTem

1n12bcTLad定子相序不變，轉子電路串聯(lián)對稱電阻Rbk。a點b點(Tb＜TL)，慣性n↓c點(n=0，Tc＜TL)在TL

作用下M反向起動d點(

nd＜0，Td

=TL)

制動運行狀態(tài)②制動效果改變Rbk的大小，改變特性2的斜率，改變nd。

3e

低速提升重物5.3三相異步電動機的制動5.3.2反接制動2.倒拉反接制動——下放重物③制動時的功率——定子輸入電功率——軸上輸入機械功率（位能負載的位能）電功率與機械功率均消耗在轉子電路中。倒拉反接制動能耗大，經濟性差。5.3三相異步電動機的制動5.3.2反接制動2.倒拉反接制動——下放重物④制動問題計算（1）已知下放轉速n，求需串入的制動電阻Rbk。（2）已知串入的制動電阻Rbk，求下放轉速n。求出s后，5.3三相異步電動機的制動5.3.3回饋制動

感應電動機在電動機工作狀態(tài)時，由于某種原因，在轉向不變的條件下，使轉速n大于同步轉速n1時，電動機便處于回饋制動狀態(tài)。回饋制動包括：反向回饋制動正向回饋制動回饋制動狀態(tài)實際上就是將軸上的機械能轉變成電能并回饋到電網的異步發(fā)電機狀態(tài)。5.3三相異步電動機的制動5.3.3回饋制動1.反向回饋制動——下放重物這種制動方法也稱反向再生發(fā)電制動。OnTemTLn1－n1GRbkTem3~M3~TemnTLbac正向電動反接制動dn回饋制動反向電動首先將定子兩相反接,定子旋轉磁場的同步速為-n1。5.3三相異步電動機的制動5.3.3回饋制動2.正向回饋制動——變頻、變極調速，電車下坡電機機械特性曲線1，運行于A點。當電機采用變極（增加極數）或變頻（降低頻率）進行調速時，機械特性變?yōu)?。同步速變?yōu)?。電機工作點由A變到B，電磁轉矩為負，，電機處于回饋制動狀態(tài)。5.3三相異步電動機的制動5.3.3回饋制動2.正向回饋制動——變頻、變極調速，電車下坡

制動時的功率第四象限：——轉子發(fā)出電功率，向電源回饋電能。——軸上輸入機械功率(位能負載的位能)。5.4三相異步電動機的調速三相異步電動機在運行使用，結構維護等方面都優(yōu)于直流電動機；在調速及控制性能上不如直流電動機；隨著電力電子技術和微型計算機的發(fā)展，再加上現(xiàn)代控制理論向電氣傳動領域的滲透，使得交流調速技術得到了迅速發(fā)展；可以預見的是，交流調速系統(tǒng)將在我國更多的領域取代直流調速系統(tǒng)?？芍惒诫妱訖C有下列三種基本調速方法：（1）改變定子極對數調速。（2）改變電源頻率調速。（3）改變轉差率調速。由異步電動機的轉速公式：5.4三相異步電動機的調速5.4.1變極調速

1.變極原理異步電動機旋轉磁勢的同步轉速n1與電機的極對數成反比，改變籠型三相電動機定子繞組的極對數，就改變了同步轉速n1，從而改變電機轉速，實現(xiàn)了調速。三相籠型異步電動機定子繞組產生的磁極對數的改變，是通過改變繞組的接線方式得到的。繞線式異步電動機轉子極對數不能自然隨定子極對數變化，而同時改變定、轉子繞組極對數又比較麻煩，因此不采用變極調速。改變電動機的極數方法：定子鐵心槽內嵌放兩套不同極數的定子三相繞組不經濟改變定子繞組的接法這種電動機就稱為多速電動機常用5.4三相異步電動機的調速5.4.1變極調速

三相籠型電動機的定子繞組，若把每相繞組中一半線圈的電流改變方向，即半相繞組反向，則電動機的極對數便成倍變化。四極三相異步電動機定子U相繞組兩極三相異步電動機定子U相繞組以4極變2極為例：U相兩個線圈，順向串聯(lián)，定子繞組產生4極磁場：反向串聯(lián)和反向并聯(lián)，定子繞組產生2極磁場：5.4三相異步電動機的調速5.4.1變極調速

變極后，三相繞組在空間按電角度排列的相序改變了，為了使電機的轉向在調速前后的轉向一致，就必須在改接定子繞組接線的同時，倒換電源的相序?？梢?，改變定子繞組接法，就可成倍地改變磁極對數。三相繞組的接法是相同的，因此只要了解其中一相的接法即可。比較上圖可知，只要將兩個“半相繞組”中的任何一個“半相繞組”的電流反向，就可以將極對數增加一倍（順串）或減少一半（反串或反并）。這就是倍極比的變極原理。如2/4極，4/8極等。5.4三相異步電動機的調速5.4.1變極調速

2.兩種常用的變極方案變極調速的電動機往往被稱為多極電動機，其定子繞組的接線方式很多：三角接/雙星接，即Δ/YY（常用）星接/雙星接，即Y/YY(1)三角接/雙星接，（Δ/YY變極調速）變極調速定子接線圖△接法：

T1、T2、T3外接三相交流電源，而T4、T5、T6斷開。極對數為2p，轉速為低速n。T6T1T5T2T3T4定子繞組的Δ型連接5.4三相異步電動機的調速5.4.1變極調速

2.兩種常用的變極方案(1)三角接/雙星接，（Δ/YY變極調速）T6T1T5T2T3T4定子繞組的YY連接

YY接法：

T4、T5、T6外接三相交流電源，而T1、T2、T3連接在一起。極對數為p，轉速為高速2n，從而實現(xiàn)調速。變極調速定子接線圖5.4三相異步電動機的調速5.4.1變極調速

2.兩種常用的變極方案(2)星接/雙星接，（Y/YY變極調速）

Y接法：

T1、T2、T3外接三相交流電源，而T4、T5、T6斷開。極對數為2p，轉速為低速n。T4T1T6T3T5T2變極調速定子接線圖

YY接法：

T4、T5、T6外接三相交流電源，而T1、T2、T3連接在一起。極對數為p，轉速為高速2n，從而實現(xiàn)調速。5.4三相異步電動機的調速5.4.1變極調速

3.變極調速時容許輸出

容許輸出是指保持電流為額定值條件下，調速前、后電動機軸上輸出的功率和轉矩。（1）

?-YY聯(lián)結方式

設變極前后電源線電壓UN不變，通過線圈電流IN不變，則變極前后的輸出功率分別為：?聯(lián)結時：YY聯(lián)結時：5.4三相異步電動機的調速5.4.1變極調速

3.變極調速時容許輸出（1）

?-YY聯(lián)結方式由于?聯(lián)結時的極數是YY聯(lián)結時的兩倍，因此YY聯(lián)結時的同步轉速是?聯(lián)結時的兩倍，轉速也近似為兩倍，即nYY=2n?，則輸出轉矩之比為：可見，?-YY聯(lián)結方式時，電動機的轉速增大一倍，容許輸出功率近似不變，而容許輸出轉矩近似減少一半，所以這種變極調速屬于恒功率調速，它適用于恒功率負載。5.4三相異步電動機的調速5.4.1變極調速

（2）

Y-YY聯(lián)結方式

設變極前后電源線電壓UN不變，通過線圈電流IN不變，變極前后的輸出功率、輸出轉矩之比為：可見，Y-YY聯(lián)結方式時，電動機的轉速增大一倍，容許輸出功率增大一倍，而容許輸出轉矩保持不變，所以這種變極調速屬于恒轉矩調速，它適用于恒轉矩負載。5.4三相異步電動機的調速5.4.2變頻調速

1.電壓隨頻率調節(jié)的規(guī)律當轉差率s變化不大時，電動機的轉速n基本與電源頻率f1成正比，連續(xù)調節(jié)電源頻率，可以平滑地改變電動機的轉速。但是，降低電源頻率f1時，必須同時降低電源電壓，以達到控制磁通Φ1的目的。對恒轉矩負載此條件下變頻調速，電機的主磁通和過載能力不變。當變頻調速時的f1上升，由于U1不能大于額定電壓，則只能將F1下降，這將影響電動機的過載能力，所以變頻調速一般在基頻向下調節(jié)。5.4三相異步電動機的調速5.4.2變頻調速

2.變頻調速時的機械特性變頻調速時電動機的機械特性可用下列各式表示：1）同步點：因，所以2）最大轉矩點：因=常數，所以最大轉矩臨界轉速降：由此可見，在不同頻率時，最大轉矩及其對應的轉速降不變，所以變頻調速時的機械特性基本上是互相平行的，因而機械特性是硬特性。5.4三相異步電動機的調速5.4.2變頻調速

2.變頻調速時的機械特性3）起動轉矩點：因=常數，所以起動轉矩在基頻以下調速時,保持=常數,即恒轉矩調速。

在基頻以上調速時,電壓只能，迫使主磁通與頻率成反比降低，近似為恒功率調速。需要說明的是，這種調速方法是在忽略定子漏抗的條件下得到的，主磁通和最大轉矩并不是完全恒定，而是一種近似關系。當頻率很低時，這時定子漏抗不能忽略，即使保持電源電壓與頻率的比值不變，最大轉矩仍會隨轉差率的減小而減小。5.4三相異步電動機的調速5.4.2變頻調速

2.變頻調速時的機械特性5.4三相異步電動機的調速5.4.2變頻調速

3.變頻調速應用舉例——變頻空調器例如：

一般的窗式空調器或分體式空調器，采用ON/OFF控制方式，這種控