1、章三相交流章三相交流异步电动机异步电动机国家安全生产监督管理总局危险化学品生产系统故障预防及监控基础实验室北京化工大学信息科学与技术学院CSSSE2022-11-52按按照照定定子子绕绕组组相相数数分分单单相相异异步步电电动动机机异异步步电电动动机机交交流流电电动动机机绕绕线线型型异异步步电电动动机机按按照照转转子子绕绕组组类类型型分分鼠鼠笼笼型型异异步步电电动动机机同同步步电电动动机机三三相相异异步步电电动动机机CSSSE2022-11-53结构结构工作原理和转动原理工作原理和转动原理 工作原理工作原理 转动原理转动原理空载运行空载运行 电磁关系电磁关系 定子电压平衡关系定子电压平衡关系负载
2、运行负载运行 电磁关系电磁关系 转子绕组各电磁量特点转子绕组各电磁量特点 磁动势平衡方程磁动势平衡方程 电压平衡方程式电压平衡方程式重点内容重点内容CSSSE2022-11-54等效电路等效电路 频率折算频率折算 绕组折算绕组折算 T型等效电路型等效电路功率和电磁转矩功率和电磁转矩 功率平衡方程式功率平衡方程式 转矩平衡方程式转矩平衡方程式机械特性机械特性 固有机械特性固有机械特性 人为机械特性人为机械特性CSSSE2022-11-55启动和制动启动和制动 鼠笼型异步电动机的启动鼠笼型异步电动机的启动 绕线型异步电动机的启动绕线型异步电动机的启动 异步电动机的电气制动异步电动机的电气制动交流调
3、速的基本方法交流调速的基本方法 变极对数调速变极对数调速 变转差率调速变转差率调速 变频调速变频调速CSSSE2022-11-56 定子铁心定子铁心 定子 定子 定子绕组定子绕组 转子铁心转子铁心 转子 转子 转子绕组：绕线型绕组、鼠笼型绕组转子绕组：绕线型绕组、鼠笼型绕组其它部分：机座、端盖、轴承、轴承盖、接线盒、风扇、吊环其它部分：机座、端盖、轴承、轴承盖、接线盒、风扇、吊环保护和固定定子绕组保护和固定定子绕组防护，支撑转子防护，支撑转子支撑转子轴支撑转子轴固定转子固定转子保护和固定绕组引出端保护和固定绕组引出端通风冷却电动机通风冷却电动机起吊搬抬电动机起吊搬抬电动机CSSSE2022-1
4、1-57CSSSE2022-11-58定子铁心：定子铁心：参与电动机磁路参与电动机磁路嵌放定子线圈嵌放定子线圈定子绕组：定子绕组：三个彼此独立的绕组三个彼此独立的绕组空间相差空间相差120120电角度电角度CSSSE2022-11-59星形连接星形连接三角形连接三角形连接1111222233334444555566662022-11-510绕线式转子绕组绕线式转子绕组接线示意图接线示意图鼠笼式转子绕组鼠笼式转子绕组三相，一般接成星形三相，一般接成星形各相引出线连到滑环上，各相引出线连到滑环上，滑环套在转轴上并与之绝缘，滑环套在转轴上并与之绝缘，通过电刷与外电路相连通过电刷与外电路相连有可能在转
5、子电路中有可能在转子电路中串接电阻，改善电动串接电阻，改善电动机运行性能机运行性能2022-11-511铜条转子铜条转子 铸铝转子铸铝转子CSSSE2022-11-512 额定功率额定功率PN：满负载运行时三相电动机轴上输出的机械功率满负载运行时三相电动机轴上输出的机械功率 额定电压额定电压UN：接到电动机绕组上的线电压接到电动机绕组上的线电压 额定电流额定电流IN：三相电动机在额定电源电压下，输出额定功率时，三相电动机在额定电源电压下，输出额定功率时，流入定子绕组的线电流流入定子绕组的线电流 额定频率额定频率fN：电动机所接交流电源每秒钟内周期变化的次数电动机所接交流电源每秒钟内周期变化的次
6、数 额定转速额定转速nN：三相电动机在额定工作情况下运行时每分钟的转速，三相电动机在额定工作情况下运行时每分钟的转速，一般略小于对应的同步转速一般略小于对应的同步转速 其它包括：型号、绝缘等级、定额、接法、防护等级其它包括：型号、绝缘等级、定额、接法、防护等级CSSSE2022-11-513结构结构空载运行空载运行负载运行负载运行等效电路等效电路功率和电磁转矩功率和电磁转矩机械特性机械特性启动和制动启动和制动 调速调速CSSSE2022-11-514三相异步电动机之所以三相异步电动机之所以会旋转，是因为电动机会旋转，是因为电动机气隙内有一个旋转磁场气隙内有一个旋转磁场气隙气隙要保证定子绕组要保
7、证定子绕组通电后空间形成通电后空间形成对称磁势和电势对称磁势和电势定子绕组相序定子绕组相序CSSSE2022-11-515两极旋转磁场示意图两极旋转磁场示意图t=0t=120t=240t=3600A0B0Ci=sin t+90i=sin t-30i=sin t+210三相电流波形三相电流波形CSSSE2022-11-516CSSSE2022-11-517l定子绕组的连接形成一对磁极时，电流变化一个周期，旋转磁场转动一圈l若有p对磁极，交流电流每变化一个周期，旋转磁场在空间中转动1/p圈如何改变旋转磁场的转向？如何改变旋转磁场的转向？最简单的方法：改变三相交流电流的通入方向最简单的方法：改变三相
8、交流电流的通入方向CSSSE2022-11-51800nfp60 fn=p 三三相相交交流流电电动动机机定定子子旋旋转转磁磁场场每每分分钟钟的的转转速速、定定子子电电流流频频率率和和磁磁极极对对数数 之之间间的的关关系系是是 060f3000n=1500r minp2同步转速 同步转速 例例：一一台台四四极极三三相相异异步步电电动动机机的的同同步步转转速速是是多多少少？CSSSE2022-11-519异步电动机靠电磁感应作用工异步电动机靠电磁感应作用工作，其转子电流感应产生，故作，其转子电流感应产生，故异步电动机又称为感应电动机异步电动机又称为感应电动机形形成成旋旋转转磁磁场场0nn转转子子导
9、导体体切切割割磁磁力力线线，产产生生 电电磁磁感感应应电电动动势势感感应应原原理理，产产生生感感应应 电电流流（转转子子导导体体闭闭合合右右手手定定则则）转转子子导导体体受受电电磁磁力力作作用用 左左手手定定则则电电磁磁力力对对转转轴轴形形成成电电磁磁转转矩矩转转子子按按旋旋转转磁磁场场方方向向旋旋转转CSSSE2022-11-52000nnnn转转子子转转速速 始始终终小小于于同同步步转转速速，只只有有这这样样，转转子子绕绕组组与与旋旋转转磁磁场场之之间间才才会会有有相相对对运运动动而而切切割割磁磁力力线线转转子子绕绕组组导导体体中中才才能能产产生生感感应应电电动动势势和和电电流流，进进而而
10、产产生生电电磁磁转转矩矩，使使转转子子按按是是异异步步电电照照旋旋转转磁磁动动机机工工作作的的必必要要场场的的方方向向条条件件继继续续旋旋转转异步电动机名称的来历异步电动机名称的来历CSSSE2022-11-521；0Nn=0,s=1n=ns=00 s I ZU=-E U=ECSSSE2022-11-532结构结构工作原理和转动原理工作原理和转动原理空载运行空载运行等效电路等效电路功率和电磁转矩功率和电磁转矩机械特性机械特性启动和制动启动和制动 调速调速CSSSE2022-11-533三相异步电动机负载运行时，三相异步电动机负载运行时，轴上机械负载转矩增加，轴上机械负载转矩增加，原空载电磁转矩
11、无法平衡负载转矩。原空载电磁转矩无法平衡负载转矩。电动机开始降速，电动机开始降速，旋转磁场与转子之间的相对运动速度加大。旋转磁场与转子之间的相对运动速度加大。转子感应电动势增加，转子感应电动势增加，转子电流和电磁转矩增加。转子电流和电磁转矩增加。当电磁转矩增加到与负载转矩和空载转矩相平衡时，当电磁转矩增加到与负载转矩和空载转矩相平衡时，电动机以低于空载时的转速稳定运行电动机以低于空载时的转速稳定运行CSSSE2022-11-534 旋转磁场与转子的相对转速为旋转磁场与转子的相对转速为 即为旋转磁场切割转子绕组的速度即为旋转磁场切割转子绕组的速度00n=n-nn=sn转子绕组中的电流将产生转子绕
12、组磁动势，转子绕组中的电流将产生转子绕组磁动势，相对于转子的旋转速度为相对于转子的旋转速度为 22222260fn=IFpF 转子绕组感应电动势与感应电流的频率为转子绕组感应电动势与感应电流的频率为 0201pnppsf=n=n=s=sf606060CSSSE2022-11-535222100FFn+n=sn+n=nF相对于定子绕组的旋转速度为相对于定子绕组的旋转速度为 可见，与在空间的旋转速度相同。可见，与在空间的旋转速度相同。即，无论异步电动机的转速如何变化，定、转子绕组的即，无论异步电动机的转速如何变化，定、转子绕组的磁动势相对静止。磁动势相对静止。转转子子绕绕组组极极对对数数与与定定子
13、子绕绕组组极极对对数数始始终终相相同同，则则有有 221120260f60f60sf60fn=s=snpppp021FFF总的气隙磁动势是与定子绕组磁动势的合成。总的气隙磁动势是与定子绕组磁动势的合成。CSSSE2022-11-536异步电动机负载运行时的电磁关系示意图异步电动机负载运行时的电磁关系示意图CSSSE2022-11-53721af=sf.转子绕组感应电动势及电转子绕组感应电动势及电 流的频率流的频率为为转转子子每每相相绕绕组组匝匝数数，为为转转子子绕绕组组系系数数，为为转转子子旋旋转转时时的的感感应应电电动动势势，为为转转子子静静止止时时的的感感应应电电转转动动势势，又又称称堵堵
14、转转电电动动子子旋旋转转时时转转子子绕绕组组感感应应电电动动势势势势2s22N2m12N2m12N2m22N22s2 E=4.44f N K =4.44sf N K =s4.44f N K =sE N K E Eb.转子转速转子转速n或转差率或转差率s随负载转矩变化，随负载转矩变化，s的变化会引起电动机内部许多物理量的变化的变化会引起电动机内部许多物理量的变化CSSSE2022-11-538为为转转子子每每相相绕绕组组的的漏漏电电感感，为为转转子子静静止止时时每每相相绕绕组组的的漏漏电电抗抗，转转子子电电抗抗2s222212222212 X=L=2f L=2sf L=sX L XXc=2f.L
15、 ，为转子每相绕组的电阻，为转子每相绕组的电阻，则有则有转子电流转子电流2s2s22s22s22s222222s22E=-IR+jXREEI=d=sR+XR+sX.转子电路的功率因数转子电路的功率因数222222222s22RRcos=e=R+XR+sX.CSSSE2022-11-539定、转子磁动势在空间相对静止，其合成磁动势为定、转子磁动势在空间相对静止，其合成磁动势为 称为励磁磁动势，它产生气隙中的旋转磁场。称为励磁磁动势，它产生气隙中的旋转磁场。上式也可写成 上式也可写成 异步电动机磁动势平衡关系，使得电路上无异步电动机磁动势平衡关系，使得电路上无直接联系的定、转子绕组电流有了关联。直
16、接联系的定、转子绕组电流有了关联。0120102F=F+FFF=F+-FCSSSE2022-11-540定子每相绕组电动势平衡方程式为定子每相绕组电动势平衡方程式为转子每相绕组电动势平衡方程式为转子每相绕组电动势平衡方程式为 即，即，为转子每相绕组在转差率为 时的漏阻抗为转子每相绕组在转差率为 时的漏阻抗111112s2s22s2s2s22s2s2s2s22sU=-E+IR+jX0=-E+IR+jXE=IR+jX=I ZZR+jXsCSSSE2022-11-541结构结构工作原理和转动原理工作原理和转动原理空载运行空载运行负载运行负载运行功率和电磁转矩功率和电磁转矩机械特性机械特性启动和制动启
17、动和制动 调速调速CSSSE2022-11-542目的：将转子电路与定子电路作直接的电的连接原则：l不改变定子绕组的物理量 （定子电动势、定子电流、定子侧功率因数等）l且转子电路对定子电路的影响不变 （折算前后转子磁动势和各功率不变）具体操作：转子频率折算转子绕组折算CSSSE2022-11-54321f=sf将频率为将频率为f f2 2的旋转转子电路折算为与定子频率的旋转转子电路折算为与定子频率f f1 1相同的等效静止转子电路相同的等效静止转子电路实际运行时的转子电流 实际运行时的转子电流 2s22s22s22EsEI=R+jXR+jsX分子分母同除以：分子分母同除以：22222222EE
18、s I=1-sRRR+jX+jXss转子折算值加转子折算值加表示表示CSSSE2022-11-544可可分分解解为为 :等等效效转转子子电电阻阻:等等效效负负载载电电阻阻，表表征征电电动动机机输输出出的的机机械械功功率率22222R1-sRRssR1-sRs经过频率折算后的异步电动机的电路示意图经过频率折算后的异步电动机的电路示意图CSSSE2022-11-545l方法：人为地用一个相数、每相串联匝数以及绕组系数和定子绕组一样的绕组代替相数为m2，每相串联匝数为N2，绕组系数为KN2且经过频率折算的转子绕组。l原则：保证折算前后转子对定子的电磁效应不变，即转子的磁动势、总的视在功率、铜耗以及转
19、子漏磁场储能均保持不变CSSSE2022-11-54622222N22121N1222N2222111N1N11i22N2iF=FmF=N KI2pm F=N KI2pm N K1I=IIam N Kkm N K.k=mK N 根据保持转子磁动势不变的原则根据保持转子磁动势不变的原则 绕组折算前后磁动势分别为：绕组折算前后磁动势分别为：则 则 电流比 电流比 折折 电流算电流算 CSSSE2022-11-547 绕组折算前后电动势分别为绕组折算前后电动势分别为 则 则 电压比 电压比 电动势折电动势折 算算212N2m211N1m1N121N1e2N22e212N2E=4.44f N Kb.E
20、=4.44fNN KN KE=Ek E=KEKkN KN=CSSSE2022-11-548 根据折算前后转子铜耗不变的原则根据折算前后转子铜耗不变的原则 折算前后的转子铜耗分别为：折算前后的转子铜耗分别为：则 则 阻抗折阻抗折 算算 1 1i2Cu2222 2Cu212222222211N1222i2121122N2ie2P=m I RP=m IRmImmm N KR=R=k R=k RmImmm N K=kck.R CSSSE2022-11-549 根据绕组折算前后转子电路的无功功率不变原则根据绕组折算前后转子电路的无功功率不变原则 折算前后的折算前后的阻抗折算 2阻抗折算 2无功功率分别为
21、：无功功率分别为：则 则 则 则 22222 2212222222ie212222ie2ie2ie22ie2Q=m I XQ=m IXmIX=X=k k XmIZ=R+jX=k k R+jk k X=k kR+jX c =k k Z.CSSSE2022-11-550经过绕组折算后的异步电动机的电路示意图经过绕组折算后的异步电动机的电路示意图CSSSE2022-11-551型等效电路型等效电路，空空载载时时：相相当当于于转转子子开开路路转转子子堵堵转转时时：转转子子侧侧近近似似于于短短路路0221-snn s0Rs1-sn=0s=1R=0s ，反映反映反映反映反映反映CSSSE2022-11-5
22、52由 型等效电路可得到由 型等效电路可得到 异步电动机负载时的基本方程式为异步电动机负载时的基本方程式为 1111110mm121202222T U=-E+IR+jX -E=IR+jX E=E I+I=I E=IRs+jXCSSSE2022-11-553简化等效电路简化等效电路12222112UI=RR+XXsCSSSE2022-11-554结构结构工作原理和转动原理工作原理和转动原理空载运行空载运行负载运行负载运行等效电路等效电路机械特性机械特性启动和制动启动和制动 调速调速CSSSE2022-11-555异步电动机的功率流图异步电动机的功率流图CSSSE2022-11-556电阻损耗：电
23、阻损耗：定子电阻产生的定子铜损耗：定子电阻产生的定子铜损耗：励磁电阻产生的定子铁损耗：励磁电阻产生的定子铁损耗：转子电阻产生的转子铜损耗：转子电阻产生的转子铜损耗：21Cu1112mFemm22Cu222RP=3I RRP=3I RRP=3I R电磁功电磁功定子传递给转子回路的定子传递给转子回路的率率em1Cu1FeP=P-P-P电磁功率是等效电路中转子回路的全部损耗：电磁功率是等效电路中转子回路的全部损耗：em222em2222PR1-sP=3IR+R=3IssCSSSE2022-11-557转轴实际：转轴实际：为机械损耗；为附加损耗，为机械损耗；为附加损耗，大型电机中小型电机大型电机中小型
24、电机输出输出功率功率中中22jjsfjjsfjfjNfjNPP=P-P-PPPP0.5%P,P1 3%P 异步电动机运行时，从电源输入电功率 到转轴异步电动机运行时，从电源输入电功率 到转轴输出机械功率 的全过程为：输出机械功率 的全过程为：1221Cu1FeCu2jsfjPP P=PP+P+P+P+P=P-P机械功率机械功率传递给电动机轴的：传递给电动机轴的：j2jemCu222emP1-sP=P-P=3IR=1-s PsCSSSE2022-11-558电磁功率、转子损耗和机械功率分别为电磁功率、转子损耗和机械功率分别为 可见，可见，：emCu2j22em22Cu2222jemCu222em
25、emCu2jCu2emjemCuem2jPPPRP=3Is P=3I R1-s P=P-P=3IR=1-s Ps P=P+P PPP1:s:1-s P=sPP=1-s PCSSSE2022-11-559电电 是同步角速是同步角速磁转磁转度度矩矩jjj000eme0PP=2n2n1-s60602PPT=n=60物理表达式物理表达式空空令，则令，则两边同除以角速度，有 两边同除以角速度，有 称为，称为称为，称为 为为忽略，则有 忽略，则有 载转矩输出转矩载转矩输出转矩负载负载转矩转矩0jsfj2j02e0022LL0e2LP=P+PP=P-PT=T-TTTT=TTTTT=TCSSSE2022-11
26、-560结构结构工作原理和转动原理工作原理和转动原理空载运行空载运行负载运行负载运行等效电路等效电路功率和电磁转矩功率和电磁转矩启动和制动启动和制动 调速调速CSSSE2022-11-561 一定条件下转速 和电一定条件下转速 和电 是指：是指：在，电动机的在，电动机的之间的关系:之间的关系:或 或 异步电动机异步电动机矩矩机机磁转磁转的械特性的械特性eeenn=f TTT=f s22em2RP=3Iseem0TP=2211222112Rm pU=R2fR+XXss12222112UI=RR+XXs参数表达式参数表达式eT21UCSSSE2022-11-562 是指：是指：电动机工作在和条件下
27、，按电动机工作在和条件下，按，定、，定、额定电压额定功率额定电压额定功率规定方法接线外规定方法接线外转子时，电动机转子时，电动机的的异步电动机的异步电动机的转速转速接电阻接电阻和电和电固有固有磁转磁转机械机械矩之间的关系矩之间的关系为为性性。特特enT0CSSSE2022-11-563(1)(2)整个机械特性可分为两部分：整个机械特性可分为两部分：部分：，稳定运行部分，工作区域部分：，稳定运行部分，工作区域部分：，不稳定运行部分，非工作区域部分：，不稳定运行部分，非工作区域mmD-B 0 s sB-As s 1固有机械特性曲线固有机械特性曲线CSSSE2022-11-564，理想理想，空载点：
28、空载点：，0210es=0n=nI0I=ITD=0定点定点，：，额额0NNNeN0NNNn-n n=ns=s=T=TnP T9.55nC CSSSE2022-11-5652m22112211emax221112Rs=R+X+Xm pUT=4f R+R+X+XB临界转差率 临界转差率 最大电磁转矩 最大电磁转矩 最大转矩点：最大转矩点：m12emax21emaxmmNsURTRUT=1.62.5T与电源电压无关，与转子电阻成正比与电源电压无关，与转子电阻成正比与转子电阻无关，与电源电压的平方成正比与转子电阻无关，与电源电压的平方成正比过载能力 一般异步电动机过载能力 一般异步电动机CSSSE20
29、22-11-566，称为电动机的启动转矩 堵转转矩称为电动机的启动转矩 堵转转矩 启动转矩倍数 启动转矩倍数 启动点启动点一一：般般est2112st221212ststmmN n=0s=1T=Tm pU R T 2fR+R+X+X TTK=K=1.8TA 2.0CSSSE2022-11-567 是指：是指：人为地改变电动机的某些参数或电源电压的大小人为地改变电动机的某些参数或电源电压的大小而得到的机械特性。而得到的机械特性。异步电动机的人为机械特性异步电动机的人为机械特性目目：获得需要：获得需要的的的拖动性能的拖动性能CSSSE2022-11-568（）（）降低电源电压时的人为机械特性降低电
30、源电压时的人为机械特性2112st2212122m22112211emax221112m pU RT=2fR+R+X+XRs=R+X+Xm pUT=4f R+R+X+XCSSSE2022-11-569（）（）降低电源电压时的人为机械特性降低电源电压时的人为机械特性、降压后的机械特性变“软”，启动和过载能力都下降降压后的机械特性变“软”，启动和过载能力都下降1 1 如果负载转矩大于电磁转矩，将停转；如果负载转矩大于电磁转矩，将停转；2 2 如果负载转矩小于电磁转矩，可继续运转：如果负载转矩小于电磁转矩，可继续运转：但是转速 下降，转差率 增大但是转速 下降，转差率 增大 转子电动势增大转子电动势
31、增大 电流增大电流增大 电动机过载，长期过载将导致电动机温升超过电动机过载，长期过载将导致电动机温升超过允许值，影响电动机寿命，甚至烧毁绕组允许值，影响电动机寿命，甚至烧毁绕组2s21nsEIICSSSE2022-11-570（）（）转子电路串对称电阻的人为机械特性转子电路串对称电阻的人为机械特性2112st2212122m22112211emax221112m pU RT2fR+R+X+XRs=R+X+Xm pUT=4f R+R+X+X在一定范围内增加转子电阻，可以增加电动机启动转矩在一定范围内增加转子电阻，可以增加电动机启动转矩CSSSE2022-11-571 eemaxmmemaxmNN
32、NN2mNmm2T=Tss+ssT=TPT=9.55ns=s -1实用表达式：实用表达式：实用表达式实用表达式CSSSE2022-11-572结构结构工作原理和转动原理工作原理和转动原理空载运行空载运行负载运行负载运行等效电路等效电路功率和电磁转矩功率和电磁转矩机械特性机械特性 调速调速CSSSE2022-11-573降压启动方式是指在启动过程中降压启动方式是指在启动过程中降低其定子绕组端的外加电压，降低其定子绕组端的外加电压，启动结束后再将定子绕组两端电启动结束后再将定子绕组两端电压恢复到额定值。该方法在降低压恢复到额定值。该方法在降低启动电流的同时也降低了启动转启动电流的同时也降低了启动转
33、矩，因此只适用于电动机空载或矩，因此只适用于电动机空载或者轻载启动者轻载启动直接启动直接启动鼠笼型鼠笼型定子绕组串自耦变压器定子绕组串自耦变压器降压启动降压启动定子绕组串电抗或电阻定子绕组串电抗或电阻启动启动定子绕组串电抗或电阻定子绕组串电抗或电阻绕线型：降压启动绕线型：降压启动转子绕组串电抗或电阻转子绕组串电抗或电阻能耗制动能耗制动电源两相反接电源两相反接制动 反接制动制动 反接制动倒拉反接倒拉反接回馈制动回馈制动CSSSE2022-11-5743441.1.直接启动直接启动条件：条件：电动机容量在以下电动机容量在以下符合下列经验公式符合下列经验公式供电变压器容量供电变压器容量 启动电动机功
34、率启动电动机功率stNa.10kwb.I(kVA)+I(kw)2.2.降压启动降压启动 （1）定子绕组串电抗或电阻降压启动（1）定子绕组串电抗或电阻降压启动 （2）定子绕组串自耦变压器降压启动（2）定子绕组串自耦变压器降压启动CSSSE2022-11-575优点：不受电动机定子绕组接法形式的限制优点：不受电动机定子绕组接法形式的限制缺点：启动电阻使设备体积增大，电能损耗大缺点：启动电阻使设备体积增大，电能损耗大 定子绕组定子绕组串电抗或电阻串电抗或电阻 降压启动降压启动 线路线路CSSSE2022-11-576定子绕组串自耦变压器降压启动线路定子绕组串自耦变压器降压启动线路优点：启动性能好；缺
35、点：线路相对复杂，设备体积大优点：启动性能好；缺点：线路相对复杂，设备体积大利用自耦变压器将电源电压降低后再加到电动机利用自耦变压器将电源电压降低后再加到电动机定子绕组端，达到减小启动电流的目的定子绕组端，达到减小启动电流的目的CSSSE2022-11-577，211122st222212122112Um pU RI=T2fR+R+X+XRR+XXs绕线型异步电动机转子可以绕线型异步电动机转子可以通过滑环和电刷串接外加电通过滑环和电刷串接外加电阻，而增加转子串接电阻可阻，而增加转子串接电阻可以减小启动电流并且提高电以减小启动电流并且提高电动机的启动转矩动机的启动转矩CSSSE2022-11-5
36、78为了获取为了获取较平滑的较平滑的启动过程，启动过程，将启动电将启动电阻分级，阻分级，在启动过在启动过程中逐级程中逐级切除切除绕线型异步电动机转子串电阻启动原理图及机械特性绕线型异步电动机转子串电阻启动原理图及机械特性CSSSE2022-11-579结构结构工作原理和转动原理工作原理和转动原理空载运行空载运行负载运行负载运行等效电路等效电路功率和电磁转矩功率和电磁转矩机械特性机械特性启动和制动启动和制动 CSSSE2022-11-580由由可可知知，调调速速有有如如下下方方法法：变变极极 变变极极调调速速变变同同步步转转速速 变变频频 变变频频调调速速 定定子子调调压压 转转子子串串电电阻阻
37、变变转转差差率率 电电磁磁转转差差离离合合器器 串串极极调调速速0060fn=n1-s=1-sppnfs 转差功率不变型转差功率消耗型转差功率回馈型2 semCuPsPP转差功率CSSSE2022-11-581 变极调速是在定子频率一定时，改变定子的极对数来变极调速是在定子频率一定时，改变定子的极对数来改变同步转速，从而达到调速目的。改变同步转速，从而达到调速目的。变极方法：变极方法：1.电动机运行时改变定子绕组接线方式电动机运行时改变定子绕组接线方式 2.定子上独立缠绕定子上独立缠绕23套极对数不同的绕组套极对数不同的绕组优点：设备简单，操作方便，机械特性较硬，效率高优点：设备简单，操作方便
38、，机械特性较硬，效率高 既适用于恒转矩调速，又适用于恒功率调速既适用于恒转矩调速，又适用于恒功率调速缺点：有级调速，只适用于鼠笼型异步电动机缺点：有级调速，只适用于鼠笼型异步电动机CSSSE2022-11-582（1）转子串电阻调速）转子串电阻调速特点：特点：1.同步转速不变，最大转矩也不变；同步转速不变，最大转矩也不变；2.串接电阻越大，机械特性越软；串接电阻越大，机械特性越软；3.调速时如果定子电压不变，电动机主磁通不变；调速时如果定子电压不变，电动机主磁通不变；4.若保持转子电流为额定值，属于恒转矩调速若保持转子电流为额定值，属于恒转矩调速 缺点：效率低，有级调速，调速精度差缺点：效率低
39、，有级调速，调速精度差CSSSE2022-11-583（2）定子调压调速）定子调压调速特点：特点：1.同步转速不变，最大转矩对应的转差率也不变；同步转速不变，最大转矩对应的转差率也不变；2.转矩与定子电压平方成正比；转矩与定子电压平方成正比；3.定子电压越低，机械特性越软；定子电压越低，机械特性越软；4.可实现平滑的无级调速；可实现平滑的无级调速；5.既非恒功率调速，又非恒转矩调速既非恒功率调速，又非恒转矩调速 低速时效率低，更适用于风机水泵类负载低速时效率低，更适用于风机水泵类负载CSSSE2022-11-584（3）串串极极调调速速原原理理框框图图CSSSE2022-11-585（3）串极
40、调速）串极调速 在转子上串入与转子电动势同频率的附加电动势，并在转子上串入与转子电动势同频率的附加电动势，并通过改变其幅值和相位来实现调速，同时将转差功率返回通过改变其幅值和相位来实现调速，同时将转差功率返回到电源。到电源。优点：效率高，机械特性较硬，可实现无级平滑调速优点：效率高，机械特性较硬，可实现无级平滑调速缺点：功率因数较低缺点：功率因数较低CSSSE2022-11-586变频调速系统原理框图变频调速系统原理框图控制器控制器逆变器逆变器电压电压/电流检测电流检测转速转速/位置检测位置检测给定给定M30u0fsu1f 优点：不同转速时转差率不变，转差损耗小，机械特性硬，优点：不同转速时转
41、差率不变，转差损耗小，机械特性硬，调速范围宽，调速精度高调速范围宽，调速精度高缺点：变频装置成本较高，变频调速原理较复杂缺点：变频装置成本较高，变频调速原理较复杂CSSSE2022-11-587变频调速机械特性曲线变频调速机械特性曲线CSSSE2022-11-5896719711985VVVF控制 第 章矢量控制第 章年直接转矩控制年CSSSE2022-11-590三相异步电动机是靠电磁感应作用来工作的，其转子电流是三相异步电动机是靠电磁感应作用来工作的，其转子电流是感应产生的，故也称异步电动机为感应电动机感应产生的，故也称异步电动机为感应电动机转差率是异步电动机的重要物理量，它的大小反映了电
42、动机转差率是异步电动机的重要物理量，它的大小反映了电动机负载的大小，它的存在是异步电动机旋转的必要条件。转差率的负载的大小，它的存在是异步电动机旋转的必要条件。转差率的大小可区分异步电动机的运行状态大小可区分异步电动机的运行状态异步电动机按转子结构不同，分为鼠笼型和绕线型转子异步异步电动机按转子结构不同，分为鼠笼型和绕线型转子异步电动机两种，它们的定子结构相同，而转子结构不同电动机两种，它们的定子结构相同，而转子结构不同 为求作异步电动机的等效电路，除了对转子绕组各量进行折为求作异步电动机的等效电路，除了对转子绕组各量进行折算外，还需对转子频率进行折算。频率折算的实质就是用转子静算外，还需对转
43、子频率进行折算。频率折算的实质就是用转子静止的异步电动机去代替转子旋转的异步电动机止的异步电动机去代替转子旋转的异步电动机异步电动机的电磁转矩和功率反映了能量传递过程中的功率分异步电动机的电磁转矩和功率反映了能量传递过程中的功率分配配CSSSE2022-11-591三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。电磁转矩表达式有三种形式：物理表达式、参数表达式的关系。电磁转矩表达式有三种形式：物理表达式、参数表达式和实用表达式和实用表达式 电动机的最大转矩和启动转矩是反映电动机过载能力和启动性电动机的最大转矩和启动转矩是反映电
44、动机过载能力和启动性能的两个重要指标，最大转矩和启动转矩越大，则电动机的过载能的两个重要指标，最大转矩和启动转矩越大，则电动机的过载能力越强，启动性能越好能力越强，启动性能越好 三相异步电动机的机械特性是一条非线性曲线，一般情况下，三相异步电动机的机械特性是一条非线性曲线，一般情况下，以最大转矩为分界点，其线性段为稳定运行区，而非线性段为不以最大转矩为分界点，其线性段为稳定运行区，而非线性段为不稳定运行区稳定运行区 固有机械特性的线性段属于硬特性，额定工作点的转速略低于固有机械特性的线性段属于硬特性，额定工作点的转速略低于同步转速。人为机械特性曲线的形状可用参数表达式分析得出，同步转速。人为机
45、械特性曲线的形状可用参数表达式分析得出，分析时关键要抓住最大转矩、临界转差率和启动转矩这三个量随分析时关键要抓住最大转矩、临界转差率和启动转矩这三个量随参数的变化规律参数的变化规律CSSSE2022-11-592小容量的三相异步电动机可以采用直接启动，容量较大的笼型小容量的三相异步电动机可以采用直接启动，容量较大的笼型电动机可以采用降压启动，降压启动分为定子串接电阻或电抗降电动机可以采用降压启动，降压启动分为定子串接电阻或电抗降压启动和自耦变压器降压启动压启动和自耦变压器降压启动绕线转子异步电动机可采用转子串接电阻启动，其启动转矩大、绕线转子异步电动机可采用转子串接电阻启动，其启动转矩大、启动
46、电流小，适用于中、大型异步电动机重载启动启动电流小，适用于中、大型异步电动机重载启动三相异步电动机的调速方法有变极调速、变频调速和变转差率三相异步电动机的调速方法有变极调速、变频调速和变转差率调速，其中变转差率调速包括绕线转子异步电动机的转子串接电调速，其中变转差率调速包括绕线转子异步电动机的转子串接电阻调速、串极调速和降压调速。变频调速是现代交流调速技术的阻调速、串极调速和降压调速。变频调速是现代交流调速技术的主要方向，它的调速性能好主要方向，它的调速性能好CSSSE2022-11-593 异步电动机的工作原理、转动原理异步电动机的工作原理、转动原理 同步转速同步转速&转差率的概念、表达式以及相关计算转差率的概念、表达式以及相关计算 异步电动机异步电动机T型等效电路的绘制型等效电路的绘制 功率、电磁转矩方程式以及相关计算功率、电磁转矩方程式以及相关计算 固有机械特性曲线的绘制、曲线上关键点的物理意义固有机械特性曲线的绘制、曲线上关键点的物理意义 异步电动机的各种调速方法、为什么变频调速是当今异步电动机的各种调速方法、为什么变频调速是当今 交流调速的主流交流调速的主流 CSSSE2022-11-594
