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1、电机学多媒体课件系列 福州大学 电气工程与自动化学院 电机学教研组 2013.5 第十三章 异步电动机的 起动、调速和制动 第十三章 异步电动机的起动和调速 第一节 异步电动机的起动电流和起动转矩 1、起动：从静止加速到工作转速的过程 它包括:最初起动状态和加速过程. 启动过渡过程短， 带载起动能力强 对电网的冲击小 2、要求:起动时有较大起动转矩Tst; 较小起动电流Ist (P159) 实际上它们(Tst;Ist)是一对矛盾! 3、直接起动时，启动电流较大 根据异步电机较准确形等效电路: 所以异步电动机直接起动时 额定运行时s=0.020.05很小,I2N不大; 启动时n =0，s=1,E
2、2s=sE2较大,I2st较大, 也较大 。 把 s=1 代入上式得启动电流Ist： 4、直接起动时起动转矩较小： n=0、s=1,则： a)Z1较小,I1stZ1略增大E1略减小m略减小 b) 所以，虽然Ist较大,但 一、全压直接起动 把异步电动机定子绕组直接接到额定电压的电 网上进行起动。 v优点：设备简单，操作方便。 v 缺点：起动电流很大。过大的起动电流会造成较 大的线路电压降，影响接在同一台配电网上的其它 电器的正常使用；通常情况下: Ist =( 5 7 )IN。 频繁起动的，会使电机过电流发热积累，造成异步 电动机过热损坏 。 第二节 异步电动机的起动 供电容量比异步电动机的容
3、量大得多, 起动电流所造 成的电压降落不致影响同一电网上的其它电气设备的正常 工作，且非频繁起动。 供电变压器的容量与异步电动机容量相差不大则应采取 降压措施以限制起动电流。 电网变压器 容量 电机额 定功率 v应用场合： 二、降低电压起动 降压起动时，施加低于额定电压的电压。电动机的转速 上升到接近额定转速后，再切换到额定电压下运行。 可见，降低外加电压起动，可以降低起动电流，但同时降低 了起动转矩。 仅适用于对起动转矩要求不高的场合，如风机、 离心泵等。 根据 忽略Im，考虑起动时转差s=1， 额定运行时转差s=sN，可以推导得： 优点：平稳可靠，构造简单。 结论:转矩下降倍数大于电流下降
4、倍数,用于轻载起动场合 。 缺点： Tst小。起动性能效果较差。 1. 定子串电抗器起动 串接电抗器X的大小，可根据 需要降低起动电流的比率求的。 定子串接电抗器起动 鼠笼型异步电动机常用降压起动方法有4种： 设计中取： 电机 v用自耦变压器后,若加在电机绕组M 上的电压: 则流过电机绕组的电流： 则电网提供电流： 结论：Tst和 Ist 都下降为直接起动的1/kA2 。 优点：不同变比抽头适用不同负载。 缺点：体积大，价格高，需维护。 电机 设直接起动时：Ist、Tst 自耦变压器的变比为: kA = N1/N2 =U1/U2 2. 自耦变压器降压起动 U1L I1ph 起动： Y 起动：
5、U1L 结论：TstY 和 IstY 都下降为直接起动的 1/3。 3.星形-三角形(丫- )起动 适用于正常运行定子绕组按三角形连接的电机。 起动时,使定子绕组为星形连接,待转速上升到额定转速 后,再换接成三角形连接。 4. 延边三角形换接降压起动 优点：不同抽头对应不同电压变比。 缺点：接线复杂，只用于运行接法电机，电流下降倍数有限。 U1L 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Z11 Z12 U1 延边三角形降压起动原理图 三、增加转子回路电阻起动 改变鼠笼绕组材料、槽形、绕线型转子绕组串接可 调电阻等，增加转子回路电阻，从而降低起动电流，提 高起动转矩，达到改善起动性能的作用。 具体的
6、措施有: 1. 改进鼠笼型电动机转子绕组 采用高电阻率合金铝 浇注、高电阻率黄铜，或 采用减少转子槽形面积设 计，提高转子绕组电阻。 转子电阻增大时机械特性 2.采用深槽式鼠笼转子 深槽转子槽漏磁通的分布如图： 槽底导体交链漏磁通多，漏电抗越大;靠近槽口导体交链 漏磁通少，则漏电抗小。 起动时，转子电流频率50Hz较 高，漏电抗较大，导体电流分配主 要决定于漏电抗，转子导条电流密 度从槽口到槽底越来越小，如图b, 这种现象称为挤流效应。挤流效应 使得槽底导体作用很小，实际导体 有效面积减少如图c；相当于转子 电阻r2增大，减少了起动电流，增 大起动转矩，满足了起动要求。 （a） （b） （c）
7、 深槽转子电流挤流效应 正常运行时，转子 电流的频率很小（约1 2Hz），漏电抗很小 ，挤流效应基本消失 。导体等效面积变大 ，转子电阻r2 减小， 满足了运行性能。 深槽式异步机机械特性 1-普通鼠笼；2-深槽式鼠笼 3. 采用双鼠笼转子 图13-8 双鼠笼异步机转子槽形 原理与深槽式鼠笼 转子一样，也是利用 挤流效应。 4、采用绕线式转子 绕线式异步电动机 ，转子绕组可通过集 电环串接外加可调电 阻如图： 起动时，根据限制起动电流调节串接的电阻R，起动电流和 起动转矩为 式中R为串接电阻R的折算值，R=ke.ki.R 可见：线绕转子电机转 子串电阻R ;既可以增 大Tst ,又可以降低Is
8、t。 注意:当Sm=1时,Tst=Tm,串更大的电阻RRm反而会使起动 转矩下降。 选择适当R，使sm=1， 可以获得最大起动转 矩Tst=Tm，此时： 计算可得，串接电阻为： 起动时: n =0，s=1，f2=sf1=f1 较大，pFe大频敏变阻器等 效电阻Rm大Ist小,Tst 大。 过程:ns f2=sf1pFeRm，相当于逐渐切除所串 电阻，使 Tst 保持较大值。 起动结束正常运行时：sN0.01-0.05，f2 = sf1很小pFe可 略，Rm0相当切除频敏变阻器。 优点：整个起动过程都有较大的起动转矩和较小的起动电流 。 5、转子串频敏变阻器起动 频敏变阻器特点： PFef2,R
9、mf2 即:阻值与频率成正 比 异步电动机的转速： 第三节 笼型异步电动机的调速 (1)改变电动机的极对数p变极调速 （仅适用于笼型）; (2)改变供电电源的频率f变频调速； (3)改变转差率s调速 ：改变外施电压U1 转子外串附加电阻或附加电动势 异步电动机的调速方法： 一、变极调速（笼型） 改变定子绕组极对数，从而改变同步转速n1 达到调速目的,属于有级调速。 变极电动机转子为鼠笼式，它可以随着定子 极对数的改变而自动改变极对数。 变极电机定子绕组的绕制有两种方法： a双绕组变极 b单绕组变极 这里主要讨论单绕组变极。 结论:只要改变另一半绕组线圈的电流方向就可变极(极数减半 ） 一、变极
10、调速原理 单绕组变极：定子只有一套绕组，通过不同接法构成不 同极对数，得到两个或多个同步速度n1和转子的转速。 图1 2P=8一相绕组连接线 图2 2P=4一相绕组连接线 图2中 1、2及5、6线圈边电流反向， 电机就由多极2P=8(低速)少极2P=4(高速) 例 ： 二、变极调速注意： 1) 变极调速一般只用于笼型转子电机。 为使电机正常工作，定转子的极对数必须相等,笼型 转子可以自动调节极对数，而绕线转子电机不能。 2)变极以后必须将定子任意两相对调,以保持转 向不变。 设高速时P 对极: A、B、C相位关系为：0、120 、 240， 则低速时2P 对极: A、B、C相位关系为：0、24
11、0、480（120），相 序与变极前相反,电机将反转。 变频调速是通过改变电源频率来改变电动机旋转磁场 的同步速度，使转子转速随之而变化。 变频调速具有：调速范围广、精度高、效率高，且能无 级调速等优点，但变频器造价高，维护难. 二、变频调速: 变频器电源不仅只是单纯的改变输出电压频率，还要根 据异步电动机驱动的机械负载类型（如恒转矩、恒功率）， 按一定规律地改变输出电压大小，才能确保电动机正常工作 ，实现良好调速运行性能。所以变频器的变频调速实际上是 变频、变压调速。 由 知,变频f若不变压U则： 变频调速时，通常希望电动机的主磁通m保持不变; 可见，在其他条件不变时: 1. 带恒转矩机械负
12、载调速 这种调速，变频器要按“U1/f1=常数”的规律进行变 频变压输出供电，这样可以使电机内部磁通和电机过载 能力保持不变。分析如下 ： 2. 带恒功率机械负载调速 这种调速变频器要按 =常数”的规律，进行 变频变压输出供电的。 设变频调速前后各参量加“ ”表示;则 ： 代入式： 优点：变频调速范围大，平滑性较高，U1按不同规律变化可 实现恒功率或恒转矩调速，以适应不同负载要求。 缺点：a)必须有专用变频电源;b)低速时过载倍数大为降低 。 三、改变外施电压(降压)调速 a)带恒转矩负载时： 当外施电压U1下降为额 定值的x=u1/uN倍时，s增加 原有值的1/x2倍，但sk不变 ，Tm下降
13、x2倍。 普通鼠笼电机sN很小， 则n调节范围很窄，调速性 能差。 带恒转矩负载时不宜 采用降压调速方法 b)负载性质为变转矩时 ： 对于转子电阻r2 较大 电动机,机械特性较软,稳 定运行区域较宽;如果带风 机、泵类机械，其负载转 矩与转速平方成正比，即TL kn2 ;采用调压调速可以 获得较大的调速范围，有 明显的节能效果 TL 转子外串附加电阻:sm R2；n0 和Tz与电压无关. Tst2 sk2r2+R2 r2+R3 Tst1 sk1r2+R1 Tz 1 0Tst TmT s n 0 n0 sk R2 A B 四、绕线型异步电动机转子串接电阻调速 当转子回路串入与转子电动势sE2频率
14、相同而相位相 反的附加电动势Ef后，转子电流I2： 五、绕线型转子串级调速 f 过程：刚串入Ef时,I2 TTL ns(sE)2 I2T直到T=Tz 这 时nn（转速比原来的小 ） 特点：调速范围小，功率因 数低，用于大功率绕线异步 电动机 1.第四节 异步电动机的电磁制动 P171 电机总的电磁转矩:Tem=Tem+Tem- 第二节 单相异步电动机 一、单绕组异步电动机的T-s曲 在单相供电条件下，绕组磁势为脉振磁势，波形为梯形波 单相异步电动机的T-s曲线 0S=12 Tem- s-=2-s+ 2 0 s Tem+ s+ Tem 1、n=0，s+=s-=1时，合成转矩Tem+Tem-=0 ,电机无起动转矩 2、若s+或s-不为1时,合成转矩不为零.也就是说,单相异步电 机虽无起动转矩，但一经起动，就有转矩，能够继续运转 .P193(1、2、3) 1、电容分相式电动机 二、单相电动机的分类 定子嵌有在空间相差 90电角度主、辅两相绕组, 起动时 ,离心开关闭合,辅相绕组串接起动和运行电容,使电机基本上 按圆形旋转磁场起动; 接近同步速时,离心开关断开, 辅相绕 组仅串接运行电容, 电机基本上按圆形旋转磁场运行。 2、罩极式电动机 短路环 主绕组 21 n （2）电阻分相式电动机 主 绕 组 R K离 心开 关 辅助绕组 转子 电阻分相式电动机
