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1、58 感应电动机的起动,一、感应电动机的机械特性 固有特性：,人为机械特性,人为地改变电动机的任一个参数（如U1、f1、p、定子回路电阻或电抗、转子回路电阻或电抗）的机械特性称为人为机械特性。,降低定子端电压的人为特性； 改变转子回路的电阻的人为特性； 改变定转子回路电抗的人为特性； 改变极数后的人为特性； 改变输入频率的人为特性；,二、三相感应电动机的起动,起动性能包括： 起动电流倍数Ist/IN; 起动转矩倍数Tst/TN; 起动时间 起动时消耗的能量 起动设备的简单和可靠； 起动的过渡时间,异步电动机直接起动时的问题：电流大但转矩并不大。,起动时， S1， 等效阻抗小， 起动电流大； f
2、2f1 ， 2接近900， cos 2很小， 转子电流有功分量小。,异步电动机的起动， 存在两种缺点： 1. 电动机起动电流大， 供电网络承受冲击电流能量有限； 2. 电动机起动转矩小， 负载要求有足够的转矩才起动；,异步电动机起动分四种情况： 小容量轻载起动； 中、大容量轻载起动； 小容量电机重载起动； 中、大容量重载起动；,一、小容量电动机轻载起动直接起动,不仅取决于电机本身的大小， 还与供电电网容量和供电线路长短有关。 （要求母线电压降落不大于10）,电动机容量与供电变压器的比值； 起动是否频繁； 供电线路距离； 同一台变压器其它用户的要求；,一般7.5KW以下电机允许直接起动。,二、中
3、、大容量电动机轻载起动降压起动,此时主要矛盾是电流。 降低电流的方法， 主要靠降低电压。,起动电流：,降压起动时， 起动电流与定子电压成比例降低。待转速升高到一定值， 恢复全电压。,注意： 起动转矩与U2成正比， 降压起动后，起动转矩 比起动电流降低得更厉害。,常用的降压起动方法,定子串电阻或电抗降压起动； 用自耦变压器降压起动； Y起动 延边三角形起动,三、小容量电动机重载起动,主要矛盾是起动转矩不足。,解决的方法： 容量大一号的电机； 高起动转矩的电动机特殊电机,特殊电机获得高起动转矩的原因， 主要是转子电阻的影响。转子参数自动随转速的变化而变化。 如双鼠笼电机和深槽电机。,集肤效应,将导
4、体看成许多单元导体的并联； 越接近槽口的导体所交链的漏磁通越少， 即漏抗小；接近槽底的单元，漏抗大； 导体电流密度分布不均， 产生把电流向槽口排挤的“趋表效应”； 电机转速越低， 转子电流频率越高， 趋表效应越突出； 导体的导电高度缩小， 转子电阻增加；,深槽式：高度是宽度的1012倍， 堵转时， 电阻达额定运行的3倍， 随着转速升高， 频率降低， 电流分布趋向均匀， 转子电阻自动减小。,双鼠笼式： 两套绕组， 材料不同， 截面也不同。 外笼： 起动笼， 截面小， 材料选用电阻系数大； 内笼： 工作笼， 截面大， 电阻系数小。,四、中、大容量电动机重载起动,两种矛盾同时起作用。 采用绕线式电机
5、， 转子串电阻。 既增大起动转矩， 又减小起动电流。 常用的方法：转子串电阻或转子串频敏变阻器。,5-9 三相感应电动机的调速,要求电动机具有几种转速； 在一定的范围内可以连续调速；,调速的方法：,（1） 改变定子绕组的极对数p； （2）改变电源的频率f1； （3）改变电动机的转差率； 改变定子绕组的端电压； 改变定子绕组的外加电阻或电抗； 转子回路加电阻或电抗； 转子回路引进fsf的外加电势,一、变极调速,单绕组双速电机：一套定子绕组具备两种极对数而得到两个不同同步转速； 三速或四速电机： 定子内放两套独立的绕组；,单绕组双速电机原理： A1X1和A2X2串联形成四极磁场； A1X1和A2X
6、2串联， A2X2反向， 形成两极磁场；,变极调速的注意点： （1）为获得恒定的平均转矩， 定、转子绕组的极对数必须保持一致。 因此一般只适用于鼠笼式异步机。 （2）在改变绕组接法时， 要保证变极后三相绕组的对称以及基波磁势的转向不变。 （3）变极调速是一个有级调速。 极数变换后， 节距、相带、气隙磁密都要变化， 电机的额定转矩和额定容量都要变化。,二、变频调速,如果电源频率可以连续调节， 则电动机转速可以连续、平滑调节。,要求： 气隙磁通量保持基本不变； 磁路的饱和程度不变； 激磁电流和电动机的功率因数可以保持基本不变。 电动机的最大转矩保持不变；,1. 由基频向下的调速,电压方程：,降低电
7、源频率， 必须同时减小电源电压。,（1）保持E1/f1不变， 降频调速,E1/f1不变，m等于常数 。恒磁通的控制方式。,改变频率， 电机的Tm以及此时的转速变化与f1无关。,用于恒转矩负载：,电磁转矩不变， 属于恒转矩调速方法。,用于恒功率负载：,过载能力下降,保持E1/f1不变， 降频调速优点： 机械特性硬， 调速范围宽； 低速运行稳定性好； 无级调速平滑性好； 正常负载时， 转差率小， 转子铜耗少， 效率高；,磁通近似等于常数， 属于近似的恒转矩调速方式。 在低频运行时， Tm下降较多， 可能带不动负载。,（2）保持U1/f1不变， 降频调速,2. 由基频向上调速,U1为额定值不变， 随
8、着f1升高， 气隙磁通减小。,是恒功率的调速方法。,变频调速的总结,（1） 机械特性基本平行， 特性硬，调速范围宽，转速稳定性好； （2） 运行时S小， 转差功率损耗小， 效率高 （3） 频率连续可调， 为无级调速 （4） 保持E/f为常值， 恒转矩调速 保持U/f为常值， 为近似恒转矩调速 U1恒定， 频率向上调，为恒功率调速,变频调速的实现变频器,三、改变转差率,1 改变端电压 电磁转矩与电压的平方成正比。 特点：调速范围小， 用于拖动通风机型负载的小型笼型电动机。,2 转子加电阻（绕线式电机） 特点： 方法简单、调速范围广； 调速电阻消耗能量， 转速越低、效率越低； 机械特性变软， 负载
9、变化， 转速变化显著。,3 串级调速,在转子回路接入一个转差频率的附加电动势，改变附加电动势的大小和相位 将转差功率转换为机械能加以利用， 或者送回电网。即有较高的 效率， 又能达到调速的目的。,串级调速的原理：,有超同步、亚同步和改善功率因数三种控制形式。,串级调速的实现,双馈电机,采用串级调速方法的绕线式电机。,定子三相电源供电， 转子经变频器接转差 频率的电压； 转子电流为转差频率， 转子磁势波在气隙中转速恒为同步速；,优点： 调速范围广， 性能好； 保持稳定和防止振荡的问题较复杂。 适用于负载平稳、调速快速性不高的场合。,5-10 三相感应电动机的制动,三相异步电动机的电动状态：T与n
10、同方向，电机从电源吸收电功率，扣除自身损耗外， 转变为机械功率送至负载； 三相异步电动机的制动状态：T与n方向相反；,制动状态方式： 反接制动； 回馈制动； 能耗制动；,一、反接制动,1. 转向反向的反接制动（正接反转）,从机械特性分析：,A点（电动状态） n0, T0,B点（制动状态） n0,转差率：,性质：,等效电阻：,吸收机械功率；,电能从定子传向转子；,全部消耗在电阻上；,2、两相对调,电机原运行于电动状态，两相对调后， 气隙磁密立即反向， 以n1转速旋转； 电机机械特性从1到2；,反接的过程， 从反接开始到转子速度为零的过程。,两种反接制动， 均有S1, 机械功率为输入。 区别： 前
11、者由负载提供机械功率 后者由整个转动部分提供储能。,二、异步机的回馈制动,回馈制动的实现,三、异步电动机的能耗制动,制动时， 三相绕组脱离三相电源， 由直流电流过定子绕组，在气隙中形成恒定磁场。,过程分析：,由于惯性， 转子仍以n速度旋转,在制动转矩和负载转矩共同作用下， 转子减速至n0。,能耗制动可使反抗性负载准确停机， 使位能性负载匀速下放。 注意：恒定磁场获得， 需通过定子绕组的改接,风扇电机,罩极式排气扇电机,冰箱电机,电动缝纫机电机,电容分相电机,5-11 单相异步电动机,单相异步电动机由单相电源供电，使用方便，广泛应用于家电、电动工具、医疗器械中。,一、单相异步电动机特点,与同容量
12、的三相异步电动机比较，单相异步电动机的体积大、运行性能较差，单相电机只做成小容量的。 单相异步电动机通常在定子上有2相绕组，转子是普通的鼠笼转子。 单相异步电动机类型： (1)单相电阻分相起动异步电动机； (2)单相电容分相起动异步电动机； (3)单相电容运转异步电动机； (4)单相电容起动与运转异步电动机； (5)单相罩极式异步电动机。,二、单相绕组通电时的机械特性,一相定子绕组通电时电机中的电磁转矩为两个旋转磁势产生的电磁转矩的叠加。,1起动转矩等于零 当sl时，T+T-，T0，单相电机仅一个绕组工作不能自行起动。 2转动后单相电机可以在一个绕组情况下运行 由于有负序转矩存在，所以其过载能
13、力和效率均有所降低。 3理想空载状态也达不到同步转速 因有负序转矩存在，即使转轴上不带任何负载，转子电流也不可能为零，单相电机达不到同步转速。,(1)定子具有空间不同位置的两套绕组； (2)两相绕组通入不同相位的交流电流。,三、起动的必要条件,椭圆形旋转磁场时的机械特性,在n=0时，T0,电动机具有正向起动转矩， 起动后，n0,T0，电动机可以继续运行。,1、单相电阻起动,四、单相异步电动机的起动,只要两个回路的阻抗角不同，Im、Ia便不同相位，从而建立旋转磁场，产生电磁转矩； 结构简单，起动转矩低,2、电容电动机,单相电容起动,合理选择电容器和主辅绕组匝数，使起动时气隙磁场接近圆 形旋转磁场
14、。可以有较高的起动转矩。 电动机起动后，在离心力作用下断开常闭触点，自动切断辅 助电路单相运行,单相电容运行,额定负载时有接近圆形旋转磁场，性能性能较好 起动时椭圆度差，起动转矩小 空载有负序磁势，空载电流大，损耗大,单相电容起动及运行,在辅助绕组回路中串接两个并联的电容器 运行电容C固定接入辅助绕组电路 起动电容Cs在起动时接入，起动后靠离心开关S断开 电机有较好的起动和运行性能,3、罩极式单相电动机,罩极绕组 短路环 穿过短路环与不穿过短路环的两部分磁场有时间相位差 两个磁场在空间和时间上不同相 合成磁场是椭圆形旋转磁场 ，旋转方向从未罩极部分转向罩 极部分,发电机运行：原动机拖动转子旋转
15、，且转速大于旋转磁场的同步速,5-12 异步发电机,异步发电机相量图,输入有功功率小于0，表明输出有功功率,异步发电机运行方式,与电网并联 电压和频率完全取决于电网的电压和频率，与转速无关 激磁电流（无功性质）由电网提供 原动机输入机械功率增大，则转速增大，输出有功增大,异步发电机运行方式,单机运行 激磁电流由并联在端点上的电容器供给 电容器通常为三角形连接 电压和频率大小与电容值、电机转速及负载情况有关,异步发电机单机电压建起过程,1空载特性,2电容器特性,1、 原始剩磁Ur在电容器上产生电容电流，对电机励磁 2、 励磁增大后，电压上升，励磁电流再增大正反馈 3、 达到交点A，为稳定运行工作点,作业： p184 思考题10-2 , 10-8 , 10-10 p185 习题10-3 , 10-6,
