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1、1 1. .定子定子3.1 三相异步电动机的构造铁心：由内周有槽铁心：由内周有槽 的硅钢片叠成。的硅钢片叠成。A -XA -X B -Y B -Y C- ZC- Z三相绕组三相绕组机座：铸钢或铸铁第三章 三相异步电动机的机械特性起动和制动转子电路的特点：自行闭合，不外接电力负载。2.转子鼠笼转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。 (1) 鼠笼式绕组铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。 (2) 绕线式绕组同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：
2、鼠笼式：鼠笼式：结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。绕线式：绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。3.23.2三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性一一. .机械特性表达式机械特性表达式1.1.机械特性方程式推导机械特性方程式推导T=CT=CT T mmI I2 2cos cos 2 2 (1) (1)C CT T=1/=1/ 2 2pmpm1 1N N1 1k kw1 w1 (2)(2)P: P:极极对对数，数，mm1 1：定子：定子级级数，数，N N1 1: :定子每相定子每相绕组绕组 匝匝 数数 K Kw1w1
3、: :绕组绕组 系数，系数， mm: :每极磁通量，每极磁通量，I I2 2 ：折合到定：折合到定 子子侧转侧转 子子电电流流 coscos 2 2 :折合到定子侧的转子功率因数则，则，T=CT=CT T mmI I2 2 cos cos 2 2 =C=CT T mmI I2 2cos cos 2 2所以，电磁转矩同所以，电磁转矩同转子电流转子电流和和主磁通主磁通相互产生作用。相互产生作用。 同时同时:T=P/:T=P/ 1 1=(m=(m1 1I I2 2 2 2r r2 2/s)/ /s)/ 1 1忽略励磁电流得：2.机械特性分析 由dT/ds=0得：(1)Tmax与U12成正比，Sm与U
4、1无关 (2)Tmax与r2无关，Sm与r2成正比 (3)Sm和Tmax与（x1+x2)成反比 (4)过载能力T=Tmax/TN:1.6-2.2(一般),2.2-2.8(起重 ) (5)起动转矩，n=0,s=1,漏抗x2很大与负载无关，r2增加使得Tst增加。 (6)起动转矩倍数kT: kT=Tst/TN1, 仅对笼 型电机3.机械特性实用表达式 由（6）和（7）式得到实用表达式：二.固有机械特性定义:异步电动机在额定电压,额定频率下,按规定 接线,定转子外接电阻为零时,转速与电磁转矩的 关系.1.起动点AN=0, S=1,T=Tst, I1st=(4-7)I1N2.额定工作点Bn=nN, S
5、=SN, T=TN, I1=I1N3.同步转速点Hn=n1, S=0, T=0, I2=0, I1=I0(空载电流)4.最大电磁转矩点P和PP：T=Tmax,S=Sm,n=n1(1-Sm)P: T=-Tmax,S=Sm,n=n1(1+Sm)sn0 nNsNnmsm1 0TNTstTmTBAHP三.人为机械特性 定义:人为改变电机参数或电源参数而得到的机械特 性方法:改变定子电压,电源频率,极对数,定子转子电路 电阻和阻抗1.降低定子电压的人为特性Tmax与U12成正比Sm与U1无关n1与U1无关U1-n -s-E2s -I2 -温度snsm10TLUN0TstTmTemn10.8UN0.64T
6、st 0.64Tm下降后, 和 均下降, 但 不变, 和 减少。如果电机在定额负载下运 行, 下降后, 下降, 增大, 转子电流因 增大而增 大,导致电机过载。长期欠压 过载运行将使电机过热，减 少使用寿命。2.转子电路串对称电阻的人为特性 (1)n1不变，Tmax不变，Sm增大 (2) Tst(在一定范围内)当串电阻Rs3, S=Sm=1-Tst=Tmax串电阻后, 、 不变， 增大。在一定范围内增加电阻，可以 增加 。当 时 ，若 再增加电阻， 减小。串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。除了上述特性外，还有 改变电源频率、极对数等人 为机械特性。1 0TstTmTems n 0n1
7、smR2TstsmR2+Rs3.定子电路串电阻或电抗的人为特性 (1)n1不变，Tmax,Tst ,Sm (2)适用于降压起动，限制起动电流第二节 三相笼形异步电动机起动起动要求:起动电流小,起动转矩大 笼形电机直接起动性能: 起动电流I1st大,I1st/I1N=K1=4-7 起动转矩小,kT=Tst/TN=0.9-1.3一.直接起动(适用小容量电机)I1st=(4-7)I1N, PN=7.5kw 经验公式：I1st/I1Nrm大,rm随着f2的变化而自动变化。2.2.起动电路起动电路3.3.工作原理工作原理3.起动过程 起动条件：2S断开，1S闭合 起动瞬间：f2=f1大=涡流损耗发热大，
8、铁耗大=r2大 =Ist小，Tst大 起动过程：f2=r2 =相当于自动切除起动电阻 起动结束：2S闭合，完全切除电阻起动时, ,频敏变阻器铁损大,反 映铁损耗的等效电阻 大,相当于转 子回路串入一个较大电阻。随着 上 升, 减小,铁损减少,等效电阻 减小,相当于逐渐切除 ,起动结束 ,S2闭合，切除频敏变阻器，转子电 路直接短路。 二.转子串电阻起动（三相对称电阻 ）1.起动电路4.4.特点：结构简单，运行可靠，维护方便特点：结构简单，运行可靠，维护方便2.原理： 提高转子电阻可以提高起动转矩 3.起动过程 (1)S闭合，3S、2S、1S断开 起动电阻R1=Rs1+Rs2+Rs3+r2,人为
9、机械特性1,a-b (2)1S闭合，切除电阻Rs1 起动电阻R2=Rs2+Rs3+r2，人为机械特性2，c-d (3)2S闭合，切除电阻Rs1,Rs2 起动电阻R1=Rs3+r2,人为机械特性3，e-f (4)3S闭合，切除电阻Rs1,Rs2,Rs3, 起动电阻r2,固有机械特性4， g-h 总起动过程：a-b-c-d-e-f-g-h电动机由a点 开始起动，经 bcde fgh，完 成起动过程。起动过程4.起动电阻计算（解析法）对T=2TmaxS/Sm,有下面两个结论(1) T一定则SmS，并且Sm R得：S R,(T一定)(2)转速n一定则T 1/Sm ,并且Sm R得：T 1/R,(n一定
10、) 对于特性4与3中f与g两点，n相同即有Te/Td=T1/T2=R2/R3 同样有R1/R2 =R3/r2 = T1/T2 对三级起动令：R1/R2 =R2/R3 =R3/r2 =-起动转矩比得到：R3= r2R2= 2r2R1= 3r2又由特性曲线4和直线n1k构成的相似形得： T1/TN=Sg/SN=Sg=SNT1/TN R1/r2=Sa/Sg=1/Sg ,(T=T1恒定，RS) 最终得到3= R1/r2=TN/(SNT1), 总结： m=TN/(SNT1)= =TN/(SNT1)1/m= m=lgTN/(SNT1)/(lg)第四节 三相异步电机的制动定义：电磁转矩实际方向与转速实际方向
11、相 反。 能耗制动，反接制动，回馈制动 一.能耗制动 1.制动线路1.制动原理：闭合导线在恒定磁场中旋转会产生反方向的阻 力阻止导线旋转。1S断开，2S闭合，产生恒定磁场动能-电能-电阻热能消耗2.机械特性：与正常运行的机械特性类似nTemA0n1C1 B23对笼型异步电动机,可以增 大直流励磁电流来增大初始制 动转矩 。曲线1和2对绕线型异步电动机,可 以增大转子回路电阻来增大 初始制动转矩 。曲线1和3特点： (1)直流励磁一定RBr-Sm,Tmax不变，曲线1和3(2)转子电阻RBr不变直流励磁I-2-Tmax,Sm不变，曲线1，2,TmaxI-2 3.制动过程A-B-O（n=0,切断电
12、源）4.能耗制动经验公式 由I-=(2-3)I0, 一般I0=(0.2-0.5)I1NRBr=(0.2-0.4)EIN/(1.732I2N)-r2, r2:转子每相电阻 得：Tmax=(1.25-2.2)TN二.反接制动定义：转子旋转方向与定子旋转磁场方向相反。 (a)定子旋转磁场的方向不变，转子反转（转速反向 ）:串大电阻 (b)转子方向不变，定子旋转磁场方向改变（定子两 相反接）：改变电源相序 1.转子反转的反接制动1）制动电路2）制动原理与机械特性 产生条件：提升重物稳定运行，断开S，接入电阻 RBr 起动过程A-B-C-D(稳定点，TD=TL) 负载转矩为拖动转矩，电磁转矩为制动转矩总
13、结：必须串入足够大总结：必须串入足够大 的电阻，在位能负载作的电阻，在位能负载作 用下限制垂物下降速度用下限制垂物下降速度3）能量关系 转差率S=n1-(-n)/n11 输出机械功率：P=m1I22(r2+RBr)(1-S)/S0表示电网向电机输入能量转子铜耗：Pcu=m1I22(r2+RBr)=P+ P 表示铜耗=机械能+电网电能2.改变定子两相电源相序的反接制动1）制动线路1）制动原理与机械特性 产生条件：电机稳定运行于电动状态，将电子电 压相序反向。机械特性1-机械特性2制动过程：A-B-C切断电源，制动结束A-B-C-D反抗性负载（反向电动）A-B-C-D-E（位能性负载，回馈制动）
14、转子侧串大电阻RBr:限制电流，增大转矩A-B-CA-B-C-DA-B-C-D-E2）能量关系 转差率：S=(-n1-n)/(-n1)1 能量关系同转子反向反接制动三.回馈制动1.概念nn1, S=(n1-n)/n1, T与n方向相反实现方法：减小n1或在外力作用下增加n.回馈制动状态实际上就是将轴上的机械能转变 成电能并回馈到电网的异步发电机状态。2.电动机的有功功率和无功功率电动状态：00,电网向电机输出能量Q=U1I1r= U1I1sin10,(感性)电机机械特性曲线1，运行于A点 。 首先将定子两相反接,定子旋转磁 场的同步速为-n1，特性曲线变为 2。工作点由A到B。经过反接制 动过
15、程（由B到C）、反向加速过 程（C到-n1变化），最后在位能 负载作用下反向加速并超过同步 速，直到C点保持稳定运行。回馈制动状态：回馈制动状态：9090。0,(Q0,(感性感性) ) 结论：电动机始终为感性负载，电机可以吸收能结论：电动机始终为感性负载，电机可以吸收能 量，也可以量，也可以 回馈能量。回馈能量。3.能量关系90。-n,T0,T=TL,限制重物下降速度制动过程：A-B(Tn-C(n=0) -D稳定 串电阻RBr,限制电流，增加T 稳定在D,2）变极和变频回馈制动 制动条件：稳定运行于A点制动过程：p或f-n1 -,nn1(曲线2) A-B(Tn-D(n1)回馈制动 -C(T=TL)稳定电机机械特性曲线1，运行于A点。当电机 采用变极（增加极数）或变频（降低频率 ）进行调速时，机械特性变为2。同步速 变为n,。电机工作点由A变到B，电磁转矩 为负，nBn1,，电机处于回馈制动
