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1、模块二 异步电动机,学习情境7：异步电动机的控制,主讲：阮湘梅,7.1学习目标,学习 目标,方法能力,培养学生自主学习能力、分析问题与解决问题的能力、组织实施的能力、电气设备规程规范的使用能力、自我管理能力和沉着应变能力。,社会能力,培养学生安全用电意识、团队协作能力、协调沟通能力和语言表达能力。,专业能力,培养学生设计三相异步电动机简单的电力拖动控制电路能力。,知识目标,掌握三相异步电动机的机械特性及起动、调速、制动和反转；掌握单相异步电动机的起动、调速、制动和反转；掌握三相异步电动机电力拖动最基本的控制电路的设计方法。,7. 2.1 电力拖动基础,7.2.1.1、电力拖动的动力学基础知识,
2、运动方程：,运动方程的实用形式：,拖动系统的三种状态,1) 或 ,属于静止或恒速运行状态， 即稳态。,2) 或 ,属于加速运行状态， 即处于动态。,3) 或 ,属于减速运行状态， 即处于动态。,常把 或 称为动负载转矩, 把 称为静负载转矩.,2、运动方程式中转矩正、负号的规定,首先确定电动状态时的转向为转速的正方向， 然后规定：,（1）电磁转矩 与转速 的正方向相同时为正， 相反时为负。,（2）负载转矩 与转速 的正方向相同时为负， 相反时为正。,(3)惯性转矩 的大小和正负号由 和 的代数和决定。,7.2.1.2、生产机械的负载特性,生产机械运行时常用负载转矩标志其大小。不同的生产机械的转
3、矩随转速变化规律不同，用负载转矩特性来表征，即生产机械的转速n与负载转矩 之间的关系 。各种生产机械特性大致可归纳为以下3种类型。,1、恒转矩负载特性,1）反抗性恒转矩负载 属于这类特性的生产机械有轧 钢机和机床的平移机构等。,2）位能性恒转矩负载 起重设备提升重物,2、恒功率负载特性（反抗性）,例如，车床粗加工时，切削量大（ 大），用低速挡；精加工时，切削量小( 小), 用高速挡。,3、通风机型负载特性（反抗性）,如风机、水泵、油泵等。,应该指出，以上3类是典型的负载特性，实际生产机械的负载特性常为几种类型负载的相近或综合。例如起重机提升重物时，电动机所受到的除位能性负载转矩外，还要克服系统
4、机械摩擦所造成的反抗性负载转矩，所以电动机轴上的负载转矩应是上述两个转矩之和。,7.2.1.3、三相异步电动机的力矩转差特性和固有机械特性,一、力矩转差特性,1、物理表达式,2、力矩转差特性参数表达式,结论(1) ； （2） 仅与s、或 n 有关。,三相异步电动机的机械特性 曲线,电磁制动,电动机反转,发电机,电动机,（二）三相异步电动机的固有机械特性,4,1,2,3,1、固有机械特性是指额定电压和额定频率下，按规定的接线，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。,起动点D,拐点C,额定点A,同步点n1,固有特性曲线上特殊点的电磁力矩,1、额定运行点A,2、拐点C,一般,起重冶金用的异步电动机,3
5、、起动点D,3、实用表达式,7.2.1.4、三相异步电动机的人为机械特性,人为机械特性是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机械特性。,1.）降压时的人为机械特性,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.）转子回路串电阻时的人为机械特性（只适用于绕线式）,在一定范围内增加电阻，可以增加 。当 时 ，若再增加电阻， 减小。,特点：串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。,3.）改变磁极对数时的人为机械特性（只适用于鼠笼式）,TM,2p,s,p,特点： 1、特性的硬度不变。 2、 改变。 3
6、、 、 与 成正比变化。,4.）改变频率的人为机械特性：,TM,s,f1,f2,f3,特点： 1、特性的硬度不变。 2、 改变。 3、 、 与f反正比变化。,定子电路串电阻或电抗时的人为机械特性,1、因为 ，所以定子电路 不变；,2、串入,随,的增大而减小；,3、串入,随,的增大而减小。,7.2.1.5、电力拖动系统稳定运行的条件,由 可知,必要 条件,充分 条件,在 处,（图a）,（图b）,7. 2.2 异步电动机的起动,起动转矩要大,起动电流要小,起动设备简单，操作和维护方便,起动过程中能量损耗尽量小,4,1,2,3,起动要求,7.2.3.1三相笼型异步电动机的起动,一、直接起动（条件）,
7、一般容量在7. 5 kW以下；,由专用变压器供电；,电动机的容量小于变压器容量的20%,起动电流倍数Ki、容量与 电网容量满足下列经验公式,7.2.2.2、笼型异步电动机起动方法,1、定子三相电路串电阻或电抗器降压起动,降压起动,当电动机的起动电压减少到1/K时，由电网所供给的起动电流也减少到1/K。起动转矩减少到 。 通常用于高压电动机。,2、星三角(丫-)转换降压起动,Y系列容量在4 kW以上的小型三相笼型异步电动机都设计成三角形联结，以便采用星/三角降压起动。,3、自耦变压器降压起动,自耦变压器一般有三个分接头可供 选用。适用于容量较大的低压电动 机降压起动，手动、自动均可控制， 应用广
8、泛。,4、延边三角形降压起动,当抽头在每相绕组中心时，,抽头越靠近尾端， 与 降低得越多。该起动法的缺点是定子绕组接线复杂。,5、四种降压起动方法比较,起动方法,直接起动,定子串电抗 起动,Y起动,自耦变压器 起动,延边三角形 起动,起动电压 比值,起动电流 比值,起动转矩 比值,起动设备,应用场合,1,1,1,0.66,0.5,0.5,最简单,一般,简单,较复杂,简单,电动机容量小于 7.5KW,任意容量， 轻载起动,正常运行为， 可频繁起动,较大容量电动机， 较大负载，不能 频繁起动,专门设计的电动 机，较大负载， 可频繁起动,1、转子回路串入三相对称电阻起动,为了有较大的起动转矩、使起动
9、过程平滑，应在转子回路中串入多级对称电阻，并随着转速的升高，逐渐切除起动电阻。,7.2.2.2、绕线型异步电动机的起动,既能限制起动电流，又能增大起动转矩，还可以提高功率因数，适用于大、中容量异步电动机重载起动。,电动机由a点始，经bcdef gh，完成起动过程。,起动过程,二、转子串频敏变阻器起动,频敏变阻器是一铁损很大的三相电抗器。如果参数选择适当，可以在起动中保持转矩近似不变，使起动过程平稳。优点：减小起动电流、增大起动转矩；等效起动电阻随转速升高自动连续减小；结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便。目前被大量地推广与应用。,7.2.2.3、深槽型和双笼型异步电动机,1、深槽型异步电动机
10、,原理：集肤效应 转子导条的截面窄而深（一般槽宽与槽深之比为1:1012 ); 起动等效电阻随转速和频率的变化自动的由大变小，以达到改善起动性能。缺点：由于导条截面的改变，使它们的槽漏磁通增多，转子漏抗比普通笼形电动机增大。这将使电动机的功率因数、过载能力比普通笼型电动机稍差。,2、双笼型异步电动机,原理：集肤效应 上笼用电阻系数较大的黄铜或青铜材料，截面积较小；下笼用电阻系数较小的紫铜材料，截面积较大。上、下鼠笼导条之间有一窄缝，其作用是使主磁通与下笼磁通相互交链以及改变槽漏磁通分布，使下笼漏抗较大，上笼漏抗较小。,7.2.2.4、单相异步电动机的起动,根据获得旋转磁场方式的不同，主要分为分
11、相电动机和罩极电动机,一、分相起动电动机,1、电容起动电动机,特点：电容起分相和提高功率因数的作用。由于电容按短时工作设计，因此，当n达7580%n1时，离心开关自动打开。,欲改变电容起动电动机的转向，只需将工作绕组或起动绕组的两个出线端对调，也就是改变起动时旋转磁场的旋转方向即可。此类电动机起动电流及起动转矩均大，但价格稍贵，用于冰箱、洗衣机、压缩机、小型水泵等。,电容电动机实质是一台两相异步电动机，起动绕组和电容器按长期工作设计；过载能力、功率因数和效率均较高；容量能做到五十瓦至几千瓦；应用比较广泛，如应用于压气机、空调等。,2、电容运转电动机,3、电容起动运转电动机,电容运转电动机工作时
12、比起动时所需的电容量小。所以常用电容起动运转电动机，起动结束后，用离心开关把起动电容切除，而工作电容仍串在起动绕组。此类电动机起动电流及起动转矩均较大，功率因数高，但价格较贵，主要应用于电冰箱、洗衣机、水泵、小型机床等。,4、电阻起动电动机,起动绕组的电流用串联电阻的方法来分相，但由于分相的相位差较小，因此其起动转矩较小，只适用于空载或轻载起动的场合。此类电动机起动电流大，但起动转矩不大，价格稍低，主要应用于搅拌机、小型鼓风机、研磨机等。,（二）罩极电动机,定子作成凸极式，由硅钢片叠压而成，工作绕组为集中绕组，套在定子磁极上，每个极靴表面1/31/4处开有一个小槽，放入罩极绕组（短路环），短路
13、环作起动绕组。罩极电动机的转子仍做成笼型。它结构简单，工作可靠，但起动转矩较小，功率因数低。但此类电动机价格低，主要应用于小型风扇、仪器仪表电动机、电唱机等。,7. 2.3 异步电动机的调速,7.2.3.1、三相异步电动机的调速,（1）改变定子极对数 调速（笼形）。,（2）改变电源频率 调速。,（3）改变转差率 调速。,降压调速 转子串电阻调速（绕线型） 串级调速,（一）变压调速,对于一般笼型电动机，降压调速 范围很窄，最适用于转矩随转速 降低而减小的负载，如风机类负 载，也可用于恒转矩负载，最不 适用恒功率负载。若拖动泵类负 载，应注意电动机在低速运行时 存在过电流及功率因数低的问题。,若拖
14、动恒转矩负载并且有较宽的调速范围，则应选用转子电阻较大的高转差率笼型电动机，但电动机的机械特性软，不能满足生产机械的要求，而且低压时的过载能力较低，一旦负载转矩或电源电压稍有波动，都会引起电动机转速的较大变化甚至停转。,（二）绕线型异步电动机转子回路中串变阻器调速,优点：简单，易于实现；缺点是调速电阻要消耗能量，有级调速，不平滑。转子的铜损 ，转速越低，转差率越大，铜损就越多，效率越低。同时电动机的机械特性变“软”，负载变化时电动机的转速变化显著。主要用在中、小容量的异步电动机中，如交流供电的桥式起重机。,（三）笼型三相异步电动机变极调速,2、三种常用变极接线方式,Y反并YY，2p-p,Y反串
15、Y，2p-p,YY，2p-p,注意： 当改变定子绕组接线时，必须同时改变定子绕组的相序,3、变极调速时的机械特性,1)丫/丫丫变极调速时的机械特性,丫丫丫联结方式时，转速增大一倍，输出功率增大一倍，而转矩不变，这种变极调速属于恒转矩调速，适用于恒转矩负载。,2)/丫丫变极调速时的机械特性,变成丫丫后，极对数减少一半，转速增加一倍，输出转矩近似减小一半，而输出功率近似保持不变，这种变极调速属于恒转矩调速方式，适用于车床切削等恒功率负载，如粗加工时，进给量大、转速低；精加工时，进给量小、转速高，但两者的功率近似不变。,优点：设备简单、运行可靠，机械特性硬、效率高、损耗小，为了满足生产机械的需要，采用不同的接线方式，可获得恒转矩或恒功率调速。缺点是定子绕组抽头多，转速只能成倍变化，平滑性差，调速级数少。必要
