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1、5.1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性5.2 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动5.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动5.4三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速思考题与习题本章首先讨论三相异步电动机的机械特性，然后以机械本章首先讨论三相异步电动机的机械特性，然后以机械特性为理论基础，分析研究三相异步电动机的起动、制动和特性为理论基础，分析研究三相异步电动机的起动、制动和调速等问题。调速等问题。5.1三相异步电动机的机械特性一、物理表达式5.1.1 三相异步电动机机械特性的三种表达式二、参数表达式 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三相异步
2、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，由于电机的转速与转差率之间存在一定的关系，所以间的关系，由于电机的转速与转差率之间存在一定的关系，所以异步电动机的机械特性通常用异步电动机的机械特性通常用 表示。表示。表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通 与转子电流的与转子电流的有功分量有功分量 相互作用产生的。相互作用产生的。说明：电磁转矩与电源参数（说明：电磁转矩与电源参数（1 1、f f1 1）、结构参数（）、结构参数（R R、X X、m m、p p）和运行参数（）和运行参数（s s）有关。）有关。三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机
3、械特性 曲线曲线在特性曲线上有两个最大转矩，最大转矩对应的转差率称为临界在特性曲线上有两个最大转矩，最大转矩对应的转差率称为临界转差率，可令转差率，可令 求得求得:最大转矩与额定转矩之比称为过载能力最大转矩与额定转矩之比称为过载能力:2 2、越大，越大，越大；越大；与与 无关。无关。1 1、与与 成正比；成正比；与与 无关。无关。3 3、和和 都近似与漏抗成反比都近似与漏抗成反比在特性曲线上还有一个起动转矩，即在特性曲线上还有一个起动转矩，即 时的转矩时的转矩:结论：当其它参数一定时结论：当其它参数一定时1 1、起动转矩与电源电压平方成正比；、起动转矩与电源电压平方成正比；2 2、频率越高，起
4、动转矩越小；漏抗越大，起动转矩越小；、频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，起动转矩越小；3 3、绕线式电动机，转子回路电阻越大，起动转矩先增后减。、绕线式电动机，转子回路电阻越大，起动转矩先增后减。4 4、起动转矩倍数、起动转矩倍数三、实用表达式 工程上常根据电机的额定功率、额定转速、过载能力来工程上常根据电机的额定功率、额定转速、过载能力来求出实用表达式。方法是：求出实用表达式。方法是：将将T Tm m和和s sm m代入即可得到机械特性方程式代入即可得到机械特性方程式。利用电磁转矩除以最大电磁转矩可得电磁转矩的实用表达式利用电磁转矩除以最大电磁转矩可得电磁转矩的实用表达式：5.1.25.1.
5、2 三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性一、固有机械特性固有机械特性固有机械特性是指电动机在额定电压和额定频率下，按规定的接是指电动机在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。线，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。sn0nNsNnmsm10TNTstTmTem几个特殊点：几个特殊点：A AB BC CD1.起动点A:2.最大转矩点B:3.额定运行点C4.同步运行点D二、人为机械特性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是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机械特性。械特性。1.1.降
6、压时的人为机械特性降压时的人为机械特性snsm10TLUN0TstTmTemn10.8UN0.64Tst0.64Tm 下降后下降后,和和 均下降均下降,但但 不变不变,和和 减少。减少。如果电机在定额负载下运如果电机在定额负载下运行行,下降后下降后,下降下降,增大增大,转子电流因转子电流因 增大而增增大而增大大,导致电机过载。长期欠压导致电机过载。长期欠压过载运行将使电机过热，减过载运行将使电机过热，减少使用寿命。少使用寿命。2.2.转子回路串对称电阻时的人为机械特性转子回路串对称电阻时的人为机械特性串电阻后串电阻后,、不变，不变，增大。增大。在一定范围内增加电阻，可以在一定范围内增加电阻，可
7、以增加增加 。当。当 时时 ，若，若再增加电阻，再增加电阻，减小。减小。串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。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，还有除了上述特性外，还有改变电源频率、极对数等人改变电源频率、极对数等人为机械特性。为机械特性。1 0TstTmTems n0n1smR2TstsmR2+Rs5.2三相异步电动机的起动 起动指电动机接通电源后由静止状态加速到稳定运行状态的起动指电动机接通电源后由静止状态加速到稳定运行状态的过程过程.对电动机的起动性能要求二：起动电流小对电动机的起动性能要求二：起动电流小,起动转矩不大。起动转矩不大。1.1.起动电流大的原
8、因起动电流大的原因 起动时起动时,转子感应电动势大转子感应电动势大,使转子电流大使转子电流大,根据磁根据磁动势平衡关系动势平衡关系,定子电流必然增大定子电流必然增大.2.2.起动转矩不大的原因起动转矩不大的原因从下述公式分析从下述公式分析 起动时起动时,远大于运行时的远大于运行时的 ,转子漏抗转子漏抗 很大很大,很低很低,尽管尽管 很大很大,但但 并不大并不大.由于起动电流大由于起动电流大,定子漏阻抗压降大定子漏阻抗压降大,使定子感应电动势减小使定子感应电动势减小,对应的气隙磁通减小对应的气隙磁通减小.由上述两个原因使得起动转矩不大由上述两个原因使得起动转矩不大.5.2.15.2.1 三相笼型
9、异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动一、直接起动可以直接起动的条件：起动电流倍数可以直接起动的条件：起动电流倍数二、降压起动适用于正常运行时定子绕组为三角形接线适用于正常运行时定子绕组为三角形接线的电动机。的电动机。起动时起动时 Y Y接；运行时接；运行时接。接。起动电流关系:Y-Y-降压起动多用于空载或轻载起动降压起动多用于空载或轻载起动1.Y-1.Y-降压起动降压起动起动转矩关系:2.2.自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动直接起动时的起动电流：直接起动时的起动电流：降压后二次侧起动电流：降压后二次侧起动电流：变压器一次侧电流：变压器一次侧电流：电网提供的起动电流减小倍数：电网提供的起
10、动电流减小倍数：起动转矩减小的倍数：起动转矩减小的倍数：自耦变压器一般有三个分接头可供选用。自耦变压器一般有三个分接头可供选用。5.2.2 三相绕线型异步电动机的起动一、转子回路串电阻起动 在转子回路中串联适当的电阻在转子回路中串联适当的电阻,既能既能限制起动电流，又能增大起动转矩。限制起动电流，又能增大起动转矩。为了有较大的起动转矩、使起动为了有较大的起动转矩、使起动过程平滑，应在转子回路中串入多级过程平滑，应在转子回路中串入多级对称电阻，并随着转速的升高，逐渐对称电阻，并随着转速的升高，逐渐切除起动电阻。切除起动电阻。电动机由电动机由a a点点开始起动，经开始起动，经bcdebcdef g
11、hf gh，完，完成起动过程。成起动过程。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。频敏变阻器是一铁损很大的三相电抗器。起动时，起动时，S2S2断开，转子串入频敏断开，转子串入频敏变阻器变阻器,S1,S1闭合，电机通电开始起动。闭合，电机通电开始起动。起动时起动时,频敏变阻器铁损大频敏变阻器铁损大,反反映铁损耗的等效电阻映铁损耗的等效电阻 大大,相当于转相当于转子回路串入一个较大电阻。随着子回路串入一个较大电阻。随着 上上升升,减小减小,铁损减少铁损减少,等效电阻等效电阻 减小减小,相当于逐渐切除相当于逐渐切除 ,起动结束起动结束,S2,S2闭合，切除频敏变阻
12、器，转子电闭合，切除频敏变阻器，转子电路直接短路。路直接短路。5.3三相异步电动机的制动5.3.1 能耗制动实现实现：制动时，：制动时，S1S1断开断开,电机脱离电网，电机脱离电网，同时同时S2S2闭合闭合,在定子绕组中通入直流励磁在定子绕组中通入直流励磁电流。电流。直流励磁电流产生一个恒定的磁场，直流励磁电流产生一个恒定的磁场，因惯性继续旋转的转子切割恒定磁场，导因惯性继续旋转的转子切割恒定磁场，导体中感应电动势和电流。感应电流与磁场体中感应电动势和电流。感应电流与磁场作用产生的电磁转矩为制动性质，转速迅作用产生的电磁转矩为制动性质，转速迅速下降，当转速为零时，感应电动势和电速下降，当转速为
13、零时，感应电动势和电流为零，制动过程结束。流为零，制动过程结束。制动过程中，转子的动能转变为电能消耗在转子回路电阻制动过程中，转子的动能转变为电能消耗在转子回路电阻上上能耗制动。能耗制动。nTemA0n1C1B23 对笼型异步电动机对笼型异步电动机,可以增可以增大直流励磁电流来增大初始制大直流励磁电流来增大初始制动转矩动转矩 。对绕线型异步电动机对绕线型异步电动机,可可以增大转子回路电阻来增大以增大转子回路电阻来增大初始制动转矩初始制动转矩 。制动电阻大小：制动电阻大小：一、电源两相反接的反接制动5.3.25.3.2 反接制动反接制动实现实现：将电动机电源两相反接可实现反接制动。：将电动机电源
14、两相反接可实现反接制动。机械特性由曲线机械特性由曲线1 1变为曲线变为曲线2 2，工作点由，工作点由AB CAB C，n=0,n=0,制动过程结束。制动过程结束。绕线式电动机绕线式电动机在定子两反在定子两反接同时接同时,可在转子回路串联可在转子回路串联制动电阻来限制制动电流制动电阻来限制制动电流和增大制动转矩和增大制动转矩 ,曲线曲线3 3。二、倒拉反转的反接制动条件条件:适用于绕线式异步电动机带位能性负载情况。适用于绕线式异步电动机带位能性负载情况。实现实现：在转子回路串联适当大电阻：在转子回路串联适当大电阻R RB B。电机工作点由电机工作点由AB AB CC，n=0n=0，制动过程，制动
15、过程开始，电机反转子，开始，电机反转子，直到直到D D点。在第四象点。在第四象限才是制动状态。限才是制动状态。由于电机反向旋转，由于电机反向旋转，n0n1s1。反接制动时，反接制动时，s1s1，所以有，所以有机械功率为机械功率为电磁功率为电磁功率为机械功率为负，说明电机从轴上输入机械功率；电磁功率为机械功率为负，说明电机从轴上输入机械功率；电磁功率为正说明电机从电源输入电功率，并轴定子向转子传递功率。正说明电机从电源输入电功率，并轴定子向转子传递功率。而而表明，轴上输入的机械功率转变成电功率后，连同定子传递给转表明，轴上输入的机械功率转变成电功率后，连同定子传递给转子的电磁功率一起消耗在转子回
16、路电阻上，所反接制动的能量损子的电磁功率一起消耗在转子回路电阻上，所反接制动的能量损耗较大。耗较大。5.3.3 回馈制动实现实现：电动机转子在外力作用下，使：电动机转子在外力作用下，使nnnn1 1.回馈制动状态实际上就是将轴上的机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械能转变成电能并回馈到电网的异步发电机状态。机状态。一、下放重物时的回馈制动 首先将定子两相反接首先将定子两相反接,定子旋转磁场定子旋转磁场的同步速为的同步速为-n-n1 1，特性曲线变为特性曲线变为2 2。工作。工作点由点由A A到到B B。经过反接制动过程（由。经过反接制动过程（由B B到到C C）、反向加速过程（）、反向加速过程（C C到到-n-n1 1变化），最变化），最后在位能负载作用下反向加速并超过同后在位能负载作用下反向加速并超过同步速，直到步速，直到C C点保持稳定运行。点保持稳定运行。电机机械特性曲线电机机械特性曲线1 1，运行于，运行于A A点。点。二、变极或变频调速过程中的回馈制动电机机械特性曲线电机机械特性曲线1 1，运行于，运行于A A点。点。电机工作点由电机工作点
