第5章交流电动机的工作原理及特性课件

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1、21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1 1第第5 5章章 交流电动机的交流电动机的工作原理及特性工作原理及特性本章重点：本章重点： 了解异步电动机的基本结构和原理；了解异步电动机的基本结构和原理； 掌握异步电动机的机械特性，以及掌握异步电动机的机械特性，以及 启动、调速和制动的方法；启动、调速和制动的方法； 掌握用机械特性的四个象限掌握用机械特性的四个象限 来分析异步电机的运行状态。来分析异步电机的运行状态。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制

2、教学课件教学课件2 2 常用的交流电动机有：常用的交流电动机有： 三相异步电机三相异步电机（感应电动机）和（感应电动机）和 同步电动机同步电动机（即可作发电机又可作电动机）。（即可作发电机又可作电动机）。 异步电动机结构简单，维护容易，运行可靠，价格异步电动机结构简单，维护容易，运行可靠，价格 便宜，具有较好的稳态和动态特性。便宜，具有较好的稳态和动态特性。 异步电动机是工业中使用得最为广泛的一种电动机。异步电动机是工业中使用得最为广泛的一种电动机。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件3 35.1 5.1 三相

3、异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构和工作原理5.1.1 5.1.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机主要由定子和转子两个部分组成，三相异步电动机主要由定子和转子两个部分组成， 定子是不动的部分，转子是旋转部分，在定子和定子是不动的部分，转子是旋转部分，在定子和 转子之间有一定的气隙。如转子之间有一定的气隙。如P.50P.50图图5.15.1所示。所示。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件4 4定子定子转子转子轴承轴承端盖端盖机座机座三相异步电动机的三维结构图三相异步电

4、动机的三维结构图21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件5 5定子定子21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件6 6 定子由铁芯、绕组和机座三部分组成。定子由铁芯、绕组和机座三部分组成。1. 1. 定子定子定子绕组定子绕组机座机座铁心铁心21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件7 721 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电

5、学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件8 8 定子铁芯是电机定子铁芯是电机磁路磁路的一部分，由的一部分，由0.5mm0.5mm厚的硅钢片厚的硅钢片 叠压而成，片与片之间是绝缘的，以减少涡流损耗。叠压而成，片与片之间是绝缘的，以减少涡流损耗。 定子铁芯的硅钢片内圆上冲有定子铁芯的硅钢片内圆上冲有定子槽定子槽，用以安放，用以安放 定子绕组。定子绕组。AZBXCY定子绕组定子绕组+21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件9 9A AZ ZB BX XC CY Y设：设：设：设：电流的流入端用电流的流入端用 + +

6、表示表示 电流的流出端用电流的流出端用 表示表示在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。定子绕组定子绕组A AX XB BY YC CZ Zi iA Ai iB Bi iC Cu uA Au uB Bu uC Ci iA Ai iB Bi iC CA AB BC CX XY YZ Z+ + + + 每个线圈有每个线圈有两个两个有效边有效边。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件10102. 2. 转子转子 转子由铁芯和转子绕组组成。转子由铁芯和转子绕组组成。 转子铁芯是由相互绝缘的

7、硅钢片叠压而成。转子铁芯是由相互绝缘的硅钢片叠压而成。转转子子硅硅钢钢片片21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1111 转子铁芯也是电机磁路的一部分。转子铁芯也是电机磁路的一部分。 转子铁芯、气隙与定子转子铁芯、气隙与定子 铁芯构成了电机的完整铁芯构成了电机的完整 磁路。磁路。 根据转子绕组结构的不同根据转子绕组结构的不同 电机转子又分为笼型转子电机转子又分为笼型转子 和绕线型转子。和绕线型转子。 绕线型转子的电动机称绕线型电动机。绕线型转子的电动机称绕线型电动机。21 21 七月七月 2024 2024武汉理

8、工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1212 异步电机的异步电机的转子绕组多采用鼠笼式，它是在转子转子绕组多采用鼠笼式，它是在转子 铁芯槽里插入铜条，再将全部铜条两端焊在两个铁芯槽里插入铜条，再将全部铜条两端焊在两个 铜环上而组成。铜环上而组成。 小型鼠笼式电机的小型鼠笼式电机的转子转子 绕组多用铝浇注而成，绕组多用铝浇注而成， 既降低了成本（以铝代铜），既降低了成本（以铝代铜）， 也方便了制造。也方便了制造。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件131321 21 七月七月

9、 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1414 转子绕组通过转子绕组通过 轴上的滑环和轴上的滑环和 电刷在转子电刷在转子 回路中接入回路中接入 外加电阻，用以改善启动性能与调节转速。外加电阻，用以改善启动性能与调节转速。 线绕式异步电动机的转子绕组是将线圈绕组放入线绕式异步电动机的转子绕组是将线圈绕组放入 转子铁心的槽内。转子铁心的槽内。 转子绕组一般转子绕组一般 被连接成星形被连接成星形 的三相绕组。的三相绕组。外接电阻外接电阻电刷电刷滑环滑环转子铁心转子铁心转子绕组转子绕组 转子绕组组成转子绕组组成 的磁极数与的磁极数与 定子相

10、同。定子相同。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件151521 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件16165.1.2 5.1.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 三相异步电机是基于定子产生的旋转磁场和转子内三相异步电机是基于定子产生的旋转磁场和转子内 的感应电流相互作用而工作的。的感应电流相互作用而工作的。 当定子内的对称三相绕组接到三相电源上时，绕组当定子内的对称三相绕组接到三相电源上时，绕组 既产生旋转磁场。图

11、既产生旋转磁场。图5.6(b)5.6(b)为一对磁极的旋转磁场。为一对磁极的旋转磁场。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件17171 1、电生磁：三相对称绕组通过三相对称电流产生圆形、电生磁：三相对称绕组通过三相对称电流产生圆形 旋转磁场。旋转磁场。2 2、磁生电：旋转磁场切割、磁生电：旋转磁场切割 转子导体感应电动势和转子导体感应电动势和 电流。电流。3 3、电磁力：转子载流（、电磁力：转子载流（ 有功分量电流）体在有功分量电流）体在 磁场作用下受电磁力磁场作用下受电磁力 作用，形成电磁转矩，作用，形成电磁转

12、矩， 驱动电动机旋转。驱动电动机旋转。U2U2U1U1W2W2V1V1W1W1V2V2n n21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1818 但但转子转速转子转速n n 恒小于旋转磁场转速（同步转速）。恒小于旋转磁场转速（同步转速）。 所以，称为异步电机。所以，称为异步电机。 所以，转子与旋转磁场才会永远有切割磁力线的所以，转子与旋转磁场才会永远有切割磁力线的 相对运动，才有感应电动势和感应电流，才会产生相对运动，才有感应电动势和感应电流，才会产生 驱动转子的电磁转矩驱动转子的电磁转矩转子旋转的主要因素。转子旋转的

13、主要因素。 我们把转速差我们把转速差( (n n0 0- -n n) )与与同步转速同步转速n n0 0的比值称为异步的比值称为异步 电动机的电动机的转差率转差率，用，用S S表示，即：表示，即： 转差率转差率S S是分析异步电动机运行特性的主要参数。是分析异步电动机运行特性的主要参数。 通常，通常，异步电动机在额定负载时，异步电动机在额定负载时，n n 接近接近n n0 0， 转差率转差率S S 很小，一般为很小，一般为0.0150.0150.0600.060。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件19195.

14、1.3 5.1.3 三相异步电动机的旋转磁场三相异步电动机的旋转磁场1.1.旋转磁场的产生旋转磁场的产生 假设每相绕组只有一个线匝，分别嵌放在定子假设每相绕组只有一个线匝，分别嵌放在定子 内圆周的内圆周的6 6个凹槽之中。现将三相绕组的末端个凹槽之中。现将三相绕组的末端X X、 Y Y、Z Z相连，首端相连，首端A A、B B、C C接三相交流电源。且三相接三相交流电源。且三相 绕组分别叫做绕组分别叫做A A、B B、C C相绕组。如相绕组。如P.52P.52图图5.75.7所示。所示。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学

15、课件教学课件2020定子绕组与转子绕组定子绕组与转子绕组定子绕组定子绕组转子绕组转子绕组A AZ ZB BX XC CY Y+ + + +设：设：设：设：电流的流入端用电流的流入端用 + + 表示表示 电流的流出端用电流的流出端用 表示表示21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件2121 假定定子绕组中，电流假定定子绕组中，电流 的正方向规定为从各自的正方向规定为从各自 绕组的首端流向末端，绕组的首端流向末端， 且将且将A A相绕组的电流作为相绕组的电流作为 参考正弦量。参考正弦量。 即即iA A的初相位为零，则三

16、相绕组的初相位为零，则三相绕组A A、B B、C C的电流（的电流（ 相序为相序为ABCABC）的瞬时值为：）的瞬时值为： 图图5.85.8是这些电流随时间是这些电流随时间 变化的曲线。变化的曲线。 下面分析这些电流在不同下面分析这些电流在不同 时间产生的合成磁场。时间产生的合成磁场。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件2222（1 1）t t =0 =0 时时 iA=0； iB为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从 Y端流到端流到B端；端； iC为正，电流实际方向与正

17、方向一致，即电流从为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从 C端流到端流到Z端。端。 按右手螺旋法则确定三相电流产生的合成磁场，按右手螺旋法则确定三相电流产生的合成磁场， 如图如图5.95.9（a a）箭头所示。）箭头所示。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件2323（2 2）t t = =T T/6 /6 时时 iA为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从 A端流到端流到X端端； iB B为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从

18、Y端流到端流到B端；端； iC=0=0。 此时的合成磁场如图（此时的合成磁场如图（b b）所示，合成磁场已从）所示，合成磁场已从t t =0=0 瞬间所在位置顺时针方向旋转了瞬间所在位置顺时针方向旋转了 /3/3。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件2424（3 3）t t = =T T/3 /3 时时 iA为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从 A端流到端流到X端端； iB B=0=0； iC为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从为负，电流实际方向与正方向相反，即电

19、流从 Z端流到端流到C端。端。 此时的合成磁场如图（此时的合成磁场如图（c c）所示，合成磁场已从）所示，合成磁场已从t t =0=0 瞬间所在位置顺时针方向旋转了瞬间所在位置顺时针方向旋转了2 2 /3/3。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件2525（2 2）t t = =T T/2 /2 时时 iA= 0= 0； iB B为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从 B端流到端流到Y端；端； iC为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从为负，电流实际方向与正方向相反，即

20、电流从 Z端流到端流到C端。端。 此时的合成磁场如图（此时的合成磁场如图（d d）所示，合成磁场已从）所示，合成磁场已从t t =0=0 瞬间所在位置顺时针方向旋转了瞬间所在位置顺时针方向旋转了 。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件2626 按以上分析可证明：当三相电流随时间不断变化时，按以上分析可证明：当三相电流随时间不断变化时， 合成磁场不断旋转，故称合成磁场不断旋转，故称旋转磁场旋转磁场。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学

21、课件27272.2.旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向 由由P.53P.53图图5.75.7和图和图5.85.8可知，可知，A A 相绕组内的电流超前相绕组内的电流超前 B B相绕组内的电流相绕组内的电流2 2 /3/3，而，而B B相绕组内的电流又超前相绕组内的电流又超前 C C相绕组内的电流相绕组内的电流2 2 /3/3，所以旋转磁场的旋转方向，所以旋转磁场的旋转方向 为：为：ABCABC，即顺时针方向旋转，与三相电流的，即顺时针方向旋转，与三相电流的 相序一致。相序一致。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学

22、课件2828 如果将定子绕组的三根电源线中的任意两根线对调，如果将定子绕组的三根电源线中的任意两根线对调， 例如，将例如，将B B，C C两根线对调，使两根线对调，使B B相与相与C C相绕组中电流相绕组中电流 的相位对调，如图的相位对调，如图5.105.10所示。所示。 此时此时A A相绕组内的电流超前相绕组内的电流超前C C相绕组内的电流相绕组内的电流2 2 /3/3， 而而C C相绕组内的电流又超前相绕组内的电流又超前B B相绕组内的电流相绕组内的电流2 2 /3/3， 因此，旋转磁场的旋转方向将变为因此，旋转磁场的旋转方向将变为ACBACB，即与，即与 未对调前的旋转方向相反。未对调前

23、的旋转方向相反。由此可见，要改变旋转磁场的旋转方向，只要把定子绕由此可见，要改变旋转磁场的旋转方向，只要把定子绕组的三根电源导线中的任意两根对调即可。组的三根电源导线中的任意两根对调即可。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件29293.3.旋转磁场的极数与旋转速度旋转磁场的极数与旋转速度 在交流电动机中，旋转磁场相对定子的旋转速度在交流电动机中，旋转磁场相对定子的旋转速度 被称为同步速度，用被称为同步速度，用n n0 0表示。表示。 以上讨论的旋转磁场，具有一对磁极（磁极对数以上讨论的旋转磁场，具有一对磁极（磁

24、极对数 用用p p 表示）即表示）即p=p=1 1。 电流变化经过一个周期（变化电流变化经过一个周期（变化360360电角度），旋转电角度），旋转 磁场在空间也旋转了一转（转了磁场在空间也旋转了一转（转了360360机械角度），机械角度）， 若电流的频率为若电流的频率为f f，旋转磁场每分钟将旋转，旋转磁场每分钟将旋转6060f f 转，转， 即：即：21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件3030 如果把定子铁心的槽数增加如果把定子铁心的槽数增加1 1倍（倍（1212个槽），制成个槽），制成 如图所示的三相绕组。

25、如图所示的三相绕组。 其中，每相绕组由两个部分串联组成，再将这三相其中，每相绕组由两个部分串联组成，再将这三相 绕组接到对称三相电源使通过对称三相电流，便绕组接到对称三相电源使通过对称三相电流，便 产生具有两对磁极的旋转磁场。产生具有两对磁极的旋转磁场。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件3131 从图从图5.135.13可以看出，此情况下，电流变化半个周期，可以看出，此情况下，电流变化半个周期， 旋转磁场在空间只转过了旋转磁场在空间只转过了 /2/2，即，即1/41/4转，电流变化转，电流变化 一个周期，旋转

26、磁场在空间只转了一个周期，旋转磁场在空间只转了1/21/2转。转。 由此可知，当旋转磁场具有两对磁极（由此可知，当旋转磁场具有两对磁极（p p =2=2）时，）时， 其旋转速度仅为一对磁极时的一半。其旋转速度仅为一对磁极时的一半。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件3232 依次类推，当有依次类推，当有p p对磁极时，其转速为：对磁极时，其转速为： 所以，旋转磁场的旋转速度与电流的频率成正比所以，旋转磁场的旋转速度与电流的频率成正比 而与磁级对数成反比。而与磁级对数成反比。重点重点21 21 七月七月 2024

27、 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件33335.1.4 5.1.4 定子绕组线端连接方式定子绕组线端连接方式 定子绕组的首端和末端通常都接在电动机接线盒的定子绕组的首端和末端通常都接在电动机接线盒的 接线柱上，一般按图接线柱上，一般按图5.145.14所示的方法排列。所示的方法排列。 按照我国电工专业标准规定：按照我国电工专业标准规定： 定子绕组出线端的定子绕组出线端的 首端为：首端为：U U1 1、V V1 1、W W1 1， 末端为：末端为：U U2 2、V V2 2、W W2 2。 三相电动机的定子绕组有三相电动机的定子绕组有 星形（

28、星形（Y Y型）型）和和三角形（三角形（形）形） 两种不同的接法。两种不同的接法。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件3434在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。在定子槽孔中放置三相彼此独立的绕组。A AX XB BY YC CZ ZA AB BC CZ ZX XY YA AX XB BY YC CZ ZA AX XB BY YC CZ ZA AB BC CZ ZX XY Y定子绕组定子绕组星型连接星型连接定子绕组定子绕组三角型连接三角型连接端子端子21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武

29、汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件3535 如果电源的线电压如果电源的线电压= =电机的额定电压，电机的额定电压， 那么那么定子绕组应该接成三角形；定子绕组应该接成三角形； 如果电源的线电压如果电源的线电压= =电机的额定电压的电机的额定电压的 倍，倍， 那么那么定子绕组应该接成星形；定子绕组应该接成星形；三相绕组的连接方式需视电源的线电压而定三相绕组的连接方式需视电源的线电压而定21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件3636 通常电动机的铭牌上标有符号通常电动机的铭牌上标有符号 /Y/Y

30、和数字和数字220/380 220/380 ， 前者表示定子绕组的接法，后者表示对应于不同前者表示定子绕组的接法，后者表示对应于不同 接法应加的线电压值。接法应加的线电压值。例例 电源线电压为电源线电压为380V380V，现有两台电动机，其铭牌，现有两台电动机，其铭牌 数据如下，试选择定子绕组的连接方式。数据如下，试选择定子绕组的连接方式。（1 1）J32-4J32-4，功率，功率1.0kW1.0kW，连接方法，连接方法 /Y/Y，电压，电压 220/ 220/380V380V，电流，电流4.25/2.45A4.25/2.45A，转速，转速1420 r/min1420 r/min， 功率因数功

31、率因数0.790.79；（2 2）J02-21-4J02-21-4，功率，功率1.1kW1.1kW，连接方法，连接方法 ，电压，电压 380V380V，电流，电流6.27A6.27A，转速，转速1410 r/min1410 r/min， 功率因数功率因数0.790.79。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件3737解解：J32-4 J32-4 电动机接星形（电动机接星形（Y Y），如图），如图5.17(a)5.17(a)所示；所示； J02-21-4 J02-21-4电动机接成三角形（电动机接成三角形（ ），如

32、图），如图(b)(b)所示。所示。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件38385.2 5.2 三相异步电动机的定子电路和转子电路三相异步电动机的定子电路和转子电路5.2.1 5.2.1 定子电路的分析定子电路的分析 三相异步电动机的电磁关系同变压器类似，定子三相异步电动机的电磁关系同变压器类似，定子 绕组相当于变压器的原绕组，转子绕组（一般是绕组相当于变压器的原绕组，转子绕组（一般是 短接的）相当于副绕组。短接的）相当于副绕组。 当当定子绕组接上三相电源电压（相电压为定子绕组接上三相电源电压（相电压为u u1

33、1）时，）时， 则有三相电流通过（相电流为则有三相电流通过（相电流为i i1 1），）， 定子三相电流产生旋转磁场，定子三相电流产生旋转磁场， 其磁力线通过定子和转子铁心而其磁力线通过定子和转子铁心而 闭合，这磁场不仅在转子每相闭合，这磁场不仅在转子每相 绕组中要感应出电动势绕组中要感应出电动势e e2 2，而且，而且 在定子每相绕组中也要感应出在定子每相绕组中也要感应出 电动势电动势e e1 1。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件3939 设定子和转子每相绕组的匝数分别为设定子和转子每相绕组的匝数分别为N

34、N1 1和和N N2 2，图，图 5.19 5.19所示是三相异步电动机的一相电路图。所示是三相异步电动机的一相电路图。 旋转磁场的磁感应强度沿定子与转子间空气隙的旋转磁场的磁感应强度沿定子与转子间空气隙的 分布是近于按正弦规律分布的，因此，当其旋转分布是近于按正弦规律分布的，因此，当其旋转 时，通过定子每相绕相的磁通也是随时间按正弦时，通过定子每相绕相的磁通也是随时间按正弦 规律变化的，即：规律变化的，即： 其中其中， m m是通过每相绕组磁通的最大值。是通过每相绕组磁通的最大值。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件

35、教学课件4040 定子每相绕组中产生的定子每相绕组中产生的感应电动势感应电动势为：为： 它也是正弦量，其有效值为：它也是正弦量，其有效值为： 式中，式中，f f1 1为为e e1 1的频率。的频率。 因为旋转磁场和定子间的相对转速为因为旋转磁场和定子间的相对转速为n n0 0， 所以有所以有 它等于定子电流的频率，即它等于定子电流的频率，即 。 定子每相绕组中还要产生定子每相绕组中还要产生漏磁电动势：漏磁电动势：重点重点21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件4141 加在定子每相绕组上的电压分为三个分量，即：加在

36、定子每相绕组上的电压分为三个分量，即： 如用复数表示，则为：如用复数表示，则为： 式中，式中， 和和 为定子每相绕组的电阻和漏磁感抗，为定子每相绕组的电阻和漏磁感抗， 由于由于R R1 1和和X X1 1较小，其上电压降与电动势较小，其上电压降与电动势E E1 1比较起来，比较起来， 常可忽略，于是：常可忽略，于是：21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件42425.2.2 5.2.2 转子电路的分析转子电路的分析 在讨论电机转矩之前，必须弄清转子电路中的各项在讨论电机转矩之前，必须弄清转子电路中的各项 物理量：电

37、动势物理量：电动势e2 2、转子电流、转子电流i2 2、转子电流频率、转子电流频率f2 2、 转子电路的功率因数转子电路的功率因数coscos2 2、转子绕组的感抗、转子绕组的感抗X X2 2。 旋转磁场在转子每相绕组中感应出的电动势为：旋转磁场在转子每相绕组中感应出的电动势为： 其有效值为其有效值为 ： 式中，式中，f f2 2为转子电动势为转子电动势e e2 2或转子电流或转子电流i i2 2相对于旋转相对于旋转 磁场的频率。磁场的频率。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件4343 因为旋转磁场和转子间的相

38、对转速为因为旋转磁场和转子间的相对转速为 n n0 0- -n n。 在在 n n =0 =0 ，即，即S S =1=1时，转子电动势为：时，转子电动势为：为转子最大电动势。为转子最大电动势。 可见转子电动势可见转子电动势E E2 2 与转差率与转差率S S 有关。有关。重点重点21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件4444 和定子电流一样，转子电流也要产生漏磁通，从而和定子电流一样，转子电流也要产生漏磁通，从而 在转子每相绕组中还要产生漏磁电动势。在转子每相绕组中还要产生漏磁电动势。 因此，对于转子每相电路，有

39、因此，对于转子每相电路，有 ： 如用复数表示，则为如用复数表示，则为 ：式中，式中，R R2 2和和X X2 2转子每相绕组的电阻和漏磁感抗转子每相绕组的电阻和漏磁感抗 。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件4545 在在n n =0 =0 ，即，即S S =1 =1 时，转子感抗为：时，转子感抗为：为转子最大感抗。为转子最大感抗。可见转子感抗可见转子感抗E E2 2 与转差率与转差率S S 有关。有关。 转子每相电路的电流为：转子每相电路的电流为： 可见可见转子电流转子电流I I2 2 也与转差率也与转差率S

40、 S 有关有关。当。当S S 增大，增大， 即转速即转速n n 降低时，转子与旋转磁场间的相对转速降低时，转子与旋转磁场间的相对转速 增加，转子导体被磁力线切割的速度提高，于是增加，转子导体被磁力线切割的速度提高，于是 E E2 2 增加，增加，I I2 2 也增加。也增加。重点重点21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件4646 转子电流转子电流I I2 2 随转差率随转差率S S 的变化关系如图的变化关系如图5.205.20所示。所示。 当当S S =0=0，即，即n n0 0-n =0-n =0，I I2 2

41、 =0=0； 当当S S 很小时，很小时， ， ， 即与即与S S近似地成正比；近似地成正比； 当当S S 接近于接近于1 1时，时， ， 为常数。为常数。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件4747 由于转子有漏磁通由于转子有漏磁通L2L2，相应的感抗为，相应的感抗为X X2 2。 因此，因此，I I2 2比比E E2 2滞后滞后2角，角， 因而转子电路的功率因数为：因而转子电路的功率因数为： 它也与转差率它也与转差率S S有关。有关。 当当S S很小时，很小时， ； 当当S S增大时，增大时，X2X2也增大

42、，于是也增大，于是coscos 2 减小；减小； 当当S S接近于接近于1 1时，时，coscos 2 R2/X20。可见电动势、电流、频率、感抗及功率因数都可见电动势、电流、频率、感抗及功率因数都与转速有关。与转速有关。重点重点21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件4848 自学和。自学和。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件49495.3 5.3 三相异步电机的转矩与机械特性三相异步电机的转矩与机械特性5.3.1 5.3.1

43、三相异步电机的转矩三相异步电机的转矩 三相异步电机的转矩是由旋转磁场的每极磁通三相异步电机的转矩是由旋转磁场的每极磁通 与转子电流与转子电流I2 2 相互作用而产生的。相互作用而产生的。 其计算公式为：其计算公式为： 该计算公式的另一表达式为：该计算公式的另一表达式为： 其中，其中，Kt与电机结构有关的常数；与电机结构有关的常数； I2转子电流；转子电流； 每极磁通；每极磁通； 2I2比比E2滞后角；滞后角； R2转子每相绕组的电阻；转子每相绕组的电阻； U1定子绕组相电压；定子绕组相电压；U电源电压；电源电压； X20电机不动时转子每相绕组的感抗；电机不动时转子每相绕组的感抗； K与电机结构

44、、电源频率有关的常数。与电机结构、电源频率有关的常数。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件50505.3.2 5.3.2 三相异步电机的机械特性三相异步电机的机械特性1 1、固有机械特性、固有机械特性 异步电动机在异步电动机在额定电压和额定频率下，用规定的额定电压和额定频率下，用规定的 接线方式，定子和转子电路中不串联任何电阻或接线方式，定子和转子电路中不串联任何电阻或 电抗时的机械特性电抗时的机械特性称为固有（自然）机械特性。称为固有（自然）机械特性。 根据公式根据公式 得三相异步电动机的得三相异步电动机的

45、固有机械特性曲线固有机械特性曲线 如图如图5.235.23所示。所示。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件5151 从特性曲线上可以看出，其上有从特性曲线上可以看出，其上有 四个特殊点四个特殊点可以决定特性曲线的可以决定特性曲线的 基本形状和异步电动机的运行基本形状和异步电动机的运行 性能，这四个特殊点是：性能，这四个特殊点是：(1) T=0(1) T=0，n=nn=n0 0(S=0)(S=0)时，时，电动机处于电动机处于理想空载工作点理想空载工作点，此时电动机的转速为，此时电动机的转速为理想空载转速理想空载转

46、速即同步转速。即同步转速。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件5252(2) T=T(2) T=TN N，n=nn=nN N(S=S(S=SN N) )时，时，这时，电动机处于这时，电动机处于额定工作点额定工作点。其额定转矩和额定转差率为其额定转矩和额定转差率为 ：式中：式中：PN电机的额定功率；电机的额定功率；nN电机的额定转速，一般电机的额定转速，一般nN=(0.940.958)N0；SN电机的额定转差率，一般电机的额定转差率，一般SN=0.060.015；TN电机的额定转矩。电机的额定转矩。重点重点21

47、21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件5353(3) T=T(3) T=Tstst，n=0(S=1)n=0(S=1)时，时，电动机处于电动机处于启动工作点启动工作点。将将S=1 1代入转矩公式中，可得：代入转矩公式中，可得：可见，异步电动机的启动转矩可见，异步电动机的启动转矩Tst与与U、 R2及及X20有关。有关。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件5454 当施加在定子每相绕组上的电压降低当施加在定子每相绕组上的电压降低 时，启动转

48、矩会明显减小；时，启动转矩会明显减小； 当转子电阻适当增大时，启动转矩会增大；当转子电阻适当增大时，启动转矩会增大； 若增大转子电抗则会使启动转矩大为减小。若增大转子电抗则会使启动转矩大为减小。 通常把在固有机械特性上启动转矩通常把在固有机械特性上启动转矩Tst与额定转矩与额定转矩TN 之比之比 st=Tst/TN 作为衡量作为衡量异步电动机启动能力异步电动机启动能力的一个的一个 重要数据。一般：重要数据。一般：重点重点21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件5555(4) T=T(4) T=Tmaxmax，n=n

49、n=nm m(S=S(S=Sm m) )时，时，电机处于电机处于临界工作点临界工作点。欲求转矩的最大值，可令欲求转矩的最大值，可令得临界转差率：得临界转差率：再将再将Sm代入转矩公式中，即可得：代入转矩公式中，即可得：上式表明，上式表明，T Tmaxmax对电压的波动很敏感。对电压的波动很敏感。电源电压过低会引起输出转矩明显下降，电源电压过低会引起输出转矩明显下降，甚至低于负载转矩而造成电机停转。甚至低于负载转矩而造成电机停转。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件5656 通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与额

50、定转矩通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩 之比之比 称为称为电动机的过载能力系数电动机的过载能力系数。 它表征了电动机能够承受冲击负载的能力大小，它表征了电动机能够承受冲击负载的能力大小， 是电动机的又一个重要运行参数。是电动机的又一个重要运行参数。 鼠笼式异步电动机：鼠笼式异步电动机： 线绕式异步电动机：线绕式异步电动机：重点重点21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件57572 2、人为机械特性、人为机械特性 由上述分析可知：异步电动机的机械特性与电动机由上述分析可知：异步电动机的机械特性与电动机 的

51、参数有关，也与外加电源电压、电源频率有关。的参数有关，也与外加电源电压、电源频率有关。 改变改变定子电压定子电压U、定子电源频率定子电源频率f、定子电路串入定子电路串入 电阻或电抗电阻或电抗、转子电路串入电阻或电抗转子电路串入电阻或电抗等，都可等，都可 得到异步电动机的人为机械特性。得到异步电动机的人为机械特性。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件5858（1 1）降低电动机电源电压时的人为特性）降低电动机电源电压时的人为特性n0不变；不变；Sm不变；不变；Tmax随着电压的减小而大大地减小；随着电压的减小而大

52、大地减小；Tst随着电压的减小而大大地减小。随着电压的减小而大大地减小。改变电源电压后的人为特性如图改变电源电压后的人为特性如图5.245.24所示。所示。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件5959 如当定子绕组外加电压为如当定子绕组外加电压为UN、0.8UN、0.5UN时，时， 转子输出最大转矩分别为转子输出最大转矩分别为Ta=Tmax、Tb=0.64Tmax和和 Tc=0.25Tmax。 可见，电压愈低，人为特性曲线愈往左移。可见，电压愈低，人为特性曲线愈往左移。21 21 七月七月 2024 2024武

53、汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件6060 可见，异步电动机对电网电压的波动非常敏感，可见，异步电动机对电网电压的波动非常敏感， 运行时，如电压降低太多，会大大运行时，如电压降低太多，会大大降低它的过载降低它的过载 能力与启动转矩能力与启动转矩，甚至使电动机发生带不动负载，甚至使电动机发生带不动负载 或者根本不能启动的现象。或者根本不能启动的现象。 例如，电动机运行在额定负载例如，电动机运行在额定负载T TN N下，即使下，即使 m m=2=2， 若电网电压下降到若电网电压下降到70%70%U UN N，则由于这时，则由于这时，电机也会停转！电机也会

54、停转！ 此外，电网电压下降此外，电网电压下降 ，在负载不变的条件下，将使电机，在负载不变的条件下，将使电机 转速下降，转差率转速下降，转差率S S 增大，电流增加，引起电动机发热增大，电流增加，引起电动机发热 甚至烧坏。甚至烧坏。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件6161（2 2）定子电路接入电阻或电抗时的人为特性）定子电路接入电阻或电抗时的人为特性 在电动机定子电路中外串电阻或电抗后，在电动机定子电路中外串电阻或电抗后，电动机电动机 端电压为电源电压减去定子外串电阻上或电抗上的端电压为电源电压减去定子外串电

55、阻上或电抗上的 压降压降，致使定子绕组相电压降低，致使定子绕组相电压降低, ,这种情况下的人为这种情况下的人为 机械特性与降低电源电压时的相似，如图机械特性与降低电源电压时的相似，如图5.255.25所示。所示。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件6262 图中，实线图中，实线1 1为降低电源电压为降低电源电压 后的人为机械特性曲线；后的人为机械特性曲线； 虚线虚线2 2为定子电路串入电阻为定子电路串入电阻R R1S1S 或电抗或电抗X X1s1s后的人为机械特性；后的人为机械特性； 从图中可以看出，串入电阻从

56、图中可以看出，串入电阻R R1S1S 或电抗或电抗X X1s1s后的最大转矩比直接后的最大转矩比直接 降低电源电压时的最大转矩大。降低电源电压时的最大转矩大。 这是因为，随着转速的上升和这是因为，随着转速的上升和 启动电流的减小，电阻启动电流的减小，电阻R R1S1S 或电抗或电抗X X1s1s上的压降减小，加到电机定子绕组上的上的压降减小，加到电机定子绕组上的 端电压自动增大，而直接降低电源电压的人为机械端电压自动增大，而直接降低电源电压的人为机械 特性在整个启动过程中，定子绕组的端电压恒定特性在整个启动过程中，定子绕组的端电压恒定 不变，所以，此类最大转矩较大些。不变，所以，此类最大转矩较

57、大些。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件6363（3 3）改变定子电源频率时的人为特性）改变定子电源频率时的人为特性一般变频调速采用恒转矩调速，一般变频调速采用恒转矩调速，即希望最大转矩保持为恒值，即希望最大转矩保持为恒值，为此在改变频率的同时，电源为此在改变频率的同时，电源电压也要作相应的变化，使电压也要作相应的变化，使U/f =C，这在实质上是使电机，这在实质上是使电机气隙磁通保持不变。气隙磁通保持不变。因此，改变电源频率因此，改变电源频率后的机械特性后的机械特性如图如图5.265.26所示。所示。21

58、21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件6464（4 4）转子电路串电阻时的人为特性）转子电路串电阻时的人为特性 在三相线绕式异步电动机的转子电路中串入电阻后，在三相线绕式异步电动机的转子电路中串入电阻后， 转子电路中的电阻为：转子电路中的电阻为： 见图见图5.27(a)5.27(a)。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件6565n0不变；不变；Tmax不变；不变；Sm随着串接电阻的增加而增大。随着串接电阻的增加而增大。此时的人为特性将是

59、一根比固有特性较软的一条曲线，此时的人为特性将是一根比固有特性较软的一条曲线，如图如图5.27(b)5.27(b)所示。所示。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件66665.4 5.4 三相异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动特性 采用电动机拖动生产机械，对电动机启动的主要采用电动机拖动生产机械，对电动机启动的主要 要求如下：要求如下： 有足够大的启动转矩，保证生产机械能正常启动。有足够大的启动转矩，保证生产机械能正常启动。 一般场合下希望启动越快越好，以提高生产效率。一般场合下希望启动越快越好，以提高生产

60、效率。 即要求电动机的即要求电动机的启动转矩大于负载转矩启动转矩大于负载转矩，否则，否则 电动机不能启动。电动机不能启动。 在满足启动转矩要求的前提下，在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好启动电流越小越好。 因为过大启动电流的冲击，对于电网和电动机本身因为过大启动电流的冲击，对于电网和电动机本身 都是不利的。都是不利的。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件6767 要求启动平滑要求启动平滑，即要求启动时加速平滑，以减小，即要求启动时加速平滑，以减小 对生产机械的冲击。对生产机械的冲击。 启动设备安全可靠

61、启动设备安全可靠，力求，力求结构简单结构简单，操作方便操作方便。 启动过程中的功率损耗越小越好。启动过程中的功率损耗越小越好。 其中，其中，“足够大的启动转矩足够大的启动转矩”和和“启动电流越小启动电流越小 越好越好”是衡量电机启动性能的主要技术指标。是衡量电机启动性能的主要技术指标。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件6868 异步电动机本身的启动特性为：异步电动机本身的启动特性为：异步电动机在接入电网启动的瞬时，由于转子处于异步电动机在接入电网启动的瞬时，由于转子处于静止状态，定子旋转磁场以最快的相对速度（

62、即静止状态，定子旋转磁场以最快的相对速度（即同步转速）切割转子导体，在转子绕组中感应出同步转速）切割转子导体，在转子绕组中感应出很大的转子电动势和转子电流，从而引起很大的很大的转子电动势和转子电流，从而引起很大的定子电流，一般可达额定电流的定子电流，一般可达额定电流的5 57 7倍。倍。a. 定子电流大，定子电流大，Ist=(57)IN。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件6969b. 启动转矩小，启动转矩小，Tst=(0.81.5)TN。启动时启动时S=1=1，转子功率因数，转子功率因数 很低，很低，因而启动

63、转矩因而启动转矩 却不大。却不大。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件7070 异步电动机的固有启动特性如图所示：异步电动机的固有启动特性如图所示： 显然，异步电动机的这种启动性能和生产机械的显然，异步电动机的这种启动性能和生产机械的 要求是相矛盾的，为了解决这些矛盾，必须根据要求是相矛盾的，为了解决这些矛盾，必须根据 具体情况，采取不同的启动方法。具体情况，采取不同的启动方法。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件71715.4

64、.1 5.4.1 鼠笼式异步电动机的启动方法鼠笼式异步电动机的启动方法 鼠笼式异步电动机有直接启动和降压启动两种方法，鼠笼式异步电动机有直接启动和降压启动两种方法， 采用什么启动方法，要根据实际情况而定。采用什么启动方法，要根据实际情况而定。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件72721 1、直接启动（全压启动）、直接启动（全压启动） 直接启动就是将电动机的定子绕组直接启动就是将电动机的定子绕组 通过闸刀开关或接触器直接接入通过闸刀开关或接触器直接接入 电源，在额定电压下进行启动。电源，在额定电压下进行启动。

65、特点特点：电动机定子绕组的工作电压和：电动机定子绕组的工作电压和 启动电压相等。启动电压相等。 直接启动的条件主要取决于电动机的直接启动的条件主要取决于电动机的 功率与供电变压器的容量之比值。功率与供电变压器的容量之比值。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件7373直接启动的条件直接启动的条件 一般在一般在有独立变压器有独立变压器供电（即变压器供动力用电）供电（即变压器供动力用电） 的情况下，若电动机的情况下，若电动机启动频繁启动频繁时，电动机功率时，电动机功率小于小于 变压器容量的变压器容量的20%20%时允

66、许直接启动；时允许直接启动； 若电动机若电动机不经常启动不经常启动，电动机功率，电动机功率小于小于变压器容量变压器容量 的的30%30%时也允许直接启动；时也允许直接启动； 如果如果没有独立的变压器没有独立的变压器供电（即与照明共用电源）供电（即与照明共用电源） 的情况下，电动机的情况下，电动机启动较频繁启动较频繁，则常按经验公式来，则常按经验公式来 估算，满足下列关系则可直接启动：估算，满足下列关系则可直接启动：21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件7474例例5.25.2：有一台要求经常启动的鼠笼式异步电动机

67、，：有一台要求经常启动的鼠笼式异步电动机， 其其PN=20kW，Ist/IN=6.5，如果供电变压器如果供电变压器 （电源）容量为（电源）容量为560kVA，且有照明负载，且有照明负载， 问可否直接启动？同样的问可否直接启动？同样的Ist/IN 比值，功率比值，功率 为多大的电动机则不允许直接启动？为多大的电动机则不允许直接启动？解：根据经验公式算出，解：根据经验公式算出，满足上述满足上述5.355.35关系式，故允许直接启动。关系式，故允许直接启动。由由 可算出，额定功率可算出，额定功率大于大于24kW的电动机不允许直接启动的电动机不允许直接启动21 21 七月七月 2024 2024武汉理

68、工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件7575 鼠笼式异步电机鼠笼式异步电机直接启动的经验数据见直接启动的经验数据见P.67P.67表表5.15.1。 直接启动无需附加设备，且操作和控制简单、可靠，直接启动无需附加设备，且操作和控制简单、可靠， 所以在条件允许的情况下，应尽量采用。所以在条件允许的情况下，应尽量采用。 考虑到目前大中型企业的变压器容量已足够大，考虑到目前大中型企业的变压器容量已足够大， 因此，绝大多数中、小型鼠笼式异步电机都可采用因此，绝大多数中、小型鼠笼式异步电机都可采用 直接启动。直接启动。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工

69、大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件76762 2、电阻或电抗器降压启动、电阻或电抗器降压启动 其接线原理如图其接线原理如图5.305.30所示。所示。 启动时，接触器启动时，接触器KM1断开，断开，KM 闭合，将启动电阻闭合，将启动电阻Rst串入定子串入定子 电路，使启动电流减小；电路，使启动电流减小； 待转速上升到一定程度后再将待转速上升到一定程度后再将KM1闭合，闭合， Rst被短接，电动机接上全部电压而趋于稳定运行。被短接，电动机接上全部电压而趋于稳定运行。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机

70、电传动控制教学课件教学课件7777 缺点：缺点： 启动转矩随定子电压的平方关系启动转矩随定子电压的平方关系 下降，故它只适用于空载或轻载下降，故它只适用于空载或轻载 启动的场合；启动的场合； 不经济，在启动过程中，电阻器不经济，在启动过程中，电阻器 上消耗能量大，不适用于经常上消耗能量大，不适用于经常 启动的电动机，若采用电抗器代替启动的电动机，若采用电抗器代替 电阻器，则所需设备费较贵，且体积大。电阻器，则所需设备费较贵，且体积大。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件78783 3、Y-Y- 降压启动降压启动

71、 启动时，接触器触点启动时，接触器触点KM和和KM1 1 闭合，闭合，KM2断开，将定子绕组断开，将定子绕组 接成接成Y Y； 待转速上升到一定程度后再将待转速上升到一定程度后再将KM1 断开，断开，KM2闭合，定子绕组接成闭合，定子绕组接成 ， 电机启动过程完成，转入正常运行。电机启动过程完成，转入正常运行。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件7979 设设U1为电源线电压，为电源线电压，IstY及及Ist 为定子绕组分别接成为定子绕组分别接成 星形及三角形的启动电流（线电流），星形及三角形的启动电流（线电流

72、），Z为电动机为电动机 在启动时每相绕组的等效阻抗。则有：在启动时每相绕组的等效阻抗。则有：所以所以 即定子绕组接成星形时的启动电流只有接成三角形即定子绕组接成星形时的启动电流只有接成三角形 时的启动电流的时的启动电流的1/31/3。 同样，启动转矩也只有接成三角形时的同样，启动转矩也只有接成三角形时的1/31/3。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件8080 Y-Y- 降压启动方法的优点是：降压启动方法的优点是： 设备简单、经济、启动电流小；设备简单、经济、启动电流小； Y-Y- 降压启动方法的缺点是：降压启

73、动方法的缺点是：启动转矩小，且启动电压不能按实际需要调节，启动转矩小，且启动电压不能按实际需要调节，只适用于空载或轻载启动的场合；只适用于空载或轻载启动的场合；并只适用于并只适用于正常运行时定子绕组接线为正常运行时定子绕组接线为 的异步的异步电动机电动机。 由于这种方法应用广泛，我国规定由于这种方法应用广泛，我国规定4KW及其以上的及其以上的 三相异步的额定电压为三相异步的额定电压为380380V，连接方法为，连接方法为 ， 当电源线电压为当电源线电压为380380V时，它们就可用时，它们就可用Y-Y- 降压启动。降压启动。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大

74、学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件81814、自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动 自耦变压器降压启动的接线原理如图自耦变压器降压启动的接线原理如图5.325.32所示。所示。 启动时，启动时，KM1、KM2闭合，闭合，KM断开，三相自耦断开，三相自耦 变压器变压器T 的三个绕组接成星形接于三相电源，的三个绕组接成星形接于三相电源， 使接于自耦变压器使接于自耦变压器 副边的电机降压启动，副边的电机降压启动， 当转速上升到当转速上升到 一定值后，一定值后，KM1、 KM2断开，自耦断开，自耦 变压器变压器T 被切除，被切除， 同时同时KM闭合，电机闭合，电机 接上全电压运行。接上

75、全电压运行。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件8282 图图5.325.32（b b）所示为）所示为自耦变压器启动时自耦变压器启动时 的一相电路，由变压器的工作原理知，的一相电路，由变压器的工作原理知， 此时，副边电压与原边电压之比为：此时，副边电压与原边电压之比为： 启动时加在电动机定子每相绕组的电压启动时加在电动机定子每相绕组的电压 是全压启动时的是全压启动时的K 倍，因而电流倍，因而电流I2也是全压启动时也是全压启动时 的的K 倍，即倍，即I2=KIst； 而变压器原边电流而变压器原边电流I1=KI2=

76、K2Ist ，即此时电网供电，即此时电网供电 电流电流I1是直接启动时电流是直接启动时电流Ist的的K2倍。倍。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件8383 与与Y- 降压启动时情况一样，降压启动时情况一样，Y- 降压启动时的降压启动时的K为为 定值定值，而自耦变压器启动时的，而自耦变压器启动时的K是是可调节可调节的，的， 这就是此种启动方法优于这就是此种启动方法优于Y- 启动方法之处，当然启动方法之处，当然 它的启动转矩也是全压启动时的它的启动转矩也是全压启动时的K2倍。倍。 这种启动方法的缺点是变压器的体积

77、大、重量重、这种启动方法的缺点是变压器的体积大、重量重、 价格高、维修麻烦，且启动时自耦变压器处于价格高、维修麻烦，且启动时自耦变压器处于 过电流（超过额定电流）状态下运行，因此，过电流（超过额定电流）状态下运行，因此， 不适于启动频繁的电动机不适于启动频繁的电动机。 这种启动方法适于启动不太频繁、要求启动转矩这种启动方法适于启动不太频繁、要求启动转矩 较大、容量较大的异步电机的启动。较大、容量较大的异步电机的启动。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件84845 5、软启动器、软启动器 软起动器软起动器( (软

78、启动器软启动器) )是一种集电机软起动、软停车、是一种集电机软起动、软停车、 轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电机控制 装置，国外称为装置，国外称为Soft StarterSoft Starter。 软启动器采用三相软启动器采用三相 反并联晶闸管作为反并联晶闸管作为 调压器，将其接入调压器，将其接入 电源和电动机定子电源和电动机定子 之间。这种电路类似之间。这种电路类似 三相全控桥式整流电路。三相全控桥式整流电路。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件8585 使用软启

79、动器启动电动机时，晶闸管的输出电压使用软启动器启动电动机时，晶闸管的输出电压 逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通，逐渐增加，电动机逐渐加速，直到晶闸管全导通， 电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑电动机工作在额定电压的机械特性上，实现平滑 启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。启动，降低启动电流，避免启动过流跳闸。 软启动器也可用于制动，软启动器也可用于制动， 以实现停车。以实现停车。 随着现代电力电子技术和随着现代电力电子技术和 微电子技术的迅速发展，微电子技术的迅速发展， 高性能变频器在电机控制上高性能变频器在电机控制上 得到了越来越广泛的应用。得到了越来越广泛的应用。21

80、21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件868621 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件88885.4.2 5.4.2 线绕式异步电动机的启动方法线绕式异步电动机的启动方法 鼠笼式异步电动机的鼠笼式异步电动机的启动转矩小，启动电流大启动转矩小，启动电流大， 因此不能满足某些生产机械需要因此不能满足某些生产机械需要高启动转矩高启动转矩和和 低启动电流低启动电流的要求。的要求。 线绕式异步电动机由于能在转子电路中串电阻，线绕式异步电动机由于能在转

81、子电路中串电阻， 因此具有较大的启动转矩和较小的启动电流，因此具有较大的启动转矩和较小的启动电流， 即具有较好的启动特性。即具有较好的启动特性。 在转子电路中串电阻的启动方法常用的有两种：在转子电路中串电阻的启动方法常用的有两种： 逐级切除启动电阻法逐级切除启动电阻法和和频敏变阻器频敏变阻器启动法。启动法。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件89891 1、逐级切除启动电阻法、逐级切除启动电阻法 采用逐极切除启动电阻的方法，其目的和启动采用逐极切除启动电阻的方法，其目的和启动 过程与他励直流电动机采用逐级切除启

82、动电阻的过程与他励直流电动机采用逐级切除启动电阻的 方法相似，主要是为了使整个启动过程中电机能方法相似，主要是为了使整个启动过程中电机能 保持较大的加速转矩保持较大的加速转矩。启动过程如图。启动过程如图5.34(a)5.34(a)所示：所示：21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件90902 2、频敏变阻器启动法、频敏变阻器启动法 频敏变阻器实质上是一个铁心频敏变阻器实质上是一个铁心 损耗很大的三相电抗器，铁心损耗很大的三相电抗器，铁心 由一定厚度的几块实心铁板或由一定厚度的几块实心铁板或 钢板叠成，一般做成三柱式

83、，钢板叠成，一般做成三柱式， 每柱上绕有一个线圈，三相每柱上绕有一个线圈，三相 线圈连成星形，然后接到线圈连成星形，然后接到 线绕式异步电动机的转子线绕式异步电动机的转子 电路中。电路中。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件91915.5 5.5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性 由公式由公式知，知， 在一定负载下，欲得到不同的转速在一定负载下，欲得到不同的转速 n，可以改变：，可以改变： 极对数极对数 P、转差率、转差率 S 和电源频率和电源频率 f 来获得。来获得。21 21 七月七月 20

84、24 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件9292交流调速的分类交流调速的分类交流交流调速调速变极对变极对数调速数调速变转差变转差率调速率调速变频变频调速调速改变鼠笼式异步电机定子改变鼠笼式异步电机定子 绕组的极对数。绕组的极对数。调压调速调压调速转子电路串电阻调速转子电路串电阻调速串极调速串极调速电磁转差离合器调速电磁转差离合器调速改变定子电源频率。改变定子电源频率。改变定子电压。改变定子电压。线绕式异步电机转子线绕式异步电机转子 电路串电阻。电路串电阻。线绕式异步电机转子电路串电动势。线绕式异步电机转子电路串电动势。滑差电机调速。滑差电机

85、调速。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件9393 变极对数调速是有级的；变极对数调速是有级的； 变转差率调速不用调节同步转速，低速时，电阻变转差率调速不用调节同步转速，低速时，电阻 能耗大，效率低；能耗大，效率低； 变转差率调速中，只有串级调速的转差功率才得以变转差率调速中，只有串级调速的转差功率才得以 利用，效率较高；利用，效率较高； 变频调速需要调节同步转速，从高速到低速都能变频调速需要调节同步转速，从高速到低速都能 保持很小的转差率，效率高，调速范围大，精度高，保持很小的转差率，效率高，调速范围大，精度

86、高， 是一种较理想的交流电机调速方法。是一种较理想的交流电机调速方法。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件94945.5.1 5.5.1 改变极对数调速改变极对数调速 在生产中，大量的机械并不需要连续平滑地调速，在生产中，大量的机械并不需要连续平滑地调速， 只需要几种特定的转速就可以了，而且对启动性能只需要几种特定的转速就可以了，而且对启动性能 也没有太高的要求，一般只在空载或轻载下启动。也没有太高的要求，一般只在空载或轻载下启动。 在这种情况下，采用改变磁极对数的调速方法是在这种情况下，采用改变磁极对数的调速

87、方法是 合理的。合理的。 下面以单绕组双速电机为例，对改变磁极对数的下面以单绕组双速电机为例，对改变磁极对数的 调速原理进行分析。调速原理进行分析。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件9595 如图如图5.385.38所示。为简便起见，将一个线圈组集中所示。为简便起见，将一个线圈组集中 起来用一个线圈代表。起来用一个线圈代表。 单绕组双速电机的定子每相绕组是由两个相等匝数单绕组双速电机的定子每相绕组是由两个相等匝数 的的“半绕组半绕组”组成。如图组成。如图5.38(a)5.38(a)所示。所示。21 21 七月

88、七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件9696 两个两个“半绕组半绕组”串联，其电流方向相同；串联，其电流方向相同； 两个两个“半绕组半绕组”并联，其电流方向相反。并联，其电流方向相反。 它们分别代表两种磁极对数，即它们分别代表两种磁极对数，即2p=4与与2p=2。 可见，改变磁极对数的关键在于使每相定子绕组中可见，改变磁极对数的关键在于使每相定子绕组中 一半绕组内的电流改变方向。一半绕组内的电流改变方向。 若在定子上装两套绕组若在定子上装两套绕组 每套又可以有不同的每套又可以有不同的 连接方法，这样就可以连接方法，这样就可以

89、得到双速、三速、四速得到双速、三速、四速 等，称为多速电机。等，称为多速电机。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件9797 多速电机的调速性质与连接方式有关。多速电机的调速性质与连接方式有关。 如将定子绕组由如将定子绕组由Y Y连接改成连接改成YYYY连接，则每相绕组由连接，则每相绕组由 串联改成并联，磁极对数减少一半，转矩维持不变，串联改成并联，磁极对数减少一半，转矩维持不变， 而功率增加一倍，转速也增加一倍，属于而功率增加一倍，转速也增加一倍，属于恒转矩恒转矩 调速调速。21 21 七月七月 2024 20

90、24武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件9898 如将定子绕组由如将定子绕组由 连接改成连接改成YYYY连接，则磁极对数减少连接，则磁极对数减少 一半，转矩减少了约一半，功率基本不变，转速也一半，转矩减少了约一半，功率基本不变，转速也 减少了约一半，属于减少了约一半，属于恒功率调速恒功率调速。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件9999 磁极对数的改变，不仅使转速发生了变化，而且也磁极对数的改变，不仅使转速发生了变化，而且也 使三相定子绕组中电流的相序也改变了。使三相

91、定子绕组中电流的相序也改变了。 为了不使电机的转向发生变化，必须在改变极对数为了不使电机的转向发生变化，必须在改变极对数 的同时，改变三相定子绕组接线的相序。如图的同时，改变三相定子绕组接线的相序。如图5.395.39 所示，将所示，将B B、C C相对换。相对换。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件100100 多速电机启动时，宜先接成低速的，然后再换接成多速电机启动时，宜先接成低速的，然后再换接成 高速的，这样可获得较大的启动转矩。高速的，这样可获得较大的启动转矩。 多速电机虽然体积较大，价格较高，且只能有

92、级地多速电机虽然体积较大，价格较高，且只能有级地 调速，但其结构简单，效率高，特性好，且调速时调速，但其结构简单，效率高，特性好，且调速时 所需的附加设备少，因此，广泛应用于机电联合所需的附加设备少，因此，广泛应用于机电联合 调速的场合，特别是中、小型机床上用得较多。调速的场合，特别是中、小型机床上用得较多。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1011015.5.2 5.5.2 改变转差率调速改变转差率调速 属于改变转差率调速的方法有：属于改变转差率调速的方法有： 调压调速；调压调速； 转子电路串电阻调速；转子

93、电路串电阻调速； 串级调速；串级调速； 电磁转差离合器调速。电磁转差离合器调速。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1021021 1、调压调速、调压调速1 1）异步电机调压特性）异步电机调压特性电压改变后，电压改变后，T Tmaxmax变化，变化，而而n n0 0和和S Sm m不变。不变。对于恒转矩对于恒转矩T TL L，与不同电压，与不同电压下电机机械特性曲线相交，下电机机械特性曲线相交，得到得到a a、b b、c c三点。三点。三点所决定的转速差别不大，说明其调速范围很小。三点所决定的转速差别不大，说明

94、其调速范围很小。但是，随着转速的降低，转子电流增大。但是，随着转速的降低，转子电流增大。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件103103 为了使电机能在低速下稳定运行又不致过热，应为了使电机能在低速下稳定运行又不致过热，应 选用高转差率电机。选用高转差率电机。 这种调速方法可实现无级调速，但调速范围不大。这种调速方法可实现无级调速，但调速范围不大。 这种调速方法机械特性很软，运行效率较低，且在这种调速方法机械特性很软，运行效率较低，且在 低速运行时，工作点不易稳定。低速运行时，工作点不易稳定。 若要提高该调速方

95、法的机械特性若要提高该调速方法的机械特性 硬度，就要采用速度闭环控制硬度，就要采用速度闭环控制 系统。系统。高转差率异步电机特性高转差率异步电机特性21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1041042 2）异步电机调压调速时的损耗及容量限制）异步电机调压调速时的损耗及容量限制由于旋转磁场和转子具有不同的速度，因此，传到由于旋转磁场和转子具有不同的速度，因此，传到转子上的电磁功率为：转子上的电磁功率为：PekW=TNmn0r/min/9550转子轴上产生的功率为：转子轴上产生的功率为：PmkW=TNmnr/min/

96、9550功率差为：功率差为：这个功率称为转差功率。这个功率称为转差功率。它将通过转子导体发热而消耗掉。它将通过转子导体发热而消耗掉。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件105105由上式可以看出，在较低转速时，转差功率将很大，由上式可以看出，在较低转速时，转差功率将很大，所以，这种调速方法所以，这种调速方法不太适合于长期工作在低速的不太适合于长期工作在低速的工作机械工作机械。如若仍要使用这种机械，电机容量就要适当选择如若仍要使用这种机械，电机容量就要适当选择大一些的。大一些的。定子调压调速方法特别适合于通风机和

97、泵类机械。定子调压调速方法特别适合于通风机和泵类机械。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1061062 2、转子电路串电阻调速、转子电路串电阻调速 从图中可以看出，串联不同的电阻时，其从图中可以看出，串联不同的电阻时，其n n0 0和和T Tmaxmax 不变，但不变，但S Sm m随外加电阻的增大而增大。随外加电阻的增大而增大。 对于恒转矩负载对于恒转矩负载T TL L，由负载特性曲线与电机机械，由负载特性曲线与电机机械 特性的交点可知，随着外加电阻的增大，电机转速特性的交点可知，随着外加电阻的增大，电机转

98、速 降低。降低。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件107107 这种调速方法只适用于线绕式异步电机，其启动这种调速方法只适用于线绕式异步电机，其启动 电阻可兼做调速电阻。电阻可兼做调速电阻。 但考虑稳定运行时的发热，应适当加大电阻的但考虑稳定运行时的发热，应适当加大电阻的 容量。容量。 这种调速方法简单可靠，但属于有级调速。这种调速方法简单可靠，但属于有级调速。 随着转速的降低，特性变软。随着转速的降低，特性变软。 低速时，转差功率大，损耗大。低速时，转差功率大，损耗大。 所以，这种调速方法大多用于重复短期运

99、转的所以，这种调速方法大多用于重复短期运转的 生产机械中，如起重机。生产机械中，如起重机。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1081083 3、串级调速、串级调速 即即在转子电路中串接在转子电路中串接一个与转子频率一个与转子频率f2相同，相位相同，相位 与转子电动势与转子电动势E2相反的附加电动势相反的附加电动势E Eadad来吸收转差来吸收转差 功率，使输出机械功率减小，从而在功率，使输出机械功率减小，从而在负载转矩不变负载转矩不变 时，降低转速。时，降低转速。 此时，转差功率被提供电动势此时，转差功率被提

100、供电动势E Eadad的装置反馈回电网，的装置反馈回电网， 起到了节能的作用，从而提高了该调速方法的经济起到了节能的作用，从而提高了该调速方法的经济 性，其原理见性，其原理见P.78P.78图图5.415.41。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件109109 由前面的知识可知，转子电流为：由前面的知识可知，转子电流为： 电磁转矩为：电磁转矩为： （1 1）当）当E Eadad与转子电动势与转子电动势E2反相时，反相时， 当当T TL L一定下，串入一定下，串入E EadadI I2 2 T(TTT(TTT(T

101、TL L) )nnSSI I2 2 TT，直到直到T=TT=TL L，实现稳定运行。，实现稳定运行。 可见可见T TL L一定下，串入一定下，串入E Eadad后，如果后，如果E Eadad与与E2反相，反相， 则转速降低，即在同步转速之下调速；则转速降低，即在同步转速之下调速； 如果如果E Eadad与与E2同相，则转速升高，即在同步转速同相，则转速升高，即在同步转速 之上调速，又称超同步串级调速。之上调速，又称超同步串级调速。 目前常用的是低于同步转速的串级调速。目前常用的是低于同步转速的串级调速。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制

102、机电传动控制教学课件教学课件111111 前述前述串级调速的最大问题是，始终要使串级调速的最大问题是，始终要使E Eadad与与E2保持保持 频率相同。频率相同。 为克服这一不足，工程上先将三相转子绕组电动势为克服这一不足，工程上先将三相转子绕组电动势 E Eadad整流成直流电压整流成直流电压U Ud d，然后再通过逆变器将此，然后再通过逆变器将此 直流电变化成三相交流电直流电变化成三相交流电 馈送回电网，或转换成馈送回电网，或转换成 机械能帮助主电机拖动机械能帮助主电机拖动 生产机械。生产机械。 这样，既避开了这样，既避开了E Eadad与与E2同同 频率的问题，又有节能的频率的问题，又有

103、节能的 效果，还可平滑调速。效果，还可平滑调速。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件112112 其机械特性曲线间其机械特性曲线间P.80P.80图图5.435.43。 其特点是：调速宽，效率高，但设备体积大，其特点是：调速宽，效率高，但设备体积大， 造价高。造价高。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1131134 4、电磁转差离合器调速、电磁转差离合器调速 其原理如其原理如P.80P.80图图5.445.44所示，即用电磁转

104、差离合器将所示，即用电磁转差离合器将 负载与异步电机连接起来。负载与异步电机连接起来。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件114114 电磁转差离合器主要由电枢与磁极两个部分组成。电磁转差离合器主要由电枢与磁极两个部分组成。 电枢与异步电机相连，是主动部分；电枢与异步电机相连，是主动部分； 磁极与负载相连，是从动部分。磁极与负载相连，是从动部分。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件115115 电枢部分可以装鼠笼绕组，也可为整块

105、铸钢。电枢部分可以装鼠笼绕组，也可为整块铸钢。 磁极上装有励磁绕组，用直流励磁。磁极上装有励磁绕组，用直流励磁。 若励磁绕组无电流，则负载不动。若励磁绕组无电流，则负载不动。 若励磁绕组有电流，则负载在电磁转矩若励磁绕组有电流，则负载在电磁转矩T T的带动下的带动下 转动，但转速小于电枢转速，即转差的意思。转动，但转速小于电枢转速，即转差的意思。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件116116 电磁转差离合器的机械特性与异步电机类似。电磁转差离合器的机械特性与异步电机类似。 因此，因此，改变励磁电流即可改变负载

106、的转速改变励磁电流即可改变负载的转速， 励磁电流越大，电磁转矩越大，转速也越大。励磁电流越大，电磁转矩越大，转速也越大。 因此，电磁转差离合器与因此，电磁转差离合器与 异步电机安装在一起时，异步电机安装在一起时， 被称为被称为滑差电动机滑差电动机。 电磁转差离合器结构简单，电磁转差离合器结构简单， 运行可靠，能平滑调速，运行可靠，能平滑调速， 但效率低。但效率低。 它常引入速度负反馈组成它常引入速度负反馈组成 闭环调速系统，以扩大闭环调速系统，以扩大 调速范围。调速范围。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件11

107、71175.5.3 5.5.3 变频调速变频调速 由右图及公式由右图及公式 n0r/min=60 f Hz / p 知：知： 异步电机的转速与定子电源的异步电机的转速与定子电源的 频率成正比。频率成正比。 连续调节定子电源的频率即可连续调节定子电源的频率即可 连续地改变异步电机的转速。连续地改变异步电机的转速。 变频调速是目前交流电机调速的变频调速是目前交流电机调速的 主要方法，它在许多方面已经取代了直流调速系统。主要方法，它在许多方面已经取代了直流调速系统。 交流调速技术已经成为当前机电传动控制系统研究交流调速技术已经成为当前机电传动控制系统研究 的主要内容之一。的主要内容之一。21 21

108、七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1181181 1、变压变频调速、变压变频调速 变压变频调速仅适于基频（额定频率变压变频调速仅适于基频（额定频率f1N）以下调速。）以下调速。 在基频以下调速时，还需调节电源电压，使得在基频以下调速时，还需调节电源电压，使得 U1 / f1等于常数。等于常数。 这是因为频率下降会导致磁通增加，使铁芯磁饱和，这是因为频率下降会导致磁通增加，使铁芯磁饱和， 继续增加磁通需很大的励磁电流。继续增加磁通需很大的励磁电流。 所以，为了防止铁芯磁饱和，应使所以，为了防止铁芯磁饱和，应使m保持不变，保

109、持不变， 即即E1 / f1等于常数。等于常数。 但但E1难以控制，故用难以控制，故用U1近似取代，即近似取代，即U1 / f1等于常数。等于常数。 这表明，基频以下变频调速时，要实现恒磁通调速，这表明，基频以下变频调速时，要实现恒磁通调速， 应使电压和频率按比例配合调节。相当于直流电机应使电压和频率按比例配合调节。相当于直流电机 的调压调速，也称为恒压频比控制方式。的调压调速，也称为恒压频比控制方式。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1191192 2、恒压弱磁调速、恒压弱磁调速 恒压弱磁调速适于基频（额定

110、频率恒压弱磁调速适于基频（额定频率f1N）以上调速。）以上调速。 在基频以上调速时，要按比例升高电压是很困难在基频以上调速时，要按比例升高电压是很困难 的。这是因为当频率调节到超过基频后，若要保的。这是因为当频率调节到超过基频后，若要保 持持m= = mN，则电压，则电压U U1 1将超过将超过U U1N1N，这在电机运行，这在电机运行 中是不允许的。因此在基频以上，只好保持电压中是不允许的。因此在基频以上，只好保持电压 不变，即不变，即U U1 1=U=U1N1N为常数。为常数。 这时，这时，频率频率f f1 1越高，越高， m越弱。越弱。 这相当于直流电机的弱磁调速，也称恒压弱磁升这相当于

111、直流电机的弱磁调速，也称恒压弱磁升 速控制方式速控制方式。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件120120 把基频以下和基频以上两种状况合起来，即可得到把基频以下和基频以上两种状况合起来，即可得到 P.83P.83图图5.475.47所示的所示的异步电机变频调速控制特性异步电机变频调速控制特性。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件121121 假设电机在不同转速下都具有假设电机在不同转速下都具有额定电流额定电流，则电机都，则电机

112、都 能在温升允许下长期运行能在温升允许下长期运行。 基频以下属于基频以下属于“恒转矩调速恒转矩调速”； 基频以上属于基频以上属于“恒功率调速恒功率调速”。 所以，所以，异步电机的变压变频异步电机的变压变频 调速是分段控制的调速是分段控制的。 基频以下基频以下，采用，采用 “恒磁恒压频比调速恒磁恒压频比调速”； 基频以上基频以上，采用，采用 “恒压弱磁升速调速恒压弱磁升速调速”。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件122122变频调速的优点变频调速的优点 调速范围大；调速范围大； 调速平滑性好；调速平滑性好； 工

113、作特性与直流调速系统不相上下；工作特性与直流调速系统不相上下； 经济性高。经济性高。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1231235.6 5.6 三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性 异步电机和直流电机一样，亦有三种制动方式：异步电机和直流电机一样，亦有三种制动方式： 反馈制动、反接制动和能耗制动。反馈制动、反接制动和能耗制动。5.6.1 5.6.1 反馈制动反馈制动 由于某种原因，异步电机的转速高于其同步速度，由于某种原因，异步电机的转速高于其同步速度， 即即nn0，S=(n0-n)/n0|-|

114、-n0 0| |，即电机实际转速超过同步即电机实际转速超过同步转速后，电磁转矩成为制动转速后，电磁转矩成为制动转矩。转矩。当当T=TL时，达到稳定状态，时，达到稳定状态，重物匀速下降。重物匀速下降。改变转子电路内的串入的改变转子电路内的串入的电阻，可以调节重物下降的电阻，可以调节重物下降的稳定速度。电阻越高，电机稳定速度。电阻越高，电机转速越高。转速越高。1 1）位能性负载转矩）位能性负载转矩21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1271272 2）变极调速或变频调速过程中供电频率突然降低）变极调速或变频调速过程

115、中供电频率突然降低 例如，某生产机械采用双速电动机拖动，高速运行例如，某生产机械采用双速电动机拖动，高速运行 时为时为4 4极（极（2 2p=4=4），），r/min； 低速运行时为低速运行时为8 8极（极（2 2p=8=8），），r/min。 当电机由高速切换到低速时，由于转速不能突变，当电机由高速切换到低速时，由于转速不能突变， 在降速开始一段时间内，电机在降速开始一段时间内，电机 运行到运行到n0202机械特性的发电机械特性的发电 区域内的区域内的b点，电磁转矩为点，电磁转矩为 负，与负载转矩一起使负，与负载转矩一起使 电机减速。电机减速。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工

116、大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件128128 在降速过程中，电机将系统中的动能转换成电能在降速过程中，电机将系统中的动能转换成电能 反馈到电网。反馈到电网。 当电机将高速时的动能消耗完后，电机就进入当电机将高速时的动能消耗完后，电机就进入2 2p=8=8 的电动状态，直到电磁转矩重新与负载转矩平衡。的电动状态，直到电磁转矩重新与负载转矩平衡。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1291295.6.2 5.6.2 反接制动反接制动1 1、电源反接、电源反接 如果正常运行的异

117、步电机的三相电源相序突然改变，如果正常运行的异步电机的三相电源相序突然改变， 即电源反接，这就改变了旋转磁场的方向，电动即电源反接，这就改变了旋转磁场的方向，电动 状态下的机械特性曲线状态下的机械特性曲线 就由第一象限的曲线就由第一象限的曲线1 1 变成了第三象限的变成了第三象限的 曲线曲线2 2，如，如P.86P.86图图5.515.51 所示。所示。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件130130 由于惯性，转速不能突变，系统只能从工作点由于惯性，转速不能突变，系统只能从工作点a平移平移 到工作点到工作点b

118、 b，电磁转矩由正变负，转子在电磁转矩和，电磁转矩由正变负，转子在电磁转矩和 负载转矩的共同作用下减速，工作点由负载转矩的共同作用下减速，工作点由b b到到c c。 工作点由工作点由b b到到c c后，后，n=0=0，此时若不及时切断电源，此时若不及时切断电源， 电机将反向启动。电机将反向启动。 由于反接制动时电流很大，由于反接制动时电流很大， 对于鼠笼式电机，常在定子对于鼠笼式电机，常在定子 回路中串接电阻；对于线绕回路中串接电阻；对于线绕 式电机，则在转子回路中式电机，则在转子回路中 串接电阻。串接电阻。 串接电阻后，工作点由串接电阻后，工作点由a a到到d d， 然后再到然后再到c c。

119、21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1311312 2、倒拉制动、倒拉制动 倒拉制动倒拉制动出现在出现在位能负载转矩超过电磁转矩时位能负载转矩超过电磁转矩时。 起重机下放重物时，为了使下降速度不致过快，起重机下放重物时，为了使下降速度不致过快， 常用此法制动。常用此法制动。 若起重机提升重物时，稳定运行于若起重机提升重物时，稳定运行于 a a点，欲使重物下降，就需在转子点，欲使重物下降，就需在转子 电路内串入较大的电阻，此时系统电路内串入较大的电阻，此时系统 从从a a点移到点移到b b点，负载转矩点，负载转矩

120、T TL L将大于将大于 电机电磁转矩电机电磁转矩T T，电机减速到，电机减速到c c点。点。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件132132 由于电磁转矩由于电磁转矩T T仍小于负载转矩仍小于负载转矩T TL L，重物将迫使电机，重物将迫使电机 反转，重物被放下，电机转速由正变负，反转，重物被放下，电机转速由正变负，S1S1，机械，机械 特性由第一象限延伸到第四象限，电机进入反接特性由第一象限延伸到第四象限，电机进入反接 制动状态。制动状态。 随着下放速度的加快，随着下放速度的加快，S S增大，转子增大，转子

121、 电流电流I2和电磁转矩随之增大，直到和电磁转矩随之增大，直到 T= =TL，系统达到相对平衡状态，系统达到相对平衡状态， 重物等速下放。重物等速下放。 此时，转子轴上输入的机械功率此时，转子轴上输入的机械功率 变成电功率，连同从定子输送过来变成电功率，连同从定子输送过来 的电磁功率一起消耗在转子电路的的电磁功率一起消耗在转子电路的 电阻上。电阻上。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1331335.6.3 5.6.3 能耗制动能耗制动 异步电机的电源反接制动用于准确停车有一定的异步电机的电源反接制动用于准确停

122、车有一定的 困难，因为它容易造成反转，且电能损耗也较大；困难，因为它容易造成反转，且电能损耗也较大； 反馈制动虽然比较经济，但它只能在高于同步转速反馈制动虽然比较经济，但它只能在高于同步转速 下使用；下使用； 而能耗制动却是比较常用的准确停车而能耗制动却是比较常用的准确停车 的方法。的方法。 能耗制动的原理图见能耗制动的原理图见P.87P.87图图5.535.53。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件134134 进行能耗制动时，首先将定子绕组从三相交流电源进行能耗制动时，首先将定子绕组从三相交流电源 断开，即

123、断开，即KM1打开；接着立即将一低压直流电源接入打开；接着立即将一低压直流电源接入 定子绕组，即定子绕组，即KM2闭合。闭合。 直流电流通过定子绕组后，在电机直流电流通过定子绕组后，在电机 内部建立起一个固定不变的磁场，内部建立起一个固定不变的磁场， 由于转子仍在旋转，转子导体内由于转子仍在旋转，转子导体内 就会产生感应电动势和电流，就会产生感应电动势和电流， 从而产生出制动转矩。电机转速从而产生出制动转矩。电机转速 迅速下降。迅速下降。 机械能转换成电能后消耗在转子机械能转换成电能后消耗在转子 电路的电阻中。电路的电阻中。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大

124、学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件135135 能耗制动时的机械特性曲线见图能耗制动时的机械特性曲线见图5.53b5.53b。 当当n=0n=0时，时，T=0T=0，所以，能耗制动能准确停车。，所以，能耗制动能准确停车。 但但制动结束后，要及时切断直流电源，制动结束后，要及时切断直流电源， 以免烧坏定子绕组。以免烧坏定子绕组。 另外另外，制动的后阶段，随着，制动的后阶段，随着 转速的降低，能耗制动转矩转速的降低，能耗制动转矩 也会很快减小，所以制动也会很快减小，所以制动 较平稳，但制动效果比较平稳，但制动效果比 电源反接制动差。电源反接制动差。21 21 七月七月 2024 2

125、024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1361365.7 5.7 单相异步电动机单相异步电动机 单相异步电动机是一种容量从几瓦到几百瓦，由单相异步电动机是一种容量从几瓦到几百瓦，由 单相交流电源供电的电动机。单相交流电源供电的电动机。 其结构简单，成本低廉，运行可靠。其结构简单，成本低廉，运行可靠。 广泛用于电扇、洗衣机、电冰箱、吸尘器、医疗广泛用于电扇、洗衣机、电冰箱、吸尘器、医疗 机械及各种自动控制装置中。机械及各种自动控制装置中。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件

126、教学课件1371375.7.1 5.7.1 单相异步电动机的磁场单相异步电动机的磁场 单相异步电动机的定子绕组为单相，转子一般为单相异步电动机的定子绕组为单相，转子一般为 鼠笼式鼠笼式 。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件138138 当接入单相交流电源时，它在定、转子气隙中产生当接入单相交流电源时，它在定、转子气隙中产生 一个如图一个如图5.55a5.55a所示脉动磁场。所示脉动磁场。 此磁场在空间并不旋转，只是磁通或磁感应强度的此磁场在空间并不旋转，只是磁通或磁感应强度的 大小随时间作正弦变化，大小随时间

127、作正弦变化， 即：即： 转子在通电前是静止的，通电后仍然静止不动，转子在通电前是静止的，通电后仍然静止不动， 若用手拨动它，它便顺着拨动方向旋转起来，最终若用手拨动它，它便顺着拨动方向旋转起来，最终 达到稳定运行状态。达到稳定运行状态。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件139139 可以证明，一个空间轴线固定而大小按正弦规律可以证明，一个空间轴线固定而大小按正弦规律 变化的脉动磁场（用磁感应强度变化的脉动磁场（用磁感应强度B B 表示），可以表示），可以 分解成分解成两个转速相等而方向相反的旋转磁场两个转速相

128、等而方向相反的旋转磁场 和和 ，如图，如图5.555.55（b b）所示，磁感应强度的大小）所示，磁感应强度的大小 为：为：两个旋转磁场的同步转速为：两个旋转磁场的同步转速为：21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件140140P.89图图5.5521 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件141141 两个旋转磁场分别作用于鼠笼式转子而产生两个两个旋转磁场分别作用于鼠笼式转子而产生两个 方向相反的转矩。方向相反的转矩。 所以所以，单相异步

129、电机的转子在脉动磁场的作用下，单相异步电机的转子在脉动磁场的作用下 产生的电磁转矩是上述两个旋转磁场产生的电磁转矩是上述两个旋转磁场 分别作用下产生的电磁转矩之和。分别作用下产生的电磁转矩之和。 单相异步电机转子在正转磁场和单相异步电机转子在正转磁场和 反转磁场分别作用下的机械特性反转磁场分别作用下的机械特性 与三相异步电机正、反转一样，与三相异步电机正、反转一样， 所以可以用右图进行分析。所以可以用右图进行分析。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件142142 设在正设在正转磁场作用下，单相异步电机的电磁转矩

130、为转磁场作用下，单相异步电机的电磁转矩为 T T+ +，机械特性，机械特性T T+ +=f(s)=f(s)或或T T+ +=f(n)=f(n)如图中曲线如图中曲线3 3所示。所示。 在反在反转磁场作用下，单相异步电机的电磁转矩为转磁场作用下，单相异步电机的电磁转矩为 T T- -，机械特性，机械特性T T- -=f(s)=f(s)或或T T- -=f(n)=f(n)如图中曲线如图中曲线2 2所示。所示。 同步转速分别为同步转速分别为n n1 1和和-n-n1 1。 由于由于F F+ +=F=F- -，两条特性曲线是对称的，两条特性曲线是对称的。 其合成转矩其合成转矩T=TT=T+ +T+T-

131、-，即图中的，即图中的 曲线曲线1 1。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件143143 从合成特性曲线从合成特性曲线1 1，即，即T=f(n)T=f(n)可以看出：可以看出：（1 1）当当n=0n=0时时，电磁转矩，电磁转矩T=0T=0，亦即运行绕组单独，亦即运行绕组单独 通电时，没有启动转矩，不能自行启动；通电时，没有启动转矩，不能自行启动；（2 2）当当n0n0时，即电机已经正转，时，即电机已经正转， 且在此转速下的电磁转矩且在此转速下的电磁转矩 大于轴上的负载转矩，就能大于轴上的负载转矩，就能 在电磁转

132、矩的作用下升速在电磁转矩的作用下升速 至接近同步转速。至接近同步转速。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件144144 即即如果外力使转子顺时针方向转动，则正向转矩如果外力使转子顺时针方向转动，则正向转矩T T+ + 大于反向转矩大于反向转矩T T- -，其合成转矩为正，使转子沿，其合成转矩为正，使转子沿 顺时针方向顺时针方向 旋转，直至达到稳定运行状态。旋转，直至达到稳定运行状态。 反之亦然。反之亦然。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学

133、课件教学课件145145 由此可得出结论：由此可得出结论：（1 1）在脉动磁场作用下的单相异步电动机没有启动）在脉动磁场作用下的单相异步电动机没有启动 能力，即能力，即启动转矩为零启动转矩为零；（2 2）单相异步电动机一旦启动，它能自行加速到）单相异步电动机一旦启动，它能自行加速到 稳定运行状态，其旋转方向不固定，完全取决稳定运行状态，其旋转方向不固定，完全取决 于启动时的旋转方向。于启动时的旋转方向。因此，要解决单相异步电动机的应用问题，因此，要解决单相异步电动机的应用问题， 首先必须解决它的启动转矩问题首先必须解决它的启动转矩问题。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学

134、院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1461465.7.1 5.7.1 单相异步电动机的启动方法单相异步电动机的启动方法 单相异步电动机在启动时若能产生一个旋转磁场，单相异步电动机在启动时若能产生一个旋转磁场， 就可以建立启动转矩而自行启动，下面介绍两种就可以建立启动转矩而自行启动，下面介绍两种 常见的单相异步电动机启动方法。常见的单相异步电动机启动方法。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1471471 1、电容分相式异步电动机、电容分相式异步电动机 P.90P.90图图5.575.

135、57为电容分相式异步电机的接线原理图。为电容分相式异步电机的接线原理图。 定子上有两个绕组：定子上有两个绕组：AXAX和和BYBY，它们相互垂直。，它们相互垂直。 AXAX为运行绕组，为运行绕组，BYBY为启动绕组。为启动绕组。 BYBY电路中串有电容电路中串有电容C C，适当选择参数使该绕组中的，适当选择参数使该绕组中的 电流电流iB在相位上超前在相位上超前AXAX绕组中的电流绕组中的电流9090。 以产生旋转磁场，使电机自行启动。以产生旋转磁场，使电机自行启动。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件14814

136、8 根据前述根据前述AXAX和和BYBY电流相位差得图电流相位差得图5.58(a)5.58(a)所示两相所示两相 电流波形图。电流波形图。 再根据据此两相电流波形图画出旋转磁场图。再根据据此两相电流波形图画出旋转磁场图。 可以看出，该磁场的旋转方向由可以看出，该磁场的旋转方向由BYBY到到AXAX，即由电流，即由电流 超前的绕组转向电流滞后的绕组。超前的绕组转向电流滞后的绕组。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件149149 若在启动绕组若在启动绕组BYBY支路中，接入一离心开关支路中，接入一离心开关QCQC，

137、电机，电机 启动后，当转速达到额定值附近时，借离心力的启动后，当转速达到额定值附近时，借离心力的 作用，将作用，将QCQC打开，此后电动机就成为单相运行了。打开，此后电动机就成为单相运行了。 此种结构型式的电动机，称为电容分相式电动机。此种结构型式的电动机，称为电容分相式电动机。 也可不用离心开关，即在运行时也可不用离心开关，即在运行时 并不切断电容支路。并不切断电容支路。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件150150 欲使该种电机反转，不能像三相异步电动机那样欲使该种电机反转，不能像三相异步电动机那样 掉换

138、两根电源线来实现，必须以掉换电容器掉换两根电源线来实现，必须以掉换电容器C C的的 串联位置来实现。串联位置来实现。 即改变即改变QBQB的接通位置，就可改变旋转磁场的方向，的接通位置，就可改变旋转磁场的方向， 从而实现电动机的反转。从而实现电动机的反转。 洗衣机中的电动机，就是靠定时器中洗衣机中的电动机，就是靠定时器中 的自动转换开关来实现这种切换的。的自动转换开关来实现这种切换的。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1511512 2、罩极单相式异步电动机、罩极单相式异步电动机 在磁极的一侧开一个小槽，用短

139、路铜环罩住磁极的在磁极的一侧开一个小槽，用短路铜环罩住磁极的 一部分。磁极的磁通被分为两部分。一部分。磁极的磁通被分为两部分。 当磁通变化时，由于电磁感应的作用，在罩极线圈当磁通变化时，由于电磁感应的作用，在罩极线圈 中产生感应电流，以阻止通过罩极部分的磁通变化。中产生感应电流，以阻止通过罩极部分的磁通变化。 使通过罩极部分的磁通使通过罩极部分的磁通2 2在相位上在相位上 滞后于未罩部分的磁通滞后于未罩部分的磁通1 1。 这样，磁通这样，磁通2 2、1 1合成为一合成为一 由未罩部分向罩极部分转移的由未罩部分向罩极部分转移的 旋转磁场，从而在转子上产生旋转磁场，从而在转子上产生 一个启动转矩，

140、使转子转动。一个启动转矩，使转子转动。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1521525.8 5.8 同步电动机同步电动机 同步电机也是一种三相交流电动机，它除了用于同步电机也是一种三相交流电动机，它除了用于 电力传动外，还用于补偿电网功率因数。电力传动外，还用于补偿电网功率因数。 发电厂中的交流发电机，全部采用同步发电机。发电厂中的交流发电机，全部采用同步发电机。 本节主要讨论同步电机的结构、基本运行原理及本节主要讨论同步电机的结构、基本运行原理及 工作特性。工作特性。21 21 七月七月 2024 2024

141、武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1531535.8.1 5.8.1 同步电动机的基本结构同步电动机的基本结构 同步电机也分定子和转子两大部分。同步电机也分定子和转子两大部分。 定子定子：由铁心、定子绕组（又叫电枢绕组，通常：由铁心、定子绕组（又叫电枢绕组，通常 是三相对称绕组，并通有对称三相交流电流）、是三相对称绕组，并通有对称三相交流电流）、 机座以及端盖等主要部件组成。机座以及端盖等主要部件组成。 转子转子：包括主磁极、主磁极上的直流励磁绕组、：包括主磁极、主磁极上的直流励磁绕组、 特别设置的鼠笼型启动绕组、电刷以及集电环等特别设置的鼠笼型启

142、动绕组、电刷以及集电环等 主要部件。主要部件。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件154154 同步电动机按转子主磁极的形状分为：同步电动机按转子主磁极的形状分为： 隐极式隐极式和和凸极式凸极式两种，它们的结构如图所示。两种，它们的结构如图所示。 隐极式转子的优点是转子周围的气隙比较均匀，隐极式转子的优点是转子周围的气隙比较均匀， 适用于高速电机。适用于高速电机。 凸极式转子呈圆柱形，转子有可见的气隙，气隙凸极式转子呈圆柱形，转子有可见的气隙，气隙 不均匀，但制造简单，适用于低速运行。不均匀，但制造简单，适用于

143、低速运行。 同步电机中的转子只通过较小的直流励磁功率，故同步电机中的转子只通过较小的直流励磁功率，故 特别适用于大功率特别适用于大功率 高电压的场合。高电压的场合。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件15515521 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1561565.8.2 5.8.2 同步电动机的工作原理和运行特性同步电动机的工作原理和运行特性 电枢绕组通以对称三相交流电后，气隙中便产生电枢绕组通以对称三相交流电后，气隙中便产生

144、一旋转磁场，其旋转速度为同步转速：一旋转磁场，其旋转速度为同步转速： 在转子励磁绕组中通以直流电流后，同一气隙中，在转子励磁绕组中通以直流电流后，同一气隙中， 又出现一个大小和极性固定、极对数与电枢旋转又出现一个大小和极性固定、极对数与电枢旋转 磁场相同的直流励磁磁场。磁场相同的直流励磁磁场。 这两个磁场的相互作用，使转子被这两个磁场的相互作用，使转子被 电枢旋转磁场拖着以同步转速一起电枢旋转磁场拖着以同步转速一起 旋转，即旋转，即“同步同步”电动机也由此电动机也由此 而得名。而得名。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课

145、件教学课件157157 在电源频率在电源频率f 与电机转子极对数与电机转子极对数p为一定的情况下，为一定的情况下， 转子的转速为一常数，转子的转速为一常数，n =n0，因此同步电动机具有，因此同步电动机具有 恒定转速恒定转速的特性，它的运转速度是不随负载转矩的特性，它的运转速度是不随负载转矩 而变化的。同步电动机的机械特性如图而变化的。同步电动机的机械特性如图5.635.63所示。所示。 调节同步电机转子的直流励磁电流，可以控制电机调节同步电机转子的直流励磁电流，可以控制电机 的功率因素，这是同步电动机最突出的优点。的功率因素，这是同步电动机最突出的优点。21 21 七月七月 2024 202

146、4武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件1581585.8.3 5.8.3 同步电动机的启动同步电动机的启动 同步电动机虽具有功率因数可以调节的优点，但同步电动机虽具有功率因数可以调节的优点，但 却没有像异步电动机那样得到广泛应用，这不仅却没有像异步电动机那样得到广泛应用，这不仅 是由于它的结构复杂、价格贵，而且它启动困难。是由于它的结构复杂、价格贵，而且它启动困难。 转子尚未转动前，在励磁电流的作用下产生了转子尚未转动前，在励磁电流的作用下产生了 固定的固定的转子磁场转子磁场。 当定子接上三相电源后，就产生了当定子接上三相电源后，就产生了旋转的旋转的

147、定子磁场定子磁场。 该磁场以同步转速该磁场以同步转速n0旋转。旋转。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件159159 如如图图5.64(a)5.64(a)所示，旋转的定子磁场与固定的转子所示，旋转的定子磁场与固定的转子 磁场相吸，欲使转子旋转。磁场相吸，欲使转子旋转。 但但，由于转子的惯性，在它还未来得及转动前，由于转子的惯性，在它还未来得及转动前， 旋转的定子磁场就已经转到了图旋转的定子磁场就已经转到了图5.64(b)5.64(b)所示的所示的 位置，两磁场转为相互排斥。位置，两磁场转为相互排斥。 如此如此，

148、转子忽而被吸，忽而被排斥，转子忽而被吸，忽而被排斥，其平均转矩其平均转矩为为 零零，即在恒压、恒频电源供电下，即在恒压、恒频电源供电下， 同步电机的启动转矩为零。同步电机的启动转矩为零。同步电动机难以启动的原因同步电动机难以启动的原因21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件160160 为了启动同步电动机，以前常采用异步启动法，为了启动同步电动机，以前常采用异步启动法， 即在转子磁极的极掌上装上和鼠笼绕组相似的启动即在转子磁极的极掌上装上和鼠笼绕组相似的启动 绕组。绕组。 启动时先不加入直流磁场，只在定子上加上三相

149、启动时先不加入直流磁场，只在定子上加上三相 对称电压以产生旋转磁场。对称电压以产生旋转磁场。 等转速接近同步转速时，再在等转速接近同步转速时，再在 励磁绕组中通入直流励磁电流，励磁绕组中通入直流励磁电流， 产生固定磁极的磁场，在定子产生固定磁极的磁场，在定子 旋转磁场与转子磁场的相互作用旋转磁场与转子磁场的相互作用 下，便可把转子拉入同步转速。下，便可把转子拉入同步转速。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件161161 转子达到同步转速后，启动绕组与旋转磁场同步转子达到同步转速后，启动绕组与旋转磁场同步 旋转，

150、不再有相对运动，启动绕组中不再产生旋转，不再有相对运动，启动绕组中不再产生 电动势和感应电流。电动势和感应电流。 同步电动机异步启动法接线原理如图所示。同步电动机异步启动法接线原理如图所示。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件162162启动步骤如下：启动步骤如下： 励磁电路的转换开关励磁电路的转换开关QBQB投合到投合到1 1的位置，使励磁绕组的位置，使励磁绕组 与直流电源断开，直接通过电阻器构成闭合回路与直流电源断开，直接通过电阻器构成闭合回路 以免启动时，励磁绕组受旋转磁场的作用而产生以免启动时，励磁绕组

151、受旋转磁场的作用而产生 较高的感应电势，发生危险；较高的感应电势，发生危险；21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件163163 按鼠笼式异步电动机的方法启动，给同步电动机的按鼠笼式异步电动机的方法启动，给同步电动机的 定子绕组加上额定电压，时转子转速升高到接近定子绕组加上额定电压，时转子转速升高到接近 同步转速，必要时可采用降压启动；同步转速，必要时可采用降压启动；21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件164164 将励磁电路转换开

152、关将励磁电路转换开关QBQB投合到投合到2 2的位置，励磁绕组与的位置，励磁绕组与 直流电源接通，转子上形成固定磁极，并很快被直流电源接通，转子上形成固定磁极，并很快被 旋转磁场拖入同步转速；旋转磁场拖入同步转速； 用变阻器调节励磁电流，使同步电动机的功率因数用变阻器调节励磁电流，使同步电动机的功率因数 调节到要求数值。调节到要求数值。21 21 七月七月 2024 2024武汉理工大学机电学院武汉理工大学机电学院机电传动控制机电传动控制教学课件教学课件165165同步电动机的特点同步电动机的特点 由于同步电动机的是双重励磁和异步启动，故它的由于同步电动机的是双重励磁和异步启动，故它的 结构复

153、杂；结构复杂； 由于需要直流电源、启动及控制设备，故它的一次由于需要直流电源、启动及控制设备，故它的一次 性投入要比异步电动机高得多；性投入要比异步电动机高得多； 同步电动机具有运行速度恒定、功率因数可调、同步电动机具有运行速度恒定、功率因数可调、 运行效率高等特点。运行效率高等特点。 因此，在低速和大功率的场合，如大流量低水头的因此，在低速和大功率的场合，如大流量低水头的 泵，面粉厂的主转动轴、橡胶磨和搅拌机、破碎机、泵，面粉厂的主转动轴、橡胶磨和搅拌机、破碎机、 切碎机、造纸工业中的纸浆研磨机、匀浆机、切碎机、造纸工业中的纸浆研磨机、匀浆机、 压缩机、直流发电机、轧钢机等都是采用同步电机压缩机、直流发电机、轧钢机等都是采用同步电机 来传动的。来传动的。