三相异步电动机的启动与制动

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1、 三相异步电动机的启动与制动三相异步电动机的启动与制动 返回总目录返回总目录返回总目录返回总目录 三相异步电动机直接起动三相异步电动机直接起动三相鼠笼式异步电动机降压起动三相鼠笼式异步电动机降压起动 高启动转矩的三相鼠笼式异步电动机高启动转矩的三相鼠笼式异步电动机绕线式三相异步电动机的启动绕线式三相异步电动机的启动 三相异步电动机的各种运行状态三相异步电动机的各种运行状态 本本 章章 小小 结结本章内容本章内容8.1 三相异步电动机直接起动三相异步电动机直接起动 三相异步电动机直接起动是指电动机三相异步电动机直接起动是指电动机直接加额定电压，定子回路不串任何电器直接加额定电压，定子回路不串任何

2、电器元件时的起动。元件时的起动。三相异步电机的起动要满三相异步电机的起动要满足生产机械对异步电动机起动性能的要求足生产机械对异步电动机起动性能的要求起动转矩要大，以保证生产机械的正常起起动转矩要大，以保证生产机械的正常起动。缩小起动时间；起动电流要小。以减动。缩小起动时间；起动电流要小。以减小对电网的冲击。小对电网的冲击。 8.1 三相异步电动机直接起动三相异步电动机直接起动 由三相异步电动机机械特性的物理表由三相异步电动机机械特性的物理表达式知道，在额定电压下直接起动三相异达式知道，在额定电压下直接起动三相异步电动机。即转差率步电动机。即转差率 S S1 1，主磁通主磁通 额额定磁通的定磁通

3、的1/21/2，功率因数功率因数coscos 很小，造成了很小，造成了起动电流相当大而起动转矩起动电流相当大而起动转矩 并不大的结果。并不大的结果。例如，对于例如，对于普通鼠笼式异步电动机，起动普通鼠笼式异步电动机，起动电流电流 （4 47 7）I IN N （ 为起动电流倍数）为起动电流倍数）起动转矩起动转矩 T TN N（0.90.91.31.3） 对于绕线式三对于绕线式三相异步电动机的起动转矩相异步电动机的起动转矩T T S ST TN N 。8.1 三相异步电动机直接起动三相异步电动机直接起动 起动电流过大，对电网冲击大。使电网电压降低，起动电流过大，对电网冲击大。使电网电压降低，对电

4、机前端供电变压器影响大。使得变压器输入电压对电机前端供电变压器影响大。使得变压器输入电压幅度下降，超过了额定值的允许偏差幅度下降，超过了额定值的允许偏差10%10%或更严或更严重。这样，重。这样，一方面影响了异步电机本身一方面影响了异步电机本身，由于，由于T Tstst与电与电压压 U U的平方成正比，导致的平方成正比，导致T Tstst下降更多，当重载时电机下降更多，当重载时电机将不能起动；另一方面，将不能起动；另一方面，影响由同一台供电变压器供影响由同一台供电变压器供电的其它负载电的其它负载，如电灯会变暗，用电设备失常，重载，如电灯会变暗，用电设备失常，重载的异步电机可能停转等。的异步电机

5、可能停转等。 下面两种情况不能直接启动。下面两种情况不能直接启动。变压器与变压器与 电机容量电机容量之比不足够大。启动转矩不能满足要求之比不足够大。启动转矩不能满足要求。8.1 三相异步电动机直接起动三相异步电动机直接起动 综上所述，综上所述，三相异步电机直接起动的情况三相异步电机直接起动的情况只适应于供电变压器容量较大，电动机容量小只适应于供电变压器容量较大，电动机容量小于于 的小容量鼠笼式异步电机。的小容量鼠笼式异步电机。对于大容对于大容量鼠笼式异步电机和绕线式异步电动机可采用量鼠笼式异步电机和绕线式异步电动机可采用如下方法：（如下方法：（1 1）降降低定子电低定子电压压；（；（2 2）加

6、大定加大定子端电阻或电抗子端电阻或电抗；（；（3 3）对于）对于绕线绕线式异步电机式异步电机还可以采用还可以采用加大转子端电阻或电抗加大转子端电阻或电抗的方法。对的方法。对于鼠笼式异步电机，可以结构上采取措施，如于鼠笼式异步电机，可以结构上采取措施，如增大转子导条的电阻，改进转子槽形。增大转子导条的电阻，改进转子槽形。8.1 三相异步电动机直接起动三相异步电动机直接起动为方便起见，列出起动电流为方便起见，列出起动电流 和起动转矩和起动转矩 的表达式为的表达式为 v总结总结 直接起动即全压起动。直接起动即全压起动。 全压起动条件全压起动条件：1 1）异步电动机功率低于）异步电动机功率低于7.5K

7、W7.5KW2 2）：）：直接起动时的影响：直接起动时的影响：（1 1）起动电流较大，可达额定电流的）起动电流较大，可达额定电流的4 47 7 倍，甚至达到倍，甚至达到8 81212倍。倍。（2 2）过大的起动电流造成电机过热，影响电动机的寿命。）过大的起动电流造成电机过热，影响电动机的寿命。（3 3）过大的起动电流使电动机受到电动力的冲击，绕组变形可能造成）过大的起动电流使电动机受到电动力的冲击，绕组变形可能造成短路而烧毁电动机。短路而烧毁电动机。（4 4）过大的起动电流会使电网线路电压降增大，对同一线路中的其他）过大的起动电流会使电网线路电压降增大，对同一线路中的其他电器设备造成影响。电器

8、设备造成影响。8.2 三相鼠笼式异步电动机降压起动三相鼠笼式异步电动机降压起动1.1.定子串接电抗器或电阻起动定子串接电抗器或电阻起动(1)(1)接线原理图接线原理图 三相鼠笼式异步电机在定子三相鼠笼式异步电机在定子回路中串接电抗器（可改接电阻回路中串接电抗器（可改接电阻器，但能耗较大，适用于较小容器，但能耗较大，适用于较小容量电机）降压起动的接线原理图量电机）降压起动的接线原理图如图所示。三相异步电机定子串如图所示。三相异步电机定子串电抗起动。即开关电抗起动。即开关2K2K接到接到“起动起动”端，使起动时电抗器接入定子端，使起动时电抗器接入定子回路；起动后，切除电抗器，即回路；起动后，切除电

9、抗器，即开关开关2K2K接到接到“运行运行”端。端。图图8.8. 鼠笼式异步电动鼠笼式异步电动机的串电抗器起动机的串电抗器起动8.2 三相鼠笼式异步电动机降压起动三相鼠笼式异步电动机降压起动(2)(2)起动电流和起动转矩的分析与计算起动电流和起动转矩的分析与计算三相异步电动机定子串电抗器三相异步电动机定子串电抗器X X起动时的起动时的简化等值电路由如图（简化等值电路由如图（a a）的直接起动变为图（）的直接起动变为图（b b）。）。 （a）（b）8.2 三相鼠笼式异步电动机降压起动三相鼠笼式异步电动机降压起动 式中的短路阻抗式中的短路阻抗 在电动机设计后，电抗器在电动机设计后，电抗器 因此，因

10、此， . .且分析中，因误差不大，则不考虑阻且分析中，因误差不大，则不考虑阻抗角的作用。抗角的作用。 设串设串电抗时，电动机定子电压与直接启动时电压比值为电抗时，电动机定子电压与直接启动时电压比值为 ，则，则 工程实际中，往往先给定线路允许电动机启动电流的大小工程实际中，往往先给定线路允许电动机启动电流的大小 ，在计算电抗，在计算电抗 X的大小。计算公式推导如下：的大小。计算公式推导如下：8.2 三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动 2. 2. 星形星形三角形三角形(Y(Y)降压起动降压起动 方法方法：起动时定子绕组接成：起动时定子绕组接成Y形，运行时定子绕组则形，运行时定子绕组则

11、接成接成形，形，其接线图如图示。其接线图如图示。对于运行时定子绕组为对于运行时定子绕组为Y形形的笼型异步电动机则不能用的笼型异步电动机则不能用Y起动方法。起动方法。 适适用用于于正正常常运运行行时时接接成成 的的电电机机，是是普普通通机机床床上上常常用用的起动方法的起动方法 起起 动：动：Y 正常运行：正常运行： (a) 直接起动(形接法) (b) Y-起动(Y形接法) 图图8.4 Y8.4 Y起动电流分析图起动电流分析图 (a) 直接起动(形接法) (b) Y-起动(Y形接法) 起动时 起动时Y:8.2 三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动 Y起动时，起动电流起动时，起动电流 与

12、直接起动时的与直接起动时的起动电流起动电流 的关系的关系(注：起动电流是指线路电流注：起动电流是指线路电流而不是指定子绕组的相电流而不是指定子绕组的相电流)： 电动机直接起动时，定子绕组接成电动机直接起动时，定子绕组接成形，如形，如图图8.4(a)所示，每相绕组所加电压大小为所示，每相绕组所加电压大小为U1=UN，即为线电压，每相绕组的相电流为即为线电压，每相绕组的相电流为 ，则电源输入的线电流为则电源输入的线电流为Is= 。8.2 三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动 Y形起动时每相绕组所加形起动时每相绕组所加电压为电压为 ，电流，电流 则则 所以所以 可见，可见，Y起动时，对供

13、电变压器造成冲击的起动起动时，对供电变压器造成冲击的起动电流是直接起动时的电流是直接起动时的1/3。 即即 直接起动时起动转矩为直接起动时起动转矩为 ，Y起动时起起动时起动转矩为动转矩为 ，则，则 Y起动时起动转矩也是直接起动时起动转矩也是直接起动时的起动时的1/3。 Y起动比定子串电抗器起动性能要好，起动比定子串电抗器起动性能要好，可用于拖动可用于拖动TL 的轻载的轻载起动。起动。(a) 直接起动(形接法) (b) Y-起动(Y形接法) YY起动方法简单，价格便起动方法简单，价格便宜，因此在轻载起动条件下，应优宜，因此在轻载起动条件下，应优先采用。先采用。我国采用我国采用YY起动方法起动方法

14、的电动机额定电压都是的电动机额定电压都是380V380V，绕组绕组是是接法。接法。 8.2 三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动 3. 3. 自耦变压器自耦变压器( (起动补偿器起动补偿器) )起动起动 方法：方法：自耦变压器也称自耦变压器也称起动补偿器。起动时电源接起动补偿器。起动时电源接自耦变压器原边，副边接电自耦变压器原边，副边接电动机。起动结束后电源直接动机。起动结束后电源直接加到电动机上。加到电动机上。 三相笼型异步电动机采三相笼型异步电动机采用自耦变压器降压起动的接用自耦变压器降压起动的接线如图线如图8.5所示，其起动的一所示，其起动的一相线路如图相线路如图8.6所示。

15、所示。 图图8.5 8.5 自耦变压器降压起动接线图自耦变压器降压起动接线图 8.2 三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动 设自耦变压器变比为设自耦变压器变比为 1，则直接起动时，则直接起动时定子绕组的电压定子绕组的电压UN、电流电流Is与降压起动时承受的电压电与降压起动时承受的电压电流关系为流关系为 图图8.6 8.6 自耦变压器降压起动的一相线路自耦变压器降压起动的一相线路 8.2 三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动 而起动电流是指电网供给线路的电流，即自耦而起动电流是指电网供给线路的电流，即自耦变压器原边电流变压器原边电流 ，与副边起动时电流，与副边起动时电流

16、关系为关系为 。因此，降压起动电流。因此，降压起动电流 与直接起动电流与直接起动电流 关系关系为为 (K1)8.2 三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动 而自耦变压器降压起动时转矩而自耦变压器降压起动时转矩Ts与直接起与直接起动时转矩动时转矩Ts的关系为的关系为 即即 (K1) 可见，可见，采用自耦变压器降压起动，起动电流采用自耦变压器降压起动，起动电流和起动转矩都降和起动转矩都降K2倍。倍。自耦变压器一般有自耦变压器一般有23组组抽头，其电压可以分别为原边电压抽头，其电压可以分别为原边电压U1的的80%、65%或或55%、64%、73%。 该种方法对定子绕组采用该种方法对定子绕组

17、采用Y形或形或形接法的形接法的电机都可以使用，缺点是设备体积大，投资较贵。电机都可以使用，缺点是设备体积大，投资较贵。 主要性能指标主要性能指标起动方法起动方法起动电压起动电压比值比值起动电流比起动电流比值值起动转矩起动转矩比值比值起动设备起动设备应用场合应用场合直接起动直接起动1 11 11 1最简单最简单电机容量小电机容量小于于7.5 7.5 定子串电抗起动定子串电抗起动一般一般任意容量，任意容量，轻载起动轻载起动起动起动简单简单正常运行为正常运行为形，电机形，电机可频繁起动可频繁起动自耦变压器自耦变压器较复杂较复杂较大容量电较大容量电机，较大负机，较大负载不频繁起载不频繁起动动延边三角形

18、起动延边三角形起动0.660.660.50.50.50.5简单简单专门设计的专门设计的电机，较大电机，较大负载可频繁负载可频繁起动起动u uu uu u1/31/31/31/3u2u2u2u2u2u2表表8.18.1 三相鼠笼式异步电动机降压起动方法的比较三相鼠笼式异步电动机降压起动方法的比较软起动方法软起动方法采用电子软起动来实现电动机的起动：采用电子软起动来实现电动机的起动：（1）限流或恒流起动）限流或恒流起动（2）斜坡电压软起动）斜坡电压软起动（3）转矩控制软起动。）转矩控制软起动。（4）转矩加脉冲突变控制）转矩加脉冲突变控制（5）电压控制）电压控制例：一台三相鼠龙异步电机例：一台三相鼠

19、龙异步电机 ， 接，接， ， ， ， ，启动电流倍数，启动电流倍数 ，启动转矩倍数，启动转矩倍数 ，过载倍数，过载倍数 。供电变压器要求启动电流供电变压器要求启动电流=150A，负载启动转矩为，负载启动转矩为73.5N.m。请选择一个合适的。请选择一个合适的降压启动方法，写出必要的计算数据。（若采用自耦变压器降压启动，抽头有降压启动方法，写出必要的计算数据。（若采用自耦变压器降压启动，抽头有55%、64%、73%三种，需要算出用哪个抽头；若采用定子边串接电抗启动，需三种，需要算出用哪个抽头；若采用定子边串接电抗启动，需要算出电抗的具体数值；能用启动方法时，不用其他方法。）要算出电抗的具体数值；

20、能用启动方法时，不用其他方法。）解：电机额定转矩解：电机额定转矩正常启动要求启动转矩不小于正常启动要求启动转矩不小于Tst1,(1)校核是否能采用校核是否能采用 启动方法：启动方法： 启动时的启动电流为启动时的启动电流为 启动时的启动转矩为启动时的启动转矩为 ，故不能采用，故不能采用 启动。启动。(2)校核是否能采用串电抗启动方法：限定的最大启动电流校核是否能采用串电抗启动方法：限定的最大启动电流Is1=150A,则串电抗启则串电抗启动最大启动转矩为动最大启动转矩为 ，故不能采用串电抗降压启动。，故不能采用串电抗降压启动。(3)校核是否能采用自耦变压器降压启动方法：抽头为校核是否能采用自耦变压

21、器降压启动方法：抽头为55%时启动电流与启动转时启动电流与启动转矩分别为矩分别为故不能采用。故不能采用。 抽头为抽头为64%时，启动电流与启动转矩分别为时，启动电流与启动转矩分别为可以可以64%的抽头。的抽头。 抽头为抽头为73%时，启动电流为时，启动电流为 ，不能采用，启动转矩不必计算。，不能采用，启动转矩不必计算。1. 转子电阻值较大的鼠笼式异步电动机转子电阻值较大的鼠笼式异步电动机 转子电阻大，则直接转子电阻大，则直接启动时的转矩大，最大转启动时的转矩大，最大转矩也大，但同时额定转差矩也大，但同时额定转差率较大，运行段机械特性率较大，运行段机械特性较软。图较软。图8.88.8中的机械特中

22、的机械特性。性。 （1 1）一般浇注式的采）一般浇注式的采用铝或铝合金；用铝或铝合金； （2 2）一般焊接式的鼠）一般焊接式的鼠笼式采用紫铜或黄铜。笼式采用紫铜或黄铜。8.3高启动转矩的三相鼠笼式异步电动机高启动转矩的三相鼠笼式异步电动机2. 深槽式鼠笼异步电动机深槽式鼠笼异步电动机 深槽式鼠笼异步电动机转子槽型深槽式鼠笼异步电动机转子槽型深而窄，其深而窄，其深度与宽度之比约为深度与宽度之比约为10-10-2020. .电机运行时，转子导条有电流通电机运行时，转子导条有电流通过，其槽漏磁通分布如图过，其槽漏磁通分布如图8.98.9所示，所示，底部漏磁通比槽口的多，所以底部底部漏磁通比槽口的多，

23、所以底部漏电抗大，槽口部分漏电抗小。漏电抗大，槽口部分漏电抗小。当当频率较高时交流电流集中到导条槽频率较高时交流电流集中到导条槽口容易出现集肤效应或趋表效应。口容易出现集肤效应或趋表效应。刚启动时，集肤效应使导条内电流比较集中在槽口，相当刚启动时，集肤效应使导条内电流比较集中在槽口，相当于减少了导条的有效截面积，使转子电阻增大。随着转速于减少了导条的有效截面积，使转子电阻增大。随着转速n n的升高，集肤效应逐渐减弱，转子电阻逐渐减少，直到的升高，集肤效应逐渐减弱，转子电阻逐渐减少，直到正常运行，转子电阻自动变回到正常运行值。正常运行，转子电阻自动变回到正常运行值。 电动机正常运行时，转差率很小

24、，转子频率也很低，电动机正常运行时，转差率很小，转子频率也很低，转子漏抗很小，因此在电动势的作用下，转子电流主要有转子漏抗很小，因此在电动势的作用下，转子电流主要有电阻决定。这样，转子电流在导条内的分布均匀，集肤效电阻决定。这样，转子电流在导条内的分布均匀，集肤效应不明显。应不明显。h/d=1020利用利用“集肤效应集肤效应”原理原理 起起动动时时：f2=f1X2大大，槽槽底底电电流流小小（槽槽底底漏漏电电抗抗大大）电电流流集集中中于于槽槽口口趋表效应趋表效应导线面积导线面积s R2 正正常常运运行行： n f2 =sf1X2小小，电电流流基基 本本 均均 匀匀 分分 布布 趋趋 表表 效效

25、应应 s R2 图8.10 双鼠笼异步电动机(a) 转子槽与槽漏磁通；(b)机械特性3. 双鼠笼异步电动机 双鼠笼异步电动机比普通异步电动机转子漏电抗大，功率因数稍双鼠笼异步电动机比普通异步电动机转子漏电抗大，功率因数稍低，效率差不多。低，效率差不多。 其转子上装有两套并联的鼠笼其转子上装有两套并联的鼠笼。外笼导条截面积小，由黄铜制成。外笼导条截面积小，由黄铜制成，电阻较大；内笼条导条截面积大，电阻较大；内笼条导条截面积大，用紫铜制成，电阻较小。电机启，用紫铜制成，电阻较小。电机启动时，转子电流频率较高，外笼电动时，转子电流频率较高，外笼电抗小，电流大，起主要作用，抗小，电流大，起主要作用，外

26、外笼笼又称为又称为启动笼启动笼。电机运行时，转子。电机运行时，转子电流频率很低，导条内有交流电流电流频率很低，导条内有交流电流通过，电流的分配主要决定于电阻通过，电流的分配主要决定于电阻，内笼电抗大、电流小，此时起主，内笼电抗大、电流小，此时起主要作用，要作用，内内笼又称为笼又称为运行笼运行笼。外笼：起动笼，电阻大外笼：起动笼，电阻大黄铜或黄铜或 铝青铜铝青铜内笼：运行笼，电阻小内笼：运行笼，电阻小紫铜紫铜起动时：起动时：f2=f1，内笼漏抗大，电流集中在上，内笼漏抗大，电流集中在上笼笼Ist小，小，Tst大大运行时：运行时：f2=13Hz，漏抗远比电阻小，电流，漏抗远比电阻小，电流大部分从电

27、阻较小的下笼流过。大部分从电阻较小的下笼流过。 转子漏抗大，转子漏抗大，cos 和过载能力小，制造相和过载能力小，制造相对工艺复杂。用于对工艺复杂。用于对对Tst要求高的场合。要求高的场合。 绕线式三相异步电动机，转子回路中可以外串三相对称电阻，以增大电动绕线式三相异步电动机，转子回路中可以外串三相对称电阻，以增大电动机的启动转矩，启动结束后可以切除外串电阻，电动机的效率不受影响。它可机的启动转矩，启动结束后可以切除外串电阻，电动机的效率不受影响。它可用在重载和频繁启动的生产机械上。用在重载和频繁启动的生产机械上。8.4绕线式三相异步电动机的起动绕线式三相异步电动机的起动 一、转子回路串接一、

28、转子回路串接频敏频敏电阻器起动电阻器起动 图8.11 绕线式异步电动机转子串频敏变阻器启动 对于单纯限制启动电流、增大启动转矩对于单纯限制启动电流、增大启动转矩的绕线式异步电机，可采用转子串频敏变阻的绕线式异步电机，可采用转子串频敏变阻器启动。器启动。频敏变阻器是由三相铁芯线圈组成，频敏变阻器是由三相铁芯线圈组成，每一相的等效电路与变压器空载运行的等效每一相的等效电路与变压器空载运行的等效电路一致。电路一致。 接触器触点接触器触点K断开时，电机转子串入频断开时，电机转子串入频敏变阻器启动。启动过程结束后，接触器触敏变阻器启动。启动过程结束后，接触器触点点K再闭合，切除频敏变阻器，电机进入正再闭

29、合，切除频敏变阻器，电机进入正常运行。常运行。与一般变压器励磁阻抗不完全相同，励磁阻抗由励磁电阻与与一般变压器励磁阻抗不完全相同，励磁阻抗由励磁电阻与励磁电抗串联组成，用励磁电抗串联组成，用 表示。主要表现表示。主要表现 在在以下两点：以下两点： （1）频率为）频率为50Hz的电流通过时，阻抗的电流通过时，阻抗 比比一般变压器励磁阻抗小得多。这样串在转子回路中，即限制一般变压器励磁阻抗小得多。这样串在转子回路中，即限制了启动电流，又不至于使启动电流过小而减少启动转矩。了启动电流，又不至于使启动电流过小而减少启动转矩。 （2）频率为）频率为50Hz的电流通过时，的电流通过时， 。因频。因频敏变阻

30、器中磁密取得较高，铁芯处于饱和状态，励磁电流较敏变阻器中磁密取得较高，铁芯处于饱和状态，励磁电流较大，因此励磁电抗较小，启动转矩高。这样，转子回路功率大，因此励磁电抗较小，启动转矩高。这样，转子回路功率因数提高了。因数提高了。频敏变阻器在启动过程中始终保持较大电磁转矩。频敏变阻器在启动过程中始终保持较大电磁转矩。启动结束后，转子回路电流频率很低，启动结束后，转子回路电流频率很低， 很小，近似为零，频敏变阻器自动不起作用。这时，很小，近似为零，频敏变阻器自动不起作用。这时，可闭合接触器触点可闭合接触器触点K来切除频敏变阻器。来切除频敏变阻器。图8.12 转子串频敏变阻器的机械特性1-固有机械特性

31、 2-人为特性频敏变阻器：三相铁心线圈频敏变阻器：三相铁心线圈RadIst，Tst，希随希随nRad自动减小自动减小起动：起动：f2=f1pFe大大 Rm大大nSf2pFeRm自动、无级地减小电阻自动、无级地减小电阻正常运行：正常运行：Rm很小很小R1RmXm8.4 绕线式三相异步电动机的起动绕线式三相异步电动机的起动 2、转子串电阻分级起动、转子串电阻分级起动 为使整个启动过程中尽量保持较大起动转矩，绕线式异为使整个启动过程中尽量保持较大起动转矩，绕线式异步电动机看采用逐级切除转子起动电阻的分级启动。起动接步电动机看采用逐级切除转子起动电阻的分级启动。起动接线图和特性曲线如图线图和特性曲线如

32、图8.13所示。所示。图8.13 绕线式三相异步电动机转子串电阻分级启动 (1) 接触器触点接触器触点K1、K2、K3全断开，电动机定子接额全断开，电动机定子接额定电压，转子每相串入全部电阻定电压，转子每相串入全部电阻 ，电动机，电动机开始启动。启动点为机械特性曲线开始启动。启动点为机械特性曲线3上的上的a点，启动转矩点，启动转矩 TTL (负载转矩负载转矩)电动机加速到电动机加速到b点时，点时，T=T2TL，为了加速起动过程，接触器为了加速起动过程，接触器K3闭合，切除起动闭合，切除起动电阻电阻R3，特性变为曲线特性变为曲线1，因机械惯性，转速瞬时不变，工，因机械惯性，转速瞬时不变，工作点水

33、平过渡到作点水平过渡到c点，使该点点，使该点T=T1。 (3) 因因Ts1TL，转速沿曲线转速沿曲线1继续上升，到继续上升，到d点时点时K2闭合，闭合，R2被切除，电动机运行点从被切除，电动机运行点从d转变到特性曲线转变到特性曲线1上的上的e点点。依次类推，直到切除全部电阻，电动机便沿着固有特性曲依次类推，直到切除全部电阻，电动机便沿着固有特性曲线线3加速，经加速，经h点，最后稳定运行于点，最后稳定运行于j点点(T=TL)。 1. 转子串电阻分级启动 8.4 三相绕线式异步电动机的起动三相绕线式异步电动机的起动 （2 2）起动电阻的计算）起动电阻的计算 起动电阻的计算有两种方法：作图法和解起动

34、电阻的计算有两种方法：作图法和解析法。下面仅对解析法进行分析。为简化计算，析法。下面仅对解析法进行分析。为简化计算，机械特性采用实用表达式简化后的近似表达式机械特性采用实用表达式简化后的近似表达式为为 根据转子回路串电阻后的机械特性和近似根据转子回路串电阻后的机械特性和近似表达式，在线性段有下列两个结论：表达式，在线性段有下列两个结论：8.4 三相绕线式异步电动机的起动三相绕线式异步电动机的起动 1)1)在同一条机械特性上，若在同一条机械特性上，若 和和 为常数时，为常数时，则则2)2)转子回路串电阻后，对不同电阻值的机械特转子回路串电阻后，对不同电阻值的机械特性，若性，若T Tm m 为常数

35、，当为常数，当 s s为常数时，有为常数时，有 下面根据以上两个比例关系推导启动电阻下面根据以上两个比例关系推导启动电阻的计算方法。的计算方法。在不同串电阻机械特性上，根据在不同串电阻机械特性上，根据s=s=常数，常数， ，则有则有 , , , , 令令 ，为启动转矩比，则，为启动转矩比，则启动时各级电阻则为启动时各级电阻则为（8-9）当当T=T1T=T1时，如图时，如图8.138.13所示，可以得到所示，可以得到 ， 在固有机械特性上，根据在固有机械特性上，根据 ，则有则有 ，或，或 ，把上两，把上两式代入（式代入（8-98-9）中的最后一）中的最后一式，得到式，得到 故有故有 （8-13）

36、（8-13）或者把上两式代入（或者把上两式代入（8-98-9）中的最后一）中的最后一式，得到式，得到于是得于是得 ，即，即 （8-14）起动电阻的计算步骤有两种情况：起动电阻的计算步骤有两种情况：（1 1）已知起动级数）已知起动级数 m m时，计算步骤如下：时，计算步骤如下：1) 1) 先按先按T10.85Tm,选取选取T1,在在由式由式 计算计算值；值；2) 2) 校核是否校核是否T T2 2=T=T1 1/a=(1.1-1.2)T/a=(1.1-1.2)TL L, ,不合适则需选取较不合适则需选取较大的大的T T1 1，甚至增加启动级数甚至增加启动级数m m，并重新计算并重新计算a a，再

37、校核再校核T T2 2，直至直至T T2 2大小合适为止；大小合适为止；3)3)先计算先计算 ，在计算各级电阻。，在计算各级电阻。（2 2）若起动级数）若起动级数 未知时，则按下方法计算未知时，则按下方法计算 值。值。1)1)根据根据T T1 10.850.85 T Tm m和和 T T2 2 （1.11.11.21.2）T TL L，计算，计算a=Ta=T1 1/T/T2 2和和2)2)并对并对取相邻的最大整数；然后再根据取值的取相邻的最大整数；然后再根据取值的m,m,修正修正，再校核再校核T T2 2( (或或T T1 1) )，直至合适为止；直至合适为止；3)3)按式上面式子计算各级电阻

38、按式上面式子计算各级电阻。例：一台三相鼠龙异步电机例：一台三相鼠龙异步电机 ， ， ， ， ，启动时负载转矩，启动时负载转矩 ，求转子串电阻三级启动的启动电，求转子串电阻三级启动的启动电阻。阻。解：额定转差率解：额定转差率转子每相电阻转子每相电阻最大启动转矩最大启动转矩启动转矩比启动转矩比校核切换转矩校核切换转矩T2,有有各级启动时转子回路总电阻各级启动时转子回路总电阻各级启动时外串启动电阻各级启动时外串启动电阻8.5 三相异步电动机的各种运行状态三相异步电动机的各种运行状态 交流电力拖动系统运行时，在拖动各种不同负载的条交流电力拖动系统运行时，在拖动各种不同负载的条件下，若改变异步电动机电源

39、电压的大小、相序及频率，件下，若改变异步电动机电源电压的大小、相序及频率，或者改变绕线式异步电动机转子回路所串电阻等参数，三或者改变绕线式异步电动机转子回路所串电阻等参数，三相异步电动机就会运行在四个象限的各种不同状态。相异步电动机就会运行在四个象限的各种不同状态。 若电磁转矩若电磁转矩T T与转速与转速n n的方向一致时，电动机运行于电的方向一致时，电动机运行于电动状态动状态；若；若电磁转矩电磁转矩T T与转速与转速n n的方向相反时，电动机运行的方向相反时，电动机运行于制动状态。于制动状态。 制动制动状态中，根据状态中，根据T T与与n n的的不同情况，又分为不同情况，又分为回馈制动、回馈

40、制动、反接制动、倒拉制动及能耗制动反接制动、倒拉制动及能耗制动等。等。一一. 电动运行电动运行 图图8.158.15所示为三相所示为三相异步电动机机械特性，异步电动机机械特性，当电动机工作点在第一当电动机工作点在第一象限时，电动机为正向象限时，电动机为正向电动运行状态；当电动电动运行状态；当电动机工作点在第三象限时，机工作点在第三象限时，电动机为反向电动运行电动机为反向电动运行状态。状态。 电动运行状态时，电动运行状态时，电磁转矩电磁转矩为拖动转矩为拖动转矩。1）. 电动运行电动运行8.5 三相异步电动机的各种运行状态三相异步电动机的各种运行状态 2）、三相异步电动机的反转）、三相异步电动机的

41、反转 从三相异步电动机的工作原理可知，从三相异步电动机的工作原理可知，电动机的旋转方向取决于定子旋转磁场的电动机的旋转方向取决于定子旋转磁场的旋转方向。因此只要改变旋转磁场的旋转旋转方向。因此只要改变旋转磁场的旋转方向，就能使三相异步电动机反转。图方向，就能使三相异步电动机反转。图8.14是利用控制开关是利用控制开关SA来实现电动机正、来实现电动机正、反转的原理线路图。反转的原理线路图。 当当SA向上合闸时，向上合闸时，L1接接U相，相，L2接接V相，相，L3接接W相，电动机正转。相，电动机正转。 当当SA向下合闸时，向下合闸时，L2接接U相，相，L1接接V相，相，L3接接W相，即将电动机任意

42、两相绕相，即将电动机任意两相绕组与电源接线互调，则旋转磁场反向，电组与电源接线互调，则旋转磁场反向，电动机跟着反转。动机跟着反转。 图8.14 异步电动机正、反转原理线路图 8.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 电动机除了上述电动状态外，在下述情况运行时，电动机除了上述电动状态外，在下述情况运行时，则属于电动机的制动状态。则属于电动机的制动状态。 在负载转矩为位能转矩的机械设备中在负载转矩为位能转矩的机械设备中(例如起例如起重机下放重物时，运输工具在下坡运行时重机下放重物时，运输工具在下坡运行时)，使设，使设备保持一定的运行速度；在机械设备需要减速或停备保持一定的运行速度；在机械设

43、备需要减速或停止时，电动机能实现减速和停止的情况下，电动机止时，电动机能实现减速和停止的情况下，电动机的运行属于制动状态。的运行属于制动状态。 8.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 三相异步电动机的制动方法有下列两类：机械三相异步电动机的制动方法有下列两类：机械制动和电气制动。制动和电气制动。 机械制动是利用机械装置使电动机从电源切断机械制动是利用机械装置使电动机从电源切断后能迅速停转。它的结构有好几种形式，应用后能迅速停转。它的结构有好几种形式，应用较普较普遍的是电磁抱闸遍的是电磁抱闸，它主要用于起重机械上吊重物时，它主要用于起重机械上吊重物时，使重物迅速而又准确地停留在某一位置

44、上。使重物迅速而又准确地停留在某一位置上。 电气制动是使异步电动机所产生的电气制动是使异步电动机所产生的电磁转矩和电磁转矩和电动机的旋转方向相反电动机的旋转方向相反。电气制动通常可分为能耗。电气制动通常可分为能耗制动、反接制动和回馈制动制动、反接制动和回馈制动 (再生制动再生制动) 等等3类。类。 8.5 三相异步电动机的各种运行状态三相异步电动机的各种运行状态 1能耗制动基本原理能耗制动基本原理方法：将运行着的异步电动方法：将运行着的异步电动机的定子绕组从三相交流电机的定子绕组从三相交流电源上断开后，立即接到直流源上断开后，立即接到直流电源上，如图电源上，如图8.20所示，用所示，用断开断开

45、K1，闭合闭合K2来实现。来实现。 图8.20 能耗制动原理图 二、能耗制动二、能耗制动 8.5 三相异步电动机的各种运行状态三相异步电动机的各种运行状态 当定子绕组通入直流电源时，在电动机中将当定子绕组通入直流电源时，在电动机中将产生一个恒定磁场。转子因机械惯性继续旋转时，产生一个恒定磁场。转子因机械惯性继续旋转时，转子导体切割恒定磁场，在转子绕组中产生感应转子导体切割恒定磁场，在转子绕组中产生感应电动势和电流，转子电流和恒定磁场作用产生电电动势和电流，转子电流和恒定磁场作用产生电磁转矩，根据右手定则可以判电磁转矩的方向与磁转矩，根据右手定则可以判电磁转矩的方向与转子转动的方向相反，为制动转

46、矩。在制动转矩转子转动的方向相反，为制动转矩。在制动转矩作用下，转子转速迅速下降，当作用下，转子转速迅速下降，当n=0时，时，T=0，制制动过程结束。这种方法是将转子的动能转变为电动过程结束。这种方法是将转子的动能转变为电能，消耗在转子回路的电阻上，所以称能耗制动。能，消耗在转子回路的电阻上，所以称能耗制动。 二、能耗制动二、能耗制动 三相异步电动机能耗制动过程中，电磁转矩三相异步电动机能耗制动过程中，电磁转矩T的产生，仅与定子磁通势的大小以及它与转子之间的产生，仅与定子磁通势的大小以及它与转子之间的相对运动有关。至于定子磁通势相对于定子本身的相对运动有关。至于定子磁通势相对于定子本身是旋转的

47、还是静止的无关。因此，分析能耗制动可是旋转的还是静止的无关。因此，分析能耗制动可以用三相交流电流产生的旋转磁通势以用三相交流电流产生的旋转磁通势 等效代替等效代替直流磁通势直流磁通势 。 等效条件如下：等效条件如下： （1）保持磁通势幅值不变，即）保持磁通势幅值不变，即 ； （2）保持磁通势与转子之间相对转速不变，）保持磁通势与转子之间相对转速不变，为为0n=n.2定子等效电流定子等效电流 异步电动机定子通入直流电流异步电动机定子通入直流电流 产生磁通势产生磁通势 ，其幅值的大小与定子绕组的接法及通入直流电流的大小有其幅值的大小与定子绕组的接法及通入直流电流的大小有关。合成磁通势关。合成磁通势

48、 的大小为的大小为把把 等效为三相交流电流产生的，每相交流电流的有效等效为三相交流电流产生的，每相交流电流的有效值大小为值大小为I1,则交流磁通势为则交流磁通势为等效原则是等效原则是图8.16 定子通入直流时的磁通势由此得由此得上式结果说明，对于上式结果说明，对于8.168.16所示的定所示的定子星型连接方式，子星型连接方式， 产生的磁通产生的磁通势可以用定子绕组通入大小为势可以用定子绕组通入大小为 的三相交流电流产生的的三相交流电流产生的磁通势等效。磁通势等效。图8.17 能耗制动时的等效电路3转差率及等效电流转差率及等效电流磁通势磁通势 与转子相对转速为（与转子相对转速为（-n), -n)

49、, 的转速即同步转速为的转速即同步转速为n n1 1=60f=60f1 1/p/p，能耗制动转差率用能耗制动转差率用 表示，则为表示，则为转子绕组感应电动势转子绕组感应电动势 的等效与频率为的等效与频率为 把转子绕组相数、匝数、绕组系把转子绕组相数、匝数、绕组系数及转子电路的频率都折合到定子边数及转子电路的频率都折合到定子边后，三相异步电动机能耗制动的等效后，三相异步电动机能耗制动的等效电路如图电路如图8.178.17所示。所示。4能耗制动的机械特性能耗制动的机械特性能耗制动时，忽略电机铁耗。根据等效电路画出电动机定子能耗制动时，忽略电机铁耗。根据等效电路画出电动机定子电流电流 、励磁电流、励

50、磁电流 及转子电流及转子电流 之间的相量关系如图之间的相量关系如图8.188.18所示。所示。图8.18 能耗制动时的电流关系忽略电机铁耗，则有忽略电机铁耗，则有还有还有4能耗制动的机械特性能耗制动的机械特性电磁转矩为电磁转矩为整理得整理得图8.19 能耗制动机械特性图8.20 能耗制动1-固有机械特性 2-能耗制动机械特性 三相异步电动机拖动反抗性恒转三相异步电动机拖动反抗性恒转矩负载运行时，采用能耗制动停车，矩负载运行时，采用能耗制动停车，电动机的运行点如图电动机的运行点如图8.208.20所示，从所示，从A-B-OA-B-O，最后准确停在最后准确停在n=0n=0处。若拖处。若拖动位能性恒

51、转矩负载，则需要在制动位能性恒转矩负载，则需要在制动到动到n=0n=0时时及时切断直流电源，才能及时切断直流电源，才能保证准确停车。保证准确停车。 能耗制动停车过程，电动机运能耗制动停车过程，电动机运行于第二象限的机械特性上。对于行于第二象限的机械特性上。对于位能性恒转矩负载，电动机减速到位能性恒转矩负载，电动机减速到n=0n=0后，接着便反转，最后稳定运行后，接着便反转，最后稳定运行于第四象限。此时，电磁转矩于第四象限。此时，电磁转矩00，而转速而转速01的反接制动过程中，若转子回路总电阻折合值为的反接制动过程中，若转子回路总电阻折合值为 ，机械，机械功率为功率为 即负载向电动机内输入机即负

52、载向电动机内输入机械功率。显然，负载提供机械功率是靠转动部分的动能。从械功率。显然，负载提供机械功率是靠转动部分的动能。从定子到转子的电磁功率为定子到转子的电磁功率为 转子回路铜损耗转子回路铜损耗 因此，转子回路中消耗了从电源输入的电磁功率因此，转子回路中消耗了从电源输入的电磁功率及由负载送入的机械功率数值很大。为此必须在转及由负载送入的机械功率数值很大。为此必须在转子回路串入较大的电阻，以减小电流子回路串入较大的电阻，以减小电流 ，保护电，保护电机过热损坏。机过热损坏。 从转子回路串定子反接转动的机械特性看出，从转子回路串定子反接转动的机械特性看出，为了使整个制动过程中都保持比较大的电磁转矩

53、，为了使整个制动过程中都保持比较大的电磁转矩，可采用转子回路串入大电阻并分级切除的分级制动可采用转子回路串入大电阻并分级切除的分级制动方式。方式。图8.22 三相绕线式异步电动机反接制动的机械特性1-固有机械特性 2-负序电源、转子回路串电阻的人为机械特性与他励直流电动机制动停车一样，三相异步电机反接制动与他励直流电动机制动停车一样，三相异步电机反接制动停车比能耗制动停车速度快，但能量损失较大。一些频繁停车比能耗制动停车速度快，但能量损失较大。一些频繁正、反转的生产机械，经常采用反接制动停车接着反向启正、反转的生产机械，经常采用反接制动停车接着反向启动，就是为了迅速改变转向，提高效率。动，就是

54、为了迅速改变转向，提高效率。制动电阻制动电阻r 的计算公式为的计算公式为 式中式中 对应固有机械特性曲线的临界转差率，对应固有机械特性曲线的临界转差率， ； 转子串电阻后机械特性的临界转率，转子串电阻后机械特性的临界转率， s制动瞬间电动机转差率；制动瞬间电动机转差率； 过载倍数过载倍数， 。 四、倒拉反转运行四、倒拉反转运行 方法：方法：当绕线转子异步电机拖动位能性负载时，在当绕线转子异步电机拖动位能性负载时，在其转子回路串入很大的电阻其转子回路串入很大的电阻。其机械特性如图。其机械特性如图8.23所示。所示。 在其转子回路串入的大电阻超过某一数值时，在其转子回路串入的大电阻超过某一数值时，

55、电机还要反转，运行于第四象限。它的转差率电机还要反转，运行于第四象限。它的转差率s1，电磁功率电磁功率PM0，机械功率机械功率Pm0，转子回路总铜转子回路总铜耗耗 。但是，倒拉反转运行时负载向。但是，倒拉反转运行时负载向电机送入机械功率是靠着负载储存的位能的减少。电机送入机械功率是靠着负载储存的位能的减少。这种运行状态与直流电机倒拉反转运行的情况一致，这种运行状态与直流电机倒拉反转运行的情况一致，也是位能性负载到过来也是位能性负载到过来 拉着电机反转。拉着电机反转。 图8.22 三相绕线式异步电动机的倒拉反转运行1-固有机械特性 2-转子回路串较大电阻的人为机械特性当异步电动机提升重物时，其工

56、作点为曲线当异步电动机提升重物时，其工作点为曲线1上的上的a点。如果在转子回路串入很大的电阻，点。如果在转子回路串入很大的电阻，机械特性变为斜率很大的曲线机械特性变为斜率很大的曲线2，因机械惯性，因机械惯性，工作点由工作点由a点移到点移到b点，因此时电磁转矩小于点，因此时电磁转矩小于负载转矩，转速下降。当电动机减速至负载转矩，转速下降。当电动机减速至n=0时，时，电磁转矩仍小于负载转矩，在位能负载的作电磁转矩仍小于负载转矩，在位能负载的作用下，使电动机反转，直至电磁转矩等于负用下，使电动机反转，直至电磁转矩等于负载转矩，电动机才稳定运行于载转矩，电动机才稳定运行于c点。因这是由点。因这是由于重

57、物倒拉引起的，所以称为倒拉反接制动于重物倒拉引起的，所以称为倒拉反接制动(或称倒拉反接运行或称倒拉反接运行)，其转差率，其转差率 与电源反接制动一样，与电源反接制动一样，s都大于都大于1绕线转子绕线转子异步电动机倒拉反接制动状态，常用于异步电动机倒拉反接制动状态，常用于起重机低速下放重物。起重机低速下放重物。 五五. 回馈制动回馈制动 方法：方法：使电动机在外力使电动机在外力(如起重机下放重物如起重机下放重物)作作用下，其电动机的转速超过旋转磁场的同步转速用下，其电动机的转速超过旋转磁场的同步转速。 起重机下放重物，在下放开始时，起重机下放重物，在下放开始时，nn1电机电机处于电动状态。在位能

58、转矩作用下，电机的转速大处于电动状态。在位能转矩作用下，电机的转速大于同步转速时，转子中感应电势、电流和转矩的方于同步转速时，转子中感应电势、电流和转矩的方向都发生了变化，向都发生了变化，转矩方向与转子转向相反，成为转矩方向与转子转向相反，成为制动转矩。制动转矩。此时电机将机械能转化为电能馈送电网，此时电机将机械能转化为电能馈送电网，所以称回馈制动。所以称回馈制动。 Pm0，表示机械功率输给电机，减去转子铜耗表示机械功率输给电机，减去转子铜耗变为电磁功率变为电磁功率PM。PM0表示电机发出功率，减去表示电机发出功率，减去定子损耗后，回馈给电网。定子损耗后，回馈给电网。 图8.24 三相绕线式异

59、步电动机的各种运行状态图8.24 三相绕线式异步电动机的各种运行状态能耗制动反接制动回馈制动电源反接倒拉反转方法断开交流电源的同时在定子两相中通入直流电流突然改变定子电源相序使定子旋转磁场方向改变定子按提升方向接通电源，转子串入较大电阻，电机被重物拖拉反转在某一转矩作用下，使电机转速超过同步转速能量关系吸收系统储存的动能并转换成电能，消耗在转子电路电阻上吸收系统储存的动能，作为轴上输入的机械功率并转换成电能后，连同定子传递给转子的电磁功率一起全部消耗在转子回路电阻上轴上输入机械功率并转换成电功率，由定子回馈到电网优点制动平稳，便于实现准确停车制动强烈，停车迅速能使位能负载在nn1下稳定下放能向

60、电网回馈电能，比较经济缺点制动较慢，需要一套直流电源能量损耗大，控制较复杂，不易实现准确停车能量损耗大在nn1时不能实现回馈制动应用场合要求平稳准确停车的场合，限制位能负载的下降速度要求迅速停车和需要反转的场合限制位能负载的下放速度，并在nn1的情况下采用三相异步电机各种制动方法的比较本本 章章 小小 结结 1. 衡量异步电动机起动性能，最主要的指标是起衡量异步电动机起动性能，最主要的指标是起动电流和起动转矩。动电流和起动转矩。异步电动机直接起动时，起异步电动机直接起动时，起动电流大，一般为额定电流的动电流大，一般为额定电流的47倍。倍。因起动时因起动时功率因数低，起动电流虽然很大，但起动转矩

61、却功率因数低，起动电流虽然很大，但起动转矩却不大。不大。三角形接线的异步电动机，在空载或轻载三角形接线的异步电动机，在空载或轻载起动时，可以采取起动时，可以采取Y起动，起动电流和起动转起动，起动电流和起动转矩都减小矩都减小3倍倍。本本 章章 小小 结结 负载比较重的，可采用自耦变压器起动负载比较重的，可采用自耦变压器起动，自耦变压，自耦变压器有抽头可供选择。器有抽头可供选择。绕线转子异步电动机转子串电绕线转子异步电动机转子串电阻起动，起动电流比较小，而起动转矩比较大，起阻起动，起动电流比较小，而起动转矩比较大，起动性能好动性能好。若把异步电动机的机械特性线性化，起。若把异步电动机的机械特性线性化，起动电阻的计算方法与并励直流电动机相同。动电阻的计算方法与并励直流电动机相同。2. 制动即制动即电磁转矩方向与转子转向相反电磁转矩方向与转子转向相反，电磁制动，电磁制动分为能耗制动、反接（电源两相、倒拉）制动、回分为能耗制动、反接（电源两相、倒拉）制动、回馈（正向、反向）制动。馈（正向、反向）制动。