交流电动机(机电传动控制)4

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1、机电传动控制1目录目录 第第4 4章章 第第4 4章章 交流电动机交流电动机 4-1 4-1 4-1 4-1 三相异步电动机的基本结构与工作原理三相异步电动机的基本结构与工作原理三相异步电动机的基本结构与工作原理三相异步电动机的基本结构与工作原理 4-2 4-2 4-2 4-2 三相异步电动机的定子电路与转子电路三相异步电动机的定子电路与转子电路三相异步电动机的定子电路与转子电路三相异步电动机的定子电路与转子电路 4-3 4-3 4-3 4-3 三相异步电动机的转矩与机械特性三相异步电动机的转矩与机械特性三相异步电动机的转矩与机械特性三相异步电动机的转矩与机械特性 4-4 4-4 4-4 4-

2、4 三相异步电动机的启动性能与方法三相异步电动机的启动性能与方法三相异步电动机的启动性能与方法三相异步电动机的启动性能与方法 4-5 4-5 4-5 4-5 三相异步电动机的调速方法三相异步电动机的调速方法三相异步电动机的调速方法三相异步电动机的调速方法 4-6 4-6 4-6 4-6 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三相异步电动机的制动机电传动控制2第第第第4 4 4 4章章章章 交流电动机交流电动机交流电动机交流电动机了解异步电动机的基本结构和旋转磁场的产生；了解异步电动机的基本结构和旋转磁场的产生；了解异步电动机的基本结构和旋转磁场的产生；了解异步电动机的基本

3、结构和旋转磁场的产生；掌握异步电动机的工作原理，机械特性，掌握异步电动机的工作原理，机械特性，掌握异步电动机的工作原理，机械特性，掌握异步电动机的工作原理，机械特性， 以及启动、调速及制动的各种方法、特点与应用；以及启动、调速及制动的各种方法、特点与应用；以及启动、调速及制动的各种方法、特点与应用；以及启动、调速及制动的各种方法、特点与应用；学会用机械特性学会用机械特性学会用机械特性学会用机械特性 的四个象限来分析异步电动机的运行状态；的四个象限来分析异步电动机的运行状态；的四个象限来分析异步电动机的运行状态；的四个象限来分析异步电动机的运行状态；掌握单相异步电动机的工作原理和启动方法；掌握单

4、相异步电动机的工作原理和启动方法；掌握单相异步电动机的工作原理和启动方法；掌握单相异步电动机的工作原理和启动方法；了解同步电动机了解同步电动机了解同步电动机了解同步电动机 的结构特点、工作原理、运行特性及启动方法。的结构特点、工作原理、运行特性及启动方法。的结构特点、工作原理、运行特性及启动方法。的结构特点、工作原理、运行特性及启动方法。基本要求基本要求基本要求基本要求机电传动控制3第第第第4 4 4 4章章章章 交流电动机交流电动机交流电动机交流电动机 异步电动机的机械特性，它是基于异步电动机的工作原理异步电动机的机械特性，它是基于异步电动机的工作原理异步电动机的机械特性，它是基于异步电动机

5、的工作原理异步电动机的机械特性，它是基于异步电动机的工作原理 而推导出来的；特别是异步电动机的而推导出来的；特别是异步电动机的而推导出来的；特别是异步电动机的而推导出来的；特别是异步电动机的人为机械特性人为机械特性人为机械特性人为机械特性，因为，因为，因为，因为 它是分析异步电动机启动、调速、制动工作状态的依据；它是分析异步电动机启动、调速、制动工作状态的依据；它是分析异步电动机启动、调速、制动工作状态的依据；它是分析异步电动机启动、调速、制动工作状态的依据； 对异步电动机铭牌数据、额定值的含义要非常熟悉；对异步电动机铭牌数据、额定值的含义要非常熟悉；对异步电动机铭牌数据、额定值的含义要非常熟

6、悉；对异步电动机铭牌数据、额定值的含义要非常熟悉； 异步电动机直接启动和异步电动机直接启动和异步电动机直接启动和异步电动机直接启动和Y Y-降压启动降压启动降压启动降压启动的条件和优缺点，的条件和优缺点，的条件和优缺点，的条件和优缺点， 线绕式异步电动机线绕式异步电动机线绕式异步电动机线绕式异步电动机转子串电阻转子串电阻转子串电阻转子串电阻的启动、调速和制动，的启动、调速和制动，的启动、调速和制动，的启动、调速和制动， 以及各种启动方法的应用场合；以及各种启动方法的应用场合；以及各种启动方法的应用场合；以及各种启动方法的应用场合； 异步电动机变频调速和异步电动机变频调速和异步电动机变频调速和异

7、步电动机变频调速和变极对数变极对数变极对数变极对数调速的特性与优缺点。调速的特性与优缺点。调速的特性与优缺点。调速的特性与优缺点。 定子旋转磁场与转子运动的相对性。定子旋转磁场与转子运动的相对性。定子旋转磁场与转子运动的相对性。定子旋转磁场与转子运动的相对性。 电动机的制动过程。电动机的制动过程。电动机的制动过程。电动机的制动过程。重点重点重点重点难点难点难点难点机电传动控制4概概概概 述述述述交流电动机的用途交流电动机的用途交流电动机的用途交流电动机的用途: : : : 交流电动机交流电动机交流电动机交流电动机 在各行各业和日常生活等，都得到了广泛的应用。在各行各业和日常生活等，都得到了广泛

8、的应用。 鼠笼式异步电动机鼠笼式异步电动机鼠笼式异步电动机鼠笼式异步电动机 在机电传动控制系统中使用得最为广泛。在机电传动控制系统中使用得最为广泛。 绕线式异步电动机绕线式异步电动机绕线式异步电动机绕线式异步电动机 与鼠笼式相比，其转子结构稍复杂，价格稍贵，与鼠笼式相比，其转子结构稍复杂，价格稍贵， 一般用于要求起动电流小、起动转距大的场合。一般用于要求起动电流小、起动转距大的场合。交流电动机的优缺点交流电动机的优缺点交流电动机的优缺点交流电动机的优缺点: : : : 结构简单，制造、使用和维护方便，结构简单，制造、使用和维护方便， 运行可靠，成本低，效率高。运行可靠，成本低，效率高。 但是，

9、功率因数低、起动和调速性能差。但是，功率因数低、起动和调速性能差。4.1 三相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 三相异步电动机的基本结构均可分为定子和转子两大部分三相异步电动机的基本结构均可分为定子和转子两大部分 n三相交流异步电动机的定子铁芯由硅钢片叠成，在铁芯内圆有许多槽，嵌放着定子绕组，即三相交流线圈，接入三相交流电源就可产生旋转磁场。定子铁芯固定在机座上，机座外面有散热筋（散热片）帮助定子散热，机座由铸铁或铸钢铸造。下图是剖面的定子与机座图。 三相交流异步电动机的转子铁芯也由硅钢片叠成，在铁芯外周也有许多槽，用来嵌放着转子绕组，即鼠笼。鼠笼由铜条或（铝条）与铜端

10、环（铝端环）组成，但应用最广的小型异步电动机采用在转子铁芯上直接浇铸熔化的铝液形成鼠笼转子，并同时铸出散热的风叶，简单又结实。给转子装上转轴，在转轴上还有电动机散热的风扇，这就是异步电动机的转动部分。把转子插入定子中间，装上轴承，用端盖把转子支撑起来，装上风扇与风罩，一个三相交流异步电动机就组成了。接入三相交流电源后定子产生的旋转磁场就可带动鼠笼转子旋转。定子绕组的接线方式定子绕组的接线方式 n图图4.5 出线端排列出线端排列 图图4.6定子星形接法定子星形接法 图图4.7 定子三角形接法定子三角形接法 n定子三相绕组的连接方法的选择，首先要视电动机铭牌上标注的额定接法而定，另外，还要视电源的

11、线电压和电动机的额定电压而定。n用在电源线电压为380V的电网环境中定子绕线接Y行，用在电源线电压为220V的电网环境中定子绕线应接形。三相异步电动机的铭牌三相异步电动机的铭牌n三相异步电动机型号三相异步电动机型号 n额定功率额定功率n额定频率额定频率 n额定电压额定电压n额定电流额定电流n额定接法额定接法n额定转速额定转速n绝缘等级绝缘等级n工作方式工作方式 三相异步电动机铭牌数据三相异步电动机三相异步电动机型号Y200M-2额定功率 45kw额定频率50HZ额定电压380 V额定电流 84.4A额定接法：接法额定转速 2952 r/min绝缘等级B工作方式：连续电动机的输入功率电动机的输入

12、功率P1：电动机的效率：电动机的效率：电动机的输出转矩：电动机的输出转矩：定子三相绕组的星形联接CeAeBeCuBuCuAuABuBCuCAABNANBC三个始端A、B、C引出三根端线，加上中点引出的总线，称为三相四线制三相四线制。相相电电压压：每相绕组两端的电压，即端线与中先线之间的电压。其有效值为UA、 UB、 UC，一般用U p表示。线线电电压压：任意两端线之间的电压。其有效值为UAB、 UBC、 UCA，一般用Ul 表示。线电压线电压与相电压相电压的关系由电压瞬时值的关系可知30由于它们都是同频率的正弦量，都可用有效值相量表示，即根据相量图，线电压与相电压的有效值关系可得即，由此，星形

13、联接的发电机或变压器可以输出两种电压，如：220V和380V。线电压越前与相电压相位30。星形联接电路中，负载的相电流等于电源的线电流定子三相绕组的三角形联接负载三角形联接的三相电路如右图：ABCiBiCuABu BCuCAiABiBCiCA| ZAB | ZBC | ZCA |iA每相负载的阻抗分别为|ZAB|、 |ZBC| 、 |ZCA| 。图中各相负载都接在电源的线电压上，负负载载的的相相电电压与电源的线电压相等压与电源的线电压相等。不论负载是否对称，其相电压相电压总是对称的 ，即UAB = UBC = UCA = Ul = Up各相负载相电流相电流的有效值分别为线电流与相电流的关系由于

14、负载对称，可根据线电流与相电流的关系作出相量图。显然线电流也是对称的，在相位上比相应的相电流滞后3030根据相量图，线电流的大小为I l = 2 I p cos30 = Ip 3作作为为常常见见负负载载的的电电动动机机，其其三三相相绕绕组组可可以以接接成成星星形形，也也可可以以接接成成三三角角形形；而而照照明明负负载载，一一般般都都接接成有中线成有中线 的星形。的星形。三相功率不论是星形联接还是三角形联接，电路总的有功功率必定等于各相有功功率之和。 定子绕组对对称称分分布布时，各相的有功功率都是相等的。 因此三相总功率为对于星形对称负载对于星形对称负载对于三角形对称负载对于三角形对称负载4.1

15、.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 1.旋转磁场旋转磁场 图图4.8 定子三相绕组定子三相绕组 1）旋转磁场的产生 n当三相电流随时间不断变化时，合成磁场的方向在空间也不断旋转，这样就产生了旋转磁场。n2）旋转磁场的旋转方向n旋转磁场的旋转方向与三相电流的相序一致。n要改变旋转磁场的旋转方向（即改变电动机的旋转方向）时，只要把定子绕组接到电源的三根导线中任意两根对调即可。机电传动控制28 旋转磁场的转速旋转磁场的转速旋转磁场的转速旋转磁场的转速 n n0 0称为同步转速：称为同步转速：称为同步转速：称为同步转速： n n0 0决定于决定于决定于决定于 电流的频率电流的频率电流

16、的频率电流的频率 f f 电机的磁极对数电机的磁极对数电机的磁极对数电机的磁极对数 p p（r r/ / / /minmin）3）旋转磁场的旋转速度 机电传动控制29AXBYCZAXYCBZ 同步转速同步转速 no与磁场磁极对数与磁场磁极对数 p 的关系：（的关系：（ f50Hz时）时） 磁极对数磁极对数p分别为分别为 1、 2、 3，每个电流周期磁场转过空间角度每个电流周期磁场转过空间角度360、180、120， 同步转速同步转速no分别为分别为 3000、 1500 、 1000 r/min 如下定子绕组的接法，合成磁场只有一对磁极，即如下定子绕组的接法，合成磁场只有一对磁极，即 p1。（

17、r r/ / / /minmin）机电传动控制30 磁极对数磁极对数 p 的改变的改变 定子每相绕组由两个定子每相绕组由两个 相等圈数的相等圈数的“半绕组半绕组”组成。组成。 若如右图示若如右图示将每相两个将每相两个 “半绕组半绕组”串联，形成的磁场则串联，形成的磁场则 是两对磁极，即是两对磁极，即 p2。CYABCXYZAXBZ机电传动控制31 若改变接法若改变接法将每相两个将每相两个 “半绕组半绕组”并联，形成的磁场则并联，形成的磁场则 是一对磁极，即是一对磁极，即 p1或或2p2。 （详见变极调速详见变极调速） YZCBCXYAXBZACYABCXYZAXBZ机电传动控制32将每相两个将

18、每相两个“半绕组半绕组”并联并联并联并联形成形成的磁场是的磁场是一对磁极一对磁极一对磁极一对磁极即即 p1将每相两个将每相两个“半绕组半绕组”串联串联串联串联形成形成的磁场是的磁场是两对磁极两对磁极两对磁极两对磁极即即 p2CYABCXYZAXBZAXYCBZYZCBCXYAXBZA低速低速低速低速高速高速高速高速机电传动控制33两极与四极旋转磁场的比较两极与四极旋转磁场的比较两极与四极旋转磁场的比较两极与四极旋转磁场的比较0120240360060120180转速转速低速低速低速低速高速高速高速高速机电传动控制341）三相定子绕组中通入对称三相电流产生旋转 磁场。2）转子导体切割旋转磁场产生

19、感应电动势和电 流。3）转子载流导体在磁场中受电磁力的作用，从 而形成电磁转矩，进而驱动电动机转子旋转。2、三相异步电动机的基本工作原理、三相异步电动机的基本工作原理机电传动控制35U2U1W2V1W1V2n一、转动原理1 1、电生磁、电生磁：三相对称绕组通三相对称绕组通往三相对称电流产生圆形旋转往三相对称电流产生圆形旋转磁场。磁场。2 2、磁生电、磁生电：旋转磁场切割转旋转磁场切割转子导体感应电动势和电流。子导体感应电动势和电流。3 3、电磁力、电磁力：转子载流（有功转子载流（有功分量电流）体在磁场作用下受分量电流）体在磁场作用下受电磁力作用，形成电磁转矩，电磁力作用，形成电磁转矩，驱动电动

20、机旋转，将电能转化驱动电动机旋转，将电能转化为机械能。为机械能。机电传动控制36磁力线切割磁力线切割磁力线切割磁力线切割转子绕组转子绕组转子绕组转子绕组转子绕组产转子绕组产转子绕组产转子绕组产生感应电势生感应电势生感应电势生感应电势转子绕组产转子绕组产转子绕组产转子绕组产生感应电流生感应电流生感应电流生感应电流电流电流电流电流与磁场作与磁场作与磁场作与磁场作用产生电磁力用产生电磁力用产生电磁力用产生电磁力电磁力产生电磁力产生电磁力产生电磁力产生电磁转矩电磁转矩电磁转矩电磁转矩转子运转转子运转转子运转转子运转转速转速转速转速n nn n0 0定子绕组通入定子绕组通入定子绕组通入定子绕组通入三相交

21、流电流三相交流电流三相交流电流三相交流电流旋转磁场旋转磁场旋转磁场旋转磁场同步转速同步转速同步转速同步转速n n0 0二二二二 转动原理转动原理转动原理转动原理机电传动控制37 电动机在正常运转时，其转速电动机在正常运转时，其转速n总是稍低于同步转速总是稍低于同步转速n0， 故称为故称为异步异步异步异步电动机；电动机； 又因为产生电磁转矩的电流是电磁感应所产生的，又因为产生电磁转矩的电流是电磁感应所产生的， 也称为也称为感应感应感应感应电动机。电动机。 转差率转差率转差率转差率 转差率转差率转差率转差率是异步电动机一个非常重要的参数，是异步电动机一个非常重要的参数， 它反映了电动机的各种运行情

22、况。它反映了电动机的各种运行情况。 异步电动机同步转速和转子转速的异步电动机同步转速和转子转速的异步电动机同步转速和转子转速的异步电动机同步转速和转子转速的 差值与同步转速之比称为差值与同步转速之比称为差值与同步转速之比称为差值与同步转速之比称为转差率转差率转差率转差率， 用用用用 S S 表示，即：表示，即：表示，即：表示，即：4.2 三相异步电动机的定子和转子三相异步电动机的定子和转子 设定子和转设定子和转子每相绕组匝数子每相绕组匝数为为N1N1和和N2N2，旋转旋转磁场的磁感应强磁场的磁感应强度近于度近于正弦分布。正弦分布。把电动机的电磁关系同变压器类似。把电动机的电磁关系同变压器类似。

23、i2定、转子电路定、转子电路R1R2i1u1e1e 1e2e 2一、定子电路分析：一、定子电路分析：二、转子电路分析：二、转子电路分析：转子电流的频率随速度的变转子电流的频率随速度的变化而变化。化而变化。 设转子回路每相绕组的电阻和漏设转子回路每相绕组的电阻和漏磁感抗为磁感抗为R R2 2和和X2X2，且有：且有：则转子每相回路则转子每相回路电流电流为：为：转子电路的转子电路的功率因素功率因素为：为：4.3三相异步电动机的转矩与机械特性三相异步电动机的转矩与机械特性一、一、电磁转矩电磁转矩是一个非常重要的物理量，它与是一个非常重要的物理量，它与磁通、和磁通、和I I2 2有关，还应考虑转子电路

24、的功率因有关，还应考虑转子电路的功率因素。素。二、二、机械特性机械特性由上式得到：由上式得到：4.3三相异步电动机的转矩与机械特性三相异步电动机的转矩与机械特性n三相异步电动机的机械特性也分为固有机械特性和人为机械特性 图图4.17 三相异步电动机的固有机械特性三相异步电动机的固有机械特性 机电传动控制441 固有机械特性（1）理想空载转速点 （亦称同步转速点）T=0，n=n0时的工作点称为电动机的理想空载点，此时s=0，转子电流I2=0，电动机此时不进行能量转换。可看出，如果没有外界转矩的作用，异步电动机本身不可能达到该点。（2）额定运行点T=TN,n=nN的点称为电动机的额定工作点，此时s

25、=sN,I1=IN,额定运行点的转差率很小，电动机的额定转速nN略小于同步转速n0.机电传动控制45（4）启动工作点 （3）临界工作点 （亦称最大转矩点）T=Tmax, n=nm(s=sm)的点称为临界工作点，是特性曲线中性线段与非线性段得分界点。将n=0，T=Tst的点称为启动工作点，此时s=1，电动机的电磁转居为启动转矩Tst。将s=1带入（4-18）可得机电传动控制462 2、人为机械特性人为机械特性人为机械特性人为机械特性 可以作出可以作出改变改变U、f 以及以及 在定子、转子电路串接电阻或电抗在定子、转子电路串接电阻或电抗的人为机械特性。的人为机械特性。 异步电动机异步电动机定子降压

26、定子降压定子降压定子降压的人为机械特性的人为机械特性 异步电动机异步电动机定子串接电定子串接电定子串接电定子串接电阻阻阻阻( ( ( (电电电电抗抗抗抗) ) ) )的人为机械特性的人为机械特性 异步电动机异步电动机定子变频定子变频定子变频定子变频的人为机械特性的人为机械特性 绕线式异步电动机绕线式异步电动机转子串接电阻转子串接电阻转子串接电阻转子串接电阻( ( ( (电电电电抗抗抗抗) ) ) )的人为机械特性的人为机械特性 根据电磁转矩关系式根据电磁转矩关系式1 1、 降低电源电压降低电源电压 U U 最大最大转矩矩 Tmax 及起及起动转矩矩 Tst 与与 U2 成正比地降低；成正比地降

27、低；临界转差率临界转差率sm 与与 U的降低无关的降低无关过载能力下降；过载能力下降；负载转矩不变的情况下，负载转矩不变的情况下，n下降，下降，S增大，电流上升增大，电流上升降低电源电压的机械特性降低电源电压的机械特性: 2 2、 定子电路串联对称定子电路串联对称电阻、电阻、电抗电抗最大转矩Tmax随串联电抗增大而减小；临界界转差率差率sm 随串随串联电抗增大而减小抗增大而减小 用途：用途：用于笼型异步电动机的降压起动，以限制电动机的起动电流3 3、 转子电路串联对称电阻转子电路串联对称电阻最大最大转矩矩 Tm 不不变；临界转差率临界转差率sm 随串随串联电阻增大而增加。阻增大而增加。用途用途

28、(1)绕线转子异步电动机的起动(2)调速 4、改变定子电源频率改变定子电源频率f1,为使Tmax保持不变，应使电源电压U相应变化，使U/f=常数常数。(频率较高时，定子电阻频率较高时，定子电阻r1可以忽略，可以认为可以忽略，可以认为Tmax保持不变）保持不变）随着随着频率的降低，理想空率的降低，理想空载转数数n0减小，减小，临界转差率临界转差率sm增大，增大，起起动转矩矩 Tst增大增大，最大最大转矩矩 Tmax 基本基本维持不持不变。例4-1n一台三相异步电动机，额定功率PN=55kw,电网频率为50Hz，额定电压UN=380V，额定效率N=0.79，额定功率因素cos2=0.89，额定转速

29、nN=570r/min,试求：（1）同步转速；n（2）电动机的级对数p；（3）额定电流（4）额定负载时的转差率例4-2n一台三相异步电动机接到50HZ的交流电源上，其额定转速nN=1455r/min,试求：（ 1）该电动机的级对数P；（2）额定的转差率sN；（3）额定转速运行时，转子电动势的频率。机电传动控制534.4三相异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动特性异步电动机对启动的要求：（1）要求异步电动机有足够大的启动转矩。（2）在满足生产机械能启动的情况下，启动电流越小越好。（3）启动过程中，平滑性越好对生产机械的冲击就越小；启动设备可靠性越高，电路越简单，操作维护就越方便。 4)起动设

30、备力求结构简单，运行可靠，操作方便； 5)起动过程的能量损耗越小越好，起动时间越短越好。三相笼型异步电动机的起动方法有直接起动直接起动和降压降压起动起动两种方法。 所所谓直接起直接起动，就是利用刀开关或接触器将，就是利用刀开关或接触器将电动机定子机定子绕组直直接接到接接到额定定电压的的电源上，故又称全源上，故又称全压起起动。直接起直接起动的的优点是起点是起动设备与操作都比与操作都比较简单，其缺点就是起，其缺点就是起动电流大、起流大、起动转矩小。矩小。对于小容量于小容量笼型异步型异步电动机，因机，因电动机起机起动电流流较小，且体小，且体积小、小、惯性小、起性小、起动快，一般快，一般说来，来，对电

31、网、网、对电动机本身都不机本身都不会造成影响。会造成影响。因此，可以直接起因此，可以直接起动，但必，但必须根据根据电源的容量来限制直接起源的容量来限制直接起动电动机容量。机容量。 一、直接起动一、直接起动（1）异步电动机的功率小于7.5KW（2）异步电动机的功率大于7.5KW时Ist/IN0.253+(电源总容量/起动电动机容量）二、降压起动 对中、大型笼型异步电动机，可采用降压起动方法，以限制起动电流。待电动机起动完毕，再恢复全压工作。但是降压起动的结果，会使起动转矩下降较多。所以降压起动只适用于在空载或轻载只适用于在空载或轻载情况下起动电动机。机电传动控制56v三相异步电动机的启动特性三相

32、异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动特性 鼠笼式电动机降压启动法鼠笼式电动机降压启动法 定子串电阻定子串电阻 定子串电抗定子串电抗 Y-转换转换 自耦变压器转换自耦变压器转换 软启动器软启动器 线绕式电动机启动法线绕式电动机启动法 转子串电阻转子串电阻 转子串频敏变阻器转子串频敏变阻器v直流他励电动机的启动特性直流他励电动机的启动特性直流他励电动机的启动特性直流他励电动机的启动特性 降压启动降压启动 电枢电路串电阻启动电枢电路串电阻启动比较比较比较比较机电传动控制57定子串电阻启动定子串电阻启动定子串电阻启动定子串电阻启动 定子串电抗启动定子串电抗启动定子串电抗启动

33、定子串电抗启动鼠鼠鼠鼠笼笼笼笼式式式式电电电电动动动动机机机机降降降降压压压压启启启启动动动动法法法法机电传动控制58Y Y-降压启动降压启动降压启动降压启动鼠鼠鼠鼠笼笼笼笼式式式式电电电电动动动动机机机机降降降降压压压压启启启启动动动动法法法法l l起动电流起动电流起动电流起动电流l l起动转矩起动转矩起动转矩起动转矩l l绕组电压绕组电压绕组电压绕组电压Y形和形和形接法时形接法时的电压和电流的电压和电流( (a) ) Y接法接法( (降压起动降压起动) )( (b) ) 接法接法( (全压运行全压运行) )机电传动控制59第第第第4 4 4 4章章章章 交流电动机交流电动机交流电动机交流电

34、动机4-4 4-4 三相异步电动机的启动性能与方法三相异步电动机的启动性能与方法三相异步电动机的启动性能与方法三相异步电动机的启动性能与方法Y Y-降压启动降压启动降压启动降压启动鼠鼠鼠鼠笼笼笼笼式式式式电电电电动动动动机机机机降降降降压压压压启启启启动动动动法法法法Y形和形和形接法时形接法时的电压和电流的电压和电流( (a) ) Y接法接法( (降压起动降压起动) )( (b) ) 接法接法( (全压运行全压运行) )异步电动机异步电动机异步电动机异步电动机星星星星- - - -三角起动原理图三角起动原理图三角起动原理图三角起动原理图机电传动控制60 Y- 降压启动时降压启动时 启动电流降低

35、为直接启动的启动电流降低为直接启动的1/3 启动转矩也降低为直接启动的启动转矩也降低为直接启动的1/3 这种方法设备简单，价格便宜这种方法设备简单，价格便宜 但是只有一种启动电压但是只有一种启动电压 只适用于轻载或空载的场合，且电动机正常运只适用于轻载或空载的场合，且电动机正常运行时为行时为接法。接法。 机电传动控制61第第第第4 4 4 4章章章章 交流电动机交流电动机交流电动机交流电动机4-4 4-4 三相异步电动机的启动性能与方法三相异步电动机的启动性能与方法三相异步电动机的启动性能与方法三相异步电动机的启动性能与方法异步电动机用自耦变压器异步电动机用自耦变压器异步电动机用自耦变压器异步

36、电动机用自耦变压器降压起动原理图降压起动原理图降压起动原理图降压起动原理图自耦变压器自耦变压器T 的一相绕组的一相绕组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自耦变压器降压启动鼠鼠鼠鼠笼笼笼笼式式式式电电电电动动动动机机机机降降降降压压压压启启启启动动动动法法法法接至接至电动机电动机一相绕组一相绕组来自来自一相电源一相电源l起动时接入起动时接入l运行时断开运行时断开机电传动控制62图图 自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动 1)接线图接线图 4 自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动 机电传动控制63图图 自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动一相电路图一相电路图 原副边绕组匝数比原

37、副边绕组匝数比: : 机电传动控制64采用自耦变压器降压启动采用自耦变压器降压启动 启动电压降低为启动电压降低为1/k倍倍 原边启动电流和电动机启动转矩降低为原边启动电流和电动机启动转矩降低为1/k2倍。倍。 比起比起Y- 启动更加灵活启动更加灵活 但自耦变压器体积大，价格高，不能带重载启动但自耦变压器体积大，价格高，不能带重载启动 自耦变压器减压启动的优缺点自耦变压器减压启动的优缺点 自耦变压器起动适用于容量较大的低压电动机作减压起自耦变压器起动适用于容量较大的低压电动机作减压起动用。由于这种方法可获得较大的起动转矩，加上自耦变压动用。由于这种方法可获得较大的起动转矩，加上自耦变压器二次侧一

38、般有三个抽头，可以根据允许的起动电流和所需器二次侧一般有三个抽头，可以根据允许的起动电流和所需的起动转矩选用，故这种起动方法在的起动转矩选用，故这种起动方法在10kw以上的三相笼型以上的三相笼型异步皂动机得到广泛应用。异步皂动机得到广泛应用。 其缺点是起动设备体积较大，初投资大，需维护检修。其缺点是起动设备体积较大，初投资大，需维护检修。机电传动控制65 常用的起动用自耦变压器有常用的起动用自耦变压器有QJ2和和QJ3两种系列。两种系列。QJ2型的三个抽头分别为电源电压的型的三个抽头分别为电源电压的55、64和和73；QJ3型的三个抽头分别为电源电压的型的三个抽头分别为电源电压的40 、60和

39、和80。自耦变压器容量的选择与电动机的容量、起动。自耦变压器容量的选择与电动机的容量、起动时间和连续起动次数有关。时间和连续起动次数有关。 机电传动控制665 软启动软启动软启动是一种近年来发展起来用于控制鼠笼式异步电动机的全新启动方式。它是一种集电动机软启动、软停车、轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电动机启动控制装置，通过控制三相反并联晶闸管的导通角，使被控电机的输入电压按不同的要求而变化，就可实现不同功能的启动方式。由于电动机启动时电压和电流都可以从零连续调节，对电网电压无浪涌冲击，电压波动小，而电动机的转矩亦连续变化，对电动机及机械设备的机械冲击也几乎为零。例4-3一台三相鼠笼式异步电

40、动机，额定功率60kw，额定电压380v，定子星型接法，额定电流136A，启动电流与额定电流之比为6.5，启动转矩与额定转矩之比为1.1，但因供电变压器的限制，允许的最大启动电流为500A，若拖动负载转矩为额定转矩的0.3倍，用串有抽头80%、60%、40%的自耦变压器启动，问哪种抽头才能满足启动要求？例4-4n某三相鼠笼式异步电动机额定数据PN=300kw，UN =380v IN =527A n nN=1450r/min，启动电流倍数KI=6.7,启动转矩倍数KT=1.5，过载能力n定子为三角形接法n求：1、直接启动的启动电流和启动转矩n2、采用星型-三角形启动，能带动1000Nm的恒转矩负

41、载启动吗？为什么机电传动控制69 优点：优点：优点：优点： 控制电路简单、控制电路简单、 价格低、使用维修方便等，价格低、使用维修方便等， 缺点：缺点：缺点：缺点： 损耗大、效率低、调速特性软，损耗大、效率低、调速特性软， 低速时稳定性差、调速范围窄。低速时稳定性差、调速范围窄。4.5.1 调压调速调压调速机电传动控制70线绕式线绕式线绕式线绕式异步电动机的转子电路异步电动机的转子电路异步电动机的转子电路异步电动机的转子电路串电阻，可以用于启动和调速串电阻，可以用于启动和调速串电阻，可以用于启动和调速串电阻，可以用于启动和调速。4.5.2 转子电路串电阻调速转子电路串电阻调速 n转子电路串电阻

42、调速简单可靠，但它是转子电路串电阻调速简单可靠，但它是有级调速有级调速，不，不能实现连续平滑调速。能实现连续平滑调速。n随转速降低，特性变软，影响了系统的稳定性。转子随转速降低，特性变软，影响了系统的稳定性。转子电路电阻损耗与转差率成正比，随着串入电阻的增大电路电阻损耗与转差率成正比，随着串入电阻的增大而增大，低速时损耗大，是一种而增大，低速时损耗大，是一种不经济不经济的调速方法。的调速方法。n所以，这种调速方法大多用在重复短期运转对调速性所以，这种调速方法大多用在重复短期运转对调速性能要求不高的生产机械中，如在能要求不高的生产机械中，如在起重运输设备起重运输设备中应用中应用非常广泛。非常广泛

43、。 4.5.3 变极调速变极调速 n变极对数调速就是在电源频率不变的条件下 ，改变电动机的极对数 ，就可以改变电动机的同步转速n0，电动机的转速也变化，从而实现电动机转速的有级调节。 4.5.4 变频调速变频调速 n图图4.29 额定频率额定频率fN以上变频调速的机械特性以上变频调速的机械特性 机电传动控制74 当极对数不变，转差率变化不大当极对数不变，转差率变化不大nfnf1 1，因此，因此连续改变三相异步电动机电源频率可实现对三相异连续改变三相异步电动机电源频率可实现对三相异步电动机的平滑调速。步电动机的平滑调速。 异步电动机有哪几种调速方法？各种调速方法有何优缺点？ n 调压调速，这种办

44、法能够无级调速，但调速范围不大 n 转子电路串电阻调速，这种方法简单可靠，但它是有级调速，随着转速降低特性变软，转子电路电阻损耗与转差率成正比，低速时损耗大。n 改变极对数调速，这种方法可以获得较大的启动转矩，虽然体积稍大，价格稍高，只能有机调速，但是结构简单，效率高特性高，且调速时所需附加设备少。n 变频调速，可以实现连续的改变电动机的转矩，是一种很好的调速方法。4.6 三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性 n4.6.1 反接制动反接制动 1电源反接制动 图图4.30 电源反接时反接制动的机械特性电源反接时反接制动的机械特性 电源反接时会在转子回路中感应电源反接时会在转子回路中感

45、应出很大的电流，为了限制转子电出很大的电流，为了限制转子电流，对鼠笼型异步电动机可在定流，对鼠笼型异步电动机可在定子电路中串接电阻；对线绕型异子电路中串接电阻；对线绕型异步电动机可在转子电路中串接电步电动机可在转子电路中串接电阻，限制电流的同时增大制动转阻，限制电流的同时增大制动转矩矩 n2. 倒拉反接制动 图图4.31 倒拉反接制动时的机械特性倒拉反接制动时的机械特性 在重物下降过程中，重物下降时减小的位能转化为电动机轴上的机械功率，机械功率通过电动机转化为电功率，电动机把转化的电功率及从电源吸收的电功率均消耗在线绕型异步电动机转子所串电阻上。 异步电动机的转速高于它的同步速度，即nn0 ，

46、S0，转子导体切割旋转磁场的方向与电动状态时相反，转子电流的方向也发生了变化，电动机的转矩变为与转速方向相反，电动机处于制动状态，这种制动称为回馈制动。这时电动机处于发电机运行状态，把系统的机械能转化为电能，一部分消耗在转子回路的电阻上，剩余的大部分电能则反馈回电网。 4.6.2 回馈制动回馈制动 图图4.32 重物下放时回馈制动机械特性重物下放时回馈制动机械特性 图图4.33 变极调速时回馈制动机械特性变极调速时回馈制动机械特性 4.6.3 能耗制动能耗制动 异步电动机正在运行时，把定子绕组从三相交流电源上断开，将其中两相绕组接到直流电源上，就构成了能耗制动 图图4.34 异步电动机能耗制动时的电路图及机械特性异步电动机能耗制动时的电路图及机械特性（a）电路图 （b）机械特性 机电传动控制82完完