《電機(jī)與電氣控制》――三相異步電動(dòng)機(jī)

1、第3章 三相異步電動(dòng)機(jī)v 教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn) 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、等效電路、功率和轉(zhuǎn)矩、工作特性、等效電路、功率和轉(zhuǎn)矩、工作特性、機(jī)械特性表達(dá)式、調(diào)速原理等。v 教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn) 三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組的磁動(dòng)勢(shì)和電動(dòng)勢(shì)計(jì)算、相量圖、能耗轉(zhuǎn)差調(diào)速。第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 交流電機(jī)可分為同步電機(jī)和異步電機(jī)兩大類，異步電機(jī)是指運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速不同步的電機(jī)。異步電機(jī)主要用做電動(dòng)機(jī)，來拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械。由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、效率高等特點(diǎn)，因此在工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)機(jī)械化、民用電器等方面應(yīng)用廣泛。 第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 三相異步電動(dòng)機(jī)的根本知識(shí)三相異步電動(dòng)機(jī)的根本知識(shí)3.1.

2、1 3.1.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的根本結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)的根本結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和直流電動(dòng)機(jī)根本相三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和直流電動(dòng)機(jī)根本相似，主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大局部組成，在定子似，主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大局部組成，在定子與轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙，如圖與轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙，如圖3-13-1所示為籠所示為籠型三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。型三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。 第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 圖3-1 籠型三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖1轉(zhuǎn)子繞組；2端蓋；3轉(zhuǎn)軸；4定子繞組；5轉(zhuǎn)子鐵芯；6定子鐵芯；7集電環(huán)；8接線盒 第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 3.1.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的根本工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)的根本工

3、作原理旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是指極性與大小不變，且沿著一定旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是指極性與大小不變，且沿著一定方向以一定速度旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。當(dāng)對(duì)稱三相繞組方向以一定速度旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。當(dāng)對(duì)稱三相繞組中通入對(duì)稱的三相電流時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。中通入對(duì)稱的三相電流時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。圖3-7 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)示意圖 第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) v根本工作原理根本工作原理v當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組通入三相對(duì)稱的電流時(shí)，便當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組通入三相對(duì)稱的電流時(shí)，便在定子、轉(zhuǎn)子之間的氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以在定子、轉(zhuǎn)子之間的氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以n1n1的速度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子鐵芯逆時(shí)針方向切割

4、磁力線，產(chǎn)生的速度順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子鐵芯逆時(shí)針方向切割磁力線，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向可根據(jù)右手定那么判斷。轉(zhuǎn)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向可根據(jù)右手定那么判斷。轉(zhuǎn)子電路為閉合電路，在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電流。子電路為閉合電路，在感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電流。載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到力的作用，其方向可以用左手定那載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中要受到力的作用，其方向可以用左手定那么判定，這些電磁力對(duì)轉(zhuǎn)軸形成一個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩，其作用方向么判定，這些電磁力對(duì)轉(zhuǎn)軸形成一個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩，其作用方向同旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向一致。這樣，轉(zhuǎn)子便以一定的速度沿同旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向一致。這樣，轉(zhuǎn)子便以一定的速度沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋

5、轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來，因?yàn)檗D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度總是與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來，因?yàn)檗D(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度總是與磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度有差異，故稱為異步電動(dòng)機(jī)。由于電磁感應(yīng)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度有差異，故稱為異步電動(dòng)機(jī)。由于電磁感應(yīng)的關(guān)系，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)、電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)的關(guān)系，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)、電流，從而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，所以異步電機(jī)又稱為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。矩，所以異步電機(jī)又稱為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。 第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) v轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率通常，把同步轉(zhuǎn)速n1和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n二者之差與同步轉(zhuǎn)速n1的比值稱為轉(zhuǎn)差率，也稱為轉(zhuǎn)差或滑差，用s表示，即 11nnns轉(zhuǎn)差率是一個(gè)沒有單位的物理量，它的大小反映了電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行情況。對(duì)于

6、普通的三相異步電動(dòng)機(jī)，為了提高效率，經(jīng)常設(shè)計(jì)成轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n略低于但很接近同步轉(zhuǎn)速n1，在正常運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)差率一般在之間。 第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 3.1.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)v型號(hào)三相異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)一般由大寫的漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字組成。其中漢語拼音字母是根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的全稱選擇有代表意義的漢字，再用該漢字的第一個(gè)拼音字母組成。 第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) v額定值額定值 和其他電機(jī)一樣，三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)座上也有一個(gè)銘牌，上面標(biāo)注著電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)下的額定數(shù)據(jù)，即額定值。額定電壓額定電流額定效率額定功率額定頻率額定轉(zhuǎn)速第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 3.1.4 三相異

7、步電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)與分類三相異步電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)與分類三相異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容三相異步電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，價(jià)格低廉，運(yùn)行可靠，鞏固耐用，運(yùn)易制造，價(jià)格低廉，運(yùn)行可靠，鞏固耐用，運(yùn)行效率較高；三相異步電動(dòng)機(jī)的主要缺點(diǎn)是功行效率較高；三相異步電動(dòng)機(jī)的主要缺點(diǎn)是功率因數(shù)較低，通?？偸切∮诼室驍?shù)較低，通?？偸切∮?，啟動(dòng)和調(diào)速性，啟動(dòng)和調(diào)速性能差。能差。v 三相異步電動(dòng)機(jī)的分類三相異步電動(dòng)機(jī)的分類按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)可分為繞線型和籠型，其中籠型三相異步電動(dòng)機(jī)又包括單鼠籠型、雙鼠籠型和深槽式三相異步電動(dòng)機(jī)。按有無換向器可分為無換向器和換向器三

8、相異步電動(dòng)機(jī)。按電動(dòng)機(jī)定子繞組上所加電壓大小可分為高壓和低壓三相異步電動(dòng)機(jī)。第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 3.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系3.2.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)三相異步電動(dòng)機(jī)的磁動(dòng)勢(shì)由前面的介紹可知，在三相異步電動(dòng)機(jī)中，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的前提是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的存在。這種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是由三相對(duì)稱電流產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)建立的，此磁動(dòng)勢(shì)是總磁動(dòng)勢(shì)?？偞艅?dòng)勢(shì)分為定子磁動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)兩種。第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) v定子磁動(dòng)勢(shì)定子磁動(dòng)勢(shì) 當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)定子的三相對(duì)稱繞組接到三相對(duì)稱的電源上時(shí)，定子所產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)是圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)F1，其表達(dá)式為11W111119 . 0

9、23)cos(),(IpkNFxtFtxFmmmF1式中，N1為定子一相繞組串聯(lián)的匝數(shù)；Kw1為定子繞組的系數(shù)；P1為定子極對(duì)數(shù)；I1為定子繞組電流的有效值，A； 為幅值， 為極距。第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) v轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)當(dāng)轉(zhuǎn)子三相繞組中流過三相對(duì)稱電流時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)F2，這個(gè)磁動(dòng)勢(shì)也是旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。假設(shè)電動(dòng)機(jī)以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的三相合成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的幅值為22W2229 . 023IpkNFm第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) v合成磁動(dòng)勢(shì)合成磁動(dòng)勢(shì)由于作用在三相異步電動(dòng)機(jī)上的定子磁動(dòng)勢(shì)F1和轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)F2以相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的矢量關(guān)系，得到一個(gè)合成磁動(dòng)

10、勢(shì)F。其合成磁動(dòng)勢(shì)可以表示為 21FFF由上分析可知，當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)時(shí)，定子、轉(zhuǎn)子的磁動(dòng)勢(shì)關(guān)系并沒有改變，只是大小及相互間的相位不同 。第3章 三相異步電動(dòng)機(jī)mW2222smW111144. 444. 4kNfEkNfE3.2.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)三相異步電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)由于主磁通m與定子、轉(zhuǎn)子繞組相交鏈，因此分別在定子、轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出對(duì)稱的定子電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)，其有效值分別為 而定子電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)在相位上都滯后于主磁通90，所以它們的相量表達(dá)式分別為mW2222mW111144. 4 j44. 4 jkNfEkNfEs第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 3.3 三相

11、異步電動(dòng)機(jī)的等效電路與相量圖三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路與相量圖3.3.1 折算折算頻率折算頻率折算頻率折算的主要目的是用一個(gè)等效的靜止轉(zhuǎn)子電路代替實(shí)頻率折算的主要目的是用一個(gè)等效的靜止轉(zhuǎn)子電路代替實(shí)際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，使等效轉(zhuǎn)子電路與定子電路具有相同的際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，使等效轉(zhuǎn)子電路與定子電路具有相同的頻率。頻率。在折算的過程中要遵守兩個(gè)原那么：一是保持轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)在折算的過程中要遵守兩個(gè)原那么：一是保持轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)不變，二是保持轉(zhuǎn)子電路的功率和損耗不變。設(shè)轉(zhuǎn)子頻率為不變，二是保持轉(zhuǎn)子電路的功率和損耗不變。設(shè)轉(zhuǎn)子頻率為f2 ，定子頻率為，定子頻率為f1 。 第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) v轉(zhuǎn)子繞組折算轉(zhuǎn)子繞

12、組折算v三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的折算和變壓器的繞組三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的折算和變壓器的繞組折算一樣，是人為的用一個(gè)和定子繞組具有相同相折算一樣，是人為的用一個(gè)和定子繞組具有相同相數(shù)數(shù)m1、每相匝數(shù)為、每相匝數(shù)為N1及繞組系數(shù)為及繞組系數(shù)為Kw1的等效轉(zhuǎn)子的等效轉(zhuǎn)子繞組，代替原來相數(shù)為繞組，代替原來相數(shù)為m2、每相匝數(shù)為、每相匝數(shù)為N2 及繞組系及繞組系數(shù)為數(shù)為Kw2 的實(shí)際轉(zhuǎn)子繞組。一般在折算后的值上加的實(shí)際轉(zhuǎn)子繞組。一般在折算后的值上加“予以區(qū)別。予以區(qū)別。 第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 3.3.2 等效電路等效電路折算后的根本方程折算后的根本方程折算后，三相異步電動(dòng)機(jī)的根本方程組為折算后，三相

13、異步電動(dòng)機(jī)的根本方程組為 111112222210ff21222120()(j)()1UEIRjXUEIRXERjXIEEsUIRsIII 第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) vT形等效電路形等效電路T形等效電路，如圖3-8所示。 圖3-8 三相異步電動(dòng)機(jī)的T形等效電路 由等效電路和三相異步電動(dòng)機(jī)的根本方程組可知，當(dāng)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)如堵轉(zhuǎn)或啟動(dòng)時(shí)附加電阻為零，即總機(jī)械功率為零；當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速接近于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，等效電路近似于開路，轉(zhuǎn)子的電流很小，總機(jī)械功率也很小。 第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) v簡(jiǎn)化等效電路簡(jiǎn)化等效電路v由于圖由于圖3-83-8中的中的T T形等效電路是一個(gè)串、并聯(lián)混合形等效電路是一個(gè)串、并聯(lián)混合電路，計(jì)

14、算和分析時(shí)比較復(fù)雜，因此，在實(shí)際應(yīng)用電路，計(jì)算和分析時(shí)比較復(fù)雜，因此，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)常把勵(lì)磁電流移到輸入端，這樣電路就簡(jiǎn)化為單時(shí)常把勵(lì)磁電流移到輸入端，這樣電路就簡(jiǎn)化為單純的并聯(lián)電路，如圖純的并聯(lián)電路，如圖3-93-9所示。所示。 圖3-9 三相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)化等效電路 第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) v相量圖相量圖v由折算后的異步電動(dòng)機(jī)的根本方程，可以畫出相由折算后的異步電動(dòng)機(jī)的根本方程，可以畫出相應(yīng)的相量圖，如圖應(yīng)的相量圖，如圖3-103-10所示。所示。 圖3-10 三相異步電動(dòng)機(jī)的相量圖 第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 3.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的功率平衡、轉(zhuǎn)矩平衡和工作特性三相異步電動(dòng)機(jī)的功率平衡、轉(zhuǎn)矩平衡

15、和工作特性3.4.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的功率平衡三相異步電動(dòng)機(jī)的功率平衡三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組從電網(wǎng)吸收電功率并產(chǎn)生電磁功三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組從電網(wǎng)吸收電功率并產(chǎn)生電磁功率，轉(zhuǎn)子向機(jī)械負(fù)載輸出機(jī)械功率。電動(dòng)機(jī)在實(shí)現(xiàn)機(jī)率，轉(zhuǎn)子向機(jī)械負(fù)載輸出機(jī)械功率。電動(dòng)機(jī)在實(shí)現(xiàn)機(jī)/電能量電能量轉(zhuǎn)換的過程中，不可防止地會(huì)產(chǎn)生一些損耗。三相異步電動(dòng)轉(zhuǎn)換的過程中，不可防止地會(huì)產(chǎn)生一些損耗。三相異步電動(dòng)機(jī)的功率流程圖如圖機(jī)的功率流程圖如圖3-11所示。所示。圖3-11 異步電動(dòng)機(jī)功率流程圖 第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 3.4.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡 1em1ememmecem602602)1

16、(PnPnPsPT 電磁轉(zhuǎn)矩既可以用轉(zhuǎn)子的總機(jī)械功率除以同步機(jī)械角速度來計(jì)算，又可以用電磁功率除以同步機(jī)械角速度來計(jì)算。第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 3.4.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性是指在額定電壓和額定頻率運(yùn)行的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n、定子電流I1 、功率因數(shù) cos1、電磁轉(zhuǎn)矩Tem、效率等與輸出功率P2的關(guān)系，如圖3-12所示。 圖3-12 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性 第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 3.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩Tem或轉(zhuǎn)差率s之間的函數(shù)關(guān)系，即n=f(Tem

17、)或n=f(s)。3.5.1 機(jī)械特性的表達(dá)式機(jī)械特性的表達(dá)式v物理表達(dá)式物理表達(dá)式pfIkNfmnIEmPT2cos44. 4602cos2201w111122211emem220T2201w111coscos244. 4ICIkNfm第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) v參數(shù)表達(dá)式參數(shù)表達(dá)式22122112211em/2/XXsRRfsRpUmTv實(shí)用表達(dá)式實(shí)用表達(dá)式ssssTTmmmem2第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 3.5.2 三相異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性三相異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性如圖3-13所示。圖3-13 三相異步電動(dòng)機(jī)的固有特性示意圖 第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 3.5.3 三相異步電動(dòng)機(jī)人

18、為機(jī)械特性三相異步電動(dòng)機(jī)人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性是三相異步電動(dòng)機(jī)在改變電源電壓、電源頻率、定子極對(duì)數(shù)或增大定、轉(zhuǎn)子阻抗的情況下所得到的機(jī)械特性。所以，三相異步電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性種類很多，這里我們只介紹常用的兩種方法。第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) v降低定子電壓的人為機(jī)械特性由前面的分析可知，當(dāng)降低定子電壓U1時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩Tem與電壓成正比的降低，sm和n1不變，最大轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩都隨電壓的平方而降低，如圖3-14所示。 圖3-14 異步電動(dòng)機(jī)降低定子電壓時(shí)的人為特性 第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) v轉(zhuǎn)子串電阻時(shí)的人為機(jī)械特性 在繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)中，通常在轉(zhuǎn)子電路中串入三相對(duì)稱電阻，此時(shí)n1、Tm和最大

19、轉(zhuǎn)矩不變，sm與轉(zhuǎn)子電阻成正比，如圖3-15所示。 圖3-15 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻時(shí)的人為特性 第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 3.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)是指異步電動(dòng)機(jī)定子三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)是指異步電動(dòng)機(jī)定子繞組接入電網(wǎng)后，轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)到穩(wěn)定運(yùn)行繞組接入電網(wǎng)后，轉(zhuǎn)子從靜止?fàn)顟B(tài)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過程。一般中、小型異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過狀態(tài)的過程。一般中、小型異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程時(shí)間很短，通常是幾秒到幾十秒鐘。程時(shí)間很短，通常是幾秒到幾十秒鐘。一般情況下，異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)要求有兩點(diǎn)：一般情況下，異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)要求有兩點(diǎn)：要求有足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，以縮短啟動(dòng)時(shí)間

20、。要求有足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，以縮短啟動(dòng)時(shí)間。要求有比較小的啟動(dòng)電流，以減小啟動(dòng)時(shí)供要求有比較小的啟動(dòng)電流，以減小啟動(dòng)時(shí)供電線路的電壓降。電線路的電壓降。第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 3.6.1 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法主要有直接啟動(dòng)和降壓?jiǎn)?dòng)兩種。v直接啟動(dòng)直接啟動(dòng)直接啟動(dòng)就是利用開關(guān)或接觸器將電動(dòng)機(jī)的定子繞組直接接入額定電壓的電網(wǎng)上，也稱為全壓?jiǎn)?dòng)。直接啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流很大，故一般選取熔體的額定電流為電動(dòng)機(jī)額定電流的倍。這種啟動(dòng)方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，啟動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單。第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 一般情況，異步電動(dòng)機(jī)的功率低于7.5 kW時(shí)，允許直接啟動(dòng)。

21、假設(shè)功率大于7.5 kW，但電網(wǎng)的容量較大，而且滿足下式時(shí)，也可直接啟動(dòng)。A)kVA)kV341起動(dòng)電動(dòng)機(jī)容量（電源總?cè)萘浚↖K假設(shè)不滿足上式的要求，那么必須采取降壓?jiǎn)?dòng)。第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) v降壓?jiǎn)?dòng)降壓?jiǎn)?dòng)v 對(duì)于籠型異步電動(dòng)機(jī)而言，假設(shè)其容量較大，對(duì)于籠型異步電動(dòng)機(jī)而言，假設(shè)其容量較大，且不滿足式且不滿足式3-47要求時(shí)，必須采取降壓?jiǎn)?dòng)要求時(shí)，必須采取降壓?jiǎn)?dòng)來減小啟動(dòng)電流。來減小啟動(dòng)電流。v常用的降壓?jiǎn)?dòng)的方法有定子串電阻電抗常用的降壓?jiǎn)?dòng)的方法有定子串電阻電抗啟動(dòng)、啟動(dòng)、Y-降壓?jiǎn)?dòng)和自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)。降壓?jiǎn)?dòng)和自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)。第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 1) 定子串電阻降壓

22、啟動(dòng)定子串電阻降壓?jiǎn)?dòng)是指在定子電路中串聯(lián)電阻或電抗，來降低電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓的啟動(dòng)方法。如圖3-16所示為定子串電阻降壓?jiǎn)?dòng)原理圖。啟動(dòng)時(shí)，把開關(guān)KM2斷開，閉合主開關(guān)KM1。此時(shí)，啟動(dòng)電阻或電抗接入定子電路。啟動(dòng)結(jié)束后，將開關(guān)KM2閉合，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。圖3-16 定子串電阻降壓?jiǎn)?dòng)原理第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 2) Y-降壓?jiǎn)?dòng) Y-降壓?jiǎn)?dòng)，即星形三角形降壓?jiǎn)?dòng)。此方法只適用于電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為三角形接法。啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)接成星形連接，即先將定子繞組的三個(gè)末端W2、U2、V2用導(dǎo)線連接在一起，把首端U1、V1、W1引出接電源，如圖3-17a)所示。啟動(dòng)結(jié)束正常運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)接成

23、三角形連接，即將定子繞組的W2與U1、U2與V1、V2與W1分別用導(dǎo)線連接在一起，然后將U1、V1、W1引出接電源，如圖3-17b)所示，從而使電動(dòng)機(jī)在額定電壓下正常運(yùn)行。（a）星形連接 （b）三角形連接圖3-17 三相異步電動(dòng)機(jī)Y-降壓?jiǎn)?dòng)接線示意圖第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 3自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng) 自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)又稱自耦補(bǔ)償器降壓?jiǎn)?dòng)，它是通過三相自耦變壓器把電壓降低后加到電動(dòng)機(jī)定子繞組上，以減小啟動(dòng)電流的啟動(dòng)方法。如圖3-18所示為自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)原理示意圖。啟動(dòng)時(shí)，自耦變壓器的高壓側(cè)接電網(wǎng)，電動(dòng)機(jī)的定子繞組接到自耦變壓器的低壓側(cè)上；啟動(dòng)結(jié)束正常運(yùn)行時(shí)，將電動(dòng)機(jī)直接接到電網(wǎng)額定電壓上運(yùn)行

24、，同時(shí)將自耦變壓器從電網(wǎng)上切除。圖3-18 自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)原理示意圖第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 3.6.2 三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法通常有轉(zhuǎn)子串接電阻啟動(dòng)三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法通常有轉(zhuǎn)子串接電阻啟動(dòng)和轉(zhuǎn)子串接和轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器啟動(dòng)兩種方法。頻敏變阻器啟動(dòng)兩種方法。 轉(zhuǎn)子串接電阻啟動(dòng)轉(zhuǎn)子串接電阻啟動(dòng)所謂轉(zhuǎn)子串接電阻啟動(dòng)，即啟動(dòng)時(shí)在電動(dòng)機(jī)定子電路中串入多所謂轉(zhuǎn)子串接電阻啟動(dòng)，即啟動(dòng)時(shí)在電動(dòng)機(jī)定子電路中串入多級(jí)電阻，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速根本穩(wěn)定時(shí)再將其從定子電路中一一切級(jí)電阻，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速根本穩(wěn)定時(shí)再將其從定子電路中一一切除，除，如

25、圖如圖3-19所示為轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)接線示意圖。所示為轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)接線示意圖。 圖3-19轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)接線示意圖 圖3-20 電動(dòng)機(jī)串電阻啟動(dòng)機(jī)械特性 第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) v轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器啟動(dòng)轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器啟動(dòng)v 轉(zhuǎn)子串接電阻啟動(dòng)的繞線式異步電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子串接電阻啟動(dòng)的繞線式異步電動(dòng)機(jī)，當(dāng)功率較大時(shí)，轉(zhuǎn)子電流很大。假設(shè)想在啟當(dāng)功率較大時(shí)，轉(zhuǎn)子電流很大。假設(shè)想在啟動(dòng)過程中保持有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩且啟動(dòng)平穩(wěn)，動(dòng)過程中保持有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩且啟動(dòng)平穩(wěn)，那么必須串入較多的電阻，導(dǎo)致設(shè)備的結(jié)構(gòu)那么必須串入較多的電阻，導(dǎo)致設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且造價(jià)昂貴。如果采用頻敏變阻器代復(fù)雜而且造價(jià)昂貴。如果采用頻敏

26、變阻器代替啟動(dòng)電阻，那么可克服上述缺點(diǎn)。替啟動(dòng)電阻，那么可克服上述缺點(diǎn)。 頻敏變阻器RBP是一個(gè)鐵損耗很大的三相電抗器，如圖3-21所示。其鐵芯由鋼板或鐵板疊成，像一個(gè)沒有二次繞組的三相心式變壓器鐵芯，三個(gè)繞組分別繞在三個(gè)鐵心柱上并作星形聯(lián)結(jié)。頻敏變阻器是一種無觸點(diǎn)的電磁元件，因其等效電阻與頻率成正比變化，故稱為頻敏變阻器。圖3-21 轉(zhuǎn)子串接頻敏電阻器啟動(dòng)示意圖第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 3.7 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)所謂電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)狀態(tài)是指其電磁轉(zhuǎn)矩所謂電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)狀態(tài)是指其電磁轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向相反的運(yùn)行狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，吸收的方向相反的運(yùn)行狀

27、態(tài)。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，吸收機(jī)械能并轉(zhuǎn)換為電能，該電能消耗在電機(jī)內(nèi)部或反響回電機(jī)械能并轉(zhuǎn)換為電能，該電能消耗在電機(jī)內(nèi)部或反響回電網(wǎng)。常見的制動(dòng)方法有能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和回饋制動(dòng)三網(wǎng)。常見的制動(dòng)方法有能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和回饋制動(dòng)三種。種。3.7.1 能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)如圖3-22所示為能耗制動(dòng)原理示意圖。制動(dòng)時(shí)，將運(yùn)行著的異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組從三相交流電源上斷開，然后立即接到直流電源上。用斷開KM1，閉合KM2來實(shí)現(xiàn)。圖3-22 異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)原理示意圖 第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組斷開三相交流電源而接入直流電時(shí)，定子繞組便產(chǎn)生一個(gè)恒定的磁場(chǎng)。而轉(zhuǎn)子由于慣性會(huì)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)

28、，從而切割恒定磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流，其方向可用右手定那么判斷。同時(shí)，由于轉(zhuǎn)子鐵芯電流與磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生同旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)迅速停車。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降到零時(shí)，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電流均為零，此時(shí)制動(dòng)過程結(jié)束。由于這種方法是用消耗轉(zhuǎn)子的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能來進(jìn)行制動(dòng)的，所以稱為能耗制動(dòng)，其機(jī)械特性曲線如圖3-23所示。 圖3-23 能耗制動(dòng)機(jī)械特性第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 反接制動(dòng)反接制動(dòng)常見的反接制動(dòng)有電源反接制動(dòng)和轉(zhuǎn)速反向反接制動(dòng)。v電源反接制動(dòng)電源反接制動(dòng) 電源反接制動(dòng)是指將三相異步電動(dòng)機(jī)的任意兩相定子繞組的電源線對(duì)調(diào)，即斷開KM1，閉合KM2，如圖3-24所示。此時(shí)定

29、子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向會(huì)隨著電源的反接而反向，電磁轉(zhuǎn)矩的方向也隨之反向，由于機(jī)械慣性，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速未變，從而起到制動(dòng)的作用，電源反接制動(dòng)的機(jī)械特性曲線如圖3-25所示。 第3章 三相異步電動(dòng)機(jī)圖3-24異步電動(dòng)機(jī)電源反接制動(dòng)原理圖 圖3-25電源反接制動(dòng)機(jī)械特性第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) v倒拉反接制動(dòng)倒拉反接制動(dòng) 倒拉反接制動(dòng)相當(dāng)于直流電動(dòng)機(jī)的電勢(shì)反向反接制動(dòng)，適用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)位能性負(fù)載的低速下放，也稱為轉(zhuǎn)速反向反接制動(dòng)，倒拉反接制動(dòng)的機(jī)械特性如圖3-26所示。圖3-26 倒拉反接制動(dòng)的機(jī)械特性第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 3.7.3 三相異步電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)在電動(dòng)機(jī)工作

30、過程中在電動(dòng)機(jī)工作過程中,由于位能性負(fù)載的作用由于位能性負(fù)載的作用,可使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速超過旋轉(zhuǎn)可使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速超過旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速,此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)切割方向同電動(dòng)機(jī)此時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子鐵芯與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)切割方向同電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)相反運(yùn)行狀態(tài)時(shí)相反,那么轉(zhuǎn)子電流及電磁轉(zhuǎn)矩的方向也相反那么轉(zhuǎn)子電流及電磁轉(zhuǎn)矩的方向也相反,既電磁轉(zhuǎn)矩方向與既電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向也相反轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向也相反,變?yōu)橹苿?dòng)轉(zhuǎn)矩。此時(shí)電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行將機(jī)械功變?yōu)橹苿?dòng)轉(zhuǎn)矩。此時(shí)電動(dòng)機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行將機(jī)械功率變成電功率向電網(wǎng)輸送電能，故稱為回饋制動(dòng)率變成電功率向電網(wǎng)輸送電能，故稱為回饋制動(dòng),也稱為再生發(fā)電制動(dòng)。也稱為再生發(fā)電制動(dòng)。回饋制動(dòng)常分為正向回饋制動(dòng)和反向回饋制動(dòng)?；仞佒苿?dòng)常分為正向回饋制動(dòng)和反向回饋制動(dòng)。圖3-27 正向回饋制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性圖3-28 反向回饋制動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 3.8 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速調(diào)速是指同一負(fù)載下用人為的方法調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足生產(chǎn)過程的需要。根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的公式可知，異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速的方法有改變定子極對(duì)數(shù)p、改變電源頻率f1和改變轉(zhuǎn)差率s三種。pfsnsn1160)1 ()1 (第3章 三相異步電動(dòng)機(jī) 3.8