第三章三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

第三章

三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)

TheThree-phaseInductionMachinesDrives本章基本教學(xué)要求1.熟悉分析三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及各種運(yùn)行狀態(tài)的基本方法；2.掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)；3.了解三相交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法。重點(diǎn)：機(jī)械特性、調(diào)速、起制動(dòng)。本次課程內(nèi)容和教學(xué)要求內(nèi)容：

三相異步電動(dòng)機(jī)固有和人為機(jī)械特性。要求：掌握機(jī)械特性各種表達(dá)式和適用場合。3.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指在電動(dòng)機(jī)定子電壓、頻率以及繞組參數(shù)一定的條件下，電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速或電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系，即n=?(T)或T=?(s)。機(jī)械特性可用函數(shù)表示，也可用曲線表示，用函數(shù)表示時(shí)，有三種表達(dá)式：物理表達(dá)式、參數(shù)表達(dá)式和實(shí)用表達(dá)式。3.1.1機(jī)械特性物理表達(dá)式

電磁轉(zhuǎn)矩為：說明為異步機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)；

為轉(zhuǎn)子電流折算值；為轉(zhuǎn)子功率因數(shù)。物理表達(dá)式物理表達(dá)式它反映了不同轉(zhuǎn)速時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩T與主磁通Φm以及轉(zhuǎn)子電流有功分量I2ˊcosφ2之間的關(guān)系，此表達(dá)式一般用來定性分析在不同運(yùn)行狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)。3.1.2參數(shù)表達(dá)式由物理表達(dá)式、功率關(guān)系、簡化等值電路可推出參數(shù)表達(dá)式：說明

參數(shù)表達(dá)式說明，異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與定子每相電壓U1平方成正比，若電源電壓波動(dòng)大，會(huì)對轉(zhuǎn)矩造成很大影響。在電壓、頻率及繞組參數(shù)一定的條件下，電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)差率s之間的關(guān)系可用曲線表示，下面對機(jī)械特性曲線上的幾個(gè)特殊點(diǎn)進(jìn)行分析。機(jī)械特性曲線①最大轉(zhuǎn)矩Tm

最大轉(zhuǎn)矩Tm是T=?（s）的極值點(diǎn)，則：最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)差率為：兩式中“+”為電動(dòng)狀態(tài)（特性在第Ⅰ象限）；“-”為制動(dòng)狀態(tài)（特性在第Ⅱ象限）。最大轉(zhuǎn)矩近似表達(dá)式

通常情況下，可忽略r1，則有：最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值稱為過載倍數(shù)，其值大小反映電動(dòng)機(jī)過載能力，用λm表示，即：一般異步電動(dòng)機(jī)過載倍數(shù)λm=1.5～2.2。②起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst起動(dòng)瞬間n=0或s=1時(shí)，電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于堵轉(zhuǎn)，這一時(shí)刻的電磁轉(zhuǎn)矩稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩或堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，用Tst表示，則有：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)或堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，用kst表示，則有：一般普通異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)為0.8～1.2。3.1.3實(shí)用表達(dá)式實(shí)用表達(dá)式：認(rèn)為，一般異步電動(dòng)機(jī)的

，在任何s值時(shí)都有：，而，

可以忽略，簡化得：臨界轉(zhuǎn)差率臨界轉(zhuǎn)差率：當(dāng)拖動(dòng)額定負(fù)載時(shí)，TL=TN，臨界轉(zhuǎn)差率為：額定轉(zhuǎn)矩為：從產(chǎn)品目錄查出該異步電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)PN、nN、λm，應(yīng)用實(shí)用公式就可方便得出機(jī)械特性表達(dá)式。3.1.4固有機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性是指U1=U1N，?1=?1N，定子三相繞組按規(guī)定方式連接，定子和轉(zhuǎn)子電路中不外接任何元件時(shí)測得的機(jī)械特性n=?（T）或T=?（s）曲線。對于同一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)有正轉(zhuǎn)（曲線1）和反轉(zhuǎn)（曲線2）兩條固有機(jī)械特性。說明特性上的各特殊點(diǎn)1(1)同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)A

同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)又稱理想空載點(diǎn)，在該點(diǎn)處：s=0，n=n1，T=0，E2s=0，I2=0，I1=I0，電動(dòng)機(jī)處于理想空載狀態(tài)。(2)額定運(yùn)行點(diǎn)B

在該點(diǎn)處：n=nN，T=TN，I1=I1N，I2=I2N，P2=PN，電動(dòng)機(jī)處于額定運(yùn)行狀態(tài)。說明特性上的各特殊點(diǎn)2(3)臨界點(diǎn)C

在該點(diǎn)處：s=sm，T=Tm，對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩是電動(dòng)機(jī)所能提供的最大轉(zhuǎn)矩。Tmˊ是異步電動(dòng)機(jī)回饋制動(dòng)狀態(tài)所對應(yīng)的最大轉(zhuǎn)矩，若忽略r1的影響時(shí)，有Tmˊ=Tm。(4)起動(dòng)點(diǎn)D

在該點(diǎn)處：s=1，n=0，T=Tst，I=Ist。3.1.5人為機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性是指人為改變電動(dòng)機(jī)的電氣參數(shù)而得到的機(jī)械特性。由參數(shù)表達(dá)式可知，改變定子電壓U1、定子頻率f1、極對數(shù)p、定子回路電阻r1和電抗x1、轉(zhuǎn)子回路電阻r2ˊ和電抗x2ˊ，都可得到不同的人為機(jī)械特性。1.降低定子電壓的人為機(jī)械特性在參數(shù)表達(dá)式中，保持其它參數(shù)不變，只改變定子電壓U1的大小，可得改變定子電壓的人為機(jī)械特性。討論電壓在額定值以下范圍調(diào)節(jié)的人為特性（為什么？）降電壓人為機(jī)械特性曲線Tm∝U12；Tst∝U12；n1和sm與電壓無關(guān)TL1-恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性、TL2-風(fēng)機(jī)類負(fù)載特性分析

定子電壓U1下降后，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)矩都明顯降低，對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如原先運(yùn)行在A點(diǎn)，電網(wǎng)電壓由于某種原因降低，使負(fù)載運(yùn)行至B點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n下降，轉(zhuǎn)差率s增大，轉(zhuǎn)子阻抗角增大，則轉(zhuǎn)子功率因數(shù)下降

2.定子回路串入對稱電阻的人為機(jī)械特性當(dāng)定子電阻r1增大時(shí)，同步轉(zhuǎn)速n1不變，但臨界轉(zhuǎn)矩Tm、臨界轉(zhuǎn)差率sm、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst都變小定子回路串入對稱電阻的接線圖和人為機(jī)械特性定子回路串入對稱電抗的人為機(jī)械特性

如果定子回路串入對稱的電抗，同步轉(zhuǎn)速n1仍不變，但臨界轉(zhuǎn)矩Tm、臨界轉(zhuǎn)差率sm、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst也都變小。兩種接線可實(shí)際應(yīng)用于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，以限制起動(dòng)電流。定子回路串入對稱電抗的接線圖和人為機(jī)械特性3.轉(zhuǎn)子回路串入對稱電阻的人為機(jī)械特性繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串入三相對稱電阻的接線圖和人為機(jī)械特性分析當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻r2增大時(shí)，同步轉(zhuǎn)速n1和臨界轉(zhuǎn)矩Tm不變，但臨界轉(zhuǎn)差率sm變大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst隨轉(zhuǎn)子電阻r2增大而增大，直至Tst=Tm

當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻r2再增大時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst反而減小。轉(zhuǎn)子串入對稱三相電阻的方法應(yīng)用于繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速。課后復(fù)習(xí)要點(diǎn)1.異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性表達(dá)式2.固有機(jī)械特性3.人為特性機(jī)械特性思考題：P2406-1、6-2、6-6作業(yè):P2416-33、6-34本次課程內(nèi)容和教學(xué)要求內(nèi)容：三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。要求：熟悉啟動(dòng)的基本要求，掌握繞線式和鼠籠電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方式。6.2鼠籠異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于生產(chǎn)上的需要而起動(dòng)和停止。在選用電動(dòng)機(jī)時(shí)，必須要求電動(dòng)機(jī)能帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械并很快地轉(zhuǎn)到額定轉(zhuǎn)速。要求電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)滿足（1）能產(chǎn)生足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst，使電動(dòng)機(jī)很快地轉(zhuǎn)動(dòng)起來。（2）起動(dòng)電流Ist不要太大，避免起動(dòng)時(shí)大電流在電網(wǎng)上產(chǎn)生較大的壓降而影響接在電網(wǎng)上的其它電氣設(shè)備和電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行。從前面分析三相異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性而知道，如果在額定電壓下直接起動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電流大，而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大，這時(shí)的功率因數(shù)低。6.1.1鼠籠異步電動(dòng)機(jī)一般普通鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，所以要研究異步機(jī)的起動(dòng)特性和異步機(jī)的各種起動(dòng)方法。分析

起動(dòng)電流大，在電網(wǎng)的變壓器容量與異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)容量相比不足夠大時(shí)，直接起動(dòng)會(huì)使變壓器輸出電壓下降，當(dāng)電壓降ΔU>10%時(shí)，將使接在變壓器上的其他電器及電動(dòng)機(jī)正常工作受影響。直接起動(dòng)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大，而起動(dòng)時(shí)必須滿足Tst>1.1TL條件電動(dòng)機(jī)才能起動(dòng)起來，在空載情況下可以滿足上述要求，而當(dāng)重載起動(dòng)時(shí)可能滿足不了上述要求。結(jié)論異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)應(yīng)考慮：①限制起動(dòng)電流；②足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，滿足Tst>1.1TL條件；③起動(dòng)的經(jīng)濟(jì)性，包括設(shè)備簡單、操作方便和低起動(dòng)損耗。6.1.2直接起動(dòng)

將定子三相繞組直接接在三相電源上起動(dòng)，稱直接起動(dòng)。一般7.5kW以下的小容量鼠籠異步電動(dòng)機(jī)都可以直接起動(dòng)。如果變壓器容量足夠大，直接起動(dòng)的容量還可相應(yīng)增大，一般按經(jīng)驗(yàn)公式核定：

式中kI為起動(dòng)電流倍數(shù)；Ist為電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流（A）；IN為電動(dòng)機(jī)的額定電流（A）；SN為電源變壓器總?cè)萘浚籔N為電動(dòng)機(jī)的額定功率。說明起動(dòng)電流大，對電機(jī)本身無太大影響（因?yàn)槭嵌虝r(shí)的，且現(xiàn)代設(shè)計(jì)的鼠籠電機(jī)都按直接起動(dòng)電磁力和發(fā)熱來考慮機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定的）主要對電網(wǎng)有影響，如果電源容量較大，可以直接起動(dòng)。一般7.5千瓦以下容量電動(dòng)機(jī)可以直接起動(dòng)。注意：容量大小不是絕對的，如果電網(wǎng)容量大，就可以允許容量再大些的電機(jī)直接起動(dòng)。只要直接起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流在電網(wǎng)中引起電壓降不超過電網(wǎng)額定電壓的（10~15）%

就允許直接起動(dòng)。6.2.3降壓起動(dòng)1)定子串電阻或電抗的降壓起動(dòng)分析

設(shè)起動(dòng)電流需降低的倍數(shù)為α，降壓起動(dòng)電流為Istˊ，則應(yīng)有式中Ist為直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流（A）。又因?yàn)閁N/U1ˊ=Ist1/Ist1ˊ=α，Tst∝U12，所以降壓起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為

分析1.等值電路從上圖的等值電路中可見，定子串電阻或電抗起動(dòng)，電壓從U1N降至U1′，即加到定子繞組上的電壓在起動(dòng)時(shí)為U1′，這樣就減小了起動(dòng)電流。分析2)起動(dòng)電流及起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

設(shè)α為起動(dòng)電流所需降低的倍數(shù)，Ist′為降壓時(shí)的起動(dòng)電流，則應(yīng)有：

Ist

′=Ist/α，Ist∝U1st，U1st

′=U1st/α=U1N/α說明電壓降低了α倍。

由于T

∝

U2，則Tst

′=Tst/α2

，說明轉(zhuǎn)矩降低了α2倍。只要使Tst

′≥（1.15~1.25）TL，即滿足要求。說明從I1st

′=I1st/α，Tst

′=Tst/α2，可見：定子回路串電阻或電抗的降壓起動(dòng)方法雖然能降低起動(dòng)電流，但使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩顯著減小。只適用于空載或輕載起動(dòng)。電抗降壓起動(dòng)通常用于高壓電動(dòng)機(jī)，電阻降壓起動(dòng)一般用在低壓電動(dòng)機(jī)。降壓起動(dòng)除了限制起動(dòng)電流，有時(shí)以減小起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為主要目的，以減輕對機(jī)構(gòu)的沖擊并保證平穩(wěn)加速。3)起動(dòng)電阻或電抗的計(jì)算計(jì)算Rst或Xst后，還應(yīng)校驗(yàn)滿足Tst

′≥（1.15~1.25）TL

,TL為起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。4)rk

和xk的估算

rk

和xk可通過實(shí)驗(yàn)方法測出，也可估算。方法一：短路試驗(yàn)(如已有電機(jī))，測出rk

、xk、

zk方法二：估算(尚無電機(jī))，根據(jù)銘牌數(shù)據(jù)可知當(dāng)定子Y接時(shí)：

當(dāng)定子Δ接時(shí)：設(shè)直接起動(dòng)時(shí)的功率因數(shù)為cosφ1st=0.25

，則有2.星—三角起動(dòng)正常運(yùn)行時(shí)，接成Δ形的鼠籠電動(dòng)機(jī)，在起動(dòng)時(shí)接成星形，起動(dòng)完畢后再接成Δ

，稱星-三角起動(dòng)。

Y-Δ起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩直接起動(dòng)(Δ接)

降壓起動(dòng)(Y接)起動(dòng)電流起動(dòng)轉(zhuǎn)矩起動(dòng)電流及起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低同樣的倍數(shù)，即都為直接起動(dòng)時(shí)的三分之一。星—三角起動(dòng)適用條件條件：1.只適用于空載或輕載起動(dòng)。2.只限于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為三角形接線的電機(jī)。3.限于在500V以下的低壓電機(jī)(因高壓電機(jī)定子出6個(gè)端頭有困難)。星—三角起動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，價(jià)格便宜，故在輕載起動(dòng)時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用。缺點(diǎn)是應(yīng)用時(shí)要受一定條件的限制。2.定子繞組串入自耦變壓器降壓起動(dòng)定子串電阻或電抗的降壓起動(dòng)雖然在起動(dòng)時(shí)限制了起動(dòng)電流但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小過多，只用于空載或輕載。如果負(fù)載較重時(shí)，應(yīng)采用自耦變壓器降壓起動(dòng)。起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩I1st——全壓直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流；

I1st′——降壓時(shí)電源提供的起動(dòng)電流(即TA的原邊電流)；I2——電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流(TA的副邊電流)公式推導(dǎo)電動(dòng)機(jī)定子繞組內(nèi)的電流：直接起動(dòng)時(shí)為I1st

，降壓起動(dòng)時(shí)為I2，這時(shí)電網(wǎng)供給TA的電流為I1st′

，從電網(wǎng)輸入的電流為I1st′=I2/

α=I1st/

α2，即I1st′=I1Q/

α2,說明串入TA起動(dòng)后電網(wǎng)供給的電流減小了α2

倍。注：電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流仍減小α倍，I1st′=I2/

α

而I1st′=I1st/

α2

，對電網(wǎng)沖擊電流減小，只有I1st/

α2

倍,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst

∝U2，Tst

′=Tst/α2。說明起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低的比值相同，與定子串電阻或電抗的起動(dòng)方式相比較，在獲得同樣起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的條件下，這種方法的限流效果好。反之，若在相同的起動(dòng)電流條件下，可獲得比較大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩故用自耦變壓器降壓起動(dòng)的方法能帶動(dòng)較大的負(fù)載起動(dòng)。國產(chǎn)自耦變壓器為滿足不同的負(fù)載要求，其副邊一般有三個(gè)抽頭，可根據(jù)允許的起動(dòng)電流和所需的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩任意選擇。這種起動(dòng)方法的缺點(diǎn)：起動(dòng)設(shè)備體積較大，價(jià)格高。自耦變壓器的選擇常用QJ3、QJ2系列，用于較大容量，Y接的鼠籠式電動(dòng)機(jī)。

QJ2的抽頭為：55%64%73%QJ3的抽頭為：40%60%80%

其中，QJ2型自耦變壓器允許在4小時(shí)內(nèi)每小時(shí)連續(xù)起動(dòng)5次，每次1.5秒。QJ3

型為短時(shí)工作制，只允許在室溫下連續(xù)起動(dòng)兩次，以后待冷卻后才能再行起動(dòng)。選用時(shí)一定要注意這些問題。例：55%抽頭意思為N2/N1=1/α=0.55，

α=1/0.55=1.82適用于有載起動(dòng)。6.2.4具有高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的鼠籠電動(dòng)機(jī)1.槽深式特點(diǎn)：槽深h，槽寬b，h>>b，即h=(10~12)b與普通籠型異步電動(dòng)機(jī)相比，這種電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子槽形窄而深，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體或是整根的銅條，或是鋁熔液澆鑄而成。示意圖說明由于氣隙和槽導(dǎo)體(非鐵磁材料)的磁阻大而轉(zhuǎn)子鐵芯磁阻小，故漏磁通基本上只穿過一次槽導(dǎo)體。然后經(jīng)槽底部鐵芯形成閉合回路。若假想沿槽高把轉(zhuǎn)子導(dǎo)體分成若干并聯(lián)小導(dǎo)條，它們兩端為端環(huán)短接，其電壓相等，則各小導(dǎo)條中的電流將按其阻抗的反比例來分配。由上圖(a)可見槽底部導(dǎo)條鏈的漏磁通多，則底部漏抗大，槽頂部導(dǎo)條鏈的漏磁通少，則頂部漏抗小。由于槽很深，則槽底與槽頂漏抗相差甚遠(yuǎn)，且x2σ∝f2。分析起動(dòng)時(shí)：n=0，s=1，f2=sf1=f1，f2較高，則sx2

較大，sx2>>r2，槽內(nèi)電流的分布主要取決于漏抗的大小。槽頂部漏抗sx2小，則電流密度大，槽底部漏抗sx2大，則電流密度小。這種把導(dǎo)體中的電流排擠到槽頂部的作用稱趨表效應(yīng)(集膚效應(yīng)，擠流效應(yīng))。分析

圖(b)中電流密度分布，它是自下而上逐漸增大，槽底部分導(dǎo)體在流通電流時(shí)所起作用很小，就相當(dāng)于導(dǎo)體有效高度及截面積縮小，導(dǎo)體電阻變大，從而減小了起動(dòng)電流，增大了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。見圖(c)所示，導(dǎo)體有效截面縮小，故起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子有效電阻增加，起動(dòng)性能得改善。分析（b）正常運(yùn)行時(shí)，s很小，f2=sf1

很小，x2s=sx2

很小，這時(shí)轉(zhuǎn)子電流的大小主要由電阻決定。r2>>sx2，因各處電阻相等，則電流的分布是均勻的，導(dǎo)體截面積全部得以利用，而使轉(zhuǎn)子電阻自動(dòng)減小到較低的正常數(shù)值。(集膚效應(yīng)不明顯)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子電阻加大，改善了起動(dòng)性能，而運(yùn)行時(shí)為正常值，轉(zhuǎn)子電阻仍然較小，不致影響電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率。

缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)子槽漏抗較大，功率因數(shù)稍低，最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)稍小，即Mm稍小。特性曲線

深槽式異步電機(jī)的機(jī)械特性從圖中可見深槽式過載能力比普通鼠籠異步電機(jī)低。它的起動(dòng)性能是靠降低了一些工作性能而得到改善的。曲線1為普通鼠籠式曲線2為深槽式鼠籠異步電機(jī)2.雙鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上有兩套鼠籠。下籠：導(dǎo)體截面大，用電阻系數(shù)較小的紫銅制成，電阻較小。上籠：導(dǎo)體截面小，用電阻系數(shù)較大的黃銅制成，電阻較大。說明原理：交流電流的趨表效應(yīng)由左圖可見。上籠鏈的漏磁通少，所以電抗小，而下籠的漏磁通多，故漏電抗大。上下籠電抗及電阻關(guān)系是：分析1.起動(dòng)時(shí)：n=0，s=1，f2=sf1=f1，f2較高，則sx2

較大，sx2>>r2，槽內(nèi)電流的分布主要取決于漏抗的大小。因x2σ∝f2，x2σ>>r2，

x2σ外<x2σ內(nèi)，即電流主要通過上籠，故又稱上籠為起動(dòng)籠。由于上籠本身電阻大，起動(dòng)時(shí)，電流減小，轉(zhuǎn)矩增大，其機(jī)械特性如圖曲線1所示。分析2.正常運(yùn)行時(shí)：s很小，f2

很小，電流分配主要取決于轉(zhuǎn)子電阻r2

，r2>>sx2，即下籠電流大，上籠電流小，下籠起主要作用。故又稱下籠為運(yùn)行籠，其機(jī)械特性如圖曲線2所示。特性

曲線3為曲線1和2的合成曲線，即為雙鼠籠異步電機(jī)的機(jī)械特性?？梢婋p籠型異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大具有較好的起動(dòng)性能。缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)子漏抗較大，功率因數(shù)稍低，過載能力比普通型異步機(jī)低，而且用銅量較多，制造工藝復(fù)雜。價(jià)格較高。一般用于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求較高的生產(chǎn)機(jī)械上。6.3繞線式異步機(jī)起動(dòng)方法：轉(zhuǎn)子串三相對稱電阻起動(dòng)，電阻分級(jí)切除轉(zhuǎn)子串頻敏電阻起動(dòng)6.3.1繞線式電機(jī)轉(zhuǎn)子串三相對稱電阻起動(dòng)

起動(dòng)時(shí)，要限制起動(dòng)電流Ist，同時(shí)希望有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst?，F(xiàn)以三級(jí)起動(dòng)為例，即m=3。

1.分級(jí)起動(dòng)過程起動(dòng)前，KM1、KM2、KM3

加速接觸器常開接點(diǎn)均打開，現(xiàn)使線路接觸器KM線圈導(dǎo)電，其常開接點(diǎn)閉合，電動(dòng)機(jī)在串入全部電阻R3下起動(dòng)，然后逐級(jí)短接起動(dòng)電阻，一直加速到穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)I點(diǎn)為止，起動(dòng)過程結(jié)束。起動(dòng)的快速性和平穩(wěn)性與起動(dòng)級(jí)數(shù)m、轉(zhuǎn)矩Tst1及Tst2有關(guān)。原理圖（以三級(jí)起動(dòng)為例）2.機(jī)械特性的線性化異步機(jī)的機(jī)械特性是非線性的，如圖所示說明

分級(jí)起動(dòng)時(shí)電機(jī)工作在機(jī)械特性的工作段，即s<sm段，在這段中可認(rèn)為s/sm<sm/s，故可忽略實(shí)用公式中分母的s/sm項(xiàng)，有將異步電動(dòng)機(jī)非線性的工作段近似為一條直線。當(dāng)T=Tm時(shí)，實(shí)際特性曲線s=sm，而線性化后的曲線在T=Tm時(shí)，s=sm/2，線性化后有誤差，但誤差不大，在工作范圍內(nèi)，基本上與實(shí)際特性相重合。3.解析法計(jì)算起動(dòng)電阻

一般取T1≤0.9Tm，T2=（1.1~1.2）TL，已知：T=2Tms/sm，當(dāng)sm一定時(shí)，T

∝

s

。

同一T值下當(dāng)T=常數(shù)時(shí)，r2′/s=常數(shù)，轉(zhuǎn)子串電阻后，轉(zhuǎn)子電阻R2變化，則轉(zhuǎn)差率也變化；當(dāng)T不變時(shí)，R2/s也不變。

公式推導(dǎo)過程由上述可得出：s1/s2=R1/R2，s

∝

R

根據(jù)T=2Ts/sm，在s不變情況下，再根據(jù)

同一s值下，T

∝1/R，即s不變時(shí)，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻成反比。從而推出；公式推導(dǎo)過程

令設(shè)起動(dòng)時(shí)級(jí)數(shù)為m級(jí)，則各級(jí)每相轉(zhuǎn)子總電阻為：轉(zhuǎn)子各級(jí)分段電阻為公式推導(dǎo)過程根據(jù)可得一般轉(zhuǎn)子繞組為Y接，所以轉(zhuǎn)子的阻抗為：式中sN——電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率

E2N——轉(zhuǎn)子額定電勢(指線電勢)

I2N——轉(zhuǎn)子額定電流(指線電流)正常運(yùn)行時(shí)sN很小，可忽略sNx2，則得

公式推導(dǎo)過程Rm——起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子的最大電阻，因?yàn)镽m很大，雖然起動(dòng)瞬間s=1，仍可忽略電抗，則有式中

I2st——起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為T1時(shí)的轉(zhuǎn)子電流公式推導(dǎo)過程若起動(dòng)級(jí)數(shù)m未知，可用下式計(jì)算：解析法計(jì)算起動(dòng)電阻步驟：1.當(dāng)已知起動(dòng)級(jí)數(shù)m時(shí)：(1)預(yù)選T1（），計(jì)算γ，(2)驗(yàn)算T2

，T2=T1/γ≥（1.15~1.25）TL(不滿足應(yīng)修改T1或起動(dòng)級(jí)數(shù)并重新計(jì)算)直至T2大小合適。(3)計(jì)算r2，根據(jù)r2和γ計(jì)算各級(jí)電阻值。2.當(dāng)起動(dòng)級(jí)數(shù)m未知時(shí)：(1)預(yù)選T1、T2

，求γ；(2)求起動(dòng)級(jí)數(shù)m，取接近的整數(shù)，再修正γ；(3)計(jì)算r2

，用r2和γ計(jì)算各級(jí)電阻值。說明

轉(zhuǎn)子回路串電阻分級(jí)起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電阻計(jì)算是在機(jī)械特性線性化前提下得出的，因此有一定的誤差，但已完全能滿足工程實(shí)際的要求。6.3.2繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子串頻敏變阻的起動(dòng)1.頻敏變阻器的結(jié)構(gòu)鐵心由厚鋼板或鐵板迭成，有三相繞組，接成Y形，出線為a、b、c去接轉(zhuǎn)子。等效電路

轉(zhuǎn)子回路串入頻敏變阻器后，將轉(zhuǎn)子電流分成二個(gè)分量。IL為勵(lì)磁電流(無功分量)，建立磁場。IT為有功分量，產(chǎn)生鐵損耗。鐵損電阻Rm(等效電阻)和電抗Xm均隨轉(zhuǎn)子頻率而變化。工作原理

起動(dòng)時(shí)，s=1，f2=f1，Xm>Rm，轉(zhuǎn)子電流I2大部分流過Rm支路，相當(dāng)于串電阻起動(dòng)；當(dāng)n↑→s↓

→f2↓→Rm

↓→相當(dāng)于連續(xù)自動(dòng)切除電阻。同時(shí)

f2↓→sXm

↓

當(dāng)n=nN時(shí)，f2很小，f2

≈(1~3)Hz，Xm

≈0，Rm幾乎被短路，故渦流很小。起動(dòng)完畢，阻抗器被自動(dòng)切除。特性

從以上分析可知，頻敏變阻器是一種無觸點(diǎn)的變阻器。它結(jié)構(gòu)簡單，材料和加工要求低，并且因沒有觸點(diǎn)和易磨損元件，壽命長，使用和維護(hù)方便，有較好的機(jī)械特性和起動(dòng)平滑的優(yōu)點(diǎn)，但因頻敏變阻器的等效阻抗是一個(gè)非線性時(shí)變參數(shù)，計(jì)算起來相當(dāng)復(fù)雜。工程上用經(jīng)驗(yàn)公式或使用表格計(jì)算。課后復(fù)習(xí)要點(diǎn)1.鼠籠異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)2.繞線異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)思考題：P2406-7、6-8、

6-9、6-10、

6-11、6-13作業(yè):P2416-35本次課程內(nèi)容和教學(xué)要求內(nèi)容：三相異步電動(dòng)機(jī)的各種調(diào)速。要求：熟悉異步機(jī)各種調(diào)速原理和機(jī)械特性以及應(yīng)用場合。6.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速6.4.1異步調(diào)速方法異步機(jī)變極調(diào)速——鼠籠電機(jī)變轉(zhuǎn)差率s

調(diào)速調(diào)壓調(diào)速滑差電機(jī)調(diào)速(電磁離合器調(diào)速)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速轉(zhuǎn)子串電勢調(diào)速變頻調(diào)速變頻機(jī)組交—直—交變頻交—交變頻6.4.2

變極調(diào)速

變頻調(diào)速要采用專用變速電機(jī)，其轉(zhuǎn)子為鼠籠式根據(jù)當(dāng)f1一定時(shí)，n1∝1/p，改變極對數(shù)p，可變n1。

1.變極原理

電機(jī)定子每相繞組由二部分組成，每一部分稱為半相繞組，改變其中一個(gè)半相繞組的電流方向，電機(jī)產(chǎn)生的磁極對數(shù)即可改變。如：已知電機(jī)繞組接線如下圖所示：變極原理

現(xiàn)改變接線，使一個(gè)半相繞組的電流反向，則如下圖所示。從上面分析可知，如果二個(gè)繞組電流方向相同，2p=4，讓一個(gè)半相繞組電流反向，2p=2，則極對數(shù)可減半。變極接線方式2p=4時(shí)，n1=1500r/min；2p=2時(shí)，n1=3000r/min；二個(gè)半相繞組由串→并(電流方向要改變)極對數(shù)減半，n1升高一倍。改變一個(gè)半相繞組的接線方式很多。如下：2.三相繞組的接線方式1）Y—YY變換(單星形變雙量形)

三相繞組的每相定子繞組有中心抽頭。在Y接法中，將繞組1、2、3端接電源，二個(gè)半相繞組電流相同，設(shè)此時(shí)極對數(shù)為2p

，同步轉(zhuǎn)速為n1。Y—YY變換

在YY接法中，將1、2、3端都于0點(diǎn)相聯(lián)，4、5、6端接電源，B、C二相接電源對調(diào)，每相二個(gè)半相繞組并聯(lián)，其中一個(gè)半相繞組電流反相，這時(shí)，極對數(shù)為p，同步轉(zhuǎn)速為2n1，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。2）Δ—YY變換

在Δ接線中，端點(diǎn)1、2、3接電源，4、5、6空著，二個(gè)半相繞組中電流方向相同，設(shè)此時(shí)極對數(shù)為2p，同速轉(zhuǎn)速為n1。Δ—YY變換

在YY接線中，1、2、3端點(diǎn)連在一起，4、5、6端點(diǎn)接電源，其中一個(gè)半相繞組電流反向，這時(shí)，極對數(shù)為p，同步轉(zhuǎn)速為2n1，(近似)屬恒功率調(diào)速

3.容許輸出功率和轉(zhuǎn)矩輸出功率：P2=P1η=3U1I1η

cosφ式中：η為電動(dòng)機(jī)的效率，P1為電動(dòng)機(jī)的輸入功率，U1為電動(dòng)機(jī)定子相電壓，I1為電動(dòng)機(jī)定子相電流；cosφ為電動(dòng)機(jī)定子的功率因數(shù)?，F(xiàn)假設(shè)變極前后，η和cosφ保持不變，則P2

∝

U1I1。已知T=Pem/Ω1，

Ω1=2πf1/p，則T=Pem

p

/2πf1。

設(shè)Pem=P1(忽略定子損耗)，T=3U1I1cosφ

p

/2πf1所以有T∝U1I1p分析

為使電機(jī)得到充分利用，在變極前后均使電動(dòng)機(jī)繞組內(nèi)流過額定電流，即保持半相繞組電流為I1N

不變。Y接時(shí)：每相電壓為U1,每相電流為I1N，極對數(shù)p=2，故TY∝U1I1N×2；YY接時(shí)：相電壓為U1，每相電流為2I1N，極對數(shù)p=1，故TYY∝U12I1N×1。

所以有TY=TYY，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。又因P=TΩ，PYY=2PY，則輸出功率不等。分析

Δ接時(shí)，相電壓等于線電壓為U1，相電流為I1N極對數(shù)p=2。

可見，從Δ-YY變換的變級(jí)調(diào)速為非恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。分析

輸出功率：可見，從Δ-YY變換的變極調(diào)速亦為非恒功率調(diào)速，但比較接近于恒功率調(diào)速方式，故可認(rèn)為是近似恒功率調(diào)速，允許輸出轉(zhuǎn)矩將減少近一半。4.機(jī)械特性(定性分析)

由Tm、Tst及sm可定性畫出機(jī)械特性。假設(shè)變極前后每個(gè)半相繞組參數(shù)相等均為：r1/2、x1/2、r2′/2、x2′

/2。1.Y-YY變換的機(jī)械特性Y接時(shí)：二個(gè)半相繞組串聯(lián)參數(shù)為：r1、x1、r2′、x2′YY接時(shí)：二個(gè)半相繞組并聯(lián)參數(shù)為：r1/4、x1/4、r2′/4、x2′

/4。已知：定性分析由上面公式得：Y接時(shí)：YY接時(shí)：定性分析

若拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，從Y向YY變極調(diào)速時(shí)，轉(zhuǎn)速從nB升到nA，幾乎增加一倍。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于TmY時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，變極速由高速降為低速時(shí)，電機(jī)要經(jīng)回饋制動(dòng)狀態(tài)。Δ-YY變換的機(jī)械特性Δ接時(shí)：極對數(shù)為p，同步轉(zhuǎn)矩為n1，電壓為U1，阻抗為z1=r1+jx1、z2′=r2′

+jx2′

；YY接時(shí)：極對數(shù)為p/2，同步轉(zhuǎn)速為2n1

，電壓為阻抗為z1/4=r1/4+jx1/4、z2′/4=r2′/4+jx2′/4；Δ接時(shí)有YY接時(shí)機(jī)械特性

可見，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于TmYY時(shí)可以實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速。4.應(yīng)用及注意問題1)應(yīng)用

a.變極調(diào)速適用變速電機(jī)其轉(zhuǎn)子為鼠籠式。

b.適用于有級(jí)調(diào)速的場合：Y-YY用于恒轉(zhuǎn)矩生產(chǎn)機(jī)械，如起重運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)機(jī)械；Δ-YY用于恒功率生產(chǎn)機(jī)械，如各種機(jī)床的粗加工和精加工。除以上兩種變極方法外，還可以利用一套定子繞組改變成三種甚至四種極數(shù)的電動(dòng)機(jī)，如2、4、8極及4、6、8、12極等。這種變極調(diào)速的電動(dòng)機(jī)稱為多速電動(dòng)機(jī)，已較普遍地用于生產(chǎn)機(jī)械上。注意問題2)注意問題改變定子接線方式時(shí)，必須將三相繞組中任意兩相的出線端交換一下，否則電機(jī)將反轉(zhuǎn)。3)優(yōu)缺點(diǎn)變極調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，運(yùn)行可靠，機(jī)械特性較硬，可以有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式和恒功率調(diào)速方式。缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)速只能成倍增長，為有級(jí)調(diào)速。應(yīng)用舉例

為了改善變極調(diào)速電動(dòng)機(jī)的調(diào)速平滑性，可以綜合應(yīng)用變極調(diào)速與降壓調(diào)速，即變極降壓調(diào)速。粗調(diào)用變極法，細(xì)調(diào)用降壓法。此法可以使降壓調(diào)速不運(yùn)行在轉(zhuǎn)差率低的情況下。變極降壓調(diào)速既擴(kuò)大了調(diào)速范圍，提高調(diào)速平滑性，又減小低速損耗。4、6、10級(jí)三速如圖所示。6.4.3變頻調(diào)速

已知：n1=60f1/p，當(dāng)f1變，n1變，n

變。1.變頻與調(diào)壓的配合(變頻調(diào)速的控制方式)

當(dāng)f1↓而U1不變→Φm↑→I0↑

→I1↑過熱I0↑→cosφ1↓

而Φm↑→pFe↑→帶載能力下降。為了克服上述缺點(diǎn)，在基頻（50Hz）以下調(diào)速時(shí)，采用恒磁通調(diào)壓調(diào)速。分析

當(dāng)f1↑時(shí)，再繼續(xù)保持U1/f1=常數(shù)比較困難，因?yàn)閒1>50Hz時(shí)，U1↑>U1N不允許，這樣只能保持U1不變。

f1↑→Φm↓→T↓，而f1↑→n↑，P=TΩ屬恒功率調(diào)速。所以基頻以上采用恒壓調(diào)速。變頻機(jī)組調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，能改變同步發(fā)電機(jī)的頻率，使接在電網(wǎng)上的一組棍道鼠龍異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速，達(dá)到變頻調(diào)速的目的。交-直-交變頻系統(tǒng)

整流器將50Hz電源的交流電整流成幅值可調(diào)的直流電，逆變器將直流電逆變成頻率可調(diào)的交流電。交-交變頻系統(tǒng)直接將50Hz的交流電變換成頻率可調(diào)的交流電。2.變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性

只要找出Tm，sm，Tst及Δnm與頻率關(guān)系，即可定性畫出機(jī)械特性。1)最大轉(zhuǎn)矩Tm(Tm=常數(shù)，過載能力不變)分析(1)當(dāng)f1較高但f1<50Hz時(shí)：

r1<<x1+x2ˊ，忽略r1，

當(dāng)Tm=常數(shù)，U1/f1=常數(shù)分析(2)當(dāng)f1較低時(shí)：

r1的影響不能忽略，在r1上產(chǎn)生的I12r1→E1↓→

→Φm↓→Tm↓

當(dāng)f1↓→r1的影響↑→Tm↓(3)基頻以上調(diào)速時(shí)(U1=常數(shù))

f1↑→Φm↓→Tm↓2)運(yùn)行段的斜率

找出sm，Δnm與f1的關(guān)系。當(dāng)f1較高時(shí)，忽略r1，且f1<50Hz

可見，Δnm與f1無關(guān)。無論在基頻以下還是在基頻以上調(diào)速時(shí)，Δnm基本不變，則變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性與固有機(jī)械特性平行，只有在頻率f1很低時(shí)，r1不可以忽略，Δnm減小，機(jī)械特性更硬些。3)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

f1較高時(shí)，可忽略當(dāng)U1/f1=常數(shù)時(shí)，特性3.變頻調(diào)速的特點(diǎn)1)在基頻以下變頻調(diào)速時(shí)，應(yīng)進(jìn)行定子電壓與頻率的配合控制，保持E1/f1為常數(shù)的配合?？刂茣r(shí)為恒磁通變頻調(diào)速。保持U1/f1為常數(shù)配合控制時(shí)為近似恒磁通變頻調(diào)速。前者屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，后者屬于近似恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。在基頻以上調(diào)速時(shí)，保持U1=U1N不變，隨f1升高，Φm下降，屬于近似恒功率調(diào)速方式。變頻調(diào)速的特點(diǎn)2)機(jī)械特性基本平行，屬硬特性，調(diào)速范圍寬，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好。3)運(yùn)行時(shí)s小，轉(zhuǎn)差功率損耗小，效率高。4)可以連續(xù)調(diào)節(jié)，能實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。優(yōu)點(diǎn)：具有良好的調(diào)速性能。缺點(diǎn)：需一套性能優(yōu)良變頻電源。應(yīng)用：冶金，化工，機(jī)械制造業(yè)，采礦等。6.4.4調(diào)壓調(diào)速1.開環(huán)調(diào)壓調(diào)速特性及其調(diào)速性能U1變化時(shí)：sm不變，n1不變，T∝U12，Tm∝U12，U1↓→n↓→s↑，機(jī)械特性如圖所示，可見轉(zhuǎn)子電阻為正常值如一般的鼠籠異步電動(dòng)機(jī)，對恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速范圍很小，實(shí)用價(jià)值不高。分析

對風(fēng)機(jī)類負(fù)載，調(diào)速范圍較大，但存在低速時(shí)功率因數(shù)低(cosφ1低)，電流大(I2大)的問題。所以降壓調(diào)速只適用于高轉(zhuǎn)差率鼠籠電機(jī)或繞線式異步機(jī)。因?yàn)閚↓→s↑→φ2↑→φ1↑→cosφ1↓又因T=CmΦmI2′cosφ2，T不變時(shí)，φ2↑→cosφ2↓→I2↑）2.調(diào)壓調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)調(diào)壓裝置：以前用飽和電抗器，現(xiàn)廣泛采用可控硅交流調(diào)壓裝置。在前面所述開環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速時(shí)，其機(jī)械特性軟，調(diào)速范圍不大。加轉(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)節(jié)后成了調(diào)壓調(diào)速的閉環(huán)系統(tǒng)。系統(tǒng)分析

測速發(fā)電機(jī)TG測得電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速即測速發(fā)電機(jī)的u∝n，當(dāng)n↑→u↑，將u與給定電壓u*比較得Δu，將Δu作為放大器輸入端，經(jīng)放大后的輸出為觸發(fā)器的發(fā)出信號(hào)，使觸發(fā)器發(fā)出一定相位的脈沖，晶閘管調(diào)壓器就輸出一定值的電壓，調(diào)節(jié)給定電壓u*的大小，就可得到不同輸出電壓值，從而達(dá)到調(diào)速的目的。系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用

設(shè)給定電壓為u*1，負(fù)載為TL1，定子電壓為U2系統(tǒng)工作在特性A點(diǎn)。當(dāng)負(fù)載增大為TL2→n↓→u↓→Δu↑→U2↑=U1→T↑→過渡到特性的B點(diǎn)上。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降為nB；若為開環(huán)系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速就要降到特性曲線的C上所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速nC。通過系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，只要給定電壓u*保持不變，系統(tǒng)就可以使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也基本保持不變。系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用

在不同的給定電壓u*下，可以得到一族基本平行的閉環(huán)控制系統(tǒng)的機(jī)械特性，如圖曲線1、2、3所示，如果連續(xù)地改變u*

，則可使系統(tǒng)平滑調(diào)速。缺點(diǎn)：定子電壓和電流存在高次諧波分量，功率因數(shù)較低，效率不夠高。適用：中小容量的交流電動(dòng)機(jī)。3.調(diào)速性能

調(diào)壓調(diào)速閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)速方法是非恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和非恒功率調(diào)速。只適用于風(fēng)機(jī)類型的負(fù)載(因這種調(diào)速方法T∝1/s，而風(fēng)機(jī)類負(fù)載TL∝1/s)。

調(diào)壓調(diào)速只適用于繞線異步電動(dòng)機(jī)(轉(zhuǎn)子可串入電阻)，而對鼠籠電動(dòng)機(jī)只能短時(shí)間欠載運(yùn)行(因轉(zhuǎn)子不能串入電阻)，調(diào)速過程中，尤其在低速運(yùn)行損耗大，轉(zhuǎn)子串入電阻可減輕電機(jī)內(nèi)部發(fā)熱，而鼠籠型機(jī)只能短時(shí)運(yùn)行。6.4.5轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速1.串電阻后的機(jī)械特性轉(zhuǎn)子串電阻后，n1不變，r2↑→sm↑，Tm不變，在同一T下，s∝r2+RΩ，則轉(zhuǎn)子串入不同值的電阻后，可得到不同的轉(zhuǎn)速，機(jī)械特性如右圖。調(diào)速過程：串電阻瞬間2.調(diào)速特點(diǎn)

有級(jí)調(diào)速，設(shè)備簡單，只適用于有載調(diào)速，空載時(shí)轉(zhuǎn)速變化不大。低速時(shí)特性軟，損耗大，效率下降，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速方法適用于起重機(jī)械類負(fù)載，對通風(fēng)機(jī)負(fù)載也可采用。3.調(diào)速時(shí)的損耗電磁功率：Pem=m1I2′

r2′/s銅損耗：pCu2=m1I2′2r2′=sPem全機(jī)械功率：Pj=m1I2′2

r2′(1-s)/s=(1-s)

Pem

當(dāng)s=0.5時(shí)，n=0.5n1，此時(shí)：Pem=Pj+pCu2，

Pj

=0.5

Pem，pCu2=0.5

Pem，電機(jī)效率很低，r2/s=常數(shù)只改變了Pj與pCu2間的分配。當(dāng)RΩ↑→s↑→pCu2↑→Pj↓→η↓

，說明轉(zhuǎn)速降低是靠增大轉(zhuǎn)子銅損減小全機(jī)械功率Pj得來的，故不經(jīng)濟(jì)。4.調(diào)速電阻的計(jì)算

同一T值下有：由已知的轉(zhuǎn)速n(或轉(zhuǎn)差率s)可求出RΩ。5.應(yīng)用適用于對調(diào)速性能要求不高的生產(chǎn)機(jī)械，如吊車提升機(jī)構(gòu)。6.4.6串極調(diào)速1.串級(jí)調(diào)速的基本原理轉(zhuǎn)子串入電阻調(diào)速時(shí)，調(diào)速瞬間：

n來不及變化，當(dāng)r2↑→I2↓→T↓→n↓→s↑→pCu2↑(pCu2=sPem)↑→轉(zhuǎn)差功率sPem消耗在電阻上→浪費(fèi)→η↓。

分析

能否找出一種方法，既將消耗在電阻上的功率利用起來，又能提高調(diào)速性能呢?串級(jí)調(diào)速就是在這種思想指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)出來的。電勢Ef與I2反相位，提供Ef

的裝置吸收電功率。若能夠?qū)⑽盏碾姽β世闷饋?，就解決了轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速耗能大的問題。分析

如果將電阻RΩ換成電勢Ef，且使Ef與sE2同頻率相位相反，則轉(zhuǎn)子內(nèi)串入電勢Ef的等值電路如右圖。轉(zhuǎn)子電流：串入Ef瞬間，n來不及變化→I2↓→T↓→n↓→s↑→

I2↑→T↑=TL

可見，串入Ef后同樣能達(dá)到調(diào)速的目的。分析

Ef與sE2相位相反，即為反電勢，說明提供Ef的裝置是吸收電功率的。如能將這部分功率加以利用，電機(jī)的效率即可提高。當(dāng)然Ef也可以與sE2相位相同，則n>n1。轉(zhuǎn)子電勢sE2的大小變化，頻率也變化。f2=sf1，

Ef的頻率要隨f2變化是很困難的，所以先將轉(zhuǎn)子電勢E2s變成直流，之后引入直流電勢Ef

方向與E2s相反，這就是串級(jí)調(diào)速。串級(jí)調(diào)速可分為：機(jī)械回饋式和電氣回饋式。2.機(jī)械回饋式串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)(電機(jī)回饋式串級(jí)調(diào)速)

異步電動(dòng)機(jī)YD與ZD直流電動(dòng)機(jī)同軸，共同拖動(dòng)負(fù)載。YD的轉(zhuǎn)子電勢經(jīng)整流后與ZD的電樞相并聯(lián)，通過改變ZD的勵(lì)磁電流IL的大小而改變ZD的Ed，即達(dá)到調(diào)速目的。調(diào)速原理

IL=0，Ed=0，直流電勢Ef

由直流電動(dòng)機(jī)供給。YD運(yùn)行在固有機(jī)械特性上，n

最高，s

最小。當(dāng)IL≠0時(shí)，Ed≠0，轉(zhuǎn)子引入附加電勢，

IL↑→Ed↑→Ef↑→I2↓→T↓→

n↓→s↑→I2↑→T↑=TL，

達(dá)到調(diào)速目的。功率關(guān)系

異步機(jī)YD的電磁功率為Pem，其中(1-s)Pem直接輸送給機(jī)械負(fù)載。而sPem進(jìn)入轉(zhuǎn)子，ZD輸入功率為sPem-pCu2，ZD輸出功率為sPem-pCu2-pZD，如果忽略損耗，則pCu2≈0，pZD

≈0。ZD的輸入為sPem，輸出為sPem，所以機(jī)械負(fù)載得到的功率為sPem+(1-s)Pem=Pem，電機(jī)的效率大大提高?？梢姡徽搒多大，轉(zhuǎn)速n的高低，負(fù)載上得到的功率總是Pem，這樣轉(zhuǎn)差功率sPem得到利用，而沒有浪費(fèi)掉。這種電機(jī)回饋式串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，只適用于大功率，低調(diào)速范D≤（2~3）的場合。（因D

大→s大→sPem大→ZD容量→不適合，還不如直接用直流機(jī)調(diào)速）3.電氣回饋式串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)

以前采用電氣回饋式串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，它與機(jī)械回饋式串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)區(qū)別在于：

ZD不與YD同軸，而是拖動(dòng)一臺(tái)異步發(fā)電機(jī)YF。由它發(fā)出三相交流電，把轉(zhuǎn)差率sPem回饋給電網(wǎng)，這種串級(jí)調(diào)速已不采用，而采用可控硅逆變器的電氣串級(jí)調(diào)速(SCR串級(jí)調(diào)速)如書上P218圖6-41直流電勢Ef由SCR逆變電源供給(Uβ)，轉(zhuǎn)子整流電壓為Ud。電氣回饋式示意圖低同步可控硅串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)分析

當(dāng)Ud<Ef，Id=0，M=0；當(dāng)Ud>Ef，Id≠0，T≠0，電機(jī)輸出功率；當(dāng)Ud=Ef，Id=0，T=0，稱理想空載,n=n1，s=s0Ud=2.34s0E2=2.34U1cosβ=Ef

，其中E2——相電勢；U1——相電壓；β——逆變角；s0——與理想空載轉(zhuǎn)速對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率；則：s0=U1cosβ/E2；n0′

——串級(jí)調(diào)速時(shí)的理想空載轉(zhuǎn)速，n0′=n1(1-s0)；n1——異步機(jī)的同步轉(zhuǎn)速。改變逆變角β→Ef變化→s0變化→n0′變化→n變化，但n1不變。4.異步機(jī)串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性

無論采用哪種串級(jí)調(diào)速方法，對YD來說，其機(jī)械特性形狀都是一樣的，即都是在轉(zhuǎn)子內(nèi)引入一個(gè)附加電勢，改變附加電勢的大小，可以改變s的大小，達(dá)到調(diào)速的目的。特性分析已知：如果Ef=sE2，則I2=0，T=0，稱為理想空載狀態(tài)。令此時(shí)的轉(zhuǎn)差為s0，則有s0=Ef/E2。改變Ef

→s0變化；Ef越大→s0越大→特性向下移動(dòng)，且特性硬度減??；Ef↑→Δsm′↑→特性越軟。

Ef越大，調(diào)速作用越明顯。Ef與sE2反相時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速向低于n1方向調(diào)節(jié)，稱低速同步調(diào)速；當(dāng)Ef相位與sE2同相時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速向高于n1的方向調(diào)節(jié)，稱超同步串級(jí)調(diào)速。特性特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：效率高，特性硬，調(diào)速范圍較寬，無級(jí)調(diào)速。缺點(diǎn)：系統(tǒng)總功率因數(shù)較低，設(shè)備體積大，成本高。適用：水泵，風(fēng)機(jī)等節(jié)能調(diào)速等。6.4.7電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速（滑差電機(jī)調(diào)速）1.電磁轉(zhuǎn)差離合器的組成由三部分組成：1)籠型異步電動(dòng)機(jī)：拖動(dòng)電樞旋轉(zhuǎn)。2)電磁轉(zhuǎn)差離合器：電樞，磁極，滑環(huán)等。3)可控硅整流電源：將交流電變?yōu)橹绷鳎峁┲绷鲃?lì)磁電流。工作原理結(jié)構(gòu)

電磁轉(zhuǎn)差離合器的結(jié)構(gòu)形式有多種，無論哪種，都由電樞和磁極組成(磁極包括鐵心和勵(lì)磁繞組)。這兩部分之間沒有機(jī)械上的聯(lián)系，二者中有氣隙，與異步電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子間的氣隙相似，電樞和磁極都能自由旋轉(zhuǎn)。電樞由異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)旋轉(zhuǎn)，因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)固有特性的直線段特性較硬，可認(rèn)為其轉(zhuǎn)速不變，異步機(jī)為原動(dòng)力，這部分稱為主動(dòng)部分。此軸叫主動(dòng)軸?？煽毓枵麟娫赐ㄟ^電磁轉(zhuǎn)差離合器上滑環(huán)，給勵(lì)磁繞組供電。磁極通過聯(lián)軸節(jié)與負(fù)載相聯(lián)，稱為從動(dòng)部分。此軸叫從動(dòng)軸。電磁轉(zhuǎn)差離合器的工作原理

當(dāng)磁極上通過直流勵(lì)磁電流時(shí)，產(chǎn)生固定的磁極。異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電樞旋轉(zhuǎn)，電樞就切割磁力線，而產(chǎn)生渦流。如果將電樞看作不動(dòng)，相當(dāng)于固定的磁極在空間轉(zhuǎn)動(dòng)，可見它和異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場作用相當(dāng)。電樞作為載流導(dǎo)體，處在磁場中，受到電磁力作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)差離合器的工作原理

電樞由整塊鑄鋼制成，為圓筒形鋼體。電樞相當(dāng)于無窮多根導(dǎo)體組成的鼠籠轉(zhuǎn)子，我們選擇其一根分析受力情況。設(shè)異步機(jī)以n1的轉(zhuǎn)速拖動(dòng)電樞逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，切割磁場產(chǎn)生感應(yīng)電勢、電流，按右手定則，判斷為⊕，再以左手定則判斷出對電樞產(chǎn)生順時(shí)針方向的轉(zhuǎn)矩M企圖迫使電樞反轉(zhuǎn)，但電樞的轉(zhuǎn)向是由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向所決定的，因此，這個(gè)轉(zhuǎn)矩就成為主動(dòng)軸的阻轉(zhuǎn)矩。而它的反作用轉(zhuǎn)矩作用在磁極上，推動(dòng)磁極逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，將原動(dòng)機(jī)(異步機(jī))的機(jī)械功率傳到負(fù)載上，其轉(zhuǎn)速為n2

，方向與n1同向，磁極帶動(dòng)負(fù)載一起旋轉(zhuǎn)。從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)后切割速度變?yōu)棣=n1-n2

而磁極的轉(zhuǎn)速n2又一定小于電樞轉(zhuǎn)速n1，工作原理與異步機(jī)相似。名稱

電磁轉(zhuǎn)差離合器名稱的由來：由于從動(dòng)軸和負(fù)載相連，要向負(fù)載輸出機(jī)械功率，由前面分析可知，只有Δn≠0時(shí)，也就是說兩軸間有轉(zhuǎn)速差存在時(shí)，才有轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生，才能把主動(dòng)軸的功率傳送給從動(dòng)軸，故有轉(zhuǎn)差二字。又因直流勵(lì)磁電流為零時(shí)，沒有磁場，磁極不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，相當(dāng)于把生產(chǎn)機(jī)械和電樞分開，一旦加上勵(lì)磁電流，磁極立即轉(zhuǎn)動(dòng)，相當(dāng)于把生產(chǎn)機(jī)械和電樞“合上”，作用和機(jī)械離合器一樣。因此叫轉(zhuǎn)差離合器。因異步機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械之間不是通過機(jī)械直接連接，而是通過電磁作用互相聯(lián)系起來，所以全名叫“電磁轉(zhuǎn)差離合器”，簡稱離合器。名稱

因?yàn)樗淖饔迷砼c異步機(jī)的相似，而且經(jīng)常與異步機(jī)本來配套成一體。小容量的裝置中二者就裝在一個(gè)機(jī)殼內(nèi)，同時(shí)轉(zhuǎn)差也叫滑差，所以又常把電磁轉(zhuǎn)差離合器和拖動(dòng)它的異步電動(dòng)機(jī)一起稱為滑差電機(jī)，這種調(diào)速方法叫滑差電機(jī)調(diào)速。機(jī)械特性

滑差電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性，就是電磁轉(zhuǎn)差離合器本身的機(jī)械特性。即從動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。即n2=f(T)，由于它的工作原理與異步電動(dòng)機(jī)相似，所以機(jī)械特性也和異步機(jī)相似。離合器的電樞相當(dāng)于異步機(jī)的轉(zhuǎn)子，用鑄鋼制成，由于它的電阻較大，所以機(jī)械特性和異步機(jī)轉(zhuǎn)子具有較大電阻時(shí)的機(jī)械特性相似，特性比較軟。特性分析

當(dāng)n2=0時(shí)，切割磁場的轉(zhuǎn)速最高，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩M最大，磁極轉(zhuǎn)動(dòng)后，n2↑→Δn↓→直到n2=n1→Δn=0→T=0。它的理想空載轉(zhuǎn)速就是異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n1。

改變勵(lì)磁電流的大小，就改變了磁場的強(qiáng)弱。這實(shí)質(zhì)上和異步電動(dòng)機(jī)改變定子電壓的作用相同。所以改變勵(lì)磁電流大小，得到的機(jī)械特性相當(dāng)于異步電動(dòng)機(jī)改變定子電壓的人為特性。用可控硅供電電源給直流勵(lì)磁，通過連續(xù)改變可控硅控制角，可以得到很多條人為特性。分析

如果勵(lì)磁電流太小，磁場太弱，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩太小，從動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)不起來，就會(huì)失控。所以有失控區(qū)。另外，在一定的磁場下，負(fù)載過大，從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速太低，也會(huì)形成從動(dòng)部分跟不上主動(dòng)部分，所以運(yùn)行速度不能太低。帶反饋調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用滑差電機(jī)調(diào)速既不是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速也不是恒功率調(diào)速優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，能平滑調(diào)速。缺點(diǎn)：低速時(shí)損耗大，電樞易發(fā)熱變形。應(yīng)用：紡織、印染、造紙等工業(yè)部門的一般設(shè)備上?，F(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)組成異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)基本類型1.轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)2.轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)3.轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)1.轉(zhuǎn)差功率消耗型調(diào)速系統(tǒng)全部轉(zhuǎn)差功率轉(zhuǎn)換成熱能的形式而消耗掉。晶閘管調(diào)壓調(diào)速屬于這一類。在異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，這類系統(tǒng)的效率最低，是以增加轉(zhuǎn)差功率為代價(jià)來換取轉(zhuǎn)速的降低。但是由于這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)最簡單，所以對于要求不高的小容量場合還有一定的應(yīng)用。2.轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率一小部分消耗掉，大部分則通過變流裝置回饋給電網(wǎng)。轉(zhuǎn)速越低，回饋的功率越多。繞線式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速屬于這一類。顯然這類調(diào)速系統(tǒng)效率較高。3.轉(zhuǎn)差功率不變型調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)差功率中轉(zhuǎn)子銅耗部分的消耗是不可避免的，但在這類系統(tǒng)中，無論轉(zhuǎn)速高低，轉(zhuǎn)差功率的消耗基本不變，因此效率很高。變頻調(diào)速屬于此類。目前在交流調(diào)速系統(tǒng)中，變頻調(diào)速應(yīng)用最多、最廣泛，可以構(gòu)成高動(dòng)態(tài)性能的交流調(diào)速系統(tǒng)，取代直流調(diào)速。變頻調(diào)速技術(shù)及其裝置仍是21世紀(jì)的主流技術(shù)與主流產(chǎn)品?，F(xiàn)代交流調(diào)速系統(tǒng)今后發(fā)展趨勢發(fā)展趨勢：1.以取代直流調(diào)速系統(tǒng)為目標(biāo)的高性能交流調(diào)速系統(tǒng)的進(jìn)一步研究與開發(fā)。2.新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)功率變換器的研究與開發(fā)。3.PWM模式的改進(jìn)和優(yōu)化。4.中壓變頻裝置（我國稱為高壓變頻裝置）的研究與技術(shù)開發(fā)。課后復(fù)習(xí)要點(diǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)各種調(diào)速方法思考題：P2416-16、6-17、6-21作業(yè):P2416-24本次課程內(nèi)容和教學(xué)要求內(nèi)容：異步電動(dòng)機(jī)各種運(yùn)行狀態(tài)。要求：掌握各種制動(dòng)原理和機(jī)械特性以及應(yīng)用場合。6.5三相異步電動(dòng)機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)6.5.1電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)

T與n方向一致，n<n1，0<s<1，T為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩，特性在第Ⅰ、Ⅲ象限。6.5.2制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)

制動(dòng)分為反接制動(dòng)，能耗制動(dòng)，回饋制動(dòng)(再生發(fā)電制動(dòng))反接制動(dòng)反接制動(dòng)狀態(tài)是指轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)磁場方向相反，即轉(zhuǎn)速n和同步轉(zhuǎn)速n1反向的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。反接制動(dòng)分為轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)的反接制動(dòng)和定子兩相反接的反接制動(dòng)。1.定子兩相反接的反接制動(dòng)定子兩相反接的反接制動(dòng)又稱電源反接制動(dòng)(1)方法及制動(dòng)原理方法：將三相定子繞組二相出線頭對調(diào)一下，則n1轉(zhuǎn)，同時(shí)在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)串入三相對稱電阻RΩ。磁場模型原理反接瞬間：n1→-n1,n由于慣性來不及變化。這時(shí)s較大→sE2較大→I2很大。為限制轉(zhuǎn)子電流，要串制動(dòng)電阻(在轉(zhuǎn)子回路中RΩ)。制動(dòng)瞬間：反接制動(dòng)瞬間因sA很小，nA

≈

n1，所以s≈2。

轉(zhuǎn)子回路串入大電阻，若改變串入的電阻值可改變制動(dòng)特性的斜率。特性

當(dāng)電機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩共同作用下，迫使電動(dòng)機(jī)很快送減速到C點(diǎn)，n=0，制動(dòng)結(jié)束。BC段為電源反接制動(dòng)的制動(dòng)特性，要想停車，需在n=0時(shí)拉閘，否則，若電機(jī)拖動(dòng)反抗性負(fù)載，而且C點(diǎn)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩T大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則反向起動(dòng)到D點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。CD段為反向電動(dòng)狀態(tài)特性。若電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)位能性負(fù)載，則要從反向電動(dòng)狀態(tài)繼續(xù)加速到-n1(E)點(diǎn)，再到反向回饋制動(dòng)狀態(tài)的F點(diǎn)，才能穩(wěn)定運(yùn)行。特性(2)能量關(guān)系(BC段特性)Pi<0說明系統(tǒng)儲(chǔ)存的機(jī)械能

+消耗在轉(zhuǎn)子電阻上Pem>0說明從電源上輸入電能(3)制動(dòng)電阻的計(jì)算同一M值下，r2/s=常數(shù)。在同一Tm下：串入電阻后，由上面的公式可求出電阻值RΩ1及

RΩ2。已知TL，在同一TL下，可能有二個(gè)電阻值，有二條機(jī)械特性，即二個(gè)RΩ值。說明同一T值下，。如圖所示，如果s<sN，特性可視為直線，則如果s>sN，用實(shí)用公式求s。(4)應(yīng)用適用于迅速正反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械。2.轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)的反接制動(dòng)(負(fù)載倒拉反接制動(dòng))(1)方法及制動(dòng)原理繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串入較大的電阻，如圖所示，當(dāng)電機(jī)提升重物G，電機(jī)以nA轉(zhuǎn)速提升重物。這時(shí)線路中接觸器的常開接點(diǎn)全部閉合，轉(zhuǎn)子回路沒有外串電阻。制動(dòng)原理

若使KM3斷電，其常開接點(diǎn)打開，串入電阻Rst3系統(tǒng)以較低轉(zhuǎn)速nB提升重物。若再使KM2斷電，其常開接點(diǎn)打開，串入電阻Rst3+Rst2，得特性3，如圖所示。這時(shí)T=TL，n=0，電機(jī)既不提升重物也不放下重物。若再使KM1斷電，轉(zhuǎn)子回路串入全部電阻Rst1+Rst2+

Rst3，在n=0時(shí)，T<TL，位能負(fù)載拉著電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，使轉(zhuǎn)子逆原先方向轉(zhuǎn)動(dòng)。T與n反向，制動(dòng)狀態(tài)。T為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩起限速作用，使下放重物不會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)的高速度。串入大電阻Rst

→

I2s↓→T↓→n↓。在n=0時(shí)電動(dòng)機(jī)被TL拉向反轉(zhuǎn)。特性(2)能量關(guān)系機(jī)械功率

電磁功率轉(zhuǎn)子銅損說明兩部分能量全部消耗在電阻上，一部分消耗在轉(zhuǎn)子本身的內(nèi)阻r2上，因r2很小，故能量大部分消耗在外串電阻RΩ上。這樣可以減小轉(zhuǎn)子發(fā)熱程度。(3)制動(dòng)電阻的計(jì)算方法以固有機(jī)械特性為準(zhǔn)，求出

在同一T值下，r2/s=常數(shù)，

即，可求出RΩ(4)特點(diǎn)和應(yīng)用特點(diǎn)：

s>1，運(yùn)行過程中能量消耗多，改變轉(zhuǎn)子串接電阻，可變速度。應(yīng)用：適用于位能性負(fù)載下放重物。6.5.3回饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)(再生發(fā)電制動(dòng))1.方法及制動(dòng)原理方法：電機(jī)在拖動(dòng)位能性負(fù)載時(shí)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T與負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL同方向時(shí)，使轉(zhuǎn)速n↑↑

，即n>n1，電動(dòng)機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)，向電網(wǎng)返回能量。特點(diǎn)：電機(jī)向電網(wǎng)輸送有功功率，由電網(wǎng)向電機(jī)輸入無功功率。

分析電動(dòng)狀態(tài)時(shí),由電網(wǎng)向電機(jī)輸入的有功功率：

由電網(wǎng)向電機(jī)輸入的無功功率：其中I1a與U1同相位。分析發(fā)電狀態(tài)時(shí)：I1a與U1反向，φ

>90o；

2.能量關(guān)系

n>n1，s<0，Pj=m1I2′2r2′(1-s)/s<0，說明輸入機(jī)械功率；Pem=m1I2′2r2′/s<0，說明由轉(zhuǎn)子輸入機(jī)械功率傳到定子，再返回電源，這時(shí)電機(jī)為一臺(tái)異步發(fā)電機(jī)，又因這時(shí)T、n方向相反故為制動(dòng)狀態(tài)，稱回饋制動(dòng)或再生發(fā)電制動(dòng)。3.電流關(guān)系（1）轉(zhuǎn)子有功電流I2a′：因s<0，I2a′<0，由電動(dòng)機(jī)流向電網(wǎng)（2）無功電流無功電流為：電流方向不變，從電網(wǎng)流向電機(jī)，即電機(jī)從電網(wǎng)吸收無功電流。

電機(jī)返回電網(wǎng)的有功功率4.相量圖5.機(jī)械特性6.特點(diǎn)和應(yīng)用特點(diǎn)：

n>n1，從電網(wǎng)吸收無功建立磁場，向電網(wǎng)輸送有功，經(jīng)濟(jì)。應(yīng)用：電機(jī)拖動(dòng)位能性負(fù)載(如繞線式異步機(jī))下放重物。6.5.4能耗制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)(1)方法及制動(dòng)原理方法：將正在運(yùn)行的三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組斷開三相交流電源，同時(shí)在定子兩相繞組內(nèi)通入直流電流。電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，KM1閉合，能耗制動(dòng)時(shí)KM1斷開，KM2閉合接線圖制動(dòng)原理

當(dāng)定子繞組拉開三相交流電，通入直流電時(shí)，定子磁場變?yōu)楣潭ú粍?dòng)的