電機(jī)與拖動(dòng)技術(shù)第七章

電機(jī)與拖動(dòng)技術(shù)DIANJIYUTUODONGJISHU新世紀(jì)應(yīng)用型高等教育教材編審委員會(huì)組編新世紀(jì)應(yīng)用型高等教育教材編審委員會(huì)

7.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)

7.3三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)

7.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

7.5三相異步電動(dòng)機(jī)的建模及仿真

7.6三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的仿真及建模7.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指在電源電壓，電源頻率，電機(jī)參數(shù)一定的條件下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，即。也可以利用表示。用曲線表示三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性時(shí)，常取為橫坐標(biāo)以s和n為縱坐標(biāo)。三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性有三種表達(dá)式:物理表達(dá)式、參數(shù)表達(dá)式和實(shí)用表達(dá)式。1）物理表達(dá)式電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的每極磁通與轉(zhuǎn)子相互作用產(chǎn)生表示。電磁轉(zhuǎn)矩為：

是轉(zhuǎn)矩常數(shù)，與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)，7.1.1三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的表達(dá)式7.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)2）參數(shù)表達(dá)式電磁轉(zhuǎn)矩可表示為將轉(zhuǎn)子電流的關(guān)系式代人上式，可得：7.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)當(dāng)轉(zhuǎn)差率s變化或轉(zhuǎn)速n變化時(shí)，機(jī)械特性曲線如圖7-1所示。圖7-1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性7.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)當(dāng)同步轉(zhuǎn)速為正值時(shí)，機(jī)械特性曲線跨越一、二、四象限。第一象限時(shí)，電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)；在第二象限時(shí)，電機(jī)處于發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)；在第四象限時(shí)，電機(jī)處于電磁制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。電磁轉(zhuǎn)矩有兩個(gè)最大值，一個(gè)出現(xiàn)在第一象限(電動(dòng)機(jī)狀態(tài))，另一個(gè)出現(xiàn)在第二象限(發(fā)電機(jī)狀態(tài))。將最大電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率稱為臨界轉(zhuǎn)差率，用表示。對(duì)上式求導(dǎo)數(shù)，并令，得到臨界轉(zhuǎn)差率可以得到最大電磁轉(zhuǎn)矩7.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)一般把最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比稱為電動(dòng)機(jī)的過載系數(shù)(過載能力)，即過載系數(shù)是異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的重要性能指標(biāo)，它可以衡量電動(dòng)機(jī)的短時(shí)過載能力和運(yùn)行的穩(wěn)定性。一般電動(dòng)機(jī)

，起重、冶金機(jī)械專用電動(dòng)機(jī)7.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩具有以下特點(diǎn)：1)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電源相電壓的平方成正比。2)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子回路電阻有關(guān)，轉(zhuǎn)子回路串入適當(dāng)電阻可以增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩3）實(shí)用表達(dá)式利用電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)和相關(guān)的手冊(cè)提供的額定值來(lái)計(jì)算電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，比較實(shí)用和方便。電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的實(shí)用表達(dá)式為7.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)固有機(jī)械特性是指當(dāng)電動(dòng)機(jī)的定子電壓和頻率為額定值、定子繞組按規(guī)定方式接線、定子和轉(zhuǎn)子回路不外接電阻或電抗時(shí)的機(jī)械特性。當(dāng)電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí)，固有機(jī)械特性如圖7-2所示，機(jī)械特性上有四個(gè)特征點(diǎn)：(1)理想空載點(diǎn)A在A點(diǎn)，轉(zhuǎn)子電流

機(jī)不進(jìn)行機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。三相異步電動(dòng)機(jī)沒有外力作用不能達(dá)到此點(diǎn)運(yùn)行，該點(diǎn)也稱為同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)。7.1.2三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性7.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)7.1.2三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性

圖7-2三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性7.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)(2)額定運(yùn)行點(diǎn)N在N點(diǎn)，額定運(yùn)行時(shí)，很小，一般在之間，所以電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速略小于同步轉(zhuǎn)速。(3)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)（臨界點(diǎn)）M在M點(diǎn)，M點(diǎn)是機(jī)械特性曲線中線性段（A-N-M）和非線性段(M-B)的分界點(diǎn)。如果電機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，根據(jù)電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行條件可知，在線性段，電動(dòng)機(jī)工作是穩(wěn)定的，在非線性段，電動(dòng)機(jī)工作是不穩(wěn)定的。所以M點(diǎn)也是電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的臨界點(diǎn)。(4)起動(dòng)點(diǎn)BB點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)接通電源開始起動(dòng)瞬間工作點(diǎn)，在B點(diǎn)7.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)7.1.3三相異步電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性是指人為地改變電源參數(shù)或電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)而得的機(jī)械特性?？梢愿淖兊碾娫磪?shù)是電源電壓，和電源頻率；可以改變的結(jié)構(gòu)參數(shù)是電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)、定子電路參數(shù)轉(zhuǎn)子電路參數(shù)(1)改變電源電壓的人為機(jī)械特性這種人為機(jī)械特性是指保持電動(dòng)機(jī)其他參數(shù)不變，只改變電動(dòng)機(jī)定子電壓的機(jī)械特性。降低定子電壓后的人為機(jī)械特性曲線如圖7-3所示。7.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)7.1.3三相異步電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性7-3三相異步電動(dòng)機(jī)降壓時(shí)的人為機(jī)械特性7.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)(2)改變轉(zhuǎn)子電阻的人為機(jī)械特性這種人為機(jī)械特性是指保持電動(dòng)機(jī)的其他參數(shù)不變，只改變繞線型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電阻的機(jī)械特性。若要改變轉(zhuǎn)子電阻，只要在轉(zhuǎn)子繞組中串聯(lián)三相對(duì)稱電阻即可。人為機(jī)械特性曲線如圖7-4所示。圖7-4繞線型三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻時(shí)的人為機(jī)械特性7.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)圖7-5三相異步電動(dòng)機(jī)改變定子電阻時(shí)的人為機(jī)械特性(3)改變定子阻抗的人為機(jī)械特性這種人為機(jī)械特性是指保持電動(dòng)機(jī)其他參數(shù)不變，只改變電動(dòng)機(jī)定子的電阻或電抗時(shí)的機(jī)械特性。改變定子的電阻或電抗是在定子繞組三相電路中串接電阻或電抗。如圖7-5所示的機(jī)械特性曲線為定子申電阻時(shí)的人為機(jī)械特性曲線，圖中

。7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)接通電源后，從靜止?fàn)顟B(tài)加速到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過程。為了使電動(dòng)機(jī)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)并快速達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)速，對(duì)異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)有以下要求：1.啟動(dòng)電流倍數(shù)要小，以減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊。2.啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)足夠大，以加速啟動(dòng)過程，縮短啟動(dòng)時(shí)間。3.啟動(dòng)設(shè)備要簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可靠，操作維護(hù)方便。普通三相異步電動(dòng)機(jī)直接接到額定電壓的電源上啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流很大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩卻不大。7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)(1)直接啟動(dòng)直接啟動(dòng)是利用刀閘或者接觸器把電動(dòng)機(jī)直接接到具有額定電壓的電源上，使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，又稱全壓?jiǎn)?dòng)。這種啟動(dòng)方法的優(yōu)點(diǎn)是起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便，起動(dòng)迅速；缺點(diǎn)是起動(dòng)電流大。異步電動(dòng)機(jī)能否采用直接啟動(dòng)應(yīng)由電網(wǎng)的容量、啟動(dòng)頻繁程度、電網(wǎng)允許干擾的程度以及電動(dòng)機(jī)的容量、型式等因素決定。一般規(guī)定，異步電動(dòng)機(jī)L的額定功率小于時(shí)允許直接起動(dòng)。若額定功率大于、且電網(wǎng)容量較大，則符合下式要求，電動(dòng)機(jī)也允許直接啟動(dòng)。如果不能滿足上式要求、則必須采用降壓?jiǎn)?dòng)方法。7.2.1三相籠型異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)(2)降壓?jiǎn)?dòng)降壓?jiǎn)?dòng)的目的是降低啟動(dòng)電流。啟動(dòng)時(shí)，通過啟動(dòng)設(shè)備使加到電機(jī)上的電壓小于額定電壓，等到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到一定數(shù)值后，再讓電動(dòng)機(jī)承受額定電壓，保證電動(dòng)機(jī)在額定電壓下穩(wěn)定運(yùn)行。一般降壓?jiǎn)?dòng)有以下幾種方法：1)定子回路串電阻或電抗啟動(dòng)。定子回路串電阻或電抗如圖7-6（a）和圖7-6（b）所示。啟動(dòng)時(shí)，接觸器觸點(diǎn)閉合，斷開，電源電壓經(jīng)電阻或電抗降低后，加在電動(dòng)機(jī)上，電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高后，接觸器觸點(diǎn)閉合，切除電阻或者電抗

使電動(dòng)機(jī)在全電壓下正常運(yùn)行。電阻降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)耗能較大，一般只在低壓小功率電動(dòng)機(jī)上采用，高壓大功率電動(dòng)機(jī)多采用串電抗降壓?jiǎn)?dòng)。7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)圖7-6定子申電阻或電抗降壓起動(dòng)時(shí)的接線（a）定子串電阻的降壓起動(dòng)；(b)定子串電抗的降壓起動(dòng)7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)3)自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)。自耦變壓器用作電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，稱為自耦補(bǔ)償啟動(dòng)器。自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)的原理接線如圖7-8所示，TA為自耦變壓器。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，閉合，電源電壓經(jīng)過自耦變壓器降壓后加在電動(dòng)機(jī)上，限制了起動(dòng)電流。當(dāng)轉(zhuǎn)速升高到接近穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時(shí)，閉合，電源電壓經(jīng)過自耦變壓器降壓后加在電動(dòng)機(jī)上，限制了起動(dòng)電流。當(dāng)轉(zhuǎn)速升高到接近穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時(shí)斷開，閉合，自耦變壓器被切除，電動(dòng)機(jī)在額定電壓下正常運(yùn)行。7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)圖7-8自耦變壓器降壓起動(dòng)接線圖7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)由于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比，采用自耦變壓器降壓起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為直接起動(dòng)時(shí)的式中——直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩?？梢姡米择钭儔浩鹘祲浩饎?dòng)，雖然定子電壓下降到直接起動(dòng)時(shí)的，但電網(wǎng)提供的起動(dòng)電流及電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩都減小到直接起動(dòng)時(shí)的4）延邊三角形降壓起動(dòng)。延邊三角形降壓起動(dòng)是結(jié)合自耦變壓器降壓起動(dòng)和Y-△換接起動(dòng)的特點(diǎn)發(fā)展而來(lái)的。這種起動(dòng)方法要求電機(jī)每相繞組中間多一個(gè)抽頭，三相共有9個(gè)出線頭，都引到接線盒，盒子中共有9個(gè)接線頭。7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)圖7-9所示是延邊三角形降壓?jiǎn)?dòng)的接線圖。電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，將圖7-9(a)中的端頭接在一起，作為△連接，將三個(gè)端頭接到額定電壓電源上。起動(dòng)時(shí)，一相繞組的一個(gè)端頭與另一相繞組的中心抽頭接在一起，另一個(gè)端頭引出，接到電源，如圖7-9(b)所示，A相繞組的一個(gè)端頭4與B相繞組中間抽頭8連接，A相另一端頭1作為A相的引出端，其余依次類推。整個(gè)繞組的連接好像將三角形的每個(gè)邊延長(zhǎng)了一段，所以稱為延邊三角形降壓?jiǎn)?dòng)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，將圖7-9(b)所示連接切換到圖7-9(a)所示的連接，啟動(dòng)過程完成。圖7-9延邊三角形降壓?jiǎn)?dòng)接線圖7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)(3)軟起動(dòng)應(yīng)用軟起動(dòng)器可以實(shí)現(xiàn)籠型異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)平滑起動(dòng)，這種起動(dòng)方法稱為軟起動(dòng)，軟起動(dòng)是由軟起動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，軟起動(dòng)器分磁控式和電子式兩種。磁控式軟起動(dòng)器由一些磁性自動(dòng)化元件如磁放大器、飽和電抗器等)組成，由于它們體積大故障率高，現(xiàn)已被電子軟起動(dòng)器取代。電子軟起動(dòng)器包括以下4種起動(dòng)方法：1）斜坡電壓起動(dòng)法。2）限流或恒流起動(dòng)方法。3）電壓控制起動(dòng)法。4）轉(zhuǎn)矩控制起動(dòng)法。7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)繞線型異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子三相繞組中可以串接附加電阻。轉(zhuǎn)子串接適當(dāng)啟動(dòng)電阻啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩可以增加，當(dāng)時(shí)，可以獲得最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子電阻增大還可以降低啟動(dòng)電流

。（1）轉(zhuǎn)子串啟動(dòng)變阻器啟動(dòng)為了在整個(gè)啟動(dòng)過程中能夠保待較大的加速轉(zhuǎn)矩，并使啟動(dòng)過程平滑，可以在繞線型電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中串入多級(jí)對(duì)稱電阻。啟動(dòng)時(shí)，在轉(zhuǎn)子繞組中串聯(lián)大電阻，隨著轉(zhuǎn)速上升逐級(jí)切除，直到電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，這就是繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)啟動(dòng)。如圖7-10（a）和圖7-10（b）所示為三相繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)啟動(dòng)的接線圖和對(duì)應(yīng)三級(jí)啟動(dòng)時(shí)的機(jī)械特性。7.2.2繞線型異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)圖7-10三相繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)起動(dòng)（a）接線圖(b)機(jī)械特性7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)2)啟動(dòng)電阻的計(jì)算。在異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)啟動(dòng)的過程中，保持了較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，可以快速啟動(dòng)。由于啟動(dòng)過程電動(dòng)機(jī)基本運(yùn)行在機(jī)械特性的線性區(qū)域，機(jī)械特性可以近似看成是直線，因此，可以采用機(jī)械特性的線性表達(dá)式

來(lái)計(jì)算啟動(dòng)電阻。根據(jù)上式，在圖7.10（b）中的b、c兩點(diǎn)處，可以得到7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)由于，所以同理，通過d、e兩點(diǎn)和f、g兩點(diǎn)分別可以得到式中——啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩比7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)各級(jí)啟動(dòng)電阻為在圖7.10(b)中的h點(diǎn)(額定點(diǎn))和a點(diǎn)(啟動(dòng)點(diǎn))可以有7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)這里，。由上兩式得

整理可得起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比

當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組為Y連接時(shí)，轉(zhuǎn)子電阻7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)2）轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動(dòng)頻敏變阻器的結(jié)構(gòu)如圖7-11（a）所示，類似于只有一次繞組的三相變壓器，其鐵芯是由幾片到十幾片厚鋼板或鐵板疊成。忽略頻敏變阻器繞組的漏阻抗時(shí)，其等效電路如圖7-11（b）所示，是勵(lì)磁電抗，是代表頻敏變阻器鐵損耗的等效電阻。圖7-11頻敏變阻器(a)結(jié)構(gòu)示意圖；

(b)等效電路7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)1）深槽式異步電動(dòng)機(jī)深槽式異步電動(dòng)機(jī)定子與普通異步電動(dòng)機(jī)的定子完全相同，不同之處是轉(zhuǎn)子的槽深而窄，通常槽深h與槽寬b之比為，相應(yīng)的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條截面也高而狹。當(dāng)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中通過電流時(shí)，槽漏磁通的分布是不均勻的，如圖7-12(a)所示。與導(dǎo)條底部相交鏈的漏磁通比槽口部分所交鏈的漏磁通要多得多，所以槽底部漏電抗大，槽口漏電抗小。7.2.3深槽式和雙籠型異步電動(dòng)機(jī)

圖7-l2深槽轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中電流的集膚效應(yīng)(a）漏磁通分布；(b)動(dòng)時(shí)電流密度分布7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)2）雙籠型異步電動(dòng)機(jī)雙籠型異步電動(dòng)機(jī)定子與普通異步電動(dòng)機(jī)的定子完全相同，主要區(qū)別也在于轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上具有兩套籠型繞組，如圖7-13(a)所示。啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子電流頻率較高，轉(zhuǎn)子漏電抗大于電阻，轉(zhuǎn)子電流分布主要取決于漏電抗。由于內(nèi)籠漏電抗大于外籠，所以電流主要在外籠中流過，又外籠電阻大，故可以降低起動(dòng)電流，增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。由于啟動(dòng)時(shí)外籠起主要作用，故稱外籠為啟動(dòng)籠。圖7-13雙鼠籠轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及機(jī)械特性（a）結(jié)構(gòu)陽(yáng)；(b)機(jī)械特性7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)啟動(dòng)過程結(jié)束后，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行、轉(zhuǎn)差率很小，轉(zhuǎn)子電流頻率很低，轉(zhuǎn)子漏電抗遠(yuǎn)小于電阻。轉(zhuǎn)子電流分布主要取決于電阻，于是電流就從電阻較小的內(nèi)籠流過，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子電阻自動(dòng)減小，正常運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子銅耗較小。由于內(nèi)籠在運(yùn)行時(shí)起主要作用，故稱內(nèi)籠為運(yùn)行籠或工作籠。7.3三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反時(shí)，電機(jī)進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性位于第二和第四象限。制動(dòng)的作用是使電力拖動(dòng)系統(tǒng)迅速停車、反轉(zhuǎn)或?qū)⑥D(zhuǎn)速限制在某一范圍內(nèi)。電力拖動(dòng)系統(tǒng)對(duì)制動(dòng)性能的要求是:制動(dòng)電流小、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。根據(jù)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)運(yùn)行的條件和熊量傳送情況的不同，異步電機(jī)的制動(dòng)狀態(tài)分為能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和回饋制動(dòng)。7.3三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)7.3.1能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)時(shí)，斷開，閉合

定子繞組脫離三相交流電源而按到直流電源上，通入直流電流I，直流電流I在空間產(chǎn)生一個(gè)恒定磁場(chǎng)，由于慣性作用繼續(xù)按原方向旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子繞組與恒定磁場(chǎng)磁力線相切感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，該電流再與磁場(chǎng)相互作用，在轉(zhuǎn)子繞組上產(chǎn)生電磁力，并對(duì)轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)速n反向，起制動(dòng)作用，如圖7-14(b)所示。如果電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)的是反抗性轉(zhuǎn)矩負(fù)載，則在電磁轉(zhuǎn)矩

和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的制動(dòng)作用下，電機(jī)減速運(yùn)行，直到時(shí)，轉(zhuǎn)子不切割磁力線，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流為零，7.3三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)制動(dòng)過程結(jié)束。在制動(dòng)過程中，電力拖動(dòng)系統(tǒng)原來(lái)儲(chǔ)存的機(jī)械能(動(dòng)能)被電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能消耗在轉(zhuǎn)子的電阻上，因此這種制動(dòng)稱為能耗制動(dòng)。圖7-14三相異步電動(dòng)機(jī)的能耗制動(dòng)

(a)接線圖；(b)制動(dòng)原理圖7.3三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)反接制動(dòng)的特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向相反，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反，成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。實(shí)現(xiàn)反接制動(dòng)的方法有以下兩種：1）定子兩相反接制動(dòng)定子兩相反接制動(dòng)的接線如圖7-15（a）所示。制動(dòng)前，接觸器觸頭閉合，斷開，電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)，機(jī)械特性如圖7-15(b)所示，電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行于曲線1的A點(diǎn)。反接制動(dòng)時(shí)，斷開

，合上

。由于定子繞組兩相反接,定子電流相序改變，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向改變，電磁轉(zhuǎn)矩的方向也隨之改變，變?yōu)橹苿?dòng)性質(zhì)。其機(jī)械特性變?yōu)閳D7-15(b)中曲線2，對(duì)應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速變?yōu)椤?.3.2反接制動(dòng)7.3三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)圖7-15三相異步電動(dòng)機(jī)定子兩相反接制動(dòng)(a)接線圖；（b）機(jī)械特性7.3三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)處于電動(dòng)狀態(tài)的三相異步電機(jī)，在轉(zhuǎn)向不變條件下，由于某種原因，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n大于同步轉(zhuǎn)速，即，電動(dòng)機(jī)就進(jìn)入回饋制動(dòng)狀態(tài)要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子必須依靠外力作用，即轉(zhuǎn)軸上必須輸入機(jī)械功率。由于，，轉(zhuǎn)子電流的有功分量為7.3.3回饋制動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反，說明電機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)從電網(wǎng)吸取無(wú)功功率建立磁場(chǎng)。電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率7.3三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)圖7-16三相異步電動(dòng)機(jī)正向回饋制動(dòng)機(jī)械特性圖

7-17三相異步電動(dòng)機(jī)反向回饋制動(dòng)機(jī)械特性7.3三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)（2）下放重物時(shí)的回饋制動(dòng)——反向回饋制動(dòng)改變定子電源相序的反接制動(dòng)下放重物，機(jī)械特性如圖7-17所示。A點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)提升重物的工作點(diǎn)，定子兩相反接瞬間，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為，工作點(diǎn)由A點(diǎn)移到B點(diǎn)，電動(dòng)機(jī)經(jīng)過反接制動(dòng)過程和反向電動(dòng)加速過程，最后在位能負(fù)載作用下反向加速并超過同步轉(zhuǎn)速，直到D點(diǎn)保持穩(wěn)定運(yùn)行。即勻速下放重物。過程就是回饋制動(dòng)過程，回饋制動(dòng)過程中，，與反向，機(jī)械特性是第三象限反向電動(dòng)狀態(tài)特性曲線在第四象限的延伸，所以也稱這種回饋制動(dòng)為反向回饋制動(dòng)。7.3三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)改變電動(dòng)機(jī)參數(shù)進(jìn)行調(diào)速稱為電氣調(diào)速。三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速為可見，要調(diào)節(jié)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可從以下幾個(gè)方面入手：1．變極調(diào)速，通過改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的磁極對(duì)數(shù)來(lái)改變同步轉(zhuǎn)速2．變頻調(diào)速，通過改變電動(dòng)機(jī)所接電源的頻率來(lái)改變同步轉(zhuǎn)速3．變轉(zhuǎn)差率調(diào)速，保持同步轉(zhuǎn)速不變，改變轉(zhuǎn)差率進(jìn)行凋速，包括改變定子電壓、轉(zhuǎn)子串電阻和轉(zhuǎn)子串電動(dòng)勢(shì)(串級(jí)調(diào)速)。7.3三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)（1）變極調(diào)速的原理在保持電源頻率不變的條件下，改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的極對(duì)數(shù)，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。變極調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、機(jī)城特性硬、損耗小，采用不同連接方法可以得到恒轉(zhuǎn)矩或恒功率調(diào)速特性，滿足不同生產(chǎn)機(jī)械的要求。缺點(diǎn)是只能分級(jí)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，而且只有二個(gè)或三個(gè)轉(zhuǎn)速，平滑性差，另外，多速電動(dòng)機(jī)體積大，價(jià)格高。對(duì)不需要平滑調(diào)速的場(chǎng)合，變極還是一種較為經(jīng)濟(jì)的調(diào)速方法。7.4.1變極調(diào)速7.3三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)當(dāng)極對(duì)數(shù)一定時(shí)，三相異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速與定子電源的頻率，成正比，改變，可以改變同步轉(zhuǎn)速，達(dá)到調(diào)速的目的。（1）變頻調(diào)速時(shí)的頻率與電壓之間的關(guān)系三相異步電動(dòng)機(jī)定子每相電壓，每極氣隙磁通量為7.4.2變頻調(diào)速7.4.3變轉(zhuǎn)差率調(diào)速7.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)1)在基頻以下調(diào)速時(shí)，保持不變，即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。2）在基頻以上調(diào)速時(shí)，頻率從基頻向上增高，但是電壓卻不能比額定電壓大，最大保持。把基頻以下和基頻以上兩種情況結(jié)合起來(lái)，可以得到如圖7-18所示的電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制特性。圖曲線1為無(wú)電從補(bǔ)償時(shí)的控制特性，曲線2為有電壓補(bǔ)償時(shí)的控制特性。圖7-18異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速控制特性7.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)變轉(zhuǎn)差調(diào)速包括改變定子電壓、轉(zhuǎn)子電路串電阻和轉(zhuǎn)子電路串電動(dòng)勢(shì)(串級(jí)調(diào)速)調(diào)速。（1）轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻后和不變化，增大，機(jī)械特性變軟，如圖7-19所示。由于轉(zhuǎn)子串電阻后最大電磁轉(zhuǎn)矩不支，由機(jī)械特性的實(shí)用表達(dá)式可得7.4.3變轉(zhuǎn)差率調(diào)速7.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)7.4.3變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

圖7-19繞線異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子申電阻調(diào)速的機(jī)械特性7.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)（3）繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速串級(jí)調(diào)速就是在繞線異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路串入一個(gè)與轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)頻率相同、相位相同或相反的附加電動(dòng)勢(shì)，改變附加電動(dòng)勢(shì)的大小和相位來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的一種調(diào)速方法。

圖7-22三相異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速原理圖7.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)2）改變定子電壓調(diào)速改變異步電動(dòng)機(jī)定子電壓時(shí)的機(jī)械特性如圖7-20所示。調(diào)壓調(diào)速既不是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速也不是恒功率調(diào)速，它最適用于轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速降低而減小的負(fù)載，如通風(fēng)機(jī)類負(fù)載，也可用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，最不適用于恒功率負(fù)載。圖7-20三相異步電動(dòng)機(jī)降壓調(diào)速機(jī)械特性

圖7-21高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)改變定子電壓時(shí)的機(jī)械特性7.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)圖7-23串級(jí)調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性7.5三相異步電動(dòng)機(jī)的建模與仿真第7章三相異步電動(dòng)機(jī)的電力拖動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)也被稱作感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)其定子側(cè)通入電流以后，部分磁通將穿過短路環(huán)，并在短