1、6.1 6.1 三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的機械特性; ;6.2 6.2 三相異步電動機的起動；三相異步電動機的起動；6.3 6.3 三相異步電動機的調速；三相異步電動機的調速；6.4 6.4 三相異步電動機的制動狀態(tài)；三相異步電動機的制動狀態(tài)；6.5 6.5 繞線式電動機進行調速和制動時繞線式電動機進行調速和制動時其電阻和轉速的計算。其電阻和轉速的計算。6.1.16.1.1三相異步電動機機械特性的三種表達式三相異步電動機機械特性的三種表達式 三相異步電動機的機械特性是指定子電壓、頻率及繞組參數(shù)都一定的三相異步電動機的機械特性是指定子電壓、頻率及繞組參數(shù)都一定的條件下，轉速與電磁轉

2、矩之間的關系式，即條件下，轉速與電磁轉矩之間的關系式，即n=f(Tem)。由于轉差率與。由于轉差率與轉速之間存在線性關系，故也可以用轉速之間存在線性關系，故也可以用s=f(Tem)表示三相異步電動機的表示三相異步電動機的機械特性。機械特性。 每極氣隙磁通。每極氣隙磁通。 式（式（6-16-1）表明，三相異步電動機的電磁轉矩）表明，三相異步電動機的電磁轉矩T Temem與氣隙磁通與氣隙磁通m m及轉子及轉子電流的有功分量電流的有功分量I I2 2成正比。成正比。 1 1、物理表達式、物理表達式220222222222221222122122221)(coscoscos2/2cos)2(cosSX

3、RRICIKpNmpfKNfImEImPTmTJmWmWemem電磁轉矩為電磁轉矩為 2222WTJKpNmCm 式中轉子體現(xiàn)的功因式中轉子體現(xiàn)的功因 轉矩常數(shù)轉矩常數(shù) 2、參數(shù)表達式、參數(shù)表達式由第由第5 5章所導出的三相異步電動機電磁轉矩表達式為章所導出的三相異步電動機電磁轉矩表達式為 （6-26-2）由異步電動機的近似等值電路可得轉子電流的折算值為由異步電動機的近似等值電路可得轉子電流的折算值為 （6-36-3）將式（將式（6-36-3）代入式（）代入式（6-26-2），可得三相異步電動機機械特性的參數(shù)），可得三相異步電動機機械特性的參數(shù)表達式為表達式為 （6-4） 由于式（由于式（6-

4、46-4）是用定子電壓、頻率和電機參數(shù)所表示的機械特性，）是用定子電壓、頻率和電機參數(shù)所表示的機械特性，所以稱作三相異步電動機的參數(shù)表達式。對應的特性曲線如圖所以稱作三相異步電動機的參數(shù)表達式。對應的特性曲線如圖6-16-1所所示。示。( (此式中含有此式中含有S=S=n n1 1-n/n-n/n1 1, ,應該也是應該也是n n= =f f(T(Temem)sRImPTemem22211122122112xxsRRUI22122122111xxsRRsRUmTem6.1.16.1.1三相異步電動機機械特性的三種表達式三相異步電動機機械特性的三種表達式emTCosIUKn155. 92KZUT

5、em2212212)()(XXSRRSRZ若表達為一般以轉速為縱坐標的機械特性若表達為一般以轉速為縱坐標的機械特性n n= =f f(T)(T)22122122111xxsRRsRUmTem其中其中而我們而我們已知已知機械特性上的三個特殊點（即同步速點、起動點和臨界點）為：機械特性上的三個特殊點（即同步速點、起動點和臨界點）為：（1 1）同步速點）同步速點A A（T Temem=0=0、n=n1） 當當T Temem=0=0時，轉速時，轉速n=nn=n1 1 （或（或s=0s=0） ，如圖，如圖6-16-1中中A A點所示，點所示，這時電動機以同步速這時電動機以同步速n n1 1旋轉，所以稱旋

6、轉，所以稱A A點為同步速點。點為同步速點。 (6-6)由式由式6-5可知可知（2 2）起動點）起動點B B（T Temem=T=Tstst） 電機起動時電機起動時n = 0,n = 0,（或（或s=1s=1），），Tem=TTem=Tstst, ,如圖如圖6-16-1中中B B點所示。點所示。將將s=1s=1代入式（代入式（6-46-4）可得起動轉矩為）可得起動轉矩為 （6-5） ，當定子電壓下降時，當定子電壓下降時，起動轉矩成平方倍的下降。起動轉矩成平方倍的下降。 與與 有關，對于鼠籠式電動機，有關，對于鼠籠式電動機，定義定義起動轉矩倍數(shù)起動轉矩倍數(shù)為：為：6.1.16.1.1三相異步電動

7、機機械特性的三種表達式三相異步電動機機械特性的三種表達式圖6-1三相異步電動機的機械特性22122122111xxRRRUmTst21stTUstT2R ststNTT(3)(3)臨界點臨界點C( )C( )及及 （ ） 電機工作在臨界點時，其轉差率為電機工作在臨界點時，其轉差率為 或或 ，稱作臨界轉差率，電機發(fā)，稱作臨界轉差率，電機發(fā)出的電磁轉矩為出的電磁轉矩為 或或 ，稱作最大轉矩，稱作最大轉矩, ,如圖如圖6-16-1中中C C點及點及 點所示。點所示。將式（將式（6-46-4）對轉差率）對轉差率s s求導，并令求導，并令 ，求出臨界轉差率為，求出臨界轉差率為 （6-76-7）將式（將式

8、（6-76-7）代入式（）代入式（6-46-4）中，得最大轉矩為）中，得最大轉矩為 （6-86-8）式（式（6-76-7）和式（）和式（6-86-8）中，正號對應電動狀態(tài)（第）中，正號對應電動狀態(tài)（第1 1象限中象限中C C點），負號對點），負號對應發(fā)電制動狀態(tài)（第應發(fā)電制動狀態(tài)（第2 2象限中的點）。象限中的點）。 6.1.16.1.1三相異步電動機機械特性的三種表達式三相異步電動機機械特性的三種表達式mmemssTT、CmmemssTT、msmsmTmTC221212xxRRssmm、0dsdTem22121121112xxRRUmTTmm、忽略忽略R R1 1，式（，式（6-76-7）和

9、（）和（6-86-8）可近似為）可近似為 （6-96-9） （6-106-10）1 1）當電機各參數(shù)和電源頻率不變時，）當電機各參數(shù)和電源頻率不變時， ，而，而 、 與與U U1 1無關無關; ;2 2）當電源電壓、頻率和定轉子電抗不變時，）當電源電壓、頻率和定轉子電抗不變時， ，而，而 、 與與R R2 2無關；無關；3 3）忽略）忽略R R1 1時，時， 、 ， 、 ；4 4）當電機定、轉子電阻、電抗及電源電壓都不變時，）當電機定、轉子電阻、電抗及電源電壓都不變時， 。定義定義最大轉矩與額定轉矩之比為過載倍數(shù)最大轉矩與額定轉矩之比為過載倍數(shù)，用，用 表示，即表示，即 （6-116-11）一

10、般異步電動機的一般異步電動機的 冶金起重用異步電動機的冶金起重用異步電動機的 。 反映了電機的短時過載的能力。反映了電機的短時過載的能力。 6.1.16.1.1三相異步電動機機械特性的三種表達式三相異步電動機機械特性的三種表達式212xxRssmm、2121112xxUmTTmm、21mTUmsms22RRssmm、mTmT121xxmsms121xxmTmT1121fpTTmm、mmmNTTm2 . 26 . 1m8 . 22 . 2m3 3、實用表達式、實用表達式將式（將式（6-86-8）除式（）除式（6-46-4），并考慮到式（），并考慮到式（6-76-7），得），得 化簡得三相異步電動

11、機的實用表達式為化簡得三相異步電動機的實用表達式為 （6-126-12）固有特性上的最大轉矩固有特性上的最大轉矩Tm及臨界轉差率及臨界轉差率 ：6.1.16.1.1三相異步電動機機械特性的三種表達式三相異步電動機機械特性的三種表達式2121222RRsssssRRsTTmmmmmemssssTTmmmem2mmNTT12mmNmNssmNs當時當時 ，得實用表達式的近似線性化公式為，得實用表達式的近似線性化公式為1 1）額定點）額定點當當 時，時， （ ）；）；2 2）起動點）起動點當當s=1s=1（n n0 0）時，）時， ；3 3）臨界點）臨界點當當 時，時， ；4 4）同步速點）同步速點

12、當當 s=0( )s=0( )時，時， 。圖6-4三相異步電動機的固有機械特性6.1.16.1.1三相異步電動機機械特性的三種表達式三相異步電動機機械特性的三種表達式Nss 0ssTTmmem211NUUemNTTNss NnnemstTTmNss emmmNTTT0emT1nn1 1、固有機械特性、固有機械特性 滿足滿足 ， f=50HZ f=50HZ ，定、轉子不外串電阻、電感和電容，定、轉子不外串電阻、電感和電容，按規(guī)定方式接線條件時的機械特性稱為固有機械特性，如圖按規(guī)定方式接線條件時的機械特性稱為固有機械特性，如圖6-46-4所示。所示。其對應的人為機械特性曲線如圖其對應的人為機械特性

13、曲線如圖6-56-5所示所示 2 2、人為機械特性、人為機械特性 從參數(shù)表達式（式從參數(shù)表達式（式6-46-4）可知，人為的改變電機的某些參數(shù)，機械）可知，人為的改變電機的某些參數(shù)，機械特性要隨之改變，所得到的機械特性稱作人為機械特性。特性要隨之改變，所得到的機械特性稱作人為機械特性。 （1 1）降低定子電壓時的人為機械特性）降低定子電壓時的人為機械特性 當定子電壓下降時，同步速不變；臨界轉差率不變，最大轉矩成平當定子電壓下降時，同步速不變；臨界轉差率不變，最大轉矩成平方倍的下降；起動轉矩成平方倍的下降，用下列示意圖表示。方倍的下降；起動轉矩成平方倍的下降，用下列示意圖表示。 LT圖6-5異步

14、機降低定子電壓時的人為機械特性)()(212111UTTUTTsnUststmmm不變、不變（2 2）轉子繞組串三相對稱電阻）轉子繞組串三相對稱電阻 繞線式異步機可以通過電刷和滑環(huán)裝置往轉子回路串三相對繞線式異步機可以通過電刷和滑環(huán)裝置往轉子回路串三相對稱電阻。當外串電阻增加時，同步速不變，最大轉矩不變，臨稱電阻。當外串電阻增加時，同步速不變，最大轉矩不變，臨界轉差率增加，起動轉矩變化，用下列示意圖表示。界轉差率增加，起動轉矩變化，用下列示意圖表示。其對應的人為機械特性曲線如圖其對應的人為機械特性曲線如圖6-66-6所示。所示。LT幾點說明：幾點說明：1 1）只能允許電壓從額定值向下調節(jié)，即）

15、只能允許電壓從額定值向下調節(jié)，即 。2 2）當負載接近于額定值時，三相異步電動機不允許欠電壓當負載接近于額定值時，三相異步電動機不允許欠電壓長期運行！長期運行！NUU 1變化不變、不變stmmTTsnR1圖6-6異步機轉子串對稱電阻時的人為機械特性3 3）定子串接三相對稱電阻（或電抗）定子串接三相對稱電阻（或電抗） 當定子回路串入三相對稱電阻（或電抗）時，同步速不變，臨界轉差率、當定子回路串入三相對稱電阻（或電抗）時，同步速不變，臨界轉差率、最大轉矩及起動轉矩都下降，用下列示意圖表示。最大轉矩及起動轉矩都下降，用下列示意圖表示。 圖圖6-76-7表示出了定子串對稱電阻時的人為機械特性曲線，定子

16、串電抗時的表示出了定子串對稱電阻時的人為機械特性曲線，定子串電抗時的人為特性曲線與定子串電阻時類似。人為特性曲線與定子串電阻時類似。1mmstnSTT不變)(11xR圖6-7異步機定子串對稱電阻時的人為機械特性 電動機從靜止狀態(tài)開始加速到以某一轉速穩(wěn)定運行的整個過程電動機從靜止狀態(tài)開始加速到以某一轉速穩(wěn)定運行的整個過程叫作起動過程，簡稱起動。叫作起動過程，簡稱起動。 （1 1）對起動時的主要要求）對起動時的主要要求要求起動轉矩足夠大，以保證生產機械能正常起動。要求起動轉矩足夠大，以保證生產機械能正常起動。在保證一定大小的的前提下，起動電流要越小越好。在保證一定大小的的前提下，起動電流要越小越好

17、。起動過程中，能量損耗要盡量小，起動時間要盡量短。起動過程中，能量損耗要盡量小，起動時間要盡量短。起動設備力求結構簡單，操作方便。起動設備力求結構簡單，操作方便。 （2 2）異步機的固有起動特性）異步機的固有起動特性 異步電動機直接投入電網(wǎng)起動稱作直接起動，異步電動機直接投入電網(wǎng)起動稱作直接起動，其起動特性稱為固有起動特性，如圖其起動特性稱為固有起動特性，如圖6-86-8所示。所示。 由圖可見：起動電流比較大起動轉矩比較小。由圖可見：起動電流比較大起動轉矩比較小。對于一般鼠籠式異步電動機，有對于一般鼠籠式異步電動機，有NstNstIITT11)74()0 . 20 . 1 (圖圖6-86-8異

18、步電動機的固有起動特性異步電動機的固有起動特性 起動轉矩小的后果：起動轉矩小的后果：若起動轉矩小于負載轉矩，即若起動轉矩小于負載轉矩，即 時，電機則不能起動起來。時，電機則不能起動起來。當起動轉矩略大于負載轉矩時，由運動方程式當起動轉矩略大于負載轉矩時，由運動方程式 可知，這可知，這時時 很小，使得起動時間拖長，從而影響生產機械的生產率。很小，使得起動時間拖長，從而影響生產機械的生產率。起動電流大會產生如下危害：起動電流大會產生如下危害：過大的沖擊電流會引起電網(wǎng)電壓瞬間下降，影響接在同一電網(wǎng)上的其過大的沖擊電流會引起電網(wǎng)電壓瞬間下降，影響接在同一電網(wǎng)上的其他電機或電氣設備的正常運行。他電機或電

19、氣設備的正常運行。頻繁起動使電機過熱，可能燒壞繞組。頻繁起動使電機過熱，可能燒壞繞組。LstTT dtdnGDTTLem3752dtnd /為什么為什么I ISTST是是4 47 7倍倍,T,TSTST卻小卻小? S=1,X? S=1,X2 2遠大于遠大于R R2 2,(,(虛部大虛部大)COS)COS小小,Temx,Temx小小. .COSICTmTJem2我們已經知道我們已經知道 直接起動也稱全壓起動，起動時通過三相閘刀開關或接觸器，將電動直接起動也稱全壓起動，起動時通過三相閘刀開關或接觸器，將電動機的定子繞組直接接通額定電壓的三相電源。直接起動是最簡單方便的機的定子繞組直接接通額定電壓的

20、三相電源。直接起動是最簡單方便的方法，只要滿足條件，應盡可能直接起動。方法，只要滿足條件，應盡可能直接起動。 一般來說功率小于一般來說功率小于7.5Kw的電機屬于小容量電機，均可以直接起動。的電機屬于小容量電機，均可以直接起動。對于大于對于大于7.5Kw的電機，如果供電變壓器容量相對電動機容量比較大，的電機，如果供電變壓器容量相對電動機容量比較大，符合下面的經驗公式，也可以直接起動。公式為符合下面的經驗公式，也可以直接起動。公式為式中式中,P,PH H 供電變壓器的總容量（供電變壓器的總容量（KVAKVA）；）； P PN N電動機的額定功率（電動機的額定功率（KwKw）；）； I I1st1

21、st電動機的起動電流；電動機的起動電流； I I1N1N電動機的額定電流。電動機的額定電流。11134stHNNIPIP（6-25） 一般小容量電機帶輕載可以采用直接起動的方法，因為小容量電機的一般小容量電機帶輕載可以采用直接起動的方法，因為小容量電機的起動電流小，由于軸上所帶的負載輕，可以滿足要求。起動電流小，由于軸上所帶的負載輕，可以滿足要求。 確定小容量電機，主要考慮電源變壓器的容量和供電線路的長短等因確定小容量電機，主要考慮電源變壓器的容量和供電線路的長短等因素。素。圖6-9三相異步電動機降壓起動時的電流與轉矩工作過程 對于大、中容量的鼠籠機，當負載較輕時可以采用降壓起動的方法。由對于

22、大、中容量的鼠籠機，當負載較輕時可以采用降壓起動的方法。由于電機的容量比較大，起動電流比較大，要解決的問題是限制起動電流。于電機的容量比較大，起動電流比較大，要解決的問題是限制起動電流。由于是輕載，可不考慮提高起動轉矩，但最后要校核起動轉矩是否大于負由于是輕載，可不考慮提高起動轉矩，但最后要校核起動轉矩是否大于負載轉矩。載轉矩。 起動時勵磁電流起動時勵磁電流 ，忽略，忽略 后，起動電流為后，起動電流為 （6-266-26） 起動轉矩為起動轉矩為 （6-276-27） 結論：結論：起動電流與電壓成比例的下降，而起動轉矩與電壓成平方倍的下降起動電流與電壓成比例的下降，而起動轉矩與電壓成平方倍的下降

23、。對應的降壓起動時的電流與轉矩的特性曲線如圖對應的降壓起動時的電流與轉矩的特性曲線如圖6-96-9所示。所示。stmII1mI122122111UxxRRUIst2122122122111UxxRRRUmTst 1 1、定子串電阻（或電抗）起動、定子串電阻（或電抗）起動 定子串電阻（或電抗）起動的線路圖如圖定子串電阻（或電抗）起動的線路圖如圖6-106-10（圖中為定子串電抗）所（圖中為定子串電抗）所示。起動時，電源開關示。起動時，電源開關K K1 1合，雙向開關投向合，雙向開關投向“起動起動”側，串入電抗（或電側，串入電抗（或電阻），待轉速接近穩(wěn)定值時，將阻），待轉速接近穩(wěn)定值時，將K K2

24、 2投向投向“運行運行”側，切除電抗（或電阻），側，切除電抗（或電阻），電機最后在全壓狀態(tài)下正常工作。電機最后在全壓狀態(tài)下正常工作。 式中，式中， 為降壓起動時起動電流、為降壓起動時起動電流、 為直接起動電流；為直接起動電流； 為降壓起動時起動轉矩、為降壓起動時起動轉矩、 為直接起動轉矩。為直接起動轉矩。結論：結論：若降壓起動時電壓為直接起動電壓的若降壓起動時電壓為直接起動電壓的a a倍，則降壓時起動電流也為倍，則降壓時起動電流也為直接起動電流的直接起動電流的a a倍，但起動轉矩為直接起動時的倍，但起動轉矩為直接起動時的a a2 2倍，由于起動轉矩下倍，由于起動轉矩下降倍數(shù)較多，需校核是否滿足

25、。降倍數(shù)較多，需校核是否滿足。（1 1）起動電流）起動電流 和起動轉矩和起動轉矩設設a a為起動電壓降低的倍數(shù)，則有為起動電壓降低的倍數(shù)，則有stI1stT11ststIIa2ststTTastI1stT1stIstT（6-30） （6-29） 圖圖6-106-10定子串電阻（或電抗）降壓起動線路定子串電阻（或電抗）降壓起動線路 2 2、自耦變壓器的降壓起動、自耦變壓器的降壓起動 利用自耦變壓器降壓起動線路見圖利用自耦變壓器降壓起動線路見圖6-11a6-11a。起動時，開關投向。起動時，開關投向“起動起動”側，變壓器的原邊接電源，副邊接電動機使電動機降壓起動起來，當轉側，變壓器的原邊接電源，副

26、邊接電動機使電動機降壓起動起來，當轉速升到接近穩(wěn)定轉速時，將速升到接近穩(wěn)定轉速時，將K K投向投向“運行運行”側，自耦變壓器從電源切除，側，自耦變壓器從電源切除，電動機接上全壓正常運行。電動機接上全壓正常運行。 （a a）原理線路圖）原理線路圖 (b)(b)一相的等值電路一相的等值電路圖圖6-116-11自耦變壓器降壓起動自耦變壓器降壓起動結論：結論：自耦變壓器降壓起動時，從電源吸收的起動電流自耦變壓器降壓起動時，從電源吸收的起動電流 與起與起動轉矩動轉矩 都為直接起動時的都為直接起動時的 倍。倍。 現(xiàn)分析采用自耦變壓器起動時的起動電流現(xiàn)分析采用自耦變壓器起動時的起動電流 和起動轉矩和起動轉矩

27、 。 由于主要考慮起動電流對電網(wǎng)的影響，因此，這時的起動電流指得是由于主要考慮起動電流對電網(wǎng)的影響，因此，這時的起動電流指得是從電網(wǎng)輸入的電流從電網(wǎng)輸入的電流 ，而不是電機本身的電流，而不是電機本身的電流 。設自耦變壓器的變比為設自耦變壓器的變比為a，由圖，由圖6-11b，可分析有，可分析有stI1stT2IstI11212ststIIIaa2ststTTa （6-36） （6-37） 式中，式中， 為降壓起動時起動電流、為降壓起動時起動電流、 為直接起動電流；為直接起動電流； 為降壓起動時起動轉矩、為降壓起動時起動轉矩、 為直接起動轉矩。為直接起動轉矩。stI1stTstTstI21astI

28、1stT優(yōu)點：優(yōu)點：起動轉矩和起動電流下降的倍數(shù)相同，而不像定子串電阻（或電抗）起動轉矩和起動電流下降的倍數(shù)相同，而不像定子串電阻（或電抗） 那樣，限于很輕的負載才能起動。且起動電流和起動轉矩可適當調節(jié)。那樣，限于很輕的負載才能起動。且起動電流和起動轉矩可適當調節(jié)。缺點：缺點：設備復雜，體積大，重量重，價格較貴，維修麻煩，且不允許頻繁設備復雜，體積大，重量重，價格較貴，維修麻煩，且不允許頻繁起動。起動。3 3、星形、星形三角（三角（Y-Y-）降壓起動）降壓起動 星形星形三角（三角（Y-Y-）降壓起動時的線路圖如圖）降壓起動時的線路圖如圖6-12a6-12a所示。起動時，所示。起動時，將將K K

29、投入接通電源，再將投入接通電源，再將k k1 1投入起動側，電機定子投入起動側，電機定子“Y”Y”接，相電壓為額定接，相電壓為額定電壓的電壓的 ，降壓起動，待轉速上升到接近穩(wěn)定轉速時，將，降壓起動，待轉速上升到接近穩(wěn)定轉速時，將k k1 1投向投向“”運行側，電機接，以額定電壓全壓運行。運行側，電機接，以額定電壓全壓運行。 Y-Y-起動用于起動用于正常運行時是正常運行時是“”接的電機。接的電機。 （a a）線路圖）線路圖 (b)(b)三角形直接起動三角形直接起動 (c)(c)星形降壓起動星形降壓起動圖圖6-126-12星形星形- -三角形降壓起動三角形降壓起動13結論：結論：Y-Y-起動時的起

30、動轉矩和起動電流均為直接起動時的起動時的起動轉矩和起動電流均為直接起動時的 ，且大小，且大小不可調。不可調。 現(xiàn)分析采用現(xiàn)分析采用Y-起動時的起動電流起動時的起動電流 和起動轉矩和起動轉矩 。由圖由圖6-12c6-12c及及6-12b6-12b可分析得可分析得stI1stT （6-38） （6-39） 式中，式中， 為降壓起動時起動電流、為降壓起動時起動電流、 為直接起動電流；為直接起動電流； 為降壓起動時起動轉矩、為降壓起動時起動轉矩、 為直接起動轉矩。為直接起動轉矩。stI1stTstTstI優(yōu)點：優(yōu)點：設備簡單，操作方便，維護方便，起動電流?。辉O備簡單，操作方便，維護方便，起動電流小；缺

31、點：缺點：起動轉矩不可調，且比較小，故只適用于輕載或空載起動時且正常起動轉矩不可調，且比較小，故只適用于輕載或空載起動時且正常運行是接的電動機。運行是接的電動機。ststTT31ststII113131 （4 4）延邊三角形起動）延邊三角形起動 定子繞組共有定子繞組共有9 9個出線端，每相有個出線端，每相有3 3個出線端：首段、尾端和中間抽頭，個出線端：首段、尾端和中間抽頭，起動時按圖起動時按圖6-13b6-13b接線，其接線，其1-71-7，2-82-8，3-93-9部分為星形接法，部分為星形接法，7-47-4，8-58-5，9-69-6為三角形接法，整個繞組像每相都延長了的三角形，故稱為延

32、邊三角為三角形接法，整個繞組像每相都延長了的三角形，故稱為延邊三角形連接。起動時定子接成延邊三角形，當轉速升至接近穩(wěn)定轉速時，三形連接。起動時定子接成延邊三角形，當轉速升至接近穩(wěn)定轉速時，三相繞組改接成三角形接法，電機正常運行。相繞組改接成三角形接法，電機正常運行。 （a a）三角形直接起動）三角形直接起動 (b)(b)延邊三角形降壓起動延邊三角形降壓起動 （c c）延邊三角形等效星形）延邊三角形等效星形 圖圖6-136-13延邊三角形降壓起動延邊三角形降壓起動結論：結論：延邊三角形起動時，起動轉矩和起動電流下降的倍數(shù)相同。延邊三角形起動時，起動轉矩和起動電流下降的倍數(shù)相同。 現(xiàn)分析采用延邊三

33、角形起動時的起動電流現(xiàn)分析采用延邊三角形起動時的起動電流 和起動轉矩和起動轉矩 。由圖由圖6-12c6-12c及及6-12b6-12b可分析得可分析得stI1stT （6-42 ） （6-43） 式中，式中， 為降壓起動時起動電流、為降壓起動時起動電流、 為直接起動電流；為直接起動電流； 為降壓起動時起動轉矩、為降壓起動時起動轉矩、 為直接起動轉矩；為直接起動轉矩； a a為每相繞組的兩段阻抗比為每相繞組的兩段阻抗比 。 stI1stTstTstI優(yōu)點：優(yōu)點：設備簡單，起動電流和起動轉矩降低倍數(shù)可根據(jù)事先設備簡單，起動電流和起動轉矩降低倍數(shù)可根據(jù)事先要求選擇。要求選擇。缺點：缺點：電動機需特殊

34、訂購，且抽頭位置一旦選定，就無法改電動機需特殊訂購，且抽頭位置一旦選定，就無法改變，限制了此方法的使用。變，限制了此方法的使用。11131ststIaIa131ststTaTa12KKZaZ1111313ststststststIIITTT改變抽頭位置，改變抽頭位置，a a改變改變 ，起動電流和起動轉矩的調節(jié)范圍為，起動電流和起動轉矩的調節(jié)范圍為著重介紹新技術軟啟動著重介紹新技術軟啟動-(-(教材教材P226-229)P226-229) 1 1、深槽轉子式異步電動機、深槽轉子式異步電動機 起動時起動時n=0(s=1)n=0(s=1)，轉子電流的頻率較高（，轉子電流的頻率較高（ ），因而漏電抗較

35、），因而漏電抗較大，故有轉子漏電抗大大于轉子電阻，即大，故有轉子漏電抗大大于轉子電阻，即 ，這時轉子電流的分，這時轉子電流的分配取決于漏電抗的大小，產生集膚效應現(xiàn)象，其電流密度特性曲線如圖配取決于漏電抗的大小，產生集膚效應現(xiàn)象，其電流密度特性曲線如圖6-16b6-16b所示。由于電流主要集中在導體的上部，下部很小，相當于轉子導所示。由于電流主要集中在導體的上部，下部很小，相當于轉子導體的有效截面積減小（見圖體的有效截面積減?。ㄒ妶D6-16c6-16c），使得轉子電阻增加，即減小了起動），使得轉子電阻增加，即減小了起動電流又提高了起動轉矩，改善了電機的起動性能。電流又提高了起動轉矩，改善了電機的

36、起動性能。 （a a）轉子漏磁通）轉子漏磁通 (b)(b)電流密度的分布電流密度的分布 (c)(c)轉子導條的有效截面轉子導條的有效截面圖圖6-166-16深槽式異步機深槽式異步機112fsff22Rx 1 1、深槽轉子式異步電動機、深槽轉子式異步電動機 起動結束后正常運行時，電機的轉速較高（轉差率起動結束后正常運行時，電機的轉速較高（轉差率s s較小），較小）， ，由于轉子頻率很低，使得漏抗較小，故有，由于轉子頻率很低，使得漏抗較小，故有 ，電，電流的分配取決于轉子電阻，而各個小導體的電阻是相等的，因此整個轉流的分配取決于轉子電阻，而各個小導體的電阻是相等的，因此整個轉子導體中的電流是均勻分

37、配的，導體電阻減小到接近直流電阻，使得銅子導體中的電流是均勻分配的，導體電阻減小到接近直流電阻，使得銅耗小，效率高，且電機工作在較硬的機械特性上。耗小，效率高，且電機工作在較硬的機械特性上。結論：結論：深槽電機的轉子電阻隨轉速的上升而自動減小。即改善了起動性深槽電機的轉子電阻隨轉速的上升而自動減小。即改善了起動性能又不影響電機的正常運行。能又不影響電機的正常運行。 （a a）轉子漏磁通）轉子漏磁通 (b)(b)電流密度的分布電流密度的分布 (c)(c)轉子導條的有效截面轉子導條的有效截面圖圖6-166-16深槽式異步機深槽式異步機HZsff311222xR 2 2、雙鼠籠式異步電動機、雙鼠籠式

38、異步電動機 雙鼠籠異步機的轉子結構如圖雙鼠籠異步機的轉子結構如圖6-17a6-17a所示。電動機轉子上有兩套繞組，所示。電動機轉子上有兩套繞組，即上籠和下籠，通常上籠用電阻率高的材料（如黃銅或青銅）制成，即上籠和下籠，通常上籠用電阻率高的材料（如黃銅或青銅）制成，且截面較小，因而轉子電阻較大；下籠用電阻率小的材料（如紫銅）制且截面較小，因而轉子電阻較大；下籠用電阻率小的材料（如紫銅）制成，且截面較大，因而轉子電阻較小。成，且截面較大，因而轉子電阻較小。 當導體中有電流時，下籠交鏈的磁通比上籠的多，所以當導體中有電流時，下籠交鏈的磁通比上籠的多，所以 。 圖圖6-176-17雙鼠籠式異步機雙鼠籠

39、式異步機22xx下上 2 2、雙鼠籠式異步電動機、雙鼠籠式異步電動機起動時轉差率起動時轉差率s=1，轉子電流的頻率，轉子電流的頻率 比較大，因而比較大，因而 ，轉，轉子電流的分配取決于漏抗。由于下籠的漏抗比上籠大得多，電流主要流子電流的分配取決于漏抗。由于下籠的漏抗比上籠大得多，電流主要流過上籠，上籠的電阻較大，使得起動電流較小而起動轉矩較大，改善了過上籠，上籠的電阻較大，使得起動電流較小而起動轉矩較大，改善了起動性能，由于起動時主要是上籠起作用，所以上籠也稱作起動性能，由于起動時主要是上籠起作用，所以上籠也稱作“起動籠起動籠”。正常運行時，正常運行時， 很小，使得漏抗很小，所以有很小，使得漏

40、抗很小，所以有 ， 的分配取決于的分配取決于電阻，由于下籠的電阻小于上籠，所以電流主要從下籠流過。正常運行電阻，由于下籠的電阻小于上籠，所以電流主要從下籠流過。正常運行時主要是下籠起作用，所以下籠也稱作時主要是下籠起作用，所以下籠也稱作“運行籠運行籠”。 圖圖6-176-17雙鼠籠式異步機雙鼠籠式異步機112fsff22xR2f22xR2I 2 2、雙鼠籠式異步電動機、雙鼠籠式異步電動機 雙鼠籠異步機可以看成是兩臺鼠籠機同軸連接，其機械特性見圖雙鼠籠異步機可以看成是兩臺鼠籠機同軸連接，其機械特性見圖6-6-17c17c，可見其起動轉矩較大，且正常運行時電機工作在特性較硬的機械特，可見其起動轉矩

41、較大，且正常運行時電機工作在特性較硬的機械特性上，具有較好的起動特性和正常運行特性。性上，具有較好的起動特性和正常運行特性。優(yōu)點：優(yōu)點：改善了起動性能，且不影響正常運行。改善了起動性能，且不影響正常運行。缺點：缺點：和普通的鼠籠機相比，因轉子漏電抗較大，額定功率因數(shù)及最大和普通的鼠籠機相比，因轉子漏電抗較大，額定功率因數(shù)及最大轉矩稍低，而且用銅量多，價格貴，制造工藝復雜。一般用在要求起動轉矩稍低，而且用銅量多，價格貴，制造工藝復雜。一般用在要求起動轉矩較高的生產機械上。轉矩較高的生產機械上。(c) (c) 雙鼠籠式異步機的機械特性雙鼠籠式異步機的機械特性 圖圖6-176-17雙鼠籠式異步機雙鼠

42、籠式異步機 對于大中容量電機的重載起動，既要限制起動電流，又要提高起動對于大中容量電機的重載起動，既要限制起動電流，又要提高起動轉矩。三相繞線式異步電動機可采用轉子串電阻和轉子串頻敏變阻器兩轉矩。三相繞線式異步電動機可采用轉子串電阻和轉子串頻敏變阻器兩種起動方式。種起動方式。 繞線式異步電動機轉子串起動時，三相轉子繞組通過滑環(huán)和電刷裝置繞線式異步電動機轉子串起動時，三相轉子繞組通過滑環(huán)和電刷裝置串接對稱電阻，然后將定子繞組接通電源使電機起動起來，隨著轉速的串接對稱電阻，然后將定子繞組接通電源使電機起動起來，隨著轉速的升高逐步切除電阻，直到轉子電阻全部切除。待轉速穩(wěn)定后將滑環(huán)短接升高逐步切除電阻

43、，直到轉子電阻全部切除。待轉速穩(wěn)定后將滑環(huán)短接切除起動電阻，電機正常運行。切除起動電阻，電機正常運行。1 1、轉子回路串對稱電阻分級起動、轉子回路串對稱電阻分級起動 對于大中容量電機的重載起動，既要限制起動電流，又要提高起動對于大中容量電機的重載起動，既要限制起動電流，又要提高起動轉矩。三相繞線式異步電動機可采用轉子串電阻和轉子串頻敏變阻器兩轉矩。三相繞線式異步電動機可采用轉子串電阻和轉子串頻敏變阻器兩種起動方式。種起動方式。 （1）起動過程）起動過程 開始起動時，將全部電阻開始起動時，將全部電阻串入轉子回路，電機沿著特串入轉子回路，電機沿著特性性3從從a點開始起動，到達點開始起動，到達b點時

44、，切除點時，切除 ，工作點從，工作點從b到到c，工作點沿著特性，工作點沿著特性2到達到達d點時，切除點時，切除 ，工作點從，工作點從d點到達點到達e點，沿著特性點，沿著特性1升升速，到達速，到達f點時，切除掉最后點時，切除掉最后一段電阻一段電阻 ，工作點從，工作點從f點點到達到達g點，最后沿著固有特點，最后沿著固有特性升速到性升速到j點，這時點，這時 ，電機，電機在在j點穩(wěn)定運行，起動過程結點穩(wěn)定運行，起動過程結束束。 (b)轉子電路轉子電路 (c)起動特性起動特性圖圖6-18繞線式異步機轉子串電阻起動繞線式異步機轉子串電阻起動1 1、轉子回路串對稱電阻分級起動、轉子回路串對稱電阻分級起動3R

45、1R2R 對于大中容量電機的重載起動，既要限制起動電流，又要提高起動對于大中容量電機的重載起動，既要限制起動電流，又要提高起動轉矩。三相繞線式異步電動機可采用轉子串電阻和轉子串頻敏變阻器兩轉矩。三相繞線式異步電動機可采用轉子串電阻和轉子串頻敏變阻器兩種起動方式。種起動方式。 （2）起動電阻的計算）起動電阻的計算 解析法：可以推導出解析法：可以推導出 （6-59）1 1、轉子回路串對稱電阻分級起動、轉子回路串對稱電阻分級起動 （6-57） （6-58）)1(122331211222211) 1(11mmmmRRRRRRRRRRRRRRRRRR）總（總總總總總總總）（）（lglg1 NNsTTm

46、1NmNTTS求解起動電阻一般有兩種情況：求解起動電阻一般有兩種情況：（1）起動級數(shù)起動級數(shù)m已知已知 首先選定首先選定T1，由式（，由式（6-57）計算出）計算出 ，校核是否滿，校核是否滿足足 ，若不滿足，則需修正若不滿足，則需修正 ，將，將 代入式（代入式（6-59），即可求出各級轉子總電），即可求出各級轉子總電阻或外串電阻，其中轉子本身的電阻可用式阻或外串電阻，其中轉子本身的電阻可用式 求得。求得。（2）起動級數(shù)起動級數(shù)m未知未知 首先預求出首先預求出 ，再根據(jù)式（，再根據(jù)式（6-58）預求出起動級）預求出起動級數(shù)數(shù) ，一般，一般 不為整數(shù)，將不為整數(shù)，將 加大到相鄰的整數(shù)加大到相鄰的整

47、數(shù) ，將，將 代入式（代入式（6-57）求出）求出 ，校核是否滿足，校核是否滿足T2 （或（或T1），最后將），最后將 代入（代入（6-50）或式）或式（6-59），即可求出各級轉子總電阻或外串電阻。），即可求出各級轉子總電阻或外串電阻。LTT)2 . 11 . 1 (2NNNIEsR22231122()TTTT、 自選或給定m m mm 2 2、轉子串頻敏變阻的起動、轉子串頻敏變阻的起動 頻敏變阻器的結構圖見圖頻敏變阻器的結構圖見圖6-19a，外形與一臺沒有副邊的三相變壓器，外形與一臺沒有副邊的三相變壓器相似，鐵心不是用硅鋼片，而是用厚鋼板疊成，每相只有一個線圈，分別相似，鐵心不是用硅鋼片，

48、而是用厚鋼板疊成，每相只有一個線圈，分別套在三個鐵心柱上，三相繞組套在三個鐵心柱上，三相繞組Y形連接，三個出線端通過滑環(huán)和電刷裝置形連接，三個出線端通過滑環(huán)和電刷裝置與繞線式異步機轉子繞組的三根引出線對接。與繞線式異步機轉子繞組的三根引出線對接。(a)頻敏變阻器結構圖 圖6-19繞線式異步機轉子串頻敏變阻器起動開始起動時，開始起動時， ，轉子頻率，轉子頻率 最高，而鐵耗近似與頻率的平最高，而鐵耗近似與頻率的平方成正比，所以鐵耗較大，方成正比，所以鐵耗較大， 也較大，相當于轉子中串入了一個較大電阻也較大，相當于轉子中串入了一個較大電阻起動，降低了起動電流，提高了起動轉矩。這時勵磁電抗起動，降低了

49、起動電流，提高了起動轉矩。這時勵磁電抗 的值因頻率較高的值因頻率較高也比較大。也比較大。10sn，112fsff 2 2、轉子串頻敏變阻的起動、轉子串頻敏變阻的起動 頻敏變阻器的等值電路與變壓器空載時相似，如圖頻敏變阻器的等值電路與變壓器空載時相似，如圖6-19b（虛線框內（虛線框內部分）所示，部分）所示， 是反映鐵耗的等值電阻，因鐵心片較厚，故鐵耗較大，是反映鐵耗的等值電阻，因鐵心片較厚，故鐵耗較大， 也較大。磁密設計的較高，鐵心飽和，使得勵磁電抗也較大。磁密設計的較高，鐵心飽和，使得勵磁電抗 較小。較小。mRmRmRmxmR 隨著轉速的升高（隨著轉速的升高（s下降），轉子頻率下降，鐵耗下降

50、，勵磁電阻下降），轉子頻率下降，鐵耗下降，勵磁電阻 下下降，自動的減小起動電阻。勵磁電抗降，自動的減小起動電阻。勵磁電抗 也自動下降。也自動下降。 正常運行時，轉速較高（正常運行時，轉速較高（ S很小），很小）， 和和 都很小，頻敏變阻器基本不都很小，頻敏變阻器基本不起作用，使電機工作在較硬的機械特性上，這時應將頻敏變阻器切除掉。起作用，使電機工作在較硬的機械特性上，這時應將頻敏變阻器切除掉。mRmx (b)一相等值電路一相等值電路 （c）機械特性）機械特性圖圖6-19繞線式異步機轉子串頻敏變阻器起動繞線式異步機轉子串頻敏變阻器起動異步電動機的主要調速方法如下所示：異步電動機的主要調速方法如下

51、所示： 改變極對數(shù)調速改變極對數(shù)調速 改變定子頻率調速改變定子頻率調速異步電動機的速度調節(jié)異步電動機的速度調節(jié) 改變定子電壓調速改變定子電壓調速 改變轉子電阻調速改變轉子電阻調速 改變轉差率調速改變轉差率調速 雙饋調速及串級調速雙饋調速及串級調速 電磁滑差離合器調速電磁滑差離合器調速1、變極原理、變極原理 假設一相繞組有兩個線圈，當兩個線圈是正向串聯(lián)時，如圖假設一相繞組有兩個線圈，當兩個線圈是正向串聯(lián)時，如圖6-20a所所示，由圖中可見其電流的流向和磁場分布，極數(shù)為示，由圖中可見其電流的流向和磁場分布，極數(shù)為4；如將兩個線圈反向；如將兩個線圈反向串聯(lián)（如圖串聯(lián)（如圖6-20b所示）或是反向并聯(lián)

52、（如圖所示）或是反向并聯(lián)（如圖c所示），第二個線圈中的所示），第二個線圈中的電流改變了方向，極數(shù)變?yōu)殡娏鞲淖兞朔较?，極數(shù)變?yōu)?。結論：如果改變接線方式，使半相繞組中的電流改變方向，極對數(shù)成倍的結論：如果改變接線方式，使半相繞組中的電流改變方向，極對數(shù)成倍的 改變。改變。a)2p=4 b)2p=2 c)2p=2 圖圖6-20改變極對數(shù)時，一相繞組的改接方法改變極對數(shù)時，一相繞組的改接方法2 2、典型的變極線路、典型的變極線路 圖圖6-21a為為 變極線路，圖變極線路，圖6-21b為為 變極線路變極線路。(b) 變極調速線路變極調速線路圖圖6-21典型的變極調速線路典型的變極調速線路(a) 變極調

53、速線路變極調速線路3 3、變極調速前后的機械特性、變極調速前后的機械特性 (a) YYY 圖圖6-22變極調速的機械特性變極調速的機械特性0emTYYYnn1120n 、YYY 變極調速時變極調速時 mYmYYTT2mYmYYssstYstYYTT2 、3 3、變極調速前后的機械特性、變極調速前后的機械特性 (b) 圖圖6-22變極調速的機械特性變極調速的機械特性0emT112nnYYmmYYTT32mmYYss23stYYstTT0n、 、YY 變極調速時變極調速時 4、調速性質、調速性質（1）YYY YYY變極調速屬于恒轉矩調速方式變極調速屬于恒轉矩調速方式、 、（2）YY YY變極調速屬

54、于恒功率調速方式變極調速屬于恒功率調速方式5、有關變極調速的幾點說明、有關變極調速的幾點說明變極電機是鼠籠機變極電機是鼠籠機；變極電機要專門設計制造變極電機要專門設計制造；有級調速有級調速；為了保證變極前后轉速的方向不變，變極時需換相序為了保證變極前后轉速的方向不變，變極時需換相序。優(yōu)點：操作簡單方便，機械特性較硬，效率高，適用于優(yōu)點：操作簡單方便，機械特性較硬，效率高，適用于 恒轉矩也適用于恒功率負載。恒轉矩也適用于恒功率負載。缺點：有級調速，且級數(shù)有限，平滑性差。缺點：有級調速，且級數(shù)有限，平滑性差。1、變頻調速時頻率和電壓的配合、變頻調速時頻率和電壓的配合 若忽略定子阻抗，定子外加相電壓

55、若忽略定子阻抗，定子外加相電壓 近似為感應電勢近似為感應電勢 ，表達式為，表達式為 由上式得由上式得 、 、 若調節(jié)若調節(jié) （基頻下調），當電壓（基頻下調），當電壓 保持不變時，保持不變時，由式（由式（6-68）可知，可知，這時這時 ，使磁路飽和，勵磁電流明顯增加，功率因數(shù)增加，使磁路飽和，勵磁電流明顯增加，功率因數(shù)增加，鐵耗增加，鐵心發(fā)熱嚴重。因此，要求鐵耗增加，鐵心發(fā)熱嚴重。因此，要求 以保證在變頻調速的過程中滿足以保證在變頻調速的過程中滿足 。 若調節(jié)若調節(jié) （基頻上調），不允許（基頻上調），不允許 ，若改變頻率時電壓，若改變頻率時電壓 保保持不變，由式（持不變，由式（6-68）可見，當

56、）可見，當 ，有，有 。鐵心沒有得到。鐵心沒有得到充分利用，但能安全運行，如同直流機弱磁調速。充分利用，但能安全運行，如同直流機弱磁調速。mwkNfEU1111144. 411111144. 4fUKkNfUwmNff 111NUUmNmNNfUfU111mNmNff 1（6-68）11NUUNff 1mNm2、機械特性、機械特性（1）基頻下調基頻下調、 、（2）基頻上調）基頻上調變化、stXmNmXmXXNXTnnTnff1)(stXmNmXmXXNXTnnTnff、1)(（a）基頻下調）基頻下調 （b）基頻上調）基頻上調圖圖6-24變頻調速的機械特性變頻調速的機械特性基頻下調的機械特性見圖

57、基頻下調的機械特性見圖6-24（a）。）。基頻上調的機械特性見圖基頻上調的機械特性見圖6-24（b）。）。3、調速性質：、調速性質：（1）基頻下調）基頻下調、 、（2）基頻上調）基頻上調4、變頻調速的特點：、變頻調速的特點：優(yōu)點：優(yōu)點： 1）機械特性硬、精度高、調速范圍大；機械特性硬、精度高、調速范圍大； 2）無級調速，無級調速， 可連續(xù)調節(jié)，使得轉速可連續(xù)調節(jié)，使得轉速 連續(xù)變化，平滑性好；連續(xù)變化，平滑性好； 3）運行時轉差率運行時轉差率 小，效率高；小，效率高； 4）按不同的控制方式可實現(xiàn)恒轉矩和恒功率調速。按不同的控制方式可實現(xiàn)恒轉矩和恒功率調速。缺點：缺點： 1）需要較復雜的變頻電源

58、，初投資大；需要較復雜的變頻電源，初投資大； 2）基頻上調時，最大轉矩基頻上調時，最大轉矩 下降較多，不安全。當頻率下降較多，不安全。當頻率 比較大時，比較大時， 定轉子電抗增大，使得功率因數(shù)下降。定轉子電抗增大，使得功率因數(shù)下降。 基頻下調屬于恒轉矩調速方式基頻下調屬于恒轉矩調速方式基頻基頻上上調屬于恒調屬于恒功率功率調速方式調速方式6.3.3改變定子電壓調速改變定子電壓調速1、調速原理及調速性能、調速原理及調速性能、 、 三相三相異步機降壓異步機降壓調速調速時，若帶恒轉矩負載時，若帶恒轉矩負載(見圖見圖6-27中中TL1) ，由于只，由于只能工作在機械特性的線性區(qū)能工作在機械特性的線性區(qū),

59、非線性區(qū)不能穩(wěn)定運行非線性區(qū)不能穩(wěn)定運行,見見A、B兩點，兩點，所以所以調速范圍很小調速范圍很小。另外，當負載轉矩接近于額定轉矩時，欠電壓長期運行電另外，當負載轉矩接近于額定轉矩時，欠電壓長期運行電流超過額定值使電機過熱。若帶通風機負載流超過額定值使電機過熱。若帶通風機負載（見圖中（見圖中TL2） ，穩(wěn)定運行區(qū)域，穩(wěn)定運行區(qū)域擴大，擴大，見見圖中圖中C、D、E各工作點，但低速時，電動機電流大，功率因數(shù)低各工作點，但低速時，電動機電流大，功率因數(shù)低。 高轉差率鼠籠機的機械特性見圖高轉差率鼠籠機的機械特性見圖6-27b，帶恒轉矩負載時，定子電壓降，帶恒轉矩負載時，定子電壓降低可得到圖中低可得到圖中

60、A、B、C各穩(wěn)定運行點。擴大各穩(wěn)定運行點。擴大了了調速范圍。但降壓后特性變調速范圍。但降壓后特性變軟，其靜差率常不能滿足生產機械要求，且低速時過載能力差。軟，其靜差率常不能滿足生產機械要求，且低速時過載能力差。 （a）普通鼠籠機）普通鼠籠機 （b）高轉差率鼠籠機或繞線機串電阻）高轉差率鼠籠機或繞線機串電阻 圖圖6-27降壓調速機械特性降壓調速機械特性 6.3.3改變定子電壓調速改變定子電壓調速、 、 為了提高降壓調速時機械特性的硬度，增大鼠籠式異步機的調速范圍，為了提高降壓調速時機械特性的硬度，增大鼠籠式異步機的調速范圍，可以采用兩種方案：（可以采用兩種方案：（1）采用速度閉環(huán)控制系統(tǒng)；）采用