5.1三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式5.2三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性5.3三相異步電動機(jī)的啟動5.4三相異步電動機(jī)的制動5.5三相異步電動機(jī)的調(diào)速小結(jié)三相異步電動機(jī)的電力拖動5.1三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式

在第4章我們學(xué)習(xí)了三相異步電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的基本公

式T=Pem/Ω1，下面根據(jù)此公式進(jìn)一步分析電磁轉(zhuǎn)矩的三種表

達(dá)式。5.1.1電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式

若把

和代入異步電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的基本公式

中，可得

(5-1)

例5.1為何在農(nóng)村的“雙搶”期間，作為動力設(shè)備的三相異步電動機(jī)易燒毀?

解電動機(jī)的燒毀是指繞組過電流嚴(yán)重，繞組的絕緣因過熱損壞，造成繞組短路等故障。由于“雙搶”期間，水泵、打稻機(jī)等農(nóng)用機(jī)械用量大，用電量增加很多，電網(wǎng)電流增大，線路壓降增大，使電源電壓下降較多，這樣影響到農(nóng)用電動機(jī)，使其主磁通大為下降，在同樣的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，由式(5-1)可知轉(zhuǎn)子電流大為增加，盡管主磁通下降，空載電流也會下降，但它下降的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及轉(zhuǎn)子電流增加的程度大，根據(jù)磁動勢平衡方程式，定子電流也將大為增加，長期超過額定值就會發(fā)生“燒機(jī)”現(xiàn)象。5.1.2電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式

由于電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式不能直接反映轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，而電力拖動系統(tǒng)卻常常需要用轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)行分析，故推導(dǎo)參數(shù)表達(dá)式如下：

因?yàn)楦鶕?jù)三相異步電動機(jī)的近似等效電路又可知把以上兩式和Ω1=2πf1／p代入公式T=Pem／Ω1中，

可得

(5-2)圖5-1三相異步電動機(jī)的T－s曲線由圖5-1可知，在s值很小的區(qū)間，T∝s，該段稱為線性區(qū)；在s值較大的區(qū)間，T∝1/s，該段稱為非線性區(qū)。因此

T－s曲線為一條二次曲線，在某一轉(zhuǎn)差率sm時(shí)，轉(zhuǎn)矩有一最大值Tmax，稱為異步電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。

令dT/ds=0可求得產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩Tmax時(shí)的臨界轉(zhuǎn)差率sm為

(5-3)把式(5-3)代入式(5-2)可求得最大轉(zhuǎn)矩Tmax為

(5-4)

Tmax是異步電動機(jī)可能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩。如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL>Tmax，電動機(jī)將因承擔(dān)不了而停轉(zhuǎn)。為保證電動機(jī)不會因短時(shí)過載而停轉(zhuǎn)，要求其額定轉(zhuǎn)矩TN<Tmax。我們把最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值稱為過載倍數(shù)或過載能力，用λm表示，即

λm是異步電動機(jī)的一個(gè)重要性能指標(biāo)，它反映了電動機(jī)短時(shí)過載的極限。一般異步電動機(jī)的過載倍數(shù)為λm=1.8～3.0，對于起重冶金用的異步電動機(jī)，其λm可達(dá)3.5。

除了Tmax外，異步電動機(jī)還有另一個(gè)重要參數(shù)，即啟動轉(zhuǎn)矩Tst，它是異步電動機(jī)接至電源開始啟動時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩，此時(shí)s=1(n=0)，因此將s=1代入式(5-2)，可得

(5-5)對籠型異步電動機(jī)，其啟動轉(zhuǎn)矩不能用轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)電阻的方法來改變，我們把它的啟動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值稱為啟動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，用Kst表示，即*5.1.3電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用表達(dá)式

上述參數(shù)表達(dá)式，對于分析電磁轉(zhuǎn)矩與電動機(jī)參數(shù)間的關(guān)系，進(jìn)行某些理論分析，是非常有用的。但是，由于在電動機(jī)的產(chǎn)品目錄中，定子及轉(zhuǎn)子的內(nèi)部參數(shù)是查不到的，往往只給出額定功率PN、額定轉(zhuǎn)速nN及過載倍數(shù)λm等，所以用參數(shù)表達(dá)式進(jìn)行定量計(jì)算很不方便，為此，導(dǎo)出了一個(gè)較為實(shí)用的表達(dá)式(推導(dǎo)從略)，即

(5-6)上式中的Tmax及sm可用下述方法求出：

(5-7)

忽略T0，將T≈TN，s=sN代入式(5-6)中，可得

(5-8)當(dāng)電動機(jī)運(yùn)行在T－s曲線的線性段時(shí)，因?yàn)閟<<sm，所以

從而忽略式(5-6)就可簡化為

(5-9)上式即為電磁轉(zhuǎn)矩的簡化實(shí)用表達(dá)式，又稱直線表達(dá)式，用起來更為簡單。但需注意，為了減小誤差，上式中sm的計(jì)

算應(yīng)采用以下公式：

(5-10)5.2三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性

上一節(jié)我們分析了T－s曲線，但在電力拖動系統(tǒng)中常用機(jī)械特性，即n=f(T)關(guān)系曲線來分析電力拖動問題，三相異步電動機(jī)的n=f(T)曲線可由T－s曲線變換而來，如圖5-2所示。圖5-2三相異步電動機(jī)的n=f(T)曲線5.2.1固有機(jī)械特性

固有機(jī)械特性是指三相異步電動機(jī)工作在額定電壓及額定頻率下，電動機(jī)按規(guī)定的接線方式接線，定子及轉(zhuǎn)子電路中不外串電阻或電抗時(shí)所獲得的機(jī)械特性n=f(T)，如圖5-3所示。圖5-3三相異步電動機(jī)的固有機(jī)械特性曲線圖5-4三相異步電動機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域5.2.2人為機(jī)械特性

1.降低定子端電壓時(shí)的人為機(jī)械特性

如果異步電動機(jī)的其他條件都與固有特性時(shí)的一樣，僅降低定子端電壓時(shí)得到的人為機(jī)械特性，根據(jù)式(5-3)、式(5-4)及式(5-5)可知其特點(diǎn)如下：

(1)因?yàn)閚1=60f1/p，所以降壓后，同步轉(zhuǎn)速n1不變，即不同U1的人為機(jī)械特性都通過固有機(jī)械特性的同步點(diǎn)。

(2)降壓后的最大轉(zhuǎn)矩Tmax隨U21成比例下降，但臨界轉(zhuǎn)差率sm或臨界轉(zhuǎn)速nm不變。

(3)降壓后的啟動轉(zhuǎn)矩Tst也隨U21成比例下降。不同定子端電壓U1時(shí)的人為機(jī)械特性的變化規(guī)律如圖5-5所示。圖5-5降低定子端電壓的人為機(jī)械特性的變化規(guī)律

2.轉(zhuǎn)子電路串三相對稱電阻時(shí)的人為機(jī)械特性

對于繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動機(jī)，如果其他條件都與固有特性時(shí)的一樣，僅在轉(zhuǎn)子電路串三相對稱電阻時(shí)得到的人為機(jī)械特性，根據(jù)式(5-3)、式(5-4)及式(5-5)可知其特點(diǎn)如下：

(1)因?yàn)閚1=60f1/p，所以轉(zhuǎn)子串電阻后，同步轉(zhuǎn)速n1不變。

(2)轉(zhuǎn)子串電阻后的最大轉(zhuǎn)矩Tmax不變，但臨界轉(zhuǎn)差率sm隨Rp的增大而增大(或臨界轉(zhuǎn)速nm隨Rp的增大而減小)。

(3)當(dāng)sm增大，但sm＜1時(shí)，啟動轉(zhuǎn)矩Tst隨Rp的增大而增大；當(dāng)sm=1時(shí)，啟動轉(zhuǎn)矩Tst等于最大轉(zhuǎn)矩Tmax；當(dāng)sm＞1時(shí)，啟動轉(zhuǎn)矩Tst隨Rp的增大而減小。轉(zhuǎn)子電路串不同電阻Rp時(shí)的人為機(jī)械特性的變化規(guī)律如圖5-6所示。圖5-6轉(zhuǎn)子電路串不同電阻Rp時(shí)的人為機(jī)械特性的變化規(guī)律

3.定子電路串三相對稱電阻或電抗時(shí)的人為機(jī)械特性

對于籠型三相異步電動機(jī)，如果其他條件都與固有特性時(shí)的一樣，僅在定子電路串三相對稱電阻或電抗時(shí)得到的人為機(jī)械特性，根據(jù)式(5-3)、式(5-4)及式(5-5)可知其特點(diǎn)如下：

(1)因?yàn)閚1=60f1/p，所以定子電路串電阻或電抗后，同步轉(zhuǎn)速n1不變。

(2)串入電阻或電抗Xp后的最大轉(zhuǎn)矩Tmax及臨界轉(zhuǎn)差率sm都隨Xp的增大而減小。

(3)串入電阻或電抗Xp后的啟動轉(zhuǎn)矩Tst隨Xp的增大而減小。

定子電路串不同電阻或電抗時(shí)的人為機(jī)械特性的變化規(guī)律如圖5-7所示。圖5-7定子電路串不同電阻或電抗時(shí)的人為機(jī)械特性的變化規(guī)律5.3三相異步電動機(jī)的啟動

在電動機(jī)帶動生產(chǎn)機(jī)械的啟動過程中，不同的生產(chǎn)機(jī)械有不同的啟動情況。有些生產(chǎn)機(jī)械在啟動時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩很小，但負(fù)載轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速增加近似地與轉(zhuǎn)速平方成正比地增加，例如鼓風(fēng)機(jī)負(fù)載；有些生產(chǎn)機(jī)械在啟動時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩與正常運(yùn)行時(shí)的一樣大，例如電梯、起重機(jī)和皮帶運(yùn)輸機(jī)等；有些生產(chǎn)機(jī)械在啟動過程中接近空載，待轉(zhuǎn)速上升至接近穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時(shí)，才加

負(fù)載，例如機(jī)床、破碎機(jī)等；此外，還有頻繁啟動的機(jī)械設(shè)備等。5.3.1三相籠型異步電動機(jī)的啟動

1.全壓啟動

全壓啟動，也叫直接啟動，即用刀開關(guān)或接觸器把電動

機(jī)的定子繞組直接接到額定電壓的電網(wǎng)上。由于啟動時(shí)，s=1(n=0)，等效負(fù)載電阻(1－s)r2′/s=0，忽略勵(lì)磁支路電流

可得啟動時(shí)的等效電路如圖5-8所示，啟動電流近似為

(5-11)圖5-8籠型異步電動機(jī)全壓啟動等效電路一般規(guī)定，異步電動機(jī)的額定功率小于7.5kW時(shí)允許全壓啟動；如果功率大于7.5kW，而電源總?cè)萘枯^大，則符合下式要求者，電動機(jī)也允許全壓啟動。

(5-12)

2.減壓啟動

1)定子串電阻或電抗減壓啟動

定子串電阻或電抗減壓啟動是利用電阻或電抗的分壓作用降低加到電動機(jī)定子繞組的電壓，其接線圖如圖5-9(a)所示。啟動時(shí)把換接開關(guān)Q2投向“啟動”的位置，此時(shí)定子電路串入啟動電阻或電抗，然后閉合主開關(guān)Q1，電動機(jī)開始旋轉(zhuǎn)，待轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時(shí)，把開關(guān)Q2投向“運(yùn)行”的位置，使電源電壓直接加到定子繞組上。定子串電阻啟動的等效電路如圖5-9(b)所示。設(shè)電動機(jī)全壓啟動時(shí)的相電壓為UNf，啟動電流為Ist，而定子串電阻后的相電壓U1f′=UNf／k(k>1)，啟動電流為Ist′，則

(5-13)減壓啟動的啟動轉(zhuǎn)矩Tst′與全壓啟動的啟動轉(zhuǎn)矩Tst之比為

(5-14)

可見，調(diào)節(jié)啟動電阻或電抗的大小，可以得到電網(wǎng)所允許通過的啟動電流。圖5-9定子串電阻或電抗減壓啟動(a)原理線路圖；(b)等效電路2)自耦變壓器減壓啟動

自耦變壓器用作電動機(jī)減壓啟動時(shí)，稱為自耦補(bǔ)償啟

動器。圖5-10自耦變壓器減壓啟動(a)原理線路圖；(b)等效電路自耦變壓器減壓啟動的等效電路如圖5-10(b)所示，設(shè)串自耦變壓器后加在電動機(jī)定子繞組上的相電壓U1f′=UNf/k(k>1),電動機(jī)的啟動電流即自耦變壓器的二次側(cè)電流為Ist2′，電網(wǎng)供給電動機(jī)的啟動電流即自耦變壓器的一次側(cè)電流為Ist′，則以上兩式相乘得

(5-15)

減壓啟動的啟動轉(zhuǎn)矩Tst′與全壓啟動的啟動轉(zhuǎn)矩Tst之比為

(5-16)3)Y-△減壓啟動

對于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為△形連接的電動機(jī)，啟動時(shí)定子繞組改接成Y形連接，這時(shí)加在每相定子繞組上的電壓為全壓啟動時(shí)的可以實(shí)現(xiàn)減壓啟動，其接線圖如圖5-11所示。圖5-11Y-△減壓啟動接線圖三相籠型異步電動機(jī)分別采用Y形連接啟動和△形連接啟動的原理，如圖5-12所示，由該原理圖可知

(5-17)

(5-18)Y形連接減壓啟動的啟動轉(zhuǎn)矩Tst′與△形連接全壓啟動的啟動轉(zhuǎn)矩Tst之比為

(5-19)圖5-12Y形連接啟動和△形連接啟動原理圖(a)△形連接全壓啟動；(b)Y形連接減壓啟動

3.軟啟動

下面簡單介紹電子軟啟動器的四種啟動方法：

(1)限流或恒流啟動方法。

(2)斜坡電壓啟動法。

(3)轉(zhuǎn)矩控制啟動法。

(4)電壓控制啟動法。

4.改善啟動性能的三相籠型異步電動機(jī)

1)深槽式異步電動機(jī)

深槽式異步電動機(jī)的槽形深而窄，通常槽深與槽寬之比為10~12，如圖5-13(a)所示。圖5-13深槽式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子槽形及集膚效應(yīng)(a)轉(zhuǎn)子槽及漏磁通；(b)電流密度分布；(c)導(dǎo)條有效截面2)雙籠型異步電動機(jī)

雙籠型異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子具有兩套籠型繞組，兩籠間由狹長的縫隙隔開，如圖5-14(a)所示。

雙籠型異步電動機(jī)的機(jī)械特性是上、下籠機(jī)械特性的合成，如圖5-14(b)所示。圖5-14雙籠型異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子槽形及機(jī)械特性(a)轉(zhuǎn)子槽及漏磁通；(b)機(jī)械特性5.3.2三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的啟動

繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子三相繞組一般都接成Y形，三根引出線通過三個(gè)集電環(huán)和電刷引到定子出線盒上，通?？稍谕獠看攵探拥娜鄬ΨQ電阻或頻敏變阻器來改善啟動性能。

因此對于大、中型異步電動機(jī)需要重載啟動時(shí)，可優(yōu)先選用繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)。

1.轉(zhuǎn)子串電阻啟動

當(dāng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串入合適的三相對稱啟動電阻Rst時(shí)，就能使啟動電流減小到規(guī)定的范圍內(nèi)，而且由圖5-6可知，轉(zhuǎn)子電路串電阻Rst后，在一定范圍內(nèi)，啟動轉(zhuǎn)矩Tst隨Rst的增大而增大；當(dāng)Rst增大到使臨界轉(zhuǎn)差率sm=1時(shí)，Tst=Tmax；當(dāng)Rst增大到使臨界轉(zhuǎn)差率sm>1時(shí)，Tst<Tmax。圖5-15異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動原理圖和啟動機(jī)械特性(a)串電阻三級啟動原理圖；(b)串電阻啟動機(jī)械特性

2.轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動

頻敏變阻器的結(jié)構(gòu)如圖5-16(a)所示，它實(shí)際上是一個(gè)三相鐵芯線圈，其鐵芯由若干片較厚的鋼板或鐵板疊壓而成，三個(gè)鐵芯柱上繞著連接成星形的三個(gè)繞組。當(dāng)繞組內(nèi)通過交流電

流時(shí)，鐵芯內(nèi)產(chǎn)生比普通變壓器大得多的鐵芯損耗，且鐵芯損耗與頻率的平方成正比，每相鐵芯繞組的等效電路如圖5-16(b)所示。圖5-16繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動原理圖和等效電路(a)頻敏變阻器結(jié)構(gòu)；(b)頻敏變阻器等效電路5.4三相異步電動機(jī)的制動

與直流電動機(jī)相同，三相異步電動機(jī)既可工作于電動狀態(tài)，也可工作于制動狀態(tài)。電動狀態(tài)的特點(diǎn)是：電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n方向相同，機(jī)械特性位于第一、三象限，如圖

5-17所示，而且電動機(jī)從電網(wǎng)吸取電能，并把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能輸出。制動狀態(tài)的特點(diǎn)是：電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速n方向相反，機(jī)械特性必然位于第二、四象限。圖5-17電動狀態(tài)的異步電動機(jī)(a)電動狀態(tài)接線原理圖；(b)電動狀態(tài)的機(jī)械特性5.4.1能耗制動

實(shí)現(xiàn)能耗制動的方法是將定子繞組從三相交流電源斷開，然后立即加上直流勵(lì)磁電源，同時(shí)在轉(zhuǎn)子電路串入制動電阻。圖5-18三相異步電動機(jī)的能耗制動(a)原理接線圖；(b)制動原理圖處于能耗制動狀態(tài)的異步電動機(jī)實(shí)質(zhì)上變成了一臺交流發(fā)電機(jī)，其輸入是電動機(jī)所儲存的機(jī)械能，其負(fù)載是轉(zhuǎn)子電路中的電阻，因此能耗制動狀態(tài)時(shí)的機(jī)械特性與發(fā)電機(jī)狀態(tài)時(shí)的機(jī)

械特性一樣，處于第二象限(由圖5-2知)，而且由于制動到n=0時(shí)，T=0，因此能耗制動時(shí)的機(jī)械特性是一條經(jīng)過原點(diǎn)且形狀與發(fā)電機(jī)狀態(tài)機(jī)械特性相似的曲線，如圖5-19所示。圖5-19三相異步電動機(jī)的能耗制動機(jī)械特性繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)采用能耗制動實(shí)現(xiàn)快速停車時(shí)，根據(jù)最大制動轉(zhuǎn)矩為(1.25~2.2)TN的要求，計(jì)算勵(lì)磁電流If和轉(zhuǎn)子電路所串的制動電阻Rbk的公式如下：

If=(2～3)I0(5-20)

式中，I0為異步電動機(jī)的空載電流，一般取I0=(0.2～0.5)I1N，I1N為定子額定電流。

(5-21)由以上分析可知，三相異步電動機(jī)的能耗制動具有以下特點(diǎn)：

(1)能夠使反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載準(zhǔn)確停車。

(2)制動平穩(wěn)，但制動至轉(zhuǎn)速較低時(shí)，制動轉(zhuǎn)矩也較小，制動效果不理想。

(3)由于制動時(shí)電動機(jī)不從電網(wǎng)吸取交流電能，只吸取少量的直流電能，因此制動比較經(jīng)濟(jì)。5.4.2反接制動

1.電源反接制動

實(shí)現(xiàn)電源反接制動的方法是將三相異步電動機(jī)任意兩相定子繞組的電源進(jìn)線對調(diào)，同時(shí)在轉(zhuǎn)子電路串入制動電阻。這種制動類似于他勵(lì)直流電動機(jī)的電樞反接制動。圖5-20三相異步電動機(jī)的電源反接制動(a)制動原理圖；(b)制動時(shí)的機(jī)械特性電源反接制動時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率為當(dāng)電動機(jī)工作在機(jī)械特性的線性段時(shí)，根據(jù)式(5-9)及式

(5-3)可知制動電阻Rbk的近似計(jì)算可采用以下關(guān)系式：

由上式可推得求制動電阻的公式，即

(5-22)由以上分析可知，三相異步電動機(jī)的電源反接制動具有以下特點(diǎn)：

(1)制動轉(zhuǎn)矩即使在轉(zhuǎn)速降至很低時(shí)，仍較大，因此制動強(qiáng)烈而迅速。

(2)能夠使反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載快速實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，若要停車，需在制動到轉(zhuǎn)速為零時(shí)立即切斷電源。

(3)由于電源反接制動時(shí)s>1，從電源輸入的電功率

從電動機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率P2≈Pm=TΩ<0。

2.倒拉反接制動

實(shí)現(xiàn)倒拉反接制動的方法是在轉(zhuǎn)子電路串一足夠大的電阻。這種制動類似于直流電動機(jī)的倒拉反接制動。圖5-21三相異步電動機(jī)倒拉反接制動的機(jī)械特性倒拉反接制動時(shí)的轉(zhuǎn)差率為

這一點(diǎn)與電源反接制動一樣，所以s>1是反接制動的共同特點(diǎn)。由以上分析可知，倒拉反接制動具有以下特點(diǎn)：

(1)能夠低速下放重物，安全性好。

(2)由于制動時(shí)s>1，因此與電源反接制動一樣，P1>0，P2<0。這說明制動時(shí)，電動機(jī)既要從電網(wǎng)吸取電能，又要從軸上吸取機(jī)械能并轉(zhuǎn)換為電能，這些電能全部消耗在轉(zhuǎn)子電路的電阻上，因此制動時(shí)能耗大、經(jīng)濟(jì)性差。5.4.3回饋制動

處于電動運(yùn)行狀態(tài)的三相異步電動機(jī)，由于某種原因使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速，即|n|>n1時(shí)，電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場的方向?qū)⑴c電動運(yùn)行狀態(tài)時(shí)相反，因此轉(zhuǎn)子電動勢E2s、轉(zhuǎn)子電流I2和電磁轉(zhuǎn)矩T的方向也與電動狀態(tài)時(shí)相反，即T與n反向，T成為制動轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)便處于制動狀態(tài)，此時(shí)電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率為圖5-22三相異步電動機(jī)回饋制動機(jī)械特性由以上分析可知，回饋制動具有以下特點(diǎn)：

(1)電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速，即|n|>n1。

(2)只能高速下放重物，安全性差。

(3)制動時(shí)電動機(jī)不從電網(wǎng)吸取有功功率，反而向電網(wǎng)回饋有功功率，制動很經(jīng)濟(jì)。圖5-23三相異步電動機(jī)的各種運(yùn)行狀態(tài)的機(jī)械特性(a)制動的過渡過程；(b)制動的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)5.5三相異步電動機(jī)的調(diào)速

根據(jù)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速公式可知異步電動機(jī)的調(diào)速方法有以下三種：

(1)變極調(diào)速：通過改變定子繞組的極對數(shù)p來改變同步轉(zhuǎn)速n1，以進(jìn)行調(diào)速。

(2)變頻調(diào)速：通過改變電源頻率f1來改變同步轉(zhuǎn)速n1，以進(jìn)行調(diào)速。

(3)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速：保持同步轉(zhuǎn)速n1不變，改變轉(zhuǎn)差率s進(jìn)行調(diào)速，包括改變定子電壓調(diào)速、轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速、轉(zhuǎn)子電路串電動勢調(diào)速即串級調(diào)速等。5.5.1變極調(diào)速

1.變極原理

因?yàn)楫惒诫妱訖C(jī)的定子三相繞組對稱，接法相同，所以通過一相繞組的分析，可知其三相變極原理。圖5-24三相籠型異步電動機(jī)的變極原理(a)順串2p=4；(b)反串2p=2；(c)反并2p=2

2.兩種常用的變極方案

通過改變半相繞組的電流方向來改變極對數(shù)，其接線方法很多，最常用的兩種變極接線方式如圖5-25所示。圖5-25三相籠型異步電動機(jī)常用的兩種變極接線方式(a)Y／YY變極；(b)△／YY變極

3.變極調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性

1)Y/YY變極調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性

由于Y形連接改為YY形連接時(shí)極對數(shù)減半，因此n1YY=2n1Y。若假定半相繞組的參數(shù)為r1／2、X1／2、r2′/2、

Ｘ2′／2，則Y形連接時(shí)，每相繞組的參數(shù)為r1、X1、r2′、X2′，而YY形連接時(shí)，每相繞組的參數(shù)為r1／4、X1／4、

r2′／4、Ｘ2′／4，即為Ｙ形連接時(shí)的1/4。又因?yàn)閅形連接

和YY形連接時(shí)每相繞組的電壓相等，所以根據(jù)式(5-3)、式

(5-4)及式(5-5)可得出以下結(jié)論：圖5-26Y／YY變極調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性2)△／YY變極調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性

同理可知因?yàn)椤餍芜B接改為YY形連接時(shí)，每相繞組的電阻、電抗也為△連接時(shí)的1/4，每相繞組的電壓是△形連接時(shí)的

所以根據(jù)式(5-3)、式(5-4)及式(5-5)可得出以下結(jié)論：圖5-27△／YY變極調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性

4.變極調(diào)速時(shí)的允許輸出

1)Y/YY變極調(diào)速時(shí)的允許輸出

Y形連接時(shí)YY形連接時(shí)2)△／YY變極調(diào)速時(shí)的允許輸出

△形連接時(shí)YY形連接時(shí)5.5.2變頻調(diào)速

1.變頻與調(diào)壓的配合

由第4章的分析可知，若忽略電動機(jī)定子漏阻抗壓降，則

2.變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性

1)同步點(diǎn)

因?yàn)閚1=60f1／p，所以n1∝f1。2)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)

由式(5-3)可知，對應(yīng)于最大轉(zhuǎn)矩的臨界轉(zhuǎn)速降為由該結(jié)論可知，變頻時(shí)機(jī)械特性的硬度是近似不變的，即變頻時(shí)的人為機(jī)械特性與固有機(jī)械特性平行。同時(shí)由式(5-4)可知，忽略定子電阻r1時(shí)最大轉(zhuǎn)矩為3)啟動點(diǎn)

由式(5-5)可知，忽略定、轉(zhuǎn)子電阻r1和r2′時(shí)，啟動轉(zhuǎn)

矩為圖5-28異步電動機(jī)變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性

3.變頻調(diào)速時(shí)的允許輸出

為了充分合理地利用電動機(jī)，若調(diào)速過程中要求轉(zhuǎn)子電流保持額定值不變，則通過分析可知：基頻以下的變頻調(diào)速為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式，適宜帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載;基頻以上的變頻調(diào)速為近似恒功率調(diào)速方式，適宜帶恒功率負(fù)載。5.5.3變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

1.轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速

對繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)，改變轉(zhuǎn)子電路串電阻時(shí)的機(jī)械特性如圖5-29所示。圖5-29異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速的機(jī)械特性

2.串級調(diào)速

1)串級調(diào)速的原理

串級調(diào)速是指在繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電路串入一個(gè)與轉(zhuǎn)子同頻率的附加電動勢以實(shí)現(xiàn)調(diào)速，該附加電動勢

可與轉(zhuǎn)子電動勢的相位同相，也可反相。假設(shè)調(diào)速前后電源的電壓大小與頻率不變，則主磁通也基

本不變。

當(dāng)還未引入，電動機(jī)在固有特性上穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子電流的有效值為當(dāng)引入后，電動機(jī)轉(zhuǎn)子電流的有效值為2)串級調(diào)速的實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)串級調(diào)速的關(guān)鍵是在繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中串入一個(gè)大小、相位可以自由調(diào)節(jié)，其頻率能自動隨轉(zhuǎn)速變化而變化，始終等于轉(zhuǎn)子頻率的附加電動勢。要獲得這樣一個(gè)變頻電源不是一件容易的事，因此，在工程上往往是先將轉(zhuǎn)子電動勢通過整流裝置變成直流電動勢，然后串入一個(gè)可控的附加直流電動勢去和它作用，從而避免了隨時(shí)變頻的麻煩。

根據(jù)附加直流電動勢作用而吸收轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差功率后回饋方式的不同，可將串級調(diào)速方法分為電動機(jī)回饋式串級調(diào)速和晶閘管串級調(diào)速兩種類型。圖5-30晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng)的原理示意圖

3.改變定子電壓調(diào)速

普通籠型異步電動機(jī)降低定子電壓時(shí)的人為機(jī)械特性如圖5-31所示。圖5-31普通籠型異步電動機(jī)減壓調(diào)速的機(jī)械特性若要求電動機(jī)拖動恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載并且有較寬的調(diào)速范圍，則應(yīng)選用轉(zhuǎn)子電阻較大的高轉(zhuǎn)差率籠型異步電動機(jī)，其降低定子電壓時(shí)的人為機(jī)械特性如圖5-32所示，但此時(shí)電動機(jī)的機(jī)械特性很軟，其靜差率常不能滿足生產(chǎn)機(jī)械的要求，而且低壓時(shí)的過載能力較低，一旦負(fù)載轉(zhuǎn)矩或電源電壓稍有波動，都會引起電動機(jī)轉(zhuǎn)速的較大變化甚至停轉(zhuǎn)，如圖中的C點(diǎn)。為此常采用具有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的調(diào)壓調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)，以提高機(jī)械特性的硬度，如圖5-33(a)所示。圖5-32高轉(zhuǎn)差率籠型異步電動機(jī)減壓調(diào)速的機(jī)械特性圖5-33高轉(zhuǎn)差率籠型異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)(a)調(diào)壓調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)的原理圖；(b)調(diào)壓調(diào)速閉環(huán)控制系統(tǒng)的機(jī)械特性小結(jié)

1.三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式和機(jī)械特性

三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩有物理表達(dá)式、參數(shù)表達(dá)式和實(shí)用表達(dá)式三種。由參數(shù)表達(dá)式可知電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩和啟動轉(zhuǎn)矩主要取決于電源電壓和定、轉(zhuǎn)子漏電抗，而啟動轉(zhuǎn)矩還與

轉(zhuǎn)子電阻的大小有關(guān)。三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性即n-T曲線與T-s曲線的物理本質(zhì)是一樣的，兩者可互相轉(zhuǎn)換。工程分析常采用機(jī)械特性曲