中南大学机电传动控制课件.ppt

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1、1第五章第五章 交流电动机的工作原理及特性交流电动机的工作原理及特性n5.1 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构和工作原理n5.2 三相异步电动机的定子和转子电路三相异步电动机的定子和转子电路n5.3 三相异步电动机的转矩与机械特性三相异步电动机的转矩与机械特性n5.4 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动n5.5 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速n5.6 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动n5.7 单相异步电动机单相异步电动机第一页，编辑于星期六：十四点 四十五分。2第五章 交流电动机的工原理及特性 5.1 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构

2、和工作原理n5.1.1 5.1.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构定子和励磁线圈转子和转子线圈第二页，编辑于星期六：十四点 四十五分。3n5.1.1 三相异步电动机的基本结构三相对称绕组AX，BY，CZ定子和转子硅钢冲片定子和转子硅钢冲片第三页，编辑于星期六：十四点 四十五分。4n5.1.1 三相异步电动机的基本结构鼠笼转子结构鼠笼转子结构第四页，编辑于星期六：十四点 四十五分。5n5.1.1 三相异步电动机的基本结构ABC外接变阻器（外接变阻器（启动和速度调启动和速度调节节）滑环和电刷滑环和电刷绕线转子结构绕线转子结构第五页，编辑于星期六：十四点 四十五分。6n0neiNS

3、f磁场磁场闭合闭合线圈线圈e方向用方向用右手定则右手定则确定确定f方向用方向用左手定则左手定则确定确定磁场旋转磁场旋转n5.1.2 三相异步电动机的工作原理第六页，编辑于星期六：十四点 四十五分。7磁极旋转磁极旋转导体切割磁力线产生感应电动势导体切割磁力线产生感应电动势vlBe（右手定则）（右手定则）闭合导线产生电流闭合导线产生电流 i（左手定则）（左手定则）通电导线在磁场中受力通电导线在磁场中受力ilBfn0neiNSfn5.1.2 5.1.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理第七页，编辑于星期六：十四点 四十五分。81. 线圈跟着磁场旋转线圈跟着磁场旋转两者转动方向一致两者

4、转动方向一致 结论：结论：2. 线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢0nnn0neiNSf异步异步第八页，编辑于星期六：十四点 四十五分。9YBZXAC转子转子定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）机机 座座转子：在旋转磁场作用下，转子：在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或产生感应电动势或 电流。电流。三相定子绕组：产生旋转三相定子绕组：产生旋转 磁场。磁场。第九页，编辑于星期六：十四点 四十五分。10旋转磁场的产生旋转磁场的产生AYCBZAiBiCimIt0n()电流出电流出( )电流入电流入X240sin120sinsintIitIitIimCmBmA第十页，编辑于星期六：十四点 四十五分。

5、11旋转磁场的产生旋转磁场的产生240sin120sinsintIitIitIimCmBmAAiBiCitmI0t 60t120t180tBiAXBYCZAiCi第十一页，编辑于星期六：十四点 四十五分。120tAXYCBZNSAiBiCimItBiAXBYCZAiCi合成磁场方向：合成磁场方向：向下向下5第十二页，编辑于星期六：十四点 四十五分。13180tXBZ0nAYC 60tAXYCBZSN0n60A120tXYCBZ0nAiBiCitmIAXYCBZNS0t第十三页，编辑于星期六：十四点 四十五分。14旋转方向旋转方向：取决于三相电流的相序。：取决于三相电流的相序。0n0n改变电机的

6、旋转方向：换接其中两相。改变电机的旋转方向：换接其中两相。AiBiCimItAiCiBimIt旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向第十四页，编辑于星期六：十四点 四十五分。15旋转磁场的旋转磁场的转速转速大小大小分）转 /( 600fn 一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过360电流频率为电流频率为 f Hz，则磁场，则磁场1/f秒旋转秒旋转1圈，每秒旋转圈，每秒旋转f圈。每分钟旋转：圈。每分钟旋转：n0称为称为同步转速同步转速分转/3000,500nHzf第十五页，编辑于星期六：十四点 四十五分。16极对数（极对数（P）的概念）的概念BiAXBYCZAiCi1p此

7、种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。即：即：AXYCBZNS第十六页，编辑于星期六：十四点 四十五分。17极对数（极对数（P）的改变）的改变CYABCXYZAXBZAiBiCi 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。成的磁场则是两对磁极。X AAXBYBYCZCZ第十七页，编辑于星期六：十四点 四十五分。18极对数极对数2pAXX ANSSNZCZCBYBYCYABCXYZAXBZAiCiBiAiBiCimIt0t第十八页，编辑于星期六：十四点 四十五分。19XNSAS

8、NZBX AYCZBCY0t分）转/( 600pfn 极对数和转速的关系极对数和转速的关系AiBiCimIt 60t A0nAZXXCZCSNSN30BYBY第十九页，编辑于星期六：十四点 四十五分。20三相异步电动机的同步转速三相异步电动机的同步转速分）转/( 600pfn 极对数极对数每个电流周每个电流周期磁场转过期磁场转过的空间角度的空间角度同步转速同步转速Hzf500n额定转速额定转速Nn1p360 000329002p180 500114303p120 00019504p90750720第二十页，编辑于星期六：十四点 四十五分。21电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速和旋转磁

9、场同步转速的关系电动机转速（额定转速）电动机转速（额定转速）:n电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致， 但但 异步异步电动机电动机0nn 无转距无转距转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流无转子电流 如果如果0nn 第二十一页，编辑于星期六：十四点 四十五分。22 转差率转差率 的概念：的概念：)(s00nnns异步电机额定运行中异步电机额定运行中:%91s转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：电动机

10、起动瞬间电动机起动瞬间:1 ,0sn（转差率最大）（转差率最大）转差率最小），转子最大转速(00snn第二十二页，编辑于星期六：十四点 四十五分。23分）转/( 6010pfn 00nnns转子感应电流的频率：转子感应电流的频率：pnnf6002pnnnn60000pnf60011sf第二十三页，编辑于星期六：十四点 四十五分。24第五章 交流电动机的工原理及特性 5.1.4 定子绕组线端连接方式定子绕组线端连接方式出线端出线端排列排列短路片线电压相电压铭牌：Y/接线方式 380/220不同接线应加的线电压第二十四页，编辑于星期六：十四点 四十五分。25第五章 交流电动机的工原理及特性 5.2

11、 三相异步电动机的定子电路和转子电路三相异步电动机的定子电路和转子电路5.2.2转子电路分析转子感应电流有效值为22. 5cos220222222222SXRRXRR21. 52202220222222SXRSEXREIE20转子未转动感应电势X2-转子每相绕组漏磁感抗转子电路功率因素为(I2迟后E2一个2角)第二十五页，编辑于星期六：十四点 四十五分。26第五章 交流电动机的工原理及特性 5.2.2 转子电路的分析转子电路的分析21. 52202220222222SXRSEXREI22. 5cos220222222222SXRRXRR 1cos002220220220SRSEISXRSInn

12、S较小时，202220202202/cos01SXRCXSEISXRnS 第二十六页，编辑于星期六：十四点 四十五分。27第五章 交流电动机的工原理及特性 5.2.3 三相异步电动机的额定值三相异步电动机的额定值n电动机铭牌上的额定数据电动机铭牌上的额定数据n型号型号n额定功率额定功率PN (输出的机械功率输出的机械功率)n额定电压额定电压 UN (220/380V /Y)n额定频率额定频率f (50HZ)n额定电流额定电流IN (10.35/5.9A /Y)n额定转速额定转速nN (额定转差率额定转差率SN)n工作方式工作方式 (定额定额)n温升温升(或绝缘等级或绝缘等级)n电动机重量电动机

13、重量第二十七页，编辑于星期六：十四点 四十五分。28第五章 交流电动机的工原理及特性 5.2.3 三相异步电动机的额定值三相异步电动机的额定值n电动机铭牌上不标的额定数据n额定功率因数cosNn额定效率N%100cos3NNNNNIUPn 额定转矩TN n 绕线式异步电动机转子静止时滑环电压和转 子额定电流n 通常手册上给出的数据就是额定值第二十八页，编辑于星期六：十四点 四十五分。29第五章 交流电动机的工原理及特性 5.2.3 三相异步电动机的额定值n例 有一台三相四极的异步电动机， 其额定技术数据为nN=1440r/min，R2=0.02，X20=0.08 ，电源频率f1=50Hz，E2

14、0=20V， 试求：(l)电动机的同步转速n0 ：(2)电动机启动时的转子电流I2st (3)电动机在额定转速时转子电动势的频率f2N； (4)电动机在额定转速时的转子电流 I2N解 (1) n0=60f1/P=6050/2=1500r/min (2) AXREIst5 .24208. 002. 0202222022202AXSRESINNN4008. 004. 002. 02004. 02222022202(3) SN=(n0-nN) /n0=(1500-1440) /1500=0.04 f2N=SNf10.0450Hz=2Hz(4) 第二十九页，编辑于星期六：十四点 四十五分。30第五章

15、交流电动机的工原理及特性 5.2.4 三相异步电动机的能流图三相异步电动机的能流图输入定子的电功率定子电路中的铜损转子电路中的铜损输入转子的电磁功率铁损(磁滞和涡流损耗)机械损失功率输出的机械功率22219.55PPTPn第三十页，编辑于星期六：十四点 四十五分。31第五章 交流电动机的工原理及特性 5.3 三相异步电动机的三相异步电动机的转距与机械特性转距与机械特性n5.3.1三相异步电动机的三相异步电动机的转距转距n直流电动机的转矩直流电动机的转矩2 . 3atIKT三相异步电动机的三相异步电动机的转距转距25. 5cos22IKTt21. 52202220222222SXRSEXREI2

16、2. 5cos220222222222SXRRXRR27. 52202222SXRUSRKT第三十一页，编辑于星期六：十四点 四十五分。32第五章 交流电动机的工原理及特性 5.3.1三相异步电动机的三相异步电动机的转距转距27. 52202222SXRUSRKTU -定子绕组相电压；定子绕组相电压；R2-转子每相绕组的电阻；转子每相绕组的电阻；X20-n=0时转子每相绕组的感抗；时转子每相绕组的感抗；K-三相异步电动机的转矩常数三相异步电动机的转矩常数。第三十二页，编辑于星期六：十四点 四十五分。331固有机械特性固有机械特性 异步电动机在异步电动机在额定电压和额定频率下，用规定的接线方式，

17、定额定电压和额定频率下，用规定的接线方式，定子和转子电路中不串联任何电阻或电抗时的机械特性子和转子电路中不串联任何电阻或电抗时的机械特性称为固有（自称为固有（自然）机械特性。然）机械特性。 根据根据 2222220()SR UTKRSX00nnnS 三相异步电动机的固有机械特性曲线如图所示。三相异步电动机的固有机械特性曲线如图所示。第五章 交流电动机的工原理及特性 5.3.2 三相异步电动机的三相异步电动机的机械特性机械特性第三十三页，编辑于星期六：十四点 四十五分。34 从特性曲线上可以看出，其从特性曲线上可以看出，其上有四个特殊点可以决定特性曲上有四个特殊点可以决定特性曲线的基本形状和异步

18、电动机的运线的基本形状和异步电动机的运行性能，这四个特殊点是：行性能，这四个特殊点是： 0010 S,nn,T 电动机处于理想空载工作点，此时电动机的转速为理想空载转电动机处于理想空载工作点，此时电动机的转速为理想空载转速。速。理想空载点理想空载点额定运行点额定运行点启动点启动点 临界点临界点第三十四页，编辑于星期六：十四点 四十五分。35 NNN,2SSnnTT 电动机额定工作点。此时额定转矩电动机额定工作点。此时额定转矩和额定转差率为和额定转差率为 NnPTNN55. 9 0N0NnnnS 式中式中: PN电动机的额定功率；电动机的额定功率； nN电动机的额定转速，一般电动机的额定转速，一

19、般 SN电动机的额定转差率，一般电动机的额定转差率，一般 TN电动机的额定转矩。电动机的额定转矩。0N)985. 094. 0(nn 015. 006. 0N S第三十五页，编辑于星期六：十四点 四十五分。36 1, 0,3st SnTT电动机的启动工作点。电动机的启动工作点。 将将S=1代入转矩公式中，可得代入转矩公式中，可得2202222stXRURKT 可见，异步电动机的启动转矩可见，异步电动机的启动转矩Tst与与U、 R2及及X20有关。有关。第三十六页，编辑于星期六：十四点 四十五分。37 当当施加在定子每相绕组上的电压降低时，启动转矩会施加在定子每相绕组上的电压降低时，启动转矩会明

20、显减小；明显减小； 当转子电阻适当增大时，启动转矩会增大；当转子电阻适当增大时，启动转矩会增大； 而若增大转子电抗则会使启动转矩大为减小。而若增大转子电抗则会使启动转矩大为减小。 通常把在固有机械特性上启动转矩通常把在固有机械特性上启动转矩Tst与额定转矩与额定转矩TN之比之比 st=Tst/TN 作为衡量异步电动机启动能力的一个重要数据。作为衡量异步电动机启动能力的一个重要数据。2 . 10 . 1stNSTTT2202222stXRURKT 第三十七页，编辑于星期六：十四点 四十五分。38 mmmax,4SSnnTT 电动机的临界工作点。欲电动机的临界工作点。欲求转矩的最大值，可令求转矩的

21、最大值，可令 0 dndT得临界转差率得临界转差率 202mXRS 再将再将Sm代入转矩公式中，即可得代入转矩公式中，即可得202max2XUKT 第三十八页，编辑于星期六：十四点 四十五分。39 通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩之比通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩之比NmaxmTT 称为电动机的过载系数。它表征了电动机能够承受冲击负载的称为电动机的过载系数。它表征了电动机能够承受冲击负载的能力大小，是电动机的又一个重要运行参数。能力大小，是电动机的又一个重要运行参数。 鼠笼式异步电动机鼠笼式异步电动机 2 . 28 . 1m 线绕式异步电动机线绕式异步电动机8 . 2

22、5 . 2m 34. 5/2maxSSSSTTmm转矩转矩-转差率实用公式：转差率实用公式：T/Tmax代入代入 sm=R2/X20 化简得化简得第三十九页，编辑于星期六：十四点 四十五分。40 由上述分析可知：异步电动机的机械特性与电动机的参数有关由上述分析可知：异步电动机的机械特性与电动机的参数有关，也与外加电源电压、电源频率有关，将关系式中的参数人为地加，也与外加电源电压、电源频率有关，将关系式中的参数人为地加以改变而获得的特性称为异步电动机的人为机械特性。以改变而获得的特性称为异步电动机的人为机械特性。 改变改变定子电压定子电压U、定子电源频率定子电源频率f、定子电路串入电阻或电定子电

23、路串入电阻或电抗抗、转子电路串入电阻或电抗转子电路串入电阻或电抗等，都可得到异步电动机的人等，都可得到异步电动机的人为机械特性。为机械特性。2. 人为机械特性人为机械特性2222220()SR UTKRSX6第四十页，编辑于星期六：十四点 四十五分。41 （1）降低电动机电源电压时的人为特性）降低电动机电源电压时的人为特性 2202222st202max0m0202m0260XRURKTXUKTnnnXRSpfn0n不变不变mS不变不变maxT随着电压的减小而大大地减小随着电压的减小而大大地减小stT随着电压的减小而大大地减小随着电压的减小而大大地减小 改变电源电压时的人为特性如图所示：改变电

24、源电压时的人为特性如图所示：第四十一页，编辑于星期六：十四点 四十五分。42 如当定子绕组外加电压为如当定子绕组外加电压为UN、0.8UN、0.5UN时，转子输出最大转矩时，转子输出最大转矩分别为分别为Ta=Tmax、 Ta=0.64Tmax和和Ta=0.25Tmax 。可见，电压愈低，人为特。可见，电压愈低，人为特性曲线愈往左移。性曲线愈往左移。 此外，电网电压下降此外，电网电压下降 ，在负载不变的条件下，将使电动机转速下降，在负载不变的条件下，将使电动机转速下降，转差率转差率S 增大，电流增加，引起电动机发热甚至烧坏。增大，电流增加，引起电动机发热甚至烧坏。第四十二页，编辑于星期六：十四点

25、 四十五分。43 由于异步电动机对电网电压的波动非常敏感，运行时，如电压降由于异步电动机对电网电压的波动非常敏感，运行时，如电压降低太多，会大大降低它的过载能力与启动转矩，甚至使电动机发生带低太多，会大大降低它的过载能力与启动转矩，甚至使电动机发生带不动负载或者根本不能启动的现象。不动负载或者根本不能启动的现象。 例如，电动机运行在额定负载例如，电动机运行在额定负载 TN 下，即使下，即使 m=2 ，若电网电压下，若电网电压下降到降到 70%UN ，则由于这时，则由于这时 此外，电网电压下降此外，电网电压下降 ，在负载不变的条件下，将使电动机转，在负载不变的条件下，将使电动机转速下降，转差率速

26、下降，转差率S 增大，电流增加，引起电动机发热甚至烧坏。增大，电流增加，引起电动机发热甚至烧坏。电动机会停转电动机会停转2max0.7mTT2N0.72 T N0.98T第四十三页，编辑于星期六：十四点 四十五分。44（2）定子电路接入电阻或电抗时的人为特性）定子电路接入电阻或电抗时的人为特性 在电动机定子电路中外串电阻或电抗后，电动机端电压为在电动机定子电路中外串电阻或电抗后，电动机端电压为电源电压减去定子外串电阻上或电抗上的压降，致使定子绕组电源电压减去定子外串电阻上或电抗上的压降，致使定子绕组相电压降低相电压降低,这种情况下的人为特性与降低电源电压时的相似。这种情况下的人为特性与降低电源

27、电压时的相似。第四十四页，编辑于星期六：十四点 四十五分。45（3）改变定子电源频率时的人为特性）改变定子电源频率时的人为特性 fKfXXRURKTXUKTnnnXRSpfn1,260202202222st202max0m0202m0注意到： 一般变频调速采用恒转矩调速，即一般变频调速采用恒转矩调速，即希望最大转矩保持为恒值，为此在改变希望最大转矩保持为恒值，为此在改变频率的同时，电源电压也要作相应的变频率的同时，电源电压也要作相应的变化，使化，使 U/f =C ，这在实质上是使电动机，这在实质上是使电动机气隙磁通保持不变。气隙磁通保持不变。 fn 0fS/1m fT/1st 不不变变maxT

28、 因此，改变电源频率的机械特性如图因此，改变电源频率的机械特性如图所示所示第四十五页，编辑于星期六：十四点 四十五分。46（4）转子电路串电阻时的人为特性）转子电路串电阻时的人为特性 在三相线绕式异步电动机在三相线绕式异步电动机的转子电路中串入电阻后，转的转子电路中串入电阻后，转子电路中的电阻为子电路中的电阻为2r2RR fn 0fS/1m fT/1st 不不变变maxT第四十六页，编辑于星期六：十四点 四十五分。470n不变不变maxT不变不变mS随着串接电阻的增加而增大随着串接电阻的增加而增大， 此时的人为特性将是比固有特性较软的一条曲线，如图所示。此时的人为特性将是比固有特性较软的一条曲

29、线，如图所示。 2202222st202max0m0202m0260XRURKTXUKTnnnXRSpfnstT随着串接电阻的增加而增大。随着串接电阻的增加而增大。 第四十七页，编辑于星期六：十四点 四十五分。48 采用电动机拖动生产机械，对电动机启动的主要要求如下。采用电动机拖动生产机械，对电动机启动的主要要求如下。 （1）有足够大的启动转矩，保证生产机械能正常启动。一般场合下希）有足够大的启动转矩，保证生产机械能正常启动。一般场合下希望启动越快越好，以提高生产效率。即要求电动机的启动转矩大于负载转望启动越快越好，以提高生产效率。即要求电动机的启动转矩大于负载转矩，否则电动机不能启动。矩，否

30、则电动机不能启动。 （2）在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好。因为过大启）在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好。因为过大启动电流的冲击，对于电网和电动机本身都是不利的。动电流的冲击，对于电网和电动机本身都是不利的。 （3）要求启动平滑，即要求启动时加速平滑，以减小对生产机械的）要求启动平滑，即要求启动时加速平滑，以减小对生产机械的冲击。冲击。 （4）启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便。）启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便。 （5）启动过程中的功率损耗越小越好。）启动过程中的功率损耗越小越好。第五章 交流电动机的工作原理及特性 5.4 三相异步电动机的启动特性三相异

31、步电动机的启动特性第四十八页，编辑于星期六：十四点 四十五分。49 其中，（其中，（1）和（）和（2）两条是衡量电动机启动性能的主要技术指）两条是衡量电动机启动性能的主要技术指标。标。 异步电动机本身的启动特性为：异步电动机本身的启动特性为： a. 定子电流大，定子电流大，Ist=(57)IN 异步电动机在接入电网启动的瞬时，由于转子处于静止状态，定异步电动机在接入电网启动的瞬时，由于转子处于静止状态，定子旋转磁场以最快的相对速度（即同步转速）切割转子导体，在转子子旋转磁场以最快的相对速度（即同步转速）切割转子导体，在转子绕组中感应出很大的转子电势和转子电流，从而引起很大的定子电流绕组中感应出

32、很大的转子电势和转子电流，从而引起很大的定子电流 b.启动转矩小启动转矩小 NstT).(T5180 启动时启动时 ，转子功率因数，转子功率因数 很低，因而启很低，因而启动转矩动转矩 却不大。却不大。 1 S2202222XRRcos ststmstcosIKT22 第四十九页，编辑于星期六：十四点 四十五分。50 异步电动机的固有启动特性如图所示：异步电动机的固有启动特性如图所示： 显然，异步电动机的这种启动性能和生产机械的要求是相矛盾的显然，异步电动机的这种启动性能和生产机械的要求是相矛盾的，为了解决这些矛盾，必须根据具体情况，采取不同的启动方法。，为了解决这些矛盾，必须根据具体情况，采取

33、不同的启动方法。第五十页，编辑于星期六：十四点 四十五分。51一、一、 鼠笼式异步电动机的启动方法鼠笼式异步电动机的启动方法 鼠笼式异步电动机有直接启动和降压启动两种方法，采用什么鼠笼式异步电动机有直接启动和降压启动两种方法，采用什么启动方法，要根据实际情况而定。启动方法，要根据实际情况而定。1直接启动（全压启动）直接启动（全压启动） 直接启动就是将电动机的定子绕组通过闸刀开关或接触器直接接入电源直接启动就是将电动机的定子绕组通过闸刀开关或接触器直接接入电源，在额定电压下进行启动。，在额定电压下进行启动。 特点：电动机定子绕组的工作电压和额定电压相等。特点：电动机定子绕组的工作电压和额定电压相

34、等。 直接启动的条件：由于直接启动的启动电流很大，因此，在什么情直接启动的条件：由于直接启动的启动电流很大，因此，在什么情况下采用直接启动，有关供电、动力部门都有规定，主要取决于电动机的况下采用直接启动，有关供电、动力部门都有规定，主要取决于电动机的功率与供电变压器的容量之比值。功率与供电变压器的容量之比值。 第五十一页，编辑于星期六：十四点 四十五分。52 一般在有独立变压器供电（即变压器供动力用电）的情况下，若电动一般在有独立变压器供电（即变压器供动力用电）的情况下，若电动机启动频繁时，电动机功率小于变压器容量的机启动频繁时，电动机功率小于变压器容量的20%时允许直接启动；时允许直接启动；

35、 若电动机不经常启动，电动机功率小于变压器容量的若电动机不经常启动，电动机功率小于变压器容量的30%时也允时也允许直接启动。如果没有独立的变压器供电（即与照明共用电源）的许直接启动。如果没有独立的变压器供电（即与照明共用电源）的情况下，电动机启动比较频繁，则常按经验公式来估算，满足下列情况下，电动机启动比较频繁，则常按经验公式来估算，满足下列关系则可直接启动。关系则可直接启动。 电动机功率电动机功率电源总容量电源总容量额定电流额定电流启动电流启动电流 443NstII第五十二页，编辑于星期六：十四点 四十五分。53 例例5.2：有一台要求经常启动的鼠笼式异步电动机，其：有一台要求经常启动的鼠笼

36、式异步电动机，其 PN=20kW, Ist/IN=6.5 ，如果供电变压器（电源）容量为，如果供电变压器（电源）容量为560kVA，且有照明负载，问可，且有照明负载，问可否直接启动？同样的否直接启动？同样的Ist/IN 比值，功率为多大的电动机则不允许直接启动？比值，功率为多大的电动机则不允许直接启动？ 解：根据经验公式算出解：根据经验公式算出 75. 720456043kWkVA 满足上述关系，故允许直接启动。满足上述关系，故允许直接启动。 kWNPkVA. 45604356 可算出，额定功率大于可算出，额定功率大于24kW的电动机不允许直接启动。的电动机不允许直接启动。 5 . 6NstI

37、I第五十三页，编辑于星期六：十四点 四十五分。542电阻或电抗器降压启动电阻或电抗器降压启动 异步电动机采用定子串电阻或电抗器的降压启动原理接线图异步电动机采用定子串电阻或电抗器的降压启动原理接线图如图所示。如图所示。 启动时，接触器启动时，接触器1KM断开，断开，KM闭合，将启动电阻串入定子电闭合，将启动电阻串入定子电路，使启动电流减小；路，使启动电流减小； 待转速上升到一定程度后再将待转速上升到一定程度后再将1KM闭合，闭合，Rst被短接，电动机接上全被短接，电动机接上全部电压而趋于稳定运行。部电压而趋于稳定运行。 第五十四页，编辑于星期六：十四点 四十五分。55 启动转矩随定子电压的平方

38、下降，故它只适用启动转矩随定子电压的平方下降，故它只适用于空载或轻载启动的场合；于空载或轻载启动的场合； 不经济，在启动过程中，电阻器上消耗能量不经济，在启动过程中，电阻器上消耗能量大，不适用于经常启动的电动机，若采用电抗器大，不适用于经常启动的电动机，若采用电抗器代替电阻器，则所需设备费较贵，且体积大。代替电阻器，则所需设备费较贵，且体积大。 特点：特点： 第五十五页，编辑于星期六：十四点 四十五分。563Y- 降压启动降压启动 Y- 降压启动的接线图如图所示降压启动的接线图如图所示: 启动时，定子绕组接成星形；待转速上升到一定程度后再将定子启动时，定子绕组接成星形；待转速上升到一定程度后再

39、将定子绕组接成三角形，电动机启动过程完成而转入正常运行。绕组接成三角形，电动机启动过程完成而转入正常运行。 设设U1为电源线电压，为电源线电压，IstY及及Ist 为定为定子绕组分别接成星形及三角形的启动电流（子绕组分别接成星形及三角形的启动电流（线电流），线电流），Z为电动机在启动时每相绕组的为电动机在启动时每相绕组的等效阻抗。则有等效阻抗。则有ZUIstY31 ZUIst/31 所以所以 3/ststYII33121UUTstY21UTst所以所以 3/ststYTT第五十六页，编辑于星期六：十四点 四十五分。57 Y- 降压启动方法的特点：降压启动方法的特点： 设备简单、经济、启动电流小

40、；设备简单、经济、启动电流小； 启动转矩小，且启动电压不能按实际需要调节，故只适用于空载启动转矩小，且启动电压不能按实际需要调节，故只适用于空载或轻载启动的场合；或轻载启动的场合； 只适用于正常运行时定子绕组接线为只适用于正常运行时定子绕组接线为 的异步电动机。的异步电动机。第五十七页，编辑于星期六：十四点 四十五分。584自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动 自耦变压器降压启动的原理接线图如图所示。自耦变压器降压启动的原理接线图如图所示。由变压器的工作原理知，此时，副边电压与原边电压之比为由变压器的工作原理知，此时，副边电压与原边电压之比为 11212NNUUK12KUU 启动时加在电动机定

41、启动时加在电动机定子每相绕组的电压是全压子每相绕组的电压是全压启动时的启动时的K倍，因而电流倍，因而电流也是全压启动时的也是全压启动时的K倍，即倍，即I2=KIst；而变压器原边电；而变压器原边电流流 I1=KI2=K2Ist ，即此时电，即此时电网供电电流网供电电流I1是直接启动时电是直接启动时电流流Ist的的K2倍。倍。第五十八页，编辑于星期六：十四点 四十五分。59 特点：特点： 与与Y- 降压启动时情况一样，只是在降压启动时情况一样，只是在Y- 降压启动时的降压启动时的 为定值，而自耦变压器启动时的为定值，而自耦变压器启动时的K是可调节的，这就是此种启动方法优是可调节的，这就是此种启动

42、方法优于于Y-启动方法之处，当然它的启动转矩也是全压启动时的启动方法之处，当然它的启动转矩也是全压启动时的K2倍。倍。 变压器的体积大、重量重、价格高、维修麻烦，不适于启动频变压器的体积大、重量重、价格高、维修麻烦，不适于启动频繁的电动机。繁的电动机。 在启动不太频繁，要求启动转矩较大、容量较大的异步电动机在启动不太频繁，要求启动转矩较大、容量较大的异步电动机上应用较为广泛。通常把自耦变压器的输出端做成固定抽头，一上应用较为广泛。通常把自耦变压器的输出端做成固定抽头，一般有般有K=80%、65%和和50%三种电压，可根据需要进行选择。三种电压，可根据需要进行选择。第五十九页，编辑于星期六：十四

43、点 四十五分。60五、延边三角形启动五、延边三角形启动延边三角形启动时定子绕组的连接延边三角形启动时定子绕组的连接(a)启动时的连接启动时的连接 (b)运行时的连接运行时的连接第六十页，编辑于星期六：十四点 四十五分。61启动方法启动方法启动电压相对值启动电压相对值KU=Ust/UN启动电流相对值启动电流相对值KI=Ist /Ist启动转矩相对值启动转矩相对值KT=Tst/Tst直接（全压）启动直接（全压）启动111定子电路串电阻或定子电路串电阻或电抗器降压启动电抗器降压启动0.80.650.50.80.650.50.640.420.25Y 降压启动降压启动0.570.330.33自耦变压器自

44、耦变压器降压启动降压启动0.80.650.50.640.420.250.640.420.25鼠笼式异步电动机几种常用启动方法的比较鼠笼式异步电动机几种常用启动方法的比较第六十一页，编辑于星期六：十四点 四十五分。62例：有台拖动空气压缩机的鼠笼式异步电动机，例：有台拖动空气压缩机的鼠笼式异步电动机，P PN N = 40KW， nN= 1465 r/min，Ist = 5.5I N，Tst = 1.6TN，运行条件要求启动转矩必须大于，运行条件要求启动转矩必须大于(0.9 1.0 ) TN ，电网允许电动机的启动电流不得超过，电网允许电动机的启动电流不得超过3.5I N 。试问应选用何。试问应

45、选用何种启动方法。种启动方法。0.90.561.6stNTstNTTKTT启动电流的相对值应保证为启动电流的相对值应保证为3.50.645.5stNIstNIIKII只有当自耦变压器降压比为只有当自耦变压器降压比为0.8 时，才可满足时，才可满足KT 0.56和和KI 0.64的条件。的条件。故选用自耦变压器降压启动方法，变压器的降压比为故选用自耦变压器降压启动方法，变压器的降压比为0.8。解：按要求，启动转矩的相对值应保证为解：按要求，启动转矩的相对值应保证为第六十二页，编辑于星期六：十四点 四十五分。63二、线绕式异步电动机的启动方法二、线绕式异步电动机的启动方法 鼠笼式异步电动机的鼠笼式

46、异步电动机的启动转矩小，启动电流大启动转矩小，启动电流大，因此不能满足某些，因此不能满足某些生产机械需要高启动转矩低启动电流的要求。生产机械需要高启动转矩低启动电流的要求。 线绕式异步电动机由于能在转子电路中串电阻，因此具有较大的启动转线绕式异步电动机由于能在转子电路中串电阻，因此具有较大的启动转矩和较小的启动电流，即具有较好的启动特性。矩和较小的启动电流，即具有较好的启动特性。 在转子电路中串电阻的启动方法常用的有两种：在转子电路中串电阻的启动方法常用的有两种：逐级切除启动电阻法逐级切除启动电阻法和和频敏变阻器频敏变阻器启动法。启动法。1逐级切除启动电阻法逐级切除启动电阻法 采用逐级切除启动

47、电阻的方法，其目的和启动过程与他励直流电动机采采用逐级切除启动电阻的方法，其目的和启动过程与他励直流电动机采用逐级切除启动电阻的方法相似，主要是为了使整个启动过程中电动机能保用逐级切除启动电阻的方法相似，主要是为了使整个启动过程中电动机能保持较大的加速转矩。启动过程如图所示：持较大的加速转矩。启动过程如图所示：第六十三页，编辑于星期六：十四点 四十五分。64第六十四页，编辑于星期六：十四点 四十五分。65 2频敏变阻器启动法频敏变阻器启动法 频敏变阻器实质上是一个铁心损耗很大的三相电抗器，铁心由频敏变阻器实质上是一个铁心损耗很大的三相电抗器，铁心由一定厚度的几块实心铁板或钢板叠成，一般做成三柱

48、式，每柱上绕一定厚度的几块实心铁板或钢板叠成，一般做成三柱式，每柱上绕有一个线圈，三相线圈连成星形，然后接到线绕式异步电动机的转有一个线圈，三相线圈连成星形，然后接到线绕式异步电动机的转子电路中，子电路中， 优点优点；电流小、结构简单、无需维修。；电流小、结构简单、无需维修。启动转矩较大。启动转矩较大。适用于：对调速沒有要求、经常正反转、适用于：对调速沒有要求、经常正反转、启动转矩要求不大冶金、化工设备上。启动转矩要求不大冶金、化工设备上。n=0，S=1 f2=Sf1RXITn=nn ，f2 R=X0相当于转子短路，启相当于转子短路，启动完毕动完毕第六十五页，编辑于星期六：十四点 四十五分。6

49、6第五章 交流电动机的工原理及特性5.5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性601fnsp00nnsn01nns只要改变只要改变f、P、U、R2就可改变速度就可改变速度2222220sR UTKRsX第六十六页，编辑于星期六：十四点 四十五分。675.5.1 调压调速调压调速离心风机不同负载下可不同的调速范围第六十七页，编辑于星期六：十四点 四十五分。68n5.5.2 转子串电阻调速转子串电阻调速第六十八页，编辑于星期六：十四点 四十五分。69n5.5.3 改变极对数调速改变极对数调速(a) 串联串联2p=4 (b) 并联并联2p=2改变磁极对数调速的原理改变磁极对数调速的原理第

50、六十九页，编辑于星期六：十四点 四十五分。70n5.5.3 改变极对数调速改变极对数调速2PP2PP第七十页，编辑于星期六：十四点 四十五分。71多速电动机的调速性质与连接方式有关：多速电动机的调速性质与连接方式有关：1.由由YYY，则，则n0YY2n0Y，此时，转矩，此时，转矩T维持不变，而功率维持不变，而功率增加一倍，属恒转矩调速。增加一倍，属恒转矩调速。2.由由 YY，则，则n0YY2n0 ，此时，功率，此时，功率P维持不变，而转维持不变，而转矩增加一倍，属恒功率调速。矩增加一倍，属恒功率调速。由于极对数的改变，不仅使由于极对数的改变，不仅使n0、n发生变化，而且三相定子发生变化，而且三