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1、5.2 5.2 三相异步电动机三相异步电动机5.2.1 5.2.1 三相异步电动机的基本结构和工作原理三相异步电动机的基本结构和工作原理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异步电机异步电机旋转部分称为转子旋转部分称为转子固定部分称为定子固定部分称为定子在定子和转子之间有一很小的间隙，称为气隙。在定子和转子之间有一很小的间隙，称为气隙。第第5 5章章 电动机电动机三相异步电动机的结构图三相异步电动机的结构图异步电机的定子是异步电动机固定不动的部分。异步电机的定子是异步电动机固定不动的部分。（1）定子）定子机座机座定子绕组定子绕组定子铁心定子铁心异异步步电电机机的的转转子子由由
2、转转子子铁铁心心、转转子子绕绕组组和和转转轴组成。轴组成。（2）转子）转子转子转子风扇风扇转子铁心转子铁心转转子子铁铁心心为为电电动动机机磁磁路路的的一一部部分分，一一般般也也由由0.5mm厚厚的硅钢片叠成。的硅钢片叠成。转子铁心转子铁心转轴转轴转子绕组转子绕组转转子子绕绕组组的的作作用用是是感感应应电电动动势势，流流过过电电流流和和产产生生电电磁转矩。磁转矩。转子绕组的结构型式：鼠笼式和有绕线式两种。转子绕组的结构型式：鼠笼式和有绕线式两种。根据转子的结构形式不同，异步电动机分为：根据转子的结构形式不同，异步电动机分为：鼠笼式异步电动机鼠笼式异步电动机绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机转子
3、绕组的外形就像一个转子绕组的外形就像一个“鼠笼鼠笼”。由由于于异异步步电电动动机机的的转转子子绕绕组组不不必必由由外外界界电电源源供供电电，因此可以自行闭合构成短路绕组。因此可以自行闭合构成短路绕组。鼠笼式转子鼠笼式转子绕绕线线式式转转子子绕绕组组与与定定子子绕绕组组相相似似，也也是是用用绝绝缘缘导导线线嵌嵌于转子铁心槽内，连接成星形接法的三相对称绕组。于转子铁心槽内，连接成星形接法的三相对称绕组。绕线式转子绕组绕线式转子绕组三相异步电动机的符号三相异步电动机的符号M三相异步鼠笼式电动机三相异步鼠笼式电动机三相异步绕线式电动机三相异步绕线式电动机M2.2.异步电机的基本工作原理异步电机的基本工
4、作原理n0ffn（1）异步电机的基本工作原理）异步电机的基本工作原理同同步步转转速速n0与与转转子子转转速速n之之差差与与同同步步转转速速n0的的比比值值称称为转差率（也称滑差）：为转差率（也称滑差）：电动机运行在额定状态时，电动机运行在额定状态时，s约为约为1.56左右。左右。转差率转差率异步电动机正常运行时的转速总是低于同步转速，即异步电动机正常运行时的转速总是低于同步转速，即两种转速之间总是存在差异。异步电动机的名称也由两种转速之间总是存在差异。异步电动机的名称也由此而来。此而来。1）旋转磁场的产生旋转磁场的产生 如果把三相对称绕组接至三相对称交流电源上，其中如果把三相对称绕组接至三相对
5、称交流电源上，其中流过三相对称交流电流。流过三相对称交流电流。设各相交流电流的瞬时表达式为：设各相交流电流的瞬时表达式为：U2V1V2W1W2U1ti1Ui1Vi1W两极旋转磁场两极旋转磁场0U2V1V2W1W2U1NSU2V1V2W1W2U1t1NSU2V1V2W1W2U1t2NSt3NS2）磁场的旋转方向）磁场的旋转方向U2V1V2W1W2U1NSU2V1V2W1W2U1NSU2V1V2W1W2U1NSti1Ui1Vi1W0t1t2t3当当U、V、W相相电电流流达达到到最最大大值值时时，合合成成旋旋转转磁磁场场的的磁磁极极N和和S依依次次从从U相相绕绕组组的的轴轴线线移移到到V、W相绕组的
6、轴线上。相绕组的轴线上。合成磁场的旋转方向决定于三相绕组电流的相序。合成磁场的旋转方向决定于三相绕组电流的相序。异步电动机转子的转向与异步电动机转子的转向与旋转磁场的方向相同。旋转磁场的方向相同。所以要改变异步电动机的所以要改变异步电动机的转动方向只需改变异步电转动方向只需改变异步电动机三相电源的相序。动机三相电源的相序。控制电动机反转控制电动机反转3）旋转磁场旋转磁场的磁极对数的磁极对数p当当三三相相异异步步电电动动机机的的每每相相定定子子绕绕组组只只有有一一个个线线圈圈时时，所所产产生生的的合合成成磁磁场场的的极极数数为为2（一一个个N极极、一一个个S极极），即磁极对数，即磁极对数p1U2
7、V1V2W1W2U1NS4极旋转磁场极旋转磁场合合成成旋旋转转磁磁场场由由二二个个N磁磁极极和和二二个个S磁磁极极组组成成，极极数数变变为为4，即磁极对数，即磁极对数p24）旋转磁场的转速）旋转磁场的转速同步转速同步转速n0 对于两极电机即旋转磁场的磁极对数对于两极电机即旋转磁场的磁极对数p1，当电当电流变化一周（电角度为流变化一周（电角度为360）时，旋转磁场在空）时，旋转磁场在空间正好转动一圈（空间角度为间正好转动一圈（空间角度为360）。）。如果电流每秒变化如果电流每秒变化f1周，则旋转磁场就转动周，则旋转磁场就转动f1圈。圈。旋转磁场的转速即同步转速为：旋转磁场的转速即同步转速为：（转
8、（转/分，分，r/min）接在工频电源上不同极数的异步电动机的同步转速接在工频电源上不同极数的异步电动机的同步转速p123456n0(r/min)300015001000750600500（2）三相异步电动机的三种运行状态）三相异步电动机的三种运行状态转差率转差率s是异步电动机运行时的一个重要物理量。是异步电动机运行时的一个重要物理量。根根据据s的的正正负负和和大大小小可可以以判判断断异异步步电电动动机机工工作作在在电电动动状态、发电机状态还是电磁制动状态。状态、发电机状态还是电磁制动状态。1）电动运行状态）电动运行状态电电动动运运行行状状态态:定定子子从从电电网网吸吸收收电电功功率率，转转子
9、子从从轴轴上输出机械功率。上输出机械功率。n0ffn当当异异步步电电机机转转子子的的转转向向与与旋旋转转磁磁场场的的转转向向相相同同而而且且 转转 速速 nn0（0sn0（s0）。）。异异步步电电机机的的定定子子方方由由原原来来从从电电网网吸吸收收电电功功率率改改为为向向电电网输出电功率。网输出电功率。电电磁磁转转矩矩对对原原动动机机来说为制动转矩。来说为制动转矩。原原动动机机要要保保持持转转子子继继续续转转动动，必必须须输输入机械功率。入机械功率。3）电磁制动运行状态）电磁制动运行状态n0ffn用用其其他他机机械械拖拖动动异异步步电电机机朝朝着着旋旋转转磁磁场场相相反反的的方方向向转转动动n
10、1）。电电磁磁转转矩矩对对拖拖动动机机械来说是制动转矩。械来说是制动转矩。电电机机一一方方面面吸吸收收拖拖动动机机械械的的机机械械功功率率，另另一一方方面面又又从从电电网网吸吸收收电电功功率率，这这两两部部分分功功率率在在电电机机内内都都以以损损耗耗的的方式最终转化为热能消耗掉。方式最终转化为热能消耗掉。（3）电机的可逆性原理电机的可逆性原理一一台台交交流流电电动动机机，当当将将交交流流电电源源接接在在定定子子绕绕组组上上，可可以以使使其其转转轴轴带带动动生生产产机机械械运运转转，从从而而完完成成将将输输入入的的电电能转换为机械能的过程，即为交流电动机。能转换为机械能的过程，即为交流电动机。同
11、同一一台台交交流流电电机机在在不不同同的的外外界界条条件件下下，即即可可作作为为电电动动机机运运行行，也也可可作作为为发发电电机机运运行行。这这就就是是交交流流电电机机的可逆性原理。的可逆性原理。在在原原动动机机的的驱驱动动下下，电电机机向向电电网网输输入入交交流流电电，完完成成将将转转轴轴上上输输入入的的机机械械能能转转换换成成电电能能的的过过程程，而而成成为为交交流流发电机。发电机。（4）机电能量的转换过程机电能量的转换过程电机在进行能量形态的转换过程中，其内部存在着电机在进行能量形态的转换过程中，其内部存在着四种形态：四种形态：电能电能机械能机械能磁场储能磁场储能热能。热能。交流电机（其
12、它类型的电机也一样）本质上是一种交流电机（其它类型的电机也一样）本质上是一种能量转换元件能量转换元件。电动机的能量方程式：电动机的能量方程式：电源输入的电能电源输入的电能输出的机械能输出的机械能磁场储能的增加磁场储能的增加转换成热能的损耗转换成热能的损耗电电机机在在能能量量转转换换过过程程中中产产生生的的能能量量损损耗耗通通常常有有三三种：种：电系统内部通有电流时产生的电阻损耗；电系统内部通有电流时产生的电阻损耗；机械系统的风阻摩擦引起的机械损耗；机械系统的风阻摩擦引起的机械损耗；由由耦耦合合磁磁场场在在铁铁心心中中引引起起的的介介质质损损耗耗（磁磁滞滞损损耗和涡流损耗），即铁耗。耗和涡流损耗
13、），即铁耗。这些损耗都变为热能而散发。这些损耗都变为热能而散发。为了保证电机正常运行，必须对电机进行冷却。为了保证电机正常运行，必须对电机进行冷却。电系统电系统uie耦合磁场耦合磁场T机械系统机械系统输入输入电能电能电阻损耗电阻损耗产生的热量产生的热量介质损耗介质损耗产生的热量产生的热量机械损耗机械损耗产生的热量产生的热量输出输出机械能机械能电动机的能量转换电动机的能量转换1）功率平衡）功率平衡P1P2pCu1pFe1pCu2pm+padPTPmec电磁功率电磁功率机械功率机械功率输出的机输出的机械功率械功率输入的电输入的电功率功率2）磁动势平衡）磁动势平衡以以n0旋转旋转异步电动机中的旋转磁
14、场是由定、转子电流共同建立的。异步电动机中的旋转磁场是由定、转子电流共同建立的。就在气隙中建立以同步转速旋转的旋转磁场，其就在气隙中建立以同步转速旋转的旋转磁场，其磁通量为磁通量为定子电流产生的磁势定子电流产生的磁势 可由两个分量组成：可由两个分量组成：激磁分量激磁分量激磁磁动势激磁磁动势气隙旋转磁气隙旋转磁场场负载分量负载分量抵消转子磁动势对抵消转子磁动势对旋转磁场的影响旋转磁场的影响电电动动机机机机械械负负载载的的变变化化引引起起的的转转子子电电流流的的变变化化，会会立立即即引引起起电电动动机机的的定定子子电电流流的的变变化化，从从而而调调节节输输入入的的电电功率以满足机械负载对电动机输出
15、机械功率的需要。功率以满足机械负载对电动机输出机械功率的需要。为了保证为了保证 不变不变以维持磁通以维持磁通 不变不变自动增大自动增大定子向电网吸收的定子向电网吸收的电流自动增大电流自动增大如果增大电动机转轴所带的机械负载，必然引起转速如果增大电动机转轴所带的机械负载，必然引起转速降低；降低；于是转子与旋转磁场的相对运动加大，则转子感应的于是转子与旋转磁场的相对运动加大，则转子感应的电动势和电流电动势和电流I2也增大，则磁势也增大，则磁势增加。增加。5.2.2 5.2.2 三相异步电动机的三相异步电动机的功率、转矩和机械特性功率、转矩和机械特性异异步步电电动动机机的的作作用用：是是把把电电能能
16、转转换换成成机机械械能能，它它输输送送给生产机械的量是转矩和转速。给生产机械的量是转矩和转速。在在选选用用电电动动机机时时，总总是是要要求求电电动动机机的的转转矩矩和和转转速速（称称为机械特性）符合生产负载的需要。为机械特性）符合生产负载的需要。电动机输出的转矩的大小受哪些因素的影响？电动机输出的转矩的大小受哪些因素的影响？如何计算电动机的转矩？如何计算电动机的转矩？转矩和转速的关系怎样？转矩和转速的关系怎样？异步电动机带动负载运转时，转子上作用着三个转矩：异步电动机带动负载运转时，转子上作用着三个转矩：电磁转矩电磁转矩T：由：由i2和和m m相互作用引起电磁力所产生的相互作用引起电磁力所产生
17、的空空载载制制动动转转矩矩T0：由由电电动动机机的的机机械械损损耗耗pm和和附附加加损损耗耗pad引起的引起的负负载载制制动动转转矩矩T2：转转子子拖拖动动的的机机械械负负载载反反作作用用在在转转子上的力矩子上的力矩1.1.三相异步电动机的转矩平衡三相异步电动机的转矩平衡电动机稳定运行时，转矩平衡方程式：电动机稳定运行时，转矩平衡方程式：等式两边同乘以机械角速度等式两边同乘以机械角速度rad/s克服负载制动转矩克服负载制动转矩T2所消耗的功率：所消耗的功率：电动机转轴上输出的机械功率为：电动机转轴上输出的机械功率为：电动机所获得的总得机械功率：电动机所获得的总得机械功率：全部用于克服制动转矩消
18、耗掉。全部用于克服制动转矩消耗掉。电动机消耗的机械损耗电动机消耗的机械损耗pm和附加损耗和附加损耗pad：用于克服空载制动转矩用于克服空载制动转矩T0所消耗的功率所消耗的功率由于电动机的机械损耗由于电动机的机械损耗pm和附加损耗和附加损耗pad很小，很小，（牛顿（牛顿米，米，Nm）P2为异步电动机输出的机械功率，单位为千瓦（为异步电动机输出的机械功率，单位为千瓦（kW）n为电动机的转速，单位（转为电动机的转速，单位（转/分，分，r/min）2.2.三相异步电动机的电磁转矩三相异步电动机的电磁转矩例例：有有两两台台功功率率都都为为PN=7.5k的的三三相相异异步步电电动动机机UN=380V、nN
19、=962r/min一一台台，另另一一台台UN=380V、nN=1450r/min，求两台电动机的额定转矩。求两台电动机的额定转矩。解：第一台：解：第一台：第二台：第二台：异步电动机产生的电磁转矩可直接由电磁力定律异步电动机产生的电磁转矩可直接由电磁力定律,通过通过计算转子上各导条所受的力得到。计算转子上各导条所受的力得到。异步电动机上电磁转矩为：异步电动机上电磁转矩为：CT（包含了力臂）包含了力臂）是与电动机的结构有关的常是与电动机的结构有关的常数称为电动机转矩常数数称为电动机转矩常数。公式表明：公式表明：三相异步电动机的电磁转矩是由气隙中的三相异步电动机的电磁转矩是由气隙中的旋转磁场旋转磁场
20、m与转子电流的有功分量与转子电流的有功分量 相互作相互作用产生的用产生的。式中三项式中三项T、m和和 符合左手定则。符合左手定则。转子转子n三相异步电动机电路示意图三相异步电动机电路示意图定子定子r1jx1N1k1f1r2jx2N2k2f2异步电动机的定子电路和转子电路之间只有磁的耦合异步电动机的定子电路和转子电路之间只有磁的耦合而而没有电的联系没有电的联系。电路是静止的电路是静止的电路是旋转的电路是旋转的每相定子电路的电动势平衡方程式：每相定子电路的电动势平衡方程式：定子绕组的电阻和漏电抗很小，定子绕组的电阻和漏电抗很小，电动机的电源电压：电动机的电源电压：每相转子电路的电动势平衡方程式：每
21、相转子电路的电动势平衡方程式：每相转子绕组感应电动势的有效值：每相转子绕组感应电动势的有效值：转子感应电动势的频率转子感应电动势的频率f2当转子以转速当转子以转速n转动时，旋转磁场与转子的相对速度：转动时，旋转磁场与转子的相对速度：转子绕组中感应电动势和电流的频率为：转子绕组中感应电动势和电流的频率为：注意：在当转子静止时，即注意：在当转子静止时，即s=1、f2f1。电动机额定运行时电动机额定运行时s很小，所以转子的频率较低，约很小，所以转子的频率较低，约几赫兹。几赫兹。由转子电路的电动势平衡方程式：由转子电路的电动势平衡方程式：转子每相电流的有效值：转子每相电流的有效值：由于转子电路显感性，
22、所以转子电流由于转子电路显感性，所以转子电流 滞后滞后 转子电路的功率因数为：转子电路的功率因数为：其中：其中：电动机的电磁转矩（机械特性）：电动机的电磁转矩（机械特性）：重重要要的的结结论论：当当电电源源频频率率和和电电动动机机参参数数不不变变时时，三三相相异异步步电电动动机机的的电电磁磁转转矩矩不不仅仅与与电电动动机机的的转转差差率率s有有关关，还还与每相定子电压与每相定子电压U1的平方成正比。的平方成正比。3.3.三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性是描述电力拖动系统（由异步异步电动机的机械特性是描述电力拖动系统（由异步电动机和生产机械所组成）的各种运行状
23、态的有效工电动机和生产机械所组成）的各种运行状态的有效工具。具。异步电动机的机械特性是指当电动机的电源电压异步电动机的机械特性是指当电动机的电源电压和频率不变时，电动机转速和频率不变时，电动机转速n与电磁转矩与电磁转矩T之间的之间的关系：关系：T0n1sn00机械特性曲线机械特性曲线（1）额定工作点）额定工作点N额定转矩额定转矩TN额定转速额定转速nN额定转差额定转差sN（牛顿（牛顿米，米，Nm）T10sn0n0恒转矩负载恒转矩负载TNNsNnN（2 2）起动点）起动点A和起动转矩和起动转矩Tst 起动点起动点A：指电动机：指电动机已投入电网，但尚未已投入电网，但尚未开始转动时的工作状开始转动
24、时的工作状态。态。电动机产生的电磁转电动机产生的电磁转矩称为（最初）起动矩称为（最初）起动转矩转矩Tst。Tst是表征电动机运行性能的重要指标之一。如果是表征电动机运行性能的重要指标之一。如果Tst太小，在一定负载下电动机可能不能起动起来，因太小，在一定负载下电动机可能不能起动起来，因而不能满足生产机械的要求。而不能满足生产机械的要求。10sn0n0TstATn=0或或s=1：当电源频率和电动机参数不变时，起动转矩当电源频率和电动机参数不变时，起动转矩Tst与电与电源电压源电压U1的平方成正比。的平方成正比。电网电压的下降，将对异步电动机拖动装置的起动电网电压的下降，将对异步电动机拖动装置的起
25、动性能产生严重影响。性能产生严重影响。异步电动机转子的电流及功率因数异步电动机转子的电流及功率因数与转差率与转差率s的关系的关系0sI2s=1在在电电动动机机刚刚起起动动时时转转差差s=1最最大大，转转子子电电路路的的漏漏抗抗最最大大，所所以以转转子子电电路路的的功功率率因因数数也也最最小小。因因此此，在在电电动动机机起起动动时时，虽虽然然转转子子电电流流较较大，但起动时转矩大，但起动时转矩 并不大。并不大。0sI2s=1在在电电机机起起动动时时（s=1），要要采采取取限限流流措措施施，更更要要避避免免在在电电机机运运行行时时发发生生堵堵转转现现象象，否否则则会会由由于于电电流流过过大大，使使
26、电电机机温温升升增增加加，损损坏坏电电机机绝绝缘缘，使电机烧坏。使电机烧坏。随随着着转转速速的的升升高高转转差差s较较小小时时，转转子子频频率率f2较较低低，则则转转子子电电路路的的漏漏抗抗较较小小，所所以以转转子子电电路路的的功功率因数较大。率因数较大。0sI2s=1起动转矩倍数起动转矩倍数（最初）起动转矩倍数（最初）起动转矩倍数来来表示起动转矩表示起动转矩.通常用通常用一般，鼠笼异步电动机的（最初）起动转矩倍数为一般，鼠笼异步电动机的（最初）起动转矩倍数为1.02.0。电电动动机机不不产产生生电电磁磁转转矩矩，而而电电动动机机却却以以同同步步转转速速高高速速运运行行，这这种种运运行行状状态
27、态只只能能是是一一种种理理想想情情况况，称称为为理想运行状态。理想运行状态。（3）理想空载点）理想空载点D10sn0n0DT（4）临界点）临界点B和最大转矩和最大转矩Tmax电磁转矩为最大转矩电磁转矩为最大转矩Tmax是是电电动动机机所所能能提提高高的的极极限限转矩。转矩。Tmax越越大大，电电动动机机短短时时过过载载能能力力越越强强，最最大大转转矩矩Tmax也是表征电动机运行性能的重要指标之一。也是表征电动机运行性能的重要指标之一。10sn0n0TTmaxsmB当电源频率和电动机参数为常数时，最大转矩当电源频率和电动机参数为常数时，最大转矩Tmax与与电源电压电源电压U1的平方成正比。的平方
28、成正比。电电网网电电压压有有较较小小的的波波动动，也也会会使使异异步步电电动动机机所所产产生生的的电磁转矩发生较大的变化。电磁转矩发生较大的变化。如如果果电电源源电电压压下下降降过过多多，以以致致最最大大转转矩矩小小于于负负载载转转矩矩，则电机拖动系统将发生停车事故，也称为堵转。则电机拖动系统将发生停车事故，也称为堵转。当电动机运行时，若负载短时突然增大，随后又恢复当电动机运行时，若负载短时突然增大，随后又恢复正常负载，在这期间只要总的制动转矩（负载转矩与正常负载，在这期间只要总的制动转矩（负载转矩与空载制动转矩的总和）不超过最大转矩，电动机仍能空载制动转矩的总和）不超过最大转矩，电动机仍能稳
29、定运行。稳定运行。但若总的制动转矩大于最大转矩，则电机拖动系统将但若总的制动转矩大于最大转矩，则电机拖动系统将停车，也称堵转。停车，也称堵转。电动机的过载能力电动机的过载能力一般异步电动机的过载能力一般异步电动机的过载能力1.82.5。电动机的过载能力电动机的过载能力4.4.异步电动机的稳定运行区异步电动机的稳定运行区稳稳定定运运行行：就就是是如如果果电电力力拖拖动动系系统统原原来来处处于于一一种种平平衡衡运运转转状状态态，由由于于受受到到外外界界扰扰动动离离开开原原来来的的平平衡衡状状态态，仍仍能能在在新新的的条条件件下下达达到到新新的的平平衡衡状状态态；或或者者在在扰动消失后，能够恢复到原
30、来的平衡状态。扰动消失后，能够恢复到原来的平衡状态。稳定工作点稳定工作点N电机产生的电磁转矩电机产生的电磁转矩当当TLn10sn0n0恒转矩负载恒转矩负载TLT当当TN10sn0n0T稳定运行区稳定运行区稳定运行区稳定运行区不稳定不稳定运行区运行区5.2.3 5.2.3 三相异步电动机的起动、调速和制动三相异步电动机的起动、调速和制动1.1.三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动当当异异步步电电动动机机接接在在三三相相对对称称电电源源上上，如如果果最最初初起起动动转转矩矩大大于于负负载载转转矩矩时时，电电动动机机就就从从静静止止状状态态过过渡渡到到稳定运行状态。这个过程叫做异步电动机的起动。
31、稳定运行状态。这个过程叫做异步电动机的起动。把把异异步步电电动动机机刚刚起起动动（n0，s=1）时时，三三相相异异步步电电动机动机定子线电流定子线电流称为异步电动机的最初起动电流称为异步电动机的最初起动电流Ist。若异步电动机在额定电压下起动，则（最初）起动电若异步电动机在额定电压下起动，则（最初）起动电流为额定电流的流为额定电流的47倍。倍。在在线线路路上上会会产产生生较较大大的的线线路路压压降降，使使得得电电源源电电压压在在起起动动电电机机时时下下降降。尤尤其其是是电电源源的的容容量量较较小小时时起起动动电电机机，会会使使电电压压降降得得更更多多。这这就就有有可可能能影影响响同同一电源上其
32、他用电设备的正常运行。一电源上其他用电设备的正常运行。较较大大的的起起动动电电流流在在线线路路和和电电机机中中产产生生的的损损耗耗大大，引引起起发发热热。特特别别是是机机组组转转动动惯惯量量J较较大大时时，起起动动较较慢慢，起起动动过过程程产产生生的的损损耗耗增增大大，使使电电机机过过热热，温温度上升，严重时可能烧坏电机。度上升，严重时可能烧坏电机。有足够大的最初起动转矩；有足够大的最初起动转矩；尽可能小的最初起动电流；尽可能小的最初起动电流；起动过程中的功率损耗应尽可能减少；起动过程中的功率损耗应尽可能减少；起动的操作方便，起动设备简单、经济。起动的操作方便，起动设备简单、经济。起动性能的要
33、求：起动性能的要求：2.2.三相异步电动机的起动方法三相异步电动机的起动方法（1）直接起动直接起动直接起动是利用开关等电器设备将电动机直接接到直接起动是利用开关等电器设备将电动机直接接到额定电压上的起动方式，又称全压起动。额定电压上的起动方式，又称全压起动。当当电电机机容容量量小小于于10kW或或其其容容量量不不超超过过电电源源变变压压器器容容量量的的15%20%时时，最最初初起起动动电电流流不不会会影影响响同同一一供供电电线线路路上上的的其其他他用用电电设设备备的的正正常常工工作作，可可允允许许直直接起动。接起动。优优点点：简简单单、方方便便、经经济济、起起动动过过程程快快，是是一一种种适适
34、用于小容量的常用方法。用于小容量的常用方法。缺点：最初起动电流较大，将使线路电压下降，影缺点：最初起动电流较大，将使线路电压下降，影响邻近负载正常工作。响邻近负载正常工作。（2）降压起动降压起动降降压压起起动动的的方方法法是是通通过过降降低低电电动动机机定定子子电电压压U1来来限限制制最初起动电流最初起动电流Ist。由于电动机的最初起动转矩由于电动机的最初起动转矩 ，所以当电动，所以当电动机定子电压机定子电压U1降低为降低为 时，起动转矩就会降低时，起动转矩就会降低为为 。1）Y-换接降压起动换接降压起动正常运行时，正常运行时，定子绕组换接成定子绕组换接成：这种控制方式仅适用于电动机正常运行时
35、这种控制方式仅适用于电动机正常运行时定子绕定子绕组为组为D形接法。形接法。W2W1V2V1U1U2起动时，定子绕组首先接成起动时，定子绕组首先接成Y形。形。W2W1V2V1U1U2Y-换换接接降降压压起起动动时时的的电电流流仅仅为为直直接接起起动动时时的的三三分分之之一。一。经经过过一一段段时时间间的的延延时时，当当电电动动机机的的转转速速接接近近额额定定转转速速时时，断断开开KM2然然后后闭闭合合KM3，电电动动机机的的定定子子绕绕组组接接成成正正常常运运行行时时的的形形。KM3W2W1V2V1U1U2KM2起起动动时时先先闭闭合合KM2定定子子绕绕组组接接成成Y，每每相相定定子子上上的的电
36、电压压仅仅为为额额定定电电压压的的 、而而电电网网的的电电流流仅仅为为全全压压直接起动时的直接起动时的 ；适适用用范范围围：正正常常运运行行时时定定子子绕绕组组是是三三角角形形连连接接电电动机。动机。优优点点：最最初初起起动动电电流流为为全全压压起起动动时时的的13。起起动动设设备备比比较较简简单单、成成本本低低、运运行行比比较较可可靠靠和和维维修修方方便。便。缺点：最初起动转矩为全压起动时的缺点：最初起动转矩为全压起动时的13。只适。只适用于轻载或空载起动。用于轻载或空载起动。说明说明2）自耦降压起动：自耦降压起动：采采用用自自耦耦变变压压器器降降压压起起动动的的控控制制电电路路中中，电电动
37、动机机起起动动电电流流的的限限制制，是是依依靠靠自自耦耦变变压压器器的的降降压压作作用用来实现的。来实现的。电电动动机机起起动动时时，定定子子绕绕组组得得到到的的电电压压是是自自耦耦变变压压器器的二次电压。的二次电压。一一旦旦起起动动结结束束，自自耦耦变变压压器器便便被被切切除除，额额定定电电压压或或者者说说自自耦耦变变压压器器的的一一次次电电压压直直接接加加在在定定子子绕绕组组，这这时时电电动动机机进进入入全全电电压压正正常常运运行行。通通常常习习惯惯称称自自耦耦变变压器为起动补偿器。压器为起动补偿器。电动机定子绕组上的电压为电动机定子绕组上的电压为：设，设，UN为电网电压；自耦变压器的变比
38、为为电网电压；自耦变压器的变比为k。自耦变压器副边电流：自耦变压器副边电流：N2Z1N1+-uN+-u2i2i1电网供给电动机的电流应是变压器原边电流电网供给电动机的电流应是变压器原边电流：直接起动时的起动电流直接起动时的起动电流：自耦降压起动时的电流仅为直接起动时的自耦降压起动时的电流仅为直接起动时的优优点点：使使用用时时可可根根据据允允许许的的起起动动电电流流和和负负载载特特性性所所需要的最初起动转矩进行选配。需要的最初起动转矩进行选配。缺缺点点：同同样样要要降降低低起起动动转转矩矩，且且线线路路比比较较复复杂杂，使使用用的的大大型型电电器器开开关关较较多多，而而且且自自耦耦变变压压器器的
39、的体体积积大大、价格高、维修麻烦，不允许频繁起动。价格高、维修麻烦，不允许频繁起动。说明说明对鼠笼式异步电动机，无论采用哪一种降压起动方对鼠笼式异步电动机，无论采用哪一种降压起动方法来减小最初起动电流，电动机的最初起动转矩也法来减小最初起动电流，电动机的最初起动转矩也都会随之减小。都会随之减小。绕绕线线式式异异步步电电动动机机采采用用转转子子绕绕组组串串入入附附加加电电阻阻的的方方法法来来起起动动电电机机既既可可以以降降低低起起动动电电流流Ist又又可可以以增增大起动转矩大起动转矩Tst。（3 3）绕线式异步电动机的起动）绕线式异步电动机的起动转子电路串接电阻的机械特性转子电路串接电阻的机械特
40、性 3.3.三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 制动：对电动机采取强迫措施使其迅速停车，制动：对电动机采取强迫措施使其迅速停车，要求电动机产生的电磁转矩和转子的旋转方向相反。要求电动机产生的电磁转矩和转子的旋转方向相反。（1）反接制动反接制动改改变变异异步步电电动动机机定定子子绕绕组组上上三三相相电电源源的的相相序序，使定子绕组产生反向旋转的磁场使定子绕组产生反向旋转的磁场。正转正转反转反转0反反接接制制动动时时，电电动动机机不不仅仅从从电电源源吸吸收收电电能能，还还从从电电机机转转轴轴上上吸吸收收机机械械能能（由由拖拖动动系系统统降降速速时时释释放放出出的的动动能能转转换换而而来来），
41、并并将将这这两两部部分分能能量量消消耗耗在在转子电路的电阻上，转换成热能散发除去。转子电路的电阻上，转换成热能散发除去。说明说明反反接接制制动动时时，转转子子与与旋旋转转磁磁场场的的相相对对转转速速接接近近转转子子转转速速的的两两倍倍，因因此此，制制动动电电流流大大，制制动动力力矩矩大大，制动迅速。制动迅速。但但是是这这种种方方法法对对设设备备冲冲击击也也大大，通通常常仅仅用用于于10kW以下的小容量电动机。以下的小容量电动机。（2）能耗制动能耗制动能耗制动就是在电动机脱离三相交流电源之后，定能耗制动就是在电动机脱离三相交流电源之后，定子绕组上加一个直流电压（即通入直流电流），利子绕组上加一个
42、直流电压（即通入直流电流），利用转子感应电流与静止磁场的作用，在转速为零时用转子感应电流与静止磁场的作用，在转速为零时切除直流电源，以达到制动的目的。切除直流电源，以达到制动的目的。能耗制动常用于需要准确停车的场合。能耗制动常用于需要准确停车的场合。异步电动机进入能耗制动后，电动机实际上已成异步电动机进入能耗制动后，电动机实际上已成为发电机，转子电路中的电阻就是它的负载，它为发电机，转子电路中的电阻就是它的负载，它将转轴上的机械能转换成电能消耗在转子电阻上。将转轴上的机械能转换成电能消耗在转子电阻上。（3）发电回馈制动发电回馈制动n0ffn5.2.4 5.2.4 三相异步电动机的调速三相异步电
43、动机的调速为了满足生产、工艺的要求需要调速；为了满足生产、工艺的要求需要调速；节约电能需要调速。节约电能需要调速。由由于于异异步步电电动动机机特特别别是是鼠鼠笼笼式式异异步步电电动动机机具具有有结结构构简简单单、坚坚固固耐耐用用、免免维维修修和和价价格格低低廉廉等等优优点点，再再加加上上近近年年来来由由于于现现代代控控制制技技术术和和电电力力电电子子技技术术的的发发展展，使使得得交交流流电电动动机机调调速速性性能能可可以以和和直直流流电电动动机机的的调调速速性性能能相相媲媲美美。因因此此以以前前在在要要求求采采用用直直流调速的地方如今基本上都可以采用交流调速。流调速的地方如今基本上都可以采用交
44、流调速。调速方法调速方法 异步电动机的调速方法有：异步电动机的调速方法有：改变转差率改变转差率s调速；调速；改变磁极对数改变磁极对数p的变极调速；的变极调速；改变供电电源的频率改变供电电源的频率f1的变频调速。的变频调速。调速方法实际上只有两大类：调速方法实际上只有两大类：在在电电机机中中旋旋转转磁磁场场的的同同步步转转速速n0恒恒定定的的情情况况下下调调节节转差率转差率s，即改变转差调速；即改变转差调速；调调节节电电机机旋旋转转磁磁场场的的同同步步转转速速n0，即即变变极极调调速速和和变变频调速。频调速。1.1.改变转差改变转差s s常用的改变转差率常用的改变转差率s调速的方法包括：调速的方
45、法包括：改变定子电压调速；改变定子电压调速；转子串电阻调速（适用于绕线式电机）；转子串电阻调速（适用于绕线式电机）；串级调速（适用于绕线式电机）；串级调速（适用于绕线式电机）；电磁离合器调速。电磁离合器调速。串极调速是在转子回路中采用转子整流器，将转差串极调速是在转子回路中采用转子整流器，将转差功率回馈到电网中，由于能量得到回收所以这种调功率回馈到电网中，由于能量得到回收所以这种调速方法属于高效率调速。速方法属于高效率调速。2.2.变极调速变极调速变极调速：就是通过改变电动机的定子绕组的连接方变极调速：就是通过改变电动机的定子绕组的连接方式以改变电动机的磁极对数式以改变电动机的磁极对数p来调速
46、。来调速。属于高效调速方法属于高效调速方法所需设备简单，价格低廉，工作也比较可靠，所需设备简单，价格低廉，工作也比较可靠，但为有级调速，且还需专门设计此种电机。但为有级调速，且还需专门设计此种电机。变极调速多用于鼠笼式异步电动机的拖动系统，如镗变极调速多用于鼠笼式异步电动机的拖动系统，如镗床、铣床和塔吊的传动系统。床、铣床和塔吊的传动系统。电电机机的的定定、转转子子的的磁磁极极对对数数必必须须相相同同，定定子子和和转转子子磁磁动动势势才才能能相相互互作作用用实实现现机机电电能能量量转转换换。鼠鼠笼笼异异步步电电动动机的转子极数能自动跟随定子极数变化机的转子极数能自动跟随定子极数变化。3.3.变
47、频调速变频调速变变频频调调速速是是通通过过改改变变供供电电电电源源的的频频率率f1，使使同同步步转转速速n0与与f1成成正正比比变变化化，从从而而实实现现对对电电动动机机的的平平滑滑、宽范围和高精度的调速。宽范围和高精度的调速。M逆逆变变器器整整流流器器f=50Hz+-f、U可变可变变频器变频器如果调节频率如果调节频率U1为电源电压可视为恒定值，所以当频率为电源电压可视为恒定值，所以当频率f1改变时，改变时，磁通也会随着改变。磁通也会随着改变。当当降降低低频频率率f1时时，则则磁磁通通将将会会增增加加，引引起起磁磁路路过过分分饱饱和和而而使使激激磁磁电电流流增增大大很很多多，导导致致铁铁损损耗
48、耗急急剧剧增增加加甚至使电机烧坏甚至使电机烧坏；可知必导致输出转矩减小，电机得不到充分利用可知必导致输出转矩减小，电机得不到充分利用而造成浪费，同时电机的最大转矩也将下降，严而造成浪费，同时电机的最大转矩也将下降，严重时会使电机起动甚至烧坏电机。重时会使电机起动甚至烧坏电机。当增加频率当增加频率f1时，则磁通将会减少时，则磁通将会减少调节电源频率调节电源频率f1的同时，加至电动机的电源电压的同时，加至电动机的电源电压U1也要同时改变也要同时改变。保持保持 =常数常数，以保持磁通不变以保持磁通不变变频调速可使电动机始终运行在高效率区，并保变频调速可使电动机始终运行在高效率区，并保证良好的动态性能
49、。证良好的动态性能。交流电动机采用变频起动更能显著改善交流电动交流电动机采用变频起动更能显著改善交流电动机的起动性能，大幅度地降低电机的起动时的最机的起动性能，大幅度地降低电机的起动时的最初起动电流，增加最初起动转矩；初起动电流，增加最初起动转矩；变频调速可十分理想地实现交流电动机的无级调变频调速可十分理想地实现交流电动机的无级调速。速。变频调速需要专门的变频装置变频调速需要专门的变频装置。5.2.5 5.2.5 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据功功率率：电电动动机机在在铭铭牌牌规规定定条条件件下下正正常常工工作作时时转转轴轴上上输输出出的的机机械械功功率率，称称为为额额定定功
50、功率率或或容容量量PN。单单位位为为千千瓦瓦（kW）。）。电电压压：电电动动机机额额定定运运行行时时，外外加加在在定定子子绕绕组组上上的的线线电电压压UN。单位为伏（单位为伏（V）。）。电电流流：电电动动机机在在额额定定电电压压下下，转转轴轴有有额额定定功功率率输输出出时时，定子绕组的线电流。单位为安（定子绕组的线电流。单位为安（A）。）。频频率率：电电动动机机所所接接交交流流电电源源的的频频率率。单单位位为为赫赫兹兹（Hz）。）。我国电网频率为我国电网频率为50Hz。转转速速：电电动动机机在在额额定定电电压压和和额额定定频频率率下下，转转轴轴有有额额定定功功率率输输出出时时，转转子子的的额额