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1、电机与拖动技术D I A N J I Y U T U O D O N G J I S H UD I A N J I Y U T U O D O N G J I S H U新世纪应用型高等教育教材编审委员会 组编新世纪应用型高等教育教材编审委员会 7.1 三相异步电动机的机械特性 7.2 三相异步电动机的启动 7.3 三相异步电动机的制动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 7.4 三相异步电动机的调速 7.5 三相异步电动机的建模及仿真 7.6 三相异步电动机变频调速的仿真及建模7.1 三相异步电动机的机械特性第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的
2、电力拖动电动机的机械特性是指在电源电压电动机的机械特性是指在电源电压 ，电源频率，电源频率 ，电机参数一，电机参数一定的条件下，电动机的转速与电磁转矩之间的关系，即定的条件下，电动机的转速与电磁转矩之间的关系，即 。也可以。也可以利用利用 表示表示。用曲线表示三相异步电动机机械特性时，常取。用曲线表示三相异步电动机机械特性时，常取 为横坐标以为横坐标以s s和和n n为纵坐标。为纵坐标。三相三相异步电动机的机械特性有三种表达式异步电动机的机械特性有三种表达式:物理表达式、参数表达式物理表达式、参数表达式和实用表达式。和实用表达式。1 1）物理表达式）物理表达式电动机电动机的电磁转矩是由旋转磁场
3、的每极磁通的电磁转矩是由旋转磁场的每极磁通 与转子与转子 相互作用相互作用产生表示。电磁转矩为：产生表示。电磁转矩为：是是转矩常数，与电机结构有关，转矩常数，与电机结构有关，7.1.1 三相异步电动机机械特性的表达式7.1 三相异步电动机的机械特性第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动2 2）参数表达式）参数表达式电磁电磁转矩可表示为转矩可表示为将将转子电流的转子电流的关系式关系式代代人上式，可得：人上式，可得：7.1 三相异步电动机的机械特性第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动当转差率当转差率s s变化或转速变化或转速n n变化时，机械特
4、性曲线如图变化时，机械特性曲线如图7-17-1所示。所示。图图7-1 7-1 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性7.1 三相异步电动机的机械特性第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动当同步转速当同步转速 为正值时，机械特性曲线跨越一、二、四象限。第为正值时，机械特性曲线跨越一、二、四象限。第一象限时，电机处于电动机运行状态；在第二象限时，电机处于发电机运一象限时，电机处于电动机运行状态；在第二象限时，电机处于发电机运行状态；在第四象限时，电机处于电磁制动运行状态。行状态；在第四象限时，电机处于电磁制动运行状态。电磁转矩有两个最大值，一个出现在第一象限电磁
5、转矩有两个最大值，一个出现在第一象限(电动机状态电动机状态)，另一，另一个出现在第二象限个出现在第二象限(发电机状态发电机状态)。将最大电磁转矩。将最大电磁转矩 对应的转差率称对应的转差率称为临界转差率，用为临界转差率，用 表示。对上式求导数表示。对上式求导数 ，并令，并令 ，得，得到临界转差率到临界转差率可以可以得到最大电磁转矩得到最大电磁转矩7.1 三相异步电动机的机械特性第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动一般把最大电磁转矩一般把最大电磁转矩 与额定转矩与额定转矩 之比称为电动机的过载之比称为电动机的过载系数系数(过载能力过载能力)，即，即过载系数过载系数是异
6、步电动机运行的重要性能指标，它可以衡量电动机的是异步电动机运行的重要性能指标，它可以衡量电动机的短时过载能力和运行的稳定性。一般电动机短时过载能力和运行的稳定性。一般电动机 ，起重、冶金，起重、冶金机械专用电动机机械专用电动机7.1 三相异步电动机的机械特性第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动启动转矩具有以下特点：启动转矩具有以下特点：1)1)启动转矩与电源相电压的平方成正比。启动转矩与电源相电压的平方成正比。2)2)启动转矩与转子回路电阻有关，转子回路串入适当电阻可以增大启动转矩与转子回路电阻有关，转子回路串入适当电阻可以增大起动转矩起动转矩3 3）实用表达式）实
7、用表达式利用利用电动机的铭牌数据和相关的手册提供的额定值来计算电动机的电动机的铭牌数据和相关的手册提供的额定值来计算电动机的机械特性，比较实用和方便。电动机机械特性的实用表达式为机械特性，比较实用和方便。电动机机械特性的实用表达式为7.1 三相异步电动机的机械特性第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动固有机械特性是指当电动机的定子电压和频率为额定值、定子绕组固有机械特性是指当电动机的定子电压和频率为额定值、定子绕组按规定方式接线、定子和转子回路不外接电阻或电抗时的机械特性。按规定方式接线、定子和转子回路不外接电阻或电抗时的机械特性。当电机处于电动机状态时，固有机械特性
8、如图当电机处于电动机状态时，固有机械特性如图7-27-2所示，机械特性上所示，机械特性上有四个特征点：有四个特征点：(1)(1)理想空载点理想空载点A A在在A A点，点，转子转子电流电流 机不进行机电能机不进行机电能量转换。三相异步电动机没有外力作用不能达到此点运行，该点也称为同量转换。三相异步电动机没有外力作用不能达到此点运行，该点也称为同步转速点。步转速点。7.1.2 三相异步电动机的固有机械特性7.1 三相异步电动机的机械特性第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动7.1.2 三相异步电动机的固有机械特性 图图7-2 7-2 三相异步电动机的固有机械特性三相异步
9、电动机的固有机械特性7.1 三相异步电动机的机械特性第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动(2)(2)额定运行点额定运行点N N在在N N点，点，额定运行时，额定运行时，很小，一很小，一般在般在 之间，所以电动机的额定转速略小于同步转速。之间，所以电动机的额定转速略小于同步转速。(3)(3)最大转矩点（临界点）最大转矩点（临界点）M M在在M M点，点，M M点是机械特性曲线中线性段（点是机械特性曲线中线性段（A-N-MA-N-M）和）和非线性段非线性段(M-B)(M-B)的分界点。如果电机带恒转矩负载，根据电力拖动系统稳的分界点。如果电机带恒转矩负载，根据电力拖动系
10、统稳定运行条件可知，在线性段，电动机工作是稳定的，在非线性段，电动机定运行条件可知，在线性段，电动机工作是稳定的，在非线性段，电动机工作是不稳定的。所以工作是不稳定的。所以M M点也是电机稳定运行的临界点。点也是电机稳定运行的临界点。(4)(4)起动点起动点B BB B点是电动机接通电源开始起动瞬间工作点，在点是电动机接通电源开始起动瞬间工作点，在B B点点7.1 三相异步电动机的机械特性第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动7.1.3 三相异步电动机的人为机械特性人为机械特性是指人为地改变电源参数或电动机结构参数而得的机人为机械特性是指人为地改变电源参数或电动机结构
11、参数而得的机械特性。可以改变的电源参数是电源电压械特性。可以改变的电源参数是电源电压 ，和电源频率，和电源频率 ；可以改变；可以改变的结构参数是电机的磁极对数的结构参数是电机的磁极对数 、定子电路参数、定子电路参数 转子电路参数转子电路参数(1)1)改变电源电压的人为机械特性改变电源电压的人为机械特性这种这种人为机械特性是指保持电动机其他参数不变，只改变电动机定人为机械特性是指保持电动机其他参数不变，只改变电动机定子电压的机械特性。降低定子电压后的人为机械特性曲线如图子电压的机械特性。降低定子电压后的人为机械特性曲线如图7-37-3所示。所示。7.1 三相异步电动机的机械特性第第7 7章章 三
12、相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动7.1.3 三相异步电动机的人为机械特性7-3 7-3 三相异步电动机降压时的人为机械特性三相异步电动机降压时的人为机械特性7.1 三相异步电动机的机械特性第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动(2)(2)改变转子电阻的人为机械特性改变转子电阻的人为机械特性这种这种人为机械特性是指保持电动机的其他参数不变，只改变绕线型人为机械特性是指保持电动机的其他参数不变，只改变绕线型电动机转子电阻的机械特性。若要改变转子电阻，只要在转子绕组中串联电动机转子电阻的机械特性。若要改变转子电阻，只要在转子绕组中串联三相对称电阻即可。人为机械
13、特性曲线如图三相对称电阻即可。人为机械特性曲线如图7-47-4所示。所示。图图7-4 7-4 绕线型三相异步电动机转子串联电阻时的人为机械特性绕线型三相异步电动机转子串联电阻时的人为机械特性7.1 三相异步电动机的机械特性第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动 图图7-5 7-5 三相异步电动机改变定子电阻时的人为机械特性三相异步电动机改变定子电阻时的人为机械特性(3)3)改变定子阻抗的人为机械特性改变定子阻抗的人为机械特性这种这种人为机械特性是指保持电动机其他参数不变，只改变电动机定人为机械特性是指保持电动机其他参数不变，只改变电动机定子的电阻或电抗时的机械特性。改
14、变定子的电阻或电抗是在定子绕组三相子的电阻或电抗时的机械特性。改变定子的电阻或电抗是在定子绕组三相电路中串接电阻或电抗。如图电路中串接电阻或电抗。如图7-57-5所示的机械特性曲线为定子申电阻时的所示的机械特性曲线为定子申电阻时的人为机械特性曲线，图中人为机械特性曲线，图中 。7.2 三相异步电动机的启动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动电动机启动是指电动机接通电源后，从静止状态加速到稳定运行状电动机启动是指电动机接通电源后，从静止状态加速到稳定运行状态的过程。态的过程。为了为了使电动机能够转动并快速达到稳定运行转速，对异步电动机启使电动机能够转动并快速达到稳定运
15、行转速，对异步电动机启动有以下要求：动有以下要求：1.1.启动电流倍数启动电流倍数 要小，以减少要小，以减少 对电网的冲击。对电网的冲击。2.2.启动转矩倍数启动转矩倍数 足够大，以加速启动过程，缩短启动时足够大，以加速启动过程，缩短启动时间。间。3.3.启动设备要简单、经济、可靠，操作维护方便。启动设备要简单、经济、可靠，操作维护方便。普通普通三相异步电动机直接接到额定电压的电源上启动时，启动电流三相异步电动机直接接到额定电压的电源上启动时，启动电流很大，启动转矩却不大。很大，启动转矩却不大。7.2 三相异步电动机的启动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动(1)(
16、1)直接启动直接启动直接直接启动是利用刀闸或者接触器把电动机直接接到具有额定电压的启动是利用刀闸或者接触器把电动机直接接到具有额定电压的电源上，使电动机启动，又称全压启动。这种启动方法的优点是起动设备电源上，使电动机启动，又称全压启动。这种启动方法的优点是起动设备简单、操作方便，起动迅速；缺点是起动电流大。简单、操作方便，起动迅速；缺点是起动电流大。异步电动机异步电动机能否采用直接启动应由电网的容量、启动频繁程度、电能否采用直接启动应由电网的容量、启动频繁程度、电网允许干扰的程度以及电动机的容量、型式等因素决定。一般规定，异步网允许干扰的程度以及电动机的容量、型式等因素决定。一般规定，异步电动
17、机电动机L L的额定功率小于的额定功率小于 时允许直接起动。若额定功率大于时允许直接起动。若额定功率大于 、且电网容、且电网容量较大，则符合下式要求，电动机也允许直接启动量较大，则符合下式要求，电动机也允许直接启动。如果不能满足上式要求、则必须采用降压启动方法。如果不能满足上式要求、则必须采用降压启动方法。7.2.1 三相笼型异步电动机启动7.2 三相异步电动机的启动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动(2)(2)降压启动降压启动降压降压启动的目的是降低启动电流。启动时，通过启动设备使加到电启动的目的是降低启动电流。启动时，通过启动设备使加到电机上的电压小于额定电压
18、，等到电动机的转速达到一定数值后，再让电动机上的电压小于额定电压，等到电动机的转速达到一定数值后，再让电动机承受额定电压，保证电动机在额定电压下稳定运行。一般降压启动有以机承受额定电压，保证电动机在额定电压下稳定运行。一般降压启动有以下几种方法：下几种方法：1)1)定子回路串电阻或电抗启动。定子回路串电阻或电抗如图定子回路串电阻或电抗启动。定子回路串电阻或电抗如图7-7-6 6（a a）和图）和图7-67-6（b b）所示。启动时，接触器触点）所示。启动时，接触器触点 闭合，闭合，断开，断开，电源电压经电源电压经电阻电阻 或或电抗电抗 降低后，加在电动机上，电动机降低后，加在电动机上，电动机降
19、压起降压起动待动待电动机转速升高后，接触器触点电动机转速升高后，接触器触点 闭合，切除电阻闭合，切除电阻 或者电或者电抗抗 使使电动机在全电压下正常运行。电动机在全电压下正常运行。电阻电阻降压启动时耗能较大，一般只在低压小功率电动机上采用，高降压启动时耗能较大，一般只在低压小功率电动机上采用，高压大功率电动机多采用串电抗降压启动。压大功率电动机多采用串电抗降压启动。7.2 三相异步电动机的启动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动图图7-6 7-6 定子申电阻或电抗降压起动时的接线定子申电阻或电抗降压起动时的接线（a a）定子串电阻的）定子串电阻的降压起动；降压起动；
20、(b)b)定子串电抗的降压起动定子串电抗的降压起动7.2 三相异步电动机的启动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动3)3)自耦变压器降压启动。自耦变压器用作电动机降压启动时，称为自耦变压器降压启动。自耦变压器用作电动机降压启动时，称为自耦补偿启动器。自耦变压器降压启动的原理接线如图自耦补偿启动器。自耦变压器降压启动的原理接线如图7-87-8所示，所示，TATA为自为自耦变压器。电动机启动时，耦变压器。电动机启动时，闭合，电源电压经过自耦变压器降压后闭合，电源电压经过自耦变压器降压后加在电动机上，限制了起动电流。当转速升高到接近稳定转速时，加在电动机上，限制了起动电流
21、。当转速升高到接近稳定转速时，闭合，电源电压经过自耦变压器降压后加在电动机上，限制了起动电流。闭合，电源电压经过自耦变压器降压后加在电动机上，限制了起动电流。当转速升高到接近稳定转速时当转速升高到接近稳定转速时 断开，断开，闭合，自耦变压器被闭合，自耦变压器被切除，电动机在额定电压下正常运行。切除，电动机在额定电压下正常运行。7.2 三相异步电动机的启动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动图图7-8 7-8 自耦变压器降压起动接线图自耦变压器降压起动接线图7.2 三相异步电动机的启动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动由于起动转矩与电源电
22、压的平方成正比，采用自耦变压器降压起动由于起动转矩与电源电压的平方成正比，采用自耦变压器降压起动时，起动转矩为直接起动时的时，起动转矩为直接起动时的 式中式中 直接起动时的起动转矩。直接起动时的起动转矩。可见可见，利用自耦变压器降压起动，虽然定子电压下降到直接起动时，利用自耦变压器降压起动，虽然定子电压下降到直接起动时的的 ，但电网提供的起动电流及电动机的起动转矩都减小到直接起动但电网提供的起动电流及电动机的起动转矩都减小到直接起动时的时的4 4）延边三角形降压起动。延边三角形降压起动是结合自耦变压器降）延边三角形降压起动。延边三角形降压起动是结合自耦变压器降压起动和压起动和Y-Y-换接起动的
23、特点发展而来的。这种起动方法要求电机每相绕换接起动的特点发展而来的。这种起动方法要求电机每相绕组中间多一个抽头，三相共有组中间多一个抽头，三相共有9 9个出线头，都引到接线盒，盒子中共有个出线头，都引到接线盒，盒子中共有9 9个个接线头。接线头。7.2 三相异步电动机的启动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动图图7-97-9所示是延边三角形降压启动的接线图。电动机正常工作时，将所示是延边三角形降压启动的接线图。电动机正常工作时，将图图7-9(a)7-9(a)中的中的 端头接在一起，作为端头接在一起，作为连接，将三个端头接到额定电压电连接，将三个端头接到额定电压电源上
24、。起动时，一相绕组的一个端头与另一相绕组的中心抽头接在一起，源上。起动时，一相绕组的一个端头与另一相绕组的中心抽头接在一起，另一个端头引出，接到电源，如图另一个端头引出，接到电源，如图7-9(b)7-9(b)所示，所示，A A相绕组的一个端头相绕组的一个端头4 4与与B B相绕组中间抽头相绕组中间抽头8 8连接，连接，A A相另一端头相另一端头1 1作为作为A A相的引出端，其余依次类推。相的引出端，其余依次类推。整个绕组的连接好像将三角形的每个边延长了一段，所以称为延边三角形整个绕组的连接好像将三角形的每个边延长了一段，所以称为延边三角形降压启动。当电机转速接近稳定转速后，将图降压启动。当电
25、机转速接近稳定转速后，将图7-9(b)7-9(b)所示连接切换到图所示连接切换到图7-9(a)7-9(a)所示的连接，启动过程完成。所示的连接，启动过程完成。图图7-9 7-9 延边三角形降压延边三角形降压启启动接线图动接线图7.2 三相异步电动机的启动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动(3)(3)软起动软起动应用应用软起动器可以实现笼型异步电动机的无级平滑起动，这种起动软起动器可以实现笼型异步电动机的无级平滑起动，这种起动方法称为软起动，软起动是由软起动器来实现的，软起动器分磁控式和电方法称为软起动，软起动是由软起动器来实现的，软起动器分磁控式和电子式两种。磁控
26、式软起动器由一些磁性自动化元件如磁放大器、饱和电抗子式两种。磁控式软起动器由一些磁性自动化元件如磁放大器、饱和电抗器等器等)组成，由于它们体积大故障率高，现已被电子软起动器取代。电子组成，由于它们体积大故障率高，现已被电子软起动器取代。电子软起动器包括以下软起动器包括以下4 4种起动方法：种起动方法：1 1）斜坡电压起动法。）斜坡电压起动法。2 2）限流或恒流起动方法。）限流或恒流起动方法。3 3）电压控制起动法。）电压控制起动法。4 4）转矩控制起动法。）转矩控制起动法。7.2 三相异步电动机的启动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动绕线绕线型异步电动机的特点是转
27、子三相绕组中可以串接附加电阻。转型异步电动机的特点是转子三相绕组中可以串接附加电阻。转子串接适当启动电阻子串接适当启动电阻 启动转矩启动转矩 可以增加，当可以增加，当 时，可以获得最大启动转矩时，可以获得最大启动转矩 转子电阻增大还可以降低启动电流转子电阻增大还可以降低启动电流 。（1 1）转子串启动变阻器启动）转子串启动变阻器启动为了为了在整个启动过程中能够保待较大的加速转矩，并使启动过程平在整个启动过程中能够保待较大的加速转矩，并使启动过程平滑，可以在绕线型电动机转子绕组中串入多级对称电阻。启动时，在转子滑，可以在绕线型电动机转子绕组中串入多级对称电阻。启动时，在转子绕组中串联大电阻，随着
28、转速上升逐级切除，直到电动机稳定运行，这就绕组中串联大电阻，随着转速上升逐级切除，直到电动机稳定运行，这就是绕线型异步电动机转子串电阻分级启动。如图是绕线型异步电动机转子串电阻分级启动。如图7-107-10（a a）和图）和图7-107-10（b b）所示为三相绕线型异步电动机转子串电阻分级启动的接线图和对应三级启所示为三相绕线型异步电动机转子串电阻分级启动的接线图和对应三级启动时的机械特性。动时的机械特性。7.2.2 绕线型异步电动机的启动7.2 三相异步电动机的启动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动图图7-10 7-10 三相绕线型异步电动机转子串电阻分级起动
29、三相绕线型异步电动机转子串电阻分级起动（a a）接线图接线图 (b)(b)机械特性机械特性7.2 三相异步电动机的启动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动2)2)启动电阻的计算。在异步电动机转子串电阻分级启动的过程中，启动电阻的计算。在异步电动机转子串电阻分级启动的过程中，保持了较大的启动转矩，可以快速启动。由于启动过程电动机基本运行在保持了较大的启动转矩，可以快速启动。由于启动过程电动机基本运行在机械特性的线性区域，机械特性可以近似看成是直线，因此，可以采用机机械特性的线性区域，机械特性可以近似看成是直线，因此，可以采用机械特性的线性表达式械特性的线性表达式 来来
30、计算启动电阻。根据上式，在图计算启动电阻。根据上式，在图7.107.10（b b）中的）中的b b、c c两点处，可以两点处，可以得到得到7.2 三相异步电动机的启动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动由于由于 ，所以，所以同理同理，通过，通过d d、e e两点和两点和f f、g g两点分别可以得到两点分别可以得到式式中中 启动转矩比启动转矩比7.2 三相异步电动机的启动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动各级启动电阻各级启动电阻为为在图在图7.10(b)7.10(b)中的中的h h点点(额定点额定点)和和a a点点(启动点启动点)可以有
31、可以有7.2 三相异步电动机的启动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动这里，这里，。由上两式得。由上两式得 整理整理可得起动转矩比可得起动转矩比 当当转子绕组为转子绕组为Y Y连接时，转子电阻连接时，转子电阻7.2 三相异步电动机的启动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动2 2）转子串频敏变阻器起动）转子串频敏变阻器起动频敏变阻器频敏变阻器的结构如图的结构如图7-117-11（a a）所示，类似于只有一次绕组的三相）所示，类似于只有一次绕组的三相变压器，其铁芯是由几片到十几片厚钢板或铁板叠成。忽略频敏变阻器绕变压器，其铁芯是由几片到十几片
32、厚钢板或铁板叠成。忽略频敏变阻器绕组的漏阻抗时，其等效电路如图组的漏阻抗时，其等效电路如图7-117-11（b b）所示，）所示，是励磁电抗是励磁电抗，是代是代表频敏变阻器铁损耗的等效电阻。表频敏变阻器铁损耗的等效电阻。图图7-11 7-11 频敏变阻器频敏变阻器(a)(a)结构示意图；结构示意图；(b)(b)等效电路等效电路7.2 三相异步电动机的启动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动1 1）深槽式异步电动机）深槽式异步电动机深槽深槽式异步电动机定子与普通异式异步电动机定子与普通异步电动机的定子完全相同，不同之处是步电动机的定子完全相同，不同之处是转子的槽深而窄
33、，通常槽深转子的槽深而窄，通常槽深h h与槽宽与槽宽b b之之比为比为 ，相应的转子导条截面也高而狭。，相应的转子导条截面也高而狭。当转子导条中通过电流时，槽漏磁通的当转子导条中通过电流时，槽漏磁通的分布是不均匀的，如图分布是不均匀的，如图7-12(a)7-12(a)所示。所示。与导条底部相交链的漏磁通比槽口部分与导条底部相交链的漏磁通比槽口部分所交链的漏磁通要多得多，所以槽底部所交链的漏磁通要多得多，所以槽底部漏电抗大，槽口漏电抗小。漏电抗大，槽口漏电抗小。7.2.3 深槽式和双笼型异步电动机 图图7-l2 7-l2 深槽转子导条中电流的集肤效应深槽转子导条中电流的集肤效应(a(a）漏磁通分
34、布；）漏磁通分布；(b)(b)动时电流密度分布动时电流密度分布7.2 三相异步电动机的启动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动2 2）双笼型异步电动机）双笼型异步电动机双双笼型异步电动机定子与普通异步笼型异步电动机定子与普通异步电动机的定子完全相同，主要区别也在于电动机的定子完全相同，主要区别也在于转子，转子上具有两套笼型绕组，如图转子，转子上具有两套笼型绕组，如图7-7-13(a)13(a)所示。所示。启动启动时，转子电流频率较高，转子时，转子电流频率较高，转子漏电抗大于电阻，转子电流分布主要取决漏电抗大于电阻，转子电流分布主要取决于漏电抗。由于内笼漏电抗大于外笼
35、，所于漏电抗。由于内笼漏电抗大于外笼，所以电流主要在外笼中流过，又外笼电阻大，以电流主要在外笼中流过，又外笼电阻大，故可以降低起动电流，增大起动转矩。由故可以降低起动电流，增大起动转矩。由于启动时外笼起主要作用，故称外笼为启于启动时外笼起主要作用，故称外笼为启动笼。动笼。图图7-13 7-13 双鼠笼转子结构及机械特性双鼠笼转子结构及机械特性（a a）结构阳；）结构阳；(b)(b)机械特性机械特性7.2 三相异步电动机的启动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动启动过程结束后，电动机正常运行、转差率很小，转子电流频率很低，启动过程结束后，电动机正常运行、转差率很小，转
36、子电流频率很低，转子漏电抗远小于电阻。转子电流分布主要取决于电阻，于是电流就从电转子漏电抗远小于电阻。转子电流分布主要取决于电阻，于是电流就从电阻较小的内笼流过，相当于转子电阻自动减小，正常运行时转子铜耗较小。阻较小的内笼流过，相当于转子电阻自动减小，正常运行时转子铜耗较小。由于内笼在运行时起主要作用，故称内笼为运行笼或工作笼。由于内笼在运行时起主要作用，故称内笼为运行笼或工作笼。7.3 三相异步电动机的制动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动当三相异步电动机的电磁转矩方向与转速方向相反时，电机进入制动当三相异步电动机的电磁转矩方向与转速方向相反时，电机进入制动状态
37、，此时电动机机械特性位于第二和第四象限。制动的作用是使电力拖动状态，此时电动机机械特性位于第二和第四象限。制动的作用是使电力拖动系统迅速停车、反转或将转速限制在某一范围内。电力拖动系统对制动性能系统迅速停车、反转或将转速限制在某一范围内。电力拖动系统对制动性能的要求是的要求是:制动电流小、制动转矩大。根据实现制动运行的条件和熊量传送制动电流小、制动转矩大。根据实现制动运行的条件和熊量传送情况的不同，异步电机的制动状态分为能耗制动、反接制动和回馈制动。情况的不同，异步电机的制动状态分为能耗制动、反接制动和回馈制动。7.3 三相异步电动机的制动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机
38、的电力拖动7.3.1 能耗制动 能耗制动时，断开能耗制动时，断开 ，闭合闭合 定子绕组脱离三相交流电源而按定子绕组脱离三相交流电源而按到直流电源上，通入直流电流到直流电源上，通入直流电流I I，直流电流，直流电流 I I在空间产生一个恒定磁场，由在空间产生一个恒定磁场，由于惯性作用继续按原方向旋转的转子绕组与恒定磁场磁力线相切感应电动势于惯性作用继续按原方向旋转的转子绕组与恒定磁场磁力线相切感应电动势和电流，该电流再与磁场相互作用，在转子绕组上产生电磁力，并对转轴形和电流，该电流再与磁场相互作用，在转子绕组上产生电磁力，并对转轴形成电磁转矩成电磁转矩 ，与转速与转速n n反向，起制动作用，如图
39、反向，起制动作用，如图7-14(b)7-14(b)所示。如所示。如果电动机拖动的是反抗性转矩负载，则在电磁转矩果电动机拖动的是反抗性转矩负载，则在电磁转矩 和负载转矩和负载转矩 的制的制动作用下，电机减速运行，直到动作用下，电机减速运行，直到 时，转子不切割磁力线，感应电动势时，转子不切割磁力线，感应电动势和电流为零，和电流为零，7.3 三相异步电动机的制动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动制动过程结束。在制动过程中，电力拖动系统原来储存的机械能制动过程结束。在制动过程中，电力拖动系统原来储存的机械能(动动能能)被电机转化为电能消耗在转子的电阻上，因此这种制动称为
40、能耗制动。被电机转化为电能消耗在转子的电阻上，因此这种制动称为能耗制动。图图7-14 三相异步电动机的能耗制动三相异步电动机的能耗制动 (a)接线图；接线图；(b)制动原理图制动原理图7.3 三相异步电动机的制动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动反接制动反接制动的特点是电动机的旋转磁场方向与转子的转向相反，电动的特点是电动机的旋转磁场方向与转子的转向相反，电动机的电磁转矩方向与转速方向相反，成为制动转矩。实现反接制动的方机的电磁转矩方向与转速方向相反，成为制动转矩。实现反接制动的方法有以下两种：法有以下两种：1 1）定子两相反接制动）定子两相反接制动定子定子两相反
41、接制动的接线如图两相反接制动的接线如图7-157-15（a a）所示。制动前，接触器）所示。制动前，接触器触头触头 闭合闭合，断开断开，电动机正向旋转，机械特性如图，电动机正向旋转，机械特性如图7-15(b)7-15(b)所示，电所示，电机稳定运行于曲线机稳定运行于曲线1 1的的A A点。点。反接制动反接制动时，断开时，断开 ，合上，合上 。由于定子绕组两相反接。由于定子绕组两相反接,定定子电流相序改变，旋转磁场的转向改变，电磁转矩的方向也随之改变，子电流相序改变，旋转磁场的转向改变，电磁转矩的方向也随之改变，变为制动性质。其机械特性变为图变为制动性质。其机械特性变为图7-15(b)7-15(
42、b)中曲线中曲线2 2，对应的同步转速，对应的同步转速变变为为 。7.3.2 反接制动7.3 三相异步电动机的制动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动图图7-15 7-15 三相异步电动机定子两相反接制动三相异步电动机定子两相反接制动(a)a)接线图；接线图；（b b）机械）机械特性特性7.3 三相异步电动机的制动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动处于电动状态的三相异步电机，在转向不变条件下，由于某种原因，处于电动状态的三相异步电机，在转向不变条件下，由于某种原因，使转子转速使转子转速 n n大于同步转速大于同步转速 ，即，即 ，电动机
43、就进入回馈制动，电动机就进入回馈制动状态状态要要实现电动机的转速超过同步转速，转子必须依靠外力作用，即转轴实现电动机的转速超过同步转速，转子必须依靠外力作用，即转轴上必须输入机械功率。由于上必须输入机械功率。由于 ，转子电流的有功分量为，转子电流的有功分量为7.3.3 回馈制动电磁转矩方向与转速方向相反，说明电机处于制动状态。电动机从电电磁转矩方向与转速方向相反，说明电机处于制动状态。电动机从电网吸取无功功率建立磁场。网吸取无功功率建立磁场。电动机电动机的机械功率的机械功率7.3 三相异步电动机的制动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动图图7-16 7-16 三相异
44、步电动机正向回馈制动机械特性图三相异步电动机正向回馈制动机械特性图 7-17 7-17 三相异步电动机反向回馈制动机械特性三相异步电动机反向回馈制动机械特性7.3 三相异步电动机的制动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动（2 2）下放重物时的回馈制动）下放重物时的回馈制动反向回馈制动反向回馈制动改变改变定子电源相序的反接制动下放重物，机械特性如图定子电源相序的反接制动下放重物，机械特性如图7-177-17所示。所示。A A点点是电动机提升重物的工作点，定子两相反接瞬间，定子旋转磁场的转速为是电动机提升重物的工作点，定子两相反接瞬间，定子旋转磁场的转速为 ，工作点由，
45、工作点由A A点移到点移到B B点，电动机经过反接制动过程和反向电动加速过程，点，电动机经过反接制动过程和反向电动加速过程，最后在位能负载作用下反向加速并超过同步转速，直到最后在位能负载作用下反向加速并超过同步转速，直到D D点保持稳定运行。点保持稳定运行。即匀速下放重物。即匀速下放重物。过程就是回馈制动过程，回馈制动过程中，过程就是回馈制动过程，回馈制动过程中，与与 反向，机械特性是第三象限反向电动状态特性曲线在第四象限的延伸，反向，机械特性是第三象限反向电动状态特性曲线在第四象限的延伸，所以也称这种回馈制动为反向回馈制动。所以也称这种回馈制动为反向回馈制动。7.3 三相异步电动机的制动第第
46、7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动改变改变电动机参数进行调速称为电气调速。电动机参数进行调速称为电气调速。三相三相异步电动机运行时的转速为异步电动机运行时的转速为可见可见，要调节异步电动机的转速，可从以下几个方面入手：，要调节异步电动机的转速，可从以下几个方面入手：1 1变极调速，通过改变电动机定子绕组的磁极对数变极调速，通过改变电动机定子绕组的磁极对数 来来改变同步转改变同步转速速2 2变频调速，通过改变电动机所接电源的频率变频调速，通过改变电动机所接电源的频率 来改变同步转速来改变同步转速3 3变转差率调速，保持同步转速变转差率调速，保持同步转速 不变，改变转差率
47、不变，改变转差率 进行凋速，包进行凋速，包括改变定子电压、转子串电阻和转子串电动势括改变定子电压、转子串电阻和转子串电动势(串级调速串级调速)。7.3 三相异步电动机的制动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动（1 1）变极调速的原理）变极调速的原理在在保持电源频率保持电源频率 不变的条件下，改变电动机定子绕组的极对数不变的条件下，改变电动机定子绕组的极对数 ，电动机的同步转速电动机的同步转速 发生变化。变极调速的优点是设备简单、运行可靠、发生变化。变极调速的优点是设备简单、运行可靠、机城特性硬、损耗小，采用不同连接方法可以得到恒转矩或恒功率调速特机城特性硬、损耗小，
48、采用不同连接方法可以得到恒转矩或恒功率调速特性，满足不同生产机械的要求。缺点是只能分级调节转速，而且只有二个性，满足不同生产机械的要求。缺点是只能分级调节转速，而且只有二个或三个转速，平滑性差，另外，多速电动机体积大，价格高。对不需要平或三个转速，平滑性差，另外，多速电动机体积大，价格高。对不需要平滑调速的场合，变极还是一种较为经济的调速方法。滑调速的场合，变极还是一种较为经济的调速方法。7.4.1变极调速7.3 三相异步电动机的制动第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动当极对数一定时，三相异步电动机的同步转速当极对数一定时，三相异步电动机的同步转速 与定子电源的频率
49、与定子电源的频率 ，成正比，改变，成正比，改变 ，可以改变同步转速，可以改变同步转速 ，达到调速的目的。，达到调速的目的。（1 1）变频调速时的频率与电压之间的关系）变频调速时的频率与电压之间的关系三相三相异步电动机定子每相电压异步电动机定子每相电压 ，每极气隙磁通量为，每极气隙磁通量为7.4.2 变频调速7.4.3变转差率调速7.4 三相异步电动机的调速第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动1)1)在基频以下调速时，保持在基频以下调速时，保持 不变，即恒转矩调速。不变，即恒转矩调速。2 2）在基频以上调速时，频率从基频向上增高，但是电压却不能比额定）在基频以上调速时
50、，频率从基频向上增高，但是电压却不能比额定电压大，最大保持电压大，最大保持 。把把基频以下和基频以上两种情况结合起来，可以得到如图基频以下和基频以上两种情况结合起来，可以得到如图7-187-18所示的所示的电动机变频调速控制特性。图曲线电动机变频调速控制特性。图曲线1 1为无电从补偿时的控制特性，曲线为无电从补偿时的控制特性，曲线2 2为为有电压补偿时的控制特性。有电压补偿时的控制特性。图图7-18 7-18 异步电动机变频调速控制特性异步电动机变频调速控制特性7.4 三相异步电动机的调速第第7 7章章 三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的电力拖动变转差调速包括改变定子电压、转子电路串电阻