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1、三相异步电动机的启动与制动第1页，共82页，编辑于2022年，星期三三相异步电动机直接起动三相异步电动机直接起动三相鼠笼式异步电动机降压起动三相鼠笼式异步电动机降压起动 高启动转矩的三相鼠笼式异步电动机高启动转矩的三相鼠笼式异步电动机绕线式三相异步电动机的启动绕线式三相异步电动机的启动 三相异步电动机的各种运行状态三相异步电动机的各种运行状态 本本 章章 小小 结结本章内容本章内容第2页，共82页，编辑于2022年，星期三8.1 三相异步电动机直接起动三相异步电动机直接起动 三相异步电动机直接起动是指电动机直接三相异步电动机直接起动是指电动机直接加额定电压，定子回路不串任何电器元件时的加额定电
2、压，定子回路不串任何电器元件时的起动。起动。三相异步电机的起动要满足生产机械三相异步电机的起动要满足生产机械对异步电动机起动性能的要求起动转矩要大，对异步电动机起动性能的要求起动转矩要大，以保证生产机械的正常起动。缩小起动时间；以保证生产机械的正常起动。缩小起动时间；起动电流要小。以减小对电网的冲击。起动电流要小。以减小对电网的冲击。第3页，共82页，编辑于2022年，星期三8.1 三相异步电动机直接起动三相异步电动机直接起动 由三相异步电动机机械特性的物理表达式由三相异步电动机机械特性的物理表达式知道，在额定电压下直接起动三相异步电动机。知道，在额定电压下直接起动三相异步电动机。即转差率即转
3、差率 S S1 1，主磁通，主磁通 额定磁通的额定磁通的1/21/2，功率因数功率因数coscos 很小，造成了起动电流相当大很小，造成了起动电流相当大而起动转矩而起动转矩 并不大的结果。例如，对于并不大的结果。例如，对于普通普通鼠笼式异步电动机，起动电流鼠笼式异步电动机，起动电流 （4 47 7）I IN N （为起动电流倍数）起动转矩为起动电流倍数）起动转矩 T TN N（0.90.91.31.3）对于绕线式三相异步电动机的起动转矩对于绕线式三相异步电动机的起动转矩T T S ST TN N 。第4页，共82页，编辑于2022年，星期三8.1 三相异步电动机直接起动三相异步电动机直接起动
4、起动电流过大，对电网冲击大。使电网电压降低，对电机起动电流过大，对电网冲击大。使电网电压降低，对电机前端供电变压器影响大。使得变压器输入电压幅度下降，超过前端供电变压器影响大。使得变压器输入电压幅度下降，超过了额定值的允许偏差了额定值的允许偏差10%10%或更严重。这样，或更严重。这样，一方面影响一方面影响了异步电机本身了异步电机本身，由于，由于T Tstst与电压与电压 U U的平方成正比，导致的平方成正比，导致T Tstst下降更多，当重载时电机将不能起动；另一方面，下降更多，当重载时电机将不能起动；另一方面，影响由同影响由同一台供电变压器供电的其它负载一台供电变压器供电的其它负载，如电灯
5、会变暗，用电设，如电灯会变暗，用电设备失常，重载的异步电机可能停转等。备失常，重载的异步电机可能停转等。下面两种情况不能直接启动。下面两种情况不能直接启动。变压器与变压器与 电机容量之比电机容量之比不足够大。启动转矩不能满足要求不足够大。启动转矩不能满足要求。第5页，共82页，编辑于2022年，星期三8.1 三相异步电动机直接起动三相异步电动机直接起动 综上所述，综上所述，三相异步电机直接起动的情况只适应三相异步电机直接起动的情况只适应于供电变压器容量较大，电动机容量小于于供电变压器容量较大，电动机容量小于 的的小容量鼠笼式异步电机。小容量鼠笼式异步电机。对于大容量鼠笼式异步对于大容量鼠笼式异
6、步电机和绕线式异步电动机可采用如下方法：电机和绕线式异步电动机可采用如下方法：（1 1）降降低定子电低定子电压压；（；（2 2）加大定子端电阻或电加大定子端电阻或电抗抗；（；（3 3）对于）对于绕线绕线式异步电机还可以采用式异步电机还可以采用加大转子加大转子端电阻或电抗端电阻或电抗的方法。对于鼠笼式异步电机，可的方法。对于鼠笼式异步电机，可以结构上采取措施，如增大转子导条的电阻，改以结构上采取措施，如增大转子导条的电阻，改进转子槽形。进转子槽形。第6页，共82页，编辑于2022年，星期三8.1 三相异步电动机直接起动三相异步电动机直接起动为方便起见，列出起动电流为方便起见，列出起动电流 和起动
7、转矩和起动转矩 的的表达式为表达式为 第7页，共82页，编辑于2022年，星期三v总结总结 直接起动即全压起动。直接起动即全压起动。全压起动条件全压起动条件：1 1）异步电动机功率低于）异步电动机功率低于7.5KW7.5KW2 2）：）：直接起动时的影响：直接起动时的影响：（1 1）起动电流较大，可达额定电流的）起动电流较大，可达额定电流的4 47 7 倍，甚至达到倍，甚至达到8 81212倍。倍。（2 2）过大的起动电流造成电机过热，影响电动机的寿命。）过大的起动电流造成电机过热，影响电动机的寿命。（3 3）过大的起动电流使电动机受到电动力的冲击，绕组变形可能造成短路而）过大的起动电流使电动
8、机受到电动力的冲击，绕组变形可能造成短路而烧毁电动机。烧毁电动机。（4 4）过大的起动电流会使电网线路电压降增大，对同一线路中的其他电器设）过大的起动电流会使电网线路电压降增大，对同一线路中的其他电器设备造成影响。备造成影响。第8页，共82页，编辑于2022年，星期三8.2 三相鼠笼式异步电动机降压起动三相鼠笼式异步电动机降压起动1.1.定子串接电抗器或电阻起动定子串接电抗器或电阻起动(1)(1)接线原理图接线原理图 三相鼠笼式异步电机在定子回三相鼠笼式异步电机在定子回路中串接电抗器（可改接电阻器，路中串接电抗器（可改接电阻器，但能耗较大，适用于较小容量电机）但能耗较大，适用于较小容量电机）降
9、压起动的接线原理图如图所示。降压起动的接线原理图如图所示。三相异步电机定子串电抗起动。即三相异步电机定子串电抗起动。即开关开关2K2K接到接到“起动起动”端，使起动时电端，使起动时电抗器接入定子回路；起动后，切除电抗抗器接入定子回路；起动后，切除电抗器，即开关器，即开关2K2K接到接到“运行运行”端。端。图图8.8.鼠笼式异步电动机的鼠笼式异步电动机的串电抗器起动串电抗器起动第9页，共82页，编辑于2022年，星期三8.2 三相鼠笼式异步电动机降压起动三相鼠笼式异步电动机降压起动(2)(2)起动电流和起动转矩的分析与计算起动电流和起动转矩的分析与计算三相异步电动机定子串电抗器三相异步电动机定子
10、串电抗器X X起动时的起动时的简化等值电路由如图（简化等值电路由如图（a a）的直接起动变为图（）的直接起动变为图（b b）。）。（a）（b）第10页，共82页，编辑于2022年，星期三8.2 三相鼠笼式异步电动机降压起动三相鼠笼式异步电动机降压起动 式中的短路阻抗式中的短路阻抗 在电动机设计后，电抗器在电动机设计后，电抗器 因因此，此，.且分析中，因误差不大，则不考虑阻抗角的且分析中，因误差不大，则不考虑阻抗角的作用。作用。第11页，共82页，编辑于2022年，星期三 设串电抗时，电动机定子电压与直接启动时电压比值为设串电抗时，电动机定子电压与直接启动时电压比值为 ，则，则第12页，共82页
11、，编辑于2022年，星期三 工程实际中，往往先给定线路允许电动机启动电流的大小工程实际中，往往先给定线路允许电动机启动电流的大小 ，在，在计算电抗计算电抗 X的大小。计算公式推导如下：的大小。计算公式推导如下：第13页，共82页，编辑于2022年，星期三8.2 三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动 2.2.星形星形三角形三角形(Y)(Y)降压起动降压起动 方法方法：起动时定子绕组接成：起动时定子绕组接成Y形，运行时定子绕组则接形，运行时定子绕组则接成成形，形，其接线图如图示。其接线图如图示。对于运行时定子绕组为对于运行时定子绕组为Y形的笼型异形的笼型异步电动机则不能用步电动机则不能
12、用Y起动方法。起动方法。适适用用于于正正常常运运行行时时接接成成 的的电电机机，是是普普通通机机床床上上常常用用的的起起动动方法方法 起起 动：动：Y 正常运行：正常运行：第14页，共82页，编辑于2022年，星期三(a)直接起动(形接法)(b)Y-起动(Y形接法)图图8.4 Y8.4 Y起动电流分析图起动电流分析图 (a)直接起动(形接法)(b)Y-起动(Y形接法)第15页，共82页，编辑于2022年，星期三起动时 起动时Y:第16页，共82页，编辑于2022年，星期三8.2 三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动 Y起动时，起动电流起动时，起动电流 与直接起动时的起动与直接起动时
13、的起动电流电流 的关系的关系(注：起动电流是指线路电流而不是指定注：起动电流是指线路电流而不是指定子绕组的相电流子绕组的相电流)：电动机直接起动时，定子绕组接成电动机直接起动时，定子绕组接成形，如图形，如图8.4(a)所示，每相绕组所加电压大小为所示，每相绕组所加电压大小为U1=UN，即为，即为线电压，每相绕组的相电流为线电压，每相绕组的相电流为 ，则电源输入的线电流为则电源输入的线电流为Is=。第17页，共82页，编辑于2022年，星期三8.2 三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动 Y形起动时每相绕组所加形起动时每相绕组所加电压为电压为 ，电流，电流 则则 所以所以 可见，可见，
14、Y起动时，对供电变压器造成冲击的起动电起动时，对供电变压器造成冲击的起动电流是直接起动时的流是直接起动时的1/3。第18页，共82页，编辑于2022年，星期三即即 直接起动时起动转矩为直接起动时起动转矩为 ，Y起动时起动转起动时起动转矩为矩为 ，则，则 Y起动时起动转矩也是直接起动时起动时起动转矩也是直接起动时的的1/3。Y起动比定子串电抗器起动性能要好，可用于起动比定子串电抗器起动性能要好，可用于拖动拖动TL 的轻载起动。的轻载起动。(a)直接起动(形接法)(b)Y-起动(Y形接法)第19页，共82页，编辑于2022年，星期三 Y Y起动方法简单，价格便宜，起动方法简单，价格便宜，因此在轻载
15、起动条件下，应优先采用。因此在轻载起动条件下，应优先采用。我国采用我国采用Y Y起动方法的电动机额起动方法的电动机额定电压都是定电压都是380V380V，绕组是，绕组是接法。接法。第20页，共82页，编辑于2022年，星期三8.2 三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动 3.3.自耦变压器自耦变压器(起动补偿器起动补偿器)起动起动 方法：方法：自耦变压器也称起自耦变压器也称起动补偿器。起动时电源接自耦动补偿器。起动时电源接自耦变压器原边，副边接电动机。变压器原边，副边接电动机。起动结束后电源直接加到电动起动结束后电源直接加到电动机上。机上。三相笼型异步电动机采用三相笼型异步电动机采用
16、自耦变压器降压起动的接线如自耦变压器降压起动的接线如图图8.5所示，其起动的一相线路所示，其起动的一相线路如图如图8.6所示。所示。图图8.5 8.5 自耦变压器降压起动接线图自耦变压器降压起动接线图 第21页，共82页，编辑于2022年，星期三8.2 三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动 设自耦变压器变比为设自耦变压器变比为 1，则直接起动时，则直接起动时定子绕组的电压定子绕组的电压UN、电流、电流Is与降压起动时承受的电压电与降压起动时承受的电压电流关系为流关系为 图图8.6 8.6 自耦变压器降压起动的一相线路自耦变压器降压起动的一相线路 第22页，共82页，编辑于2022年
17、，星期三8.2 三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动 而起动电流是指电网供给线路的电流，即自耦变而起动电流是指电网供给线路的电流，即自耦变压器原边电流压器原边电流 ，与副边起动时电流，与副边起动时电流 关系为关系为 。因此，降压起动电流。因此，降压起动电流 与直接起动电流与直接起动电流 关系为关系为 (K1)第23页，共82页，编辑于2022年，星期三8.2 三相笼型异步电动机的起动三相笼型异步电动机的起动 而自耦变压器降压起动时转矩而自耦变压器降压起动时转矩Ts与直接起动时与直接起动时转矩转矩Ts的关系为的关系为 即即 (K1)可见，可见，采用自耦变压器降压起动，起动电流和起动采
18、用自耦变压器降压起动，起动电流和起动转矩都降转矩都降K2倍。倍。自耦变压器一般有自耦变压器一般有23组抽头，其电组抽头，其电压可以分别为原边电压压可以分别为原边电压U1的的80%、65%或或55%、64%、73%。该种方法对定子绕组采用该种方法对定子绕组采用Y形或形或形接法的电机形接法的电机都可以使用，缺点是设备体积大，投资较贵。都可以使用，缺点是设备体积大，投资较贵。第24页，共82页，编辑于2022年，星期三主要性能指标主要性能指标起动方法起动方法起动电压起动电压比值比值起动电流比起动电流比值值起动转矩起动转矩比值比值起动设备起动设备应用场合应用场合直接起动直接起动1 11 11 1最简单
19、最简单电机容量小电机容量小于于7.5 7.5 定子串电抗起动定子串电抗起动一般一般任意容量，任意容量，轻载起动轻载起动起动起动简单简单正常运行为正常运行为形，电机形，电机可频繁起动可频繁起动自耦变压器自耦变压器较复杂较复杂较大容量电较大容量电机，较大负机，较大负载不频繁起载不频繁起动动延边三角形起动延边三角形起动0.660.660.50.50.50.5简单简单专门设计的专门设计的电机，较大电机，较大负载可频繁负载可频繁起动起动u uu uu u1/31/31/31/3u2u2u2u2u2u2表表8.1 8.1 三相鼠笼式异步电动机降压起动方法的比较三相鼠笼式异步电动机降压起动方法的比较第25页
20、，共82页，编辑于2022年，星期三软起动方法软起动方法采用电子软起动来实现电动机的起动：采用电子软起动来实现电动机的起动：（1）限流或恒流起动）限流或恒流起动（2）斜坡电压软起动）斜坡电压软起动（3）转矩控制软起动。）转矩控制软起动。（4）转矩加脉冲突变控制）转矩加脉冲突变控制（5）电压控制）电压控制第26页，共82页，编辑于2022年，星期三例：一台三相鼠龙异步电机例：一台三相鼠龙异步电机 ，接，接，启动电流倍数，启动电流倍数 ，启动转矩倍数，启动转矩倍数 ，过载倍数，过载倍数 。供电变压器要求启动电流供电变压器要求启动电流=150A，负载启动转矩为，负载启动转矩为73.5N.m。请选择一
21、个合适的降压启动方法，写出。请选择一个合适的降压启动方法，写出必要的计算数据。（若采用自耦变压器降压启动，抽头有必要的计算数据。（若采用自耦变压器降压启动，抽头有55%、64%、73%三种，需要算出用哪个抽三种，需要算出用哪个抽头；若采用定子边串接电抗启动，需要算出电抗的具体数值；能用启动方法时，不用其他方法。）头；若采用定子边串接电抗启动，需要算出电抗的具体数值；能用启动方法时，不用其他方法。）解：电机额定转矩解：电机额定转矩正常启动要求启动转矩不小于正常启动要求启动转矩不小于Tst1,第27页，共82页，编辑于2022年，星期三(1)校核是否能采用校核是否能采用 启动方法：启动方法：启动时
22、的启动电流为启动时的启动电流为 启动时的启动转矩为启动时的启动转矩为 ，故不能采用，故不能采用 启动。启动。(2)校核是否能采用串电抗启动方法：限定的最大启动电流校核是否能采用串电抗启动方法：限定的最大启动电流Is1=150A,则串电抗启动最大启动转则串电抗启动最大启动转矩为矩为 ，故不能采用串电抗降压启动。，故不能采用串电抗降压启动。第28页，共82页，编辑于2022年，星期三(3)校核是否能采用自耦变压器降压启动方法：抽头为校核是否能采用自耦变压器降压启动方法：抽头为55%时启动电流与启动转矩分别为时启动电流与启动转矩分别为故不能采用。故不能采用。抽头为抽头为64%时，启动电流与启动转矩分
23、别为时，启动电流与启动转矩分别为可以可以64%的抽头。的抽头。抽头为抽头为73%时，启动电流为时，启动电流为 ，不能采用，启动转矩不必计算。，不能采用，启动转矩不必计算。第29页，共82页，编辑于2022年，星期三1.转子电阻值较大的鼠笼式异步电动机转子电阻值较大的鼠笼式异步电动机 转子电阻大，则直接转子电阻大，则直接启动时的转矩大，最大转启动时的转矩大，最大转矩也大，但同时额定转差矩也大，但同时额定转差率较大，运行段机械特性率较大，运行段机械特性较软。图较软。图8.88.8中的机械特中的机械特性。性。（1 1）一般浇注式的采）一般浇注式的采用铝或铝合金；用铝或铝合金；（2 2）一般焊接式的鼠
24、）一般焊接式的鼠笼式采用紫铜或黄铜。笼式采用紫铜或黄铜。8.3高启动转矩的三相鼠笼式异步电动机高启动转矩的三相鼠笼式异步电动机第30页，共82页，编辑于2022年，星期三2.深槽式鼠笼异步电动机深槽式鼠笼异步电动机 深槽式鼠笼异步电动机转子槽型深深槽式鼠笼异步电动机转子槽型深而窄，其而窄，其深度与宽度之比约为深度与宽度之比约为10-2010-20.电机运行时，转子导条有电流通过，其电机运行时，转子导条有电流通过，其槽漏磁通分布如图槽漏磁通分布如图8.98.9所示，底部漏磁所示，底部漏磁通比槽口的多，所以底部漏电抗大，槽通比槽口的多，所以底部漏电抗大，槽口部分漏电抗小。口部分漏电抗小。当频率较高
25、时交流电当频率较高时交流电流集中到导条槽口容易出现集肤效应或趋流集中到导条槽口容易出现集肤效应或趋表效应。表效应。第31页，共82页，编辑于2022年，星期三刚启动时，集肤效应使导条内电流比较集中在槽口，相当于减少了刚启动时，集肤效应使导条内电流比较集中在槽口，相当于减少了导条的有效截面积，使转子电阻增大。随着转速导条的有效截面积，使转子电阻增大。随着转速n n的升高，集肤效应的升高，集肤效应逐渐减弱，转子电阻逐渐减少，直到正常运行，转子电阻自动变回逐渐减弱，转子电阻逐渐减少，直到正常运行，转子电阻自动变回到正常运行值。到正常运行值。电动机正常运行时，转差率很小，转子频率也很低，转子漏电动机正
26、常运行时，转差率很小，转子频率也很低，转子漏抗很小，因此在电动势的作用下，转子电流主要有电阻决定。这抗很小，因此在电动势的作用下，转子电流主要有电阻决定。这样，转子电流在导条内的分布均匀，集肤效应不明显。样，转子电流在导条内的分布均匀，集肤效应不明显。第32页，共82页，编辑于2022年，星期三h/d=1020利用利用“集肤效应集肤效应”原理原理 起起动动时时：f2=f1X2大大，槽槽底底电电流流小小（槽槽底底漏漏电电抗抗大大）电电流流集集中中于于槽槽口口趋表效应趋表效应导线面积导线面积s R2 正正常常运运行行：n f2=sf1X2小小，电电流流基基本本均匀分布均匀分布趋表效应趋表效应 s
27、R2 第33页，共82页，编辑于2022年，星期三图8.10 双鼠笼异步电动机(a)转子槽与槽漏磁通；(b)机械特性3.双鼠笼异步电动机 双鼠笼异步电动机比普通异步电动机转子漏电抗大，功率因数稍低，效率差不多。双鼠笼异步电动机比普通异步电动机转子漏电抗大，功率因数稍低，效率差不多。其转子上装有两套并联的鼠笼。外其转子上装有两套并联的鼠笼。外笼导条截面积小，由黄铜制成，电阻笼导条截面积小，由黄铜制成，电阻较大；内笼条导条截面积大，用紫铜较大；内笼条导条截面积大，用紫铜制成，电阻较小。电机启动时，转子制成，电阻较小。电机启动时，转子电流频率较高，外笼电抗小，电流大，电流频率较高，外笼电抗小，电流大
28、，起主要作用，起主要作用，外外笼又称为笼又称为启动笼启动笼。电。电机运行时，转子电流频率很低，导条内机运行时，转子电流频率很低，导条内有交流电流通过，电流的分配主要决定有交流电流通过，电流的分配主要决定于电阻，内笼电抗大、电流小，此时起于电阻，内笼电抗大、电流小，此时起主要作用，主要作用，内内笼又称为笼又称为运行笼运行笼。第34页，共82页，编辑于2022年，星期三外笼：起动笼，电阻大外笼：起动笼，电阻大黄铜或黄铜或 铝青铜铝青铜内笼：运行笼，电阻小内笼：运行笼，电阻小紫铜紫铜起动时：起动时：f2=f1，内笼漏抗大，电流集中在上笼，内笼漏抗大，电流集中在上笼Ist小，小，Tst大大运行时：运行
29、时：f2=13Hz，漏抗远比电阻小，电流大部，漏抗远比电阻小，电流大部分从电阻较小的下笼流过。分从电阻较小的下笼流过。转子漏抗大，转子漏抗大，cos 和过载能力小，制造相对工和过载能力小，制造相对工艺复杂。用于对艺复杂。用于对Tst要求高的场合。要求高的场合。第35页，共82页，编辑于2022年，星期三 绕线式三相异步电动机，转子回路中可以外串三相对称电阻，以增大电动机的启动转矩，启绕线式三相异步电动机，转子回路中可以外串三相对称电阻，以增大电动机的启动转矩，启动结束后可以切除外串电阻，电动机的效率不受影响。它可用在重载和频繁启动的生产机械上。动结束后可以切除外串电阻，电动机的效率不受影响。它
30、可用在重载和频繁启动的生产机械上。8.4绕线式三相异步电动机的起动绕线式三相异步电动机的起动 一、转子回路串接一、转子回路串接频敏频敏电阻器起动电阻器起动 图8.11 绕线式异步电动机转子串频敏变阻器启动 对于单纯限制启动电流、增大启动转矩的绕对于单纯限制启动电流、增大启动转矩的绕线式异步电机，可采用转子串频敏变阻器启动。线式异步电机，可采用转子串频敏变阻器启动。频敏变阻器是由三相铁芯线圈组成，每一相的等效频敏变阻器是由三相铁芯线圈组成，每一相的等效电路与变压器空载运行的等效电路一致。电路与变压器空载运行的等效电路一致。接触器触点接触器触点K断开时，电机转子串入频敏变阻断开时，电机转子串入频敏
31、变阻器启动。启动过程结束后，接触器触点器启动。启动过程结束后，接触器触点K再闭合，再闭合，切除频敏变阻器，电机进入正常运行。切除频敏变阻器，电机进入正常运行。第36页，共82页，编辑于2022年，星期三与一般变压器励磁阻抗不完全相同，励磁阻抗由励磁电阻与励磁电抗与一般变压器励磁阻抗不完全相同，励磁阻抗由励磁电阻与励磁电抗串联组成，用串联组成，用 表示。主要表现表示。主要表现 在以下两点：在以下两点：（1）频率为）频率为50Hz的电流通过时，阻抗的电流通过时，阻抗 比一般比一般变压器励磁阻抗小得多。这样串在转子回路中，即限制了启动电变压器励磁阻抗小得多。这样串在转子回路中，即限制了启动电流，又不
32、至于使启动电流过小而减少启动转矩。流，又不至于使启动电流过小而减少启动转矩。（2）频率为）频率为50Hz的电流通过时，的电流通过时，。因频敏变。因频敏变阻器中磁密取得较高，铁芯处于饱和状态，励磁电流较大，因此阻器中磁密取得较高，铁芯处于饱和状态，励磁电流较大，因此励磁电抗较小，启动转矩高。这样，转子回路功率因数提高了。励磁电抗较小，启动转矩高。这样，转子回路功率因数提高了。第37页，共82页，编辑于2022年，星期三频敏变阻器在启动过程中始终保持较大电磁转矩。启频敏变阻器在启动过程中始终保持较大电磁转矩。启动结束后，转子回路电流频率很低，动结束后，转子回路电流频率很低，很小，近似为零，频敏变阻
33、器自动不起作用。这时，很小，近似为零，频敏变阻器自动不起作用。这时，可闭合接触器触点可闭合接触器触点K来切除频敏变阻器。来切除频敏变阻器。图8.12 转子串频敏变阻器的机械特性1-固有机械特性 2-人为特性第38页，共82页，编辑于2022年，星期三频敏变阻器：三相铁心线圈频敏变阻器：三相铁心线圈RadIst，Tst，希随，希随nRad自自动减小动减小起动：起动：f2=f1pFe大大 Rm大大nSf2pFeRm自自动、无级地减小电阻动、无级地减小电阻正常运行：正常运行：Rm很小很小R1RmXm第39页，共82页，编辑于2022年，星期三8.4 绕线式三相异步电动机的起动绕线式三相异步电动机的起
34、动 2、转子串电阻分级起动、转子串电阻分级起动 为使整个启动过程中尽量保持较大起动转矩，绕线式异步为使整个启动过程中尽量保持较大起动转矩，绕线式异步电动机看采用逐级切除转子起动电阻的分级启动。起动接线图电动机看采用逐级切除转子起动电阻的分级启动。起动接线图和特性曲线如图和特性曲线如图8.13所示。所示。图8.13 绕线式三相异步电动机转子串电阻分级启动 (1)接触器触点接触器触点K1、K2、K3全断开，电动机定子接额定全断开，电动机定子接额定电压，转子每相串入全部电阻电压，转子每相串入全部电阻 ，电动机开始，电动机开始启动。启动点为机械特性曲线启动。启动点为机械特性曲线3上的上的a点，启动转矩
35、点，启动转矩 TTL(负载转矩负载转矩)电动机加速到电动机加速到b点时，点时，T=T2TL，为了加速起动过程，接触器，为了加速起动过程，接触器K3闭合，切除起动电阻闭合，切除起动电阻R3，特性变为，特性变为曲线曲线1，因机械惯性，转速瞬时不变，工作点水平过渡到，因机械惯性，转速瞬时不变，工作点水平过渡到c点，使该点点，使该点T=T1。(3)因因Ts1TL，转速沿曲线，转速沿曲线1继续上升，到继续上升，到d点时点时K2闭合，闭合，R2被被切除，电动机运行点从切除，电动机运行点从d转变到特性曲线转变到特性曲线1上的上的e点点。依次类。依次类推，直到切除全部电阻，电动机便沿着固有特性曲线推，直到切除
36、全部电阻，电动机便沿着固有特性曲线3加速，经加速，经h点，点，最后稳定运行于最后稳定运行于j点点(T=TL)。第41页，共82页，编辑于2022年，星期三1.转子串电阻分级启动 第42页，共82页，编辑于2022年，星期三8.4 三相绕线式异步电动机的起动三相绕线式异步电动机的起动（2 2）起动电阻的计算）起动电阻的计算 起动电阻的计算有两种方法：作图法和解析法。起动电阻的计算有两种方法：作图法和解析法。下面仅对解析法进行分析。为简化计算，机械特性采下面仅对解析法进行分析。为简化计算，机械特性采用实用表达式简化后的近似表达式为用实用表达式简化后的近似表达式为 根据转子回路串电阻后的机械特性和近
37、似表达式，根据转子回路串电阻后的机械特性和近似表达式，在线性段有下列两个结论：在线性段有下列两个结论：第43页，共82页，编辑于2022年，星期三8.4 三相绕线式异步电动机的起动三相绕线式异步电动机的起动 1)1)在同一条机械特性上，若在同一条机械特性上，若 和和 为常数时，则为常数时，则2)2)转子回路串电阻后，对不同电阻值的机械特性，转子回路串电阻后，对不同电阻值的机械特性，若若T Tm m 为常数，当为常数，当 s s为常数时，有为常数时，有 下面根据以上两个比例关系推导启动电阻的下面根据以上两个比例关系推导启动电阻的计算方法。计算方法。第44页，共82页，编辑于2022年，星期三在不
38、同串电阻机械特性上，根据在不同串电阻机械特性上，根据s=s=常数，常数，则有，则有 ,令令 ，为启动转矩比，则，为启动转矩比，则启动时各级电阻则为启动时各级电阻则为（8-9）第45页，共82页，编辑于2022年，星期三当当T=T1T=T1时，如图时，如图8.138.13所示，可以得到所示，可以得到 ，在固有机械特性上，根据在固有机械特性上，根据 ，则有则有 ，或，或 ，把上两，把上两式代入（式代入（8-98-9）中的最后一）中的最后一式，得到式，得到 故有故有 （8-13）第46页，共82页，编辑于2022年，星期三（8-13）或者把上两式代入（或者把上两式代入（8-98-9）中的最后一）中的
39、最后一式，得到式，得到于是得于是得 ，即，即 （8-14）第47页，共82页，编辑于2022年，星期三起动电阻的计算步骤有两种情况：起动电阻的计算步骤有两种情况：（1 1）已知起动级数）已知起动级数 m m时，计算步骤如下：时，计算步骤如下：1)1)先按先按T10.85Tm,选取选取T1,在在由式由式 计算计算值；值；2)2)校核是否校核是否T T2 2=T=T1 1/a=(1.1-1.2)T/a=(1.1-1.2)TL L,不合适则需选取较大的不合适则需选取较大的T T1 1，甚至增加启动级数，甚至增加启动级数m m，并重新计算，并重新计算a a，再校核，再校核T T2 2，直至，直至T T
40、2 2大小合适为止；大小合适为止；3)3)先计算先计算 ，在计算各级电阻。，在计算各级电阻。第48页，共82页，编辑于2022年，星期三（2 2）若起动级数）若起动级数 未知时，则按下方法计算未知时，则按下方法计算 值。值。1)1)根据根据T T1 10.850.85 T Tm m和和 T T2 2 （1.11.11.21.2）T TL L，计算，计算a=Ta=T1 1/T/T2 2和和2)2)并对并对取相邻的最大整数；然后再根据取值的取相邻的最大整数；然后再根据取值的m,m,修正修正，再校核，再校核T T2 2(或或T T1 1)，直至合适为止；，直至合适为止；3)3)按式上面式子计算各级电
41、阻。按式上面式子计算各级电阻。第49页，共82页，编辑于2022年，星期三例：一台三相鼠龙异步电机例：一台三相鼠龙异步电机 ，启动时负载转矩，启动时负载转矩 ，求转子串电阻三级启动的启动电阻。，求转子串电阻三级启动的启动电阻。解：额定转差率解：额定转差率转子每相电阻转子每相电阻最大启动转矩最大启动转矩启动转矩比启动转矩比校核切换转矩校核切换转矩T2,有有第50页，共82页，编辑于2022年，星期三各级启动时转子回路总电阻各级启动时转子回路总电阻各级启动时外串启动电阻各级启动时外串启动电阻第51页，共82页，编辑于2022年，星期三8.5 三相异步电动机的各种运行状态三相异步电动机的各种运行状态
42、 交流电力拖动系统运行时，在拖动各种不同负载的条件下，交流电力拖动系统运行时，在拖动各种不同负载的条件下，若改变异步电动机电源电压的大小、相序及频率，或者改变绕若改变异步电动机电源电压的大小、相序及频率，或者改变绕线式异步电动机转子回路所串电阻等参数，三相异步电动机就线式异步电动机转子回路所串电阻等参数，三相异步电动机就会运行在四个象限的各种不同状态。会运行在四个象限的各种不同状态。若电磁转矩若电磁转矩T T与转速与转速n n的方向一致时，电动机运行于电动状的方向一致时，电动机运行于电动状态态；若；若电磁转矩电磁转矩T T与转速与转速n n的方向相反时，电动机运行于制动状态。的方向相反时，电动
43、机运行于制动状态。制动制动状态中，根据状态中，根据T T与与n n的不同情况，又分为的不同情况，又分为回馈制动、反回馈制动、反接制动、倒拉制动及能耗制动接制动、倒拉制动及能耗制动等。等。第52页，共82页，编辑于2022年，星期三一一.电动运行电动运行 图图8.158.15所示为三相异所示为三相异步电动机机械特性，当步电动机机械特性，当电动机工作点在第一象电动机工作点在第一象限时，电动机为正向电限时，电动机为正向电动运行状态；当电动机动运行状态；当电动机工作点在第三象限时，工作点在第三象限时，电动机为反向电动运行电动机为反向电动运行状态。状态。电动运行状态时，电电动运行状态时，电磁转矩磁转矩为
44、拖动转矩为拖动转矩。1）.电动运行电动运行第53页，共82页，编辑于2022年，星期三8.5 三相异步电动机的各种运行状态三相异步电动机的各种运行状态 2）、三相异步电动机的反转）、三相异步电动机的反转 从三相异步电动机的工作原理可知，电动从三相异步电动机的工作原理可知，电动机的旋转方向取决于定子旋转磁场的旋转方向。机的旋转方向取决于定子旋转磁场的旋转方向。因此只要改变旋转磁场的旋转方向，就能使三因此只要改变旋转磁场的旋转方向，就能使三相异步电动机反转。图相异步电动机反转。图8.14是利用控制开关是利用控制开关SA来实现电动机正、反转的原理线路图。来实现电动机正、反转的原理线路图。当当SA向上
45、合闸时，向上合闸时，L1接接U相，相，L2接接V相，相，L3接接W相，电动机正转。相，电动机正转。当当SA向下合闸时，向下合闸时，L2接接U相，相，L1接接V相，相，L3接接W相，即将电动机任意两相绕组相，即将电动机任意两相绕组与电源接线互调，则旋转磁场反向，电动与电源接线互调，则旋转磁场反向，电动机跟着反转。机跟着反转。图8.14 异步电动机正、反转原理线路图 第54页，共82页，编辑于2022年，星期三8.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 电动机除了上述电动状态外，在下述情况运行时，电动机除了上述电动状态外，在下述情况运行时，则属于电动机的制动状态。则属于电动机的制动状态。在负
46、载转矩为位能转矩的机械设备中在负载转矩为位能转矩的机械设备中(例如起重例如起重机下放重物时，运输工具在下坡运行时机下放重物时，运输工具在下坡运行时)，使设备保，使设备保持一定的运行速度；在机械设备需要减速或停止时，持一定的运行速度；在机械设备需要减速或停止时，电动机能实现减速和停止的情况下，电动机的运行属电动机能实现减速和停止的情况下，电动机的运行属于制动状态。于制动状态。第55页，共82页，编辑于2022年，星期三8.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 三相异步电动机的制动方法有下列两类：机械制动和三相异步电动机的制动方法有下列两类：机械制动和电气制动。电气制动。机械制动是利用机械
47、装置使电动机从电源切断后机械制动是利用机械装置使电动机从电源切断后能迅速停转。它的结构有好几种形式，应用能迅速停转。它的结构有好几种形式，应用较普遍的较普遍的是电磁抱闸是电磁抱闸，它主要用于起重机械上吊重物时，使重物迅，它主要用于起重机械上吊重物时，使重物迅速而又准确地停留在某一位置上。速而又准确地停留在某一位置上。电气制动是使异步电动机所产生的电气制动是使异步电动机所产生的电磁转矩和电电磁转矩和电动机的旋转方向相反动机的旋转方向相反。电气制动通常可分为能耗制动、。电气制动通常可分为能耗制动、反接制动和回馈制动反接制动和回馈制动(再生制动再生制动)等等3类。类。第56页，共82页，编辑于202
48、2年，星期三8.5 三相异步电动机的各种运行状态三相异步电动机的各种运行状态 1能耗制动基本原理能耗制动基本原理方法：将运行着的异步电动机的方法：将运行着的异步电动机的定子绕组从三相交流电源上断开定子绕组从三相交流电源上断开后，立即接到直流电源上，如图后，立即接到直流电源上，如图8.20所示，用断开所示，用断开K1，闭合，闭合K2来来实现。实现。图8.20 能耗制动原理图 二、能耗制动二、能耗制动 第57页，共82页，编辑于2022年，星期三8.5 三相异步电动机的各种运行状态三相异步电动机的各种运行状态 当定子绕组通入直流电源时，在电动机中将产生一当定子绕组通入直流电源时，在电动机中将产生一
49、个恒定磁场。转子因机械惯性继续旋转时，转子导体切个恒定磁场。转子因机械惯性继续旋转时，转子导体切割恒定磁场，在转子绕组中产生感应电动势和电流，转割恒定磁场，在转子绕组中产生感应电动势和电流，转子电流和恒定磁场作用产生电磁转矩，根据右手定则可子电流和恒定磁场作用产生电磁转矩，根据右手定则可以判电磁转矩的方向与转子转动的方向相反，为制动转以判电磁转矩的方向与转子转动的方向相反，为制动转矩。在制动转矩作用下，转子转速迅速下降，当矩。在制动转矩作用下，转子转速迅速下降，当n=0时，时，T=0，制动过程结束。这种方法是将转子的动能转变为电，制动过程结束。这种方法是将转子的动能转变为电能，消耗在转子回路的
50、电阻上，所以称能耗制动。能，消耗在转子回路的电阻上，所以称能耗制动。二、能耗制动二、能耗制动 第58页，共82页，编辑于2022年，星期三 三相异步电动机能耗制动过程中，电磁转矩三相异步电动机能耗制动过程中，电磁转矩T的产生，的产生，仅与定子磁通势的大小以及它与转子之间的相对运动有仅与定子磁通势的大小以及它与转子之间的相对运动有关。至于定子磁通势相对于定子本身是旋转的还是静止关。至于定子磁通势相对于定子本身是旋转的还是静止的无关。因此，分析能耗制动可以用三相交流电流产生的无关。因此，分析能耗制动可以用三相交流电流产生的旋转磁通势的旋转磁通势 等效代替直流磁通势等效代替直流磁通势 。等效条件如下