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1、 基本结构基本结构 第1页/共141页1.1.定子定子 定定子子铁铁心心：电电机机主主磁磁路路的的组组成成部部分分，并并嵌嵌放放定定子子绕绕组组。由由厚厚度度为为0.5mm0.5mm的的硅硅钢钢片片叠叠装装而而成成。为为了了嵌嵌放放定定子子绕绕组组，在在定定子子冲片内圆周上均匀地冲制若干个形状相同的槽。冲片内圆周上均匀地冲制若干个形状相同的槽。第2页/共141页 定定子子铁铁心心的的槽槽形形主主要要有有三三种种：半半闭闭口口槽槽适适用用于于小小型型异异步步电电机机，其其绕绕组组是是用用圆圆导导线线绕绕成成的的。半半开开口口槽槽适适用用于于低低压压中中型型异异步步电电机机，其其绕绕组组是是成成型
2、型线线圈圈。开开口口槽槽适适用用于于高高压压大大中中型型异异步电机，其绕组是用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈。步电机，其绕组是用绝缘带包扎并浸漆处理过的成型线圈。第3页/共141页 定定子子绕绕组组：构构成成电电路路部部分分。其其作作用用是是感感应应电电动动势势、流流过电流、实现机电能量转换。过电流、实现机电能量转换。机机座座：固固定定和和支支撑撑定定子子铁铁心心。因因此此要要求求有有足够的机械强度。足够的机械强度。三相对称的单层或双层绕组。三相对称的单层或双层绕组。第4页/共141页2 2、转子、转子鼠笼式转子转子铁心：电机主磁路的组成部分，并放置转子绕组。由厚转子铁心：电机主磁路的组成部
3、分，并放置转子绕组。由厚度为度为0.5mm0.5mm的硅钢片叠装而成，在转子外圆周上冲的硅钢片叠装而成，在转子外圆周上冲制均匀分布的形状相同的槽。制均匀分布的形状相同的槽。转子绕组：构成电路部分。有两种结构型式：笼型绕组和绕转子绕组：构成电路部分。有两种结构型式：笼型绕组和绕线型绕组。线型绕组。第5页/共141页笼笼型型绕绕组组：在在转转子子铁铁心心均均匀匀分分布布的的每每个个槽槽内内各各放放置置一一根根导导体体，在在铁铁心心两两端端放放置置两两个个端端环环，分分别别把把所所有有的的导导体体伸伸出出槽槽外外部部分分与与端端环环联联接接起起来来。这这种种笼笼型型绕绕组组一一般般为为铝铝浇浇铸铸的
4、的，对对中大型电机为减小损耗、提高效率，往往采用铜条焊接而成。中大型电机为减小损耗、提高效率，往往采用铜条焊接而成。第6页/共141页 绕绕线线型型绕绕组组：与与定定子子绕绕组组相相似似、极极数数相相同同的的三三相相对对称称绕绕组组。一一般般接接成成星星形形。将将三三相相绕绕组组的的三三个个引引出出线线分分别别接接到到转转轴轴上上三三个个滑滑环环上上，再再通通过过电电刷刷与与外外电电路路接接通通。绕绕线线型型转转子子的的特特点点是是可可以以通通过过滑滑环环电电刷刷在在转转子子回回路路中中接接入入附附加加电电阻阻，以以改改善善电动机的起动性能、调节其转速。电动机的起动性能、调节其转速。转轴：支撑
5、转子铁心和输出、输入机械转矩。转轴：支撑转子铁心和输出、输入机械转矩。第7页/共141页3 3、气隙、气隙 定定、转转子子之之间间的的间间隙隙，也也是电机主磁路的组成部分。是电机主磁路的组成部分。气气隙隙大大小小对对异异步步电电机机的的性性能影响很大。能影响很大。为为了了减减小小电电机机主主磁磁路路的的磁磁阻阻，降降低低电电机机的的励励磁磁电电流流，提提高高电电机机的的功功率率因因数数，气气隙隙应应尽尽可可能能小小。异异步步电电机机气气隙隙长长度度应应为为定定、转转子子在在运运行行中中不不发发生生机机械摩擦所允许的最小值。械摩擦所允许的最小值。中、小型异步电机中，气隙长度一般为中、小型异步电机
6、中，气隙长度一般为0.20.21.5mm1.5mm。第8页/共141页5.1.2 5.1.2 异步电机的基本工作原理异步电机的基本工作原理一、异步电机的基本工作原理一、异步电机的基本工作原理 异步电机定子三相对称绕组接在三相对称交流电网上，异步电机定子三相对称绕组接在三相对称交流电网上，转子绕组对称短路。定子绕组中流过三相对称电流，在气转子绕组对称短路。定子绕组中流过三相对称电流，在气隙中产生基波旋转磁场。定子磁动势的同步转速为隙中产生基波旋转磁场。定子磁动势的同步转速为定子磁场在转子绕组感应的定子磁场在转子绕组感应的电动势和电流的方向如图所示。电动势和电流的方向如图所示。由左手定律可判定转子
7、所受电磁由左手定律可判定转子所受电磁转矩与定子磁场的旋转方向相同。转矩与定子磁场的旋转方向相同。在此电磁转矩作用转子与定子磁在此电磁转矩作用转子与定子磁场同方向旋转。场同方向旋转。第9页/共141页第10页/共141页三、转差率与异步电机运行状态之间的关系三、转差率与异步电机运行状态之间的关系二、转差率：二、转差率：转子转速与同步转速之差与同步转速的比值转子转速与同步转速之差与同步转速的比值第11页/共141页2、时，电机为发电机运行状态；时，电机为发电机运行状态；时，电机为电磁制动状态。时，电机为电磁制动状态。3、1、时，电机为电动机运行状态；时，电机为电动机运行状态；第12页/共141页5
8、.1.3 异步电动机的额定值异步电动机的额定值1 1、额定功率、额定功率 （W W，kWkW）2 2、额定电压、额定电压（V V）三相电机为定子绕组上的额定线电压）三相电机为定子绕组上的额定线电压3 3、额定电流、额定电流（A A）三相电机为定子绕组上的额定线电流）三相电机为定子绕组上的额定线电流4 4、额定频率、额定频率我国电网频率为我国电网频率为50Hz 50Hz 5、额定转速、额定转速额定功率、额定电压、额定电流之间的关系为：额定功率、额定电压、额定电流之间的关系为：（r/min）第13页/共141页5.25.2三相异步电动机的运行原理三相异步电动机的运行原理5.2.1 转子静止时的异步
9、电动机转子静止时的异步电动机一、转子绕组开路一、转子绕组开路第14页/共141页1 1、电磁物理过程、电磁物理过程 2 2、感应电动势、感应电动势 第15页/共141页定子绕组的漏阻抗。定子绕组的漏阻抗。与变压器类似，感应电动势可以用阻抗压降来代替：与变压器类似，感应电动势可以用阻抗压降来代替：为异步电机的激磁阻抗为异步电机的激磁阻抗为模拟铁芯铁耗的激磁电阻为模拟铁芯铁耗的激磁电阻为激磁电抗为激磁电抗 为定子绕组的漏抗为定子绕组的漏抗 第16页/共141页3 3、电动势比、电动势比由于转子静止不动，定子磁动势切割转子的转速与切割定子由于转子静止不动，定子磁动势切割转子的转速与切割定子的转速相同
10、，因此转子电动势以及电流的频率也为的转速相同，因此转子电动势以及电流的频率也为转子磁动势的转速为：转子磁动势的转速为：转向与定子相同，因此转向与定子相同，因此定、转子磁动势相对静止定、转子磁动势相对静止 二、转子短路时二、转子短路时1 1、定、转子磁动势相对静止、定、转子磁动势相对静止如异步电机的极对数为如异步电机的极对数为p，电源频率为，电源频率为 ，定子磁动势的，定子磁动势的转速为：转速为：第17页/共141页2 2、转子磁动势与定、转子绕组轴线间的夹角无关、转子磁动势与定、转子绕组轴线间的夹角无关设转子设转子a相绕组中的电动势和电流分别为：相绕组中的电动势和电流分别为：为转子相绕组的功率
11、因数角为转子相绕组的功率因数角 则：则：2）设转子设转子a相轴线顺旋转磁动势的方向转过角度相轴线顺旋转磁动势的方向转过角度，如图所示，如图所示 1）第18页/共141页为转子的空间坐标，为转子的空间坐标，为定子的空间坐标，两者的关系为：为定子的空间坐标，两者的关系为：两者时间坐标之间的关系为：两者时间坐标之间的关系为：a相绕组中的电动势和电流相绕组中的电动势和电流分别为：分别为：转子绕组转过转子绕组转过角度后，角度后，第19页/共141页在新的坐标系中转子磁动势为：在新的坐标系中转子磁动势为：代入定、转子坐标系之间的关系可得：代入定、转子坐标系之间的关系可得：即转子磁动势与定、转子绕组之间的相
12、对位置无关即转子磁动势与定、转子绕组之间的相对位置无关第20页/共141页3 3、转子不动时电磁物理过程、转子不动时电磁物理过程第21页/共141页4 4、电动势平衡方程式、电动势平衡方程式转子不动时的定、转子电路图转子不动时的定、转子电路图第22页/共141页5 5、磁动势平衡方程式、磁动势平衡方程式由定子的电动势平衡方程式可知：由定子的电动势平衡方程式可知：当电源电压不变时，气隙中的主磁通也基本不变，因此定、当电源电压不变时，气隙中的主磁通也基本不变，因此定、转子的合成磁动势也基本不变，与转子绕组开路时定子绕组转子的合成磁动势也基本不变，与转子绕组开路时定子绕组的磁动势基本相等。的磁动势基
13、本相等。第23页/共141页各磁动势分别为：各磁动势分别为：由磁动势平衡方程式可得：由磁动势平衡方程式可得：为定子磁动势中的磁励为定子磁动势中的磁励分量分量为定子磁动势中的负载为定子磁动势中的负载分量分量第24页/共141页为异步电机的电流比为异步电机的电流比用电流形式表示的磁动势方程式为用电流形式表示的磁动势方程式为 第25页/共141页6 6、转子绕组的折算、转子绕组的折算1 1）折算的定义）折算的定义将转子绕组用一个与定子绕组具有相同相数、相同的匝数和将转子绕组用一个与定子绕组具有相同相数、相同的匝数和相同的绕组系数的等效绕组来代替。相同的绕组系数的等效绕组来代替。2 2）折算原则）折算
14、原则折算前后磁动势不变，功率、损耗不变。折算前后磁动势不变，功率、损耗不变。3 3）方法）方法a a）电流的折算）电流的折算折算前后磁动势不变折算前后磁动势不变第26页/共141页经过绕组折算后的磁动势平衡方程式为：经过绕组折算后的磁动势平衡方程式为：b)b)电动势的折算电动势的折算第27页/共141页c)c)阻抗的折算阻抗的折算折算前后功率、损耗不变折算前后功率、损耗不变同理，漏抗的折算为：同理，漏抗的折算为：第28页/共141页总结：总结：第29页/共141页7 7、折算后的基本方程式、折算后的基本方程式第30页/共141页绕组折算后的定、转子电路图绕组折算后的定、转子电路图第31页/共1
15、41页根据基本方程式可得转子静止时的等效电路为如下：根据基本方程式可得转子静止时的等效电路为如下：8 8、转子静止时的、转子静止时的T T型等效电路型等效电路第32页/共141页5.2.2 5.2.2 转子旋转时的异步电机转子旋转时的异步电机一、转子绕组的电动势和电流一、转子绕组的电动势和电流转子以转速转子以转速n旋转时旋转磁场相对于转子的转速为：旋转时旋转磁场相对于转子的转速为：，转子绕组中的感应电动势和电流的频率为：，转子绕组中的感应电动势和电流的频率为：转子旋转时的感应电动势和漏抗分别为：转子旋转时的感应电动势和漏抗分别为：第33页/共141页二、定、转子磁动势仍然相对静止二、定、转子磁
16、动势仍然相对静止 定子电流的频率为，定子磁动势的转速为定子电流的频率为，定子磁动势的转速为转子的转速为转子的转速为n，转子电流的频率为，则转子磁动势的相对，转子电流的频率为，则转子磁动势的相对于转子的转速为：于转子的转速为：转子相对于定子的转速为转子相对于定子的转速为 则转子磁动势相对于定子的转速为：则转子磁动势相对于定子的转速为：因此，当转子旋转时，因此，当转子旋转时，定、转子磁动势仍然相对静止定、转子磁动势仍然相对静止。第34页/共141页三、转子旋转时电磁物理过程三、转子旋转时电磁物理过程第35页/共141页四、频率折算四、频率折算 用静止的转子代替旋转的转子使定、转子电路的频率相等。用
17、静止的转子代替旋转的转子使定、转子电路的频率相等。折算原则：折算前后磁动势的大小和相位不变。折算原则：折算前后磁动势的大小和相位不变。如果要保持磁动势的大小和相位不变，必须保证折算前如果要保持磁动势的大小和相位不变，必须保证折算前后电流的大小和相位不变。后电流的大小和相位不变。折算前转子电流为：折算前转子电流为：等式右边分子、分母同除以等式右边分子、分母同除以s s可得可得第36页/共141页折算前后转子电流的大小和相位折算前后转子电流的大小和相位因此转子电流的大小和相位均未改变，磁动势不变。因此转子电流的大小和相位均未改变，磁动势不变。转子回路的电阻由变为转子回路的电阻由变为 第37页/共1
18、41页的物理意义：模拟总的机械功率的模拟电阻。的物理意义：模拟总的机械功率的模拟电阻。五、五、等效电路等效电路转子转动后定、转子的电路图以及经过频率折算以后的定、转转子转动后定、转子的电路图以及经过频率折算以后的定、转子的电路图为：子的电路图为：第38页/共141页转子堵转时的定、转子电路图经过频率折算后的的定、转子电路图第39页/共141页c)c)经过绕组折算后定、转子电路经过绕组折算后定、转子电路第40页/共141页经过频率折算、经过频率折算、绕组绕组折算后，异步电机的基本方程式为：折算后，异步电机的基本方程式为：第41页/共141页由此可得异步电机的由此可得异步电机的T T型等效电路：型
19、等效电路：第42页/共141页六、相量图六、相量图 已知已知 、和和 ，作出异步电动机的相量图。，作出异步电动机的相量图。第43页/共141页由此可得异步电机的由此可得异步电机的T T型等效电路：型等效电路：第44页/共141页5.2.3 5.2.3 异步电机等效电路的简化异步电机等效电路的简化由由T T型等效电路可得：型等效电路可得：定子电流为定子电流为定子电压定子电压为校正系数。为校正系数。第45页/共141页根据定子电动势平衡方程式可得：根据定子电动势平衡方程式可得：经过整理后可得经过整理后可得 其中：其中：第46页/共141页于是可得异步电机的形等效电路 第47页/共141页由于由于
20、当电机容量大于当电机容量大于100 kW100 kW时，时，等效电路又可以简化为：，等效电路又可以简化为：第48页/共141页5.2.4 5.2.4 异步电机的参数测定异步电机的参数测定 一、通过空载实验测定激磁参数一、通过空载实验测定激磁参数1 1、空载实验、空载实验 空载实验的目的：测定励磁电阻、励磁电抗、铁耗和机空载实验的目的：测定励磁电阻、励磁电抗、铁耗和机械损耗。械损耗。2 2、空载特性曲线、空载特性曲线第49页/共141页第50页/共141页3 3、机械损耗与铁耗的分离、机械损耗与铁耗的分离空载时电机的损耗有：定子绕组的铜耗空载时电机的损耗有：定子绕组的铜耗，定子铁芯的铁耗，定子铁
21、芯的铁耗，机械损耗，机械损耗，和附加（杂散）损耗，和附加（杂散）损耗，故，故机械损耗的大小仅与转速有关，实验时转速基本不变，因此机械损耗的大小仅与转速有关，实验时转速基本不变，因此机械损耗可以看成常数。机械损耗可以看成常数。与磁密的平方成正比，而与磁密的平方成正比，而，也即，也即 与电压的平方成正比。与电压的平方成正比。第51页/共141页根据实验数据作出曲线根据实验数据作出曲线，与纵轴的交点即为机械损耗。与纵轴的交点即为机械损耗。第52页/共141页4 4、计算激磁阻抗、计算激磁阻抗空载时，空载时，,转子支路可看成开路，因此转子支路可看成开路，因此激磁电阻激磁电阻公式公式 中各项均为每相的值
22、。中各项均为每相的值。第53页/共141页二、通过短路实验测定短路参数二、通过短路实验测定短路参数1 1、短路实验（堵转实验）、短路实验（堵转实验）2 2、堵转时的等效电路和短路特性、堵转时的等效电路和短路特性第54页/共141页由于由于，激磁支路可看成开路，则等效电路可简化如下：，激磁支路可看成开路，则等效电路可简化如下：3 3、短路特性、短路特性 第55页/共141页第56页/共141页4 4、短路参数的计算、短路参数的计算由等效电路可得：由等效电路可得：注意：公式中的功率、电压和电流均为一相的值。注意：公式中的功率、电压和电流均为一相的值。第57页/共141页5.35.3三相异步电动机的
23、运行特性三相异步电动机的运行特性 1 1、异步电机的功率和损耗、异步电机的功率和损耗1 1、输入功率、输入功率 2 2、定子铜耗、定子铜耗 3 3、定子铁耗、定子铁耗 4 4、电磁功率、电磁功率 5 5、转子铜耗、转子铜耗 6 6、总的机械功率、总的机械功率 7 7、机械损耗、机械损耗 8 8、附加损耗、附加损耗 5.3.1 异步电动机的功率和转矩平衡方程式第58页/共141页各种功率和损耗在各种功率和损耗在T T型等效电路的反映型等效电路的反映第59页/共141页二、功率和转矩平衡方程式二、功率和转矩平衡方程式 电磁功率、转子铜耗和总的机械功率之间的关系为电磁功率、转子铜耗和总的机械功率之间
24、的关系为 由功率平衡方程式由功率平衡方程式两边同时除以角速度两边同时除以角速度第60页/共141页其中：其中：代入电磁转矩的计算公式可得：代入电磁转矩的计算公式可得：第61页/共141页5.3.25.3.2电磁转矩的三种表达式电磁转矩的三种表达式1 1、物理表达式、物理表达式由电磁转矩的计算公式由电磁转矩的计算公式代入上式可得：代入上式可得：式中 为转矩常数。为转矩常数。第62页/共141页异步电机的电磁转矩与一个极距范围内的最大磁通成异步电机的电磁转矩与一个极距范围内的最大磁通成正比，与转子电流成正比，与转子的功率因数成正比，正比，与转子电流成正比，与转子的功率因数成正比，也即与转子电流中的
25、有功分量成正比。也即与转子电流中的有功分量成正比。第63页/共141页二、参数表达式二、参数表达式由简化的等效电路可知：由简化的等效电路可知：代入电磁功率的计算公式中代入电磁功率的计算公式中1、参数表达式参数表达式第64页/共141页电磁转矩电磁转矩2 2、电机的机械特性、电机的机械特性或第65页/共141页由参数表达式可做出异步电机的机械特性如下图所示：由参数表达式可做出异步电机的机械特性如下图所示：第66页/共141页a)起动时，起动时，。将。将s=1s=1代入电磁转矩计算公代入电磁转矩计算公式可得式可得 起动转矩倍数起动转矩倍数 b b)额定运行时，额定运行时，c c)同步时，同步时，d
26、 d)当当，电机处于发电机运行状态。，电机处于发电机运行状态。e e)当当，电机处于电磁制动状态。，电机处于电磁制动状态。第67页/共141页f)最大电磁转矩最大电磁转矩由由 可得，可得，代入电磁转矩的计算公式可得代入电磁转矩的计算公式可得 称为临界转差率，正号时对应电动机状态，负号时对应发电称为临界转差率，正号时对应电动机状态，负号时对应发电机状态。机状态。第68页/共141页由于由于 第69页/共141页结论：结论：成反比。成反比。3 3、最大电磁转矩和临界转差率均近似与、最大电磁转矩和临界转差率均近似与2 2、最大电磁转矩与转子电阻无关，临界转差率与、最大电磁转矩与转子电阻无关，临界转差
27、率与转子电阻成正比；转子电阻成正比；1 1、最大电磁转矩与电源电压的平方成正比，临界转、最大电磁转矩与电源电压的平方成正比，临界转差率与电压无关；差率与电压无关；过载倍数过载倍数 第70页/共141页3 3、异步电机的人为机械特性、异步电机的人为机械特性1 1）降低电源电压的人为特性）降低电源电压的人为特性最大电磁转矩最大电磁转矩T Tm m和起动转矩和起动转矩T Tstst与定子电压的平方成正比，与定子电压的平方成正比，临界转差率临界转差率s sm m与定子电压无关，同步转速不变。与定子电压无关，同步转速不变。第71页/共141页2 2）转子串电阻的人为特性）转子串电阻的人为特性转子串电阻转
28、子串电阻时电机的同步转时电机的同步转速以及最大电磁速以及最大电磁转矩不变，临界转矩不变，临界转差率与转子回转差率与转子回路的总电阻成正路的总电阻成正比。比。第72页/共141页3)3)定子电路串对称电阻或电抗定子电路串对称电阻或电抗 定子电路串对称定子电路串对称电阻或电抗时异步电电阻或电抗时异步电机的同步转速不变，机的同步转速不变，但最大电磁转矩和临但最大电磁转矩和临界转差率均减小。界转差率均减小。第73页/共141页三、实用表达式三、实用表达式由参数表达式可推得：由参数表达式可推得：第74页/共141页如果已知异步电机的如果已知异步电机的，则可以计算出，则可以计算出代入实用表达式可得代入实用
29、表达式可得第75页/共141页5.3.35.3.3异步电动机的工作特性异步电动机的工作特性 工作特性的定义：工作特性的定义：定、转子回路不串附加阻抗时的定、转子回路不串附加阻抗时的 1 1、转差率特性、转差率特性 空载时，空载时，。额定负载时，2 2、效率特性、效率特性第76页/共141页空载时，空载时，当不变损耗等于可变损耗时效率达到最大。当不变损耗等于可变损耗时效率达到最大。3 3、功率因数特性、功率因数特性空载时，空载时，主要为无功分量，因此空载时异步电主要为无功分量，因此空载时异步电动机的功率因数很低，只有机的功率因数很低，只有0.20.2左右。左右。负载时，负载时，分量，故功率因数随
30、负载的增大而增加。分量，故功率因数随负载的增大而增加。4 4、转矩特性、转矩特性随输出功率的增大而减小，随输出功率的增大而减小，微微上翘。微微上翘。第77页/共141页5 5、定子电流特性、定子电流特性空载时，空载时，负载时，负载时，大约额定电流的，大约额定电流的202040%40%。随输出功率的增加而增大。随输出功率的增加而增大。第78页/共141页第79页/共141页5.45.4三相异步电动机的启动与调速三相异步电动机的启动与调速 1 1、三相异步电动机的启动性能、三相异步电动机的启动性能1 1、启动电流、启动电流异步电动机启动电流大异步电动机启动电流大5.4.1 异步电动机的启动第80页
31、/共141页2 2、启动转矩、启动转矩启动时启动时 启动时的等效电路如图所示启动时的等效电路如图所示第81页/共141页由于由于 ，所以，所以 所以异步电动机的启动转矩并不大，所以异步电动机的启动转矩并不大，第82页/共141页二、鼠笼式异步电动机的启动方法二、鼠笼式异步电动机的启动方法1 1、直接启动、直接启动启动电流大，启动转矩也最大。启动电流大，启动转矩也最大。特点：设备简单，操作方便。特点：设备简单，操作方便。适用于小容量电动机轻载启动。异步电动机能否直接适用于小容量电动机轻载启动。异步电动机能否直接启动，决定于电源的容量，对于经常启动的电动机，启动时启动，决定于电源的容量，对于经常启
32、动的电动机，启动时引起的母线压降不大于引起的母线压降不大于10%10%，对于偶尔启动的电动机，启动，对于偶尔启动的电动机，启动时引起的母线压降不大于时引起的母线压降不大于15%15%，应选择直接启动。，应选择直接启动。第83页/共141页2 2、降压启动、降压启动1 1）定子串电抗启动）定子串电抗启动第84页/共141页如果已知如果已知a，根据等效电路可得，根据等效电路可得 特点：启动设备简单，操作方便。特点：启动设备简单，操作方便。启动电流与电压成一次方关系降低，而启动转矩与电启动电流与电压成一次方关系降低，而启动转矩与电压成平方倍降低。压成平方倍降低。第85页/共141页2 2）用）用Y
33、Y启动器启动器a.a.电路图电路图第86页/共141页b.b.启动电流和启动转矩启动电流和启动转矩第87页/共141页第88页/共141页c.c.启动特点启动特点价格便宜，操作方便。价格便宜，操作方便。启动电流和动电流和启动转矩均降为直接动转矩均降为直接启动时三分之一。适用于正常运行为动时三分之一。适用于正常运行为接，轻载或空载接，轻载或空载启动。动。第89页/共141页3)3)用自耦变压器用自耦变压器启动动a.电路图电路图第90页/共141页b.b.启动电流和动电流和启动转矩动转矩如果自耦变压器的变比为如果自耦变压器的变比为a，则降低启动时的相电压和全，则降低启动时的相电压和全压时的相电压之
34、比为：压时的相电压之比为：降压降压启动动直接启动直接启动第91页/共141页降低启动时的相电流和全压时的相电流之比为：降低启动时的相电流和全压时的相电流之比为：由于自耦变压器的原边电流为副边电流的由于自耦变压器的原边电流为副边电流的a分之一，故降低分之一，故降低起动时的启动电流（线电流）和直接启动时的起动电流起动时的启动电流（线电流）和直接启动时的起动电流（线电流）之比为：（线电流）之比为：第92页/共141页c.c.启动特点启动特点启动电流和启动转矩均按平方倍的降低。由于自耦变压器启动电流和启动转矩均按平方倍的降低。由于自耦变压器（补偿器）一般有三个抽头（补偿器）一般有三个抽头（55%55%
35、，64%64%，73%73%或或40%40%，60%60%，80%80%），因此可根据启动时的负载情况和电源的容量灵活选择。），因此可根据启动时的负载情况和电源的容量灵活选择。但自耦补偿器较贵。适用于不是经常启动的电动机。但自耦补偿器较贵。适用于不是经常启动的电动机。第93页/共141页三、改善启动性能的鼠笼式异步电动机三、改善启动性能的鼠笼式异步电动机1 1、深槽式异步电动机、深槽式异步电动机深槽式异步电深槽式异步电动机的槽深和动机的槽深和槽宽之比为槽宽之比为10101212，槽深而，槽深而窄。槽中的导窄。槽中的导体可看成是无体可看成是无数根与槽底平数根与槽底平行的导体并联行的导体并联而成。
36、而成。第94页/共141页对于槽底的导体对于槽底的导体1 1，其电感为：，其电感为：而对于靠近槽口的导体而对于靠近槽口的导体2 2的电感为：的电感为：由于由于，所以，导体的电抗，导体的电抗也即越靠近槽底，导体的漏抗越大。也即越靠近槽底，导体的漏抗越大。第95页/共141页启动时，启动时，转子的漏抗远大于电阻，因此电流沿槽的分布决定于电，转子的漏抗远大于电阻，因此电流沿槽的分布决定于电抗，而槽底的远大于槽口的电抗，因此电流沿槽深的分布抗，而槽底的远大于槽口的电抗，因此电流沿槽深的分布如图所示，槽底小，而槽口大。此现象称为集肤效应，或如图所示，槽底小，而槽口大。此现象称为集肤效应，或挤流效应，趋表
37、效应。挤流效应，趋表效应。起动完毕时，起动完毕时，转子的漏抗很小，电流的分布主要决定于电阻，因此电转子的漏抗很小，电流的分布主要决定于电阻，因此电流沿槽深均匀分布，集肤效应基本消失。流沿槽深均匀分布，集肤效应基本消失。第96页/共141页2 2、双鼠笼式异步电动机、双鼠笼式异步电动机上笼：启动笼。黄上笼：启动笼。黄铜或铝青铜。铜或铝青铜。下笼：运行笼。紫铜。下笼：运行笼。紫铜。第97页/共141页启动时，启动时，运行时运行时 转子电抗很小，电流主要从电阻较小的下笼流过。转子电抗很小，电流主要从电阻较小的下笼流过。第98页/共141页双笼式异步电动机的机械特性如下图所示：双笼式异步电动机的机械特
38、性如下图所示：1 1为上笼的机械特性，为上笼的机械特性，2 2为下笼的机械特性，为下笼的机械特性，3 3为双笼式为双笼式异步电动机的机械特性。异步电动机的机械特性。第99页/共141页四、绕线式异步电动机的启动方法四、绕线式异步电动机的启动方法转子串电阻启动转子串电阻启动 绕线式异步电动机转子串电阻的等效电路为：绕线式异步电动机转子串电阻的等效电路为：第100页/共141页转子串电阻后启动电流减小，但转子的功率因数转子串电阻后启动电流减小，但转子的功率因数 增大，故启动转矩：增大，故启动转矩：增大。增大。一般来说，所串电阻越大，启动转矩越大，但不绝对。绕线一般来说，所串电阻越大，启动转矩越大，
39、但不绝对。绕线式异步电动机转子串电阻的机械特性如图所示：式异步电动机转子串电阻的机械特性如图所示：第101页/共141页当当启动转矩最大。启动转矩最大。第102页/共141页绕线式异步电动机转子串两级电阻启动时的机械特性绕线式异步电动机转子串两级电阻启动时的机械特性第103页/共141页5.4.25.4.2异步电动机的制动异步电动机的制动 1、反接制动、反接制动1 1、转速反向的反接制动、转速反向的反接制动第104页/共141页机械特性如图所示机械特性如图所示对应于对应于A A点，转差率点，转差率。第105页/共141页2 2、两相反接的反接制动、两相反接的反接制动 机械特性机械特性第106页
40、/共141页对应于对应于B B点，转差率点，转差率 第107页/共141页对应于以上两种情况，转差率对应于以上两种情况，转差率总的机械功率总的机械功率第108页/共141页二、反向回馈制动二、反向回馈制动电动机带位能性负载进行反接制动，当转速为零时，如果不断电动机带位能性负载进行反接制动，当转速为零时，如果不断开电源，电机在负载转矩以及电磁转矩的作用下反向起动，当开电源，电机在负载转矩以及电磁转矩的作用下反向起动，当转速反向加速至时，电磁转矩为转速反向加速至时，电磁转矩为0 0，但在负载转矩的作，但在负载转矩的作用下，电动机继续加速，直至用下，电动机继续加速，直至E E点，电机进入反向回馈制动
41、状点，电机进入反向回馈制动状态。态。总的机械功率总的机械功率回馈制动实际上是发电机状态。回馈制动实际上是发电机状态。第109页/共141页三、能耗制动三、能耗制动能耗制动电路图能耗制动电路图第110页/共141页机械特性机械特性第111页/共141页5.4.25.4.2异步电动机的调速异步电动机的调速异步电动机的转速为异步电动机的转速为因此异步电动机调速的方法有：因此异步电动机调速的方法有：1 1改变同步转速调速改变同步转速调速1 1）变极调速）变极调速2 2）变频调速）变频调速 2 2改变转差率调速改变转差率调速1 1）降压调速）降压调速2 2）转子串电阻调速）转子串电阻调速第112页/共1
42、41页1 1、变极调速、变极调速倍极比倍极比2/42/44/8 4/8 非倍比非倍比 4/64/66/86/81 1、变极原理、变极原理 第113页/共141页2 2、变极绕组的联接方法、变极绕组的联接方法（a a）Y Y接，接，2p2p对极，对极，A A、B B、C C接电源接电源 （b b）YYYY接，接，p p对极，对极，A1A1、B1B1、C1C1接电源接电源 1)Y/YY1)Y/YY第114页/共141页2 2）/YY/YY接法接法(a)(a)接，接，2p2p对极，对极，A A、B B、C C接电源接电源 （b b）YYYY接，接，p p对极，对极，A1A1、B1B1、C1C1接电源
43、接电源 第115页/共141页3 3、变极前后转矩、功率的变化、变极前后转矩、功率的变化设定子相电压为设定子相电压为 、相电流为、相电流为 ，输出功率为，输出功率为 另设变极前后电机的效率另设变极前后电机的效率、功率因数、功率因数不变，且不变，且 电磁转矩电磁转矩 第116页/共141页1)Y/YY1)Y/YY此方法适用于恒转矩调速。此方法适用于恒转矩调速。2)/YY2)/YY接法接法接时相电压为接时相电压为 ，Y Y接时的相电压则为接时的相电压则为此方法近似为恒功率此方法近似为恒功率 调速。调速。第117页/共141页A AB BC C4 4、变极前后的相序、变极前后的相序设设p p对极时对
44、极时A A、B B、C C三相在空间互差电角度，变极前后三相三相在空间互差电角度，变极前后三相绕组在空中的相位关系如下所示：绕组在空中的相位关系如下所示：2P2P对极对极0 0 P P对极对极0 0由于三相合成磁场是由电流超前相的相轴转向电流滞后相的由于三相合成磁场是由电流超前相的相轴转向电流滞后相的相轴，如果变极后绕组的相序不变，则三相合成磁场的旋转相轴，如果变极后绕组的相序不变，则三相合成磁场的旋转方向改变。为了保证变极前后磁场的旋转方向不变，在改变方向改变。为了保证变极前后磁场的旋转方向不变，在改变绕组的接法的同时，还需要将三相中的任意两相对调。绕组的接法的同时，还需要将三相中的任意两相
45、对调。5 5、调速特点、调速特点 适用于鼠笼式转子异步电动机适用于鼠笼式转子异步电动机方法简单，运行可靠、机械特性较硬。有级调速，级数有限。方法简单，运行可靠、机械特性较硬。有级调速，级数有限。第118页/共141页二、变频调速二、变频调速1 1、调速原理、调速原理由由 可知，转速近似与频率成正比。可知，转速近似与频率成正比。如果频率连续可调，则转速也连续可调。如果频率连续可调，则转速也连续可调。2 2、变频时的磁通和最大电磁转矩、变频时的磁通和最大电磁转矩 如果希望变频调速时的主磁通保持不变，由如果希望变频调速时的主磁通保持不变，由 可知：如欲保持主磁通不变，需保持如欲保持主磁通不变，需保持
46、 第119页/共141页最大电磁转矩最大电磁转矩第120页/共141页假设变频后的各物理量变为假设变频后的各物理量变为 ，变频前后额定电磁转矩之比为：，变频前后额定电磁转矩之比为：3 3、调速方式、调速方式a.恒转矩调速恒转矩调速调速前后调速前后 如果如果 则调速过程中，主磁通不变。过载倍数也不变。则调速过程中，主磁通不变。过载倍数也不变。第121页/共141页b.b.恒功率调速恒功率调速若电机的负载为恒功率负载，则调速电磁功率不变，即：若电机的负载为恒功率负载，则调速电磁功率不变，即：1 1）若令主磁通不变，即）若令主磁通不变，即，则，则电机的过载能力与频率成正比电机的过载能力与频率成正比第
47、122页/共141页2 2）若令过载能力不变，）若令过载能力不变，则，则4 4、调速特点、调速特点调速范围大，平滑性好，机械特性较硬，无级调速，且可调速范围大，平滑性好，机械特性较硬，无级调速，且可按不同的负载性质实现恒转矩调速和恒功率调速。按不同的负载性质实现恒转矩调速和恒功率调速。控制装置较贵。控制装置较贵。第123页/共141页三、转子串电阻调速三、转子串电阻调速由异步电动机的机械特性可知，异步电机的最大转矩与由异步电动机的机械特性可知，异步电机的最大转矩与转子电阻无关，而临界转差率与转子电阻成正比。因此，转子转子电阻无关，而临界转差率与转子电阻成正比。因此，转子回路所串电阻越大，电机的
48、转速越低。回路所串电阻越大，电机的转速越低。第124页/共141页转子串电阻时的转子回路的等效电路如下所示：转子串电阻时的转子回路的等效电路如下所示：由等效电路可知，当电机带额定负载，转子回路不串电阻时的电由等效电路可知，当电机带额定负载，转子回路不串电阻时的电流为：流为：第125页/共141页当转子回路串入电阻当转子回路串入电阻时转子电流为：时转子电流为：令，则有：，则有：转子回路的功率因数为：转子回路的功率因数为：第126页/共141页电磁转矩电磁转矩因此转子串电阻调速为恒转矩调速。因此转子串电阻调速为恒转矩调速。调速特点：调速特点：方法简单、可靠、设备价格低廉，效率低。方法简单、可靠、设
49、备价格低廉，效率低。改进的方法：采用串级调速改进的方法：采用串级调速第127页/共141页串级调速原理串级调速原理第128页/共141页四、降压调速四、降压调速改变电源电压的机械特性如图所示：改变电源电压的机械特性如图所示：由于降低电源电压时，由于降低电源电压时，临界转差率不变，最大电临界转差率不变，最大电磁转矩与电压成平方倍降磁转矩与电压成平方倍降低，因此，调速范围小，低，因此，调速范围小，实用价值低实用价值低 。降压调速可与变频调降压调速可与变频调速结合使用。速结合使用。对于恒功率和恒转矩负载，调速范围有限，风机或泵类负对于恒功率和恒转矩负载，调速范围有限，风机或泵类负载调速范围较大，但定
50、、转子电流大。载调速范围较大，但定、转子电流大。第129页/共141页5.5单相异步电动机单相异步电动机1、单绕组工作的异步电动机的机械特性、单绕组工作的异步电动机的机械特性当单相绕组通过交流电流，当单相绕组通过交流电流，其产生的磁动势为一脉振磁动势其产生的磁动势为一脉振磁动势。此脉振磁动势可以分解为幅值。此脉振磁动势可以分解为幅值相等、转速相同、转向相反的两相等、转速相同、转向相反的两个园形旋转磁动势和。个园形旋转磁动势和。由于三相对称交流绕组流过三相由于三相对称交流绕组流过三相交流电流时其合成磁动势的基波交流电流时其合成磁动势的基波为一为一 园形旋转磁动势，因此，园形旋转磁动势，因此，和用