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1、第第1111章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动电机及拖动基础电机及拖动基础 11.1 11.1 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性11.2 11.2 异步电动机的起动异步电动机的起动异步电动机的起动异步电动机的起动11.3 11.3 异步电动机的调速异步电动机的调速异步电动机的调速异步电动机的调速11.4 11.4 异步电动机的制动异步电动机的制动异步电动机的制动异步电动机的制动11.5 11.5 同步电动机的电力拖动同步电动机的电力拖动同步电动机的电力拖动同步电动机的电力拖动*1引引 言言 本本章章以以异异步步电电动动机机为为重重点点
2、讨讨论论交交流流电电力力拖拖动动系系统统的的起起动动、调调速速和和制制动动的的原原理理、方方法法及及性性能能。第第1节节主主要要介介绍绍异异步步电电动动机机的的机机械械特特性性；第第2节节主主要要介介绍绍异异步步电电动动机机的的起起动动性性能能和和起起动动方方法法；第第3节节介介绍绍异异步步电电动动机机的的调调速速原原理理；第第4节节介介绍绍异异步步电电动动机机的的制制动动方方法法和和特特性性；第第5节节介介绍绍同同步步电电动动机机的的起起动动和和调调速速等等问问题题。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动211.1 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性 三相异步电动
3、机的机械特性是指在定子电压、频率和参数固定三相异步电动机的机械特性是指在定子电压、频率和参数固定的条件下，电磁转矩的条件下，电磁转矩Te与转速与转速n（或转差率（或转差率s）之间的函数关系。）之间的函数关系。11.1.1 机械特性的三种表达式机械特性的三种表达式 1.物理表达式物理表达式 在第在第9章我们已导出异步电动机的电磁转矩公式章我们已导出异步电动机的电磁转矩公式（11-1）第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动3 这样，由上式可这样，由上式可间接间接得到异步电动机的机械特性关系。虽然得到异步电动机的机械特性关系。虽然不能不能直接直接得到异步电动机的机械特性关系，得
4、到异步电动机的机械特性关系，但因其在形式上与直但因其在形式上与直流电动机的转矩方程相似，物理概念清楚，流电动机的转矩方程相似，物理概念清楚，因此被称为机械特性因此被称为机械特性的物理表达式。的物理表达式。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动4 2.参数表达式参数表达式 根据异步电动机电磁转矩与电磁功率的关系，可以写出电磁根据异步电动机电磁转矩与电磁功率的关系，可以写出电磁转矩与转子电流的关系转矩与转子电流的关系（11-4）在上式中，固定在上式中，固定Us、f1及阻抗等参数，电磁转矩只是转差率的及阻抗等参数，电磁转矩只是转差率的函数，也就是异步电动机的机械特性关系函数，也
5、就是异步电动机的机械特性关系 。这里，电磁。这里，电磁转矩方程是以异步电动机参数的形式表示的，便于根据电动机参转矩方程是以异步电动机参数的形式表示的，便于根据电动机参数进行计算，因此称为机械特性的参数表达式。由数进行计算，因此称为机械特性的参数表达式。由 便可便可画出画出Te-s曲线。曲线。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动5 3.实用表达式实用表达式 实际应用时，三相异步电动机的参数不易得到，所以参数表实际应用时，三相异步电动机的参数不易得到，所以参数表达式使用不便。若能利用异步电机产品目录中给出的数据，找出达式使用不便。若能利用异步电机产品目录中给出的数据，找出异
6、步电动机的机械特性公式，即便是比较粗糙，但也很有实用价异步电动机的机械特性公式，即便是比较粗糙，但也很有实用价值，这就是实用公式。值，这就是实用公式。(1)最大电磁转矩的确定最大电磁转矩的确定 在参数表达式（在参数表达式（11-4）中令）中令 ，可得到最大电磁转矩可得到最大电磁转矩（11-5）最大转矩对应的转差率称为最大转矩对应的转差率称为临界转差率临界转差率，用，用sm表示为表示为（11-6）第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动6式中式中“+”号适用于号适用于电动机状态电动机状态；“-”号适用于号适用于发电机状态发电机状态。一般情况下，一般情况下，的值不超过的值不超过
7、 值的值的5%，可以忽略，可以忽略Rs的影响。这样的影响。这样（11-7）也就是说，也就是说，异步发电机状态和电动机状态的最大电磁转矩的异步发电机状态和电动机状态的最大电磁转矩的绝对值可近似认为相等，临界转差率也近似认为相等，机械特性绝对值可近似认为相等，临界转差率也近似认为相等，机械特性具有对称性。具有对称性。上两式说明：上两式说明：最大电磁转矩与电压的平方成正比，与漏电抗最大电磁转矩与电压的平方成正比，与漏电抗成反比；临界转差率与转子电阻成正比，与电压大小无关。成反比；临界转差率与转子电阻成正比，与电压大小无关。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动7 最最大大电电磁
8、磁转转矩矩与与额额定定电电磁磁转转矩矩的的比比值值即即最最大大转转矩矩倍倍数数，又又称为称为过载能力过载能力，用，用 表示为表示为（11-8）(2)实用表达式的推导实用表达式的推导 用式（用式（11-4）去除以式（）去除以式（11-5）得）得 因为因为 第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动8其中其中 当定子电阻的范围为当定子电阻的范围为 ，q 的范围为的范围为 。若定子电阻满足若定子电阻满足 ，就有，就有 。所以只要满足。所以只要满足定子定子电阻很小电阻很小的条件上式可简化为的条件上式可简化为（11-9）这就是三相异步电动机机械特性的实用公式。这就是三相异步电动机机械特
9、性的实用公式。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动9 (3)实用公式的使用实用公式的使用 从实用公式可知，必须在知道最大转从实用公式可知，必须在知道最大转矩矩Tem和临界转差率和临界转差率sm的基础上才能进行计算。的基础上才能进行计算。额定输出转矩额定输出转矩T2N可以通过额定功率可以通过额定功率PN和额定转速和额定转速nN计算，计算，在实际应用中，忽略空载转矩，近似认为在实际应用中，忽略空载转矩，近似认为TN=T2N。另外，过载。另外，过载能力可以从产品目录中查到，这样能力可以从产品目录中查到，这样 。将额定工作点的将额定工作点的sN和和TN代入式（代入式（11-9）
10、，得），得（11-10）（11-11）第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动10 这这样样在在实实用用表表达达式式中中，在在按按产产品品目目录录求求出出Tem与与sm后后，只只剩剩下下Te与与s两两个个未未知知数数了了。如如欲欲绘绘制制异异步步电电动动机机的的机机械械特特性性，只只要要给给定定一一系系列列的的s值值，按按实实用用表表达达式式求求出出相相应应的的Te值值即即可可绘绘制制出出机机械械特特性性曲线。曲线。当当电电动动机机在在额额定定负负载载以以下下运运行行时时，转转差差率率s很很小小，实用表达式可进一步近似写为实用表达式可进一步近似写为 （11-12）由由此此可
11、可见见，当当 时时，Te与与s成成正正比比，机机械械特特性性是是一一条条直直线线。上上式式称称为为机机械械特特性性的的近近似似计计算算公公式式，应应用用这这个个公公式式时时，sm可可按按下下式式计计算算（11-13）第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动11 对对于于异异步步电电动动机机机机械械特特性性的的3种种表表达达式式，其其应应用用场场合合各各有有不不同同。一一般般物物理理表表达达式式适适用用于于定定性性地地分分析析 Te 与与 及及 间间的的关关系系；参参数数表表达达式式多多用用于于分分析析各各参参数数变变化化对对电电动动机机运运行行性性能能的的影影响响；实用表达
12、式实用表达式最适用于进行机械特性的工程计算。最适用于进行机械特性的工程计算。11.1.2 固有机械特性固有机械特性 1.固有机械特性曲线固有机械特性曲线 三相异步电动机在电压、频率均为额定值不变时，在定转三相异步电动机在电压、频率均为额定值不变时，在定转子回路中不串入任何电路元件条件下的机械特性称为固有机械子回路中不串入任何电路元件条件下的机械特性称为固有机械特性。其特性。其T-s曲线（也即曲线（也即T-n曲线）见图曲线）见图11-1所示。其中曲线所示。其中曲线1为为电源正相序时的机械特性曲线，此时异步电动机处于正向电动电源正相序时的机械特性曲线，此时异步电动机处于正向电动运行状态；曲线运行状
13、态；曲线2为电源负相序时的机械特性曲线，此时异步电为电源负相序时的机械特性曲线，此时异步电动机处于反向电动运行状态。动机处于反向电动运行状态。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动12 异步电机的机械特性可视为由异步电机的机械特性可视为由两部分组成，即当两部分组成，即当 时，机械时，机械特性近似为直线，称为特性近似为直线，称为机械特性的机械特性的直线部分直线部分，又可称为，又可称为工作部分工作部分，因，因为电动机不论带何种性质的负载均为电动机不论带何种性质的负载均能稳定运行；当能稳定运行；当 时，机械特性时，机械特性为一曲线，称为为一曲线，称为机械特性的曲线部机械特性的曲
14、线部分分，有时又称之为，有时又称之为非工作部分非工作部分。但。但所谓非工作部分是仅对恒转矩负载所谓非工作部分是仅对恒转矩负载或恒功率负载而言的，因为电动机或恒功率负载而言的，因为电动机这一特性段与这类负载转矩特性的这一特性段与这类负载转矩特性的配合，使电力拖动系统不能稳定运配合，使电力拖动系统不能稳定运行，而对于行，而对于风机泵类负载风机泵类负载，则在这，则在这一特性段上系统却能稳定工作。一特性段上系统却能稳定工作。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动13 2.起动转矩起动转矩 三相异步电动机起动时，即三相异步电动机起动时，即n=0，s=1时的电磁转矩称为起时的电磁转矩
15、称为起动转矩，用动转矩，用Tst 表示。将表示。将s=1代入式（代入式（11-4）中，得到起动转矩）中，得到起动转矩（11-14）从式中看出，从式中看出，Tst 与电压平方成正比，漏电抗越大，起动转矩与电压平方成正比，漏电抗越大，起动转矩越小。将起动转矩与额定电磁转矩的比值称为越小。将起动转矩与额定电磁转矩的比值称为起动转矩倍数起动转矩倍数，用，用KT 表示表示（11-15）电动机起动时，起动转矩电动机起动时，起动转矩Tst大于大于1.11.2倍的负载转矩就可以倍的负载转矩就可以顺利起动。一般异步电动机起动转矩倍数顺利起动。一般异步电动机起动转矩倍数KT=0.81.2。第第11 11章章 交流
16、电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动14 3.稳定运行问题稳定运行问题 三相异步电动机的机械特性在三相异步电动机的机械特性在 范围内，是一根下斜范围内，是一根下斜的曲线。根据电力拖动系统稳定条件，三相异步电动机拖动恒转的曲线。根据电力拖动系统稳定条件，三相异步电动机拖动恒转矩负载和泵类负载运行时，均能稳定运行。而在矩负载和泵类负载运行时，均能稳定运行。而在 范围，范围，机械特性上翘，如果三相异步电动机拖动恒转矩负载将不能稳定机械特性上翘，如果三相异步电动机拖动恒转矩负载将不能稳定运行。但如果是拖动泵类负载，若满足运行。但如果是拖动泵类负载，若满足 的条件，的条件，即可以稳定运行。但是由于这时候
17、转速低，转差率大，转子电动即可以稳定运行。但是由于这时候转速低，转差率大，转子电动势势 比正常运行时大很多。这将造成转子电流、比正常运行时大很多。这将造成转子电流、定子电流定子电流均很大，因此不能长期运行。所以，三相异步电动机稳定运行在均很大，因此不能长期运行。所以，三相异步电动机稳定运行在 范围内，长期稳定运行在范围内，长期稳定运行在 范围内。范围内。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动1511.1.3 人为机械特性人为机械特性 三相异步电动机在改变电源电压、电源频率、定子极对数或三相异步电动机在改变电源电压、电源频率、定子极对数或增大定、转子阻抗的情况下，增大定、转
18、子阻抗的情况下，所得到的机械特性称为人为机械特所得到的机械特性称为人为机械特性。性。1.降低定子端电压降低定子端电压的人为机械特性的人为机械特性 在电磁转矩的参数表在电磁转矩的参数表达式中，保持其它量都不达式中，保持其它量都不变，只改变定子电压变，只改变定子电压Us的的大小。由于异步电动机的大小。由于异步电动机的磁路在额定电压下工作于磁路在额定电压下工作于近饱和点，故不宜再升高近饱和点，故不宜再升高电压，所以只讨论降低定电压，所以只讨论降低定子电压子电压Us时的人为机械特时的人为机械特性。性。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动16 2.定子回路串三相对称电阻的人为机械
19、特性定子回路串三相对称电阻的人为机械特性 定子回路串入电阻并不影响同步转速定子回路串入电阻并不影响同步转速n1，但是最大电磁转矩，但是最大电磁转矩Tem、起动转矩、起动转矩Tst 和临界转差率和临界转差率 sm都随着定子回路电阻值的增大都随着定子回路电阻值的增大而减小。而减小。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动17 3.定子回路串三相对称电抗的人为机械特性定子回路串三相对称电抗的人为机械特性 定子回路串入三相对称电抗的人为机械特性定子回路串入三相对称电抗的人为机械特性 与与 串电阻的相串电阻的相似，只是这种情况下电抗不消耗有功功率，似，只是这种情况下电抗不消耗有功功率
20、，而串电阻时电阻消耗而串电阻时电阻消耗有功功率。有功功率。4.转子回路串三相对称电阻的人为机械特性转子回路串三相对称电阻的人为机械特性 绕线式三相异步电动机通过滑环，绕线式三相异步电动机通过滑环，可以把三相对称电阻串入可以把三相对称电阻串入转子回路后再三相短路。转子回路后再三相短路。转子回路串入电阻并不影响同步转速转子回路串入电阻并不影响同步转速n1。又因为最大电磁转矩与转子回路电阻无关，。又因为最大电磁转矩与转子回路电阻无关，即转子串入电阻即转子串入电阻后，后，Tem不变。由于临界转差率与转子回路电阻成正比，当转子串不变。由于临界转差率与转子回路电阻成正比，当转子串入电阻后入电阻后sm增大。
21、增大。转子回路串三相对称电阻的人为机械特性如图转子回路串三相对称电阻的人为机械特性如图11-4所示。所示。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动18 从图从图11-4看出，看出，在转子回路中串入合适的电阻，可以增大起在转子回路中串入合适的电阻，可以增大起动转矩动转矩，当所串入的电阻满足，当所串入的电阻满足（11-16）则有则有 ，即起动转矩为最，即起动转矩为最大电磁转矩，其中大电磁转矩，其中 。但是若串入转子回路的电阻再但是若串入转子回路的电阻再增加，则增加，则 ，。因。因此，此，转子回路串电阻增大起动转子回路串电阻增大起动转矩并非是电阻越大越好，而转矩并非是电阻越大越好
22、，而是有一个限度。是有一个限度。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动例例11-11911.2 异步电动机的起动异步电动机的起动 异步电动机定子绕组接入电网后，异步电动机定子绕组接入电网后，转子从静止状态到稳定运转子从静止状态到稳定运行状态的过程，称为异步电动机的起动。行状态的过程，称为异步电动机的起动。在电力拖动系统中，通在电力拖动系统中，通常要求电动机应具有足够大的起动转矩，常要求电动机应具有足够大的起动转矩，以拖动负载较快地达到以拖动负载较快地达到稳定运行状态，而起动电流又不要太大，稳定运行状态，而起动电流又不要太大，以免引起电网电压波动以免引起电网电压波动过大，而
23、影响电网上其它负载的正常工作。过大，而影响电网上其它负载的正常工作。因此，衡量异步电动因此，衡量异步电动机起动性能的主要指标是机起动性能的主要指标是起动转矩倍数起动转矩倍数KT=Tst/TN和和起动电流倍数起动电流倍数KI=Ist/IN。11.2.1 异步电动机起动性能分析异步电动机起动性能分析 普通的异步电动机普通的异步电动机 如果不采取任何措施如果不采取任何措施 而直接接入电网起动而直接接入电网起动时，时，往往起动电流往往起动电流Ist 很大，而起动转矩很大，而起动转矩Tst 不足。不足。其原因可以根据其原因可以根据下面异步电动机的转矩公式来分析。下面异步电动机的转矩公式来分析。第第11
24、11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动20 在在起起动动初初始始，异异步步电电动动机机转转速速为为n=0，转转差差率率s=1，转转子子电电流流的的频频率率f2=sf1，转转子子绕绕组组的的电电动动势势sEr0=Er0，比比正正常常运运行行时时（s=0.010.05）的的电电动动势势值值大大20倍倍以以上上，此此时时转转子子电电流流Ir很很大大，定定子子电电流流的的负负载载分分量量也也随随之之急急剧剧增增大大，使使得得定定子子电电流流（即即起起动动电电流流）很很大大；其其次次，由由于于转转子子频频率率很很高高（f2=sf1 50Hz），转转子子漏漏磁磁sXr0Rr，使使得得转转子子内
25、内的的功功率率因因数数cos2很很小小，所所以以尽尽管管起起动动时时转转子子电电流流Ir 很很大大，但但其其有有功功分分量量Ircos2并并不不大大，而而且且，由由于于起起动动电电流流很很大大，定定子子绕绕组组的的漏漏阻阻抗抗压压降降增增大大，使使得得感感应应电电势势Es和和与与之之成成正比的主磁通正比的主磁通 m减小，因此起动转矩减小，因此起动转矩Tst并不大。并不大。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动21 总之，异步电动机在起动时存在以下两种矛盾：总之，异步电动机在起动时存在以下两种矛盾：1）起动电流大，而电网承受冲击电流的能力有限；）起动电流大，而电网承受冲击电
26、流的能力有限；2）起动转矩小，而负载又要求有足够的转矩才能起动。）起动转矩小，而负载又要求有足够的转矩才能起动。下面分别讨论不同情况下的异步电动机的常用起动方法下面分别讨论不同情况下的异步电动机的常用起动方法,最最后介绍新型的采用电力电子装置的软起动方法。后介绍新型的采用电力电子装置的软起动方法。11.2.2 小容量电动机的轻载起动小容量电动机的轻载起动直接起动直接起动 直接起动就是利用开关或接触器将电动机的定子绕组直接直接起动就是利用开关或接触器将电动机的定子绕组直接接到具有额定电压的电网上，也称为接到具有额定电压的电网上，也称为全压起动全压起动。这种起动方法。这种起动方法的优点是操作简便、
27、起动设备简单；缺点是起动电流大，会引的优点是操作简便、起动设备简单；缺点是起动电流大，会引起电网电压波动。现代设计的笼型转子异步电动机，本身都允起电网电压波动。现代设计的笼型转子异步电动机，本身都允许直接起动。因此对于笼型转子异步电动机而言，直接起动方许直接起动。因此对于笼型转子异步电动机而言，直接起动方法的应用主要受电网容量的限制。法的应用主要受电网容量的限制。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动2211.2.3 中、大容量电动机轻载起动中、大容量电动机轻载起动减压起动减压起动 若电动机容量较大，则不能直接起动。此时，若仍是轻载若电动机容量较大，则不能直接起动。此时，
28、若仍是轻载起动，起动时的主要矛盾就是起动电流大而电网允许冲击电流起动，起动时的主要矛盾就是起动电流大而电网允许冲击电流有限的矛盾，对此只有减小起动电流才能予以解决。而对于笼有限的矛盾，对此只有减小起动电流才能予以解决。而对于笼型转子异步电动机，减小起动电流的主要方法是减压起动。型转子异步电动机，减小起动电流的主要方法是减压起动。1.星形星形-三角形（三角形（Y-）换接起动）换接起动 Y-换接起动方法只适用于正常运行时定子绕组接成三角形换接起动方法只适用于正常运行时定子绕组接成三角形的电动机，其每相绕组均引出两个出线端，三相共引出六个出的电动机，其每相绕组均引出两个出线端，三相共引出六个出线端。
29、在起动时将定子绕组接成星形，起动完毕后再换接成三线端。在起动时将定子绕组接成星形，起动完毕后再换接成三角形。这样，在起动时就把定子每相绕组上的电压降到正常工角形。这样，在起动时就把定子每相绕组上的电压降到正常工作电压的作电压的 。设起动时接成设起动时接成Y形的定子绕组的线电压为形的定子绕组的线电压为Us，该电压也就是，该电压也就是电网电压，则相电压为电网电压，则相电压为 。这时线电流与相电流相等，则。这时线电流与相电流相等，则Y形起动电流为形起动电流为 第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动23 三角形连接时每相绕组的相电压与线电压相等为三角形连接时每相绕组的相电压与线电
30、压相等为Us，相电，相电流是线电流的流是线电流的 ，即，即形起动电流为形起动电流为 第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动24 2.自耦减压起动自耦减压起动 自耦减压起动方法就是利用三相自耦变压器降低加到电动自耦减压起动方法就是利用三相自耦变压器降低加到电动机定子绕组的电压，以减小起动电流的起动方法。采用自耦变机定子绕组的电压，以减小起动电流的起动方法。采用自耦变压器降压起动时，自耦变压器的一次侧（高压边）接电网，二压器降压起动时，自耦变压器的一次侧（高压边）接电网，二次侧（低压边）接到电动机的定子绕组上，待其转速基本稳定次侧（低压边）接到电动机的定子绕组上，待其转速基本
31、稳定时，再把电动机直接接到电网上，同时将自耦变压器从电网上时，再把电动机直接接到电网上，同时将自耦变压器从电网上切除。切除。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动25 根据变压器原理，可知根据变压器原理，可知 设设I2为为定定子子绕绕组组电电压压为为U2时时的的起起动动电电流流，Ist为为全全电电压压U1时时的的起动电流，则起动电流，则（11-19）根据以上两式，可得根据以上两式，可得第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动26 上式表明：利用自耦变压上式表明：利用自耦变压器后，电动机端电压器后，电动机端电压 Us=U2 降降到到 ，定子电流，定子电流
32、Is=I2也也降到降到 ，通过自耦变压通过自耦变压器，又使从电网上吸取的电流器，又使从电网上吸取的电流I1 降低为全电压起动电流降低为全电压起动电流 Ist的的 。由于。由于 ，而异步机，而异步机的电磁转矩的电磁转矩 ，所以利用，所以利用自耦变压器后，起动转矩也降自耦变压器后，起动转矩也降到到 （Tst为全电压为全电压U1时时的起动转矩），即的起动转矩），即起动转矩与起动转矩与起动电流降低同样的倍数。起动电流降低同样的倍数。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动27 3.串电阻（抗）起动方法串电阻（抗）起动方法 所谓串电阻（抗）起动，即起动时，在电动机定子电路中所谓串电阻
33、（抗）起动，即起动时，在电动机定子电路中串接电阻或电抗，待电动机转速基本稳定时再将其从定子电路串接电阻或电抗，待电动机转速基本稳定时再将其从定子电路中切除。中切除。由于起动时，由于起动时，在串接电阻或电抗上降掉了一部分电在串接电阻或电抗上降掉了一部分电压，所以加在电动机定子绕组上的电压就降低了，相应地起动压，所以加在电动机定子绕组上的电压就降低了，相应地起动电流也减小了。电流也减小了。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动28 该起动方法的该起动方法的优点是起动电流冲击小，运行可靠，起动设优点是起动电流冲击小，运行可靠，起动设备构造简单；缺点是起动时电能损耗较多。备构造简
34、单；缺点是起动时电能损耗较多。笼型转子异步电动机定子串接电阻（抗）降压起动时，串笼型转子异步电动机定子串接电阻（抗）降压起动时，串接电阻的大小应根据电动机的参数及起动要求来选择计算，接电阻的大小应根据电动机的参数及起动要求来选择计算，具具体计算可参阅体计算可参阅例例11-2。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动例例11-229 4.延边三角形起动方法延边三角形起动方法 图图11-9a为正常运行时为三角形联结的电动机（为正常运行时为三角形联结的电动机（380/660V）的定子三相绕组，每相绕组的中间引出一个出线端，故定子三的定子三相绕组，每相绕组的中间引出一个出线端，故定
35、子三相绕组共有相绕组共有9个出线端。如起动时将绕组的个出线端。如起动时将绕组的1、2、3三个出线端三个出线端接电源；接电源；4、5、6三个出线端分别与三个中间出线端三个出线端分别与三个中间出线端8、9、7相相连，如图连，如图11-9b所示，即成了所谓的延边三角形联结法。所示，即成了所谓的延边三角形联结法。三相绕组联结成延边三角形时，绕组的相电压低于电源电三相绕组联结成延边三角形时，绕组的相电压低于电源电压，且降低值与绕组的中间引出端的抽头比例有关。因此在起压，且降低值与绕组的中间引出端的抽头比例有关。因此在起动过程中，将定子绕组联结成延边三角形，可使定子绕组的电动过程中，将定子绕组联结成延边三
36、角形，可使定子绕组的电压降低，也能减小起动电流。压降低，也能减小起动电流。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动30 延延边边三三角角形形起起动动具具有有体体积积小小、质质量量轻轻、允允许许经经常常起起动动等等优优点点，而而且且采采用用不不同同的的抽抽头头比比例例，可可以以得得到到延延边边三三角角形形联联结结法法的的不不同同相相电电压压，其其值值比比星星形形-三三角角形形换换接接起起动动时时星星形形联联结结法法的的电电压压值值高高，因因此此其其起起动动转转矩矩比比星星形形-三三角角形形换换接接起起动动时时大大，它它能能用用于于重重载载起起动动。延延边边三三角角形形起起动动
37、法法预预期期将将获获得得进进一一步步推推广广，并并将将逐逐步步取取代代自自耦耦降降压压起起动动方方法法。其其缺缺点点是是电电动动机机内内部部接接线线较较为为复复杂杂。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动3111.2.4 小容量电动机重载起动小容量电动机重载起动笼型转子电机的特殊形式笼型转子电机的特殊形式 小容量电动机重载起动时的主要矛盾是起动转矩不足。解决小容量电动机重载起动时的主要矛盾是起动转矩不足。解决这一矛盾的方法有两个：一是按起动要求选择容量大一号或更大这一矛盾的方法有两个：一是按起动要求选择容量大一号或更大些的电动机；些的电动机；另一是选用起动转矩较高的特殊形
38、式的笼型转子另一是选用起动转矩较高的特殊形式的笼型转子电动机。电动机。通过改进其内部的结构，获得较好起动性能的特殊型式的笼通过改进其内部的结构，获得较好起动性能的特殊型式的笼型异步电动机，主要有高转差率笼型转子异步电动机、深槽式异型异步电动机，主要有高转差率笼型转子异步电动机、深槽式异步电动机、双笼型转子异步电动机等。这些特殊形式的笼型转子步电动机、双笼型转子异步电动机等。这些特殊形式的笼型转子异步电动机的共同特点是起动转矩较大。异步电动机的共同特点是起动转矩较大。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动32 1.高转差率笼型转子异步电动机高转差率笼型转子异步电动机 这种电
39、动机的转子导条不是采用普通的铝条，而是采用电阻这种电动机的转子导条不是采用普通的铝条，而是采用电阻率较高的率较高的ZL-14铝合金，铝合金，通过适当地加大转子导条的电阻来改善通过适当地加大转子导条的电阻来改善起动性能，这样既可限制起动电流，又可增大起动转矩。但这种起动性能，这样既可限制起动电流，又可增大起动转矩。但这种电动机在稳定运行时转差率比普通的鼠笼式电动机的转差率高，电动机在稳定运行时转差率比普通的鼠笼式电动机的转差率高，鼓称之为高转差鼠笼式异步电动机。鼓称之为高转差鼠笼式异步电动机。为了适应起动频繁的要求，除适当增大了转子导条的电阻改为了适应起动频繁的要求，除适当增大了转子导条的电阻改
40、善其起动性能外，该电动机的结构也比较坚固，与普通鼠笼式电善其起动性能外，该电动机的结构也比较坚固，与普通鼠笼式电动机相比，定子和转子间的气隙较大，过载能力也高。但也正因动机相比，定子和转子间的气隙较大，过载能力也高。但也正因为这种电动机的气隙大，使得激磁电流也大，功率因数降低，再为这种电动机的气隙大，使得激磁电流也大，功率因数降低，再加上转子电阻大而引起的正常运行时的损耗较大，效率比较低。加上转子电阻大而引起的正常运行时的损耗较大，效率比较低。所以不是经常起动的拖动系统一般不采用这种电动机。所以不是经常起动的拖动系统一般不采用这种电动机。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力
41、拖动33 2.深槽式异步电动机深槽式异步电动机 这种电动机是靠适当改变转子的槽形，充分利用电动机起动这种电动机是靠适当改变转子的槽形，充分利用电动机起动过程中转子导条内的过程中转子导条内的“集肤效应集肤效应”，以达到既改善起动性能又不，以达到既改善起动性能又不降低正常运行效率的目的。所谓集肤效应即是转子槽漏磁通引起降低正常运行效率的目的。所谓集肤效应即是转子槽漏磁通引起转子导条的电流集挤在导条表层的效应。转子导条的电流集挤在导条表层的效应。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动34 3.双笼型转子异步电动机双笼型转子异步电动机 这种异步电动机的转子上安装了两套笼，如图这种
42、异步电动机的转子上安装了两套笼，如图11-11所示。两所示。两个笼间由狭长的缝隙隔开，显然里面的笼相连的漏磁通比外面的个笼间由狭长的缝隙隔开，显然里面的笼相连的漏磁通比外面的笼的大得多。外面的笼导条较细，采用电阻率较大的黄铜或铝青笼的大得多。外面的笼导条较细，采用电阻率较大的黄铜或铝青铜等材料制成，故电阻较大，称为铜等材料制成，故电阻较大，称为起动笼起动笼；里面的笼截面较大，；里面的笼截面较大，采用电阻率较小的紫铜等材料制成，故电阻较小，称为采用电阻率较小的紫铜等材料制成，故电阻较小，称为运行笼运行笼。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动3511.2.5 中、大容量电动
43、机重载起动中、大容量电动机重载起动 绕线转子异步电动机的起动绕线转子异步电动机的起动 中、大容量电动机重载起动时，中、大容量电动机重载起动时，起动的两种矛盾同时起作起动的两种矛盾同时起作用，问题最尖锐。用，问题最尖锐。如果上述特殊形式的笼型转子电动机还不能适如果上述特殊形式的笼型转子电动机还不能适应，则只能采用绕线转子异步电动机了。在绕线转子异步电动机应，则只能采用绕线转子异步电动机了。在绕线转子异步电动机的转子上串接电阻时，的转子上串接电阻时，如果阻值选择合适，如果阻值选择合适，可以既增大起动转可以既增大起动转矩，又减小起动电流，两种矛盾都能得到解决。三相绕线式异步矩，又减小起动电流，两种矛
44、盾都能得到解决。三相绕线式异步电动机的起动方法通常有转子串接电阻起动和转子串接频敏变阻电动机的起动方法通常有转子串接电阻起动和转子串接频敏变阻器起动两种方法。器起动两种方法。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动36 1.转子串接电阻起动转子串接电阻起动方法方法 绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机的转子是三相绕组，它通的转子是三相绕组，它通过滑环与电刷可以串接附过滑环与电刷可以串接附加电阻，因此可以实现一加电阻，因此可以实现一种几乎理想的起动方法，种几乎理想的起动方法，即在起动时，在转子绕组即在起动时，在转子绕组中串接适当的起动电阻，中串接适当的起动电阻，以减小起动电流
45、，增加起以减小起动电流，增加起动转矩，动转矩，待转速基本稳待转速基本稳定时，将起动电阻从转子定时，将起动电阻从转子电路中切除，电路中切除，进入正常进入正常运行。运行。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动37 2.转子串接频敏变阻器起动方法转子串接频敏变阻器起动方法 转子串接电阻起动的绕线转子异步电动机，当功率较大时，转子串接电阻起动的绕线转子异步电动机，当功率较大时，转子电流很大；若起动电阻逐段变化，则转矩变化也较大，对机转子电流很大；若起动电阻逐段变化，则转矩变化也较大，对机械负载冲击较大；此外，大功率电动机的控制设备较庞大，操作械负载冲击较大；此外，大功率电动机的控
46、制设备较庞大，操作维护也不方便。如果采用频敏变阻器代替起动电阻，则可克服上维护也不方便。如果采用频敏变阻器代替起动电阻，则可克服上述缺点。频敏变阻器的特点是其电阻值随转速的上升而自动减小。述缺点。频敏变阻器的特点是其电阻值随转速的上升而自动减小。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动38 11.2.6 采用电力电子装置的软起动采用电力电子装置的软起动 异步电动机减压起动方式的共同缺点是：异步电动机减压起动方式的共同缺点是：起动转矩不可调，都有一个线圈电压切换过程，对电网产生起动转矩不可调，都有一个线圈电压切换过程，对电网产生二次冲击电流，对机械负载也有冲击转矩。二次冲击电
47、流，对机械负载也有冲击转矩。为克服减压起动的缺点，人们研究和开发出了一种采用电力为克服减压起动的缺点，人们研究和开发出了一种采用电力电子装置的软起动技术。电子装置的软起动技术。所谓软起动就是采用一定的方法，在起所谓软起动就是采用一定的方法，在起动时使加在电机上的电源电压按一定规律从零平滑过渡到全电压，动时使加在电机上的电源电压按一定规律从零平滑过渡到全电压，以控制起动电流和起动转矩，实现电动机平稳起动。以控制起动电流和起动转矩，实现电动机平稳起动。电动机软起动是新技术，还处在不断发展的阶段，包括磁控电动机软起动是新技术，还处在不断发展的阶段，包括磁控软起动、电子式软起动、液阻软起动等；其中以电
48、子式软起动应软起动、电子式软起动、液阻软起动等；其中以电子式软起动应用最为广泛。在此，仅介绍用最为广泛。在此，仅介绍电子式软起动器电子式软起动器，也即采用电力电子，也即采用电力电子装置的软起动器的工作原理及其特点。装置的软起动器的工作原理及其特点。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动39 1.电子式软起动器工作原理电子式软起动器工作原理 电子式软起动器（电子式软起动器（soft starter）主要由串接于电源与被控电）主要由串接于电源与被控电机之间调压电路及其检测与控制电路构成，如图机之间调压电路及其检测与控制电路构成，如图11-14 所示。所示。第第11 11章章
49、交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动40 大大多多数数电电子子式式软软起起动动器器在在反反向向并并联联晶晶闸闸管管两两端端设设有有旁旁路路接接触触器器，其其作作用用如如下下：当当起起动动过过程程完完成成后后,闭闭合合旁旁路路接接触触器器，短短路路掉掉所所有有的的晶晶闸闸管管，使使电电动动机机直直接接投投入入电电网网运运行行，避避免免不不必必要要的的电电能能损损耗耗和和谐谐波波干干扰扰；软软起起动动的的晶晶闸闸管管仅仅在在起起动动停停车车时时工工作作，可可以以避避免免长长期期运运行行使使晶晶闸闸管管发发热热，延延长长了了使使用用寿寿命命；一一旦旦软软起起动动器器发发生生故故障障，旁旁路路接接
50、触触器器可可作作为为应应急急备备用用，紧紧急急情情况况下下，直直接接闭闭合合旁旁路路接接触触器器直接全电压起动电机，提高了起动电路的可靠性。直接全电压起动电机，提高了起动电路的可靠性。2.电子式软起动的特点电子式软起动的特点 1）起动过程中引入电流负反馈，起动电流上升至设定值后，）起动过程中引入电流负反馈，起动电流上升至设定值后，即维持恒定值，使电机起动平稳，对电网无冲击。即维持恒定值，使电机起动平稳，对电网无冲击。第第11 11章章 交流电动机的电力拖动交流电动机的电力拖动41 2）不受电网电压波动的影响，由于软起动以电流为设定值，）不受电网电压波动的影响，由于软起动以电流为设定值，电网电压