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1、电机学多媒体课件系列电机学多媒体课件系列福州大学电气工程与自动化学院电机学教研组2006.10第三篇第三篇 异异 步步 电电 机机第十章第十章 三相异步电动机的起动和调速三相异步电动机的起动和调速目目 录录第十章第十章 三相异步电动机的起动和调速三相异步电动机的起动和调速10.1 10.1 起动电流和起动转矩起动电流和起动转矩10.3 10.3 笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动10.4 10.4 笼型异步电动机的调速笼型异步电动机的调速10.5 10.5 绕线转子异步电动机的起动和调速绕线转子异步电动机的起动和调速10.6 10.6 单相异步电动机单相异步电动机异步电动机的起动性能：异
2、步电动机的起动性能：1.起动电流倍数起动电流倍数 KI2.起动转矩倍数起动转矩倍数 Kst3.起动时间起动时间4.起动时能量消耗与发热起动时能量消耗与发热5.起动设备的简单性和可靠性起动设备的简单性和可靠性第一节第一节 起动电流和起动转矩起动电流和起动转矩小好小好大好大好l起动：从静止加速到工作转速的过程起动：从静止加速到工作转速的过程l要求：起动时有较大起动转矩，较小起动电流要求：起动时有较大起动转矩，较小起动电流启动过渡过程短，带载起动能力强对电网的冲击小l 异步电动机直接起动时，异步电动机直接起动时，Ist很大很大n=0、s=1，根据简化等效电路得：，根据简化等效电路得：-很大很大l 异
3、步电动机直接起动时异步电动机直接起动时,起动转矩较小：起动转矩较小：n=0、s=1，c1=1，则：，则：原因：原因：Ist大大I1Z1大大E1小小m小小cos20.2很小很小Tst较小较小l 改善起动性能的方法：改善起动性能的方法：笼型：采用特殊结构的转子（深槽、双鼠笼）笼型：采用特殊结构的转子（深槽、双鼠笼）绕线型：转子串入附加电阻绕线型：转子串入附加电阻r2Ist、Tst第三节第三节 异步电动机的起动异步电动机的起动负载性质、供电系统的容量负载性质、供电系统的容量起动频繁程度、用户对起动的要求起动频繁程度、用户对起动的要求 一、起动方法选择依据一、起动方法选择依据1.负载性质对起动方式的要
4、求负载性质对起动方式的要求曲线曲线1：Tst要大要大曲线曲线2：Tst可以较小可以较小曲线曲线3：Tst小，随小，随n增加，增加，T增加增加2.供电系统的容量对起动方式的影响供电系统的容量对起动方式的影响l 供电容量比异步电动机的容量大得多供电容量比异步电动机的容量大得多起动电流所造成的电压降落不致影响同一电网上的其它电起动电流所造成的电压降落不致影响同一电网上的其它电气设备的正常工作，且非频繁起动气设备的正常工作，且非频繁起动l 供电变压器的容量与异步电动机容量相差不大供电变压器的容量与异步电动机容量相差不大则应采取其它措施以限制起动电流则应采取其它措施以限制起动电流电网电网容量容量电机额电
5、机额定功率定功率二、笼型异步电动机的降压起动二、笼型异步电动机的降压起动降压起动方法降压起动方法起动时，施加低于额定值的定子电压。起动时，施加低于额定值的定子电压。电动机的转速上升到电动机的转速上升到接近额定转速后，再切换到额定电压下运行。接近额定转速后，再切换到额定电压下运行。特点：特点：起动电流下降起动电流下降起动转矩下降起动转矩下降应用：应用：适用于对起动转矩要求不高的场合，如风机、离心泵等适用于对起动转矩要求不高的场合，如风机、离心泵等1.自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动设直接起动时：设直接起动时：Ist、Tst自耦变压器的变比为自耦变压器的变比为:ka2.丫丫-起动起动适用于在正
6、常运行时定子绕组适用于在正常运行时定子绕组按三角形连接的电机。按三角形连接的电机。起动时，使定子绕组为星形连起动时，使定子绕组为星形连接，待转速上升到额定转速后，接，待转速上升到额定转速后，再换接成三角形连接。再换接成三角形连接。Ist和和Tst均减少为均减少为1/3 (思考：思考：Tst为何减为为何减为1/3？）？）3.延边三角形换接降压起动延边三角形换接降压起动4.定子串电抗器或电阻起动定子串电抗器或电阻起动串电抗器起动：串电抗器起动：Ist=Ist/k、Tst=Tst/k2-简单，但起动性能效果较差简单，但起动性能效果较差串电阻降压：电阻消耗能量，电机效率低串电阻降压：电阻消耗能量，电机
7、效率低三、线绕型异步电动机的起动三、线绕型异步电动机的起动转子回路中通过集电环串转子回路中通过集电环串入附加电阻，限制起动电入附加电阻，限制起动电流，提高起动转矩。流，提高起动转矩。起动后把附加电阻切除，起动后把附加电阻切除，使正常运行有较高效率。使正常运行有较高效率。线绕转子电机启动性能好线绕转子电机启动性能好1、转子回路串电阻分级起动、转子回路串电阻分级起动l自动、无级的减小自动、无级的减小r2，Tst不变不变起动过程平稳、迅速起动过程平稳、迅速l结构简单，运行可靠，维护方便，应用广泛。结构简单，运行可靠，维护方便，应用广泛。2.转子回路串频敏变阻器起动转子回路串频敏变阻器起动起动：起动：
8、s=1，f2=f1，pFe大大Rm大大加速：加速：nsf2=sf1 pFe Rm 正常运行时：正常运行时：sN0.01-0.05，f2很小很小 pFe可略，可略，Rm 0异步电动机的转速：异步电动机的转速：第四节第四节 异步电动机的调速异步电动机的调速(1)(1)改变供电电源的频率改变供电电源的频率f f(2)(2)改变电动机的极对数改变电动机的极对数p p（仅适用于笼型）（仅适用于笼型）(3)(3)改变转差率改变转差率s s：改变外施电压：改变外施电压U1U1 在转子外串附加电阻在转子外串附加电阻 在转子外串附加电动势在转子外串附加电动势异步电动机的调速方法：异步电动机的调速方法：一、变频调
9、速一、变频调速改变改变f1改变改变n（无级调速：（无级调速：n可连续调节）可连续调节）变频调速时，变频调速时，通常希望电动机的主磁通通常希望电动机的主磁通 m m保持不变保持不变，因为增大因为增大 m将引起磁路过分饱和，激磁电流大大增将引起磁路过分饱和，激磁电流大大增加，功率因素降低。如加，功率因素降低。如 m太小，则电机容量得不到太小，则电机容量得不到充分利用充分利用U1E1=4.44 f1N1KN1m m 当当U1/f1=常数，常数，m m不不变变机械特性曲线机械特性曲线恒转矩调速恒转矩调速恒功率调速恒功率调速二、变极调速（笼型）二、变极调速（笼型）定子绕组需有特殊的绕法，使绕组的极对数能
10、随外定子绕组需有特殊的绕法，使绕组的极对数能随外部接线的改变而改变。属于部接线的改变而改变。属于有级调速有级调速，具有两种不，具有两种不同转速的电动机称为双速电动机。同转速的电动机称为双速电动机。变极调速一般变极调速一般适用于笼型适用于笼型异步电动机异步电动机（其转子极对数可自动改变）（其转子极对数可自动改变）变极电机定子绕组的绕制有两种方法：变极电机定子绕组的绕制有两种方法：1双绕组变极双绕组变极2单绕组变极单绕组变极1双绕组变极双绕组变极定子上有两套极对数不同相互独立的绕组，定子上有两套极对数不同相互独立的绕组，每次运行只用其中一套每次运行只用其中一套绕组设计较方便，但材料利用率较差，很少
11、绕组设计较方便，但材料利用率较差，很少使用。使用。2单绕组变极单绕组变极一套定子绕组，通过不同接法构成不同极对数一套定子绕组，通过不同接法构成不同极对数变极电动机为鼠笼式转子，它的转子可以随着变极电动机为鼠笼式转子，它的转子可以随着定子极对数的改变而自动改变极对数。定子极对数的改变而自动改变极对数。x1x1x1x1x2x2x2x2三相绕组变极的两种接法三相绕组变极的两种接法1 1）低速时）低速时，高速时，高速时YYYY2 2）低速时）低速时Y Y，高速时，高速时YYYY为使电机转向不变，须为使电机转向不变，须任意对调两相输入（绕任意对调两相输入（绕组空间电角度变化）组空间电角度变化）三、改变转
12、差率调速三、改变转差率调速带恒转矩负载时：带恒转矩负载时：当外施电压当外施电压U1下降为额定值的下降为额定值的x倍时，倍时，s增加原有值的增加原有值的1/x2倍，倍，但但sk不变，不变，Tmax下降。下降。普通鼠笼电机普通鼠笼电机sN很小，则很小，则n调节调节范围很窄，调速性能差。范围很窄，调速性能差。带恒转矩负载时不适宜采用降压带恒转矩负载时不适宜采用降压调速方法。（绕线型可通过转子调速方法。（绕线型可通过转子外串电阻改变调速性能）外串电阻改变调速性能）1、降压调速、降压调速带变转矩负载时：带变转矩负载时：异步电动机转子电阻大，稳定运异步电动机转子电阻大，稳定运行区域较宽行区域较宽如果带风机
13、、泵类机械，其负载如果带风机、泵类机械，其负载转矩与转速平方成正比，即转矩与转速平方成正比，即TLkn2采用调压调速可以获得较大的调采用调压调速可以获得较大的调速范围，有明显的节能效果速范围，有明显的节能效果TL转子铜耗增大，输出功率转子铜耗增大，输出功率下降，效率也随之降低。下降，效率也随之降低。机械特性变软机械特性变软,负载变化时负载变化时转速将发生显著变化转速将发生显著变化.带恒转矩负载时：带恒转矩负载时：2、转子外串附加电阻调速（绕线型）、转子外串附加电阻调速（绕线型）当转子回路串入与转子电动势当转子回路串入与转子电动势sE2频率相同而频率相同而相位相反的附加电动势相位相反的附加电动势
14、Ef后，转子电流后，转子电流I2：3、转子外串附加电动势调速（绕线型）、转子外串附加电动势调速（绕线型）f刚串入刚串入Ef时，时，I2 TTL s I2 T 直到直到T=TL n不变（但已比原来的小）不变（但已比原来的小）调速范围小，功率因数低，用调速范围小，功率因数低，用于大功率绕线异步电动机于大功率绕线异步电动机作业作业10-210-310-4在单相供电条件下，绕组磁势为脉振磁势，波形为梯形波在单相供电条件下，绕组磁势为脉振磁势，波形为梯形波第二节第二节 单相异步电动机单相异步电动机电机总的电磁转矩Tem=Tem+Tem-单相异步电动机的单相异步电动机的T Temem-s-s曲线曲线Tem
15、-s-=2-s+012210sTem+s+Tem1 1、n=0n=0，s+=s-=1s+=s-=1时，合成转矩时，合成转矩Tem+TemTem+Tem-=0,-=0,电机无起动转矩电机无起动转矩2 2、若、若s+s+或或s-s-不为不为1 1时，合成转矩不为零，也就是说，单相异步时，合成转矩不为零，也就是说，单相异步电机虽无起动转矩，但一经起动，就转动不止电机虽无起动转矩，但一经起动，就转动不止二、单相电动机的分类二、单相电动机的分类1 1、分相式电动机、分相式电动机（1 1）电阻分相式电动机）电阻分相式电动机辅助绕组主绕组转子K离心开关 电阻分相式电动机接线图r（2 2）电容分相式电动机）电容分相式电动机2 2、罩极式电动机、罩极式电动机短路环主绕组