1、第五章 三相感應(yīng)電動機(jī)的電力拖動中國石油大學(xué)（華東）信控學(xué)院15-1 三相感應(yīng)電動機(jī)的機(jī)械特性回顧一下，直流電動機(jī)的機(jī)械特性，是指轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。感應(yīng)電動機(jī)的機(jī)械特性也是指轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，不過通常用轉(zhuǎn)差率與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系來代替。一、機(jī)械特性的三種表達(dá)式一、機(jī)械特性的三種表達(dá)式1.機(jī)械特性的物理表達(dá)式P2CupMP12221112111cos22MwmPm E IfppEf N K 2)/2/(cos212211111pfIkNfmPTmwM1111/ 2wMm pNkC122cosMmTCI上式稱為三相異步電動機(jī)機(jī)械特性的物理表達(dá)式。物理表達(dá)式反映了電磁轉(zhuǎn)距與轉(zhuǎn)子電流有

2、功分量、每極磁通成正比的物理本質(zhì)。直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式？MaTCI32.機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式12222112()UIrrxxs22122122112221)()/(xxsrrsrUmsrImPMpfPPTMM/211221221122112xxsrrfsrpUm它反映了感應(yīng)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T跟電源電壓U1、頻率f1、電機(jī)的參數(shù)及轉(zhuǎn)差率S之間的關(guān)系。4221221122112xxsrrfsrpUmT當(dāng)U1、f1和電機(jī)的參數(shù)不變時，T僅是S的函數(shù)，可得到T=f(S)關(guān)系曲線。n與S存在一一對應(yīng)的關(guān)系，所以可以得到n與T的關(guān)系n=f(T)，即為感應(yīng)電動機(jī)的機(jī)械特性曲線。1S0表

3、示感應(yīng)電機(jī)處于電動狀態(tài)，S1和S0表示感應(yīng)電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)在機(jī)械特性曲線上有兩處最大電磁轉(zhuǎn)矩點0dsdT0/)()/(/1221221dsxxsrrsd5)(4)(421121122121211211212221212xxfpUmxxrrfpUmTxxrxxrrSmm正號表示電動，負(fù)號表示發(fā)電，分別對應(yīng)于B、B點Tm為最大電磁轉(zhuǎn)矩，而Sm為臨界轉(zhuǎn)差率，為什么不是最大轉(zhuǎn)差率？感應(yīng)電機(jī)運行時，要有一定的過載能力，通常用 來表示，也稱為過載倍數(shù)，這是感應(yīng)電動機(jī)的一個重要指標(biāo)，一般感應(yīng)電動機(jī)，過載倍數(shù)為1.62.2。/MmNTT6當(dāng)電源頻率和電機(jī)參數(shù)不變時21mTU)(4)(4211211221212

4、11211212221212xxfpUmxxrrfpUmTxxrxxrrSmmSm與電源電壓無關(guān)，只與電機(jī)參數(shù)有關(guān)。Tm與 無關(guān)，而Sm與 成正比。2r2rSm與f1有何關(guān)系？Tm呢？121122()xxf LL7221221122112xxsrrfsrpUmT將S=1代入，可得到起動轉(zhuǎn)矩221122112122Qm pU rTfr rxx當(dāng)電源頻率和電機(jī)參數(shù)不變時21QTU在額定電壓、額定頻率和電機(jī)固有參數(shù)的條件下，起動轉(zhuǎn)矩是一個固定的值。定義起動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比為起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)：/MQNKTT一般要求大于1，這樣才能帶額定負(fù)載順利起動83.機(jī)械特性的機(jī)械特性的實用表達(dá)式實用表達(dá)式,2221

5、22112211xxsrrfsrpUmT)(4211211xxfpUmTm222112mrSrxx 22mmmmmSSSSTssTss2mmmTTSSSS求出Tm和Sm即可得到實用表達(dá)式9mMNTT2(1)mNMMSS根據(jù)產(chǎn)品目錄可以查出PN（單位為kW），nN和M，求出TN：3310106095502NNNNNNNPPPTnn2mmmTTSSSS即可得到T與S的關(guān)系，稱為實用表達(dá)式。實用表達(dá)式反映出感應(yīng)電機(jī)機(jī)械特性是由一段直線段和一段雙曲線構(gòu)成。10當(dāng)SSm時，mmSSSS22mmmmmTTTSSSSSS稱為直線表達(dá)式注意 ：(1)直線表達(dá)式只表示SSm的那一段，不滿足S=SASBSCSD=

6、0，所以 IAIBICID13例5-1 三相四極50Hz繞線式感應(yīng)電動機(jī)，PN=150kW，U1N=380VnN=1460r/min，M=2，試求：(1)該機(jī)固有特性的表達(dá)式；(2)該機(jī)的固有起動轉(zhuǎn)矩；(3)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載且Tz=755Nm時的轉(zhuǎn)速。三種表達(dá)式，等效電路參數(shù)未知，物理表達(dá)式和參數(shù)表達(dá)式不能寫出。直線表達(dá)式只能表示線性段，不能表示全局，也不合適。只有實用表達(dá)式。2mmmTTSSSSmMNTT2(1)mNMMSS3310106095502NNNNNNNPPPTnn11NNnnSnS=1，可求出固有起動轉(zhuǎn)矩TQTz=755代入可求出S14S=0.02或0.5EFE點是否是穩(wěn)定的平衡點？F

7、點呢？E點系統(tǒng)不能穩(wěn)定運行，舍掉S=0.5S取0.02，可求出n。zdTdTdndn15三、感應(yīng)電動機(jī)的人為機(jī)械特性三、感應(yīng)電動機(jī)的人為機(jī)械特性人為地改變電動機(jī)的任一參數(shù)（如U1，f1，p，定子回路電阻或電抗，轉(zhuǎn)子回路電阻或電抗等）的機(jī)械特性統(tǒng)稱為人為機(jī)械特性。1.降低定子端電壓的人為特性其它條件與固有特性一樣，僅降低定子相電壓得到的人為機(jī)械特性稱為降低定子端電壓的人為特性。特點：(1)頻率不變，故理想空載點不變(2) ，Sm不變。21mTU(3) 21QTU16根據(jù)這三個特點，可以得到降低端電壓人為機(jī)械特性的實用表達(dá)式：2112mmmmmNTTSSSSUTTU 同理可以寫出直線表達(dá)式：2mm

8、TTSS211mmNUTTU2mMNSS為什么必須降低定子端電壓？頻率不變，若端電壓高于額定電壓，則根據(jù) 知，主磁通升高，磁路飽和，勵磁電流迅速增大。111114.44wmUEf N k17課堂練習(xí)：4-33從圖中可以看出電機(jī)轉(zhuǎn)速下降額定恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，故電磁轉(zhuǎn)矩不變122cosMmTCI222arctanXrS111114.44wmUEf N k2I mI 1I難以確定如磁路不飽和，則能否確定？主磁路的磁阻由氣隙決定，所以勵磁電流與主磁通成正比，即與電壓成正比。如果S不變，轉(zhuǎn)子電流恰好與主磁通成反比，應(yīng)增大。即使這樣，定子電流也應(yīng)增大。更何況S變大，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子電流增大得更多，所以定子電流是增大的

9、。18定轉(zhuǎn)子電流均增大，定轉(zhuǎn)子銅耗也增大，長時間運行，易使電機(jī)發(fā)熱，燒壞。所以，不允許電機(jī)長時間帶額定負(fù)載低壓運行不允許電機(jī)長時間帶額定負(fù)載低壓運行。2212NmNNIII222 2221112211NmmNNNUUIIIIIUU22222222221111222111111NNmNNmNNNmNNNUUUUIIIIIIUUUU22111111NNUUUU222222(0,1)111111(1)xxxxxxx2NmNII11NII上述結(jié)論有兩個前提：一是磁路不飽和，二是帶額定恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。定轉(zhuǎn)子電流均增大，定轉(zhuǎn)子銅耗也增大，長時間運行，易使電機(jī)發(fā)熱，燒壞。所以，不允許電機(jī)長時間帶額定負(fù)載低壓運行

10、不允許電機(jī)長時間帶額定負(fù)載低壓運行。低于額定電壓，可以近似認(rèn)為磁路不飽和，恒功率負(fù)載，因轉(zhuǎn)速變化不大，也認(rèn)為轉(zhuǎn)矩不變，實際上轉(zhuǎn)矩反而會有所增大。19一臺高壓電機(jī)，如果將其接到低壓電網(wǎng)上，帶額定轉(zhuǎn)矩運行，結(jié)果運行一段時間發(fā)現(xiàn)電機(jī)燒壞，試分析原因？如與電壓成比例的負(fù)載轉(zhuǎn)矩運行，會不會燒壞電機(jī)？21122mNmmmUTUTTSSSS1 22cosMmTCI11NNUSSU11NUTU則11NUSU電機(jī)轉(zhuǎn)子電流仍會高于額定電流，長時間運行會發(fā)熱，損壞轉(zhuǎn)子。高壓電機(jī)低壓運行要特別慎重。高壓電機(jī)低壓運行要特別慎重。20有功電流上升，無功電流下降，功率因數(shù)將上升。電壓下降為原來一半，則最大轉(zhuǎn)矩為原來1/4，

11、能否帶起額定轉(zhuǎn)矩？不能，至于電機(jī)是否停轉(zhuǎn)，決定于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載還是位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，前者會停轉(zhuǎn)，電機(jī)處于堵轉(zhuǎn)，會燒壞電機(jī)，后者電機(jī)不會停掉，會一直反向加速，電流越來越大，要么電機(jī)燒壞，要么發(fā)生飛車。212.轉(zhuǎn)子回路串對稱三相電阻的人為特性僅繞線式感應(yīng)電機(jī)可以轉(zhuǎn)子回路串電阻。其它條件與固有特性一樣，僅在轉(zhuǎn)子回路串入對稱三相電阻，得到的人為機(jī)械特性稱為轉(zhuǎn)子回路串對稱三相電阻的人為特性。特點：(1)頻率不變，故理想空載點不變(2) ，Sm隨轉(zhuǎn)子電阻增大而增大但Tm不變。2mSr(3)Sm1時，TQ隨R的增大而減小。2223轉(zhuǎn)子串對稱三相電阻時的人為特性的實用表達(dá)式為：2mmmTTSSS

12、S222211mmSrRRRSrrr 直線表達(dá)式為：2mmTTSS21mmSRSr 令Sm=1，可以獲得最大的起動轉(zhuǎn)矩：此時222222211211()mrRrRrSrrrXX221122()RrXXr24作業(yè)：4-31相同的截面積、相同的長度，鋁導(dǎo)條的電阻較銅導(dǎo)條的電阻大從等效電路可以看出， S=1，轉(zhuǎn)子電阻增大，轉(zhuǎn)子支路阻抗增大，整個等效電路的等效阻抗增大，起動電流減少。25效率跟什么有關(guān)？122121100%100%100%PpPPPPpPP2如何變化？軸上輸出的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之積，轉(zhuǎn)矩不變，轉(zhuǎn)速下降，故P2下降。轉(zhuǎn)速下降不大，端電壓也不變，故不變損耗基本不變，關(guān)鍵是定轉(zhuǎn)子銅耗如何變化？定子

13、銅耗取決于勵磁電流與轉(zhuǎn)子電流，而轉(zhuǎn)子銅耗則取決于轉(zhuǎn)子電流，勵磁電流不變，所以只要知道轉(zhuǎn)子電流如何變化，即可知定轉(zhuǎn)子銅耗如何變化。26轉(zhuǎn)子支路端電壓近似不變，S增大，r2也增大，轉(zhuǎn)子電流如何變化？應(yīng)找到S與r2之間的關(guān)系，它們有何關(guān)系？2mmTTSS22mmSrRSr從機(jī)械特性上看，我們分析的點在直線段，可以用直線表達(dá)式22mmCuCuAlAlmCumAlTTTSTSSSCuAlmCumAlSSSS22CumCuCuAlmAlAlSSrSSrS與r2成正比，轉(zhuǎn)子電流將如何變化？轉(zhuǎn)子電流不變！而且轉(zhuǎn)子的阻抗角也不變！轉(zhuǎn)子銅耗也不變？轉(zhuǎn)子銅耗變大，而定子銅耗基本不變，效率降低。27電磁功率如何變化？

14、電磁功率有多種表示形式：221 212MCurPm ITpPS 究竟用哪種形式進(jìn)行分析，要看哪種形式中的變化因素更單純。在本題中，不宜用第三種形式進(jìn)行分析，因為有變大的因素，也有變小的因素，最合適的是用轉(zhuǎn)矩形式分析。電磁功率是不變的。進(jìn)而推廣到一般情況，轉(zhuǎn)子回路串電阻，當(dāng)負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在轉(zhuǎn)速變化不是很大（意味著電機(jī)運行于機(jī)械特性的直線段）或不計空載損耗的情況下，電磁功率不變。知識重要，有效地運用知識更重要！知識重要，有效地運用知識更重要！28定子電流如何變？整個電路的參數(shù)哪幾個發(fā)生了變化？從定子輸入端看，輸入阻抗沒有發(fā)生變化，所以定子電流的大小和相位沒有發(fā)生變化。故定子電流、功率因數(shù)不變。

15、輸出功率如何變化？可以從幾個角度來理解，一是等效電路，總的機(jī)械功率降低，空載損耗幾乎不變，輸出功率降低；二是負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，轉(zhuǎn)速下降，所以輸出功率降低。293、定轉(zhuǎn)子回路串對稱三相電抗器的人為特性籠型感應(yīng)電機(jī)可在定子回路串電抗器，而繞線式感應(yīng)電機(jī)則在定轉(zhuǎn)子回路中都可以串對稱三相電抗器。)(4)(421121122121211211212221212xxfpUmxxrrfpUmTxxrxxrrSmm211222112122Qm pU rTf r rxx串入電抗器后，Sm、Tm、TQ均下降。30例5-2 某三相六極50Hz感應(yīng)電動機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為nN=980r/min，轉(zhuǎn)子每相電阻r2=0.06,為使

16、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的轉(zhuǎn)速降為n=750r/min，應(yīng)在轉(zhuǎn)子回路中串入多大電阻？此時轉(zhuǎn)子電流將如何變化？轉(zhuǎn)子銅耗將如何變化？2222NmmSSrSSrRSN，S2可求，則串入電阻可求轉(zhuǎn)子電流將不變，轉(zhuǎn)子銅耗增加。與4-31一樣。在直線段，所以315-2 三相感應(yīng)電動機(jī)的起動一、感應(yīng)電動機(jī)的固有起動性能一、感應(yīng)電動機(jī)的固有起動性能感應(yīng)電動機(jī)額定接法、轉(zhuǎn)子回路不串任何阻抗，直接投入額定電壓、額定頻率的電網(wǎng)，使之從靜止?fàn)顟B(tài)開始轉(zhuǎn)動直至穩(wěn)定運行，稱為直接起動，這時的起動特性稱為固有起動特性。回想一下直流電機(jī)的直接起動，起動電流如何？起動轉(zhuǎn)矩如何？又有幾種起動方式？大，大。電樞回路串電阻、降壓。2)(2)(212

17、1121xxrrUIIQQNKIZU11)74(32122cos(0.81.8)QMmQNTCIT主磁通與額定值相比，是大還是小，為什么？轉(zhuǎn)子回路的阻抗角與額定值相比，是大還是小？小大盡管起動電流很大，但是起動時的電磁轉(zhuǎn)矩并不大起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩小起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩小是普通感應(yīng)動機(jī)固有起動性的主要矛盾。過大的起動電流可能引起供電變壓器的電壓波動，對電機(jī)本身及其它用戶帶來不良影響；起動轉(zhuǎn)矩小則會對需滿載起動的機(jī)械造成困難。33不同的起動方法就是在保證一定轉(zhuǎn)矩的情況下，采取不同的措施限制起動電流，即從電網(wǎng)吸收的電流。原則：對電網(wǎng)、電機(jī)、應(yīng)用場合綜合考慮，選最佳啟動方式電網(wǎng)、電機(jī)、應(yīng)用場合綜合考

18、慮，選最佳啟動方式。 電動機(jī)容量相對于電網(wǎng)容量很小時，可以直接起動；如果生產(chǎn)機(jī)械對轉(zhuǎn)矩要求不大，則只考慮限制電流；如生產(chǎn)機(jī)械對轉(zhuǎn)矩要求較高，則既要限制電流，又要保證需要的轉(zhuǎn)矩。對于籠形異步電動機(jī)，通常采用直接起動、降壓起動等；對于繞線式異步電動機(jī)，通常采用轉(zhuǎn)子串電阻起動等。34二、籠型感應(yīng)電動機(jī)的起動方法1.直接起動7.5kW以下的小容量感應(yīng)電機(jī)，都可直接起動，但7.5kW以上的電機(jī)，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗公式來核定。344QHNNISIPIQ為直接起動時的定子線電流；IN為電機(jī)額定電流；SH為供電電源的總?cè)萘浚籔N為電動機(jī)的額定功率。不頻繁起動電動機(jī)，上面的經(jīng)驗公式可適當(dāng)放寬，較頻繁起動電動機(jī)則應(yīng)嚴(yán)格按

19、經(jīng)驗公式判斷。滿足經(jīng)驗公式，可直接起動，不滿足，則不宜直接起動。352.降壓起動降壓起動(1)定子回路串對稱三相電抗器起動定子回路串對稱三相電抗器起動22122111)()(xxrrUIQ22122111)()(QQxxxrrUI假設(shè)電流變?yōu)樵瓉淼?/a，則電機(jī)端電壓變?yōu)樵瓉淼亩嗌伲縿t起動轉(zhuǎn)矩變?yōu)樵瓉淼?/a2，所以只能空載或輕載起動。36(2)自耦變壓器降壓起動電機(jī)端電壓變?yōu)橹苯悠饎拥?/k，所以電機(jī)的起動電流變?yōu)橹苯悠饎与娏鞯?/k，但這個電流是變壓器副邊電流，變壓器的原邊電流是副邊電流的1/k，即電機(jī)從電網(wǎng)吸收的電流電機(jī)從電網(wǎng)吸收的電流變?yōu)橹苯悠饎拥?/k2。1 2QI1QI1 211Q

20、QIIk1 11 21QQIIk1 1121QQIIk37例如一臺電機(jī)，IQ/IN=5，則如果要限制起動電流不超過額定電流，起動電壓為UN/5，則起動轉(zhuǎn)矩變?yōu)門QN/25，不適合帶稍大的負(fù)載起動，而采用自耦變壓器起動，則限制電網(wǎng)側(cè)的起動電流為額定電流，于是變比k取 ，起動轉(zhuǎn)矩變?yōu)門QN/5，可以帶稍大負(fù)載起動。5改變變比k，可以滿足帶不同負(fù)載起動的需要，但抽頭有限，一般有三種抽頭。運行可靠，在現(xiàn)場中有不少應(yīng)用，尤其在大容量的電機(jī)起動中。對電網(wǎng)而言，起動電流倍數(shù)跟起轉(zhuǎn)矩倍數(shù)相同，可以帶較大的負(fù)載起動。38(3)星星-三角三角(Y-)起動起動39變成Y，則感應(yīng)電機(jī)定子相電壓變?yōu)?3NU起動轉(zhuǎn)矩變?yōu)?/p>

21、：211133NQyQQNUTTTU起動相電流與相電壓成正比：1113QyQII則從電網(wǎng)每相輸入的線電流的關(guān)系為：11133QyQQIII40Y-起動是籠型異步電動機(jī)起動的基本方法之一，適用于正常運行時定子繞組為形接法的電動機(jī)空、輕載起動。形接法的電動機(jī)長時間處于空載或輕載運行時，可將其改為Y形接法，以提高功率因數(shù)和效率，節(jié)約電能。為什么？空載或輕載時，電機(jī)的轉(zhuǎn)子銅耗很小，而定子銅耗主要是勵磁電流產(chǎn)生的，勵磁電流的大小由主磁通決定。鐵耗隨主磁通變化，磁通正比于電壓。電壓降低，主磁通減少，勵磁電流減少，定子銅耗減少，鐵耗減少，電機(jī)轉(zhuǎn)速變化不大，機(jī)械損耗幾乎不變，附加損耗不變，轉(zhuǎn)子銅耗稍有增加，但

22、增加不大。電機(jī)效率增高。而且，降低電壓后，主磁通減少稍有增加，轉(zhuǎn)子有功電流增加，勵磁電流減少，故電機(jī)的功率因數(shù)增加。41為此，國產(chǎn)4kW以 上籠型異步電動機(jī)，都設(shè)計為U1N=380V，定子繞組接法為形，以便于接成Y形。為什么說S稍有增加？所以有一點需要注意，就是當(dāng)負(fù)載不為輕載，變換接法，反而會使轉(zhuǎn)子電流成為主角，轉(zhuǎn)子銅耗增大，從而燒壞電機(jī)。在前面講4-33時講過，大家聯(lián)系起來，對降低端電壓后感應(yīng)電機(jī)的運行有一個全面的掌握。前提是空載或輕載。42小結(jié)1：關(guān)于降壓運行感應(yīng)電機(jī)帶恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載或恒功率負(fù)載，當(dāng)端電壓下降時，電機(jī)的轉(zhuǎn)速將下降，主磁通減少，勵磁電流減少，鐵耗減少，而轉(zhuǎn)子電流增大，轉(zhuǎn)子銅耗增大

23、。定子銅耗是否增大，取決于勵磁電流的減少與轉(zhuǎn)子電流的增大，哪一個因素占主導(dǎo)，在空載或輕載時，前者占主導(dǎo)，定子銅耗減少，電機(jī)效率提高，而如果帶額定負(fù)載，則后者占主導(dǎo)，定子銅耗增加，電機(jī)效率下降。關(guān)于功率因數(shù)，則取決于電機(jī)的參數(shù)和轉(zhuǎn)速下降的范圍，在S較小的情況下，轉(zhuǎn)子支路呈阻性，轉(zhuǎn)子電流為有功分量，而勵磁電流則視為無功分量，功率因數(shù)提高。43小結(jié)2：關(guān)于降壓起動直流電動機(jī)降壓起動可以達(dá)到很好的效果，在允許的電流情況下產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩，為什么感應(yīng)電機(jī)的降壓起動，限制電流，但轉(zhuǎn)矩會變得更小？籠型感應(yīng)電機(jī)降壓起動不宜帶滿載起動。在以前變頻器沒有大規(guī)模應(yīng)用，要帶滿載起動，是沒有辦法的。只能采用繞線式感應(yīng)

24、電機(jī)，利用轉(zhuǎn)子串電阻的方法。感應(yīng)電機(jī)降壓起動中要限制的電流是電機(jī)從電網(wǎng)吸收的電流，而不是電機(jī)的定子電流。主要原因是感應(yīng)電機(jī)降壓時，主磁通也降低，而直流電機(jī)則不是這樣。那么可不可以在降壓的過程中使主磁通不降低？可以，根據(jù)4.44公式，只要在成比例地降壓和降頻，就可以實現(xiàn)主磁通基本不變，這就是變頻起動。可帶滿載起動，但成本較高。44三、繞線式感應(yīng)電動機(jī)的起動三、繞線式感應(yīng)電動機(jī)的起動起動相電流112221212122()()()QQkkUIIrrRxxUrRx串入的電阻不僅可以限制電流，而且可以調(diào)節(jié)起動轉(zhuǎn)矩，可以獲得優(yōu)越的起動性能。適合重載起動的生產(chǎn)機(jī)械。45基本原理：不足：開關(guān)太多，切換麻煩。如

25、果有一個裝置，它的電阻隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的變化而自動變化，當(dāng)轉(zhuǎn)速低的時候，電阻大，轉(zhuǎn)速高的時候電阻小，這是非常好的事情。這就是頻敏變阻器46繞線式感應(yīng)電動機(jī)轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動頻敏變阻器是利用鐵耗隨勵磁頻率的變化而變化這一原理工作的。鐵芯中有磁通交變，就有鐵耗，鐵耗隨勵磁電流交變的頻率的增大而增大。感應(yīng)電機(jī)起動時，轉(zhuǎn)子電流頻率較大，所以頻敏電阻器的等效電阻較大，相當(dāng)轉(zhuǎn)子回路串很大電阻起動。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)子電流頻率變小，鐵耗減少，頻敏電阻器等效電阻變小。鐵心用厚鋼板疊成，鐵耗很大；磁路較飽和，所以其電抗較小，其等效電路與變壓器相似。自始至終，X都不大。47繞線式感應(yīng)電機(jī)價格較高，而且有滑環(huán)和電刷

26、，可靠性不如籠型感應(yīng)電機(jī)，所以在一些場合，盡管需要較大起動轉(zhuǎn)矩，人們選擇的是用更大容量的籠型感應(yīng)電機(jī)，也不選繞線式感應(yīng)電機(jī)。比如抽油機(jī)，它需要的起動轉(zhuǎn)矩大，而正常運行時負(fù)載轉(zhuǎn)矩不大，正常運行時處于輕載狀態(tài)，這就造成了大馬拉小車的現(xiàn)象。功率因數(shù)低、效率低。這個問題，困擾了石油行業(yè)好多年，各種各樣的方法目前看來都只是能解決一部分問題，或又會出現(xiàn)新的問題。要根本解決這個問題，希望在我們身上，因為我們恰逢其時。目標(biāo)的實現(xiàn)源于現(xiàn)在踏實地努力，好好打好基礎(chǔ)，目標(biāo)的實現(xiàn)源于現(xiàn)在踏實地努力，好好打好基礎(chǔ)，學(xué)好電拖。學(xué)好電拖。48作業(yè)：對于三相繞線式感應(yīng)電動機(jī)，在轉(zhuǎn)子回路串電阻后，為什么可以提高轉(zhuǎn)子側(cè)的功率因數(shù)

27、？為什么可以提高其起動轉(zhuǎn)矩？而對于籠型異步電機(jī)，如果在其定子回路中串電阻，其起動轉(zhuǎn)矩能否提高？為什么？49四、改善起動性能的籠型感應(yīng)電動機(jī)四、改善起動性能的籠型感應(yīng)電動機(jī)1、高轉(zhuǎn)差率感應(yīng)電動機(jī)：轉(zhuǎn)子導(dǎo)條采用電阻率較大的鋁合金等材料。限制起動電流，增加起動轉(zhuǎn)矩。缺點是特性軟，銅耗大，轉(zhuǎn)子發(fā)熱厲害，效率低。2、深槽式感應(yīng)電機(jī)：鐵芯的存在，使得轉(zhuǎn)子槽漏磁如圖所示。起動時，轉(zhuǎn)子電流較大，且其交變頻率較高，槽漏磁較大且交變的頻率大，在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生的渦流較大，而渦流的方向在槽底與導(dǎo)條方向相反，在槽口與導(dǎo)條方向相同。相當(dāng)于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體截面減小了，使轉(zhuǎn)子電阻增大，起動電流減小而啟動轉(zhuǎn)矩增加。4-31的分析得到的結(jié)論

28、是不是與此類似？集膚效應(yīng)不是電流集中到導(dǎo)體表面嗎？50正常運行時，轉(zhuǎn)子槽漏磁的交變頻率為轉(zhuǎn)差頻率，產(chǎn)生的渦流較小，對轉(zhuǎn)子電阻影響較小，轉(zhuǎn)子電阻較小。但轉(zhuǎn)子因為深槽，相同轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的整體漏磁通較大，所以轉(zhuǎn)子漏電抗較大，為什么？漏磁通較大，則產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢較大，而這個感應(yīng)電動勢可以看作轉(zhuǎn)子電流在轉(zhuǎn)子漏抗上的壓降，轉(zhuǎn)子電流相同，則漏抗較大。所以電機(jī)的功率因數(shù)低，過載能力低。為什么？過載能力用什么來表示？轉(zhuǎn)子漏抗增大，其它參數(shù)不變，由等效電路知，功因下降。/MmNTT513、雙籠型感應(yīng)電動機(jī)：兩套籠型繞組，內(nèi)層導(dǎo)體粗，電阻率小，所以漏抗大、電阻小；外層導(dǎo)體細(xì)，電阻率大，所以漏抗小、電阻大。兩籠共同

29、作用，既有大的起動轉(zhuǎn)矩，又有硬的特性，得到理想性能曲線。缺點是轉(zhuǎn)子漏抗較大，造成功率因數(shù)和過載能力稍低，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高。52本節(jié)小結(jié) 異步電機(jī)直接起動的特點及原因 籠型異步電機(jī)降壓起動有哪幾種形式，各有何特點 籠型異步電機(jī)Y/接法對其運行性能的影響 繞線式異步電機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻及頻敏電阻器起動的工作原理及適用場合 能夠改善起動特性的幾種特殊的籠型異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)特點、工作原理及性能上存在的問題53JKMN5-3 三相感應(yīng)電動機(jī)的制動復(fù)習(xí)直流電機(jī)的制動制動運行就是電磁轉(zhuǎn)矩的實際方向與轉(zhuǎn)速的實際方向相反，電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)AB、BC、CM、DO、OE、FG、GH、HI各處于什么運行狀態(tài)？能

30、量流動關(guān)系如何？K、N、J、I點的電樞電流大小關(guān)系。54回饋制動是指直流電源與感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的直流電壓反串。轉(zhuǎn)速實際方向與理想空載轉(zhuǎn)速相同，且絕對值高于理想空載轉(zhuǎn)速。機(jī)械能變換為電能一部分消耗在電樞回路中，另一部分回饋到直流電源。反接制動是指直流電源與感應(yīng)電動勢產(chǎn)生的直流電壓順串。轉(zhuǎn)速實際方向與理想空載轉(zhuǎn)速相反。機(jī)械能變換為電能消耗在電樞回路中。分為兩種，一種是電壓反向的反接制動，另一種是電動勢反向的反接制動。能耗制動，則是沒有外接電源，機(jī)械能所發(fā)出的電能消耗在電樞回路的電阻上。學(xué)習(xí)制動部分的關(guān)鍵是轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速的關(guān)系、能量轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速的關(guān)系、能量流動關(guān)系。流動關(guān)系。551.轉(zhuǎn)向反向

31、的反接制動一、感應(yīng)電動機(jī)的反接制動一、感應(yīng)電動機(jī)的反接制動相當(dāng)于直流電機(jī)的電動勢反向的反接制動。適用于將重物勻低速下放。提升重物穩(wěn)定運行于A點，現(xiàn)將重物勻低速下放，可在轉(zhuǎn)子回路串入足夠大的電阻，使系統(tǒng)穩(wěn)定運行于F點。M為什么這個平衡點不可以？56F點，nF0，電機(jī)運行于制動狀態(tài)。特點：(1)轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速相反，這個理想空載轉(zhuǎn)速就是氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速。(2)能量流動關(guān)系0FPT 221 20MrRPm IS111FnnSn2CuMMpPPPP電機(jī)從電網(wǎng)吸收的電功率和從軸上吸收的機(jī)械功率轉(zhuǎn)化成的電功率消耗在轉(zhuǎn)子回路電阻上。572.定子兩相對調(diào)的反接制動這種反接制動相當(dāng)于他勵直流電機(jī)電壓反向的反

32、接制動，適用于反抗性負(fù)載的快速停機(jī)。他勵直流電動機(jī)電壓反向，其理想空載轉(zhuǎn)速反向，而感應(yīng)電動機(jī)定子兩相對調(diào)，其理想空載轉(zhuǎn)速也反向(1)機(jī)械特性同步速110nn 設(shè)此時轉(zhuǎn)差率為： ，則：S111111122nnnnnnnSSnnn關(guān)于負(fù)號，因為同步轉(zhuǎn)速現(xiàn)在為負(fù)，而電磁功率表達(dá)式不變。2112221112112/MMPPmU rSTrrXXS 參數(shù)表達(dá)式：582mmmTTSSSS 實用表達(dá)式：直線表達(dá)式：2mmTTSS 除S_之外的所有各量，如n1、SN、Sm、TN、Tm均采用正向電動時的值。可得如圖所示的機(jī)械特性。2mmmTTSSSS 轉(zhuǎn)子回路串對稱電阻R的人為特性：22mmrRSSr觀察直線段，

33、是否與直流電機(jī)電壓反向的反接制動很類似？59(2)物理過程原來穩(wěn)定運行于A點定子任意兩相對調(diào)，機(jī)械特性已發(fā)生變化，而轉(zhuǎn)速來不及變化，G點。0zTT轉(zhuǎn)速下降，一直到達(dá)C點。在GC段，T0，n11，電機(jī)處于反接制動狀態(tài)。如果是反抗性負(fù)載，在C點不切斷電源，則系統(tǒng)會不會反向起動？0zTT系統(tǒng)會反向起動進(jìn)入第三象限，最后穩(wěn)定運行于A點，n0，T1，另一種是回饋制動，端電壓任意兩相對調(diào)。后者的轉(zhuǎn)速應(yīng)高于同步速，顯然不適合。要求串入電阻的大小，串入電阻與什么有關(guān)？轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩已知，利用機(jī)械特性表達(dá)式，即可求出SmSm如何利用已知條件求之？2mmmTTSSSS 2mmmTTSSSS62額定感應(yīng)電動勢即定子加額

34、定頻率的額定電壓，轉(zhuǎn)子繞組開路時的線感應(yīng)電動勢。額定電流是指定子加額定頻率的額定電壓，電機(jī)運行于額定狀態(tài)時轉(zhuǎn)子的線電流。回顧一下變壓器的副邊額定電壓和額定電流的定義。繞線式感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子額定電壓和額定電流與之類似。求出之后，如何將其與轉(zhuǎn)子回路電阻聯(lián)系到一起？22mmSrSrR2(1)mNMMSS若r2已知，則可求出R如何利用已知條件求出r2？E2N=253V，I2N=160A有何物理意義？63額定電流和額定感應(yīng)電動勢都是實際值，根據(jù)轉(zhuǎn)子實際電路，可知：22222222()NSNSNEEIrrSX額定運行時，S很小，所以轉(zhuǎn)子漏抗可不計。E2NS與E2N有何關(guān)系？21224.44NSNwmES f

35、N k21224.443NwmEf N k 22/3NSNNES E2223NNNS EIr2223NNNS ErI64(2)額定運行時突然將定子任意兩相對調(diào)，要求制動初瞬的制動轉(zhuǎn)矩為1.2TN，求轉(zhuǎn)子每相串入的電阻。制動初瞬，電磁量的過渡過程已經(jīng)結(jié)束，而機(jī)械的過渡過程才剛才始。轉(zhuǎn)速來不及改變，仍為額定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩已知，通過機(jī)械特性：2mmmTTSSSS 可求出Sm，利用Sm、Sm、r2、R之間的關(guān)系，求出R需要注意的是，Sm有兩個解，為什么？是否要去掉那個不穩(wěn)定的？65題意中只對初瞬電磁轉(zhuǎn)矩進(jìn)行了限制，沒有其它約束，再說，制動過程根本就沒有平衡點，也就沒有判斷穩(wěn)定性的必要。串哪個電阻制動快？串

36、哪個電阻制動初瞬電流小？串哪個電阻能夠可靠停機(jī)？66二、感應(yīng)電動機(jī)的回饋制動二、感應(yīng)電動機(jī)的回饋制動同他勵直流電機(jī)的回饋制動類似，感應(yīng)電動機(jī)也有兩類回饋制動：轉(zhuǎn)速反向的回饋制動和轉(zhuǎn)速不反向的回饋制動。根據(jù)直流電機(jī)的回饋制動可以推測出這兩類回饋制動的特點是：(1)實際轉(zhuǎn)向與理想空載轉(zhuǎn)速即基波氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同，且轉(zhuǎn)速的絕對值比理想空載轉(zhuǎn)速大。(2)電機(jī)將軸上的機(jī)械能變?yōu)殡娔埽徊糠窒脑陔姍C(jī)中，一部分返回到電網(wǎng)。此時S為正還是負(fù)？負(fù)671.轉(zhuǎn)向反向的回饋制動在H點，轉(zhuǎn)速與理想空載轉(zhuǎn)速方向相同，且比理想空載轉(zhuǎn)速絕對值大。此時S_0，對應(yīng)的應(yīng)用場合是將重物快勻速下放。相當(dāng)于直流電機(jī)中電壓反向的回

37、饋制動682.轉(zhuǎn)向不變的回饋制動相當(dāng)于直流電機(jī)中電壓不反向的回饋制動對應(yīng)于兩類物理過程：一類是電車下坡，另一類是變頻降速的瞬態(tài)過程。系統(tǒng)原來運行于A點，下坡，初瞬，負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tz0，轉(zhuǎn)速不變，電磁轉(zhuǎn)矩不變。0zTTn系統(tǒng)到達(dá)新的平衡點B1Bnn二者方向相同，所以S069對應(yīng)于他勵直流電機(jī)的降壓降速，理想空載轉(zhuǎn)速小于電機(jī)實際轉(zhuǎn)速的情況，感應(yīng)電機(jī)在什么情況下才會有理想空載轉(zhuǎn)速降低？理想空載轉(zhuǎn)速由定子端電壓的頻率決定，所以降低頻率可以使理想空載轉(zhuǎn)速降低，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速在降頻初瞬來不及改變，有可能高于理想空載轉(zhuǎn)速。ACD這整個過程都是回饋制動嗎？只有Cn1段時，n1D段屬于正向電動。僅僅降頻可不可以？為什

38、么？不可以，根據(jù)4.44公式，端電壓不變，只降低頻率，主磁通將增大鐵芯將飽和，根據(jù)電機(jī)磁化曲線，勵磁電流將增大，有可能燒壞電機(jī)。所以在降頻時，應(yīng)降壓。70有功功率流動關(guān)系221 2(1)0S rPTm IS 2211 220MCurPTm IPpS 221 220Cupm I r轉(zhuǎn)子軸上的機(jī)械功率變?yōu)殡姽β剩徊糠窒脑谵D(zhuǎn)子電阻上，另一部分為電磁功率，通過電磁感應(yīng)作用傳遞到定子側(cè)。0Fep211 1 10Cupm I r11MFeCuPPpp當(dāng)PM較大時，P1為負(fù)，向電網(wǎng)回饋能量。71無功功率流動關(guān)系從等效電路上看，電機(jī)吸收的無功功率為：22211 111 2220mmQm I XI Xm I

39、 X所以，電機(jī)仍然從電網(wǎng)吸收無功，所謂的發(fā)電，是指發(fā)有功，而不是發(fā)無功。221 220Qm I X72三、感應(yīng)電動機(jī)的能耗制動三、感應(yīng)電動機(jī)的能耗制動回顧直流電機(jī)能耗制動，電樞串電阻，切掉端電壓。反映在理想空載轉(zhuǎn)速上，就是理想空載轉(zhuǎn)速為零。電機(jī)軸上的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，消耗在電樞回路的電阻上。感應(yīng)電動機(jī)的能耗制動，如果切掉電源，則主磁通沒有了，也就不會有電磁轉(zhuǎn)矩來制動。如何得到一個空載轉(zhuǎn)速為零的磁場？如果在一相或任兩相定子繞組通入直流電流，就會形成一個空載轉(zhuǎn)速為零的磁場。73無論電機(jī)轉(zhuǎn)向如何，轉(zhuǎn)速如何，電磁轉(zhuǎn)矩總起制動作用。所以可以用于反抗性負(fù)載完全停機(jī)而不會反向起動。74此時，電機(jī)定子繞組只起

40、直流勵磁作用，類似于直流電機(jī)的主磁極，并沒有向轉(zhuǎn)子傳遞電磁功率。轉(zhuǎn)子從軸上吸收的機(jī)械能全部消耗在轉(zhuǎn)子回路中，所以稱為能耗制動。fBil/eBlvBlRp/PTfRBilRp 2/CupeiBlR i pP75本節(jié)小結(jié) 異步電機(jī)三種制動方式的電路運行條件、對應(yīng)的物理過程（即適用場合）、轉(zhuǎn)速特點（轉(zhuǎn)差率的特點）和能量流動關(guān)系 利用機(jī)械特性和等效電路分析制動過程時的電機(jī)物理量的變化情況765-4 三相感應(yīng)電動機(jī)的調(diào)速為什么要調(diào)速？系統(tǒng)功能的需要、節(jié)能的需要。電動車、空調(diào)、風(fēng)扇、抽油機(jī)、恒壓供水等等對于目前工業(yè)應(yīng)用最廣的感應(yīng)電機(jī)，如何來調(diào)速？1160(1)(1)fnS nSp兩種途徑：即改變同步速n1

41、，改變轉(zhuǎn)差率S改變同步速n1，有兩種方法，一種是變頻，一種是改變極對數(shù)。改變轉(zhuǎn)差率S，最主要的也有兩種方法，即降低定子端電壓，轉(zhuǎn)子回路串電阻。77一、感應(yīng)電機(jī)的變極調(diào)速一、感應(yīng)電機(jī)的變極調(diào)速用改變定子繞組的接法來改變極對數(shù)，這種電機(jī)稱為多速電動機(jī)，其轉(zhuǎn)子一般采用籠型，因為它感應(yīng)的極對數(shù)能自動與定子相適應(yīng)。定子每相繞組都由兩個完全對稱的“半相繞組”或“1/n相繞組”所組成。1A1X2A2X把這些由線圈組構(gòu)成的1/n相繞組的首末端全部引出，通過不同地聯(lián)接方式，即可得到變化的極對數(shù)。7879優(yōu)點：簡單可靠、成本低、效率高、機(jī)械特性硬。不足：有級調(diào)速，級數(shù)有限，且電機(jī)只有在一種極數(shù)下可獲得較好的性能。

42、二、感應(yīng)電機(jī)的變頻調(diào)速二、感應(yīng)電機(jī)的變頻調(diào)速對于感應(yīng)電機(jī)，如果降低端電壓的頻率，而端電壓不變，則會有什么后果？鐵芯飽和，勵磁電流上升，功率因數(shù)下降，鐵耗上升，定子銅耗上升，效率下降，嚴(yán)重時可以燒壞電機(jī)。在低于額定頻率的變頻調(diào)速的時，一定要注意電壓頻率協(xié)調(diào)控制，最常用的是保持主磁通不變的恒壓頻比調(diào)速。111114.44wmUEf N k1111114.44NwmNUUN kff8021122211112211221124()8()mm pUTfrrXXm pUfLL最大電磁轉(zhuǎn)矩基本不變。頻率較低時，定子電阻不可以忽略，分子比分母下降倍數(shù)大，Tm下降。起動轉(zhuǎn)矩隨著頻率下降，先升后降。采用恒壓頻比調(diào)

43、速，頻率仍較高時，1211212()XXf LLr81當(dāng)頻率低于額定頻率，但仍較高時1211212()XXf LLr22221211221122()mrrSXXrXXrf LL2121112126060 2()2 ()mmrfrnS nf LLpLL頻率變化時，最大轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)速降nm不變。2mmTTSS2mmTTSS兩個坐標(biāo)系中的兩個函數(shù)兩條直線是否平行關(guān)鍵看斜率是否相等，顯然，在兩個坐標(biāo)系中，斜率是不相等的，是否就說明二者不平行了呢？82在同一個坐標(biāo)系下，斜率相等，兩直線平行，不在同一坐標(biāo)系下，則不一定。觀察一下，S與S的刻度不一致。設(shè)法在同一坐標(biāo)系下比較。S與S有沒有關(guān)系？有什么關(guān)系？11

44、nnSn1111fnnf11nnSn11111111111111111111111111111111fffnnnnnnnffSffnnnffffnnnffffSffffnnff831111111111111111111222222()mmmmmmmmmmmmTTfffTSSfSffSfTTTTfffffSSffffSS fSSff2mmTTSS平行!84高于額定頻率時，如果保證主磁通不變，則端電壓會超過電機(jī)的額定電壓，這也是不允許的，而且也是很難做到的，所以，只能保持端電壓為額定電壓不變，此時主磁通將下降，相當(dāng)于弱磁調(diào)速。111114.44wmUEf N k在額定頻率以上，主磁通下降，最大轉(zhuǎn)矩和起動轉(zhuǎn)矩均隨頻率上升而下降。在額定頻率以下，感應(yīng)電機(jī)變頻調(diào)速機(jī)械特性的直線段類似于直流電機(jī)的調(diào)壓調(diào)速，而在額定頻率以上，則類似于弱磁調(diào)速。85優(yōu)點：平滑性好、效率高、機(jī)械特性硬，調(diào)速范圍廣。是感應(yīng)電動機(jī)調(diào)速的發(fā)展方向。不足：成本較高，控制復(fù)雜。86例5-10思路：電壓和頻