1、第五章 三相異步電動機的電力拖動運行第一節 三相異步電動機機械特性的一、物理表達式異步機的轉矩系數 異步機每極磁通 *電機及拖動基礎2/501.s較小時，2.s較大時，*電機及拖動基礎3/50異步電動機的機械特性二、參數表達式 臨界轉差率最大轉矩 +：電動機-：發電機*電機及拖動基礎4/50起動轉矩 起動轉矩倍數 過載能力（倍數）*電機及拖動基礎5/50三、實用表達式忽略 R1 得機械特性的實用表達式（式中 ）過載能力 *電機及拖動基礎6/50結論：1當電源頻率及電機其他參數不變時， 而 與 無關；2當及其它參數不變時，而與無關； 四、機械特性曲線的繪制幾個特殊點：1）起始點A；2）額定工作點

2、B；3）同步轉速點H；4）最大轉矩點P和P。*電機及拖動基礎7/50三相異步電動機的固有機械特性1）起始點A；2）額定工作點B；3）同步轉速點H；4）最大轉矩點P和P。五、固有機械特性*電機及拖動基礎8/50六、人為機械特性三相異步電動機降低定子相電壓時的人為機械特性（一）降低 降低后電動機電流將大于額定值，電動機如長時連續運行，最終溫升將超過允許值，導致電動機壽命縮短，甚至燒壞。*電機及拖動基礎9/50（二）轉子電路內串聯對稱電阻 轉子電路串聯對稱電阻適用于繞線轉子異步電動機的起動，也可用于調速。 轉子電路內串聯對稱電阻時的人為機械特性*電機及拖動基礎10/50（三）定子電路串聯對稱電抗定子

3、電路內串聯對稱電抗時的人為機械特性 定子電路串聯對稱電抗一般用于籠型異步電動機的降壓起動，以限制電動機的起動電流。*電機及拖動基礎11/50（四）定子電路串聯對稱電阻 與串聯對稱電抗時相同，定子串聯對稱電阻一般也用于籠型異步電動機的減壓起動 。定子電路內串聯對稱電阻時的人為機械特性*電機及拖動基礎12/50第二節 三相異步電動機的起動一、 三相籠型轉子感應電動機的起動三相籠型轉子感應電動機有直接起動與降壓起動直接起動也稱為全壓起動：起動時，電動機定子繞組直接承受額定電壓。方法簡單，不需要復雜的起動設備起動的電流較大，一般可達額定電流的4-7倍。直接起動特點：*電機及拖動基礎13/50直接起動的

4、問題：1.起動電流大2.起動轉矩小3.功率因數小不能直接起動的設備采用降壓啟動*電機及拖動基礎14/50二、三相繞線轉子異步電動機的起動（一）轉子串聯電阻起動 電動機起動時，變阻器應調在最大電阻位置，然后將定子接通電源，電動機開始轉動。隨著電動機轉速的增加，均勻地減小電阻，直到將電阻完全切除。待轉速穩定后，將集電環短接，同時舉起電刷 。*電機及拖動基礎15/50（二）轉子串聯頻敏變阻器起動 當電動機起動時，轉子頻率較高，頻敏變阻器內的與頻率平方成正比的渦流損耗較大， 值也因之較大，起限制起動電流及增大起動轉矩的作用。隨著轉速的上升，轉子頻率不斷下降，頻敏變阻器鐵心的渦流損耗及 值跟著下降，使電

5、動機起動平滑。 頻敏變阻器的結構頻敏變阻器的等效電路*電機及拖動基礎16/50第三節 三相異步電動機的各種運轉狀態 一、電動運轉狀態 電動運轉狀態的特點是電動機轉矩的方向與旋轉的方向相同。 電動狀態下異步電動機的機械特性二、制動運轉狀態 異步電動機可工作于回饋制動，反接制動及能耗制動三種制動狀態。其共同特點是電動機轉矩與轉速的方向相反，以實現制動。此時，電動機由軸上吸收機械能，并轉換為電能。 *電機及拖動基礎17/50（一）能耗制動狀態異步電動機能耗制動的電路圖與機械特性 當K1斷開，電動機脫離電網時，立即將K2接通，則在定子兩相繞組內通入直流電流，在定子內形成一固定磁場。當轉子由于慣性而仍在

6、旋轉時，其導體即切割此磁場，在轉子中產生感應電動勢及轉子電流。根據左手定則，可確定出轉矩的方向與轉速的方向相反，即為制動轉矩。 *電機及拖動基礎18/50各個電流之間有下列關系 得機械特性方程式 臨界相對轉速 *電機及拖動基礎19/50（二）反接制動狀態 轉子軸上機械功率 為負此時的轉差率轉子由定子輸入的電功率即為電磁功率 轉子電路的損耗 為兩者之和，因此能量損耗極大 。為正1轉速反向的反接制動 *電機及拖動基礎20/50轉速反向的反接制動時的異步電動機特性異步電動機轉速反向反接制動電路圖*電機及拖動基礎21/502電源反接的反接制動 為了迅速停車或反向，可將定子兩相反接，工作點由A轉移到B此

7、時轉差率為 在兩相反接時 ，電動機的轉矩為T，與負載轉矩共同作用下，電動機轉速很快下降，這相當于圖中機械特性的BC段。*電機及拖動基礎22/50異步電動機電源反接的電路圖與機械特性 在轉速為零的C點，如不切斷電源，電動機即反向加速，進入反向的電動狀態（對應于特性CD段），加速到D點時，電動機將穩定運轉，實現了電動機的逆轉過程。*電機及拖動基礎23/50（三）回饋制動狀態 位能負載帶動異步電動機進入回饋制動狀態 當異步電動機由于某種原因（例如位能負載的作用 ），使其轉速高于同步速度 時，轉子感應電動勢反向，轉子電流的有功分量也改變了方向，其無功分量的方向則不變。此時異步電動機既回饋電能，又在軸上

8、產生機械制動轉矩，即在制動狀態下工作。當 時 *電機及拖動基礎24/50轉子電流的有功分量為 轉子電流的無功分量為 也為負，與轉速方向相反異步電動機軸上輸出的機械功率也為負*電機及拖動基礎25/50 如果異步機定子脫離電網，又希望它能發電，則必須在異步機定子三相之間接上連接成三角形或者星形的三組電容器。這時電容器組可供給異步電動機發電所需要的無功功率，即供給建立磁場所需要的勵磁電流。 電容器接成三角形時 電容器接成星形時 異步電動機回饋制動時的機械特性*電機及拖動基礎26/50三、制動狀態小結 在正轉方向，特性1與1的第二象限為回饋制動特性，第四象限為反接制動特性；在反轉方向，特性2與2的第二

9、象限為反接制動特性，而第四象限則為回饋制動特性。能耗制動電路的聯結方法有所不同，其機械特性用曲線3與3表示，第二象限部分對應于電動機正轉，而第四象限則對應于反轉。圖中特性1，2及3對應于異步電動機轉子有串聯電阻時，而1，2及3則對應于沒有串聯電阻。 *電機及拖動基礎27/50例某繞線轉子異步電動機的銘牌參數如下： （1）當負載轉矩 ，要求轉速 時，轉子每相應串入多大的電阻 （圖中B點）？繞線轉子異步電動機的機械特性*電機及拖動基礎28/50（2）從電動狀態（圖1中A點） 時換接到反接制動狀態，如果要求開始的制動轉矩等于 （圖中C點），則轉子每相應該串接多大電阻？ （3）如果該電動機帶位能負載，

10、負載轉矩 ，要求穩定的下放轉速 r/min，求轉子每相的串接電阻值。 解*電機及拖動基礎29/50取 （ 不合理） （1）考慮異步機的機械特性為直線, 對于固有特性 *電機及拖動基礎30/50對于人為特性 （2）*電機及拖動基礎31/50取 取考慮機械特性為直線(3)*電機及拖動基礎32/50取 （ 時不能穩定運轉）考慮機械特性為直線第四節 三相異步電動機的調速由異步電動機轉速的表達式一、 變極調速*電機及拖動基礎34/50星形聯結改變成兩個并聯的星形聯結三角形聯結改變成兩個并聯的星形聯結*電機及拖動基礎35/50變極原理：定子每相繞組由兩個完全對稱的“半相繞組” 所組成，只要將每相任何一個“

11、半相繞組”電流反向，就可以將極對數增加一倍（兩個半繞組順串）或減少一半（兩個半繞組反并）。由于籠型感應電動機的轉子極對數能自動跟隨定子極對數且始終保持相等，所以變極調速僅用于籠型感應電動機。*電機及拖動基礎36/50變極調速時，電動機的容許輸出功率或轉矩在變速前后的關系。輸出功率為 在高、低速運行時，電動機繞組內均流過額定電流，這樣在兩種聯結法下的轉矩之比為當定子繞組從一個三角形聯結改成二個星形聯結的并聯時，極對數也減小一倍， 也增加一倍。兩種聯結法的功率比為*電機及拖動基礎37/50Y聯結改成YY聯結聯結改成YY聯結*電機及拖動基礎38/50二、變頻調速對于恒轉矩調速，如果變頻裝置保證 隨

12、成正比地變化，則可保證在頻率變化過程中電動機具有同樣的過載能力，在恒轉矩調速下的變頻裝置一般就是根據這一要求設計的。 當定子頻率較高時（式中 為常數）常值*電機及拖動基礎39/50可見，恒轉矩變頻調速時，如能保持 =定值，則可保證調速過程中電動機的過載能力基本不變，同時可滿足磁通 基本不變的要求。在恒功率調速時 由此可見，在恒功率調速時，如能滿足 =定值的條件，調速過程中電動機的過載能力也能保持不變，但此時磁通將發生變化了。如果此時按恒轉矩調速滿足 =定值的條件，則磁通將基本不變，但電動機的過載能力將在調速過程中改變。常值*電機及拖動基礎40/50變頻調速具有優異的性能，調速范圍較大，平滑性較

13、高，變頻時按不同規律變化可實現恒轉矩或恒功率調速，以適應不同負載的要求，低速時特性的靜差率較高，是異步電動機調速最有發展前途的一種方法。*電機及拖動基礎41/50三、轉子電路串聯電阻調速 在額定電壓時，磁通定值，調速時 *電機及拖動基礎42/50當轉速降低（s 增高）時，效率下降，轉子損耗功率增高，故經濟性不高。 轉子電路串聯電阻的數值愈大，人為機械特性愈軟 。轉子損耗功率為 輸出功率為 調速時轉子電路的效率為 轉子電路串接不同電阻時的人為特性*電機及拖動基礎43/50二、改變定子電壓調速改變異步電動機定子電壓的人為特性轉子電路電阻較高時改變定子電壓的人為特性*電機及拖動基礎44/50四、串級調速中等以上功率的繞線轉子異步電動機與其他電動機或電子設備串級聯接以實現平滑調速，稱為串級調速。異步電動機的串級調速，就是在異步電動機轉子電路內引入感應電動勢 ，以調節異步電動機的轉速。引入電動勢的方向，可與轉子電動勢 方向相同或相反，其頻率則與轉子頻率相同。 1 與 同相 未引入 時引入 后*電機及拖動基礎45/50 未引入 時 超前 90 *電機