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第5章三相异步电动机的电力拖动5.1三相异步电动机的机械特性5.2三相异步电动机的起动5.3三相异步电动机的制动5.4三相异步电动机的调速思考题与习题本章首先讨论三相异步电动机的机械特性，然后以机械特性为理论基础，分析研究三相异步电动

机的起动、制动和调速等问题。第5章三相异步电动机的电力拖动5.1三相异步电动机的机械特性一、物理表达式5.1.1三相异步电动机机械特性的三种表达式二、参数表达式三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速与电磁转矩之间的关系，由于电机

的转速与转差率之间存在一定的关系，所以异步电动机的机械特性通常用表示。)s(fTem=022'emTTCIcos=表明：三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通与转子电流的有功分量相互作用产生的。02'2cosI221122211

122em'RmpUsTRf(R)(XX)s=+++说明：电磁转矩与电源参数（Ｕ1、f1）、结构参数（R、X、m、p）和运行参数（s）有关。第5章三相异步电动机的电力拖动三相异步电动机的机械特性曲线)(emTfn=第5章三

相异步电动机的电力拖动在特性曲线上有两个最大转矩，最大转矩对应的转差率称为临界转差率，可令求得:0=dsdTemmTNTT=222212112''m''RRsXXR(XX)=+++221111221121111244[]m''mpUmpUTf(XX)fRR(XX)=++

++最大转矩与额定转矩之比称为过载能力:2、越大，越大；与无关。2R2RmsemT1、与成正比；与无关。mT21UmT1U3、和都近似与漏抗成反比mTms第5章三相异步电动机的电力拖动在特性曲线上还有一个起动转矩，即时的转矩:)1(0==sn211222112122

'st''mpURTf(RR)(XX)=+++结论：当其它参数一定时1、起动转矩与电源电压平方成正比；2、频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，起动转矩越小；3、绕线式电动机，转子回路电阻越大，起动转矩先增后减。ststNTKT=4、起动转矩倍数第5章三相异步电动机的电力拖

动三、实用表达式2memmmTTssss=+工程上常根据电机的额定功率、额定转速、过载能力来求出实用表达式。方法是：9550NNNPTn=mTNTT=11NNnnsn−=21mNTTss()=+−将Tm和sm代入即可得到机械特性方程式。利用电磁转矩除以最大电

磁转矩可得电磁转矩的实用表达式：第5章三相异步电动机的电力拖动5.1.2三相异步电动机的固有机械特性和人为机械特性一、固有机械特性固有机械特性是指电动机在额定电压和额定频率下，按规定的接线，定、转子电路不外接阻抗时的机械特性。s

n0nNsNnmsm10TNTstTmTem几个特殊点：ABCD1.起动点A:01emstn,s,TT===2.最大转矩点B:mmemmnn,ss,TT===3.额定运行点CNmemNnn,ss,TT===4.同步运行点D1

00emnn,s,T===第5章三相异步电动机的电力拖动二、人为机械特性人为机械特性是指人为改变电源参数或电动机参数而得到的机械特性。1.降压时的人为机械特性snsm10TLUN0n10.8UN0.64Tst下降后,

和均下降,但不变,和减少。1UmTstTmsstkT如果电机在定额负载下运行,下降后,下降,增大,转子电流因增大而增大,导致电机过载。长期欠压过载运行将使电机过热，减少使用寿命。1Uns22sEsE=第5章三相异步电动机的电力拖动2.转子回路串对称电阻时的人为机械特性串电阻后,、不变，增大。

nmTms在一定范围内增加电阻，可以增加。当时，若再增加电阻，减小。stT1ms=stmTT=stT串电阻后，机械特性线性段斜率变大，特性变软。除了上述特性外，还有改变电源频率、极对数等人为机械特性。10TstTmTemsn0n1smR2TstsmR2+Rs第5章三相异步电动机的

电力拖动5.2三相异步电动机的起动起动指电动机接通电源后由静止状态加速到稳定运行状态的过程.对电动机的起动性能要求二：起动电流小,起动转矩不大。1.起动电流大的原因起动时,,转子感应电动势大,使转子电流大,根据磁动势平衡关系,定子电流必然增大.1,0==sn2.起动转矩不大的原因从下述公式

分析022'stemTTTCIcos==起动时,,远大于运行时的,转子漏抗很大,很低,尽管很大,但并不大.1=ss22sXXs=2cos2I22cosI由于起动电流大,定子漏阻抗压降大,使定子感应电动势减小,对应的气隙磁通减小.由上述两个原因使得起动转矩不大.第5章三

相异步电动机的电力拖动5.2.1三相笼型异步电动机的起动一、直接起动可以直接起动的条件：起动电流倍数+)kW()kVAkI电动机容量电源容量（341二、降压起动13stYstTT=适用于正常运行时定子绕组为三角形接线的电动机。起动时Y接；运行时△接。起动电流关系:Y-△降压

起动多用于空载或轻载起动1.Y-△降压起动13stYstII=起动转矩关系:第5章三相异步电动机的电力拖动2.自耦变压器降压起动NstSUIZ=直接起动时的起动电流：11NstSsUUIZkZ==降压后二次侧起动电流：1211Nsts

tsUIIkkZ==变压器一次侧电流：21ststIIk=电网提供的起动电流减小倍数：21ststTTk=起动转矩减小的倍数：自耦变压器一般有三个分接头可供选用。第5章三相异步电动机的电力拖动5.2.2三相绕线型异步电动机的起动一、转子回路串电阻起动在转子

回路中串联适当的电阻,既能限制起动电流，又能增大起动转矩。为了有较大的起动转矩、使起动过程平滑，应在转子回路中串入多级对称电阻，并随着转速的升高，逐渐切除起动电阻。第5章三相异步电动机的电力拖动电动机由a点开始起动，经b→c→d

→e→f→g→h，完成起动过程。起动过程第5章三相异步电动机的电力拖动二、转子串频敏变阻器起动频敏变阻器是一铁损很大的三相电抗器。起动时，S2断开，转子串入频敏变阻器,S1闭合，电机通电开始起动。起动时,,频敏变阻器铁损大,反映铁损耗的等效电阻大,相当于转子回路串入一个较大电阻。随着上升,减小,铁

损减少,等效电阻减小,相当于逐渐切除,起动结束,S2闭合，切除频敏变阻器，转子电路直接短路。21ff=n2fmRmR第5章三相异步电动机的电力拖动5.3三相异步电动机的制动5.3.1能耗制动实现：制动时，S1断开,电机脱离电网，同时S2闭合,在定子绕组中通入直流励磁电流。直流励磁电流产生一个恒定

的磁场，因惯性继续旋转的转子切割恒定磁场，导体中感应电动势和电流。感应电流与磁场作用产生的电磁转矩为制动性质，转速迅速下降，当转速为零时，感应电动势和电流为零，制动过程结束。制动过程中，转子的动能转变为电能消耗在转子回路电阻上——能耗制动。第5章

三相异步电动机的电力拖动nTemA0n1C1B23对笼型异步电动机,可以增大直流励磁电流来增大初始制动转矩。对绕线型异步电动机,可以增大转子回路电阻来增大初始制动转矩。.101==s，n所以能耗制动时由于制动电阻大小：2220

2043NBNER(.~.)RI=−第5章三相异步电动机的电力拖动一、电源两相反接的反接制动5.3.2反接制动实现：将电动机电源两相反接可实现反接制动。.,,11−sn想空载转速变为理改变由于定子旋转磁场方向机械特性由曲线1变为曲线2，工作点由A→B→C，n=0,制动过程结束。绕线

式电动机在定子两反接同时,可在转子回路串联制动电阻来限制制动电流和增大制动转矩,曲线3。第5章三相异步电动机的电力拖动二、倒拉反转的反接制动条件:适用于绕线式异步电动机带位能性负载情况。实现：在转子回路串联适当大电阻RB。电机工作点由A→B→C，n=0，制动过程开始，电机反转子，直到D点。在第

四象限才是制动状态。由于电机反向旋转，n<0，所以s>1。第5章三相异步电动机的电力拖动反接制动时，s>1，所以有机械功率为212210MECsPmIRs−=电磁功率为22120emRPmIs

=机械功率为负，说明电机从轴上输入机械功率；电磁功率为正说明电机从电源输入电功率，并轴定子向转子传递功率。而2222122121221MECemRsPPmIRmImIRss−+=+=表明，轴上输入的机械功率转变成电功率后，连同定子传递给转子的电磁功率一起消耗在转子回路

电阻上，所反接制动的能量损耗较大。第5章三相异步电动机的电力拖动5.3.3回馈制动实现：电动机转子在外力作用下，使n>n1.回馈制动状态实际上就是将轴上的机械能转变成电能并回馈到电网的异步发电机状态。一、下放重物时的回馈制动首先将定子两相反接,定子旋转磁场的同步速为-n1，特性曲线变为2。

工作点由A到B。经过反接制动过程（由B到C）、反向加速过程（C到-n1变化），最后在位能负载作用下反向加速并超过同步速，直到C点保持稳定运行。电机机械特性曲线1，运行于A点。第5章三相异步电动机的电力拖动二、变极或变频调速过程中的回馈制动电机机械特性曲线1，运行于A点。

电机工作点由A变到B，电磁转矩为负，，电机处于回馈制动状态。1Bnn当电机采用变极（增加极数）或变频（降低频率）进行调速时，机械特性变为2。同步速变为。1n第5章三相异步电动机的电力拖动5.4三

相异步电动机的调速由异步电动机的转速公式116011fnn(s)(s)p=−=−可知，异步电动机有下列三种基本调速方法：（1）改变定子极对数调速。p（2）改变电源频率调速。1f（3）改变转差率调速。s第5章三相异步电动机的电力拖动5.4.1变极调速一、变极原理变极调速只

用于笼型电动机。以4极变2极为例：U相两个线圈，顺向串联，定子绕组产生4极磁场：反向串联和反向并联，定子绕组产生2极磁场：第5章三相异步电动机的电力拖动二、三种常用变极接线方式Y→反并YY，2p-pY→反串Y，2p-p∆→YY，2p-p注意：当改变定子绕组接线时，必须同时改变

定子绕组的相序第5章三相异步电动机的电力拖动三、变极调速时容许输出容许输出时是指保持电流为额定值条件下，调速前、后电动机轴上输出的功率和转矩。1.Y-YY联结方式Y-YY后,极数减少一半,转速增大一倍,即，保持每一绕组电流为,则输出功率和转矩为2YYYnn=NI2YYYYY

YPPTT==可见，Y-YY联结方式时，电动机的转速增大一倍，容许输出功率增大一倍，而容许输出转矩保持不变，所以这种变极调速属于恒转矩调速，它适用于恒转矩负载。第5章三相异步电动机的电力拖动2.∆-YY联结方式∆-YY后,极数减少一半,转速增大一倍,即，保持每一绕组电流为,则输出

功率和转矩为2YYnn=NI115058YYYYP.PT.T==可见，∆-YY联结方式时，电动机的转速增大一倍，容许输出功率近似不变，而容许输出转矩近似减少一半，所以这种变极调速属于恒功率调速，它适用于恒功率负载。同理可以分析，正串Y-反串Y联结方式的变极调速属恒功率调速。第

5章三相异步电动机的电力拖动四、变极调速时的机械特性1.Y-YY联结方式22mYYmYmYYmYstYYstYssTTTT===2.△-YY联结方式2323mYYmmYYmstYYstssTTTT===变极调速时,转速几乎是成倍变化的,调速的平滑性较差,但

具有较硬的机械特性,稳定性好,可用于恒功率和恒转矩负载.第5章三相异步电动机的电力拖动5.4.2变频调速一、电压随频率调节的规律当转差率s变化不大时，电动机的转速n基本与电源频率f1正比，连续调节电源频率，可以平滑地改变电动机的转速。但是，1101111112211121121444444

4wwmTNNNEU.fNk.fNkTmpUUcTf(XX)TfT===+频率改变将影响磁路的饱和程度、励磁电流、功率因数、铁损及过载能力的大小。为了保持变频率前、后过载能力不变，要求下式

成立：221111221111NNNNUUUfTfTfTUfT==及第5章三相异步电动机的电力拖动1、恒转矩变频率调速此条件下变频调速，电机的主磁通和过载能力不变。常数==1111ffUU对恒转矩负载2、恒功率变频率调速此条件下变频调速，电机的过载能力不变，但主磁通发生变化。对恒功

率负载1195509550ffnnTTnTnTPNNNNNNNNN=====常数常数==1111fUfU得第5章三相异步电动机的电力拖动二、频率调速时电动机的机械特性变频调速时电动机的机械特性可用下列各式表示21121218mmpUT()(LL

)f+最大转矩212122121118stmpRUT()(LL)ff+起动转矩21211121260302mRfRnsnf(LL)pp(LL)==++临界点转速降在基频以下调速时,保持,即恒转矩调速。常数=11/fU在基频以上调速时,电压只能，迫使主磁通与频

率成反比降低，近似为恒功率调速。11NUU=第5章三相异步电动机的电力拖动5.4.3变转差率调速一、绕线转子电动机的转子串接电阻调速绕线转子电动机的转子回路串接对称电阻时的机械特性为从机械特性看，转子串电阻

时，同步速和最大转矩不变，但临界转差率增大。当恒转矩负载时，电机的转速随转子串联电阻的增大而减小。21emsemsTR()RsT=−设、、是转子串联电阻前的量，、、是串联电阻后的量，则转子串接的电阻为：mssemTmssemTsR第5章三相异步电动机的电力拖动二、绕

线转子电动机的串级调速在绕线转子电动机的转子回路串接一个与转子电动势同步频率的附加电动势。sE2adEadE通过改变的幅值和相位，也可实现调速，这就是串级调速。第5章三相异步电动机的电力拖动改变电动机的电压时，机械特性为三、调压调速调压调速既非恒转矩调速，也非恒功率调速，它最适用于

转矩随转速降低而减小的负载，如风机类负载，也可用于恒转矩负载，最不适用恒功率负载。