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第九章三相异步电动机的电力拖动一、异步电动机的机械特性(△)二、鼠笼式三相异步电动机的起动方法(△)三、绕线式三相异步电动机的起动方法(△)四、三相异步电动机的调速(△)五、三相异步电动机的制动(△)六、三相异步电动机四象限运行(△)一、异步电动机的机械特性异步电动机的机

械特性1、机械特性：电机的电磁转矩和其转速的关系。•物理表达式：•参数表达式：•实用表达式：'2'2cosICTmTem=2'12'1'2)()(2rrrsemXXRRSRUfmpT+++=SSSSTTcrcrem+=max22、固有的机械特性：当

且电机定子和转子电路中不外接电阻（电抗、电容）时的机械特性。3、固有的机械特性的绘出：•起动点；•额定工作点；•同步点；•最大转矩点；•回馈制动最大转矩点；;50;111HzfUUN==电动机机械特性：nsn00s1s2scr10TTmaxTLUUUNs1s2

？•机械特性•机械特性4、人工机械特性：•定子端电压降低；•转子电路内串入对称电阻；•定子电路串联对称电抗；•定子电路串联对称电组；•转子电路接入并联电抗；二、鼠笼式三相异步电动机的起动方法1、关于电动机起动•电机起动：电机从不工作状态到正常工作状态的过程。•问题–起动电流

–起动转矩–起动时间•起动限制条件–起动转矩Tst≥1.1TN–电机容许最大电流–电源容量–每小时最大起动次数2、电动机的直接起动•直接起动：电机在静止状态下直接施加额定电压实施的起动过程。•直流它励电机的起动–起动电流Ist＝UN/Ra–起动转矩Tst=CTΦIst•三相感应电机的起动

–起动电流–起动转矩2'212'211'211)()(xxrrUzzUIst+++=+=])()[(22'212'211'22111'221xxrrfrpUmrImTstst+++==3、电动机的直接起动相关说明：（1）三相笼型允许直接全压起动；（2）起动电流很大，可达额

定电流的4～7倍；（3）定子绕组漏阻抗压降增大，每极气隙磁通量下降；（4）转子侧功率因数低；（5）起动转矩不大；（6）直接起动适用范围：非频繁、负载较轻、电源相对电机容量足够大。4、电动机的起动指标•起动电流倍数–直流电机5－20，感应电机4－7。•起动转矩倍数•感应电机0.9－1.3

。•起动电流降低倍数•起动转矩降低倍数–注：前两个指标用于衡量起动性能，后两个指标用于衡量各种起动方法的特点NstTstTT=NstIstII=电流直接起动时电源提供的电源提供的起动电流=Iu直接起动时的起动转矩起动转矩=Tu5、电动机的起动方法•直流他励电机–降低电枢电压起

动–电枢回路串电阻起动•三相感应电机–降低电源电压起动–绕线式感应电机转子串电阻起动–特殊起动方式•绕线式转子串频敏电阻起动（属转子串电阻起动）•深槽和双鼠笼电机的起动（属转子串电阻起动）•Y-Δ起动（属降低电压起动）•定

子串电抗器起动（属降低电压起动）6、三相笼型转子异步电动机的起动•直接起动：电流大、起动转矩不大。不能在转子绕组中串电阻或电抗。()()2'rs2'rss'rsXXRRUI+++，()2'rs2ss2s

maxXXRRU43T+++=fp()2'rS2s'rXXRR++=crSpf60n0=•改善起动性能的方法为：（1）降压起动；（2）改变转子结构；（3）变频变压起动；(一）降压起动nsn00s1s2scr10TTmaxTLUUUNs1s2

？•因为：电磁转矩、起动转矩均与电压Us的平方成正比关系减少，而临界转差率与Us无关。•所以：降压起动仅适合空载、轻载起动。222ITstsstsstuuIUTUI=（1）星三角降压起动：U1U2V1V

2W1W2a)Y联接U1U2V1V2W1W2b)ΔIsyIsΔIΔIy•Y-Δ起动–对正常运行采用Δ接法的电机，在起动时改接成Y接法进行起动，起动完成后还原成Δ接法正常运行。–设Δ接法直接起动时起动线电流为IstΔ起动转矩为TstΔ–改为

Y接法时：•优点:UI＝In／3•缺点:Ut＝Tn／33/)(3/3/3/3/3/3/211========ststYstststYstststYststYstYstYTIITTIIIIIIIUU（2）三相感应电机变压器降压起动•变压器----自耦变压器降压起动:–设直

接起动时起动线电流为Ist起动转矩为Tst–使用变压器时降压变比为k–优点：起动定子绕组电源电压可调–缺点：起动转矩相应下降。222''22''st1'1)(kuTkIITTkuIkkIIkIIkUUTststststIstststTstst========变压器原边电流电机线电

流（3）定子绕组串电阻、串电抗降压起动：•三相感应电机定子串电抗器起动：•起动转矩下降规律不变，功耗比起冷两种方式为大。22'21'21'211ITststtItstuuITZZZZZuZZZUI=+++=++=起动电流（二）改变转子结构•采用电阻率高的转子绕组导条：转子电阻增加，起动转矩增

大；转差率也增大。•斜槽•深槽•双笼型•集肤效应•集肤效应•集肤效应（三）变频变压起动•通过改变电动机电源的电压和频率，也可以改变电动机的起动性能。•具体的做法是：电压和频率同步下降，由此：气隙磁通没有变化

；感应电动势下降了；电阻不变，而漏阻抗下降了，相当于电阻增加；结论：电流下降，转矩下降不多；三、绕线式三相异步电动机的起动方法1、绕线式三相异步电动机的起动方法•绕线式三相异步电动机的起动，前述的方法仍然有效。不过绕线式三相异步电动机的应用往往是在鼠笼式三相异步电

动机，受电源容量和最小起动转矩Tmin的限制条件，不能使用的场合来应用。故：绕线式三相异电动机的起动方法，一般只讲转子串电阻起动。•电源容量限制条件taastRRUI+=])((kVA)3[41kVAIINstIst起动电动

机容量电源总容量+=2、作用：1>增大起动转矩；2>减小起动电流；3>最大电磁转矩转子绕组电阻大小无关；4>临界转差率转子绕组电阻成正比；；()()2'rs2'rss12'rs2'rss'rsXXRRU)XX()SR(RUI+++=+++=S2'2''2sst)()(U2Trsrsr

XXRRRfmp+++=()2'rs2ss2smaxXXRRU43T+++=fp()2'rS2s'rXXRR++=crS3、结论：如果能在转子回路串入附加电阻使临界转差率＝1，则可达到既减小起动电流又获得最大起动转矩的目的。Tn0T

sScr0TemScr1Scr2Rr增加，Irs减小，Scr增大，Tem不变'’S10•4、实现方法：1>逐级切除附加起动电阻的起动法：UVWU1V1W1M3~KM1R1R2KM3KM2R3KM40n0nsh

fdbcegiaTTTT01LBAISNS1S2S3NTVIVIIIIInN1.8～2.0TN1.1～1.21、铭牌计算2、选3、连4、连S4=1（1）起动电阻确定方法的依据：SSTTSSSSSSTTcremNcrcrcremmaxmax2

2=+=一般：trtrcrRRSRRS++:因此转矩一定时：（2）图解法确定起动电阻的方法：•由于转矩一定时，转差率与转子电阻成正比;•所以，对额定转矩，有:4332122111SRSRRRRSRRRSRRSRrNtttrttrtrNr=+++=++=+=•其中：为每相转子绕组

的额定电阻；额定状态时，额定转差率很小。有：NS)1S(I3ESRRRXjSRZI3ES4rNrNNrrNrrNrrfrNrNN==+==rNR(3)图解法确定起动电阻的步骤：•绘出固有机械特性：•取：•电阻切除时，转速不变。据此绘出相应的人工机械特性；•确定的级数m符合要求；•读

取时的转差率值(见图)；•据此转差率值，可确定各分级电阻；ZBATTTT)2.1~1.1(85.0maxiS1TT=•图示：0n0nshfdbcegiaTTTT01LBAISNS1S2S3NTVIVIIIIInN

S4＝1（4）解析法确定起动电阻的方法：•由于转矩一定时，转差率与转子电阻成正比;•所以，S一定即转速一定时，电磁转矩和转子电阻成反比，有:CStremRR1T＝+•依此，有：•可令：2312r121321121rt1rBARRRRRRRRRTT===+++++=+++=+=tt

rtttrtrttrRRRRRRRRRRRR=BATT•若起动分为m级，则有：•由于转矩一定时，转差率与转子电阻成正比，可有：rm22r1RR,,R,RRmrR===1mBNNmANNrmmANNrmANm1mmN1mATSTTST

RR,TSTRRTTS1S,STST+++=======，2>转子绕组串频敏变阻器起动方法•频敏变阻器原理：•一定的工艺，使变阻器的铁磁损耗值，做的比较大；•三相异步电动机的转子频率：•频敏变阻器串入电机的转子回路。fBKpmfeFe11125050*nnn

SfSf−===四、三相异步电动机的调速1、三相异步电动机的调速•方法：1、改变电机极数；2、改变电机转差率；3、改变电源频率。)1(60)1(nn0spfs−=−=2、改变转差率调速•调速原理：Pcus

PFesPemPcur=PfP1PMP0P2转差功率=Pem·s(4-82)输入有功功率电磁功率机械功率轴上输出功率P0＝Pfv+Ps=风摩损耗＋杂散损耗（含各谐波损耗）•方法：1）消耗型：将转差功率全部消耗在转子电

路中：调压（笼型）、串电阻调速（绕线转子）；2）回馈型：将转差功率大部分回馈电网：串极调速（绕线转子）；3）转差功率不变型：变极调速、变频调速。•笼型电机降压调速：nsn00scr10TTmaxTLUUUNs1s212

恒转矩风机•特点：1）电压低调节时，最大转矩下降的比较多；2）临界转差率和电压大小无关；3）方法简单；4）不属于恒转矩性质调速；5）低速下效率低；6）低速下功率因数也比较低；•应用范围：长期高速，短时低速。2maxTSU•绕线转子绕组串电阻：1>不同附加电

阻下的机械特性n=f(T)；（1）同步点不变，与附加电阻无关；（2）极限点不变，与附加电阻无关；（3）临界转差率，随附加电阻增大而增大。pfn1060=XXUf4p3T'rs2smax+'rs'n'rcrXXRRS++2>附加电阻的

计算方法：电动机起动分析可知，在同步转速到临界转速的范围内，n=f(T)近似为直线；当：已知时，可求得。故有：时所以当：+=trRRS,CTnr2NrNRRSRS+=)RR1(TSSTrnLLNN+=rLLNNRSTST，，，，nR3>负载性质：有电磁转矩为：1）当电压一定

时，磁通基本上不变化；2）由于为不变，所以有，；3）保持电流不变化时，转矩不变。所以是恒转矩调速；rrmTemIKTcos=SRRSRnrNr+=rNrcoscos=4>存在的问题：由于有功电流不变化，

所以电源提高的有功功率不变化。调速中，转差功率为：在电阻上增加了消耗。电动机：损耗大、效率低。S)SRI3(SSPPCI,CSR'r2'remf'r'r====5>串极调速（改进）：在转子串电阻调速中，有：由

于：，所以它和总是同相位。串极调速就是在转子电势中，加入一个非电阻产生的电势，使其和转子电势同频率且相位相差180度，则可控制使用。ksjXRrRjXRrEIIErrtrrr••••++=++=)()(.tksR

rIE••=.ksE•.rE•.•原理其中s’为时的转差率。这时：即有：0ErrcTrksr'rksL|RsEREEsI===−0Eks•rks'EEss+=nsE'ks•机械特性中的有功分量代入下式。rrmTemcosIKT=sjXREEIrrksrfrf+−=

•••ksrrrksmTrrrrmTemTTsXRREKXsRsREKT+=+−+=2222)()/(/nsn00scr10TTmaxEEEks=0ks1ks2－Tksn0T0ks•用电压改变来调节速度•用改变转子电阻来调节

速度•从机械特性看结果对而来说：（1）绝对值增大时，机械特性向下移动，最大转矩、起动转矩减小；（2）绝对值增大时，机械特性向上移动，最大转矩、起动转矩增大；（3）超前时，合成电势也是超前的，转子电流稍

有增长，功率因素提高；（4）超前角，则其cos分量与同相，使电动机调速，sin分量将提高定子的功率因数。ksE0Eks0Eks0'90•rSE•SE'rSE'r••有关问题：困难：串入电势频率如何跟踪n、s的变化而变化；实

现：将转子绕组电势整流成直流后再逆变回电网；优点：效率高；缺点：价高，对恒转矩负载调速范围较小。3、改变磁极对数调速•通过改变电机部分绕组的接线，进而改变磁极对数调速的方法；•绕组的布线和磁极对数不变的电动机的情况不同，实际上是几种磁极

对数电机的接线，折衷的结果，是每种情况都打折，而在一个电动机上实现。•变磁极对数调速的原理•变磁极对数调速的原理4、改变供电电源频率调速－变频调速1>方法：改变供电电源频率；以下：为不使磁通饱和，必须同时降压；以上：受绝缘耐压限制，电压只能维持额定，磁通必随频率上升而下降。Nfpf6

0n0=)1(nn0s−=mNsssskfNEU=44.4Nf2>额定转速以下保持为常数的变频调速（1）电动机的等校电路：fEsRsXsIs·Im·Er'=Es··-+Xr'Rr'Ir'·1-ssRr'Us·+-不计Rm后三相异步电动

机的T型等值电路（2）电磁转矩的表述：sRIf2p3T'r2'rem=s'r2'r2'r'r'rEE,XsREI=+=2'r2'r'r2semXsR1sRffE2p3T+

=•推证：令dT/ds=0，可得：对应转速：对同一电机为与无关的常数；最大电磁转矩：与f无关，为常数。'r'rcrXRs=nnpL2R60pf60)s1(nn0'r'rcr0cr−=−=−=n0n'r2smaxL41fE2p3T=（3）机械特性：T

maxnf11f12f130Tn01n02n03nnnΔΔΔ•负载能力：Es/f=常数的变频调速属恒转矩调速；•难点：Es测量困难；•替代：用保持Us/f=常数近似；（4）用保持Us/f=常数近似的问题

：•S很小时，转矩近似与S成正比，机械特性是一段直线；()sRfsfU2p3)XX(sRsRssRffU2p3T'r2s2'rs22'rs2'r2sem+++=()2'rs2s'rcrXXRRs+

+=()C)LL(2Rp60XXRRpf60Snn'rs'r2'rs2s'rcr0=+++==•机械特性的情况：不同f时机械特性为一族平行曲线。最大电磁转矩：随频率减少而减少。()2'rs2ss2smaxXXRRffU4p3T+++

=•S接近于1时，转矩近似与S成反比，机械特性是关于原点对称的一段双曲线：()s1s1)XX(RRfRfU2p3)XX(sRR1sRffU2p3T2'rs2'rs'r2s2'rs2'rs'r2sem++++++=•Us

/f=常数近似的机械特性：Tmaxnf11f12f130Tf14Us/f=常数补偿后fUs补偿0•Us/f=常数近似时的结论：•与Es测量相比，Us的测量容易；•高低速最大电磁转矩不一致；•Rs影响：低速时补偿Rs的压降。3>在额定频率以上保持Us为

额定不变的弱磁升速•机械特性情况的分析：2'rs2'rs'r2sem)XX(sRR1sRffU2p3T+++=()()f1XXRXXRRs'rs'r2'rs2s'rcr+++=()2'rs22s2'rs2ss2smaxf1)LL(2

1fU4p3XXRRffU4p3T++++=()CsRU3pf60602XXsRRf2sRpU3TP'r2s2'rs2'rs'r2s0em+++=

=CUUEE,XsREIsNss'r2'r2'r'r'r===+=•负载能力分析：以上分析说明，由于运行时若保持电流不变，S将基本不变。为：恒功率调速。特点：变频调速平滑性好，无级，调速范围较宽。缺点：动态性能较差，低速时性能受定子参数影响

较大，可能发生不稳定现象。•机械特性：nf11=ff12f130Tf14Nf14>f13>f12>f11•三相电压型逆变器•异步电动机频率变化时的转速—转矩曲线（忽略定子电阻）•异步电动机频率变化时的转速—转矩曲线（定子电阻不能忽略）•感应电动机的

转速控制•同步电动机的转速控制五、三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动的方法：1、回馈制动；2、反接制动；3、能耗制动；1、回馈制动1>条件：0,000−=nnnsnn2>功率平衡关系：（

电动机发电运行）PcusPFesPemPcur=PfP1PMP0P2转差功率=Pem·s(4-82)输入有功功率电磁功率机械功率轴上输出功率P0＝Pfv+Ps=风摩损耗＋杂散损耗（含各谐波损耗）回馈E

r=Es'··Is·Im·Ir'·＋－3>机械特性：()]XXsRR[f2SRpU3T2'rs2'rs'r2sem+++=nTs01回馈制动电动n0S<04>回馈制动的产生•变极或变频调速时nTs01回馈制动电动n0

TLf1或P＝1f2或P＝20S<0•下放位能负载nTs01回馈制动反向电动n0TLTLTMTLTMS<02、反接制动1>条件：转子实际旋转方向与定子磁场旋转方向相反：n与n0方向相反。转差率：1nnns00−=2>功率平衡关系：

电动机输入功率为：反接制动时，电动机既从轴上吸入机械功率，也从电网输入电功率，并全部消耗在转子绕组电阻中。0sRI3P'r2'rem=0Rss1I3PP'r2'rM2−＝＝'r2'rem2RI3PP=+－

3>机械特性电源反接nTs=0反接制动电动n0TLn0'快速停车s=0s>1机械特性绕线转子回路接入电阻（位能转矩）nTs01电动n0反接TLTLT重载低速下放反接制动（绕线转子）TNSNSL1s>14>反接制动的产生电

源反接；绕线转子回路接入电阻（位能转矩）3、能耗制动1>条件：将需制动的三相异步电动机断开交流电源后，立即在定子绕组中通入直流，建立一恒定磁场。φnfT右左能耗制动UVWIZIZ30oFvFwFz2>功率平衡关系：03'2'=vRIPrrem013'2'2−rrM

RvvIPP＝＝'2'3rremRIP=0nnv−=3>机械特性：()()++=++=2'rm22'r0'r2m2s2'rm2'r0'r2m2semXXR[RXI3XXvRvRXI3T)XX(2XI3T'rm

2m2s0max+=zsI32I='rm'rcrXXRv+=机械特性图：nTs01能耗制动电动n0TL0Tmax机械特性图：nTs01能耗制动电动n0TL0Tmax变电阻变励磁六、三相异步电动机四象限运行•在感应电动机所处的状态中，如其感应电动势和电枢电流是可逆的，那么感应电机的运行就是四象

限运行。•感应电机的四象限运行，通过相应的控制来实现。aEaI谢谢！