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电气工程与自动化系第4章异步电机的电力拖动4.1三相异步电动机的机械特性4.2电力拖动系统的稳定运行4.3三相异步电动机的起动4.4三相异步电动机的调速4.5三相异步电动机的制动第4章异步电机的电力拖动4

.1三相异步电动机的机械特性4.2电力拖动系统的稳定运行4.3三相异步电动机的起动4.4三相异步电动机的调速4.5三相异步电动机的制动第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系4.1三相异步电动机的机械特性一、电磁转矩公式Pe=m2E2I2cos2T=PeΩ060Pe2n0=T

=CTΦmI2cos2※转矩常数:pPe2f1=4.44pm2kw2N22CT=1.电磁转矩的物理公式E2=4.44f1kw2N2Φm第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系m2p2f1=E2sE2√R22＋(sX2)2R2√R22＋(

sX2)22.电磁转矩的参数公式pPe2f1T=m2p2f1=E2I2cos2m2p2f1=sR2E22R22＋(sX2)2(4.44f1kw2N2Φm)2m2p2f1=sR2R22＋(sX2)24.44f1kw2N2m2p2f1=sR2R22＋(sX2)2()

U14.44f1kw1N12第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系()2m22=spR2U12f1［R22＋(sX2)2］kw2N2kw1N1令()2m22KT=kw2N2kw1N1T=KTspR2U12f1［R22＋(sX2)2］n0TsOn10第4章（作者：贺晓蓉）

电气工程与自动化系3.电磁转矩的实用公式由=0，得dTds最大（临界）转矩TM=KTpU122f1X2临界转差率R2X2sM=由此可见：①T(TM)∝U12，sM与U1无关。②sM∝R2，TM与R2无关。③sM，TM∝④TM∝额定电磁转矩最大转矩倍数TMTNMT=21X11f

第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系T=+2TMsMsssM整理上面各式，得［］=±－1ssMTMT()2TMT由上述方程可得|s|<|sM|时取负号,|s|>|sM|时取正号。若忽略T0，则602TN=PNnN第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系当T=TN时，则=sNsM(MT

±MT2－1)转矩实用公式的线性化表达式sssssssMMM当很小时，，则可以忽略项2ssMMTT=故0ssM注意：上式只适用于的范围。|s|<|sM|时取负号,|s|>|sM|时取正号。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系【例4.1

.1】Y132M－4型三相异步电动机带某负载运行，转速n=1455r/min，试问该电动机的负载转矩TL是多少？若负载转矩TL=45N·m，则电动机的转速n是多少？由电工手册查到该电机的PN=7.5kW，n0=1500r/min，nN=1440r/min，MT=2.2。由此求

得n0－nn0s===0.031500－14551500n0－nNn0sN===0.041500－14401500解：第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系sM=sN/(MT-MT2－1)=0.04/(2.2-2.22－1)=0.1

66602TN=PNnN602=×N·m=49.76N·m75001440TM=MTTN=2.2×49.76N·m=109.47N·m忽略T0，则TL=T2sMs=T=＋2TMssM=N·m=38.32N·m+2×109.470.030.1660

.1660.03第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系当TL=T2=T=45N·m时=0.166×－－1()2109.4745109.4745=0.036n=(1－s)n0=(1－0.036)×1500r/min=1446r/minTMTs=sM－－1TMT()2034.0166.0*47.10

9*24522===×=MMMMSTTSSSTT或由第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系OTs二、固有特性当U1、f1、R2、X2=常数时：T=f(s)——转矩特性n=f(T)——机械特性当U1L=U1N、f1=fN，且绕线型转

子中不外串电阻或电抗时的特性称为固有特性。1n0MSNNMS固有机械特性曲线固有转矩特性曲线TsOn10第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系额定状态是指各个物理量都等于额定值的状态。N点：n=nN，s=sN，T=T

N，P2=PN。1.额定状态（N点）nNTNn0TnONsN=0.01~0.09很小，T增加时，n下降很少——硬特性。工作段额定状态说明了电动机长期运行的能力TL≤TN，P2≤PN，I1≤IN。第4章（作者：贺晓蓉）电

气工程与自动化系临界转速2.临界状态（M点）n0nTOM对应s=sM，T=TM的状态。nMTM临界状态说明了电动机的短时过载能力。αMT=TMTNY系列三相异步电动机MT=2~2.2过载倍数第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系大连理工大学电气工程系3.起动(堵转)状态（

S点）对应s=1，n=0的状态。——又称为起动状态。起动状态说明了电动机直接起动的能力。起动条件(1)TS>(1.1~1.2)TL。(2)IS＜允许值。起动转矩倍数n0TnOSTSST=TSTN起动电流倍数SC

=ISINY系列三相异步电动机ST=1.6~2.2SC=5.5~7.0第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系T=KTspR2U12f1［R22＋(sX2)2］s=1带入上式，得：TS=KTpR2U12f1（R22＋X22）由此可见：①TS∝U12，②在转子回路串入适当电阻，可以

使TS＝TM,③TS∝④TS∝21X11fTM=KTpU122f1X2第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系【例4.1.2】一台Y225M－2型三相异步电动机，若TL=200N·m，试问能否带此负载：(1)长期运行；(2)短时运行；(3)直接起动（设Is在允许范围内）。解：查电工手

册得知该电机的PN=45kW，nN=2970r/min，MT=2.2，ST=2.0。602TN=PNnN602×3.14=N·m=145N·m45×1032970由于TN＜TL，故不能带此负载长期运行。(1)电动机的额定转矩第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系(2)电动机的最大转矩TM=

MTTN=2.2×145N·m=319N·m由于TM＞TL，故可以带此负载短时运行。(3)电动机的起动转矩TST=STTN=2.0×145N·m=290N·m由于TST＞TL，且超过1.1倍TL，故可以带此负载直接起动。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化

系三、人为特性由电动机的机械特性参数表达式可见：异步电动机电磁转矩T的数值是由某一转速n(或s)下，•电源电压U1、•电源频率f1、•磁极对数p、•定子及转子电路的电阻r1、r2及电抗x1、x2等参数决定。T=KTspR2U12f1［R22＋(sX2)2］

人为地改变电源电压、电源频率、定子极对数、定子和转子电路的电阻及电抗等参数，可得到不同的人为机械特性。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系U1'＞U1"三、人为特性1.降低定子电压时的人为特性sMTsOU1'U1"U1'＞U1"sMnTOU1'U1"SM与U1无关TM(

TS)正比于U12TM=KTpU122f1X2R2X2sM=TS=KTpR2U12f1(R22＋X22)TM"TM'第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系2.增加转子电阻时的人为特性sM正比于R2，TM与R2无

关。TMTsOR2'<R2"R2'R2"nTOTMR2'R2"R2'<R2"TS=KTpR2U12f1(R22＋X22)第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系R2=X2TsOTMsM＜1sM=1sM＞1R2＜X2R2＞X2当R2＜X2时，sM＜1，R2

→TS。当R2=X2时，sM=1，TS=TM。当R2＞X2时，sM＞1，R2→TS。R2增加后，TS大小则与R2和X2的相对大小有关。R2=X2TMsM＜1sM=1sM＞1R2＜X2R2＞X2TsO第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系(1)f1＜fNE14.

44f1kw1N1Φm=≈U14.44f1kw1N1为保持Φm=常数=常数U1f13.改变定子频率时的人为特性若f1＜fN,则m↑，磁路更饱和，pFe↑，cos↓。应要求m不能变。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系因为n0∝f1,sM∝1f1所以△n=n0－nM=sMn0（

不变）()因为TM∝U1f12所以TM不变。TS=KTpR2U12f1(R22＋X22)f1＜fNn0'f1n0TnOfNTMTM=KTpU122f1X2R2X2sM=第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系TM=K

TpU122f1X2R2X2sM=因为n0∝f1，sM∝1f1所以△n=n0－nM=sMn0(不变)TM∝1f12而且f1＞fNn0'f1n0TnOfN若f1>fN,则m↓，电机得不到充分利用。(2)f1＞fNN1N111UU==UUconstfU故应保持，不允许，，则若保持（不变）第

4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系4.改变磁极对数时的人为特性U1U2U3U4××(a)p=2SNNSU1U2U3U4(b)p=1电流反向变极法——绕组改接后，使其中一半绕组中的电流改变方向，从而改变极对数

。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系Y(2p)YY(p)(2p)定子绕组常用的接法第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系2pp低速倍极数D接法，高速少极数YY接法。注意：变极后相序发生了变化。为保持高速与低速时电机的转向不变，应将B、C两相的出线端交换。第4章（作者：

贺晓蓉）电气工程与自动化系2pp低速倍极数Y接法，高速少极数YY接法第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系1.Y－YY变极(1)2p→p，n0→2n0(2)N1→N1/2，KT→4KT(3)sM不变，U1不变(4)n=n0－nM=sMn0→2sMn0(

5)TM(TS)→2TM(TS)n0TnOYYY0.5n0KT=()2m22kw2N2kw1N1TM=KTpU122f1X2R2X2sM=TS=KTpR2U12f1(R22＋X22)第4章（作者：贺晓蓉

）电气工程与自动化系2.△－YY变极(1)2p→p，n0→2n0(2)N1→N1/2，KT→4KT(3)sM不变，U1→U1/3n0TnOYY0.5n0(4)△n=n0－nM=sMn0→2sMn0(5)TM(TS)→2/3TM(TS)KT=()2m22kw2N2

kw1N1TM=KTpU122f1X2R2X2sM=TS=KTpR2U12f1(R22＋X22)第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系4.2电力拖动系统的稳定运行一、负载的机械特性n=f(TL)转速和转

矩的参考方向：OTLn+TL－TL1.恒转矩负载特性nT(T2)TL(T0)由摩擦力产生的。当n＞0，TL＞0当n＜0，TL＜0如机床平移机构、压延设备等。T－TL=JdΩdt(1)反抗性恒转矩负载第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系OTLnOTLn(2)位能性恒转矩负载

由重力作用产生的。当n＞0，TL＞0当n＜0，TL＞0如起重机的提升机构和矿井卷扬机等。TLn=常数。如机床的主轴系统等。TL∝1n2.恒功率负载特性第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系3.通风机负载特性OTLnTL∝n2TL的方向始终与n的方向相

反。如通风机、水泵、油泵等。实际的通风机负载OTLnT0TL=T0＋kn2第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系二、稳定运行的条件当系统在某一工作点稳定运行时，扰动作用会导致系统的转速发生变化。如果在扰

动持续期间，系统能在新的条件下达到新的平衡，在新的工作点稳速运行，而且在扰动消失后能够自动回到原来的工作点稳速运行，这样的系统是稳定的。否则，系统是不稳定的。—充分条件运动方程:T－TL=JdΩdt当

T=TL时，,电力拖动系统处于稳定状态—必要条件=0dΩdtT－TL＞0→加速T－TL＜0→减速过渡过程:第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系n0TnOTLab干扰使TLa点:T＜TLn→Ta'→a'点。→a点。→n→T干扰过后T＞TL→T=TL第4章（作者：贺

晓蓉）电气工程与自动化系n0TnOTLaba"干扰使TLa点:T＜TLn→T→a'点。干扰过后T＞TL→n→T→T=TL→a点。干扰使TLnT＞TL→T→a"点。→T=TL干扰过后T＜TL→n→T→T=TL→a点。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系n0TnOabTLb点:

干扰使TL→n→n=0→堵转。→TnT＜TL干扰过后T＜TL，不能运行。b'第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系n0TnOabTLb点:干扰使TLn→T→n→n=0→堵转。T＜TL干扰过后T

＜TL，不能运行。干扰使TLnT＞TL→T→T=TL→b'点。→nb'干扰过后T＜TL→n→T→a点。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系稳定运行的充分条件:dTdn＜dTLdnn0TnOabTL稳定运行点不稳定运行点第4章（作

者：贺晓蓉）电气工程与自动化系◆在工作点上方做一条水平直线，分别交T-n曲线于A点，TL-n曲线于B点，若A点在B点左侧，则系统稳定,否则，系统不稳定。.nTTTLAB电力拖动系统稳定运行的简便判定法dTdn＜dTLdn第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系n0TnO电动机的自适应

负载能力电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整这种能力称为自适应负载能力。自适应负载能力是电动机区别于其他动力机械的重要特点。如:柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载。a点→TL新的平衡TL→a'点a

a'T－TL'＜0→n→I2→TI1→P1TL'第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系nTLT+n-nn0AB问题：判断下面的系统能否稳定运行？nTLTn0第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系4.3三相异步电动机的起动

当异步电动机接到三相对称电源后，如果电磁转矩大于负载转矩，转子就从静止状态旋转起来，并逐步过渡到稳定运行状态，这个过程叫做异步电动机的起动。一、电动机的起动指标1.起动转矩足够大。TS＞TL。一般要求TS≥(

1.1~1.2)TL2.起动电流不超过允许范围。3.起动设备应力求结构简单、操作方便、价格低廉、制造和维修方便。4.应力求降低起动过程中的能量损耗。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系异步电动机的实际起动情

况起动电流大：IS=SCIN=(5.5～7)IN起动转矩小：TS=StTN=(1.6～2.2)TN不利影响(1)大的IST使电网电压降低，影响自身及其他负载工作。(2)频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。思考：为什么异步电动机起动电流大而起动转

矩并不大？第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系起动电流大的原因：起动瞬间s=1，根据等效电路可见，起动时，电动机的阻抗显著减小，电流显著增大。IS=(5.5～7)IN－E1=E2'＋＋U1－I1R1jX1jX2'R2'I2'1－sR2'sR

0jX0I022cosICTmT=起动转矩不大的原因：(1)起动电流大，阻抗压降大，感应电势小，说明磁通小(2)s=1时，很小。TS=(1.6～2.2)TN若起动转矩TS过小，将无法直接起动电动机。2cosm第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系二、笼型异步电动机的直接起动1.小容量的电

动机（PN≤7.5kW）2.电动机容量满足如下要求：ISINSC=≤14〔〕3+电源总容量(kV·A)电动机容量(kW)第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系三、笼型异步电动机的减压起动1.定子串联电阻或电抗减压起动M3~3~RSQ1FUQ2起动运行M3~XSQ1FUQ2

3~第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系适用于：正常运行为△形联结的电动机。2.星形－三角形减压起动（Y－起动）3~UNQ1FUQ2U1U2V1V2W1W2第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系适

用于：正常运行为△形联结的电动机。2.星形－三角形减压起动（Y－起动）3~UNQ1FUQ2U1U2V1V2W1W2Y起动第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系适用于：正常运行为△形联结的电动机。2.星形－三角形减压起动（Y－起动）运行Q23~UNQ1FUU1U2V1V2W

1W2定子相电压比定子相电流比起动线电流比U1PYU1P△UN3UN==13I1PYI1P△U1PYU1P△==13ISYIS△I1PY3I1P△==13第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系电源电流比起动转矩比TSYTS△U1PYU1

P△==13()2IYI△ISYIS==13第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系(2)ISY＜Imax（线路中允许的最大电流）。(3)TSY＞(1.1～1.2)TL。Y－起动的使用条件(1)正常运

行时应采用形连接的电动机。该起动方法只适用于轻载或空载起动。优点是体积小重量轻、运行可靠、检修方便。缺点是起动电压不能根据负载选择。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系2.自耦变压器减压起动TA3~UNQ1F

UQ2M3~第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系大连理工大学电气工程系2.自耦变压器减压起动3~UNQ1FUQ2TAM3~起动第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系大连理工大学电气工程系2.自耦变压器减压起动Q1FU运行TA3~UNQ2M3~第4章（作

者：贺晓蓉）电气工程与自动化系2.自耦变压器减压起动3~UNQ1FUQ2TAM3~起动U降压比定子线电压比U1LaU1LbUUN==KA定子相电压比U1PaU1Pb==KAU1LaU1Lb定子相电流比I1PaI1Pb==KAU1PaU

1Pb第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系大连理工大学电气工程系2.自耦变压器减压起动TAM3~3~UNQ1FUQ2起动ISaKAISa起动电流比ISaISbI1PaI1Pb==KA电源电流比IaIbKAISaISb==KA2起动转矩比=KA2TSaTSbU1PaU1Pb=(

)2第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系降压比KA可调QJ2型三相自耦变压器：KA=0.55、0.64、0.73QJ3型三相自耦变压器：KA=0.4、0.6、0.8(1)ISTa＜Imax（线路中允许的最大电流）(2)TSTa＞(1.1

～1.2)TL自耦变压器减压起动的使用条件自耦变压器适用于大中型电动机的减压起动。其优点是电压抽头可供不同负载时选择。缺点是自耦变压器的体积大而重、价格高、控制线路较复杂、且不允许频繁起动。第4章（作者

：贺晓蓉）电气工程与自动化系【例4.3.1】一台Y250M－6型三相笼型异步电动机，UN=380V，联结，PN=37kW，nN=985r/min，IN=72A，ST=1.8，SC=6.5。如果要求电动机起动时，起动转矩必须大于250N·m，从电源取用的电流必须小于360A。试问：(1)

能否直接起动？(2)能否采用Y－起动？(3)能否采用KA=0.8的自耦变压器起动？解：(1)能否直接起动602TN=PNnN=×N·m=359N·m602×3.1437×103985直接起动时起动转矩和起动电流为TST=STTN=1.8×359N·m=646N·mIST=SCIN=6

.5×72A=468A第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系虽然TST＞250N·m，但是IST＞360A，所以不能采用直接起动。(2)能否采用Y－起动TSTY=TST13=×646N·m=215N·m13ISTY=IST13=×468A=156A1

3虽然ISTY＜360A，但是TSTY＜250N·m，所以不能采用Y－起动。(3)能否采用KA=0.8的自耦变压器起动TSTa=KA2TST=0.82×646N·m=413N·mISTa=KA2IST=0.82×468A=300A第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系由于TST

a＞250N·m，而且ISTa＜360A，所以能采用KA=0.8的自耦变压器起动。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系4.软起动器起动UNtstuOU0ILitOIRts限压起动模式的起动过程限流起动模式的

起动过程M3~3~Q×××软起动器第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系四、绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动1.无级起动3~Q定子电刷滑环起动变阻器转子第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系n0T

nOT1TNTMnNnM1NnM2M1abcdM2由几何关系求得起动变阻器的最大值为R2=sNU2N√3I2N由铭牌数据求得转子每相绕组电阻的公式为RST=(－1)TNsNT1R2第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系附（转子电阻的求取）：转子绕组为星形接法，在额定状

态下运行时：NNNNNNNNNIUUIXsXsRUXsREI22N222N22N22222N22222N23sRR3ss)(3/s)(s==+=+=可以忽略不计，则很小，由于第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系RST1RST23~M3~Q1Q2Q(1)起动过程分析①串联RST1和RST2起

动（特性a）总电阻R22=R2+RST1+RST2n0TnOa(R22)TLT2a1a2T1切除RST22.有级起动第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系b(R21)n0TnOa(R22)T2T1a1a2TLb1b2②合上Q

2，切除RST2（特性b）总电阻R21=R2+RST13~M3~Q1Q2RST1RST2Q切除RST1第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系③合上Q1，切除RST1（特性c）总电阻:R20＝R2c(R20)b(R21)n0TnOa(R22)

T2T1a1a2TLb1b2c1c2p3~M3~Q1Q2RST1RST2Q分级起动时使每一级的I1（或T1）与I2（或T2）取得大小一致，可以使电动机较均匀加速，并能改变电动机的换向情况，缓和起动转矩对传动机构和工作机械的有害冲击。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系(2)起

动电阻的计算①选择T1和T2起动转矩：T1=(0.8~0.9)TM切换转矩：T2=(1.1~1.2)TL②求出起切转矩比=T1T2③确定起动级数m根据相似三角形的几何关系来推导。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系T1n0－nc1TMn0－nMc==sc1sMcc(R2)

b(R21)n0TnOa(R22)T2T1a1a2TLb1b2c1c2pT2n0－nc2TMn0－nMc==sc2sMc同理可得：T1TM=sa1sMa=sb1sMb=sc1sMcT2TM=sa2sMa=sb2sMb=sc2sMc因为sa2=sb1

，sb2=sc1sM∝R2=T1T2=sMasMb=R22R21所以=T1T2=sMbsMc=R21R2第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系因此有下面的关系R21=βR2R22=βR21=β2R2对于m级起动，有R2m=βmR2式中R2m=R2＋RST1＋RST2＋···＋RS

Tm于是得到下式：β=R2mR2m因为sMcsMasc1=sa1=R2R22=1×R2R22第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系对于m级起动，则有sc1=R2R2m在固有特性c上，有关系T1TN=sc1sN=TNsNT1m因此

可得β=R2mR2mm=TNsNT1lgβlg④重新计算，校验T2是否在规定范围内。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系大连理工大学电气工程系⑤求出各级起动电阻RSTi=(βi－βi-1)R2i=1,2,3

…第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系【例4.3.2】JR41－4型三相绕线型异步电动机拖动某生产机械。已知电动机的PN=40kW，nN=1435r/min，MT=2.6，U2N=290V，I2N=86A。已知起动时

的负载转矩TL=200N·m，采用转子电路串电阻起动。起动级数初步定为三级。求各级应串联的起动电阻。解：(1)选择起动转矩T1602TN=PNnN=×N·m=266.32N·m602×3.1440×1031435TM=MTTN=2.6×266.32N·m=692.43N·

mT1=(0.8~0.9)TM=(553.94~623.19)N·m取T1=580N·m第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系(2)求出起切转矩比T2=T1β=N·m=263.64N·m5802.2由于T2>1.1TL，所以所选m和β合适。==

2.2266.320.0433×5803n0－nNn0sN=1500－14351500==0.0433β=TNsNT1mR2=sNU2N3I2N==0.08440.0433×2901.732×86(3)求出切换转矩T2(4)求出转子每

相绕组电阻R2第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系(5)求出各级起动电阻RST1=(β－1)R2=(2.2－1)×0.0844=0.1RST2=(β2－β)R2=(2.22－2.2)×0.0844=0.22RST3=(β3－β2)R2=(2.2

3－2.22)×0.0844=0.49第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系频敏变阻器频率高：损耗大，电阻大。频率低：损耗小，电阻小。转子电路起动时f2高，电阻大，TST'大，IST'小。转子电路正常运行时f2低，电阻小，自动切除变阻器。※五、绕线型异步电动机转子电路串联频敏变阻器起

动频敏变阻器第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系※六、改善起动性能的三相笼型异步电动机1.深槽型异步电动机槽深h与槽宽b之比为：h/b=8~12漏电抗小↑漏电抗大增大↑电流密度起动时，f2高，漏电抗大，电流的集肤效应使导条的等效面积减小，即R2，使TST。运行时，f2很低，漏电

抗很小，集肤效应消失，R2→。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系大连理工大学电气工程系2.双笼型异步电动机电阻大漏抗小电阻小漏抗大上笼（外笼）下笼（内笼）起动时，f2高，漏抗大，起主要作用，I2主要集中在外笼，

外笼R2大→TST大。外笼——起动笼。运行时，f2很低，漏抗很小，R2起主要作用，I2主要集中在内笼。内笼——工作笼。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系大连理工大学电气工程系4.4三相异步电动机的调速1.改变磁极对数p2.改变转差率s3.改变电源频率f1(变频调速)调速方

法：n=(1－s)n0=(1－s)60f1p——有级调速。无级调速。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系一、电动机的调速指标1.调速范围2.调速方向3.调速的平滑性——平滑系数4.调速的稳定性——静差率D、δ、nN的关系(nN=nmax)D=nmaxnminσ=nini－1δ=×1

00%n0－nfn0TnOn01n02△nN△nND=nNδnN(1－δ)第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系例如：nN=1430r/min，△nN=115r/min，要求δ≤30%、则D=5.3。要求δ≤20%、则D=3.1。再如：nN=1430r/min，D=20，δ≤5%，则

nN=3.76r/min。5.调速的经济性6.调速时的允许负载不同转速下满载运行时：输出转矩相同——恒转矩调速。输出功率相同——恒功率调速。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系二、笼型异步电动机的变频调速U、f

可变M3~3~整流电路逆变电路50Hz控制电路直流TLTLn0TnOn0'f1＜fN，=常数U1f1f1fNn0TnOn0'f1＞fNU1=UNf1fN第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系大连理工大学电气工程系1.调速方向f1＜fN时：n。2.调速范围D较大。3.调速的平滑性平滑性

好（无级调速）。4.调速的稳定性稳定性好。5.调速的经济性初期投资大；运行费用不大。6.调速时的允许负载f1＞fN时：n。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系=常数U1f1因为→Φm基本不变，基本不变。所以T=CTΦmI2Ncos2(1)f1＜fN时——恒转矩调速。P2

=T2ΩU14.44f1kw1N1Φm=≈TΩ(2)f1＞fN时因为U1L=UN所以T=CTΦmI2Ncos2∝1f1∝1n∝1n∝Tn=常数——恒功率调速。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系变频器第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系优点：(1)一体化的通用变频器和电动机的组合可以

提供最大效率。(2)变速驱动，输出功率范围宽（如从120W~7.5kW）。(3)在需要的时候，通用变频器可以方便地从电动机上移走。(4)高起动转矩。电机变频器一体化产品第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系【例4.4.1】某三相笼型

异步电动机，PN=15kW，UN=380V，形联结，nN=2930r/min，fN=50Hz，MT=2.2。拖动一恒转矩负载运行，T=40N·m。求：(1)f1=50Hz，U1=UN时的转速；(2)

f1=40Hz，U1=0.8UN时的转速；(3)f1=60Hz，U1=UN时的转速。解：(1)602TN=PNnN=×N·m=48.91N·m602×3.1415×1032930TM=MTTN=2.2×48.91N·m=107.61N·mn0－nNn0sN=3000－2

9303000==0.0233第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系n=(1－s)n0=(1－0.0187)×3000r/min=2944r/min(2)sM=sN/(MT－MT2－1)=0.0233/(2.2－2.22－1)=0.0969

=0.0969×－－1=0.0187()2107.6140107.6140U1f1成比例减小时，TM不变，sM与f1成反比，故T'M=TM=107.61N·ms=sM－－1TMT()2TMT第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系s'M=sMf1f'1=×0.096

9=0.1215040n'=(1－s')n'0=(1－0.0233)×2400r/min=2344r/min=0.121×－－1=0.0233()2107.6140107.6140s'=s'M－－1()2T'MTT'MTn'0=60f'1

p=r/min=2400r/min60×401第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系(3)f1增加，U1不变时，sM∝。1f1TM∝,1f12=×107.61N·m=74.73N·m50602=×0.0969=0.080755

060=r/min=3600r/min60×601s"=sM－－1()2TMTTMT=0.0234""""n0=60f1p"n"=(1－s")n0"=(1－0.0234)×3600r/min=3516r/minTM=TMf1f12""s

M=sMf1f1""第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系大连理工大学电气工程系TL三、笼型异步电动机的变极调速n0TnOYYY0.5n0n0TnO△YY0.5n0TL1.调速方向Y(△)→YY：nYY→Y()：n2.调速范围D=2~43.调速的平滑性平滑性差。4.调速的

稳定性稳定性好。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系静差率：(基本不变）δ=×100%n0－nn0nn0=P2=3UNINcos1T2=P2=，12INYINYY因为=12YYY满载输出转矩：满载输出功率：5.调速的经济性经济性好。6.调速时的允许负载①YY－Y——恒

转矩调速。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系如果cos1、η不变，则=12P2YP2YY=1T2YT2YY（恒转矩调速）(2)YY－因为=3IPN2IPNININYY=32=12YY如果cos1、η不变，则P2P2YY=32

≈1（恒功率调速）T2T2YY=×2=1.73232——（近似）恒功率调速。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系大连理工大学电气工程系【例4.4.2】某三相多速电动机，PN=2.2/3.8kW，nN=1440/2880r/min，MT=2.0/2.0。拖动TL=10N·m的恒转矩负载。求

在两种不同磁极对数时的转速。解：(1)p=2时n0－nNn0sN=1500－14401500==0.04602TN=PNnN=×N·m=14.6N·m602×3.142.2×1031440TM=M

TTN=2×14.6N·m=29.2N·m第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系n=(1－s)n0=(1－0.0263)×1500r/min=1460.55r/min(2)p=1时sM=sN/(MT－MT

2－1)=0.04/(2－22－1)=0.149=0.149×－－1=0.0263()229.21029.210s=sM－－1TMT()2TMTn0－nNnNs'N=3000－28803000==0.04s

'M=sM第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系602T'N=PNnN=×N·m=12.61N·m602×3.143.8×1032880T'M=MTTN=2×12.61N·m=25.22N·mn'=(1－s')n0=(1－0.0308)×3000

r/min=2907.6r/min=0.149×－－1=0.0308()225.221025.2210s'=s'M－－1T'MT()2T'MT第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系n0TnOnMUNTLTL四、笼型异步电动机的变压调

速TL1.调速方向U1(＜UN)↓→n↓2.调速范围D较小。U1n0TnOnMUNU13.调速的平滑性若能连续调节U1，n可实现无级调速。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系4.调速的稳定性稳定性差。U1→δ5.调速的经济性经济性较差。(1)需要可调交流电

源。(2)cos1和均较低。6.调速时的允许负载既非恒转矩调速，又非恒功率调速。因为T∝U1P2所以U1→T(n)→P2第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系【例4.4.3】三相笼型异步电动机，P

N=15kW，UN=380V，nN=960r/min，MT=2。试求：(1)U1=380V，TL=120N·m时的转速；(2)U1=300V，TL=100N·m时的转速。解：(1)U1=380V，TL=120N·m时n0－

nNn0sN=1000－9601000==0.04602TN=PNnN=×N·m=149.28N·m602×3.1415×103960TM=MTTN=2×149.28N·m=298.56N·m第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系n=

(1－s)n0=(1－0.031)×1000r/min=969r/min=0.04/(2－22－1)=0.149=0.149×－－1=0.031()2298.56120298.56120s=sM－－1TMT()2TMTsM=sN/(MT－

MT2－1)第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系n'=(1－s')n0=(1－0.044)×1000r/min=956r/min=0.149×－－1=0.044()2186100186100(2)U1=300V，TL=100N·m时sM不变，T

M∝U12，故s'M=sM=0.149T'M=×298.56N·m=186N·m3003802s'=s'M－－1()2T'MTT'MT第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系n0TnOTMR2R2+Rr五、绕线型异步电动机转子串联电阻调速TLM3~3~R

rKM1.调速方向n2.调速范围D较小。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系Φm不变，3.调速的平滑性取决于Rr的调节方式。4.调速的稳定性稳定性差。Rr→δ。5.调速的经济性初期投资不大，但运行效率较低。6.调

速时的允许负载因为调速前后U1、f1不变，I2N=sNE2R22＋(sNX2)2=E2＋(sNX2)2R22sN调速前——恒转矩调速。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系调速后可见调速前调速后I2N=sE2(R2＋Rr)2＋(sX2)2=E2＋X22R2＋Rr2sR2＋RrsR2sN=cos

2=R2R22＋(sNX2)2=R2/sN＋X22R22sNcos2=R2＋Rr(R2＋Rr)2＋(sX2)2第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系cos2=R2＋Rr(R2＋Rr)2＋(sX2)2=(R2＋Rr)/s＋X22

R2＋Rr2s=R2/sN＋X22R22sN可见，调速前后cos2不变，根据T=CTΦmI2cos2可知调速时允许的转矩不变，为恒转矩调速。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系【例4.4.4】一台三相绕线型异步电动机，拖动一恒转矩负载运行。已知PN=20kW，nN=1420r/min，

U2N=187V，I2N=68.5A，MT=2.3，TL=100N·m。试求：(1)转子电路未串电阻时的转速；(2)转子电路串联电阻Rr=0.0159时的转速。解：(1)转子电路未串联电阻时n0－nNn0sN=1500

－14201500==0.0533602TN=PNnN=×N·m=134.57N·m602×3.1420×1031420TM=MTTN=2.3×134.57N·m=309.5N·m第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系n=(1－s)n0=(1－0.0387)×1500r/min=1442r/

min(2)转子串联电阻Rr时，T'M=TM，sM∝(R2＋Rr)sM=sN/(MT－MT2－1)=0.0533/(2.3－2.32－1)=0.233R2=sNU2N3I2N==0.08410.0533×1871.732×6

8.5=0.233×－－1=0.0387()2309.5100309.5100s=sM－－1()2TMTTMT第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系s'M=sMR2＋RrR2=×0.233=0.2770.10.0841由于T

L不变，因此s∝(R2＋Rr)n'=(1－s')n0=(1－0.046)×1500r/min=1431r/min=0.277×－－1=0.046()2309.5100309.5100s'=s'M－－1()2T'MTT'MTs'=sR2＋RrR2=×0.0387=0.0460.10.084

1法1法2第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系作业❖4.1.2❖4.3.5❖4.4.44.4.5❖4.5.24.5.3下一章思考题❖4.1.14.1.3❖4.3.24.3.34.3.4❖4.4.3❖4.5.14.5.4第4章（作者：贺晓

蓉）电气工程与自动化系*六、绕线型异步电动机的串级调速1.串级调速的原理在转子电路中串联一个与e2s频率相等、相位相同或相反的附加电动势ead，以代替Rr上的电压降，从而使这部分能量不致损耗掉。转子相电流：sE2±EadR2＋jsX2I2s=转子串电阻调速要

消耗电能，不经济。在绕线式异步电动机的转子回路中外加一个附加电势Ead，用以控制转差功率来实现调速，这种调速方法称为串级调速。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系CI22EsCfE～adE2

EsSI2I2s=sE2＋EadR22＋(sX2)2e2s与ead同相位时：在引入ead的瞬间：I2s→T→n→sE2→I2s→T···→T=TL2R2sX第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系在引入ead的瞬间：I2se2

s与ead相位相反时：→T→n→sE2→I2s→T···→T=TLI2s=sE2－EadR22+(sX2)2CI22EsCfE～adE2EsSI22R2sX如能用某一装置使附加电势Ead的数值平滑改变，则异步电动机将实现平滑调节转速。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与

自动化系3.串级调速的调速性能(1)调速方向(2)调速范围D较大。(3)调速的平滑性平滑性好。(4)调速的稳定性稳定性好。(5)调速的经济性初期投资大；运行效率较高，运行费用不大。(6)调速时的允许负载因为调速前后U1、f1不变，Φm不变，且cos2也不变。所以T=CTΦmI2Nco

s2不变。——恒转矩调速。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系制动是从某一稳定转速开始减速到停止或限制位能性负载下降速度的一种运转过程。制动方式①自然停车②机械制动（抱闸）③电气制动能耗制动反接制动回馈制动电动状态：电磁转矩T与转速n同方向，电动机输入电能，输出机械能。制动状态：电

磁转矩T与转速n反方向，电动机输入机械能，输出电能。4.5三相异步电动机的制动第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系电动运行状态转子旋转方向与旋转磁势的旋转方向相同，且与电磁转矩的方向相同。电动机从

电网吸收电能，从轴上输出机械能。第I象限为正向电动状态；第III象限为反向电动状态。-TTnOn0-n0正向电动反向电动第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系M3~3~Q1一、能耗制动n＋U－Q2RbI1×ΦFFT1.制动原理T制

动前Q1合上，Q2断开，M为电动状态。制动时Q1断开，Q2合上。定子:U→I1→Φ转子:n→E2→I2M为制动状态。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系2.能耗制动时的机械特性OnT特点：(1)因T与n方向相反，n－T曲线在第二、四象限。(2)因n=0时，T=0，n－T曲线过

原点。(3)制动电流增大时，制动转矩也增大；产生最大转矩的转速不变。I1"I1'＜第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系3.能耗制动过程——迅速停车OnT12(1)制动原理制动前：特性1。制动时：特性2。原点O(n=0，T

=0)，a点b点惯性ab(T＜0，制动开始)n↓制动过程结束。(2)制动效果Rb→I1→Φ→T→制动快。(3)制动时的功率定子输入：P1=0，轴上输出：P2=TΩ＜0。动能P2→转子电路的电能→PCu2消耗掉。转子转子电阻消耗掉机械功率P2TL第4章（作者：贺晓蓉）

电气工程与自动化系4.能耗制动运行——下放重物TLOnT12aa点b点惯性(T＜0，制动开始)bn↓原点O(n=0，T=0),在TL作用下n反向增加cc点(T=TL),制动运行状态以速度nc稳定下放重物。制动效果：由制动回路的电阻Rb决定。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系二、反接

制动1.定子反向的反接制动——迅速停车3~M3~3~M3~Rb制动前的电路制动时的电路(1)制动原理第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系－TLTL制动前：正向电动状态。制动时：定子相序改变，n0变向。OnT1n02－n0bs=－n0－n－n0=n0＋nn0即：s＞1(第二象限)。同时：E

2s、I2反向，T反向。aca点b点(T＜0，制动开始)惯性n↓c点(n=0，T≠0)，制动结束。到c点时，若未切断电源，M将可能反向起动。ds012第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系取决于Rb的大小。(2)制动效果aOnT1n02－n0bc(3)制动时的功率

Pe=m1I2'2R2'＋Rb's＞0PCu2=m1(R2'＋Rb')I2'2=Pe－Pm=Pe＋|Pm|＜0Pm=(1－s)Pe三相电能电磁功率Pe转子机械功率Pm定子转子电阻消耗掉第4章（作者：贺晓蓉）电气工

程与自动化系2.转子反向的反接制动——下放重物OnT1n02bcTLad(1)制动原理定子相序不变，转子电路串联对称电阻Rb。a点b点(Tb＜TL)，惯性n↓c点(n=0，Tc＜TL)在TL作用下M反向起动d点(nd＜0，Td=TL)制

动运行状态(2)制动效果改变Rb的大小，改变特性2的斜率，改变nd。3e低速提升重物但必须使C点电磁转矩小于负载转矩TL，否则只能降低提升速度，不能稳定下放重物。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系(3)制动时的功

率s=n0－nn0第四象限：＞1(n＜0)Pe=m1I2'2R2'＋Rb's＞0PCu2=m1(R2'＋Rb')I2'2=Pe－Pm=Pe＋|Pm|＜0Pm=(1－s)Pe——定子输入电功率——轴上输入机械功率（位能负载的位能）——电功率与机械功率均消耗在转子电路中。第4章（作者：

贺晓蓉）电气工程与自动化系TnOf1'f1"f1'＞f1"三、回馈制动特点：|n|＞|n0|，s＜0。电机处于发电机状态。将系统的动能转化为电能送给电网。1.调速过程中的回馈制动TLabcdTnOYYYTLabcd?n＞n0第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系2.下放重物时的回馈制动GRbT

3~M3~TnTLnOnTTLn0－n0bac正向电动反接制动d回馈制动反向电动s012第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系＜0(n＜－n0)＜0——定子发出电功率，向电源回馈电能。＜0——轴上输入机械功率(位能负载的位能)。PCu2=Pe－Pm|Pe|=|Pm|－PCu2

——机械能转换成电能(减去转子铜损耗等)。制动时的功率s=－n0－n－n0第四象限：Pe=m1I2'2R2'＋Rb'sPm=(1－s)Pe第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系制动效果Rb→下放速度。※为了避免危险的高速，一般不串联Rb。OnTTLn0－n0第4

章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系【例4.5.1】例4.4.4中的三相绕线型异步电动机，拖动TL=100N·m的位能性负载。现欲采用回馈制动下放该重物，在转子电路中串联电阻Rb=0.0159。试求：(1)切换后的

瞬间（b点）的制动转矩；(2)在d点下放重物时的转速。解：根据例4.4.4的计算，在固有特性上工作时，TM=309.5N·m，sM=0.233，na=1442r/min，R2=0.0841。(1)nb

=na=1442r/minn0－nbn0sb=－1500－1420－1500==1.96转子串联电阻Rb时，TM不变，sM∝(R2＋Rb)第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系OnTTLn0－n0bacdT

b=+－2TMsMbsbsbsMb=－=－85.77N·m+2×309.50.2771.961.960.277TbsMb=sMR2＋RbR2=×0.233=0.2770.10.0841TM第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系nd=(1－sd)n0=(1＋0.046)×(－1500)r

/min=－1569r/min=－0.277×－－1=－0.046()2309.5100309.5100()2sd=－sMb－－1TMTLTMTL2MMTTss=100*0.2770.04622*309.5LdMMTssT===−−−或者：第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与

自动化系四、各种制动方法比较1、能耗制动优点：制动平稳，便于实现准确停车；缺点：制动较慢，需增加一套直流电源；应用场合：要求准确、平稳停车的场合；限制位能性负载下放速度；2、反接制动优点：制动强烈、停车迅速；缺点：能量损耗大，控制复杂。不易实现准

确停车；应用场合：要求迅速停车或要求反转的场合。3、回馈制动优点：能向电网回馈电能，比较经济；缺点：在n<n1时不能实现回馈制动；应用场合：限制位能性负载下放速度，并在n>n1情况下采用。第4章（作者：贺晓蓉）电气工程

与自动化系第4章（作者：贺晓蓉）电气工程与自动化系5.延边三角形降压起动它有九个接线端。抽头比越大，起动电流和起动转矩就越小。每条边的匝数分别为N1和N2，称为定子绕组的抽头比。21NN延边三角形降压起动三角形直接起动第4章（作者：贺晓蓉）