《电机及拖动基础》第五章 异步电动机的电力拖动(新)
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06电机拖动第五章异步电机二2 共26页
pCu1
m1
I
2 1
R1
sPe——转差功率
动
pFe
m1
I
2 m
R
m
基 础
Pe
m1E2 I 2
cos 2
m1I 22
R2 s
转速n越低，转差 率s越大，即转差 功率越大，则转
pCu 2
m1I 22 R2
sPe
子铜耗就越大
Pmech
Pe
拖 动
• 负载增大时：P2增加、I2增大以产生更大的电磁功率，故 s也增大、n稍有下降
基
础 • 一般转子铜耗很小，额定负载时：s≈1.5%～5%，则
n≈(0.985～0.95)ns
——异步电动机的转速特性为一条稍向下倾斜的曲线。
11
2、定子电流特性 I1f(P2)
I1 Im(I2)
电 机 • 空载时：定子电流几乎全部为励磁电流Im 学 • 负载增大时：P2增加、n下降、I2′增大，故I1随之增大 及 ——异步电动机的定子电流几乎随P2按正比例增加。 拖
空载特性曲线
16
2、励磁参数、铁耗及机械损耗的确定
（1）机械损耗和铁耗的分离 电
机 学
• 空载时，s≈0、I2≈0
及
p 10m 1I1 2R 1pF epm ech
拖
动
p 10m 1I1 2R 1pF epm ech
基
础 • 铁耗与磁密平方、即与端电压平方成正比
• 机械损耗仅与电动机转速有关，空载时可认为是恒值
17
（2）励磁参数的确定
• 空载时，s≈0
电机与拖动基础第5章-三相异步电动机的电力拖动
（1）改变定子电压的人为机械特性 通常是降低定子电压而电机其它参数均不变。特点是：
1）n0
不变：电机同步转速
n0
60 f1 p
与电压U1
无关。不同电压的人
为机械特性都通过 n0 点；
2） sm 与U1 无关：sm
R12
R2/ (X1
X
' 2
)
2
，与电压U1 无关，不同电压
U1 人为机械特性的 sm 相同；
3）
Tm
和
Tst
均
与
U
2 1
成正比：异步电机的电磁转矩TTeme
U12
，最大转
矩 Tm 以及起动转矩Tst 都要随U1 的降低而按U12 规律减小。
图5-3为U1 U N 、U1 0.8U N 、U1 0.5U N 时的人为机械特性。
图 5-3 改变定子电压的人为机械特性
随电机定子电压的降低，电机的人为机械特性是过 n0 点的曲线簇。 对于恒转矩负载TL 。额定电压为UN 时，稳定运行在 A 点。如果端电压降 低到 0.8UN 时，电机稳定运行于 B 点，转速降低。如果U1 降低到 0.5UN ，电机 将会停转（堵转状态）。
率
sm
。最大电磁转矩 Tm
m1 1
[ R1
U
2 1
取正号时，对
R12
(X1
X
' 2
)2
]
应于 Te s 中 P 点；取负号时，对应图中 P' 点。因 R1 前有正负
号，所以 Tm 和 Tm 的绝对值并不相等，即 Tm Tm 。当忽略 R1 时，
电机及拖动基础 第5版 第五章 三相异步电动机的电力拖动
r1 r2'
s2
X1
X
' 2
2
当s， s0区间，Ts 当s继续至s1区间，T1/s
最 大 转 矩 点
临界转差率
sm
r2,
X1
X
' 2
最大转矩倍数
最大转矩
Tmax
m1 pU12
4f1
X1
X
' 2
过载能力
m
Tmax TN
一般：2.0～2.2
起动时，s=1，代入公式：
起动
转矩
Tst
m1 pU12 r2,
《电机及拖动基础》(4版) 三相异步电动机的电力拖动
例5-1 为何在农村用电高峰期间，作为动力设备的三 相异步电动机易烧毁？
解 电动机的烧毁是指绕组过电流严重，绕组的绝 缘因过热损坏，造成绕组短路等故障。由于用电高峰 期间，水泵、打稻机等农用机械用量大，用电量增加 很多，电网线路电流增大大，线路压降增大，使电源 电压下降较多，这样影响到农用电动机，使其主磁通 大为下降，在同样的负载转矩下，由电磁转矩的物理 表达式可知转子电流大为增加，尽管主磁通下降，空 载电流会下降，但它下降的程度远为转子电流增加的 程度大，根据磁通势平衡方程式，定子电流也将大为 增加，长期超过额定值就会发生“烧机”现象。
据题意
sm
r2, Rs't
X1
X
' 2
1
得
Rs' t
X1
X
' 2
r2,
(3.12
4.25
1.4)
5.97
《电机及拖动基础》(4版) 三相异步电动机的电力拖动
三、电磁转矩的实用表达式
电机拖动与控制 5、异步电机电力拖动
起动时，电抗器或电阻接入定子电路；起 动后，切除电抗器或电阻，进入正常运行。 三相异步电动机定子边串入电抗器或电阻起动 时，定子绕组实际所加电压降低，而减小起动 电流。 但定子边串电阻起动时，能耗较大，实际 应用不多。
2.Y-Δ 降压起动
对正常运行采用△形接法的异步电动机，起动时定子 绕组接成Y形，运行时定子绕组接成Δ 形，其接线图如图 所示。 实际工作中，为了接线方便，电机绕组的引出线顺序 作了调整，接线方式如图（b）所示。对于运行时定子绕 组为Y形接的笼型异步电动机则不能用这种方法起动。
3.自耦变压器（起动补偿器）起动
自耦变压器也称为起动补偿器。 起动时电源电压加在自耦变压器高压侧，电动机接在 自耦变压器的低压侧，因此经自耦变压器降压后，使加在 电动机定子绕组上的电压降低，从而减小起动电流。 起动结束后电源直接加到电动机上，并切除自耦变压 器，使电动机全压运行。
自耦变压器降压起动的接线
1.变极调速原理
设定子绕组由两个结构完全相同的线圈组 构成，每一个线圈组称半相绕组。 图6-9（a）(b)(c)为电机定子绕组的接线 形式，从图中可以看出，只要将定子绕组的两 个半相绕组中的任何一个半相绕组的电流反向， 就可将磁极对数增加一倍或减少一半，这就是 单绕组倍极比的变极原理，如２/４，４/８极 等。
5.3.1变极调速
在电源频率不变的条件下，改变电动机的 极对数，电动机的同步转速n1就会发生变化， 从而改变电动机的转速。若极对数减少一半， 同步转速就提高一倍，电动机转速也几乎升高 一倍。 通常用改变定子绕组的接法来改变极对数， 这种电机称多速电动机。其转子均采用笼型转 子，因其感应的极对数能自动与定子相适应。
5.3
三相异步电动机的调速
人为地在同一负载下使电动机转速从某一数值改 变为另一数值，以满足生产过程的需要，这一过程称 为调速。 近年来，随着电力电子技术的发展，异步电动机 的调速性能大有改善，交流调速应用日益广泛，在许 多领域有取代直流调速系统的趋势。 从异步电动机的转速关系式可以看出，异步电动 机调速可分以下三大类： (1)改变定子绕组的磁极对数p— 变极调速。 (2)改变供电电网的频率fl— 变频调速。 (3)改变电动机的转差率s，方法有改变电压调速、 绕线式电机转子串电阻调速和串级调速。
2.Y-Δ 降压起动
对正常运行采用△形接法的异步电动机，起动时定子 绕组接成Y形，运行时定子绕组接成Δ 形，其接线图如图 所示。 实际工作中，为了接线方便，电机绕组的引出线顺序 作了调整，接线方式如图（b）所示。对于运行时定子绕 组为Y形接的笼型异步电动机则不能用这种方法起动。
3.自耦变压器（起动补偿器）起动
自耦变压器也称为起动补偿器。 起动时电源电压加在自耦变压器高压侧，电动机接在 自耦变压器的低压侧，因此经自耦变压器降压后，使加在 电动机定子绕组上的电压降低，从而减小起动电流。 起动结束后电源直接加到电动机上，并切除自耦变压 器，使电动机全压运行。
自耦变压器降压起动的接线
1.变极调速原理
设定子绕组由两个结构完全相同的线圈组 构成，每一个线圈组称半相绕组。 图6-9（a）(b)(c)为电机定子绕组的接线 形式，从图中可以看出，只要将定子绕组的两 个半相绕组中的任何一个半相绕组的电流反向， 就可将磁极对数增加一倍或减少一半，这就是 单绕组倍极比的变极原理，如２/４，４/８极 等。
5.3.1变极调速
在电源频率不变的条件下，改变电动机的 极对数，电动机的同步转速n1就会发生变化， 从而改变电动机的转速。若极对数减少一半， 同步转速就提高一倍，电动机转速也几乎升高 一倍。 通常用改变定子绕组的接法来改变极对数， 这种电机称多速电动机。其转子均采用笼型转 子，因其感应的极对数能自动与定子相适应。
5.3
三相异步电动机的调速
人为地在同一负载下使电动机转速从某一数值改 变为另一数值，以满足生产过程的需要，这一过程称 为调速。 近年来，随着电力电子技术的发展，异步电动机 的调速性能大有改善，交流调速应用日益广泛，在许 多领域有取代直流调速系统的趋势。 从异步电动机的转速关系式可以看出，异步电动 机调速可分以下三大类： (1)改变定子绕组的磁极对数p— 变极调速。 (2)改变供电电网的频率fl— 变频调速。 (3)改变电动机的转差率s，方法有改变电压调速、 绕线式电机转子串电阻调速和串级调速。
电机与拖动 精品课件——三相异步电动机的电力拖动
2
可得
Tem
r2' 2 m1 pU1 s r2' 2 ' 2 2f1 (r1 ) ( x1 x 2 ) s
（5-2）
该式表明了电磁转矩与转差率之间的关系称为转矩特性T= f(s)， 由于转速n=(1-s)nl，故可将T= f(s)曲线转化为异步电动机转速 n与电磁转矩T之间的关系，称之为机械特性。
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。
I stΔ
3
起动转矩关系: TstY 1
TstΔ
3
特点： Y- △降压起动设备简单，成本低。 但起动转矩降低很多，多用于空载或 轻载起动的设备上。
四.延边三角形降压起动
5.2.2、三相绕线式异步电动机的起动
1、转子回路串电阻分级起动
为了使整个起动过程中尽量保持较大的起动转矩、绕线式异步电动机 可以采用逐级切除起动电阻的转子串电阻分级起动。起动时串入全部电阻， 随着转速上升逐级切除所串电阻。起动完毕，起动电阻全部切除。
T CTJ m I 2 cos 2
CTJ pm1 N 1k N 1 2
——转矩常数
（5-1）
式中
上式表明三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通 m 与转子电流的有功分量 I cos 相互作用产生 2 2 的。
可得
Tem
r2' 2 m1 pU1 s r2' 2 ' 2 2f1 (r1 ) ( x1 x 2 ) s
（5-2）
该式表明了电磁转矩与转差率之间的关系称为转矩特性T= f(s)， 由于转速n=(1-s)nl，故可将T= f(s)曲线转化为异步电动机转速 n与电磁转矩T之间的关系，称之为机械特性。
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。
I stΔ
3
起动转矩关系: TstY 1
TstΔ
3
特点： Y- △降压起动设备简单，成本低。 但起动转矩降低很多，多用于空载或 轻载起动的设备上。
四.延边三角形降压起动
5.2.2、三相绕线式异步电动机的起动
1、转子回路串电阻分级起动
为了使整个起动过程中尽量保持较大的起动转矩、绕线式异步电动机 可以采用逐级切除起动电阻的转子串电阻分级起动。起动时串入全部电阻， 随着转速上升逐级切除所串电阻。起动完毕，起动电阻全部切除。
T CTJ m I 2 cos 2
CTJ pm1 N 1k N 1 2
——转矩常数
（5-1）
式中
上式表明三相异步电动机的电磁转矩是由主磁通 m 与转子电流的有功分量 I cos 相互作用产生 2 2 的。
第5章 三相异步电动机的基本原理(电机及拖动基础)
第五章三相异步电动机的基本原理主要讲授内容：三相异步电动机的工作原理、结构、运行特性、等效电路、参数测量、转矩转差的关系等，是必须掌握的内容，使本课程的重点。
是在现代工业中正被大量应用的机电能量转换装置，是后续课程《电力拖动》课程的基础。
讨论：三相异步电动机What？三相异步电动机的用途、结构？How？三相异步电动机的工作原理？第一节三相异步电动机的结构及额定参数一、异步电动机的主要用途和分类用途：异步电机主要用作电动机，拖动各种生产机械。
异步电动机的优点：结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高和具有适用的工作特性。
采用现代电力电子功率器件和计算机技术可得到良好的调速性能。
已经取代直流电动机，成为应用广泛的调速系统。
异步电动机的缺点：功率体积比较小。
功率因数较差。
直接接电网运行时，必须从电网里吸收滞后的励磁电流，使它的功率因数总是小于１。
通过控制器可以使这一缺点得到改善。
异步电动机运行时，定子绕组接到交流电源上，转子绕组自身短路，由于电磁感应的关系，在转子绕组中产生电动势、电流，从而产生电磁转矩。
所以，异步电机又叫感应电机。
二、异步电动机的分类从不同角度看，有不同的分类法：（1）按定子相数分有①单相；②三相异步电动机。
（2）按转子结构分有①绕线式；②鼠笼式。
后者又包括单鼠笼、双鼠笼和深槽式异步电动机。
此外，根据电机定子绕组上所加电压的大小，又有高压、低压异步电动机之分。
从其它角度看，还有高起动转矩、高转差率、高转速异步电机等等。
异步电机也可作为异步发电机使用。
单机使用时，常用于电网尚未到达的地区，又没有同步发电机的情况，或用于风力发电等特殊场合上。
在异步电动机的电力拖动中，异步电机回馈制动时，即运行在异步发电机状态。
风叶铁心绕组轴承滑环绕线电动机转子笼型绕组导条端环1、异步电动机的定子：异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕组三个部分组成的。
（1）定子铁心：是电动机磁路的一部分，装在机座里。
第五章 异步电动机的电力拖动
第一节Lia三on相in异g 步电动机机械特性
一、物理表达式
TCTm'2co2s
异步机的转矩系数 CTpm1N 21kw1
co2 s(R 2 R /s 2 )/2sX 2 2R 2 2 R 2 s2X 2 2co2s
m ——异步机每极磁通
2019/11/8
电机及拖动基础
22
博学明德 经世致用
2．电•源Ua反nn接div的Teer反sciht接yn制oolf动oSgcyience
勤奋向上 求实创新
为了L迅ia速o停ni车ng或反向，可将定子两相反接，工作点由A
转移到B此时转差率为
sn1(n) n1n1
n1
n1
在两相反接时 ，电动机的转矩为－T，与负载转矩共同作用下， 电动机转速很快下降，这相当于图中机械特性的BC段。
勤奋向上 求实创新
结论： and Technology
1当电源L频ia率on及in电g机其他参数不变时，Tm U而12 与s m 无关U 1；
2当 U 1 、 f1 及其它参数不变时，sm R2'
而
Tm
与
R
' 2
无关；
四、机械特性曲线的绘制
几个特殊点：
1）起始点A；2）额定工作点B；
3）同步转速点H；
电机及拖动基础
3
• University of Science
博学明德 经异机步械世电特致动性用机的 勤奋向上 求实创新
Τ二em 、参aL2ni数adof1表nT[ei(n达Rcg1h式npoR lsom 2'g)1y2U 12(X R1s2' X2')2]
临界转差率
sm
一、物理表达式
TCTm'2co2s
异步机的转矩系数 CTpm1N 21kw1
co2 s(R 2 R /s 2 )/2sX 2 2R 2 2 R 2 s2X 2 2co2s
m ——异步机每极磁通
2019/11/8
电机及拖动基础
22
博学明德 经世致用
2．电•源Ua反nn接div的Teer反sciht接yn制oolf动oSgcyience
勤奋向上 求实创新
为了L迅ia速o停ni车ng或反向，可将定子两相反接，工作点由A
转移到B此时转差率为
sn1(n) n1n1
n1
n1
在两相反接时 ，电动机的转矩为－T，与负载转矩共同作用下， 电动机转速很快下降，这相当于图中机械特性的BC段。
勤奋向上 求实创新
结论： and Technology
1当电源L频ia率on及in电g机其他参数不变时，Tm U而12 与s m 无关U 1；
2当 U 1 、 f1 及其它参数不变时，sm R2'
而
Tm
与
R
' 2
无关；
四、机械特性曲线的绘制
几个特殊点：
1）起始点A；2）额定工作点B；
3）同步转速点H；
电机及拖动基础
3
• University of Science
博学明德 经异机步械世电特致动性用机的 勤奋向上 求实创新
Τ二em 、参aL2ni数adof1表nT[ei(n达Rcg1h式npoR lsom 2'g)1y2U 12(X R1s2' X2')2]
临界转差率
sm
电机与电力拖动基础教程第5章(4)
第5章 章
上 页 下 页
本章教学基本要求
熟悉鼠笼式和绕线式异步电动机的基本构造及主要结构部件的作 用，掌握三相异步电动机的基本工作原理。 了解交流电机绕组的构成原则及其基本知识，了解短距系数、分 布系数及绕组系数的物理意义，掌握三相交流绕组的类别及常用 三相绕组的连接规律和特点。 了解单相绕组磁动势性质，理解三相绕组磁动势性质及特点，理 解交流电机绕组的感应电势公式，掌握感应电势的计算。 了解异步电动机空载运行的物理过程，了解异步电动机负载运行 的物理过程，了解三相异步电动机的工作特性。 理解异步电动机空载运行时的基本方程式、等值电路；理解转差 率对转子回路各物理量的影响；理解异步电动机负载运行时的基 本方程式、等值电路，理解异步电动机负载运行时的功率，转矩 平衡关系；理解电磁转矩表达式及其物理意义。掌握异步电动机 功率、转矩计算；掌握三相异步电动机的参数测定方法。
第5章 章
返 回
上 页
下 页
各转矩表达式 2πn1 Ω1 = 为同步机械角速度。 。 60
电磁转矩
T=
Pm
Pm ( 1 − s)PM PM PM PM = = = = 9.55 = 9.55 2πn1 ( 1 − s) 1 n1 n 1 60
电磁转矩从转子方面看， 电磁转矩从转子方面看，它等于总机械功率除以转子 从转子方面看 机械角速度；从定子方面看， 机械角速度；从定子方面看，它又等于电磁功率除以 同步机械角速度。 同步机械角速度。
电机原理与拖动基础
主讲人：包 蕾 主讲人：
宁波工程学院
下 页
第5章 三相异步电动机 章
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10
三相异步电动机的结构、类别、 三相异步电动机的结构、类别、铭牌
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本章教学基本要求
熟悉鼠笼式和绕线式异步电动机的基本构造及主要结构部件的作 用，掌握三相异步电动机的基本工作原理。 了解交流电机绕组的构成原则及其基本知识，了解短距系数、分 布系数及绕组系数的物理意义，掌握三相交流绕组的类别及常用 三相绕组的连接规律和特点。 了解单相绕组磁动势性质，理解三相绕组磁动势性质及特点，理 解交流电机绕组的感应电势公式，掌握感应电势的计算。 了解异步电动机空载运行的物理过程，了解异步电动机负载运行 的物理过程，了解三相异步电动机的工作特性。 理解异步电动机空载运行时的基本方程式、等值电路；理解转差 率对转子回路各物理量的影响；理解异步电动机负载运行时的基 本方程式、等值电路，理解异步电动机负载运行时的功率，转矩 平衡关系；理解电磁转矩表达式及其物理意义。掌握异步电动机 功率、转矩计算；掌握三相异步电动机的参数测定方法。
第5章 章
返 回
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各转矩表达式 2πn1 Ω1 = 为同步机械角速度。 。 60
电磁转矩
T=
Pm
Pm ( 1 − s)PM PM PM PM = = = = 9.55 = 9.55 2πn1 ( 1 − s) 1 n1 n 1 60
电磁转矩从转子方面看， 电磁转矩从转子方面看，它等于总机械功率除以转子 从转子方面看 机械角速度；从定子方面看， 机械角速度；从定子方面看，它又等于电磁功率除以 同步机械角速度。 同步机械角速度。
电机原理与拖动基础
主讲人：包 蕾 主讲人：
宁波工程学院
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第5章 三相异步电动机 章
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 5.10
三相异步电动机的结构、类别、 三相异步电动机的结构、类别、铭牌
电机及应用第二版第五章三相异步电动机的电力拖动课件
由前面分析知：
cos2
R2
s R22 ( X 20 )2
U1 4.44K1 f1N1Φm
由此得电磁转矩公式
T
C
R22
sR2 (sX 20 )2
U12
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电磁转矩公式
T
C
R22
sR2 (sX 20 )2
U12 f1
由公式可知
1.
T
与定子每相绕组电压
U
2 1
成正比。U
改变转子附加电阻R´2 可实现调速。
过载系数(能力) Tm
TN
一般三相异步电动机的过载系数为
1.8 ~ 2.2
工作时必须使TL <Tm ，否则电机将停转。
I2 I1 电机严重过热而烧坏。
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3. 起动转矩 Tst 电动机起动时的转矩。
n0 n
T
C
R22
sR2 (sX 20 )2
1
T
2. 当电源电压 U1 一定时，T 是 s 的函数。
3. R2 的大小对 T 有影响。绕线型异步电动机可外
接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。
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二、机械特性曲线
根据转矩公式 得特性曲线：
T
Tm
T
C
R22
sR2 (sX 20 )2
U12 f1
nn1N n
Ts t
)
硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。
软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，
起动特性好。
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(2) R2 变化对机械特性的影响
n
电机与拖动基础第5章
弱磁调速的特点是； 1）由于励磁电流《因而控制方便，能量损耗小； 2）可连续调节电阻值，以实现无级调速； 3）在基速以上调速，由于受电击机械强度和换 向火花的限制，转速不能太高，一般约为 （1.2~1.5） ,特殊设计的弱磁调速电动机，最高 Nn 转速为（3~4 ）n，因而调速范围窄。 弱磁调速的调速范围小，所以很少单独使用，一 般都与调压调速配合，以获得很宽范围的，高效， 平滑而又经济的调速。
5.1电机调速的基本情况
5.1.1 电机调速技术的应用于发展情况
随着时代的进步和科技的发展，拖动控制的电力调速系 统在工业农业生产，交通和运输，国防军事设施以及日常 生活中越来越得到广泛的应用。根据转速是否变化，可以 将各类生产机械分为恒速拖动与变速拖动机械两大类，而 现代的各行各业中，绝大多数的机械都有着调速的要求， 使得对变速拖动系统的研究具有重要的现实意义。
N
x1
S
a2
N
a1 x1
S
a2
N
x2
a1
S x 2
N
A
X
a) N
x1
N
a1 x1
S
a2 x2 a1
N
x1
a2
S
x2
a2
a1 x2
S
A
X
A
b)
X
（a) 4极磁场 （b) 2极磁场 图5-7 对一相绕组改变定子绕组极对数的改接方法
2 改变转差率调速
什么叫转差率调速(具体意义): 不是变极/变频 其它改变转速方法
n n0 (1 s)
60 f1 (1 s) P
三种标量调速方法
改变下列三个参数入手：改变异步电动机 定子绕组的磁极数一变极调速；改变异步 电动机的转差率一即改变转差率调速；改 变供电电源的频率一即变频调速
电机及拖动基础顾绳谷主编第五章
I2
频率归算后的 定、转子电路
2
arctg
X2 R2 / s
arctg
X2s R2
在附加电阻 机械功率
1
s
s
R2
上产生的功耗，实质上表征了异步电动机的
（二kW 1 p
I2
0.9
m2 2
N2kW 2 p
I2
I 2
1 ki
I2
机电k系i
m1 N1kW 1 m2 N2kW 2
Pe
pCu2
m1 I 22
R2 s
m1I22R2
(1 s)m1I22
R2 s
(1 s)Pe
Te
Pmech
Pe
n
三、转矩方程式
Te T2 Tmech TΔ T2 T0
式中
T2 ——电动机输出的机械转矩；Tmech——机械损耗转矩；
TΔ —— 附加损耗转矩； T0 ——空载转矩；
Te ——电磁转矩。
2、F2转速的大小
转子绕组内感应电动势和电流的
频率为
f2
p(ns n) 60
pns 60
ns n ns
sf1
f2为转差频率，转子电流形成的转子磁 动势F2的旋转方向与F1的旋转方向相同， 它相对于转子的转速为Δn，而相对于定 子的转速为Δn+n=ns
机电系
3
（二）磁动势平衡 转子磁动势F2与定子磁动势F1相对静止，得到合成磁动势F1+F2 负载时 F1 F2 Fm Bm (m )
绕组归算后的 定、转1子1 电路
由转子总的视在功率不变
m1E2 I2 m2E2I2
式中
ke
N1kW 1 N 2kW 2
电力拖动基础第五章
TN
9550
PN nN
3．等效功率法
等效功率法是当转速基本不变 时由等效转矩法引出来的。
n
Piti
Pef
1 n
ti
1
如 PN ≥ P e f ，则电动机的发热校验即告通过。同样，必须进行功率 过载能力的校验。
5.8 短时工作制电动机的选择 一、选用为连续工作制而设计的电动机
设短时功率为Pg，时间为tg 。如果选择连续工作制电动机， 使PN〉Pg ，显然在t= tg时，温升按曲线1只能达到τ’g，而 达不到τm 。从发热观点考虑，电动机得不到充分利用。
一、电动机的发热过程 由能量守恒定律可知： 产生的热量=温升的热量+散热量
θdt Cdt + Atdt
θ：电动机单位时间发热量 C：电动机的热容量，即每升高1º所需热量 A：电动机的散热系数 t：电动机的温升
上式两边同时除以Adt,则得微分方程
t + C dt θ
A dt A
令：
T C A
ts
Ti ti
1 n
ti
1
在过渡过程中，可变损耗与电流平方成正比，电动机发热较为严重，
电动机额定功率按下式预选 PN ≥ (1.1~1.3)Pav
PN ≥
(1.1~1.3) TavnN 9550
3）作出电动机的负载图 ，作图时已考虑了电动机的稳定
运转及过渡过程等工作情况。
4）进行发热、过载能力及必要时的起动能力校验。
确定电动机的额定功率，要考虑三个方面，即电动机的发 热、过载能力与起动能力，其中尤以发热问题最为重要。
研究电动机发热时，常用“温升”这一概念。所谓“温升” 是电动机温度与周围环境温度之差，周围环境温度的标准值 定为40℃。
(电动机与拖动)第5章三相异步电动机的电力拖动
电力拖动系统通常由电动机、控制器、传动机构和负载四 部分组成。电动机是将电能转换为机械能的主要部件，控 制器负责对电动机进行控制和调节，传动机构是将电动机 的输出传递到负载的部分，负载则是接受电动机输出的机 械部分。根据不同的应用需求，电力拖动系统可以分为多 种类型，如直流电力拖动系统和交流电力拖动系统等。
03
三相异步电动机的启动 与制动
三相异步电动机的启动方式
直接启动
直接将电动机接入电源，利用开 关或接触器控制启动和停止。这 种方式简单、成本低，但启动电 流大，可能对电网造成冲击。
降压启动
通过降低电动机端电压来减小启 动电流。常用的降压启动方式有 星形-三角形启动和自耦变压器降 压启动。
三相异步电动机的制动方式
三相异步电动机的维修与保养
定期检查与维修
更换易损件
根据实际情况制定维修计划，定期对电动 机进行检查与维修，包括清理、润滑、紧 固等操作。
对于容易损坏的部件，如轴承、密封圈等 ，应定期进行更换，以保证电动机的正常 运行。
调整与校准
维修工具与备件
对于需要调整和校准的部件，如轴承间隙 、气隙等，应定期进行调整和校准，以保 证电动机的性能和精度。
检查电动机的润滑情况
定期检查电动机的润滑系统，确保润滑良好， 以减少摩擦和磨损。
检查电动机的绝缘电阻
定期测量电动机的绝缘电阻，确保绝缘良好， 防止因绝缘问题引起的故障。
三相异步电动机的常见故障及处理方法
缺相运行
如果发现电动机在运行过程中出现异 常响声、振动、过热等现象，可能是 缺相运行，应立即停机检查电源和电 动机接线。
特点
三相异步电动机具有结构简单、运行 可靠、价格便宜、维护方便等优点。 同时，由于其效率较高，广泛应用于 工业、农业、交通运输等领域。
第五章-异步电机.. 电机及拖动基础第5版,张晓江、顾蝇谷主编,教辅
转子漏 电抗
定子漏 电抗
E jI X I R E jI Z U 1 1 1 1 1 1 1 1 1 sE I R R jI X s E 2s 2 2 2 2 2 I R jX I Z E 1 m m m m m 1 I1 I 2 I m ki
19
• ③结果：A.若RΩ=0，则
I2
E2 s R2 jX2 s
→
I2
E2 R2 / s jX2
'' 代表静止转子电路中电流，其有效值与相位 • B. I 2 ' I 角均与 2 相等，即R2/s代替R2即可
( R2 / s) X R ( X 2 s) 附加电阻 X2 X 2s 机械功率 arctg arctg 2 R2 / s R2 R2 1 s • C.转子电阻的变化： s R2 s R2
0.9
m1 N1kW 1 m N k I1 0.9 2 2 W 2 I 2 2 p 2 p m Nk 0.9 1 1 W 1 I m 2 p
' 1 I I 2 2 ki
ki m1 N 1 k w1 m2 N 2 k w 2
负载电 流
I m I1 I 2
24
• 几种异步电动机的典型运行情况
• 1、空载运行
• n≈nN→s ≈0 → • 即转子相当于开路，定子电流İ1滞后于Ú1约90º电 角度，故空载运行时cosφ1滞后且小
1 s R2 s
• 2、额度负载下运行
' ' / s 20R2 • sN ≈0.05→ R2 →转子电路基本上是电 阻性的→ －İ2>> İm → cosφ1 ≈0.8~0.85，较高。 • 总的来说İ1 Z1不大，故E1及Φm比空载时略小
第五章-异步电机..-电机及拖动基础第5版-张晓江、顾蝇谷主编-教辅PPT课件
N2kW 2 p
I2
0.9 m1 2
N1kW 1 p
Im
I1 I2 Im
负载电 流
I1 Im I2
励磁电
.
流
14
• （二）电动势平衡方程式
• 根据基尔霍夫定律，可得出
U1 E1 E1 I1R1
E2s E2s I2 R2 R
EE21s
jjII12XX12s
• （三）电磁关系
异步电 动机的 负载运 行时的 电磁关 系
.
12
• Fm建立气隙主磁场Bm→ m → Ė1和Ė2s
• 有效值 E14.4f4 1N 1kw 1 m • 相量表达E 式2s E 14 .4jf4 4 2N .42kf4 w 12 N 1k m w 1m
E 2 s j 4 . 4 f 2 N 4 2 k w 2 m j 4 . 4 f 1 N 4 2 k w 2 m s
最大值 • ③当Bx为正弦空间函数时，m 与 m 必然是正弦时
间函数
• ④前者矢量表示，后者用相量表示 • ⑤ Bm空间位移与m 和 m 时间相位是一致的，故
可画在一起
.
11
• ⑥由电磁感应定律知感应电动势滞后于磁链90° 电角度，当Bm在A相绕组轴线位置时， Ė1在水平 位置。
• ⑦在相矢图中， Ė2s滞后Bm90º， İ2与F2相位相同， 在空间上滞后于Bm的电角度为90º+φ2
第五章 异步电机（二） ——三相异步电动机运行原理及
单相异步电动机 第一节 三相异步电动机运行时
的电磁过程
• 一、异步电动机负载时的物理情况
• 1、电磁变化过程
.
1
对称 三相 电源
三相 绕组
电机学课件--_三相异步电动机的电力拖动讲解
2．降压起动
• 起动时，设法降低加到定子上去的电压，待电机 转速上升达一定值时，再加全电压。起动电流减 小，起动转矩也随之减小。
• （1）定子串电阻或电抗降压起动 • 方法：如图6－7和6－8所示。 • 性能：Ist与Ux成正比，Tst与 U X 2成正比减小。 • 特点：设备简单，运行可靠，串电抗时能量损耗
•
考虑到n=(1－s)n0，0
2n0
60
，即可由此式绘出
异步电动机的机械特性曲线n=f(T)
电机与拖动教案 第五章 三相异步电动机的电力拖动
• 机械特性的参数表达式为二次方程，电磁转矩必有最大值，称为最大
转矩Tm。 • 将表达式对s求导，并令
dT ds 0 ，可求出产生最大转矩Tm时的
转差率Sm
• 将T的公式与Tm的公式相除，并加以整理化简，可得
T
2Tm (1
Sm
R1 ) R2 '
• 如果忽略R1，得
s Sm
Sm s
2Sm
R1 R2 '
T 2Tm s Sm
• 上式的Tm及Sm可S由m 电s动机产品目录查得的数据求得，故称 实用表达式。只要求得Tm和Sm，就可得到T与s（n）的关 系曲线。
W29;
W2 W1
Tst
• 特点：Tst和Ist降低的倍数相同，Tst‘和
Ist‘可调（一般有40％、60％、和80％三档
或55％、64％和73％）可带较重负载起动，
但设备复杂，维护麻烦，体积大，重量重，
价格高。
• 适用场合：适用于容量较大带较重负载起 动且不频繁的场合。
§5－2 三相异步电动机的起动
• 起动时，设法降低加到定子上去的电压，待电机 转速上升达一定值时，再加全电压。起动电流减 小，起动转矩也随之减小。
• （1）定子串电阻或电抗降压起动 • 方法：如图6－7和6－8所示。 • 性能：Ist与Ux成正比，Tst与 U X 2成正比减小。 • 特点：设备简单，运行可靠，串电抗时能量损耗
•
考虑到n=(1－s)n0，0
2n0
60
，即可由此式绘出
异步电动机的机械特性曲线n=f(T)
电机与拖动教案 第五章 三相异步电动机的电力拖动
• 机械特性的参数表达式为二次方程，电磁转矩必有最大值，称为最大
转矩Tm。 • 将表达式对s求导，并令
dT ds 0 ，可求出产生最大转矩Tm时的
转差率Sm
• 将T的公式与Tm的公式相除，并加以整理化简，可得
T
2Tm (1
Sm
R1 ) R2 '
• 如果忽略R1，得
s Sm
Sm s
2Sm
R1 R2 '
T 2Tm s Sm
• 上式的Tm及Sm可S由m 电s动机产品目录查得的数据求得，故称 实用表达式。只要求得Tm和Sm，就可得到T与s（n）的关 系曲线。
W29;
W2 W1
Tst
• 特点：Tst和Ist降低的倍数相同，Tst‘和
Ist‘可调（一般有40％、60％、和80％三档
或55％、64％和73％）可带较重负载起动，
但设备复杂，维护麻烦，体积大，重量重，
价格高。
• 适用场合：适用于容量较大带较重负载起 动且不频繁的场合。
§5－2 三相异步电动机的起动
电机与拖动基础教案
学期授课计划说明本课程计划学时已讲授学时本期教学周本学期课时分配课时余（缺）时本学期总学时其中讲授实践测试考核机动小计120 18 120 56 30 考试 2 120教学大纲名称或版本《电机与拖动基础》教学大纲——自编选用教材《电机与拖动基础》主要参考书名称及版本《电机及电力拖动》（机工出版社）所需实验（实习）器材及设备电动机实训装置实验（习）场地电机实训室备注皖西学院教案2010 ～2011 学年度第一学期编号 001 .机械与电子工程系电气教研室任课教师汪良益.课程名称电机与拖动基础授课章节绪论第一章直流电机§1.1 直流电机的结构与工作原理课题:绪论§1.1 直流电机的结构与工作原理课型:理论课学时数:2学时教学目的及要求1.了解电机及电力拖动技术的发展；2.明确课程的性质、课程所涵盖的内容、学完本课程后所达到的要求。
3.掌握直流电机的基本工作原理。
4.掌握直流电机的结构，掌握各部分的作用。
5.了解直流电机的铭牌。
教学重点直流电机的基本工作原理及结构教学难点直流电机的基本工作原理教学方法讲授法教学辅助手段、教具授课班级电气0801，0802电气0803，电信07授课日期 9月 8 日 9月 10日月日月日教学过程主要环节设计作业 1.1，1.2绪论0．1 电机及电力拖动系统概述一、电机《电机与拖动基础》是把电机学和电力拖动基础两门课程有机结合而成的一门课程。
电机是以电磁感应和电磁力定律为基本工作原理进行电能的传递或机电能量转换的机械装置。
电能易于转换、传输、分配和控制，是现代能源的主要形式。
发电机把机械能转化为电能。
而电能的生产集中在火力、水力、核能和风力发电厂进行。
为了减少输电中的能量损失，远距离输电均采用高电压形式：电厂发出的电能经变压器升压，然后经高压输电线路送达目的地后，再经变压器降压供给用户。
电能转换为机械能主要由电动机完成。
电动机拖动生产机械运转的方式称为电力拖动。
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I2
E2
R2 / s2 X 22
X 2
R2 / s2 X 22
R2
E2 X 2
/ s2
X
22
T CT1mI2 cos 2 也为负，与转速方向相反
异步电动机轴上输出的机械功率也为负 P2 T
2020年12月11日10时21分
电机及拖动基础
24/50
如果异步机定子脱离电网， 又希望它能发电，则必须在异 步机定子三相之间接上连接成 三角形或者星形的三组电容器。 这时电容器组可供给异步电动 机发电所需要的无功功率，即 供给建立磁场所需要的励磁电 流。
矩与转速的方向相反，以实现制
动。此时，电动机由轴上吸收机
械能，并转换为电能。
2020年12月11日10时21分
电机及拖动基础
电动状态下异步电 动机的机械特性
16/50
（一）能耗制动状态
异步电动机能耗制动的 电路图与机械特性
当K1断开，电动机脱离电网时，立即将K2接通，则在定子两相 绕组内通入直流电流，在定子内形成一固定磁场。当转子由于惯性 而仍在旋转时，其导体即切割此磁场，在转子中产生感应电动势及 转子电流。根据左手定则，可确定出转矩的方向与转速的方向相反， 即为制动转矩。
考虑异步机的机械特性为直线, 对于固有特性
sm 2msN 2 2.8 0.267 0.15
2020年12月11日10时21分
电机及拖动基础
29/50
对于人为特性 sx sB 0.666 Tx TB 0.8TN
sm
2 2.8TN 0.8TN
0.666
4.66
R fB
4.66 0.149
当 nn1 时
s n1 n 0 n1
2020年12月11日10时21分
电机及拖动基础
23/50
转子电流的有功分量为 I2a I2 cos2
I2a
E2
R2 / s2 X 22
R2 / s
R2 / s2 X 22
E2 R2 / R2 / s2
s
X 22
转子电流的无功分量为 I2 I2 sin 2
2020年12月11日10时21分
电机及拖动基础
26/50
பைடு நூலகம்
[例]
绕线转子异步电
某绕线转子异步电动机的铭 动机的机械特性
牌参数如下： PN 75kW
I1N 144 A U1N 380 V
E2N 399 V I2N 166 A nN 1460 r/min m 2.8
（1）当负载转矩 Tz 0.8TN ，
2020年12月11日10时21分
电机及拖动基础
4/50
三、实用表达式
忽略 R1 得机械特性的实用表达式
sm sN (m 2m 1)
T 2Tm
s sm
sm
s
m 过载能力
（式中
sN
n1 nN n1
）
2020年12月11日10时21分
电机及拖动基础
5/50
结论： 1当电源频率及电机其他参数不变时，Tm U而12 与sm 无关U1； 2当 U1 、f1 及其它参数不变时，sm R2' 而 Tm 与 R2' 无关；
2020年12月11日10时21分
电机及拖动基础
10/50
（四）定子电路串联对称电阻
与串联对称电抗时相同， 定子串联对称电阻一般也用于 笼型异步电动机的减压起动 。
定子电路内串联对称电阻 时的人为机械特性
2020年12月11日10时21分
电机及拖动基础
11/50
第二节 三相异步电动机的起动
一、 三相笼型转子感应电动机的起动
2020年12月11日10时21分
电机及拖动基础
14/50
（二）转子串联频敏变阻器起动
当电动机起动时，转子频率较高，频敏变阻器内的与频率平方
成正比的涡流损耗较大， RF 值也因之较大，起限制起动电流及增
大起动转矩的作用。随着转速的上升，转子频率不断下降，频敏变
阻器铁心的涡流损耗及 RF 值跟着下降，使电动机起动平滑。
1 0.053
2.44
sm 0.57
R fA
0.57 0.1445
1 0.053
0.16
考虑机械特性为直线
sm 0.149
sm
2 2.8TN 1.5TN
1.973
7.37
R fC
7.37 0.149
1 0.053
2.57
(3)
sD
n1 nD n1
1500- (-300) 1.2 1500
第五章 三相异步电动机的电力拖动运行
第一节 三相异步电动机机械特性的
一、物理表达式
T
CT
m
' 2
cos2
异步机的转矩系数
CT
p m1 N1 kw1 2
cos2
R2 / s
(R2 / s)2 X 22
R2 R22 s2 X 22
cos2
m ——异步机每极磁通
1.s较小时，cos2 1 I 2 s
1．转速反向的反接制动
此时的转差率
s
n1
(n)
n1
n 1
n1
n1
转子由定子输入的电功率即为电磁功率
Pem
3I
2 2
R2
Rf s
为正
转子轴上机械功率 Pm为负
转子电路的损耗 为两者之和，因此能量损耗极大 。
Pem Pm pCu 2
2020年12月11日10时21分
电机及拖动基础
19/50
转速反向的反接制动 时的异步电动机特性
四、机械特性曲线的绘制
几个特殊点：
1）起始点A；2）额定工作点B；
3）同步转速点H；
4）最大转矩点P和P′。
2020年12月11日10时21分
电机及拖动基础
6/50
五、固有机械特性
1）起始点A； 2）额定工作点B； 3）同步转速点H； 4）最大转矩点P和P′。
三相异步电动机 的固有机械特性
2020年12月11日10时21分
2020年12月11日10时21分
电机及拖动基础
21/50
在转速为零的C 点，如不切断电源， 电动机即反向加速， 进入反向的电动状态 （对应于特性CD段）， 加速到D点时，电动 机将稳定运转，实现 了电动机的逆转过程。
异步电动机电源反接 的电路图与机械特性
2020年12月11日10时21分
电机及拖动基础
电机及拖动基础
12/50
直接起动的问题： 1.起动电流大 2.起动转矩小 3.功率因数小
不能直接起动的设备采用降压启动
2020年12月11日10时21分
电机及拖动基础
13/50
二、三相绕线转子异步电动机的起动
（一）转子串联电阻起动 电动机起动时，变阻器应调在最大电阻位置，然后将
定子接通电源，电动机开始转动。随着电动机转速的增加， 均匀地减小电阻，直到将电阻完全切除。待转速稳定后，将 集电环短接，同时举起电刷 。
在反转方向，特性2与2′的第二 象限为反接制动特性，而第四象 限则为回馈制动特性。
能耗制动电路的联结方法有所不 同，其机械特性用曲线3与3′表 示，第二象限部分对应于电动机 正转，而第四象限则对应于反转。
图中特性1＇，2′及3′对应于异 步电动机转子有串联电阻时，而1， 2及3则对应于没有串联电阻。
TD 0.8TN
2020年12月11日10时21分
电机及拖动基础
31/50
sm
1.2
2.8TN
0.8TN
2.8TN 0.8TN
2
1
8.225或0.175
取 sm 8.225（sm 0.175 时不能稳定运转）
R fD
8.225 0.1445
1 0.053
2.96
考虑机械特性为直线
电容器接成三角形时
C 1 I0 106 3 2πf1UN
I0 0.3I1N
电容器接成星形时 C
2020年12月11日10时21分
3I0 106 2πf1U电N机及拖动基础
异步电动机回馈制 动时的机械特性
25/50
三、制动状态小结
在正转方向，特性1与1′的第二 象限为回馈制动特性，第四象限 为反接制动特性；
电机及拖动基础
7/50
六、人为机械特性
（一）降低 U x
U x 降低后电动机电流将大于 额定值，电动机如长时连续运行， 最终温升将超过允许值，导致电 动机寿命缩短，甚至烧坏。
三相异步电动机降低定 子相电压时的人为机械 特性
2020年12月11日10时21分
电机及拖动基础
8/50
（二）转子电路内串联对称电阻
要求转速 nB 500 r/min 时，
转子每相应串入多大的电阻 （图中B点）？
2020年12月11日10时21分
电机及拖动基础
27/50
（2）从电动状态（图1中A点）nA nN 时换接到反接制动状态，如
果要求开始的制动转矩等于 1.5TN（图中C点），则转子每相应该串
接多大电阻？
（3）如果该电动机带位能负载，负载转矩 Tz 0.8TN ，要求稳定的
Tem s
2.s较大时，
cos 2
R2
sX 2
I2 E2
X 2
Tem
1 s
2020年12月11日10时21分
电机及拖动基础
2/50
异步电动机的 机械特性
二、参数表达式
2f1[(R1
p
m1
U12
R2' s
R2' )2 s