三相异步电动机拖动
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。
中职电力拖动教案：三相笼型异步电动机的手动正转控制线路
中等专业学校2023-2024-1教案
教学
环节
教学活动内容及组织过程个案补充
教学内容
电路组成分析
（1）结构和原理
起动：
合上开关QF电动机运转
停止：
拉断开关QF电动机停转
2.组合开关正转控制
起动：
转动手柄，合上开关QF电动机运转
停止：
转动手柄，断开开关QF电动机停转
二、手动正转控制线路的布置图和接线图
布置图是根据电器元件在控制板上的实际安装位置,采用简化的外形符号(如正方形、矩形、圆形等)绘制的一种简图。
它不表达各电器的具体结构、作用、接线情况以及工作原理,主要用于电器元件的布置和安装。
图所示为前述四个手动正转控制电路的布置图。
教学
环节
教学活动内容及组织过程个案补充
教学内容
手动正转控制线路的布置图
二、点动正转控制线路
操作人员在快速移动车床刀架时，只要按下按钮，刀架就快速移动；松开按钮，刀架立即停止移动。
起动：
按下SB
KM线圈得电
（KM主触头闭合电动机起动）
停止：
松开SB，
KM线圈失电
KM主触头断开，电动机停转。
三相异步电动机的拖动运行知识目标和技能目标
三相异步电动机的拖动运行知识目标和技能目标
三相异步电动机是工业生产中常用的一种电动机类型，它的拖动运行知识目标和技能目标如下：
一、知识目标：
1.了解三相异步电动机的基本结构和工作原理；
2.掌握三相异步电动机的运行方式，包括星型连接和三角形连接；
3.了解三相异步电动机的拖动运行特性，包括转速、负载和效率等；
4.掌握三相异步电动机的起动方式和控制方法，包括直接启动、自耦启动和星角启动等。
二、技能目标：
1.能够正确选择三相异步电动机的型号和额定参数，满足生产工艺的需要；
2.能够正确连接三相异步电动机的电源和负载，保证电机正常运行；
3.能够正确设置三相异步电动机的起动方式和控制方法，保证电机的安全性和可靠性；
4.能够正确诊断三相异步电动机的故障和问题，并进行维修和保养，保证电机的长期运行。
三相异步电动机的电力拖动
能够看出异步电动机固有机械特征不是 一条直线，它具有如下特点：
（1）在0≤S≤1，即 0 ≤ n≤ n1旳范围内，特征在 第Ⅰ象限，电磁转矩T和转速n都为正，从正方向 要求判断，T与n同方向，如图所示。电动机工作 在这范围内是电动状态。这也是我们分析旳要点；
2n1
3I 2 2
r2 s
2f1
60
p
由异步电动机旳近似等效电路：
I 2
U1
r1
r2 2 s
(x1
x2 ) 2
代入电磁转矩公式中，即得机械特征旳参数体现
式:
T
3 pU12
r2 s
2f1
r1
r2 2 s
(x1
x2 )2
三、固有机械特征
1. 固有机械特征曲线:
由机械特征旳体现式，可作出相应旳特 征曲线。根据条件 旳不同，特征曲线 又能够分为固有机械特征曲线和人为 特征曲线。
T 2
Tm
s sm
sm s
T
2mTN
s sm
sm s
这就是三相异步电动机机械特征旳实用公式。
实用公式旳使用:
从实用公式看出，必须先懂得最大转矩及临界转差
率才干计算。而额定输出转矩能够经过额定功率
和额定转速计算，在实际应用中，忽视空载转矩，
近似以为
。过载能力λm可从产品目录中
查到，故 TN T便2 可拟定。
2Tm
s
sm
经过以上简化，使三相异步电动机旳机械特征 呈线性变化关系，使用起来更为以便。但是， 上式只能用于转差率在 SN ≥ S＞0旳范围内。
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
第五章 三相异步电动机的电力拖动
磁转矩的参数表达式。显然当U1、f1及电动机的各参数不变
时, 电磁转矩T仅与转差率 s 有关,根据式（5-2）可绘出异步 电动机的 T-s 曲线, 如图5-1所示。
T
' r 2 m1 pU12 s
n
n1 nN nm
HP 段是稳定运行段。 电动机随着负载的增加 而转速略有下降；
H B
P
0
TN
A Tst Tmax
T
AP 段是不稳定 运行段。
图 5-3 三相异步电动机的固有机械特性曲线
5. 2. 2 人为机械特性
由电磁转矩的参数表达式可知 , 人为地改变异步电动机
的任何一个或多个参数（U1 , f1 , p , 定、转子电路的电阻或 电抗等）, 都可以得到不同的机械特性, 这些机械特性统称为 人为机械特性。下面介绍改变某些参数时的人为机械特性。
程度远远不及转子电流增加的程度大,根据磁动势平衡方程式,
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。
T CT Φ1I 2 ' cos2
(5-1)
5. 1. 2 电磁转矩的参数表达式
根据三相异步电动机的近似等效电路可知
' r '2 2 Pem m1 I 2 s U1 ' I2 2 r2 2 r X X 1 1 2 s
T
' r 2 m1 pU12 s
r2' ' 2f1 r X X 1 2 1 s
2
2
5 三相异步电动机的电力拖动
西安电子科技大学机电工程学院
3
《电机与拖动》多媒体交互式教学课件
2、参数表达式
2 PM m1 I 2
I2
r2 S
U1
2
T
PM 1
U1
I1
Im
' r 1 r 2
' x1 x2
r 1
x1
I2
1 S ' r2 S
'
x r r2 x x 2 1 2 1 S 2 r2 2 r2 U pm U 1 1 1 m S S T 1 2 2 1 2 2 r2 r 2 r x x 1 2 2 f1 r1 S x1 x2 1 S
15
《电机与拖动》多媒体交互式教学课件 2、转子回路串对称三相电阻的人为机械特性
• 绕线型三相感应电动机通过电刷、集电环，可以把三相对称电 阻串入转子回路，而后三相再短路，所得的人为特性为转子回 路串对称三相电阻的人为特性。 特点: – n1不变(电源 f1决定) ，所以不同电阻的人为特性都通过固有 特性的理想空载点 ； – 最大电磁转矩Tm（不变） 2 pm U 1 1 Tm Tm 4 f1 x1 x2
n
S
B
n1
② ③
0
C
D Sm
1
B A
TN
T
Tm
0
TQ
Tm
机械特性曲线在S>0和S<0两个 范围内近似对称
n1 2
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《电机与拖动》多媒体交互式教学课件
三、感应电动机的人为机械特性
第5章：三相异步电动机 拖动与控制
Tm mTN
s m s N m 2 1 m
xk
2 3U p r1 r12 4f T 1 m N
2
（5）转子电阻折算值。 绕线转子
r2 s NU 2 N 3I 2 N
r2 s m r12 x 2
ke ki
电机拖动与控制
第5章
三相异步电动机 拖动与控制
5.1三相异步电动机的机械特性
机械特性是指转速与电磁转矩n=f(T)之间的关系。 对于异步电动机，由于转速与转差率之间存在着
一定的关系，机械特性亦可表示为T=f(s)。
5.1.1固有机械特性的分析 固有机械特性是指电动机在额定电压和额定频率 下，按规定的接线方式接线，定、转子回路外接
4）额定运行点C:，一般额定转差率（0.02～0.06 ）
5.1.2人为机械特性的分析
三相异步电动机的人为机械特性是指人为地改变电源参数 或电动机参数而得到的机械特性。 1．降低定子电压时的人为 机械特性
n1
s m 不变， Tm 变小
线性工作段斜率变大，即特 性变软。电动机起动转矩倍 数和过载能力均显著下降。
3.点动控制电路
图a为既可实现电动机
连续运转又可实现电动
机点动控制的电路，由 手动开关SA来选择。 当SA闭合时为连续控 制，SA断开时为点动 控制 。 图b为用连续运转按钮SB2、点动按钮SB3来选择连续与点 动,点动控制是用SB3按钮的常闭触头断开自保电路实现。
4.可逆运行控制电路
倒顺转换开关控制电动机 正反转电路。图a为倒顺开 关手动操作控制电动机正 反转，由于倒顺开关无灭 弧装置，适用于5.5kW以 下的小容量电动机 。 对于5.5kW以上的电动机，则用图b来控制，引入倒顺开关 预选电动机旋转方向，而由接触器来接通与断开电源，实 现电动机的起动与停止。
电机及拖动基础第6章 三相异步电动机的电力拖动
73
6.5.2 异步电动机的反接制动分定子两相反接制动和 (1) (2)
74
图6.40 定子两相反接制动的电路图与机械特性
75
图6.41 转速反向反接制动电路图
76
图6.42 转速反向反接制动时的机械特征
77
78
79
6.5.3 回馈制动 当异步电动机在外力的作用下，使其转速n高 于同步转速n1，即n＞n1时，电动机就进入回馈制
68
图6.38 电磁转差离合器机械特性
69
6.5 三相异步电动机的电磁转矩T与转速n方向相 同时，电动机处于电动状态，此时，电机从电网 吸收电能并转换为机械能向负载输出，电机运行 于机械特性的一、三象限。电动机在拖动负载的 工作中，只要电磁转矩T与转速n的方向相反，电 动机就处于制动运行状态，此时电机运行于机械 特性的二、四象限。
28
图6.13 异步电动机软启动器主电路原理图
29
6.2.4 为了改善鼠笼式异步电动机的启动性能，可以 改变转子槽形，利用“集肤效应”使启动时转子电 阻增大，从而增大启动转矩并减小启动电流，在正 常运行时转子电阻又能自动变小，基本上不影响运 行性能。
30
（1 （2
31
图6.14
32
图6.15 双鼠笼转子的结构与漏磁通
36
6.3.1 转子回路串电阻启动 绕线式异步电动机转子回路串电阻启动，线 6.17 过滑环和电刷串接对称电阻，然后将定子绕组接 通电源使电动机启动，随电动机转速的上升分段 减小电阻，直至电阻完全切除。待转速稳定后可
37
图6.18 异步电动机的转子电路及启动特性图
38
39
40
41
6.3.2 绕线式异步电动机转子回路串电阻启动，每级 都要同时切除一段三相电阻，所需开关和电阻器较 多，控制线路复杂，当级数较多时，设备更为复杂 和庞大，不仅增大投资，且维护麻烦。如果采用频
电力拖动控制要点及要求
电力拖动特点与控制要求
1.主电动机控制要求
1)主拖动电动机一般选用三相笼型异步电动机，不进行电气调速。
采用齿轮箱进行机械有级调速。
为减小振动，主拖动电动机通过几条V 带(传动带)将动力传递到主轴箱。
2)在车削螺纹时，要求主轴有正、反转，由主拖动电动机正反转或采用机械方法来实现。
3)主拖动电动机的起动、停止采用按钮操作。
4)刀架移动和主轴转动有固定的比例关系，以便满足对螺纹的加工需要。
2.冷却泵电动机控制要求
车削加工时，由于刀具及工件温度过高，有时需要冷却，因而应该配有冷却泵电机 M2，且要求在主拖动电动机起动后，方可决定冷却电动机开动与否，而当主拖动电动机停止时，冷却泵电动机应立即停止。
3.快速移动电动机控制要求
快速移动电动机M3，可根据需要随时手动控制起停。
4.必须有过载、短路、欠电压、失电压的保护器件，具有安全的局部照明装置。
电机拖动-三相异步电动机简述
电力拖动——三相异步电动机简述一、电力拖动的相关概念：以电动机作为原动机拖动机械设备运动的一种拖动方式。
又称电气传动。
凡是由电动机作为动力拖动各类生产机械，完成一定的生产工艺要求的系统，统称为电力拖动系统。
按照拖动电动机供电电流制式不同，可以将拖动系统划分为直流拖动系统和交流拖动系统两大类。
按工作原理分类可分为异步和同步电动机。
在生产上主要用的是交流电动机，特别是三相异步电动机。
因为它具有结构简单、坚固耐用、运行可靠、价格低廉、维护方便等优点。
它被广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传送带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等。
仅在需要均匀调速以及在某些电力牵引和起重设备中才采用直流电动机。
同步电动机主要应用于功率较大、不需要调速、长期工作的各种生产机械，如压缩机、水泵、通风机等。
二、三相异步电动机简述：交流电动机有异步电动机和同步电动机两类。
异步电动机又分为鼠笼式、绕线式，其中鼠笼式应用最广泛。
1．三相异步电动机的构造三相异步电动机的两个基本组成部分为定子（固定部分）和转子（旋转部分）。
此外还有端盖、风扇等附属部分，如图所示。
三相电动机的结构示意图1）．定子定子是电动机固定部分，其作用是用来产生旋转磁场。
它主要由定子铁芯、定子绕组和机座等组成。
1.定子铁芯。
定子铁芯由互相绝缘的硅钢片叠成圆筒形状，内圆周表面有均匀分布的槽，用来安放三相绕组。
2.定子绕组。
定子绕组由许多线圈连接而成。
线圈由带有绝缘的铜导线或铝导线绕制而成。
三相定子绕组的三个首端和三个末端分别接在电动机出线盒的6个接线柱上。
3.机座。
2）．转子转子是电动机转动部分，由转子铁芯、转子绕组和转轴等部件组成。
其作用是在旋转磁场作用下获得转动力矩。
按照构造的不同，转子分为鼠笼式和绕线式两种。
1.鼠笼式转子。
这种转子用铜条安装在转子铁芯槽内，两端用端环焊接，形状像鼠笼。
对于中、小功率的电动机（100kW以下）目前大部分采用铸铝方式。
异步电动机《电机与拖动基础》第三版林瑞光主编
2
2、一组双层短距分布绕组的基波磁动势 双层短距分布绕组的基波磁动势为两个等效绕组基波磁动 势的相量和，用短距系数计及绕组短距的影响： F1(p1) 2 Fq1k y1 0.9(2 qN y ) k y1I
k y1 sin
y1
90。
第4章 三相异步电动机
4.2.2
三相单层绕组
单层绕组的每个槽内只放一个线圈边，电机的线圈总数等于 定子槽数的一半。单层绕组分为链式、交叉式和同心式绕组。 一、单层链式绕组 单层链式绕组由形状、几何尺寸和节距相同的线圈连接而 成，整个外形如长链。 链式绕组的每个线 圈节距相等并且制造方 便；线圈端部连线较短 并且省铜。主要用于 q=2的4、6、8极小型三 相异步电动机。
双层绕组分双层叠绕组（如图2a=1）和双层波绕组（略）。
第4章 三相异步电动机
双层绕组的特点：
1）线圈数等于槽数； 2）线圈数组数等于极数，也等于最大并联支路数；
3）每相绕组的电动势等于每条支路的电动势。 可组成较 多的并联 支路 可以选择最有利的节 距，使电动势和磁动 势波形更接近正弦波 端部排列整齐 机械强度高 嵌线 困难
E y1(y ) Nc Et1 4.44 fNc 1
第4章 三相异步电动机
三、短距线圈的电动势 每个短距线圈的电动势:
Ey1( y ) 4.44 fNcΦ1k y1
k y1
E y 1(y τ) E y 1(y τ)
y 0 sin( 90 ) τ
称为短距系数： 线圈短距时电动 势比整距时打的 一个折扣．
广泛应用于10kW以下的 异步电动机定子绕组 电动势和磁动 势波形较差 起动性 能较差
第7章 三相异步电机的电力拖动
c、双鼠笼式异步电动机
电阻大 漏抗小 上笼 （外笼）
电阻小 漏抗大
下笼 （内笼）
转子绕组采用上、下鼠笼式结构，如图7.7所示。上笼采用电阻率较大的材料如黄铜， 且截面积较小；下笼采用电阻率较小的材料如紫铜，且截面积较大。利用集肤效应，确保 起动时，因转子频率较高，使得转子电流主要集中在电阻较大的上笼（或起动笼）；正 常运行时，转子频率较低，转子电流主要集中在电阻较小的下笼（或运行笼）。
图7.4 异步电动机各种起动方法下的电流波形
解决方案： • 采用变频器的起动方案； • 采用软起动器（Soft Starter）的起动方案。
这里仅介绍软起动方案。鉴于软起动方案很多，这里仅以电子步电动机软起动器的组成框图
工作原理： 在起动过程中，通过控制移相角 来调节定子电压，并采用系 统闭环限制起动电流，确保起动过程中的定子电流、电压或转矩按 预定函数关系（或目标函数）变化，直至起动过程结束。然后将软 起动器切除，使得电动机与电源直接相连。
3U N ( 3I 1N ) cos1 P 3 0.866 PYY 2 3U N (2 I 1N ) cos1
（7-12）
T 9550P 9550PYY ( ) /( ) 3 TYY n1 2n1
（7-13）
结论： /YY接变极调速属于近似恒功率调速方式。
图7.15定性给出了 /YY接变极调速的机械特性。
图7.15
/YY接变极调速的机械特性
B、变频调速
对变频调速的要求： （1）主磁通 m N ，以防止定子铁心过饱和； （2）电动机的过载能力（或最大电磁转矩 Te max）尽可能保持不变。
a、基频以下的变频调速
U U m不变，可满足 1 1N const 由 U1 E1 4.44 f1 N1k w1 m 可知，要想确保主磁通 f1 f 1N
第6章三相异步电动机的电力拖动
若回路串电阻，则有
简化等效电路图
若回路串电抗，则有
线图
(2) Y-D降压启动 正常运行时D接，启动时接成Y形 启动时电网供给电动机的启动电流为
若改为D形接法：
Y-D启动接线图
(3) 自耦变压器降压启动 由自耦变压器原理可知：
，自耦变压器启动时，
，
的电流：
启动接线图
启动一相电路图
的三相交流电产生的旋转磁动势等效。若定子绕组采用D形接法，
。
磁动势等效变换前后的相对转速
定子绕组通入直流电时的磁动势
3) 能耗制动----机械特性
能耗制动转差率:
由等效电路可知:
机械特性表达式:
能耗制动机械特性 能耗制动等效电路
4) 能耗制动——制动过程 反抗性负载——实现快速、准确停车。 能耗制动切换瞬间，转速不会突变，工作点AB O，电动机转速降为零。 位能性负载——实现稳速下放。 原点O工作点C，位能性负载稳速下放。电动机轴上输入的机械功率靠重物 下降减少的位能提供，转换为电功率后消耗在转子回路中。
反接制动接线图
电动机既从电网吸收电功率， 又从轴上输入机械功率(由拖动系统转动 部分减少的动能提供）。都转变为转差 功率，消耗在转子回路电阻中。
反接制动机械特性
2）反接制动——定子两相反接制动(制动过程)
反接制动机械特性
3）反接制动——转速反向的反接制动（参照P186） 绕线型异步电动机转子回路串入大电阻，电动机被位能性负 载拖动反转，工作点进入第Ⅳ象限，如图所示工作点G。
6.三相异步电动机的电力拖动
本章主要教学内容 1. 三相异步电动机的机械特性 2. 三相异步电动机的启动 3. 三相异步电动机的制动 4. 三相异步电动机的调速
电机拖动课程设计三相异步电动机启动讲解
摘要电机的起动电流近似的与定子的电压成正比，因此要采用降低定子电压的办法来限制起动电流，即为降压起动。
对于因直接起动冲击电流过大而无法承受的场合，通常采用降压起动，此时，起动转矩下降，起动电流也下降，所以只适合必须减小起动电流，又对起动转矩要求不高的场合。
常见降压起动方法：定子串电阻降压起动、Y/Δ起动控制线路、延边三角起动、软启动及自耦变压器降压起动。
关键词：三相异步电动机降压启动启动方法目录摘要---------------------------------------------------------------------- I 目录--------------------------------------------------------------------- II 第1章绪论-------------------------------------------------------------- 2第2章三相异步电动机的基本结构及工作原理-------------------------------- 21 定子部分----------------------------------------------------------- 32 转子部分----------------------------------------------------------- 33. 气隙δ------------------------------------------------------------- 54、三相异步电动机的铭牌数据--------------------------------------------55、三相异步电动机的工作原理--------------------------------------------5 第3章异步电动机的优缺点------------------------------------------------ 73.1 三相异步电动机的优点--------------------------------------------- 73.2 异步电动机存在的缺点--------------------------------------------- 7第4章三相异步电动机起动方式-------------------------------------------- 81、直接启动----------------------------------------------------------- 92、三相异步电动机的Y—Δ起动控制-------------------------------------103自耦变压器降压启动--------------------------------------------------11 4、绕线式异步电动机转子串接电阻起动-----------------------------------12 第5章三相异步电动机常见故障问题及处理-----------------------------------16第6章心得体会-----------------------------------------------------------17 结论--------------------------------------------------------------------- 17参考文献----------------------------------------------------------------- 19第1章绪论三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。
三相异步电动机的七种调速方式
三相异步电动机的七种调速方式介绍一下三相异步电动机的七种调速方式及其特点,指明其适用的场合、情况。
三相异步电动机转速公式为：n=60f/p(1-s)从上式可见，改变供电频率f、电动机的极对数p及转差率s均可太到改变转速的目的。
从调速的本质来看，不同的调速方式无非是改变交流电动机的同步转速或不改变同步转两种。
在生产机械中广泛使用不改变同步转速的调速方法有绕线式电动机的转子串电阻调速、斩波调速、串级调速以及应用电磁转差离合器、液力偶合器、油膜离合器等调速。
改变同步转速的有改变定子极对数的多速电动机，改变定子电压、频率的变频调速有能无换向电动机调速等。
从调速时的能耗观点来看，有高效调速方法与低效调速方法两种：高效调速指时转差率不变，因此无转差损耗，如多速电动机、变频调速以及能将转差损耗回收的调速方法（如串级调速等）。
有转差损耗的调速方法属低效调速，如转子串电阻调速方法，能量就损耗在转子回路中；电磁离合器的调速方法，能量损耗在离合器线圈中；液力偶合器调速，能量损耗在液力偶合器的油中。
一般来说转差损耗随调速范围扩大而增加，如果调速范围不大，能量损耗是很小的。
一、变极对数调速方法这种调速方法是用改变定子绕组的接红方式来改变笼型电动机定子极对数达到调速目的，特点如下：具有较硬的机械特性，稳定性良好；无转差损耗，效率高；接线简单、控制方便、价格低；有级调速，级差较大，不能获得平滑调速；可以与调压调速、电磁转差离合器配合使用，获得较高效率的平滑调速特性。
本方法适用于不需要无级调速的生产机械，如金属切削机床、升降机、起重设备、风机、水泵等。
二、变频调速方法变频调速是改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。
变频调速系统主要设备是提供变频电源的变频器，变频器可分成交流－直流－交流变频器和交流－交流变频器两大类，目前国内大都使用交－直－交变频器。
其特点：效率高，调速过程中没有附加损耗；应用范围广，可用于笼型异步电动机；调速范围大，特性硬，精度高；技术复杂，造价高，维护检修困难。
电机与拖动2.4.4三相异步电动机电压方程和等效电路
4．时空相量图
jI1x1
“T”形等效电路可作出异步电 动机的时空相量图如图2-33所示。
异步机对电网是感性负载。
U1 I1r1
F1 I1
-E1 -I2'
一般取主磁通为参考相量。
U1 E1 I1(r1 jx1) E1 I1z1
E1
Im (rm
jxm
)
Im zm
I1 Im (I2 )
E1 E2
r1 jx1
r2' jx2'
励磁支路左移
U1
r1 I1 jx1 UI1 1
Im
rImm
E1=Ej2x'm
r2' jx2'
I2'
rm I2'
jxm
1_s-_s_r2'
1_s-_s_r2'
问题：
图2-32异步电动机简化等效值电路
能否与变压器一样将励磁支路去掉？
Page 12
2.4三相异步电动机
2.4.4三相异步电动机电压方程和等效电路
转子回路的阻抗角为
2s
arctan x2s r2
arctan sx2 r2
arctan x2 r2
2
s
Page 3
2.4三相异步电动机 2.4.4三相异步电动机电压方程和等效电路 1．频率折算
只要用r2/s 代替r2 ，就可使转子电流的大小和相位保持不 变，即转子磁动势的大小和空间相位保持不变，实现用静止电 路代替实际旋转的转子电路。
r2' jx2'
I2' E2'
_1s_-s_r2'
U1 E1 I1(r1 jx1) E1 I1z1
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(二) 参数表达式
2）最大转矩，最大转矩对应的转差率称为临界转差率: ' '
dT em 由 ds 0 得：
（4）最大转矩与额定转矩之比称为过载能力:
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m
Tm TN
+ 电动状态 - 发电状态 （1）显然U1↓则Tm↓↓，感应电机对供电电压最敏感! （2） Tm与r2无关但sm与r2有关，r2↑使sm↑, 则曲线顶点左移， Tst↑, 对起动有利 （3）x↑， Tm ↓，即漏抗越大， Tm越小
n
结论：当其它参数一定时
3、绕线式电动机，转子回路电阻越大，起动转矩先增后减。 Tst 4、起动转矩不大！启动过程“翻山越岭” st TN 5、起动转矩倍数
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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；
LI
异步电动机拖动 电机与拖动
1 三相异步电动机的机械特性
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“集肤效应”—导体中的电流向导 体表面集中的现象。它使导体的 有效面积变小，有效电阻加大， 刚好有利于起动。
LI
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2 三相异步电动机的启动
2.2 鼠笼型转子异步电动机的起动
2.2.1 改善起动的特殊结构
2. 深槽结构 • 特点：槽窄而深 • 运行时，转子电流频率低，电流基本上平均分布 • 起动时s=1，转子电流频率较高，电流被逐渐挤到上部 • 相当于增大了转子电阻
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LI
1.起动点A:
n 0,s 1,Tem Tst
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1 三相异步电动机的机械特性
1.3 人为机械特性
m1 pU12 r'2 / s Tem 2 ' 2 2 f ( r r' / s ) ( x x 1)降压时的人为机械特性 1 1 2 1 2 )
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- 何时T 最大？cosφ2=1时，对应s=0的时候。显然，在感 应电机里面注定不可能，永远实现不了的！！ - 何时T最小？s最大的时候，对应s =1起动时，即起动时候 电流很大但转矩却不大
LI
• 分析与结论 r '2 cos 2 (r '2 ) 2 ( sx '2 ) 2 1、要产生转矩T，Φ和I2 缺一不可 2、比直流电机复杂，相当于电流的有效分量，是 I2cosφ2决定了T 的大小 - 即使I2很大，但是如果cosφ2很小，那么转矩也很小！
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LI
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2 三相异步电动机的启动
2.2 鼠笼型转子异步电动机的起动
2.2.1 改善起动的特殊结构
3. 高转差率笼型电动机 • 转子导条采用电阻率较高的材 料，同时减小导条的截面积。 • 显然，其起动转矩比普通鼠笼 式异步电动机的起动转矩要 大。 • 多用于起重、冶金机械。 • 由于转子电阻大，也降低了电 机的效率。
U 1下降后, Tm 和 Tst 均下降, 但 sm不变, m 和 st 减少。
s n n
0
1
TL
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0.8UN UN
如果电机在定额负载下运 行, U1 下降后, n下降, s 增大, s 转子电流因 E2s= sE2 增大而增 m 大, 长期欠压过载运行将使电 机过热，减少使用寿命。 10
0.64Tst Tst0.64Tm Tm
LI
Tem
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1 三相异步电动机的机械特性
1.3 人为机械特性
sm r2
m1 pU 12 Tm 2 ' 2 4 f1 ( x1 x'2 ) 4 f1 [ r1 r1 ( x1 x2 ) ] m1 pU 12
cos 2
(一) 物理表达式—电磁转矩的数学表述式
(r '2 ) 2 ( sx '2 ) 2
Tem CT m I '2 cos 2
4.44m1 pN 1 kW 1 CT 2
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1 三相异步电动机的机械特性
1.1 机械特性的表达式
Tem CT m I 2 cos 2
2)转子回路串对称电阻时的人为机械特性 '
r12 ( x1 x'2 )2 特点： –最大转矩Tmj基本与转子电阻 无关，所以Tm不变； –sm∝r2′，sm成正比增加；这 两项使机械特性变软。 –Tst最初增加，而后又减小； –ns与r2'无关，所以ns不变。 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。
异步电动机拖动 电机与拖动
1 三相异步电动机的机械特性
1.1 机械特性的表达式 (二) 参数表达式
m1 pU12r'2 / s Tem 2 ' 2 ( r r' / s ) ( x x 2 f1 2 1 2 ) 1 Tem m1U12
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•在电机参数和电网频率不变的情况下，异步电动机的 电磁转矩与定子电压U1的平方成正比。T∝U12 •机械特性参数表达式为关于转差率s的二次方程，因 此必然对应于某一转差率sm时，有一最大转矩Tm。
- s=0时，T=0；物理意义：不切割磁力 线 - s↑但很小，分子↓，分母↓↓，则T 近似正比于s；物理意义：近似于弹簧 - 曲线特点：存在最大值Tm, 对应临界转 差率sm
异步电动机的 机械特性
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1 三相异步电动机的机械特性
1.1 机械特性的表达式
(二) 参数表达式
LI
s
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1 三相异步电动机的机械特性
1.1 机械特性的表达式
(三) 实用表达式
2Tm Tem s sm sm s
N
N
s
N
n
s
n ns
N
sm s N ( m
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N
T
PN
60 PN 2 n N
Tm mT
LI
2 m 1 )
TN • 已知： PN，nN，λm sN sm • 求： TN，Tm，Tst…… • 步骤：（1）利用PN，nN，λm求出来TN ， Tm，sN， （2） 由实用表达式求出sm
典型题
2Tm s m
sN
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1 三相异步电动机的机械特性
1.2 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。 几个特殊点：
2.最大转矩点B: n nm ,s sm ,Tem Tm 3.额定运行点C n nN ,s sm ,Tem TN 4.同步运行点D n n1 ,s 0,Tem 0
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2 三相异步电动机的启动
2.2 鼠笼型转子异步电动机的起动
2.2.1 改善起动的特殊结构 5、共同缺点 • 提高了起动性能， 必然损失运行性能 • 漏抗较大 • 力能指标（功率因 数、最大转矩和过载 能力）下降
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2 三相异步电动机的启动
异步电动机拖动 电机与拖动
主要内容： 1 三相异步电动机的机械特性 2 三相异步电动机的起动 3 三相异步电动机的制动
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4三相异步电动机的调速
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1 三相异步电动机的机械特性
1.1机械特性的表达式T-s曲线
• 三相异步电动机的机械特性是指定子电压、频率及电机结 构参数固定时的n=f(Tem)， 或s=f(Tem) r '2
2.2 鼠笼型转子异步电动机的起动
2.2.2 笼型电动机起动方法 • • 直接起动 降压起动 - 定子串接对称电阻起动 - 定子串接对称电抗起动 - 自耦变压器降压起动 - 星形—三角形（Ｙ—Δ）降压起动
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Tst Tst
结论：感应电机增加转子电 阻是最好的起动方法！（增 大Tst的同时Ist减小了）
LI
r2+rs Tem Tm
r2
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2 三相异步电动机的启动
2.2 鼠笼型转子异步电动机的起动
2.2.1 改善起动（I2大Tst小）的特殊结构
1. 共同特点 • 目的：改进转子槽形，增加转子电阻，提高起动性能 • 原理：利用“集肤效应”，“趋表效应” - 通电频率高时电流趋向于集中在导体表面 - 相当于减小截面积，增大电阻
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2 三相异步电动机的启动
2.1 异步电动机的起动要求
• 从减小起动电流方面看： • 方法： - 降低电压（起动转矩减小） -增大电阻 • 从增大起动转矩方面看： - r2↑，sm↑，Tm不变 - 曲线顶点下移 - Tst↑
s n
0 sm
n1
sm 1 0
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（２）Tm与r2'无关； （３）sm∝r2'； （４）sm与U1无关； （５）两个临界转差率的绝对值相等； （ 6 ）︱TemG ︱ > ︱ TemM ︱
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Sm 0
（１）T∝U12，Tm∝U12；
0
ns
1 0
-TmG
LI
Tst TmM Tem
r2' sm ' ' 2 2 x x r1 ( x1 x2 ) 1 2
LI