电机学电机学2024/9/191目目 录录 第一篇第一篇 变变 压压 器器 第一章第一章 绪绪 论论 第四篇第四篇 同同 步步 电电 机机 第三篇第三篇 异异 步步 电电 机机 第二篇第二篇 交流电机的共同问题交流电机的共同问题2024/9/192河海大学 电气学院第四章第四章 异步电机异步电机 主要内容主要内容v4.1 异步电机的基本异步电机的基本类型类型和基本和基本结构结构v4.2 异步电动机的基本异步电动机的基本工作原理工作原理v4.3 转子静止转子静止时的异步电机时的异步电机v4.4 转子旋转转子旋转时的异步电机及其等效电路时的异步电机及其等效电路v4.5 异步电动机的异步电动机的功率方程功率方程和转矩方程和转矩方程 v4.6 异步电机的参数测定异步电机的参数测定 v4.7 三相异步电动机的三相异步电动机的机械特性机械特性v4.8 异步电机的异步电机的工作特性工作特性v4.9 三相异步电动机的三相异步电动机的起动起动v4.10 三相异步电动机的三相异步电动机的调速调速v4.11 三相异步电机的三相异步电机的电制动电制动v4.12 异步发电机异步发电机v4.13 单相单相异步电动机简介异步电动机简介2024/9/193河海大学 电气学院第一节第一节 异步电机的基本类型与结构异步电机的基本类型与结构前言 异步电机又称感应电机感应电机是交流电机交流电机的一种。优点：结构简单、制造、使用和维护方便，运行可靠，效率较高、价格较低。缺点：1.调速和起动性能不佳; 2.功率因数总是滞后的，增加了电力系统的无功负担。应用：总的来说：主要作为电动机使用，是当今应用最广，需要量最大的一种电机。结构：定子、转子、空气隙、端盖、轴承和机座等部件。2024/9/194河海大学 电气学院第一节第一节第一节第一节 异步电机的基本类型与结构异步电机的基本类型与结构异步电机的基本类型与结构异步电机的基本类型与结构一、定子 异步电机定子主要包括定子绕组绕组、铁芯铁芯和机座三部分。二、转子 异步电机转子主要包括转子绕组绕组、铁芯铁芯和转轴三部分。 异步电机的转子结构可以分为笼型笼型和绕线绕线型两大类。2024/9/195河海大学 电气学院第一节第一节第一节第一节 异步电机的基本类型与结构异步电机的基本类型与结构异步电机的基本类型与结构异步电机的基本类型与结构v绕组转子异步电机2024/9/196河海大学 电气学院第一节第一节第一节第一节 异步电机的基本类型与结构异步电机的基本类型与结构异步电机的基本类型与结构异步电机的基本类型与结构三、铭牌的额定值（1）型号（2）额定功率（PN）：指电动机在额定方式下运行时，转轴上输出的机械功率。单位为W和kW。 （3）额定电压（UN）：指电动机在额定方式下运行时，定子绕组应加的线电压。单位为V和kV 。2024/9/197河海大学 电气学院第一节第一节第一节第一节 异步电机的基本类型与结构异步电机的基本类型与结构异步电机的基本类型与结构异步电机的基本类型与结构（4）额定电流（IN）：指电动机在额定电压和额定功率状态下运行时，流入定子绕组的线电流。单位为A。（5）额定频率（fN）：额定状态下电源的交变频率，我国的电网频率为50 Hz。（6）额定转速（nN）：指在额定状态下运行时的转子转速。单位为rpm。 除上述数据外，还标出额定运行时，电机的功率因素以及相数、接线法、防护等级、绝缘等级与温升、工作方式等有关项目。2024/9/198河海大学 电气学院第二节第二节 异步电机的基本原理异步电机的基本原理一、异步电机的运行状态v当对称三相电流流入异步电机三相定子绕组v在气隙中便产生一旋转磁场，以同步速 旋转v转子绕组与其有相对运动（切割）v在闭合的转子绕组产生感应电动势和感应电流，v旋转磁场与转子导体中的电流互相作用产生电磁转矩。2024/9/199河海大学 电气学院第二节第二节 异步电机的基本原理异步电机的基本原理v异步电机的转子转速n 总是略低于（电动机）或略高于（发电机）旋转磁场转速v他们之间的差 ，称为转差速度v定义转差速度与同步转速的比值为转差率 ，即 2024/9/1910河海大学 电气学院第二节第二节 异步电机的基本原理异步电机的基本原理v转差率是决定异步电机运行状态的重要变量：v异步电动机的负载情况发生变化，v转子导体中的电动势电流和电磁转矩相应变化v则转子转速和转差率随之变化。2024/9/1911河海大学 电气学院 2024/9/1912河海大学 电气学院第二节第二节 异步电机的基本原理异步电机的基本原理按照转差率大小正负，电机可分为三种状态：v电动机运行v发电机运行v电磁制动1、电动机运行 转速低于同步转速 0nS0 bxn1FnFe02024/9/1913河海大学 电气学院第二节第二节 异步电机的基本原理异步电机的基本原理2、发电机运行 发电机状态转速大于同步转速 n n0 S02024/9/1914河海大学 电气学院第二节第二节 异步电机的基本原理异步电机的基本原理 3、电磁制动 相对转速大于同步转速 n1（实际上异步电机主要作为电动机运行）bxn1FnFe02024/9/1915河海大学 电气学院第二节第二节 异步电机的基本原理异步电机的基本原理二、异步电机的主磁通主磁通和漏磁通漏磁通主磁通：穿过气隙，与定转子绕组交链漏磁通不属于主磁通的磁通（槽、端部，谐波）2024/9/1916河海大学 电气学院第三节第三节 转子不动时转子不动时的异步电机的异步电机v从电路的角度来看，转子不动时异步电机的电路方程与次级短路时的变压器的电路方程相似v变压器的初级相当于异步电机的定子绕组v次级绕组相当于转子绕组。v尽管异步电机与变压器的的磁场性质、结构和运行方式不相同，但他们内部的电磁关系时相通的。v所以在研究异步电机的等效电路时所以在研究异步电机的等效电路时，可以借助变压器的可以借助变压器的电磁理论电磁理论。 2024/9/1917河海大学 电气学院第三节第三节 转子不动时转子不动时的异步电机的异步电机 转子不动时的定、转子电路2024/9/1918河海大学 电气学院第三节第三节 转子不动时转子不动时的异步电机的异步电机 转子不动时的异步电机与变压器的等效异步电机与变压器的等效2024/9/1919河海大学 电气学院第三节第三节 转子不动时转子不动时的异步电机的异步电机1、电压平衡方程 定子绕组的电压平衡式和转子不动时转子绕组的电压平衡式分别为（与变压器类比解释各参量的意义）2024/9/1920河海大学 电气学院第三节第三节 转子不动时转子不动时的异步电机的异步电机2、磁动势平衡方程 定子绕组磁动势 转子绕组磁动势 合成磁动势 磁动平衡式为2024/9/1921河海大学 电气学院第三节第三节第三节第三节 转子不动时转子不动时转子不动时转子不动时的异步电机的异步电机的异步电机的异步电机3、绕组的归算 一般将转子方面的各物理量归算到定子方面。（1）电流的归算 根据归算前后转子磁动势保持不变，即： 式中 为电流变比。 2024/9/1922河海大学 电气学院第三节第三节第三节第三节 转子不动时转子不动时转子不动时转子不动时的异步电机的异步电机的异步电机的异步电机（2）电动势的归算 根据归算前后转子视在功率保持不变，即 式中 为电动势变比。 2024/9/1923河海大学 电气学院第三节第三节 转子不动时转子不动时的异步电机的异步电机（3）阻抗的归算 根据归算前后转子铜耗保持不变，即 式中 为阻抗变比。 电阻变比也适用于转子电抗、阻抗的归算。2024/9/1924河海大学 电气学院第四节第四节第四节第四节 转子转动时转子转动时转子转动时转子转动时的异步电机及其等效电路的异步电机及其等效电路的异步电机及其等效电路的异步电机及其等效电路 1、转子转动后对转子各物理量的影响 从电路角度看，转子转动后转子频率的变化将影响转子电动势和漏抗等参数的变化。 转子电流的频率 转子电动势 转子漏抗 转子转动后转子回路电压平衡式 2024/9/1925河海大学 电气学院第四节第四节第四节第四节 转子转动时转子转动时转子转动时转子转动时的异步电机及其等效电路的异步电机及其等效电路的异步电机及其等效电路的异步电机及其等效电路2、频率归算 由以上分析可知，转子转动后转子回路的参数频率为而定子回路参数的频率仍为 电路中频率应相同，所以进行频率归算：2024/9/1926河海大学 电气学院第四节第四节第四节第四节 转子转动时转子转动时转子转动时转子转动时的异步电机及其等效电路的异步电机及其等效电路的异步电机及其等效电路的异步电机及其等效电路 2024/9/1927河海大学 电气学院第四节第四节第四节第四节 转子转动时转子转动时转子转动时转子转动时的异步电机及其等效电路的异步电机及其等效电路的异步电机及其等效电路的异步电机及其等效电路转动时的电路(频率归算前)转动时的电路(频率归算后)2024/9/1928河海大学 电气学院第四节第四节第四节第四节 转子转动时转子转动时转子转动时转子转动时的异步电机及其等效电路的异步电机及其等效电路的异步电机及其等效电路的异步电机及其等效电路3、基本方程转子参数经频率归算后还应进行绕组归算，归算后异步电动机转子转动后的基本方程为2024/9/1929河海大学 电气学院第四节第四节第四节第四节 转子转动时转子转动时转子转动时转子转动时的异步电机及其等效电路的异步电机及其等效电路的异步电机及其等效电路的异步电机及其等效电路4、等效电路 根据上式可画出异步电机的 型等效电路2024/9/1930河海大学 电气学院第四节第四节第四节第四节 转子转动时转子转动时转子转动时转子转动时的异步电机及其等效电路的异步电机及其等效电路的异步电机及其等效电路的异步电机及其等效电路4、向量图与接有纯电阻负载时的变压器向量图类似。异步电机的模拟电阻压降相当于变压器的次级侧电压，其余部分没什么区别。2024/9/1931河海大学 电气学院第五节第五节 异步电机的功率平衡式和异步电机的功率平衡式和 转矩平衡式转矩平衡式一、功率平衡式 本节将用有效电路来分析异步电动机的能量关系见右图输入电功率定子铜耗定子铁耗转子铜耗总的机械功率 异步电动机的各种损耗总的机械功率又称内功率。2024/9/1932河海大学 电气学院第五节第五节 异步电机的功率平衡式和异步电机的功率平衡式和 转矩平衡式转矩平衡式异步电动机的功率流程图异步电动机总的功率式正常运转的时候转子铁芯中磁通的变化的频率很低，仅有13Hz,所以转子铁耗可以略去不计。2024/9/1933河海大学 电气学院第五节第五节 异步电机的功率平衡式和异步电机的功率平衡式和 转矩平衡式转矩平衡式两个重要关系两个重要关系：因为电磁功率：转子铜耗：机械功率：所以： 又叫转差功率2024/9/1934河海大学 电气学院第五节第五节 功率平衡式和转矩平衡式功率平衡式和转矩平衡式二、转矩平衡式旋转电机的机械功率：电机的转矩与它的机械角速度乘积.总机械功率除以转子角速度 得到转矩平衡式，即式中 ：为电动机轴上的输出机械转矩，即负载转矩； ：为电动机轴上的总机械转矩:Tem，即电磁转矩； 为电动机空载(制动)转矩；2024/9/1935河海大学 电气学院第五节第五节 功率平衡式和转矩平衡式功率平衡式和转矩平衡式三、关于电磁转矩电磁转矩与功率式中 或 为电机的同步角速度：注意：比较下式含义：具体例子详见书 例（9-1）2024/9/1936河海大学 电气学院第六节第六节 异步电机的参数异步电机的参数异步电机的参数异步电机的参数 基本方程式、等效电路图和向量图基本方程式、等效电路图和向量图分析交流电机普遍方法。 通过等效电路可以算出电机的电流、功率、功率因数、效率以及转矩。2024/9/1937河海大学 电气学院第六节第六节 异步电机的参数异步电机的参数v两种参数励磁参数: 决定于电机主磁路的饱和程度.是一种非线性参数.短路参数: 基本上与电机的饱和程度无关,是一种线性参数.v测定方法：两种试验空载试验短路试验2024/9/1938河海大学 电气学院一一 空载试验与励磁参数的确定空载试验与励磁参数的确定(一)空载试验:v在UN、fN下,轴上不带负载。v将电动机运转一段时间(30min)使其机械损耗达到稳定值,v然后调节电源电压从(1.101.20) UN开始,逐渐降低到可能达到的最低电压值(约0.3UN).v测量79点,每次记录端电压,空载电流,空载功率和转速.v根据记录数据,绘制电动机的空载特性曲线.2024/9/1939河海大学 电气学院一一 空载试验与励磁参数的确定空载试验与励磁参数的确定(二) 机械损耗和铁耗的分离2024/9/1940河海大学 电气学院一一 空载试验与励磁参数的确定空载试验与励磁参数的确定2024/9/1941河海大学 电气学院二二 短路试验及短路参数之确定短路试验及短路参数之确定（1） 短路试验:v短路指T形电路中的附加电阻 的状态.vn=0,因此必须在电动机堵转情况下进行.故短路试验也称为堵转试验.v试验方法一般从I1=1.2IN （或：U1=0.4UN）开始,逐步降低电压.到I1=0.3IN 测量57点,每次记录端电压,定子短路电流和短路功率,测量定子绕组的电阻.根据记录数据,绘制异步电动机的短路特性I1s=f(U1),p1s=f(U1)2024/9/1942河海大学 电气学院二二 短路试验及短路参数之确定短路试验及短路参数之确定v（2）短路参数的确定 (与变压器相同)v由于 励磁支路开路: v全部输入功率都变成定子铜耗与转子铜耗.2024/9/1943河海大学 电气学院二、异步电机的等效电路及其简化二、异步电机的等效电路及其简化二、异步电机的等效电路及其简化二、异步电机的等效电路及其简化令根据T型等效电路，可写出如下两个方程式。联立求解得2024/9/1944河海大学 电气学院二、异步电机的等效电路及其简化二、异步电机的等效电路及其简化二、异步电机的等效电路及其简化二、异步电机的等效电路及其简化 和 都很复杂，式中 是一个复系数在异步电机中，略去 则复数系数变成实数，即2024/9/1945河海大学 电气学院第六节第六节 异步电机的参数异步电机的参数 求转子电流的较准确近似等效电路求定子电流的较准确近似等效电路2024/9/1946河海大学 电气学院第六节第六节 异步电机的参数异步电机的参数异步电机的简化等效电路（c=1）2024/9/1947河海大学 电气学院第七节第七节 异步电机的机械特性异步电机的机械特性 称为异步电动机的电磁转矩-转差率曲线，简称T-s曲线，又称为机械特性曲线，它是异步电动机最主要的特性。一、电磁转矩表达式 2024/9/1948河海大学 电气学院第七节第七节 异步电机的机械特性异步电机的机械特性二、T-sT-s曲线曲线由上式可画出T-s曲线如右：该曲线是按电动机运行方式导出按照转差率划分电机有三种状态：1、 T0， T与n方相同，为电动机电动机状态。2、 T0, nn0 ，T与n方向相反,制动转矩，为发电机发电机状态。3、 T0,T与n方向相反，为制动制动状态。2024/9/1949河海大学 电气学院第七节第七节 异步电机的机械特性异步电机的机械特性v为什么异步电机起动电流大，起动转矩并不大？v可参书P157 图9-202024/9/1950河海大学 电气学院第七节第七节 异步电机的机械特性异步电机的机械特性二、最大转矩 1.临界转差率与最大转矩求最大转矩可用 ,由此求得产生最大转矩时的转差率 ：临界转差率，其中“ ”号，电动机取“+”号，发电机去“-”号。代入转矩表达式，求得最大转矩为2024/9/1951河海大学 电气学院第七节第七节 异步电机的机械特性异步电机的机械特性2.过载能力由此得到以下几点结论：由此得到以下几点结论：2024/9/1952河海大学 电气学院第七节第七节 异步电机的机械特性异步电机的机械特性2024/9/1953河海大学 电气学院第七节第七节 异步电机的机械特性异步电机的机械特性三、异步电机稳定运行范围电动机的稳定运行条件为对恒转矩负载， 2024/9/1954河海大学 电气学院第七节第七节 异步电机的机械特性异步电机的机械特性四、电磁转矩简化计算公式（从略）1.对大型电机2.实用公式 2024/9/1955河海大学 电气学院第八节第八节 异步电动机的工作特性异步电动机的工作特性异步电动机的工作特性定义：( )NNffUUemPfTIn1111,211,cos,=hj2024/9/1956河海大学 电气学院第第八八八八节节 异步电动机的工作特性异步电动机的工作特性（1）转速特性：（2）定子电流特性：( )NNffUUPfnDef1111,2=：( )NNffUUPfIDef1111,21=：2024/9/1957河海大学 电气学院第第八八八八节节 异步电动机的工作特性异步电动机的工作特性（3）功率因数特性(*)： ( )NNffUUPfDef1111,21cos=j：2024/9/1958河海大学 电气学院第第八八八八节节 异步电动机的工作特性异步电动机的工作特性（4）电磁转矩特性： ( )NNffUUemPfTDef1111,2=：2024/9/1959河海大学 电气学院 （5）效率特性：v v异步电动机的效率为v损耗：v vP2增加时，效率上升得很快；v当不变损耗=可变损耗时,效率达到最大值；v随后负载继续增加，可变损耗增加很快，效率就要降低。v电动机容量越大,效率就愈高.第第八八八八节节 异步电动机的工作特性异步电动机的工作特性( )NNffUUPfDef1111,2=h：2024/9/1960河海大学 电气学院第九节第九节 三相异步电机的启动三相异步电机的启动 4.9.14.9.1 起动电流和起动转矩起动电流和起动转矩起动电流和起动转矩起动电流和起动转矩 4.9.2 普通三相笼型异步电动机的起动 4.9.3 高起动转矩的三相鼠笼型异步电动机 4.9.4 绕线型三相异步电动机的起动 4.9.5 三相异步电动机的软起动2024/9/1961河海大学 电气学院4.9.14.9.14.9.14.9.1 起动电流和起动转矩起动电流和起动转矩起动电流和起动转矩起动电流和起动转矩定义： 异步电动机的起动是指电机从静止状态加速到稳态转速的整个过程，它包括最初起动状态和加速过程。主要指标：起动电流和起动转矩希望：起动电流小、起动转矩大实际：起动电流大、起动转矩不大（不宜说起动转矩小） 2024/9/1962河海大学 电气学院4.9.14.9.14.9.14.9.1 起动电流和起动转矩起动电流和起动转矩起动电流和起动转矩起动电流和起动转矩起动时 ，定子电流很大（额定电流的57倍）最初起动转子功率因数很小：所以转矩不大：本节内容：怎样尽可能使：起动电流小、起动转矩大2024/9/1963河海大学 电气学院4.9.2 4.9.2 4.9.2 4.9.2 笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动一台异步电动机采用什么起动方法，需要看供电系统的容量、负载的性质以及用户对起动的要求而定。 就负载情况而言，可归纳为以下三种典型情况：v重载起动，起动时有比较大的阻力距；v轻载或空载起动，起动时阻力距很小；v风机类负载：负载起动时最初时阻力距很小，随转速上升，负载转矩几乎按转速平方上升。三种典型负载起动特性00.20.40.81.0sT1230.62024/9/1964河海大学 电气学院4.9.2 4.9.2 4.9.2 4.9.2 笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动v一、直接起动v把全部电源电压直接加到电动机的定子绕组，也称全压起动。v主要问题：起动电流较大，造成电网电压下降，影响其它用电设备v一般规定，异步电动机的功率低于7.5kW时允许直接起动。如果功率大于7.5kW，而电源总容量较大，能符合下式要求者，电动机也允许直接起动v简单估算：S电机(0.20.3)S变压器,可以直接起动2024/9/1965河海大学 电气学院4.9.2 4.9.2 4.9.2 4.9.2 笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动v二、电阻减压或电抗减压起动v在电源端串入电阻、或电抗v串电阻：损耗增加v串电抗：起动功率因数更低2024/9/1966河海大学 电气学院4.9.2 4.9.2 4.9.2 4.9.2 笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动三、自耦变压器自耦变压器起动起动v对自耦变压器（Tr）：设变比为k, 则：2024/9/1967河海大学 电气学院4.9.2 4.9.2 4.9.2 4.9.2 笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动v对电机：v直接起动时：电压U1，电流Ist，起动转矩为Tstv经Tr后，电压：U2U1/k v加在电机上，电机电流正比减小，为v该电流再经Tr,其原方电路再降k倍，即为：v电机转矩正比电机上电压平方：2024/9/1968河海大学 电气学院4.9.2 4.9.2 4.9.2 4.9.2 笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动v结论：v自耦变的变比为v电机电压为原来的v电机电流为原来的v电机转矩为原来的v电机从源吸取的电流为原来的22111kkkk1 k2024/9/1969河海大学 电气学院4.9.2 4.9.2 4.9.2 4.9.2 笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动笼型异步电动机的起动四、星三角（YD）起动正常运行： D起动： Y v直接起动：电压U1，电流Ist，起动转矩为TstvY起动，电压：v电机电流正比减小，为v线电流：即从电源吸取的电流：v电机转矩正比电机上电压平方：v所以，相当于变比为 的自耦变起动2024/9/1970河海大学 电气学院一一 、高转子电阻高转子电阻异步电机起动异步电机起动*转子电阻起动转矩起动电流但转子电阻特性曲线软，转子损耗大。应用：希望较高起动转矩场合。4.9.3 高起动转矩高起动转矩的三相鼠笼型异步电动机2024/9/1971河海大学 电气学院二二 、深槽转子深槽转子异步电机起动异步电机起动* 槽底比槽口股线的漏电抗大。导条中电流密度j的分布自上而下逐步地减小，如图b所示。电流大部分集中到导条的上部，这种现象称为电流的集肤效应。由于这一效应，从而增加了起动转矩与限制了起动电流4.9.3 高起动转矩高起动转矩的三相鼠笼型异步电动机2024/9/1972河海大学 电气学院v三、双笼转子异步电机起动4.9.3 高起动转矩高起动转矩的三相鼠笼型异步电动机2024/9/1973河海大学 电气学院4.104.10 笼型异步电动机的调速笼型异步电动机的调速异步电动机的转速根据负载的要求，人为地或自动地进行调节，称为调速。 异步电动机的转速公式是因此，异步电动机的调速有以下几种方法：（1）改变供电电源的频率 ；（2）改变电动机的极对数 ；（3）改变转差率 ； 改变转差率可以由改变外施电压、转子回路串电阻或电动势等。2024/9/1974河海大学 电气学院4.10 4.10 笼型异步电动机的调速笼型异步电动机的调速一、变频调速改变电源频率，改变同步转速，使转速变化。特点特点：v调速范围宽、精度高、效率较高，且能无极调速；v但是需要专用的变频电源，应用上受到一定限制。v发展最快。1.变频调速的基本要求主磁通 保持不变，因为 增大将引起磁路过饱和，励磁电流大大增加， 减小将使最大转矩、过载能力下降。 2024/9/1975河海大学 电气学院4.104.10 笼型异步电动机的调速笼型异步电动机的调速如略去异步电动机定子阻抗压降，则 为要使保持 不变，随频率变化，电动势也将随之按正比例变化，即 2024/9/1976河海大学 电气学院4.104.10 笼型异步电动机的调速笼型异步电动机的调速二、变极调速 电源频率保持不变、改变定子绕组的极对数，也可能改变同步转速，从而改变转子转速。 变极电机定子绕组的绕制方法有：v双绕组变极(定子有两套绕组)；v单绕组变极。2024/9/1977河海大学 电气学院4.104.10 笼型异步电动机的调速笼型异步电动机的调速三、改变外施电压调速调压调速是一种比较简单的调速方法，控制电路价格较低。但是低速时转子铜耗较大，效率较低。适合风机类负载:节能,因为2024/9/1978河海大学 电气学院专题专题 绕线转子异步电动机的绕线转子异步电动机的 起动和调速起动和调速2024/9/1979河海大学 电气学院专题专题 绕线转子异步电动机的绕线转子异步电动机的 起动和调速起动和调速笼型转子异步电动机：v转子结构简单、成本低、运行可靠，v但是其转子参数很难调整，v为了改善起动特性和调速特性，大容量的异步电动机可采用绕线转子异步电动机。2024/9/1980河海大学 电气学院专题专题 绕线转子异步电动机的绕线转子异步电动机的 起动和调速起动和调速一、绕线转子异步电动机的起动v如果既要限制起动电流，又要较大的起动转矩v增大起动时的转子电阻可以大大改善起动性能，v绕线转子电动机起动时转子绕组通过集电环和电刷与外接起动变阻器相连接。2024/9/1981河海大学 电气学院专题专题 绕线转子异步电动机的绕线转子异步电动机的 起动和调速起动和调速 起动变阻器的取值：v并非越大越好，应取一个合理的数值。v根据异步电动机的机械特性，当 时，起动转矩等于最大转矩.2024/9/1982河海大学 电气学院专题专题 绕线转子异步电动机的绕线转子异步电动机的 起动和调速起动和调速 频敏电阻（略）频敏电阻（略）2024/9/1983河海大学 电气学院专题专题 绕线转子异步电动机的绕线转子异步电动机的 起动和调速起动和调速二、绕线转子异步电动机的调速 1. 在转子回路中接入调速电阻转子回路中接入调速阻，增大转子的转差率，转速下降。曲线1是固有机械特性曲线2、3是接入附加电阻（R串3R串2）曲线4是恒转矩的负载特性转速分别为：n1、n2、n3显然：n3n21,这种运行状态为反接制动。实现实现：改变电流相序，转速接尽0时，切断电源。特点特点；转子铜耗很大2024/9/1989河海大学 电气学院4.114.11 异步电机的制动运行异步电机的制动运行二、正接反转制动二、正接反转制动概念概念：正接反转制动是指定子接线保持原接法不变，如转子在外力推动下迫使反向旋转，这时电磁转矩是一制动转矩。实现实现：绕线转子电机电机转子回路串较大的电阻应用应用：绕线转子电机作起重用。 2024/9/1990河海大学 电气学院4.114.11 异步电机的制动运行异步电机的制动运行三、能耗制动能耗制动是在电机断电后，立即在定子两相绕组通入直流通入直流励磁电流，产生制动转矩，使电机迅速停转。四、回馈制动四、回馈制动回馈制动通常用以限制电机转速限制电机转速，当转子转速超过同步超过同步转速转速，电磁转矩变为制动转矩，电机由原来电动机状态变为发电机状态，故又称发电机制动。2024/9/1991河海大学 电气学院4.124.12 异步发电机异步发电机2024/9/1992河海大学 电气学院4.124.12 异步发电机异步发电机一、基本方程式、等效电路和向量图一、基本方程式、等效电路和向量图异步电动机，必须：如果用原动机拖动，使： ，这时异步电机作为发电机运行。在发电机运行时，在发电机运行时， 具有负值。具有负值。仍按电动机惯例分析，则与电动机具有相同的表达式和等效电路，只有 应取负值2024/9/1993河海大学 电气学院4.12 4.12 异步发电机异步发电机等效电路异步发电机等效电路2024/9/1994河海大学 电气学院4.124.12 异步发电机异步发电机 异步发电机的向量图2I-&2024/9/1995河海大学 电气学院4.124.12 异步发电机异步发电机分析分析发电机运行状态：定子电流与电压间的相位差 ，有功有功： 为负值，即输入的有功功率为负值，实际上向电网输出有功功率。无功无功：因异步电机自身不能产生无功功率，仍需由电网电网供给或用并联电容器并联电容器的方式供给。2024/9/1996河海大学 电气学院4.124.12 异步发电机异步发电机二、异步发电机的运行方式二、异步发电机的运行方式 异步发电机可以单机运行也可以与电网并联运行。（一）与电网并联运行（一）与电网并联运行激磁电流由电网提供。由于异步电机的激磁电流较大，一般大约是0.30.5 ，所以增加 了电网的无功负担。异步机并网运行特点特点：其电压和频率完全取决于电网的电其电压和频率完全取决于电网的电压和频率，与转速无关。因此无需调压和调频，且并网压和频率，与转速无关。因此无需调压和调频，且并网手续极其简单，只需注意转速略大于同步转速，即可投手续极其简单，只需注意转速略大于同步转速，即可投入电网运行。入电网运行。2024/9/1997河海大学 电气学院4.124.12 异步发电机异步发电机（二）、单机运行（二）、单机运行激磁电流由并联在端点上的电容器供给，因为异步电机实质上与电感性元件等效。2024/9/1998河海大学 电气学院4.124.12 异步发电机异步发电机1.1.电压建起自激过程电压建起自激过程曲线1表示异步电的空载特性，是一条饱和曲线。曲线2是电容器的特性曲线。电压建起自激过程：电压建起自激过程：ImU201Ur2024/9/1999河海大学 电气学院4.124.12 异步发电机异步发电机2.空载状态建立额定电压所需电容值电容值（近似估算） 在额定电压时的激磁电流和电容电流（均取每相值） 因为空载时 ，由此得 或（星形连接，电容为三角形的三倍） 2024/9/19100河海大学 电气学院4.134.13三相异步电动机在不对称电压下运三相异步电动机在不对称电压下运行行与与单相异步电动机单相异步电动机4.13.14.13.14.13.14.13.1 三相异步电动机在不对称电压下运行三相异步电动机在不对称电压下运行三相异步电动机在不对称电压下运行三相异步电动机在不对称电压下运行4.13.24.13.24.13.24.13.2 单单单单 相相相相 异异异异 步步步步 电电电电 动动动动 机机机机2024/9/19101河海大学 电气学院4.13.14.13.1 三相异步电机在不对称三相异步电机在不对称 电压下运行电压下运行主要分析：电源三相电压不对称的影响1、不对称运行的分析方法 对称分量法对称分量法正序电压正序电压 定子绕组正序电流 正向旋转磁场正向转矩 拖动转子正方向旋转。设转子转速 ，则正序转差率2024/9/19102河海大学 电气学院4.13.1 4.13.1 三相异步电机在不对称三相异步电机在不对称 电压下运行电压下运行同理:负序电压负序电压 负负向转矩 负序转差率为 三相异步电机一般不接中线，则无零序电压，所以定子绕组也无零序电流。2024/9/19103河海大学 电气学院4.13.1 4.13.1 三相异步电机在不对称三相异步电机在不对称 电压下运行电压下运行正序和负序等效电路如下所示正序负序2024/9/19104河海大学 电气学院4.13.1 4.13.1 三相异步电机在不对称三相异步电机在不对称 电压下运行电压下运行不对称电压下三相异步电动机的T-s曲线如下所示2024/9/19105河海大学 电气学院4.13.1 4.13.1 三相异步电机在不对称三相异步电机在不对称 电压下运行电压下运行2、电压不对称对电机运行的、电压不对称对电机运行的影响影响因为 很小，因而 于是 则式中 额定电压下起动电流， 2024/9/19106河海大学 电气学院4.13.1 4.13.1 三相异步电机在不对称三相异步电机在不对称 电压下运行电压下运行即使很小的负序电压，也会产生较大的负序电流。例：三相异步电机不允许长期在严重不对称电压下运行。三相异步电机不允许长期在严重不对称电压下运行。实例：三相异步电动机缺相运行。2024/9/19107河海大学 电气学院4.13.2 4.13.2 单相异步电动机单相异步电动机2024/9/19108河海大学 电气学院4.13.2 4.13.2 单相异步电动机单相异步电动机v单相异步电动机是用单相交流电源供电单相交流电源供电v特点简介特点简介v问题：什么磁场？怎样工作？问题：什么磁场？怎样工作？2024/9/19109河海大学 电气学院4.13.2 4.13.2 单相异步电动机单相异步电动机v1 1、结构、结构v通常单相异步电动机定子上有两相绕组：一为主绕组主绕组（或称工作绕组）一为辅助绕组辅助绕组（或称起动绕组）v两绕组在空间有相位差，一般为 电角度v转子为结构简单的笼型绕组。 结构示意图 接线图2024/9/19110河海大学 电气学院4.13.2 4.13.2 单相异步电动机单相异步电动机 2、分析方法、分析方法两种：v磁势分析法磁势分析法由一个绕组-脉振磁势展开v对称分量法对称分量法对称分量法将电流分解为正序、负序分量展开2024/9/19111河海大学 电气学院4.13.2 4.13.2 单相异步电动机单相异步电动机（一）磁势分析法（一）磁势分析法单相绕组通入单相电流脉振磁通势脉振磁通势，分解为两个旋转磁势2024/9/19112河海大学 电气学院4.13.2 4.13.2 单相异步电动机单相异步电动机 2024/9/19113河海大学 电气学院4.13.2 4.13.2 单相异步电动机单相异步电动机 静止时,总转矩为零.所以:关键是怎样使起动转矩不为零. 2024/9/19114河海大学 电气学院4.13.2 4.13.2 单相异步电动机单相异步电动机电机中不同空间位置放两个绕组(设1、2),通入不同相位的电流，则： 2024/9/19115河海大学 电气学院 2024/9/19116河海大学 电气学院4.13.2 4.13.2 单相异步电动机单相异步电动机v所以，只要正反向旋转磁势不相同，合成磁场就会旋转旋转，v切割转子绕组产生v理想情况：F与F中一个为零 2024/9/19117河海大学 电气学院4.13.2 4.13.2 单相异步电动机单相异步电动机与三相异步电动机主要不同不同在于：v三相异步电动机：定、转子绕组和绕组的电压、电流一般都是对称的，气隙磁场是圆形旋转v单相异步电动机：绕组以及绕组的电压电流一般是不对称的，工作时的气隙磁场是椭圆形旋转磁场。2024/9/19118河海大学 电气学院4.13.2 4.13.2 单相异步电动机单相异步电动机(二二)对称分量法对称分量法将一个绕组电流分解为正序、负序电流，它们分别作用。2024/9/19119河海大学 电气学院4.13.2 4.13.2 单相异步电动机单相异步电动机三、单相异步电动机的起动方法起动方法和类型 关键：怎样获得不同相位的电流？ 2024/9/19120河海大学 电气学院4.13.2 4.13.2 单相异步电动机单相异步电动机（一）电容电动机电容电动机主绕组固定接单相电源辅助绕组串联电容器后接单相电源特点：有较高的起动转矩或较好的运行性能。 根据电容器的不同串接方式可分为以下三种。 1、单相电容运转异步电动机maC2024/9/19121河海大学 电气学院4.13.2 4.13.2 单相异步电动机单相异步电动机2、单相电容起动异步电动机 3、单相双值电容异步电动机maCKmaCRKCS2024/9/19122河海大学 电气学院4.13.2 4.13.2 单相异步电动机单相异步电动机（二）单相电阻起动异步电动机maR2024/9/19123河海大学 电气学院习题习题2024/9/19124河海大学 电气学院