本模塊主要講述三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性并以此為理論基礎(chǔ)分別

本模塊主要講述三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，并以此為理論基礎(chǔ)，分別介紹了三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)的種類及實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)各種方法的特性做簡單分析。專題6.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性教學(xué)目標(biāo):1）掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線圖；2）掌握三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的三個(gè)公式；3）掌握固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性的變化規(guī)律；4）熟悉三相異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的條件。6.1.1三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1.定義三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性就是三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行工作時(shí)的機(jī)械特性。是指在一定條件下,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。由于異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)差率及旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系為,所以異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性往往用的形式表示。簡稱為曲線。2.三種表達(dá)式（1）物理表達(dá)式由電磁轉(zhuǎn)矩的公式得：式中，為三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)，是一常數(shù)；是三相異步電動(dòng)機(jī)的氣隙每極磁通量，、分別為轉(zhuǎn)子電路的電流和功率因數(shù)。（2）參數(shù)表達(dá)式上式為機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式。給定參數(shù)，可以畫出曲線，即機(jī)械特性曲線，如圖所示。圖6-1由參數(shù)表達(dá)式繪制的三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線下面分析圖6-1機(jī)械特性中幾個(gè)特征點(diǎn)：①同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)A。其特點(diǎn)是()、。A點(diǎn)為理想空載運(yùn)行點(diǎn)，即使在沒有外界轉(zhuǎn)矩的作用下，異步電動(dòng)機(jī)本身不可能達(dá)到同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)。②額定運(yùn)行點(diǎn)B。其特點(diǎn)是電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速均為額定值，分別用和表示，相應(yīng)的額定轉(zhuǎn)差率用表示，異步電動(dòng)機(jī)可長期運(yùn)行在額定狀態(tài)。③最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)C。其特點(diǎn)是對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩為最大值，稱為最大轉(zhuǎn)矩，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率用，稱為臨界轉(zhuǎn)差率。把式(6-2)中的T對(duì)s求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)為零。最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比稱為最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，也稱過載能力，用表示：（6-5）最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)是異步電動(dòng)機(jī)的重要數(shù)據(jù)之一,列于產(chǎn)品目錄。一般異步電動(dòng)機(jī)的＝1.6～2.2，對(duì)于冶金起重機(jī)械用的電動(dòng)機(jī)，可達(dá)2.2～2.8。④起動(dòng)點(diǎn)D。其特點(diǎn)是對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率，，，對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又稱為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，它是異步電動(dòng)機(jī)接通電源開始啟動(dòng)時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比，稱為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，用表示，即（6-7）一般電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)＝1.0～2.0，對(duì)于冶金起重機(jī)械用的電動(dòng)機(jī)為2.8～4.0。（2）實(shí)用表達(dá)式使用該公式時(shí)，先由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品目錄查得的數(shù)據(jù),算出和，就可得到與的關(guān)系曲線。具體解法如下：

額定輸出轉(zhuǎn)矩：最大轉(zhuǎn)矩：額定轉(zhuǎn)差率：

臨界轉(zhuǎn)差率：

機(jī)械特性的三種表達(dá)式，應(yīng)用場合各有不同。物理表達(dá)式適用于定性分析與及之間的物理關(guān)系；參數(shù)表達(dá)式適用于分析各參數(shù)變化對(duì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的影響；實(shí)用表達(dá)式適用于進(jìn)行機(jī)械特性的工程計(jì)算?！纠?-1】一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)額定值如下：接法，過載能力。試求電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的實(shí)用表達(dá)式.

解：額定轉(zhuǎn)差率額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，由式（6-8）

解得

機(jī)械特性的實(shí)用表達(dá)式

6.1.2固有機(jī)械特性三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性是指異步電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓和額定頻率下，按規(guī)定的接線方式接線，定、轉(zhuǎn)子外界電阻為零時(shí)，與的關(guān)系。根據(jù)電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式可繪出異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性，如圖6-1所示。三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性可以利用實(shí)用表達(dá)式計(jì)算得到。方法是先利用實(shí)用表達(dá)式計(jì)算出同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)A、額定轉(zhuǎn)速點(diǎn)B、最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)C和起動(dòng)點(diǎn)D這幾個(gè)特殊點(diǎn)，然后將這些點(diǎn)連接起來，便得到固有機(jī)械特性曲線。當(dāng)然計(jì)算的點(diǎn)越多，做出的曲線就越精確?！纠?-2】某三相異步電動(dòng)機(jī)，，，試?yán)L出電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性。解：⑴同步轉(zhuǎn)速點(diǎn)

時(shí)，

(2)額定運(yùn)行點(diǎn)

(3)最大轉(zhuǎn)矩點(diǎn)C：

(4)起動(dòng)點(diǎn)將代入公式得

6.1.3人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性是指人為地改變電機(jī)參數(shù)或電源參數(shù)而得到的機(jī)械特性。由式（6-2）可見，可以改變的量有：加到定子端的電源電壓、電源頻率、磁極對(duì)數(shù)，定子電路的電阻或電抗、轉(zhuǎn)子電路的電阻或電抗等等。所以三相異步電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性種類很多，這里介紹幾種常見的人為機(jī)械特性。1.降低定子電壓時(shí)的人為機(jī)械特性當(dāng)定子電壓降低時(shí)，由式（6-2）可見，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩將與成正比地降低，但產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩的臨界轉(zhuǎn)差率與電壓無關(guān)，因此同步轉(zhuǎn)速也不變?？梢娊档碗妷旱娜藶樘匦允且唤M通過同步速點(diǎn)的曲線簇。圖6-3繪出了的固有特性和及時(shí)的人為機(jī)械特性。由圖可見，當(dāng)電動(dòng)機(jī)在某一負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，若降低電壓，將使電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)差率增大；而轉(zhuǎn)子電流將因轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的增大而增大，從而引起定子電流的增大。若電流超過額定值，則電動(dòng)機(jī)的最終溫升將超過允許值，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)壽命縮短，如果電壓降低過多，致使最大轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則會(huì)發(fā)生電動(dòng)機(jī)的停轉(zhuǎn)。2.轉(zhuǎn)子電路中串對(duì)稱電阻時(shí)的人為特性在繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路內(nèi)，三相分別串接大小相等的電阻，由前述分析可知，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速不變，最大轉(zhuǎn)矩

也不變，臨界轉(zhuǎn)差率則隨外接電阻的增大而增大。3.定子電路串接電阻或電抗的人為特性6.1.4三相異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行穩(wěn)定運(yùn)行定義：從運(yùn)動(dòng)方程分析，電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行在工作點(diǎn)上，就是一個(gè)平衡的運(yùn)行狀態(tài)。但是，實(shí)際運(yùn)行的電力拖動(dòng)系統(tǒng)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些小的干擾，比如電源電壓或負(fù)載轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)等。這樣就存在下面的問題：系統(tǒng)在工作點(diǎn)上穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，若突然出現(xiàn)了干擾，待干擾消除后，該系統(tǒng)是否仍能夠回到原來工作點(diǎn)上繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行？如果能夠，我們就說是處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，該工作點(diǎn)就是穩(wěn)定工作點(diǎn)；如果不能夠，則認(rèn)為是不穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，該工作點(diǎn)稱為不穩(wěn)定工作點(diǎn)。圖6-6異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)圖6-6異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載（圖6-6中的負(fù)載特性1），不難判定它在A點(diǎn)能夠平衡穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，而在B點(diǎn)卻只能平衡而不能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，所以線性段對(duì)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載為穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)，非線性段為不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。對(duì)于通風(fēng)機(jī)類負(fù)載（圖6-6中的負(fù)載特性2），C點(diǎn)雖然處于特性曲線的非線性段，但仍滿足穩(wěn)定運(yùn)行條件，所以整條特性曲線都可以平衡穩(wěn)定運(yùn)行。項(xiàng)目6.2三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)教學(xué)目標(biāo)：

1）鼠籠式三相異步電機(jī)的直接起動(dòng)和降壓起動(dòng)方法；

2）繞線式三相異步電機(jī)的起動(dòng)方法；3）繞線式三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)起動(dòng)的級(jí)數(shù)及各級(jí)電阻。6.2.1項(xiàng)目簡介通過檢測(cè)直接起動(dòng)、定子回路串電阻降壓起動(dòng)、Y-Δ降壓起動(dòng)、和自耦變壓器降壓起動(dòng)等起動(dòng)方法的起動(dòng)電流，幫助讀者理解三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法和性能。1.對(duì)異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能的要求對(duì)異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能有如下要求:（1）具有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩

，以保證生產(chǎn)機(jī)械能夠正常地起動(dòng)；（2）在保證一定大小的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的前提下，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流越小越好；（3）起動(dòng)設(shè)備力求結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，操作方便；（4）起動(dòng)過程的能量損耗越小越好，起動(dòng)時(shí)間越短越好。2.鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)鼠籠式電動(dòng)機(jī)有直接起動(dòng)和降壓起動(dòng)兩種方法。（1）直接起動(dòng)——小容量電動(dòng)機(jī)起動(dòng)方法直接起動(dòng)也稱為全壓起動(dòng)。這種起動(dòng)方法最簡便，不需要復(fù)雜的起動(dòng)設(shè)備，但因起動(dòng)電流較大，只允許在小容量電動(dòng)機(jī)中使用。在一般電網(wǎng)容量下，7.5KW的電動(dòng)機(jī)就認(rèn)為是小容量，所以的異步電動(dòng)機(jī)可以直接起動(dòng)。但是所謂小容量也是相對(duì)的，如果電網(wǎng)容量大就可以允許容量較大的電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)。因此，對(duì)容量較大的電動(dòng)機(jī)，若能滿足下列要求，也可允許直接起動(dòng)。式中，為籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流倍數(shù)，其值可根據(jù)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)和規(guī)格從有關(guān)手冊(cè)中查得。（2）降壓起動(dòng)——大中容量電動(dòng)機(jī)輕載起動(dòng)方法對(duì)于不允許直接起動(dòng)的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，為限制起動(dòng)電流，只有降低加在繞組上的電壓。①定子電路串接電阻或電抗降壓起動(dòng)②自耦變壓器降壓起動(dòng)

③Y—△起動(dòng)

④起動(dòng)方法的比較3.三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)這種電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法，適用于大中容量異步電動(dòng)機(jī)重載起動(dòng)。這是因?yàn)?，?dāng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串入適當(dāng)電阻起動(dòng)時(shí)，既可增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又可限制起動(dòng)電流，可以同時(shí)解決鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)存在的兩個(gè)問題。繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)有轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器和轉(zhuǎn)子串接電阻兩種起動(dòng)方法。專題6.3三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速教學(xué)目標(biāo)：1）掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速原理；2）熟悉三相異步電動(dòng)機(jī)常見的調(diào)速方法。近年來，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能大有改善，交流調(diào)速應(yīng)用日益廣泛，在許多領(lǐng)域有取代直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的趨勢(shì)。從異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速關(guān)系式可以看出，異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速可分以下三大類：(1)改變定子繞組的磁極對(duì)數(shù)p，稱為變極調(diào)速；

(2)改變供電電源的頻率f1，稱為變頻調(diào)速；

(3)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s，其方法有改變電壓調(diào)速、繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和串級(jí)調(diào)速。

6.3.1變極調(diào)速方法：改變定子繞組接法—將每相定子繞組分成兩個(gè)“半相繞組”，改變它們之間的接法，使其中一個(gè)“半相繞組”中的電流反向，極對(duì)數(shù)就成倍改變。

圖6-15三相四極電動(dòng)機(jī)定子U相繞組圖6-16三相兩極電動(dòng)機(jī)U相繞組

優(yōu)缺點(diǎn)及適用場合：方法簡單，操作方便，調(diào)速范圍小且為有級(jí)調(diào)速，變極調(diào)速的電動(dòng)機(jī)稱為多速電動(dòng)機(jī)，適用于功率不大、對(duì)調(diào)速要求不高的場合。6.3.2變頻調(diào)速改變，即改變，從而調(diào)節(jié)。

為使保持不變，就要保持為定值，即改變

的同時(shí)按比例改變，這時(shí)電動(dòng)機(jī)容許輸出的轉(zhuǎn)矩不變，為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式。一般在額定頻率往下調(diào)時(shí)，采取這種調(diào)速方式。但從額定頻率往上調(diào)時(shí)，電壓不容許按比例上升而只能保持額定，此時(shí)，越高，越弱，容許輸出的轉(zhuǎn)矩越小，而輸出轉(zhuǎn)速越高，故為恒功率調(diào)速方式。6.3.3改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

改變定子電壓調(diào)速，轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速和串級(jí)調(diào)速都屬于改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。這些調(diào)速方法的共同特點(diǎn)是在調(diào)速過程中都產(chǎn)生大量的轉(zhuǎn)差功率。前兩種調(diào)速方法都是把轉(zhuǎn)差功率消耗在轉(zhuǎn)子電路里，很不經(jīng)濟(jì)，而串級(jí)調(diào)速則能將轉(zhuǎn)差功率加以吸收或大部分反饋給電網(wǎng)，提高了經(jīng)濟(jì)性能。1.改變定子電壓調(diào)速

2.轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速

3.串級(jí)調(diào)速專題6.4三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)和反轉(zhuǎn)

教學(xué)目標(biāo)：1)掌握三相異步電機(jī)的反轉(zhuǎn)；2)掌握三相異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的原理和方法。6.4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)

從三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理可知，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向取決于定子旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向。因此只要改變旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向，就能使三相異步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。6.4.2三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法有下列兩類：機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)。機(jī)械制動(dòng)是利用機(jī)械裝置使電動(dòng)機(jī)從電源切斷后能迅速停轉(zhuǎn)。它的結(jié)構(gòu)有好幾種形式，應(yīng)用較普遍的是電磁抱閘，它主要用于起重機(jī)械上吊重物時(shí)，使重物迅速而又準(zhǔn)確地停留在某一位置上。 電氣制動(dòng)是使異步電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩和電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向相反。電氣制動(dòng)通?？煞譃槟芎闹苿?dòng)、反接制動(dòng)和回饋制動(dòng)(再生制動(dòng))等三類。

1．能耗制動(dòng)方法：將運(yùn)行著的異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組從三相交流電源上斷開后，立即接到直流電源上，如圖6-23所示，用斷開QS，閉合SA來實(shí)現(xiàn)。

(a)接線示意圖(b)原理圖

圖6-23三相異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)示意圖

2.反接制動(dòng)反接制動(dòng)分為電源反接制動(dòng)和倒拉反接制動(dòng)