异步电机3

5.11.4 绕线式异步电动机的启动
降压启动在限制启动电流的同时，大大降低了启动转矩。在需要较大启动转矩的 应用场合，人们不得不选择价格昂贵的绕线式异步电动机。 绕线式异步电动机的特点是可以在转子回路中接入附加电阻，以改善其启动和调 速性能。
如果 R2 Rst R12 X1 X 2
异步电动机的速度公式
n 1 s n1 1 s
60 f p
异步电动机调速方法有： (1)变极调速； (2)变频调速； (3)变转差率调速。 (1)(2)适合于鼠笼式异步电动机，(3)用于绕线式异步电动机。
5.11.6 异步电动机的变极调速 一、变极 原理：
注：使一半 导体的电流 方向改变， 即实现了变 极的目的。
二、转子回路接入附加电势调速(串级调速) (1)原理 串电阻调速时，调节电阻中消耗较大 的能量。串附加电势可以克服这一缺憾。
E E E sE 2s d 2 d I2 R2 jX 2 s R2 jsX 2
若Ed与sEd相位相反，则串入Ed后,I2下降，电磁转矩T也下降，如果负载 转矩T2不变，则电动机将减速，s增大，电流I2和电磁转矩T回升，直到 T=T2。电动机则在新的转差率s’下稳定运行。 由于转子电势的频率是变化的，所以要获得与转子电势频率相同的附加 电势，装置比较复杂。
K
3
M
图 三相异步电动机直接启动
5.11.3 鼠笼式异步电动机降压启动
适用场合：容量大于或等于20KW并带轻载的工况。
一、定子绕组串电阻或者电抗器启动
UN K1 R K2 3 M K2 3 M K1
UN
X
图 定子串电阻降压启动
图 定子串电抗器降压启动
在定子绕组的电路中串入一个三相电阻器或者电抗器来产生一定的电压降，使得达到降 低启动电流的目的。 串电阻器启动时，要消耗较大的功率；串电抗器启动时，当K2短接启动电抗器时还会产 生较大的短路电流，所以串电抗器适合于启动转矩要求不大且启动不频繁的场合。 Ust =UN/k； Ist'/Ist=1/k； Tst'/Tst=1/k2
启动转矩不大的原因：
(1)启动电流大，阻抗压降大，感应电势小，磁通1也小；
(2)启动 cos2 很小。Tst=(0.9~1.3)TN 系统对启动的要求： (1)Tst足够大； (2)Ist不能太大。 不同的启动方法就是在保证一定转矩的情况下，采取不同的措施限制启动电流。
二、决定异步电动机启动方法的原则
二、转子绕组外串频敏变阻器启动
BP实质上是一台只有初级绕组而且铁心损耗较大的三相变压器。BP的铁 耗大就相当于Rm大。而铁耗与磁通的频率（等于转子频率f2=sf1）的1.3次方 成正比。开始启动时，s较大，故f2较大，Rm也较大；随着启动过程的进行， s逐渐变小，所以f2变小，所以Rm变小。 启动完毕后，将转子回路 短路。 频敏变阻器相当于一种无 触点变阻器，结构简单，成 本低，所以应用较为广泛。
一、反接制动
实现反接制动有两种方法：转速反向和两相反接。 1. 转速反向的反接制动(正接反转) 异步电动机定子电源正向连接，其定子磁动势旋 转方向为n1正向旋转，但由于转子回路串有较大的电 阻，在转轴上带有较大的位能性负载(下放重物)，电 机起动时电磁转矩Tem与负载转矩TZ方向相反，在TZ 作用下，电动机反向旋转并达到平衡。s＞1 2. 两相反接的反接制动(反接正转) 绕线型异步电动机本来工作在正向电动状态，为 了迅速让电动机停转或迅速反转，将定子两相绕组的 出线头对调后再接到电源，这就是定子两相反接的反 接制动。 s＞1
具体情况具体分析。供电变压器容量和电机容量以及具体应用场合。 电动机容量相对于电网容量很小时，可以直接启动；如果生产机械对转矩要求不 大，则只考虑限制电流；如生产机械对转矩要求较高，则既要限制电流，又要保 证需要的转矩。 启动方法有：笼形异步电动机的直接启动、笼形异步电动机的降压启动、绕线式 异步电动机电枢回路串电阻启动等。
二、反向回馈制动
若电动机两相反接带有位能性负载TZ，则电机在两 相反接电源的作用下，反向加速，其转速将超过同步转 速n1。电动机工作在反向回馈制动状态，电磁转矩Tem为 正，转速n为负。转差s<0。
三、能耗制动
将正在运行的电动机的定子绕组从电网断开，接到 直流电源上。定子的直流形成一恒定磁场，转子由于惯 性继续转动，其导条切割定子的恒定磁场而在转子绕组 中感应电势、电流，从而将转子动能变成电能消耗在转 子电阻上，使转子发热，当转子动能消耗完，转子就停 止转动，这一过程称为能耗制动。
三、转子回路串电阻调速（绕线异步电动机的调速）
一、转子回路串电阻调速 给绕线式异步电动机的转子回路串入调节电阻Rtj，其机械特性曲线T=f(s) 形状将发生变化。最大转矩的位置随所串电阻的增大而下移。 若电动机驱动恒转矩负载，本来工 作于a点，串入调节电阻Rtj后，工作 点会移动到b点。由于ab点的电磁转 矩相等，所以 Rtj R2 R2 R2 R2 Rtj sa sb sa sb 串入电阻前后的两个稳态，电动机的阻抗 没有发生变化，转矩不变，所以电流也不变。 由于Pem=TW1，所以电磁功率也保持不变。 而总的机械功率Pmec=TW随着转速下降而减 小。所减少的功率消耗在了调节电阻上。
2
I st
U1 R1 R2
2
X 1 X 2
2
R2 值的20-30倍 额定运行时，转子回路电阻 为堵转时转子回路电阻 R2 s
故启动电流比额定电流大得多，约为额定电流的4-7倍。 尽管启动电流很大，但启动转矩并不大。
cos 2 T CT 1I 2
5.4.2 异步电动机的制动
电动机运行于正向电动状态(即第Ⅰ象限) 时，其电磁转矩Tem与转速n均为正方向，并 对外输出机械功率。
若电磁转矩Tem、转速n中有一项与正向电 动状态方向相反，即Tem与n方向相反，电动 机就工作在电磁制动状态。在此状态下，电动 机转轴从外部吸收机械功率而转换成电功率。
设自耦变压器的变比为K，电动机定子绕组的 外施电压降低到1/K倍
电动机的启动电流减少到1/K倍
电网供给的启动电流减少到1/k2倍
I st
UN
电动机的启动转矩减少到1/k2倍
QJ2型自耦变器有不同的降压抽头， 1/k = 0.75,0.64,0.55 以备选择。
I st
UN k
3
M
图 自耦变压器降压启动
5.11.2 鼠笼式异步电动机直接启动
利用闸刀或者接触器把电动机直接接到具有额定电压的电源上。
设备简单、操作方便，在供电变压器容量相对较大的情况下采用。 频繁启动电动机：电动机容量/供电变压器容量<20%时，允许直接启动； 不频繁启动电动机：电动机容量/供电变压器容量<30%允许直接启动； 如果没有独立的供电变压器时，则限制电网电压降不能超过10-15%。
1、恒转矩调速（基频向下调）
•
当电机变频前后额定电磁转矩相等，即恒转矩调速时，
若：电压随频率成正比变化（ U1 ／ f1 应为定值），则主磁通 Φm不变，电机饱和程度不变，电机过载能力也不变。电机在 恒转矩变频调速前后性能都能保持不变。
2、恒功率调速（基频向上调）
在电机带有恒功率负载时，在变频前后，它的电磁功率相等。
•
在正常运行时只有工作绕组接在电源上，单相绕组 通交流电流，产生的磁动势为脉振磁动势。一个脉振磁 动势可分解为两个转向相反的旋转磁动势，因此，利用 迭加原理，可得出单相异步电机的电磁转距曲线如图所 示。
单相异步电动机(单绕组) 起动转矩为零，不能自 起动 该电动机在起动后，能 带一定负载，但过载能 力小
2
则获得最大启动转矩。
一、串电阻分级启动
j
3
M
(1)2C,3C,4C断开，1C闭合，定子绕组加额定电压，串入电阻（R'+R''+R'''）,启动点 在曲线的a点，启动转矩T2＞TN，电动机开始旋转 (2)转速上升到b时，T=T1,闭合2C，切除电阻R'''，则工作点从b点跳到2的c,T=T2 (3)转速上升到d时，T=T1,闭合3C，切除电阻R''，则工作点从d点跳到1的e,T=T2 (4)转速上升到f时，T=T1,闭合4C，切除电阻R'，则工作点从f点跳到0的g,T=T2 (5)转速继续上升经h到达稳定运行点j。 启动电阻器有金属丝电阻器、铸铁电阻器、水电阻器等。
5.4.3 异步电动机的调速方法 异步电动机结构简单、坚固耐用、维修方便、制造容易，大 量被用来拖动转速基本不变的生产机械。 在实际应用中，许多机械需要调速，如车床、电力机车、风 机、水泵等，常用闸阀控制。 为了节能，则要求设法从电机本身出发进行电气调速。 异步电动机过去被认为调速性能不好。随着电子电力技术的 发展，异步电动机的调速问题已经基本解决。异步电动机的 调速性能甚至可以做到优于直流电动机。
5.5.2、单相电容（电阻）启动异步电动机 单相异步电动机只需要单相交流电源供电，在家用 电器、医疗器械中得到广泛应用，其分析方法与不对 称电压下运行时的分析方法基本相同。
一、工作原理 单相异步电动机定子 上一般有两个绕组：起动 绕组、工作绕组，两绕组 在空间上相距 90 度电角度 。转子是笼型结构。起动 绕组只在起动时接入，起 动完毕从电源断开。
(1)若要维持主磁通不变，即令电压随频率作正比变化则电机
过载能力随频率成正比变化。 (2) 若保持过载能力不变，则主磁通要发生变化。
•
变频调速的优点是调速范围大，平滑性好，变
频时电压按不同规律变化可实现恒转矩调速或恒功
率调速，以适应不同负载的要求。这是异步电机最
有前途的一种调速方式，其缺点是目前控制装置价 格仍比较贵。