三相异步电动机拖动
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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
固有机械特征：异步电动机在电压、频 率均为额定值不变，定、转子回路不 串入任何阻抗时旳机械特征。如图：
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。
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
' Ｘ1、X 2 、p 及 m1 ）以及转差率 s 之间的关系, 因此称为电
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
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
西安电子科技大学机电工程学院
12
《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。
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1.1 机械特性的表达式
(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:
H UI A
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
H UI A
“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
异步电动机拖动 电机与拖动
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
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
1.3 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
异步电动机拖动 电机与拖动
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
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
1.3 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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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
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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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
1.1 机械特性的表达式
(二) 参数表达式
LI
s
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
(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
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
1.2 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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LI
异步电动机拖动 电机与拖动
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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异步电动机拖动 电机与拖动
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
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
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
异步电动机拖动 电机与拖动
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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LI
异步电动机拖动 电机与拖动
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
(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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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；
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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。
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异步电动机拖动 电机与拖动
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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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
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• 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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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
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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。
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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
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
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s
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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
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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）
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r2+rs Tem Tm
r2
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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
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