第07次课(2学时)

定子电路 电路外串电阻或电 ▲ 定子 电路 外串电阻或电 抗时的人为特性
外串电阻R 和电抗X 外串电阻 1s和电抗 1s→电动 电动 机端电压↓， 曲线2， 机端电压 ，图5.25曲线 ， 曲线 和降低电源电压时的曲线1 和降低电源电压时的曲线 相比，最大转矩要大些， 相比，最大转矩要大些， ∵随n ↑→I1↓→R1s和X1s上的 压降↓→电动机端电压 ， 而 电动机端电压↑， 压降 电动机端电压 曲线1的电动机端电压在启 曲线 的电动机端电压在启 动过程始终不变。 动过程始终不变。
R X
2 20
60 f = 常数 P
随 f↓ ， → n0↓ ， Sm↑ ， Tmax 基 本 不 变 ， Tst↑ ， 因 为 X20↓ 。
证明参考《 证明参考 《 电机与拖动基 清华大学出版社。 础》，清华大学出版社。
因为各条曲线近似平行 ， 因为各条曲线 近似平行， 近似平行 所以在T＝ 所以在 ＝TL时，各条曲线 的：
TL TL R2 + R2 r S= S mr = Tmax Tmax X 20
SX 20
cos φ 2 =
TL (R2 + R2 r ) = Tmax
R2 + R2 r
(R2 + R2 r )
2
TL + T (R2 + R2 r ) max
2
=
1 TL 1+ T max
2
= 常数
所以， 常数时， 不变。 所以，当T=KmΦI2cosφ2＝TL＝常数时，I2不变。即变转子电阻的 调速方式属于恒转矩调速方式。 调速方式属于恒转矩调速方式。
5.4 三相异步电动机的启动特性 三相异步电动机的启动特性
●启动要求： 启动要求：
▲ 足够大的启动转矩 ， 足够 大的启动转矩， 大的启动转矩 Tst≥(1.1～1.2)TL； ～ ▲ 启动电流越小越好 ， 否 电网电压下降较大， 则 ， →电网电压下降较大 ， 电网电压下降较大 影响其它电机和设备正常 工作； 电机本身绕组发 工作 ； →电机本身绕组发 热 ， 绝缘老化； →冲击力 ， 绝缘老化 ； 冲击力， 冲击力 变形、 绕组端部位移 、 变形 、 短 路；
缺点： 缺点 ：Tst随定子电压的平方关 系下降，适于空载或轻载启动 启动； 系下降 ，适于空载或轻载启动； 消耗能量大， 不经济，电阻器上消耗能量大 不经济 ， 电阻器上消耗能量大， 串电抗器 所需设备费较贵 设备费较贵， 若 串电抗 器 ， 所需设备费较贵， 且体积大。 体积大。
Ｙ－△降压启动 图 ●Ｙ－△降压启动(图5.31)
●人为机械特性 人为机械特性
▲ 降低电动机电源 电压的人为特 降低 电动机电源电压 的人为特 电动机电源 电压 性(图5.24) 图 U 对 n0 和 sm 都 没 影 响 ， 而 Tmax∝U2 ， Tst∝U2 ， ↓电压 ， 会 电压， 电压 大大↓T 大大 max 和 Tst ， 使特性曲线左 移，即过载能力和启动转矩大大 降低。 降低。 因为T=KmΦI2cosφ2 因为 又 U1≈E1=4.44Kf1N1Φ 当电压由U 当电压由 N减小到 0.8UN时，电动机立 即运行在该点， 即运行在该点，电磁 转矩为何减小？ 转矩为何减小？
I2 =
S (4.44 f1 N 2Φ ) R
2 2
(SX 20 )2 +
当 U1↓ ， → Φ↓→I2↓ ， 而 cosφ2不变，所以 T ↓。 不变，所以→ 。
TN
这 时 动 转 矩 <0, 因 此 →n↓→S↑ →I2↑→T ↑， 直到 ， T=TN为止。 为止。 最后稳定运行在该 点时， 点时，和前一个稳 定运行点比较， 定运行点比较，电 大小如何？ 流I2大小如何？
常运行时的一半
(参考《电机与拖动基 参考《 参考 础》,清华大学出版社 清华大学出版社) 清华大学出版社 因为在起动时： 因为在起动时：
& & & & & & & U 1 = I1 R1 + ( E L1 ) + ( E ) = I1 R1 + jI1 X 1 + ( E1 ) 因为I 很大，所以R 上的压降很大， 因为 1很大，所以 1和X1上的压降很大，E1 ≈1/2U1 也只有正常运行时的一半。 由E1=4.44Kf1N1Φ 知， Φ也只有正常运行时的一半。 也只有正常运行时的一半
TN
由上可知， 而在稳定点运行时， 由上可知 ， ↓U→ Φ ↓ ， 而在稳定点运行时 ， n↓→S↑ → cosφ2 ↓ ，从T =KmΦI2cosφ2 =TN= TL=常数，可知，当U=UN时， 常数， 常数 可知， I2会是额定值，而当 ↓时， I2要增大，并且 2大于其额定值， 会是额定值，而当U 时 要增大，并且I 大于其额定值， →电机发热、烧坏 。 电机发热 电机发热、
第五章 交流电动机的工作原理及特性
第07次课 次课
复习上次课内容： 复习上次课内容：
1、转子电路分析：f2、E2、X2、I2、cosφ2和S之间的关系。 、转子电路分析： 之间的关系。 之间的关系 2、三相异步电动机的铭牌数据、额定值的含义。 、三相异步电动机的铭牌数据、额定值的含义。 3、额定功率PN；额定电压 N；额定频率 N；额定电流 N；额定 、额定功率 额定电压U 额定频率f 额定电流I 转速n 转速 N等。 4、三相异步电动机的能流图，了解电能的消耗所在及效率。电 、三相异步电动机的能流图，了解电能的消耗所在及效率。 能消耗在六个方面：定子铜损、定子铁损、转子铜损、 能消耗在六个方面：定子铜损、定子铁损、转子铜损、转子铁 可忽略） 机械损耗、输出机械功率。 损（可忽略）、机械损耗、输出机械功率。 5、三相异步电动机转矩，了解转矩的形成的物理原因及转矩表 、三相异步电动机转矩， 达式。 达式。 6、 三相异步电动机的固有机械特性 ： 四个特殊点 ， 即 （ 0， 、 三相异步电动机的固有机械特性： 四个特殊点， ， n0）、（TN，nN）(Tst，0)、 (Tmax，nm)，并熟悉影响 m、Tmax 、 、 ，并熟悉影响S Tst的有关的因素，SN、λm和λst的概念。牢记机械特性实用公式。 的有关的因素， 的概念。牢记机械特性实用公式。
却不大，一般， ∴Tst=KmΦI2stcosφ2st却不大，一般，Tst=(0.8～1.5)TN ～
5.4.1 鼠笼式异步电动机的启动方法 鼠笼式异步电动机的 式异步电动机的启动方法
全压启动) ●直接启动(全压启动 直接启动 全压启动
图 5.29, 当变压器容量足够大 ， 电 变压器容量足够大， 动机容量(中小型 又不太大时 中小型)又不太大 动机容量 中小型 又不太大时，闸 刀开关或接触器直接接入电源， 刀开关或接触器直接接入电源 ， 额定电压下启动。 额定电压下启动。 满足下列关系可直接启动： 满足下列关系可直接启动 ：
=
R2 n0 n R + n X 20 0
2 2
= 常数
▲转子电路串电阻 时的人为特性(图 5.27)
绕线式异步电动机转子 绕线式 异步电动机转子 电路串入电阻R 电路串入电阻 2r，Tmax 不变， 特性较软。 不变 ， Sm↑ ， 特性较软 。
b 稳定运行在 该点时， 该点时，电 流 I2
KM和 1KM闭合 ， 2KM断开 ， 星形 和 断开， 闭合 断开 启动；转速上升到一定程度后， 1KM断开 ， 2KM闭合 ， 定子接成三 断开， 闭合， 断开 闭合 角形，转入正常运行。 角形，转入正常运行。 设 Z为电动机在启动时每相绕组的等 为电动机在启动时每相绕组的等 效阻抗，则启动电流： 效阻抗，则启动电流： ∵
TN 运行在该点时， 运行在该点时， 电流比I 电流比 2大还是 小？
U≈E1=4.44KfN1Φ,保持 、f不变时， Φ＝常数 保持U、 不变时 不变时， ＝ 保持 把电动机特性曲线近似当成直线， 点的转差率为s,则 把电动机特性曲线近似当成直线，设b点的转差率为 则 点的转差率为
S TL = S mr Tmax
▲改变定子电源频 率时的人为特性 (图5.26) 图 由 U≈E1=4.44KfN1Φ ： 当 ↓f时，必须同时 ，即保 时 必须同时↓U， 常数，才能使Φ不 持U/f= 常数，才能使 不 变。
Tmax
0
U =K = 常数 2 X 20
m
2
n n
= s m n0 =
各条曲线近似平行 图5.26各条曲线近似平行 各条曲线
I stY = U1 /( 3Z ), I st = 3U1 / Z
启动电流是△ ∴IstY=Ist/3， 即 Y启动电流是 △ 直接 ， 启动电流是 启动的1/3 启动的 又∵ T
stY
∝ (U1 / 3 ) = U / 3, Tst ∝ U
2 2 1
2 1
启动转矩是△ ∴TstY=Tst/3， 即 Y启动转矩是 △ 直接启 ， 启动转矩是 动的1/3。 动的 。
● 自耦变压器降压 自学) 启动 (自学 自学
●延边三角形启动
(自学 自学) 自学
★ 鼠笼式异步电动机几种常用 启动方法的比较(见表 见表5.2) 启动方法的比较 见表
小结： 小结：
1、三相异步电动机的人为机械特性，包括： 、三相异步电动机的人为机械特性，包括： 降低电动机电源电压：大大↓T 都没影响； 降低电动机电源电压：大大 max和Tst，对n0和sm都没影响； 常数， 要增大。 当T = TL=常数，I2要增大。 常数 定子电路外串电阻或电抗：和降低电源电压时相似， 定子电路外串电阻或电抗：和降低电源电压时相似，但有 区别。 区别。 改变定子电源频率时的人为特性： 保持 常数， 改变定子电源频率时的人为特性 ： 保持U/f= 常数 ， 当 T= TL＝常数时，I2不变。 常数时， 不变。 转子电路串电阻时的人为特性： 不变， ， 转子电路串电阻时的人为特性：Tmax不变，sm↑，当T= TL 常数时， 不变。 ＝常数时，I2不变。 2、三相异步电动机的启动特性：启动要求、固有启动特性、鼠 、三相异步电动机的启动特性：启动要求、固有启动特性、 笼式异步电动机的直接启动(全压启动 条件。 全压启动)条件 笼式异步电动机的直接启动 全压启动 条件。 3、电阻或电抗器降压启动、Ｙ－△降压启动方法、优缺点及应 、电阻或电抗器降压启动、Ｙ－△降压启动方法、 用场合