西安交大的电机学课件

3 U1 2 I p cos ( p ) h( p ) 3
2( p )
P2( p )
P2(2 p )
2
3
1.1547
（3） 输出转矩关系 倍极数时的 T2(2p)=P2(2p)/W(2p)
少极数时的 T2(p)=P2(p)/W(p)
T2(2 p ) T2( p )

P2(2 p ) W( p ) W(2 P ) P2( p )
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三、软起动 简介
1、定义 采用自动控制电路构成的启动器来实现笼 型异步电动无级平滑起动的方法，被称为异步电动机 的软起动。 2、类型 （1）磁控式软起动器 主要利用了磁性控制元件：磁放大器或饱和电 抗器。 （2）电子式软起动器（较先进，对起动性能要求 较高 时采用的方法）极大程度地改善了起动性能。而 且兼有保护的功能。
14-5 异步电动机的调速方法综述
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。 剩余的问题是降低成本、实际应用。 60 f 异步电动机的速度公式 n n1 1 s 1 s p 异步电动机调速方法有： (1)变极调速； (2)变频调速； (3)变滑差调速。 (1)(2)适合于鼠笼式异步电动机，(3)用于绕线式异步电动机。
Ip U Z
U
Y接法的启动电流
D接法的启动电流
8
二、 鼠笼式异步电动机降压启动 （续） 3、定子绕组串电阻或者电抗器启动
UN
K1 R M
UN K1
X M
K2 3
K2 3
图 定子串电阻降压启动
图 定子串电抗器降压启动
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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，设降压比为 K ，使得达到降低启动电流的目的。 电动机定子绕组的外施电压降低到 K 倍， 而 Tst
32 1.7321 2 1
21
n
不考虑 cos 和 h 的变化 时：
2n1
YY
P2 p
P2 2 p
1.1547
n1
T
A2 X 1
0
U
X 2 A1
TYY
T TmYY Tm
•结论： •D-YY接法转速变化一倍时，功率 只变化了15.47%，接近恒功率调速 ；低速时的转矩比高速时转矩大到 1.732倍。
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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。
图 三相异步电动机直接启动
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二、 鼠笼式异步电动机降压启动
1、应用自耦变压器(启动补偿器)启动
设自耦变压器的变比为
ka
，电动机
I st
UN
定子绕组的外施电压降低到 1 k 倍。 a 电 动 机的启动电流减少到 1 ka 倍； 2 电网供给的启动电流减少到 1 ka 倍； 电 动 机的启动转矩减少到 1 k 2 倍。
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14-2 鼠笼式异步电动机的起动方法
一、 鼠笼式异步电动机直接启动
利用闸刀或接触器把电动机直接接到额定电压的电源上。 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5%。 K 若供电电源的变压器的容量不够大 时，就采取降压启动。由于转矩是按照 电压平方的规率而下降的，所以这种方 M 3 法适合于对转矩要求不高的场合。
1
启动过程是指电动机的转速从静止到达稳定转速的过程。 启动过程中电流一般较大，约为额定电流的4~7倍。为了避免电机在启动过程 中损坏和降低启动电流对电网的影响，一般希望启动过程越快越好。 从三相异步电动机的转子电流公式：
I2 U1 R2 2 R X X 1 1 2 s
具体情况具体分析：供电变压器与电机容量及具体应用场 合。 电动机容量相对于电网容量很小时，可以直接起动； 电动机容量/供电变压器容量<20%时，允许直接起动； 起动方法有： 笼形异步电动机的直接起动、笼形异步电动机的降压起 动（即采用自耦变压器，星角变换，串电抗器起动）； 绕线式异步电动机转子绕组回路外串电阻起动等。
U 2。
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 K 倍； 电 动 机的启动转矩减少到 1 K 2 倍。 说明：串电阻器启动时，要消耗较大的功率；串电抗器启动时，当 开关 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。
a
I st
3
M
UN ka
QJ2型自耦变压器有不同的降压抽头，
1/k = 0.73，0.64，0.55 以备选择。
图 自耦变压器降压启动
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２、星-三角（Y-D）启动
适合于正常运行为D接法的电动机。 电路分析知道：I Y 1 T 1
I
st

3
Tst
st

UN K1 b
3
电动机定子绕组的外施电压降低到1 倍， 3 而 T U 2 。
I st
U1
R1 R2 X1 X 2
2
2
12
s
一、转子回路串电阻 分级启动
3
M
上图中：
(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，但都按短时方式 设计。
第 14 章 三相异步电动机的启动及调速
14-1 三相异步电动机的启动对启动性能的要求： (1)Tst足够大； (2)Ist不能太大。 不同的启动方法就是采取不同的措施限制启动电流。
额定运行时，转子回路电阻
R2 值的20-30倍。 s 为堵转时转子回路电阻 R2
a
K2
c
电 动 机的启动电流减少到 1 3 倍； 电网供给的启动电流减少到 1 3 倍； 电 动 机的启动转矩减少到 1 3 倍。
图 星-三角启动
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２、星-三角（Y-D）启动（续）
参考下图
电流关系推导：
IY U I 3Z Z 1 3U 3
IY
U 3Z
Ip
U
U 3Z
I
3U Z
（2）起动后，n=const，运行时的 f2=1~3 Hz ，电抗很小，在漏阻 I上 I下 R下 R上 ，而 R下 R上，故 I下 I上 。 电流主 抗中电阻起主要作用， 要经下笼流动，运行时下笼起主要作用，因此把下笼叫运行笼 （器）。转子电阻相当于重新变小，以不影响电机的运行效率。
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三、不同改接方法时，电动机功率及转矩的变化 1、-YY变极调速 （1 ） 接线图
低速倍极数接法，高速 少极数YY接法， 不同接法时 保持电源电压U1和每个绕组中 的电 流Ip不变。
A1 X1 A2 X2
A1 X1 A2 X2
A
A2 X 1 X2 A 1
U
B
20
C
（2） 输出功率关系 U1 I p cos ( 2 p ) h( 2 p ) 2( 2 p ) 3 低速接法时（倍极数时） P 高速YY接法时（少极数时）P 假定不考虑cos和h的变化时
二、双鼠笼型异步电动机 1、槽形结构及槽漏磁通分布 （1）结构上 定子——同普通的三相电动机； 转子——有两套分开的短路笼
I 上 Z下 I 下 Z上
上笼：电阻系数较大，截面小 下笼：电阻系数较小，截面大
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（2）槽漏磁通分布
右图可知：
电抗 电阻
X下 X上 R下 R上
I Z
上 电路关系为： 下 I 下 Z上 2、改善起动性能的原理分析 （1）刚启动时，n =0 s =1 f2= f s=50 Hz ， X 2 f L 较大，即阻抗中电抗起主要作用， I上 I下 X 下 X 上 ，而 X 下 X 上，故I上 I下 。电流主要在上笼流， 而上笼电阻R上较大，即R2适当增加，故Ist小，Tst大，故把上笼叫起 动笼（器），则使转速 n 顺利增加。
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14-6
一、单绕组 变极 (每相)
注：使一半导体 的电流方向改变， 即可实现变极目 的。
异步电动机的变极调速
A
图
X
A
X
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A向变极原理 (支路数=1)
二、(每相)双(多)绕组变极
定子槽中放置两套以上的绕组，每套绕组极数不一样，通过换接工作绕组达到 调速的目的。 每套绕组本身又可以采用变极开关，所以可以得到较多的调速等级。
上
电流 密度
槽 高
h
J
X2下大 X2上小