李发海电机与拖动基础第四版第八章

(a) 接线图
(b)机械特性
启动过程如下：
（1）K1、K2、K3 均闭合，转子串电阻 启动， 启动点为曲线 3上的 a 点，启动转矩 T1 TL ，转速上升。 （2）转速沿曲线 3上升至 b 点时，K3 闭合，切断启动阻 RS 3 ， 启动点移至曲线 2 上的 c 点，又获得了足够电磁矩 ，转
动性转矩。 8.5.2 能耗制动 1. 能耗制动的基本原理
图 8.14 三相异步电动机电动运行
1—固有机械特性；2—降低频率的人为机械特性； 3—电源为负相序时的固有机械特性
设异步电动机以转速 n 逆时针电动状态运行，突然切断源，
同时将直流通入定子绕组（打开 合上 ）见图 8.15 。此间，
由于惯性，电动机转速不能突变，维持逆时针转动，转子绕组中
图 8.4 Y-Δ 启动时的启动电流 (a)直接启动 (b)Y-Δ 启动
, 线启动电流为
当Y接启动时，如图8.4 (b) 所示，每相启动电压为 每相启动电流为 电流 为 ，则 ，于是有 ，那么启动
，
（8-4）
上式说明采用 Y-Δ 启动，使启动电流降低到直接启动的 三分之
一，若直接启动时的启动转矩为
器体积大，价格贵、也不能启动重负载。
8.2.4 三相反并晶闸管降压启动 用三相反并晶闸管降压启动器启动，即将三相反并晶闸管串联 在三相交流电源与被控电动机之间，由控制器控制电机启动如图
（8-6）所示。通过控制器改变导通
角实现降压启动。 这种启动又称软启动。启动时频率 不变，但波形偏离了正弦形，产生了 一些谐波，使电机损耗增大，性能变
在不频繁的启动中，常采用串入水电阻启动。其启动转矩比串 电抗启动要大些。 8.2.2 Y-Δ 启动 对于定子绕组接成Δ形运行的鼠笼异步电动机，可用 Y-Δ 降 压启动法来减小启动电流，接线见图 8.3所示。
图8.3 Y-Δ 启动接线图
当定子绕组 Δ 接启动时，每相启动电流为
，如图 8.4 (a) 。
根据上述关系，在不同机械特性上，参阅图 8.13（b）有
令
，为启动转矩比，则有
推出启动时各级电阻为：
当
时，由图 8.13（b）可得
在固有机械特性上，根据 T S ，可得
或
把式（8-10）与（8-11）代入式（8-9）中最后一式，解得 或把式（8-10）与式（8-12）代入式（8-9）中最后一式解得 式（8-13）与式（8-14）为计算启动电阻的依据公式。
式（8-1）是启动电流 I1S 和启动转矩 TS 的表达式
(8-1)
由上式可知，降低启动电流的方法有：降低电源电压；加大定
子边电阻或电抗；加大转子边电阻或电抗。但需注意过份加大 转子电阻反而使启动转矩减小。 在供电变压器容量较大时，7.5 kW以下的电机通常可直接 启动。
8.2
三相鼠笼式异步电动机降压启动
图 8.9 深槽式异步 电动机机械特性
双鼠笼异步电动机转子上装有两套鼠笼，外笼电阻率高、截面
小，而内笼电阻率低、截面大。如图 8.10 (a) 所示。 电机启动时，转子电流频率高，内笼电抗大、电流小，外笼电
抗小、电流大，外笼起主要作用，外笼又称启动笼。正常运行
时，转子电流频率很低，电流分配主要取决于电阻，内笼电流比 外笼大，内笼起主要作用，内笼又称运行笼。
不断降低，导致损耗
也不断减小，启动完毕
近似为零，可将频敏变阻器切
图 8.12 转子串频敏变阻器的机械特 性 1- 固有特性 2-人为特性
8.4.2 转子串电阻分级启动
1.转子串电阻分级启动 图8.13 为线绕式三相异步电动机转子串电阻分级启动的接线 图与机械特性。
图 8.13 转子串 电阻 分级启动
，则
，Y-Δ 启动时的启动电流为
（8-5）
此种方法只适用于轻负载启动。
8.2.3 自耦变压器(启动补偿器)降压启动
鼠笼式三相异步电动机采用自耦变压器降压的启动电路如图 8.5 所示。启动时将 K 倒向启动边，转速升高后将 K 倒向运行 边。电机进入运行状态。 图 8.6 为其一相电路图， 是自耦变压器的一次电压， 是二
8.5
三相异步电动机的各种运行状态
在不同负载的条件下，改变异步机的电源电压、相序、
频率及转子所串电阻，异步机就会运行在四个象限的不 同状态。
8.5.1 电动运行
在图 8.14 的机械特性中，第一
象限的工作点，如 A 、B 点为正
向电动运行状态；第三象限的工
作点，如 C 点为反向电动运行状
态。电动状态下的电磁转矩为拖
第八章 三相异步机的启动与制动
8.1 三相异步机的直接启动
三相异步机在额定电压下直接启动时，由于主磁通低，功
率因数又低，导致启动电流大，而启动转矩并不大的结果。 此刻的启动电流（堵转电流） 而启动转矩（堵转转矩） 上两式中， 为启动电流倍数， ， ，
为启动堵转倍数。
图 8.1 为直接启动时的固有 机械特性与电流特性。
和，磁滞涡流损耗大，则
有
较大，同样由于
较小，故
饱和，励磁电流较大，励磁电抗
。可见，串入频敏变阻器后使电流 功率因数大
图 8.11 线绕式异步 机串频敏变阻器启动
得到了限制，但电流下降并不多，又保证了足 够的启动电流；同时由于
大提高，启动转矩明显增大。
启动过程中，随转速增加转子电流频率
不断减小，则电阻 除。 利用频敏变阻器启动异步电动 机可获得启动特性接近最大启动 转矩的机械特性，见图 8.12中的 的曲线 2 ，曲线 1 为固有机械特 性。 不断减小，电抗 时，转子电流频率很小，
漏抗较大，深槽电机就更大，则有
，转子电流大小主要
取决于
效应。
，且电流分布极不均匀，槽底电抗大电流小，槽口电
抗小电流大，电流分布见图 8.8 (b) 中的曲线1，这种现象称趋表
正常运行时， 抗很小，
很低，转子漏电 ，转子电流主要取
决于电阻，且集肤效应不明显，电
流分布见图 8.8 (b) 中的曲线 2 。 所以，深槽电机在启动时由于集 肤效应导致转子电阻增大，获得了 较大的启动力矩。转速升至正常值
图 8.1 直接启动 1—电流特性； 2—固有机械特性
小容量异步电动机的启动电流对系统的影响不大，一般可直
接启动；但大容量异步电动机启动时，导致变压器输出电压短时 下降幅度大，造成如下影响： （1）由于电压太低，电机的启动转矩下降很多，重负载时不 能启动。 （2）影响由同一台配电变压器供电的其他负载，如电灯变暗， 数控设备失常，重载异步电动机停转等。
速继续上升。
（3）转速沿曲线 2上升至 d 点时，K2 闭合，切断 RS 2 ，启动点 移至 e 点，并沿曲线 1 继续升速。 （4）当转速升至 f 点时，K1 闭合，切断所有外接电阻，启动点 移至固有特性上的 g 点，然后继续升速，稳定运行在工作点 j 。
2.作图法计算启动电阻
在 0 s sm 的范围内，可近似将机械特性看成直线，为 计算启动电阻带来方便。设启动级数 m=3，见图 8.13（b）。作 图计算启动电阻的步骤如下。 （1）通过 n = n1，T=0 和 n nN ， TN
根据图8.2（b）的等效电路可以得
由于电机设计时 Z k 取值很小，则可认为 X k Zk Rk jX k 。 即可把 直接与外串电抗相加。设外串电抗为 X时，电动机定
与电机直接启动的额定电压 U 之比为 u，则有： 子电压降 U 1 N
(8-2)
显然，定子串电抗启动降低了启动电流，也降低了启动转矩， 只适用电机空载和轻载启动。 工程中常根据允许的启动电流 I1' S 来计算外串电抗 X ，根据 （8-2）式得 （8-3） 其中电动机的短路阻抗为：
图 8.10 双鼠笼异步电动机 (a) 转子槽与槽漏磁通 (b) 机械特性
在图 8.10 (b) 中，曲线 1 为外笼机械特性，曲线 2 外内笼机械
特性，曲线 3 为合成机械特性。由曲线 3 可知，双鼠笼异步电动
机的启动转矩比较大。 双鼠笼异步电动机比普通异步电动机转子漏抗大，功率因数 低，效率相差不大。 总之，加大转子电阻或选用深槽和双鼠笼槽的转子槽形均能
差。其优点是启动电压可由低到高连
续可调，避免了启动电流对电网和电 机的冲击。
图（8-7）三相反并联晶闸管软启动
8.3
高启动转矩的三相鼠笼式异步电动机
8.3.1 转子电阻值较大的鼠笼式异步电动机
选用电阻率较大的新材料作鼠笼导条，或减小鼠笼导条截面都
使鼠笼转子电阻增加，从而使启动转矩、最大转矩、额定转差率
9550 PN nN
两点画出固有
机械特性。
（2）确定最大启动转矩T1和切换转矩T2。通常取 T1 0.85Tm ， 取 （3）通过启动点 启动机械特性曲线 3 。 。 与理想空载点，画第一级
（4）经曲线 3上的 b点水平右移至T=T1处，找到第二机械特性
曲线 2上的 c点，再与理想空载点连接，画出第二级机械特性。
（5）用同样的方法画出第三级启动机械特性。 （6）从第三级启动特性上的 f 点向右平移至T =T1得到交点 g ， g 点也必须是固有机械特性上的点，即 g 为三条曲线交点时，则 作图正确，否则需修改TI、T2大小，重新作图，直至正确。 完成作图后即可计算各级启动电阻 根据式（7-14）可知，当T为常数时，转子电阻与对应转差率 成正比，即 。据此，当T=T1不变时可推出：
都变大，运行段机械特性变软。 高转差率的异步电动机适用于要求启动转矩大或带冲击性负载 的机械。但转子电阻大，正常运行时效率较低，该类电动机价格 也较贵。
8.3.2 深槽式鼠笼异步电动机 深槽鼠笼异步电动机的槽形深而窄，其交流磁通分布不均（槽 底部分的漏磁通多，槽口部分的漏磁通少）见图 8.8 (a) 。 电机刚启动时，S=1，转子电流频率 较高，转子