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三相异步电动机的电力拖动【精选】

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三相异步电动机的电力拖动

三相异步电动机的电力拖动
第5章三相异步电动机的电力拖动
• • • • • 5.1 5.2 5.3 5.4 小结 三相异步电动机的机械特性 三相异步电动机的启动 三相异步电动机的制动 三相异步电动机的调速
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5.1 三相异步电动机的机械特性
• 5.1.1机械特性的表达式
• 机械特性是指电动机的转速n与电磁转矩Tem之间的关系，即以 n=f(Tem)或s=f(Tem)的 • 形式表示。电磁转矩有三种表达式，即物理表达式、参数表达式和实 用表达式。 • (1)物理表达式
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5.2 三相异步电动机的启动
• 启动时，先合上隔离开关QS，接触器KM1常开触点闭合，此时启动 电流在启动电阻(或电抗)上产生了较大的电压降，从而降低了加到定 子绕组上的电压，起到了限制启动电流的 作用。 • 当转速升高到一定数值时，KM1常开触点断开，接触器KM2常开触 点闭合，切除启动电 阻(或电抗)，电动机在全压下进入稳定运行。 • 设在额定电压UN下的启动电流为Ist、启动转矩为Tst；串接对称电阻 (或电抗)后定子绕组的电压降为U1′，此时的电流为Ist′、启动转矩 为Tst′。又设电压下降倍数为 ，即 • 式中，UN、U1′均为相电压。 • 根据Ist∝U1，Tst∝U12，可得启动电流和启动转矩下降倍数分别为
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5.1 三相异步电动机的机械特性
• 很多，这里 介绍常见的几种人为特性。 • (1)降低定子电压时的人为特性 当定子电压U1降低时，Tem、Tm、 Tst与电压U12 成正比减小，sm和n1与U1无关而保持不变，所 以可 得U1下降后的人为机械特性如图5.3 所示。
• 降低定子电压可减小电动机启动时的启动电流，但是在降低定子电压 时，Tem、Tm、Tst与电 压U1² 成正比减小，造成电动机启动时间延 长，过载能力下降，如果Tst<TL，还会造成电动机不 能启动。

第六章：三相异步电动机的电力拖动

第六章：三相异步电动机的电力拖动

图6-6 定子串三相对称电阻人为机械特性
4、改变极对数时的人为机械特性 5、改变频率时的人为机械特性
图6-4 三相异步电动机变频时的人为机械特性
三、三相笼型异步电动机的起动方法
1、生产机械对异步电动机起动性能的要求 起动电流要小；起动转矩大。
2、直接起动——全压起动
起动一瞬间，相当于堵转运行，S=1；
结论
可以看成是Y-Δ起动的推广； 起动转矩大于Y-Δ起动，适用于重载起动；
采用不同的抽头比例，可以改变相电压；
体积小、质量小、可以经常起动、价格低廉，将 取代自耦变压器起动；
内部接线复杂。
仅适用于正常运行时定子绕组为Δ连接的电动机， 即额定电压为380/660V的笼型异步电动机。
在确定起动方法时，应根据电源允许的最大起动电流、 负载对起动转矩的要求及起动设备的复杂程度、价格 等条件综合考虑。
2）最大转矩Tm与定子电压的平方成正比，与频率的 平方成反比，与r2无关；
③ 过载倍数
m
Tm TN
④ 起动转矩
1.6-2.2（普通异步电动机）
2.2-2.8（起重、冶金用异 步电动机）
开始起动时，电机转速n=0，转差率s=1。
s=1
Tem
2
f1[(r1
m1 pU12r2' / s r2' / s)2 (x1
Ist =
U1
= U1
(r1 r2' )2 (x1 x2' )2 Zk
中大容量的笼型异步电动机若不满足直接起动的条 件，则必须通过降压，把Ist降到电源的允许电流值。
① 定子回路串电阻或电抗起动
•
Ist
rst xst rk
xk
•

第6章 三相异步电动机的电力拖动

第6章 三相异步电动机的电力拖动

Tm T
释放出来的动能大，帮助电动机克 1—普通鼠笼，2—高转差率
服高峰负载。
缺点：转子电阻大，正常运行时效率较低，且价格贵。 24
电机与拖动
二、深槽异步电动机
h
1、转子槽结构
槽高/槽宽=10~20
2、特点
J
将转子导体看成小导体
并联组成，当有I2时，漏磁 通分布如图。
底部漏电抗X大 L i
2
电机与拖动
掌握三相异步电动机常用的调速方法；会 利用机械特性阐述调速的物理过程；掌握调速 计算；能根据需要选用合适的调速方法 。
掌握三相异步电动机的各种制动方法及其 应用场合；能利用机械特性阐述电磁制动的物 理过程；掌握简单的制动计算。
掌握三相异步电动机的四象限机械特性 。
3
电机与拖动
6.1 三相异步电动机的机械特性
电机与拖动
第6章
三相异步电动机的 电力拖动
1
电机与拖动
本章要求
熟练掌握三相异步电动机机械特性的概念 ；自然机械特性和各种人工机械特性的意义及 其形状；掌握机械特性上几个特殊点的意义及 其使用；会利用力矩实用公式绘制机械特性。
掌握三相异步电动机的起动方法；并能进 行简单的起动计算， 能利用机械特性分析起动 的物理过程；可根据需要选用合适的起动方法 ； 会判断并排除简单的起动故障 。
31
电机与拖动
6.3.2绕线式三相异步电动机转子回路串电阻调速
接线图
机械特性 32
电机与拖动
6.3.2绕线式三相异步电动机转子回路串电阻调速
计算: T 2Tms
sm
当T TL固定时：
电动机的转速与电磁转矩的关系，即n=f(Tem) 称为电动机的机械特性。

三相异步电动机的电力拖动

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。

第五章 三相异步电动机的电力拖动

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

三相异步电动机的拖动方式教学课件

三相异步电动机的拖动方式教学课件
路是否正常。
运行中发热
检查电动机是否过载，检查电源 电压是否过高或过低，检查电动
机冷却系统是否正常。
运行中振动
检查电动机安装基础是否牢固， 检查电动机转子是否平衡，检查
电动机轴承是否磨损。
保养与润滑
根据电动机的型号和使用情况， 定期更换轴承润滑脂。
检查电动机的轴承是否磨损，如 磨损严重应及时更换。
这种方式能够减小启动电流对电网的冲击，减小机械冲击， 延长设备使用寿命，但调速性能较差。
开关磁阻电机拖动方式
开关磁阻电机拖动方式是指利用开关磁阻电机作为动力源 的拖动方式。
这种方式具有结构简单、可靠性高、成本低等优点，且调 速性能优良，适用于需要高精度速度控制的应用场景。
03 三相异步电动机拖动方式 的选择
三相异步电动机的拖动方式教学课 件
目录
• 三相异步电动机简介 • 三相异步电动机的拖动方式 • 三相异步电动机拖动方式的选择 • 三相异步电动机拖动系统的维护与保养 • 三相异步电动机拖动系统的应用实例
01 三相异步电动机简介
三相异步电动机的基本结构
定子
气隙
由铁芯和绕组组成，是电动机的静止 部分。
三相异步电动机的特点
01
02
03
04
结构简单、价格便宜、维护方 便。
运行可靠、效率高、功率因数 高。
调速性能好，能够根据不同的 需求进行调速。
对电源的电压和频率有一定的 要求，否则会影响电动机的正
常运行。
02 三相异步电动机的拖动方 式
直接拖动方式
01
直接拖动方式是指将三相异步电 动机直接与负载连接，通过改变 输入到电动机的三相电压或电流 来实现调速。
定期检查电动机的冷却系统，确 保冷却效果良好。

第七章 三相异步电动机的电力拖动习题答案

1习题答案7.1 某三相鼠笼式异步电动机的额定数据如下： ，，， ，起动电流倍数（定义为起动电流与额定电流之比），起动转矩倍数 ，过载能力 。

定子绕组采用接法。

试求：（1）直接起动时的电流与转矩；（2）如果采用 起动，能带动1000Nm的恒转矩负载起动吗？为什么？（3）为使得起动时的最大电流不超过1800A且起动转矩不超过1000Nm，采用自耦变压降压起动。

已知起动用自耦变压器的抽头分别为55%、64%、73%三档；试问应取哪一档抽头电压？在所取的这一档抽头电压下起动时的起动转矩和起动电流各为多少？解：（1）直接起动时定子绕组中的电流为额定转矩为直接起动时的起动转矩为（2）若采用 起动，则起动转矩为因此，采用 起动不能带动1000Nm的恒转矩负载起动。

（3）若采用自耦变压器起动，则电网侧的起动电流和起动转矩分别为当抽头为55%时，当抽头为64%时，当抽头为73%时，由此可见，只有抽头为64%时的一档才能满足要求。

此档的起动电流为1446.26A，起动转矩为1213.97mN•。

7.3一台三相绕线式异步电动机，转子绕组为Y接，其额定数据为：，，，, ， ，,过载能力 ，拖动恒转矩负载 时，要求电动机在下运行。

（1）若采用转子串接电阻调速，试求每相应串入的电阻值；（2）若采用改变定子电压调速，可行吗？（3）若采用变频调速，保持=常数，试求定子绕组所需的频率与电压。

（提示：转子电阻可根据 （转子为Y接）计算）解：额定转差率为产生最大电磁转矩时的临界转差率可通过下列方程获得。

根据三相异步电动机机械特性的实用公式得于是，转子回路未串任何电阻时的临界转差率为转子每相的电阻为转速为540r/min时的转差率为解此类题目时，最好首先绘出三相异步电动机相应运行状态的机械特性，然后，将电机拖动问题转换为解析几何问题，由此再求解所要求的物理参数或控制量。

（1）若采用转子串电阻调速，相应的机械特性如图7.45所示。

图7.45 练习题7.3图很显然,根据题意,本题旨在求解图7.45中通过B点时的机械特性所对应的转子电阻。

三相异步电动机的电力拖动【精选】

Tst
1 k2
自耦变压器一般有三个分接头可供选用。
精品pp
3.5.3 变频起动
起动时，给三相异步电动机加低压低频的交 流电，随着转速的上升，逐渐提高电源的电压和 频率，直到额定电压和频率。
精品pp
3.5.4 绕线型异步电动机转子串电阻起动
I st
U N (R1 R2 Rst )2 ( X1 X 2 )2
精品pp
回馈制动
2、正向回馈制动（变极或变频调速过程中出现）
电机机械特性曲线1，运 行于A点。 当电机采用变极（增加极 数）或变频（降低频率） 进行调速时，机械特性变 为2。同步速变为 n1 。
电机工作点由A变到B，电 磁转矩为负，nB n1 ，电机 处于回馈制动状态。
精品pp
第五节 三相异步电动机的调速
U N
(Rk Rst )2 X k 2
Tst
2f1
m1 pU12 R2' (R1 R2' )2 ( X1
X
' 2
)2
在转子回路中串联适当的电阻,既能
限制起动电流，又能增大起动转矩。
为了有较大的起动转矩、使起动过
程平滑，应在转子回路中串入多级对 称电阻，并随着转速的升高，逐渐切 除起动电阻。
精品pp
变转差调速 1、转子回路串电阻调速
绕线式异步电动机的转子回路串入对称三相调节电阻，其机 械特性曲线ｎ=f(Ｔ)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。
精品pp
转子回路串电阻调速的特点：
1、调速方法简单，初投资少； 2、低速时机械特性软，调速的平滑性差，调速
范围不大； 3、铜耗大，效率低，电机发热严重。 属于恒转矩调速，多用于断续工作的生产机械，在低速运行的 时间不长，且要求调速性能不高的场合，如用于桥式起重机。

第8章_三相异步电动机的电力拖动


–起动转矩倍数 KT
Tst TN
0.9 ~ 1.3
–起动电流倍数
KI
I st IN
(4 ~ 7)
9
8.1 三相异步电动机的起动
2. 降压起动 • 若起动电流不满足上式，必须采用降低端电压来减小起动电流； –定子端电压下降之后，虽然起动相电流Ist随U1正比减小； –但是起动转矩Tst也随U1成平方关系下降 –因此，降压起动只能用于轻载或空载起动的场合 • 几种降压起动的方法： ⑴定子回路串对称三相电抗器 ⑵自耦变压器降压起动 ⑶星—三角起动 ⑷延边△降压起动 (5)变频起动* (6)软起动*
异步电动机直接起动时的问题：电流大但转矩并不大。
分析： 起动电流 • 根据起动等值电路，直接 起动时的定子相电流为：
I1 ( R1 U1 R2 S
2 ) 2 ) ( X 1 X 2
rk

xk
I1

U
1
I 1 st
st I2
U1 ) ( r1 r2 ) ( x1 x 2
21
8.2 具有高起动转矩的鼠笼电动机
h
槽 高
( a ) 漏 磁 通 分 布 ( b ) 导 体 内 电 流 密 度 分 布( c ) 导 体 的 有 效 截 面 深槽式鼠笼异步电动机
22
8.2 具有高起动转矩的鼠笼电动机
•特性曲线
深槽式异步电机的机械
特性从图中可见深槽式过载
n n1 1普 通 型
电动机。
19
8.2 具有高起动转矩的鼠笼电动机
20
8.2 具有高起动转矩的鼠笼电动机
集肤效应 •将导体看成许多单元导体的并联； • 越接近槽口的导体所交链的漏磁通越少，即漏抗小；接近槽 底的单元，漏抗大； • 导体电流密度分布不均，产生把电流向槽口排挤的“趋表效 应”； • • 电机转速越低， 转子电流频率越高， 趋表效应越突出； 导体的导电高度缩小， 转子电阻增加；

电力行业--三相异步电动机的电力拖动

PYY 2PY TYY TY
可见，Y-YY联结方式时，电动机的转速增大一倍，容许输 出功率增大一倍，而容许输出转矩保持不变，所以这种变极调速 属于恒转矩调速，它适用于恒转矩负载。
2. ∆-YY联结方式
∆-YY后,极数减少一半,转速增大一倍,即 nYY ，2n保 持每一绕组 电流为 ,则I输N 出功率和转矩为
当转差率s变化不大时，电动机的转速n基本与电源频率f1 正比，连续调节电源频率，可以平滑地改变电动机的转速。但
是，
0
E1 4.44 f1 N1kw1
U1 4.44 f1 N1kw1
T
Tm TN
m1 pU12
4 f1( X1 X 2 )TN
c
U12 f12TN
频率改变将影响磁路的饱和程度、励磁电流、功率因数、铁
二、变极或变频调速过程中的回馈制动
电机机械特性曲线1，运行于A点。
当电机采用变极（增加极数）或变 频（降低频率）进行调速时，机械 特性变为2。同步速变为 n1 。
电机工作点由A变到B，电磁转矩 为负，nB ，n1 电机处于回馈制动状 态。
5.4三相异步电动机的调速
由异步电动机的转速公式
n
n1( 1
sm
R'2 R12 ( X1
X
' 2
)2
R'2
X1
X
' 2
Tm
4
f1[
R1
m1 pU12 R12 (
X1
X
' 2
)2 ]
4
m1 pU12
f1 (
X1
X
' 2
)
1、Tm与U成12 正比； T与m 无U1关。 2、R2越大，s越m 大；T与em 无R2关。 3、Tm和 s都m 近似与漏抗成反比
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I st

1 k2
起动转矩减小的倍数：Tst
Tst

1 k2
自耦变压器一般有三个分接头可供选用。
3.5.3 变频起动
起动时，给三相异步电动机加低压低频的交 流电，随着转速的上升，逐渐提高电源的电压和 频率，直到额定电压和频率。
3.5.4 绕线型异步电动机转子串电阻起动
I st
U N (R1 R2 Rst )2 ( X1 X 2 )2
（2）若启动时改为Y接法，求 Ist Y
解： （1）Ist =7 IN =720=140A
（2） I lY 1
I l
3
Ist Y = Ist /3=140/3=47A
第四节 三相异步电动机的制动
三相异步电动机的制动
三相异步电动机的电动状态：电磁转矩T与转速n同方向， 电机从电源吸收电功率，扣除自身损耗外， 转变为机械 功率送至负载；
3.5 三相异步电动机的起动
起动指电动机接通电源后由静止状态加速到稳定运 行状态的过程. 起动性能包括：
• 起动电流倍数Ist/IN;（起动电流小） • 起动转矩倍数Tst/TN;（起动转矩大） • 起动时间 • 起动时消耗的能量 • 起动设备的简单和可靠； • 起动的过渡时间
起动电流 I st ：
中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 ~ 7 倍。
原因：起动时 n 0 ，转子导条切割磁力线速度很大。
转子感应电势 转子电流 定子电流
影响： 频繁起动时造成热量积累
电机过热
大电流使电网电压降低 影响其他负载工作
3.5.1 直接起动
可以直接起动的条件：起动电流倍数
பைடு நூலகம்
I st IN

1 4
3
在负载转矩为位能性负载转矩的机械设备中（例如 起重机下放重物时，运输工具在下坡运行时）使设备 保持一定的运行速度。 在机械设备需要减速或停止时，电动机能实现减速 和停止。
异步电动机的制动状态： T与n方向相反。
制动方法
机械制动
利用机械装置使电动机从电源切断后能迅速停转。
电气制动
使异步电动机所产生的电磁转矩T和电动机转子的 转速n的方向相反。
2、正向回馈制动（变极或变频调速过程中出现）
电机机械特性曲线1，运 行于A点。
当电机采用变极（增加极 数）或变频（降低频率） 进行调速时，机械特性变 为2。同步速变为 n1 。
电机工作点由A变到B，电 磁转矩为负，nB n1 ，电机 处于回馈制动状态。
第五节 三相异步电动机的调速
异步电动机的速度公式:
转子串电阻起动
电动机由a点 开始起动，经 b→c→d→e→f →g→h，完成 起动过程。
拓展：转子串频敏变阻器起动
频敏变阻器是一铁损很大的三 相电抗器。
起动时，S2断开，转子串入 频敏变阻器,S1闭合，电机通 电开始起动。
例:三相异步电动机，电源电压 =380V，三相定子
绕组接法运行，额定电流IN=20A，启动电流Ist/IN=7， 求： （1）接法时的启动电流Ist
由于定子旋转磁场方向改变， 理想空载转速变为-n1，S＞1。
机械特性由1变为2，工作点由 A→B →C，n=0,制动过程结束。
绕线式电动机在定子两相电源 反接同时,可在转子回路串联 制动电阻来限制制动电流和增 大制动转矩 ,曲线3。
反接制动
2、倒拉反转的反接制动
实现：在转子回路串联适当大电阻RB。
TSt U
ISt
2、Y/△ 降压起动
适用于正常运行时定子绕组为三角 形接线的电动机。起动时 Y接；运 行时△接。
起动电流关系:
IstY 1 I st 3
起动转矩关系:
TstY 1 Tst 3
Y- △ 降压起动多用于空载或轻载起动
Y－ 起动：
Ul
I l
正常运行
z 设：电机每相阻抗为

U N
(Rk Rst )2 X k 2
Tst

2f1
m1 pU12 R2' (R1 R2' )2 ( X1
X
' 2
)
2
在转子回路中串联适当的电阻,既能
限制起动电流，又能增大起动转矩。
为了有较大的起动转矩、使起动过
程平滑，应在转子回路中串入多级对 称电阻，并随着转速的升高，逐渐切 除起动电阻。

电源容量（kVA) 电动机容量(kW)

缺点：起动电流大，起动转矩并不大； 优点：起动方法最简单，操作很方便。
3.5.2 笼型异步电动机的降压起动
• 定子串电阻或电抗器降压起动； • Y－起动 •用自耦变压器降压起动；
1、定子串电阻或电抗降压起动
对大中型异步电动 机是不经济的
TSt ( U)2 ( ISt )2
I l

Ul Z
3
IlY
Ul 3Z
Ul
IlY
起动
IlY 1
I l
3
3.自耦变压器降压起动
直接起动时的起动电流：I st

UN ZS
降压后二次侧起动电流：I1st

U1 ZS

UN k Zs
变压器一次侧电流：Ist

1 k
I1st

1 k2
UN Zs
电网提供的起动电流减小倍数：I st
电气制动的方法
能耗制动 反接制动 回馈制动
一、能耗制动
能耗制动基本原理：
如图所示：
实现：制动时， KM1断开，电机 脱离电网，同时 KM2闭合，在定 子绕组中通入直 流励磁电流。
二、反接制动
1、电源两相反接的反接制动
实现：
处于正向电动运行的三相绕线式异步电动机，当改变三相电源的相 序时，电动机便进入了反接制动过程. 反接制动过程中，电动机电源 相序为负序， 如图所示:
电机工作点由A→B →C， n=0，制动过程开始，电 机反转，直到D点。在第 四象限才是制动状态。
由于电机反向旋转， n<0，所以s>1。
适用于绕线式异步电动机带位能性负载情况。
三、回馈制动
实现：电动机转子在外力作用下，使n>n1。
回馈制动状态实际上就是将轴上的机械能转 变成电能并回馈到电网的异步发电机状态。
1、反向回馈制动（适用于将重物高速放下） 电机机械特性为曲线1，运行于A点。
首先将定子两相反接,定子旋转磁场的同步速为 -n1，特性曲线变为2。工作点由A到B。经过反接制 动过程（由B到C）、反向加速过程（C到-n1变化）， 最后在位能负载作用下反向加速并超过同步速，直 到D点保持稳定运行。
回馈制动
n

n1 (1
s)

60 f1 p
(1
s)
异步电动机调速方法有： (1)变极调速 (2)变频调速 (3)变转差调速。