电机与拖动 三相异步电动机的电力拖动
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电机与拖动
4. 一台并励直流发电机并联于电网上，若原动机停止供给机械能， 将发电机过渡到电动机状态工作，此时电磁转矩方向是否改变？ 旋转方向是否改变？
答：电磁转矩方向改变，电机旋转方向不变。
第二章 直流电动机的电力拖动
自测题参考答案
（一）填空题： 1. 他励直流电动机的固有机械特性是指在U=UN、Φ= ΦN，电 枢回路不串电阻的条件下，n和Tem的关系。 2. 直流电动机的起动方法有降压起动、电枢回路串电阻起动。 3. 如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是能耗 制动瞬间电枢电流的2倍。 4. 当电动机的转速超过理想空载转速时，出现回馈制动。 5. 拖动恒转矩负载进行调速时，应采用降压或电枢回路串电阻 调速方法，而拖动恒功率负载时应采用弱磁调速方法
时一次、二次绕组电流均为额定值，铜损耗也达到正常运行时的数值，而电 压大大低于额定电压，铁心中磁通密度也大大低于正常运行时的数值，此时 铁损耗与铜损耗相比可以忽略不计。因此短路损耗可近似看成为铜损耗。 2. 电源频率降低，其他量不变，试分析变压器铁心饱和程度、励磁电 流、励磁电抗和漏抗的变化情况。 答：据U1≈4.44ƒN1Φm可知，当ƒ降低时， Φm（Bm）增加，铁心饱和 程度增加，励磁电流增加励磁电抗减小，漏抗减小。
② 随着Ia增加，电枢反应附加去磁作用增强，使磁通Φ 减少，电枢电动势Ea减少，最后使U下降。 并励：影响因素有三个
① 随着Ia增加，IaRa增加，使U下降； ② 随着Ia增加，电枢反应附加去磁作用增强，使磁通Φ 减少，电枢电动势Ea减少，最后使端电压U下降； ③ 而端电压U下降，又使If下降，磁通Φ下降，电枢电动 势Ea阿进一步减少，端电压U进一步下降。
子电流的频率相同。（ √ ）
（三）选择题： 1. 若在三相对称绕组中通入i =I sinωt，i =I sin(ωt+120 )， i =I sin(ωt-120 )的三相电流，当 ωt=210o时，其三相基波合成磁动势的幅值位于：（ ③ ）
答：电磁转矩方向改变，电机旋转方向不变。
第二章 直流电动机的电力拖动
自测题参考答案
（一）填空题： 1. 他励直流电动机的固有机械特性是指在U=UN、Φ= ΦN，电 枢回路不串电阻的条件下，n和Tem的关系。 2. 直流电动机的起动方法有降压起动、电枢回路串电阻起动。 3. 如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是能耗 制动瞬间电枢电流的2倍。 4. 当电动机的转速超过理想空载转速时，出现回馈制动。 5. 拖动恒转矩负载进行调速时，应采用降压或电枢回路串电阻 调速方法，而拖动恒功率负载时应采用弱磁调速方法
时一次、二次绕组电流均为额定值，铜损耗也达到正常运行时的数值，而电 压大大低于额定电压，铁心中磁通密度也大大低于正常运行时的数值，此时 铁损耗与铜损耗相比可以忽略不计。因此短路损耗可近似看成为铜损耗。 2. 电源频率降低，其他量不变，试分析变压器铁心饱和程度、励磁电 流、励磁电抗和漏抗的变化情况。 答：据U1≈4.44ƒN1Φm可知，当ƒ降低时， Φm（Bm）增加，铁心饱和 程度增加，励磁电流增加励磁电抗减小，漏抗减小。
② 随着Ia增加，电枢反应附加去磁作用增强，使磁通Φ 减少，电枢电动势Ea减少，最后使U下降。 并励：影响因素有三个
① 随着Ia增加，IaRa增加，使U下降； ② 随着Ia增加，电枢反应附加去磁作用增强，使磁通Φ 减少，电枢电动势Ea减少，最后使端电压U下降； ③ 而端电压U下降，又使If下降，磁通Φ下降，电枢电动 势Ea阿进一步减少，端电压U进一步下降。
子电流的频率相同。（ √ ）
（三）选择题： 1. 若在三相对称绕组中通入i =I sinωt，i =I sin(ωt+120 )， i =I sin(ωt-120 )的三相电流，当 ωt=210o时，其三相基波合成磁动势的幅值位于：（ ③ ）
电机与拖动基础第5章-三相异步电动机的电力拖动
（1）改变定子电压的人为机械特性 通常是降低定子电压而电机其它参数均不变。特点是：
1）n0
不变：电机同步转速
n0
60 f1 p
与电压U1
无关。不同电压的人
为机械特性都通过 n0 点；
2） sm 与U1 无关：sm
R12
R2/ (X1
X
' 2
)
2
，与电压U1 无关，不同电压
U1 人为机械特性的 sm 相同；
3）
Tm
和
Tst
均
与
U
2 1
成正比：异步电机的电磁转矩TTeme
U12
，最大转
矩 Tm 以及起动转矩Tst 都要随U1 的降低而按U12 规律减小。
图5-3为U1 U N 、U1 0.8U N 、U1 0.5U N 时的人为机械特性。
图 5-3 改变定子电压的人为机械特性
随电机定子电压的降低，电机的人为机械特性是过 n0 点的曲线簇。 对于恒转矩负载TL 。额定电压为UN 时，稳定运行在 A 点。如果端电压降 低到 0.8UN 时，电机稳定运行于 B 点，转速降低。如果U1 降低到 0.5UN ，电机 将会停转（堵转状态）。
率
sm
。最大电磁转矩 Tm
m1 1
[ R1
U
2 1
取正号时，对
R12
(X1
X
' 2
)2
]
应于 Te s 中 P 点；取负号时，对应图中 P' 点。因 R1 前有正负
号，所以 Tm 和 Tm 的绝对值并不相等，即 Tm Tm 。当忽略 R1 时，
电机及电力拖动-三相异步电动机的空载运行;负载运行
n1 - n n1
pn1 60
= sf1
转子不转时,n 0, s 1, f2 f1 . 理想空载时, n n1 , s 0, f2 0.
2. 转子绕组的感应电势 转子旋转时的感应电动势: 转子不转时的感应电动势:
E2s 4.44 f2 N2kw2 E2 4.44 f1N2kw2
二者关系为:
二是转子回路的功率不变。
I2
=
E2 s Z2s
=
E2 s R2 + jX 2s
=
sE2 R2 + jsX 2
=
R2 +
E2
jX
2
+
1
s
s
R2
结论：用一个不转的转子并且在转子绕组中串联一个电阻1
s
s
r2
,
就可以将转子频率折算为定子频率
4.6三相异步电动机的负载运行
2. 绕组折算
绕组折算就是用一个和定子
功分量I0 p.
I0 Iop Ioq.
由于 I 0 q
I
0
p
,
所以I
基本为一无功性质电流
0
, 即I 0
I0q.
2.空载电流的大小--------约为额定电流的20%~50%
与变压器相比较, 异步电动机的主磁路中有气隙存在
3.空载磁势----励磁磁势 空载运行时,转子转速很高,接近同步转速,定、 转子之间相对速度几 乎为零， 于是E2 0， I2 0， F2 0.磁场完全由空载磁势产生，空
E2s = sE2
4.6三相异步电动机的负载运行
3. 转子绕组的漏抗
转子旋时转子漏电抗:
X 2s 2 πf 2 L2
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。
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；
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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
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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
电机及拖动基础第三章
第二节 生产机械的负载转矩特性
生产机械运行时常用负载转矩标志其负载的大小。不同的生产机 械转矩随转速变化规律不同，用负载转矩特性来表征，即生产机械的 转速n与负载转矩TL之间的关系n=f(TL)。各种生产机械特性大致可分 为以下三种类型。 一、恒转矩负载特性
恒转矩负载是指负载转矩TL的大小不随转速变化，TL=常数，这 种特性称为恒转矩负载特性。它有反抗性和位能性两种： 1.反抗性恒转矩负载
为恒定值，即
就是说，负载转矩与转速成反比。例如，一些机床切削加工， 车床粗加工时，切削量大(TL大)，用低速档；精加工时，切削量小 (TL小)，用高速档。恒功率负载特性曲线如图3-7所示。
三、通风机型负载特性 通风机型负载的特点是负载转矩的大小与转速n的二次方成正比，
即
式中K——比例常数。 常见的这类负载如鼓风机、水泵、液压泵等，通风机型负载特性
本章中首先介绍电力拖动系统的运动方程式，然后介绍生产机械 的转矩特性和三相异步电动机的机械特性，最后主要研究三相异步电 动机拖动应用的三大问题——起动、制动、调速。
第一节 电力拖动系统的运动方程式
电力拖动系统中所用的电动机种类很多，生产机械的性质也各不 相同。因此，需要找出它们普遍的运动规律，予以分析。从动力学的 角度看，它们都服从动力学的统一规律。所以，我们首先研究电力拖 动系统的动力学，建立电力拖动系统的运动方程式。 一、单轴电力拖动系统的运动方程式
曲线如图3-8所示。 必须指出，以上三类是典型的负载特性，实际生产机械的负载特
性常为几种类型负载的综合。例如起重机提升重物时，电动机所受到 的除位能性负载转矩外，还要克服系统机械摩擦所造成的反抗性负载 转矩，所以电动机轴上的负载转矩TL应是上述两个转矩之和。
电机及拖动基础第6章 三相异步电动机的电力拖动
73
6.5.2 异步电动机的反接制动分定子两相反接制动和 (1) (2)
74
图6.40 定子两相反接制动的电路图与机械特性
75
图6.41 转速反向反接制动电路图
76
图6.42 转速反向反接制动时的机械特征
77
78
79
6.5.3 回馈制动 当异步电动机在外力的作用下，使其转速n高 于同步转速n1，即n＞n1时，电动机就进入回馈制
68
图6.38 电磁转差离合器机械特性
69
6.5 三相异步电动机的电磁转矩T与转速n方向相 同时，电动机处于电动状态，此时，电机从电网 吸收电能并转换为机械能向负载输出，电机运行 于机械特性的一、三象限。电动机在拖动负载的 工作中，只要电磁转矩T与转速n的方向相反，电 动机就处于制动运行状态，此时电机运行于机械 特性的二、四象限。
28
图6.13 异步电动机软启动器主电路原理图
29
6.2.4 为了改善鼠笼式异步电动机的启动性能，可以 改变转子槽形，利用“集肤效应”使启动时转子电 阻增大，从而增大启动转矩并减小启动电流，在正 常运行时转子电阻又能自动变小，基本上不影响运 行性能。
30
（1 （2
31
图6.14
32
图6.15 双鼠笼转子的结构与漏磁通
36
6.3.1 转子回路串电阻启动 绕线式异步电动机转子回路串电阻启动，线 6.17 过滑环和电刷串接对称电阻，然后将定子绕组接 通电源使电动机启动，随电动机转速的上升分段 减小电阻，直至电阻完全切除。待转速稳定后可
37
图6.18 异步电动机的转子电路及启动特性图
38
39
40
41
6.3.2 绕线式异步电动机转子回路串电阻启动，每级 都要同时切除一段三相电阻，所需开关和电阻器较 多，控制线路复杂，当级数较多时，设备更为复杂 和庞大，不仅增大投资，且维护麻烦。如果采用频
电力拖动与控制课件：第三章 三相异步电动机的电力拖动
第Ⅰ象限为 电动机运行 状态
图3-2 异步电动机的机械特性
第Ⅱ象限为 发电回馈制 动状态
r2
T
m1 p
1
U12
r1
r2 s
2
s
x1
x2 2
几个特殊点：
1）起动点A
n 0, s 1
起动转矩
Tst
m1 p
1
U12
r1
r22
r2
x1
x2 2
起动转矩倍数
KT
Tst TN
KT反映了电动机的起动能力。
反比。
定义过载倍数
T
Tmax TN
它反映了电动机短时过载的极限。
3）额定运行点C
sN
n1 nN n1
4）同步转速点D
TN
9550
PN nN
s0
n
n1
60 f1 p
T 0
又称为理想空载点。
三、机械特性的实用表达式
将电磁转矩公式与最大转矩公式相除得
r2
T
m1 p
1
U12
r1
r2 s
2
s
m1 p 2
N1kw1
；
kw1—基波绕组系数
N1 —定子绕组每相串联匝数 cos2—转子侧的功率因数
物理表达式表明，三相异步电动机的电磁 转矩是由磁通与转子电流的有功分量相互作 用产生的。
物理表达式反映了异步电机电磁转矩产生 的物理本质，适用于对异步电动机机械特性 做定性分析。
二、机械特性的参数表达式
3)起动设备力求结构简单,运行可靠,操作方便； 4)起动过程的能量损耗越小越好,起动时间越短越
好。 最主要的要求是在起动电流比较小的情况下 得到较大的起动转矩。
刘锦波_电机与拖动_第7章_三相异步电机的电力拖动
图7.15
/YY接变极调速的机械特性
B、变频调速
对变频调速的要求： （1）主磁通 m N ，以防止定子铁心过饱和； （2）电动机的过载能力（或最大电磁转矩 Te max）尽可能保持不变。
a、基频以下的变频调速
U 1 U 1N const 由 U1 E1 4.44 f1 N1k w1 m 可知，要想确保主磁通 m不变，可满足 f1 f 1N
Tx (
N2 2 ) Tst N1
（7-7）
结论： 与直接起动相比较，采用自耦变压器降压起动时，电压 减低 N / N 倍，则起动电流和起动转矩均降低 ( N / N ) 倍。
2 1
2
2
1
c、星-三角（Y / ）降压起动
概念: 对于正常运行采用 形联结的三相鼠笼式异步电动机，起动时 可改接成 Y 形联结，则定子每相电压可降为电源电压的 1 / 3 ，从 而实现降压起动，这种方法被称为 Y / 起动。
A、变极调速
概念: 变极调速是一种通过改变定子绕组极对数来实现转子转速调节的 调速方式。在一定电源频率下，由于同步速 n1
60 f1 p 与极对数成反
比，因此，改变定子绕组极对数便可以改变转子转速。
图7.11 三相异步电动机变极前后定子绕组的接线图
图7.11a、b、c分别为三相异步电动机变极前后定子绕组的接线图。其中，a1 x1 代表A相 的半相绕组， a2 x2 代表A相的另一半相绕组。
c、双图7.7所示。上笼采用电阻率较大的材料如黄铜， 且截面积较小；下笼采用电阻率较小的材料如紫铜，且截面积较大。利用集肤效应，确保 起动时，因转子频率较高，使得转子电流主要集中在电阻较大的上笼（或起动笼）；正 常运行时，转子频率较低，转子电流主要集中在电阻较小的下笼（或运行笼）。
第6章三相异步电动机的电力拖动
由下图可知，若 ，则
若回路串电阻，则有
简化等效电路图
若回路串电抗，则有
线图
(2) Y-D降压启动 正常运行时D接，启动时接成Y形 启动时电网供给电动机的启动电流为
若改为D形接法：
Y-D启动接线图
(3) 自耦变压器降压启动 由自耦变压器原理可知：
，自耦变压器启动时，
，
的电流：
启动接线图
启动一相电路图
的三相交流电产生的旋转磁动势等效。若定子绕组采用D形接法，
。
磁动势等效变换前后的相对转速
定子绕组通入直流电时的磁动势
3) 能耗制动----机械特性
能耗制动转差率:
由等效电路可知:
机械特性表达式:
能耗制动机械特性 能耗制动等效电路
4) 能耗制动——制动过程 反抗性负载——实现快速、准确停车。 能耗制动切换瞬间，转速不会突变，工作点AB O，电动机转速降为零。 位能性负载——实现稳速下放。 原点O工作点C，位能性负载稳速下放。电动机轴上输入的机械功率靠重物 下降减少的位能提供，转换为电功率后消耗在转子回路中。
反接制动接线图
电动机既从电网吸收电功率， 又从轴上输入机械功率(由拖动系统转动 部分减少的动能提供）。都转变为转差 功率，消耗在转子回路电阻中。
反接制动机械特性
2）反接制动——定子两相反接制动(制动过程)
反接制动机械特性
3）反接制动——转速反向的反接制动（参照P186） 绕线型异步电动机转子回路串入大电阻，电动机被位能性负 载拖动反转，工作点进入第Ⅳ象限，如图所示工作点G。
6.三相异步电动机的电力拖动
本章主要教学内容 1. 三相异步电动机的机械特性 2. 三相异步电动机的启动 3. 三相异步电动机的制动 4. 三相异步电动机的调速
若回路串电阻，则有
简化等效电路图
若回路串电抗，则有
线图
(2) Y-D降压启动 正常运行时D接，启动时接成Y形 启动时电网供给电动机的启动电流为
若改为D形接法：
Y-D启动接线图
(3) 自耦变压器降压启动 由自耦变压器原理可知：
，自耦变压器启动时，
，
的电流：
启动接线图
启动一相电路图
的三相交流电产生的旋转磁动势等效。若定子绕组采用D形接法，
。
磁动势等效变换前后的相对转速
定子绕组通入直流电时的磁动势
3) 能耗制动----机械特性
能耗制动转差率:
由等效电路可知:
机械特性表达式:
能耗制动机械特性 能耗制动等效电路
4) 能耗制动——制动过程 反抗性负载——实现快速、准确停车。 能耗制动切换瞬间，转速不会突变，工作点AB O，电动机转速降为零。 位能性负载——实现稳速下放。 原点O工作点C，位能性负载稳速下放。电动机轴上输入的机械功率靠重物 下降减少的位能提供，转换为电功率后消耗在转子回路中。
反接制动接线图
电动机既从电网吸收电功率， 又从轴上输入机械功率(由拖动系统转动 部分减少的动能提供）。都转变为转差 功率，消耗在转子回路电阻中。
反接制动机械特性
2）反接制动——定子两相反接制动(制动过程)
反接制动机械特性
3）反接制动——转速反向的反接制动（参照P186） 绕线型异步电动机转子回路串入大电阻，电动机被位能性负 载拖动反转，工作点进入第Ⅳ象限，如图所示工作点G。
6.三相异步电动机的电力拖动
本章主要教学内容 1. 三相异步电动机的机械特性 2. 三相异步电动机的启动 3. 三相异步电动机的制动 4. 三相异步电动机的调速
《2011年10月电机与拖动基础》习题选
《电机与拖动基础》习题选电力拖动(1)5-1他励直流电动机的铭牌数据：P N=1.75千瓦,U N=110伏,I N=20.1安,n N=1450转/分，试计算：（1）固有特性曲线，并用坐标纸画出；（2）50%额定负载时的转速；（3）转速为1500转/分时的电枢电流值。
5-2 他励直流电动机的铭牌数据同上，试计算磁通为80%额定值、电枢电压为50%U N时的人为特性，并用坐标纸画出。
5-3他励直流电动机的数据：P N=10千瓦;U N=220伏;I N=53.7安,n N=3000转/分；试计算：（1）固有特性；（2）当电枢电路总电阻为50% R N ()时的人为特性；R N=U N/I N（3）当电枢电路总电阻为150% R N时的人为特性；（4）当电枢电路端电压U=50% U N时的人为特性；（5）当磁通为80%额定值时的人为特性。
并作出其机械特性图。
5-4 一台他励电动机数据如下：P N=21千瓦,U N=220伏,I N=112安,n N=950转/分（1）若负载转矩为0.8T N时，求电动机转速；（2）若负载转矩为0.8T N时，在电枢电路中串联30%R N附加电阻，求电阻接入瞬间和转入新的稳态时的转速、电枢电流和电磁转矩；（3）若将电枢电压降低至额定电压的20%，磁通为额定磁通的70%，求额定负载时电机的转速。
5-5一直流电动机有下列数据：U N=220伏,I N=40安,n N=1000转/分，电枢电路总电阻R a=0.5欧，当电压降到180伏，负载为额定负载时，求：（1）电机接成他励时（励磁电流不变）的转速和电枢电流；（2）电机接成并励时（励磁电流随电压正比变化）的转速和电枢电流（设铁心不饱和）。
5-6他励电动机铭牌数据：P N=2.5千瓦，U N=220伏，I N=12.5安，n N=1500转/分，R a=0.8欧。
（1）运行中在n=1200转/分时使系统转入能耗制动停车，问保证起始制动电流为2I N时，电枢应串入多大电阻？如电枢不接入制动电阻，则制动电流为多大？（2）若负载转矩为位能转矩，要求在T2=0.9T N时保证电机以120转/分的转速能耗制动稳速下放重物，问所需制动电阻为多大？（3）绘出上述两种情况的机械特性。
电机与拖动试题库及答案
《电机与拖动》复习题及答案第一章直流电机一、判断题1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。
（×）2、一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。
（√）3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。
（×）4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。
（×）5、电刷装置是直流电机所特有的部件。
（×）6、电刷装置并不是直流电机所特有的部件。
（√）7、在直流电机中换向极的作用主要是帮助换向（√）8、在直流发电机中换向极的作用主要是帮助换向（√）二、选择题1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。
（1）（1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组2、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（）（3）（1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。
升高（）。
（2）3、如果并励直流发电机的转速上升20%，则空载时发电机的端电压U（1）20%；（2）大于20%；（3）小于20%。
三、多项选择题1、下列结构部件中属于直流电动机旋转部件的为（B C ）A．主磁极B．电枢绕组C．换向器D．电刷2、下列结构部件中属于直流发电机旋转部件的为（B C ）A．主磁极B．电枢绕组C．换向器D．电刷3、下列结构部件中属于直流电机旋转部件的为（B C ）A．主磁极B．电枢绕组C．换向器D．电刷四、简答题1、直流发电机的励磁方式有哪几种？（他励；自励（包括并励，串励和复励））2、如何确定换向极的极性，换向极绕组为什么要与电枢绕组相串联？（使换向极产生的磁通与电枢反应磁通方向相反。
对于直流发电机而言，换向极性和电枢要进入的主磁极性相同；而对于直流电动机，则换向极极性和电枢要进入的主磁极极性相反。
换向极绕组与电枢组相串联的原因是：使随着电枢磁场的变化，换向极磁场也随之变化，即任何负载情况下都能抵消电枢反应的影响。
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单叠绕组 单波绕组
y ? y1 ? y2 y ? y1 ? y2
换向节距 yk ：同一元件首末端连接的换向片之间的距离。
1.2.2. 单叠绕组
单叠绕组的特点是相邻元件(线圈)相互叠压,合成节距与换向
节距均为1,即： y ? yk ? 1
单叠绕组的展开图是把放在铁心槽里、构成绕组的所有元件取出 来画在一张图里，展示元件相互间的电气连接关系及主磁极、换向片、 电刷间的相对位置关系。
34
为了感应电动势或产生电磁转
矩，直流电机气隙中需要有一定量 的每极磁通? 0 ，空载时，气隙磁
?0
通 ? 0与空载磁动势 F f 0 或空载励磁
电流I f 0 的关系，称为直流电机的空 载磁化特性。如右图所示。
?
N
为了经济、合理地利用材料，
一般直流电机额定运行时，额定磁
通? N 设定在图中 A点，即在磁化特 性曲线开始进入饱和区的位置。
单波绕组的特点是合成节距与换向节距相等，展开图如下 图所示。
两个串联元件放在 同极磁极下，空间位置 相距约两个极距；沿圆 周向一个方向绕一周后， 其末尾所边的换向片落 在与起始的换向片相邻 的位置。
29
单波绕组的并联支路图: 单波绕组的特点
1）同极下各元件串联 起来组成一条支路，支 路对数为1，与磁极对 数无关；
13
当电枢旋转到右图所示位置时
原N极性下导体ab转到S极 下，受力方向从左向右，原S 极下导体cd转到N极下，受力方 向从右向左。该电磁力形成逆 时针方向的电磁转矩。线圈在 该电磁力形成的电磁转矩作用 下继续逆时针方向旋转。
与直流发电机相同，实际的 直流电动机的电枢并非单一线圈， 磁极也并非一对。
9
1.1 直流电机的基本工作原理和结构
《电机与拖动》部分作业题解答
第一章 直流电机1-3 直流发电机和直流电动机中的电磁转矩T 有何区别？它们是怎样产生的？而直流发电机和直流电动机中的电枢电动势，a E 又有何区别？它们又是怎样产生的？解：直流发电机的电磁转矩T 是制动性质的，直流电动机的电磁转矩T 是驱（拖）动性质的，它们都是由载流导体在磁场中受到的电磁力，形成了电磁转矩；直流发电机的电枢电动势E a 大于电枢端电压U ，直流电动机的电枢电动势E a 小于电枢端电压U ，电枢电动势E a 都是运动导体切割磁场感应产生的。
1-4 直流电机有哪些主要部件？各起什么作用？解：直流电机的主要部件有定子：主磁极（产生主极磁场）、机座（机械支撑和导磁作用）、换向极（改善换向）、电刷（导入或导出电量）；转子：电枢铁心（磁路的一部分，外圆槽中安放电枢绕组）、电枢绕组（感应电动势，流过电流，产生电磁转矩，实现机电能量转换）、换向器（与电刷一起，整流或逆变）1-5 直流电机里的换向器在发电机和电动机中各起什么作用？解：换向器与电刷滑动接触，在直流发电机中起整流作用，即把线圈（元件）内的交变电整流成为电刷间方向不变的直流电。
在直流电动机中起逆变作用，即把电刷间的直流电逆变成线圈（元件）内的交变电，以保证电动机能向一个方向旋转。
1-6 一台Z2型直流发电机，min,/1450,230,145r n V U kW P N N N ==-求该发电机额定电流。
解： A U P I N N N 43.630230101453=⨯== 1-7 一台Z2型直流发电机，min,/1500%,90,220,160r n V U kW P N N N N ===-η求该额定电流是多少？解： A U P I N N NN 08.8089.022*******=⨯⨯==η1-10 电枢反应对气隙磁场有何影响？解：电枢反应使合成磁场发生畸变，磁路饱和时有去磁作用。
1-11 有一台四极直流电机，电枢绕组为单叠整距绕组，每极磁通为3.5×10-2Wb ，电枢总导线数N=152，转速min /1200r n =。
电机与拖动试题库及答案
《电机与拖动》复习题及答案第一章直流电机一、判断题1、一台并励直流发电机，正转能自励，若反转也能自励。
（×）2、一台直流发电机，若把电枢固定，而电刷与磁极同时旋转，则在电刷两端仍能得到直流电压。
（√）3、一台并励直流电动机，若改变电源极性，则电机转向也改变。
（×）4、直流电动机的电磁转矩是驱动性质的，因此稳定运行时，大的电磁转矩对应的转速就高。
（×）5、电刷装置是直流电机所特有的部件。
（×）6、电刷装置并不是直流电机所特有的部件。
（√）7、在直流电机中换向极的作用主要是帮助换向（√）8、在直流发电机中换向极的作用主要是帮助换向（√）二、选择题1、直流发电机主磁极磁通产生感应电动势存在于（）中。
（1）（1）电枢绕组；（2）励磁绕组；（3）电枢绕组和励磁绕组2、直流发电机电刷在几何中线上，如果磁路不饱和，这时电械反应是（）（3）（1）去磁；（2）助磁；（3）不去磁也不助磁。
升高（）。
（2）3、如果并励直流发电机的转速上升20%，则空载时发电机的端电压U（1）20%；（2）大于20%；（3）小于20%。
三、多项选择题1、下列结构部件中属于直流电动机旋转部件的为（B C ）A．主磁极B．电枢绕组C．换向器D．电刷2、下列结构部件中属于直流发电机旋转部件的为（B C ）A．主磁极B．电枢绕组C．换向器D．电刷3、下列结构部件中属于直流电机旋转部件的为（B C ）A．主磁极B．电枢绕组C．换向器D．电刷四、简答题1、直流发电机的励磁方式有哪几种？（他励；自励（包括并励，串励和复励））2、如何确定换向极的极性，换向极绕组为什么要与电枢绕组相串联？（使换向极产生的磁通与电枢反应磁通方向相反。
对于直流发电机而言，换向极性和电枢要进入的主磁极性相同；而对于直流电动机，则换向极极性和电枢要进入的主磁极极性相反。
换向极绕组与电枢组相串联的原因是：使随着电枢磁场的变化，换向极磁场也随之变化，即任何负载情况下都能抵消电枢反应的影响。
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2
(r1 r 2'/ s) ( x1
2
x2)
2、定子外串对称阻抗人为机械特性
sm
n1 n
自然特性
r 2'
r2 1
(
x1
x
2)2
0 定子串阻抗特性TN Tst
T Tm
T
3p
2f 1
U
2 1
r 2' s
2
(r1 r 2'/ s) ( x1
2
x2)
3、绕线式转子外串对称电阻人为机械特性
T
3p
2f 1
第7 章 三相异步电动机的电力拖动
7.1 三相异步电动机的机械特性 7.2 三相异步电动机的直接起动 7.3 三相鼠笼式异步电动机降压起动 7.4 绕线式三相异步电动机的起动 7.5 三相异步电动机的调速 7.6三相异步电动机的各种运行状态（制动）
7.1 三相异步电动机的机械特性
定义：电动机定子电压、频率和参数固定的条件下，转速n
3 pU1
r2 1
( x1
x2
)2
T 2Tm
s sm
sm
s
忽略T0： Tm TN
根据具体的T 、S代入实用公式可计算出sm
sm s
TN
2
TN
21TFra bibliotekT 当额定工作点的sN和TN已知时，
临界转差率可表示为：
sm sN ( 2 1)
例题:已知一台三相异步电动机,额定功率 PN =70KW,
I0
rm
jxm
r2
´.
E1
jx2
E. ´2´
1 s
s
r 2'
+
I 2
U1
r1
r2 s
2
( x1
x2 )2
T
3p
2f 1
U
2 1
r 2' s
2
(r1 r2'/ s) ( x1
2
x2)
7.1.2固有机械特性 1、 在UN， fN， 定转子回路不串入任何电路元件条件下，
s =f(T)称为电动机的固有机械特性（自然机械特性）。
U
2 1
r 2' s
2
(r1r2'/ s) ( x1
2
x2)
1、降压人为机械特性 2、定子外串对称阻抗人为机械特性
3、绕线式转子外串对称电阻人为机械特性
1、降压人为机械特性
n n1 sm
自然特性
sm
r 2'
r2 1
(
x1
x
2)2
T 0 降压特性 TN Tst Tm
T
3p
2f 1
U
2 1
r 2' s
•起动转矩不大，Tst= KTTN = (0.9-1.3)TN
3、直接起动的缺点：
1）大的IS，使电网U降低，影响其它设备运行。（主害） 2）小的TS，重载电机无法起动 3）大的IS，电机本身发热严重，绝缘易损坏。
4、直接起动应用
利用闸刀或者接触器把电动机直接接到具有额定 电压的电源上。
•设备和操作简单，在电网容量相对较大的情况下采 用，一般7.5KW以下。
T
A：s=0, n=n1, T =0，理想空载运行点; B：s= sN , n=nN ，T =TN，额定运行点； C：s= sm , n=nm ，T=Tm，电磁转矩最大值点； D：s= 1 , n=0，T =Ts，起动点。
2、最大电磁转矩和过载能力
T
3p
2f 1
(r1
U
2 1
r 2' s
2
r2'/ s) ( x1
T
3p 2f 1
(r1
r
U
2 1
r 2' s
2
2'/ s) (x1
2
x2)
sn
0 n1 B
A sm
nN
C
D
T
1 0 TN Ts Tm
(1)0<s≤ 1, n1>n ≥ 0 电动状态
(2)s<0 , n > n1 发电状态
(3)s>1 , n <0 制动状态
sn
0 n1 B
A sm
nN
C
D 1 0 TN Ts Tm
•不频繁起动电动机：电动机容量/供电变压器容量<30% 允许直接起动；
5、起动一般要求
起动要求：1） 起动力矩Tst尽可能的大； 2） 起动电流Ist尽可能的小； 3） 起动设备尽可能的简单。
在满足Tst足够大的条件下，尽量减少Ist 。
2
x2)
由 dT 0得出最大值点 ds
2
Tm
1 2
2f 1 r1
3 pU1
r1
2
(
x1
x2
)2
sn
0 n1 B
A sm
nN
C
D
T
1 0 TN Ts Tm
sm
r 2'
r2 1
(
x1
x
2)2
定义最大电磁转矩时对应的转差率sm为临界转差率！
2
Tm
1 2
2f 1 r1
3 pU1
r1
2
(
x1
x2
U
2 1
r 2' s
2
(r1 r 2'/ s) ( x1
2
x2)
n n1
自然特性
T 0
TN Tst Tm
串电阻特性
2
Tm
1 2
2f 1 r1
3 pU1
r1
2
(
x1
x
2
)2
7.1.4 机械特性的实用公式
T
3p
2f 1
U
2 1
r 2' s
2
(r1 r 2'/ s) ( x1
2
x2)
2
1
Tm 2 2f 1 r1
（或转差率s）与电磁转矩T的关系。
7.1.1 机械特性的参数表达式 7. 1. 2 固有机械特性 7. 1. 3 人为机械特性 7. 1. 4 机械特性的实用公式
7.1.1 机械特性的参数表达式
T
PM 1
3 I 2 2
r2 s
2n1
3 I 2 2
r2 s
2f
60
p
.
I1
+ r1 .
U1
-
.
I2
.
jx1
r 2U 1
2
2
(r1 r 2') ( x1 x2)
结论：1、Ts与电压平方成正比。与转子电阻有关。 2、f1增加Ts减小。 3、 漏电抗增加Ts减小。
顺利启动TS>1.1-1.2TL
起动转矩矩倍数（堵转转矩倍数）：
kT=Ts /TN
一般KT=0.8-1.2
7.1.3 人为机械特性
T
3p
2f 1
•起动时，S=1，r2‘/s=r2，IS=KIIN=（4~7）IN
. 起动电流大约为额定电流的4-7倍. 。
+ I 1 r1
.
U1
I2
.
jx1
I0
rm
jxm
r2´ jx2´
.
E1
E. ´2
1 s r2' s
-
-
+
2、起动转矩
T
m1 pU12
r2' s
2f1
(r1
r2' s
)2
( x1
x2' )2
额定电压220/380V,额定转速 nN=725r/min,过载倍数
=2.4,求其转距的实用公式(转子不串电阻).
7.2 三相异步电动机的直接起动
电动机的起动指定子接通电网，转速从n=0到n=nN 。
1、电流： I1s
U1
(r1
r
2'/
2
s)
(
x1
2
x2)
•额定运行时，S=SN=0.02~0.06，若取S=0.05，则r2'/s=20 r2 '；
)2
sm
r 2'
r2 1
(
x1
x
2)2
结论： 1、sm与电压无关，与转子电阻成正比。 2、Tm与电压平方成正比，与转子电阻无关。
最大转矩倍数或过载倍数:
Tm
TN
表征了电机的过载能力. 一般过载倍数大小在1.8-2.5之间.
3、起动转矩（堵转转矩）
起动时n=0，s=1。
2
Ts
3p
2f 1