电机学课堂进义第四部分异步电机10h 上海交通大学电气工程系EE SJTU 如果外接电阻是分级串联的，那么只要分级电阻合适，切换时间得当，那么可以使得起动过程中保 持在期望的转矩范围。如果外接电阻是连续变化或可控的（如转子外接频敏变阻器），那么可以保 持最大转矩起动，直到进入自然机械特性恒转矩稳定运行区域。 E、设计特殊转子结构 鼠笼式异步电机转子鼠笼导条采用插入转子槽内的铜条或浇铸的铝条。为了使得导条参数与转子频 率有关，需要利用转子槽漏磁场的集肤效应和趋近效应，为此转子槽形设计成深而窄，或者设计成 上下双笼或多段式等特殊转子结构。 F、现代控制技术 软起动与变频器起动是异步电机结合现代电力电子技术的产物，利用相控调压、变频原理、更高级 的矢量控制技术或直接转矩控制技术自适应地控制异步电机在任意负载条件下平滑起动。这时加到 异步电机上的电源不是简单的正弦波，而是脉冲周期固定而脉冲宽度可调的脉宽调制波(P)。 (4)谐波磁场对起动的影响 异步电机气隙磁场谐波之间的相互作用，可以产生对异步电机起动不利的附加转矩， 根据磁场的性 质附加转矩分为异步和同步两种附加转矩。 A、异步附加转矩 异步附加转矩是指定子电流产生的谐波磁场在转子绕组中感应电势后产生的同次谐波磁场，两者空 间保持相对静止，但是异步状态的。主要是低次谐波，如5、7次谐波产生的电磁转矩。 定子5次谐波磁场转向与基波相反，其同步速为基波同步速的五分之 定子7次谐波磁场转向与基波相同，其同步速为基波同步速的七分之一： B、同步附加转矩 同步附加转矩是定子和转子的两个谐波磁场在特定转子转速下同步旋转产生的转矩。 假设三相四极异步电动机，定子24齿，转子28齿，电源频率50赫兹，那么考虑定转子低次齿谐波的 空间转速：定子最低次齿谐波磁场的次数分别为，=Zs/p±1=12士1，转向与基波相反(11次)和相 同(13次)，转速为m/mz:转子最低次齿谐被磁场的次数分别为n=Z/p±1=14±1，其中13次齿 谐波的转向与转子基波相反，相对于转子以(n-)/13转速旋转：定子13次齿谐波和转子13次齿谐波 在转子转速为-(n-n)/13=/13,即m/7。由此说明，定子13次齿谐波磁场和转子13次齿谐波磁 场在转子转速为同步转速的七分之时，达到同步运行，产生同步附加转矩。 异步电机起动总结：直接起动存在起动电流大而起动转矩小的问题，降压起动可以限制起动电流但 起动转矩也相应减小，只能满足轻栽或空载起动的需要。绕线转子异步电机转子串电阻或频敏变阻 器起动与鼠笼转子设计成深槽或双笼结构可以实现起动转矩大而起动电流小的起动性能。软起动采 用现代科技成果是高效节能的起动方法，是未来发展的方向。定转子绕组产生的谐波附加转矩对异 步电机起动有很大影响，异步电机设计时需要采取短距、分布绕组，合理选择定转子槽数，以及转 子斜槽结构等措施来减小甚至消除附加转矩。 3、异步电机的制动 异步电机根据转差率的变化范围有三种工作状态：发电机(s<0),电动机(0<s<1)和电磁制动 (s<1y。他们的分界线是理想空载(s=0)和堵转或短路运行状态(s=1)。 异步电机依靠负载被动制动是一种常用方法，但制动时间相对较长，通常需要采用主动制动方法。 A、电源反接正转制动 异步电机电源正接，正常运行在电动机状态。需要制动时，将电源反接，改变任意两相的连接方式 获得反相序电源电压输入。因转子机械惯性保持转速和转向不变，而电源电压施加到定子绕组上后 定子电流很快达到对称稳定状态，形成反向旋转的同步磁场，转差率由小于1变成大于1.0，异步电机 进入电磁制动状态。电磁转矩和负载转矩同时使转子转速下降，当转速下降到零时，如果负载转矩 3电机学课堂讲义 第四部分 异步电机 10h 上海交通大学电气工程系 EE SJTU 3 如果外接电阻是分级串联的，那么只要分级电阻合适，切换时间得当，那么可以使得起动过程中保 持在期望的转矩范围。如果外接电阻是连续变化或可控的（如转子外接频敏变阻器），那么可以保 持最大转矩起动，直到进入自然机械特性恒转矩稳定运行区域。 E、设计特殊转子结构 鼠笼式异步电机转子鼠笼导条采用插入转子槽内的铜条或浇铸的铝条。为了使得导条参数与转子频 率有关，需要利用转子槽漏磁场的集肤效应和趋近效应，为此转子槽形设计成深而窄，或者设计成 上下双笼或多段式等特殊转子结构。 F、现代控制技术 软起动与变频器起动是异步电机结合现代电力电子技术的产物，利用相控调压、变频原理、更高级 的矢量控制技术或直接转矩控制技术自适应地控制异步电机在任意负载条件下平滑起动。这时加到 异步电机上的电源不是简单的正弦波，而是脉冲周期固定而脉冲宽度可调的脉宽调制波（PWM）。 （4）谐波磁场对起动的影响 异步电机气隙磁场谐波之间的相互作用，可以产生对异步电机起动不利的附加转矩，根据磁场的性 质附加转矩分为异步和同步两种附加转矩。 A、异步附加转矩 异步附加转矩是指定子电流产生的谐波磁场在转子绕组中感应电势后产生的同次谐波磁场，两者空 间保持相对静止，但是异步状态的。主要是低次谐波，如5、7次谐波产生的电磁转矩。 定子5次谐波磁场转向与基波相反，其同步速为基波同步速的五分之一； 定子7次谐波磁场转向与基波相同，其同步速为基波同步速的七分之一； B、同步附加转矩 同步附加转矩是定子和转子的两个谐波磁场在特定转子转速下同步旋转产生的转矩。 假设三相四极异步电动机，定子24齿，转子28齿，电源频率50赫兹，那么考虑定转子低次齿谐波的 空间转速：定子最低次齿谐波磁场的次数分别为nz＝Zs/p±1=12±1，转向与基波相反（11次）和相 同（13次），转速为n1/nz；转子最低次齿谐波磁场的次数分别为nz＝Zr/p±1＝14±1，其中13次齿 谐波的转向与转子基波相反，相对于转子以(n1-n)/13转速旋转；定子13次齿谐波和转子13次齿谐波 在转子转速为n-(n1-n)/13=n1/13，即n=n1/7。由此说明，定子13次齿谐波磁场和转子13次齿谐波磁 场在转子转速为同步转速的七分之一时，达到同步运行，产生同步附加转矩。 异步电机起动总结：直接起动存在起动电流大而起动转矩小的问题，降压起动可以限制起动电流但 起动转矩也相应减小，只能满足轻栽或空载起动的需要。绕线转子异步电机转子串电阻或频敏变阻 器起动与鼠笼转子设计成深槽或双笼结构可以实现起动转矩大而起动电流小的起动性能。软起动采 用现代科技成果是高效节能的起动方法，是未来发展的方向。定转子绕组产生的谐波附加转矩对异 步电机起动有很大影响，异步电机设计时需要采取短距、分布绕组，合理选择定转子槽数，以及转 子斜槽结构等措施来减小甚至消除附加转矩。 3、异步电机的制动 异步电机根据转差率的变化范围有三种工作状态：发电机（s<0），电动机（0<s<1）和电磁制动 （s<1）。他们的分界线是理想空载（s=0）和堵转或短路运行状态（s=1）。 异步电机依靠负载被动制动是一种常用方法，但制动时间相对较长，通常需要采用主动制动方法。 A、电源反接正转制动 异步电机电源正接，正常运行在电动机状态。需要制动时，将电源反接，改变任意两相的连接方式 获得反相序电源电压输入。因转子机械惯性保持转速和转向不变，而电源电压施加到定子绕组上后 定子电流很快达到对称稳定状态，形成反向旋转的同步磁场，转差率由小于1变成大于1.0,异步电机 进入电磁制动状态。电磁转矩和负载转矩同时使转子转速下降，当转速下降到零时，如果负载转矩