三相交流異步電動機學習教學資料

1、第六章三相交流異步電動機第六章 三相交流異步電動機三相的意思是有三相繞組，通入三相對稱電流，每個繞組是一相。三相異步電動機結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，制造方便，有較高的運行效率和較好的工作特性，所以非常通用，這里就以三相異步電動機為例介紹交流電機。6.1 結(jié)構(gòu)三相異步電動機種類很多，但基本結(jié)構(gòu)相同，都是由定子和轉(zhuǎn)子這兩大基本部分組成的，在定子和轉(zhuǎn)子之間具有一定氣隙。此外，還有一些附件。6.1.1 定子部分定子是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的，三相異步電動機的定子一般由外殼、定子鐵心和定子繞組組成。（）定子鐵心異步電動機定子鐵心是電動機磁路的一部分，由薄硅鋼片疊壓而成的。每片之間絕緣，減少了由于交變磁通通過引起的鐵

2、心渦流損耗。鐵心內(nèi)圓有均勻分布的槽口，用來嵌放定子線圈。（）定子繞組定子繞組是三相電動機的電路部分，給三相釘子繞組通入對稱三相電流時就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。三相繞組由三個彼此獨立的繞組組成，每個繞組又由若干線圈連接而成。線圈由絕緣銅/鋁導線繞制而成。每個繞組即為一相，各繞組在空間相差120電角度。定子三相繞組的六個出線端都引至接線盒上，首端是，末端是，這六個出線端在接線盒里的排列方式如圖，可以接成星形或三角形。6.1.2 轉(zhuǎn)子部分（）轉(zhuǎn)子鐵心是由硅鋼片疊壓而成的，套在轉(zhuǎn)軸上，作為電動機磁路的一部分，同時用來安放轉(zhuǎn)子繞組。（）轉(zhuǎn)子繞組分為繞線型和鼠籠型兩種，異步電動機由此分為繞組轉(zhuǎn)子異步電動機與鼠籠異

3、步電動機兩種。繞線型繞組與定子繞組一樣也是個三相繞組，一般接成星形。三相引出線分別接到轉(zhuǎn)軸上的三個集電環(huán)（滑環(huán)）上，集電環(huán)與轉(zhuǎn)軸是絕緣的。通過電刷與外電路相連，這就有可能在轉(zhuǎn)子電路中串接電阻或電動勢以改善電動機的運行性能。鼠籠型繞組在轉(zhuǎn)子鐵心每個槽中插入一根銅條，銅條兩端的銅環(huán)（端環(huán)）把導條連接起來，稱為銅排轉(zhuǎn)子?；蛘呤前艳D(zhuǎn)子導條和端環(huán)、風扇葉片等用鋁液一次澆鑄成型，稱為鑄鋁轉(zhuǎn)子?；\形繞組因結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、運行可靠，所以得到廣泛應用。6.1.3 其它部分外殼：一般由鑄鐵或鑄鋼澆鑄成型，保護和固定定子繞組和轉(zhuǎn)子，包括機座、軸承蓋、端蓋、接線盒、吊環(huán)等部件；機座：保護和固定定子繞組；軸承：支撐

4、轉(zhuǎn)子軸；軸承蓋：固定轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子不能軸向移動，存放潤滑油，保護軸承；端蓋：防護作用，支撐轉(zhuǎn)子，把轉(zhuǎn)子固定在定子內(nèi)腔中心，使轉(zhuǎn)子能夠在定子中均勻旋轉(zhuǎn)；接線盒：保護和固定繞組的引出線端子；吊環(huán)：起吊、搬抬電動機；風扇：通風冷卻電動機。三相異步電動機的定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣隙，一般僅為1mm左右，氣隙太大時，電動機運行的功率因數(shù)降低；氣隙太小，裝配困難，高次諧波磁場增強，附加損耗增大，啟動性能差。6.1.4 銘牌數(shù)據(jù)l 額定功率：滿負載運行時三相電動機軸上輸出的機械功率，單位w或者kw。l 額定電壓：接到電動機繞組上的線電壓。三相電動機要求所接的電源電壓值的變動一般不應超過額定電壓的5%。電壓過高，電

5、動機容易燒毀；電壓過低，電動機難以啟動，即使啟動后電動機也可能帶不動負載，容易燒壞。l 額定電流：三相電動機在額定電源電壓下輸出額定功率時，流入定子繞組的線電流，單位a。如果超過額定電流過載運行，三相電動機就會過熱乃至燒毀。三相異步電動機額定功率和其它額定數(shù)據(jù)之間有如下關(guān)系式：為額定功率因數(shù)；為額定效率l 額定頻率：電動機所接交流電源每秒鐘內(nèi)周期變化的次數(shù)，我國規(guī)定標準電源頻率為50hzl 額定轉(zhuǎn)速：三相電動機在額定工作情況下運行時每分鐘的轉(zhuǎn)速，一般略小于對應的同步轉(zhuǎn)速。l 絕緣等級：三相電動機所采用的絕緣材料的耐熱能力，它表明三相電動機允許的最高工作溫度。l 定額：三相電動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，即允

6、許連續(xù)使用的時間，分為連續(xù)、短時、周期斷續(xù)三種。l 接法：星形還是三角形。三相電動機定子繞組的連接只能按規(guī)定方法連接，不能任意改變接法，否則會損壞電動機。l 防護等級：三相電動機外殼的防護等級，ip是防護等級標志符號，其后面的兩位數(shù)字分別表示電動機防固體和防水的能力。數(shù)字越大，防護能力越強。6.2 工作原理和轉(zhuǎn)動原理6.2.1 工作原理三相異步電動機轉(zhuǎn)子之所以會旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)電能向機械能轉(zhuǎn)換，是因為轉(zhuǎn)子氣隙內(nèi)有一個旋轉(zhuǎn)磁場。ax、by、cz是三相定子繞組，在空間彼此相隔120，接成星形。為了保證繞組通電以后，形成對稱的磁勢和電勢，它們在空間的分布必須對稱。所以順時針方向的排列順序是azbxcy。三

7、相繞組的首端a、b、c接在三相對稱電源上，有三相對稱電流通過三相繞組，設(shè)電源的相序為a、b、c，并將的初始相位角設(shè)在90。則有為了分析方便，假設(shè)電流在繞組中從首端流向末端時，電流為正；從末端流向首端時為負。當時，為正，為負，根據(jù)“右手螺旋定則”，三相電流產(chǎn)生的磁場疊加的結(jié)果便形成一個合成磁場，如圖（）所示。此時的合成磁場是一對磁極，上邊是極下邊是極。當時，為正，為負，合成磁場如圖（）所示，它的方位與時相比，順時針轉(zhuǎn)過了120。當時，為正，為負，合成磁場轉(zhuǎn)過240。當時，合成磁場轉(zhuǎn)過一圈。由此可見，對稱三相電流分別通入對稱三相繞組ax、by、cz中所形成的合成磁場，是一個隨時間變化的旋轉(zhuǎn)磁場（方

8、向由電流初相角決定）。如何改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向呢？最簡單的方法：使其中某兩相電源對調(diào)即可。這是電動機產(chǎn)生一對磁極時的情況。當定子繞組連接形成兩對磁極時，同樣分析可知，電流變化一個周期，磁場只轉(zhuǎn)動半圈，即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速減慢了一半。由此類推，當旋轉(zhuǎn)磁場有對磁極時，交流電每變化一個周期，旋轉(zhuǎn)磁場就在空間轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)。因此，三相電動機定子旋轉(zhuǎn)磁場每分鐘的轉(zhuǎn)速、定子電流頻率以及磁極對數(shù)之間的關(guān)系是，又稱為同步轉(zhuǎn)速。6.2.2 轉(zhuǎn)動原理三相交流電流通入定子繞組后，便形成一個旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)速為。旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線被轉(zhuǎn)子導體切割，根據(jù)電磁感應原理，轉(zhuǎn)子導體產(chǎn)生感應電動勢。轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，則轉(zhuǎn)子導體有電流流過。現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)磁

9、場按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，極在上，極在下，根據(jù)右手定則（磁力線穿過手心，大拇指是導體旋轉(zhuǎn)方向），轉(zhuǎn)子導體中感應出的電動勢和電流方向為上半部由外向里，下半部由里向外。流過電流的轉(zhuǎn)子導體在磁場中要受到電磁力的作用，力的方向由左手定則決定。電磁力作用在轉(zhuǎn)子導體上對轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子按照旋轉(zhuǎn)磁場方向旋轉(zhuǎn)起來。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為，它始終不會加速到旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，只有這樣，轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場之間才會有相對運動而切割磁力線，轉(zhuǎn)子繞組中才能產(chǎn)生感應電動勢和電流，這是異步電動機工作的必要條件。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的差值與同步轉(zhuǎn)速的比值稱為轉(zhuǎn)差率。轉(zhuǎn)差率是異步電動機的基本參數(shù)，對分析和計算異步電動機的運行狀態(tài)和機械特性有

10、重要意義。轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動時，；若，則?？芍?，異步電動機處于電動狀態(tài)時，額定運行時，?？梢姡~定運行時，n和接近。6.3 空載運行6.3.1 電磁關(guān)系當三相異步電動機的定子繞組接到對稱三相電源時，定子繞組中就通過對稱三相交流電流，三相交流電流將在氣隙內(nèi)形成按正弦規(guī)律分布，并以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的磁動勢。由旋轉(zhuǎn)磁動勢建立氣隙主磁場。這個旋轉(zhuǎn)磁場切割定、轉(zhuǎn)子繞組，分別在定、轉(zhuǎn)子繞組中感應出對稱的定子電動勢；轉(zhuǎn)子電動勢和轉(zhuǎn)子電流?？蛰d時軸上沒有任何機械負載，異步電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩僅用來克服摩擦力、風力產(chǎn)生的阻轉(zhuǎn)矩，所以是很小的。電機所受阻轉(zhuǎn)矩很小，其轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場的相對轉(zhuǎn)速就接近于。這樣就

11、可近似認為旋轉(zhuǎn)磁場不切割轉(zhuǎn)子繞組，則，則?？梢姡惒诫妱訖C空載運行時，空載磁動勢即為定子上的磁勢；建立氣隙磁場的勵磁磁動勢就是，即，產(chǎn)生的磁通為。勵磁磁動勢產(chǎn)生的磁通絕大部分同時與定、轉(zhuǎn)子交鏈，這部分稱為主磁通，主磁通參與能量轉(zhuǎn)換，在電動機中產(chǎn)生有用的電磁轉(zhuǎn)矩。的磁路由定、轉(zhuǎn)子鐵心和氣隙組成，是非線性磁路。另外有一小部分磁通僅與定子繞組交鏈，稱為定子漏磁通。不參與能量轉(zhuǎn)換，主要通過空氣閉合，可近似認為是線性磁路。6.3.2 定子電壓平衡關(guān)系設(shè)空載時，定子每相端電壓，相電流；主磁通在定子中感應的每相電動勢為；漏磁通在定子中感應出的每相電動勢；定子每相電阻。則電動機空載時每相定子電壓平衡方程式為（

12、感應電動勢方向總是阻礙電流、磁通變化的）。磁通正方向與電流正方向符合右手螺旋定則；感應電動勢正方向與磁通正方向符合右手螺旋定則，感應電動勢實際方向由楞次定律確定，總是阻礙電流以及磁通的變化。如何求取呢？設(shè)為定子中感應電動勢的瞬時值，為定子每相繞組匝數(shù)，為定子繞組系數(shù)，則依據(jù)電磁感應定律，有（一個導體為）。由于加在定子上的電流是按正弦規(guī)律變化的，磁通也按正弦規(guī)律變化，有，其中為主磁通幅值，為交流電流的角頻率。則有，令為定子繞組感應電動勢幅值，則為定子繞組感應電動勢的有效值，則有在相位上比滯后90，用相量表示即為另外，可令，其中為勵磁電阻，反映鐵耗的等效電阻；為勵磁電抗，對應于主磁通；為勵磁阻抗。

13、是由感應出的定子每相電動勢，用來建立勵磁磁動勢。代表主磁通，代表損耗，反映了磁路的非線性特性，因為交變磁通作用于鐵心時，一方面產(chǎn)生渦流，一方面使鐵心磁化，都會使鐵心發(fā)熱，產(chǎn)生一部分能量損耗。這部分能量損耗稱為鐵損耗，用反映。同理，可求得，其中為定子漏磁抗，與漏磁通相對應（無電阻項，因為是線性磁路，無需鐵耗等效）。則有，令為定子每相漏阻抗，因為，可近似認為或。顯然，對于電動機，當頻率恒定時，?？梢姡诋惒诫妱訖C中，若外加電壓一定，主磁通大體上也為一恒定值。6.4 負載運行當三相異步電動機負載運行時，由于軸上機械負載轉(zhuǎn)矩增加，原空載時的電磁轉(zhuǎn)矩無法平衡負載轉(zhuǎn)矩，電動機開始減速。此時，磁場與轉(zhuǎn)子之間

14、相對運動速度加大，轉(zhuǎn)子感應電動勢增大，轉(zhuǎn)子電流和電磁轉(zhuǎn)矩增加。當電磁轉(zhuǎn)矩增加到和負載轉(zhuǎn)矩相平衡時，電動機就以低于空載時的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行。6.4.1 電磁關(guān)系負載運行時，電動機將以低于同步轉(zhuǎn)速的速度旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)向與氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同。因此，氣隙磁場與轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速為，也就是氣隙磁場切割轉(zhuǎn)子繞組的速度。于是，轉(zhuǎn)子繞組中感應出電動勢，產(chǎn)生電流，頻率為轉(zhuǎn)子電流還產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁動勢，總的氣隙磁動勢是與定子磁動勢的合成。轉(zhuǎn)子磁動勢相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度為轉(zhuǎn)子的磁極對數(shù)與定子的磁極對數(shù)始終是相同的，則若定子旋轉(zhuǎn)磁場為順時針方向，而轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速小于同步轉(zhuǎn)速，所以感應出來的轉(zhuǎn)子電動勢或電流的相序也必然按順時針方向排列。

15、而合成磁動勢的轉(zhuǎn)向決定于繞組中電流的相序，所以轉(zhuǎn)子磁動勢的轉(zhuǎn)向與定子磁動勢的轉(zhuǎn)向相同，也為順時針方向，則轉(zhuǎn)子磁動勢在空間中相對于定子的旋轉(zhuǎn)速度為，即等于定子磁動勢在空間的旋轉(zhuǎn)速度。即無論異步電動機轉(zhuǎn)速如何變化，定、轉(zhuǎn)子磁動勢相對靜止。6.4.2 轉(zhuǎn)子繞組各電磁量的特點可見，當負載轉(zhuǎn)矩變化時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率都會隨之變化，而的變化會引起電動機內(nèi)部許多物理量的變化。（）轉(zhuǎn)子繞組感應電動勢及電流頻率：，和成正比轉(zhuǎn)子靜止時，s=1，；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，隨著s的減小而減小（）轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子繞組的感應電動勢其中為轉(zhuǎn)子每相繞組匝數(shù)，為轉(zhuǎn)子繞組系數(shù)，是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時感應電動勢，為轉(zhuǎn)子靜止時（n=0，s=1）的感應電動勢

16、，又稱為堵轉(zhuǎn)電動勢?？梢?，轉(zhuǎn)子電動勢大小也與轉(zhuǎn)差率成正比。當轉(zhuǎn)子不動時，轉(zhuǎn)子電動勢達到最大（即轉(zhuǎn)子靜止時的電動勢）；當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，隨著的減小而減小。（）轉(zhuǎn)子電抗：其中，是轉(zhuǎn)子繞組每相漏電感，則為轉(zhuǎn)子靜止時每相漏電抗，?？梢?，轉(zhuǎn)子電抗的大小與轉(zhuǎn)差率成正比。轉(zhuǎn)子不動時，轉(zhuǎn)子電抗達到最大（即轉(zhuǎn)子靜止時的電抗）；當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，隨著的減小而減小。（）轉(zhuǎn)子電流由于轉(zhuǎn)子電動勢和轉(zhuǎn)子漏電抗都隨改變，故轉(zhuǎn)子電流也和有關(guān)，其中為轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻，則有上式說明轉(zhuǎn)子電流隨的增大而增大，當電動機啟動瞬間，為最大，轉(zhuǎn)子電流也為最大（啟動時電流最大）；當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，減小，轉(zhuǎn)子電流也隨之減小。（）轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)由于轉(zhuǎn)子

17、每相繞組都有電阻和電抗，是一個感性電路。所以轉(zhuǎn)子電流滯后于轉(zhuǎn)子電動勢角度，功率因數(shù)為，說明轉(zhuǎn)子功率因數(shù)隨增大而減小。6.4.3 磁動勢平衡方程式當異步電動機空載運行時，主磁通是由定子繞組的空載磁動勢產(chǎn)生的。異步電動機負載運行時，氣隙中的合成磁場的主磁通是由定子磁動勢和轉(zhuǎn)子磁動勢共同產(chǎn)生的。由電磁關(guān)系可知，定轉(zhuǎn)子磁動勢在空間相對靜止，可以合并為一個合成磁動勢，即稱為勵磁磁動勢，它產(chǎn)生氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場；上式稱為異步電動機的磁動勢平衡方程式。上式也可寫為，即認為定子電流建立起來的磁動勢有兩個分量：一個是勵磁分量用來產(chǎn)生主磁通；另一個是負載分量用來抵消轉(zhuǎn)子磁動勢的去磁作用，保證主磁通不變。異步電動機磁

18、動勢的平衡關(guān)系，使得電路上無直接聯(lián)系的定、轉(zhuǎn)子電流有了關(guān)聯(lián)。6.4.4 電壓平衡方程式定子電路每相繞組電動勢平衡方程式不變。轉(zhuǎn)子電路自身閉合，對外輸出電壓是，則有轉(zhuǎn)子電路每相繞組電動勢平衡方程式為令，為轉(zhuǎn)子繞組在轉(zhuǎn)差率為時的漏阻抗。6.5 等效電路異步電動機定、轉(zhuǎn)子之間只有磁路上的聯(lián)系，沒有電路上的聯(lián)系，不便于實際計算，所以要進行等效電路的分析。為了能將轉(zhuǎn)子電路與定子電路作直接的電的連接，等效要在不改變定子繞組的物理量（定子電動勢、電流、功率因數(shù)等）而且轉(zhuǎn)子對定子的影響不變的原則下進行。即，將轉(zhuǎn)子電路折算到定子側(cè)時要保持折算前后（轉(zhuǎn)子磁動勢）不變，以保證磁動勢平衡不變，且折算前后各功率不變。為

19、了找到異步電動機的等效電路，除了進行轉(zhuǎn)子繞組折算外，還要進行轉(zhuǎn)子頻率折算。6.5.1 頻率折算頻率折算：將頻率為的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子電路折算為與定子頻率相同的等效靜止轉(zhuǎn)子電路。轉(zhuǎn)子靜止不動時，因此只要將實際上轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子電路折算為靜止不動的等效轉(zhuǎn)子電路，便達到頻率折算的目的。實際運行的轉(zhuǎn)子電流（）分子分母同時除以轉(zhuǎn)差率，可得到（）上兩式電流數(shù)值仍然相等，但兩式的物理意義不同了。（） 式中實際轉(zhuǎn)子電流頻率為，是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的實際情況（） 式中為等效靜止時轉(zhuǎn)子所具有的電流，其頻率為，是轉(zhuǎn)子靜止不動時的等效情況由于頻率折算前后轉(zhuǎn)子電流數(shù)值未變，所以磁動勢大小不變。同時，的轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速，與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速無關(guān)，所以（）式

20、頻率折算能夠保持電磁效應不變。頻率折算前后轉(zhuǎn)子的電磁效應不變，即轉(zhuǎn)子電流的大小、相位不變，除了改變與頻率有關(guān)的參數(shù)之外，只要用等效轉(zhuǎn)子的電阻代替實際轉(zhuǎn)子電阻即可?？煞纸鉃?，后者為異步電動機的等效負載電阻，它消耗的電功率為，這部分損耗在實際電路中并不存在，它實質(zhì)上表征了異步電動機輸出的機械功率。6.5.2 繞組折算進行頻率折算后，將旋轉(zhuǎn)的異步電動機轉(zhuǎn)子電路化為等效靜止電路，但是還不能把定、轉(zhuǎn)子電路連接起來，因為兩個電路的電動勢還不相等。方法：人為地用一個相數(shù)、每相串聯(lián)匝數(shù)以及繞組系數(shù)和定子繞組一樣的繞組代替相數(shù)為，每相串聯(lián)匝數(shù)為，繞組系數(shù)為且經(jīng)過頻率折算的轉(zhuǎn)子繞組。但仍要保證折算前后轉(zhuǎn)子對定子的

21、電磁效應不變，即轉(zhuǎn)子的磁動勢、轉(zhuǎn)子總的視在功率、銅耗以及轉(zhuǎn)子漏磁場儲能均保持不變。（）電流折算由保持轉(zhuǎn)子磁動勢不變的原則，即，折算后的轉(zhuǎn)子電流有效值為，其中稱為電流比。（）電動勢折算由于定、轉(zhuǎn)子磁動勢在繞組折算前后都不變，故氣隙中主磁通也不變，繞組折算前后轉(zhuǎn)子電動勢分別為。則，其中稱為電壓比。（）阻抗折算由折算前后，轉(zhuǎn)子銅耗不變原則，有，則同理，由繞組折算前后轉(zhuǎn)子電路的無功功率不變原則，有。6.5.3 型等效電路由型等效電路可得異步電動機負載時的基本方程式為空載運行時，此時相當于轉(zhuǎn)子開路。轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時（接上電源，轉(zhuǎn)子被堵住不動），轉(zhuǎn)子側(cè)近似短路。因此在異步電動機啟動初始接上電源時，就相當于短路狀

22、態(tài)，會使電動機電流很大，應多加注意。6.6 功率和電磁轉(zhuǎn)矩6.6.1 功率平衡方程式異步電動機的功率關(guān)系可用型等效電路圖來分析。異步電動機通電運行時，型等效電路中每個電阻上都會產(chǎn)生一定損耗。如：定子電阻產(chǎn)生的定子銅損耗勵磁電阻產(chǎn)生的定子鐵損耗轉(zhuǎn)子電阻產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子銅損耗電流輸入電功率去掉定子銅損耗和鐵損耗之后，便是定子傳遞給轉(zhuǎn)子回路的電磁功率，即電磁功率又等于等效電路轉(zhuǎn)子回路全部電阻的損耗，即電磁功率去掉轉(zhuǎn)子電阻上的損耗，就是等效負載電阻上的損耗，這部分等效損耗實際上是傳遞給電動機軸上的機械功率是轉(zhuǎn)子繞組中的電流與氣隙旋轉(zhuǎn)磁場共同作用下產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，帶動轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)所對應的功率。電動機運行時，

23、還存在著由于軸承摩擦產(chǎn)生的機械損耗和附加損耗。大型電機中，小型電機中轉(zhuǎn)子的機械功率減去機械損耗和附加損耗才是轉(zhuǎn)軸上實際輸出的功率，用表示：可見，異步電動機運行時，從電源輸入電功率到轉(zhuǎn)軸輸出機械功率的全過程為異步電動機運行時，電磁功率、轉(zhuǎn)子損耗和機械功率三者之間定量關(guān)系是：這表明，當一定時，越小，轉(zhuǎn)子銅損耗越小，越大，效率越高。電機運行時，若增大，轉(zhuǎn)子銅耗也增大，電機易發(fā)熱，效率降低。6.6.2 轉(zhuǎn)矩平衡方程式除以軸的角速度就是電磁轉(zhuǎn)矩，即，其中是同步角速度。令，則由可得到，兩邊同時除以角速度，可得到，稱為空載轉(zhuǎn)矩，稱為輸出轉(zhuǎn)矩。忽略，則有，為負載轉(zhuǎn)矩，同理，。例：有一臺y形連接的四極繞線式轉(zhuǎn)子

24、異步電動機，額定負載時的轉(zhuǎn)子銅耗，機械損耗，雜散損耗，試求額定負載時：（1）電磁功率、電磁轉(zhuǎn)矩各為多少？（2）轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)差率各為多少？（3）負載轉(zhuǎn)矩、空載轉(zhuǎn)矩各為多少？解：（1）電磁功率 額定轉(zhuǎn)速 電磁轉(zhuǎn)矩（2）由可得轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)差率（3）負載轉(zhuǎn)矩 空載轉(zhuǎn)矩6.7 工作特性異步電動機的工作特性是指定子電壓、頻率為額定值時，電動機轉(zhuǎn)速、定子電流、功率因數(shù)、電磁轉(zhuǎn)矩和效率等與輸出功率之間的關(guān)系曲線。這些關(guān)系曲線可以直接通過給異步電動機帶上負載后測量得到，也可利用等效電路參數(shù)計算得到。它們衡量了電動機性能的優(yōu)劣。轉(zhuǎn)速特性空載時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速接近于同步轉(zhuǎn)速，隨著負載增加，轉(zhuǎn)速要略微降低，這時轉(zhuǎn)子電動勢增大，從

25、而使轉(zhuǎn)子電流增大，以產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩來平衡負載轉(zhuǎn)矩。因此，隨著增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差率增大。轉(zhuǎn)矩特性空載時，電磁轉(zhuǎn)矩等于空載制動轉(zhuǎn)矩。隨著增加，因為，所以若基本不變，則是過原點的直線?？紤]到增加時，稍有下降，故隨著增加略向上偏離直線，在式中，值很小，而且可被認為是與無關(guān)的常數(shù)，所以將比平行上移數(shù)值。定子電流特性電動機空載時，轉(zhuǎn)子電流近似為，定子電流等于勵磁電流。隨著負載的增加，轉(zhuǎn)速下降，增大，轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流也增大。當時，由于的降低，增長得更快些。功率因數(shù)三相異步電動機運行時必須從電網(wǎng)中吸取感性無功功率，它的功率因數(shù)總是滯后的，永遠小于。電動機空載時，定子電流基本上只有勵磁電流，功率

26、因數(shù)很低，一般不超過0.2。當負載增加時，定子電流中有功電流增加，使功率因數(shù)提高。接近額定負載時，功率因數(shù)也達到最高。超過額定負載時，由于轉(zhuǎn)速降低較多，轉(zhuǎn)差率增大，使轉(zhuǎn)子電流與電動勢之間的相位角增大，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)下降較多，引起定子電流中無功電流分量也增大，因而電動機功率因數(shù)趨于下降。效率特性根據(jù)，電動機空載時，隨著的增加，效率也增加。在正常運行范圍內(nèi)，因為主磁通變化很小，所以鐵損耗變化不大，機械損耗變化也很小，合起來稱為不變損耗。定、轉(zhuǎn)子銅損耗與電流平方成正比，隨負載變化，稱為可變損耗。當不變損耗等于可變損耗時，電動機效率達到最大。時，效率最高，如果負載繼續(xù)增大，效率反而降低。由此可見，效率曲

27、線與功率曲線都是在額定負載附近達到最高，因此選用電動機容量時，應注意使其與負載匹配。如果選得過小，電動機長期過載運行影響壽命；如果選得過大，則功率因數(shù)和效率都很低，浪費能源。6.8 機械特性電動機作為將電能轉(zhuǎn)換成機械能從而帶動其它機械工作的設(shè)備，最令人關(guān)心的是其機械特性。指在一定條件下，電動機的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系。由于與轉(zhuǎn)差率之間存在一定關(guān)系，機械特性往往也用表達。由等效電路中看，電磁功率則電磁轉(zhuǎn)矩其中上式就是三相異步電動機的機械特性方程，它清楚表達了、與電動機各參數(shù)之間的關(guān)系。下面我們就從這個公式出發(fā)，分析電動機的固有機械特性和人為機械特性。6.8.1 固有機械特性指電動機工作在額定電壓和

28、額定頻率下，按規(guī)定方法接線，定、轉(zhuǎn)子外接電阻為時，（或）與的關(guān)系。對于某一臺確定的電動機而言，由機械特性方程可見，此時只有與是變量，其余均是確定值。因為機械特性是一個二次方程，故存在最大值。以為橫軸，（或）為縱軸，可得到異步電動機固有機械特性曲線。整個機械特性可分為兩部分：（）部分，即范圍內(nèi)。在這一部分，隨著電磁轉(zhuǎn)矩的增加，轉(zhuǎn)速降低。這一部分是穩(wěn)定運行工作部分，電動機應工作于這一范圍內(nèi)。此時，機械特性曲線近似為一條直線。（）部分，即范圍內(nèi)。這部分隨著轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)速也減小。此區(qū)域稱為不穩(wěn)定運行區(qū)域，電動機一般不能穩(wěn)定運行在這個范圍內(nèi)。有時也稱這一部分為非工作部分。為進一步描述三相異步電動機的機械

29、特性的特點，下面著重分析幾個反映電動機工作的特殊點。（）理想空載點此時，因轉(zhuǎn)子電流，定子電流，所以電磁轉(zhuǎn)矩。（）最大轉(zhuǎn)矩點最大轉(zhuǎn)矩點對應的轉(zhuǎn)差率稱為臨界轉(zhuǎn)差率，求，可得到則可求得最大電磁轉(zhuǎn)矩由此進一步可知：臨界轉(zhuǎn)差率與電源電壓無關(guān)，只與電動機自身參數(shù)有關(guān)，而且和轉(zhuǎn)子電阻成正比，所以改變轉(zhuǎn)子電阻的大?。ㄈ缭诶@線型異步電動機轉(zhuǎn)子電路中串接變阻器）即可改變臨界轉(zhuǎn)差率。最大電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)。因此電動機轉(zhuǎn)子電阻的大小不會影響電動機最大轉(zhuǎn)矩，只會影響產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩時的轉(zhuǎn)差率。最大電磁轉(zhuǎn)矩的大小與電源電壓的平方成正比，而臨界轉(zhuǎn)差率卻與電源電壓無關(guān)。最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定電磁轉(zhuǎn)矩的比稱為過載能力，即。是異步電

30、動機的一個重要參數(shù)，設(shè)計時給定，在電機技術(shù)參數(shù)數(shù)據(jù)中可查，反映電動機承受負載波動的能力，。特殊用途的電動機（如起重機、冶金機械等），。（）啟動點電動機工作在啟動點時，稱為電動機的啟動轉(zhuǎn)矩或堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。電動機的啟動轉(zhuǎn)矩必須大于電動機所帶的負載的轉(zhuǎn)矩，電動機才能啟動，因此的大小是衡量電動機啟動性能好壞的技術(shù)指標。可知，啟動轉(zhuǎn)矩的大小與電源電壓平方成正比，同時也受到轉(zhuǎn)子電阻大小的影響。為了衡量電動機的啟動性能，用與之比來表示。即有啟動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，反映電動機的啟動能力，。（）額定點電動機工作在額定點時，額定工作點是希望的工作點?？捎嬎愕玫剑?，和是電動機銘牌上標明的額定功率和額定轉(zhuǎn)速6.8.2 人為機械特性

31、指人為地改變電動機的某些參數(shù)或電源電壓的大小而得到的機械特性。人為機械特性的目的是為了獲得所需要的拖動性能。由上面內(nèi)容可知，改變電動機轉(zhuǎn)子繞組中電阻的大小或改變電源電壓的高低，其機械特性都將發(fā)生改變，下面著重討論這兩種常用的人為機械特性。6.8.2.1 降低電源電壓時的人為機械特性降低電源電壓時，電動機轉(zhuǎn)矩（和）將按電壓的平方降低，但臨界轉(zhuǎn)差率不變。由其機械特性曲線可見，降壓后的機械特性會變軟，啟動能力和過載能力都會下降。若此時負載轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩，電動機將停止運轉(zhuǎn)；若此時負載轉(zhuǎn)矩小于電磁轉(zhuǎn)矩，電動機可繼續(xù)運轉(zhuǎn)，但轉(zhuǎn)速下降，增大，轉(zhuǎn)子電動勢增大，導致轉(zhuǎn)子電流和定子電流增大，使電動機過載。這樣長

32、期過載會使電動機的溫升超過允許值，影響電動機的使用壽命，甚至燒毀繞組。6.8.2.2 轉(zhuǎn)子電路串對稱電阻的人為機械特性轉(zhuǎn)子繞組中串入電阻后，啟動轉(zhuǎn)矩將發(fā)生變化，也會發(fā)生變化，而最大轉(zhuǎn)矩不變?？梢姡谝欢ǚ秶鷥?nèi)增加轉(zhuǎn)子電阻，可增加電動機啟動轉(zhuǎn)矩，所以起重機上大多采用繞線式異步電動機。但若串接某一數(shù)值的電阻使得后，再繼續(xù)增大轉(zhuǎn)子電阻，啟動轉(zhuǎn)矩將開始減小。6.8.2.3 實用表達式以上關(guān)于電動機的機械特性性能都是通過特性方程式分析得到的。但方程式比較復雜，而且一般情況下，電動機的某些參數(shù)在產(chǎn)品目錄或銘牌上是查不到的，給定量運算帶來不便。通過對方程式的分析，可以得到一些實用表達式如下：6.9 啟動和制

33、動指三相異步電動機從接入電網(wǎng)開始轉(zhuǎn)動時起，到達額定轉(zhuǎn)速為止的這一段過程。電動機在啟動時啟動轉(zhuǎn)矩并不大，但轉(zhuǎn)子繞組中的電流很大，通?？梢赃_到額定電流的47倍，從而使得定子繞組中的電流相應增大為額定電流的47倍。這么大的啟動電流將使電壓損失過大（電壓降），啟動轉(zhuǎn)矩不夠使用，電動機根本無法啟動。還會使電動機繞組發(fā)熱，縮短電動機的使用壽命。因此電動機啟動時，在保證一定大小的啟動轉(zhuǎn)矩的前提下，還要求限制啟動電流在允許范圍內(nèi)。6.9.1 鼠籠型異步電動機的啟動兩種方式：直接啟動和降壓啟動。直接啟動是將額定電壓直接加在電動機定子繞組端；降壓啟動是在電動機啟動時降低定子繞組上的外加電壓，從而降低啟動電流，啟動

34、結(jié)束后，將外加電壓升高為額定電壓，進入額定運行。兩種方法各有優(yōu)點，應視具體情況而定。6.9.1.1 直接啟動從電動機容量的角度講，通常認為滿足下列條件之一的即可直接啟動，否則應降壓啟動。容量在10kw以下符合下列公式優(yōu)點是設(shè)備少，啟動方式簡單，成本低，是小型鼠籠型異步電動機主要采用的啟動方法6.9.1.2 降壓啟動指在啟動過程中降低定子繞組端的外加電壓，啟動結(jié)束之后，再將定子繞組的兩端電壓恢復到額定值。這種方法雖然可以降低啟動電流，但啟動轉(zhuǎn)矩也減小了，故多用于空載或輕載啟動。定子串電阻或電抗器降壓啟動啟動時，在電動機定子電路串入電阻或電抗器，使加到電動機定子繞組端電壓降低，減少了電動機上的啟動

35、電流。工作情況：開始啟動時，主觸點閉合主觸點斷開，電動機經(jīng)電阻接入電源，電動機在低壓狀態(tài)下開始啟動。當電動機的轉(zhuǎn)速接近額定值時，使斷開接通，切除電阻，電源電壓直接加在電動機上，啟動過程結(jié)束。這種啟動方法不受電動機定子繞組接法形式的限制，但由于啟動電阻的存在，將使設(shè)備體積增大，電能損耗大，目前已較少采用。定子串自耦變壓器降壓啟動這種方法是利用自耦變壓器將電源電壓降低后再加到電機定子繞組端達到減小啟動電流的目的。設(shè)自耦變壓器一次側(cè)電壓為（即電源電壓），電流為，二次側(cè)電壓為，電流為，變壓比為，則。啟動時，經(jīng)自耦變壓器后加在三相籠型異步電動機定子繞組端的線電壓為，此時電動機定子繞組上的啟動電壓為全壓啟

36、動時的，即。：電動機全壓啟動時的電流；：電動機電壓為時電網(wǎng)上流過的電流，即自耦變壓器一次側(cè)電流；：電動機電壓為時的啟動電流，即自耦變壓器二次側(cè)電流。則電動機從電網(wǎng)吸取的電流為。也就是說，如果變壓比為k，則電源電壓降低了倍，啟動電流降低了倍?？刂圃恚汉仙祥l刀開關(guān)后，自耦變壓器作星形連接，電動機定子繞組經(jīng)自耦變壓器實現(xiàn)減壓啟動。當電動機轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時，令自耦變壓器從電路中斷開，直接將全電壓加在電動機上，啟動過程結(jié)束，進入全壓運行狀態(tài)。自耦變壓器降壓啟動的啟動性能好，是目前常用的一種降壓啟動方法。6.9.2 繞線型異步電動機的啟動三相繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子中有三相電阻，可以通過滑環(huán)和電刷串接外加

37、電阻。前面分析轉(zhuǎn)子串電阻的人為機械特性時已知適當增加轉(zhuǎn)子串接電阻，可以減小啟動電流并提高電動機的啟動轉(zhuǎn)矩，繞線型異步電動機正是利用了這一特性。由于電阻是常數(shù)，為了獲取較平滑的啟動過程，將啟動電阻分為幾級，在啟動過程中逐級切除。工作情況：合上刀開關(guān)后，交流接觸器、和的主觸點全部斷開，全部電阻接入電路，對應工作的機械特性曲線為圖中曲線，從點開始啟動，轉(zhuǎn)速逐漸升高；當轉(zhuǎn)速升高到點時，令閉合，被短接，和仍串入電路，由于電阻減小，而轉(zhuǎn)速不能突變，特性曲線瞬間過渡到曲線上的點并沿曲線繼續(xù)加速；當加速到點時，令閉合，被短接，仍串入電路，由于電阻減小而轉(zhuǎn)速不能突變，特性曲線瞬間過渡到曲線上的點并沿曲線繼續(xù)加速

38、。當加速到點時，令閉合，被短接，由于電阻減小而轉(zhuǎn)速不能突變，特性曲線瞬間過渡到固有機械特性曲線上的點并沿固有機械特性曲線繼續(xù)加速，直到穩(wěn)定運行，啟動過程結(jié)束。6.9.3 異步電動機的電氣制動三相異步電動機有能耗制動、反接制動和回饋制動種方式。反接制動又有電源兩相反接的反接制動和倒拉反接制動兩種形式。與直流電動機各電氣制動過程類似。6.10 交流調(diào)速的基本方法交流調(diào)速的基本類型有多種，但它們都是來源于交流電機的轉(zhuǎn)速公式：因而，異步電動機調(diào)速方法可以分為變頻調(diào)速、變極調(diào)速和變轉(zhuǎn)差率調(diào)速三種，其中變轉(zhuǎn)差率的方法又可以通過調(diào)定子電壓、轉(zhuǎn)子電阻、轉(zhuǎn)差電壓等方法來實現(xiàn)。歸納異步電動機基本調(diào)速方法如下：6.

39、10.1 變極對數(shù)調(diào)速變極調(diào)速是在定子頻率一定時，改變定子的極對數(shù)來改變同步轉(zhuǎn)速，從而達到調(diào)速的目的。這種方法需要在電動機運行時，改變定子繞組的接線方式。也可以在定子上繞上獨立的兩套或三套不同極對數(shù)的繞組，形成雙速電機或三速電機，這樣會使電機的成本、體積和重量增加較多。另外，極對數(shù)必需是整數(shù)（1對磁極時，同步轉(zhuǎn)速為3000r/min；2對磁極時，同步轉(zhuǎn)速為1500r/min；3對磁極時，同步轉(zhuǎn)速為1000r/min），因此變極調(diào)速只能是有級調(diào)速。變極調(diào)速只能用于鼠籠型異步電動機，這是因為繞線式轉(zhuǎn)子的變極非常麻煩，而鼠籠式轉(zhuǎn)子能自動跟蹤定子繞組的變極。盡管這種調(diào)速方法有這些缺點，但它的優(yōu)點也是很

40、明顯的：設(shè)備簡單，操作方便，機械特性較硬，效率高，即適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，又適用于恒功率調(diào)速。6.10.2 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速6.10.2.1 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速時的機械特性具有如下特點：（） 轉(zhuǎn)子串電阻時，同步轉(zhuǎn)速不變，最大轉(zhuǎn)矩也不變；（） 轉(zhuǎn)子串接電阻越大，機械特性越軟；（） 調(diào)速時定子電壓不變，所以電動機主磁通不變；（） 當保持轉(zhuǎn)子電流額定值時，調(diào)速前后轉(zhuǎn)矩不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。顯然，這是靠增加轉(zhuǎn)差功率來降低轉(zhuǎn)速的。由于轉(zhuǎn)子中電流很大，在串接電阻上產(chǎn)生很大損耗，所以電動機效率很低。同時，這種調(diào)速方法只能是有極的和有觸點的。由于機械特性很軟，低速時負載稍有變化，轉(zhuǎn)速波動就很大，調(diào)速精度差。6.10.2.2 定子調(diào)壓調(diào)速當負載轉(zhuǎn)矩一定時，如果改