第4章異步電動機

1、第四章第四章 異步電動機異步電動機 第一節(jié)第一節(jié) 三相異步電動機三相異步電動機 第二節(jié)第二節(jié) 單相異步電動機單相異步電動機返回主目錄返回主目錄圖圖4-1 籠型三相異步電動機籠型三相異步電動機 軸承蓋軸承蓋端蓋端蓋接線盒接線盒散熱筋散熱筋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子風(fēng)扇風(fēng)扇罩殼罩殼軸承軸承機座機座第一節(jié)第一節(jié) 三相異步電動機三相異步電動機一、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)一、三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)（3）機座）機座 定子繞組組成一個在空間依次相差定子繞組組成一個在空間依次相差 電角度的三相對稱繞電角度的三相對稱繞組，其首端分別為組，其首端分別為 、 、 ，末端分，末端分 、 、 ，可接，可接成星形或三角形，如成星

2、形或三角形，如 圖圖4-2 所示。主要產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。所示。主要產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。1U1V1W2U2V2W1201定子定子電動機主磁路的一部分，有良好的導(dǎo)磁性能。電動機主磁路的一部分，有良好的導(dǎo)磁性能。為了減小鐵心損耗，采用為了減小鐵心損耗，采用0.5mm厚硅鋼沖片厚硅鋼沖片疊成圓筒形，并壓疊成圓筒形，并壓裝在機座內(nèi)。在定子鐵心內(nèi)圓上沖有均勻分布的槽，用于嵌放裝在機座內(nèi)。在定子鐵心內(nèi)圓上沖有均勻分布的槽，用于嵌放三相定子繞組。三相定子繞組。（2）定子繞組）定子繞組（1）定子鐵心）定子鐵心固定和支撐作用。固定和支撐作用。圖圖4-2 三相異步電動機定子繞組的聯(lián)結(jié)三相異步電動機定子繞組的聯(lián)結(jié)星形接法星形接

3、法三角形接法三角形接法2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 電動機的轉(zhuǎn)子電路部分，其作用是感應(yīng)電動勢、流過電流并電動機的轉(zhuǎn)子電路部分，其作用是感應(yīng)電動勢、流過電流并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。（3）轉(zhuǎn)子繞組）轉(zhuǎn)子繞組支撐轉(zhuǎn)子鐵心和輸出電動機的機械轉(zhuǎn)矩。支撐轉(zhuǎn)子鐵心和輸出電動機的機械轉(zhuǎn)矩。（2）轉(zhuǎn)軸）轉(zhuǎn)軸電動機主磁路的一部分，也用電動機主磁路的一部分，也用0.5mm厚且相互絕緣的硅鋼片厚且相互絕緣的硅鋼片疊壓成圓柱體，中間壓裝轉(zhuǎn)軸，外圓上沖有均勻分布的槽，疊壓成圓柱體，中間壓裝轉(zhuǎn)軸，外圓上沖有均勻分布的槽，用以放置轉(zhuǎn)子繞組。用以放置轉(zhuǎn)子繞組。（1）轉(zhuǎn)子鐵心）轉(zhuǎn)子鐵心圖圖4- 3 籠型轉(zhuǎn)子籠型轉(zhuǎn)子 銅條籠型轉(zhuǎn)銅條籠型轉(zhuǎn)子子

4、鑄鋁籠型轉(zhuǎn)鑄鋁籠型轉(zhuǎn)子子圖圖4-4 繞線式轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子 三相轉(zhuǎn)子繞組三相轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸集電環(huán)集電環(huán)電刷電刷電刷外接線電刷外接線轉(zhuǎn)子繞組出線端轉(zhuǎn)子繞組出線端二、二、三三相異步電動機的銘牌相異步電動機的銘牌 圖圖4-5 三相異步電動機銘牌三相異步電動機銘牌 在三相異步電動機的機座上有一塊銘牌，銘牌上標出了在三相異步電動機的機座上有一塊銘牌，銘牌上標出了該電動機的主要技術(shù)數(shù)據(jù)。該電動機的主要技術(shù)數(shù)據(jù)。 磁極數(shù)，磁極數(shù)，4表示四極表示四極機座類型（機座類型（L表示長機座，表示長機座，M表示中表示中 機機 座，座，S表示短機座）表示短機座）中心高度（中心高度（mm）異步電動機異步電動機 Y 112

5、M 41型號型號(Y112M4）2額定值額定值電動機在加額定電壓、輸出額定功率時，流入定子繞組的電動機在加額定電壓、輸出額定功率時，流入定子繞組的線電流線電流。電動機在額定狀態(tài)下運行時，定子繞組所加的電動機在額定狀態(tài)下運行時，定子繞組所加的線電壓線電壓。電動機在額定工作狀態(tài)下運行時，軸上電動機在額定工作狀態(tài)下運行時，軸上輸出的機械功率輸出的機械功率。NNNNNcos3 IUP 式中，式中， 為額定效率，為額定效率， 為額定功率因數(shù)。為額定功率因數(shù)。 N Ncos （1）額定功率）額定功率 (kW)NP（2）額定電壓）額定電壓 (kV或或V)NU（3）額定電流）額定電流 (A) NI額定功率與其

6、他額定值之間的關(guān)系額定功率與其他額定值之間的關(guān)系（4）額定轉(zhuǎn)速）額定轉(zhuǎn)速 (r/min) Nn在額定電壓下，定子繞組應(yīng)采用的聯(lián)結(jié)方法。在額定電壓下，定子繞組應(yīng)采用的聯(lián)結(jié)方法。Y系列電動機，系列電動機，4kW以上者均采用三角形接法。以上者均采用三角形接法。（6）接法）接法() 電動機所接交流電源的頻率。我國電網(wǎng)的頻率規(guī)定為電動機所接交流電源的頻率。我國電網(wǎng)的頻率規(guī)定為50Hz。Nf（5）額定頻率）額定頻率 (Hz)電動機在額定狀態(tài)下運行時的轉(zhuǎn)速。電動機在額定狀態(tài)下運行時的轉(zhuǎn)速。（7）工作方式）工作方式 S1連續(xù)；連續(xù)；S2短時間；短時間；S3斷續(xù)。斷續(xù)。（8）絕緣等級）絕緣等級 根據(jù)絕緣材料允許

7、的最高溫度分為根據(jù)絕緣材料允許的最高溫度分為Y、A、E、B、F、H、C級，見表級，見表4-1，Y系列電動機多采用系列電動機多采用E、B級級絕緣。絕緣。表表4-1 絕緣材料耐熱等級絕緣材料耐熱等級 18018015513012010590CHFBEAY等級等級最高允許溫度最高允許溫度/C三、三相異步電動機的基本工作原理三、三相異步電動機的基本工作原理在三相定子繞組中流過三相對稱交流電流，其波形如圖在三相定子繞組中流過三相對稱交流電流，其波形如圖4-7。圖圖4-6 兩極定子繞組結(jié)構(gòu)示意圖兩極定子繞組結(jié)構(gòu)示意圖1旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖示意圖接線接線原理圖原理圖據(jù)電流的參考方向（首

8、端流入）據(jù)電流的參考方向（首端流入）和波形圖判斷電流的實際方向和波形圖判斷電流的實際方向電流為負時，實際電流從線圈末端電流為負時，實際電流從線圈末端流進，首端流出。流進，首端流出。電流為正時，實際電流為正時，實際電流從線圈首端流電流從線圈首端流進，末端流出；進，末端流出；圖圖4-8 兩極旋轉(zhuǎn)磁場示意圖兩極旋轉(zhuǎn)磁場示意圖 放大放大波形波形還原還原波形波形對于對于 對磁極電動機，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速對磁極電動機，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速p3) 對于兩極（即磁極對數(shù)對于兩極（即磁極對數(shù) =1）電動機，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速）電動機，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速 p1160fn 旋轉(zhuǎn)磁場的特點旋轉(zhuǎn)磁場的特點1）定子三相繞組的合成磁場為旋轉(zhuǎn)磁場

9、。）定子三相繞組的合成磁場為旋轉(zhuǎn)磁場。2）旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向取決于三相電流的相序。若要改變旋轉(zhuǎn)磁）旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向取決于三相電流的相序。若要改變旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向，只須將三相電源進線中的任意兩相對調(diào)即可。場轉(zhuǎn)向，只須將三相電源進線中的任意兩相對調(diào)即可。pfn1160 (4-1)式中，式中， 是旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，亦稱同步轉(zhuǎn)速（是旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速，亦稱同步轉(zhuǎn)速（r/min）；）； 是電源頻率（是電源頻率（ ）；）； 是磁極對數(shù)。是磁極對數(shù)。 1n1f Hzp問題問題1.1.怎樣產(chǎn)生怎樣產(chǎn)生兩對磁極兩對磁極? ?圖圖4-9 三相異步電動機旋轉(zhuǎn)原理圖三相異步電動機旋轉(zhuǎn)原理圖 2旋轉(zhuǎn)原理旋轉(zhuǎn)原理結(jié)論：結(jié)論：轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向和旋轉(zhuǎn)

10、磁場的轉(zhuǎn)向一致。若改變旋轉(zhuǎn)磁轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向和旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向一致。若改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向，則可改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向。場的轉(zhuǎn)向，則可改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向。旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體間有相對運動間有相對運動感應(yīng)電動勢感應(yīng)電動勢右手定則右手定則感應(yīng)電流感應(yīng)電流左手定則左手定則電磁力電磁力電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩因為，如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速因為，如果轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 達到同步轉(zhuǎn)速達到同步轉(zhuǎn)速 ，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)體將不，則轉(zhuǎn)子導(dǎo)體將不再切割磁力線，因而感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流和電磁場轉(zhuǎn)矩均為再切割磁力線，因而感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流和電磁場轉(zhuǎn)矩均為零，轉(zhuǎn)子將減速，因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是低于同步轉(zhuǎn)速。零，轉(zhuǎn)子將減速，因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是低于同步轉(zhuǎn)速。1nnn

11、1n“異步異步”的含義是指轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的含義是指轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 永遠比同步轉(zhuǎn)速永遠比同步轉(zhuǎn)速 （既旋（既旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速）小。轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速）小。異步電動機的異步電動機的“異步異步”的含的含義義感應(yīng)電機感應(yīng)電機旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速 與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 之差稱為轉(zhuǎn)差。之差稱為轉(zhuǎn)差。轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)差與同步轉(zhuǎn)速 之比稱為轉(zhuǎn)差率之比稱為轉(zhuǎn)差率 ，用，用 表示，即表示，即 1nn1nss轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 是三相異步電動機的一個重要參數(shù)。它對電機的是三相異步電動機的一個重要參數(shù)。它對電機的運行有著極大的影響。其大小也能反映轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。即運行有著極大的影響。其大小也能反映轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。即s11n

12、nns (4-2) )1 (1snn 若定子繞組增加一倍，且每個繞組在空間以相差若定子繞組增加一倍，且每個繞組在空間以相差 的角度排列，并把相差的角度排列，并把相差 的兩個繞組首尾相串，組成的兩個繞組首尾相串，組成一相繞組，則可構(gòu)成四極（一相繞組，則可構(gòu)成四極（ =2）電動機。）電動機。90 180p 電動機起動瞬間，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速電動機起動瞬間，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 ，轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)差率 =1；理；理想空載時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速想空載時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 ，轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)差率 ；因此，電動；因此，電動機在電動狀態(tài)下運行時，轉(zhuǎn)差率機在電動狀態(tài)下運行時，轉(zhuǎn)差率 =01。 0 ns1nn 0 ss答案答案1圖圖4-17 已知已知Y112M4

13、三相電動機的同步轉(zhuǎn)速三相電動機的同步轉(zhuǎn)速 r/min，額定轉(zhuǎn)速為，額定轉(zhuǎn)速為1440r/min，空載時的轉(zhuǎn)差率，空載時的轉(zhuǎn)差率 。求該電動機的磁極對數(shù)求該電動機的磁極對數(shù) ， 額定轉(zhuǎn)差率額定轉(zhuǎn)差率 和空載轉(zhuǎn)速和空載轉(zhuǎn)速 。 15001 n0026. 00 SpNs0n2150050606011 nfp04. 01500144015001N1N nnns1496min/r )15000026. 01500()1(100 nsnr/min例例4-1解解式中，式中， 是線電壓，是線電壓， 是線電流，是線電流， 是電動機的功率因數(shù)是電動機的功率因數(shù)lUlI1cos 四、三相異步電動機的運行特性四、三相

14、異步電動機的運行特性%10012 PP 11cos3 llIUP nFeCu12PPPPP 式中，式中， 是定子繞組及轉(zhuǎn)子繞組中的銅損耗，是定子繞組及轉(zhuǎn)子繞組中的銅損耗， 鐵心中存鐵心中存在的鐵損耗，在的鐵損耗， 是在運行過程中克服機械摩擦、風(fēng)的阻力等是在運行過程中克服機械摩擦、風(fēng)的阻力等所形成的機械損耗。此式稱為功率平衡方程式所形成的機械損耗。此式稱為功率平衡方程式 。CuPFePnP轉(zhuǎn)矩特性轉(zhuǎn)矩特性1P1） 三相異步電動機在穩(wěn)定運行時，電源輸入的功率三相異步電動機在穩(wěn)定運行時，電源輸入的功率2P2）軸上輸出的機械功率）軸上輸出的機械功率 3）機械效率）機械效率02TTT T根據(jù)力學(xué)知識，旋

15、轉(zhuǎn)體的機械功率等于作用在旋轉(zhuǎn)體上的轉(zhuǎn)矩根據(jù)力學(xué)知識，旋轉(zhuǎn)體的機械功率等于作用在旋轉(zhuǎn)體上的轉(zhuǎn)矩與它的機械角速度的乘積，即與它的機械角速度的乘積，即 。 TP nPnPPT22229550260 額定輸出轉(zhuǎn)矩為額定輸出轉(zhuǎn)矩為式中，式中， 是額定輸出功率（是額定輸出功率（kW）；）； 是額定轉(zhuǎn)速是額定轉(zhuǎn)速（r/min）；）； 是額定輸出轉(zhuǎn)矩（是額定輸出轉(zhuǎn)矩（Nm）。）。 NPNnNTNNNNNNN95502601000nPnPPT (4-5)4）電磁轉(zhuǎn)矩）電磁轉(zhuǎn)矩式中，式中， 為電磁轉(zhuǎn)矩，為電磁轉(zhuǎn)矩， 為輸出轉(zhuǎn)矩，為輸出轉(zhuǎn)矩， 為空載阻轉(zhuǎn)矩為空載阻轉(zhuǎn)矩 ，此，此式稱為轉(zhuǎn)矩平衡方程式式稱為轉(zhuǎn)矩平衡方程

16、式 。T2T0T2T5）輸出轉(zhuǎn)矩）輸出轉(zhuǎn)矩故故2P式中，式中， 為輸出功率（為輸出功率（kW）三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩 與定子繞組上的電壓和頻率、轉(zhuǎn)與定子繞組上的電壓和頻率、轉(zhuǎn)差率、轉(zhuǎn)子電路參數(shù)等有著密切聯(lián)系，其關(guān)系式為差率、轉(zhuǎn)子電路參數(shù)等有著密切聯(lián)系，其關(guān)系式為T 式中，式中， 是定子繞組電壓；是定子繞組電壓； 是交流電源的頻率；是交流電源的頻率； 是轉(zhuǎn)子繞是轉(zhuǎn)子繞組每相的電阻；組每相的電阻； 是電動機靜止不動時轉(zhuǎn)子繞組每相的感是電動機靜止不動時轉(zhuǎn)子繞組每相的感抗；抗； 是電動機結(jié)構(gòu)常數(shù)；是電動機結(jié)構(gòu)常數(shù)； 是轉(zhuǎn)差率。是轉(zhuǎn)差率。1U1f2R20XCs對于某臺電動機而言

17、，當(dāng)定子繞組上的電壓及頻率一定對于某臺電動機而言，當(dāng)定子繞組上的電壓及頻率一定時，轉(zhuǎn)子電路等參數(shù)均為常數(shù)。此時，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩時，轉(zhuǎn)子電路等參數(shù)均為常數(shù)。此時，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩 僅與轉(zhuǎn)差率僅與轉(zhuǎn)差率 有關(guān)。有關(guān)。Ts轉(zhuǎn)矩特性曲線轉(zhuǎn)矩特性曲線 220221212sXRfUsCRT (4-6)圖圖4-10 轉(zhuǎn)矩特性曲線轉(zhuǎn)矩特性曲線 由圖看出：當(dāng)由圖看出：當(dāng) 時，時， ，隨著，隨著 增大，增大， 也開始也開始增大，達到最大值增大，達到最大值 以后，以后， 隨隨 增大而減小。增大而減小。0 s0 TsTmTTs 有兩臺三相異步電動機，額定功率均為有兩臺三相異步電動機，額定功率均為10kW，其，其中一

18、臺額定轉(zhuǎn)速為中一臺額定轉(zhuǎn)速為980r/min，另一臺為，另一臺為1430r/min。試求它。試求它們在額定狀態(tài)下的輸出轉(zhuǎn)矩。們在額定狀態(tài)下的輸出轉(zhuǎn)矩。 143010955095502NN22N nPTNm66.78 Nm98010955095501NN11N nPTNm97.45 Nm由式（由式（4-5）可得）可得例例4-2解解 把圖把圖4-10順時針轉(zhuǎn)順時針轉(zhuǎn) 并把并把 換成換成 ，變成圖，變成圖4-11所示的所示的 與與 之間的關(guān)系曲線，該曲線稱為機械特性曲線。之間的關(guān)系曲線，該曲線稱為機械特性曲線。 90nsnT圖圖4-11 機械特性曲線機械特性曲線 2機械特性機械特性 stTNstst

19、TTK （4-7） 電動機剛接通電源電動機剛接通電源,但尚未開始轉(zhuǎn)動（但尚未開始轉(zhuǎn)動（ =1）的一瞬間，）的一瞬間，軸上所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為起動轉(zhuǎn)矩軸上所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為起動轉(zhuǎn)矩 。起動轉(zhuǎn)矩必須大于電動機所。起動轉(zhuǎn)矩必須大于電動機所帶機械負載的阻力矩，否則不能起動。通常用起動能力帶機械負載的阻力矩，否則不能起動。通常用起動能力 表表示，它定義為起動轉(zhuǎn)矩示，它定義為起動轉(zhuǎn)矩 與額定轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩 之比，即之比，即 sstKstTNT電動機能夠提供的極限轉(zhuǎn)矩。電動機的最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之電動機能夠提供的極限轉(zhuǎn)矩。電動機的最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比稱為電動機的過載能力，也稱過載系數(shù)，用比稱為電動機的過載能力，

20、也稱過載系數(shù)，用 表示，即表示，即m NmmTT （4-8）（1）起動轉(zhuǎn)矩）起動轉(zhuǎn)矩mT（2）最大轉(zhuǎn)矩）最大轉(zhuǎn)矩問題問題3 3：電動機一但過載，：電動機一但過載， 會很快停轉(zhuǎn)。會很快停轉(zhuǎn)。 停轉(zhuǎn)時，會發(fā)生什么？停轉(zhuǎn)時，會發(fā)生什么？問題問題2.2.若電動機所拖動的負載若電動機所拖動的負載阻力矩大于最大轉(zhuǎn)矩，會怎樣？阻力矩大于最大轉(zhuǎn)矩，會怎樣？臨界轉(zhuǎn)速臨界轉(zhuǎn)速 和臨界轉(zhuǎn)差率和臨界轉(zhuǎn)差率mnms 最大轉(zhuǎn)矩所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率分別稱為臨界轉(zhuǎn)速最大轉(zhuǎn)矩所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率分別稱為臨界轉(zhuǎn)速 和和臨界轉(zhuǎn)差率臨界轉(zhuǎn)差率 ， 的值約在的值約在0.040.4之間，通過分析可知，之間，通過分析可知， 可用下式計算可

21、用下式計算mnmsmsms202mXRs （4-9）由上式可知，出現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩時的臨界轉(zhuǎn)差率由上式可知，出現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩時的臨界轉(zhuǎn)差率 和和 成正成正比，當(dāng)比，當(dāng) = ， （起動時），則可使最大轉(zhuǎn)矩（起動時），則可使最大轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)在起動瞬間。出現(xiàn)在起動瞬間。ms2R2R20X1m ss應(yīng)用應(yīng)用 起重設(shè)備中廣泛采用的起重設(shè)備中廣泛采用的繞線轉(zhuǎn)子異步電動機繞線轉(zhuǎn)子異步電動機就是利就是利用了這一特點，保證電動機有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩來提升重物。用了這一特點，保證電動機有足夠大的起動轉(zhuǎn)矩來提升重物。即即 轉(zhuǎn)速從轉(zhuǎn)速從 到到 之間的區(qū)域（電動機正常運行工作區(qū)）。之間的區(qū)域（電動機正常運行工作區(qū)）。該段曲線表明：當(dāng)負

22、載轉(zhuǎn)矩增大時，電磁轉(zhuǎn)矩增大，電動機該段曲線表明：當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩增大時，電磁轉(zhuǎn)矩增大，電動機轉(zhuǎn)速略有下降。轉(zhuǎn)速略有下降。0nmn轉(zhuǎn)速從轉(zhuǎn)速從0到到 之間的區(qū)域。該段曲線表明：當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩增大之間的區(qū)域。該段曲線表明：當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩增大到超過電動機最大轉(zhuǎn)矩時，電動機轉(zhuǎn)速將急劇下降，直到停到超過電動機最大轉(zhuǎn)矩時，電動機轉(zhuǎn)速將急劇下降，直到停轉(zhuǎn)。通常電動機都有一定的過載能力，起動后會很快通過不轉(zhuǎn)。通常電動機都有一定的過載能力，起動后會很快通過不穩(wěn)定運行區(qū)而進入穩(wěn)定運行區(qū)工作。由于三相異步電動機機穩(wěn)定運行區(qū)而進入穩(wěn)定運行區(qū)工作。由于三相異步電動機機械特性的穩(wěn)定運行區(qū)比較平坦，即隨著負載轉(zhuǎn)矩的變化，電械特性的穩(wěn)定運

23、行區(qū)比較平坦，即隨著負載轉(zhuǎn)矩的變化，電動機轉(zhuǎn)速變化很小，因此其機械特性為硬特性。動機轉(zhuǎn)速變化很小，因此其機械特性為硬特性。mn（2）非穩(wěn)定運行區(qū)）非穩(wěn)定運行區(qū)對于機械特性曲線，可分為兩個區(qū)域：對于機械特性曲線，可分為兩個區(qū)域：（1）穩(wěn)定運行區(qū)）穩(wěn)定運行區(qū)電動機將因拖不動負載而被迫停轉(zhuǎn)。電動機將因拖不動負載而被迫停轉(zhuǎn)。 答案答案21）電動機所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩）電動機所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩 與電源電壓與電源電壓 的平方成正的平方成正比，因此電源電壓的波動對電動機的轉(zhuǎn)矩影響很大。比，因此電源電壓的波動對電動機的轉(zhuǎn)矩影響很大。T1U結(jié)合式（結(jié)合式（4-6）、式（）、式（4-9），得出），得出結(jié)論結(jié)論：mT2R

24、2R2）最大轉(zhuǎn)矩）最大轉(zhuǎn)矩 與轉(zhuǎn)子電阻與轉(zhuǎn)子電阻 無關(guān)，因此適當(dāng)調(diào)整無關(guān)，因此適當(dāng)調(diào)整 可改變可改變機械特性，而最大轉(zhuǎn)矩不變。機械特性，而最大轉(zhuǎn)矩不變。電動機電流很大，若時間電動機電流很大，若時間過長，則會燒壞電動機。過長，則會燒壞電動機。答案答案3 一臺三相異步電動機的一臺三相異步電動機的 =380V， =20A， =10kW， 0.84， 1460r/min， 1.8， 2.2， 試求額定轉(zhuǎn)矩試求額定轉(zhuǎn)矩 ，起動轉(zhuǎn)矩，起動轉(zhuǎn)矩 ， 最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩 ，額定效，額定效率率 。 NUNINP 1cos Nn stK m NTstTmaxTN %44.90%10006.1110%1001NN P

25、P 據(jù)式（據(jù)式（4-5） 據(jù)式（據(jù)式（4-7） 據(jù)式（據(jù)式（4-8） 例例4-3解解故故84. 0203803cos31NN1 IUPW11.06kW1P輸入功率輸入功率 為為 NmmaxTT 2.265.41Nm143.90Nm NststTKT1.865.41Nm 117.74Nm14601095509550NNN nPTNm65.451Nm五、三相異步電動機的起動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動五、三相異步電動機的起動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動1起動起動（1）三相籠型異步電動機的起動三相籠型異步電動機的起動 1）全壓起動全壓起動 2）減壓起動減壓起動 定子繞組串電阻或電抗減壓起動定子繞組串電阻或電抗減壓起動

26、Y/減壓減壓起動起動 自耦變壓器減壓起動自耦變壓器減壓起動 （2）三相繞線式異步電動機的起動三相繞線式異步電動機的起動 1）轉(zhuǎn)子串電阻起動轉(zhuǎn)子串電阻起動 2）轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動 2反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn) 3調(diào)速調(diào)速（1）變極調(diào)速變極調(diào)速 （2）變頻調(diào)速變頻調(diào)速 （3）改變轉(zhuǎn)差率改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速調(diào)速 4制動制動 （1）能耗制動能耗制動 （2）反接制動反接制動 1）電源反接制動）電源反接制動 2）倒拉反接制動）倒拉反接制動 3）起動設(shè)備簡單、經(jīng)濟、操作方便、運行可靠。）起動設(shè)備簡單、經(jīng)濟、操作方便、運行可靠。三相異步電動機開始起動的瞬間，由于轉(zhuǎn)速三相異步電動機開始起動的瞬間，由于轉(zhuǎn)速 ，轉(zhuǎn)

27、子，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體以最大的相對速度切割旋轉(zhuǎn)磁場，從而產(chǎn)生最大的感應(yīng)導(dǎo)體以最大的相對速度切割旋轉(zhuǎn)磁場，從而產(chǎn)生最大的感應(yīng)電動勢，因此，起動瞬間轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電流最大，這樣就使定子電動勢，因此，起動瞬間轉(zhuǎn)子導(dǎo)體電流最大，這樣就使定子繞組也出現(xiàn)很大的起動電流，其值約為額定電流的繞組也出現(xiàn)很大的起動電流，其值約為額定電流的47倍，倍，0 n1起動起動電動機起動的三個基本要求：電動機起動的三個基本要求：stI 1）起動電流）起動電流 應(yīng)盡量??；應(yīng)盡量??； stT2）起動轉(zhuǎn)矩）起動轉(zhuǎn)矩 足夠大；足夠大；起動電流大起動電流大? ?（1）三相籠型異步電動機的起動）三相籠型異步電動機的起動1）全壓起動）全壓起動 一般一般1

28、0k以下的電動機可采用全壓起動。以下的電動機可采用全壓起動。2）減壓起動）減壓起動 減壓起動可減小起動電流，但由于起動轉(zhuǎn)矩隨減壓起動可減小起動電流，但由于起動轉(zhuǎn)矩隨電壓的平方而降低，因此也大大減小了起動轉(zhuǎn)矩，因此減壓電壓的平方而降低，因此也大大減小了起動轉(zhuǎn)矩，因此減壓起動僅適用于在空載或輕載情況下起動的電動機。起動僅適用于在空載或輕載情況下起動的電動機。 定子繞組串電阻或電抗減壓起動定子繞組串電阻或電抗減壓起動 Y/減壓起動減壓起動 自耦變壓器減壓起動自耦變壓器減壓起動 定子繞組串電阻或電抗減壓定子繞組串電阻或電抗減壓起動起動 圖圖4-12 籠型異步電動機定籠型異步電動機定 子串電阻減壓起動線

29、路圖子串電阻減壓起動線路圖 缺點缺點: 只適合輕載起動，且只適合輕載起動，且起動時電能損耗大。起動時電能損耗大。優(yōu)點優(yōu)點: 起動平穩(wěn)，運行可靠，起動平穩(wěn)，運行可靠，設(shè)備簡單。設(shè)備簡單。這種起動方式，其起動電流和這種起動方式，其起動電流和起動轉(zhuǎn)矩只有直接起動時的起動轉(zhuǎn)矩只有直接起動時的1/3。圖圖4-13 籠型異步電動機籠型異步電動機 Y/減壓起動線路圖減壓起動線路圖 Y/減壓起動減壓起動缺點：只適用于正常運行時定缺點：只適用于正常運行時定子繞組為子繞組為聯(lián)結(jié)的電動機，而聯(lián)結(jié)的電動機，而且只能輕載起動。且只能輕載起動。優(yōu)點：設(shè)備簡單，成本低，優(yōu)點：設(shè)備簡單，成本低，運行可靠；運行可靠； 自耦變壓

30、器減壓起動自耦變壓器減壓起動圖圖4-14籠型異步電動機自籠型異步電動機自耦變壓器減壓起動線路圖耦變壓器減壓起動線路圖 缺點：設(shè)備成本較高，不能頻繁缺點：設(shè)備成本較高，不能頻繁起動。起動。優(yōu)點：起動轉(zhuǎn)矩較其他方法大，而優(yōu)點：起動轉(zhuǎn)矩較其他方法大，而且可靈活選擇自耦變壓器的抽頭以且可靈活選擇自耦變壓器的抽頭以得到合適的起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。得到合適的起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。圖圖 4-15 繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻起動繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻起動 （2）三相繞線式異步電動機的起動）三相繞線式異步電動機的起動1）轉(zhuǎn)子串電阻起動）轉(zhuǎn)子串電阻起動起動時觸點全部斷開，在起動時觸點全部斷開，在起動過程中，逐級依

31、次閉起動過程中，逐級依次閉合觸點，切除起動電阻。合觸點，切除起動電阻。特點：減小起動電流，特點：減小起動電流， 提高起動轉(zhuǎn)矩。提高起動轉(zhuǎn)矩。應(yīng)用：應(yīng)用：適用于重載起動適用于重載起動圖圖4-18圖圖4-16 繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動 2）轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動）轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動頻敏變阻器是其電阻和電抗值頻敏變阻器是其電阻和電抗值隨頻率而變化的裝置。隨頻率而變化的裝置。特點特點：減小起動電流，增大起動：減小起動電流，增大起動轉(zhuǎn)矩，同時起動的平滑性優(yōu)于轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，同時起動的平滑性優(yōu)于轉(zhuǎn)子串電阻分級起動；結(jié)構(gòu)簡單，子串電阻分級起動；結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，使用

32、壽命長。成本較低，使用壽命長。2反轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn) 異步電動機的轉(zhuǎn)動方向是和旋轉(zhuǎn)磁場的方向一致的，因異步電動機的轉(zhuǎn)動方向是和旋轉(zhuǎn)磁場的方向一致的，因此改變旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向，即可改變電動機的轉(zhuǎn)動方向。此改變旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向，即可改變電動機的轉(zhuǎn)動方向。而改變旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向，只須把三相異步電動機的任意而改變旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向，只須把三相異步電動機的任意兩根電源線對調(diào)即可。兩根電源線對調(diào)即可。3調(diào)速調(diào)速 在一定的負載下，人為地改變電動機的轉(zhuǎn)速以滿足生產(chǎn)機在一定的負載下，人為地改變電動機的轉(zhuǎn)速以滿足生產(chǎn)機械的工作速度稱為調(diào)速。械的工作速度稱為調(diào)速。 機械調(diào)速機械調(diào)速通過改變傳動機構(gòu)速比的調(diào)速方法。通過改變

33、傳動機構(gòu)速比的調(diào)速方法。 電氣調(diào)速電氣調(diào)速通過改變電動機電氣參數(shù)的調(diào)速方法。通過改變電動機電氣參數(shù)的調(diào)速方法。pfsnsn1160)1()1( 由此可知，異步電動機的轉(zhuǎn)速可通過改變電源頻率由此可知，異步電動機的轉(zhuǎn)速可通過改變電源頻率 、改變磁、改變磁極對數(shù)極對數(shù) 和改變轉(zhuǎn)差率和改變轉(zhuǎn)差率 的方法來調(diào)節(jié)。的方法來調(diào)節(jié)。1fps（1）變極調(diào)速）變極調(diào)速 這種調(diào)速方法是通過改變定子繞組的接線方式，來改變定子這種調(diào)速方法是通過改變定子繞組的接線方式，來改變定子磁極對數(shù)，從而改變同步轉(zhuǎn)速，以達到改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的目的。磁極對數(shù)，從而改變同步轉(zhuǎn)速，以達到改變轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的目的。變極調(diào)速一般只用于籠型異步電動機。變

34、極調(diào)速一般只用于籠型異步電動機。根據(jù)式（根據(jù)式（4-1）、式（）、式（4-2）可知，電動機的轉(zhuǎn)速）可知，電動機的轉(zhuǎn)速31234561 2 34 5 61 2 34 5 6Y接YY接456121 2 35 61 2 34 5 6接YY接4a)b)圖圖4-17 三相籠型異步電動機兩種常用變極接線三相籠型異步電動機兩種常用變極接線 變極前：電動機每相繞組變極前：電動機每相繞組的兩個的兩個“半相繞組半相繞組”電流方向電流方向相同，如圖實線箭頭所示，電相同，如圖實線箭頭所示，電動機為多極數(shù)動機為多極數(shù) 。 p2變極后：變極后：電動機每相繞組的兩電動機每相繞組的兩個個“半相繞組半相繞組”電流方向相反，電流

35、方向相反，如圖中虛線箭頭所示，電動機如圖中虛線箭頭所示，電動機極數(shù)減半，共極數(shù)減半，共 個極。個極。p（2）變頻調(diào)速）變頻調(diào)速 由于電源是固定不變的由于電源是固定不變的50HZ交流電，因此變頻調(diào)速需要專交流電，因此變頻調(diào)速需要專用的變頻設(shè)備，以便給定子繞組提供不同頻率的交流電，才能用的變頻設(shè)備，以便給定子繞組提供不同頻率的交流電，才能實現(xiàn)變頻調(diào)速。有關(guān)變頻調(diào)速的實現(xiàn)方法將在相關(guān)書中討論，實現(xiàn)變頻調(diào)速。有關(guān)變頻調(diào)速的實現(xiàn)方法將在相關(guān)書中討論，這里不再述之。這里不再述之。（3）改變轉(zhuǎn)差率）改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速調(diào)速1） 對于繞線式異步電動機，在轉(zhuǎn)子回路中串電阻調(diào)速。對于繞線式異步電動機，在轉(zhuǎn)子回路中串電

36、阻調(diào)速。當(dāng)轉(zhuǎn)子回路的電阻改變時，它的轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖當(dāng)轉(zhuǎn)子回路的電阻改變時，它的轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖4-18所示所示（電源電壓及頻率保持不變）。（電源電壓及頻率保持不變）。 圖圖4-18 改變改變s調(diào)速的轉(zhuǎn)矩特性曲線調(diào)速的轉(zhuǎn)矩特性曲線 一定，一定，LT2R2ITnsTLT（）缺點：電阻有能量損耗，缺點：電阻有能量損耗，空載或輕載時調(diào)速范圍空載或輕載時調(diào)速范圍窄，且低速時機械特性窄，且低速時機械特性軟，穩(wěn)定性差。軟，穩(wěn)定性差。優(yōu)點：設(shè)備簡單。優(yōu)點：設(shè)備簡單。主要用于運輸、起主要用于運輸、起重設(shè)備。重設(shè)備。繞線式異步電動機繞線式異步電動機串電阻調(diào)速串電阻調(diào)速2） 籠型異步電動機籠型異步電動機圖圖4-1

37、9 改變電源電壓改變電源電壓調(diào)速的轉(zhuǎn)矩特性曲線調(diào)速的轉(zhuǎn)矩特性曲線 電扇都采用串電抗器調(diào)壓電扇都采用串電抗器調(diào)壓調(diào)速或用晶閘管裝置調(diào)壓調(diào)速或用晶閘管裝置調(diào)壓調(diào)速。調(diào)速。調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速對于通風(fēng)機型負載（圖中對于通風(fēng)機型負載（圖中的曲線），可獲得較低的的曲線），可獲得較低的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速和較寬的調(diào)速范穩(wěn)定轉(zhuǎn)速和較寬的調(diào)速范圍。圍。4制動制動 通過改變電動機電氣參通過改變電動機電氣參數(shù)使其產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)向數(shù)使其產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)向相反的電磁轉(zhuǎn)矩。電氣相反的電磁轉(zhuǎn)矩。電氣制動包括能耗制動、反制動包括能耗制動、反接制動和回饋制動。接制動和回饋制動。利用機械裝置使電利用機械裝置使電動機在切斷電源后動機在切斷電源后停轉(zhuǎn)。

38、停轉(zhuǎn)。機械制動機械制動電氣制動電氣制動圖圖4-20 三相異步電動機能耗制動三相異步電動機能耗制動（1）能耗制動）能耗制動斷開電源，加直流勵斷開電源，加直流勵磁，串制動電阻磁，串制動電阻優(yōu)點：制動平優(yōu)點：制動平穩(wěn)，快速停車，穩(wěn)，快速停車，且只吸取少量且只吸取少量的直流勵磁電的直流勵磁電能，制動經(jīng)濟能，制動經(jīng)濟 。圖圖4-21 三相異步電動機反接制動原理圖三相異步電動機反接制動原理圖 （2）反接制動）反接制動特點：比能耗制動更加強烈，特點：比能耗制動更加強烈，制動更快，適用于使反抗性制動更快，適用于使反抗性負載快速停車或反轉(zhuǎn)。負載快速停車或反轉(zhuǎn)。缺點：耗能大，經(jīng)濟性缺點：耗能大，經(jīng)濟性差。差。電源

39、反接制動電源反接制動1ms圖圖4-22 三相異步電動機倒拉反接制動三相異步電動機倒拉反接制動 適用于低速下放重適用于低速下放重物，安全性好，物，安全性好，倒拉反接制動倒拉反接制動轉(zhuǎn)子回路串大電轉(zhuǎn)子回路串大電阻阻缺點：能耗大。缺點：能耗大。pfsnsn1160)1()1( 圖圖4-23 單相異步電動機結(jié)構(gòu)單相異步電動機結(jié)構(gòu)電容器電容器端蓋機座定子繞組軸承轉(zhuǎn)子端蓋第二節(jié)第二節(jié) 單相異步電動機單相異步電動機一、基本結(jié)構(gòu)和工作原理一、基本結(jié)構(gòu)和工作原理 1基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 2工作原理工作原理 接通單相電源后，只能產(chǎn)生接通單相電源后，只能產(chǎn)生脈振磁場脈振磁場，而不是旋轉(zhuǎn)磁場，如，而不是旋轉(zhuǎn)磁場，如果轉(zhuǎn)子

40、原靜止，則在脈振磁場中，轉(zhuǎn)子不會轉(zhuǎn)動。果轉(zhuǎn)子原靜止，則在脈振磁場中，轉(zhuǎn)子不會轉(zhuǎn)動。 若用外力撥動轉(zhuǎn)子，則轉(zhuǎn)子就會順著撥動方向轉(zhuǎn)動起來。因若用外力撥動轉(zhuǎn)子，則轉(zhuǎn)子就會順著撥動方向轉(zhuǎn)動起來。因為脈振磁場可以分解成兩個幅值相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的為脈振磁場可以分解成兩個幅值相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，即正向旋轉(zhuǎn)磁場和反向旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場，即正向旋轉(zhuǎn)磁場和反向旋轉(zhuǎn)磁場。 當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時，兩個旋轉(zhuǎn)磁場所產(chǎn)生的正向電磁轉(zhuǎn)矩和反向當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時，兩個旋轉(zhuǎn)磁場所產(chǎn)生的正向電磁轉(zhuǎn)矩和反向電磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大小相等、方向相反，因而轉(zhuǎn)子不會轉(zhuǎn)動。電磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大小相等、方向相反，因而轉(zhuǎn)子不會轉(zhuǎn)動。 當(dāng)撥動轉(zhuǎn)子正向旋轉(zhuǎn)時

41、，由于正向電磁轉(zhuǎn)矩大于反向電磁轉(zhuǎn)當(dāng)撥動轉(zhuǎn)子正向旋轉(zhuǎn)時，由于正向電磁轉(zhuǎn)矩大于反向電磁轉(zhuǎn)矩，這樣轉(zhuǎn)子就會沿著撥動方向矩，這樣轉(zhuǎn)子就會沿著撥動方向(正向正向)轉(zhuǎn)動起來。轉(zhuǎn)動起來。 結(jié)論：單相異步電動機不能自行起動。結(jié)論：單相異步電動機不能自行起動。二、單相異步電動機的類型和起動方法二、單相異步電動機的類型和起動方法 1分相式單相異步電動機分相式單相異步電動機 如圖如圖4-24所示為電容分相單相異步電動機的原理圖。適當(dāng)所示為電容分相單相異步電動機的原理圖。適當(dāng)選擇電容器選擇電容器C 的容量，使起動繞組流過的電流的容量，使起動繞組流過的電流 與主繞組流與主繞組流過的電流過的電流 在相位上相差在相位上相差

42、 。此時，在定子內(nèi)圓便產(chǎn)生一。此時，在定子內(nèi)圓便產(chǎn)生一圓形旋轉(zhuǎn)磁場，其原理如圖圓形旋轉(zhuǎn)磁場，其原理如圖4-25所示。轉(zhuǎn)子在該旋轉(zhuǎn)磁場的作所示。轉(zhuǎn)子在該旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，獲得較大的起動轉(zhuǎn)矩，從而轉(zhuǎn)動起來。用下，獲得較大的起動轉(zhuǎn)矩，從而轉(zhuǎn)動起來。90ViUi（1）電容分相單相異步電動機）電容分相單相異步電動機問題問題4 4：電動機起動后，：電動機起動后，起動繞組還有用嗎？起動繞組還有用嗎？圖圖4-24 電容分相單相異步電動機電容分相單相異步電動機 圖圖4-25 單相異步電動機單相異步電動機 旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場 在起動前，若起動繞組斷在起動前，若起動繞組斷開，則電動機不能起動。開，則電動機不能起動。 認識起動繞組認識起動繞組 在起動后，若把起動繞組去在起動后，若把起動繞組去掉，電動機仍能繼續(xù)轉(zhuǎn)動掉，電動機仍能繼續(xù)轉(zhuǎn)動。 對問題對問題4，你有答案了嗎？，你有答案了嗎？（2）電阻分相單相異步電動機）電阻分相單相異步電動機 將圖將圖4-24中的電容中的電容C換成電阻換成電阻R即可構(gòu)成電阻分相單相異步即可構(gòu)成電阻分相單相異步電動機