第7章感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

1、第7章 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)7.1 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的原理、種類及主要結(jié)構(gòu)7.1.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的原理圖7-1-1 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)的定子鐵心上嵌有對(duì)稱三相繞組，在圓柱體的轉(zhuǎn)子鐵心上嵌有均勻分布的導(dǎo)條，導(dǎo)條兩端分別用銅環(huán)把它們聯(lián)接成一個(gè)整體。當(dāng)對(duì)稱三相繞組接到對(duì)稱三相電源以后，即在定子、轉(zhuǎn)子之間的氣隙內(nèi)建立了以同步轉(zhuǎn)速n0旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。由于轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)條被這種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁力線切割，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)會(huì)感應(yīng)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，若旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，如圖7-1-1所示，根據(jù)右手定則，可以判明圖中轉(zhuǎn)子上半部導(dǎo)體中的電動(dòng)勢(shì)方向，都是進(jìn)入紙面的，下半部導(dǎo)體中的電動(dòng)勢(shì)都從紙面出來(lái)的。

2、因?yàn)檗D(zhuǎn)子上導(dǎo)條已構(gòu)成閉合回路，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中就有電流通過。如不考慮導(dǎo)條中電流與電動(dòng)勢(shì)的相位差，則電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)方向就是電流的瞬時(shí)方向。根據(jù)電磁力定律，導(dǎo)條在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中，并載有由感應(yīng)作用所產(chǎn)生的電流，這樣導(dǎo)條必然會(huì)受到電磁力。電磁力的方向用左手定則決定。從圖7-1-1可看出，轉(zhuǎn)子上所有導(dǎo)條受到的電磁力形成一個(gè)逆時(shí)針方向的電磁轉(zhuǎn)矩。于是轉(zhuǎn)子就跟著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速為n。如轉(zhuǎn)子與生產(chǎn)機(jī)械聯(lián)接，則轉(zhuǎn)子上受到的電磁轉(zhuǎn)矩將克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩而作功，從而實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，這就是三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理。7.1.2 三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu) 和直流電機(jī)一樣，三相異步電動(dòng)機(jī)主要也由靜止的定子和轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子組成。定子與轉(zhuǎn)子

3、之間有一個(gè)較小的氣隙。圖7-1-2表示繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)。圖7-1-2 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)剖面圖1-轉(zhuǎn)子繞組 2-端蓋 3-軸承 4-定子繞組 5-轉(zhuǎn)子6-定子 7-集電環(huán) 8-出線盒 1定子 異步電動(dòng)機(jī)的定子由定子鐵心、定子繞組和機(jī)座三部分組成。 （1）定子鐵心 定子鐵心是異步電動(dòng)機(jī)主磁通磁路的一部分。為了使異步電動(dòng)機(jī)能產(chǎn)生較大的電磁轉(zhuǎn)矩，希望有一個(gè)較強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，同時(shí)由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)定子鐵心以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，定子鐵心中的磁通的大小與方向都是變化的，必須設(shè)法減少由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在定子鐵心中所引起的渦流損耗和磁滯損耗，因此，定子鐵心由導(dǎo)磁性能較好的0.5mm厚且沖有一定槽形的硅鋼片疊壓而成。對(duì)

4、于容量較大（10kW以上）的電動(dòng)機(jī)，在硅鋼片兩面涂以絕緣漆，作為片間絕緣之用。圖7-1-3 定子鐵心槽形a)開口槽 b)半開口槽 c)半閉口槽定子鐵心上的槽形通常有三種：半閉口槽、半開口槽及開口槽。從提高電動(dòng)機(jī)的效率和功率因數(shù)來(lái)看，半閉口槽最好，如圖7-1-3 c)所示。但繞組的絕緣和嵌線工藝比較復(fù)雜，所以這種槽形適用于小容量的及中型的低壓異步電動(dòng)機(jī)。半開口槽的槽口等于或略大于槽寬的一半，如圖7-1-3 b)所示半開口槽可以嵌放成型線圈，這種槽形用于大型低壓異步電動(dòng)機(jī)。開口槽如圖7-1-3 a)所示，用于高壓異步電動(dòng)機(jī)，以保證絕緣的可靠和下線方便。（2）定子繞組 定子繞組是異步電機(jī)定子部分的電

5、路，它也是由許多線圈按一定規(guī)律聯(lián)接而成。能分散嵌入半閉口槽的線圈，由高強(qiáng)度漆包圓銅線或圓鋁線繞成；放入半開口槽的成型線圈用高強(qiáng)度漆包扁鋁線或扁銅線，或用玻璃絲包扁銅線繞成。開口槽也放入成型線圈，其絕緣通常采用云母帶，線圈放入槽內(nèi)必須與槽壁之間隔有“槽絕緣”，以免電機(jī)在運(yùn)行時(shí)繞組對(duì)鐵心出現(xiàn)擊穿或短路故障。一般根據(jù)定子繞組在槽內(nèi)布置的情況，有單層繞組及雙層繞組兩種基本型式。容量較大的異步電動(dòng)機(jī)都采用雙層繞組。雙層繞組在每槽內(nèi)的導(dǎo)線分上下兩層放置，上下層線圈邊之間需要用層間絕緣隔開。小容量異步電動(dòng)機(jī)常采用單層繞組。槽內(nèi)定子繞組的導(dǎo)線用槽楔緊固。槽楔常用的材料是竹、膠布板或環(huán)氧玻璃布板等非磁性材料。（

6、3）機(jī)座 機(jī)座的作用主要是固定和支撐定子鐵心。中小型異步電動(dòng)機(jī)一般都采用鑄鐵機(jī)座，并根據(jù)不同的冷卻方式而采用不同的機(jī)座型式。例如小型封閉式電動(dòng)機(jī)、電機(jī)中損耗變成的熱量全都要通過機(jī)座散出。為了加強(qiáng)散熱能力，在機(jī)座的外表面有很多均勻分布的散熱筋，以增大散熱面積。對(duì)于大中型異步電動(dòng)機(jī)，一般采用鋼板焊接的機(jī)座。2轉(zhuǎn)子異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。（1）轉(zhuǎn)子鐵心 轉(zhuǎn)子鐵心也是電動(dòng)機(jī)主磁通路的一部分，一般也由0.5毫米厚沖槽的硅鋼片疊成，鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。整個(gè)轉(zhuǎn)子鐵心的外表面成圓柱形。（2）轉(zhuǎn)子繞組 轉(zhuǎn)子繞組分為籠型和繞線型兩種結(jié)構(gòu)，下面分別說明這兩種繞組結(jié)構(gòu)型式的特點(diǎn)。1） 籠

7、型繞組 由于異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)的電流是由電磁感應(yīng)作用而產(chǎn)生的，不需要由外電源對(duì)轉(zhuǎn)子繞組供電，因此繞組可自行閉合，繞組的相數(shù)亦不必限定為三相。因此籠型繞組的各相均由單根導(dǎo)條組成?；\型繞組由插入轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條和兩端的環(huán)形端環(huán)組成。如果去掉鐵心，整個(gè)繞組的外形就象一個(gè)關(guān)松鼠的籠子，如圖7-1-4。具有這種籠型繞組的轉(zhuǎn)子，習(xí)慣上稱為籠型轉(zhuǎn)子。為了節(jié)約用銅和提高生產(chǎn)率，小容量籠型異步電動(dòng)機(jī)一般都采用鑄鋁轉(zhuǎn)子如圖7-1-5。這種轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條和端環(huán)一次鑄出。對(duì)容量大于100W的電機(jī)，由于鑄鋁質(zhì)量不易保證，常用銅條插入轉(zhuǎn)子內(nèi)，在兩端焊上端環(huán)，構(gòu)成籠型繞組。籠型轉(zhuǎn)子上既無(wú)集電環(huán)，又無(wú)絕緣，所以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、運(yùn)

8、行可靠。圖7-1-4 銅條籠型轉(zhuǎn)子 圖7-1-5 鑄鋁籠型轉(zhuǎn)子2）繞線型繞組 它與定子繞組一樣也是一個(gè)對(duì)稱三相繞組，這個(gè)對(duì)稱三相繞組接成星形，并接到轉(zhuǎn)軸上三個(gè)集電環(huán)，再通過電刷使轉(zhuǎn)子繞組與外電路接通如圖7-1-6。這種轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)是，通過集電環(huán)和電刷可在轉(zhuǎn)子回路中接入附加電阻或其它控制裝置，以便改善電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能或調(diào)速特性。3氣隙圖7-1-6 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)示意圖異步電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙是很小的，中小型電機(jī)一般為0.22mm。氣隙的大小與異步電動(dòng)機(jī)的性能關(guān)系極大。氣隙愈大，磁阻也愈大。磁阻大時(shí)，產(chǎn)生同樣大小的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就需要較大的勵(lì)磁電流。勵(lì)磁電流是無(wú)功電流（與變壓器中的情況一樣），該電

9、流增大會(huì)使電機(jī)的功率因數(shù)變壞。然而，磁阻大可以減少氣隙磁場(chǎng)中的諧波含量，從而可減少附加損耗，且改善起動(dòng)性能。氣隙過小，會(huì)使裝配困難和運(yùn)轉(zhuǎn)不安全。如何決定氣隙大小，應(yīng)權(quán)衡利弊，全面考慮。一般異步電動(dòng)機(jī)的氣隙以較小為宜。7.2 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、額定功率、轉(zhuǎn)差率的概念及其等值電路7.2.1 轉(zhuǎn)差率的概念 一般情況下，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不能達(dá)到同步轉(zhuǎn)速n0。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速n0，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子導(dǎo)條之間不再有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因而不可能在導(dǎo)條內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)與電流，也不會(huì)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩來(lái)拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載。因此，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n總是略小于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速n0，即與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)“異步”地轉(zhuǎn)動(dòng)?！爱惒健彪?/p>

10、動(dòng)機(jī)由此而命名。轉(zhuǎn)速n0與n之差稱為“轉(zhuǎn)差”。轉(zhuǎn)差（n0- n）的存在是異步電機(jī)運(yùn)行的必要條件。我們將轉(zhuǎn)差(n0 n)表示為同步轉(zhuǎn)速n0的百分值，稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即轉(zhuǎn)差率是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)基本參量。一般情況下，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率變化不大，空載轉(zhuǎn)差率在0.5%以下，滿載轉(zhuǎn)差率在5以下。7.2.2 等效電路 經(jīng)頻率和繞組歸算后的異步電機(jī)定、轉(zhuǎn)子電路圖，如圖7-2-1所示：圖7-2-1 轉(zhuǎn)子繞組歸算后的異步電動(dòng)機(jī)的定、轉(zhuǎn)子電路經(jīng)頻率和繞組的歸算，把異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組的頻率、相數(shù)、每相有效串聯(lián)匝數(shù)都?xì)w算成和定子繞組一樣，即可用歸算過的基本方程式推導(dǎo)出異步電動(dòng)機(jī)的等效電路。圖7-2-2 異步電動(dòng)

11、機(jī)T型等效電路等效電路如圖7-2-2所示，叫做異步電機(jī)的T形等效電路。在電路中，r1、x1為定子繞組的電阻和漏抗，r2、x2為歸算過的轉(zhuǎn)子繞組的電阻和漏抗；rm代表與定子鐵心損耗相對(duì)應(yīng)的等效電阻；xm代表與主磁通相對(duì)應(yīng)的鐵心電路的勵(lì)磁電抗。 異步電動(dòng)機(jī)的T型等效電路以電路形式綜合了異步電機(jī)的電磁過程，因此它必然反映異步電機(jī)的各種運(yùn)行情況。下面我們從T形等效電路去看幾種異步電動(dòng)機(jī)典型的運(yùn)行情況。1異步電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行 異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速非常接近，因此轉(zhuǎn)差率s0。T形等效電路中代表機(jī)械負(fù)載的附加電阻 ，轉(zhuǎn)子電路相當(dāng)于開路情況，這時(shí)定子電路的電流Im滯后于外加電壓U1的相位差接近9

12、0°，所以異步電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，功率因數(shù)是滯后的，而且很低。2異步電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下運(yùn)行 異步電動(dòng)機(jī)帶有額定負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)差率sN大約為5%左右，這時(shí)歸算過的轉(zhuǎn)子電路中的總電阻 為歸算前的轉(zhuǎn)子電阻r2的20倍左右，這使歸算過的轉(zhuǎn)子電路基本上成為電阻性的。因此定子的功率因數(shù)能達(dá)到0.80.85。由負(fù)載時(shí)定子漏阻抗壓降I1×Z1的影響不大，E1和相應(yīng)的主磁通比空載時(shí)略小。3異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的情況 這里所說的“起動(dòng)”，實(shí)際上為轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。異步電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)，n=0，則s=1，代表機(jī)械負(fù)載的附加電阻（1-s）r2/s等于零，相當(dāng)于電路呈短路狀態(tài)。所以起動(dòng)電流（即堵轉(zhuǎn)電流）很大，而功率因數(shù)

13、也較低。4異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行 異步電機(jī)作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，而處于nn0的范圍，s處于-s0的范圍，轉(zhuǎn)差率進(jìn)入負(fù)值。此時(shí)代表機(jī)械功率的附加電阻（1-s）r2/s是一個(gè)負(fù)電阻，與之相應(yīng)的機(jī)械功率也是負(fù)的。即這時(shí)是輸入機(jī)械功率，每相功率輸入分配如下：即：轉(zhuǎn)子機(jī)械功率輸入轉(zhuǎn)子銅耗傳給定子的功率。5異步電機(jī)作電磁制動(dòng)狀態(tài)運(yùn)行 異步電動(dòng)機(jī)處于電磁制動(dòng)狀態(tài)，轉(zhuǎn)子反旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)差率s1，產(chǎn)生的機(jī)械功率也是負(fù)的，即在這種情況下，異步電機(jī)是吸收機(jī)械功率，這時(shí)由定子送到轉(zhuǎn)子的電磁功率以及軸上吸收的機(jī)械功率，都供給了轉(zhuǎn)子的銅損耗。這種既吸收機(jī)械功率而又吸收電功率的運(yùn)行情況，對(duì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)起制動(dòng)作用，所

14、以稱為電磁制動(dòng)情況。7.3 功率轉(zhuǎn)換過程與轉(zhuǎn)矩異步電動(dòng)機(jī)的功率流程圖和能量轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖7-3-1。圖7-3-1 異步電動(dòng)機(jī)的功率圖a)功率關(guān)系 b)能量轉(zhuǎn)換關(guān)系根據(jù)如上的功率流程圖，異步機(jī)各種功率與轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式如下：其中： U1定子相電壓；T2電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩；I1定子相電流；T mec機(jī)械損耗轉(zhuǎn)矩；定子功率因數(shù)角；T d附加損耗轉(zhuǎn)矩； 轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角；T 0空載轉(zhuǎn)矩。m1定子相數(shù)；1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)電角速度；Pem電磁功率；機(jī)械角速度；Pmec機(jī)械功率；T em電磁轉(zhuǎn)矩Pcu2轉(zhuǎn)子銅耗；P1轉(zhuǎn)入功率。7.4 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)與判斷方法：如圖7-4-1所示：圖7-4-1 異步電機(jī)的三種運(yùn)行

15、狀態(tài)a)電磁制動(dòng)狀態(tài) b)電動(dòng)機(jī)狀態(tài) c)發(fā)電機(jī)狀態(tài)7.5 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性運(yùn)行特性一般是指電機(jī)在額定電壓和額定頻率下運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n、電磁轉(zhuǎn)矩Tem、功率因數(shù) 、效率和定子電流I1等隨輸出功率P2而變化的關(guān)系。圖7-5-1中以標(biāo)么值示出一般用途異步電動(dòng)機(jī)典型的運(yùn)行特性曲線。從圖中可以看出： （1）異步電動(dòng)機(jī)從空載到滿載范圍運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速稍有下降，基本不變。（2）輕負(fù)載時(shí)，功率因數(shù)及效率很低，而當(dāng)負(fù)載增加到一定值（例如50額定值）以上時(shí)， 及變化很少。（3）電磁轉(zhuǎn)矩Tem及定子電流I1隨負(fù)載增大而增大。7.6 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性圖7-5-1 運(yùn)行特性曲線 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)包括從接通電源到

16、電動(dòng)機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的全部過程。對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)，需要考慮的主要因素是最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流。具有不同繞組類型轉(zhuǎn)子的電動(dòng)機(jī)，如一般單籠、深槽單籠、雙籠或繞線型電動(dòng)機(jī)具有不同的起動(dòng)特性。電動(dòng)機(jī)的最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和最小轉(zhuǎn)矩都必須高于被拖動(dòng)機(jī)械特性才能順利起動(dòng)。在起動(dòng)過程中，起動(dòng)電流很大，滿壓起動(dòng)時(shí)約為額定電流的57倍。因此電動(dòng)機(jī)必須有足夠大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)能盡快地加速到滿轉(zhuǎn)速以縮短起動(dòng)時(shí)間，避免由于時(shí)間過長(zhǎng)導(dǎo)致電機(jī)繞組過熱。另一方面，在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，由于電流過大常將使電源電壓降低，影響同一電源上其他設(shè)備的供電。因此，在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩滿足需要的條件下，要求盡可能降低其起動(dòng)電流。為了降低起動(dòng)電流或避免

17、電機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)負(fù)載的過大沖擊，對(duì)籠型電動(dòng)機(jī)常采用降低電壓起動(dòng)的方法。對(duì)起動(dòng)特別困難的場(chǎng)合，需要采用繞線型電動(dòng)機(jī)。采用在繞線線型轉(zhuǎn)子電路中串接電阻的方法，可以得到最高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、最低的起動(dòng)電流和較平滑的起動(dòng)特性。當(dāng)然也可以采用軟起動(dòng)和變頻起動(dòng)等先進(jìn)的起動(dòng)方法。7.7 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)常用啟動(dòng)方法 1籠型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法籠型電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法有全壓起動(dòng)和降壓起動(dòng)兩種。在電源容量足夠大時(shí)，應(yīng)優(yōu)先采用全壓起動(dòng)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率較大而電源容量又相對(duì)較小需要降低其起動(dòng)電流，而且是輕載起動(dòng)時(shí)，可采用降壓起動(dòng)。常用的降壓起動(dòng)方法有星三角（Y）起動(dòng)、電抗降壓起動(dòng)、自耦變壓器起動(dòng)和延邊三角形起動(dòng)等。也可以采用軟起動(dòng)和變頻起動(dòng)等

18、先進(jìn)的起動(dòng)方法。2繞線型轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法繞線型轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，在其轉(zhuǎn)子回路中接入變阻器以減小起動(dòng)電流，同時(shí)也提高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。在起動(dòng)過程中，隨電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，逐漸減小變阻器的阻值，最后完全扣除。常用的變阻器有起動(dòng)變阻器和頻敏變阻器兩種。7.8 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)常用調(diào)速方法異步電動(dòng)機(jī)可以通過改變極對(duì)數(shù)p、轉(zhuǎn)差率s和頻率f三種辦法來(lái)改變轉(zhuǎn)速，也可以與其他變速裝置如齒輪變速器等配套使用。 1變極變速 利用改變定子繞組線圈間的連接，使電動(dòng)機(jī)改變極數(shù)達(dá)到變速的目的。這種變速方法主要用于籠型轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)。 2改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速根據(jù)不同的調(diào)節(jié)方法有下面幾種。a.調(diào)壓調(diào)速 異步電動(dòng)機(jī)在不同的定子電壓下有不同的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差

19、曲線，亦即有不同的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線，如圖7-8-1所示。在相同的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，調(diào)節(jié)定子電壓可以得到不同的轉(zhuǎn)差率及不同的轉(zhuǎn)速（即電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在轉(zhuǎn)矩曲線的a、b、c點(diǎn)上）。調(diào)壓調(diào)速方法就是利用這種特性通過自耦變壓器等調(diào)節(jié)定子電壓進(jìn)行調(diào)速的。這種調(diào)速方法多用于具有高電阻轉(zhuǎn)子繞組的籠型轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)和串接有變阻器的繞線型轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)。圖7-8-1 在不同電壓下具有高電阻轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速曲線b.調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電阻調(diào)速 這種調(diào)速方法是在繞線轉(zhuǎn)子繞組電路中串接調(diào)節(jié)變阻器，改變調(diào)節(jié)變阻器的阻值就可達(dá)到調(diào)速目的。從圖7-8-1中可以看出：當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為TN時(shí)，串接不同的轉(zhuǎn)子電阻可使電動(dòng)機(jī)分別穩(wěn)定運(yùn)行在轉(zhuǎn)矩曲線的a、b、c、d

20、點(diǎn)上，以得到不同的轉(zhuǎn)速。但此時(shí)一部分功率消耗在調(diào)節(jié)變阻器內(nèi)，使運(yùn)行效率降低。 c.在次級(jí)電路中引入附加電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行調(diào)速 這種調(diào)速方法是在次級(jí)繞組電路中，引入一個(gè)與其電動(dòng)勢(shì)有相同頻率的調(diào)節(jié)電動(dòng)勢(shì)，以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率來(lái)進(jìn)行調(diào)速的。d.串級(jí)調(diào)速 串級(jí)調(diào)速是在繞線型轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)上，利用可控硅裝置，將轉(zhuǎn)子電路內(nèi)轉(zhuǎn)差電壓經(jīng)整流和逆變后，使轉(zhuǎn)子部分功率反饋到電網(wǎng)上去。調(diào)節(jié)可控硅的逆變角以控制反饋能量即可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。當(dāng)調(diào)速范圍在12以下，可控硅裝置需反饋的功率不大于額定功率的一半時(shí)比較經(jīng)濟(jì)。這種調(diào)速方法適用于要求調(diào)速范圍小于12的中、大功率電動(dòng)機(jī)。3變頻調(diào)速改變頻率可以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速。隨著電源頻率的變化，電機(jī)

21、的磁通、轉(zhuǎn)矩、效率、功率因數(shù)等在一般情況下都要發(fā)生變化。為此，在調(diào)頻的同時(shí)，必須調(diào)節(jié)電壓，以保證電動(dòng)機(jī)在任何頻率下都具有恒定的氣隙磁通，從而得到恒轉(zhuǎn)矩的調(diào)速特性。變頻電源可由可控硅變頻裝置或變頻機(jī)組提供。4其它調(diào)速和變速電動(dòng)機(jī)如電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)、擺線針輪減速電動(dòng)機(jī)和齒輪減速電動(dòng)機(jī)等。7.9 轉(zhuǎn)子電阻對(duì)感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)性能的影響 由感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的分析理論知道，發(fā)生最大電磁轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率 （7-9-1）而最大電磁轉(zhuǎn)矩下 (7-9-2) 起動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩Tst的計(jì)算公式為： (7-9-3) 在繞線轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子電路內(nèi)，三相分別串聯(lián)同樣大小的電阻R2，由式(7-9-2)式(7-9-2)和式(7-9-3)等

22、可見，此時(shí)n0不變，Tm也不變；Sm則隨 的增大而增大。Tst之值也將改變，一開始隨R2的增大而增加一直增大到Rst時(shí)，Tst=Tm，如R繼續(xù)增大，Tst將開始減?。ㄒ妶D7-9-1）。圖7-9-1 轉(zhuǎn)子串聯(lián)對(duì)稱電阻時(shí)的人為機(jī)械特性7.10 電機(jī)的發(fā)熱過程、絕緣系統(tǒng)、允許溫升及其確定冷卻方式等 1發(fā)熱、絕緣與溫升：決定電動(dòng)機(jī)功率時(shí)，要考慮電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱，允許過載與起動(dòng)能力等三方面的因素，一般情況下，以發(fā)熱問題最為重要。電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱，是由于在實(shí)現(xiàn)能量變換過程中在電動(dòng)機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生損耗并變成熱量使電動(dòng)機(jī)的溫度升高。在電動(dòng)機(jī)中，耐熱最差的最繞組的絕緣材料，不同等級(jí)的絕緣材料，其最高允許溫度是不同的。電動(dòng)機(jī)中

23、常用的絕緣材料可有五種等級(jí)：（1）A級(jí)絕緣 包括經(jīng)過絕緣浸漬處理的棉紗、絲、紙等；普通漆包線的絕緣漆，最高允許溫度為105。（2）E級(jí)絕緣 包括高強(qiáng)度漆包線的絕緣；環(huán)氧樹脂；三醋酸纖維薄膜、聚脂薄膜及青殼紙；纖維填料塑料，最高允許溫度為120。（3）B級(jí)絕緣 包括由云母、玻璃纖維、石棉等制成的材料，用有機(jī)材料粘合或浸漬；礦物填料塑料，最高允許溫度為130。（4）F級(jí)絕緣 包括與B級(jí)絕緣相同的材料，但粘合劑及浸漬漆不同，最高允許溫度為155。（5）H級(jí)絕緣 包括與B級(jí)絕緣相同的材料，但用耐溫180的硅有機(jī)樹脂粘合或浸漬；硅有機(jī)橡膠；無(wú)機(jī)填料塑料，最高允許溫度為180。目前的趨勢(shì)是日益廣泛地使用高

24、允許溫度等級(jí)的絕緣材料，如F、H級(jí)絕緣材料，這樣，可以在一定的輸出功率下使電動(dòng)機(jī)的重量與體積大為降低。當(dāng)電動(dòng)機(jī)溫度不超過所用絕緣材料的最高允許溫度時(shí)，絕緣材料的壽命較長(zhǎng)，可達(dá)20年以上；反之，如溫度超過上述最高允許溫度，則絕緣材料老化、變脆，縮短了電動(dòng)機(jī)的壽命，嚴(yán)重情況下，絕緣材料將碳化、變質(zhì)、失去絕緣性能，從而使電動(dòng)機(jī)燒壞。由此可見，絕緣材料的最高允許溫度是一臺(tái)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載能力的限度，而電動(dòng)機(jī)的額定功率就是代表這一限度。電動(dòng)機(jī)銘牌上所標(biāo)的額定功率即指如環(huán)境溫度（或冷卻介質(zhì)溫度）為40，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)額定負(fù)載（指負(fù)載功率為額定值）長(zhǎng)期連續(xù)工作，溫度逐漸升高趨于穩(wěn)定后，最高溫度可達(dá)到絕緣材料允許的極

25、限。上述環(huán)境溫度40是我國(guó)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)（我國(guó)舊系列電動(dòng)機(jī)，如J、Z系列電動(dòng)機(jī)，標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境溫度曾規(guī)定為35）。既然電動(dòng)機(jī)的額定功率是對(duì)應(yīng)于環(huán)境溫度為標(biāo)準(zhǔn)值40的功率，則當(dāng)環(huán)境溫度低于40時(shí)，電動(dòng)機(jī)可帶動(dòng)高于額定值的負(fù)載；反之，當(dāng)環(huán)境溫度高于40時(shí)，所帶負(fù)載應(yīng)適當(dāng)降低，以保證兩種情況下電動(dòng)機(jī)最終都達(dá)到絕緣材料最高允許溫度。必須指出，在研究電動(dòng)機(jī)發(fā)熱時(shí)，常把電動(dòng)機(jī)溫度與周圍環(huán)境溫度之差稱為“溫升”。顯然，使用不同的絕緣材料的電動(dòng)機(jī)，其最高允許溫升是不同的。電動(dòng)機(jī)銘牌上所標(biāo)的溫 升是指所用絕緣材料的最高允許溫度與40之差，或稱為額定溫升。電機(jī)溫升典型曲線如圖7-10-1所示。由溫升曲線可見，發(fā)熱過程開始

26、時(shí)，由于溫升較小，散發(fā)出去的熱量較小，大部分熱量被電動(dòng)機(jī)吸收，因而溫升增長(zhǎng)較快；其后，隨著溫度的升高，散發(fā)的熱量不斷增長(zhǎng)，而電動(dòng)機(jī)發(fā)出熱量則由于負(fù)載不變而維持不變，電動(dòng)機(jī)吸收的熱量不斷減少，溫升曲線趨于平緩；最后，發(fā)熱量與散熱量相等，電動(dòng)機(jī)的溫度不再升高，溫升達(dá)到穩(wěn)定值w。圖7-10-1 電動(dòng)機(jī)發(fā)熱過程的溫升曲線1Q0 2Q0 總結(jié)電機(jī)發(fā)熱過程各參數(shù)與輸出功率PN的關(guān)系的：由上式可見，對(duì)同樣尺寸的電動(dòng)機(jī)，欲使其額定功率PN提高，可由下列三方面入手。1）提高額定效率N，即相當(dāng)于采取措施降低電動(dòng)機(jī)損耗。2）提高散熱系數(shù)A，用加大空氣流通速度與散熱表面積可使散熱加快，因此電動(dòng)機(jī)中廣泛采用風(fēng)扇（自帶風(fēng)

27、扇的自扇冷式及另外配備通風(fēng)機(jī)的他扇冷式）和帶散熱筋的機(jī)殼，在結(jié)構(gòu)形式上，同樣尺寸的開啟式電動(dòng)機(jī)，其額定功率比封閉的大，因前者的散熱條件較好，其散熱系數(shù)比后者的大。3）提高絕緣材料的允許溫升w，這可從采用等級(jí)較高的絕緣材料達(dá)到要求。 2電動(dòng)機(jī)的冷卻過程電動(dòng)機(jī)的冷卻可能有兩種情況。其一是負(fù)載減小，電動(dòng)機(jī)損耗功率P（或熱流量）下降時(shí)；其二是電動(dòng)機(jī)自電網(wǎng)斷開，不再工作，電動(dòng)機(jī)的P或變?yōu)榱?。電?dòng)機(jī)冷卻過程的溫升曲線變化規(guī)律方程式的形式與發(fā)熱過程相似，其中Q為冷卻開始時(shí)的溫升，而w為由降低負(fù)載后的P或所決定的穩(wěn)定溫升，顯然wQ，這一情況在圖7-18上用曲線1表示。當(dāng)電動(dòng)機(jī)自電網(wǎng)斷開時(shí)，P0，則w0方程式變

28、為：Qe-t/T在圖7-10-2上用曲線2表示電動(dòng)機(jī)脫離電源的冷卻過程的f(t)曲線。必須注意，電動(dòng)機(jī)脫離電網(wǎng)時(shí)的冷卻時(shí)間常數(shù)T與電動(dòng)機(jī)通電時(shí)的時(shí)間常數(shù)T不同。這是因?yàn)椋?dāng)電動(dòng)機(jī)由電網(wǎng)斷開后，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，在采用自扇冷式的電動(dòng)機(jī)上，風(fēng)扇不轉(zhuǎn)，散熱系數(shù)下降為A，使時(shí)間常數(shù)增大為TC/A，T可達(dá)23T。在采用他扇冷式時(shí)，則TT。圖7-10-2 電動(dòng)機(jī)冷卻過程的f(t)曲線1負(fù)載減小時(shí) 2電動(dòng)機(jī)脫離電網(wǎng)由圖7-10-2可見，在電動(dòng)機(jī)冷卻時(shí)，發(fā)熱減小或沒有了，原來(lái)儲(chǔ)存在電動(dòng)機(jī)中的熱量逐漸散出，使電動(dòng)機(jī)溫升下降。冷卻開始時(shí)，電動(dòng)機(jī)的溫升大，散熱量大，溫升下降快；隨著溫升的不斷下降，散熱量愈來(lái)愈下，溫升下降

29、變得平緩，最后趨于w或w0。7.11 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)形式及各自的特點(diǎn) 1感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)：即正常的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行與反向電動(dòng)機(jī)運(yùn)行 2感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)根據(jù)被拖動(dòng)機(jī)械的需要，有時(shí)有對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)的要求。例如在切斷電源后要求電動(dòng)機(jī)很快停止轉(zhuǎn)動(dòng)，要求電動(dòng)機(jī)降低轉(zhuǎn)速或維持其轉(zhuǎn)速使不致過速（吊車電動(dòng)在重物下降時(shí)）。異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法有：1）發(fā)電制動(dòng)（再生制動(dòng)） 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在外加轉(zhuǎn)矩作用下大于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而對(duì)外加轉(zhuǎn)矩起制動(dòng)作用。例如起重機(jī)等一類機(jī)械在負(fù)載高速降落時(shí)利用發(fā)電制動(dòng)作用限制下降速度。此時(shí)如需要制動(dòng)停止?fàn)顟B(tài)，還需要用其它制動(dòng)方法配合使用。2）反接制動(dòng) 短時(shí)改變電動(dòng)機(jī)的相序，使旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反向，從而使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩和負(fù)載慣性轉(zhuǎn)矩方向相反，因而起制動(dòng)使用。這種方法較簡(jiǎn)單可靠，但由于反接制動(dòng)時(shí)的振動(dòng)和沖擊力較大，所以一般不適用于精密度要求較高的精密機(jī)床等設(shè)備。3）動(dòng)力制動(dòng)（能耗制動(dòng)） 當(dāng)電動(dòng)機(jī)與交流電源斷開后，立即將直流電源加在定子繞組上，于是在氣隙中產(chǎn)生一個(gè)靜止磁場(chǎng)，此時(shí)在轉(zhuǎn)子繞組中即產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，因而消耗動(dòng)能產(chǎn)生制動(dòng)作用。這種制動(dòng)方法通常用在非逆轉(zhuǎn)的傳動(dòng)系統(tǒng)和停轉(zhuǎn)后才允許反轉(zhuǎn)的可逆?zhèn)鲃?dòng)系統(tǒng)上。4）機(jī)械制動(dòng) 通常所稱機(jī)械制動(dòng)主要是指電磁機(jī)械制動(dòng)。在切割電動(dòng)