電工學(xué)原理-第5章-電動機

1、5.1 5.1 三相異步電動機三相異步電動機1. 1. 三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)異步電機異步電機旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子固定部分稱為定子固定部分稱為定子在定子和轉(zhuǎn)子之間有一很小的間隙，稱為氣隙。在定子和轉(zhuǎn)子之間有一很小的間隙，稱為氣隙。三相異步電動機的結(jié)構(gòu)圖三相異步電動機的結(jié)構(gòu)圖異步電機的定子是異步電動機固定不動的部分。異步電機的定子是異步電動機固定不動的部分。 （1）定子）定子機座機座定子繞組定子繞組定子鐵心定子鐵心異步電機的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)異步電機的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。軸組成。 （2）轉(zhuǎn)子）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子風(fēng)扇風(fēng)扇轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子

2、鐵心轉(zhuǎn)子鐵心為電動機磁路的一部分，一般也由為電動機磁路的一部分，一般也由0.5mm厚厚的硅鋼片疊成。的硅鋼片疊成。轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組的作用是感應(yīng)電動勢，流過電流和產(chǎn)生電的作用是感應(yīng)電動勢，流過電流和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu)型式：鼠籠式和有繞線式兩種。轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu)型式：鼠籠式和有繞線式兩種。根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式不同，異步電動機分為：根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式不同，異步電動機分為： 鼠籠式異步電動機鼠籠式異步電動機 繞線轉(zhuǎn)子異步電動機繞線轉(zhuǎn)子異步電動機轉(zhuǎn)子繞組的外形就像一個轉(zhuǎn)子繞組的外形就像一個“鼠籠鼠籠”。由于異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組不必由外界電源供電，由于

3、異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組不必由外界電源供電，因此可以自行閉合構(gòu)成短路繞組。因此可以自行閉合構(gòu)成短路繞組。鼠籠式轉(zhuǎn)子鼠籠式轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子繞組繞線式轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相似，也是用絕緣導(dǎo)線嵌與定子繞組相似，也是用絕緣導(dǎo)線嵌于轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)，連接成星形接法的三相對稱繞組。于轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)，連接成星形接法的三相對稱繞組。繞線式轉(zhuǎn)子繞組繞線式轉(zhuǎn)子繞組三相異步電動機的符號三相異步電動機的符號M三相異步鼠籠式電動機三相異步鼠籠式電動機三相異步繞線式電動機三相異步繞線式電動機M同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速n0與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差與同步轉(zhuǎn)速之差與同步轉(zhuǎn)速n0的比值稱的比值稱為轉(zhuǎn)差率（也稱滑差）：為轉(zhuǎn)差率（也稱滑差）：%1000

4、0nnns電動機運行在額定狀態(tài)時，電動機運行在額定狀態(tài)時，s約為約為1.56左右。左右。轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率異步電動機正常運行時的轉(zhuǎn)速總是低于同步轉(zhuǎn)速，即異步電動機正常運行時的轉(zhuǎn)速總是低于同步轉(zhuǎn)速，即兩種轉(zhuǎn)速之間總是存在差異。異步電動機的名稱也由兩種轉(zhuǎn)速之間總是存在差異。異步電動機的名稱也由此而來。此而來。 2. 2. 異步電機的基本工作原理異步電機的基本工作原理n0ffn（1）異步電機的基本工作原理）異步電機的基本工作原理1） 旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 如果把三相對稱繞組接至三相對稱交流電源上，其中如果把三相對稱繞組接至三相對稱交流電源上，其中流過三相對稱交流電流。流過三相對稱交流電流。設(shè)各相交

5、流電流的瞬時表達(dá)式為：設(shè)各相交流電流的瞬時表達(dá)式為： )240sin(2)120sin(2sin211W11V11UtIitIitIiU2V1V2W1W2U1ti1Ui1Vi1W兩極旋轉(zhuǎn)磁場兩極旋轉(zhuǎn)磁場0U2V1V2W1W2U1NSU2V1V2W1W2U1t1NSU2V1V2W1W2U1t2NSt3NS2）磁場的旋轉(zhuǎn)方向）磁場的旋轉(zhuǎn)方向 U2V1V2W1W2U1NSU2V1V2W1W2U1NSU2V1V2W1W2U1NSti1Ui1Vi1W0t1t2t3當(dāng)當(dāng)U、V、W相電流達(dá)到最大值時，合成旋轉(zhuǎn)磁相電流達(dá)到最大值時，合成旋轉(zhuǎn)磁場的磁極場的磁極N和和S依次從依次從U相繞組的軸線移到相繞組的軸線移

6、到V、W相繞組的軸線上。相繞組的軸線上。 合成磁場的旋轉(zhuǎn)方向決定于三相繞組電流的相序。合成磁場的旋轉(zhuǎn)方向決定于三相繞組電流的相序。 U V W L1 S1 S2 L2 L3 異步電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與異步電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場的方向相同。旋轉(zhuǎn)磁場的方向相同。所以要改變異步電動機的所以要改變異步電動機的轉(zhuǎn)動方向只需改變異步電轉(zhuǎn)動方向只需改變異步電動機三相電源的相序。動機三相電源的相序。 控制電動機反轉(zhuǎn)控制電動機反轉(zhuǎn)3）旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)的磁極對數(shù) p當(dāng)三相異步電動機的每相定子繞組只有一個線圈時，當(dāng)三相異步電動機的每相定子繞組只有一個線圈時，所產(chǎn)生的合成磁場的極數(shù)為所產(chǎn)生的合成磁場的極數(shù)為

7、2（一個（一個N極、一個極、一個S極），即磁極對數(shù)極），即磁極對數(shù)p1 U2V1V2W1W2U1NS4極旋轉(zhuǎn)磁場極旋轉(zhuǎn)磁場合成旋轉(zhuǎn)磁場由二個合成旋轉(zhuǎn)磁場由二個N磁極和二個磁極和二個S磁極組成，極數(shù)變磁極組成，極數(shù)變?yōu)闉?，即磁極對數(shù)，即磁極對數(shù)p2 4）旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速）旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速n0 對于兩極電機即旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)對于兩極電機即旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)p1，當(dāng)電，當(dāng)電流變化一周（電角度為流變化一周（電角度為360）時，旋轉(zhuǎn)磁場在空）時，旋轉(zhuǎn)磁場在空間正好轉(zhuǎn)動一圈（空間角度為間正好轉(zhuǎn)動一圈（空間角度為360）。）。如果電流每秒變化如果電流每秒變化f1周，則旋轉(zhuǎn)磁場就轉(zhuǎn)動周，則旋轉(zhuǎn)

8、磁場就轉(zhuǎn)動f1圈。圈。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速即同步轉(zhuǎn)速為：旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速即同步轉(zhuǎn)速為： pfn1060（轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)/分，分，r/min） 接在工頻電源上不同極數(shù)的異步電動機的同步轉(zhuǎn)速接在工頻電源上不同極數(shù)的異步電動機的同步轉(zhuǎn)速（2）三相異步電動機的三種運行狀態(tài)）三相異步電動機的三種運行狀態(tài) 轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率s是異步電動機運行時的一個重要物理量。是異步電動機運行時的一個重要物理量。根據(jù)根據(jù)s的正負(fù)和大小可以判斷異步電動機工作在電動的正負(fù)和大小可以判斷異步電動機工作在電動狀態(tài)、發(fā)電機狀態(tài)還是電磁制動狀態(tài)。狀態(tài)、發(fā)電機狀態(tài)還是電磁制動狀態(tài)。 1）電動運行狀態(tài)）電動運行狀態(tài)電動運行狀態(tài)電動運行狀態(tài): :定子從電網(wǎng)吸收

9、電功率，轉(zhuǎn)子從軸定子從電網(wǎng)吸收電功率，轉(zhuǎn)子從軸上輸出機械功率。上輸出機械功率。 n0ffn當(dāng)異步電機轉(zhuǎn)子當(dāng)異步電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁的轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同而場的轉(zhuǎn)向相同而且 轉(zhuǎn) 速且 轉(zhuǎn) 速 n n0（0sn0 （s0）。）。異步電機的定子方由原來從電網(wǎng)吸收電功率改為向電異步電機的定子方由原來從電網(wǎng)吸收電功率改為向電網(wǎng)輸出電功率。網(wǎng)輸出電功率。 電磁轉(zhuǎn)矩對原動電磁轉(zhuǎn)矩對原動機來說為制動轉(zhuǎn)機來說為制動轉(zhuǎn)矩。矩。原動機要保持轉(zhuǎn)原動機要保持轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，必子繼續(xù)轉(zhuǎn)動，必須輸入機械功率。須輸入機械功率。3）電磁制動運行狀態(tài)）電磁制動運行狀態(tài)n0ffn用其他機械拖動用其他機械拖動異步電機朝著旋異步電

10、機朝著旋轉(zhuǎn)磁場相反的方轉(zhuǎn)磁場相反的方向 轉(zhuǎn) 動向 轉(zhuǎn) 動 n 1） 。電磁轉(zhuǎn)矩對拖動電磁轉(zhuǎn)矩對拖動機械來說是制動機械來說是制動轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩。電機一方面吸收拖動機械的機械功率，另一方面又從電機一方面吸收拖動機械的機械功率，另一方面又從電網(wǎng)吸收電功率，這兩部分功率在電機內(nèi)都以損耗的電網(wǎng)吸收電功率，這兩部分功率在電機內(nèi)都以損耗的方式最終轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉。方式最終轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉。（3） 電機的可逆性原理電機的可逆性原理 一臺交流電動機，當(dāng)將交流電源接在定子繞組上，可一臺交流電動機，當(dāng)將交流電源接在定子繞組上，可以使其轉(zhuǎn)軸帶動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)，從而完成將輸入的電以使其轉(zhuǎn)軸帶動生產(chǎn)機械運轉(zhuǎn)，從而完成將輸入的電

11、能轉(zhuǎn)換為機械能的過程，即為交流電動機。能轉(zhuǎn)換為機械能的過程，即為交流電動機。同一臺交流電機在不同的外界條件下，即可作為電同一臺交流電機在不同的外界條件下，即可作為電動機運行，也可作為發(fā)電機運行。這就是交流電機動機運行，也可作為發(fā)電機運行。這就是交流電機的可逆性原理。的可逆性原理。在原動機的驅(qū)動下，電機向電網(wǎng)輸入交流電，完成將在原動機的驅(qū)動下，電機向電網(wǎng)輸入交流電，完成將轉(zhuǎn)軸上輸入的機械能轉(zhuǎn)換成電能的過程，而成為交流轉(zhuǎn)軸上輸入的機械能轉(zhuǎn)換成電能的過程，而成為交流發(fā)電機。發(fā)電機。（4） 機電能量的轉(zhuǎn)換過程機電能量的轉(zhuǎn)換過程 電機在進(jìn)行能量形態(tài)的轉(zhuǎn)換過程中，其內(nèi)部存在著電機在進(jìn)行能量形態(tài)的轉(zhuǎn)換過程中

12、，其內(nèi)部存在著四種形態(tài)：四種形態(tài)： 電能電能 機械能機械能 磁場儲能磁場儲能 熱能。熱能。交流電機（其它類型的電機也一樣）本質(zhì)上是一種交流電機（其它類型的電機也一樣）本質(zhì)上是一種能量轉(zhuǎn)換元件能量轉(zhuǎn)換元件。電動機的能量方程式：電動機的能量方程式：電源輸入的電能電源輸入的電能輸出的機械能輸出的機械能磁場儲能的增加磁場儲能的增加轉(zhuǎn)換成熱能的損耗轉(zhuǎn)換成熱能的損耗電機在能量轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的能量損耗通常有三電機在能量轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生的能量損耗通常有三種：種： 電系統(tǒng)內(nèi)部通有電流時產(chǎn)生的電阻損耗；電系統(tǒng)內(nèi)部通有電流時產(chǎn)生的電阻損耗； 機械系統(tǒng)的風(fēng)阻摩擦引起的機械損耗；機械系統(tǒng)的風(fēng)阻摩擦引起的機械損耗； 由耦合

13、磁場在鐵心中引起的介質(zhì)損耗（磁滯損由耦合磁場在鐵心中引起的介質(zhì)損耗（磁滯損耗和渦流損耗），即鐵耗。耗和渦流損耗），即鐵耗。這些損耗都變?yōu)闊崮芏l(fā)。這些損耗都變?yōu)闊崮芏l(fā)。為了保證電機正常運行，必須對電機進(jìn)行冷卻。為了保證電機正常運行，必須對電機進(jìn)行冷卻。電系統(tǒng)電系統(tǒng)uie耦合磁場耦合磁場T機械系統(tǒng)機械系統(tǒng)輸入輸入電能電能電阻損耗電阻損耗產(chǎn)生的熱量產(chǎn)生的熱量介質(zhì)損耗介質(zhì)損耗產(chǎn)生的熱量產(chǎn)生的熱量機械損耗機械損耗產(chǎn)生的熱量產(chǎn)生的熱量輸出輸出機械能機械能電動機的能量轉(zhuǎn)換電動機的能量轉(zhuǎn)換1）功率平衡）功率平衡 P1P2pCu1pFe1pCu2pm+ padPTPmec電磁功率電磁功率)(admmec

14、2Cu2TmecFe1Cu11TppPPpPPppPP機械功率機械功率輸出的機輸出的機械功率械功率輸入的電輸入的電功率功率2）磁動勢平衡）磁動勢平衡1I1FmFm2sE2I2F以以n0旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)異步電動機中的旋轉(zhuǎn)磁場是由定、轉(zhuǎn)子電流共同建立的。異步電動機中的旋轉(zhuǎn)磁場是由定、轉(zhuǎn)子電流共同建立的。21mFFF就在氣隙中建立以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場，其就在氣隙中建立以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場，其磁通量為磁通量為 mFmLFFF1m1定子電流產(chǎn)生的磁勢定子電流產(chǎn)生的磁勢 可由兩個分量組成：可由兩個分量組成： 1F激磁分量激磁分量 mI激磁磁動勢激磁磁動勢 mF氣隙旋轉(zhuǎn)磁氣隙旋轉(zhuǎn)磁場場 m負(fù)載分量負(fù)載分量

15、1LI21LFF抵消轉(zhuǎn)子磁動勢對抵消轉(zhuǎn)子磁動勢對旋轉(zhuǎn)磁場的影響旋轉(zhuǎn)磁場的影響 電動機機械負(fù)載的變化引起的轉(zhuǎn)子電流的變化，會立電動機機械負(fù)載的變化引起的轉(zhuǎn)子電流的變化，會立即引起電動機的定子電流的變化，從而調(diào)節(jié)輸入的電即引起電動機的定子電流的變化，從而調(diào)節(jié)輸入的電功率以滿足機械負(fù)載對電動機輸出機械功率的需要。功率以滿足機械負(fù)載對電動機輸出機械功率的需要。 mF為了保證為了保證 不變不變 以維持磁通以維持磁通 不變不變 m自動增大自動增大 1LF1I定子向電網(wǎng)吸收的定子向電網(wǎng)吸收的電流自動增大電流自動增大 如果增大電動機轉(zhuǎn)軸所帶的機械負(fù)載，必然引起轉(zhuǎn)速如果增大電動機轉(zhuǎn)軸所帶的機械負(fù)載，必然引起轉(zhuǎn)速

16、降低；降低；于是轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場的相對運動加大，則轉(zhuǎn)子感應(yīng)的于是轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場的相對運動加大，則轉(zhuǎn)子感應(yīng)的電動勢和電流電動勢和電流I2也增大，則磁勢也增大，則磁勢 增加。增加。2F5.2.2 5.2.2 三相異步電動機的三相異步電動機的功率、轉(zhuǎn)矩和機械特性功率、轉(zhuǎn)矩和機械特性異步電動機的作用：是把電能轉(zhuǎn)換成機械能，它輸送異步電動機的作用：是把電能轉(zhuǎn)換成機械能，它輸送給生產(chǎn)機械的量是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。給生產(chǎn)機械的量是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。在選用電動機時，總是要求電動機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速（稱在選用電動機時，總是要求電動機的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速（稱為機械特性）符合生產(chǎn)負(fù)載的需要。為機械特性）符合生產(chǎn)負(fù)載的需要。電動機輸出的轉(zhuǎn)矩的大小

17、受哪些因素的影響？電動機輸出的轉(zhuǎn)矩的大小受哪些因素的影響？如何計算電動機的轉(zhuǎn)矩？如何計算電動機的轉(zhuǎn)矩？轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的關(guān)系怎樣？轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的關(guān)系怎樣？ 異步電動機帶動負(fù)載運轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子上作用著三個轉(zhuǎn)矩：異步電動機帶動負(fù)載運轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子上作用著三個轉(zhuǎn)矩： 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T：由：由i2和和m m相互作用引起電磁力所產(chǎn)生的相互作用引起電磁力所產(chǎn)生的 空載制動轉(zhuǎn)矩空載制動轉(zhuǎn)矩T0：由電動機的機械損耗：由電動機的機械損耗pm和附加損和附加損耗耗pad引起的引起的 負(fù)載制動轉(zhuǎn)矩負(fù)載制動轉(zhuǎn)矩T2：轉(zhuǎn)子拖動的機械負(fù)載反作用在轉(zhuǎn)：轉(zhuǎn)子拖動的機械負(fù)載反作用在轉(zhuǎn)子上的力矩子上的力矩1. 1. 三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩平衡三相

18、異步電動機的轉(zhuǎn)矩平衡電動機穩(wěn)定運行時，轉(zhuǎn)矩平衡方程式：電動機穩(wěn)定運行時，轉(zhuǎn)矩平衡方程式： 02TTT02TTT602 n等式兩邊同乘以機械角速度等式兩邊同乘以機械角速度rad/s克服負(fù)載制動轉(zhuǎn)矩克服負(fù)載制動轉(zhuǎn)矩T2所消耗的功率：所消耗的功率： 電動機轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率為：電動機轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率為： 22TP 電動機所獲得的總得機械功率：電動機所獲得的總得機械功率： 全部用于克服制動轉(zhuǎn)矩消耗掉。全部用于克服制動轉(zhuǎn)矩消耗掉。TPmec電動機消耗的機械損耗電動機消耗的機械損耗pm和附加損耗和附加損耗pad：用于克服空載制動轉(zhuǎn)矩用于克服空載制動轉(zhuǎn)矩T0所消耗的功率所消耗的功率0admTpp由于電

19、動機的機械損耗由于電動機的機械損耗pm和附加損耗和附加損耗pad很小，很小， adm2mecppPPTnPnPT229550602（牛頓（牛頓米，米，Nm） P2為異步電動機輸出的機械功率，單位為千瓦（為異步電動機輸出的機械功率，單位為千瓦（kW） n為電動機的轉(zhuǎn)速，單位（轉(zhuǎn)為電動機的轉(zhuǎn)速，單位（轉(zhuǎn)/分，分，r/min） 2. 2. 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)矩例例： 有兩臺功率都為有兩臺功率都為PN=7.5k的的三相異步電動機三相異步電動機UN=380V 、nN=962r/min一臺，另一臺一臺，另一臺UN=380V、 nN=1450r/min ，求兩臺電動機的額定轉(zhuǎn)矩。

20、，求兩臺電動機的額定轉(zhuǎn)矩。 解：第一臺：解：第一臺： mN 45.749625 . 795509550NNNnPT第二臺：第二臺： mN 44914505795509550NNN.nPT異步電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩可直接由電磁力定律異步電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩可直接由電磁力定律 ,通過通過計算轉(zhuǎn)子上各導(dǎo)條所受的力得到。計算轉(zhuǎn)子上各導(dǎo)條所受的力得到。 異步電動機上電磁轉(zhuǎn)矩為：異步電動機上電磁轉(zhuǎn)矩為： 22mcosICTTCT （包含了力臂）（包含了力臂）是與電動機的結(jié)構(gòu)有關(guān)的常是與電動機的結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)稱為電動機轉(zhuǎn)矩常數(shù)數(shù)稱為電動機轉(zhuǎn)矩常數(shù) 。公式表明：公式表明：三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是由氣隙中的三相

21、異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是由氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場m與轉(zhuǎn)子電流的有功分量與轉(zhuǎn)子電流的有功分量 相互作相互作用產(chǎn)生的用產(chǎn)生的。22cosI22cosI式中三項式中三項T、m和和 符合左手定則。符合左手定則。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子n三相異步電動機電路示意圖三相異步電動機電路示意圖定子定子r1jx1N1 k11U1I2Ef1r2jx2N2 k22If21E異步電動機的定子電路和轉(zhuǎn)子電路之間只有磁的耦合異步電動機的定子電路和轉(zhuǎn)子電路之間只有磁的耦合而而沒有電的聯(lián)系沒有電的聯(lián)系 。電路是靜止的電路是靜止的電路是旋轉(zhuǎn)的電路是旋轉(zhuǎn)的每相定子電路的電動勢平衡方程式：每相定子電路的電動勢平衡方程式： )(11111111jxr

22、IEZIEU定子繞組的電阻和漏電抗很小，定子繞組的電阻和漏電抗很小，電動機的電源電壓：電動機的電源電壓： m1111144. 4kNfEU)(222222jxrIZIE每相轉(zhuǎn)子電路的電動勢平衡方程式：每相轉(zhuǎn)子電路的電動勢平衡方程式：m222244. 4kNfE 每相轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢的有效值：每相轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢的有效值： 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的頻率轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的頻率f2當(dāng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速當(dāng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)動時，旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對速度：轉(zhuǎn)動時，旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對速度： nnn02轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動勢和電流的頻率為：轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動勢和電流的頻率為： 1000226060sfpnnnnpnf注意：在

23、當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時，即注意：在當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時，即s=1、f2f1。 電動機額定運行時電動機額定運行時s很小，所以轉(zhuǎn)子的頻率較低，約很小，所以轉(zhuǎn)子的頻率較低，約幾赫茲。幾赫茲。 由轉(zhuǎn)子電路的電動勢平衡方程式：由轉(zhuǎn)子電路的電動勢平衡方程式： )(222222jxrIZIE轉(zhuǎn)子每相電流的有效值：轉(zhuǎn)子每相電流的有效值： 22022202202220222222)()(xsrEsxrsExrEI由于轉(zhuǎn)子電路顯感性，所以轉(zhuǎn)子電流由于轉(zhuǎn)子電路顯感性，所以轉(zhuǎn)子電流 滯后滯后 2I2E轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)為：轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)為：220222222222)(cossxrrxrrm2212044. 4kNfE其中：其中：2

24、2022202)(xsrEI2202222)(cossxrrm1111144. 4kNfEU22mcosICTT電動機的電磁轉(zhuǎn)矩（機械特性）：電動機的電磁轉(zhuǎn)矩（機械特性）： 220222122222212)()(sxrUsrKxrEsrKT重要的結(jié)論：當(dāng)電源頻率和電動機參數(shù)不變時，三相重要的結(jié)論：當(dāng)電源頻率和電動機參數(shù)不變時，三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩不僅與電動機的轉(zhuǎn)差率異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩不僅與電動機的轉(zhuǎn)差率s有關(guān)，有關(guān)，還還與每相定子電壓與每相定子電壓U1的平方成正比。的平方成正比。 m2212044. 4kNfE3. 3. 三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的機械特性 異步電動機的機械

25、特性是描述電機拖動系統(tǒng)（由異步異步電動機的機械特性是描述電機拖動系統(tǒng)（由異步電動機和生產(chǎn)機械所組成）的各種運行狀態(tài)的有效工電動機和生產(chǎn)機械所組成）的各種運行狀態(tài)的有效工具。具。)(Tfn )(Tfs 異步電動機的機械特性是指當(dāng)電動機的電源電壓異步電動機的機械特性是指當(dāng)電動機的電源電壓和頻率不變時，電動機轉(zhuǎn)速和頻率不變時，電動機轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩T之間的之間的關(guān)系：關(guān)系：22022212)(sxrUsrKTT0n1sn00機械特性曲線機械特性曲線（1）額定工作點）額定工作點N額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩TN額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速nN 額定轉(zhuǎn)差額定轉(zhuǎn)差sNNNN9550nPT（牛頓（牛頓米，米，Nm） T1

26、 0s n0 n0恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TNN sN nN（2 2）起動點）起動點A和起動轉(zhuǎn)矩和起動轉(zhuǎn)矩Tst 起動點起動點A：指電動機：指電動機已投入電網(wǎng)，但尚未已投入電網(wǎng)，但尚未開始轉(zhuǎn)動時的工作狀開始轉(zhuǎn)動時的工作狀態(tài)。態(tài)。電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩稱為（最初）起動矩稱為（最初）起動轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩Tst。Tst是表征電動機運行性能的重要指標(biāo)之一。如果是表征電動機運行性能的重要指標(biāo)之一。如果Tst太小，在一定負(fù)載下電動機可能不能起動起來，因太小，在一定負(fù)載下電動機可能不能起動起來，因而不能滿足生產(chǎn)機械的要求。而不能滿足生產(chǎn)機械的要求。1 0s n0 n0TstAT22022212)(sxr

27、UsrKTn=0或或s=1 ：22022212st)(xrUrKT當(dāng)電源頻率和電動機參數(shù)不變時，起動轉(zhuǎn)矩當(dāng)電源頻率和電動機參數(shù)不變時，起動轉(zhuǎn)矩Tst與電與電源電壓源電壓U1的平方成正比。的平方成正比。電網(wǎng)電壓的下降，將對異步電動機拖動裝置的起動電網(wǎng)電壓的下降，將對異步電動機拖動裝置的起動性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。 異步電動機轉(zhuǎn)子的電流及功率因數(shù)異步電動機轉(zhuǎn)子的電流及功率因數(shù)與轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)差率s的關(guān)系的關(guān)系0sI22coss=122022202)(xsrEI2202222)(cossxrr在電動機剛起動時轉(zhuǎn)差在電動機剛起動時轉(zhuǎn)差s=1最大，最大，轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)子電路的 漏抗漏抗 最大，所以

28、轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)最大，所以轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)也也最小。因此，在電動機起動時，雖然轉(zhuǎn)子電流較最小。因此，在電動機起動時，雖然轉(zhuǎn)子電流較大，但起動時轉(zhuǎn)矩大，但起動時轉(zhuǎn)矩 并不大。并不大。 22mcosICTT202sxx0sI22coss=1在電機起動時（在電機起動時（s=1 ），要采取限流措施，更要要采取限流措施，更要避免在電機運行時發(fā)生避免在電機運行時發(fā)生堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，否則會由于堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，否則會由于電流過大，使電機溫升電流過大，使電機溫升增加，損壞電機絕緣，增加，損壞電機絕緣，使電機燒壞。使電機燒壞。 隨著轉(zhuǎn)速的升高轉(zhuǎn)差隨著轉(zhuǎn)速的升高轉(zhuǎn)差s較小時，轉(zhuǎn)子頻率較小時，轉(zhuǎn)子頻率f2較低，則較低，則轉(zhuǎn)子

29、電路的漏抗轉(zhuǎn)子電路的漏抗 較小，所以轉(zhuǎn)子電路的功較小，所以轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)較大。率因數(shù)較大。202sxx0sI22coss=1起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)NstTT（最初）起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)（最初）起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 來來表示起動轉(zhuǎn)矩表示起動轉(zhuǎn)矩. . 通常用通常用 一般，鼠籠異步電動機的（最初）起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)為一般，鼠籠異步電動機的（最初）起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)為1.02.0。 電動機不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而電動機卻以同步轉(zhuǎn)速高電動機不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而電動機卻以同步轉(zhuǎn)速高速運行，這種運行狀態(tài)只能是一種理想情況，稱為速運行，這種運行狀態(tài)只能是一種理想情況，稱為理想運行狀態(tài)。理想運行狀態(tài)。 （3）理想空載點）理想空載點D1 0

30、s n0 n0DT（4）臨界點）臨界點B和最大轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩Tmax 電磁轉(zhuǎn)矩為最大轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩為最大轉(zhuǎn)矩Tmax是電動機所能提高的極是電動機所能提高的極限轉(zhuǎn)矩。限轉(zhuǎn)矩。Tmax越大，電動機短時過載能力越強，最大轉(zhuǎn)矩越大，電動機短時過載能力越強，最大轉(zhuǎn)矩Tmax也是表征電動機運行性能的重要指標(biāo)之一。也是表征電動機運行性能的重要指標(biāo)之一。 1 0s n0 n0TTmaxsmB0dsdT22022212)(sxrUsrKT202xrsm22021max2xUKT當(dāng)電源頻率和電動機參數(shù)為常數(shù)時，最大轉(zhuǎn)矩當(dāng)電源頻率和電動機參數(shù)為常數(shù)時，最大轉(zhuǎn)矩Tmax與與電源電壓電源電壓U1的平方成正比。的平方成正比

31、。電網(wǎng)電壓有較小的波動，也會使異步電動機所產(chǎn)生的電網(wǎng)電壓有較小的波動，也會使異步電動機所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生較大的變化。電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生較大的變化。如果電源電壓下降過多，以致最大轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，如果電源電壓下降過多，以致最大轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則電機拖動系統(tǒng)將發(fā)生停車事故，也稱為堵轉(zhuǎn)。則電機拖動系統(tǒng)將發(fā)生停車事故，也稱為堵轉(zhuǎn)。當(dāng)電動機運行時，若負(fù)載短時突然增大，隨后又恢當(dāng)電動機運行時，若負(fù)載短時突然增大，隨后又恢復(fù)正常負(fù)載，在這期間只要總的制動轉(zhuǎn)矩（負(fù)載轉(zhuǎn)復(fù)正常負(fù)載，在這期間只要總的制動轉(zhuǎn)矩（負(fù)載轉(zhuǎn)矩與空載制動轉(zhuǎn)矩的總和）不超過最大轉(zhuǎn)矩，電動矩與空載制動轉(zhuǎn)矩的總和）不超過最大轉(zhuǎn)矩，電動機仍能穩(wěn)定運行

32、。機仍能穩(wěn)定運行。但若總的制動轉(zhuǎn)矩大于最大轉(zhuǎn)矩，則電機拖動系統(tǒng)但若總的制動轉(zhuǎn)矩大于最大轉(zhuǎn)矩，則電機拖動系統(tǒng)將停車，也稱堵轉(zhuǎn)。將停車，也稱堵轉(zhuǎn)。 電動機的過載能力電動機的過載能力 NTTmax一般異步電動機的過載能力一般異步電動機的過載能力1.82.5。電動機的過載能力電動機的過載能力4. 4. 異步電動機的穩(wěn)定運行區(qū)異步電動機的穩(wěn)定運行區(qū) 穩(wěn)定運行：就是如果電力拖動系統(tǒng)原來處于一種平穩(wěn)定運行：就是如果電力拖動系統(tǒng)原來處于一種平衡運轉(zhuǎn)狀態(tài)，由于受到外界擾動離開原來的平衡狀衡運轉(zhuǎn)狀態(tài)，由于受到外界擾動離開原來的平衡狀態(tài)，仍能在新的條件下達(dá)到新的平衡狀態(tài)；或者在態(tài)，仍能在新的條件下達(dá)到新的平衡狀態(tài)；

33、或者在擾動消失后，能夠恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。擾動消失后，能夠恢復(fù)到原來的平衡狀態(tài)。 穩(wěn)定工作點穩(wěn)定工作點NL02TTTTLTT 電機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩電機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩當(dāng)當(dāng)TLnTT L1 0s n0 n0恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TLT當(dāng)當(dāng)TTT LN1 0s n0 n0T穩(wěn)定運行區(qū)穩(wěn)定運行區(qū)穩(wěn)定運行區(qū)穩(wěn)定運行區(qū)不穩(wěn)定不穩(wěn)定運行區(qū)運行區(qū)5.2.3 5.2.3 三相異步電動機的起動、調(diào)速和制動三相異步電動機的起動、調(diào)速和制動1. 1. 三相異步電動機的起動三相異步電動機的起動 當(dāng)異步電動機接在三相對稱電源上，如果最初起動當(dāng)異步電動機接在三相對稱電源上，如果最初起動轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時，電動機就從靜止?fàn)顟B(tài)過

34、渡到轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時，電動機就從靜止?fàn)顟B(tài)過渡到穩(wěn)定運行狀態(tài)。這個過程叫做異步電動機的起動。穩(wěn)定運行狀態(tài)。這個過程叫做異步電動機的起動。 把異步電動機剛起動（把異步電動機剛起動（n0，s=1）時，三相異步電）時，三相異步電動機動機定子線電流定子線電流稱為異步電動機的最初起動電流稱為異步電動機的最初起動電流Ist。 若異步電動機在額定電壓下起動，則（最初）起動電若異步電動機在額定電壓下起動，則（最初）起動電流為額定電流的流為額定電流的47倍。倍。 在線路上會產(chǎn)生較大的線路壓降，使得電源電壓在線路上會產(chǎn)生較大的線路壓降，使得電源電壓在起動電機時下降。尤其是電源的容量較小時起在起動電機時下降。尤其是

35、電源的容量較小時起動電機，會使電壓降得更多。這就有可能影響同動電機，會使電壓降得更多。這就有可能影響同一電源上其他用電設(shè)備的正常運行。一電源上其他用電設(shè)備的正常運行。 較大的起動電流在線路和電機中產(chǎn)生的損耗大，較大的起動電流在線路和電機中產(chǎn)生的損耗大，引起發(fā)熱。特別是機組轉(zhuǎn)動慣量引起發(fā)熱。特別是機組轉(zhuǎn)動慣量J較大時，起動較較大時，起動較慢，起動過程產(chǎn)生的損耗增大，使電機過熱，溫慢，起動過程產(chǎn)生的損耗增大，使電機過熱，溫度上升，嚴(yán)重時可能燒壞電機。度上升，嚴(yán)重時可能燒壞電機。 有足夠大的最初起動轉(zhuǎn)矩；有足夠大的最初起動轉(zhuǎn)矩； 盡可能小的最初起動電流；盡可能小的最初起動電流； 起動過程中的功率損耗

36、應(yīng)盡可能減少；起動過程中的功率損耗應(yīng)盡可能減少； 起動的操作方便，起動設(shè)備簡單、經(jīng)濟。起動的操作方便，起動設(shè)備簡單、經(jīng)濟。起動性能的要求：起動性能的要求：2. 2. 三相異步電動機的起動方法三相異步電動機的起動方法 （1） 直接起動直接起動直接起動是利用開關(guān)等電器設(shè)備將電動機直接接到直接起動是利用開關(guān)等電器設(shè)備將電動機直接接到額定電壓上的起動方式，又稱全壓起動。額定電壓上的起動方式，又稱全壓起動。 當(dāng)電機容量小于當(dāng)電機容量小于10kW或其容量不超過電源變壓器或其容量不超過電源變壓器容量的容量的15%20%時，最初起動電流不會影響同一時，最初起動電流不會影響同一供電線路上的其他用電設(shè)備的正常工作

37、，可允許直供電線路上的其他用電設(shè)備的正常工作，可允許直接起動。接起動。 優(yōu)點：簡單、方便、經(jīng)濟、起動過程快，是一種適優(yōu)點：簡單、方便、經(jīng)濟、起動過程快，是一種適用于小容量的常用方法。用于小容量的常用方法。缺點：最初起動電流較大，將使線路電壓下降，影缺點：最初起動電流較大，將使線路電壓下降，影響鄰近負(fù)載正常工作。響鄰近負(fù)載正常工作。 （2） 降壓起動降壓起動降壓起動的方法是通過降低電動機定子電壓降壓起動的方法是通過降低電動機定子電壓U1來限制來限制最初起動電流最初起動電流Ist。 由于電動機的最初起動轉(zhuǎn)矩由于電動機的最初起動轉(zhuǎn)矩 ，所以當(dāng)電動，所以當(dāng)電動機定子電壓機定子電壓U1降低為降低為 時，

38、起動轉(zhuǎn)矩就會降低時，起動轉(zhuǎn)矩就會降低為為 。21stUT 11UkstTk211）Y-換接降壓起動換接降壓起動113ZUI正常運行時，定子繞組換接成正常運行時，定子繞組換接成 ：這種控制方式僅適用于電動機正常運行時定子繞這種控制方式僅適用于電動機正常運行時定子繞組為組為D形接法。形接法。W2W1V2V1U1U211pZUI 起動時，定子繞組首先接成起動時，定子繞組首先接成Y形。形。W2W1V2V1U1U231YII1111pY313ZUZUIIY-換接降壓起動時的電流僅為直接起動時的三分換接降壓起動時的電流僅為直接起動時的三分之一。之一。經(jīng)過一段時間的延時，當(dāng)經(jīng)過一段時間的延時，當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)速

39、接近額定轉(zhuǎn)電動機的轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時，斷開速時，斷開KM2然后閉合然后閉合KM3，電動機的定子繞組，電動機的定子繞組接成正常運行時的接成正常運行時的形形 。KM3W2W1V2V1U1U2KM2起動時先閉合起動時先閉合KM2定子繞組接成定子繞組接成Y，每相定子上的，每相定子上的電壓僅為額定電壓的電壓僅為額定電壓的 、而電網(wǎng)的電流僅為全壓、而電網(wǎng)的電流僅為全壓直接起動時的直接起動時的 ；3131適用范圍：正常運行時定子繞組是三角形連接電適用范圍：正常運行時定子繞組是三角形連接電動機。動機。優(yōu)點：最初起動電流為全壓起動時的優(yōu)點：最初起動電流為全壓起動時的13。起動。起動設(shè)備比較簡單、成本低、運行比較可靠和維修方設(shè)備比較簡單、成本低、運行比較可靠和維修方便。便。缺點：最初起動轉(zhuǎn)矩為全壓起動時的缺點：最初起動轉(zhuǎn)矩為全壓起動時的13。只適。只適用于輕載或空載起動。用于輕載或空載起動。 說明說明2） 自耦降壓起動：自耦降壓起動：采用自耦變壓器降壓起動的控制電路中，電動機采用自耦變壓器降壓起動的控制電路中，電動機起動電流的限制，是依靠自耦變壓器的降壓作用起動電流的限制，是依靠自耦變壓器的降壓作用來實現(xiàn)的。來實現(xiàn)的。 電動機起動時，定子繞組得到的電壓是自耦變壓器電動機起動時，定子繞組得到的電壓是自耦變壓器的二次電壓。的二次電壓。一旦起動結(jié)束，自耦變壓器便被切除，