第7章交流電動機(jī)

1、第7章 交流電動機(jī) 本章要點: 7.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 7.2 三相異步電動機(jī)的特性 7.3 三相異步電動機(jī)的使用 7.4 單相異步電動機(jī)第7章 交流電動機(jī) 本章要點:通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)了解三相異步電動機(jī)的幾個問題：（1）基本結(jié)構(gòu)和工作原理，（2）轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系即機(jī)械特性，（3）起動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速及制動的基本原理和基本方法，（4）應(yīng)用場合和使用方法。并了解單相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)、原理和特點。返回7.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 實現(xiàn)機(jī)械能與電能互相轉(zhuǎn)換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械稱為電機(jī)。把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的電機(jī)稱為發(fā)電機(jī)；把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電機(jī)稱為電動機(jī)。電動機(jī)按電源的種類可分為交流電

2、動機(jī)和直流電動機(jī)，交流電動機(jī)又分為異步電動機(jī)和同步電動機(jī)，其中異步電動機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護(hù)方便、價格便宜，是所有電動機(jī)中應(yīng)用最廣泛的一種。 7.1.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu) 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)由兩個基本部分組成：一是固定不動的部分，稱為定子；二是旋轉(zhuǎn)部分，稱為轉(zhuǎn)子。圖7-1為三相異步電動機(jī)的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。 7.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 1.定子 定子由機(jī)座、定子鐵心、定子三相繞組和端蓋等組成。機(jī)座通常用鑄鐵制成，機(jī)座內(nèi)裝有由互相絕緣的硅鋼片疊成的筒形鐵心，鐵心內(nèi)圓周上有許多均勻分布的槽，槽內(nèi)嵌放三相繞組，繞組與鐵心間有良好的絕緣。三相繞組是定子的電路部分，中小型電動機(jī)

3、一般采用漆包線(或絲包漆包線)繞制，共分三相，分布在定子鐵心槽內(nèi)，它們在定子內(nèi)圓周空間的排列彼此相隔1200，構(gòu)成對稱的三相繞組，三相繞組共有六個出線端，通常接在置于電動機(jī)外殼上的接線盒中，三相繞組的首端接頭分別用Ul、Vl、W1表示，其對應(yīng)的末端接頭分別用U2、V2、W2表示。三相繞組可以聯(lián)接成星形或三角形，分別如圖7-2（a）、（b）所示。7.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 2.轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸、風(fēng)扇等組成。轉(zhuǎn)子鐵心為圓柱形，通常由定子鐵心沖片沖下的內(nèi)圓硅鋼片疊成，裝在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)軸上加機(jī)械負(fù)載。轉(zhuǎn)子鐵心與定子鐵心之間有微小的空氣隙，它們共同組成電動機(jī)的磁路。轉(zhuǎn)子鐵心

4、外圓周上有許多均勻分布的槽，槽內(nèi)安放轉(zhuǎn)子繞組。 轉(zhuǎn)子繞組分為鼠籠式和繞線式兩種結(jié)構(gòu)。鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組是由嵌在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)的若干條銅條組成的，兩端分別焊接在兩個短接的端環(huán)上。如果去掉鐵心，整個轉(zhuǎn)子繞組的外形就像一個鼠籠，故稱鼠籠式轉(zhuǎn)子。目前中小型鼠籠式異步電動機(jī)大都在轉(zhuǎn)子鐵心槽中澆注鋁液，鑄成鼠籠式繞組，并在端環(huán)上鑄出許多葉片，作為冷卻的風(fēng)扇。鼠籠式轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)如圖7-3所示。 7.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 繞線式轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相似，在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)嵌放對稱的三相繞組，作星形聯(lián)結(jié)。三個繞組的三個尾端聯(lián)接在一起，三個首端分別接到裝在轉(zhuǎn)軸上的三個銅制集電環(huán)上。環(huán)與環(huán)之間，環(huán)與轉(zhuǎn)軸之間都互相絕

5、緣，集電環(huán)通過電刷與外電路的可變電阻器相聯(lián)接，用于起動或調(diào)速，如圖7-4所示。繞線式轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較高，一般只用于對起動和調(diào)速有較高要求的場合如立式車床、起重機(jī)等。 7.1.2 三相異步電動機(jī)的工作原理 三相異步電動機(jī)是利用定子繞組中三相交流電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)的感應(yīng)電流相互作用而產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩的。 7.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 1.定子的旋轉(zhuǎn)磁場 (1)旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生：在定子鐵心的槽內(nèi)按空間相隔120o安放三個相同的繞組U1U2、VlV2和WlW2(設(shè)它們作星形聯(lián)接)。當(dāng)定子繞組的三個首端U1、V1、W1分別與三相交流電源A、B、C接通時，在定

6、子繞組中便有對稱的三相交流電流iA、iB、iC流過：iAImsint，iBImsin（t120o）， iCImsin（t120o），若電流參考方向如圖7-5（a）所示，即從首端U1、V1、W1流入，從末端U2、V2、W2流出，則三相電流的波形如圖7-5（b）所示，電源電壓的相序為ABC。7.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 在t=0時刻，iA為0，U1U2繞組此時無電流；iB為負(fù)，電流的真實方向與參考方向相反，即從末端V2流入，從首端Vl流出；iC為正，電流的真實方向與參考方向一致，即從首端W1流入，從末端W2流出，如圖7-6（a）所示。將每相電流產(chǎn)生的磁場相加，便得出三相電流共同產(chǎn)生的合成

7、磁場，這個合成磁場此刻在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部空間的方向是自上而下，相當(dāng)于是一個N極在上，S極在下的兩極磁場。 用同樣的方法可畫出t 分別為 、 時各相電流的流向及 合成磁場的磁力線方向，如圖7-6（b）、（c）所示。合成磁場各瞬時的磁通大小和分布情況都相同，但方向不相同，且向一個方向旋轉(zhuǎn)。327.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 當(dāng)正弦交流電變化一周時，合成磁場在空間也正好旋轉(zhuǎn)了一周，合成磁場的磁通大小，就等于通過每相繞組的磁通最大值。 由上述分析可知，在定子繞組中分別通入在相位上互差120o的三相交流電時，它們共同產(chǎn)生的合成磁場是隨電流的交變而在空間不斷地旋轉(zhuǎn)著，即所產(chǎn)生的合成磁場是一個旋轉(zhuǎn)磁場。

8、 (2)旋轉(zhuǎn)磁場的方向： 圖7-6所示的情況表明旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與電源的相序相同，即旋轉(zhuǎn)磁場在空間的旋轉(zhuǎn)方向是由電源的相序決定的，圖7-6所示情況的旋轉(zhuǎn)磁場是按順時針方向旋轉(zhuǎn)的。 7.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 若把定子繞組與三相電源相聯(lián)的三根導(dǎo)線中的任意兩根對調(diào)位置，此時電源的相序仍為ABC不變，而通過三相定子繞組中電流的相序由UVW變?yōu)閁WV，則旋轉(zhuǎn)磁場將反向旋轉(zhuǎn)（按逆時針方向旋轉(zhuǎn)）。 (3)旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)：上述電動機(jī)每相只有一個線圈，在這種條件下所形成的旋轉(zhuǎn)磁場只有一對N、S磁極(2極)。如果每相設(shè)置兩個線圈，則可形成兩對N、S磁極(4極)的旋轉(zhuǎn)磁場，如圖7-7和圖7-8所示，

9、用上面的分析方法不難證明，當(dāng)電流變化一個周期時，N極變?yōu)镾極再變?yōu)镹極，在空間只轉(zhuǎn)動了半周。定子采取不同的結(jié)構(gòu)和接法還可以獲得3對(6極)、4對(8極)、5對(10極)等不同極對數(shù)的旋轉(zhuǎn)磁場。 7.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 (4)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速：當(dāng)一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場當(dāng)電流變化一周時，旋轉(zhuǎn)磁場在空間正好轉(zhuǎn)過一周。對50Hz的工頻交流電來說，旋轉(zhuǎn)磁場每秒鐘將在空間旋轉(zhuǎn)50周。其轉(zhuǎn)速n1=60f160503000rmin。若旋轉(zhuǎn)磁場有兩對磁極，則電流變化一周，旋轉(zhuǎn)磁場只轉(zhuǎn)過半周，比一對磁極情況下的轉(zhuǎn)速慢了一半，即， n1=f130501500rmin 。 依此類推；當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場具有p對磁極時

10、，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速為 n1= ，所以，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1又稱同步轉(zhuǎn)速，它與 定子電流的頻率f1 (即電源頻率)成正比，與旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)正反比。pf1607.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 2.轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動原理 設(shè)某瞬間定子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場如圖7-9所示，圖中N，S表示兩極旋轉(zhuǎn)磁場,轉(zhuǎn)子中只畫出兩根導(dǎo)條。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場以n1按順時針方向旋轉(zhuǎn)時，與靜止的轉(zhuǎn)子之間有著相對運動，這相當(dāng)于磁場靜止而轉(zhuǎn)子導(dǎo)體朝逆時針方向切割磁力線，于是在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E2，其方向可用右手定則來確定。由于轉(zhuǎn)子電路通過短接端環(huán)(繞線轉(zhuǎn)子通過外接電阻)自行閉合，所以在感應(yīng)電動勢作用下將產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流I2。(圖7-9

11、中僅畫出上、下兩根導(dǎo)線中的電流)。通有電流I2的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體因處于磁場中，又會與磁場相互作用產(chǎn)生磁場力F，根據(jù)左手定則，便可確定轉(zhuǎn)子導(dǎo)體所受磁場力的方向。電磁力對轉(zhuǎn)軸將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T，其方向與旋轉(zhuǎn)磁場的方向一致，于是轉(zhuǎn)子就順著旋轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動起來。7.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 由上述分析還可知道，異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向總是與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同，如果旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)子也隨著反轉(zhuǎn)。因此，若要改變?nèi)喈惒诫妱訖C(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，只需把定子繞組與三相電源聯(lián)接的三根導(dǎo)線對調(diào)任意兩根以改變電源的相序，即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向便可。 7.1.3 轉(zhuǎn)差率及其與轉(zhuǎn)子各量的關(guān)系 1.轉(zhuǎn)差率 同步轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差

12、稱為轉(zhuǎn)速差，轉(zhuǎn)速差與同步轉(zhuǎn)速的比值稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即 s 11nnn 7.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 2.轉(zhuǎn)子各量與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系 從異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)可知，定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組是兩個隔離的電路，由磁路把它們聯(lián)系起來，這和變壓器原、副繞組之間通過磁路相互聯(lián)系的情況相似，因此定子電路中的電動勢、電流與轉(zhuǎn)子電路中的電動勢、電流之間有著與變壓器相類似的關(guān)系式。 (1)定子電路的電動勢E1：定子電路相當(dāng)于變壓器的原繞組，但每相繞組分布在不同的槽中，其中感應(yīng)電動勢并非同相，故每相定子繞組電動勢的有效值為 E14.44K1N1f1m (7-3)7.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 式中，K1為與

13、定子結(jié)構(gòu)有關(guān)的繞組系數(shù)，稍小于1；N1為每相定子繞組匝數(shù)；f1為電源頻率；為旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通，其值等于通過每相繞組的磁通最大值m。 若忽略定子繞組的電阻和漏磁通，則可認(rèn)為定子電路上電動勢的有效值近似等于外加電壓的有效值，即 UlE14.44K1N1f1 (7-4) 可見當(dāng)外加電壓的大小和頻率不變時，定子電路的感應(yīng)電動勢基本不變，旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通也基本不變。 (2)轉(zhuǎn)子頻率f2：在轉(zhuǎn)子靜止不動的情況下，定子繞組通入三相交流電，這時n0，s1，轉(zhuǎn)子繞組的頻率f2與定子外接電源的頻率f1相等。 7.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 電動機(jī)運轉(zhuǎn)起來以后，隨著n的升高，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速差(

14、n1n)逐漸減小，轉(zhuǎn)差率s也逐漸減小，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體靜止不動，旋轉(zhuǎn)磁場相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(n1n)逐漸降低，因此轉(zhuǎn)子頻率f2隨之降低，且有 轉(zhuǎn)子頻率與轉(zhuǎn)差率有關(guān)。電動機(jī)起動時，n0，s1，f2f150Hz，電動機(jī)在額定工作情況下運行時，s0.020.08，f214Hz，轉(zhuǎn)子頻率很低。 (3)轉(zhuǎn)子電路的電動勢E2：在轉(zhuǎn)子靜止不動的情況下，定子繞組通入三相交流電，這時n0，s1，f2f1，轉(zhuǎn)子電路的感應(yīng)電動勢有效值為 11216060nnnnpnfpsfn7.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 E204.44K2N2f2m (7-6) 式中，K2為與轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)，也稍小于1。 電動機(jī)運轉(zhuǎn)起

15、來以后，隨著n的升高，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速差(n1n)逐漸減小，轉(zhuǎn)差率s也逐漸減小，相當(dāng)于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體靜止不動，旋轉(zhuǎn)磁場相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速(n1n)逐漸降低，這時轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動勢的有效值也隨之降低為，E24.44K2N2 sf1s E20 (7-7) 可見轉(zhuǎn)子電動勢的有效值與轉(zhuǎn)差率有關(guān)。電動機(jī)起動時，n0，s1，轉(zhuǎn)子電動勢E20最高；電動機(jī)在額定工作情況下運行時，s0.020.08，轉(zhuǎn)子電動勢也很低。7.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 (4)轉(zhuǎn)子電路的漏磁感抗X2：由于轉(zhuǎn)子電路的頻率f2隨轉(zhuǎn)差率s變化，因此感抗X22f2L2也隨s而變化。當(dāng)n0，s1時，f2f1，則此時的感抗最大且X20

16、2f1L2，所以 X22f2L22sf1L2s X20 (7-8) (5)轉(zhuǎn)子電路的電流I2和功率因數(shù)cos 2：轉(zhuǎn)子電路即有電阻R2又有漏磁感抗X2，所以，其阻抗為 由此可得轉(zhuǎn)子繞組的電流為 (7-9) 2222222220()ZRXRsX202022222222222202220sEEEIRXRs XRXs7.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 轉(zhuǎn)子電路電流I2隨轉(zhuǎn)差率s的增大而增大，在n0，s1，即轉(zhuǎn)子靜止時，I2為最大。由于轉(zhuǎn)子電路存在著感抗，因此I2與E2存在一個相位差 2，轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)為 (7-10) 可見，轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cos 2隨轉(zhuǎn)差率s的增大而減小，在轉(zhuǎn)子靜止時，s

17、1，轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)最低。 轉(zhuǎn)子電路的電流I2、功率因數(shù)cos 2與轉(zhuǎn)差率s的關(guān)系可用圖7-10的曲線表示。 (6)定子電路的電流I1：與變壓器的電流變換原理相似，I1與I2的比值也近似等于常數(shù)， 222222222222220cosRRRZRXRs X7.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 式中，Ki為異步電動機(jī)的電流變換系數(shù)，它與定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的匝數(shù)及結(jié)構(gòu)有關(guān)。 I2隨s的增大而增大的，故I1也隨s的增大而增大。當(dāng)電動機(jī)空載運行時，s接近于零，I2很小，I1也很小。但由于電動機(jī)定子鐵心與轉(zhuǎn)子鐵心之間有一很小的空氣隙，磁阻很大，為了建立一定的磁場，電動機(jī)空載時定子電路的電流比變壓器的空

18、載電流大得多。當(dāng)在異步電動機(jī)軸上加上機(jī)械負(fù)載時，電動機(jī)因受到反向轉(zhuǎn)矩而減速，使轉(zhuǎn)差率s增大，I2也增大，于是定子繞組從電源吸取的電流I1也就增大。若所加負(fù)載過大，使電動機(jī)停止轉(zhuǎn)動（又稱堵轉(zhuǎn)），即n0，s1，則I2達(dá)到最大值，I1也達(dá)到最大值，大大超過電動機(jī)額定電流值，此時電動機(jī)就會過熱甚至燒壞。12i1IIK返回7.2 三相異步電動機(jī)的特性 7.2.1 轉(zhuǎn)矩特性 異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流相互作用而產(chǎn)生的。磁場越強(qiáng)，轉(zhuǎn)子電流越大，則電磁轉(zhuǎn)矩也越大?？梢宰C明，三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子電流I2、定子旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通及轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cos 2成正

19、比，可表示為 TKTI2cos 2 (7-12) 式中，KT為與電動機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；為旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通。 7.2 三相異步電動機(jī)的特性 由式(7-4)可知： 由式(7-9)和式(7-6)可知： 將以上兩式及式(7-10)代人式(7-12)，可得出電磁磚矩的另一表達(dá)式 式中，K為比例常數(shù)，s為轉(zhuǎn)差率，U1為加于定子每相繞組的電壓，X20為轉(zhuǎn)子靜止時每相繞組的感抗，一般為常數(shù)，R2為每相轉(zhuǎn)子繞組的電阻，在繞線式轉(zhuǎn)子中可外接可變電阻器改變R2的值。 1111 111 14.444.44EUK N fK N f202212222222220220(4.44)sEsK N fIRs XRs X221

20、222220sRTKURs X7.2 三相異步電動機(jī)的特性 由此可見，U1和R2是影響電動機(jī)機(jī)械特性的兩個重要因素。當(dāng)U1和R2一定時，電磁轉(zhuǎn)矩T是轉(zhuǎn)差率s的函數(shù)，即Tf（s），其關(guān)系曲線如圖7-11所示。通常稱Tf（s）曲線為異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線。 三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子電流I2、轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cos 2的乘積成正比。 從三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性可以看到，當(dāng)s0，即nn1時，T0，這是理想的空載運行；隨著s的增大，T也開始增大(這時I2增加得快，而cos 2減小得慢)，但到達(dá)最大值Tm以后，隨著s的繼續(xù)上升，T反而減小(這時I2增加得慢，而cos 2減小得快)。所以，最大轉(zhuǎn)

21、矩Tm又稱為臨界轉(zhuǎn)矩，對應(yīng)于Tm的sm稱為臨界轉(zhuǎn)差率。 7.2 三相異步電動機(jī)的特性 7.2.2 機(jī)械特性 電源電壓一定時轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系，即nf（T）曲線，這條曲線稱為電動機(jī)的機(jī)械特性曲線。根據(jù)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與轉(zhuǎn)差率s的關(guān)系，可將Tf（s）曲線變換為nf（T）曲線。只要把Tf（s）曲線中的s軸變換為n軸，把T軸平移到s1，即n0處，再按順時針方向旋轉(zhuǎn)90o，便得到nf（T）曲線，如圖7-12所示。 1.穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū) 以最大轉(zhuǎn)矩Tm為界，機(jī)械特性分為兩個區(qū)，上邊為穩(wěn)定運行區(qū)，下邊為不穩(wěn)定運行區(qū)。 7.2 三相異步電動機(jī)的特性 當(dāng)電動機(jī)工作在穩(wěn)定區(qū)某一點時，電磁轉(zhuǎn)矩T能自動地與軸

22、上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL相平衡(忽略空載損耗轉(zhuǎn)矩)而保持勻速轉(zhuǎn)動。如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL變化，電磁轉(zhuǎn)矩T將自動適應(yīng)隨之變化達(dá)到新的平衡而穩(wěn)定運行。即電動機(jī)在穩(wěn)定運行時，其電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的大小都決定于它所拖動的機(jī)械負(fù)載。 異步電動機(jī)機(jī)械特性的穩(wěn)定區(qū)比較平坦，當(dāng)負(fù)載在空載與額定值之間變化時，轉(zhuǎn)速變化不大，一般僅為28，這樣的機(jī)械特性稱為硬特性。 如果電動機(jī)工作在不穩(wěn)定區(qū)，則電磁轉(zhuǎn)矩不能自動適應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化，因而不能穩(wěn)定運行。 7.2 三相異步電動機(jī)的特性 2.三個重要轉(zhuǎn)矩 (1)額定轉(zhuǎn)矩TN：額定轉(zhuǎn)矩是電動機(jī)在額定電壓下，以額定轉(zhuǎn)速運行，輸出額定功率時，其軸上輸出的轉(zhuǎn)矩。 式中，PN的單位為kW；nN的單位為

23、rmin；TN的單位為Nm。 (2)最大轉(zhuǎn)矩Tm：最大轉(zhuǎn)矩Tm是電動機(jī)能夠提供的極限轉(zhuǎn)矩。從機(jī)械特性曲線可求得對應(yīng)于Tm時的轉(zhuǎn)差率為sm。3NNNNNNN109550260PPPTnn7.2 三相異步電動機(jī)的特性 令 ， ，則得 ， 再將 代入 可得 。 Tm與 成正比而與R2無關(guān)，但sm與R2成正比。 由于它是機(jī)械特性上穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)的分界點，故電動機(jī)運行中的機(jī)械負(fù)載不可超過最大轉(zhuǎn)矩，否則電動機(jī)的轉(zhuǎn)速將越來越低，很快導(dǎo)致堵轉(zhuǎn)。異步電動機(jī)堵轉(zhuǎn)時電流最大，一般達(dá)到額定電流的47倍，這樣大的電流如果長時間通過定子繞組，會使電動機(jī)過熱甚至燒毀。 221222220dd0ddsRTKUssRs X2

24、m20RsX2m20RsX221222220sRTKURs X2m12012TKUX21U7.2 三相異步電動機(jī)的特性 最大轉(zhuǎn)矩Tm與額定轉(zhuǎn)矩TN的比值，稱為過載系數(shù)，即 一般三相異步電動機(jī)的過載系數(shù)為1.82.2。 (3)起動轉(zhuǎn)矩Tst：電動機(jī)在接通電源被起動的最初瞬間，n0，s1，的轉(zhuǎn)矩稱為起動轉(zhuǎn)矩Tst。 將s1代入 ，可得 。 如果起動轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則電動機(jī)不能起動。 mNTT221222220sRTKURs X22122220RTKURX7.2 三相異步電動機(jī)的特性 如果起動轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，即Tst TL，則電動機(jī)的工作點會沿著nf（T）曲線從底部上升；電磁轉(zhuǎn)矩T逐漸增大，轉(zhuǎn)速

25、n越來越高，很快越過最大轉(zhuǎn)矩Tm，然后隨著n的升高，T又逐漸減小，直到了TTL時，電動機(jī)就以某一轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行。 起動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值，稱為起動系數(shù)st，即 一般三相鼠籠式異步電動機(jī)的起動能力都不大，約為0.82.2，繞線式轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)由于轉(zhuǎn)子可以通過集電環(huán)外接電阻器，因此起動能力顯著提高。 ststNTT7.2 三相異步電動機(jī)的特性 3.影響機(jī)械特性的兩個重要因素U1和R2 (1)在保持轉(zhuǎn)子電路電阻R2不變的條件下，在同一轉(zhuǎn)速(即相同轉(zhuǎn)差率s)時，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T與定子繞組的外加電壓U1的平方成正比。電動機(jī)在運行時，如果電源電壓降低，則其轉(zhuǎn)速會降低，導(dǎo)致電流增大，引起電動機(jī)過熱，甚至使

26、最大轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩而造成堵轉(zhuǎn)。 (2)在保持外加電壓U1不變的條件下，增大轉(zhuǎn)子電路電阻R2時，電動機(jī)機(jī)械特性的穩(wěn)定區(qū)保持同步轉(zhuǎn)速n1不變，而斜率增大，即機(jī)械特性變軟。雖然電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Tm不隨R2而變，而起動轉(zhuǎn)矩Tst則隨R2的增大而增大，起動轉(zhuǎn)矩最大時可達(dá)到與最大轉(zhuǎn)矩相等。由此可見，繞線式轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)可以采用加大轉(zhuǎn)子電路電阻的辦法來增大起動轉(zhuǎn)矩。 7.2 三相異步電動機(jī)的特性 7.2.3 運行特性 在電源電壓U1和頻率f1固定為額定值時，電動機(jī)定子電流I1、定子電路的功率因數(shù)cos 1以及電動機(jī)效率與電動機(jī)輸出機(jī)械功率P2之間的關(guān)系，稱為電動機(jī)的運行特性。這些關(guān)系可用I1f(P2)、c

27、os 1f(P2)和f(P2)三條曲線表示，如圖7-13所示。 1.I1f(P2) 曲線 異步電動機(jī)定子電流I1隨輸出負(fù)載的增大而增大，其原理與變壓器原繞組電流隨負(fù)載增大而增大相似。但空載電流I10比變壓器大得多，約為額定電流的2040。7.2 三相異步電動機(jī)的特性 2.cos 1f(P2) 曲線 異步電動機(jī)空載電流I10是產(chǎn)生工作磁通的勵磁電流，是電感性的，所以空載時的功率因數(shù)很低，一般在0.2左右，電動機(jī)軸上加機(jī)械負(fù)載后，隨著輸出功率的增大，功率因數(shù)逐漸提高，到額定負(fù)載時一般約為0.70.9。 3.f(P2)曲線 電動機(jī)的效率是指其輸出機(jī)械功率P2與輸入電功率P1的比值，即22212CuF

28、emL L1100%100%100%3cosPPPPPPPPU I7.2 三相異步電動機(jī)的特性 式中，PCu、PFe和Pm分別為銅損、鐵損和機(jī)械損耗。 空載時，P20，而P10，故0；隨著負(fù)載的增大，開始上升很快，后因銅損迅速增大(鐵損和機(jī)械損耗基本不變) 反而有所減小，的最大值一般出現(xiàn)在額定負(fù)載的80附近，其值約為8090。 由圖7-13可知，三相異步電動機(jī)在其額定負(fù)載的70100運行時，其功率因數(shù)和效率都比較高，因此應(yīng)該合理選用電動機(jī)的額定功率，使它運行在滿載或接近滿鼓的狀態(tài)，盡量避免或減少輕載和空載運行的時間。返回7.3 三相異步電動機(jī)的使用 7.3.1 三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù) 表7-

29、1 三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù) 三相異步電動機(jī) 型 號 Y132M-4 聯(lián) 結(jié)功 率7.5kW工作方式 S1電 壓 380V絕緣等級 B級電 流15.4A頻 率50Hz 轉(zhuǎn) 速 1440rmin編 號 XX電機(jī)廠 出廠日期 7.3 三相異步電動機(jī)的使用 1.型號 Y132M-4 Y(鼠籠式) 轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)(YR表示繞線式轉(zhuǎn)子異步電動機(jī))； 132機(jī)座中心高為132mm； M中機(jī)座(S表示短機(jī)座，L表示長機(jī)座)； 44極電動機(jī)，磁極對數(shù)為2。 2.頻率 該頻率是指電動機(jī)所用交流電源的頻率，我國電力系統(tǒng)規(guī)定為50Hz。7.3 三相異步電動機(jī)的使用 3.電壓 該電壓是指電動機(jī)定子繞組應(yīng)加的線電壓有效

30、值，即電動機(jī)的額定電壓。Y系列三相異步電動機(jī)的額定電壓統(tǒng)一為380V。有的電動機(jī)銘牌上標(biāo)有兩種電壓值，如380220V，是對應(yīng)于定子繞組采用Y兩種聯(lián)結(jié)時應(yīng)加的線電壓有效值。 4.功率 該功率是指在額定電壓、額定頻率下滿載運行時電動機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率，即額定功率，又稱為額定容量 7.3 三相異步電動機(jī)的使用 5.電流 該電流是指電動機(jī)在額定運行(即在額定電壓、額定頻率下輸出額定功率)時,定子繞組的線電流有效值，即額定電流。標(biāo)有兩種額定電壓的電動機(jī)相應(yīng)標(biāo)有兩種額定電流值。 6.聯(lián)結(jié) 聯(lián)結(jié)是指電動機(jī)在額定電壓下，三相定子繞組應(yīng)采用的聯(lián)結(jié)方法。Y系列三相異步電動機(jī)規(guī)定額定功率在3kW及以下的為聯(lián)結(jié)，

31、4kW及以上的為聯(lián)結(jié)。銘牌上標(biāo)有兩種電壓、兩種電流的電動機(jī)，應(yīng)同時標(biāo)明Y兩種聯(lián)結(jié)。 7.3 三相異步電動機(jī)的使用 7.基本工作方式 S1表示連續(xù)工作，允許在額定情況下連續(xù)長期運行。S2表示短時工作，是指電動機(jī)工作時間短、而停車時間長的工作方式。 S3表示斷續(xù)周期工作，又叫重復(fù)短時工作，是指電動機(jī)運行與停車交替的工作方式。工作方式為短時和斷續(xù)的電動機(jī)若以連續(xù)方式工作時，必須相應(yīng)減輕其負(fù)載，否則電動機(jī)將因過熱而損壞。 8.絕緣等級 絕緣等級是按電動機(jī)所用絕緣材料允許的最高溫度來分級的，有A、E、B、F、H、C等幾個等級，如表7-2所示。 7.3 三相異步電動機(jī)的使用 表7-2 三相異步電動機(jī)的絕緣

32、等級 9.轉(zhuǎn)速 由于生產(chǎn)機(jī)械對轉(zhuǎn)速的要求不同，因此需要生產(chǎn)不同磁極數(shù)的異步電動機(jī)，所以有不同的轉(zhuǎn)速等級。最常用的是四極電動機(jī)，即n11500r/min。 在使用和選用電動機(jī)時，除了要了解其銘牌數(shù)據(jù)外，有時還要了解它的其他一些數(shù)據(jù)，如額定功率因數(shù)、額定效率等參數(shù)，一般可從產(chǎn)品資料和電工手冊中查到。 絕緣等級 AEBFHC最高允許溫度C 105 120 130 155 180 1807.3 三相異步電動機(jī)的使用 7.3.2 三相異步電動機(jī)的選擇 1.種類和型式的選擇 三相異步電動機(jī)有鼠籠式轉(zhuǎn)子和繞線式轉(zhuǎn)子兩種類型。鼠籠式異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，運行可靠，使用維護(hù)方便。如果沒有特殊要求，應(yīng)盡可

33、能采用鼠籠式異步電動機(jī)。 繞線式轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)起動轉(zhuǎn)矩大，起動電流小，并可在一定范圍內(nèi)平滑調(diào)速，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較高，使用和維護(hù)不便。所以只有在起動負(fù)載大和有一定調(diào)速要求，不能采用鼠籠式異步電動機(jī)拖動的場合，才采用繞線式轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)。 7.3 三相異步電動機(jī)的使用 生產(chǎn)機(jī)械的種類繁多，工作環(huán)境也不相同。若電動機(jī)在潮濕或含有酸性氣體的環(huán)境中工作，則繞組的絕緣很快受到侵蝕；若在灰塵很多的環(huán)境中工作，則電動機(jī)很容易臟污，致使散熱條件惡化；所以，必須生產(chǎn)各種結(jié)構(gòu)型式的電動機(jī)，以保證在不同的工作環(huán)境中能安全可靠地運行。電動機(jī)通常有下列幾種結(jié)構(gòu)類型。 (1)開啟式：在結(jié)構(gòu)上無特殊防護(hù)裝置，通風(fēng)非常良好，

34、價格便宜，常用于干燥無灰塵的場所。 (2)防護(hù)式：在機(jī)殼或端蓋下面有通風(fēng)罩，以防止鐵屑等雜物掉入。也有將外殼做成擋板狀，以防止在一定角度內(nèi)有雨水滴濺入其中，但不能防塵、防潮。適用于灰塵不多且較干燥的場所7.3 三相異步電動機(jī)的使用 (3)封閉式：封閉式的外殼嚴(yán)密封閉，電動機(jī)靠自身風(fēng)扇或外部風(fēng)扇來散熱，并在外殼帶有散熱片，能防止潮氣和灰塵進(jìn)入。在灰塵多、潮濕或含有酸性氣體的場所一般都采用此電動機(jī)。 (4)防爆式：整個電動機(jī)(包含接線端)全部嚴(yán)密封閉，常用于有爆炸性氣體的場所，例如在石油、化工企業(yè)及礦井中。 2.額定功率(容量)的選擇 電動機(jī)的額定功率是由生產(chǎn)機(jī)械所需的功率來決定的。如果額定功率選

35、得過大，不但電動機(jī)沒有充分利用，浪費了設(shè)備成本，而且電動機(jī)在輕載下工作，其運行效率和功率因數(shù)都較低，也不經(jīng)濟(jì)； 7.3 三相異步電動機(jī)的使用 但如果額定功率選得太小，將引起電動機(jī)過載，甚至堵轉(zhuǎn)，不僅不能保證生產(chǎn)機(jī)械的正常運行，還會使電動機(jī)溫升超過允許值，而過早損壞。電動機(jī)的額定功率是和一定的工作制相對應(yīng)的。在選用電動機(jī)功率時，應(yīng)考慮電動機(jī)的實際工作方式。 (1)連續(xù)工作制(S1)：對于連續(xù)工作的生產(chǎn)機(jī)械(如水泵、風(fēng)機(jī)等)，只要電動機(jī)的額定功率等于或稍大于生產(chǎn)機(jī)械所需的功率，電動機(jī)的溫升就不會超過其允許值。因此所選的電動機(jī)額定功率為 式中，PL為生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載功率；1為生產(chǎn)機(jī)械本身的效率；2為電

36、動機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械之間的傳動效率。直接連接時21，帶傳動時20.95。LN12PP 7.3 三相異步電動機(jī)的使用 (2)短時工作制(S2)：當(dāng)電動機(jī)在恒定負(fù)載下按給定時間運行而未達(dá)到熱穩(wěn)定時即行停機(jī)，這種工作制稱為短時工作制。我國規(guī)定短時工作制的標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)時間有10、30、60、90min等四種。專為短時工作制設(shè)計的電動機(jī)，其額定功率是和一定的標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)時間相對應(yīng)的。 (3)斷續(xù)周期工作制(S3)：斷續(xù)周期工作制是一種周期性重復(fù)短時運行的工作方式，每一周期包括一段恒定運行時間t1和一個停歇時間t2。標(biāo)準(zhǔn)的周期時間為10min。工作時間t1與工作周期T的比值稱為負(fù)載持續(xù)率，通常用百分?jǐn)?shù)來表示。我國規(guī)定的

37、標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)率有15、25、40和60四種，如不加說明，則以25為準(zhǔn)。 7.3 三相異步電動機(jī)的使用 3.額定電壓的選擇 電動機(jī)的額定電壓應(yīng)根據(jù)使用場所的電源電壓和電動機(jī)的類型、功率來決定。Y系列鼠籠式三相電動機(jī)都選用額定電壓為380V，單相電動機(jī)都選用額定電壓為220V。所需功率大于100kW時，可根據(jù)當(dāng)?shù)仉娫辞闆r和技術(shù)條件考慮選用3000V或6000V的高壓電動機(jī)。 4.額定轉(zhuǎn)速的選擇 電動機(jī)是用來拖動生產(chǎn)機(jī)械的，而生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速一般是由生產(chǎn)工藝的要求所決定的，通常電動機(jī)的轉(zhuǎn)速不低于500rmin。如果生產(chǎn)機(jī)械的運行速度很低，而電動機(jī)的轉(zhuǎn)速很高（轉(zhuǎn)速高的電動機(jī)體積小，價格低），則必然增加減速傳

38、動機(jī)構(gòu)的體積和成本，機(jī)械效率也因而降低。因此，必須全面考慮電動機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)各方面因素，才能確定最合適的額定轉(zhuǎn)速。7.3 三相異步電動機(jī)的使用 7.3.3 起動、調(diào)速、反轉(zhuǎn)和制動 1.起動 電動機(jī)的起動就是把電動機(jī)的定子繞組與電源接通，使電動機(jī)的轉(zhuǎn)子由靜止加速到以一定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行的過程。異步電動機(jī)在起動的最初瞬間，其轉(zhuǎn)速n0，轉(zhuǎn)差率s1，轉(zhuǎn)子電流達(dá)到最大值，和變壓器一樣，定子電流也達(dá)到最大值，約為額定電流的47倍。由轉(zhuǎn)矩TKTI2cos 2的關(guān)系可知，鼠籠式異步電動機(jī)的起動電流雖大，但由于起動時轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)很低，故起動轉(zhuǎn)矩并不大，一般起動系數(shù)只有0.82。 7.3 三相異步電動機(jī)的使用 電

39、動機(jī)起動電流雖然大，但由于起動時間很短，從發(fā)熱角度考慮沒有問題，但若起動頻繁時，由于熱量的積累，可以使電動機(jī)過熱，所以在實際操作時應(yīng)盡可能不讓電動機(jī)頻繁起動；從另一方面考慮，電動機(jī)起動電流大時，在輸電線路上造成的電壓降也大，還可能會影響同一電網(wǎng)中其他負(fù)載的正常工作 。故常采取一些措施來減小起動電流，增大起動轉(zhuǎn)矩，鼠籠式異步電動機(jī)的起動方法有以下幾種： (1)直接起動 直接起動就是將額定電壓直接加到定子繞組上使電動機(jī)起動，又叫全壓起動。直接起動的優(yōu)點是設(shè)備簡單，操作方便，起動過程短。只要電網(wǎng)的容量允許，應(yīng)盡量采用直接起動。容量在10kW以下的三相異步電動機(jī)一般都采用直接起動。 7.3 三相異步電

40、動機(jī)的使用 例如容量在10kW以下的三相異步電動機(jī)一般都采用直接起動。容量在10kW以下的三相異步電動機(jī)一般都采用直接起動。一臺電動機(jī)是否允許直接起動，各地電力部門分別有規(guī)定，例如用電單位有獨立的變壓器，則在電動機(jī)起動頻繁時，電動機(jī)容量小于變壓器容量的20時可直接起動；若電動機(jī)起動不頻繁時，它的容量小于變壓器容量的30時可直接起動；如果沒有獨立的變壓器（與照明共用），則電動機(jī)直接起動時所產(chǎn)生的電壓降不超過5時可直接起動。 此外，也可用經(jīng)驗公式來確定，若滿足下列公式，則電動機(jī)可以直接起動。 A3kVAA44kW直接起動的起動電流（ ）電源變壓器總?cè)萘浚ǎ╇妱訖C(jī)額定電流（ ）電動機(jī)功率（）7.3

41、三相異步電動機(jī)的使用 (2)降壓起動 如果鼠籠式異步電動機(jī)的額定功率超出了允許直接起動的范圍，則應(yīng)采用降壓起動。所謂降壓起動，就是借助起動設(shè)備將電源電壓適當(dāng)降低后加在定子繞組上進(jìn)行起動，待電動機(jī)轉(zhuǎn)速升高到接近穩(wěn)定時，再使電壓恢復(fù)到額定值，轉(zhuǎn)入正常運行。 降壓起動時，由于電壓降低，電動機(jī)每極磁通量減小，故轉(zhuǎn)子電動勢、電流以及定子電流均減小，避免了電網(wǎng)電壓的顯著下降。但由于電磁轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比，因此降壓起動時的起動轉(zhuǎn)矩將大大減小，一般只能在電動機(jī)空載或輕載的情況下起動，起動完畢后再加上機(jī)械負(fù)載。7.3 三相異步電動機(jī)的使用 目前常用的降壓起動方法有三種： Y降壓起動：Y起動就是把正常工作

42、時定子繞組為三角形聯(lián)結(jié)的電動機(jī)，在起動時接成星形，待電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升后，再換接成三角形。圖7-14（a）、（b）分別為定子繞組的星形聯(lián)接和三角形聯(lián)接，Z為起動時每相繞組的等效阻抗。 用Y降壓起動時的電流為直接起動時的 ， IlY Il。 由于電磁轉(zhuǎn)矩與定子繞組相電壓的平方成正比，所以用 Y起動時的起動轉(zhuǎn)矩為直接起動時的 ，TstY Tst。 313131317.3 三相異步電動機(jī)的使用 自耦變壓器降壓起動：自耦變壓器降壓起動時，三相交流電源接入自耦變壓器的原繞組，而電動機(jī)的定子繞組則接到自耦變壓器的副繞組，這時電動機(jī)得到的電壓低于電源電壓，因而減小了起動電流。待電動機(jī)轉(zhuǎn)速升高接近穩(wěn)定時，再切除自

43、耦變壓器，讓定子繞組直接與電源相聯(lián)。 自耦變壓器備有不同的抽頭，以便得到不同的電壓（例如為電源電壓的73、64、55或80、60、40兩種）根據(jù)對起動轉(zhuǎn)矩的要求而選用。 自耦變壓器降壓起動時， 電動機(jī)定子電壓降為直接起動時的 (Ku為電壓比)，定 子電流(即變壓器副繞組電流)也降為直接起動時的 ，u1Ku1K7.3 三相異步電動機(jī)的使用 因而變壓器原繞組電流則要降為直接起動時的 ；由于 電磁轉(zhuǎn)矩與外加電壓的平方成正比，故起動轉(zhuǎn)矩也降低為 直接起動時的 。 軟起動：軟起動起動時通過軟起動器(一種晶閘管調(diào)壓裝置)使電壓從某一較低值逐漸上升至額定值，起動完畢后再用旁路接觸器 (一種電磁開關(guān))使電動機(jī)

44、正常運行。在軟起動過程中，電壓平穩(wěn)上升的同時，起動電流被限制在(150200)%IN以下，這樣就減小甚至消除了電動機(jī)起動時對電網(wǎng)電壓的影響。2u1K2u1K7.3 三相異步電動機(jī)的使用 (3)繞線式轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的起動 對于繞線式轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)可以采用轉(zhuǎn)子加起動變阻器的方法起動。起動時先將起動變阻器的阻值調(diào)至最大，轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)后，隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸減小電阻，待轉(zhuǎn)速接近額定值時，把起動變阻器短接，使電動機(jī)正常運行。 在轉(zhuǎn)子電路中增加電阻，即會減小轉(zhuǎn)子電流I2，從而也減小了定子電流I1，同時又可提高起動轉(zhuǎn)矩Tst?？梢娎@線式轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)的起動性能優(yōu)于鼠籠式異步電動機(jī)，所以在起動頻繁、要求有較大

45、起動轉(zhuǎn)矩的生產(chǎn)機(jī)械上(如起重設(shè)備、卷揚機(jī)、鍛壓機(jī)及轉(zhuǎn)爐等)常采用繞線式轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)。7.3 三相異步電動機(jī)的使用 2.調(diào)速 調(diào)速是指在電動機(jī)負(fù)載不變的情況下人為地改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足生產(chǎn)過程的要求。由于異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速可 表示為：n（1s）n1（1s） ，可得異步電動機(jī)有三種方法來實現(xiàn)調(diào)速。 (1)變頻調(diào)速 改變?nèi)喈惒诫妱訖C(jī)的電源頻率，可以得到平滑的調(diào)速。進(jìn)行變頻調(diào)速，需要一套專用的變頻設(shè)備 ，它主要由整流器和逆變器組成，如圖7-15所示。連續(xù)改變電源頻率可以實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速，而且電動機(jī)的機(jī)械特性的硬度基本不變，這是一種比較理想的調(diào)速方法，近年來發(fā)展很快，正得到越來越多的應(yīng)用。 p

46、f1607.3 三相異步電動機(jī)的使用 (2)變極調(diào)速 改變異步電動機(jī)定子繞組的聯(lián)結(jié)，可以改變磁極對數(shù)，從而得到不同的轉(zhuǎn)速。由于磁極對數(shù)p只能成倍地變化，所以這種調(diào)速方法不能實現(xiàn)無級調(diào)速。為了得到更多的轉(zhuǎn)速，可在定子上安裝兩套三相繞組，每套都可以改變磁極對數(shù)，采用適當(dāng)?shù)穆?lián)結(jié)方式，就有三種或四種不同的轉(zhuǎn)速。 (3)變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是在不改變同步轉(zhuǎn)速n1條件下的調(diào)速，是通過轉(zhuǎn)子電路中串接調(diào)速電阻(和起動電阻一樣接入)來實現(xiàn)的，通常只用于繞線式轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)。轉(zhuǎn)子電路串接的電阻越大，轉(zhuǎn)差率s上升，則轉(zhuǎn)速n下降，此時Tmax是否改變？7.3 三相異步電動機(jī)的使用 3.反轉(zhuǎn) 三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子

47、轉(zhuǎn)向取決于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向。因此，要使電動機(jī)反轉(zhuǎn)，只要將接在定子繞組上的三根電源線中的任意兩根對調(diào)，即改變電動機(jī)電流的相序，使旋轉(zhuǎn)磁場反向，電動機(jī)也就反轉(zhuǎn)。 4.制動 當(dāng)電動機(jī)的定子繞組斷電后，轉(zhuǎn)子及拖動系統(tǒng)因慣性作用，總要經(jīng)過一段時間才能停轉(zhuǎn)。但某些生產(chǎn)機(jī)械要求能迅速停機(jī)，以便縮短輔助工時，提高生產(chǎn)機(jī)械的生產(chǎn)率和安全度，為此需要對電動機(jī)進(jìn)行制動，也就是使轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩與其旋轉(zhuǎn)方向相反，即為制動轉(zhuǎn)矩。7.3 三相異步電動機(jī)的使用 制動方法有機(jī)械制動和電氣制動兩類。機(jī)械制動通常利用電磁鐵制成的電磁制動器來實現(xiàn)。電動機(jī)起動時電磁制動器線圈同時通電，電磁鐵吸合，使制動閘瓦松開；電動機(jī)斷電時，制動器線圈同

48、時斷電，電磁鐵釋放，在彈簧作用下，制動閘瓦把電動機(jī)轉(zhuǎn)子緊緊抱住，實現(xiàn)制動。起重機(jī)械采用這種方法制動不但提高了生產(chǎn)效率，還可以防止在工作過程中因突然斷電使重物落下而造成的事故。電氣制動是在電動機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生制動電磁轉(zhuǎn)矩來制動。常用的電氣制動方法有以下幾種。 (1)能耗制動 切斷電動機(jī)電源后，把轉(zhuǎn)子及拖動系統(tǒng)的動能轉(zhuǎn)換為電能在轉(zhuǎn)子電路中以熱能形式迅速消耗掉的制動方法，稱為能耗制動。 7.3 三相異步電動機(jī)的使用 其實施方法是在定子繞組切斷三相電源后，立即通入直流電，電路如圖7-16所示，這時在定子與轉(zhuǎn)子之間形成固定的磁場。設(shè)轉(zhuǎn)子因機(jī)械慣性按順時針方向旋轉(zhuǎn)，根據(jù)右手定則和左手定則不難確定這時的轉(zhuǎn)子

49、電流與固定磁場相互作用產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為逆時針方向，所以是制動轉(zhuǎn)矩。在此制動轉(zhuǎn)矩作用下，電動機(jī)將迅速停轉(zhuǎn)。 (2)反接制動 改變電動機(jī)三相電流的相序，把電動機(jī)與電源聯(lián)接的三根導(dǎo)線任意對調(diào)兩根，使電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)的制動方法稱為反接制動。7.3 三相異步電動機(jī)的使用 反接制動電路如圖7-17所示，轉(zhuǎn)子由于慣性仍在原方向轉(zhuǎn)動，由于受反向旋轉(zhuǎn)磁場作用，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流、電磁力都反向，所以此時產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向與電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向相反，因而起制動作用。當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速接近于零時，再把電源切斷，否則電動機(jī)將會反轉(zhuǎn)。 (3)發(fā)電反饋制動 電動機(jī)運行中，當(dāng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n超過旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1時，此時電動機(jī)猶

50、如一個感應(yīng)發(fā)電機(jī)，由于旋轉(zhuǎn)磁場的方向未變，而nn1，所以轉(zhuǎn)子切割磁場改變了方向，轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流方向也變了，相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩也為制動轉(zhuǎn)矩，如圖7-18所示，此時電動機(jī)將機(jī)械能變成電能反饋給電網(wǎng)。 返回7.4 單相異步電動機(jī) 使用單相交流電源的異步電動機(jī)稱為單相異步電動機(jī)。單相異步電動機(jī)的工作原理與三相異步電動機(jī)相仿，其轉(zhuǎn)子一般都是鼠籠式的，其定子繞組通入交流電同樣會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，從而形成電磁轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。 單相異步電動機(jī)的特點在于定子繞組通入的是單相交流電，所產(chǎn)生的是一個空間位置固定不變，而大小和方向隨時間作正弦變化的脈動磁場。由于脈動磁場不能旋轉(zhuǎn)，但它可以分解為兩個大小相等（包括磁感應(yīng)強(qiáng)度和旋轉(zhuǎn)的角速度）