第五章異步電動機

1、淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系第五章第五章 異步電動機異步電動機5.1 異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理5.2 異步電動機的運行分析5.3 三相異步電動機的機械特性5.5 三相異步電動機參數(shù)的測定5.4 三相異步電動機的工作特性5.7 單相異步電動機5.6 三相異步電動機的起動、制動與調(diào)速淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系5.1 5.1 異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理5.1.1 5.1.1 異步電動機的主要用途和分類異步電動機的主要用途和分類一、異步電機主要用作電動機，去拖動各種生產(chǎn)機械。 異步電動機的優(yōu)點優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、價格低廉、運行可靠、堅固耐用、運行效率較高和具有適用的工作

2、特征。 異步電動機的缺點缺點:功率因數(shù)較差。異步電動機運行時，必須從電網(wǎng)里吸收落后性的無功功率，它的功率因數(shù)總是小于。二、異步電動機的種類很多，從不同角度看，有不同的分類法： （1）按定子相數(shù)分有 單相異步電動機； 兩相異步電動機； 三相異步電動機。 （2）按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分有 繞線式異步電動機； 鼠籠式異步電動機。后者又包括單鼠籠異步電動機、雙鼠籠異步電動機和深槽式異步電動機。 此外，根據(jù)電機定子繞組上所加電壓的大小，又有高壓異步電動機、低壓異步電動機之分。從其它角度看，還有高起動轉(zhuǎn)矩異步電機、高轉(zhuǎn)差率異步電機、高轉(zhuǎn)速異步電機等等。淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系5.1.2 異步電動機的主要結(jié)構(gòu)異步電動

3、機的主要結(jié)構(gòu)異步電動機在結(jié)構(gòu)上主要由定子、轉(zhuǎn)子、氣隙組成。異步電動機在結(jié)構(gòu)上主要由定子、轉(zhuǎn)子、氣隙組成?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學院機電工程系 一、異步電動機的定子一、異步電動機的定子： 異步電動機的定子是由機座、定子鐵心和定子繞組三個部分組成的。 1、定子鐵心定子鐵心：是電動機磁路的一部分，裝在機座里。為了降低定子鐵心里的鐵損耗，定子鐵心用用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成的，在硅鋼片的兩面還應途上絕緣漆。下圖所示為定子槽,其中(a)是開口槽，用于大、中型容量的高壓異步電動機中；(b)是半開口槽，用于中型500V以下的異步電動機中；(c)是半閉口槽，用于低壓小型異步電動機中?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學院機電工程系3、機

4、座機座：主要是為了固定與支撐定子鐵心。如果是端蓋軸承電機，還要支撐電機的轉(zhuǎn)子部分。因此，機座應有足夠的機械強度和剛度。對中、小型異步電動機，通常用鑄鐵機座。對大型電機，一般采用鋼板焊接的機座，整個機座和座式軸承都固定在同一個底板上。2、定子繞組定子繞組： 高壓大、中型容量的異步電動機定子繞組常采用Y接，只有三根引出線，如圖(a)所示。對中、小容量低壓異步電動機，通常把定子三相繞組的六根出線頭都引出來，根據(jù)需要可接成Y形或形，如圖(b)所示。定子繞組用絕緣的銅（或鋁）導線繞成，嵌在定子槽內(nèi)?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學院機電工程系三、異步電動機的轉(zhuǎn)子：三、異步電動機的轉(zhuǎn)子： 異步電動機的轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子

5、繞組和轉(zhuǎn)軸組成的 。 1、轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心：是電動機磁路的一部分，它用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成。鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上，整個轉(zhuǎn)子的外表呈圓柱形。 2、轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組：分為籠型和繞線型兩類。 1）籠型轉(zhuǎn)子：籠型繞組是一個自己短路的繞組。在轉(zhuǎn)子的每個槽里放上一根導體，在鐵心的兩端用端環(huán)連接起來，形成一個短路的繞組。如果把轉(zhuǎn)子鐵心拿掉，則可看出，剩下來的繞組形狀像個松鼠籠子，如圖（a) 所示，因此又叫鼠籠轉(zhuǎn)子。導條的材料有用銅的，也有用鋁的。二、氣隙：二、氣隙： 異步電動機的氣隙比同容量直流電動機的氣隙小得多，在中、小型異步電動機中，氣隙一般為0.21.5mm左右?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學院機電工程

6、系 2）繞線型轉(zhuǎn)子：繞線型轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)嵌放有用絕緣導線組成的三相繞組，一般都聯(lián)接成Y形。轉(zhuǎn)子繞組的三條引線分別接到三個滑環(huán)上，用一套電刷裝置引出來，如圖所示。這就可以把外接電阻串聯(lián)到轉(zhuǎn)子繞組回路里去，以改善電動機的啟動性能或調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速。 與籠型轉(zhuǎn)子相比較，繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)稍復雜，價格稍貴，因此只在要求起動電流小，起動轉(zhuǎn)距大，或需平滑調(diào)速的場合使用?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學院機電工程系 三相異步電動機的銘牌上標明電機的型號、額定數(shù)據(jù)等。一、異步電動機的型號一、異步電動機的型號： 電機產(chǎn)品的型號一般采用大寫印刷體的漢語拼音字母和阿拉伯數(shù)字組成。其中漢語拼音字母是根據(jù)電機的全名稱選擇有代表意義的漢字，再用該

7、漢字的第一個拼音字母組成。例如Y系列三相異步電動機表示如下： Y 100 L 1 2 異步電動機 極數(shù) 鐵心長度代號 機座中心高 機座長度代號5.1.3 異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系我國生產(chǎn)的異步電動機種類很多，下面列出一些常見的產(chǎn)品系列。Y系列為小型鼠籠全封閉自冷式三相異步電動機。用于金屬切削機床、通用機械、礦山機械、農(nóng)業(yè)機械等。也可用于拖動靜止負載或慣性負載較大的機械，如壓縮機、傳送帶、磨床、錘擊機、粉碎機、小型起重機、運輸機械等。JQ2 和JQO2系列是高起動轉(zhuǎn)矩異步電動機，用在起動靜止負載或慣性負載較大的機械上。JQ2 是防護式和JQO2是封閉式的

8、。JS系列是中型防護式三相鼠籠異步電動機。JR系列是防護式三相繞線式異步電動機。用在電源容量小、不能用同容量鼠籠式電動機起動的生產(chǎn)機械上。JSL2 和JRL2系列是中型立式水泵用的三相異步電動機，其中JSL2 是鼠籠式，JRL2是繞線式。JZ2 和JZL2系列是起重和冶金用的三相異步電動機，JZ2是鼠籠式，JZL2是繞線式。JD2 和JDO2系列是防護式和封閉式多速異步電動機。BJO2 系列是防爆式鼠籠異步電動機。JPZ系列是旁磁式制動異步電動機。JZZ系列是錐形轉(zhuǎn)子制動異步電動機。JZT系列是電磁調(diào)速異步電動機。其他類型的異步電動機可參閱產(chǎn)品目錄?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學院機電工程系Ncos二、異步電

9、動機的額定值二、異步電動機的額定值：異步電動機的額定值包含下列內(nèi)容：異步電動機的額定值包含下列內(nèi)容：（1）額定功率 PN 指電動機在額定運行時軸上輸出的機械功率，單位是kw。（2）額定電壓 UN 指額定運行狀態(tài)下加在定子繞組上的線電壓，單位為V。（3）額定電流IN 指電動機在定子繞組上加額定電壓、軸上輸出額定功率時，定子繞組中的線電流，單位為A。（4）額定頻率f 指我國規(guī)定工業(yè)用電的頻率是50Hz。（5）額定轉(zhuǎn)速n 指電動機定子加額定頻率的額定電壓，且軸端輸出額定功率時電機的轉(zhuǎn)速，單位為r/min 。（6）額定功率因數(shù) 指電動機定子加額定負載時，定子邊的功率因數(shù)?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學院機電工程系5.

10、1.4 5.1.4 異步電動機的工作原理異步電動機的工作原理 三相異步電動機定子接三相電源后，電機內(nèi)便形成圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢，圓形旋轉(zhuǎn)磁密，設(shè)其方向為逆時針轉(zhuǎn)，如圖所示。若轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子鼠籠導條與旋轉(zhuǎn)磁密有相對運動，導條中有感應電動勢e，方向由右手定則確定。由于轉(zhuǎn)子導條彼此在端部短路，于是導條中有電流，不考慮電動勢與電流的相位差時，電流方向同電動勢方向。這樣，導條就在磁場中受力f，用左手定則確定受力方向，如圖所示。動畫淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系 轉(zhuǎn)子受力，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩T，為電磁轉(zhuǎn)矩，方向與旋轉(zhuǎn)磁動勢同方向，轉(zhuǎn)子便在該方向上旋轉(zhuǎn)起來。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后，轉(zhuǎn)速為n，只要nn1（n1為旋轉(zhuǎn)磁動勢同步轉(zhuǎn)速），轉(zhuǎn)子導條

11、與磁場仍有相對運動，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時相同方向的電動勢、電流及受力，電磁轉(zhuǎn)矩T仍舊為逆時針方向，轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，穩(wěn)定運行在T=TL情況下。11nnns轉(zhuǎn)差率是異步電機的一個基本物理量，它反映電機的各種運行情況。 轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動時，; 1,0sn電機理想空載時，.0,1snn作為電動機，轉(zhuǎn)速在10n范圍內(nèi)變化，轉(zhuǎn)差率在01范圍內(nèi)變化。負載越大，轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)差率越大；反之，轉(zhuǎn)差率越小。轉(zhuǎn)差率的大小能夠反映電機的轉(zhuǎn)速大小或負載大小。電機的轉(zhuǎn)速為：1)1 (nsn 額定運行時，轉(zhuǎn)差率一般在0.010.06之間，即電機轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速。sn)nn(nn為轉(zhuǎn)差率的比值稱與同步轉(zhuǎn)速之差和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速111淮北職

12、業(yè)技術(shù)學院機電工程系異步電機的三種運行狀態(tài)根據(jù)轉(zhuǎn)差率的大小和正負,異步電機有三種運行狀態(tài)機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡姍C械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苣茈娔芎蜋C械能變電能和機械能變成內(nèi)能成內(nèi)能電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能械能能量關(guān)系制動制動制動制動驅(qū)動驅(qū)動電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)速外力使電機快速旋轉(zhuǎn)外力使電機沿磁場反方向旋轉(zhuǎn)定子繞組接對稱10nn 0n1nn 10 s1s0s狀態(tài)狀態(tài)電動電動電磁制動電磁制動發(fā)電發(fā)電實現(xiàn)淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系5.2 5.2 異步電動機的運行分析異步電動機的運行分析5.2.15.2.1 三相異步電動機轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)子繞組開路時的電磁關(guān)系三相異步電動機轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)子繞組開路時的電磁關(guān)系 正常情況下，電機

13、轉(zhuǎn)子總是旋轉(zhuǎn)的，但是為了分析問題的方便，在這里我們首先從轉(zhuǎn)子靜止出發(fā)進行分析。一、正方向的規(guī)定：一、正方向的規(guī)定：淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系二、二、 磁通及磁動勢：磁通及磁動勢：1、勵磁磁動勢：我們給異步電動機通入對稱的三相交流電時，將會在氣隙中會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)的氣隙磁場，這個旋轉(zhuǎn)的磁場會同時切割定轉(zhuǎn)子繞組，這樣，在兩個繞組內(nèi)會產(chǎn)生相應的感應電動勢，但是由于轉(zhuǎn)子繞組是開路的所以，沒有電流，即沒有磁動勢，由此可見，在這種情況下，整個氣隙磁場全部是由定子繞組內(nèi)的三相對稱電流產(chǎn)生，為此，定子磁動勢又叫勵磁磁動勢，定子電流亦叫勵磁電流。 而由于整個分析過程是完全對稱的，所以我們在分析時僅以A相為例來進行

14、講解?？梢?，由電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場的磁動勢的特點是：1）幅值：2）轉(zhuǎn)向：逆時針轉(zhuǎn)向。A1B1C13）轉(zhuǎn)速：相對于定子繞組以角頻率 旋轉(zhuǎn)。4）瞬間位置：正如前面所分析的，當A相電流達到正最大 時，他所對應的磁動勢也達到正最大。011022423IpkNFN60/211pn淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系 轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)的三相異步電機，相當于一臺副邊開路的三相變壓器，其轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)的三相異步電機，相當于一臺副邊開路的三相變壓器，其中定子繞組是原繞組，轉(zhuǎn)子繞組是副繞組，只是在磁路中，異步電機定、中定子繞組是原繞組，轉(zhuǎn)子繞組是副繞組，只是在磁路中，異步電機定、轉(zhuǎn)子鐵心中多了一個空氣隙磁路而已。轉(zhuǎn)子鐵心中多了一個空氣隙磁

15、路而已。2、主磁通和漏磁通： 主磁通主磁通：同時交鏈定子、轉(zhuǎn)子、氣隙構(gòu)成閉和回路的磁通，氣隙里每極主磁通量用1 表示； 漏磁通漏磁通：只交鏈定子繞組就形成閉合回路，用 表示。1淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系 由于氣隙是均勻的，勵磁磁動勢F0產(chǎn)生的主磁通1所對應的氣隙磁密是一個在氣隙中旋轉(zhuǎn)、在空間按正弦分布的磁密。用空間向量表示為 ， 的位置載其最大值處， 為是氣隙磁密的最大值。氣隙里每極主磁通為： 氣隙磁密和勵磁磁動勢同方向，這是因為磁動勢達到最大值時，該處的磁密也為最大。（不考慮磁滯、渦流的影響） BBBlB21三、感應電動勢三、感應電動勢: 旋轉(zhuǎn)磁場同時切割定轉(zhuǎn)子繞組,在定、轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)將會產(chǎn)生

16、感應電動勢E1、E2。 定子、轉(zhuǎn)子每相電動勢之比叫電壓變比，用ke表示，即:1111144.4NkNfE1221244.4NkNfE221121NNekNkNEEk淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系四、勵磁電流：四、勵磁電流： 和前面分析變壓器的情況是一樣的，勵磁電流也是由IFe 和I兩分量組成。IIIFe0 有功分量IFe很小，因此 領(lǐng)先 一個不大的角度。在時間空間向量圖上， 與 相位相同，與 相位一樣， 和 領(lǐng)先 一個不大的角度。OIIOIOFBIOIOF五、電壓方程式：五、電壓方程式： 從前面的圖中，我們可以得到相應的電動勢平衡方程式，但是在這里需要注意的一點是：定子繞組的漏磁通在定子繞組內(nèi)也會

17、產(chǎn)生一個電動勢，我們稱之為定子漏電動勢，用 表示，所以，電壓方程式為：1E101xI jE11011ERIEU10101xI jRIE)(1101jxRIE101ZIE式中Z1=R1+j 為定子一相繞組的漏阻抗。1x淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系六、等值電路：六、等值電路： 與三相變壓器空載時一樣，異步電動機也能找出并聯(lián)或串聯(lián)的等值電路。已知：于是，電壓平衡方程為 mmmZIjxRIE00111011jxRIEU1100jxRIjxRImm10ZZIm所以，可得等值電路等值電路如右圖示：轉(zhuǎn)子回路電壓方程為：轉(zhuǎn)子回路電壓方程為：22EU淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系一、磁動勢和磁通一、磁動勢和磁通:1、

18、磁動勢磁動勢: 異步電動機轉(zhuǎn)子被短路的情況和變壓器副邊短路的情況類似。由于轉(zhuǎn)子被短路,所以,當在定子繞組內(nèi)通入三相對稱電流后,產(chǎn)生的沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)的磁場,不僅在定子繞組內(nèi)產(chǎn)生磁動勢,在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)也會產(chǎn)生磁動勢。5.2.25.2.2 三相異步電動機轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系三相異步電動機轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系 在三相對稱的轉(zhuǎn)子繞組里流過三相對稱電流 時，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子空間旋轉(zhuǎn)磁動勢 的特點： 1）幅值： 2）轉(zhuǎn)向：假設(shè)氣隙旋轉(zhuǎn)磁密是逆時針方向旋轉(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應產(chǎn)生的電動勢及電流的相序就應為A2B2C2。2F222222423IPkNFN 3）轉(zhuǎn)速：相對于轉(zhuǎn)子繞組為 注意：注意：現(xiàn)在定轉(zhuǎn)子被同一個磁通所

19、交鏈，所以產(chǎn)生的電流的頻率是相等的。11226060npfpfn2I淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系 可見，轉(zhuǎn)子繞組短路的三相異步電機，作用在磁路上的磁動勢有兩個：一為定子旋轉(zhuǎn)磁動勢；一為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢。由于它們的旋轉(zhuǎn)方向相同，轉(zhuǎn)速又相等，只是一前一后地旋轉(zhuǎn)著，我們稱它們?yōu)橥叫D(zhuǎn)。 既然它們是同步旋轉(zhuǎn)，又作用在同一個磁路上，把它們按向量的關(guān)系加起來，得到合成的磁動勢仍用 表示。即:0F021FFF 這個合成的旋轉(zhuǎn)磁動勢 ，才是產(chǎn)生氣隙每極主磁通 的磁動勢。主磁通 在定、轉(zhuǎn)子相繞組里感應電動勢 和 。0F111E2E2、漏磁通漏磁通：這種情況下,除定子側(cè)的漏磁通外,轉(zhuǎn)子側(cè)也要產(chǎn)生漏磁通,表現(xiàn)為注意注

20、意：變壓器中的主磁通是脈振的，變壓器中的主磁通是脈振的， 是它的最大振幅。在異步電動機是它的最大振幅。在異步電動機中，氣隙里主磁通的卻是旋轉(zhuǎn)的，它對應的磁密波沿氣隙圓周方向是正中，氣隙里主磁通的卻是旋轉(zhuǎn)的，它對應的磁密波沿氣隙圓周方向是正弦分布的，以同步轉(zhuǎn)速相對于定子旋轉(zhuǎn)，弦分布的，以同步轉(zhuǎn)速相對于定子旋轉(zhuǎn)， 表示氣隙里每極的磁通量。表示氣隙里每極的磁通量。2x11淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系二、定轉(zhuǎn)子回路方程二、定轉(zhuǎn)子回路方程:1、定子回路的電壓方程：、定子回路的電壓方程：)(11111jxrIEU2、轉(zhuǎn)子回路的方程：、轉(zhuǎn)子回路的方程： 根據(jù)前面的分析可知: 式中: 為轉(zhuǎn)子繞組的一相漏阻抗。

21、轉(zhuǎn)子相電流為:2222222)(0zIEjxrIE222jxrz2222222222jexrEjxrEI淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系222rxarctg 式中： 為轉(zhuǎn)子繞組回路的功率因數(shù)角。 顯然，上式中的轉(zhuǎn)子側(cè)的感應電動勢和電流、電抗等的頻率都是 ，轉(zhuǎn)子電流在相位上滯后與電動勢 時間電角度。根據(jù)定、轉(zhuǎn)子磁動勢合成關(guān)系，有： 或改寫成： 212ff2021FFF 可見，當轉(zhuǎn)子側(cè)電流不為零時，它也會產(chǎn)生一個磁動勢，而此時定子側(cè)的磁動勢此時變成了 ，這就可以認為定子旋轉(zhuǎn)磁動勢里包含著兩個分量：一個分量是大小等于 ，而方向與 相反，用 表示，它的作用是抵消轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢對主磁通的影響；另一個分量就是勵

22、磁磁動勢 。它是用來產(chǎn)生氣隙旋轉(zhuǎn)磁密的。由于這種情況下定子磁動勢已變?yōu)?了，定子繞組里的電流也就變?yōu)?了。)(201FFF2F2F2F0F1I1F)(201FFF淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系三、轉(zhuǎn)子繞組的折合（折算）：三、轉(zhuǎn)子繞組的折合（折算）： 從前面的分析我們可以看出，分別對定轉(zhuǎn)子進行分析太過麻煩，異步電動機定、轉(zhuǎn)子之間沒有電路上的聯(lián)結(jié)，只有磁路的聯(lián)系，這點和變壓器的情況相類似 ，所以在這里我們?nèi)圆捎谜鬯愕姆椒?，把轉(zhuǎn)子折算到定子側(cè)，用一個新轉(zhuǎn)子，它的相數(shù)、每相串聯(lián)匝數(shù)以及繞組系數(shù)都分別和定子的一樣（三相、 、 ）。1N1Nk 但是關(guān)鍵的一點是：要保證轉(zhuǎn)子側(cè)在折算前后對整個磁場的影響不能發(fā)生改

23、變，即折算前后轉(zhuǎn)子的總視在功率、有功功率、轉(zhuǎn)子的銅耗和漏磁場儲能均保持不變。簡單的說就是轉(zhuǎn)子側(cè)的磁動勢沒有改變，不影響定子邊。 根據(jù)定、轉(zhuǎn)子磁通勢的關(guān)系： 可以寫成021FFF2222111224222423IpkNmIpkNNN01122423IpkNN淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系可得：2112222224232242IpkNIpkNmNN令2111112242322423IpkNIpkNNN01122423IpkNN021III可簡化為：而折算前后的電流的關(guān)系為：211222213IkIkNkNmIiNNeNNikmkNmkNIIk2222112233稱為電流變比電流變比。 式中 是轉(zhuǎn)子繞組

24、的相數(shù)，只有繞線式三相異步電動機轉(zhuǎn)子繞組是三相，鼠籠式異步電動機轉(zhuǎn)子繞組一般不是三相，而是 相。 經(jīng)過折算，從表面上看，好像定、轉(zhuǎn)子之間真的在電路上有了聯(lián)系。 2m2m淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系 這樣就可以對相關(guān)的量進行折算，折算后的量我們?nèi)坑谩啊眮肀硎尽?轉(zhuǎn)子回路的電壓方程：)(2222x jrIEo)(22222222jxrkkkIEkIEx jrzieie22xkjkrkkieie折合后轉(zhuǎn)子漏阻抗與折合前轉(zhuǎn)子漏阻抗的關(guān)系為：22rkkrie22xkkxie222222rkkxkkarctgrxarctgieie折合前后的功率關(guān)系（轉(zhuǎn)子銅耗、無功功率）不變?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學院機電工程系四、

25、基本方程式、等值電路和相量圖：四、基本方程式、等值電路和相量圖：整理可得基本方程式基本方程式為：)(11111jxrIEU)(01mmjxrIE021222221)(IIIx jrIEEE由此可畫出其等值電路、相量圖等值電路、相量圖為： 淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系5.2.3 5.2.3 三相異步電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系三相異步電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系一、轉(zhuǎn)差率一、轉(zhuǎn)差率： 當轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速 開始旋轉(zhuǎn)時，氣隙磁場不再以同步轉(zhuǎn)速 切割轉(zhuǎn)子繞組，同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之間有一個同方向的相對運動，即此時的氣隙磁場是以一個 切割轉(zhuǎn)子繞組：n1nnn 111nnnss是一個沒有量綱的數(shù)，它的大是一個沒有量綱的

26、數(shù)，它的大小也能反映電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。小也能反映電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。 二、轉(zhuǎn)子電動勢二、轉(zhuǎn)子電動勢： 當異步電動機轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速 恒速運轉(zhuǎn)時，此時一些相應的物理量將要結(jié)合轉(zhuǎn)差率發(fā)生相應的變化轉(zhuǎn)子回路的電壓方程式為：n)(2222sssjxRIE淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系nnn12sfnnnpnnnppnf11111226060)(601222244. 4NskNfE2122144.4sEkNsfN上式表明：當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，每相感應電動勢與轉(zhuǎn)差率s成正比。 轉(zhuǎn)子漏抗 是對應轉(zhuǎn)子頻率時的漏電抗。它與轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子漏電抗 (對應于頻率 Hz)的關(guān)系為： = ssx2501f2xsx22x正常運行的異步電動機

27、，22xxs淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系三、定、轉(zhuǎn)子磁動勢及磁動勢關(guān)系：三、定、轉(zhuǎn)子磁動勢及磁動勢關(guān)系： 下面對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，定、轉(zhuǎn)子繞組電流產(chǎn)生的空間合成磁動勢進行分析。 1、定子磁動勢、定子磁動勢 ：同前 2、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢 ： （1）幅值：1F2FsNIpkNF222222423 （2）轉(zhuǎn)向：由于現(xiàn)在的氣隙磁場在切割轉(zhuǎn)子繞組時僅是切割速度發(fā)生了變化，而它的旋轉(zhuǎn)方向并沒有發(fā)生改變，所以此時是以 的速度沿逆時針方向切割轉(zhuǎn)子繞組，因此產(chǎn)生電流的相序仍然是 ，由轉(zhuǎn)子電流入產(chǎn)生的三相合成旋轉(zhuǎn)磁動勢的轉(zhuǎn)向，相對于轉(zhuǎn)子繞組而言，仍為逆時針方向旋轉(zhuǎn)。 （3）轉(zhuǎn)速：222CBA11226060

28、snpsfpfn)(1nn （4）瞬間位置：當轉(zhuǎn)子繞組哪相電流達正最大值時，正好位于該相繞組的軸線上。淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系 3、合成磁動勢：、合成磁動勢： （1）幅值：關(guān)于定、轉(zhuǎn)子磁勢的幅值，不因站在定子上看而有什么改變，仍為前面分析的結(jié)果。 （2）轉(zhuǎn)向：二者的轉(zhuǎn)向相對于定子都為逆時針方向旋轉(zhuǎn)。 （3）轉(zhuǎn)速：相對與定子繞組而言，定子磁動勢 的轉(zhuǎn)為 ，而轉(zhuǎn)子我們分開看，首先轉(zhuǎn)子磁動勢相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為 ，而轉(zhuǎn)子本身又是以轉(zhuǎn)速 n n 旋轉(zhuǎn)，為此站在定子上看轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢的轉(zhuǎn)速則為于是，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢相對于定子繞組的轉(zhuǎn)速為： 1F1n2nnn 2nsnnn121111nnnnnn0F021F

29、FF 可見，轉(zhuǎn)子磁動勢和定子磁動勢的轉(zhuǎn)速在空間總是等于同步轉(zhuǎn)速，始終保持相對靜止，即定、轉(zhuǎn)子磁勢之間沒有相對運動！所以，感應電機在任何異步轉(zhuǎn)速下均能產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，并實現(xiàn)機電能量轉(zhuǎn)換。所以，合成的總磁動勢仍用 來表示。即淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系四、轉(zhuǎn)子繞組頻率的折合四、轉(zhuǎn)子繞組頻率的折合: 通過對轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的分析可知,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后,轉(zhuǎn)子頻率的大小僅僅影響轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢相對于轉(zhuǎn)子本身的轉(zhuǎn)速 ,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢相對于定子的轉(zhuǎn)速永遠為同步轉(zhuǎn)速,與轉(zhuǎn)子電流的頻率無關(guān),另外,定轉(zhuǎn)子之間是通過磁動勢相聯(lián)系的,所以只要保持轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢的大小不變,至于電流的頻率是多少無所謂.根據(jù)這個概念,我們對下式進行變換

30、:2n2222222jsxrEsjxrEIsss2222IjxsrEsrxarctgrsxrxarctgs2222222arg 同時，在頻率變換的過程中，除了電流有效值保持不變外，轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)角也沒有發(fā)生任何變化。即淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系 由此可見,頻率折算是用一個靜止的電阻為 的等效轉(zhuǎn)子去代替電阻為r r2的實際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子,等效轉(zhuǎn)子將與實際轉(zhuǎn)子具有相同的轉(zhuǎn)子磁動勢。sR2 而把上式得到的電阻的形式再進行變形，分解成 ，很明顯和轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時相比，轉(zhuǎn)子側(cè)多了一個電阻。2221rssrsr 此時，轉(zhuǎn)子電路雖然經(jīng)過這種變換，但是從定子邊看轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢并沒有發(fā)現(xiàn)任何不同，兩個情況下產(chǎn)生的磁通

31、勢的幅值大小是完全一樣的，這就是轉(zhuǎn)子電路的頻率折算，即：把轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時實際頻率為f2的電路，變成了轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)、頻率為f1的電路。 我們知道在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時有機械能產(chǎn)生，在經(jīng)過了頻率折算后，得到轉(zhuǎn)子側(cè)的頻率和定子側(cè)的頻率相等，而我們知道在轉(zhuǎn)子靜止轉(zhuǎn)子短路的情況下，我們得到兩側(cè)的頻率相等的情況，能量是不能憑空消失的，所以，顯然，此時我們是用一個靜止的轉(zhuǎn)子電阻來代替旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子電阻，即用在靜止的轉(zhuǎn)子上消耗的電功率來等值代替旋轉(zhuǎn)的時候產(chǎn)生的機械能。淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系 再考慮把轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù)、匝數(shù)以及繞組系數(shù)都折合到定子邊，轉(zhuǎn)子回路的電壓方程式則變?yōu)椋?(2222xjsrIE222222242IpkNmF

32、N 當異步電動機轉(zhuǎn)子電路進行了頻率折合后，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢的幅值可寫成: 再考慮轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù)、匝數(shù)折合，又可寫成:211222423IpkNFN 這樣一來，由定、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動勢的關(guān)系 又可得到 :021FFF021III淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系五、基本方程式、等值電路和時五、基本方程式、等值電路和時-空相量圖空相量圖 : 1 1、異步電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的基本方程式、異步電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的基本方程式 與異步電動機轉(zhuǎn)子繞組短路并把轉(zhuǎn)子堵住不轉(zhuǎn)時相比較，在基本方程式中，只有轉(zhuǎn)子繞組回路的電壓方程式有所差別，其他幾個方程式都一樣。于是得到異步電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的基本方程式為:02122222101111

33、1)()(IIIx jsrIEEEjxrIEjxrIEUmm淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系2 2、異步電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電動機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的等值電路等值電路: : 從等值電路圖上可以看出，轉(zhuǎn)子電路中多了一個表征機械負載的等效電阻 而在這個電阻上消耗的電功率在數(shù)值上剛好和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的機械功率相等。2)1(rss2r2I 異步電動機空載時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率s很小， /s趨于 ，電流 可認為等于零,這時定子電流就是勵磁電流,電動機的功率因數(shù)很低。 當電動機運行于額定負載時，轉(zhuǎn)差率 ， /s 約為 的20倍左右，等值電路里轉(zhuǎn)子邊呈電阻性，功率因數(shù)COS 較高。這時定子邊的功率因數(shù)COS 也

34、比較高，可達0.80.85.1205.0s2r2r淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系 由于異步電動機定子漏阻抗不大,異步電動機從空載到額定負載運行時，由于定于電壓不變，主磁通1基本上也是固定的數(shù)值。因此勵磁電流也差不多是個常數(shù)。但是，當異步電動機剛起動時，轉(zhuǎn)速n0（s=1），這時定子電壓全部降落在定、轉(zhuǎn)子的漏阻抗上，已知定、轉(zhuǎn)子漏阻抗 ，這樣，定、轉(zhuǎn)子漏阻抗上的電壓降近似為定子電壓一半左右。也就是說，近似是的一半左右，氣隙主磁通1也將變?yōu)榭蛰d時的一半左右,這樣,根據(jù)上述五個基本方程式畫出的異步電動機時時- -空相量空相量圖圖，與三相變壓器帶純電阻負載運行時的相量圖相似。3 3、異步電動機時、異步電動機

35、時- -空相量圖空相量圖淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系5.3 5.3 三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的機械特性5.3.1 5.3.1 三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩三相異步電動機的功率與轉(zhuǎn)矩一、功率關(guān)系一、功率關(guān)系: 三相異步電動機以轉(zhuǎn)速n穩(wěn)定運行時，從電源輸入的電功率為： 定子銅損耗為:1111cos3IUP12113rIpCumFeFerIpp2013 正常情況下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近與同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子回路鐵耗很小，可忽略，因此只計定子回路的鐵耗： 從等值電路看，傳輸給轉(zhuǎn)子回路的電磁功率等于轉(zhuǎn)子回路全部電阻的消耗。 電磁功率也可表示為 ：srIppPPFeCuM2221132222222coscos

36、3IEmIEPM淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系 轉(zhuǎn)子繞組中的銅損耗為： 這樣電磁功率減去轉(zhuǎn)子銅耗，剩下的就是等效電阻上的損耗，而此損耗實際上是電機轉(zhuǎn)軸上總的機械功率，用 表示，即： 電動機在運行時，會產(chǎn)生軸承以及風阻等摩擦阻轉(zhuǎn)矩，這也要損耗一部分功率，把這部分功率叫做機械損耗，用 表示，當然除了這些損耗外，還有一些附加損耗等， 因此，輸出功率為： MCusPrIp22223MCuMmPsrssIpPP)1 (132222mPmp 所以整個功率傳遞過程中的功率關(guān)系功率關(guān)系為： admmppPP2admFeCuppppPP!12 從以上功率關(guān)系定量分析中看出，異步電動機運行時電磁功率、轉(zhuǎn)子回路銅損耗和

37、機械功率三者之間的關(guān)系是：)1(:1:2ssPpPmCuM功率流程圖：淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系二、轉(zhuǎn)矩關(guān)系：二、轉(zhuǎn)矩關(guān)系： 機械功率 除以軸的角速度就是電磁轉(zhuǎn)矩 ，即：mPT11602)1(602MmmmPnsPnPPT 式中1為同步角速度（用機械角表示），故對功率表達式進行變形可得：02TTTT0為空載轉(zhuǎn)矩，00pppTadm三、電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達式：三、電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達式： 電磁功率除以同步機械角速度 可得電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達式為：1602312221nrIPTM602cos31222nIE602cos231222112nnIkNfN22122cos23IkpNN221cosICjM22

38、23NMjkpNC 式中 ： 是一常數(shù)，叫轉(zhuǎn)矩系數(shù)轉(zhuǎn)矩系數(shù)。 淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系5.3.2 5.3.2 三相異步電動機的機械特性三相異步電動機的機械特性 三相異步電動機的機械特性是指在定子電壓、頻率和參數(shù)固定的條件下，電三相異步電動機的機械特性是指在定子電壓、頻率和參數(shù)固定的條件下，電磁轉(zhuǎn)矩磁轉(zhuǎn)矩T T 與轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速 （或轉(zhuǎn)差率（或轉(zhuǎn)差率 ）之間的函數(shù)關(guān)系。）之間的函數(shù)關(guān)系。一、機械特性的參數(shù)表達式一、機械特性的參數(shù)表達式:nspfsrInsrIT2360232221222 異步電機等值電路中，由于勵磁阻抗比定、轉(zhuǎn)子漏阻抗大很多，把T 型等值電路中勵磁阻抗這一段電路前移來計算 ，誤差很

39、小,故有:22122112)(xxsrrUI2I2212211221)(6023xxsrrfsrUT由前所述，可得，2212211221)(23xxsrrfsrpU 這就是機械特性的參數(shù)表達式。固定這就是機械特性的參數(shù)表達式。固定 U U1 1、f1 1 及阻抗等參數(shù)，畫成及阻抗等參數(shù)，畫成曲線便為曲線便為T Ts s曲線。曲線?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學院機電工程系 三相異步電動機在電壓、頻率均為額定值不變，定、轉(zhuǎn)子回路不串入任何電路元時的機械特性稱為固有機械特性固有機械特性。二、固有機械特性二、固有機械特性: 1、固有機械特性曲線、固有機械特性曲線:固有機械特性曲線固有機械特性曲線 從圖上可以看出相異

40、步電動機固有機械特性不是一條直線，它具有以下特點： （1）在 0S1，即 n 1n0 的范圍內(nèi)，特性在第象限，電磁轉(zhuǎn)矩 T 和轉(zhuǎn)速 n 都為正，從正方向規(guī)定判斷，T 與 n 同方向。電動機工作在這范圍內(nèi)是電動狀態(tài)電動狀態(tài)。 （2）在 S0范圍內(nèi)，n n 1 ，特性在第象限，電磁轉(zhuǎn)矩為負值，是制動性轉(zhuǎn)矩，電磁功率也是負值，是發(fā)電狀態(tài)發(fā)電狀態(tài)，機械特性在 S0 和 S0 兩個范圍內(nèi)近似對稱。 （3）在 S 1 1范圍內(nèi)，n nO O，特性在第象限，T T 0 0，也是一種制動狀態(tài)制動狀態(tài)，在第象限電動狀態(tài)的特性上，B點為額定運行點，其電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速均為額定值。A點，n = n 1 ，T T =0=

41、0,為理想空載運行點；C點是電磁轉(zhuǎn)矩最大點，D點 n =0=0，轉(zhuǎn)矩為T TS S，為起動點（見圖 ）?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學院機電工程系2、最大電磁轉(zhuǎn)矩、最大電磁轉(zhuǎn)矩: 正、負最大電磁轉(zhuǎn)矩可以從參數(shù)表達式求得，令 :得到最大電磁轉(zhuǎn)矩:最大轉(zhuǎn)矩對應的轉(zhuǎn)差率稱為臨界轉(zhuǎn)差率0dsdT221211121)(2321xxrrfpUTm221212xxrrsm 一般地， 值不超過 的5%，可忽略，則有: 也就是說，異步發(fā)電機狀態(tài)和電動機狀態(tài)的最大電磁轉(zhuǎn)矩絕對值可近似認為相等，臨界轉(zhuǎn)差率也近似認為相等，機械特性具有對稱性機械特性具有對稱性。21r221xx)()(232121221121xxrsxxfpUTmm淮

42、北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系 過載倍數(shù)過載倍數(shù)：最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定電磁轉(zhuǎn)矩的比值，或稱最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，用表示。即：NmTT一般三相異步電動機=1.62.2,起重、冶金用的異步電動機=2.22.8。 3、起動轉(zhuǎn)矩：、起動轉(zhuǎn)矩： 對應 n =0，S =1的電磁轉(zhuǎn)矩，用Ts 表示。2212211221)()(23xxrrfrpUTs 可見，T TS S 與電壓平方成正比，而且轉(zhuǎn)子電阻越大，起動轉(zhuǎn)矩越大，漏電抗越大，起動轉(zhuǎn)矩越小。 起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù):起動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值，用 表示，即： 電動機起動時，只有 T TS S 大于(1.11.2)倍的負載轉(zhuǎn)矩才可以順利起動。一般異步電動機起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)

43、=0.81.2。TKNsTTTKTK淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系三、人為機械特性：三、人為機械特性： 從機械特性表達式上可以看出：可以通過改變一些參數(shù)使得特性曲線從機械特性表達式上可以看出：可以通過改變一些參數(shù)使得特性曲線更滿足用戶的需要更滿足用戶的需要, ,這樣就得到了異步電動機的人為機械特性曲線。這樣就得到了異步電動機的人為機械特性曲線。 1、降低定子端電壓的人為機械特性：、降低定子端電壓的人為機械特性：2212211221)(6023xxsrrfsrUT 從表達式上可以看出：異步電機的同步轉(zhuǎn)速與電壓無關(guān)，電磁轉(zhuǎn)矩T 與 U U12 成正比，為此最大轉(zhuǎn)矩以及起動轉(zhuǎn)矩都要隨 U U1 1 的降

44、低而按 U U1 1 2 的平方減小。而最大轉(zhuǎn)矩對應的轉(zhuǎn)差率 S Sm m 不變。2轉(zhuǎn)子回路串入三相對稱電阻的人為機械特性轉(zhuǎn)子回路串入三相對稱電阻的人為機械特性: : 繞線式三相異步電動機通過滑環(huán)，可以把三相對稱電阻串入轉(zhuǎn)子回路而后三相再短路。從表達式上可以看出,最大電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子每相電阻值無關(guān)，即轉(zhuǎn)子串入電阻后，T Tm m 不變。轉(zhuǎn)子回路串電阻并不改變同步轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)子回路串入一些電阻，可以增大起動轉(zhuǎn)矩 ?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學院機電工程系四、電磁轉(zhuǎn)矩的實用表達式四、電磁轉(zhuǎn)矩的實用表達式ssssTTmmmaxem2 工程上常根據(jù)電機的額定功率、額定轉(zhuǎn)速、過載能力來求出實用表達式。方法是：NNNnPT9

45、550NmmaxTkT11nnnsNN)k(kssmmNm12將Tmax和sm代入即可得到機械特性方程式。 若用額定工作點的 和 ，將其代入上式可得：NsNTNmmNssss21)1(2Nmss故有：淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系 異步電動機的工作特性是指異步電動機的工作特性是指 ， 時電動機的轉(zhuǎn)速時電動機的轉(zhuǎn)速n n、定子、定子電流電流 , ,功率因數(shù)功率因數(shù) ， 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩T T、效率、效率等與輸出功率等與輸出功率P P2 2的關(guān)系?？傻年P(guān)系?？梢酝ㄟ^直接給異步電動機帶負載測得，也可以利用等值電路計算而得。以通過直接給異步電動機帶負載測得，也可以利用等值電路計算而得。5.4 5.4 三相

46、異步電動機的工作特性三相異步電動機的工作特性NUU1Nff 11I1cos一、轉(zhuǎn)速特性一、轉(zhuǎn)速特性 : 三相異步電動機空載時，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n 接近于同步轉(zhuǎn)速 。隨著負載的增加，轉(zhuǎn)速 n 要略微降低，這時轉(zhuǎn)子電動勢 增大，轉(zhuǎn)子電流 增大，以產(chǎn)生大的電磁轉(zhuǎn)矩來平衡負載轉(zhuǎn)矩。因此，隨著 P2 的增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 下降，轉(zhuǎn)差率 s 增大。二、定子電流特性二、定子電流特性 ： 空載時,轉(zhuǎn)子電流基本上為零,此時的定子電流就是勵磁電流 I I0, 隨著負載的增加,轉(zhuǎn)速降低,轉(zhuǎn)子電流增大,定子電流也增大。)(2Pfn 1nSE2SI2)(21PfI 淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系三、定子側(cè)功率因數(shù)三、定子側(cè)功率

47、因數(shù) ： 空載時定子側(cè)的功率因數(shù)很低，不超過0.2，接近額定負載時，定子電流中的有功電流增加，使功率因數(shù)提高，接近負載時，功率因數(shù)接近于1；但是如果進一步增大負載，由于轉(zhuǎn)差率的增大，使功率因數(shù)角增大，則功率因數(shù)減小。)(cos21Pf四、電磁轉(zhuǎn)矩特性四、電磁轉(zhuǎn)矩特性 ： 穩(wěn)定運行時異步電動機轉(zhuǎn)矩方程為輸出功率 ，所以 。 電動機空載時， ，隨著負載增加， 增大，由于機械角速度變化不大，電磁轉(zhuǎn)矩 T 隨 的變化近似地為一條直線。)(2PfT 20TTT22TP20PTT0TT 2P2P五、效率特性五、效率特性 ：pPpPP2121)(2Pf 空載時，空載時， = = 0 0， 0 0，隨著輸出功

48、率，隨著輸出功率的增加，效率也增加。當不變損耗等于可變損的增加，效率也增加。當不變損耗等于可變損耗時，電動機的效率達到最大。對中、小型異耗時，電動機的效率達到最大。對中、小型異步電動機，大約步電動機，大約 時，效率最高。時，效率最高。如果負載繼續(xù)增大，效率反而要降低。一般來如果負載繼續(xù)增大，效率反而要降低。一般來說，電動機的容量越大，效率越高。說，電動機的容量越大，效率越高。 NPP75.022P淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系5.5 5.5 三相異步電動機參數(shù)的測定三相異步電動機參數(shù)的測定5.5.1 5.5.1 短路短路( (堵轉(zhuǎn)堵轉(zhuǎn)) )實驗實驗 短路試驗又叫堵轉(zhuǎn)試驗，即把繞線式異步電機的轉(zhuǎn)子繞

49、組短路，并把短路試驗又叫堵轉(zhuǎn)試驗，即把繞線式異步電機的轉(zhuǎn)子繞組短路，并把轉(zhuǎn)子卡住，不使其旋轉(zhuǎn)，鼠籠式電機轉(zhuǎn)子本身已短路。轉(zhuǎn)子卡住，不使其旋轉(zhuǎn)，鼠籠式電機轉(zhuǎn)子本身已短路。 實驗過程實驗過程:從 開始,逐漸降低電壓。記錄定子繞組加的端電壓、定子電流 和定子輸入功率 。試驗時，還應量測定子繞組每相電阻 的大小。根據(jù)試驗的數(shù)據(jù)，畫出異步電動機的短路特性 、 。 NUU4 . 01KI1KP11r)(11UfIK)(11UfPK 根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，可以算出短路阻抗、短路電阻和短路電抗。即：22211113,kkkkkkKkrzxIPrIUz2121,xxxrrrkk221kxxx淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系

50、 5.5.2 5.5.2 空載實驗空載實驗 實驗目的實驗目的：測勵磁阻抗 機械損耗 pm ，鐵心損耗 pFe 。 試驗過程試驗過程：轉(zhuǎn)軸上不加任何負載，即電動機處于空載運行，把定子繞組接到額定頻率的三相對稱電源上，當電源電壓為額定值時，讓電動機運行一段時間，使其機械損耗達到穩(wěn)定值。用調(diào)壓器改變加在電動機定子繞組上的電壓，使其從（1.11.3） 開始，逐漸降低電壓 ，直到電動機的轉(zhuǎn)速發(fā)生明顯的變化為止。記錄電動機的端電壓、空載電流、空載功率P。和轉(zhuǎn)速 n ，并畫成曲線。,mmxrNU 定子加額定電壓時，根據(jù)空載試驗測得的數(shù)據(jù) 和 ，可以算出:0I0P20000103,IpPrIUzm20200r

51、zx10 xxxm10rrrm淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系5.6 5.6 三相異步電動機的起動、制動與調(diào)速三相異步電動機的起動、制動與調(diào)速5.6.1 5.6.1 三相異步電動機的起動三相異步電動機的起動一、三相異步電動機的直接起動一、三相異步電動機的直接起動 在額定電壓下直接起動三相異步電動機，由于最初起動瞬間主磁通約減少到額定值的一半，功率因數(shù)cos 很低，起動起動電流相當大而起動轉(zhuǎn)矩并不大電流相當大而起動轉(zhuǎn)矩并不大。如普通鼠籠式三相異步電動機，起動電流 ，起動轉(zhuǎn)矩 。2NNIsIIKI74NNTsTTKT)3 . 19 . 0( 一般地說，容量在容量在7.57.5kw kw 以下的小容量鼠籠

52、式異步電動以下的小容量鼠籠式異步電動機都可直接起動。機都可直接起動?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學院機電工程系 三相異步電動機直接起動在下面兩種情況下是不可行的： 變壓器與電動機容量之比不足夠大； 起動轉(zhuǎn)矩不能滿足要求。 第種情況下需要減小起動電流，第種情況下需要加大起動轉(zhuǎn)矩。而由前面的分析可知： 所以，降低起動電流的方法有：降低電源電壓；加大定子邊電抗或電阻；加大轉(zhuǎn)子邊電阻或電抗。加大起動轉(zhuǎn)矩的方法只有適當加大轉(zhuǎn)子電阻，但不能過份，否則起動轉(zhuǎn)矩反而可能減小。 總之，起動必須滿足的條件是： 起動電流要足夠??；起動轉(zhuǎn)矩要足夠大。起動電流要足夠??；起動轉(zhuǎn)矩要足夠大。 221221121)()(rrUIIss)()

53、(232212211221rrfrpUTs淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系二、二、 三相鼠籠異步電動機的降壓起動三相鼠籠異步電動機的降壓起動1 1、定子串接電抗器起動：、定子串接電抗器起動： 三相異步電動機定子串電抗器起動，起動時電抗器接入定子電路；起動后，切除電抗器，進入正常運行。顯然此時的電抗器起到了分壓的作用。三相異步電動機直接起動時，其每相等值電路如圖（a）所示，電源電壓 直接加在短路阻抗 上。定子邊串入電抗X 起動時，每相等值電路如圖（b）所示，電壓kkkjrz1U加在（jX ）上，而 上的電壓是 。定子邊串電抗起動可以理解為增大定子邊電抗值，也可以理解為降低定子實際所加電壓，其目的是減小

54、起動電流。1Ukzkz1U 然而，定子串電抗器起動，降低了起動電流，但起動轉(zhuǎn)矩降低得更多。因此，定子串電抗器起動，只能用于空載和輕載定子串電抗器起動，只能用于空載和輕載?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學院機電工程系2 2、Y Y一一 起動：起動：31ststYTT 適用于正常運行時定子繞組為三角形接線的電動機。起動時Y接線，運行時接線。起動電流關(guān)系起動電流關(guān)系:特點： Y- 降壓起動設(shè)備簡單，成本低。但起動轉(zhuǎn)矩降低很多，多用于空載或輕載起動的設(shè)備上。 31ststYII起動轉(zhuǎn)矩關(guān)系起動轉(zhuǎn)矩關(guān)系:淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系3. 3. 自耦變壓器降壓起動自耦變壓器降壓起動zUINst直接起動時的起動電流：zkUzU

55、IANst12降壓后二次側(cè)起動電流：stNANAstAstIkzUkIkI2221111變壓器一次側(cè)電流：NstAstTkT21起動轉(zhuǎn)矩： 自耦變壓器起動不受電動機繞組連接的影響，可以根據(jù)需要選擇分接頭。自耦變壓器起動不受電動機繞組連接的影響，可以根據(jù)需要選擇分接頭。 缺點：設(shè)備體積大，投資高。適用于不需頻繁起動的大容量電動機。缺點：設(shè)備體積大，投資高。適用于不需頻繁起動的大容量電動機。 我們在前邊學過自耦變壓器的工作原理，在這里就是利用了自耦變壓器有抽頭可供選用，比較靈活，可以實現(xiàn)不同要求的降壓?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學院機電工程系三、三相繞線式異步電動機的起動三、三相繞線式異步電動機的起動1. 1.

56、 轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器起動轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器起動 頻敏變阻器類似只有一次繞組的三相三柱式變壓器，其鐵心是由幾片或十幾片厚鋼板或鐵板疊成。 頻敏變阻器是利用鐵心渦流損耗隨頻率變化而變化的原理改變起動電阻的。頻敏變阻器的電阻隨頻率降低而逐漸減小。 頻敏變阻器靜止無觸點，頻敏變阻器靜止無觸點，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，大大提高結(jié)構(gòu)簡單，成本低，大大提高了轉(zhuǎn)子回路功率因數(shù)，既限制了轉(zhuǎn)子回路功率因數(shù)，既限制了起動電流，又提高了起動轉(zhuǎn)了起動電流，又提高了起動轉(zhuǎn)矩，應用較為廣泛。矩，應用較為廣泛?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學院機電工程系2 2、轉(zhuǎn)子回路串電阻分級起動、轉(zhuǎn)子回路串電阻分級起動 為了使整個起動過程中盡量保持較大的起

57、動轉(zhuǎn)矩、繞線式異步電動機可以采用逐級切除起動電阻的轉(zhuǎn)子串電阻分級起動。起動時串入全部電阻，隨著轉(zhuǎn)速上升逐級切除所串電阻。起動完畢，起動電阻全部切除。 為了有較為了有較大的起動轉(zhuǎn)矩、大的起動轉(zhuǎn)矩、使起動過程平使起動過程平滑，應在轉(zhuǎn)子滑，應在轉(zhuǎn)子回路中串入多回路中串入多級對稱電阻，級對稱電阻，并隨著轉(zhuǎn)速的并隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸切升高，逐漸切除起動電阻。除起動電阻。 起動過程起動過程中功率因數(shù)高，中功率因數(shù)高，但設(shè)備投資大，但設(shè)備投資大，維修不便。維修不便?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學院機電工程系5.6.2 5.6.2 三相異步電動機的制動三相異步電動機的制動 當電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的方向相反時，電動機處于制動狀態(tài)，根

58、據(jù)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的不同情況，又可分為：回饋制動、反接制動、到拉反轉(zhuǎn)及能耗制動等。一、能耗制動：一、能耗制動： 三相異步電動機處于電動運行狀態(tài)的轉(zhuǎn)速為n ,如果突然切斷三相交流電源，同時把直流電通入它的定子繞組，結(jié)果，電源切換后的瞬間，三相異步電動機內(nèi)形成了一個不旋轉(zhuǎn)的空間固定磁動勢，它相對于旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子來說變成了一個旋轉(zhuǎn)磁動勢,旋轉(zhuǎn)方向為順時針，轉(zhuǎn)速大小為n 。轉(zhuǎn)子繞組則感應電動勢，產(chǎn)生電流；進而轉(zhuǎn)子受到電磁轉(zhuǎn)矩T 。 顯然T與n反方向，電動機處于制動運行狀態(tài)，T為制動性的阻轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速n0時，磁通勢與轉(zhuǎn)子相對靜止，T0，減速過程才完全終止。系統(tǒng)原來貯存的動能主要被電動機轉(zhuǎn)換為電能消耗在轉(zhuǎn)子回路中，故

59、稱之為能耗制動。 淮北職業(yè)技術(shù)學院機電工程系二、反接制動：二、反接制動： 處于正向電動運行的三相繞線式異步電動機，當改變?nèi)嚯娫吹南嘈驎r，電動機便進入了反接制動過程。反接制動過程中，電動機電源相序為負序，（b）圖為拖動反抗性恒轉(zhuǎn)矩負載，反接制動的同時轉(zhuǎn)子回路串入較大電阻時的反接制動機械特性。電動機的運行點從 ABC ，到C點后， T ，可以準確停車。LTLT 如果電動機拖動負載轉(zhuǎn)矩較小的反抗性恒轉(zhuǎn)矩或拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負載運行，如果進行反接制動停車，則必須在降速到n 0時切斷電源并停車，否則電動機將會反向起動。三相異步電動機反接制動停車比能耗制動停車速度快，但能量損失較大。一些頻繁正、反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)

60、機械，為了迅速改變轉(zhuǎn)向，提高生產(chǎn)率，經(jīng)常采用反接制動停車接著反向起動的方法?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學院機電工程系三、倒拉反轉(zhuǎn)運行三、倒拉反轉(zhuǎn)運行: 拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負載運行的三相繞線式異步電動機，若在轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串入一定值的電阻，電動機轉(zhuǎn)速可以降低。如果所串的電阻超過某一數(shù)值則會使電動機反轉(zhuǎn)，稱之為倒拉反轉(zhuǎn)制動運行狀態(tài)。 倒拉反轉(zhuǎn)制動運行是轉(zhuǎn)差率s1的一種穩(wěn)態(tài)，其功率關(guān)系與反接制動過程一樣，電磁功率 0，機械功率0。但是倒拉反轉(zhuǎn)運行時負載向電動機送入的機械功率是靠著負載貯存的位能的減少，是位能性負載倒過來拉著電動機反轉(zhuǎn)?；幢甭殬I(yè)技術(shù)學院機電工程系四、回饋制動運行：四、回饋制動運行： 回饋制動運行分為正向回