第14章交流電動機

1、第第14章章 交流電動機電動機是利用電磁感應原理，把電能轉換為機械能的旋轉裝電動機是利用電磁感應原理，把電能轉換為機械能的旋轉裝置。置。根據(jù)電動機所使用的電源的性質可分為根據(jù)電動機所使用的電源的性質可分為直流電動機和交直流電動機和交流電動機流電動機兩大類。交流電動機又可分為同步電動機和異步電兩大類。交流電動機又可分為同步電動機和異步電動機兩種。異步電動機又有三相和單相之分。動機兩種。異步電動機又有三相和單相之分。異步電機是交流電機的一種。異步電機是交流電機的一種。異步電動機是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國異步電動機是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防，乃至日常生活和醫(yī)療器械中應用最廣泛的一種電動機，防，乃至日常生活和醫(yī)療器械中

2、應用最廣泛的一種電動機，它的主要作用是驅動生產(chǎn)機械和生活用具。其單機容量可從它的主要作用是驅動生產(chǎn)機械和生活用具。其單機容量可從幾十瓦到幾千千瓦。隨著電氣化和自動化程度的不斷提高，幾十瓦到幾千千瓦。隨著電氣化和自動化程度的不斷提高，異步電動機占有越來越重要的地位。異步電動機占有越來越重要的地位。異步電動機有許多突出的優(yōu)點，和其它各種電動機相比，它異步電動機有許多突出的優(yōu)點，和其它各種電動機相比，它的結構簡單，制造、使用和維護方便，效率較高，價格低廉。的結構簡單，制造、使用和維護方便，效率較高，價格低廉。據(jù)統(tǒng)計，在供電系統(tǒng)的動力負載中，約有據(jù)統(tǒng)計，在供電系統(tǒng)的動力負載中，約有70是異步電動機，是

3、異步電動機，可見它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)乃至我們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾浴？梢娝诠まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)乃至我們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾?。本章主要討論討論三相異步電動機的結構及工作原理三相異步電動機的結構及工作原理 、轉矩與、轉矩與機械特性、起動、調速及制動、銘牌及選擇，機械特性、起動、調速及制動、銘牌及選擇，并對單相異并對單相異步電動機的工作原理作簡要的介紹。步電動機的工作原理作簡要的介紹。14.1 14.1 三相電動機的結構及工作原理三相電動機的結構及工作原理14.1.1 三相異步電動機的基本構造轉子和定子之間有一個非常小的空氣氣隙將轉子和定子隔離開來，根據(jù)電動機的容量的大小不同，氣隙一般在0.4mm4mm 的范圍內(nèi)。 構

4、成構成定子轉子固定不動的部分旋轉并拖動機械負載的部分1. 定子電動機定子由支撐空心定子鐵心的鋼制機座、定子鐵心和定子繞組線圈組成。定子鐵心由0.5mm厚的硅鋼片疊至而成。定子鐵心上的插槽是用來嵌放對稱三相定子繞組線圈的。 定子繞組是定子的電路部分，中小型電動機一般采用漆包線（或絲包漆包線）繞制，共分三組，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120 ，構成對稱的三相繞組。2. 轉子電動機轉子由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成。轉子鐵心由表面沖槽的硅鋼片疊至一圓柱形。轉子鐵心裝在轉軸上，轉軸拖動機械負載。轉子、氣隙和定子鐵心構成了一個電動機的完整磁路。異步電動機的轉子有兩種形式：鼠籠

5、式轉子和繞線式轉子鼠籠式轉子是在轉子鐵心槽里插入銅條，再將全部銅條兩端焊在兩個銅端環(huán)上，以構成閉合回路。抽去轉子鐵心，剩下的銅條及其兩邊的端環(huán)，其形狀像個鼠籠，故稱之為鼠籠式電動機，為了節(jié)省銅材，現(xiàn)在中小容量的鼠籠式電動機是在轉子鐵心的槽中澆注鋁液鑄成籠形導體，以代替銅制籠體。銅條銅端環(huán)繞線式轉子同電動機的定子一樣，都是在鐵心的槽中嵌入三相繞組，三相繞組的一端連成Y形，三相繞組的另一端分別連接在三個銅制的集電環(huán)上，集電環(huán)固定在轉軸上，三個環(huán)之間及環(huán)與轉軸之間相互絕緣，在集電環(huán)上用彈簧壓著炭刷與外電路連接，以便改善電動機的起動和調速特性， 一般我們把鼠籠式轉子的異步電動機稱為鼠籠式異步電動機；把

6、繞線式轉子的異步電動機稱為繞線式異步電動機，雖然鼠籠式異步電動機同繞線式異步電動機在轉子構造上有所不同，但它們的工作原理是一樣的。應當指出的是，鼠籠式異步電動機由于轉子結構簡單，價格低廉，工作可靠，如果對電機的起動和調速沒有特殊的要求，一般在實際應用中，鼠籠式異步電動機應用得最為廣泛。所以在本教材中以介紹鼠籠式異步電動機為主。14.1.2 三相異步電動機的工作原理 1. 電動機的轉動原理三相異步電動機轉動的一般原理是基于法拉第電磁感應定律和載流導體在磁場中會受到電磁力的作用這兩個基本因素。N和S是一對永久磁鐵的磁極，這對磁極以n0的轉速按順時針方向進行旋轉，從而形成了一個轉速為n0的旋轉磁場。

7、當磁場轉動時，放置在磁場當中的銅制繞組上下兩根導條與旋轉磁場就有了相對運動并切割旋轉磁場的磁力線，于是在這兩根導條上就產(chǎn)生了感應電動勢，其方向符合發(fā)電機右手定則。BlvE E感應電動勢V；B磁感應強度T；l導條長度m；v導條切割磁力線的相對速度m/s?？梢钥闯?，N極下的導條受力方向是朝向右，而S極下的導條受力方向是朝向左。這一對力形成一順時針方向的轉矩。 由于銅制繞組形成一個閉合回路，因此在感應電動勢的作用下，繞組的上下兩根導體中就出現(xiàn)了圖示方向的感應電流。根據(jù)左手定則，上下兩根導條所受電磁力的方向如圖所示。如果我們把異步電動機的鼠籠式轉子放置在旋轉磁場中，用鼠籠式轉子代替繞組，不難想象，當磁

8、場旋轉時，在磁極經(jīng)過下的每對導條都會產(chǎn)生這樣的電磁轉矩，在這些電磁轉矩的作用下，轉子就按順時針方向旋轉起來了。感應式電動機轉動的一般原理：雖然轉子同旋轉磁場彼此隔離，但從上面的敘述可知，由于有了一個旋轉的磁場，在轉子的導條中產(chǎn)生了感應電流，而流過電流的導條又在磁場中受到電磁力的作用，產(chǎn)生電磁轉矩，從而使轉子轉動起來。需要指出的是，轉子的旋轉速度n（即電動機的旋轉速度）比旋轉磁場的旋轉速度n0（一般稱同步轉速）要低一些。問題：如果磁場按逆時針方向旋轉，轉子也將按何方向旋轉？由于轉子的旋轉速度不同于，且低于旋轉磁場的轉速，所以我們稱這種電動機為異步電動機。思考：轉子的旋轉速度n比旋轉磁場的旋轉速度

9、n0要低一些？2. 旋轉磁場的產(chǎn)生在實際應用的異步電動機中，它的磁場是由靜止的三相對稱繞組通入三相對稱交流電流而產(chǎn)生的空間旋轉磁場。通常我們在三相異步電動機的定子鐵心中放置三相對稱繞組AX、BY和CZ，將三相繞組作星形連接，并接在三相正弦交流電源上，通入三相對稱電流：tIimAsin)120sin(0tIimB)120sin(0tIimC為了簡化起見，設每相繞組只有一個線匝，三個繞組分別嵌放在定子鐵心圓周上在空間位置上互差120對稱分布的6個凹槽之中。取繞組始端到末端的方向作為電流的參考方向。在電流的正半周時，其值為正，其實際方向與參考方向一致；在負半周時，其值為負，其實際方向與參考方向相反。

10、 當t=0時，定子繞組中的電流方向如圖（a）所示。這時iA=0；iB為負值，其方向與參考方向相反，即從Y端流入，在B端流出；iC為正值，其方向與參考方向一致，即從C端流入，在Z端流出。根據(jù)電流的流向，應用右手螺旋定則，由iC和iB產(chǎn)生的合成磁場如圖（a）所示，合成磁場的軸線方向是自上而下。當t=60時，定子繞組中電流的方向和三相電流的合成磁場的方向如圖（b）所示，這時的合成磁場已在空間轉過了60。同理，可得在t=90時的三相電流的合成磁場，它比t=60時的合成磁場在空間又轉過了30，如圖（c）所示。由上可知，當定子繞組中通入三相電流后，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著，

11、這就是旋轉磁場。這旋轉磁場同磁極在空間旋轉所起的作用是一樣的。3. 旋轉磁場的轉向上圖（c）所示的情況是A相電流iAIm，這時旋轉磁場軸線的方向恰好與A相繞組的軸線一致。在三相電流中，電流出現(xiàn)正幅值的順序為ABC，因此磁場的旋轉方向是與這個順序一致的，即磁場的轉向與通入繞組的三相電流的相序有關。 問題：如果將同三相電源聯(lián)接的三根導線中的任意兩根對調位置（例如對調了B與C兩相），則旋轉磁場轉向如何變化？4. 旋轉磁場的極數(shù)三相電流產(chǎn)生的旋轉磁場（p=2）三相異步電動機的極數(shù)就是旋轉磁場的極數(shù)。旋轉磁場的極數(shù)和三相繞組的安排有關。如果每相繞組只有一個線圈，繞組的始端之間相差120空間角，則產(chǎn)生的旋

12、轉磁場只有一對極，即p1（磁極對數(shù)）。四極磁場的定子繞組每相繞組有兩個線圈串聯(lián)，繞組的始端之間相差60空間角。5. 旋轉磁場的轉速三相異步電動機的轉速與旋轉磁場的轉速有關，而旋轉磁場的轉速決定于磁場的極數(shù)。pfn1060轉速的單位為轉每分鐘（r/min）。一對極時：當電流從t=0到t=60經(jīng)歷了60時，磁場在空間也旋轉了60。當電流交變了一次（一個周期）時，磁場恰好在空間旋轉了一轉。設電流的頻率為f1，即電流每分鐘交變60f1次，則旋轉磁場的轉速為n060f1。當旋轉磁場具有p對極時，旋轉磁場的轉速為：旋轉磁場的轉速稱為異步電動機的同步轉速n0，它與旋轉磁場的磁極對數(shù)p以及通入的三相對稱電流的

13、頻率f1有關。通常對于一臺具體的異步電動機，f1和p都是確定的，所以磁場同步轉速n0為常數(shù)。在我國，工頻f150Hz。P=1: n03000; P=2: n01500;6. 轉差率定義：異步電機的轉速n低于旋轉磁場的同步轉速n0。旋轉磁場的同步轉速n0與電機轉速n之差（n0n），用符號Dn表示，稱為轉速差（簡稱轉差）。轉差與同步轉速的比值叫做轉差率，用s表示：000nnnnns轉差率s表示電動機轉子轉速n與旋轉磁場轉速n0相差的程度。轉差率是異步電動機的一個重要的物理量，轉子轉速越接近磁場轉速，則轉差率越小。一般情況下，運行中的三相異步電動機的額定轉速與同步轉速相近，所以轉差率很小。通常不同容

14、量的異步電動機在額定負載時的轉差率約為1%9%。例1 有一臺三相異步電動機接在頻率f1 = 50Hz的三相電源上，額定負載時的轉速為n=1462r/min。試求該電機的極對數(shù)和轉差率?！窘饨狻坑捎诋惒诫妱訖C額定轉速接近而略小于同步轉速，與1462r/min最接近的同步轉速為n0=1500r/min，相對應的磁極對數(shù)p=2。因此，額定負載時的轉差率為%5 . 2%10015001462150000nnns14.2 三相異步電動機的轉矩與機械特性左圖是三相異步電動機的每相等效電路圖。和變壓器相比，定子繞組相當于變壓器的原繞組，轉子繞組（一般是短接的）相當于副繞組。三相異步電動機中的電磁關系同變壓器

15、類似。 當定子繞組接上三相電源電壓時，則有三相電流通過。定子三相電流產(chǎn)生旋轉磁場，其磁通通過定子鐵心和轉子鐵心而閉合。這磁場不僅在轉子每相繞組中要感應出電動勢E2，而且在定子每相繞組中也要感應出電動勢E1。此外，還有漏磁通在定子繞組和轉子繞組中產(chǎn)生漏磁電動勢E1和E2。定子和轉子每相繞組的匝數(shù)分別為N1和N2。14.2.1 定子電路如圖所示，定子每相電路的電壓方程和變壓器原繞組電路一樣，即)()()(1111111111EIjXIREEIRUR1和X1分別為定子每相繞組的電阻和漏感抗。 和變壓器一樣，忽略電阻和漏感抗上的壓降，也可得出1EU1111144. 4UNfKEm和m 通過每相繞組的磁

16、通最大值，在數(shù)值上它等于旋轉磁場的每極磁通；K1 定子繞組的分布系數(shù)；f1 定子頻率。14.2.2 轉子電路由于轉子短路，轉子的端電壓，則轉子每相電路的電壓方程為： 22222222)(IjXIREIRER2和X2分別為轉子電路的電阻和漏感抗。轉子電路的各個物理量對電動機的性能都有影響。1. 轉子頻率f2因為旋轉磁場和轉子間的相對轉速為（n0n），所以轉子頻率10002606060)(sfpnnnnnpf可見轉子頻率f2與轉差率s有關，也就是與轉速n有關。在n0，即s1時（電動機起動瞬間），轉子與旋轉磁場間的相對轉速最大，轉子導條被旋轉磁通切割得最快。因此，這時f2最大，即f2f1。異步電動機

17、在額定負載時，s19，則f20.54.5Hz。2. 轉子電動勢E2轉子電動勢e2的有效值為mmNsfKNfKE212222244. 444. 4在n0，即s1時，轉子電動勢為mNfKE2120244. 4由上兩式可得出202sEE 可見轉子電動勢E2與轉差率s有關。3. 轉子電抗X2轉子電抗X2與轉子頻率f2有關，即2122222LsfLfX在n0，即s1時，轉子感抗為21202LfX由上兩式可得出202sXX可見，轉子感抗X2與轉差率s有關。K2是轉子繞組的分布系數(shù)。這時f2f1，轉子電動勢最大。 這時f2f1，轉子感抗最大。L2為轉子漏電感。當s0，即n0n0時，I20；當s很時， ， ，

18、即與s近似地成正比；當s接近1時， ， 常數(shù)。 4. 轉子電流I2轉子每相電路的電流可其等效電路得出，即2202220222222)(sXRsEXREI可見轉子電流I2也與轉差率s有關。當s增大，即轉速n降低時，轉子與旋轉磁場間的相對轉速（n0n）增加，轉子導體切割磁通的速度提高，于是E2增加，I2也增加。I2隨s變化的關系可用圖示的曲線表示。202sXR 2202RsEI ,220RsX20202XEI 5. 轉子電路的功率因數(shù)2cos2I2E2由于轉子有漏磁通，相應的感抗為X2，因此比滯后角。因而轉子電路的功率因數(shù)為220222222222)(cossXRRXRR22cos2cos202s

19、XR 1cos22022scosXR它也與轉差率s有關。當s增大時，X2也增大，于是增大，即減小。隨s的變化關系也如圖所示。當s很小時，；當s接近于1時，即兩者之間近似地有雙曲線關系。由上述可知，轉子電路的各個物理量，如電動勢、電流、頻率、感抗及功率因數(shù)等都與轉差率有關。14.2.3 轉矩公式電磁轉矩T是三相異步電動機的最重要的物理量之一，異步電動機的轉矩是由旋轉磁場的每極磁通與轉子電流I2相互作用而產(chǎn)生的。 但因轉子電路是電感性的，轉子電流 比轉子電動勢 滯后 角；和討論有功功率一樣，也要引入 。于是得出22I2E2cos22cosIKTT式中KT是轉矩常數(shù)，它與電動機的結構有關。又因電磁轉

20、矩T與電磁功率Pem成正比，故 60200nPPTemem可見，轉矩T除與磁通成正比外，還與22cosI成正比。 11111111144. 444. 4UNfKUNfKE2202221222022202)()44. 4()(sXRNfKssXRsEI220222222222)(cossXRRXRR22022212220222122121122)()(44. 4sXRUsRKsXRUsRNKfNKKTT式中 是一常數(shù)。212112244. 4NKfNKKKT 代入由上式可見，轉矩T還與定子每相電壓U1的平方成正比，所以當電源電壓有所波動時，對轉矩的影響很大，此外，轉矩T還受轉子電阻R2的影響。1

21、4.2.4 機械特性曲線定義：定義：三相異步電動機的機械特性是指電動機的轉速n與電磁轉矩T之間的關系，即nf（T）。因為異步電動機的轉速n與轉差率s之間存在著一定的關系，所以異步電動機的機械特性通常也用Tf（s）的形式表示，即可用式（14-18）來表示，其在坐標系中的曲線稱為異步電動機的機械特性曲線，見下圖，縱坐標可以是轉速，也可以是轉差率。研究機械特性的目的是為了分析電動機的運行性能。在機械特性曲線上，主要討論以下幾個問題。電動機負載運行一般工作在圖示機械特性較為平坦的a c段，說明當電動機在空載和額定負載之間變化時，電動機的速度變化不大，這種特性稱為硬的機械特性。 1. 額定轉矩TN602

22、22nPTTnPT29550式中P2是電動機軸上輸出的機械功率 式中轉矩的單位是牛米（Nm）；功率的單位是瓦（W）；轉速的單位是轉每分（r/min）。功率用千瓦為單位。 額定轉矩是電動機在額定負載時的轉矩。額定轉矩對應于圖示機械特性上的b點。 1. 額定轉矩TN在電動機額定運行時，電動機的轉矩T必須與電動機所受到的阻轉矩TL相平衡，即LTT 202TTTTT2 機械負載轉矩T0 空載損耗轉矩（主要是機械損耗轉矩）T0很小，?？珊雎?額定負載轉矩可從電動機銘牌數(shù)據(jù)給出的額定功率PN和額定轉速 nN求得NNNnPT9550（注意：電動機銘牌數(shù)據(jù)給出的功率是輸出到轉軸上的機械功率，而不是電動機消耗的

23、電功率） 2. 最大轉矩 Tm最大轉矩Tm對應于圖示機械特性上的c點，在這點上對應的轉差率為sm，為臨界轉差率。 22022212220222122121122)()(44. 4sXRUsRKsXRUsRNKfNKKTT求導202XRsm代入上式20212XUKTm結論：（1）在給定電源頻率f1一定的情況下，電磁轉矩T正比于相電壓U1的平方。電源電壓的波動對電磁轉矩的影響很大； （2）產(chǎn)生最大轉矩的臨界轉差率sm與外加電源電壓U1無關，而與轉子電阻R2成正比，與X20成反比。（3）最大轉矩Tm與電源電壓 U1的平方成正比，與X20成反比，而與轉子電阻R2無關；如圖所示，當轉子電阻R2一定，減小

24、電源電壓U1時，最大轉矩Tm隨之變小，而臨界轉差率sm卻不變。在圖中，保持電源電壓U1不變，增加轉子電阻R2，可以看到機械特性的最大轉矩Tm不變，而臨界轉差率sm卻隨之增加。不同電源電壓的機械特性（R2為常數(shù)） 不同轉子電阻的機械特性（U1為常數(shù)）過載系數(shù)m：當異步電動機的負載轉矩超過最大轉矩Tm時，電動機將發(fā)生“堵轉”的現(xiàn)象，此時電動機的電流是額定電流的數(shù)倍，若時間過長，電動機劇烈發(fā)熱，以致燒壞。電動機負載轉矩超過最大轉矩Tm稱為過載，常用過載系數(shù)m來標定異步電動機的過載能力，即NmmTT一般三相異步電動機的過載系數(shù)m1.62.5。不同電源電壓的機械特性（R2為常數(shù)） 不同轉子電阻的機械特性

25、（U1為常數(shù)）過載系數(shù)m：當異步電動機的負載轉矩超過最大轉矩Tm時，電動機將發(fā)生“堵轉”的現(xiàn)象，此時電動機的電流是額定電流的數(shù)倍，若時間過長，電動機劇烈發(fā)熱，以致燒壞。電動機負載轉矩超過最大轉矩Tm稱為過載，常用過載系數(shù)m來標定異步電動機的過載能力，即一般三相異步電動機的過載系數(shù)m1.62.5。不同電源電壓的機械特性（R2為常數(shù)） 不同轉子電阻的機械特性（U1為常數(shù)）過載系數(shù)m：當異步電動機的負載轉矩超過最大轉矩Tm時，電動機將發(fā)生“堵轉”的現(xiàn)象，此時電動機的電流是額定電流的數(shù)倍，若時間過長，電動機劇烈發(fā)熱，以致燒壞。電動機負載轉矩超過最大轉矩Tm稱為過載，常用過載系數(shù)m來標定異步電動機的過載

26、能力，即NmmTT一般三相異步電動機的過載系數(shù)m1.62.5。不同電源電壓的機械特性（R2為常數(shù)） 不同轉子電阻的機械特性（U1為常數(shù)）3. 起動轉矩Tst定義：定義：電動機剛起動（n0，s1）時的轉矩稱為起動轉矩，如圖中的d點。 起動轉矩Tst是電動機運行性能的重要指標。因為起動轉矩的大小將直接影響到電機拖動系統(tǒng)的加速度的大小和加速時間的長短，如果起動轉矩小，電機的起動變得十分困難，有時甚至難以起動。22022212XRURKTst可以看出，異步電動機的起動轉矩Tst同電源電壓的U1平方成正比，并與轉子電阻R2有關。當電源電壓U1降低時，起動轉矩Tst會明顯降低。結合剛才討論過的最大轉矩可以

27、看出，異步電動機對電源電壓的波動十分敏感，運行時，如果電源電壓降得太多，會大大降低異步電動機的過載和起動能力，這個問題在使用異步電動機時要充分重視。當轉子電阻R2適當增大時，最大轉矩Tm沒有變化（最大轉矩同R2無關），但起動轉矩Tst會增大。這是因為轉子電路電阻R2增加后，提高了轉子回路的功率因數(shù)，轉子電流的有功分量增大（此時E20一定），因而起動轉矩Tst增大。通常將機械特性上的起動轉矩與額定轉矩之比稱為起動轉矩系數(shù)m，即NststTT起動轉矩系數(shù)st是衡量電動機起動能力的重要數(shù)據(jù)，一般st11.2。14.3 14.3 三相異步電動機的起動、調速及制動三相異步電動機的起動、調速及制動14.3

28、.1 三相異步電動機的起動定義：異步電動機由靜止狀態(tài)過渡到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程稱為異步電動機的起動。起動是異步電動機應用中重要的物理過程之一。異步電動機在使用過程中，總是需要起動和停機，雖然三相異步電動機具有可以產(chǎn)生一定的起動轉矩，拖動負載直接起動的優(yōu)點，但它的起動電流過大則是必須解決的問題。一般起動電流Ist是額定電流IN的57倍。對于這樣大的起動電流，如果頻繁起動，將引起電動機過熱。對于大容量的電動機，在起動這段時間內(nèi)，甚至引起供電系統(tǒng)過負荷，電源線的線電壓因此而產(chǎn)生波動，這可能嚴重影響其他用電設備的正常工作。因此，對于容量較大的電動機需要采用降壓起動。當異步電動機起動時，由于電動機轉子處于

29、靜止狀態(tài)，旋轉磁場以最快速度掃過轉子繞組，此時轉子繞組感應電動勢是最高的，因而產(chǎn)生的感應電流也是最大的，通過氣隙磁場的作用，電動機定子繞組也出現(xiàn)非常大的電流。 鼠籠式異步電動機常用的起動方法有：直接起動和降壓起動兩種。 1. 直接起動直接起動就是用閘刀開關和交流接觸器將電機直接接到具有額定電壓的電源上。此時Ist是額定電流IN的57倍。直接起動法的優(yōu)點是操作簡單，無需很多的附屬設備；主要缺點是起動電流較大。鼠籠式異步電動機能否直接起動，要視三相電源的容量而定。通常在一般情況下，10千瓦以上的異步電動機不允許直接起動，必須采用能夠減小起動電流的其他的起動方法。2. 降壓起動降壓起動是用降低異步電

30、動機端電壓的方法來減小起動電流。由于異步電動機的起動轉矩與端電壓的平方成正比，所以采用此方法時，起動轉矩同時減小，所以該方法只適用于對起動轉矩要求不高的場合，即空載或輕載的場合。鼠籠式異步電動機常用的降壓起動方法有：（1）Y-降壓起動Y-降壓起動適用于正常運行時繞組為三角形聯(lián)接的電動機，電動機的三相繞組的六個出線端都要引出，并接到轉換開關上。起動時，將正常運行時三角形接法的定子繞組改接為星形(Y)聯(lián)接，起動結束后再換為三角形()連接。這種方法只適用于中小型鼠籠式異步電動機。 Y-降壓起動時，電機定子繞組星形連接，電機每相定子繞組上的電壓是電源線電壓Ul的 ，此時電路的線電流等于相電流，即流過每

31、個繞組的電流（這里的Z是每相繞組的等效阻抗）。ZUIllY3/3/1當定子繞組接成三角形時，即直接起動時ZUIIllYl33比較上列兩式，可得31llYII即降壓起動時的電流為直接起動時的1/3。 （2）自耦變壓器降壓起動三相自耦變壓器接成星形，用一個六刀雙擲轉換開關來控制變壓器接入或脫離電路。起動時把Q扳在起動位置，使三相交流電源接入自耦變壓器的原邊，而電動機的定子繞組接到自耦變壓器的副邊，這時電動機得到的電壓低于電源電壓，因而減小了起動電流，待電動機的轉速升高后，把Q從起動位置迅速扳到運行位置，讓定子繞組直接與電源相連，而自耦變壓器則與電路脫開。自耦變壓器降壓起動時，電動機定子電壓降為直接

32、起動時的1/K（K為變壓比），定子電流降為直接起動時的1/K2。 起動用的專用自耦變壓器設備稱為起動補償器，它通常有兩至三個抽頭，輸出不同的電壓，例如分別為電源電壓的80%、60%和40%，可供用戶選用。自耦變壓器降壓起動的優(yōu)點是起動電壓可根據(jù)需要選擇，但設備較笨重，一般只用于大容量起動的場合。 （3）軟起動軟起動是近年來隨著電子技術的發(fā)展而出現(xiàn)的新技術，起動時通過軟起動器（一種晶閘管調壓裝置）使電壓從某一較低值逐漸上升至額定值，起動后再用旁路接觸器KM使電動機投入正常運行。FU1是普通熔斷器 FU2是快速熔斷器，保護軟起動器用的。 14.3.2 三相異步電動機的調速定義：調速就是電動機在同一

33、負載下得到不同的轉速，以滿足生產(chǎn)過程的需要。有些生產(chǎn)機械，為了加工精度的要求，例如一些機床，需要精確調整轉速。另外，像鼓風機、水泵等流體機械，根據(jù)所需流量調節(jié)其速度，可以節(jié)省大量電能。所以三相異步電動機的速度調節(jié)是它的一個非常重要的應用方面。由異步電動機的轉速公式：)1 (60)1 (10spfsnn可知，異步電動機可以通過三種方式進行調速：改變電動機旋轉磁場的磁極對數(shù)p調速；改變供電電源的頻率f1調速；改變轉差率s調速。下面分別介紹這幾種調速方法。1. 變極調速定義：變極調速就是改變電動機旋轉磁場的磁極對數(shù)p，從而使電動機的同步轉速發(fā)生變化而實現(xiàn)電動機的調速，通常通過改變電機定子繞組的聯(lián)結實

34、現(xiàn)。優(yōu)點：操作設備簡單（轉換開關）。缺點：只能有級調速，因而調速的級數(shù)不可能多，因此只適用于不要求平滑調速的場合。改變繞組的連接可以有多種形式，可以在定子上安裝一套能變換為不同極對數(shù)的繞組，也可以在定子上安裝兩套不同極對數(shù)的單獨繞組，還可以混合使用這兩種方法以得到更多的轉速。圖示的是定子繞組的兩種接法。（a）中是A相繞組兩個線圈串聯(lián)，得到p2。（b）是兩個線圈并聯(lián)，得出p1。在換極時，一個線圈中的電流方向不變，而另一個線圈中的電流方向必須改變方向。應當指出的是，變極調速只適用于鼠籠式異步電動機，因為鼠籠轉子的磁極對數(shù)能自動隨定子繞組磁極對數(shù)變化而變化。2. 變頻調速異步電動機的變頻調速是一種很

35、好的調速方法。異步電動機的轉速正比于電源的頻率f1,若連續(xù)調節(jié)電動機供電電源的頻率，即可連續(xù)改變電動機的轉速。近年來變頻技術發(fā)展很快，目前主要采用如圖所示的變頻調速裝置。它主要由整流器和逆變器兩大部分組成。整流器先將頻率f為50Hz的三相交流電變換為直流電，再由逆變器變換為頻率可調且U/f保持不變的三相交流電，供給三相鼠籠式電動機。由此可得到電動機的無級調速，并具有較硬的機械特性。3. 變轉差率調速變轉差率調速是在不改變同步轉速n1條件下的調速，通常只用于繞線型電動機，是通過轉子電路中串接調速電阻來實現(xiàn)的。這種調速方法的優(yōu)點是有一定的調速范圍，調速平滑，設備簡單，但能耗較大，效率較低，廣泛用于

36、起重設備。14.3.3 三相異步電動機的制動 在一些工業(yè)應用中，要求電動機能夠在很短的時間內(nèi)停止運轉，這就是電動機的制動工作狀態(tài)。所謂制動是指電動機的轉矩T與電動機轉速n的方向相反時的情況，此時電動機的電磁轉矩起制動作用，使電動機很快停下來。三相異步電動機常用的制動方法有：能耗制動、反接制動和回饋制動。1. 能耗制動能耗制動方法就是在電動機切斷三相電源同時，將一直流電源接到電動機三相繞組中的任意兩相上，見圖示，使電動機內(nèi)產(chǎn)生一恒定磁場。由于異步電動機及所帶負載有一定的轉動慣量，電動機仍在旋轉，轉子導條切割恒定磁場產(chǎn)生感應電動勢和電流，與磁場作用產(chǎn)生電磁轉矩，其方向與轉子旋轉方向相反，對轉子起制

37、動作用。在它的作用下，電動機轉速迅速下降，此時機械系統(tǒng)存儲的機械能被轉換成電能后消耗在轉子電路的電阻上，所以稱能耗制動。調節(jié)激磁直流電流的大小，可以調節(jié)制動轉矩的大小。這種制動的特點是可以實現(xiàn)準確停車，當轉速等于零時，轉子不再切割磁場，制動轉矩也隨之為零。 2. 反接制動此時旋轉磁場轉動的方向同轉子轉動的方向剛好相反。轉子導條切割旋轉磁場的方向也同原來相反，所以產(chǎn)生的感應電流的方向也相反，由感應電流產(chǎn)生的電磁轉矩也同轉子的轉向相反，對轉子產(chǎn)生強烈制動作用，電動機轉速迅速下降為零，使被拖動的負載快速剎車，見圖示。這時，需及時切斷電源，否則電動機將反向起動旋轉。若異步電動機正在穩(wěn)定運行時，將其連至

38、定子電源線中的任意兩相反接，電動機三相電源的相序突然轉變，旋轉磁場也立即隨之反向，轉子由于慣性的原因仍在原來方向上旋轉。特點：制動時在轉子回路產(chǎn)生很大的沖擊電流，從而也對電源產(chǎn)生沖擊。為了限制電流，在制動時，常在鼠籠式電動機定子電路串接電阻限流。 優(yōu)點：制動強度大，制動速度快。缺點：能量損耗大，對電機和電源產(chǎn)生的沖擊大，也不易實現(xiàn)準確停車。3. 回饋制動當轉子的轉速n超過旋轉磁場的轉速n0時，這時的轉矩也是制動轉矩，見圖示。當起重機快速下放重物時，就會發(fā)生這種情況。這時重物拖動轉子，使其轉速nn0，重物受到制動而等速下降。實際上這時電動機已進入發(fā)電機運行，將重物的位能轉換為電能而反饋到電網(wǎng)里去

39、，所以稱為回饋制動。另外，當將多速電動機從高速調到低速的過程中，也自然發(fā)生這種制動。因為剛將極對數(shù)p加倍時，磁場轉速立即減半，但由于慣性，轉子轉速只能逐漸下降，因此就出現(xiàn)nn0的情況。 14.4 14.4 三相異步電動機的銘牌及選擇三相異步電動機的銘牌及選擇14.4.1 三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)型號Y 132 M-4（S短機座；M中機座；L長機座）三相異步電動機 機座中心高（mm） 機座長度代號磁極數(shù)為了適應不同用途和不同工作環(huán)境的需要，電動機制成不同的系列，每種系列用各種型號表示。型號說明，例如：表14-1 異步電動機產(chǎn)品名稱代號2. 接法這是指定子三相繞組的接法。通常三相異步電動機自3kW

40、以下者，聯(lián)接成星形；自4kW以上者，聯(lián)接成三角形。異步鼠籠式電動機的三相繞組共有六個出線端，通常接在置于電動機外殼上的接線盒中，三個繞組的首端接頭分別用U1、V1、W1表示，其對應的末端分別用U2、V2、W2表示。三相定子繞組可以聯(lián)接成星形或三角形。 3. 電壓銘牌上所標的電壓值是指電動機在額定運行時定子繞組上應加的線電壓值。一般規(guī)定電動機的電壓不應高于或低于額定值的5%。4. 電流銘牌所標的電流值是指電動機在額定運行時定子繞組的額定線電流值。當電動機空載或輕載時，都小于這個電流值。5. 功率與效率銘牌上所標的功率值是指電動機在額定運行時軸上輸出的額定機械功率PN。一般總有人把它誤認為電動機從

41、電網(wǎng)輸入的電功率。這兩個功率并不相等，其差值等于電動機本身的損耗功率，包括銅損、鐵損及電動機軸承等的機械損耗等。所謂效率就是電動機銘牌上給出的功率同電動機從電網(wǎng)輸入電功率的比值。電動機的輸入功率：cos31llIUP 式中，Ul和Il分別為電動機的額定線電壓和額定線電流。 為功率因數(shù)。電動機的效率：%10012PP其中，P2為電動機的輸出功率。電動機的額定轉矩：NNNnPT9550其中，nN為電動機的額定轉速。6. 功率因數(shù)因為電動機是電感性負載，定子相電流比定子相電壓滯后一個角， 就是電動機的功率因數(shù)。三相異步電動機功率因數(shù)較低，在額定負載時約為0.70.9，而在輕載和空載時更低，空載時只有

42、0.20.3。因此，必須正確選擇電動機的容量，使電動機能保持在滿載下工作。coscos7. 轉速銘牌所給出的轉速是指電動機在額定負載下的額定轉速。8. 絕緣等級絕緣等級是指電動機所采用的絕緣材料的耐熱等級。絕緣材料按其耐熱的程度來劃分，可分為A、B、C、D、E、F、H級。電動機的溫度對絕緣影響很大。如電動機溫度過高，則會使絕緣老化，縮短電機壽命。如果溫度超過很多，甚至使絕緣全部破壞。絕緣等級越高，耐熱能力就越強。為使絕緣不致老化，對電動機繞組溫度做了一定的限制。異步電動機的溫升是指定子鐵心和繞組溫度高于環(huán)境溫度的允許溫差。9. 工作方式這一項是指是電動機工作在連續(xù)工作制、短時或斷續(xù)工作制。若標

43、為連續(xù)，表示電動機可在額定功率下連續(xù)運行，繞組不會過熱；若標為短時，表示電動機不能連續(xù)運行，而只能在規(guī)定的時間內(nèi)依照額定功率短時運行，這樣不會過熱；若標為斷續(xù)，表示電動機的工作是短時的，但能多次重復運行。14.4.2 三相異步電動機的選擇在實際工作中，從技術的角度來考慮，選擇一臺異步電動機通常從以下幾個方面進行。1. 電機類型的選擇電動機的種類分為直流電動機和交流電動機兩大類。本書只限于交流異步電動機類型（鼠籠型和繞線型兩類）。根據(jù)電動機工作的環(huán)境、工作性質和條件要求，合理地選擇電動機的類型，一般優(yōu)先考慮選擇鼠籠型異步電動機。2. 功率的選擇功率的選擇實際上也就是容量的選擇，選擇太大，容量沒得到充分利用，既增加投資，也增加運行費用。如選得過小，電動機的溫升過高，影響壽命，嚴重時，可能還會燒毀電動機。對于長期運行（長時工作制）的電動機，可選其額定功率PN等于或略大于生產(chǎn)機械所需的功率；對于短時工作制或重復短時制工作的電動機，可以選擇專門為這類工作制設計的電動機，也可選擇長時