第四章-交流電動機(jī)的工作原理及特性

1、第四章第四章 交流電動機(jī)的工作原理及特性交流電動機(jī)的工作原理及特性機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容提要內(nèi)容提要4.1 4.1 三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理4.2 4.2 三相異步電動機(jī)的額定參數(shù)三相異步電動機(jī)的額定參數(shù)4.3 4.3 三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性4.4 4.4 三相異步電動機(jī)的啟動三相異步電動機(jī)的啟動4.5 4.5 三相異步電動機(jī)的調(diào)速三相異步電動機(jī)的調(diào)速4.6 4.6 三相異步電動機(jī)的制動三相異步電動機(jī)的制動4.7 4.7 單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)4.8 4.8 同步電動機(jī)的工作原理、特點及應(yīng)用同步電

2、動機(jī)的工作原理、特點及應(yīng)用由由定子定子( (固定部分固定部分) )和和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子( (旋轉(zhuǎn)部分旋轉(zhuǎn)部分) )兩個部分組成兩個部分組成 。定子構(gòu)成：由機(jī)座和裝在機(jī)座內(nèi)的圓筒形定子構(gòu)成：由機(jī)座和裝在機(jī)座內(nèi)的圓筒形鐵心鐵心以及其中的以及其中的三相定子繞組三相定子繞組組成組成 機(jī)座：是用鑄鐵或鑄鋼制成的機(jī)座：是用鑄鐵或鑄鋼制成的 4.1.1 4.1.1 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)4.1 4.1 交流電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理交流電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理鐵心：鐵心： 是由互相絕緣的是由互相絕緣的硅鋼片硅鋼片疊成的。鐵心的內(nèi)圓周表面沖有槽，用疊成的。鐵心的內(nèi)圓周表面沖有槽，用以放置定子繞組。

3、以放置定子繞組。 定子繞組：是起定子繞組：是起電磁作用電磁作用的三相對稱的線圈的三相對稱的線圈4.1.1 4.1.1 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)4.1 4.1 交流電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理交流電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理三相異步電動機(jī)的三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心是是圓柱狀的，也是用硅鋼片疊成，圓柱狀的，也是用硅鋼片疊成，表面沖有槽，用來放置轉(zhuǎn)子繞表面沖有槽，用來放置轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子鐵心裝在轉(zhuǎn)軸上，軸組。轉(zhuǎn)子鐵心裝在轉(zhuǎn)軸上，軸上加機(jī)械負(fù)載。上加機(jī)械負(fù)載。 分為分為鼠籠式鼠籠式和和繞線式繞線式兩種兩種 鼠籠式異步電動機(jī)若去掉轉(zhuǎn)子鐵心，嵌放在鐵心槽中的轉(zhuǎn)子繞組，就象鼠籠式異步電動機(jī)

4、若去掉轉(zhuǎn)子鐵心，嵌放在鐵心槽中的轉(zhuǎn)子繞組，就象一個一個“鼠籠鼠籠”，它一般是用銅或鋁鑄成。，它一般是用銅或鋁鑄成。 4.1.1 4.1.1 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)4.1 4.1 交流電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理交流電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理n1nei4.1.2 4.1.2 三相異步電動機(jī)工作原理三相異步電動機(jī)工作原理NSf磁鐵磁鐵閉合閉合線圈線圈e e方向用方向用右手定則右手定則確定確定f f方向用方向用左手定則左手定則確定確定磁場旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)4.1 4.1 交流電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理交流電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理磁極旋轉(zhuǎn)磁極旋轉(zhuǎn)導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)

5、生感應(yīng)電動勢vlBe導(dǎo)線長導(dǎo)線長磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度切割速度切割速度（右手定則）（右手定則）閉合導(dǎo)線產(chǎn)生電流閉合導(dǎo)線產(chǎn)生電流 i（左手定則）（左手定則）通電導(dǎo)線在磁場中受力通電導(dǎo)線在磁場中受力ilBfn1neiNSf1.1. 線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)兩者轉(zhuǎn)動方向一致兩者轉(zhuǎn)動方向一致 結(jié)論：結(jié)論：2. 2. 線圈比磁場轉(zhuǎn)得慢線圈比磁場轉(zhuǎn)得慢1nnn1neiNSf異步異步三相異步機(jī)的結(jié)構(gòu)三相異步機(jī)的結(jié)構(gòu)YBZXAC轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子定子繞組定子繞組（三相）（三相）機(jī)機(jī) 座座轉(zhuǎn)子：在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，轉(zhuǎn)子：在旋轉(zhuǎn)磁場作用下， 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或 電流。電流。三相定子繞組：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。

6、三相定子繞組：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。線繞式線繞式鼠籠式鼠籠式鼠籠轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子 1 1 旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生AYCBZ異步機(jī)中異步機(jī)中, ,旋轉(zhuǎn)磁場代替了旋轉(zhuǎn)磁極旋轉(zhuǎn)磁場代替了旋轉(zhuǎn)磁極AiBiCimIt1n( () )電流出電流出( ( ) )電流入電流入X240sin120sinsintIitIitIimCmBmA4.1.3 4.1.3 三相異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場三相異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場0tAXYCBZNSAiBiCimItBiAXBYCZAiCi合成磁場方向：合成磁場方向：向下向下180tXBZ1nAYC 60tAXYCBZSN1n60A120tXYCBZ1n同理分析，可得同理分析，可得其它電

7、流角度下其它電流角度下的磁場方向：的磁場方向：AiBiCitmIANSNSttTtt0202. 2. 旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向三相交流電流最大值到達(dá)的順序三相交流電流最大值到達(dá)的順序（相序相序）決定電動機(jī)）決定電動機(jī)轉(zhuǎn)向。轉(zhuǎn)向。ABC ABC 電流電流ABC ABC 定子繞組（定子繞組（順時旋轉(zhuǎn)順時旋轉(zhuǎn)）ABC ABC 電流電流ACB ACB 定子繞組（定子繞組（逆時旋轉(zhuǎn)逆時旋轉(zhuǎn)）旋轉(zhuǎn)方向：旋轉(zhuǎn)方向：取決于三相電流的相序。取決于三相電流的相序。1n1n改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向：換接其中兩相。改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向：換接其中兩相。AiBiCimItAiCiBimIt 一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空

8、間轉(zhuǎn)過一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360360電流頻率為電流頻率為 f Hz，則磁場，則磁場1/f秒旋轉(zhuǎn)秒旋轉(zhuǎn)1圈，每秒旋轉(zhuǎn)圈，每秒旋轉(zhuǎn)f圈。每圈。每分鐘旋轉(zhuǎn)：分鐘旋轉(zhuǎn)：n0稱為稱為同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速 分）轉(zhuǎn)/( 600fn 3. 3. 四極旋轉(zhuǎn)磁場與旋轉(zhuǎn)速度四極旋轉(zhuǎn)磁場與旋轉(zhuǎn)速度(a)(a)嵌放情況嵌放情況 (b)(b)接線圖接線圖 圖圖4.11 4.11 產(chǎn)生四極旋轉(zhuǎn)磁場的定子繞組產(chǎn)生四極旋轉(zhuǎn)磁場的定子繞組( (極對數(shù)極對數(shù)=2)=2)3. 3. 旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)與旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)與旋轉(zhuǎn)速度3. 3. 四極旋轉(zhuǎn)磁場與旋轉(zhuǎn)速度四極旋轉(zhuǎn)磁場與旋轉(zhuǎn)速度CBAiiit0006CBAiii

9、TtCBAiiiTt03CBAiiiTt02ttTtt0205 . 5600pfn 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速（同步速）（同步速）磁場轉(zhuǎn)了磁場轉(zhuǎn)了9090度度n0r/minfHZ p極對數(shù)極對數(shù)（p=1、2、3） 4. 轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 的概念：的概念：)(s%10000nnns轉(zhuǎn)差率為旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)差率為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速和和電動機(jī)轉(zhuǎn)速電動機(jī)轉(zhuǎn)速之差。即：之差。即：pfSn601電流頻率電流頻率f極對數(shù)極對數(shù)pmin/9801480288010001500300032150000rnnnnnnPPPHfZ電動機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系電動機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系電動機(jī)轉(zhuǎn)速（額定轉(zhuǎn)速

10、）電動機(jī)轉(zhuǎn)速（額定轉(zhuǎn)速）: :n電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致， 但但 異步電動機(jī)異步電動機(jī)1nn 無轉(zhuǎn)距無轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動無轉(zhuǎn)子電動勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電動勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電流無轉(zhuǎn)子電流提示提示：如果如果1nn 圖圖5.15 5.15 星形連接星形連接 圖圖5.16 5.16 三角形連接三角形連接出線端出線端排列排列短路片短路片線電壓線電壓相電壓相電壓銘牌：銘牌：Y/接線方式接線方式 380/220不同接線不同接線應(yīng)加的線電壓應(yīng)加的線電壓4.2.1 4.2.1 定子繞組線端連接

11、方式定子繞組線端連接方式4.2 4.2 異步電動機(jī)的額定參數(shù)異步電動機(jī)的額定參數(shù) 電動機(jī)銘牌上的額定數(shù)據(jù)電動機(jī)銘牌上的額定數(shù)據(jù) 型號型號 額定功率額定功率PN (輸出的機(jī)械功率輸出的機(jī)械功率) 額定電壓額定電壓 UN (220/380V /Y) 額定頻率額定頻率f (50HZ) 額定電流額定電流IN (10.35/5.9A /Y) 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速nN (額定轉(zhuǎn)差率額定轉(zhuǎn)差率SN) 工作方式工作方式 (定額定額) 溫升溫升(或絕緣等級或絕緣等級) 電動機(jī)重量電動機(jī)重量4.2.2 4.2.2 三相異步電動機(jī)的額定值三相異步電動機(jī)的額定值 電動機(jī)銘牌上不標(biāo)的額定數(shù)據(jù)電動機(jī)銘牌上不標(biāo)的額定數(shù)據(jù) 額定

12、功率因數(shù)額定功率因數(shù)cosN 額定效率額定效率N%100cos3NNNNNIUPn 額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩TN n 繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時滑環(huán)電壓和轉(zhuǎn)繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時滑環(huán)電壓和轉(zhuǎn) 子額定電流子額定電流n 通常手冊上給出的數(shù)據(jù)就是額定值通常手冊上給出的數(shù)據(jù)就是額定值4.2.2 4.2.2 三相異步電動機(jī)的額定值三相異步電動機(jī)的額定值輸入定子的電功率輸入定子的電功率定子電路定子電路中的銅損中的銅損轉(zhuǎn)子電路轉(zhuǎn)子電路中的銅損中的銅損Pcu2=sPcu輸入轉(zhuǎn)子的電輸入轉(zhuǎn)子的電磁功率磁功率鐵損鐵損( (磁滯磁滯和渦流損耗和渦流損耗) )機(jī)械損失機(jī)械損失功率功率輸出的機(jī)輸出的機(jī)械功率械功率4.2.3

13、 4.2.3 三相異步電動機(jī)的能流圖三相異步電動機(jī)的能流圖23. 51112PPPPP電動機(jī)的效率電動機(jī)的效率NNNP9 . 07 . 0 TPTPPPemcu2220電動機(jī)的電動機(jī)的輸出功率輸出功率T-電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T2-電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩24. 555. 9222nPPT4.2.3 4.2.3 三相異步電動機(jī)的能流圖三相異步電動機(jī)的能流圖圖圖5.18 5.18 定子和轉(zhuǎn)子電路的感應(yīng)電勢定子和轉(zhuǎn)子電路的感應(yīng)電勢 定子每相繞組的感應(yīng)電勢為定子每相繞組的感應(yīng)電勢為dtdNetm11sin有效值為有效值為6 . 544. 4111NfE ffpnf1017 . 56

14、0忽略漏磁忽略漏磁10. 511EU 4.3.1 4.3.1 定子電路分析定子電路分析4.3 4.3 三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢有效值為轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢有效值為1210ffSnZ12H50f)375. 0%6%5 . 1ZHfS（11. 544. 4222NfE 12. 512Sff 15. 5202SEE E E2020轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動感應(yīng)電勢 4.3.2 4.3.2 轉(zhuǎn)子電路分析轉(zhuǎn)子電路分析4.3 4.3 三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性轉(zhuǎn)子感應(yīng)電轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流流有效值為有效值為22. 5cos22022222

15、2222SXRRXRR21. 52202220222222SXRSEXREIE E2020轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動感應(yīng)電勢X X2 2-轉(zhuǎn)子每相繞組漏磁感抗轉(zhuǎn)子每相繞組漏磁感抗轉(zhuǎn)子電路功率因素為轉(zhuǎn)子電路功率因素為(I2遲后遲后E2一個一個2角角) 4.3.2 4.3.2 轉(zhuǎn)子電路分析轉(zhuǎn)子電路分析4.3 4.3 三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性21. 52202220222222SXRSEXREI22. 5cos220222222222SXRRXRR 1cos002220220220SRSEISXRInnS202220202202/cos01SXRCXEISXRn

16、S4.3.24.3.2轉(zhuǎn)子電路分析轉(zhuǎn)子電路分析直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩三相異步電動機(jī)的三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)距2 . 3atIKT25. 5cos22IKTt21. 52202220222222SXRSEXREI22. 5cos220222222222SXRRXRR27. 5220222222022212SXRUSRKSXRUSRKT4.3 4.3 三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性4.3.34.3.3 三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩T2cos對對影響影響n=f(T) 機(jī)械特性曲線T=f(S) T-S曲線n=n0n=0T27. 52202222220

17、22212SXRUSRKSXRUSRKT4.3.44.3.4 三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性27. 52202222SXRUSRKT 1. 固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性 理想空載轉(zhuǎn)速理想空載轉(zhuǎn)速n0 額定工作點額定工作點T=TN TN=9.55PN/nN SN=(n0-nN)/n0 (0.060.015) nN=(0.940.985)n0 啟動工作點啟動工作點Tst(n=0,s=1) 臨界工作點臨界工作點(T=Tmax,s=sm) dT/ds=0 sm=R2/X20 Tmax=KU2/(2X0) T27. 52202222SXRUSRKTn Tmax=KU2/(2X0) nsm=

18、R2/X20 34. 5/2maxSSSSTTmm 1. 固有機(jī)械特性固有機(jī)械特性 過載能力系數(shù)過載能力系數(shù) m=Tmax/TN m=2.02.2 啟動啟動能力系數(shù)能力系數(shù) st=Tst/TN st=1.01.2 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率實用公式轉(zhuǎn)差率實用公式 T/Tmax代入代入 sm=R2/X20 化簡得化簡得 4.3.44.3.4 三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性0.25Tmax0.64Tmax32. 5231. 5/5 . 5/60202max2020XUKTXRSPfnm電壓降低后特性變化的特電壓降低后特性變化的特點點：1. n0、 Sm不變；不變；2. Tmax大大減小，對

19、大大減小，對U敏感；敏感；3. 機(jī)械特性變軟；機(jī)械特性變軟；4. TL不變下，不變下，SI溫度升溫度升高。高。 2. 2. 人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性 降低電源電壓的人為特性降低電源電壓的人為特性4.3.44.3.4 三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性 特性變化的特點特性變化的特點：1. n0、 Sm不變；不變；2. Tmax同降壓引起同降壓引起Tmax下降下降相比減小得較??；相比減小得較??；3. 機(jī)械特性變軟；機(jī)械特性變軟； 2. 2. 人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性定子電路定子電路串入電阻或電抗串入電阻或電抗4.3.44.3.4 三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性ff1

20、f2 特性變化的特點：特性變化的特點：n0、 Sm改變改變，機(jī)械特性基本不，機(jī)械特性基本不變；變；fTfTCTCfUXUKTfXXRSPfnststm/1/32. 5231. 5/5 . 5/60max202max202020 2. 2. 人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性改變電源頻率時的特性改變電源頻率時的特性4.3.44.3.4 三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性 特性變化的特點：特性變化的特點： Sm增大增大，機(jī)械特性，機(jī)械特性變軟；變軟；CTXUKTXRSPfnmmax202max202032. 5231. 5/5 . 5/60 2. 2. 人為機(jī)械特性人為機(jī)械特性轉(zhuǎn)子電路轉(zhuǎn)子電路

21、串入電阻（串入電阻（繞線式電動機(jī)繞線式電動機(jī)）4.3.44.3.4 三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性27. 5220222222022212SXRUSRKSXRUSRKTU,U1-定子繞組相電壓，電源電壓；定子繞組相電壓，電源電壓；R2-轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻；轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻；X20-n=0時轉(zhuǎn)子每相繞組的感抗；時轉(zhuǎn)子每相繞組的感抗；K-三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)。三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)。112 fPmK4.3.34.3.3 三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩 例例4-1有一臺三相四極的異步電動機(jī)，有一臺三相四極的異步電動機(jī)， Y連接，連接， 其額定技術(shù)數(shù)據(jù)為其額定技術(shù)數(shù)

22、據(jù)為PN=90kW，UN=380V，IN=229A，電源頻率，電源頻率f=50Hz，額定轉(zhuǎn)差率，額定轉(zhuǎn)差率SN=285，定子每相繞組匝，定子每相繞組匝N1=320， 轉(zhuǎn)子每相繞線匝數(shù)轉(zhuǎn)子每相繞線匝數(shù)N2=20，旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁，旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通通0.023Wb，試求：，試求：(l)定子每相繞組感應(yīng)電動勢定子每相繞組感應(yīng)電動勢E1： (2)轉(zhuǎn)子每相繞組開路電壓轉(zhuǎn)子每相繞組開路電壓E20： (3)額定轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)子每相繞組感應(yīng)電動勢額定轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)子每相繞組感應(yīng)電動勢E2N 解解 (1)E1=4.44f1N1 =4.445O3200.023 1634V (2)轉(zhuǎn)子繞組開路時，轉(zhuǎn)子電路電流轉(zhuǎn)子繞組開路時，

23、轉(zhuǎn)子電路電流I2=0，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速子轉(zhuǎn)速n=0，轉(zhuǎn)子繞組電動勢頻率，轉(zhuǎn)子繞組電動勢頻率f2=f1=50Hz，故轉(zhuǎn)子每相繞組的感應(yīng)電動勢故轉(zhuǎn)子每相繞組的感應(yīng)電動勢(即開路電壓即開路電壓) E20=4.44f2N2 =4.44f1N2=4.4450200.023=102V ( 3 ) 求求 E2 N f2= SNf10.028550Hz=1.43Hz E2N=4.44f2N2 =4.441.43200.023=2.9V 例例4-2 有一臺三相四極的異步電動機(jī)，有一臺三相四極的異步電動機(jī)， 其額定技術(shù)數(shù)據(jù)為其額定技術(shù)數(shù)據(jù)為nN=1440r/min，R2=0.02，X20=0.08 ，電源頻率，電源頻

24、率f1=50Hz，E20=20V， 試求：試求：(l)電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0 ： (2)電動機(jī)啟動時的轉(zhuǎn)子電流電動機(jī)啟動時的轉(zhuǎn)子電流I2st ： (3)電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)子電動勢的頻電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)子電動勢的頻率率f2N； (4)電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)子電流電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時的轉(zhuǎn)子電流 I2N 解 (1) n0=60f1/P=6050/2=1500r/min (2) AXREIst5 .24208. 002. 0202222022202AXSRESINNN4008. 004. 002. 02004. 02222022202(3)SN=(n0-nN) /n0=(1500-14

25、40) /1500=0.04 f2N=SNf10.0450Hz=2Hz(4) 三相異步電動機(jī)的啟動要求三相異步電動機(jī)的啟動要求 啟動轉(zhuǎn)矩要足夠大；啟動轉(zhuǎn)矩要足夠大； 滿足啟動轉(zhuǎn)矩要求下，啟動電流要小。滿足啟動轉(zhuǎn)矩要求下，啟動電流要小。22022202222coscos1SXRSEIIkTSstststtststNstNstIITT755 . 18 . 024.4 4.4 三相異步電動機(jī)的啟動特性三相異步電動機(jī)的啟動特性35. 5443%20電動機(jī)功率電源總?cè)萘拷?jīng)驗公式工業(yè)與民用共用電源時變壓器容量的電動機(jī)功率NstII圖圖5.29 5.29 鼠籠式異步電動機(jī)的直接啟動鼠籠式異步電動機(jī)的直接啟動

26、 1. 1. 直接啟動（全壓直接啟動（全壓）4.4 4.4 三相異步電動機(jī)的啟動特性三相異步電動機(jī)的啟動特性4.4.14.4.1 鼠籠式異步電動機(jī)的啟動方法鼠籠式異步電動機(jī)的啟動方法缺點缺點：機(jī)械特性變軟機(jī)械特性變軟消耗能量大，消耗能量大，不適合經(jīng)常啟不適合經(jīng)常啟動的電動機(jī)動的電動機(jī) 2 2. . 定子串電阻、電抗定子串電阻、電抗4.4 4.4 三相異步電動機(jī)的啟動特性三相異步電動機(jī)的啟動特性4.4.14.4.1 鼠籠式異步電動機(jī)的啟動方法鼠籠式異步電動機(jī)的啟動方法圖圖5-31 Y-降壓啟動降壓啟動IstY=Ist/3TstY=Tst/3優(yōu)點優(yōu)點；簡單、經(jīng)濟(jì)、電流；簡單、經(jīng)濟(jì)、電流小。小。缺點

27、缺點；只能應(yīng)用正常工作；只能應(yīng)用正常工作方式為三角形接線電機(jī)方式為三角形接線電機(jī)(4KW以上，額定電壓以上，額定電壓380v、接線。接線。) 3. Y-4.4 4.4 三相異步電動機(jī)的啟動特性三相異步電動機(jī)的啟動特性4.4.14.4.1 鼠籠式異步電動機(jī)的啟動方法鼠籠式異步電動機(jī)的啟動方法優(yōu)點優(yōu)點；電壓可調(diào)、電；電壓可調(diào)、電流小。流小。缺點缺點；變壓器體積大、；變壓器體積大、價格高。不能應(yīng)用于價格高。不能應(yīng)用于經(jīng)頻繁啟動電機(jī)。經(jīng)頻繁啟動電機(jī)。 4 4. . 自耦變壓器自耦變壓器4.4 4.4 三相異步電動機(jī)的啟動特性三相異步電動機(jī)的啟動特性4.4.14.4.1 鼠籠式異步電動機(jī)的啟動方法鼠籠式

28、異步電動機(jī)的啟動方法5. 軟啟動器軟啟動器abc直接啟動一級降壓啟動軟啟動器4.4 4.4 三相異步電動機(jī)的啟動特性三相異步電動機(jī)的啟動特性4.4.14.4.1 鼠籠式異步電動機(jī)的啟動方法鼠籠式異步電動機(jī)的啟動方法(a)原理接線圖原理接線圖 (b)啟動特性啟動特性 圖圖5.34 逐級切除啟動電阻的啟動過程逐級切除啟動電阻的啟動過程優(yōu)點優(yōu)點；電流小、啟動電流小、啟動轉(zhuǎn)矩大。轉(zhuǎn)矩大。缺點缺點；電阻上的損耗電阻上的損耗大。大。 1. 逐級切除逐級切除4.4 4.4 三相異步電動機(jī)的啟動特性三相異步電動機(jī)的啟動特性4.4.2 4.4.2 繞線式異步電動機(jī)的啟動方法繞線式異步電動機(jī)的啟動方法優(yōu)點：優(yōu)點：

29、電流小、結(jié)構(gòu)簡單、電流小、結(jié)構(gòu)簡單、無需維修。啟動轉(zhuǎn)矩較大。無需維修。啟動轉(zhuǎn)矩較大。具有自動平滑調(diào)節(jié)啟動電流具有自動平滑調(diào)節(jié)啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩的良好啟動特性。和啟動轉(zhuǎn)矩的良好啟動特性。缺點：缺點：不能用作調(diào)速電阻。不能用作調(diào)速電阻。n=0，S=1 f2=Sf1RXITn=nn f2 R=X0相當(dāng)于轉(zhuǎn)相當(dāng)于轉(zhuǎn)子短路，啟動完畢子短路，啟動完畢 2. 頻敏變阻器啟動法頻敏變阻器啟動法4.4 4.4 三相異步電動機(jī)的啟動特性三相異步電動機(jī)的啟動特性4.4.2 4.4.2 繞線式異步電動機(jī)的啟動方法繞線式異步電動機(jī)的啟動方法4.5 三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法與特性與特性37. 56

30、0)1 (PfSn變變極極對對數(shù)數(shù)調(diào)調(diào)速速改改變變鼠鼠籠籠式式異異步步電電動動機(jī)機(jī)定定子子繞繞組組的的極極對對數(shù)數(shù)調(diào)調(diào)壓壓調(diào)調(diào)速速改改變變定定子子電電壓壓轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子電電路路串串電電阻阻調(diào)調(diào)速速繞繞線線式式異異步步電電動動機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子串串電電阻阻交交流流調(diào)調(diào)速速 變變轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差差率率調(diào)調(diào)速速串串級級調(diào)調(diào)速速繞繞線線式式異異步步電電動動機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子電電路路串串電電動動勢勢電電磁磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差差離離合合器器調(diào)調(diào)速速滑滑差差電電動動機(jī)機(jī)調(diào)調(diào)速速變變頻頻調(diào)調(diào)速速 (a) (a) 串聯(lián)串聯(lián)2 2p p=4 (b) =4 (b) 并聯(lián)并聯(lián)2 2p p=2=2 圖圖5.39 5.39 改變極對數(shù)調(diào)速的原理改變極對數(shù)調(diào)速的

31、原理 5.5.1 5.5.1 改變極對數(shù)調(diào)速改變極對數(shù)調(diào)速4.5 三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法與特性與特性2PP2PP改變接線必須同時改變定子繞組的相序，改變接線必須同時改變定子繞組的相序，以保證轉(zhuǎn)向不變。啟動時宜低速啟動。以保證轉(zhuǎn)向不變。啟動時宜低速啟動。 5.5.1 5.5.1 改變極對數(shù)調(diào)速改變極對數(shù)調(diào)速4.5 三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法與特性與特性1調(diào)壓調(diào)速調(diào)壓調(diào)速1)異步電動機(jī)調(diào)壓特性異步電動機(jī)調(diào)壓特性對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載調(diào)速范圍小，沒有多大實用價值！離心風(fēng)機(jī)離心風(fēng)機(jī) 5.5.2 5.5.2 改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速4.5 三相異步電動機(jī)的調(diào)速

32、方法三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法與特性與特性 2)異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速的損耗和容量限制異步電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速的損耗和容量限制 000/ min/ min()95509550/ min()9550/ min/ min()()9550()mmeseeT Nm nrT Nm nrP KWT Nm n rPKWnrn rPP KWPKWT NmSP KW傳傳動動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子上上的的電電磁磁功功率率轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子軸軸上上產(chǎn)產(chǎn)生生的的機(jī)機(jī)械械功功率率轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差差功功率率( (這這部部分分功功率率通通過過轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子導(dǎo)導(dǎo)體體發(fā)發(fā)熱熱而而消消耗耗掉掉) ) 5.5.2 5.5.2 改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速4.5 三相異步電動機(jī)的調(diào)速

33、方法三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法與特性與特性(a)(a)原理接線圖原理接線圖 (b)(b)調(diào)速過程特性調(diào)速過程特性 圖圖5.34 5.34 轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速 有階調(diào)速有階調(diào)速起重起重設(shè)備上設(shè)備上 2 2 轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 5.5.2 5.5.2 改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速4.5 三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法與特性與特性1 1) )變壓變頻調(diào)速變壓變頻調(diào)速11111111111111111111111(),4.44,14.44mmUEI Rj I XEI RjXEI ZI ZI ZUUEf NUNf 由由前前述述可可知知：異異步步電電動動機(jī)機(jī)定定

34、子子繞繞組組的的電電壓壓平平衡衡方方程程式式為為定定子子電電流流在在繞繞組組阻阻抗抗上上產(chǎn)產(chǎn)生生的的電電壓壓降降。電電動動機(jī)機(jī)運運行行時時，即即由由上上式式有有：上上式式表表明明，在在基基頻頻以以下下變變頻頻調(diào)調(diào)速速時時，要要實實現(xiàn)現(xiàn)恒恒磁磁通通調(diào)調(diào)速速，應(yīng)應(yīng)使使電電壓壓和和頻頻率率按按比比例例配配合合調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)，這這相相當(dāng)當(dāng)于于直直流流電電動動機(jī)機(jī)的的調(diào)調(diào)壓壓調(diào)調(diào)速速，也也稱稱恒恒壓壓頻頻比比控控制制方方式式。 5.5.3 5.5.3 變頻調(diào)速變頻調(diào)速4.5 三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法與特性與特性2 2) )恒壓弱磁調(diào)速恒壓弱磁調(diào)速1111NNmf恒恒壓壓弱弱磁磁調(diào)調(diào)速速

35、適適用用于于基基頻頻（額額定定頻頻率率f f ）以以上上調(diào)調(diào)速速。在在基基頻頻以以上上調(diào)調(diào)速速時時，要要按按比比例例升升高高電電壓壓是是很很困困難難的的。只只好好保保持持電電壓壓不不變變，即即U =UU =U 為為常常數(shù)數(shù)，這這時時 越越高高，越越弱弱，這這相相當(dāng)當(dāng)于于直直流流電電動動機(jī)機(jī)的的弱弱磁磁調(diào)調(diào)速速，也也稱稱恒恒壓壓升升速速控控制制方方式式。 5.5.3 5.5.3 變頻調(diào)速變頻調(diào)速4.5 三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法與特性與特性適用于適用于鼠籠式電動機(jī)鼠籠式電動機(jī)圖圖5.26 5.26 改變定子電源頻率時改變定子電源頻率時 的人為特性的人為特性 5.5.3 5.

36、5.3 變頻調(diào)速變頻調(diào)速4.5 三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法與特性與特性變頻調(diào)速的優(yōu)點：變頻調(diào)速的優(yōu)點：（1 1）調(diào)速范圍廣。）調(diào)速范圍廣。（2 2）調(diào)速平滑性好。）調(diào)速平滑性好。0.00260 0.002/ min0.06 / min2Hznrr如如果果給給定定信信號號是是數(shù)數(shù)字字量量，則則輸輸出出頻頻率率的的分分辨辨率率可可達(dá)達(dá)，每每兩兩檔檔之之間間的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速差差為為（3 3）工作特性能做到和直流調(diào)速系統(tǒng)不相上下的程度。）工作特性能做到和直流調(diào)速系統(tǒng)不相上下的程度。（4 4）經(jīng)濟(jì)性好。）經(jīng)濟(jì)性好。 5.5.3 5.5.3 變頻調(diào)速變頻調(diào)速4.5 三相異步電動機(jī)的調(diào)速方

37、法三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法與特性與特性圖圖5.41 5.41 反饋制動狀態(tài)異步電動機(jī)反饋制動狀態(tài)異步電動機(jī) 的制動性能的制動性能n n與與T T方向相反方向相反00202220000SXRSEInnnSTSnn均為負(fù)值均為負(fù)值 5.6.1 5.6.1 反饋制動反饋制動4.6 三相異步電動機(jī)的制動三相異步電動機(jī)的制動特性特性圖圖5.42 5.42 變極或變頻調(diào)速時反饋制動的機(jī)械特性變極或變頻調(diào)速時反饋制動的機(jī)械特性n n與與T T方向相反方向相反變極或變頻調(diào)速時變極或變頻調(diào)速時反饋制動反饋制動 5.6.1 5.6.1 反饋制動反饋制動4.5 三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法與特性

38、與特性n n與與T T方向相反方向相反n0方向改變方向改變T,TL同向同向 abc斷斷電因為反接電流很大電因為反接電流很大，實際串電阻后應(yīng)實際串電阻后應(yīng)ade特點特點：制動強(qiáng)烈、控：制動強(qiáng)烈、控制復(fù)雜、不準(zhǔn)確、能制復(fù)雜、不準(zhǔn)確、能耗大，需反轉(zhuǎn)場合。耗大，需反轉(zhuǎn)場合。 1.1.電源反接電源反接 5.6.2 5.6.2 反接制動反接制動4.5 三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法與特性與特性圖圖5.44 5.44 倒拉反接制動時的機(jī)械特性倒拉反接制動時的機(jī)械特性 n n與與T T方向相反方向相反提升提升工作在工作在a點點下放下放時串電阻改變機(jī)械時串電阻改變機(jī)械特性特性a b c d點。

39、點。特點特點：能耗大、電阻大：能耗大、電阻大小要適當(dāng)，起吊機(jī)械。小要適當(dāng)，起吊機(jī)械。 2.2.倒拉制動倒拉制動 5.6.2 5.6.2 反接制動反接制動4.5 三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法與特性與特性特點特點：制動效果不如反接制動強(qiáng)度大，制動平穩(wěn)，：制動效果不如反接制動強(qiáng)度大，制動平穩(wěn)，準(zhǔn)確停車，需直流設(shè)備，應(yīng)用于準(zhǔn)確停車和下放準(zhǔn)確停車，需直流設(shè)備，應(yīng)用于準(zhǔn)確停車和下放重物設(shè)備上。重物設(shè)備上。(a)(a)原理線路圖原理線路圖 (b)(b)機(jī)械特性機(jī)械特性 圖圖5.45 5.45 能耗制動時的原理線路圖及機(jī)械特性能耗制動時的原理線路圖及機(jī)械特性 5.6.3 5.6.3 能耗制

40、動能耗制動 5.7.15.7.1單相異步電動的磁場單相異步電動的磁場38. 5sintBBm交交流流電電源源的的角角頻頻率率磁磁感感應(yīng)應(yīng)強(qiáng)強(qiáng)度度的的幅幅值值mB產(chǎn)產(chǎn)生生脈脈動動磁磁場場組組單單相相交交流流電電通通入入單單相相繞繞圖圖5.46 5.46 單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)5.7 單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)(a) (a) 交變脈動磁場交變脈動磁場 (b) (b) 脈動磁場的分解脈動磁場的分解圖圖5.47 5.47 脈動磁場分成兩個轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場脈動磁場分成兩個轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場磁磁場場的的兩兩個個圓圓形形旋旋相相同同轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向相相反反可可分分解解為為半半徑徑生生脈脈動動磁磁場場入入單

41、單相相繞繞組組產(chǎn)產(chǎn)單單相相交交流流電電通通2/21mmmBBB5.7 單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī) 5.7.15.7.1單相異步電動的磁場單相異步電動的磁場正向正向反向反向合成合成T-ST-S曲線曲線10000000200122SnnnnnnnnnnSnnnS反向反向正向正向脈動磁場的脈動磁場的TSTS曲線曲線啟啟動動轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩為為零零。2.2.在外力矩作用下能在外力矩作用下能加速到穩(wěn)定運行狀態(tài)，加速到穩(wěn)定運行狀態(tài)，轉(zhuǎn)向不固定轉(zhuǎn)向不固定. .，沒沒有有啟啟動動能能力力，脈脈動動磁磁特特點點：1 5.7.15.7.1單相異步電動的磁場單相異步電動的磁場移相移相電容電容離心離心開關(guān)開關(guān)iB電流超前電

42、流超前iA電流電流90度度圖圖5.49 電容分相式異步電動機(jī)電容分相式異步電動機(jī) 兩相電流兩相電流 1. 1. 電容分相式異步電動機(jī)電容分相式異步電動機(jī) 5.7.25.7.2單相異步電動的啟動方法單相異步電動的啟動方法5.7 單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)(a)(a) 兩相電流兩相電流 (b) (b) 兩相旋轉(zhuǎn)磁場兩相旋轉(zhuǎn)磁場 圖圖5.50 5.50 電容分相式異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生電容分相式異步電動機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場的條件圓形旋轉(zhuǎn)磁場的條件：兩相相差：兩相相差9090度等幅值度等幅值的交的交流電通入兩相在空間相差流電通入兩相在空間相差9090度的對稱繞組度的對稱繞組. .圖圖5.5

43、1 5.51 電容分相式異步電動機(jī)電容分相式異步電動機(jī) 正反轉(zhuǎn)接線原理圖正反轉(zhuǎn)接線原理圖兩相電流兩相電流轉(zhuǎn)向取決于電流最大值到達(dá)的順序。轉(zhuǎn)向取決于電流最大值到達(dá)的順序。或?qū)φ{(diào)兩繞組的任一繞組的接線。或?qū)φ{(diào)兩繞組的任一繞組的接線。電容分相式異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)向電容分相式異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)向5.7 單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī) 5.7.25.7.2單相異步電動的啟動方法單相異步電動的啟動方法罩極銅環(huán)罩極銅環(huán)罩極銅環(huán)圖圖5.52 5.52 罩極式單相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)圖罩極式單相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)圖2. 2. 罩極式異步電動機(jī)罩極式異步電動機(jī)向罩極部分移動磁場。向罩極部分移動磁場。產(chǎn)生一個由未罩極產(chǎn)生一個由未罩極一個角度一個角度遲后遲后12注意注意：罩極電動機(jī)的：罩極電動機(jī)的轉(zhuǎn)向不可改變。轉(zhuǎn)向不可改變。5.7 單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)適用于大功率適用于大功率高電壓的場合高電壓的場合氣隙不均勻（低速電氣隙不均勻（低速電動機(jī)動機(jī)1000r/min1000r/min以下）以下）氣隙均氣隙均勻（高勻（高速電動速電