第5章異步電機(jī)

1、5.1 概述概述5.2 三相異步電動機(jī)的運(yùn)行原理三相異步電動機(jī)的運(yùn)行原理5.3 三相異步電動機(jī)的運(yùn)行特性三相異步電動機(jī)的運(yùn)行特性5.4 三相異步電動機(jī)的啟動與調(diào)速三相異步電動機(jī)的啟動與調(diào)速5.5 單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)5.6 特殊用途的異步電機(jī)特殊用途的異步電機(jī) 異步電機(jī)異步電機(jī)( (也叫感應(yīng)電機(jī)也叫感應(yīng)電機(jī)) )是一種定、轉(zhuǎn)子間是一種定、轉(zhuǎn)子間靠電磁感應(yīng)作用，在轉(zhuǎn)子內(nèi)感應(yīng)電流以實(shí)現(xiàn)機(jī)電靠電磁感應(yīng)作用，在轉(zhuǎn)子內(nèi)感應(yīng)電流以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)接的能量轉(zhuǎn)接的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)。異步電機(jī)一般都用作。異步電機(jī)一般都用作電動機(jī)，在少數(shù)場合下，亦有用作發(fā)電機(jī)的。對電動機(jī)，在少數(shù)場合下，亦有用作發(fā)電機(jī)

2、的。對于異步電機(jī)的研究先說明空載和負(fù)載時三相感應(yīng)于異步電機(jī)的研究先說明空載和負(fù)載時三相感應(yīng)電動機(jī)內(nèi)的磁動勢和磁場，然后導(dǎo)出異步電動機(jī)電動機(jī)內(nèi)的磁動勢和磁場，然后導(dǎo)出異步電動機(jī)的基本方程和等效電路，接著分析它的運(yùn)行特性的基本方程和等效電路，接著分析它的運(yùn)行特性和啟動、調(diào)速問題。和啟動、調(diào)速問題。n應(yīng)用應(yīng)用：廣泛，主要作電動機(jī)使用。如：機(jī)床；廣泛，主要作電動機(jī)使用。如：機(jī)床；水泵；家用電器；水泵；家用電器； n優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、制造容易、價結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、制造容易、價格低廉、堅(jiān)固耐用，有較高的效率和較好的格低廉、堅(jiān)固耐用，有較高的效率和較好的工作特性。工作特性。n缺點(diǎn)缺點(diǎn)：目前尚不

3、能在較大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，目前尚不能在較大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，其必須從電網(wǎng)吸受滯后的無功功率，增加了其必須從電網(wǎng)吸受滯后的無功功率，增加了線損。線損。5.1.1 基本類型和基本結(jié)構(gòu)基本類型和基本結(jié)構(gòu)n 按相數(shù)分按相數(shù)分（針對定子繞組上的電樞電源）：（針對定子繞組上的電樞電源）： 單相單相（并非指電樞只有一相繞組，且轉(zhuǎn)子（并非指電樞只有一相繞組，且轉(zhuǎn)子均為籠型）均為籠型） 三相三相（轉(zhuǎn)子有籠型和繞線式兩種）。（轉(zhuǎn)子有籠型和繞線式兩種）。 n 按結(jié)構(gòu)分類按結(jié)構(gòu)分類 籠型籠型異步電動機(jī)：結(jié)構(gòu)簡單，堅(jiān)固，成本異步電動機(jī)：結(jié)構(gòu)簡單，堅(jiān)固，成本低，運(yùn)行性能不如繞線式。低，運(yùn)行性能不如繞線式。 繞線式繞線式異步電

4、動機(jī)：通過外串電阻改善電異步電動機(jī)：通過外串電阻改善電機(jī)的機(jī)的啟啟動，調(diào)速等性能。動，調(diào)速等性能。異步電機(jī)異步電機(jī)定子繞組定子繞組定子鐵芯定子鐵芯轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子機(jī)座機(jī)座籠型籠型轉(zhuǎn)子鐵芯轉(zhuǎn)子鐵芯轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組繞線式繞線式定子定子一、定子一、定子n機(jī)座機(jī)座 機(jī)座是電動機(jī)的外殼，支撐電機(jī)各部件，并機(jī)座是電動機(jī)的外殼，支撐電機(jī)各部件，并通過機(jī)座的底腳將電機(jī)安裝固定。全封閉式通過機(jī)座的底腳將電機(jī)安裝固定。全封閉式電機(jī)的定子鐵芯緊貼機(jī)座內(nèi)壁，故機(jī)座外殼電機(jī)的定子鐵芯緊貼機(jī)座內(nèi)壁，故機(jī)座外殼上的散熱筋是電機(jī)的主要散熱面。中小型電上的散熱筋是電機(jī)的主要散熱面。中小型電機(jī)采用鑄鐵機(jī)座。大型電機(jī)一般采用鋼板焊

5、機(jī)采用鑄鐵機(jī)座。大型電機(jī)一般采用鋼板焊接機(jī)座。接機(jī)座。n定子鐵芯定子鐵芯 定子鐵芯是電機(jī)磁路的一部分，并起固定定定子鐵芯是電機(jī)磁路的一部分，并起固定定子繞組的作用。為了增強(qiáng)導(dǎo)磁能力和減小鐵子繞組的作用。為了增強(qiáng)導(dǎo)磁能力和減小鐵耗，定子鐵芯常選用耗，定子鐵芯常選用0.5mm或或0.35mm厚的硅厚的硅鋼片沖制疊壓而成，片間涂上絕緣漆。定子鋼片沖制疊壓而成，片間涂上絕緣漆。定子鐵芯內(nèi)圓均勻沖出許多形狀相同的槽，用以鐵芯內(nèi)圓均勻沖出許多形狀相同的槽，用以嵌放定子繞組。嵌放定子繞組。n定子繞組定子繞組 定子繞組是異步電動機(jī)的電路部分，其材料定子繞組是異步電動機(jī)的電路部分，其材料主要采用紫銅。小型異步電

6、動機(jī)常采用主要采用紫銅。小型異步電動機(jī)常采用三相三相單層繞組單層繞組，大中型異步電動機(jī)常采用，大中型異步電動機(jī)常采用三相雙三相雙層短矩疊繞組層短矩疊繞組形式，三相繞組的六個出線端形式，三相繞組的六個出線端子均接在機(jī)座側(cè)面的接線板上，可根據(jù)需要子均接在機(jī)座側(cè)面的接線板上，可根據(jù)需要將三相繞組接成將三相繞組接成Y形或形或形。形。 二、轉(zhuǎn)子二、轉(zhuǎn)子n轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 其作用是固定轉(zhuǎn)子鐵芯和傳遞機(jī)械功率。為其作用是固定轉(zhuǎn)子鐵芯和傳遞機(jī)械功率。為保證其強(qiáng)度和剛度，轉(zhuǎn)軸一般由低碳鋼或合保證其強(qiáng)度和剛度，轉(zhuǎn)軸一般由低碳鋼或合金鋼制成。金鋼制成。n轉(zhuǎn)子鐵芯轉(zhuǎn)子鐵芯 是電機(jī)磁路的組成部分，并用來固定轉(zhuǎn)子繞是電機(jī)磁路的組

7、成部分，并用來固定轉(zhuǎn)子繞組。鐵芯材料也用組。鐵芯材料也用0.5mm或或0.35mm厚的硅鋼厚的硅鋼片沖制疊壓而成，故通常用沖制定子鐵芯沖片沖制疊壓而成，故通常用沖制定子鐵芯沖片剩余下來的內(nèi)圓部分制作。轉(zhuǎn)子鐵芯固定片剩余下來的內(nèi)圓部分制作。轉(zhuǎn)子鐵芯固定在轉(zhuǎn)軸上，其外圓上開有槽，用來嵌放轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)軸上，其外圓上開有槽，用來嵌放轉(zhuǎn)子繞組。繞組。n轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組 籠型轉(zhuǎn)子繞組籠型轉(zhuǎn)子繞組 p在轉(zhuǎn)子鐵芯的每一個槽中，插有一根裸銅導(dǎo)在轉(zhuǎn)子鐵芯的每一個槽中，插有一根裸銅導(dǎo)條，并在轉(zhuǎn)子鐵芯兩端槽口外用兩個端環(huán)將條，并在轉(zhuǎn)子鐵芯兩端槽口外用兩個端環(huán)將全部導(dǎo)條短接，形成一個自身閉合的多相繞全部導(dǎo)條短接，形成一個自

8、身閉合的多相繞組。組。p中、小型異步電動機(jī)還常采用鑄鋁型轉(zhuǎn)子。中、小型異步電動機(jī)還常采用鑄鋁型轉(zhuǎn)子。n轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組 繞線式轉(zhuǎn)子繞組繞線式轉(zhuǎn)子繞組p轉(zhuǎn)子鐵芯槽中，嵌放著三相對稱繞組，采用轉(zhuǎn)子鐵芯槽中，嵌放著三相對稱繞組，采用星形接法，即三相繞組的末端連在一起，三星形接法，即三相繞組的末端連在一起，三個首端分別接到轉(zhuǎn)子軸上三個彼此絕緣的滑個首端分別接到轉(zhuǎn)子軸上三個彼此絕緣的滑環(huán)上。環(huán)上。p轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)和電刷可外串電阻以改善轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)和電刷可外串電阻以改善異步電動機(jī)的啟動和調(diào)速性能。異步電動機(jī)的啟動和調(diào)速性能。風(fēng)葉風(fēng)葉鐵芯鐵芯繞組繞組滑環(huán)滑環(huán)軸承軸承p與籠型轉(zhuǎn)子相比較，繞線式轉(zhuǎn)子造價高

9、，制與籠型轉(zhuǎn)子相比較，繞線式轉(zhuǎn)子造價高，制造工藝和維修較復(fù)雜。因此，僅用于要求啟造工藝和維修較復(fù)雜。因此，僅用于要求啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動電流小和需要調(diào)速的場合。動轉(zhuǎn)矩大，啟動電流小和需要調(diào)速的場合。為了減小電刷磨損和摩擦損耗，繞線式異步為了減小電刷磨損和摩擦損耗，繞線式異步電動機(jī)一般還裝有提刷短路裝置，在電動機(jī)電動機(jī)一般還裝有提刷短路裝置，在電動機(jī)啟動完畢而不需調(diào)速時，可將電刷提起并同啟動完畢而不需調(diào)速時，可將電刷提起并同時將時將3個滑環(huán)短接。轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)和電個滑環(huán)短接。轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)和電刷可外串電阻以改善異步電動機(jī)的啟動和調(diào)刷可外串電阻以改善異步電動機(jī)的啟動和調(diào)速性能。速性能。n繞組式三相

10、異步電動機(jī)接線示意圖繞組式三相異步電動機(jī)接線示意圖三、氣隙三、氣隙定轉(zhuǎn)子之間的間隙，很定轉(zhuǎn)子之間的間隙，很小，小，0.2-1.5mm，對電，對電機(jī)的性能影響很大。機(jī)的性能影響很大。為為了降低電機(jī)的空載電流了降低電機(jī)的空載電流和提高電機(jī)的功率，氣和提高電機(jī)的功率，氣隙應(yīng)盡可能小，但氣隙隙應(yīng)盡可能小，但氣隙太小可能造成定、轉(zhuǎn)子太小可能造成定、轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中發(fā)生磨檫。在運(yùn)行中發(fā)生磨檫。理論基礎(chǔ)：理論基礎(chǔ)：n三相異步電動機(jī)工作原理圖三相異步電動機(jī)工作原理圖動態(tài)效果圖動態(tài)效果圖基本電磁過程：基本電磁過程：n定子三相對稱繞組通三相對稱電流定子三相對稱繞組通三相對稱電流旋轉(zhuǎn)磁旋轉(zhuǎn)磁場，場，n1轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力

11、線產(chǎn)生感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受電磁力作用轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受電磁力作用形成轉(zhuǎn)矩形成轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子同向轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子同向轉(zhuǎn)動，n。n轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率11nnsn 說明：說明：lnn1 ，否則，不可能產(chǎn)生感應(yīng)電勢。，否則，不可能產(chǎn)生感應(yīng)電勢。l由于由于nn1，所以稱之為所以稱之為異步異步電機(jī)。電機(jī)。l轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n 除與電網(wǎng)頻率有關(guān)外，還隨負(fù)載除與電網(wǎng)頻率有關(guān)外，還隨負(fù)載的變化而變動。的變化而變動。l轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率s是表征感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的一個基本是表征感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的一個基本變量。按照轉(zhuǎn)差率的正負(fù)和大小，感應(yīng)電機(jī)變量。按照轉(zhuǎn)差率的正負(fù)和大小，感應(yīng)電機(jī)有有電動機(jī)、發(fā)電機(jī)

12、和電磁制動電動機(jī)、發(fā)電機(jī)和電磁制動三種運(yùn)行狀態(tài)。三種運(yùn)行狀態(tài)。n異步電機(jī)的三種工作狀態(tài)異步電機(jī)的三種工作狀態(tài)u啟動瞬間，啟動瞬間，n = 0，s=1 u理想空載運(yùn)行時：理想空載運(yùn)行時：n=n1，s=0 u作為電動機(jī)運(yùn)行時，作為電動機(jī)運(yùn)行時，s 的范圍在的范圍在01之間。之間。 轉(zhuǎn)差率一般很小，轉(zhuǎn)差率一般很小，s = 0.010.06。 u制動運(yùn)行時，電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反，制動運(yùn)行時，電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反，即即n1與與n反向，反向，s1 u發(fā)電運(yùn)行時，發(fā)電運(yùn)行時，n 高于同步轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速n1，sR2 , R2上上R2下下 由于趨膚效應(yīng)，由于趨膚效應(yīng)，X2下下X2上上 故故 I2上

13、上I2下下，上籠，上籠cos2大，大，Tst大大n正常運(yùn)行時：正常運(yùn)行時： f2=sf1 , R2 X2 由于由于R2上上R2下下 , 故故 I2下下I2上上， 此時漏抗此時漏抗X2小，小， cos2 ，Tem n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：較大的較大的Tst和較小和較小Ist；n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：漏抗較大，其功率因數(shù)、最大轉(zhuǎn)矩和漏抗較大，其功率因數(shù)、最大轉(zhuǎn)矩和過載能力較普通的籠型電動機(jī)小。過載能力較普通的籠型電動機(jī)小。n雙籠型異步電動機(jī)的啟動性能比深槽式好，雙籠型異步電動機(jī)的啟動性能比深槽式好，但深槽式結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低。二者共同但深槽式結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低。二者共同的缺點(diǎn)是功率因數(shù)和過載能力低。的缺點(diǎn)是功率因

14、數(shù)和過載能力低。 四、采用繞線式異步電動機(jī)四、采用繞線式異步電動機(jī) 對于需要在重載下啟動的生產(chǎn)機(jī)械或需要對于需要在重載下啟動的生產(chǎn)機(jī)械或需要頻繁啟動的電力拖動系統(tǒng)，不僅要限制啟動電頻繁啟動的電力拖動系統(tǒng)，不僅要限制啟動電流，而且還要有足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩。在這種情流，而且還要有足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩。在這種情況下，必須采用繞線式異步電動機(jī)。況下，必須采用繞線式異步電動機(jī)。啟動方法：啟動方法：n 轉(zhuǎn)子回路串電阻分級啟動轉(zhuǎn)子回路串電阻分級啟動 n 轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器啟動轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器啟動 1.轉(zhuǎn)子回路串電阻分級起動轉(zhuǎn)子回路串電阻分級起動 T1T2一般取最大加速轉(zhuǎn)矩一般取最大加速轉(zhuǎn)矩T1=(0.70.

15、85)Tm，切，切換轉(zhuǎn)矩?fù)Q轉(zhuǎn)矩T2=(1.11.2)TN 1.轉(zhuǎn)子回路串電阻分級起動轉(zhuǎn)子回路串電阻分級起動2.轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器啟動轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器啟動 頻敏變阻器的頻敏變阻器的鐵芯由幾片或十鐵芯由幾片或十幾片幾片3050mm厚的鋼板或鑄鐵厚的鋼板或鑄鐵板組成。板組成。頻敏變阻器的頻敏變阻器的等值電路與變壓等值電路與變壓器空載時的等值器空載時的等值電路相似。電路相似。RmR1RmXm工作原理：工作原理：n剛剛啟啟動時，動時，f2f1，f2較高，鐵耗較大，其等效較高，鐵耗較大，其等效電阻電阻Rm也很大，此時相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子回路中串入也很大，此時相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子回路中串入一個較大的電阻。一個較大的電

16、阻。n隨著轉(zhuǎn)速的升高，隨著轉(zhuǎn)速的升高，f2變低，鐵耗減小，使變低，鐵耗減小，使Rm減減小，相當(dāng)于隨轉(zhuǎn)速的升高自動減小小，相當(dāng)于隨轉(zhuǎn)速的升高自動減小啟啟動電阻值；動電阻值；n當(dāng)轉(zhuǎn)速接近額定值時，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近額定值時，f2極低，所以極低，所以Rm很小，很小，相當(dāng)于將相當(dāng)于將啟啟動電阻全部切除。此時應(yīng)把電刷提動電阻全部切除。此時應(yīng)把電刷提起且將三只滑環(huán)短接，起動過程結(jié)束。起且將三只滑環(huán)短接，起動過程結(jié)束。制動方法：制動方法：n機(jī)械制動：機(jī)械制動：加抱閘。加抱閘。 n電磁制動：電磁制動：電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相反，電動電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相反，電動機(jī)就工作在電磁制動狀態(tài)。在此狀態(tài)下，電機(jī)就工作在電磁制動狀態(tài)。

17、在此狀態(tài)下，電動機(jī)轉(zhuǎn)軸從外部吸收機(jī)械功率轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)換成電動機(jī)轉(zhuǎn)軸從外部吸收機(jī)械功率轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)換成電功率。功率。一、反接制動一、反接制動1、轉(zhuǎn)速反向的反接制動、轉(zhuǎn)速反向的反接制動（正接反轉(zhuǎn)）（正接反轉(zhuǎn)） 屬于下放重物這種情況。屬于下放重物這種情況。maxmax22emmmmTTTssssss n由機(jī)械特性方程式可得由機(jī)械特性方程式可得如下特性曲線：如下特性曲線：111AAnnsn 電動機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩與負(fù)電動機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩反方向，且載轉(zhuǎn)矩反方向，且TL Tst，在，在TL作用下，作用下，電動機(jī)反向加速在電動機(jī)反向加速在A點(diǎn)點(diǎn)達(dá)到平衡。達(dá)到平衡。2、兩相反接的反接制動、兩相反接的反接制動（反接正轉(zhuǎn)）（反接

18、正轉(zhuǎn)）111nnsn n注意：注意：反接制動時，定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相反接制動時，定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速很大。即切割磁力線的速度很大，造成對轉(zhuǎn)速很大。即切割磁力線的速度很大，造成I2上升，引起上升，引起I1上升。為限制電流，在制動時要在上升。為限制電流，在制動時要在定子或轉(zhuǎn)子中串電阻。定子或轉(zhuǎn)子中串電阻。n對于以上兩種反接制動，對于以上兩種反接制動，s1 ，則：，則：21 2210mecsPm IRs 22120emRPm Is 2cuemmecPPP 說明電機(jī)從轉(zhuǎn)軸上吸收的機(jī)械功率和從電網(wǎng)上吸說明電機(jī)從轉(zhuǎn)軸上吸收的機(jī)械功率和從電網(wǎng)上吸收的電磁功率全部消耗在轉(zhuǎn)子回路里。收的電磁功率全部消

19、耗在轉(zhuǎn)子回路里。二、反向回饋制動二、反向回饋制動 是在位能性負(fù)載作是在位能性負(fù)載作用下電動機(jī)轉(zhuǎn)速大于同用下電動機(jī)轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速，重物以高于同步轉(zhuǎn)速，重物以高于同步轉(zhuǎn)速的速度下放。步轉(zhuǎn)速的速度下放。nn1 Fn1M3+-運(yùn)行運(yùn)行制動制動n F轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子三、能耗制動三、能耗制動 停車時，停車時，斷開交流電源斷開交流電源，接至直流電源上，接至直流電源上，轉(zhuǎn)子由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢、轉(zhuǎn)子由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢、電流，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子將動能變成電能消電流，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子將動能變成電能消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，直至動能消耗完，轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)。耗在轉(zhuǎn)子電阻上，直至動能消耗完，轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)。n

20、負(fù)載不變時，人為地改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，稱負(fù)載不變時，人為地改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，稱為為調(diào)速調(diào)速。n要求：要求：電動機(jī)具有幾種轉(zhuǎn)速；電動機(jī)具有幾種轉(zhuǎn)速； 在一定的范圍內(nèi)可以連續(xù)調(diào)速。在一定的范圍內(nèi)可以連續(xù)調(diào)速。n n調(diào)速的方法：調(diào)速的方法：（1）改變定子繞組的極對數(shù)）改變定子繞組的極對數(shù) p；（2）改變電源的頻率）改變電源的頻率 f1；（3）改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率）改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率 s。1160(1)(1)fns nsp 一、變極調(diào)速一、變極調(diào)速n由由nn1=60f1/p 知：知： n1/pnp為整數(shù)，故變極調(diào)速不能實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。為整數(shù)，故變極調(diào)速不能實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。n變極調(diào)速只適用于籠型異步電動機(jī)。變極

21、調(diào)速只適用于籠型異步電動機(jī)。n變極調(diào)速常用的方法是變極調(diào)速常用的方法是單繞組變極調(diào)速單繞組變極調(diào)速，即，即在定子鐵芯中裝一套繞組，通過改變定子繞在定子鐵芯中裝一套繞組，通過改變定子繞組的連接方式，使部分繞組中電流的方向改組的連接方式，使部分繞組中電流的方向改變，來實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的磁極對數(shù)和轉(zhuǎn)速的改變。變，來實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的磁極對數(shù)和轉(zhuǎn)速的改變。 A1A2X1X2A2A1X1X2A1A2X1X2n以一臺以一臺4/2極的雙速電動機(jī)為例極的雙速電動機(jī)為例p=2p=1n單繞組雙速電機(jī)：單繞組雙速電機(jī)：一套定子繞組具備兩種極一套定子繞組具備兩種極對數(shù)而得到兩個不同同步轉(zhuǎn)速；對數(shù)而得到兩個不同同步轉(zhuǎn)速；n三速或四

22、速電機(jī)三速或四速電機(jī)： 定子內(nèi)放兩套獨(dú)立的繞定子內(nèi)放兩套獨(dú)立的繞組；組；n實(shí)際工程中，實(shí)際工程中， 一般三相繞組之間的聯(lián)接有兩一般三相繞組之間的聯(lián)接有兩種方式，一種是種方式，一種是Y/YY，即低速時接為，即低速時接為Y，高，高速時接為速時接為YY。如下圖。此接法適用于恒轉(zhuǎn)矩。如下圖。此接法適用于恒轉(zhuǎn)矩變極調(diào)速。變極調(diào)速。 X1X111XX(2 )1 2ememYYYPU ITU I pnTU IpTUI p n另一種是另一種是/YY，即低速時接為，即低速時接為，高速時接，高速時接為為YY。如下圖。此接法適用于恒功率變極調(diào)。如下圖。此接法適用于恒功率變極調(diào)速。速。 22YYYYYYXX3(2 )

23、13 222PTPTU IpUI p n在相鄰兩相之間的空間相位角在高速時為在相鄰兩相之間的空間相位角在高速時為120，則在改變?yōu)榈退俳臃〞r，由于極數(shù)，則在改變?yōu)榈退俳臃〞r，由于極數(shù)增加一倍，空間相位角變?yōu)樵黾右槐?，空間相位角變?yōu)?40，也就是，也就是說，在改變后，三相之間的相序?qū)⒏淖?，為說，在改變后，三相之間的相序?qū)⒏淖儯瑸榱嗽诟淖冝D(zhuǎn)速后電動機(jī)轉(zhuǎn)向不變，因而在改了在改變轉(zhuǎn)速后電動機(jī)轉(zhuǎn)向不變，因而在改接的同時，應(yīng)將任意兩個出線端互換。接的同時，應(yīng)將任意兩個出線端互換。 二、變頻調(diào)速二、變頻調(diào)速n屬無級光滑調(diào)速屬無級光滑調(diào)速n此種調(diào)速方法發(fā)展很快，且調(diào)速性能較好。此種調(diào)速方法發(fā)展很快，且調(diào)速性能

24、較好。其主要環(huán)節(jié)是研制其主要環(huán)節(jié)是研制變頻電源變頻電源（常由整流器（常由整流器（AC-DC)、逆變器、逆變器(DC-AC)等組成）。等組成）。變頻電源變頻電源 可變可變Uf ,Hz50n單一調(diào)頻，單一調(diào)頻， U1不變不變， f1 m Tem (Tmax )電機(jī)得不到充分利用；電機(jī)得不到充分利用；f1 m 磁路過飽和，勵磁電流磁路過飽和，勵磁電流 cos1，pFenm保持不變，調(diào)保持不變，調(diào)f1同時，調(diào)同時，調(diào)U1 。2211() () ()emNmXemNXmTkUfTUfk 1、恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速、恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 電機(jī)變頻調(diào)速前后額定電磁轉(zhuǎn)矩相等，即電機(jī)變頻調(diào)速前后額定電磁轉(zhuǎn)矩相等，即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，有恒

25、轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，有 ，則，則若令電壓隨頻率作正比變化：若令電壓隨頻率作正比變化： ，則主磁通不變，電機(jī)飽和程度不變，電機(jī)過載則主磁通不變，電機(jī)飽和程度不變，電機(jī)過載能力也不變。電機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速前后性能能力也不變。電機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速前后性能都保持不變。都保持不變。emNemNTT 2211() () ()1emNmXemNXmTkUfTUfk 11XXUUff 2、恒功率調(diào)速、恒功率調(diào)速電機(jī)變頻調(diào)速前后它的電磁功率相等，即電機(jī)變頻調(diào)速前后它的電磁功率相等，即1）若主磁通不變：）若主磁通不變：2）若過載能力不變：）若過載能力不變： ，主磁通發(fā)生變，主磁通發(fā)生變化；化；n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍廣，平

26、滑性好。調(diào)速范圍廣，平滑性好。n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：價格比較貴。價格比較貴。111111emNememNemNemNTfPTTTf 1111mXXmkUUfffkf 11XXUfUf 2R2RR 三、轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速三、轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速 適用于繞線式電動機(jī)。適用于繞線式電動機(jī)。 串電阻前后保持轉(zhuǎn)子電流不變，串電阻前后保持轉(zhuǎn)子電流不變，則有：則有： ； ； 保持不變，即保持不變，即屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：簡單、可靠、價格便宜；簡單、可靠、價格便宜；n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：效率低。為克服這一缺點(diǎn)，可采用串級調(diào)效率低。為克服這一缺點(diǎn)，可采用串級調(diào)速，即在轉(zhuǎn)子回路中串一個與轉(zhuǎn)子同頻率的速，即在

27、轉(zhuǎn)子回路中串一個與轉(zhuǎn)子同頻率的Ead。22NRRRss 22coscosN 22cosemMmTCI 四、改變定子端電壓調(diào)速四、改變定子端電壓調(diào)速適應(yīng)于：適應(yīng)于：泵與風(fēng)機(jī)類負(fù)載；泵與風(fēng)機(jī)類負(fù)載；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：電動機(jī)效率低，溫升電動機(jī)效率低，溫升高。高。n電源接有大的單相負(fù)載或發(fā)生兩相短路；定電源接有大的單相負(fù)載或發(fā)生兩相短路；定子三相繞組中一相斷線，一相接地或發(fā)生匝子三相繞組中一相斷線，一相接地或發(fā)生匝間短路，都將引起電網(wǎng)三相電壓不對稱。間短路，都將引起電網(wǎng)三相電壓不對稱。n單相異步電動機(jī)只需要單相交流電源供電，單相異步電動機(jī)只需要單相交流電源供電，其分析方法與三相異步電動機(jī)在不對稱電壓其分析方

28、法與三相異步電動機(jī)在不對稱電壓下運(yùn)行時的分析方法基本相同。下運(yùn)行時的分析方法基本相同。n由于三相異步電動機(jī)的不對稱運(yùn)行是電壓不由于三相異步電動機(jī)的不對稱運(yùn)行是電壓不對稱所引起，因此可用對稱所引起，因此可用對稱分量法對稱分量法將不對稱將不對稱電壓分解成對稱分量。電壓分解成對稱分量。n接法接法Y型但無中線引出，則無零序電流；若接型但無中線引出，則無零序電流；若接成成D，由于三相線電壓之和為零，則零序電流，由于三相線電壓之和為零，則零序電流也為零。因此只需分析正序和負(fù)序分量，即：也為零。因此只需分析正序和負(fù)序分量，即：21211313ABCABCUUUUUUUU （）（）正序電壓分量作用在電動機(jī)上的

29、等效電路如下：正序電壓分量作用在電動機(jī)上的等效電路如下：2122112ememPm pRTIfs 異步電動機(jī)在正異步電動機(jī)在正序電壓作用下序電壓作用下定轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生定轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生正序電流正序電流產(chǎn)生產(chǎn)生一個以同步速一個以同步速n1旋轉(zhuǎn)的正序旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的正序旋轉(zhuǎn)磁場磁場正向電磁正向電磁轉(zhuǎn)矩；轉(zhuǎn)矩；負(fù)序電壓分量作用在電動機(jī)上的等效電路如下：負(fù)序電壓分量作用在電動機(jī)上的等效電路如下：11212211222ememnnssnPm pRTIfs 異步電動機(jī)在負(fù)異步電動機(jī)在負(fù)序電壓作用下序電壓作用下定轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生定轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生負(fù)序電流負(fù)序電流產(chǎn)生產(chǎn)生一個以同步速一個以同步速n1旋轉(zhuǎn)的反序旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)的反序旋轉(zhuǎn)磁

30、場磁場反向電磁反向電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩。 n合成電磁轉(zhuǎn)矩為：合成電磁轉(zhuǎn)矩為： Tem=Tem+Tem-n實(shí)際電流為：實(shí)際電流為：n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：三相定子繞組流有三相不對稱電流，三相定子繞組流有三相不對稱電流，產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場幅值時大時小幅值時大時小轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)速時大時小大時小電機(jī)振動電機(jī)振動轉(zhuǎn)速不均和電磁噪音。轉(zhuǎn)速不均和電磁噪音。 負(fù)序阻抗近似等于短路阻抗，不大的負(fù)序電壓負(fù)序阻抗近似等于短路阻抗，不大的負(fù)序電壓會產(chǎn)生較大的負(fù)序電流，引起電機(jī)過熱。會產(chǎn)生較大的負(fù)序電流，引起電機(jī)過熱。11211211ABCIIIIIIIII n以一相斷線為例，分析其發(fā)生的后果。三相以一相斷線為例，分析其發(fā)

31、生的后果。三相異步電動機(jī)的定子繞組接線有異步電動機(jī)的定子繞組接線有Y和和兩種接兩種接法。一相斷線可分成法。一相斷線可分成4種情況。其中圖種情況。其中圖(a)、(b)、(c)為單相運(yùn)行，圖為單相運(yùn)行，圖(d)為兩相運(yùn)行。為兩相運(yùn)行。(a) (b) (c) (d)n當(dāng)異步電動機(jī)在斷線前為額定負(fù)載運(yùn)行，缺當(dāng)異步電動機(jī)在斷線前為額定負(fù)載運(yùn)行，缺相后，如果這時電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩仍大于負(fù)相后，如果這時電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩仍大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則電動機(jī)還能繼續(xù)運(yùn)行，由于電動載轉(zhuǎn)矩，則電動機(jī)還能繼續(xù)運(yùn)行，由于電動機(jī)的負(fù)載不變，定子電流會超過額定值，轉(zhuǎn)機(jī)的負(fù)載不變，定子電流會超過額定值，轉(zhuǎn)速會下降，噪音會增大，長時間運(yùn)行會

32、燒壞速會下降，噪音會增大，長時間運(yùn)行會燒壞電機(jī)。電機(jī)。n如果電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，這時如果電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，這時電動機(jī)的轉(zhuǎn)子會停轉(zhuǎn)，由于這時電源電壓仍電動機(jī)的轉(zhuǎn)子會停轉(zhuǎn)，由于這時電源電壓仍加在電機(jī)上，定、轉(zhuǎn)子電流將很大，如果不加在電機(jī)上，定、轉(zhuǎn)子電流將很大，如果不及時切斷電源，將有可能燒毀運(yùn)行相的定子及時切斷電源，將有可能燒毀運(yùn)行相的定子繞組。繞組。 n單相、三相等是從電源的角度考慮，并非是單相、三相等是從電源的角度考慮，并非是從繞組角度考慮，故單相電動機(jī)并非只有一從繞組角度考慮，故單相電動機(jī)并非只有一相繞組。相繞組。n單相異步電動機(jī)廣泛用于小于單相異步電動機(jī)廣泛用于小于1

33、kW或只有單或只有單相電源的場合。相電源的場合。n其結(jié)構(gòu)和三相籠型異步電動機(jī)相似，其轉(zhuǎn)子其結(jié)構(gòu)和三相籠型異步電動機(jī)相似，其轉(zhuǎn)子也為籠型。也為籠型。一、工作原理（單繞組異步電動機(jī)）一、工作原理（單繞組異步電動機(jī)）定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 定子定子繞組繞組單相交流繞組通入單相交流單相交流繞組通入單相交流電流產(chǎn)生脈動磁動勢，其可電流產(chǎn)生脈動磁動勢，其可分解為分解為F+、F-，建立起正轉(zhuǎn)，建立起正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)磁場和反轉(zhuǎn)磁場+、-，這兩，這兩個磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，產(chǎn)生個磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，從感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，從而形成正反向電磁轉(zhuǎn)矩而形成正反向電磁轉(zhuǎn)矩Tem+、Tem-，疊加后即為推動轉(zhuǎn)子，

34、疊加后即為推動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的合成轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動的合成轉(zhuǎn)矩Tem。n設(shè)電動機(jī)轉(zhuǎn)速為設(shè)電動機(jī)轉(zhuǎn)速為n，則對正，則對正轉(zhuǎn)磁場而言，轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)磁場而言，轉(zhuǎn)差率s+為為 n對反轉(zhuǎn)磁場而言，轉(zhuǎn)差率對反轉(zhuǎn)磁場而言，轉(zhuǎn)差率s-為為11nnssn 112nnssn n單相異步電動機(jī)的特點(diǎn)：單相異步電動機(jī)的特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子靜止時，合成轉(zhuǎn)矩為轉(zhuǎn)子靜止時，合成轉(zhuǎn)矩為0，即單相異步電動，即單相異步電動機(jī)無啟動轉(zhuǎn)矩。正推正轉(zhuǎn)、反推反轉(zhuǎn)。機(jī)無啟動轉(zhuǎn)矩。正推正轉(zhuǎn)、反推反轉(zhuǎn)。當(dāng)當(dāng)s1時，時，Tem0，且，且Tem無固定方向，取決無固定方向，取決于于s的正負(fù)。的正負(fù)。由于反向轉(zhuǎn)矩的作用，合成轉(zhuǎn)矩減小，過載由于反向轉(zhuǎn)矩的作用，合成轉(zhuǎn)矩減小，過載能力

35、低。能力低。二、啟動方法二、啟動方法 單繞組異步電動機(jī)不能自行啟動，常采用單繞組異步電動機(jī)不能自行啟動，常采用裂相裂相的方法啟動。裂相又稱的方法啟動。裂相又稱分相分相，即，即在定子上在定子上另裝一套啟動繞組，使之與工作繞組在空間上另裝一套啟動繞組，使之與工作繞組在空間上互差互差90電角度電角度，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的的 7080% 時切除啟動繞組。時切除啟動繞組。1.電容啟動單相異步電動機(jī)電容啟動單相異步電動機(jī) 工工作作繞繞組組啟動繞組啟動繞組n啟動繞組與電容啟動繞組與電容C串聯(lián)后和工作繞組并聯(lián)接在同串聯(lián)后和工作繞組并聯(lián)接在同一電源上。啟動時，利用電容分相，使一電

36、源上。啟動時，利用電容分相，使I1與與I2有有相位差，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，若電容與繞組參數(shù)匹相位差，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁動勢，若電容與繞組參數(shù)匹配恰當(dāng)，使配恰當(dāng)，使I1與與I2相位差相位差90，啟動時可獲得圓，啟動時可獲得圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢，因而有較好的啟動性能。形旋轉(zhuǎn)磁動勢，因而有較好的啟動性能。n該電機(jī)的啟動繞組是按短時運(yùn)行設(shè)計(jì)的，因此，該電機(jī)的啟動繞組是按短時運(yùn)行設(shè)計(jì)的，因此，當(dāng)轉(zhuǎn)速升到當(dāng)轉(zhuǎn)速升到75%80%同步轉(zhuǎn)速時，由離心開關(guān)同步轉(zhuǎn)速時，由離心開關(guān)把啟動繞組從電源斷開，故實(shí)際運(yùn)行時只有工作把啟動繞組從電源斷開，故實(shí)際運(yùn)行時只有工作繞組接在電源上。繞組接在電源上。n適用：適用：洗衣機(jī)、電扇、空調(diào)，從幾十

37、瓦到幾千瓦。洗衣機(jī)、電扇、空調(diào)，從幾十瓦到幾千瓦。2.電阻啟動電動機(jī)電阻啟動電動機(jī)n啟動繞組不是串電容，而是串電阻來分相。啟動繞組不是串電容，而是串電阻來分相。由于啟動繞組與工作繞組中電流的相位差較由于啟動繞組與工作繞組中電流的相位差較小，因此，電阻啟動電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩較小，小，因此，電阻啟動電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩較小，只適用于比較容易啟動的場合。只適用于比較容易啟動的場合。n適用：適用：電冰箱，幾瓦到幾百瓦。電冰箱，幾瓦到幾百瓦。n注意：注意：R既可是單個電阻，又可將繞組線變細(xì)既可是單個電阻，又可將繞組線變細(xì)得到。得到。3.電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相異步電動機(jī)電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相異步電動機(jī) n在電容啟動電動機(jī)的基礎(chǔ)在電容啟動電動機(jī)的基礎(chǔ)上去掉離心開關(guān)上去掉離心開關(guān)S，把啟，把啟動繞組按連續(xù)方式設(shè)計(jì)長動繞組按連續(xù)方式設(shè)計(jì)長期運(yùn)行，不切除串有電容期運(yùn)行，不切除串有電容器的啟動繞組，就成了電器的啟動繞組，就成了電容運(yùn)行電動機(jī)。它的運(yùn)行容運(yùn)行電動機(jī)。它的運(yùn)行性能、啟動特性、過載能性能、啟動特性、過載能力都比電容啟動電動機(jī)好，力都比電容啟動電動機(jī)好，功率因數(shù)也高。功率因數(shù)也高。 洗衣機(jī)單相電容運(yùn)轉(zhuǎn)洗衣機(jī)單相電容運(yùn)