異步電機(jī)工作原理課件

1、7.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造第7章 交流電動(dòng)機(jī)7.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理7.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的電路分析7.4 三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性7.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)7.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速7.7 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)7.8 三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)7.9 三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇7.11 單相異步電動(dòng)機(jī)7.10 同步電動(dòng)機(jī)1. 了解三相交流異步電動(dòng)機(jī)的基本構(gòu)造和轉(zhuǎn)動(dòng) 原理。本章要求：2. 理解三相交流異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，掌握 起動(dòng)和反轉(zhuǎn)的基本方法及調(diào)速和制動(dòng)的方法。3. 理解三相交流異步電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)的意義。第7章 交流電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的分類：鼠籠式異步交流電動(dòng)機(jī)授課內(nèi)容： 基本結(jié)構(gòu)、工

2、作原理、 機(jī)械特性、控制方法 電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)三相電動(dòng)機(jī)單相電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)他勵(lì)、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)串勵(lì)、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)第7章 交流電動(dòng)機(jī)1.定子7.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造鐵心：由內(nèi)周有槽的硅鋼片疊成。A -XB -Y C- Z三相繞組機(jī)座：鑄鋼或鑄鐵 轉(zhuǎn)子: 在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢或電流。2.轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。 (1) 鼠籠式轉(zhuǎn)子 鐵芯槽內(nèi)放銅條，端 部用短路環(huán)形成一體。 或鑄鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。(2) 繞線式轉(zhuǎn)子 同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。鼠籠式繞線式鼠籠式電動(dòng)機(jī)與繞線式電動(dòng)機(jī)的的比較：鼠籠式： 結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、工作可靠；不能人為

3、改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。繞線式： 結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較貴、維護(hù)工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。7.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理7. 2. 1 旋轉(zhuǎn)磁場 定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)AXBYCZ1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生oo規(guī)定 i : “+” 首端流入，尾端流出。 i : “” 尾端流入，首端流出。 AYCBZX()電流出()電流入 tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ 三相電流合成磁場 的分布情況合成磁場方向向下合成磁場旋轉(zhuǎn)60合成磁場旋轉(zhuǎn)90600動(dòng)畫oAAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場 即：一個(gè)電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360取決

4、于三相電流的相序2.旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向結(jié)論： 任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。動(dòng)畫任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線(電路如圖)AXCZBY0 to3.旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)P 當(dāng)三相定子繞組按圖示排列時(shí)，產(chǎn)生一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，即：o tAXBYCZAXYCBZ 若定子每相繞組由兩個(gè)線圈串聯(lián) ，繞組的始端之間互差60，將形成兩對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。CYABCXYZAXBZAXBYC極對數(shù)動(dòng)畫旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關(guān)CYABCXYZAXBZ04.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速工頻： 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速取決于磁場的極對數(shù)p=1時(shí)0 toAXYCBZAXYCBZAXYCBZp=2時(shí)0旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與極對數(shù) p 的關(guān)系極

5、對數(shù)每個(gè)電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與頻率f1和極對數(shù)p有關(guān)。可見:7. 2. 2 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理1. 轉(zhuǎn)動(dòng)原理AXYCBZ定子三相繞組通入三相交流電方向:順時(shí)針 切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體右手定則感應(yīng)電動(dòng)勢 E20旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電流 I2旋轉(zhuǎn)磁場左手定則電磁力FF電磁轉(zhuǎn)矩TnF 7. 2. 3 轉(zhuǎn)差率 旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率。 由前面分析可知，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 不可能達(dá)到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，即異步電動(dòng)機(jī)如果:無轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢和轉(zhuǎn)子電流 轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運(yùn)動(dòng)，磁通不切 割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條無轉(zhuǎn)矩因此，轉(zhuǎn)

6、子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速間必須要有差別。異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得轉(zhuǎn)差率s 例1：一臺三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速 n=975 r/min，電源頻率 f1=50 Hz。試求電動(dòng)機(jī)的極對數(shù)和額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)差率。解：根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知：n0=1000 r/min , 即p=3額定轉(zhuǎn)差率為7.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的電路分析 三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系與變壓器類似。1)變壓器原、副繞組是與同一主磁通相交鏈，異步電動(dòng)機(jī)中定子和轉(zhuǎn)子繞組與同一旋轉(zhuǎn)磁通相交鏈。因此異步電動(dòng)機(jī)中定子和轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的原、副繞組。2）變壓器： 變化 e U1 E1=4.44 f N1

7、異步機(jī)： 旋轉(zhuǎn) e U1 E1=4.44 f N1 3）變壓器：I2 增大 I1增大，以保持基本不變，以達(dá)到傳遞能量的目的。 7.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的電路分析異步機(jī)：當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，轉(zhuǎn)子電流I2 增大 I1增大，以保持基本不變，以達(dá)到傳遞能量的目的。 三相異步電動(dòng)機(jī)與變壓器的不同之處。1）變壓器是靜止的。而異步機(jī)是旋轉(zhuǎn)的。2）變壓器的磁路是無氣隙的。而異步機(jī)中的定子和轉(zhuǎn)子之間是有不大的氣隙。3）變壓器中原、副繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢是同頻率的。而異步機(jī)中轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢的頻率是隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速改變的。7. 3. 1 定子電路1.旋轉(zhuǎn)磁場的磁通異步電動(dòng)機(jī)：旋轉(zhuǎn)磁場切割導(dǎo)體 e， U1 E1= 4.44 f 1N1

8、每極磁通旋轉(zhuǎn)磁場與定子導(dǎo)體間的相對速度為 n0 ，所以2.定子感應(yīng)電勢的頻率 f1感應(yīng)電勢的頻率與磁場和導(dǎo)體間的相對速度有關(guān)f 1= 電源頻率 f異步電動(dòng)機(jī)每相電路i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f27. 3. 2 轉(zhuǎn)子電路1. 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率 f 2定子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對速度固定，而轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對速度隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不同而變化 定子感應(yīng)電勢頻率 f 1 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率 f 2 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率 f 2旋轉(zhuǎn)磁場切割定子導(dǎo)體和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度不同2. 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢E 2E2= 4.44 f 2N2 = 4.44s f 1N2 當(dāng)轉(zhuǎn)速 n = 0(s=1)時(shí)， f 2最高，且

9、 E2 最大，有E20= 4.44 f 1N2轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的感應(yīng)電勢即E2= s E20 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的感應(yīng)電勢3. 轉(zhuǎn)子感抗X 2當(dāng)轉(zhuǎn)速 n = 0(s =1)時(shí)， f 2最高，且 X2 最大，有X20= 2 f1L2即X2= sX20 4. 轉(zhuǎn)子電流 I25. 轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù) cos2轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù) 結(jié)論：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn) 子電路中的各量均與轉(zhuǎn) 差率 s有關(guān)，即與轉(zhuǎn)速 n有關(guān)。I2cos2s1I2,O7.4 三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性7. 4. 1 轉(zhuǎn)矩公式 轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)矩之總和。常數(shù)，與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)旋轉(zhuǎn)磁

10、場每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)由此得電磁轉(zhuǎn)矩公式由前面分析知：由公式可知電磁轉(zhuǎn)矩公式1. T 與定子每相繞組電壓 成正比。U 1 T 2. 當(dāng)電源電壓 U1 一定時(shí)，T 是 s 的函數(shù)。3. R2 的大小對 T 有影響。繞線式異步電動(dòng)機(jī)可外 接電阻來改變轉(zhuǎn)子電阻R2 ，從而改變轉(zhuǎn)距。7. 4. 2 機(jī)械特性曲線OTS根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式得特性曲線：OT動(dòng)畫1動(dòng)畫電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)矩。1.額定轉(zhuǎn)矩TN三個(gè)重要轉(zhuǎn)矩OT額定轉(zhuǎn)矩(N m) 如某普通機(jī)床的主軸電機(jī)(Y132M-4型) 的額定功率為7.5kw, 額定轉(zhuǎn)速為1440r/min, 則額定轉(zhuǎn)矩為2.最大轉(zhuǎn)矩 Tmax 轉(zhuǎn)子軸上機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T

11、2 不能大于Tmax ，否則將造成堵轉(zhuǎn)(停車)。電機(jī)帶動(dòng)最大負(fù)載的能力。令：求得臨界轉(zhuǎn)差率OTTmax將sm代入轉(zhuǎn)矩公式，可得當(dāng) U1 一定時(shí)，Tmax為定值過載系數(shù)(能力)一般三相異步電動(dòng)機(jī)的過載系數(shù)為工作時(shí)必須使T2 T2電機(jī)能起動(dòng)，否則不能起動(dòng)。OTTst起動(dòng)能力4. U1 和 R2變化對機(jī)械特性的影響(1) U1 變化對機(jī)械特性的影響UTmTstT2TO(2) R2 變化對機(jī)械特性的影響TOR2Tst n硬特性：負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化不大，運(yùn)行特性好。軟特性：負(fù)載增加時(shí)轉(zhuǎn)速下降較快，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)特性好。 7.5 電力拖動(dòng)的基礎(chǔ) 電力拖動(dòng)是指用各種電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的拖

12、動(dòng)方式。電源電動(dòng)機(jī)控制設(shè)備傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作機(jī)構(gòu)7.5.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行分析根據(jù)動(dòng)力學(xué)理論，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中，用轉(zhuǎn)矩表示的運(yùn)動(dòng)方程為：7.5.1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行分析或根據(jù)上式可分析電動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)如下：當(dāng)n=0，或n=const系統(tǒng)處于某一穩(wěn)定狀態(tài)當(dāng)系統(tǒng)處于加速狀態(tài)當(dāng)系統(tǒng)處于減速狀態(tài)由上可知，系統(tǒng)在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，一旦受到外界的干擾電力系統(tǒng)能否穩(wěn)定運(yùn)行，決定于電動(dòng)機(jī)的n=f(T)和生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性n=f(TL)的配合。 生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載類型： 1.恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載：即負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的大小不隨n變化。（1）反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載平衡被打破，轉(zhuǎn)速將發(fā)生變化。特點(diǎn)：負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小不變，但負(fù)載轉(zhuǎn)矩的方向始

13、終與生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的方向相反TnTLTLn-n-TLTnTLTLnGTL-nG 2.恒功率負(fù)載：方向特點(diǎn)屬于反抗性負(fù)載，大小特點(diǎn)當(dāng)n變化時(shí)，負(fù)載從電動(dòng)機(jī)吸收的功率恒定。 即常數(shù) TnTLn如：機(jī)床切削加工（2）位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小和方向始終不變?nèi)纾禾嵘匚飼r(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為阻轉(zhuǎn)矩。如：下放重物時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行的條件TLTLTO2）在交點(diǎn)上要滿足1）n=f(T)與n=f(TL)有交點(diǎn)如拖動(dòng)恒定負(fù)載，在直線段運(yùn)行TLsTL TT =TLn T 達(dá)到新的平衡若在曲線段運(yùn)行不能穩(wěn)定運(yùn)行電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行的條件TOHP通常稱HP段為穩(wěn)定運(yùn)行段通常稱HQ段為不穩(wěn)定運(yùn)行段Q 電力拖

14、動(dòng)的穩(wěn)定運(yùn)行的條件，不論對交流電動(dòng)機(jī)還是直流電動(dòng)機(jī)都是適用的，因而具有普遍意義。7.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)7. 6. 1 起動(dòng)性能 起動(dòng)問題：起動(dòng)電流大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。 一般中小型鼠籠式電機(jī)起動(dòng)電流為額定電流的5 7 倍; 電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的(1.02.2)倍。大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響鄰近負(fù)載的工作頻繁起動(dòng)時(shí)造成熱量積累，使電機(jī)過熱后果：原因：起動(dòng)： n = 0，s =1, 接通電源。起動(dòng)時(shí) ，n = 0，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線速度很大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子電流定子電流 7.6.2 起動(dòng)方法(1) 直接起動(dòng) 二、三十千瓦以下的異步電動(dòng)機(jī)一般都采用直接起動(dòng)。(2) 降壓起動(dòng)：星形-三角形(Y

15、 ) 換接起動(dòng)自耦降壓起動(dòng)（適用于鼠籠式電動(dòng)機(jī)）(3) 轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)（適用于繞線式電動(dòng)機(jī)）以下介紹降壓起動(dòng)和轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)。設(shè)：電機(jī)每相阻抗為1. 降壓起動(dòng)(1) Y 換接起動(dòng) 降壓起動(dòng)時(shí)的電流為直接起動(dòng)時(shí)的+ 起動(dòng)U1U2V1V1W1W2+正常運(yùn)行U1U2V1V2W1W2Y 起動(dòng)器接線簡圖L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1動(dòng)觸點(diǎn)Y動(dòng)觸點(diǎn)靜觸點(diǎn)Y 起動(dòng)器接線簡圖Y起動(dòng)L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1 起動(dòng)UPU1+Ul+U2V1V2W1W2Y 起動(dòng)器接線簡圖 工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W

16、2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2 正常運(yùn)行Ul+U1V1V2W1W2(a) 僅適用于正常運(yùn)行為三角形聯(lián)結(jié)的電機(jī)。 (b)Y 起動(dòng)Y 換接起動(dòng)適合于空載或輕載起動(dòng)的場合Y- 換接起動(dòng)應(yīng)注意的問題 正常運(yùn)行UlU1W2V2W1+U2V1UP 起動(dòng)+Ul+U1W2V2W1U2V1(2) 自耦降壓起動(dòng)L1L3L2FUQ Q2下合： 接入自耦變 壓器，降壓 起動(dòng)。 Q2上合： 切除自耦變 壓器，全壓 工作。合刀閘開關(guān)QQ2 自耦降壓起動(dòng)適合于容量較大的或正常運(yùn)行時(shí)聯(lián)成 Y形不能采用Y起動(dòng)的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。RRR滑環(huán)電刷定子轉(zhuǎn)子起動(dòng)時(shí)將適當(dāng)?shù)腞 串入轉(zhuǎn)子電路中，起動(dòng)后將R 短路。起動(dòng)電阻 2.

17、繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng) 若R2選得適當(dāng)，轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)既可以降低起動(dòng)電流，又可以增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。常用于要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機(jī)械上。R2 Tst TO轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)的特點(diǎn) 方法：任意調(diào)換電源的兩根進(jìn)線，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。 電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)電 源UVWM3UVW電 源M3例1: 1)解: 一臺Y225M-4型的三相異步電 動(dòng)機(jī)，定子繞組型聯(lián)結(jié)，其額定數(shù)據(jù)為：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求： 1) 額定電流IN? 2) 額定

18、轉(zhuǎn)差率sN? 3) 額定轉(zhuǎn)矩 TN 、最大轉(zhuǎn)矩Tmax 、和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TN 。 2）由nN=1480r/min，可知 p=2 （四極電動(dòng)機(jī)） 3）解： 在上例中(1)如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 510.2Nm, 試問在U=UN和U=0.9UN兩種情況下電動(dòng)機(jī)能否起動(dòng)？（2）采用Y- 換接起動(dòng)時(shí)，求起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 又當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的80%和50%時(shí)，電動(dòng)機(jī)能否起動(dòng)？ (1) 在U=UN時(shí) Tst = 551.8Nm 510.2 N. m 不能起動(dòng) (2) Ist =7IN=784.2=589.4 A 在U= 0.9UN 時(shí)能起動(dòng)例2:在80%額定負(fù)載時(shí)不能起動(dòng)在50%額定負(fù)載時(shí)可以起動(dòng)(3)例3:

19、 對例8.5.1中的電動(dòng)機(jī)采用自耦變壓器降壓起動(dòng)，設(shè)起動(dòng)時(shí)加到電動(dòng)機(jī)上的電壓為額定電壓的64%，求這時(shí)的線路起動(dòng)電流Ist和電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst。解：設(shè)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電壓為U，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流為Ist 依據(jù)變壓器的一次、二次側(cè)電壓電流關(guān)系，可求得線路起動(dòng)電流Ist。 采用自耦降壓法起動(dòng)時(shí)，若加到電動(dòng)機(jī)上的 電壓與額定電壓之比為 x ，則線路 起動(dòng)電流Ist 為電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)距Tst為結(jié)論：概述7.7 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 直流電氣傳動(dòng)和交流電氣傳動(dòng)在19世紀(jì)先后誕生。但在20世紀(jì)的大部分時(shí)間里，由于直流傳動(dòng)具有優(yōu)越調(diào)速性能，因而高性能可調(diào)速傳動(dòng)都采用直流電動(dòng)機(jī)，而不變速傳動(dòng)則采用交流電動(dòng)機(jī)。直

20、到70年代末這種交直流傳動(dòng)按調(diào)速分工的格局終于被打破。此后，交流調(diào)速系統(tǒng)主要沿下述三個(gè)方向發(fā)展和應(yīng)用。7.7 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速1.一般性能的節(jié)能調(diào)速 在過去大量的不變速調(diào)速系統(tǒng)中，風(fēng)機(jī)、水泵等機(jī)械總量幾乎占工業(yè)電氣傳動(dòng)總?cè)萘康囊话?，其中有不少場合并不是不需要調(diào)速，只是過去交流電動(dòng)機(jī)本身不調(diào)速，不得不依賴擋板和閥門來調(diào)節(jié)送風(fēng)和供水的流量，從而使許多電能被白白浪費(fèi)掉了。如果換成交流調(diào)速系統(tǒng)，來調(diào)節(jié)送風(fēng)和供水的流量，每臺風(fēng)機(jī)、水泵平均可節(jié)能20%，效果很可觀。7.7 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2.高性能交流調(diào)速系統(tǒng) 過去許多需用直流調(diào)速的場合，鑒于交流電機(jī)比直流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、成本低、工作可靠、維護(hù)方便

21、、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、效率高，因此如果采用交流調(diào)速，其靜、動(dòng)態(tài)性能完全可以和直流調(diào)速系統(tǒng)的性能相媲美。但目前來講，其控制系統(tǒng)相比與直流調(diào)速系統(tǒng)復(fù)雜?？捎糜谲垯C(jī)、造紙機(jī)等要求調(diào)速性能較高的場合。3.特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速系統(tǒng)7.7 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 直流電極換向器的換向能力限制了它的容量和轉(zhuǎn)速，而交流電動(dòng)機(jī)則不受這個(gè)限制，因此特大容量的傳動(dòng)，如厚板軋機(jī)、礦井提升機(jī)等和極高轉(zhuǎn)速的傳動(dòng)，都宜采用交流調(diào)速為宜。7.7 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法三種電氣調(diào)速方法7.6.1 變頻調(diào)速 (無級調(diào)速) 變頻調(diào)速應(yīng)用最廣，可構(gòu)成高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)，最具有發(fā)展前途。 電力電子和微機(jī)控制技術(shù)是現(xiàn)代

22、交流調(diào)速的物質(zhì)基礎(chǔ)。有了電力電子變流裝置，解決了調(diào)速裝置過去設(shè)備多、體積大、成本高等問題，使交流調(diào)速得到飛躍的發(fā)展。7.7 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 矢量控制的發(fā)明，提高了交流調(diào)速系統(tǒng)的性能，但其控制電路的設(shè)計(jì)、制造和調(diào)試都很麻煩，采用微機(jī)控制后，用軟件實(shí)現(xiàn)矢量控制算法，使硬件電路規(guī)范化，從而降低了成本，提高了可靠性，還可實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的控制技術(shù)。7.7 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 各類電力電子器件類型不可控器件代號名稱全控器件半控器件電流控器件場控器件功率集成電路D整流二極管（Diode)Th、SCR晶閘管（Thyristor)BJT雙極型晶體管（Bipolar Transistor)GTO門極關(guān)斷晶閘管

23、（Gate Turn-off)P-MOSFET電力場效應(yīng)晶體管IGBT絕緣柵雙極型晶體管MCT場控晶閘管PIC功率集成電路 f=50Hz逆變器M3 整流器f1、U1可調(diào)+（1）變頻調(diào)速方法頻率調(diào)節(jié)范圍：0.5幾百赫茲7.7 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速根據(jù)可知頻率f下調(diào)時(shí)，轉(zhuǎn)速n降低。而頻率f上調(diào)時(shí)，轉(zhuǎn)速n升高。1.變頻調(diào)速原理及其機(jī)械特性 而在電機(jī)調(diào)速時(shí)，通常 要考慮的一個(gè)重要因素是希望保持不變。因?yàn)槿绻磐p弱，沒有充分利用電機(jī)的鐵心，是一種浪費(fèi)；如果磁通增強(qiáng)，又會使鐵心飽和，導(dǎo)致勵(lì)磁電流過大。(1)頻率下調(diào)時(shí)，使則可保持不變。 由 可知若要求電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下都達(dá)到額定電流 頻率下調(diào)時(shí)， 因?yàn)椴蛔?/p>

24、，所以轉(zhuǎn)矩T也不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。由可知：轉(zhuǎn)矩T隨磁通變化。1.變頻調(diào)速 原理及其機(jī)械特性f（2）頻率上調(diào)時(shí)， 因?yàn)樽冃∪绻妷篣也上調(diào)，則電壓將超過額定電壓，這是不允許的，因此在調(diào)速過程中，只能保持U不變，所以這是一種弱磁調(diào)速。因?yàn)樽冃?，所以轉(zhuǎn)矩T也變小。若要求電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速下都達(dá)到額定電流，因而功率不變，屬于恒功率調(diào)速。OTfNf 變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)：具有較硬的機(jī)械特性，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好，調(diào)速范圍寬，可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速。7.7.2 變極調(diào)速 (有級調(diào)速)A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSSA1X1A2X2iiP=1 采用變極調(diào)速方法的電動(dòng)機(jī)稱作雙速電機(jī)，由于調(diào)速時(shí)其轉(zhuǎn)速呈跳躍性變化，因

25、而只用在對調(diào)速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床等機(jī)床上。A1A2X1X2SNTo7.7.3 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速，繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速方法簡單、設(shè)備簡單投資少，缺點(diǎn)是能耗較大。輕載時(shí)調(diào)速范圍小。這種調(diào)速方式廣泛應(yīng)用于各種提升、起重設(shè)備中。對泵類也能應(yīng)用nnTLTLs sTsoR2 I T n I T 達(dá)到新的平衡TO此調(diào)速方法屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速根據(jù)在不變,調(diào)速時(shí)I=IN，R2 I T n I T 達(dá)到新的平衡TO此調(diào)速方法屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速根據(jù)在不變,調(diào)速時(shí)I=IN，此調(diào)速方法屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 7.7.4 調(diào)速的性能指標(biāo)1.調(diào)速的技術(shù)指標(biāo)電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，能達(dá)到的最

26、高轉(zhuǎn)速nmax與最低轉(zhuǎn)速nmin之比。 具體采用的調(diào)速方法，要考慮技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。如技術(shù)指標(biāo)，調(diào)速范圍，平滑性，調(diào)速時(shí)允許的輸出。調(diào)速的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)備投資、運(yùn)行中的能量損耗和維修費(fèi)用等。1）調(diào)速范圍D2）靜差率 電動(dòng)機(jī)在一條機(jī)械特性上運(yùn)行，由理想空載到額定負(fù)載的轉(zhuǎn)速降nN與理想空載轉(zhuǎn)速n0的百分比。TOnN1nN2TN靜差率，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性越好，負(fù)載波動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速的變化也越小。3）調(diào)速的平滑性指相鄰兩級轉(zhuǎn)速的接近程度，用4）調(diào)速時(shí)允許的輸出的功率和轉(zhuǎn)矩 是指電動(dòng)機(jī)在保持額定電流的條件下，在調(diào)速過程中電動(dòng)機(jī)所能輸出的功率和轉(zhuǎn)矩。 采用不同的調(diào)速方法時(shí)，允許的輸出的功率和轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的變化

27、規(guī)律是不同的。 允許輸出的最大轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速無關(guān)的調(diào)速方法為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，允許的輸出的最大功率與轉(zhuǎn)速無關(guān)的調(diào)速方法為恒功率調(diào)速。 電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)實(shí)際輸出的功率和轉(zhuǎn)矩是由負(fù)載決定的。負(fù)載可分為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和恒功率負(fù)載，這就要求調(diào)速方法和負(fù)載類型相匹配，否則電動(dòng)機(jī)得不到充分利用。 如恒功率負(fù)載用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。為了使電動(dòng)機(jī)不過載，應(yīng)保證低速時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩滿足要求。T 則在高速時(shí)電動(dòng)機(jī)得不到充分利用。f 同理，如恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載用恒功率調(diào)速方法。應(yīng)保證高速時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩滿足要求。 則在低速時(shí)電動(dòng)機(jī)得不到充分利用。 所以在調(diào)速時(shí)，應(yīng)使調(diào)速方法適應(yīng)負(fù)載的要求，使電動(dòng)機(jī)既能得到充分利用，又能長期安全運(yùn)行。 2.經(jīng)濟(jì)指

28、標(biāo)：決定于調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)備投資，能量損耗及維修費(fèi)用等。7.8 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)7.8.1 能耗制動(dòng)制動(dòng)方法機(jī)械制動(dòng)電氣制動(dòng)能耗制動(dòng)反接制動(dòng)發(fā)電反饋制動(dòng) 在斷開三相電源的同時(shí)，給電動(dòng)機(jī)其中兩相繞組通入直流電流，直流電流形成的固定磁場與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子作用，產(chǎn)生了與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)距（制動(dòng)轉(zhuǎn)距），使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。nF轉(zhuǎn)子Tn0=07.8.2 反接制動(dòng) 停車時(shí)，將接入電動(dòng)機(jī)的三相電源線中的任意兩相對調(diào)，使電動(dòng)機(jī)定子產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，從而獲得所需的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 M3+-運(yùn)轉(zhuǎn)制動(dòng)RPM3運(yùn)轉(zhuǎn)制動(dòng)nF轉(zhuǎn)子Tn07.8.3 發(fā)電反饋制動(dòng) 當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)磁

29、場的轉(zhuǎn)速時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距作用方向發(fā)生變化，由驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)距變?yōu)橹苿?dòng)轉(zhuǎn)距。電動(dòng)機(jī)進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)將外力作用于轉(zhuǎn)子的能量轉(zhuǎn)換成電能回送給電網(wǎng)。nF轉(zhuǎn)子Tn0n n07.9 三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)1. 型號 磁極數(shù)( 極對數(shù) p = 2 )例如： Y 132 M4 用以表明電動(dòng)機(jī)的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機(jī)座長度代號機(jī)座中心高（mm）三相異步電動(dòng)機(jī)教材表8.8.1中列出了各種電動(dòng)機(jī)的系列代號。異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品名稱代號產(chǎn)品名稱異步電動(dòng)機(jī)繞線式異步電動(dòng)機(jī)防爆型異步電動(dòng)機(jī)高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩異步電動(dòng)機(jī)新代號漢字意義老代號Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2. 接法接線盒定子三

30、相繞組的聯(lián)接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y 聯(lián)結(jié)W1U1V1W2U2V2 聯(lián)結(jié)3. 電壓例如：380/220V、Y/ 是指線電壓為 380V 時(shí) 采用 Y聯(lián)結(jié)；線電壓為 220V 時(shí)采用 聯(lián)結(jié)。說明：一般規(guī)定，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電壓不能高于或低 于額定值的 5% 。因?yàn)樵陔妱?dòng)機(jī)滿載或接近 滿載情況下運(yùn)行時(shí)，電壓過高 或過低都會使 電動(dòng)機(jī)的電流大于額定值, 從而使電動(dòng)機(jī)過熱。電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組上應(yīng)加的線電壓值。 三相異步電動(dòng)機(jī)的額定電壓有380V，3000V, 及6000V等多種。4. 電流例如： Y / 6.73

31、/ 11.64 A 表示星形聯(lián)結(jié)下電機(jī)的線電流為 6.73A；三角形聯(lián)結(jié)下線電流為 11.64A。兩種接法下相電流均為 6.73A。 5. 功率與效率 鼠籠電機(jī) =7293電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組的線電流值。額定功率是指電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械功率 P2，它不等于從電源吸取的電功率 P1。注意：實(shí)用中應(yīng)選擇容量合適的電機(jī)，防止出現(xiàn) “大馬拉小車” 的現(xiàn)象。6. 功率因數(shù)PN 三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)較低，在額定負(fù)載時(shí)約為 0.7 0.9?？蛰d時(shí)功率因數(shù)很低，只有 0.2 0.3。額定負(fù)載時(shí)，功率因數(shù)最高。 7. 額定轉(zhuǎn)速電機(jī)在額定電壓、額定負(fù)載下運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。P2cosO如： n N

32、=1440 轉(zhuǎn)/分 sN = 0.048. 絕緣等級指電機(jī)絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分為A、E、B、F、H五級，A級最低(105C)，H級最高(180C)。7.10.1 功率的選擇 功率選得過大不經(jīng)濟(jì)，功率選得過小電動(dòng)機(jī)容易因過載而損壞。1. 對于連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，所選功率應(yīng)等于或略大于生產(chǎn)機(jī)械的功率。2. 對于短時(shí)工作的電動(dòng)機(jī)，允許在運(yùn)行中有短暫的過載，故所選功率可等于或略小于生產(chǎn)機(jī)械的功率。7.10 三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇7.10.2 種類和型式的選擇1. 種類的選擇 一般應(yīng)用場合應(yīng)盡可能選用鼠籠式電動(dòng)機(jī)。只有在需要調(diào)速、不能采用鼠籠式電動(dòng)機(jī)的場合才選用繞線式電動(dòng)機(jī)。2. 結(jié)構(gòu)型式的選

33、擇 根據(jù)工作環(huán)境的條件選擇不同的結(jié)構(gòu)型式，如開啟式、防護(hù)式、封閉式電動(dòng)機(jī)。7.10.3 電壓和轉(zhuǎn)速的選擇 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的類型、功率以及使用地點(diǎn)的電源電壓來決定。 Y系列鼠籠電動(dòng)機(jī)的額定電壓只有380V一個(gè)等級。大功率電動(dòng)機(jī)才采用3000V和6000V。 同步電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上比異步機(jī)復(fù)雜，但比直流機(jī)簡單。和同容量的直流機(jī)相比，它具有效率高，過載能力大，體積小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，等優(yōu)點(diǎn)，并可做到大容量、高電壓、高轉(zhuǎn)速。和異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)相比，它具有功率因數(shù)高、轉(zhuǎn)子參數(shù)可測、效率高、控制性能好等優(yōu)點(diǎn)。7.11 同步電動(dòng)機(jī) 同步調(diào)速系統(tǒng)的缺點(diǎn) （1）同步機(jī)需在轉(zhuǎn)子側(cè)加一套勵(lì)磁裝置，其維護(hù)量增加。 （2）同步機(jī)

34、的控制比異步機(jī)的復(fù)雜。 同步機(jī)的定子（電樞）和三相異步電動(dòng)機(jī)的一樣；而它的轉(zhuǎn)子是磁極，由直流勵(lì)磁。7.10.1 同步電動(dòng)機(jī)的工作原理7.10 同步電動(dòng)機(jī)1. 轉(zhuǎn)動(dòng)原理定子三相繞組通入三相交流電旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近n0時(shí)，對轉(zhuǎn)子勵(lì)磁。轉(zhuǎn)子磁場因受定子磁場磁拉力的作用而隨定子磁場同步旋轉(zhuǎn)，達(dá)到同步轉(zhuǎn)速。若轉(zhuǎn)子磁場的磁極對數(shù)與定子磁場的磁極對數(shù)相等。7. 10. 2 機(jī)械特性曲線根據(jù)轉(zhuǎn)速公式可知，當(dāng)電源頻率一定時(shí)，同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是恒定的，不隨負(fù)載而變。所以機(jī)械特性是一條平行橫軸的直線。OT7. 10. 3 同步機(jī)的功率因數(shù)調(diào)節(jié)7. 10. 3 同步機(jī)的功率因數(shù)調(diào)節(jié)同步電動(dòng)機(jī)電樞等效電路+1.同步機(jī)

35、的電樞電壓平衡方程+2.同步機(jī)的電磁功率7. 10. 3 同步機(jī)的功率因數(shù)調(diào)節(jié)2.同步機(jī)的電磁功率oEDBC由相量圖可得：當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，P1也一定設(shè)U1不變，則7. 10. 3 同步機(jī)的功率因數(shù)調(diào)節(jié)設(shè)U1不變，則o 當(dāng)改變勵(lì)磁電流If時(shí)， E0隨之改變。當(dāng)IfE0I1改變改變所以調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流可達(dá)到調(diào)節(jié)功率因數(shù)的目的。7. 10. 4 同步機(jī)的用途同步電動(dòng)機(jī)：用于拖動(dòng)恒速運(yùn)轉(zhuǎn)的大、中型機(jī)械負(fù)載。調(diào)相機(jī)：實(shí)為不帶負(fù)載的同步電動(dòng)機(jī)，用于改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。 單相異步電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用于電動(dòng)工具、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)、電風(fēng)扇等小功率電器中。單相異步電動(dòng)機(jī)的定子中放置單相繞組,轉(zhuǎn)子一般用鼠籠式。 定子繞組中通入單相交流電后, 形成脈動(dòng)磁場，若不采取措施，將無法獲得所