船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng)要點(diǎn)課件

1、船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng)要點(diǎn)船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng)要點(diǎn)第四章 異步電動(dòng)機(jī)本章主要講解內(nèi)容第一節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與銘牌數(shù)據(jù)第二節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場與工作原理第三節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子電路 第四節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性第五節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)工作特性與選擇第六節(jié) 單相異步電動(dòng)機(jī)第四章 異步電動(dòng)機(jī)本章主要講解內(nèi)容第一節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與銘牌數(shù)據(jù) 一、三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 三相異步電動(dòng)機(jī)按照轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式不同分為鼠籠式和 繞線式兩種，船舶上大多采用鼠籠式。圖4-1為一臺(tái) 三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)分解圖。鼠籠式異步電 動(dòng)機(jī)主要由兩個(gè)基本部分組成：靜止不動(dòng)的定子和可 以旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。定

2、子和轉(zhuǎn)子之間有一很窄的空氣隙。 此外還有支撐轉(zhuǎn)子的端蓋等。返回第一節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與銘牌數(shù)據(jù) 一、三相異步電動(dòng)機(jī)的基圖4-1 三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖4-1 三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)1.定子 三相異步電動(dòng)機(jī)的定子主要是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。它由機(jī)座（外殼）、定子鐵心和定子繞組三部分組成。 （1）機(jī)座與端蓋：機(jī)座是用來安裝定子鐵心和固定整個(gè)電動(dòng)機(jī)用的，一般用鑄鐵或鑄鋼制成。機(jī)座也是散熱部件，其外表面有散熱片。端蓋固定在機(jī)座上，端蓋上設(shè)有軸承室，以放置軸承并支撐轉(zhuǎn)子。1.定子（2）定子鐵心：定子鐵心是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，由 于異步電動(dòng)機(jī)中產(chǎn)生的是旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場相對定 子以一定的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，

3、定子鐵心中的磁通的大 小及方向都是變化的。 定子、轉(zhuǎn)子鐵芯如圖4-2所示。 異步電動(dòng)機(jī)常用的定子鐵心槽的形狀如圖4-3示。（2）定子鐵心：定子鐵心是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，由返回 圖4-3 定子槽形及槽內(nèi)線圈布置圖4-2 異步電動(dòng)機(jī)定子、轉(zhuǎn)子鐵芯形狀返回 圖4-3 定子槽形及槽內(nèi)線圈布置圖4-2 異步電動(dòng)機(jī)定（3）定子繞組：定子繞組是定子中的電路部分。定子 繞組為三相繞組，即三個(gè)完全相同的獨(dú)立繞組，一 般采用漆包線繞制。 定子繞組的兩種接線方法如圖4-4所示。 接電源接電源圖4-4 三相異步電動(dòng)機(jī)接線盒（3）定子繞組：定子繞組是定子中的電路部分。定子接電源接電源2.轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子是電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，其

4、作用是在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下獲得一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，以帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械一同轉(zhuǎn)動(dòng)。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子有鼠籠式和繞線式兩種型式。兩種轉(zhuǎn)子均包括轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸、軸承、滑環(huán)（僅限繞線式中有）等。 （1）轉(zhuǎn)子鐵心：轉(zhuǎn)子鐵心用厚度為0.5mm硅鋼片疊成，壓裝在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)子硅鋼片形狀如圖4-2（b）所示。以此片疊成的鐵心外圓的表面有均勻分布且與轉(zhuǎn)軸平行的糟，槽內(nèi)嵌放轉(zhuǎn)子繞組。 2.轉(zhuǎn)子 （2）鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組：鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組是裸銅條或由鑄鋁制成。銅條繞組是把裸銅條插入轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)，兩端用兩個(gè)端環(huán)焊成通路，參見圖4-5。鑄鋁繞組是將鋁熔化后澆鑄到轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)，兩個(gè)端環(huán)及冷卻用的風(fēng)翼也同時(shí)鑄成。一般小型籠式異步電動(dòng)機(jī)都

5、采用鑄鋁轉(zhuǎn)子。 （3）繞線式轉(zhuǎn)子繞組：繞線式轉(zhuǎn)子繞組是由漆包銅線繞成的三個(gè)完全相同的線圈嵌放到轉(zhuǎn)子鐵心的槽口內(nèi)。另一端分別接到固定在轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)滑環(huán)（也稱集電環(huán)）上，滑環(huán)間和滑環(huán)與轉(zhuǎn)軸間要絕緣。滑環(huán)上固定著電刷。通過滑環(huán)、電刷將轉(zhuǎn)子繞組電路與外電路相連。通常外電路是呈星形連接的電阻，如圖 4-6 所示。通過轉(zhuǎn)子電路接入適當(dāng)?shù)母郊与娮韪纳飘惒诫妱?dòng)機(jī)的起動(dòng)性能（增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，減小起動(dòng)電流）或調(diào)速性能（通過改變外接電阻的阻值改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速）。 圖4-7 為繞線式異步電動(dòng)機(jī)的外形結(jié)構(gòu)圖。 （3）繞線式轉(zhuǎn)子繞組：繞線式轉(zhuǎn)子繞組是由漆包銅返回圖4-5 鼠籠式轉(zhuǎn)子返回圖4-5 鼠籠式轉(zhuǎn)子返回圖4-6

6、繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)返回圖4-6 繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)返回圖4-7 繞線式異步電動(dòng)機(jī)的外形結(jié)構(gòu)返回圖4-7 繞線式異步電動(dòng)機(jī)的外形結(jié)構(gòu)3.氣隙 異步電動(dòng)機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子之間有一很窄的空氣隙。中小型異步電動(dòng)機(jī)的氣隙一般為0.21.0 mm 。氣隙的大小直接關(guān)系到電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能。通常，氣隙越小，電動(dòng)機(jī)磁路中的磁阻越小，產(chǎn)生一定量磁通所需要的勵(lì)磁電流就小，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能越好。3.氣隙二、三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù) 在每臺(tái)電動(dòng)機(jī)的外殼上都有裝有一塊銘牌，該銘牌上標(biāo)出這臺(tái)電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)主要包括下列幾項(xiàng)： 1.型號 2.額定電壓 3.額定電流 4.額定功率因數(shù) 5.額定功率 6.額定頻率

7、 7.額定轉(zhuǎn)速 8.工作方式 9.接法 二、三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)第二節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場與工作原理一、三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場 1. 定子旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 以兩極三相異步電動(dòng)機(jī)為例，如圖4-8所示，三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組是結(jié)構(gòu)完全相同的三相繞組，三相繞組的首、末端分別用U1 - U2、V1 -V2、W1 -W2表示，在制作時(shí)三相繞組沿定子鐵心內(nèi)圓周均勻而對稱地放置在內(nèi)。所謂對稱，即三相線圈的首端（或末端）在定子內(nèi)圓周上彼此相隔120，圖4-8（a）所示。為分析方便，每相繞組用一匝線圈代替，三相繞組將分布在六個(gè)槽口中。三相線圈根據(jù)需要可以接成星形或者三角形，圖4-8（b）將它們作星形聯(lián)接

8、（把三個(gè)末端U2、V2、W2并接在一起）。 第二節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場與工作原理一、三相異步電動(dòng)機(jī)的旋圖4-8 異步電動(dòng)機(jī)的三相繞組與三相電流圖4-8 異步電動(dòng)機(jī)的三相繞組與三相電流 當(dāng)對稱三相交流電源接入三相繞組的U1 、V1 、W1 端后，三相定子繞組中便有三相對稱電流iA、 iB和iC流入，三相對稱電流分別為其波形及相位關(guān)系如圖4-8(c) 所示。設(shè)三相電流的正方向是從繞組的首端流人（用表示），末端流出（用表示）。下面從幾個(gè)不同瞬間來分析三相交流電流流過定子繞組所產(chǎn)生的合成磁場。 當(dāng)對稱三相交流電源接入三相繞組的U1 、V1 、Wt = 0時(shí)， iA = 0，U相繞組中沒有電流； iB

9、是負(fù)值，即V相繞組中電流由 V2端流進(jìn)， V1端流出； iC為正值，即電流從 W1端流進(jìn)， W2端流出。根據(jù)右手螺旋定則，可確定合成磁場磁軸的方向如圖4-9（a）所示。t = 60時(shí)，iC= 0； iA為正值，電流由U1 端流進(jìn)， U2端流出； iB為負(fù)值，電流由V2端流進(jìn)， V1 端流出，此時(shí)合成磁場如圖4-9（b）所示。相比t = 0時(shí)刻，合成磁場在空間按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了60。t = 0時(shí)， iA = 0，U相繞組中沒有電流； iB是t= 90時(shí)， iA為正值，而 iB 、 iC 均為負(fù)值，同理可得合成磁場的方向如圖4-9（c）所示。與t = 0時(shí)刻相比，合成磁場在空間按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了9

10、0。由此可見，隨著定子繞組中的三相電流隨時(shí)間不斷變化，它所產(chǎn)生的合成磁場則在空間不斷地旋轉(zhuǎn)，這就是旋轉(zhuǎn)磁場。這種旋轉(zhuǎn)磁場如同一對磁極在空間旋轉(zhuǎn)所起得作用是一樣的。t= 90時(shí)， iA為正值，而 iB 、 iC 均為負(fù)值（a）t = 0 （b）t = 60 （c）t = 90圖4-9 一對極旋轉(zhuǎn)磁場的形成返回（a）t = 0 （b）t = 60產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場必須滿足兩個(gè)條件： （1）至少要有兩個(gè)定子繞組，這些繞組之間要有空間 相位差； （2）通入這些繞組中的正弦交變電流之間要有時(shí)間相 位差。船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng)要點(diǎn)2.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向 將相序?yàn)锳BC的三相電壓對應(yīng)接入三相繞組U、V、W后，三相繞組中電

11、流達(dá)到最大值的順序是：先是 U 相電流 iA 、其次是V 相的電流iB ，再次是 W 相的電流iC。由圖4-9 可看出：磁場旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向是由 U 相線圈平面（ U1 - U2 ）經(jīng) V 相線圈平面（ V1 -V2 ）轉(zhuǎn)向W 相線圈平面（ W1 -W2 ）。由此可見，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向是與三相繞組中電流達(dá)到最大值的順序是一致的，或者說旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動(dòng)方向是由三相繞組中所通入電流的相序決定的。 若要改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向，只需把接入定子繞組的電源相序改變即可。2.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向（a）t = 0 （b）t = 60 （c）t = 90圖4-9 一對極旋轉(zhuǎn)磁場的形成（a）t = 0 （b）t = 603.旋轉(zhuǎn)磁場

12、的轉(zhuǎn)速與磁極對數(shù)之間的關(guān)系 在兩極（一對磁極）旋轉(zhuǎn)磁場的分析中我們知道，當(dāng)定子繞組中電流變化一周時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)了一周，若電流的頻率為f1，則電流每秒變化f1周，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為f1轉(zhuǎn)/秒。通常轉(zhuǎn)速是以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(r/min)計(jì)算，若以n0表示旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，則有 當(dāng)f1 50 Hz ,旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為 3 000 r/min 。 3.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與磁極對數(shù)之間的關(guān)系圖4-10 四極異步電動(dòng)機(jī)定子繞組圖4-10 四極異步電動(dòng)機(jī)定子繞組 設(shè)電流的頻率為 f1 ，電流每分鐘變化的周數(shù)為 60 f1,故每分鐘旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)過（60 f1 ）/p轉(zhuǎn)，故旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為： 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0又稱異步電動(dòng)機(jī)的

13、同步轉(zhuǎn)速，其單位為r/min。因?yàn)殡娫吹念l率和磁極對數(shù)通常是固定的，所以一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0 是一個(gè)不變的常數(shù)。表4-1 列出了電源頻率為 50Hz 和60 Hz時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 與磁極對數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。 設(shè)電流的頻率為 f1 ，電流每分鐘變化的周數(shù)為 6表4-1 電源頻率為50Hz和60Hz時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0與磁極對數(shù)的對應(yīng)關(guān)系p123456n0 （f =50Hz）300015001000750600500n0 （f =60Hz）360018001200900720600表4-1 電源頻率為50Hz和60Hz時(shí)異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速二、異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)

14、原理可以用圖4-12說明。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場方向反向時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子也跟著反轉(zhuǎn)。 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)是基于電磁感應(yīng)，故又稱之為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。二、異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理 三、異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率 設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子相對靜止的空間的轉(zhuǎn)速分別為n0 、n，則旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子的的相對轉(zhuǎn)速差為 n= n0 n,它與同步轉(zhuǎn)速n0的比值稱為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率，用s表示，則有: 轉(zhuǎn)差率常用百分率表示，即有三、異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率 計(jì)算轉(zhuǎn)差率公式還可以改寫為或 或 異步電動(dòng)機(jī)還可能工作于其它非電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，如轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速nn0 , 轉(zhuǎn)差率為 s1的電磁制動(dòng)狀態(tài)。 計(jì)算轉(zhuǎn)差率公式還可以改寫為或 一、定子電

15、路中各電量的關(guān)系1.定子電路中感應(yīng)電勢 由前一節(jié)可知三相定子繞組接通交流電源后，定子三相對稱電流在電動(dòng)機(jī)內(nèi)的空氣隙中形成旋轉(zhuǎn)磁場。其磁場的磁通分兩部分，其中大部分同時(shí)穿過定子和轉(zhuǎn)子繞組，稱為主磁通；另有少量漏磁通分別穿過定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組，如圖 4-14所示。 主磁通在定子繞組感應(yīng)電勢 相位上比主磁通滯后 90，其有效值為第三節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子電路一、定子電路中各電量的關(guān)系第三節(jié) 異步電動(dòng)機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子電定子轉(zhuǎn)子圖4-14 主磁通和漏磁通定子轉(zhuǎn)子圖4-14 主磁通和漏磁通2.定子電路電壓平衡方程 異步電動(dòng)機(jī)的定子電路的電壓平衡方程為 式中 是定子一相繞組漏阻抗。由于 和 很小，在定量分

16、析時(shí)，?？珊雎圆挥?jì)。因此 ,即：圖4-15的左半部分是三相異步電動(dòng)機(jī)定子的等效電路。 2.定子電路電壓平衡方程二、轉(zhuǎn)子電路中各電量的關(guān)系 三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)閉合的轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場，且在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生感應(yīng)電勢 ，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流 ，因轉(zhuǎn)子中還存在轉(zhuǎn)子漏感電勢和轉(zhuǎn)子繞組電阻壓降，其等效電路與變壓器副邊短路時(shí)情況相同。如圖4-14的右半部分電路所示。二、轉(zhuǎn)子電路中各電量的關(guān)系 圖4-14 異步電動(dòng)機(jī)一相等效電路圖返回圖4-14 異步電動(dòng)機(jī)一相等效電路圖返回1.轉(zhuǎn)子電路電勢頻率 當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為 n = n0 n，即旋轉(zhuǎn)磁場以n的轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)子繞組，因此在轉(zhuǎn)子繞組

17、中感應(yīng)電勢，該電勢的頻率為：1.轉(zhuǎn)子電路電勢頻率2.轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢 每極磁通 切割轉(zhuǎn)子繞組并在其中感應(yīng)轉(zhuǎn)子電勢E2，其大小為: 當(dāng)n=0時(shí)，s=1，即f2= f1 ，設(shè)此時(shí)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢的有效值為: 定值 并且由前兩式比較可得: 2.轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢 與定子漏磁通一樣，轉(zhuǎn)子電流所引起的漏磁通在轉(zhuǎn)子繞組中也要產(chǎn)生漏磁感應(yīng)電勢 。 與定子漏磁通一樣，轉(zhuǎn)子電流所引起的漏磁通在轉(zhuǎn)3.轉(zhuǎn)子電流I2及功率因數(shù)cos2 轉(zhuǎn)子電路中的電阻及電抗分別為 、 ，因而轉(zhuǎn)子電流的有效值為： 由于轉(zhuǎn)子電路為感性電路，所以其電流I2在相位上將滯后電勢 ，轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)為 3.轉(zhuǎn)子電流I2及功率因數(shù)cos2 轉(zhuǎn)子電流I2、功率

18、因數(shù)cos2與s之間的關(guān)系曲線如圖4-15所示。 轉(zhuǎn)子電流I2、功率因數(shù)cos2與s之間的關(guān)系曲線4.鼠籠式轉(zhuǎn)子的磁極對數(shù) 繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組分布與定子繞組相同，則定、轉(zhuǎn)子有相同的磁極對數(shù)。鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組是由導(dǎo)電條組成，其磁極對數(shù)由定子磁極對數(shù)決定，即恒等于定子的磁極對數(shù)。 圖4-16是2對極鼠籠式轉(zhuǎn)子的展開圖.4.鼠籠式轉(zhuǎn)子的磁極對數(shù)圖4-18 四極鼠籠轉(zhuǎn)子展開圖圖4-18 四極鼠籠轉(zhuǎn)子展開圖三、定子和轉(zhuǎn)子各量的相互關(guān)系1.定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場 已知異步電動(dòng)機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速為n0，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n，這時(shí)轉(zhuǎn)子電流也要產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，設(shè)該磁場相當(dāng)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為n2 ，則 因?yàn)?/p>

19、轉(zhuǎn)子相對于定子的轉(zhuǎn)速為n，所以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場相對靜止空間的轉(zhuǎn)速應(yīng)是： 三、定子和轉(zhuǎn)子各量的相互關(guān)系2.定子磁勢與轉(zhuǎn)子磁勢定子磁勢轉(zhuǎn)子磁勢空載運(yùn)行磁勢異步電動(dòng)機(jī)的磁勢平衡方程2.定子磁勢與轉(zhuǎn)子磁勢3.定子電流和轉(zhuǎn)子電流 將磁勢平衡方程各項(xiàng)同除k1 N1后可以得到定、轉(zhuǎn)子電流的平衡關(guān)系式，即3.定子電流和轉(zhuǎn)子電流第四節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性一、電磁轉(zhuǎn)矩 三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是指電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子受到電磁力的作用而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，它由旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通與轉(zhuǎn)子電流 相互作用產(chǎn)生的。 異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩為: 轉(zhuǎn)矩的另一個(gè)表達(dá)式 返回第四節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性一、電磁轉(zhuǎn)矩 返回二、三

20、相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性與機(jī)械特性1.電磁轉(zhuǎn)矩特性T = f (s ) 在一定的轉(zhuǎn)子電阻R2和電源電壓U1下，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系曲線稱為一部電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性。 圖4-17 三相異步電動(dòng)機(jī) T = f (s )曲線圖4-18 三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線返回二、三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性與機(jī)械特性圖4-17 三相異步電2.機(jī)械特性n = f (T ) 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n與電磁轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系稱為機(jī)械特性。而機(jī)械特性很容易通過轉(zhuǎn)矩特性獲得。因?yàn)椋?故： 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線如圖4-18所示。 2.機(jī)械特性n = f (T )機(jī)械特性曲線上有三點(diǎn)反映了它的基本性能和特點(diǎn)： （1）最

21、大轉(zhuǎn)矩Tmax，反映過載能力； （2）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst ，反映起動(dòng)性能； （3）額定轉(zhuǎn)矩TN ，反映穩(wěn)定運(yùn)行的負(fù)載能力和特 點(diǎn)。機(jī)械特性曲線上有三點(diǎn)反映了它的基本性能和特點(diǎn)： (1)額定轉(zhuǎn)矩TN 異步電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩稱為額定轉(zhuǎn)矩TN。在異步電動(dòng)機(jī)等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩T必須與阻轉(zhuǎn)矩相平衡，阻轉(zhuǎn)矩包括負(fù)載轉(zhuǎn)矩和空載損耗轉(zhuǎn)矩（電機(jī)本身的風(fēng)阻、摩擦阻力等）T0，所以: 由于T0很小一般可忽略，因此可得異步電動(dòng)機(jī)中轉(zhuǎn)矩平衡方程為： (1)額定轉(zhuǎn)矩TN 由于轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出機(jī)械功率等于角速度與轉(zhuǎn)矩的乘積，因此電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與輸出功率P2的關(guān)系是： 實(shí)用中， P2的單位常用千瓦（kW）,n

22、的單位是轉(zhuǎn)/分（r/min），則上式為: 由于轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)輸出機(jī)械功率等于角速度與轉(zhuǎn)矩的乘第五節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)工作特性與選擇一、異步電動(dòng)機(jī)的工作特性 三相異步電動(dòng)機(jī)的主要工作特性是指電動(dòng)機(jī)在額定電壓和額定頻率下運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)的定子電流 、效率 及定子繞組功率因數(shù) 隨輸出功率P2的變化關(guān)系。 圖4-23是一臺(tái)10kW的三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性曲線。 返回第五節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)工作特性與選擇一、異步電動(dòng)機(jī)的工作特06圖4-23 三相異步電動(dòng)機(jī)的工 作特性曲線024681012246810121416182022. 0204.08.1006圖4-23 三相異步電動(dòng)機(jī)的工 作1.定子電流特性I1=f(

23、P2) 異步電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，定子電流近似為勵(lì)磁電流I0。隨著輸出功率P2的增加，轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流I1也相應(yīng)增大。所以其特性曲線是一條從I0逐漸增大的曲線，當(dāng)輸出功率P2超過額定功率之后，轉(zhuǎn)子電流增大較快，定子電流也相應(yīng)增大很快。 異步電動(dòng)機(jī)空載和輕載時(shí)，定子電流較大，其空載電流I0與額定電流IN之比約為2050。這是因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的磁路存在氣隙，磁阻較大，所以產(chǎn)生一定量的磁通所需要的電流就大。1.定子電流特性I1=f(P2)2.效率特性 =f(P2) 電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率P2與定子輸入功率P1之比稱為效率 。即 通常一般三相異步電動(dòng)機(jī)的額定效率約為0.720.93。電動(dòng)機(jī)容量越大效率相

24、對越高。2.效率特性 =f(P2)3.功率因數(shù)特性 因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)是電感性負(fù)載，定子相電流比相電壓滯后一個(gè) 角，cos 就是電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。 三相異步電動(dòng)機(jī)的空載功率因數(shù)很低，約為0.2左右，當(dāng)輸出功率增加時(shí)，定子電流中有功分量增大，使功率因數(shù)提高，當(dāng)接近額定功率時(shí)，功率因數(shù)達(dá)最大值。如果負(fù)載繼續(xù)增大，由于轉(zhuǎn)差率的增加，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)降低較大，定子功率因數(shù)開始逐漸減小。 3.功率因數(shù)特性二、三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇 在船舶上三相異步電動(dòng)機(jī)的使用非常廣泛，正確的選用電動(dòng)機(jī)是關(guān)系到船舶安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保障。選擇電動(dòng)機(jī)應(yīng)按照生產(chǎn)機(jī)械的實(shí)際要求，正確選擇電動(dòng)機(jī)的容量、種類、型式等。二、三相異步電動(dòng)機(jī)的

25、選擇 1.功率的選擇 電動(dòng)機(jī)的額定功率等于或稍大于生產(chǎn)機(jī)械的功率。若功率選擇太小，電動(dòng)機(jī)會(huì)因過載而損壞，甚至燒毀；選擇得太大，則不但增加投資，而且電動(dòng)機(jī)沒有充分發(fā)揮它的作用，效率和功率因數(shù)都會(huì)降低。 一般對連續(xù)運(yùn)行的恒定負(fù)載，如果生產(chǎn)機(jī)械的功率為 ，則電動(dòng)機(jī)的功率P可按下式算出： 1.功率的選擇2.種類的選擇 一般選擇電動(dòng)機(jī)種類主要從以下幾方面考慮：交流還是直流、機(jī)械特性（硬特性或軟特性）、調(diào)速與起動(dòng)性能、維護(hù)及價(jià)格等。2.種類的選擇3. 結(jié)構(gòu)型式的選擇電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式主要有：（1）開啟式：這種電動(dòng)機(jī)的帶電部分和旋轉(zhuǎn)部分沒有任何防護(hù)裝置。散熱好，造價(jià)低。用于干燥無灰塵的場所。（2）防護(hù)式：在機(jī)

26、殼或端蓋下面有通風(fēng)罩，可防水滴、鐵屑等雜物從上面或與垂直方向成45角以內(nèi)掉入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部。（3）封閉式：有封閉外殼保護(hù)，電動(dòng)機(jī)靠自身風(fēng)扇或外部風(fēng)扇冷卻，外殼帶有散熱片。適用于潮濕、塵埃多、水土飛濺的場所。（4）防爆式：外殼完全封閉，適用于有爆炸氣體的場所，例如船上的蓄電池室。3. 結(jié)構(gòu)型式的選擇4.電壓與轉(zhuǎn)速的選擇 電動(dòng)機(jī)電壓的選擇是根據(jù)使用地點(diǎn)的電源來決定的。電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇應(yīng)由生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)設(shè)備的情況來決定，通常電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)盡量與生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速一致，以便直接傳動(dòng)，避免傳動(dòng)裝置復(fù)雜化。4.電壓與轉(zhuǎn)速的選擇第六節(jié) 單相異步電動(dòng)機(jī) 用單相電源供電，且只有一相定子主繞組的異步電動(dòng)機(jī)稱為單

27、相異步電動(dòng)機(jī)。 單相異步電動(dòng)機(jī)也是由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成。轉(zhuǎn)子全部采用普通的鼠籠式結(jié)構(gòu)；而定子通常有兩個(gè)繞組，一個(gè)為單相運(yùn)行繞組（也稱為主繞組）；另一個(gè)為起動(dòng)繞組（又稱為輔助繞組），在空間相隔90放置。通常起動(dòng)繞組通過一個(gè)離心開關(guān)S與運(yùn)行繞組并聯(lián)接入單相電源，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的75左右，此開關(guān)在離心力的作用下把該電路切斷。返回第六節(jié) 單相異步電動(dòng)機(jī) 用單相電源供電，且只有一一、單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理 1.脈動(dòng)磁場 單相異步電動(dòng)機(jī)的定子運(yùn)行繞組接入正弦交流電后產(chǎn)生一個(gè)振幅隨時(shí)間作正弦變，磁極在繞組軸線方向的空間保持不變的脈動(dòng)磁場，如圖4-24所示。 脈動(dòng)磁場在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電流

28、，此時(shí)轉(zhuǎn)子電流與磁場作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大小相等，方向相反，因此作用在轉(zhuǎn)子上的合成轉(zhuǎn)矩為零。電動(dòng)機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)。如加一外力預(yù)先推一下轉(zhuǎn)子向任意方向轉(zhuǎn)動(dòng)，則接通電源后電動(dòng)機(jī)即可沿著這個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來，并能帶動(dòng)一定的機(jī)械負(fù)載。一、單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理 圖4-24 單相定子脈動(dòng)磁場圖4-24 單相定子脈動(dòng)磁場2.電磁轉(zhuǎn)矩特性 脈動(dòng)磁場分解的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子的作用與三相異步電動(dòng)機(jī)相同，分別會(huì)在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T+和T-，而總轉(zhuǎn)矩為二者的合成。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)接通電源轉(zhuǎn)子處于靜止尚未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， T+與T- 大小相等，方向相反，合成轉(zhuǎn)矩為零，所以單相異步電動(dòng)機(jī)沒有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，不能自行起動(dòng)。 當(dāng)轉(zhuǎn)子借助外力沿某一方向（如正向旋轉(zhuǎn)磁場的方向）轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子相對于兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)差率不同。轉(zhuǎn)子對于與其同方向的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)差率為 而