電機(jī)學(xué)異步電機(jī)課件

第十八章三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和基本工作原理第五篇異步電機(jī)

三相異步電機(jī)主要用作電動(dòng)機(jī)，拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械，例如：風(fēng)機(jī)、泵、壓縮機(jī)、機(jī)床、輕工及礦山機(jī)械、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的脫粒機(jī)和粉碎機(jī)、農(nóng)副產(chǎn)品中的加工機(jī)械等等。18-1異步電動(dòng)機(jī)的用途和分類

在民用生活中，電扇、洗衣機(jī)、電冰箱和空調(diào)器等一般由單相異步電動(dòng)機(jī)來拖動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行效率較高并具有適用的工作特性。缺點(diǎn)：功率因數(shù)較差，電機(jī)在運(yùn)行過程中必須從電網(wǎng)吸收感性無功功率，因此它的功率因數(shù)總小于1。

異步電動(dòng)機(jī)的種類很多，從不同的角度看，有不同的分類法，常見的有：按定子相數(shù)分

單相異步電動(dòng)機(jī)

兩相異步電動(dòng)機(jī)

三相異步電動(dòng)機(jī)

繞線型異步電動(dòng)機(jī)

鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分鏈接三相異步電動(dòng)機(jī)主要部件的拆分動(dòng)畫18-2三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

三相異步電動(dòng)機(jī)的定子部分在結(jié)構(gòu)上和同步電機(jī)的定子部分完全相同。對(duì)中、小容量的低壓異步電動(dòng)機(jī)，通常定子三相繞組的六個(gè)出線頭都引出，這樣可根據(jù)需要靈活地接成“Y”形或“D”形。U1V1W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2D聯(lián)結(jié)Y聯(lián)結(jié)

三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子部分結(jié)構(gòu)類型主要有兩種：鼠籠型和繞線型。

鼠籠型轉(zhuǎn)子繞組由插入每個(gè)轉(zhuǎn)子槽中的導(dǎo)條和兩側(cè)的短路端環(huán)構(gòu)成，如果去掉轉(zhuǎn)子鐵心，剩余的轉(zhuǎn)子繞組就像一個(gè)松鼠籠子。鼠籠型轉(zhuǎn)子鐵心和繞組結(jié)構(gòu)示意圖特點(diǎn)：可以在轉(zhuǎn)子每相繞組中串入附加電阻等，來改善電機(jī)的起動(dòng)性能或作轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)用。

下圖是三相繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。三相繞組的三個(gè)首端接到固定在轉(zhuǎn)軸上的三銅環(huán)上，通過電刷引出。三相轉(zhuǎn)子繞組可星接也可角接。5）額定功率因數(shù)指電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)定子側(cè)的功率因數(shù)；1）額定功率（kW）指額定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)軸上的輸出機(jī)械功率；2）額定電壓（V）指加在繞組上的線電壓；3）額定電流（A）指定子繞組中的線電流；4）額定頻率（Hz）我國(guó)工業(yè)用頻率為50Hz；18-3三相異步電動(dòng)機(jī)的額定值6）額定轉(zhuǎn)速（r/min）指電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速；（Nm）7）電動(dòng)機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩計(jì)算式為..提示：1.對(duì)于高壓電動(dòng)機(jī)，定子繞組只有三根出線，只要電源電壓符合電動(dòng)機(jī)銘牌電壓值便可使用。2）如銘牌上標(biāo)有“380V、D聯(lián)結(jié)”時(shí)，表示電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)只能采用“D”聯(lián)結(jié)，但是在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)過程中可接380V電源，繞組采用“Y”聯(lián)結(jié)，起動(dòng)完畢，恢復(fù)“D”聯(lián)結(jié)。1）如銘牌上標(biāo)有“380/220V、Y/D聯(lián)結(jié)”時(shí)，表示電源電壓為380V時(shí)，電機(jī)繞組采用“Y”聯(lián)結(jié)；電源電壓為220V時(shí)，采用“D”聯(lián)結(jié)。2.對(duì)于中低壓電動(dòng)機(jī)：兩極異步電動(dòng)機(jī)示意圖

定子繞組接三相電源,流過三相對(duì)稱電流，氣隙中產(chǎn)生基波旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)速為同步速:電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的基本電磁過程：

同步速的氣隙磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)并在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生相應(yīng)的電流；

轉(zhuǎn)子繞組在磁場(chǎng)中受到電磁力矩作用，這個(gè)力矩驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的工作過程。18-4三相異步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單工作原理兩極異步電動(dòng)機(jī)示意圖思考：①能否等于？何謂異步？

②電機(jī)的轉(zhuǎn)向決定于什么？?jī)蓸O發(fā)電機(jī)示意圖兩極電機(jī)制動(dòng)運(yùn)行圖NS1nNS1nNS1n0n<

由于異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速總不等于同步速，因此在描述異步電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)通常采用轉(zhuǎn)差率的概念。轉(zhuǎn)差率的概念定義如下：把同步速和電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與同步速的比值稱為轉(zhuǎn)差率，用表示：轉(zhuǎn)差率的概念狀態(tài)電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)電磁制動(dòng)n與s關(guān)系n<n10<s<1n>n1,s<0n與n1反向，n<0,s>1E1的性質(zhì)反電動(dòng)勢(shì)電源電動(dòng)勢(shì)反電動(dòng)勢(shì)T的性質(zhì)電磁驅(qū)動(dòng)力矩電磁阻力矩電磁阻力矩能量轉(zhuǎn)換電能→機(jī)械能原動(dòng)機(jī)機(jī)械能→電能電能+機(jī)械能→內(nèi)部損耗（短路）第十九章

三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理

概述

要求：掌握異步電機(jī)穩(wěn)態(tài)分析的基本方法---等效電路法異步電動(dòng)機(jī)分析中，主要涉及四個(gè)量-----（輸入能量的）電端口：電壓與電流；（輸出能量的）機(jī)械端口：功率和轉(zhuǎn)速（或轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速）。實(shí)際中要解決的問題：主要是已知異步電動(dòng)機(jī)電壓與輸出功率求解電流、轉(zhuǎn)速的問題；或已知電壓和轉(zhuǎn)速求電流和功率等問題。

為解決上述問題仍用等效電路法，要設(shè)法找出與變壓器相似的等效電路。本章要求掌握等效電路方面的要點(diǎn)：1）如何得到等效電路？掌握繞組歸算、轉(zhuǎn)子位置歸算與頻率歸算等；2）等效電路各元件各代表什么？等效哪些實(shí)際的物理量？為了得到等效電路的過程，主要解決以下三個(gè)問題：1）設(shè)法用靜止轉(zhuǎn)子等效旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，以便借用變壓器的分析方法；2）在氣隙磁場(chǎng)作用下，定轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電勢(shì)之間的關(guān)系，引入電壓變比；3）定轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁勢(shì)如何合成，引入電流變比。

仿照變壓器的思路得到等效電路

基本思路

首先分析僅僅定子有電流而轉(zhuǎn)子沒有電流的情況——轉(zhuǎn)子繞組開路，轉(zhuǎn)子只有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，但無電流；

然后分析，轉(zhuǎn)子繞組短路，但轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)的情況；

最后分析轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的情況——采用等效靜止轉(zhuǎn)子代替實(shí)際旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子。規(guī)定定、轉(zhuǎn)子各相電氣物理量的正方向；

規(guī)定磁動(dòng)勢(shì)、磁通的正方向；確定定轉(zhuǎn)子繞組空間坐標(biāo)。

正方向的規(guī)定

1）定、轉(zhuǎn)子繞組電流、電動(dòng)勢(shì)及端電壓的正方向；

3）磁動(dòng)勢(shì)、磁通密度從定子內(nèi)圓出來進(jìn)入氣隙為正（定子鐵心內(nèi)圓表面N極為正）。2）繞組軸線的正方向：與電流、電動(dòng)勢(shì)成右手螺旋關(guān)系,并假設(shè)轉(zhuǎn)子A相繞組軸線在定子A相繞組軸線前方空間電角度；

正方向的規(guī)定（下頁圖）

定子漏磁通不起傳遞能量的媒介作用，只起電抗壓降的作用；包括：槽部漏磁通、端部漏磁通和諧波磁通一、異步電動(dòng)機(jī)的主磁通和定子漏磁通19-1轉(zhuǎn)子繞組開路時(shí)的電磁關(guān)系主磁通和變壓器一樣起到傳遞能量的媒介作用；二、基本電磁關(guān)系示意圖類比變壓器的空載運(yùn)行，說說它們的異同。

由于轉(zhuǎn)子開路，因此定子三相電流產(chǎn)生合成基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)用于建立主磁場(chǎng)，因此這個(gè)磁動(dòng)勢(shì)亦稱為勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)。三、勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)及勵(lì)磁電流

勵(lì)磁電流可看成由兩部分組成：提供鐵耗，是有功分量；建立磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生主磁場(chǎng)，是無功分量，即：這樣得到定轉(zhuǎn)子每相電動(dòng)勢(shì)變比（）：

和變壓器一、二次繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的推導(dǎo)類似，得定、轉(zhuǎn)子每相電動(dòng)勢(shì)有效值的大?。核?、主磁通在定轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

轉(zhuǎn)子位置位于對(duì)應(yīng)的定子位置前方空間電角度，用相量、表示時(shí)，可得：五、電動(dòng)勢(shì)平衡方程

——

定子一相繞組的漏阻抗定子一相電動(dòng)勢(shì)平衡式為：轉(zhuǎn)子回路開路，轉(zhuǎn)子回路電動(dòng)勢(shì)平衡方程：

與變壓器分析時(shí)一樣，如果用勵(lì)磁電流在參數(shù)上的壓降表示，則：——激磁阻抗；六、時(shí)空相矢圖和等效電路：一、基本電磁關(guān)系示意圖19-2轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時(shí)的電磁關(guān)系根據(jù)全電流定律知道，產(chǎn)生氣隙磁密的磁動(dòng)勢(shì)是作用在磁路上的所有磁動(dòng)勢(shì)的總和。即認(rèn)為合成磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生氣隙磁密：

由于轉(zhuǎn)子短路，；由于轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)，頻率也為；旋轉(zhuǎn)速度為結(jié)論：與在定子內(nèi)圓空間同轉(zhuǎn)速、同轉(zhuǎn)向，即相對(duì)靜止。二、磁動(dòng)勢(shì)分析

所示時(shí)－空向量圖對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子軸線位于定子軸線前方空間電角度的情況。分析發(fā)現(xiàn)與之間的夾角為，空間電角度（為轉(zhuǎn)子回路的功率因數(shù)角）和轉(zhuǎn)子的具體位置()無關(guān)。為了分析問題的簡(jiǎn)化，把軸和軸人為的重合。三、轉(zhuǎn)子位置角及其折合

轉(zhuǎn)子角折合以后，在時(shí)空相矢圖中肯定有和、和、和都相互重合的關(guān)系。這樣就有：四、電流形式的磁動(dòng)勢(shì)平衡方程簡(jiǎn)化后有：，其中：式中，，稱為電流比。根據(jù)，就可得：目的：由于定轉(zhuǎn)子之間只有磁的聯(lián)系，沒有電路上的直接聯(lián)系，為了把定轉(zhuǎn)子電路直接連接起來構(gòu)成統(tǒng)一的的等效電路，必須像變壓器一樣，把異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)量歸算到定子側(cè)，或者說用一個(gè)等效的轉(zhuǎn)子來代替實(shí)際的轉(zhuǎn)子。等效轉(zhuǎn)子的相數(shù)為，有效匝數(shù)為。五、轉(zhuǎn)子繞組相數(shù)和有效匝數(shù)的折合原則：歸算后不能改變異步電機(jī)的電端口的電磁本質(zhì)。步驟：具體折合原則和步驟和處理變壓器的折合相似。給出轉(zhuǎn)子側(cè)電流、電動(dòng)勢(shì)和阻抗折合后的結(jié)果：六、基本方程、等效電路和相量圖

當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來后（），轉(zhuǎn)子中仍會(huì)感應(yīng)電流，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)。由于→相對(duì)定子的轉(zhuǎn)速為；那么→相對(duì)定子的轉(zhuǎn)速為？另外，那么與還會(huì)保持靜止嗎？一、問題的提出結(jié)論：無論轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)與否，轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)相對(duì)于定子磁動(dòng)勢(shì)總是靜止的，也就是說轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)速總是為。下面我們首先具體分析轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)磁動(dòng)勢(shì)。19-3轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的電磁關(guān)系異步電動(dòng)機(jī)額定負(fù)載時(shí)通常在0.02~0.05范圍內(nèi)，由此可知：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)和電流的頻率很低，當(dāng)

Hz時(shí)，Hz。

1）轉(zhuǎn)子電流的頻率：其頻率取決于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組的相對(duì)轉(zhuǎn)速：，即：二、轉(zhuǎn)子回路的電流和磁動(dòng)勢(shì)分析2）磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)速：

相對(duì)于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為：，相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速就為：相對(duì)于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速加上轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，即：。結(jié)論：

不論轉(zhuǎn)子靜止還是旋轉(zhuǎn)，與在空間上總相對(duì)靜止，都以同步速旋轉(zhuǎn)，所以得穩(wěn)定的磁動(dòng)勢(shì)平衡關(guān)系：說明：1）轉(zhuǎn)子回路的頻率為：；2）轉(zhuǎn)子電阻：；轉(zhuǎn)子漏電抗和頻率成正比，因此有：；轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)大小和頻率成正比，因此有：

三、基本電磁關(guān)系示意圖

通過分析可以得到定轉(zhuǎn)子回路的電動(dòng)勢(shì)方程（已經(jīng)對(duì)轉(zhuǎn)子的空間位置、相數(shù)、有效匝數(shù)進(jìn)行了折合）和等效電路：

由于定轉(zhuǎn)子回路的頻率不等，得不到實(shí)用的等效電路，因此下面研究轉(zhuǎn)子回路頻率折合的問題，即：尋求“等效靜止轉(zhuǎn)子”的問題。四、轉(zhuǎn)子繞組的折合

轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)與否影響了轉(zhuǎn)子繞組的頻率，但是對(duì)轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)相對(duì)定子的轉(zhuǎn)速（即同步速）不會(huì)產(chǎn)生影響?，F(xiàn)在尋求一個(gè)所謂的“等效”靜止轉(zhuǎn)子，它產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)肯定和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)候的磁動(dòng)勢(shì)相比是不變的，只是轉(zhuǎn)子繞組的頻率就由改變?yōu)槎?。這就是轉(zhuǎn)子繞組頻率折合的思路。1）轉(zhuǎn)子繞組頻率折合的思路

轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)是由轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的，那么要保持折合前后轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)不變，必然有折合前后轉(zhuǎn)子電流有效值和相位不變的關(guān)系（只是頻率改變了）：由于式中：，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)和轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時(shí)相比，只在轉(zhuǎn)子繞組等效電路中多了項(xiàng)。2）轉(zhuǎn)子繞組頻率的折合

經(jīng)過轉(zhuǎn)子繞組位置角、相數(shù)、有效匝數(shù)和頻率的折合后，轉(zhuǎn)子繞組電動(dòng)勢(shì)和定子繞組電動(dòng)勢(shì)就完全相同了。這樣可以把前面定轉(zhuǎn)子回路分離的等效電路統(tǒng)一起來，得到如下的異步電動(dòng)機(jī)的“T”型等效電路。1）“T”型等效電路五、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)等效電路

有時(shí)為了工程計(jì)算的方便，常把“T”型等效電路簡(jiǎn)化，得到如下圖所示的簡(jiǎn)化等效電路。

2）簡(jiǎn)化等效電路六、基本方程和相量圖

本章前面是以繞線型電機(jī)為例來分析的，這種電機(jī)轉(zhuǎn)子在設(shè)計(jì)制造時(shí)就確定了極對(duì)數(shù)、相數(shù)、有效匝數(shù)等數(shù)據(jù)。對(duì)于鼠籠轉(zhuǎn)子繞組由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)條在轉(zhuǎn)子鐵心表面均勻布置，那么得到如下關(guān)系：

1）轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù)自動(dòng)恒等于定子極對(duì)數(shù)；

2）轉(zhuǎn)子相數(shù)等于通常就認(rèn)為等于總的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條數(shù)；

3）轉(zhuǎn)子的有效匝數(shù)：七、鼠籠轉(zhuǎn)子的問題1)等效電路中為機(jī)械功率的等效電阻：當(dāng)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時(shí)，，，此時(shí)無機(jī)械功率輸出；旋轉(zhuǎn)時(shí)，，此時(shí)有機(jī)械功率輸出，即對(duì)應(yīng)的功率等于機(jī)械功率——總功械功率。本章總結(jié)空載時(shí)，，，轉(zhuǎn)子繞組2)旋轉(zhuǎn)的異步電動(dòng)機(jī)和一臺(tái)副邊繞組接有電阻負(fù)載的變壓器相似：

時(shí)，即剛起動(dòng)瞬間，相當(dāng)于副邊短路的變壓器；近似開路，相當(dāng)于空載運(yùn)行的變壓器?！?)機(jī)械負(fù)載的變化在等效電路中由轉(zhuǎn)差率的變化來體現(xiàn)：機(jī)械負(fù)載↑→↓→

↑→

↓電動(dòng)機(jī)從電源吸收更多的電功率。4）總是滯后，所以異步電動(dòng)機(jī)功率因數(shù)總是滯后的。原因是異步電動(dòng)機(jī)只能從電網(wǎng)吸收感性無功功率來建立主磁場(chǎng)和漏磁場(chǎng)。激磁電流愈大，所需感性無功亦愈多，功率因數(shù)亦愈低。5）異步電動(dòng)機(jī)和變壓器有相同形式的等效電路，但是它們對(duì)應(yīng)的參數(shù)數(shù)值相差較大。第二十章

異步電動(dòng)機(jī)的功率、轉(zhuǎn)矩

和運(yùn)行性能一、功率關(guān)系第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)矩關(guān)系說明：稱為電磁功率。它是通過定轉(zhuǎn)子之間的電磁耦合關(guān)系從定子繞組傳遞到轉(zhuǎn)子繞組的功率。一、功率關(guān)系→→

稱為空載轉(zhuǎn)矩；稱為電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩。根據(jù)機(jī)械功率關(guān)系，在等號(hào)兩側(cè)同除于轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度，得轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系：

其中

稱為電磁轉(zhuǎn)矩；

二、轉(zhuǎn)矩關(guān)系其中稱為轉(zhuǎn)矩因數(shù)。電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式

從異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩物理表達(dá)式可以看出：電磁轉(zhuǎn)矩的大小與氣隙每極磁通量、轉(zhuǎn)子每相電流以及轉(zhuǎn)子功率因數(shù)三者的乘積有關(guān)。一、機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式

根據(jù)簡(jiǎn)化等效電路，把它代入電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式

得到：第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如果給出、

及阻抗參數(shù)，根據(jù)

上式機(jī)械特性的參

數(shù)表達(dá)式畫出曲線

便為“”

曲線?！癟－s”曲線

三相異步電動(dòng)機(jī)在電壓、頻率為額定不變，定轉(zhuǎn)子回路不串任何電路元件條件下的機(jī)械特性，稱為固有機(jī)械（自然）特性。曲線1為電源正序時(shí)的；曲線2為電源負(fù)序時(shí)的曲線。我們只研究電源正序時(shí)的情況。二、固有機(jī)械特性

機(jī)械特性曲線位于坐標(biāo)的三個(gè)象限,第Ⅰ象限：電動(dòng)狀態(tài)；第Ⅱ象限：發(fā)電狀態(tài)；第Ⅳ象限：電動(dòng)機(jī)工作在一種電磁制動(dòng)狀態(tài)。我們重點(diǎn)研究第Ⅰ象限電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。D點(diǎn)（，）為堵轉(zhuǎn)點(diǎn)，或者說叫起動(dòng)點(diǎn)。C點(diǎn)（、）為電磁轉(zhuǎn)矩最大點(diǎn)；B點(diǎn)為額定運(yùn)行；A點(diǎn)（，）為理想空載運(yùn)行點(diǎn)；

在實(shí)際額定電磁轉(zhuǎn)矩求解中，通常通過額定輸出功率和額定轉(zhuǎn)速，用下面式子來計(jì)算：機(jī)械特性－－額定電磁轉(zhuǎn)矩點(diǎn)

從機(jī)械特性參數(shù)表達(dá)式求得，令，得到最大電磁轉(zhuǎn)矩:產(chǎn)生最大電磁轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率稱為臨界轉(zhuǎn)差率，用表示:機(jī)械特性－－最大電磁轉(zhuǎn)矩點(diǎn)推導(dǎo)式中：“＋”號(hào)適用于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)；“－”適用于發(fā)電機(jī)狀態(tài)。

一般情況下，數(shù)值遠(yuǎn)小于的數(shù)值，可以忽略的影響，這樣上面兩式可簡(jiǎn)化為1）與電壓的平方成正比，而和無關(guān)；2）與轉(zhuǎn)子回路總電阻大小無關(guān)，而和轉(zhuǎn)子回路總電阻的大小成正比；3）過載能力最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定電磁轉(zhuǎn)矩的比值：

電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩稱為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，也稱起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：

與電壓的平方成正比；漏電抗越大，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩越??；

機(jī)械特性－－堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩點(diǎn)

堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)定義：堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與與額定電磁轉(zhuǎn)矩的比值，即：

三、穩(wěn)定運(yùn)行問題

當(dāng)電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩總是大小相等方向相反。如圖所示，這時(shí)電機(jī)運(yùn)行在“a”或者“b”點(diǎn)都沒有什么問題?，F(xiàn)在由于某種原因引起波動(dòng)，當(dāng)波動(dòng)消失后，理論分析和實(shí)踐都發(fā)現(xiàn)電機(jī)在“a”點(diǎn)繼續(xù)保持穩(wěn)定運(yùn)行，但是不能在“b”點(diǎn)保持穩(wěn)定運(yùn)行。

理論分析很容易得到，當(dāng)電機(jī)的機(jī)械特性和負(fù)載特性配合，滿足：

那么電機(jī)就能穩(wěn)定運(yùn)行；反之，電機(jī)就不能運(yùn)定運(yùn)行。

所謂三相異步電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性，是指認(rèn)為降低電機(jī)的定子電源電壓、頻率或者在繞線式轉(zhuǎn)子回路中串附加電阻后獲得的異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性。

四、人為機(jī)械特性

最常見的是“降低定子電壓”、“轉(zhuǎn)子回路串入三相對(duì)稱電阻”和“改變電源頻率”等的人為機(jī)械特性。下面我們調(diào)用小程序“三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性”來分析各種人為機(jī)械特性的各自特性。

這些人為機(jī)械特性很重要，因?yàn)樵诟纳齐姍C(jī)的起動(dòng)性能和調(diào)速場(chǎng)合經(jīng)常用到。

但實(shí)際使用中，某些參數(shù)不易知道，我們可以根據(jù)電動(dòng)機(jī)銘牌上的一些數(shù)據(jù)推導(dǎo)機(jī)械特性實(shí)用簡(jiǎn)化公式（忽略定子電阻）。五、機(jī)械特性的實(shí)用公式其中令

最后可得實(shí)用公式：

由于其中

根據(jù)銘牌上給出、額定轉(zhuǎn)速和過載能力用轉(zhuǎn)矩實(shí)用表達(dá)式作出曲線或進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算。具體使用過程如下：實(shí)用公式的實(shí)際應(yīng)用

2)利用求出最大電磁轉(zhuǎn)矩；

1）利用和求出額定電磁轉(zhuǎn)矩：3）根據(jù)，求出

其中。這樣就可利用實(shí)用式來計(jì)算實(shí)際問題了。三相異步電動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)1）效率為電動(dòng)機(jī)輸出功率和輸入功率之比，即；2）功率因數(shù)異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)永遠(yuǎn)小于1；第三節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)

的工作特性3）堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)應(yīng)該有足夠大的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，否則可能出現(xiàn)無法拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載起動(dòng)的情況；4）堵轉(zhuǎn)電流三相異步電動(dòng)機(jī)在加額定電壓起動(dòng)瞬間，由于轉(zhuǎn)子感應(yīng)很高的電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生很大的電流，因此定子電流也很大，這個(gè)電流稱為堵轉(zhuǎn)電流；5）過載能力電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，它的過載能力不應(yīng)小于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定數(shù)據(jù)。

三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性是指，在電動(dòng)機(jī)定子繞組加額定電壓，額定頻率時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、定子電流、功率因數(shù)、電磁轉(zhuǎn)矩、效率等與輸出功率的關(guān)系，即：

、、、、、時(shí)，工作特性及其分析1）轉(zhuǎn)速特性：2）定子電流特性：，空載時(shí)，

隨著輸出負(fù)載定子電流特性為一上升曲線。3）功率因數(shù)特性：如果負(fù)載繼續(xù)增加：轉(zhuǎn)速下降開始明顯，明顯增大，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)角增加，減小，引起定子的功率因數(shù)減小。空載時(shí)：異步電動(dòng)的，因此功率因數(shù)很低；隨著負(fù)載增加：，在額定負(fù)載附近，異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)達(dá)到最大值；電機(jī)從空載到額定負(fù)載之間，轉(zhuǎn)速變化很小，所以:因此電磁轉(zhuǎn)矩特性近似為直線。

4）電磁轉(zhuǎn)矩特性：其中為不變損耗，

為可變損耗，當(dāng)不變損耗等于可變損耗時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的效率達(dá)到最大。

對(duì)于中小型電動(dòng)機(jī)，大約時(shí)效率最高；如繼續(xù)增加負(fù)載，效率反而降低。一般來說電動(dòng)機(jī)容量越大，越高。異步電動(dòng)機(jī)的效率為。由于，5）效率特性：空載時(shí)從電源吸收的功率：一、空載試驗(yàn)1）試驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)取、、

。2）試驗(yàn)方法：異步電動(dòng)機(jī)空載，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步速，轉(zhuǎn)子相當(dāng)于開路。第四節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)

參數(shù)的測(cè)定畫出空載特性曲線。異步電動(dòng)機(jī)空載特性曲線從上式中減去定子銅耗：改變電壓，測(cè)量、。在下頁畫出了曲線。注意到，右側(cè)的曲線近似一條直線。其原因機(jī)械損耗和電壓無關(guān)，只要電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變或變化很小，就認(rèn)為是常數(shù)；而鐵耗和附加損耗可與磁密的平方成正比，近似的和電動(dòng)機(jī)的端電壓的平方成正比。這樣根據(jù)圖中的虛線很容易把和分離出來。3）機(jī)械損耗和鐵耗的測(cè)定：曲線

定子加額定電壓時(shí)，根據(jù)空載試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)和，可以算出式中:

是測(cè)得的三相輸入功率；、分別為相電流和相電壓。再根據(jù)空載時(shí)的等效電路，就可求出勵(lì)磁阻抗：4）勵(lì)磁阻抗參數(shù)的計(jì)算：1）試驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)取。2）試驗(yàn)方法：，

，加電壓

，下圖為異步電動(dòng)機(jī)堵轉(zhuǎn)時(shí)等效電路圖；逐漸降低電壓，測(cè)量、，畫出異步電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)特性曲線如下頁。二、堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)

是測(cè)得的三相輸入功率；、分別為相電流和相電壓，并有：

3）短路阻抗參數(shù)的計(jì)算：

在作堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)的等效電路中的勵(lì)磁支路可以忽略，這樣計(jì)算如下：

第二十一章

三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

起動(dòng)電流倍數(shù)、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)、起動(dòng)時(shí)間及起動(dòng)過程中的功率損耗及起動(dòng)設(shè)備的簡(jiǎn)單性和可靠性等。我們對(duì)第一個(gè)指標(biāo)最為關(guān)注，因?yàn)楹艽蟮钠饎?dòng)電流會(huì)使供電變壓器輸出電壓明顯下降，這樣會(huì)影響變壓器的其它用戶的正常用電，以及對(duì)本身電機(jī)的起動(dòng)產(chǎn)生不利影響。起動(dòng)性能指標(biāo)有：數(shù)＝4—7，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)＝1.4—2.2。

異步電動(dòng)機(jī)在額定電壓下直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流倍第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng)0IsIsTnT0

由于起動(dòng)瞬間，主磁通約減少為額定值的一半，功率因數(shù)又很低，造成了起動(dòng)電流很大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩確并不太大。通常，只有在7.5kW容量的小型鼠籠型電動(dòng)機(jī)可采用直接起動(dòng)。&kjXkRNU&sI直接起動(dòng)1）定子串電抗器（電阻器）起動(dòng)電抗器起到了分壓作用，作用在定子繞組上的電壓降低了，繞組中起動(dòng)電流和電壓成正比，當(dāng)然起動(dòng)電流減小了，以滿足對(duì)起動(dòng)電流的要求。起動(dòng)完畢后閉合，電機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行。第二節(jié)三相鼠籠型電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)

設(shè)串電抗時(shí)定子電壓與直接起動(dòng)時(shí)定子額定電壓的比值為。則定子串電抗器起動(dòng)1）定子串電抗器（電阻器）起動(dòng)'sI&'1U&NU&kjXkRjX

對(duì)于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組采用“D”聯(lián)結(jié)的異步電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)時(shí)定子“Y”聯(lián)結(jié)，起動(dòng)完畢后換成“D”聯(lián)結(jié)。這樣起動(dòng)時(shí)，每相起動(dòng)電壓大小和直接起動(dòng)時(shí)每相電壓大小之間的關(guān)系：2）Y－△起動(dòng)每相起動(dòng)電流為:起動(dòng)線電流為:起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為:，

三相鼠籠型電動(dòng)機(jī)采用自耦變壓器降壓起動(dòng)時(shí)，開關(guān)K投向起動(dòng)側(cè)，起動(dòng)完畢后開關(guān)K投向運(yùn)行側(cè)。自耦降壓起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)電壓下降為，與直接起動(dòng)時(shí)電壓的關(guān)系為

3）自耦降壓起動(dòng)

電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)時(shí)電流為，與直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流之間關(guān)系為

自耦變壓器高壓側(cè)的起動(dòng)電流，與之間的關(guān)系為

自耦變壓器降壓起動(dòng)與直接起動(dòng)相比，供電變壓器供給的起動(dòng)電流之間關(guān)系為

自耦降壓起動(dòng)，與直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩之間關(guān)系為起動(dòng)方法起動(dòng)電壓相對(duì)值（電動(dòng)機(jī)相電壓）起動(dòng)電流相對(duì)值（供電變壓器線電流）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩相對(duì)值啟動(dòng)設(shè)備直接起動(dòng)111最簡(jiǎn)單串電抗起動(dòng)一般Y－△起動(dòng)簡(jiǎn)單，只適用于D聯(lián)結(jié)380V電機(jī)自耦降壓起動(dòng)較復(fù)雜

這里介紹的幾種鼠籠型電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)的方法，主要目的是限制起動(dòng)電流，但同時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也不同程度的降低了，因此只適用于輕空載起動(dòng)。第三節(jié)高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)1）轉(zhuǎn)子電阻值較大的鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)：普通澆注的鼠籠都采用鋁，有些鼠籠采用合金鋁（錳鋁或硅鋁），或者改變轉(zhuǎn)子槽型，減小導(dǎo)體截面積；普通焊接式的鼠籠采用紫銅，用些采用電阻率較高的黃銅，目的都是為了增加轉(zhuǎn)子電阻值。機(jī)械特性曲線1為普通鼠籠電機(jī)的；曲線2為高轉(zhuǎn)差率電機(jī)的；曲線3為起重冶金用電機(jī)的。2）深槽式三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī)：這種電機(jī)轉(zhuǎn)子槽型深而窄，其深寬比約為10－20，而普通鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)這個(gè)比值不超過5。轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中有交流電流流過時(shí)，其槽漏磁通分布如圖所示：和槽底部分的導(dǎo)體交鏈的漏磁較多，而和槽口部分的導(dǎo)體交鏈的漏磁很少，這樣對(duì)應(yīng)于槽底部分導(dǎo)體的漏抗要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于槽口部分導(dǎo)條的漏抗。2）深槽式三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī)：由于電機(jī)轉(zhuǎn)子槽型深而窄，因此轉(zhuǎn)子漏抗相對(duì)普通電機(jī)的要大；在電機(jī)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子頻率較高，轉(zhuǎn)子漏抗相對(duì)其電阻值也大，這樣使得轉(zhuǎn)子電流的大小主要決定于轉(zhuǎn)子漏抗的大小。因此轉(zhuǎn)子導(dǎo)條內(nèi)電流的分布是不均勻的：槽底部分電抗大，電流小，槽口部分電抗小，電流大，這種現(xiàn)象稱為電流的集膚效應(yīng)。2）深槽式三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī)：

電機(jī)剛起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子電流集膚效應(yīng)現(xiàn)象明顯，使得絕大多數(shù)轉(zhuǎn)子電流都被擠到槽口很小部分的導(dǎo)體內(nèi)（如下圖），實(shí)際轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的電阻值明顯增加，因此起動(dòng)時(shí)起動(dòng)電流較小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩卻較大。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的提高，集膚效應(yīng)逐漸減弱，轉(zhuǎn)子電阻隨轉(zhuǎn)速就慢慢減小，因此這種電機(jī)既限制了起動(dòng)電流，同時(shí)在整個(gè)起動(dòng)過程中都有較大的電磁轉(zhuǎn)矩。3）雙籠式三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī)：

這種電機(jī)轉(zhuǎn)子上裝有并聯(lián)的兩套鼠籠：內(nèi)籠導(dǎo)條截面大，電阻卻??；外籠導(dǎo)條截面小電阻卻大。電機(jī)起動(dòng)時(shí)，電流分布也主要決定于漏電抗的大小和分布（電流集膚效應(yīng)），此時(shí)，轉(zhuǎn)子電流主要由外籠流通，外籠為起動(dòng)籠。正常運(yùn)行時(shí)，集膚效應(yīng)基本消失，電流主要由內(nèi)籠流通為運(yùn)行籠。深槽式三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性雙籠式三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性本節(jié)小結(jié):

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比較大的鼠籠電機(jī)，實(shí)現(xiàn)的辦法有：1）鼠籠用電阻率較高的材料；2）改變轉(zhuǎn)子槽型，利用集膚效應(yīng)。它們都增大了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，減小了起動(dòng)電流。但是也帶來了一些負(fù)面因素，因此應(yīng)綜合考慮。

，電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為最大電磁轉(zhuǎn)矩。第四節(jié)繞線型三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)1）轉(zhuǎn)子回路串電阻起動(dòng)：這種起動(dòng)方法可以減小起動(dòng)電流，但所串電阻合適時(shí)，還能增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)所串電阻滿足：

為了有較大平均起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，減小電流和轉(zhuǎn)矩沖擊，常采用電阻逐級(jí)切除法。2）轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器起動(dòng)：

頻敏變阻器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：一個(gè)三相鐵心線圈，線圈匝數(shù)很少，因此線圈漏阻抗很小;鐵心用較厚的鐵板或鋼板疊成，且鐵心中磁密取得較高，勵(lì)磁電流較大，等效鐵耗電阻很大，激磁電抗相對(duì)較小。2）轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器起動(dòng)：

通過前面分析知道，在等效電路中，主要是等效鐵耗電阻起作用。頻敏變阻器是利用鐵心渦流損耗隨轉(zhuǎn)子頻率而變的原理來改變電阻的。起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子回路頻率高，渦流損耗大，電阻大，這樣限制了起動(dòng)電流，提高了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；隨著轉(zhuǎn)速升高，轉(zhuǎn)子回路頻率下降，電阻也隨之減小，使得在整個(gè)起動(dòng)過程中都保持著較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。第二十六章

三相異步電動(dòng)的調(diào)速第一節(jié)概述已知異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：可以從以下2個(gè)方面實(shí)現(xiàn)調(diào)速：1）改變同步轉(zhuǎn)速

2）改變轉(zhuǎn)差率

改變極對(duì)數(shù)：變極調(diào)速改變電源頻率：變頻調(diào)速改變電源電壓：調(diào)壓調(diào)速

轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速（繞線式）

第二節(jié)變極調(diào)速

異步電動(dòng)機(jī)的同步速與極對(duì)數(shù)成反比，所以改變電機(jī)的極對(duì)數(shù)，就可以改變電機(jī)的同步速，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

改變定子繞組極對(duì)數(shù)的方法，除了剛才介紹的單繞組變流法，獲得不同的極對(duì)數(shù)以外，還有定子采種放置兩套不同極對(duì)數(shù)繞組的方法，甚至這兩套繞組本身又可以采用變流法，從而可以得