第3章交流電機(jī)的工作特性

一.基本要求二.重點(diǎn)與難點(diǎn)

交流電動機(jī)的工作原理及特性1一.基本要求

1.了解異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生；2.掌握異步電動機(jī)的工作原理，機(jī)械特性，以及啟動、調(diào)速及制動的各種方法、特點(diǎn)與應(yīng)用；3.分析異步電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)；4.掌握單相異步電動機(jī)的工作原理和啟動方法；5.了解同步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、運(yùn)行特性及啟動方法。2二.重點(diǎn)與難點(diǎn)

1.重點(diǎn)(1).掌握異步電動機(jī)的機(jī)械特性,該特性是基于異步電動機(jī)的工作原理而推導(dǎo)出來的,特別要掌握異步電動機(jī)的人為機(jī)械特性,因?yàn)樗欠治霎惒诫妱訖C(jī)啟動、調(diào)速、制動工作狀態(tài)的依據(jù)；(2).對異步電動機(jī)銘牌數(shù)據(jù)、額定值的含義要非常熟悉；(3).掌握異步電動機(jī)直接啟動和降壓啟動的條件和優(yōu)缺點(diǎn)，線繞式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻的啟動、調(diào)速和制動，以及各種啟動方法的應(yīng)用場合；(4).掌握異步電動機(jī)變頻調(diào)速和變極對數(shù)調(diào)速的特性與優(yōu)缺點(diǎn)。2.難點(diǎn)本章在分析問題時(shí)較難理解的是定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子運(yùn)動的相對性和電動機(jī)的制動過程。33.1三相異步電動機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)43．1三相異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理3.1.1、三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

三相異步電動機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)部分組成，定子是不動的部分，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)部分，在定子和轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙。如圖所示。軸出線盒風(fēng)罩風(fēng)扇轉(zhuǎn)子定子機(jī)座吊環(huán)軸承感應(yīng)電動機(jī)結(jié)構(gòu)圖51.定子定子由定子鐵心、繞組以及機(jī)座組成。定子鐵心是磁路的一部分，由硅鋼片疊壓而成，片與片之間是絕緣的，以減少渦流損耗。定子鐵心的硅鋼片的內(nèi)圓沖有定子槽，槽中安放線圈，如圖所示。硅鋼片鐵心在疊壓后成為一個(gè)整體，固定于機(jī)座上。6定子7定子繞組是電動機(jī)的電路部分。三相電動機(jī)的定子繞組分為三個(gè)部分對稱地分布在定子鐵心上，稱為三相繞組，分別用AX、BY、CZ表示，其中，A、B、C稱為首端，而X、Y、Z稱為末端。機(jī)座主要用于固定與支撐定子鐵心。中小型異步電動機(jī)一般采用鑄鐵機(jī)座。根據(jù)不同的冷卻方式采用不同的機(jī)座型式。三相繞組接入三相交流電源，三相繞組中的電流定子鐵心中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。82.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心也是電動機(jī)磁路的一部分，由硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子鐵心裝在轉(zhuǎn)軸上。硅鋼片沖片如圖所示。轉(zhuǎn)子由鐵心與繞組組成。線繞式和鼠籠式兩種電動機(jī)的轉(zhuǎn)子構(gòu)造雖然不同，但工作原理是一致的。轉(zhuǎn)子的作用是產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，即產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。9籠型轉(zhuǎn)子10三相籠式異步電動機(jī)的部件圖113.1.2三相異步電動機(jī)的工作原理三相異步電動機(jī)的工作原理是基于定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子電流的相互作用12旋轉(zhuǎn)磁場是交流電機(jī)工作的基礎(chǔ)。在交流電機(jī)理論中有兩種旋轉(zhuǎn)磁場：

(1)機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場

通過原動機(jī)拖動磁極旋轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生機(jī)械旋轉(zhuǎn)磁場；(2)電氣旋轉(zhuǎn)磁場

三相對稱的交流繞組通入三相對稱的交流電流時(shí)會在電機(jī)的氣隙空間產(chǎn)生電氣旋轉(zhuǎn)磁場；

交流繞組處于旋轉(zhuǎn)磁場中，并切割旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生感應(yīng)電勢。3.1.3三相異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場13旋轉(zhuǎn)磁場14旋轉(zhuǎn)磁場15交流電機(jī)的繞組分布三相對稱繞組建立的磁場16二、三相異步電動機(jī)的工作原理1．定子旋轉(zhuǎn)磁場

將三相繞組的末端相連，首端接三相交流電源。嵌放在定子內(nèi)圓周的6個(gè)凹槽17（1）旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生18假定定子繞組中電流的正方向規(guī)定為從首端流向末端，且A相繞組的電流作為參考正弦量，即iA的初相位為零，則三相繞組A、B、C的電流（相序?yàn)锳—B—C）的瞬時(shí)值為：19t=0,t=T/6,t=T/3,t=T/2的合成磁場如圖所示當(dāng)三相電流隨時(shí)間不斷變化時(shí)，合成磁場也在不斷旋轉(zhuǎn)，故稱旋轉(zhuǎn)磁場。20旋轉(zhuǎn)磁場21關(guān)于旋轉(zhuǎn)磁場的計(jì)算

三相對稱電流：三相對稱電流通過三相對稱繞組時(shí)各自產(chǎn)生的磁勢：三相合成磁勢為22如果將定子繞組接至電源的三根導(dǎo)線中的任意兩根線對調(diào)，例如，將B，C兩根線對調(diào)，使B相與C相繞組中電流的相位對調(diào)，如圖所示。旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向

A相繞組內(nèi)的電流超前B相繞組內(nèi)的電流2/3，而B相繞組內(nèi)的電流又超前C相繞組內(nèi)的電流2/3，當(dāng)三相交流電的A→B→C，旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)閺腁→B→C，即向順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。23此時(shí)A相繞組內(nèi)的電流超前C相繞組內(nèi)的電流2/3，而C相繞組內(nèi)的電流又超前B相繞組內(nèi)的電流2/3，用上述同樣的分析方法可知，此時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向?qū)⒆優(yōu)锳→C→B，即向逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，如圖所示，即與未對調(diào)前的旋轉(zhuǎn)方向相反。由此可見，要改變旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向，只要把定子繞組接到電源的三根導(dǎo)線中的任意兩根對調(diào)即可。243.旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)與旋轉(zhuǎn)速度

在交流電動機(jī)中，旋轉(zhuǎn)磁場相對定子的旋轉(zhuǎn)速度被稱為同步速度可以看出，用n0表示。

在只有一對磁極的情況下，電流變化經(jīng)過一個(gè)周期（變化360電角度），旋轉(zhuǎn)磁場在空間也旋轉(zhuǎn)了一轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)了360機(jī)械角度），若電流的頻率為f，旋轉(zhuǎn)磁場每分鐘將旋轉(zhuǎn)60f轉(zhuǎn)。25如果把定子鐵心的槽數(shù)增加1倍（12個(gè)槽），制成如圖所示的三相繞組。其中，每相繞組由兩個(gè)部分串聯(lián)組成，再將這三相繞組接到對稱三相電源使通過對稱三相電流，便產(chǎn)生具有兩對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。26從圖可以看出，對應(yīng)于不同時(shí)刻，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)到不同位置。合成磁場具有二對磁極。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場具有兩對磁極（p=2）時(shí)，其旋轉(zhuǎn)速度僅為一對磁極時(shí)的一半。依次類推，當(dāng)有p對磁極時(shí)，其轉(zhuǎn)速為：所以，旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度與電流的頻率成正比而與磁級對數(shù)成反比。27284．

三相異步電動機(jī)的工作原理工作原理

三相異步電動機(jī)的工作原理是基于定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子電流的相互作用。

在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線（其方向與旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向相反），因而在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢e從而產(chǎn)生感應(yīng)電流i。根據(jù)安培電磁力定律，轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力F（其方向用左手定則決定），這力在轉(zhuǎn)子的軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，且轉(zhuǎn)矩作用方向與旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向相同，轉(zhuǎn)子受此轉(zhuǎn)矩的作用，按旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)起來。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度稱為電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，用n表示。29轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)體處于旋轉(zhuǎn)磁場中轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線，并產(chǎn)生感應(yīng)電勢。電磁力作用在轉(zhuǎn)子上將產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，并驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子導(dǎo)體通過端環(huán)自成閉路，并通過感應(yīng)電流。感應(yīng)電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁力。異步電機(jī)能夠工作的根本原因：定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子電流的相互作用。305.轉(zhuǎn)差率

S由工作原理可知：轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n（電動機(jī)的轉(zhuǎn)速）恒比旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度n0（同步速度）要小。因?yàn)槿绻麅煞N速度相等時(shí)，轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場沒有相對運(yùn)動，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線，因此，不能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子將不能繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。因此，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間的轉(zhuǎn)速差是保證轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的主要因素，也是異步電動機(jī)的由來。定義：轉(zhuǎn)速差(n0-n)與同步轉(zhuǎn)速n0的比值稱為異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率，用表示S，即轉(zhuǎn)差率S是分析異步電動機(jī)運(yùn)行特性的主要參數(shù)。315.轉(zhuǎn)差率

S由工作原理可知：轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n（電動機(jī)的轉(zhuǎn)速）恒比旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度n0（同步速度）要小。因?yàn)槿绻麅煞N速度相等時(shí)，轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場沒有相對運(yùn)動，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線，因此，不能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子將不能繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。因此，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間的轉(zhuǎn)速差是保證轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的主要因素，也是異步電動機(jī)的由來。定義：轉(zhuǎn)速差(n0-n)與同步轉(zhuǎn)速n0的比值稱為異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率，用表示S，即轉(zhuǎn)差率S是分析異步電動機(jī)運(yùn)行特性的主要參數(shù)。32有一臺50Hz的三相異步電動機(jī)運(yùn)行，空載轉(zhuǎn)差率為0.267%，額定轉(zhuǎn)速為求該電動機(jī)的極對數(shù)、同步轉(zhuǎn)速、空載轉(zhuǎn)速以及額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率。解

額定轉(zhuǎn)差率同步轉(zhuǎn)速考慮本題的額定轉(zhuǎn)速極對數(shù)空載轉(zhuǎn)速333.1.4定子繞組線端連接方式

34定子三相繞組的連接方式（Y形或形）的選擇，和普通三相負(fù)載一樣，須視電源的線電壓而定。如果電源的線電壓等于電動機(jī)的額定相電壓，那么，電動機(jī)的繞組應(yīng)該接成三角形；如果電源的線電壓是電動機(jī)額定相電壓的倍，那么，電動機(jī)的繞組就應(yīng)該接成星形。通常電動機(jī)的銘牌上標(biāo)有符號/Y和數(shù)字220/380，前者表示定子繞組的接法，后者表示對應(yīng)于不同接法應(yīng)加的線電壓值。35例電源線電壓為380V，現(xiàn)有兩臺電動機(jī)，其銘牌數(shù)據(jù)如下，試選擇定子繞組的連接方式。1.功率1.1kW，連接方法/Y，電壓220/380V，電流4.67/2.7A，轉(zhuǎn)速1420r/min，功率因數(shù)0.79。2.功率4.0kW，電壓380V/660V，電流8.85/5.1A，轉(zhuǎn)速1410r/min，功率因數(shù)0.82。

解：1、電動機(jī)應(yīng)接星形（Y）。2、電動機(jī)應(yīng)接成三角形（）。36三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)

三相異步電動機(jī)型號Y132S－6功率3kW頻率

50Hz電壓380V電流7.2A聯(lián)結(jié)Y轉(zhuǎn)速960r/min功率因數(shù)0.76絕緣等級

B1.型號

Y132S－6Y系列異步機(jī)機(jī)座中心高度機(jī)座長度代號

2p=6→n0=1000r/min2.額定功率PN

PN=3kW→軸上輸出機(jī)械功率的額定值3.額定電壓UN

UN=380V→定子三相繞組應(yīng)施加的線電壓磁極數(shù)374.額定電流IN

IN=7.2/3A

三相異步電動機(jī)型號Y132S－6功率3kW頻率

50Hz電壓380V電流7.2A聯(lián)結(jié)Y轉(zhuǎn)速960r/min功率因數(shù)0.76絕緣等級

B→定子三相繞組的/Y額定線電流5.額定功率因數(shù)λN=cosNP1N=√3UNINcosNPN=ηNP1N=√3UNINcosNηN6.額定轉(zhuǎn)速nN7.額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩TN：電動機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下輸出額定功率時(shí)軸上的負(fù)載載矩。383．3三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性

一、三相異步電動機(jī)的定子電路

三相異步電動機(jī)的電磁關(guān)系同變壓器類似，定子繞組相當(dāng)于變壓器的原繞組，轉(zhuǎn)子繞組（一般是短接的）相當(dāng)于副繞組。

定子繞組接上三相電源電壓（相電壓為u1）時(shí)，則有三相電流通過（相電流為i1），定子三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，其磁力線通過定子和轉(zhuǎn)子鐵心而閉合，這磁場不僅在轉(zhuǎn)子每相繞組中要感應(yīng)出電動勢e2，而且在定子每相繞組中也要感應(yīng)出電動勢e139設(shè)定子和轉(zhuǎn)子每相繞組的匝數(shù)分別為N1和N2，如圖所示電路圖是三相異步電動機(jī)的一相電路圖。旋轉(zhuǎn)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度沿定子與轉(zhuǎn)子間空氣隙的分布是近于按正弦規(guī)律分布的，因此，當(dāng)其旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過定子每相繞組的磁通也是隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的，40定子每相繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為：

它也是正弦量，其有效值為：式中，f1為e1的頻率。因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場和定子間的相對轉(zhuǎn)速為n0，所以它等于定子電流的頻率，即定子每相繞組中還要產(chǎn)生漏磁電動勢41加在定子每相繞組上的電壓也分成三個(gè)分量，即如用復(fù)數(shù)表示，則為式中，和()為定子每相繞組的電阻和漏磁感抗。由于R1和X1較小，其上電壓降與電動勢E1比較起來，常可忽略，于是42二、三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電路

旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子每相繞組中感應(yīng)出的電動勢為其有效值為式中，f2為轉(zhuǎn)子電動勢e2或轉(zhuǎn)子電流i2相對于旋轉(zhuǎn)磁場的頻率.因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子間的相對轉(zhuǎn)速為n0-n在n=0，即S=1時(shí)，轉(zhuǎn)子電動勢為為轉(zhuǎn)子最大電動勢可見轉(zhuǎn)子電動勢E2與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)。43和定子電流一樣，轉(zhuǎn)子電流也要產(chǎn)生漏磁通，從而在轉(zhuǎn)子每相繞組中還要產(chǎn)生漏磁電動勢。因此，對于轉(zhuǎn)子每相電路，有如用復(fù)數(shù)表示，則為

式中，R2和X2——轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻和漏磁感抗在n=0，即S=1時(shí)，轉(zhuǎn)子感抗為為轉(zhuǎn)子最大感抗可見轉(zhuǎn)子感抗E2與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)。44轉(zhuǎn)子每相電路的電流為

可見轉(zhuǎn)子電流I2也與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)。當(dāng)S增大，即轉(zhuǎn)速n降低時(shí)，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對轉(zhuǎn)速增加，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體被磁力線切割的速度提高，于是E2增加，I2也增加。45三、轉(zhuǎn)矩特性

電磁轉(zhuǎn)矩（以下簡稱轉(zhuǎn)矩）是三相異步電動機(jī)最重要的物理量之一。機(jī)械特性是它的主要特性。所以因?yàn)椤D(zhuǎn)矩特性式中，K——與電動機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)、電源頻率有關(guān)的一個(gè)常數(shù)；

U1、U——定子繞組電壓，電源電壓；

R2——轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻；

X20——電動機(jī)不動（S=1）時(shí)轉(zhuǎn)子每相繞組的感抗。46四．機(jī)械特性

在異步電動機(jī)中，轉(zhuǎn)速n=(1-S)n0，為了符合習(xí)慣畫法，可將曲線換成S與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系曲線，即稱為異步電動機(jī)的機(jī)械特性。1．固有機(jī)械特性異步電動機(jī)在額定電壓和額定頻率下，用規(guī)定的接線方式，定子和轉(zhuǎn)子電路中不串聯(lián)任何電阻或電抗時(shí)的機(jī)械特性稱為固有（自然）機(jī)械特性。根據(jù)

三相異步電動機(jī)的固有機(jī)械特性曲線如圖所示。47從特性曲線上可以看出，其上有四個(gè)特殊點(diǎn)可以決定特性曲線的基本形狀和異步電動機(jī)的運(yùn)行性能，這四個(gè)特殊點(diǎn)是：電動機(jī)處于理想空載工作點(diǎn)，此時(shí)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為理想空載轉(zhuǎn)速。48電動機(jī)額定工作點(diǎn)。此時(shí)額定轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)差率為式中:

PN——電動機(jī)的額定功率；

nN——電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，一般

SN——電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率，一般

TN——電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。49電動機(jī)的啟動工作點(diǎn)。將S=1代入轉(zhuǎn)矩公式中，可得可見，異步電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩Tst與U、R2及X20有關(guān)。50當(dāng)施加在定子每相繞組上的電壓降低時(shí)，啟動轉(zhuǎn)矩會明顯減小；當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻適當(dāng)增大時(shí)，啟動轉(zhuǎn)矩會增大；而若增大轉(zhuǎn)子電抗則會使啟動轉(zhuǎn)矩大為減小。

通常把在固有機(jī)械特性上啟動轉(zhuǎn)矩Tst與額定轉(zhuǎn)矩TN之比st=Tst/TN作為衡量異步電動機(jī)啟動能力的一個(gè)重要數(shù)據(jù)。一般

51電動機(jī)的臨界工作點(diǎn)。欲求轉(zhuǎn)矩的最大值，可令得臨界轉(zhuǎn)差率再將Sm代入轉(zhuǎn)矩公式中，即可得52通常把在固有機(jī)械特性上最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比稱為電動機(jī)的過載能力系數(shù)。它表征了電動機(jī)能夠承受沖擊負(fù)載的能力大小，是電動機(jī)的又一個(gè)重要運(yùn)行參數(shù)。鼠籠式異步電動機(jī)線繞式異步電動機(jī)532．人為機(jī)械特性由上述分析可知：異步電動機(jī)的機(jī)械特性與電動機(jī)的參數(shù)有關(guān)，也與外加電源電壓、電源頻率有關(guān)，將關(guān)系式中的參數(shù)人為地加以改變而獲得的特性稱為異步電動機(jī)的人為機(jī)械特性。改變定子電壓U、定子電源頻率f、定子電路串入電阻或電抗、轉(zhuǎn)子電路串入電阻或電抗等，都可得到異步電動機(jī)的人為機(jī)械特性。54（1）降低電動機(jī)電源電壓時(shí)的人為特性不變不變隨著電壓的減小而大大地減小隨著電壓的減小而大大地減小改變電源電壓時(shí)的人為特性如圖所示：55如當(dāng)定子繞組外加電壓為UN、0.8UN、0.5UN時(shí)，轉(zhuǎn)子輸出最大轉(zhuǎn)矩分別為Ta=Tmax、Ta=0.64Tmax和Ta=0.25Tmax。可見，電壓愈低，人為特性曲線愈往左移。56由于異步電動機(jī)對電網(wǎng)電壓的波動非常敏感，運(yùn)行時(shí)，如電壓降低太多，會大大降低它的過載能力與啟動轉(zhuǎn)矩，甚至使電動機(jī)發(fā)生帶不動負(fù)載或者根本不能啟動的現(xiàn)象。此外，電網(wǎng)電壓下降，在負(fù)載不變的條件下，將使電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差率S增大，電流增加，引起電動機(jī)發(fā)熱甚至燒壞。57（2）定子電路接入電阻或電抗時(shí)的人為特性

在電動機(jī)定子電路中外串電阻或電抗后，電動機(jī)端電壓為電源電壓減去定子外串電阻上或電抗上的壓降，致使定子繞組相電壓降低,這種情況下的人為特性與降低電源電壓時(shí)的相似.。58（3）改變定子電源頻率時(shí)的人為特性一般變頻調(diào)速采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，即希望最大轉(zhuǎn)矩保持為恒值，為此在改變頻率的同時(shí)，電源電壓也要作相應(yīng)的變化，使U/f=C，這在實(shí)質(zhì)上是使電動機(jī)氣隙磁通保持不變。因此，改變電源頻率的機(jī)械特性如圖所示59（4）轉(zhuǎn)子電路串電阻時(shí)的人為特性在三相線繞式異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中串入電阻后［見圖(a)］，轉(zhuǎn)子電路中的電阻為60不變不變隨著串接電阻的增加而增大，此時(shí)的人為特性將是一根比固有特性較軟的一條曲線，如圖所示。61三、實(shí)用表達(dá)式忽略

R1得機(jī)械特性的實(shí)用表達(dá)式可以求出（式中）623．4三相異步電動機(jī)的啟動特性

采用電動機(jī)拖動生產(chǎn)機(jī)械，對電動機(jī)啟動的主要要求如下。（1）有足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩，保證生產(chǎn)機(jī)械能正常啟動。一般場合下希望啟動越快越好，以提高生產(chǎn)效率。即要求電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，否則電動機(jī)不能啟動。（2）在滿足啟動轉(zhuǎn)矩要求的前提下，啟動電流越小越好。因?yàn)檫^大啟動電流的沖擊，對于電網(wǎng)和電動機(jī)本身都是不利的。（3）要求啟動平滑，即要求啟動時(shí)加速平滑，以減小對生產(chǎn)機(jī)械的沖擊。（4）啟動設(shè)備安全可靠，力求結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。（5）啟動過程中的功率損耗越小越好。63其中，（1）和（2）兩條是衡量電動機(jī)啟動性能的主要技術(shù)指標(biāo)。異步電動機(jī)本身的啟動特性為：a.定子電流大，Ist=(5~7)IN異步電動機(jī)在接入電網(wǎng)啟動的瞬時(shí)，由于轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)，定子旋轉(zhuǎn)磁場以最快的相對速度（即同步轉(zhuǎn)速）切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出很大的轉(zhuǎn)子電勢和轉(zhuǎn)子電流，從而引起很大的定子電流b.啟動轉(zhuǎn)矩小

啟動時(shí)，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)很低，因而啟動轉(zhuǎn)矩卻不大。64異步電動機(jī)的固有啟動特性如圖所示：顯然，異步電動機(jī)的這種啟動性能和生產(chǎn)機(jī)械的要求是相矛盾的，為了解決這些矛盾，必須根據(jù)具體情況，采取不同的啟動方法。65一、籠式異步電動機(jī)的啟動方法籠式異步電動機(jī)有直接啟動和降壓啟動兩種方法，采用什么啟動方法，要根據(jù)實(shí)際情況而定。1．直接啟動（全壓啟動）直接啟動就是將電動機(jī)的定子繞組通過閘刀開關(guān)或接觸器直接接入電源，在額定電壓下進(jìn)行啟動。

?特點(diǎn)：電動機(jī)定子繞組的工作電壓和啟動電壓相等。

?直接啟動的條件：由于直接啟動的啟動電流很大，因此，在什么情況下采用直接啟動，有關(guān)供電、動力部門都有規(guī)定，主要取決于電動機(jī)的功率與供電變壓器的容量之比值。66一般在有獨(dú)立變壓器供電（即變壓器供動力用電）的情況下，若電動機(jī)啟動頻繁時(shí)，電動機(jī)功率小于變壓器容量的20%時(shí)允許直接啟動；若電動機(jī)不經(jīng)常啟動，電動機(jī)功率小于變壓器容量的30%時(shí)也允許直接啟動。如果沒有獨(dú)立的變壓器供電（即與照明共用電源）的情況下，電動機(jī)啟動比較頻繁，則常按經(jīng)驗(yàn)公式來估算，滿足下列關(guān)系則可直接啟動。67例：有一臺要求經(jīng)常啟動的鼠籠式異步電動機(jī)，其PN=20kW,Ist/IN=6.5，如果供電變壓器（電源）容量為560kVA，且有照明負(fù)載，問可否直接啟動？同樣的Ist/IN比值，功率為多大的電動機(jī)則不允許直接啟動？解：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式算出滿足上述關(guān)系，故允許直接啟動。可算出，額定功率大于24kW的電動機(jī)不允許直接啟動。

682．定子串電阻或電抗器降壓啟動

異步電動機(jī)采用定子串電阻或電抗器的降壓啟動原理接線圖如圖所示。啟動時(shí)，接觸器1KM斷開，KM閉合，將啟動電阻串入定子電路，使啟動電流減?。?/p>

待轉(zhuǎn)速上升到一定程度后再將1KM閉合，Rst被短接，電動機(jī)接上全部電壓而趨于穩(wěn)定運(yùn)行。69?啟動轉(zhuǎn)矩隨定子電壓的平方下降，故它只適用于空載或輕載啟動的場合；

?不經(jīng)濟(jì)，在啟動過程中，電阻器上消耗能量大，不適用于經(jīng)常啟動的電動機(jī)，若采用電抗器代替電阻器，則所需設(shè)備費(fèi)較貴，且體積大。特點(diǎn)：

70Y－減壓起動：適用于：正常運(yùn)行為△聯(lián)結(jié)的電動機(jī)。起動時(shí)運(yùn)行時(shí)UVWUNI1lYUVWUNI1l

△3．Y-降壓啟動713．Y-降壓啟動Y-降壓啟動的接線圖如圖所示:啟動時(shí)，定子繞組接成星形；待轉(zhuǎn)速上升到一定程度后再將定子繞組接成三角形，電動機(jī)啟動過程完成而轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。設(shè)U1為電源線電壓，IstY及Ist為定子繞組分別接成星形及三角形的啟動電流（線電流），Z為電動機(jī)在啟動時(shí)每相繞組的等效阻抗。則有所以72Y-降壓啟動方法的特點(diǎn)：

?設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)、啟動電流??；

?啟動轉(zhuǎn)矩小，且啟動電壓不能按實(shí)際需要調(diào)節(jié)，故只適用于空載或輕載啟動的場合；?只適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組接線為的異步電動機(jī)。734．自耦變壓器降壓啟動自耦變壓器降壓啟動的原理接線圖如圖所示。自耦變壓器啟動時(shí)的一相電路，由變壓器的工作原理知，此時(shí)，副邊電壓與原邊電壓之比為啟動時(shí)加在電動機(jī)定子每相繞組的電壓是全壓啟動時(shí)的K倍，因而電流也是全壓啟動時(shí)的K倍，即I2=KIst；而變壓器原邊電流I1=KI2=K2Ist，即此時(shí)電網(wǎng)供電電流I1是直接啟動時(shí)電流Ist的K2倍。74特點(diǎn)：

?與Y-降壓啟動時(shí)情況一樣，只是在Y-降壓啟動時(shí)的為定值，而自耦變壓器啟動時(shí)的K是可調(diào)節(jié)的，這就是此種啟動方法優(yōu)于Y-啟動方法之處，當(dāng)然它的啟動轉(zhuǎn)矩也是全壓啟動時(shí)的K2倍。?變壓器的體積大、重量重、價(jià)格高、維修麻煩，且啟動時(shí)自耦變壓器處于過電流（超過額定電流）狀態(tài)下運(yùn)行，因此，不適于啟動頻繁的電動機(jī)。75鼠籠轉(zhuǎn)子照片二、線繞式異步電動機(jī)的啟動方法

76繞線轉(zhuǎn)子照片772）繞線型繞組78鼠籠式異步電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩小，啟動電流大，因此不能滿足某些生產(chǎn)機(jī)械需要高啟動轉(zhuǎn)矩低啟動電流的要求。線繞式異步電動機(jī)由于能在轉(zhuǎn)子電路中串電阻，因此具有較大的啟動轉(zhuǎn)矩和較小的啟動電流，即具有較好的啟動特性。在轉(zhuǎn)子電路中串電阻的啟動方法常用的有兩種：逐級切除啟動電阻法和頻敏變阻器啟動法。1．逐級切除啟動電阻法

采用逐極切除啟動電阻的方法，其目的和啟動過程與他勵直流電動機(jī)采用逐級切除啟動電阻的方法相似，主要是為了使整個(gè)啟動過程中電動機(jī)能保持較大的加速轉(zhuǎn)矩。啟動過程如下如圖(a)所示：7980

2．頻敏變阻器啟動法頻敏變阻器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)鐵心損耗很大的三相電抗器，鐵心由一定厚度的幾塊實(shí)心鐵板或鋼板疊成，一般做成三柱式，每柱上繞有一個(gè)線圈，三相線圈連成星形，然后接到線繞式異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中，811.改變磁極對數(shù)p2.改變轉(zhuǎn)差率s

3.改變電源頻率f1(變頻調(diào)速)調(diào)速方法：3.5三相異步電動機(jī)的調(diào)速有級調(diào)速無級或有級調(diào)速無級調(diào)速

n=(1－s)n0=(1－s)p60f182（一）變頻調(diào)速

U、f可變M3~3~整流電路逆變電路50Hz控制電路n0TnOfNf1＜fN

直流f2＜f1變頻調(diào)速83（二）變極調(diào)速U1U2U3U4U1U2U3U4××××(a)p=2(b)p=1SSNNSN84（三）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速（1）變壓調(diào)速UNn0TnOsMTL85（2）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速R2R2+RCn0TnOTMM3~3~RCTL86一、調(diào)壓調(diào)速改變電源電壓時(shí)的人為機(jī)械特性如圖所示：87

特點(diǎn)：

1.高速工作時(shí)，調(diào)速范圍不大；

2.低速工作時(shí)，轉(zhuǎn)子電路電流大，容易燒壞電動機(jī)。88二、轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速

機(jī)械特性如圖所示：當(dāng)然，這種調(diào)速方法只適用于線繞式異步電動機(jī)，其啟動電阻可兼作調(diào)速電阻用，不過此時(shí)要考慮穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱，應(yīng)適當(dāng)增大電阻的容量。n0TnOM3~3~RC89轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速簡單可靠，但它是有級調(diào)速。隨轉(zhuǎn)速降低，特性變軟。轉(zhuǎn)子電路電阻損耗與轉(zhuǎn)差率成正比，低速時(shí)損耗大。所以，這種調(diào)速方法大多用在重復(fù)短期運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械中，如在起重運(yùn)輸設(shè)備中應(yīng)用非常廣泛。

特點(diǎn)：

903.6三相異步電動機(jī)的制動特性和直流電機(jī)一樣，有三種制動方法：反饋、反接、能耗制動91電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向電動運(yùn)行狀態(tài)制動運(yùn)行狀態(tài)92如拖動反抗恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載正轉(zhuǎn)電動時(shí)位于第1象限反轉(zhuǎn)時(shí)要改變相序，n1和T均改變方向電機(jī)反轉(zhuǎn)，位于第3象限。電動機(jī)吸收電能，輸出機(jī)械能給生產(chǎn)機(jī)械。TLTn-TLn1-n1電動運(yùn)行狀態(tài)制動運(yùn)行狀態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方向相反，機(jī)械特性在二、四象限93一、能耗制動原理:制動時(shí)將定子交流電源斷開,然后立即使定子兩相繞組經(jīng)限流電阻接到直流電源上,在氣隙中建立一個(gè)固定磁場.旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電流,產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反.電動機(jī)吸收機(jī)械能,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽β?消耗在轉(zhuǎn)子電阻上,故稱為能耗制動.⊕⊙⊕⊕⊕⊕⊙⊙⊙⊙NSTn能耗制動接線圖Rs3~M+－U－RPI－KM2KM194機(jī)械特性能耗制動停車過程能耗制動運(yùn)行TmSm95能耗制動的特點(diǎn)對于采用能耗制動的異步電動機(jī)，既要求有較大的制動轉(zhuǎn)矩，又要求定、轉(zhuǎn)子回路中電流不能太大而使繞組過熱。能耗制動廣泛應(yīng)用于要求平穩(wěn)準(zhǔn)確停車的場合。能耗制動制動力強(qiáng)，制動較平穩(wěn)，但是需要一套專門的直流電源。96二、反接制動電源反接制動電動勢反接制動97三相繞線式異步電動機(jī)原來處于正常電動狀態(tài)。接線圖中的KM1斷開，KM2閉合，就改變了電源相序。電源相序改變后，旋轉(zhuǎn)磁場立即反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子繞組中電動勢、電流和電磁轉(zhuǎn)矩也都隨之改變方向。

繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)電源反接制動圖KM2n?0n0KM1n0n0'UVW由于機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向沒有改變，電磁轉(zhuǎn)矩反向，為制動轉(zhuǎn)矩，這種方法稱為電源反接制動。電源反接制動98制動前電機(jī)工作在曲線l的A點(diǎn)，電源反接制動時(shí)，因機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速瞬時(shí)不變，工作點(diǎn)由A點(diǎn)移至B點(diǎn)，此時(shí)轉(zhuǎn)差率s>1，電磁轉(zhuǎn)矩T<0，電機(jī)沿曲線2逐漸減速。到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，n=0，此時(shí)切斷電源，電機(jī)停車。Onn0U1TTL電源反接制動的機(jī)械特性－n0AB'BC132為了限制制動電流、增大制動轉(zhuǎn)矩，繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)必須在轉(zhuǎn)子中串入大制動電阻R，如圖曲線3所示。99倒拉反接制動倒拉反接制動是指異步電動機(jī)拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，在轉(zhuǎn)子回路上串入較大電阻，使機(jī)械特性變?yōu)榍€2，電動機(jī)反轉(zhuǎn)運(yùn)行于第Ⅳ象限時(shí)的制動狀態(tài)。曲線1為電動機(jī)的固有特性。電動勢反接制動的機(jī)械特性O(shè)nTn0TLA1CB2100電動勢反接制動適用于位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。當(dāng)異步電動機(jī)提升重物時(shí)，工作點(diǎn)為曲線l上的A點(diǎn)。如果在轉(zhuǎn)子回路串入很大的電阻，機(jī)械特性變?yōu)樾甭屎艽蟮那€2，因機(jī)械慣性，轉(zhuǎn)速來不及變化，工作點(diǎn)由A點(diǎn)移至B點(diǎn)，此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速下降。當(dāng)電機(jī)減速至n=0時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩仍小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，在位能負(fù)載的作用下，電動機(jī)反轉(zhuǎn)，直至電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)才穩(wěn)定運(yùn)行于C點(diǎn)。電動勢反接制動的機(jī)械特性O(shè)nTn0TLA1CB2電動勢反接制動常用于起重機(jī)低速下放重物。101

反饋制動

電動機(jī)由于某種原因，如外力作用下(圖中重物的作用)，使其轉(zhuǎn)速超過旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速。以起重機(jī)下放重物為例，在下放開始時(shí)，n<n0，電動機(jī)處于電動狀態(tài)，如(a)所示。在位能性負(fù)載作用下，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電動勢、電流和轉(zhuǎn)矩的方向都發(fā)生了變化，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，成為制動轉(zhuǎn)矩，如圖(b)所示。此時(shí)電動機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芑仞侂娋W(wǎng)，所以稱為反饋制動。(a)n<n0電動運(yùn)行(b)n>n0回饋制動反饋制動原理圖n0n0102曲線2(籠型電機(jī))或曲線3(繞線式電機(jī)，轉(zhuǎn)子中串入了制動電阻)為電源反接制動時(shí)的機(jī)械特性。當(dāng)三相異步電機(jī)拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，定子電源接成負(fù)序時(shí)，電動機(jī)經(jīng)過電源反接制動，最后將穩(wěn)定運(yùn)行于第Ⅳ象限的D點(diǎn)(稱為回饋制動運(yùn)行點(diǎn))。此時(shí)對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩T>0，轉(zhuǎn)速n<0，且|n|>n0,稱為反向回饋制動運(yùn)行。Onn0U1TTMTL反向回饋制動的機(jī)械特性－TM－n0AB′EDB－TstC132103如起重機(jī)下放重物時(shí)，定子兩相反接，這時(shí)同步轉(zhuǎn)速由n0變?yōu)椋璶0，起動轉(zhuǎn)矩為－Tst(圖中C點(diǎn))。由于轉(zhuǎn)矩－Tst－TL<0,則電機(jī)將反向加速運(yùn)行到D點(diǎn)，以－nD的轉(zhuǎn)速使重物勻速下放。下放過程中，重物貯存的位能不斷被電機(jī)定子繞組吸收，并轉(zhuǎn)換成電能回饋到電網(wǎng)中。Onn0U1TTMTL反向回饋制動的機(jī)械特性－TM－n0AB′EDB－TstC132104當(dāng)電動機(jī)由高速檔切換到低速擋時(shí)，由于轉(zhuǎn)速不能突變，在降速開始時(shí)，電機(jī)運(yùn)行到新機(jī)械特性的發(fā)電區(qū)域內(nèi)（B點(diǎn)）。此時(shí)電樞所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)，和負(fù)載轉(zhuǎn)矩一起迫使電動機(jī)降速OnTAYYYTLB異步電動機(jī)變極或變頻調(diào)速的反饋制動運(yùn)行過程Cn01n02105根據(jù)異步電動機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)計(jì)算異步電動機(jī)的參數(shù)一般異步電動機(jī)的產(chǎn)品目錄中可以查到一些技術(shù)數(shù)據(jù)，而不給出電動機(jī)的定、轉(zhuǎn)子等具體參數(shù)，為此必須用工程計(jì)算法計(jì)算。一般可查到下列技術(shù)數(shù)據(jù)：1）額定功率

（kW）2）額定定子線電壓（V）

3）額定定子線電流（A）

4）額定轉(zhuǎn)速（r/min）

5）額定效率

6）定子額定功率因數(shù)7）過載倍數(shù)

8）飛輪慣量（）

9）對于繞線轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)，還給出兩個(gè)轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù)，即a）轉(zhuǎn)子額定線電動勢（V）b）轉(zhuǎn)子額定線電流（A）10）對于籠型異步電動機(jī)，沒有轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù)，但給出下列兩個(gè)數(shù)據(jù)

a）起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)

b）起動電流倍數(shù)

106107此外，還可能給出定子極對數(shù)p；定子繞組的接線方式；工作制（或定額）；負(fù)載持續(xù)率；最高溫升（或絕緣材料等級）等。額定頻率我國為50Hz，即Hz。

在已知上述數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可用工程計(jì)算法計(jì)算異步電動機(jī)參數(shù)

108（一）脈振磁場定子：單相繞組；3.7單相異步電動機(jī)×定子繞組定子轉(zhuǎn)子：鼠籠型?！?09220V~NS當(dāng)定子繞組產(chǎn)生的合成磁場增加時(shí)，根據(jù)右手螺旋定則和左手定則，可知轉(zhuǎn)子導(dǎo)條左、右受力大小相等方向相反，所以沒有起動轉(zhuǎn)矩。在電流正半周在電流負(fù)半周？110※定子單相繞組產(chǎn)生的脈振磁場的分析:

1m

2mm1m=

2m=m/2t0※

脈振磁場的分解:111

1m

2mm

1m

2m

－m

tOt1t2t3t4t5t6t7t8

2m

1m脈振磁場112正反向旋轉(zhuǎn)磁場的合成轉(zhuǎn)矩特性合成轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩為零。（正向）（反向）正轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)反113橢圓磁場的形成114（1）自身沒有起動轉(zhuǎn)矩（2）轉(zhuǎn)子借助其它力量轉(zhuǎn)動后，外力去除后仍按原方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動。怎樣產(chǎn)生起動轉(zhuǎn)矩？（二）工作原理1151、在脈振磁場的作用下，其沒有啟動能力，啟動轉(zhuǎn)矩為零。2、一旦啟動，能夠自行加速到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，旋轉(zhuǎn)方向不固定。為能解決啟動問題：采用改接定子繞組的方法，使之產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，建立起動轉(zhuǎn)矩。116工作繞組起動繞組◆原理：兩相電流→旋轉(zhuǎn)磁場~Q轉(zhuǎn)子CWSiwis→起動轉(zhuǎn)矩單相電容電動機(jī)電容分相式起動單相異步電動機(jī)的起動117118電容分相式起動單相異步電動機(jī)的起動~KDCWSTW:主繞組（工作繞組）ST：啟動繞組K：離心開關(guān)AXA'X'WSTAXA'X'電容分相式起動單相異步電動機(jī)的起動119~KDCWST接近90°電容分相式單相異步電動機(jī)起動原理120啟動時(shí)開關(guān)K閉合，使兩繞組電流相位差約為90°，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，電機(jī)轉(zhuǎn)起來；轉(zhuǎn)動正常以后離心開關(guān)被甩開，啟動繞組被切斷，而電機(jī)仍按原方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動。工作原理~KDCWSTAXA'X'121罩極式單相電機(jī)定子磁極轉(zhuǎn)子短路環(huán)定子通入電流以后，部分磁通穿過短路環(huán)，并在其中產(chǎn)生感應(yīng)電流。短路環(huán)中的電流阻礙磁通的變化，致使有短路環(huán)部分和沒有短路環(huán)部分產(chǎn)生的磁通有了相位差，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來。122單相異步電動機(jī)的功率小，主要制成小型電機(jī)。它的應(yīng)用非常廣泛，如家用電器（洗衣機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇）、電動工具（如手電鉆）、醫(yī)用器械、自動化儀表等。單相電機(jī)的使用三相異步電動機(jī)的單相運(yùn)行三相異步電動機(jī)在運(yùn)行過程中，若其中一相和電源斷開，則變成單相運(yùn)行。此時(shí)和單相電機(jī)一樣，電機(jī)仍會按原來方向運(yùn)轉(zhuǎn)。但若負(fù)載不變，三相供電變?yōu)閱蜗喙╇?，電流將變大，?dǎo)致電機(jī)過熱。使用中要特別注意這種現(xiàn)象；三相異步電動機(jī)若在啟動前有一相斷電，和單相電機(jī)一樣將不能啟動。此時(shí)只能聽到嗡嗡聲，長時(shí)間啟動不了，也會過熱，必須趕快排除故障。1233．8一、同步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)二、同步電動機(jī)的工作原理

124一、同步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

1、同步電機(jī)的分類2、應(yīng)用3、同步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)4、額定數(shù)據(jù)1251、同步電機(jī)的分類同步發(fā)電機(jī)同步電動機(jī)同步補(bǔ)償機(jī)1262、應(yīng)用（1）在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，幾乎所有的電能是由同步發(fā)電機(jī)生產(chǎn)的（2）同步電動機(jī)應(yīng)用于大型生產(chǎn)機(jī)械的拖動系統(tǒng)中。隨著電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，變頻調(diào)速在同步電動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)，使同步電動機(jī)的應(yīng)用場合大為擴(kuò)大（3）同步補(bǔ)償機(jī)則是空載運(yùn)行的同步電動機(jī)，用以改善電網(wǎng)的功率因數(shù)。1273、同步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)1、定子：由鐵心、定子繞組（又叫電樞繞組，通常是三相對稱繞組，并通有對稱三相交流電流）、機(jī)座以及端蓋等主要部件組成2、轉(zhuǎn)子：包括主磁極、裝在主磁極上的直流勵磁繞組、特別設(shè)置的鼠籠型啟動繞組、電刷以及集電環(huán)等主要部件。同步電動機(jī)按轉(zhuǎn)子主磁極的形狀分為隱極式和凸極式兩種，它們的結(jié)構(gòu)如圖所示。128定子鐵心內(nèi)圓均勻分布著定子槽，槽內(nèi)嵌放著按一定規(guī)律排列的三相對稱交流繞組。轉(zhuǎn)子鐵心裝有制成一定形狀的成對磁極，磁極上繞有勵磁繞組，通以直流電流時(shí)，將會在電機(jī)的氣隙中形成極性相間的分布磁場，稱為勵磁磁場

處于電樞內(nèi)圓和轉(zhuǎn)子磁極之間，氣隙層的厚度和形狀對電機(jī)內(nèi)部磁場的分布和同步電機(jī)的性能有重大影響129同步電動機(jī)按轉(zhuǎn)子主磁極的形狀分為隱極式和凸極式兩種，它們的結(jié)構(gòu)凸極特點(diǎn)：

氣隙不均勻，有明顯的磁極，轉(zhuǎn)子鐵芯短粗，適用于轉(zhuǎn)速低于1000r/min，極對數(shù)p≥3的電動機(jī)。隱極特點(diǎn)：氣隙均勻，無明顯的磁極，轉(zhuǎn)子鐵芯長細(xì)，適用于轉(zhuǎn)速高于1500r/min，極對數(shù)p≤2的電動機(jī)。130同步電機(jī)結(jié)構(gòu)131凸極式轉(zhuǎn)子132汽輪機(jī)（隱極式轉(zhuǎn)子）1334、額定數(shù)據(jù)額定容SN——指額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的輸輔出功率

額定電壓UN——指額定運(yùn)行時(shí)定子的線電壓

額定電流IN——指額定運(yùn)行時(shí)定子的線電流

額定功率因數(shù)——指額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的功率因數(shù)額定頻率fN——指額定運(yùn)行時(shí)電樞的頻率額定轉(zhuǎn)速nN——指額定運(yùn)行時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即為同步轉(zhuǎn)速

134二、同步電動機(jī)的工作原理和運(yùn)行特性

1．工作原理2．機(jī)械特性3、同步電動機(jī)的啟動

1351、同步電機(jī)的基本工作原理定子繞組接通三相電源，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子勵磁繞組中通以直流電流后，同一空氣隙中，又出現(xiàn)一個(gè)大小和極性固定、極對數(shù)與電樞旋轉(zhuǎn)磁場相同的直流勵磁磁場。這兩個(gè)磁場的相互作用，使轉(zhuǎn)子被電樞旋轉(zhuǎn)磁場拖著以同步轉(zhuǎn)速一起旋轉(zhuǎn)，即“同步”電動機(jī)也由此而得名。1361372．機(jī)械特性在電源頻率f與電動機(jī)轉(zhuǎn)子極對數(shù)p為一定的情況下，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為一常數(shù)，n=n0，因此同步電動機(jī)具有恒定轉(zhuǎn)速的特性，它的運(yùn)轉(zhuǎn)速度是不隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩而變化的。同步電動機(jī)的機(jī)械特性138功角θ功角θ是轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場的夾角定子電動勢與負(fù)載電壓的夾角轉(zhuǎn)子在空間的角度變化同步電動機(jī)負(fù)載變化會引起電磁轉(zhuǎn)矩的變化，但不會引起轉(zhuǎn)速的変化。在同步電動機(jī)中，功率或轉(zhuǎn)矩是隨功角變化的。功角特性Pem=?(θ)矩角特性T=?(θ)。139利用功率角的變化自動適應(yīng)負(fù)載的變化負(fù)載增大－功率角增大－磁通恒定－定子電流增大－電磁轉(zhuǎn)矩增大1403、同步電動機(jī)的啟動

141同步電動機(jī)在定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子勵磁磁場同步旋轉(zhuǎn)，兩者相對靜止時(shí)，產(chǎn)生平均電磁轉(zhuǎn)矩。如果把同步電動機(jī)直接投入電網(wǎng)并加上勵磁電流？N0SS0NnTemN0NS0SnTem在定子磁場轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相差較大時(shí)，在轉(zhuǎn)子慣性作用下，轉(zhuǎn)子受到的平均轉(zhuǎn)矩為0，同步電動機(jī)不能直接起動。

142(1)、輔助電動機(jī)起動法輔助電動機(jī)起動法是選用一臺與同步電動機(jī)極數(shù)相同的小型異步電動機(jī)作為輔助電動機(jī)，起動時(shí)，先起動輔助電動機(jī)將同步電動機(jī)拖動到異步轉(zhuǎn)速，然后將同步電動機(jī)投入電網(wǎng)，加入勵磁，利用同步轉(zhuǎn)矩把同步電動機(jī)轉(zhuǎn)子牽入同步，同時(shí)切除輔助電動機(jī)電源，這種方法適用于同步電動機(jī)的空載起動。143(2)、變頻起動法由于恒頻起動時(shí)，作用在轉(zhuǎn)子上的平均轉(zhuǎn)矩為零，使電動機(jī)無法自行起動。變頻起動法是在起動前將轉(zhuǎn)子加入直流，利用變頻電源使頻率從零緩慢升高，旋轉(zhuǎn)磁場牽引轉(zhuǎn)子緩慢同步加速，直至達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，起動完畢。這種方法多用于大型同步電動機(jī)的起動。144

(3)、異步起動法

啟動時(shí)先不加入直流磁場，只在定子上加上三相對稱電壓以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。等轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，再在勵磁繞組中通入直流勵磁電流，產(chǎn)生固定磁極的磁場，在定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子磁場的相互作用下，便可把轉(zhuǎn)子拉入同步。同步電動機(jī)異步啟動法原理接線圖。

145

啟動步驟如下：

1）勵磁電路的轉(zhuǎn)換開關(guān)QS投合到1的位置，使勵磁繞組與直流電源斷開，直接通過變阻器構(gòu)成閉合回路以免啟動時(shí)歷次繞組受旋轉(zhuǎn)磁場的作用產(chǎn)生較高的感應(yīng)電勢，發(fā)生危險(xiǎn)；2）按鼠籠式異步電動機(jī)的方法啟動，給同步電動機(jī)的定子繞組加上額定電壓，時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高到接近同步轉(zhuǎn)速。必要時(shí)可采用降壓啟動；3）將勵磁電路轉(zhuǎn)換開關(guān)QS投合到2的位置，勵磁繞組與直流電源接通，轉(zhuǎn)子上形成固定磁極，并很快被旋轉(zhuǎn)磁場拖入同步；4）用變阻