機(jī)電傳動(dòng)第五章

第五章交流電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性

?了解三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理；?掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性；?掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的連接方法和額定參數(shù)；?掌握三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)等各種特性；?掌握實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)的各種方法及它們的使用場(chǎng)所；?掌握單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理和啟動(dòng)方法；?了解同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行特性和啟動(dòng)方法5．1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理一、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)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)部分組成，定子是不動(dòng)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。鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組是在轉(zhuǎn)子鐵心槽里插入銅條，再將全部銅條兩端焊在兩個(gè)銅端環(huán)上而組成，如圖所示。線繞式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組是由線圈繞組放入轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)，并分為三相對(duì)稱繞組，與定子產(chǎn)生的磁極數(shù)相同。線繞式轉(zhuǎn)子通過軸上的滑環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)子回路中接入外加電阻，用以改善啟動(dòng)性能與調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，二、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理1．定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)假設(shè)每相繞組只有一個(gè)線匝，分別嵌放在定子內(nèi)圓周的6個(gè)凹槽之中?，F(xiàn)將三相繞組的末端X、Y、Z相連，首端A、B、C接三相交流電源。且三相繞組分別叫做A、B、C相繞組。如圖所示。當(dāng)三相電流隨時(shí)間不斷變化時(shí)，合成磁場(chǎng)也在不斷旋轉(zhuǎn)，故稱旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。2．旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向當(dāng)三相交流電的A→B→C，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)閺腁→B→C，即向順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。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(duì)調(diào)，例如，將B，C兩根線對(duì)調(diào)，使B相與C相繞組中電流的相位對(duì)調(diào)，如圖所示，則電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向?qū)⑾喾础?.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)與旋轉(zhuǎn)速度在交流電動(dòng)機(jī)中，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)定子的旋轉(zhuǎn)速度被稱為同步速度，用n0表示。

以上討論的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，具有一對(duì)磁極（磁極對(duì)數(shù)用p表示）即p=1。從上述分析可以看出，電流變化經(jīng)過一個(gè)周期（變化360電角度），旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)每分鐘將旋轉(zhuǎn)60f轉(zhuǎn)，即：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(duì)稱三相電源使通過對(duì)稱三相電流，便產(chǎn)生具有兩對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。如圖所示。從圖可以看出，對(duì)應(yīng)于不同時(shí)刻，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間轉(zhuǎn)到不同位置，此情況下電流變化半個(gè)周期，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間只轉(zhuǎn)過了/2，即1/4轉(zhuǎn)，電流變化一個(gè)周期，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間只轉(zhuǎn)了1/2轉(zhuǎn)。由此可知，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有兩對(duì)磁極（p=2）時(shí)，其旋轉(zhuǎn)速度僅為一對(duì)磁極時(shí)的一半。依次類推，當(dāng)有p對(duì)磁極時(shí)，其轉(zhuǎn)速為：所以，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度與電流的頻率成正比而與磁級(jí)對(duì)數(shù)成反比。4．工作原理

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

假設(shè)定子只有一對(duì)磁極，轉(zhuǎn)子只有一匝繞組。在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線（其方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向相反），因而在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)起來。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度稱為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，用n表示。5.轉(zhuǎn)差率

S由工作原理可知：轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n（電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速）恒比旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，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(chǎng)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(dòng)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率，用表示S，即轉(zhuǎn)差率S是分析異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性的主要參數(shù)。三、三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的接法

1．兩種接法定子繞組的首端和末端通常都接在電動(dòng)機(jī)接線盒的接線柱上，一般按圖所示的方法排列。

按照我國(guó)電工專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：定子繞組出線端的首端為D1、D2、D3，末端為D4、D5、D6。三相電動(dòng)機(jī)的定子繞組有星形（Y型）和三角形（△形）兩種不同的接法，如圖所示。2．線電壓與相電壓

線電壓：兩相繞組首端之間的電壓，用U1表示；

相電壓：每相繞組首、尾之間的電壓，用U相表示。對(duì)于星形接法：對(duì)于三角形接法：3．線電流與相電流線電流：電網(wǎng)的供電電流，用I1表示；相電流：每相繞組的電流，用I相表示。對(duì)于星形接法：對(duì)于三角形接法：4.電動(dòng)機(jī)的輸入功率四、定子繞組連線方法的選用

定子三相繞組的連接方式（Y形或形）的選擇，須視電源的線電壓和電動(dòng)機(jī)的額定相電壓而定。如果電源的線電壓等于電動(dòng)機(jī)的額定相電壓，那么，電動(dòng)機(jī)的繞組應(yīng)該接成三角形；如果電源的線電壓是電動(dòng)機(jī)額定相電壓的倍，那么，電動(dòng)機(jī)的繞組就應(yīng)該接成星形。通常電動(dòng)機(jī)的銘牌上標(biāo)有符號(hào)/Y和數(shù)字220/380，前者表示定子繞組的接法，后者表示對(duì)應(yīng)于不同接法應(yīng)加的線電壓值。例電源線電壓為380V，現(xiàn)有兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，其銘牌數(shù)據(jù)如下，試選擇定子繞組的連接方式。1.J32-4，功率1.0kW，連接方法/Y，電壓220/380V，電流4.25/2.45A，轉(zhuǎn)速1420r/min，功率因數(shù)0.79。2.J02-21-4，功率1.1kW，定子繞組相電壓380V，電流6.27A，轉(zhuǎn)速1410r/min，功率因數(shù)0.79。

解：J32-4電動(dòng)機(jī)應(yīng)接星形（Y），如圖(a)所示。J02-21-4電動(dòng)機(jī)應(yīng)接成三角形（），如圖(b)所示。5．2三相異步電動(dòng)機(jī)的定子電路和轉(zhuǎn)子電路

一、三相異步電動(dòng)機(jī)的定子電路

三相異步電動(dòng)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。

定子每相繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：

它是正弦量，其有效值為：式中，f1為e1的頻率。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(dòng)機(jī)的一相電路圖。二、三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子每相繞組中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)為其有效值為式中，f2為轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)e2或轉(zhuǎn)子電流i2相對(duì)于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率.因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子間的相對(duì)轉(zhuǎn)速為n0-n在n=0，即S=1時(shí)，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)為為轉(zhuǎn)子最大電動(dòng)勢(shì)可見轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)E2與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)。三、額定參數(shù)

電動(dòng)機(jī)在制造工廠所擬定的情況下工作時(shí)，稱為電動(dòng)機(jī)的額定運(yùn)行，通常用額定值來表示其運(yùn)行條件，這些數(shù)據(jù)大部分都標(biāo)明在電動(dòng)機(jī)的銘牌上。

1.額定功率PN：在額定運(yùn)行情況下，電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率。輸出功率的一般表達(dá)式為：其中：—效率

P1—輸入功率P2—輸出功率輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為：

2.額定電壓UN：在額定運(yùn)行情況下，定子繞組端應(yīng)加的線電壓值。如標(biāo)有兩種電壓值（例如220/380V），這表明定子繞組采用/Y連接時(shí)應(yīng)加的線電壓值。即：三角形接法時(shí)，定子繞組應(yīng)接~220V的電源電壓；星形接法時(shí)，定子繞組應(yīng)接~380的電源電壓。3.額定頻率f

：在額定運(yùn)行情況下，定子外加電壓的頻率（Hz）。

如標(biāo)有兩種電流值（例如10.35/5.9A），則對(duì)應(yīng)于定子繞組為/Y連接的線電流值。4.額定電流IN

：在額定頻率、額定電壓和軸上輸出額定功率時(shí)，定子的線電流值。即：三角形接法時(shí)，定子電流為10.35A；星形接法時(shí)，定子電流為5.9A。5.額定轉(zhuǎn)速nN：在額定頻率、額定電壓和電動(dòng)機(jī)軸上輸出額定功率時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。與額定轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率稱為額定轉(zhuǎn)差率SN。一般不標(biāo)在電動(dòng)機(jī)銘牌上的幾個(gè)額定值如下：

1.額定功率因數(shù)：在額定頻率、額定電壓和電動(dòng)機(jī)軸上輸出額定功率時(shí)，定子相電流與相電壓之間相位差的余弦。2.額定效率：在額定頻率、額定電壓和電動(dòng)機(jī)軸上輸出額定功率時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械功率與輸入電功率之比，其表達(dá)式為3.額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩TN：電動(dòng)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。4.線繞式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的滑環(huán)電壓和轉(zhuǎn)子的額定電流。

通常手冊(cè)上給出的數(shù)據(jù)就是電動(dòng)機(jī)的額定值。

5.3.1三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩

電磁轉(zhuǎn)矩（以下簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)矩）是三相異步電動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)不動(dòng)（S=1）時(shí)轉(zhuǎn)子每相繞組的感抗。5.3三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性5.3.2三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

電動(dòng)機(jī)軸的轉(zhuǎn)速與電動(dòng)機(jī)軸上的輸出轉(zhuǎn)矩，稱為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。由異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性在異步電動(dòng)機(jī)中，轉(zhuǎn)差率S=(n0-n)/n0，可將上式換成轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，即為異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。1．固有機(jī)械特性異步電動(dòng)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(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線如圖所示。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(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能，這四個(gè)特殊點(diǎn)是：電動(dòng)機(jī)處于理想空載工作點(diǎn)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為理想空載轉(zhuǎn)速。電動(dòng)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(dòng)機(jī)的額定功率；

nN——電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，一般

SN——電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率，一般

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

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

電動(dòng)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(dòng)機(jī)的過載能力系數(shù)。它表征了電動(dòng)機(jī)能夠承受沖擊負(fù)載的能力大小，是電動(dòng)機(jī)的又一個(gè)重要運(yùn)行參數(shù)。鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)線繞式異步電動(dòng)機(jī)2．人為機(jī)械特性由上述分析可知：異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與電動(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性。（1）降低電動(dòng)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：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?？梢?，電壓愈低，人為特性曲線愈往左移。由于異步電動(dòng)機(jī)對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)非常敏感，運(yùn)行時(shí)，如電壓降低太多，會(huì)大大降低它的過載能力與啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，甚至使電動(dòng)機(jī)發(fā)生帶不動(dòng)負(fù)載或者根本不能啟動(dòng)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差率S增大，電流增加，引起電動(dòng)機(jī)發(fā)熱甚至燒壞。（2）定子電路接入電阻或電抗時(shí)的人為特性

在電動(dòng)機(jī)定子電路中外串電阻或電抗后，電動(dòng)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.。（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(dòng)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。（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(dòng)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5．4三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性

采用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的主要要求如下。（1）有足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，保證生產(chǎn)機(jī)械能正常啟動(dòng)。一般場(chǎng)合下希望啟動(dòng)越快越好，以提高生產(chǎn)效率。即要求電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，否則電動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)。（2）在滿足啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求的前提下，啟動(dòng)電流越小越好。因?yàn)檫^大啟動(dòng)電流的沖擊，對(duì)于電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)本身都是不利的。（3）要求啟動(dòng)平滑，即要求啟動(dòng)時(shí)加速平滑，以減小對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的沖擊。（4）啟動(dòng)設(shè)備安全可靠，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。（5）啟動(dòng)過程中的功率損耗越小越好。其中，（1）和（2）兩條是衡量電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能的主要技術(shù)指標(biāo)。異步電動(dòng)機(jī)本身的啟動(dòng)特性為：a.定子電流大，Ist=(5~7)IN異步電動(dòng)機(jī)在接入電網(wǎng)啟動(dòng)的瞬時(shí)，由于轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以最快的相對(duì)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(shì)和轉(zhuǎn)子電流，從而引起很大的定子電流b.啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小

啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)很低，因而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩卻不大。異步電動(dòng)機(jī)的固有啟動(dòng)特性如圖所示：顯然，異步電動(dòng)機(jī)的這種啟動(dòng)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(dòng)方法。一、鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)有直接啟動(dòng)和降壓?jiǎn)?dòng)兩種方法，采用什么啟動(dòng)方法，要根據(jù)實(shí)際情況而定。1．直接啟動(dòng)（全壓?jiǎn)?dòng)）直接啟動(dòng)就是將電動(dòng)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(dòng)。

?特點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)定子繞組的工作電壓和啟動(dòng)電壓相等。

?直接啟動(dòng)的條件：由于直接啟動(dòng)的啟動(dòng)電流很大，因此，在什么情況下采用直接啟動(dòng)，有關(guān)供電、動(dòng)力部門都有規(guī)定，主要取決于電動(dòng)機(jī)的功率與供電變壓器的容量之比值。一般在有獨(dú)立變壓器供電（即變壓器供動(dòng)力用電）的情況下，若電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)頻繁時(shí)，電動(dòng)機(jī)功率小于變壓器容量的20%時(shí)允許直接啟動(dòng)；若電動(dòng)機(jī)不經(jīng)常啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)功率小于變壓器容量的30%時(shí)也允許直接啟動(dòng)。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(dòng)機(jī)啟動(dòng)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(dòng)。例5.2：有一臺(tái)要求經(jīng)常啟動(dòng)的鼠籠式異步電動(dòng)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(dòng)？同樣的Ist/IN比值，功率為多大的電動(dòng)機(jī)則不允許直接啟動(dòng)？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(dòng)。同樣可算出，額定功率大于24kW的電動(dòng)機(jī)不允許直接啟動(dòng)。

2．電阻或電抗器降壓?jiǎn)?dòng)

異步電動(dòng)機(jī)采用定子串電阻或電抗器的降壓?jiǎn)?dòng)原理接線圖如圖所示。啟動(dòng)時(shí)，接觸器1KM斷開，KM閉合，將啟動(dòng)電阻串入定子電路，使啟動(dòng)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(dòng)機(jī)接上全部電壓而趨于穩(wěn)定運(yùn)行。?啟動(dòng)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(dòng)的場(chǎng)合；

?不經(jīng)濟(jì)，在啟動(dòng)過程中，電阻器上消耗能量大，不適用于經(jīng)常啟動(dòng)的電動(dòng)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)：

3．Y-降壓?jiǎn)?dòng)Y-降壓?jiǎn)?dòng)的接線圖如圖所示:啟動(dòng)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(dòng)機(jī)啟動(dòng)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(dòng)電流（線電流），Z為電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)每相繞組的等效阻抗。則有所以星形連接時(shí)，兩電源線之間的等效阻抗為，三角形連接時(shí)，兩電源線之間的等效阻抗為

Y-降壓?jiǎn)?dòng)方法的特點(diǎn)：

?設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、啟動(dòng)電流??；

?啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，且啟動(dòng)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(dòng)的場(chǎng)合；?只適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組接線為的異步電動(dòng)機(jī)。4．自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)的原理接線圖如圖所示。自耦變壓器啟動(dòng)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(dòng)時(shí)加在電動(dòng)機(jī)定子每相繞組的電壓是全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的K倍，因而電流也是全壓?jiǎn)?dòng)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(dòng)時(shí)電流Ist的K2倍。特點(diǎn)：

?與Y-降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)情況一樣，只是在Y-降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的為定值，而自耦變壓器啟動(dòng)時(shí)的K是可調(diào)節(jié)的，這就是此種啟動(dòng)方法優(yōu)于Y-啟動(dòng)方法之處，當(dāng)然它的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也是全壓?jiǎn)?dòng)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(dòng)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(dòng)頻繁的電動(dòng)機(jī)。適用于啟動(dòng)不太頻繁，要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，容量較大的異步電動(dòng)機(jī)。延邊三角形啟動(dòng)5延邊三角形啟動(dòng)（不要求）二、線繞式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法

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

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

2．頻敏變阻器啟動(dòng)法（不要求）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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中，5．5三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性如在一定負(fù)載下，欲得到不同的轉(zhuǎn)速，可以由改變Tmax、Sm、P和f四個(gè)參數(shù)入手，則相應(yīng)地有如下幾種調(diào)速方法。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：

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(dòng)機(jī)。

二、轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速適用于線繞式異步電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)電阻可兼作調(diào)速電阻用。轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速簡(jiǎn)單可靠，有級(jí)調(diào)速。轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速簡(jiǎn)單可靠，但它是有級(jí)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)：

三、改變極對(duì)數(shù)調(diào)速多速電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)宜先接成低速，然后在換接成高速，這樣可以獲得較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。四、變頻調(diào)速變頻調(diào)速用于一般鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，采用一個(gè)頻率可以變化的電源向異步電動(dòng)機(jī)定子繞組供電。5．6三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)特性異步電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)一樣，亦有三種制動(dòng)方式：反饋制動(dòng)、反接制動(dòng)和能耗制動(dòng)。

一、反饋制動(dòng)

由于某種原因異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度高于它的同步速度，即n>n0，S=(n0-n)/n0<0，異步電動(dòng)機(jī)就進(jìn)入發(fā)電狀態(tài)。

反饋制動(dòng)時(shí)，電機(jī)從軸上吸取功率后，一部分轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)子銅耗，大部分則通過空氣隙進(jìn)入定子，并在供給定子銅耗和鐵耗后，反饋給電網(wǎng)。反饋制動(dòng)的機(jī)械特性是電動(dòng)狀態(tài)機(jī)械特性是第一象限向第二象限的延伸或第三象限向第四象限的延伸，如圖所示。

1）負(fù)載轉(zhuǎn)矩為位能性轉(zhuǎn)矩的起重機(jī)械在下放重物時(shí)的反饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。2）電動(dòng)機(jī)在變極調(diào)速或變頻調(diào)速過程中，極對(duì)數(shù)突然增多或供電頻率突然降低，使同步轉(zhuǎn)速n0突然降低時(shí)的反饋制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。例如，某生產(chǎn)機(jī)械采用雙速電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。r/min；

低速運(yùn)行時(shí)為8極（2p=8）

高速運(yùn)行時(shí)為4極（2p=4）r/min；

如圖所示二、反接制動(dòng)

如果正常運(yùn)行時(shí)異步電動(dòng)機(jī)三相電源的相序突然改變，即電源反接，這就改變了旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向，電動(dòng)機(jī)狀態(tài)下的機(jī)械特性曲線就由第一象限的曲線1變成了第三象限的曲線2，如圖所示。（1）電源反接制動(dòng)（2）倒拉制動(dòng)在倒拉狀態(tài)下，轉(zhuǎn)子軸上輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)變成電功率后，連同從定子輸送來的電磁功率一起，消耗在轉(zhuǎn)子電路的電阻上。反接制動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降為零時(shí)，如果不及時(shí)撤掉外部負(fù)載，有反向啟動(dòng)的危險(xiǎn)。三、能耗制動(dòng)

異步電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)用于準(zhǔn)確停車有一定困難，容易造成反轉(zhuǎn)；反饋制動(dòng)只能在高于同步轉(zhuǎn)速下使用；而能耗制動(dòng)確是比較常用的準(zhǔn)確停車方法。異步電動(dòng)機(jī)能耗制動(dòng)的原理線路圖一般如圖所示。5．7單相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理

特點(diǎn)：

1.為小容量的電動(dòng)機(jī)，從幾瓦到幾百瓦；..2.由單相交流電源供電的旋轉(zhuǎn)電機(jī)；3.具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、運(yùn)行可靠等一系列優(yōu)點(diǎn)。所以單相異步電動(dòng)機(jī)被廣泛用于電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電唱機(jī)、吸塵器、醫(yī)療器械及自動(dòng)控制裝置中。單相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組為單相，轉(zhuǎn)子一般為鼠籠式。一、單相異步電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)

單相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組為單相，轉(zhuǎn)子一般為鼠籠式。當(dāng)接入單相交流電源時(shí)，它在定、轉(zhuǎn)子氣隙中產(chǎn)生一個(gè)如圖所示的脈動(dòng)磁場(chǎng)。由上可見：

此磁場(chǎng)在空間并不旋轉(zhuǎn)，只是磁通或磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小隨時(shí)間作正弦變化，即在電機(jī)系統(tǒng)中，常把磁通大小隨時(shí)間做正弦變化的磁場(chǎng)稱脈動(dòng)磁場(chǎng)，其磁場(chǎng)曲線如圖(a)所示可以證明，一個(gè)空間軸線固定而大小按正弦規(guī)律變化的脈動(dòng)磁場(chǎng)（用磁感應(yīng)強(qiáng)度B表示），可以分解成兩個(gè)轉(zhuǎn)速相等而旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和，如下圖所示，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為：兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速為：

如果僅有一個(gè)單相繞組，則在通電前轉(zhuǎn)子原來是靜止的，通電后轉(zhuǎn)子仍將靜止不動(dòng)。

兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)分別作用于鼠籠式轉(zhuǎn)子而產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的轉(zhuǎn)矩，如圖所示。若此時(shí)用手拔動(dòng)它，轉(zhuǎn)子便順著拔動(dòng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來，最后達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。單相異步電動(dòng)機(jī)沒有啟動(dòng)能力，但一經(jīng)推動(dòng)后，它卻能轉(zhuǎn)動(dòng)起來。

由此可得出結(jié)論：（1）在脈動(dòng)磁場(chǎng)作用下的單相異步電動(dòng)機(jī)沒有啟動(dòng)能力，即啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零；（2）單相異步電動(dòng)機(jī)一旦啟動(dòng)，它能自行加速到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，其旋轉(zhuǎn)方向不固定，完全取決于啟動(dòng)時(shí)的旋轉(zhuǎn)方向。因此，要解決單相異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用問題，首先必須解決它的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩問題。二、單相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法

單相異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)若能產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，就可以建立啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩而自行啟動(dòng)，下面介紹常見的單相異步電動(dòng)機(jī)。1.電容分相式異步電動(dòng)機(jī)2.罩極式單相異步電動(dòng)機(jī)（不要求）

如圖所示為電容分相式異步電動(dòng)機(jī)的接線原理圖。當(dāng)選擇參數(shù)使BY繞組中的電流在相位上超前AX繞組中的電流900時(shí)，通電后能在定、轉(zhuǎn)子氣隙內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，如圖所示：在此旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，鼠籠轉(zhuǎn)子將跟著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)一起旋轉(zhuǎn)。

若在啟動(dòng)繞組BY支路中，接入一離心開關(guān)QC，如圖所示。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值附近時(shí)，借離心力的作用，將QC打開，此后電動(dòng)機(jī)就成為單相運(yùn)行了，此種結(jié)構(gòu)型式的電動(dòng)機(jī)，稱為電容分相式電動(dòng)機(jī)。也可不用離心開關(guān)，即在運(yùn)行時(shí)并不切斷電容支路。值得指出，欲使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，不能像三相異步電動(dòng)機(jī)那樣掉換兩根電源線來實(shí)現(xiàn)，必須以掉換電容器C的串聯(lián)位置來實(shí)現(xiàn)，如圖所示，即改變QB的接通位置，就可改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)。洗衣機(jī)中的電動(dòng)機(jī)，就是靠定時(shí)器中的自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)來實(shí)現(xiàn)這種切換的。5．8同步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理（了解）一、同步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)

定子：由鐵心、定子繞組（又叫電樞繞組，通常是三相對(duì)稱繞組，并通有對(duì)稱三相交流電流）、機(jī)座以及端蓋等主要部件組成