《電工電子技術(shù)基礎(chǔ)》課件-第6章

6.1磁路的分析方法6.2變壓器6.3三相異步電動(dòng)機(jī)習(xí)題6.1磁路的分析方法變壓器和電動(dòng)機(jī)都是利用電磁感應(yīng)定律工作的，借助于磁場(chǎng)這個(gè)媒質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)電能與電能或是電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。為簡(jiǎn)化起見，工程中常用磁路來(lái)描述和分析磁場(chǎng)及電磁關(guān)系。除了天然磁體產(chǎn)生的磁場(chǎng)外，實(shí)際應(yīng)用中更多的是利用電流來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，該電流被稱為勵(lì)磁電流。為了用較小的電流產(chǎn)生足夠強(qiáng)的磁場(chǎng)，通常在電工設(shè)備中采用以鐵磁材料做成一定形狀的鐵芯(有時(shí)鐵芯中會(huì)有氣隙)。鐵芯的高導(dǎo)磁性可以使絕大部分磁通經(jīng)過(guò)鐵芯而閉合，這種人為的磁通路徑稱為主磁路(簡(jiǎn)稱磁路)，用Φ表示主磁通的大小;也有少量磁通不經(jīng)過(guò)鐵芯而閉合，成為漏磁通，用fσ表示。圖6.1.1和圖6.1.2是兩種典型情況:封閉鐵芯組成的磁路和有氣隙的磁路。

圖6.1.1封閉鐵芯組成的磁路

圖6.1.2有氣隙的磁路在圖6.1.1所示的磁路中，假定鐵芯截面積為[WTBX]S，平均長(zhǎng)度為l，有N匝線圈，忽略漏磁通，則由物理上的相關(guān)公式可得出：或式中:B代表磁感應(yīng)強(qiáng)度;H代表磁場(chǎng)強(qiáng)度;μ為磁導(dǎo)率；F=NI是磁通勢(shì)，代表通電線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)的能力;Rm為磁阻，代表磁路對(duì)磁通的阻礙作用。

6.1.1)式(6.1.1)與電路的歐姆定律在形式上相同，稱為磁路的歐姆定律。磁路和電路有許多相似之處，但磁路的分析和計(jì)算較電路困難。例如:

(1)在處理電路時(shí)，一般不涉及電場(chǎng)問(wèn)題，而在處理磁路時(shí)離不開磁場(chǎng)的概念。

(2)一般電路中可以不考慮漏電現(xiàn)象，但在磁路中要考慮漏磁通。

(3)磁路的歐姆定律通常不能進(jìn)行定量計(jì)算(μ不是常數(shù))，相當(dāng)于非線性電阻;而電路中更多討論的是線性電阻。如果磁通Φ已知，則，然后由鐵芯材料的磁化曲線B=f(H)，找出鐵芯中的磁場(chǎng)強(qiáng)度H，則F=NI=Hl可得。對(duì)圖6.1.2所示的有氣隙的磁路，如果磁通Φ已知，則認(rèn)為鐵芯和氣隙的截面積均為S，鐵芯的平均長(zhǎng)度為l，氣隙的長(zhǎng)度為δ，則B也相同。由鐵芯材料的磁化曲線B=f(H)，找出鐵芯中的磁場(chǎng)強(qiáng)度H;而氣隙的磁場(chǎng)強(qiáng)度，然后得NI=Hl+H0δ。

【例6.1.1】圖6.1.1所示的鐵芯線圈為100匝，鐵芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.9T，磁路的平均長(zhǎng)度為10cm。試求:(1)鐵芯材料為鑄鐵時(shí)的勵(lì)磁電流;(2)鐵芯材料為硅鋼片時(shí)的勵(lì)磁電流。

解當(dāng)B=0.9T時(shí)，查出兩種材料的H值，再計(jì)算I。

(1)H1=9000A/m，

(2)H2=260A/m

所用鐵芯材料不同，要得到同樣的B值，則F或I相差很大。鐵芯材料的μ越高，可以在勵(lì)磁電流不變的情況下，減少線圈的匝數(shù)，從而減少用銅量。如果在上面(1)、(2)兩種情況下，線圈中都流過(guò)0.26A的電流，則鐵芯中的H都是260A/m，查磁化曲線可得：B1=0.05T,

B2=0.9T

兩者相差17倍，磁通也相差17倍。如果得到相同的磁通，那么鐵芯的截面積就增加17倍。因此，采用磁導(dǎo)率高的材料，可減少鐵芯的截面積，從而減少用鐵量。

【例6.1.2】圖6.1.2所示的磁路中，其B值為0.9T，用硅鋼片作為材料，鐵芯長(zhǎng)度為9.8cm，氣隙長(zhǎng)為0.2cm。設(shè)N為100，求I值。

解當(dāng)B=0.9T時(shí)，其H=260A/m?？諝庀吨械腍0為可見，在磁路中有氣隙時(shí)，由于其磁導(dǎo)率低，磁通勢(shì)差不多都用在空氣隙上面，從而大大增加了I值。如果可能的話，磁路應(yīng)全部通過(guò)鐵芯(變壓器);如果磁路中必須有氣隙(電動(dòng)機(jī))，則也應(yīng)減少氣隙的長(zhǎng)度。6.2變壓器

變壓器是一種常用的電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)和電子技術(shù)中應(yīng)用廣泛。在輸電方面，當(dāng)輸送有功功率P=UIcosj及負(fù)載功率因數(shù)cosj一定時(shí)，提高電壓U，可減少線路電流I。這樣可以減少輸電線的截面積，同時(shí)還可以減少線路的功率損耗。而當(dāng)用電時(shí)，為保證用電安全和設(shè)備電壓要求，則往往要利用變壓器降低電壓。在電子技術(shù)中，除電源變壓器外，變壓器還用來(lái)耦合電路，傳遞信號(hào)，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。6.2.1變壓器的工作原理變壓器的結(jié)構(gòu)如圖6.2.1所示，它由閉合鐵芯和高、低壓繞組等幾個(gè)主要部件構(gòu)成。圖6.2.2所示為變壓器的原理圖，與電源相連的稱為原繞組(或稱初級(jí)繞組，一次繞組)，與負(fù)載相連的稱為副繞組(或稱為次級(jí)繞組，二級(jí)繞組)，其匝數(shù)分別為N1和N2。圖6.2.1變壓器的結(jié)構(gòu)

圖6.2.1變壓器的結(jié)構(gòu)原繞組上接有交流電壓u1時(shí)，則有電流i1產(chǎn)生。原繞組的磁通勢(shì)N1i1在鐵芯中產(chǎn)生主磁通Φ，從而在原、副繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e1和e2。如果副繞組是閉合的，則N2i2也會(huì)在鐵芯中產(chǎn)生磁通。鐵芯的Φ是由N1i1+N2i2產(chǎn)生的。此外，原、副繞組的磁通勢(shì)還分別產(chǎn)生漏磁通Φσ1和Φσ2，從而產(chǎn)生漏磁電動(dòng)勢(shì)eσ1和eσ2。下面討論變壓器的電壓變換、電流變換及阻抗變換。

1.電壓變換

對(duì)原繞組電路列寫KVL方程，即(6.2.1)

通常認(rèn)為漏磁通不經(jīng)過(guò)鐵芯而閉合，是線性電感;而主磁通經(jīng)過(guò)鐵芯，是非線性電感，只能用電磁感應(yīng)定律來(lái)表示。在正弦電壓作用時(shí)，可寫成相量關(guān)系式:式中R1和X1=ωLσ1代表原繞組的電阻和漏感抗。(6.2.2)與主磁通產(chǎn)生的E1相比，可以忽略原繞組的電阻和漏抗壓降。于是如果Φ=Φmsinωt，則根據(jù)電磁感應(yīng)定律:

(6.2.3)

于是(6.2.4)同理，對(duì)副繞組電路也可列寫電路方程:(6.2.5)如用相量形式表示，則為式中R2和X2=ωLσ2為副繞組的電阻和漏感抗，為副繞組的端電壓。同理，e2的有效值為E2=4.44fN2Φm

(6.2.6)(6.2.7)當(dāng)變壓器空載時(shí),I2=0

E2=U20

式中，U20是空載時(shí)副繞組的端電壓。由式(6.2.4)和式(6.2.7)可見，原、副繞組的電壓之比為式中，K為變壓器的變比，即原、副繞組的匝數(shù)比。變比在變壓器的銘牌上有標(biāo)注，它表示原、副繞組的額定電壓之比，其中副繞組的額定電壓是原繞組上加額定電壓時(shí)副繞組的空載電壓，它較負(fù)載的額定電壓高5%～10%。(6.2.8)

2.電流變換

由U1≈E1=4.44fN1Φm可知，當(dāng)電源電壓U1和頻率f不變時(shí)，E1和Φm也近似不變。所以，負(fù)載時(shí)產(chǎn)生主磁通的原、副繞組的合成磁通勢(shì)(N1i1+N2i2)應(yīng)該與空載時(shí)的原繞組的磁通勢(shì)N1i0相差無(wú)幾，即N1i1+N2i2≈N1i0其相量關(guān)系式為(6.2.9)

空載電流I0基本上是勵(lì)磁電流，由于變壓器的主磁路中無(wú)氣隙，因此I0很小。I0一般在原繞組額定電流I1N的10%之內(nèi)。只要I1遠(yuǎn)大于I0，可忽略I0。式(6.2.9)可寫成其原、副繞組電流有效值的關(guān)系為(6.2.10)(6.2.11)上式表示，原、副繞組的電流之比近似等于其匝數(shù)比的倒數(shù)。式(6.2.10)表示，原、副繞組電流反相，副繞組的磁通勢(shì)對(duì)原繞組的磁通勢(shì)實(shí)為去磁作用。當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，為維持主磁通最大值保持不變，I1(N1I1)也隨之增大，原、副繞組的電流比值幾乎不變。

I1N和I2N是指按規(guī)定工作方式運(yùn)行時(shí)，原、副繞組允許通過(guò)的最大電流。它根據(jù)絕緣材料的允許溫度確定。變壓器的額定容量用視在功率表示，通常設(shè)計(jì)時(shí)讓原、副繞組的額定容量相等，即SN=U1NI1N=U2NI2N

3.阻抗變換

借助于電壓和電流變換，可實(shí)現(xiàn)阻抗變換。圖6.2.3(a)所示電路中，負(fù)載阻抗模|Z|接于變壓器的副邊，將圖中的虛線框部分用一個(gè)阻抗模|Z′|來(lái)等效，要保證電路的電壓、電流和功率不變，如圖6.2.3(b)所示。

圖6.2.3負(fù)載阻抗的等效變換由式(6.2.8)和式(6.2.11)可得出通過(guò)不同的匝數(shù)比，把負(fù)載阻抗變成合適的數(shù)值，從而實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。(6.2.12)

【例6.2.1】在圖6.2.4所示變壓器的原邊上接交流信號(hào)源，其電動(dòng)勢(shì)E=100V，內(nèi)阻R0=100Ω，負(fù)載電阻RL=4Ω。(1)當(dāng)RL折算到原邊的等效電阻時(shí)，求變壓器的匝數(shù)比和信號(hào)源輸出功率;(2)如負(fù)載直接與信號(hào)源連接，則信號(hào)源輸出多大功率？

圖6.2.4例6.2.1圖

解

(1)變壓器的匝數(shù)比應(yīng)為

信號(hào)源輸出功率為

(2)當(dāng)負(fù)載直接接在信號(hào)源上時(shí)，6.2.2變壓器的運(yùn)行特性

對(duì)于負(fù)載而言，變壓器就是一個(gè)有內(nèi)阻抗的實(shí)際電壓源。當(dāng)電源電壓U1不變時(shí)，隨著副邊電流的變化，副邊電壓U2也隨之變化。當(dāng)電源電壓U1和負(fù)載的功率因數(shù)cosj2一定時(shí)，U2=f(I2)稱為外特性曲線，如圖6.2.5所示。對(duì)電阻性和感性負(fù)載而言，電壓U2隨I2的增加而下降。通常用電壓變化率ΔU來(lái)表示當(dāng)變壓器從空載到額定負(fù)載時(shí)電壓U2的相對(duì)變化率，即式中U20為空載時(shí)的副邊電壓。一般變壓器中，其電阻和漏抗壓降都較小，ΔU不超過(guò)5%。(6.2.13)變壓器變換交流時(shí)，其損耗包括鐵芯的鐵損ΔPFe和繞組上的銅耗ΔPCu。前者與鐵芯內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度的最大值Bm有關(guān)，與負(fù)載大小無(wú)關(guān);而后者則與負(fù)載電流的平方成正比。變壓器的效率常用下式確定:式中，P2為輸出功率，P1為輸入功率。變壓器的功率損耗很小，效率高，可達(dá)95%以上。(6.2.14)

圖6.2.5變壓器的外特性曲線

【例6.2.2】有一電阻負(fù)載的單相變壓器，其額定數(shù)據(jù)如下:SN=1kV·A，U1N=220V，U2N=115V，fN=50Hz，由試驗(yàn)測(cè)得:ΔPFe=40W，額定負(fù)載時(shí)ΔPCu=60W。求:(1)變壓器的額定電流;(2)滿載和半載時(shí)的效率。解(1)額定容量時(shí)的額定電流為：

(2)滿載和半載時(shí)的效率分別為:

6.2.3特殊變壓器下面介紹兩種特殊變壓器:自耦變壓器和電流互感器。

1.自耦變壓器在圖6.2.6所示的自耦變壓器中，其副繞組是原繞組的一部分。這種變壓器的原、副繞組除了磁的聯(lián)系外，還有電的直接聯(lián)系。該變壓器的電壓、電流關(guān)系與普通變壓器無(wú)差別，當(dāng)變比K<2時(shí)，它可以減少尺寸和節(jié)省材料，且可提高變壓器的效率。

2.電流互感器電流互感器根據(jù)變壓器的原理制作而成，主要用來(lái)擴(kuò)大交流電表的量程。同時(shí)，它將測(cè)量?jī)x表與高壓電路隔開，以保證人身與設(shè)備的安全。電流互感器的接線圖及其符號(hào)如圖6.2.7所示。它的原繞組匝數(shù)很少且與被測(cè)電路串聯(lián)，而副繞組的匝數(shù)較多，直接接電流表或其他電流線圈。根據(jù)變壓器的電流關(guān)系，有

(6.2.15)式中，Ki為電流互感器的變換系數(shù)，是一般變壓器的K的倒數(shù)。

圖6.2.7電流互感器的接線圖及其符號(hào)通常所接電流表或其他電流線圈的額定值均是5A，更換電流互感器就可以測(cè)量不同電流，而電流表可直接標(biāo)出被測(cè)電流值。由于電流互感器副繞組上的負(fù)載阻抗很小，因此折合到原繞組側(cè)的阻抗也很小，對(duì)被測(cè)電流的影響也很小。所以，不允許將副繞組開路，否則就會(huì)破壞它的正常工作，還會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)。為安全起見，電流互感器的鐵芯和副繞組的一端應(yīng)該接地。練習(xí)與思考

6.2.1如果變壓器的一次繞組的匝數(shù)減少1/3，而原邊仍加額定電壓，試問(wèn)勵(lì)磁電流有何變化？

6.2.2有一臺(tái)220V/110V的變壓器，N1=2000匝，N2=1000匝，現(xiàn)將匝數(shù)減少為200匝和100匝，是否也可以？

6.2.3有一臺(tái)220V/110V的變壓器，(1)如果低壓側(cè)加110V電壓，高壓側(cè)可帶220V的負(fù)載嗎？(2)如果將低壓側(cè)接在220V電源上，高壓側(cè)會(huì)輸出440V嗎？(3)如果低壓側(cè)接在110V直流電源上，高壓側(cè)也會(huì)輸出220V嗎？

6.2.4某變壓器的額定頻率為50Hz，(1)如果用60Hz的交流電路，能否帶額定負(fù)載？(2)能否在25Hz的交流電路中帶少量負(fù)載？

6.3三相異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的作用是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能?，F(xiàn)代生產(chǎn)機(jī)械廣泛應(yīng)用電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)，既有簡(jiǎn)單的單機(jī)拖動(dòng)，又有相對(duì)復(fù)雜的多電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)，如常用的橋式起重機(jī)中就有三臺(tái)電動(dòng)機(jī)。生產(chǎn)機(jī)械由電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)有許多優(yōu)點(diǎn):簡(jiǎn)化生產(chǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu);提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量;能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和遠(yuǎn)距離操作;減輕繁重的體力勞動(dòng)。本節(jié)介紹異步電動(dòng)機(jī)，它廣泛用于驅(qū)動(dòng)各種金屬切削機(jī)床、起重機(jī)、鍛壓機(jī)、傳送帶、鑄造機(jī)械等。6.3.1三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造

三相異步電動(dòng)機(jī)分為兩個(gè)基本部分:固定不動(dòng)的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。圖6.3.1是三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造圖。圖6.3.1三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造定子由機(jī)座、圓筒鐵芯以及三相定子繞組組成。機(jī)座由鑄鐵或鑄鋼制作而成。鐵芯是由互相絕緣的硅鋼片疊成的。鐵芯的內(nèi)圓周上沖有槽，用以放置三相對(duì)稱繞組U1U2、V1V2、W1W2，三相繞組可以星形連接或三角形連接。三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子可分為籠型和繞線型兩種?；\型的轉(zhuǎn)子繞組做成鼠籠狀(如圖6.3.2所示)，或在槽中澆鑄鋁液，鑄成鼠籠(如圖6.3.3所示)，這種結(jié)構(gòu)在中小型籠式電動(dòng)機(jī)中得到廣泛應(yīng)用。

圖6.3.2籠型轉(zhuǎn)子

圖6.3.3鑄鋁的鼠籠式轉(zhuǎn)子繞線型異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造如圖6.3.4所示，它的轉(zhuǎn)子繞組同定子繞組相同，為三相星形連接。每相的始端接在三個(gè)銅制的滑環(huán)上，滑環(huán)固定在轉(zhuǎn)軸上。借助于彈簧的壓力，碳質(zhì)電刷被壓在環(huán)上從而將轉(zhuǎn)子繞組引出。兩種電機(jī)在轉(zhuǎn)子上的構(gòu)造不同，但它們的工作原理是相同的。

圖6.3.4繞線型異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造6.3.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理圖6.3.5就是三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理的演示。轉(zhuǎn)動(dòng)磁極時(shí)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子跟著磁極一起轉(zhuǎn)動(dòng)。搖得快，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)得也快;反搖，轉(zhuǎn)子馬上反轉(zhuǎn)。由此可得出結(jié)論:在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子會(huì)跟隨磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖6.3.5異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的演示在圖6.3.6所示的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)原理圖中，N、S表示兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極，轉(zhuǎn)子中只表示出兩個(gè)導(dǎo)條。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，其磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)的方向由右手定則確定。

圖6.3.6轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的原理圖在電動(dòng)勢(shì)作用下，閉合的導(dǎo)條中就有電流，從而轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到電磁力F的作用，電磁力的方向由左手定則來(lái)確定。電磁力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，可使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。在圖6.3.6中可見，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相同，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子也反轉(zhuǎn)。下面再分析旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生。三相異步電動(dòng)機(jī)的定子鐵芯中有U1U2、V1V2和W1W2三相繞組，三相繞組星形連接，接入在三相電源上，如圖6.3.7(a)所示，繞組中就有三相對(duì)稱電流，即

i1=Imsinωt

i2=Imsin(ωt-120°)

i3=Imsin(ωt+120°)其波形如圖6.3.7(b)所示。當(dāng)電流大于零時(shí)，電流的實(shí)際方向與參考方向一致;否則相反。

圖6.3.7三相定子繞組中的三相對(duì)稱電流如果認(rèn)為每相為一個(gè)集中繞組，則三個(gè)繞組均勻分布在定子圓周上。當(dāng)ωt=0時(shí)，i1=0，i2<0,i3>0，用右螺旋關(guān)系畫出此時(shí)的磁場(chǎng)，如圖6.3.8(a)所示，磁場(chǎng)的軸線方向自上而下。圖6.3.8(b)表示ωt=60°時(shí)定子電流及產(chǎn)生的磁場(chǎng)，此時(shí)磁場(chǎng)在空間轉(zhuǎn)過(guò)60°。同理可得ωt=90°時(shí)的三相電流的磁場(chǎng)，它比ωt=60°的磁場(chǎng)在空間又轉(zhuǎn)過(guò)30°，如圖6.3.8(c)所示。由此可見，當(dāng)定子繞組中通入三相電流后，它們共同產(chǎn)生的磁場(chǎng)是隨電流在時(shí)間上的交變且在空間不斷地旋轉(zhuǎn)，這就是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

圖6.3.8三相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)從圖6.3.8中還可以發(fā)現(xiàn)，三相電流的相序是U-V-W，而磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向與該順序一致，即磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向與通入繞組的三相電流相序有關(guān)。如果將三相電源連接的三根導(dǎo)線中的任意兩根的一端對(duì)調(diào)位置，如電動(dòng)機(jī)三相繞組的V相和W相對(duì)調(diào)，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就反轉(zhuǎn)，如圖6.3.9所示。

圖6.3.9旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的反轉(zhuǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)的極數(shù)就是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)，而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)和三相繞組的安排有關(guān)。如果將每相看成兩個(gè)集中繞組串聯(lián)(如U相分成和兩個(gè)集中繞組)，則每個(gè)繞組的首、尾端相距90°空間角，而繞組的始端之間相差60°空間角。按每相外層再內(nèi)層分布，則產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有兩對(duì)極，即p=2。

圖6.3.9旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的反轉(zhuǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速有關(guān)，而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速取決于定子電流頻率f1與磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)p。在一對(duì)極情況下，電流交變一周，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)一圈，則每分鐘內(nèi)電流交變60f1次，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為n0=60f1。轉(zhuǎn)速的單位為轉(zhuǎn)/分(r/min)。在二對(duì)極情況下，電流交變一次，磁場(chǎng)僅旋轉(zhuǎn)了半轉(zhuǎn)，此時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速。依此類推，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有p對(duì)極時(shí)，磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為(6.3.1)對(duì)于某異步電動(dòng)機(jī)而言，f1和p通常一定，所以磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0是個(gè)常數(shù)。

那么電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n又是多少呢？n<n0，如果兩者相同，則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間相對(duì)靜止，就不會(huì)有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流以及電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就不能繼續(xù)以n0的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。所以，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速之間有差別，所謂異步電動(dòng)機(jī)由此而來(lái)。而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0則稱為同步轉(zhuǎn)速。通常用轉(zhuǎn)差率s表示n0與n之間的相對(duì)差值，即(6.3.2)轉(zhuǎn)差率是異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的一個(gè)重要物理量。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速愈接近于磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，則兩者相對(duì)差值就越小。額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)差率為1％～9％。在啟動(dòng)瞬間，n=0，則s=1，轉(zhuǎn)差率最大。上式也可以改寫為

n=(1-s)n0

(6.3.3)

【例6.3.1】一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速nN=975r/min。試求電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)和額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)差率。設(shè)電源頻率f1=50Hz。

解由于額定轉(zhuǎn)速接近且略小于同步轉(zhuǎn)速，在50Hz下的n0為3000r/min、1500r/min、1000r/min等,所以此時(shí)n0=1000r/min，對(duì)應(yīng)的極數(shù)p=3，額定轉(zhuǎn)差率為6.3.3三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

電磁轉(zhuǎn)矩T(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，而機(jī)械特性是它的主要特性，分析電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)都要用到它。

1.轉(zhuǎn)矩公式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的每極磁通Φ與轉(zhuǎn)子電流I2相互作用而產(chǎn)生的。由于轉(zhuǎn)子電路是感性的，其電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電流的有功分量有關(guān)，由此得出

T=KTΦI2cosj2(6.3.4)其中:KT是一常數(shù)，與電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)；cosj2為轉(zhuǎn)子每相的功率因數(shù)。將轉(zhuǎn)子電路的相關(guān)公式代入上式，即得出轉(zhuǎn)矩的另一表達(dá)式：(6.3.4)式中：K也是一常數(shù);U1為定子相電壓；R2和X20為轉(zhuǎn)子每相電路中的電阻和s=1時(shí)的漏抗。轉(zhuǎn)矩T受定子相電壓影響很大，同時(shí)與轉(zhuǎn)子電路參數(shù)以及轉(zhuǎn)差率s有關(guān)。

2.機(jī)械特性曲線在一定的電源電壓U1和轉(zhuǎn)子電路參數(shù)R2和X20之下，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系曲線T=f(s)或轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線n=f(T)，稱為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線。可由式(6.3.5)得出如圖6.3.10(a)所示的T=f(s)曲線，由此可得到n=f(T)的曲線，如圖6.3.10(b)所示。在機(jī)械特性曲線上，要重點(diǎn)討論三個(gè)轉(zhuǎn)矩，即額定轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

圖6.3.10三相異步電動(dòng)機(jī)的T=f(s)和n=f(T)曲線

1)額定轉(zhuǎn)矩TN

在等速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩T必須與阻轉(zhuǎn)矩TC相平衡，即T=TC

阻轉(zhuǎn)矩主要是機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2，此外還有空載損耗T0。由于T0很小，?？珊雎圆挥?jì)，故上式可寫為T=T2+T0≈T2(6.3.6)并得出(6.3.7)式中，P2是電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率。轉(zhuǎn)矩單位是牛·米(N·m)；功率單位是kW；轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)每分(r/min)。如果P2的單位是瓦，則上式系數(shù)是9.55。額定轉(zhuǎn)矩是電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)矩，可由電動(dòng)機(jī)銘牌上的額定功率(輸出功率)和額定轉(zhuǎn)速求得。某電動(dòng)機(jī)的額定功率為260kW，額定轉(zhuǎn)速是722r/min，則額定轉(zhuǎn)矩為

2)最大轉(zhuǎn)矩Tmax

從特性曲線上看，轉(zhuǎn)矩有一個(gè)最大值，稱為最大轉(zhuǎn)矩Tmax或臨界轉(zhuǎn)矩。對(duì)應(yīng)的sm稱為臨界轉(zhuǎn)差率，可由求得，即(6.3.8)(6.3.9)

由上兩式可見，Tmax與和X20有關(guān)，與R2無(wú)關(guān);而sm與R2和X20均有關(guān)。這為繞線型異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用提供了理論上的依據(jù)。上述關(guān)系式見圖6.3.11和圖6.3.12。

圖6.3.11不同U1下的n=f(T)曲線(R2、X20不變)

圖6.3.12不同轉(zhuǎn)子電阻R2下的n=f(T)曲線(U1和X20不變)當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過(guò)最大轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)就帶不動(dòng)負(fù)載了，發(fā)生所謂悶車現(xiàn)象，最終停下來(lái)。電機(jī)停止后，電動(dòng)機(jī)電流上升為額定值的六七倍，電動(dòng)機(jī)嚴(yán)重過(guò)熱，將導(dǎo)致?lián)p壞。電動(dòng)機(jī)容許短時(shí)超過(guò)額定轉(zhuǎn)矩，因此可用過(guò)載系數(shù)衡量電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，即

(6.3.10)

一般三相異步電動(dòng)機(jī)的過(guò)載系數(shù)為1.8～2.2。在選用電動(dòng)機(jī)時(shí)，TN和Tmax都是重要依據(jù)。

3)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst

電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)(n=0，s=1)時(shí)的轉(zhuǎn)矩為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，將s=1代入式(6.3.5)可得

(6.3.11)

由上式可見，Tst與及R2、X20有關(guān)。當(dāng)減小U1時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩減??；當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻適當(dāng)增大時(shí)，Tst會(huì)增大(但是啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子電流會(huì)減小)。當(dāng)R2=X20時(shí)，Tst=Tmax取得最大值。

3.電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工作點(diǎn)

對(duì)于圖6.3.13所示的機(jī)械特性曲線，可以分為兩段:ab段和bc段。在ab段內(nèi)，隨著電磁轉(zhuǎn)矩的增大，轉(zhuǎn)速出現(xiàn)下降。但總體而言，ab段比較平坦，由于電磁轉(zhuǎn)矩的增大導(dǎo)致的轉(zhuǎn)速下降并不明顯。這種特性稱為硬的機(jī)械特性。如果負(fù)載是轉(zhuǎn)矩不隨轉(zhuǎn)速變化的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，則轉(zhuǎn)矩的機(jī)械特性(是一條與縱軸平行的直線)與ab段的交點(diǎn)是穩(wěn)定工作點(diǎn)。圖6.3.13電壓對(duì)電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的影響及穩(wěn)定工作點(diǎn)有時(shí)負(fù)載的機(jī)械特性也會(huì)與電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性bc段相交，但該點(diǎn)不是穩(wěn)定工作點(diǎn)。若原先相當(dāng)于d點(diǎn)，現(xiàn)電源電壓下降，電機(jī)機(jī)械特性由1變成2，但是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不能躍變，電機(jī)工作點(diǎn)由d點(diǎn)水平跳到e，Te<Td，負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變。所以電機(jī)開始減速，但在b′c′段，轉(zhuǎn)速的下降會(huì)引起電磁轉(zhuǎn)矩的進(jìn)一步減小，從而引起轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速進(jìn)一步減小，直到電機(jī)停下為止，發(fā)生悶車事故。如果電機(jī)帶恒負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則穩(wěn)定工作曲線在n0~n0(1-sm)。6.3.4三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性

1.啟動(dòng)性能和啟動(dòng)方法啟動(dòng)就是讓電動(dòng)機(jī)由靜止到正常轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程。先分析啟動(dòng)時(shí)(n=0，s=1)的啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。剛啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)磁場(chǎng)的相對(duì)轉(zhuǎn)速很大，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生大的電動(dòng)勢(shì)和電流，類似于變壓器的原理，此時(shí)定子電流也很大。中小型籠型異步電動(dòng)機(jī)的定子啟動(dòng)線電流Ist是額定值的5～7倍。如果電動(dòng)機(jī)不頻繁啟動(dòng)，則對(duì)電動(dòng)機(jī)本身影響不大，由于啟動(dòng)時(shí)間短(小型電動(dòng)機(jī)只有1～3s)，且隨著轉(zhuǎn)速上升，電流將很快減小。但如果頻繁啟動(dòng)，則電動(dòng)機(jī)就可能過(guò)熱，需防止。例如，在切削加工時(shí)，一般用離合器將主軸與電動(dòng)機(jī)軸脫開，而不將電動(dòng)機(jī)停機(jī)。電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流對(duì)線路有影響。在啟動(dòng)時(shí)，大的啟動(dòng)電流會(huì)在線路上產(chǎn)生較大的電壓降落，而使負(fù)載端的電壓降低，影響鄰近的負(fù)載工作。隨著電壓的降低，將引起相鄰電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，電流增大，甚至出現(xiàn)悶車現(xiàn)象。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst一般為TN的1.0～2.2倍，問(wèn)題不大。如果Tst過(guò)小，則應(yīng)設(shè)法提高;如果Tst過(guò)大，則會(huì)使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)受到?jīng)_擊而損壞。綜上所述，異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的主要缺點(diǎn)是啟動(dòng)電流較大，為減小啟動(dòng)電流(有時(shí)也為提高或減小啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩)，必須采用適當(dāng)?shù)膯?dòng)方法?；\型異步電動(dòng)機(jī)有兩種啟動(dòng)方法：直接啟動(dòng)和降壓?jiǎn)?dòng)。直接啟動(dòng)就是利用閘刀開關(guān)或接觸器將電動(dòng)機(jī)直接接到具有額定電壓的電源上。該方法簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)也很明顯。

一臺(tái)電動(dòng)機(jī)能否直接啟動(dòng)，有相應(yīng)的規(guī)定。例如:用電單位如有獨(dú)立變壓器，當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)頻繁時(shí)，電動(dòng)機(jī)容量應(yīng)小于變壓器容量的20％；如果電動(dòng)機(jī)不經(jīng)常啟動(dòng)，則它的容量應(yīng)小于變壓器容量的30％。如果沒有獨(dú)立變壓器(與照明共用)，則由直接啟動(dòng)而產(chǎn)生的壓降要小于5％。

30kW以下的電動(dòng)機(jī)，一般都采用直接啟動(dòng)。如果不符合以上要求，就必須采用降壓?jiǎn)?dòng)，減小電動(dòng)機(jī)定子繞組上的相電壓，以減小啟動(dòng)電流。最簡(jiǎn)單的方法是星形—三角形(Y—△)換接啟動(dòng)。電動(dòng)機(jī)工作時(shí)其定子繞組是三角形連接，那么啟動(dòng)時(shí)把它連成星形，等到轉(zhuǎn)速接近額定值時(shí)再換成三角形。這樣，啟動(dòng)時(shí)每相繞組上的電壓降為正常工作電壓的。圖6.3.14是定子繞組的兩種連接法，Z為啟動(dòng)時(shí)每相從定子看進(jìn)去的等效阻抗。當(dāng)定子繞組連成星形，即降壓?jiǎn)?dòng)時(shí),當(dāng)定子繞組接成三角形，即直接啟動(dòng)時(shí),比較以上兩式，可得:即降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的電流為直接啟動(dòng)時(shí)的1/3。

圖6.3.14星形和三角形連接電路的啟動(dòng)電流由于轉(zhuǎn)矩和電壓的平方成正比，因此啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也減小到直接啟動(dòng)的1/3。故該方法只適用于空載或輕載啟動(dòng)。至于繞線型電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)，只要在轉(zhuǎn)子電路接入適當(dāng)?shù)膯?dòng)電阻Rst(見圖6.3.15)，就可達(dá)到減小啟動(dòng)電流的目的，同時(shí)也可提高(或降低)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。它常用于啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機(jī)械上，如卷?yè)P(yáng)機(jī)、起重機(jī)及轉(zhuǎn)爐等。隨著轉(zhuǎn)速的上升，啟動(dòng)電阻將被逐段切除。

圖6.3.15繞線型電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的接線圖

【例6.3.2】有一Y22M－4三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定數(shù)據(jù)如下表所示:試求:(1)額定電流;(2)額定轉(zhuǎn)差率，額定轉(zhuǎn)矩，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

解

(1)4~100kW的電動(dòng)機(jī)通常都是380V，△連接，則這時(shí)P2N/η=P1N(輸入功率)，而三相異步電動(dòng)機(jī)為對(duì)稱三相電路，所以。

(2)由nN=1480r/min可知，n0=1500r/min，所以

(3)

【例6.3.3】上題中，(1)如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩為1.2TN，試問(wèn)在U=0.8UN的情況下，電動(dòng)機(jī)能否啟動(dòng)?(2)如果采用Y-△換接啟動(dòng)，求啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0.6TN時(shí)，電動(dòng)機(jī)能否啟動(dòng)?解

(1)當(dāng)U=0.8UN時(shí)，Tst=0.82×1.9TN=1.22TN>1.2TN，所以能啟動(dòng)。

(2)

Ist△=7IN=7×84.2A=589.2A

當(dāng)負(fù)載為60%TN時(shí)，，故可以啟動(dòng)。

2.三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

所謂調(diào)速，是指在負(fù)載不變的情況下，人為改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而滿足生產(chǎn)過(guò)程的要求。采用電氣調(diào)速可以簡(jiǎn)化機(jī)械變速裝置。由異步電動(dòng)機(jī)的公式可見，改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有三種方法，即變頻f、變極對(duì)數(shù)p和變轉(zhuǎn)差率s。前二者用于籠型電動(dòng)機(jī)，而后者是繞線型電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法。變頻調(diào)速具有調(diào)速范圍大，平滑性好等優(yōu)點(diǎn)，是現(xiàn)代交流調(diào)速的主流。簡(jiǎn)單地說(shuō)，變頻調(diào)速就是通過(guò)改變電源頻率f1，從而改變同步轉(zhuǎn)速，由此來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。改變極對(duì)數(shù)同樣可改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的n0，從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖6.3.16所示為定子繞組的兩種接法。把A繞組分成兩半:A1X1和A2X2，圖6.3.16(a)是兩個(gè)線圈串聯(lián)，得到p=2;圖6.3.16(b)是兩線圈反并聯(lián)，得到p=1。

圖6.3.16改變極對(duì)數(shù)p的調(diào)速方法變極調(diào)速用得最多的是雙速電機(jī)，它在機(jī)床上用得較多，如鏜床、磨床、銑床上都有，是一種有級(jí)調(diào)速。所謂變轉(zhuǎn)差率調(diào)速，就是在轉(zhuǎn)子電路中接入一個(gè)調(diào)速電阻，通過(guò)改變電阻的大小來(lái)改變電機(jī)的機(jī)械特性，從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。這種方式的缺點(diǎn)是能量損耗大，被廣泛應(yīng)用于短時(shí)工作的設(shè)備中(如起重機(jī))。

3.三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分有慣性，所以，為提高生產(chǎn)機(jī)械的生產(chǎn)率及安全起見，要求電動(dòng)機(jī)能夠迅速停車和反轉(zhuǎn)。這就需要對(duì)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)。在制動(dòng)時(shí)，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反;而在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)常用以下幾種方法:能耗制動(dòng)、反接制動(dòng)和發(fā)電反饋制動(dòng)。能耗制動(dòng)就是切斷交流電源后，立即接通直流電源(見圖6.3.17)，使直流電流通入定子繞組，直流電流將產(chǎn)生恒定磁場(chǎng)，以阻礙轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)。制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小與直流電流的大小有關(guān)，一般取電動(dòng)機(jī)額定電流的0.5~1倍。這種制動(dòng)是消耗轉(zhuǎn)子的動(dòng)能并將其轉(zhuǎn)換為電能來(lái)制動(dòng)的，因此稱為能耗制動(dòng)。這種制動(dòng)能耗少，制動(dòng)平穩(wěn)，在機(jī)床中應(yīng)用廣泛。

圖6.3.17能耗制動(dòng)反接制動(dòng)時(shí)，可將接到電源的三根導(dǎo)線中的任意兩根對(duì)換，使旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)，如圖6.3.18所示。這時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩隨之改變方向，與轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)方向相反，成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近零時(shí)，要及時(shí)切斷電源，否則電動(dòng)機(jī)將會(huì)反轉(zhuǎn)。由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的相對(duì)轉(zhuǎn)速(n0+n很大,電流甚至超過(guò)了啟動(dòng)電流，因而對(duì)于大功率的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)時(shí)，必須在定子電路(籠型)或轉(zhuǎn)子電路(繞線型)中串入電阻。這種制動(dòng)方式簡(jiǎn)單，效果較好，但能量消耗大。

圖6.3.18反接制動(dòng)當(dāng)起重機(jī)下放重物時(shí)，重物拖動(dòng)下的轉(zhuǎn)子速度越來(lái)越快。當(dāng)n>n0時(shí)，電動(dòng)機(jī)便進(jìn)入發(fā)電機(jī)運(yùn)行，將重物的位能轉(zhuǎn)換為電能反饋到電網(wǎng)中，稱為發(fā)電反饋制動(dòng)，如圖6.3.19所示。

圖6.3.19發(fā)電反饋制動(dòng)6.3.5三相異步電動(dòng)機(jī)的使用

1.異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)要正確使用電動(dòng)機(jī)，則必須看懂銘牌?，F(xiàn)以Y100L12為例，來(lái)說(shuō)明銘牌上各個(gè)數(shù)據(jù)的意義。

Y系列小型籠型全封閉自冷式三相異步電動(dòng)機(jī)，既可用于金屬切削機(jī)床、通用機(jī)械、礦山機(jī)械等，也可用于拖動(dòng)壓縮機(jī)、傳送帶、磨床、錘擊機(jī)、粉碎機(jī)和小型起重機(jī)等。而YR表示繞線型異步電動(dòng)機(jī)。

2.接法這里指定子三相繞組的接法。一般籠型電動(dòng)機(jī)有六根引出線，標(biāo)有U1、V1、W1、U2、V2、W2，其中U1、U2，V1、V2，W1、W2分別為三相繞組的兩端。如果U1、V1、W1分別為三相繞組的首端，則另外三個(gè)為末端。通常在三相異步電動(dòng)機(jī)中，3kW以下者連接成星形，而4kW以上者連接成三角形。

3.電壓銘牌上的電壓值為電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)定子繞組上應(yīng)加的線電壓。一般電動(dòng)機(jī)的電壓不應(yīng)高于或低于額定值的5%。電壓高于額定值時(shí)，磁通將增大，這時(shí)電流也增大，繞組過(guò)熱，而且鐵損也增大。電壓低于額定值時(shí)，將引起轉(zhuǎn)速下降，電流增大。在滿載或接近滿載時(shí)，電機(jī)就會(huì)過(guò)載。三相異步電動(dòng)機(jī)的額定電壓有380V，3000V，6000V等。

4.電流銘牌上所標(biāo)的電流值是電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的定子繞組的線電流值。當(dāng)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，定子電流幾乎是勵(lì)磁電流。由于電動(dòng)機(jī)主磁路中有氣隙，因而此電流較變壓器空載時(shí)所占額定電流的百分?jǐn)?shù)要大。隨著輸出功率的增大，轉(zhuǎn)子電流和定子電流的有功分量也隨之增大。

5.功率與效率

銘牌上所標(biāo)的功率是電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)輸出的機(jī)械功率值。它小于輸入功率，兩者的差值等于電動(dòng)機(jī)的銅損、鐵損及機(jī)械損耗。而效率η就是輸出功率與輸入功率的比值。

,通常電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的效率約為72%~93%，且在額定功率的75%左右時(shí)效率最高。

6.功率因數(shù)定子相電壓超前定子相電流j角(感性負(fù)載)，cosj就是電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)。三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)在空載時(shí)只有0.2~0.3，在額定負(fù)載時(shí)約為0.7~0.9，所以要避免電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期輕載。電動(dòng)機(jī)的電流、效率、功率因數(shù)隨輸出功率的變化曲線如圖6.3.20所示。

圖6.3.20三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性曲線

7.轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速指電動(dòng)機(jī)定子上加額定頻率和額定電壓時(shí)，軸上輸出額定功率時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

8.絕緣等級(jí)與極限溫度

各種絕緣材料耐溫的能力不一樣，按照不同的耐熱能力，絕緣材料可分為一定等級(jí)。所謂極限溫度，是指電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)中最熱點(diǎn)的最高容許溫度。技術(shù)數(shù)據(jù)見表6.3.1。

表6.3.1絕緣等級(jí)及極限溫度

練習(xí)與思考

6.3.1三相異步電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)，如果轉(zhuǎn)子突然被卡住而不能轉(zhuǎn)動(dòng)，試問(wèn)這時(shí)電動(dòng)機(jī)的電流有何改變？對(duì)電動(dòng)機(jī)有何影響？

6.3.2三相異步電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1460r/min。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的一半時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速約為多少？

6.3.3繞線型電動(dòng)機(jī)采用轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)時(shí)，是否所串電阻愈大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩愈大？

6.3.4反接制動(dòng)和發(fā)電反饋制動(dòng)在T=f(s)曲線的哪一段上？

6.3.5

Y-△換接啟動(dòng)的條件是什么？采用該啟動(dòng)方式的啟動(dòng)電流與啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩變?yōu)橹苯訂?dòng)時(shí)的幾分之一？

6.3.6有一三相異步電動(dòng)機(jī)，Y連接時(shí)，Ul=380V，Il=6.1A；△連接時(shí)，Ul=220V，Il=10.5A。你能解釋為什么電壓高時(shí)，電流卻低？電壓低時(shí)，電流卻大？本章小結(jié)本章簡(jiǎn)單介紹了磁路的基本分析方法、變壓器的工作原理，著重介紹了三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、機(jī)械特性、運(yùn)行特性和使用