電機(jī)與電氣控制技術(shù)（第3版）（微課版）（AR版）課件第2章 異步電動(dòng)機(jī)

2.5三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇2.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理2.3電力拖動(dòng)的基本知識(shí)2.4三相異步電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)2.2三相電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性2.6單相異步電動(dòng)機(jī)第2章異步電動(dòng)機(jī)自學(xué)提示

電動(dòng)機(jī)是利用電磁原理實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的機(jī)械裝置。其中異步電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于廠礦企業(yè)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，交通工具，娛樂(lè)，科研以及日常生活。要求：了解電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成、工作原理、銘牌數(shù)據(jù)，特種電機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用熟悉異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)控制技術(shù)，單相異步機(jī)的特點(diǎn)及原理應(yīng)用掌握異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，并能運(yùn)用異步機(jī)的機(jī)械特性分析實(shí)際問(wèn)題2.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理

三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)可分為定子、轉(zhuǎn)子兩大部分以及一些輔件。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低廉、使用和維修方便、運(yùn)行可靠且效率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各種機(jī)床、水泵、通風(fēng)機(jī)、鍛壓和鑄造機(jī)械、傳送帶、起重機(jī)及家用電器、實(shí)驗(yàn)設(shè)備中。2.1.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成2.1.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成定子機(jī)座是電動(dòng)機(jī)的支架，通常用鑄鐵或鑄鋼制成。

異步電動(dòng)機(jī)的定子鐵芯是由0.5mm厚的硅鋼片疊壓制成的。定子鐵芯內(nèi)圓沖有分布的槽。定子鐵芯構(gòu)成異步電動(dòng)機(jī)磁路的一部分。定子繞組是由漆包線繞制而成，嵌入到定子鐵芯槽中。構(gòu)成電機(jī)電路的一部分。

異步電動(dòng)機(jī)的定子指其固定不動(dòng)部分，主要包括有：

異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子指其旋轉(zhuǎn)部分，主要部件包括：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵芯也是由0.5mm厚的硅鋼片疊壓制成。在其內(nèi)圓沖有均勻分布的槽，用來(lái)嵌放轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子鐵芯構(gòu)成了電動(dòng)機(jī)磁路的又一部分。轉(zhuǎn)子繞組大部分是澆鑄鋁籠型，大功率也有銅條制成的籠型轉(zhuǎn)子導(dǎo)體。轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成電動(dòng)機(jī)電路的另一部分。轉(zhuǎn)軸一般用45號(hào)鋼制成，用來(lái)傳遞電磁轉(zhuǎn)矩。

繞線型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子鐵芯與鼠籠式類(lèi)似，但轉(zhuǎn)子繞組則是采用漆包線繞制而成的對(duì)稱(chēng)三相繞組，嵌放到轉(zhuǎn)子鐵芯中。繞線型轉(zhuǎn)子三相繞組必須連接成星形，三個(gè)向外的引出端子與固定在轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)相互絕緣的銅滑環(huán)相接，如下圖所示：電刷與滑環(huán)緊壓，并通過(guò)輸電線與三相可變電阻器相聯(lián)。顯然，繞線型異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組正常工作時(shí)也應(yīng)是閉合的。

由于繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子采用轉(zhuǎn)子繞組串電阻啟動(dòng)和調(diào)速，因此啟動(dòng)性能和調(diào)速性能均比鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)優(yōu)越。三相異步電動(dòng)機(jī)是如何轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)的？

設(shè)三相異步電動(dòng)機(jī)模型的定子磁極是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的。固定不動(dòng)的轉(zhuǎn)子繞組和旋轉(zhuǎn)的定子磁場(chǎng)相切割而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流的方向與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向相同。

載流的轉(zhuǎn)子繞組處在磁場(chǎng)中，必定受到電磁力的作用。

兩個(gè)電磁力的大小相等、方向相反，因此對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸形成了電磁轉(zhuǎn)矩。于是轉(zhuǎn)子就順著定子磁場(chǎng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。NS模型電機(jī)的定子磁極模型電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組eei2FFn0電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)鍵是：旋轉(zhuǎn)的定子磁場(chǎng)！n用右手定則判斷用左手定則判斷2.1.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理實(shí)際三相電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是如何產(chǎn)生的呢？

在電動(dòng)機(jī)的對(duì)稱(chēng)三相定子繞組中通入對(duì)稱(chēng)三相交流電；AXBYCZωt0iωt=0時(shí)電流和磁場(chǎng)情況×A、C兩相電流t=0時(shí)為正，因此首端流入、尾端流出?！痢罛相電流t=0時(shí)為負(fù)，尾端流入、首端流出。

電流入

電流出NSn0相鄰線圈電流流向一致，在氣隙中生成合成磁場(chǎng)，方向?yàn)椋害豻0iωt=120°AXBYCZωt=120°時(shí)電流和磁場(chǎng)情況×××NSn0

顯然，電流隨時(shí)間變化120°電角，電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)在空間的位置也隨之旋轉(zhuǎn)了120°。

觀察電流波形圖及電機(jī)示意圖可看出，合成磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向取決于三相電流的順序，A→B→C正序時(shí)氣隙磁場(chǎng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。ωt0iωt=240°AXBYCZωt=240°時(shí)電流和磁場(chǎng)情況×××NSn0

電流隨時(shí)間繼續(xù)變化，經(jīng)歷了120°電角的同時(shí)，電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)在空間的位置也順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了120°。ωt0iωt=360°AXBYCZωt=360°時(shí)電流和磁場(chǎng)情況×××NSn0

電流隨時(shí)間變化一周，電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)在空間的位置也順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了360°。

可見(jiàn)，工程實(shí)際中，三相異步電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)代替了模型電機(jī)定子的轉(zhuǎn)動(dòng)磁極。歸納：只要三相異步機(jī)的對(duì)稱(chēng)三相定子繞組中通入對(duì)稱(chēng)三相交流電，就會(huì)在定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙中產(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)間空間位置不斷變化的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。AXBYCZ×××n0三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理概括

在電動(dòng)機(jī)對(duì)稱(chēng)三相定子繞組中通入對(duì)稱(chēng)三相交流電流產(chǎn)生氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)NS轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與磁場(chǎng)相切割感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由于閉合生成感應(yīng)電流載流導(dǎo)體受電磁力的作用形成力偶力偶對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩從而使固定不動(dòng)的轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。FF

若要改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，只需任調(diào)通入定子繞組中兩相電流的相序即可。三相電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與哪些因素有關(guān)？AXBYCZ

設(shè)電動(dòng)機(jī)各相定子繞組有四個(gè)線圈，各相首尾相接順串后分別構(gòu)成三相定子繞組時(shí)，其磁極對(duì)數(shù)：AA'B'Y'C'Z'XX'BYCZ

當(dāng)電動(dòng)機(jī)各相定子繞組的四個(gè)線圈首接首、尾接尾連接后分別構(gòu)成三相定子繞組時(shí)，其磁極對(duì)數(shù)：SN

顯然，頻率不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速取決于電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)p。四極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速的分析AA'B'Y'C'Z'XX'BYCZ

相鄰線圈電流的流向一致，其合成磁場(chǎng)的分布情況為：ωt0iωt=0°時(shí)××××ωt=120°時(shí)AA'B'Y'C'Z'XX'BYCZ××××

電流變化120°，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間的位置僅轉(zhuǎn)過(guò)了60°；當(dāng)電流變化360°時(shí)，四極電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)才能旋轉(zhuǎn)180°。顯然，四極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速是二極電機(jī)的1/2。

依此類(lèi)推，可得電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與極對(duì)數(shù)之間的關(guān)系為：

電動(dòng)機(jī)通常工作在50Hz的工頻情況下，因此：

即：異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，與電機(jī)的極對(duì)數(shù)(出廠時(shí)就已經(jīng)確定)成反比。可見(jiàn)，改變電機(jī)的極對(duì)數(shù)，可以得到不同的轉(zhuǎn)速。有關(guān)轉(zhuǎn)差率的討論

電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差速度與磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速之比稱(chēng)為轉(zhuǎn)差率，用s表示：

顯然，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高而減小。(1)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=0，轉(zhuǎn)差率s=1；(2)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速最高時(shí)，轉(zhuǎn)速n≈n0，轉(zhuǎn)差率s≈0；(3)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，轉(zhuǎn)速0<n<n0，轉(zhuǎn)差率0<s<1；問(wèn)題與討論

電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n能等于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1嗎？分析如果二者相等，則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間產(chǎn)生感應(yīng)電流成為載流導(dǎo)體→不是載流導(dǎo)體就無(wú)法在磁場(chǎng)中n≠n1，異步！就沒(méi)有了相對(duì)切割→轉(zhuǎn)子不切割磁場(chǎng)就不能受力→不受力電動(dòng)機(jī)就永遠(yuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)不起來(lái)。例解有一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速為975r/min。試求工頻情況下電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)和電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率。由于電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速接近于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，所以即該電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)p=3，同步轉(zhuǎn)速n0=1000r/min。額定轉(zhuǎn)差率為：2.1.3三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y132M-4功率7.5kW頻率50Hz電壓380V

電流15.4A

接法Δ轉(zhuǎn)速1440r/min絕緣等級(jí)B工作方式連續(xù)標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)工作制S1

B級(jí)絕緣年月編號(hào)××電機(jī)廠Y表示異步機(jī)，132(mm)表示機(jī)座中心高；M代表中機(jī)座(L長(zhǎng)機(jī)座、S短機(jī)座)，-4代表4極電機(jī)。額定功率指的是電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率。額定電壓、電流均指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行情況下的定子線電壓、線電流的數(shù)值。額定轉(zhuǎn)速指的是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n。

三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組有兩種接法：Y形和Δ形

。

三相定子繞組由機(jī)殼外面的接線盒引出，如圖示：Y形接線Δ形接線額定效率輸出的機(jī)械功率與輸入的電功率之比，稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)的效率。功率因數(shù)

電動(dòng)機(jī)是感性負(fù)載，功率因數(shù)較低。額定負(fù)載時(shí)約為0.7～0.9之間，在空載和輕載時(shí)更低，只有0.2～0.3左右。溫升與絕緣等級(jí)

絕緣等級(jí)是按其繞組所用的絕緣材料在使用時(shí)允許的極限溫度來(lái)分等級(jí)的。而極限溫度則是指電動(dòng)機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)中最熱點(diǎn)的最高容許溫度。絕緣等級(jí)AEBFH極限溫度105120130155180例解有一臺(tái)JO2-62-4型三相異步電動(dòng)機(jī)，其銘牌數(shù)據(jù)為：10kW，380V，50Hz，Δ接法，nN=1450r/min，η=87%，。試求該電機(jī)的額定電流和額定轉(zhuǎn)差率。由銘牌數(shù)據(jù)可知該電動(dòng)機(jī)的定子繞組為三角形接法，所以加在電動(dòng)機(jī)各相定子繞組上的電壓等于電源線電壓380V。該電動(dòng)機(jī)輸入的電功率可根據(jù)銘牌數(shù)據(jù)中的額定功率及額定效率求得：由三相電功率的計(jì)算公式可求出由銘牌數(shù)據(jù)可知電動(dòng)機(jī)為4極電機(jī)，同步轉(zhuǎn)速因此，額定轉(zhuǎn)差率何謂異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差速度？轉(zhuǎn)差率？異步電動(dòng)機(jī)處在何種狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)差率最大？何狀態(tài)下轉(zhuǎn)差率最??？

你能否從異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上識(shí)別出鼠籠型和繞線型？二者的工作原理相同嗎？

問(wèn)題與思考能否說(shuō)出三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)名稱(chēng)的由來(lái)。為什么異步電動(dòng)機(jī)也經(jīng)常被人們稱(chēng)為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)？2.2三相電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)每極下工作主磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)

異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩等于轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)矩之總和。上式中各參數(shù)：每極下工作主磁通遵循主磁通原理。轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)和轉(zhuǎn)子電流均隨轉(zhuǎn)差率的變化而變化。2.2.1電磁轉(zhuǎn)矩

將公式中各量的計(jì)算式代入電磁轉(zhuǎn)矩公式，即可得到電磁轉(zhuǎn)矩的另一種表達(dá)形式：

電磁轉(zhuǎn)矩T正比電源電壓U12的平方，反映了電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩在負(fù)載不變情況下，其大小取決于電源電壓的高低。但這并不意味電動(dòng)機(jī)的工作電壓越高，電動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出的電磁轉(zhuǎn)矩就越大。上式說(shuō)明，只要電機(jī)參數(shù)不發(fā)生變化，電磁轉(zhuǎn)矩

電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載運(yùn)行時(shí)，輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩的大小，實(shí)際上決定于來(lái)自于電動(dòng)機(jī)軸上負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的大小。換言之，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩T等于負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩TL時(shí)，電動(dòng)機(jī)就會(huì)在某一速度下穩(wěn)定運(yùn)行；若T>TL，電動(dòng)機(jī)就會(huì)加速運(yùn)行；若T<TL，電動(dòng)機(jī)則要減速運(yùn)行直至停轉(zhuǎn)。異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩特性電磁轉(zhuǎn)矩有三個(gè)重要值，分別為：Tmsm1T0sn=0n=n0根據(jù)公式可得異步機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩特性曲線：最大電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)最大電磁轉(zhuǎn)矩的臨界轉(zhuǎn)差率。1.額定轉(zhuǎn)矩TN

電動(dòng)機(jī)額定電壓下以額定轉(zhuǎn)速nN運(yùn)功率單位若為W時(shí)，9550改為9.55行，輸出額定機(jī)械功率PN時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸上對(duì)應(yīng)輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩為額定電磁轉(zhuǎn)矩TN。

最大轉(zhuǎn)矩反映了電動(dòng)機(jī)帶最大負(fù)載的性能，我們把它與額定轉(zhuǎn)矩的比值稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，即：TMT0s最大電磁轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩2.最大轉(zhuǎn)矩TM

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩反映了異步機(jī)帶負(fù)載啟動(dòng)時(shí)的性能。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定電磁轉(zhuǎn)矩之比稱(chēng)作電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)能力，即：Tst3.啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst

λm通常在1.6~2.0之間。如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過(guò)了最大轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)將停轉(zhuǎn)。

λst通常在1.4~1.8之間。如果電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst小于電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩TL時(shí)，電動(dòng)機(jī)將無(wú)法啟動(dòng)。2.2.2異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性n0T機(jī)械特性曲線額定工作點(diǎn)NnNTNTstTM額定轉(zhuǎn)矩

電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在AB段，其電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動(dòng)調(diào)整，這種能力稱(chēng)為自適應(yīng)負(fù)載能力。ABC

機(jī)械特性曲線可分為穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)AB段和非穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)BC段兩部分。

電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)TL=TN。當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，TL'>TN動(dòng)力小于阻力

電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)被破壞

轉(zhuǎn)速n下降

轉(zhuǎn)差率s上升

轉(zhuǎn)子電路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增加

電流I2增大

定子電流I1隨之增大

電磁轉(zhuǎn)矩T增大至T′

當(dāng)T′=TL′時(shí)

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速重新穩(wěn)定在n'上，此時(shí)n′<n。特性曲線的N點(diǎn)向右移。

顯然，把轉(zhuǎn)矩特性曲線旋轉(zhuǎn)90°后即可得到機(jī)械特性曲線。額定轉(zhuǎn)速最大電磁轉(zhuǎn)矩起動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩分析

電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在TL=TN。當(dāng)負(fù)載減少時(shí)，TL″<TN動(dòng)力大于阻力

電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)被破壞

轉(zhuǎn)速n上升

轉(zhuǎn)差率s下降

轉(zhuǎn)子電路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減小

電流I2減小

定子電流I1隨之減小

電磁轉(zhuǎn)矩T減小至T″

當(dāng)T″=TL″時(shí)

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速重新穩(wěn)定在n″上，此時(shí)n″>n。沿特性曲線左移。N′N(xiāo)″1．降低定子端電壓時(shí)U1時(shí)的人為機(jī)械特性2.2.3異步電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性

人為地改變異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組端電壓U1、電源頻率f1、定子極對(duì)數(shù)p、定子回路電阻或電抗、轉(zhuǎn)子回路的電阻和電抗中的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)后，所獲得的機(jī)械特性稱(chēng)為人為機(jī)械特性。

如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩接近額定，降低電源電壓對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行是極為不利的。因?yàn)楫?dāng)負(fù)載為額定值不變時(shí)，若電源電壓因故降低，氣隙主磁通減小，但轉(zhuǎn)速變化不大，其功率因數(shù)cosφ2變化不大，則從公式Tem=CTΦ0I2'cosφ2可知，轉(zhuǎn)子電流I2'要增大，使定子電流I1相應(yīng)增大。其中：TL1-恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性；TL2-風(fēng)機(jī)類(lèi)負(fù)載特性。2．定子回路串接三相對(duì)稱(chēng)阻抗時(shí)的人為機(jī)械特性

當(dāng)其他量不變，僅在異步電動(dòng)機(jī)定子回路串入三相對(duì)稱(chēng)阻抗Rf時(shí)的人為機(jī)械特性如下圖所示。sm、Tm及Tst都隨Rf的增大而減小。定子串入對(duì)稱(chēng)阻抗，一般用于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的降壓?jiǎn)?dòng)，以限制啟動(dòng)電流。3．轉(zhuǎn)子回路串入三相對(duì)稱(chēng)電阻的人為機(jī)械特性

在繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路串入同樣大小的電阻RP，使轉(zhuǎn)子回路電阻由R2上升為R2‘＝R2+RP，n1及Tm都不變；sm隨著RP的增大而增大，Tst值將改變，開(kāi)始隨RP的增大而增大，一直增大到RP’時(shí)，Tst=Tm，如RP繼續(xù)增大，Tst將開(kāi)始減小，人為機(jī)械特性如下圖所示。

繞線式異步電動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)子回路中串接對(duì)稱(chēng)電阻，可用來(lái)對(duì)繞線式異步電動(dòng)機(jī)速度的平滑調(diào)節(jié)，還適用于改善繞線式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能。將三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)的定子轉(zhuǎn)子三相繞組開(kāi)路，問(wèn)這臺(tái)電動(dòng)機(jī)能否轉(zhuǎn)動(dòng)？

三相異步電動(dòng)機(jī)中的空氣隙大小對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行有何影響？

問(wèn)題與思考為什么增加三相異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載時(shí)，定子電流會(huì)隨之增加？已知三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在額定狀態(tài)下，當(dāng)（1）負(fù)載增大；（2）電壓升高；（3）頻率升高時(shí)，試分別分析電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電流的變化情況？

電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電源電壓之間的關(guān)系如何？若在運(yùn)行過(guò)程中電源電壓降為額定值的60%，假如負(fù)載不變，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、電流及轉(zhuǎn)速有何變化？2.3電力拖動(dòng)的基本知識(shí)采用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝過(guò)程各種要求的系統(tǒng)，稱(chēng)為電力拖動(dòng)系統(tǒng)。電力拖動(dòng)系統(tǒng)一般由控制設(shè)備、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)機(jī)械和電源等組成，如下圖所示。

電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，通過(guò)傳動(dòng)系統(tǒng)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械工作；控制設(shè)備由各種控制電機(jī)、電器、自動(dòng)化元器件及工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、可編程控制器等組成，用以控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)機(jī)械各種運(yùn)動(dòng)的控制；電源用來(lái)向電動(dòng)機(jī)和控制設(shè)備供電；生產(chǎn)機(jī)械則是執(zhí)行各種運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。2.3.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式1.單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式

上式中的T是電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，TL是來(lái)自于電動(dòng)機(jī)軸上的生產(chǎn)機(jī)械阻轉(zhuǎn)矩，它們的單位均是牛米【N·m】；GD2是飛輪力矩，單位是牛米平方【N·m2】。2.運(yùn)動(dòng)方程式中各轉(zhuǎn)矩正方向的確定及工作性質(zhì)

在上述運(yùn)動(dòng)方程式中：①任意規(guī)定某一旋轉(zhuǎn)方向?yàn)閚的正方向。電磁轉(zhuǎn)矩T的正方向與轉(zhuǎn)速n的正方向相同。當(dāng)T為正值時(shí)，為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩；當(dāng)T為負(fù)值時(shí)，為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

②負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的正方向與轉(zhuǎn)速n的正方向相反。負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL為正值時(shí)，為阻轉(zhuǎn)矩；當(dāng)TL為負(fù)值時(shí)，為拖動(dòng)轉(zhuǎn)矩。③加速轉(zhuǎn)矩

的大小

及正負(fù)號(hào)由電磁轉(zhuǎn)矩T和負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩TL的代數(shù)和確定。3.電力拖動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)

電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)有加速狀態(tài)、減速狀態(tài)和穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)3種，可以根據(jù)運(yùn)行方程進(jìn)行判斷。由此可知，當(dāng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩相等時(shí)，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，轉(zhuǎn)速為定值；一旦受到外界干擾，這種穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)就會(huì)打破，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就會(huì)發(fā)生變化。對(duì)于一個(gè)穩(wěn)定系統(tǒng)而言，當(dāng)系統(tǒng)的平衡被打破時(shí)，應(yīng)具有恢復(fù)平衡狀態(tài)的能力。①當(dāng)T=TL時(shí)，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于靜止或勻速運(yùn)行的穩(wěn)定狀態(tài)；②當(dāng)T>TL時(shí)，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于加速過(guò)渡過(guò)程狀態(tài)；③當(dāng)T<TL時(shí)，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于減速過(guò)渡過(guò)程狀態(tài)。2.3.1電力拖動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性

恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性是指生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n無(wú)關(guān)的特性。分反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載兩種。

圖示為反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其轉(zhuǎn)矩的大小不變，方向始終與生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)方向相反，總是阻礙運(yùn)動(dòng)。按正方向規(guī)定，當(dāng)轉(zhuǎn)速n為正方向時(shí)，反抗性負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL方向與n方向相反，即TL也為正，負(fù)載在圖中第Ⅰ象限；當(dāng)n為反方向時(shí)，反抗性負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL方向與n方向相同，即TL為負(fù)，負(fù)載在圖中第Ⅲ象限。1.恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性

位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載是由重力作用產(chǎn)生的。其特點(diǎn)：不論生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行方向變化與否，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的絕對(duì)值恒定不變，且方向也不變（與運(yùn)動(dòng)方向無(wú)關(guān)），總是重力作用的方向。如起重機(jī)提升和下放重物屬于此類(lèi)負(fù)載。

圖示為位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。當(dāng)起重機(jī)提升重物時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL方向與n方向相反，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL為阻轉(zhuǎn)矩，負(fù)載在圖中第Ⅰ象限；當(dāng)起重機(jī)下放重物時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL方向與n方向相同，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL為負(fù)，負(fù)載在圖中第Ⅳ象限。位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的機(jī)械特性

恒功率負(fù)載特性的特點(diǎn)是：當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速變化時(shí)，負(fù)載從電動(dòng)機(jī)吸取的功率為恒定值，即TL與n成反比，特性曲線為一條雙曲線。

顯然，當(dāng)功率一定時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速成反比。車(chē)床的車(chē)削加工就是恒功率負(fù)載，車(chē)床粗加工時(shí)，切削量大，負(fù)載阻力大，采用低速檔；精加工時(shí)，切削量小，負(fù)載阻力小，采用高速檔。2.恒功率負(fù)載的機(jī)械特性

恒功率負(fù)載從電動(dòng)機(jī)吸取的功率為：

通風(fēng)機(jī)泵類(lèi)負(fù)載的機(jī)械特性為一條拋物線，水泵、油泵、鼓風(fēng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)和螺旋槳等均屬于此類(lèi)負(fù)載。式中的C是比例常數(shù)。3.通風(fēng)機(jī)泵類(lèi)負(fù)載的機(jī)械特性

通風(fēng)機(jī)泵類(lèi)負(fù)載是按離心原理工作的，其特點(diǎn)是負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的大小與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的平方成正比。即

應(yīng)當(dāng)指出的是，實(shí)際的負(fù)載可能是上述單一類(lèi)型的，也可能是幾種典型負(fù)載的綜合。如起重機(jī)提升重物時(shí)，除位能性負(fù)載外，還要克服系統(tǒng)摩擦轉(zhuǎn)矩這一反抗性負(fù)載轉(zhuǎn)矩，所以此時(shí)電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL就為這兩種轉(zhuǎn)矩之和。

在什么條件下，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于靜止或勻速運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定狀態(tài)？

說(shuō)一說(shuō)什么是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，其負(fù)載特性有什么特點(diǎn)？問(wèn)題與思考當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n下降，而外加電源電壓不變時(shí)，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩會(huì)不會(huì)改變？2.4三相異步電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)2.4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制

人們對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的要求：?jiǎn)?dòng)電流小、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、啟動(dòng)時(shí)間短和所用啟動(dòng)裝置及操作方法盡量簡(jiǎn)單易行。1.三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)有全壓?jiǎn)?dòng)和降壓?jiǎn)?dòng)兩種方法。（1）全壓?jiǎn)?dòng)

異步電動(dòng)機(jī)若要啟動(dòng)成功，必須保證啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩TST大于來(lái)自軸上的負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩TL。TST和TL之間的差值越大，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程越短；但一般中、小型鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流IST約為額定電流IN的4～7倍，因此差值過(guò)大又會(huì)引起傳動(dòng)機(jī)構(gòu)受到較大的沖擊力而造成損壞；頻繁啟動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械，其啟動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短將對(duì)勞動(dòng)生產(chǎn)率或線路產(chǎn)生一定的影響。

通常規(guī)定，電動(dòng)機(jī)容量在10kW以下，并且小于供電變壓器容量的20％時(shí)，電動(dòng)機(jī)才可直接加全壓?jiǎn)?dòng)，或者滿足下式全壓?jiǎn)?dòng)也叫做直接啟動(dòng)。其顯著優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)電流較大，通常是額定電流的4~7倍，這么大的起動(dòng)電流將使線路電壓下降，嚴(yán)重時(shí)影響同一電網(wǎng)上的其它負(fù)載正常工作。時(shí)，電動(dòng)機(jī)方可直接加全壓?jiǎn)?dòng)，稱(chēng)為全壓?jiǎn)?dòng)。

因此，凡不滿足全壓?jiǎn)?dòng)條件的電動(dòng)機(jī)，需采用降壓?jiǎn)?dòng)。降壓?jiǎn)?dòng)并不是降低電源電壓，而是采用某種方法，使加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓降低。

（2）定子繞組串電阻或電抗的降壓?jiǎn)?dòng)

電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，在定子電路中串入電阻或電抗，使加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的相電壓低于定子繞組的額定電壓，啟動(dòng)電流IST'就會(huì)小于全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的起動(dòng)電流IST，待電動(dòng)機(jī)起動(dòng)完畢，再將串入定子繞組中的電阻或電抗切除，使電動(dòng)機(jī)在額定電壓下正常運(yùn)行。

降壓?jiǎn)?dòng)即分兩步進(jìn)行：先給電動(dòng)機(jī)接通較低電壓以限制啟動(dòng)電流，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)，再加上額定電壓使其進(jìn)入正常運(yùn)行。

這種啟動(dòng)方法具有啟動(dòng)平衡、運(yùn)行可靠、設(shè)備簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨電動(dòng)機(jī)定子相電壓的平方降低，因此只適合空載或輕載啟動(dòng)。

即：電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)定子繞組連成星形，啟動(dòng)后轉(zhuǎn)速升高，當(dāng)轉(zhuǎn)速基本達(dá)到額定值時(shí)再切換成三角形連接的啟動(dòng)方法。手柄上打，定子繞組Δ形運(yùn)行手柄下搬，定子繞組成Y形啟動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)電流降為全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的1/3；QS1L3V2L2L1QS2FUV1U1U2W1W2V1U1W1W2U2V2缺點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)矩也降為全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的1/3。適用范圍正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為三角形連接，且每相繞組都有兩個(gè)引出端子的電機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)Y-Δ啟動(dòng)器閉合電源開(kāi)關(guān)，為電機(jī)通電做好準(zhǔn)備（3）Y-Δ降壓?jiǎn)?dòng)

例解某三相異步電動(dòng)機(jī)，接于線電壓=380V的三相電源，已知電機(jī)三相定子繞組正常運(yùn)行為

形接法，額定電流IN=20A，剛啟動(dòng)瞬間電流與額定電流之比是7。

求：（1）接法時(shí)的啟動(dòng)電流Ist

（2）若啟動(dòng)時(shí)電機(jī)改為Y接法，求

IstY。(1)已知Ist/IN=7，可得直接啟動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流為：(2)若改為Y形啟動(dòng)，根據(jù)前面所講知識(shí)可得：采用Y-Δ起動(dòng)，顯然大大減小了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的影響。

利用三相自耦變壓器將電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中的端電壓降低，以達(dá)到減小啟動(dòng)電流的目的。自耦變壓器備有40％、60％、80％等多種抽頭，使用時(shí)要根據(jù)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求具體選擇。運(yùn)行時(shí)上打與電機(jī)直通啟動(dòng)時(shí)下搬通過(guò)自耦變壓器降壓QS1L3V1L2L1QS2FUU1W1V1U1W1L2L1L3優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：具有不同的抽頭，可以根據(jù)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求，比較方便的得到不同的電壓。設(shè)備體積大、成本高。適用范圍

適用于容量較大的電動(dòng)機(jī)或不能用Y-Δ降壓?jiǎn)?dòng)的鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)。三相自耦變壓器閉合電源開(kāi)關(guān)，為電機(jī)通電做好準(zhǔn)備（3）自耦降壓?jiǎn)?dòng)

2.繞線型異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)繞線式異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，只要在轉(zhuǎn)子電路中串入適當(dāng)?shù)膯?dòng)電阻Rst，就可以達(dá)到減小啟動(dòng)電流增大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的目的。（1）轉(zhuǎn)子串電阻降壓?jiǎn)?dòng)

啟動(dòng)過(guò)程中逐步切除啟動(dòng)電阻，啟動(dòng)完畢后將啟動(dòng)電阻全部短接，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。（2）轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器的降壓?jiǎn)?dòng)

頻繁變阻器是一種阻抗值隨頻率明顯變化、靜止的無(wú)觸點(diǎn)電磁元件。頻敏變阻器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)鐵芯損耗很大的三相電抗器，鐵芯做成三柱式，由較厚的鋼板疊成。三個(gè)鋼板柱上每柱繞一個(gè)線圈，三相線圈接成星形，然后接到繞線型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組上，

頻敏變阻器在啟動(dòng)過(guò)程中可自動(dòng)減小阻值，這種降壓?jiǎn)?dòng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、壽命長(zhǎng)和啟動(dòng)電流小以及啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的優(yōu)點(diǎn)，且啟動(dòng)過(guò)程平滑性好。與鼠籠型異步機(jī)相比，繞線型異步機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩更大，在要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大的卷?yè)P(yáng)機(jī)、起重機(jī)等場(chǎng)合得到了廣泛的應(yīng)用。

2.4.2三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制

在負(fù)載不變的情況下，用人為的方法使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)哪骋粩?shù)值改變到另一數(shù)值的過(guò)程稱(chēng)為調(diào)速。(1)改變極對(duì)數(shù)p，

實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速；由式可知，異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速通過(guò)三種形式可實(shí)現(xiàn)：三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：(2)改變轉(zhuǎn)差率s，

實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；(3)改變電源頻率f1，

實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。

目前，第三種調(diào)速方法發(fā)展很快，且調(diào)速性能較好。其主要環(huán)節(jié)是研制變頻電源，通常由整流器、逆變器等組成。

變極調(diào)速能做到分級(jí)變速，不可能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。但變極調(diào)速比較經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便，目前廣泛應(yīng)用于機(jī)床中各拖動(dòng)系統(tǒng)，以簡(jiǎn)化機(jī)床的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。1.變極調(diào)速（適用于鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)）變極原理：

籠型異步機(jī)定子每相繞組可看成是由兩個(gè)完全對(duì)稱(chēng)的“半相繞組”組成，a）圖中U相的1U1、1U2和2U1、2U2兩個(gè)半繞組為頭尾相接順向串聯(lián)，形成一個(gè)4極磁場(chǎng)；b）圖中兩個(gè)半繞組采取尾接尾方式，c）圖中兩個(gè)半繞組頭尾反向并聯(lián)，均可構(gòu)成2極磁場(chǎng)。顯然，只要改變定子繞組接法即可達(dá)變極目的，簡(jiǎn)單易行。a）圖為每相兩個(gè)半繞組采取順向串聯(lián)后的Y接，產(chǎn)生的是4極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；b）圖為每相半繞組反并時(shí)的三相繞組接線圖；右圖為每相的兩個(gè)半繞組反并后構(gòu)成的YY接三相繞組，變?yōu)?極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。Y/YY變極調(diào)速

顯然，變極調(diào)速實(shí)質(zhì)上是通過(guò)改變繞組的連接方式來(lái)改變電流的方向，進(jìn)而改變極對(duì)數(shù)的一種調(diào)速方法。為保證變極調(diào)速前后電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變，在改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)定子繞組接線的同時(shí)，必須將V、W兩相的線端對(duì)調(diào)，使電動(dòng)機(jī)接入電源的相序改變，這一點(diǎn)在工程實(shí)踐中尤其應(yīng)注意。a）圖變極前每相兩個(gè)半繞組采取順向串聯(lián)后的Δ接，產(chǎn)生的是4極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；b）圖為每相半繞組反并時(shí)的三相繞組接線圖；右圖為每相的兩個(gè)半繞組反并后構(gòu)成的YY接三相繞組，變?yōu)?極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。Δ/YY變極調(diào)速Y/YY變極調(diào)速前后，電動(dòng)機(jī)的極數(shù)由4極變?yōu)?極減少一半，轉(zhuǎn)速增加一倍，輸出功率增大一倍，而輸出轉(zhuǎn)矩基本不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)，適用于拖動(dòng)起重機(jī)、電梯、運(yùn)輸帶等恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。

變極調(diào)速具有操作簡(jiǎn)單、設(shè)備成本低、效率高、機(jī)械特性硬的特點(diǎn)，且采用不同的接線方式，即可適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、又可適用于恒功率負(fù)載的調(diào)速。只是鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速屬于有級(jí)調(diào)速，而且只能是有限的幾檔速度，因此適用于對(duì)調(diào)速要求不高且不需平滑調(diào)速的場(chǎng)合。

可見(jiàn)，電動(dòng)機(jī)Δ/YY變極調(diào)速后，電動(dòng)機(jī)的極數(shù)由4極變?yōu)?極減少一半，轉(zhuǎn)速增加一倍，轉(zhuǎn)矩則近似減小一半，輸出功率基本不變，因此屬于恒功率調(diào)速性質(zhì)，適用于車(chē)床切削加工。例如當(dāng)粗車(chē)削時(shí)，進(jìn)刀量大，轉(zhuǎn)速低；精車(chē)削時(shí)，進(jìn)刀量小，轉(zhuǎn)速高，但負(fù)載功率近似不變。

變頻調(diào)速的基本原理是根據(jù)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與工作電源輸入頻率成正比的關(guān)系：n=60f（1-s）/p，通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。下圖所示為變頻電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品。2.變頻調(diào)速

變頻調(diào)速的關(guān)鍵是為電動(dòng)機(jī)設(shè)置專(zhuān)用的變頻電源，因此成本較高。目前晶閘管變頻電源已經(jīng)可以把50Hz的交流電源轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的交流電源，以實(shí)現(xiàn)范圍較寬的無(wú)級(jí)調(diào)速，隨著電子器件成本的不斷降低和可靠性的不斷提高，變頻調(diào)速的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛。

在繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入可調(diào)節(jié)的電阻來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率，以達(dá)到調(diào)速目的的方法。

3.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

這種變轉(zhuǎn)差率調(diào)速的方法，其優(yōu)點(diǎn)是有一定的調(diào)速范圍，且可做到無(wú)級(jí)調(diào)速，設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便。缺點(diǎn)是能耗較大，效率較低，并且隨著調(diào)速電阻的增大，機(jī)械特性將變軟，運(yùn)行穩(wěn)定性將變差。一般應(yīng)用于短時(shí)工作制、且對(duì)效率要求不高的起重設(shè)備中。

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速的特點(diǎn)是電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速不變。2.4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)控制

三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向總是同旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向相一致，而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向取決于通入異步電動(dòng)機(jī)定子繞組中的三相電流的相序。因此，若要電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，只需把接到電動(dòng)機(jī)定子繞組上的三根電源線中的任意兩根對(duì)調(diào)一下位置，三相異步電動(dòng)機(jī)即可改變旋轉(zhuǎn)方向。2.4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制

電動(dòng)機(jī)斷電后由于機(jī)械慣性總要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能停下來(lái)。為了提高生產(chǎn)效率及安全，采用一定的方法讓高速運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)，就是所謂的制動(dòng)。三相異步電動(dòng)機(jī)常用的制動(dòng)方法有以下幾種：1.能耗制動(dòng)n0=0當(dāng)電動(dòng)機(jī)三相定子繞組與交流電源斷開(kāi)后，把直流電通入兩相繞組，產(chǎn)生固定不動(dòng)的磁場(chǎng)n0。

電動(dòng)機(jī)由于慣性仍在運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割固定磁場(chǎng)產(chǎn)生感應(yīng)電流。

載流導(dǎo)體在磁場(chǎng)中又會(huì)受到與轉(zhuǎn)子慣性方向相反的電磁力作用，由此使電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)。

能耗制動(dòng)常用于生產(chǎn)機(jī)械中的各種機(jī)床制動(dòng)。M~3R＋－NS×·FFn2.反接制動(dòng)

把與電源相接的三根火線中的任意兩根對(duì)調(diào)，使旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)改變方向，從而產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的方法。

在電動(dòng)機(jī)的定子繞組中通入對(duì)稱(chēng)三相交流電，電動(dòng)機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。

改變通入定子繞組中電流的相序，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反向，轉(zhuǎn)子受到與慣性旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁力，使電機(jī)迅速停轉(zhuǎn)。

反接制動(dòng)方法制動(dòng)動(dòng)力強(qiáng)，停車(chē)迅速，無(wú)需直流電源，但制動(dòng)過(guò)程中沖擊力大，電路能量消耗也大。反接制動(dòng)通常適用于某些中型車(chē)床和銑床的主軸制動(dòng)。M~3ABCn0NS×·FF3.再生發(fā)電制動(dòng)

再生發(fā)電制動(dòng)也稱(chēng)為回饋制動(dòng)。是一種使用在電力機(jī)車(chē)、有軌電車(chē)、無(wú)軌電車(chē)及起重機(jī)或混合動(dòng)力汽車(chē)上常見(jiàn)的制動(dòng)方法。n>n0

由于慣性，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速只能逐漸下降，這時(shí)出現(xiàn)了n>n0的情況；起重機(jī)快速下放重物時(shí)，重物拖動(dòng)轉(zhuǎn)子也會(huì)出現(xiàn)n>n0的情況。只要電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n超過(guò)同步轉(zhuǎn)速n0的情況發(fā)生，電動(dòng)機(jī)就會(huì)從電動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)入發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，這時(shí)轉(zhuǎn)子電流和電磁轉(zhuǎn)矩的方向均發(fā)生改變，其中電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩成為阻止電動(dòng)機(jī)加速，限制轉(zhuǎn)速的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

再生發(fā)電制動(dòng)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)將重物的勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔茉俜答伝厮徒o電網(wǎng)，所以再生發(fā)電制動(dòng)也常被稱(chēng)為反饋制動(dòng)。反饋制動(dòng)實(shí)際上不是讓電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)而是用于限制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。一臺(tái)380V、Y接的鼠籠式異步機(jī)，能否采用Y-Δ啟動(dòng)？為什么？

三相異步電動(dòng)機(jī)若要反轉(zhuǎn)，須采取什么措施？問(wèn)題與思考何謂三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)？直接啟動(dòng)應(yīng)滿足什么條件？何謂三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速？鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有哪些?

何謂三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)？電氣制動(dòng)的方法有哪些？2.5三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇

異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用很廣，它所拖動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械多種多樣，要求也各不相同。選用異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面進(jìn)行考慮，以實(shí)用、合理、經(jīng)濟(jì)和安全為原則，正確選用其種類(lèi)、功率、結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速等，以確保安全可靠地運(yùn)行。2.5.1種類(lèi)選擇

鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、工作可靠、維護(hù)方便、價(jià)格低廉，但調(diào)速性能差，啟動(dòng)電流大、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小，功率因數(shù)較低。一般用于無(wú)特殊調(diào)速要求的生產(chǎn)機(jī)械，如泵類(lèi)、通風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、金屬切削機(jī)床等。

繞線型異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)性能和調(diào)速性能優(yōu)于鼠籠型異步機(jī)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，起動(dòng)、維護(hù)較麻煩，價(jià)格比較貴。主要適用需要有較大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、且調(diào)速性能要求較高的起重機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、電梯等。。2.5.2功率選擇

電動(dòng)機(jī)功率的選擇是由生產(chǎn)機(jī)械決定的。電動(dòng)機(jī)功率選擇的原則是：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。

開(kāi)啟式異步機(jī)在結(jié)構(gòu)上無(wú)特殊防護(hù)裝置，但通風(fēng)散熱好、價(jià)格便宜，適用于干燥、無(wú)灰塵的場(chǎng)所；防護(hù)式電動(dòng)機(jī)的機(jī)殼或端蓋處有通風(fēng)孔，可防雨、防濺及防止鐵屑等雜物掉入電機(jī)內(nèi)部，但不能防塵、防潮。適用于灰塵不多且較干燥的場(chǎng)所；封閉式電機(jī)外殼嚴(yán)密封閉，能防止潮氣和灰塵進(jìn)入，但體積較大，散熱差，價(jià)格較高，常用于多塵、潮濕的場(chǎng)所；防爆式電動(dòng)機(jī)外殼和接線端全部密閉，不會(huì)讓電火花濺到殼外，能防止外部易燃、易爆氣體侵入機(jī)內(nèi)，適用于石油、化工企業(yè)，煤礦及其他有爆炸性氣體的場(chǎng)所。。2.5.3結(jié)構(gòu)選擇2.5.4轉(zhuǎn)速選擇

電動(dòng)機(jī)功率一定時(shí)，轉(zhuǎn)速越高，體積就越小，價(jià)格也越低，但需要變速比較大的減速機(jī)構(gòu)。因此，選擇時(shí)應(yīng)綜合考慮電動(dòng)機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)等諸方面因素。電動(dòng)機(jī)的功率選擇原則是什么？

問(wèn)題與思考在啟動(dòng)性能要求不高的場(chǎng)合，通常選用鼠籠式異步機(jī)還是選擇繞線式異步機(jī)？工廠機(jī)床內(nèi)的異步電動(dòng)機(jī)通常采用哪種外形結(jié)構(gòu)？2.6單相異步電動(dòng)機(jī)

實(shí)驗(yàn)室、家庭及辦公場(chǎng)所通常是單相供電，因此實(shí)驗(yàn)室的很多儀器、各種電動(dòng)小型工具、家用洗衣機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇等，都采用單相異步電動(dòng)機(jī)。單相異步機(jī)采用鼠籠式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，一般容量多在0.75kW以下。電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相機(jī)洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)電風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)制冷壓縮機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品圖2.6.1單相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)問(wèn)題及其分類(lèi)2.6.1單相異步機(jī)的啟動(dòng)問(wèn)題

三相異步電動(dòng)機(jī)只所以能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，是因?yàn)樗亩ㄗ永@組通入對(duì)稱(chēng)三相交流電后產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。那么，單相異步電動(dòng)機(jī)通入單相交流電后，產(chǎn)生的是一個(gè)什么樣的磁場(chǎng)呢？單相機(jī)定子單相機(jī)轉(zhuǎn)子ωt0i在定子繞組中通入單相交流電×××NS

電流正半周，線圈導(dǎo)體中通過(guò)的電流始終為正值，如圖示：

相鄰導(dǎo)體中電流方向相同，電流的合成磁場(chǎng)方向一致。

顯然，電流正半周，電流的合成磁場(chǎng)隨時(shí)間大小不斷變化，但磁場(chǎng)軸線的位置始終不變。

電流的負(fù)半周，線圈導(dǎo)體中通過(guò)的電流方向始終為負(fù)，如圖示：×××SN