交流电动机的工作原理及特性

1、 了解三相异步电动机的基本结构及工作原理；了解三相异步电动机的基本结构及工作原理； 掌握三相异步电动机的转矩特性和机械特性；掌握三相异步电动机的转矩特性和机械特性； 掌握三相异步电动机的连接方法和额定参数。掌握三相异步电动机的连接方法和额定参数。 掌握实现三相异步电动机启动、调速和制掌握实现三相异步电动机启动、调速和制动的各种方法及它们的使用场所；动的各种方法及它们的使用场所； 掌握三相异步电动机启动、调速和制动掌握三相异步电动机启动、调速和制动等各种特性；等各种特性； 了解同步电动机的结构、工作原理、运了解同步电动机的结构、工作原理、运行特性和启动方法。行特性和启动方法。4.1 4.1 三相

2、异步电动机的基本结构和工作原理三相异步电动机的基本结构和工作原理 一、三相异步电动机的基本结构一、三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机主要由定子和转子两个部分组成，三相异步电动机主要由定子和转子两个部分组成，定子是不动的部分，转子是旋转部分，在定子和转子定子是不动的部分，转子是旋转部分，在定子和转子之间有一定的气隙。如图所示。之间有一定的气隙。如图所示。1.1.轴承盖，轴承盖，2.2.端盖，端盖，3.3.接线盒，接线盒，4.4.散热片散热片 5.5.定子铁心定子铁心,4.,4.定定子绕组子绕组,7.,7.转轴转轴,8.,8.转子转子,9.,9.风扇风扇,11.,11.轴承轴承,12.,12

3、.机座机座1.1.定子定子 定子由定子铁心、绕组以及定子由定子铁心、绕组以及机座机座组成。组成。 定子铁心是磁路的一定子铁心是磁路的一部分，它由部分，它由0.6mm0.6mm的硅钢片的硅钢片叠压而成，片与片之间是叠压而成，片与片之间是绝缘的，以减少涡流损耗。绝缘的，以减少涡流损耗。定子铁心的硅钢片的内圆定子铁心的硅钢片的内圆冲有定子槽，槽中冲有定子槽，槽中安放线圈，如图所示。硅钢片铁心在叠压后成为一个安放线圈，如图所示。硅钢片铁心在叠压后成为一个整体，固定于机座上。整体，固定于机座上。 定子绕组是电动机的电路部分。三相电动定子绕组是电动机的电路部分。三相电动机的定子绕组分为三个部分对称地分布在

4、定子机的定子绕组分为三个部分对称地分布在定子铁心上，称为三相绕组，分别用铁心上，称为三相绕组，分别用AX、BY、CZ表示，其中，表示，其中，A、B、C称为首端，而称为首端，而X、Y、Z称为末端。称为末端。 机座主要用于固定与支撑定子铁心。中机座主要用于固定与支撑定子铁心。中小型异步电动机一般采用铸铁机座。根据不小型异步电动机一般采用铸铁机座。根据不同的冷却方式采用不同的机座型式。同的冷却方式采用不同的机座型式。 三相绕组接入三相交流电源，三相绕组中三相绕组接入三相交流电源，三相绕组中的电流定子铁心中产生的电流定子铁心中产生旋转磁场旋转磁场。 2.2.转子转子 转子铁心也是电动机转子铁心也是电动

5、机磁路的一部分，由硅钢磁路的一部分，由硅钢片叠压而成。转子铁心片叠压而成。转子铁心装在转轴上。硅钢片冲装在转轴上。硅钢片冲片如图所示。片如图所示。 转子由铁心与绕组组成。转子由铁心与绕组组成。 线绕式和鼠笼式两种电动机的转子构造虽然不同，线绕式和鼠笼式两种电动机的转子构造虽然不同，但工作原理是一致的。转子的作用是但工作原理是一致的。转子的作用是产生转子电流，即产生转子电流，即产生电磁转矩。产生电磁转矩。 鼠笼式异步电动机转子鼠笼式异步电动机转子绕组是在转子铁心槽里插绕组是在转子铁心槽里插入铜条，再将全部铜条两入铜条，再将全部铜条两端焊在两个铜端环上而组端焊在两个铜端环上而组成，如图所示。成，如

6、图所示。 线绕式异步电动线绕式异步电动机转子绕组是由线圈机转子绕组是由线圈绕组放入转子铁心槽绕组放入转子铁心槽内，并分为三相对称内，并分为三相对称绕组，与定子产生的绕组，与定子产生的磁极数相同。磁极数相同。二、三相异步电动机的工作原理二、三相异步电动机的工作原理 1 1定子旋转磁场定子旋转磁场 假设每相绕组只有一个线匝，分别嵌放在定子内圆假设每相绕组只有一个线匝，分别嵌放在定子内圆周的周的6个凹槽之中。现将三相绕组的末端个凹槽之中。现将三相绕组的末端X、Y、Z相连，相连，首端首端A、B、C接三相交流电源。且三相绕组分别叫做接三相交流电源。且三相绕组分别叫做A、B、C相绕组。如图所示。相绕组。如

7、图所示。 假定定子绕组中电流的正方向规定为从首端假定定子绕组中电流的正方向规定为从首端流向末端，且流向末端，且A相绕组的电流作为参考正弦量，相绕组的电流作为参考正弦量，即即 iA的初相位为零，则三相绕组的初相位为零，则三相绕组A、B、C的电的电流（相序为流（相序为ABC）的瞬时值为：）的瞬时值为：tIi sinmA )32sin(mB tIi)34sin(mC tIi 时时01 t iB为负，电流实际方向与正方向相反，为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从即电流从Y端流到端流到B端；端； iC为正，电流实际方向与正方向一致，为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从即电流从C端流到端流到Z端。

8、端。 iA=0 按右手螺旋法则确定三相电流产生的按右手螺旋法则确定三相电流产生的合成磁场，如图（合成磁场，如图（a）箭头所示。）箭头所示。 时时62Tt iB为负，电流实际方向与正方向相反，即电为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从流从Y端流到端流到B端；端； iA为正，电流实际方向与正方向一致，即为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从电流从A端流到端流到X端。端。iC=0 此时的合成磁场如图（此时的合成磁场如图（b）所示，合成）所示，合成磁场已从磁场已从t=0 瞬间所在位置顺时针方向旋转瞬间所在位置顺时针方向旋转了了 /3。 时时33Tt iC为负，电流实际方向与正方向相反，为负，电流实

9、际方向与正方向相反，即电流从即电流从Z端流到端流到C端；端； iA为正，电流实际方向与正方向一致，为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从即电流从A端流到端流到X端。端。 iB=0 此时的合成磁场如图（此时的合成磁场如图（c）所示，合成磁）所示，合成磁场已从场已从t=0 瞬间所在位置顺时针方向旋转了瞬间所在位置顺时针方向旋转了2 /3。 时时24Tt 0A i iC为负，电流实际方向与正方向相反，即为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从电流从Z端流到端流到C端；端； iB为正，电流实际方向与正方向一致，即电为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从流从B端流到端流到Y端。端。 此时的合成磁场如

10、图（此时的合成磁场如图（d）所示，合成磁场）所示，合成磁场已从已从 t=0 瞬间所在位置顺时针方向旋转了瞬间所在位置顺时针方向旋转了 。 按以上分析可以证明：当三相电流随时按以上分析可以证明：当三相电流随时间不断变化时，合成磁场也在不断旋转，故称间不断变化时，合成磁场也在不断旋转，故称旋转磁场旋转磁场。2旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向 A相绕组内的电流超前相绕组内的电流超前B相绕组内的电流相绕组内的电流2 /3，而而B相绕组内的电流又超前相绕组内的电流又超前C相绕组内的电流相绕组内的电流2 /3，当三相交流电的当三相交流电的ABC ，旋转磁场的旋转，旋转磁场的旋转方向为从方向为从ABC，

11、即向顺时针方向旋转。，即向顺时针方向旋转。 如果将定子绕组接至电源的三根导线中的如果将定子绕组接至电源的三根导线中的任意两根线对调任意两根线对调，例如，将例如，将B B，C C两根线对调，两根线对调，使使B B相与相与C C相绕组中电流的相位对调，如图所相绕组中电流的相位对调，如图所示。示。 此时此时A相绕组内的电流超前相绕组内的电流超前C相绕组内相绕组内的电流的电流2 /3，而，而C相绕组内的电流又超前相绕组内的电流又超前B相绕组内的电流相绕组内的电流2 /3，用上述同样的分析，用上述同样的分析方法可知，此时旋转磁场的旋转方向将变为方法可知，此时旋转磁场的旋转方向将变为ACB，即向逆时针方向

12、旋转，如图所示，即向逆时针方向旋转，如图所示，即与未对调前的旋转方向相反。即与未对调前的旋转方向相反。 由此可见，要改变旋转磁场的旋转方向，由此可见，要改变旋转磁场的旋转方向，只要把定子绕组接到电源的三根导线中的任意只要把定子绕组接到电源的三根导线中的任意两根对调即可。两根对调即可。 3.旋转磁场的旋转磁场的极数与旋转速度极数与旋转速度 在交流电动机中，旋转磁场相对定子的旋在交流电动机中，旋转磁场相对定子的旋转速度被称为同步速度，用转速度被称为同步速度，用n0表示。表示。 以上讨论的旋转磁场，具有一对磁极（磁极以上讨论的旋转磁场，具有一对磁极（磁极对数用对数用p表示）即表示）即p=1。fn60

13、0 从上述分析可以看出，电流变化经过一个从上述分析可以看出，电流变化经过一个周期（变化周期（变化360电角度），旋转磁场在空间电角度），旋转磁场在空间也旋转了一转（转了也旋转了一转（转了360机械角度），若电机械角度），若电流的频率为流的频率为f，旋转磁场每分钟将旋转，旋转磁场每分钟将旋转60f 转，转，即：即： 如果把定子铁心的槽数增加如果把定子铁心的槽数增加1倍（倍（12个个槽），制成如图所示的三相绕组。槽），制成如图所示的三相绕组。 其中，每相绕组由两个部分串联组成，再其中，每相绕组由两个部分串联组成，再将这三相绕组接到对称三相电源使通过对称三将这三相绕组接到对称三相电源使通过对称三相电

14、流，便产生具有两对磁极的旋转磁场。如相电流，便产生具有两对磁极的旋转磁场。如图所示。图所示。 从图可以看出，对应于不同时刻，旋转磁从图可以看出，对应于不同时刻，旋转磁场在空间转到不同位置，此情况下电流变化场在空间转到不同位置，此情况下电流变化半个周期，旋转磁场在空间只转过了半个周期，旋转磁场在空间只转过了 /2，即，即1/4转，电流变化一个周期，旋转磁场在空间转，电流变化一个周期，旋转磁场在空间只转了只转了1/2转。转。 由此可知，当旋转磁场具有两对磁极由此可知，当旋转磁场具有两对磁极（p=2）时，其旋转速度仅为一对磁极时的一半。）时，其旋转速度仅为一对磁极时的一半。依次类推，当有依次类推，当

15、有p对磁极时，其转速为：对磁极时，其转速为：pfn600 4 4工作原理工作原理 三相异步电动机的工三相异步电动机的工作原理是基于定子旋转磁作原理是基于定子旋转磁场和转子电流的相互作用场和转子电流的相互作用。 在旋转磁场的作用下，转子导体切割磁力线（其方在旋转磁场的作用下，转子导体切割磁力线（其方向与旋转磁场的旋转方向相反），因而在导体内产生向与旋转磁场的旋转方向相反），因而在导体内产生感应电动势感应电动势e从而产生感应电流从而产生感应电流i。根据安培电磁力定律，。根据安培电磁力定律，转子电流与旋转磁场相互作用产生电磁力转子电流与旋转磁场相互作用产生电磁力F（其方向用（其方向用左手定则决定），

16、这力在转子的轴上形成电磁转矩，左手定则决定），这力在转子的轴上形成电磁转矩，且转矩作用方向与旋转磁场的旋转方向相同，转子受且转矩作用方向与旋转磁场的旋转方向相同，转子受此转矩的作用，按旋转磁场的旋转方向旋转起来。此转矩的作用，按旋转磁场的旋转方向旋转起来。 转子的旋转速度称为电动机的转速，用转子的旋转速度称为电动机的转速，用n表示。表示。 4.转差率转差率 S 由工作原理可知：转子的转速由工作原理可知：转子的转速n n（电动（电动机的转速）恒比旋转磁场的旋转速度机的转速）恒比旋转磁场的旋转速度n n0 0（同（同步速度）要小。转子与旋转磁场之间的步速度）要小。转子与旋转磁场之间的转速转速差差是

17、保证转子转速的主要因素，也是异步电是保证转子转速的主要因素，也是异步电动机的由来。动机的由来。 定义：转速差定义：转速差(n0-n)与同步转速与同步转速n0的比值的比值称为异步电动机的转差率，用表示称为异步电动机的转差率，用表示S，即，即00nnnS 转差率转差率S是分析异步电动机运行特性的主要是分析异步电动机运行特性的主要参数。参数。 4.2 4.2 三相异步电动机的额定参数三相异步电动机的额定参数 一、一、 三相异步电动机定子绕组的接法三相异步电动机定子绕组的接法 1 1两种接法两种接法 定子绕组的首端和末端通常都接在电动机定子绕组的首端和末端通常都接在电动机接线盒的接线柱上，一般按图所示

18、的方法排列。接线盒的接线柱上，一般按图所示的方法排列。 按照我国电工专业标按照我国电工专业标准规定：定子绕组出线端准规定：定子绕组出线端的首端为的首端为D1、D2、D3，末端为末端为D4、D6、D6。 三相电动机的定子绕组有三相电动机的定子绕组有星形（星形（Y型）型）和和三角形（形）三角形（形）两种不同的接法，如图所示。两种不同的接法，如图所示。2 2线电压与相电压线电压与相电压 线电压线电压： 两相绕组首端之间的电压，用两相绕组首端之间的电压，用Ul表示；表示； 相电压相电压： 每相绕组首、尾之间的电压，用每相绕组首、尾之间的电压，用U UP P表示。表示。 对于星形接法：对于星形接法：pl

19、3UU 对于三角形接法：对于三角形接法： PlUU 3 3线电流与相电流线电流与相电流 线电流：电网的供电电流，用线电流：电网的供电电流，用I I1 1 表示；表示； 相电流：每相绕组的电流，用相电流：每相绕组的电流，用I IP P表示。表示。 对于星形接法对于星形接法 ：PlII 对于三角形接法对于三角形接法 ：Pl3II cosUIP1113 4. 4. 电动机的输入功率电动机的输入功率二、额定参数二、额定参数 电动机在制造工厂所拟定的情况下工电动机在制造工厂所拟定的情况下工作时，称为电动机的额定运行，通常用额作时，称为电动机的额定运行，通常用额定值来表示其运行条件，这些数据大部分定值来表

20、示其运行条件，这些数据大部分都标明在电动机的铭牌上。都标明在电动机的铭牌上。 1. 额定功率额定功率PN： 在额定运行情况下，在额定运行情况下，电动机轴上输出的机电动机轴上输出的机械功率。械功率。 NNNPP1 输出功率的一般表达式为：输出功率的一般表达式为： 12PP 其中：其中： 效率效率 P1 输入功率输入功率 P2输出功率输出功率 输出功率和输出转矩的关系为：输出功率和输出转矩的关系为： cosIKnP.TM222559 I2为转子电流为转子电流 2.额定电压额定电压UN：在额定运行情况下，定子在额定运行情况下，定子绕组端应加的线电压值。绕组端应加的线电压值。 如标有两种电压值（例如如

21、标有两种电压值（例如220/380V），这），这表明定子绕组采用表明定子绕组采用 /Y连接时应加的线电压值。连接时应加的线电压值。 3.额定频率额定频率f ：在额定运行情况下，定子在额定运行情况下，定子外加电压的频率（外加电压的频率（ f =60 Hz）。）。 如标有两种电流值（例如如标有两种电流值（例如10.36/4.9A），），则对应于定子绕组为则对应于定子绕组为 /Y连接的线电流值。连接的线电流值。 4.额定电流额定电流IN ：在额定频率、额定电压和在额定频率、额定电压和轴上输出额定功率时，定子的线电流值。轴上输出额定功率时，定子的线电流值。 4.额定转速额定转速nN ：在额定频率、额定

22、电压和在额定频率、额定电压和电动机轴上输出额定功率时，电动机的转速。电动机轴上输出额定功率时，电动机的转速。与额定转速相对应的转差率称为与额定转速相对应的转差率称为额定转差率额定转差率SN。 4.额定功率因数额定功率因数 ：在额定频率、额定在额定频率、额定电压和电动机轴上输出额定功率时，定子相电电压和电动机轴上输出额定功率时，定子相电流与相电压之间相位差的余弦。流与相电压之间相位差的余弦。Ncos 7.额定效率额定效率 ：在额定频率、额定电压和在额定频率、额定电压和电动机轴上输出额定功率时，电动机输出机械电动机轴上输出额定功率时，电动机输出机械功率与输入电功率之比，其表达式为功率与输入电功率之

23、比，其表达式为N %100cos3NNNN IUPN 8.额定负载转矩额定负载转矩TN ：电动机在额定转速下电动机在额定转速下输出额定功率时轴上的负载载矩。输出额定功率时轴上的负载载矩。 9.线绕式异步电动机转子静止时的滑环电压和线绕式异步电动机转子静止时的滑环电压和转子的额定电流。转子的额定电流。 三、定子绕组连线方法的选用三、定子绕组连线方法的选用 如果电源的线电压等于电动机的额定相电如果电源的线电压等于电动机的额定相电压，那么，电动机的绕组应该接成三角形；压，那么，电动机的绕组应该接成三角形； 如果电源的线电压是电动机额定相电压的如果电源的线电压是电动机额定相电压的 倍，那么，电动机的绕

24、组就应该接成星形。倍，那么，电动机的绕组就应该接成星形。 通常电动机的铭牌上标有符号通常电动机的铭牌上标有符号 /Y和数和数字字220 /380 ，前者表示定子绕组的接法，后者，前者表示定子绕组的接法，后者表示对应于不同接法应加的线电压值。表示对应于不同接法应加的线电压值。3 例例 电源线电压为电源线电压为380V，现有两台电动机，现有两台电动机，其铭牌数据如下，试选择定子绕组的连接方式。其铭牌数据如下，试选择定子绕组的连接方式。 1. J32-4，功率，功率1.0kW，连接方法，连接方法 /Y，电，电压压220/380V，电流，电流4.26/2.46A，转速，转速1420 r/min，功率因

25、数功率因数0.79。 2. J02-21-4，功率，功率1.1 kW，连接方法，连接方法 ，电压电压380V，电流，电流4.27A，转速，转速1410 r/min，功率，功率因数因数0.79。 解：解： J32-4 电动机应接星形（电动机应接星形（Y），如图），如图(a) 所示。所示。 J02-21-4 电动机应接成三角形（电动机应接成三角形（ ），如图），如图 所示。所示。4.3 4.3 三相异步电动机的转矩特性和机械特性三相异步电动机的转矩特性和机械特性 一、三相异步电动机的定子电路一、三相异步电动机的定子电路 三相异步电动机的电磁关系同变压器类似，三相异步电动机的电磁关系同变压器类似，定

26、子绕组相当于变压器的原绕组，转子绕组定子绕组相当于变压器的原绕组，转子绕组（一般是短接的）相当于副绕组。（一般是短接的）相当于副绕组。 设定子和转子每相绕组的匝数分别为设定子和转子每相绕组的匝数分别为N1和和N2，如图所示电路图是三相异步电动机的一相，如图所示电路图是三相异步电动机的一相电路图。电路图。 旋转磁场的磁感应强度沿定子与转子间空旋转磁场的磁感应强度沿定子与转子间空气隙的分布是近于按正弦规律分布的，因此，气隙的分布是近于按正弦规律分布的，因此，当其旋转时，通过定子每相绕相的磁通也是随当其旋转时，通过定子每相绕相的磁通也是随时间按正弦规律变化的，时间按正弦规律变化的， t sinm 定

27、子每相绕组中产生的感应电动势为：定子每相绕组中产生的感应电动势为： tNedd11 它也是正弦量，其有效值为：它也是正弦量，其有效值为： 1111444444fN.Nf.E 式中，式中，f1为为e1的频率。的频率。因为旋转磁场和定子间的相对转速为因为旋转磁场和定子间的相对转速为n0，所以，所以 6001pnf 定子每相绕组中还要产生漏磁电动势定子每相绕组中还要产生漏磁电动势tiLedd1L1L1 加在定子每相绕组上的电压也分成三个分量，即加在定子每相绕组上的电压也分成三个分量，即)(dd)()(11L11111111etiLRieeRiuL 它等于定子电流的频率，即它等于定子电流的频率，即 f

28、f 1 如用复数表示，则为如用复数表示，则为 )(j)()(1111111111EXIRIEERIUL 式中，式中， 为定子每相绕组的电阻和为定子每相绕组的电阻和漏磁感抗。漏磁感抗。 由于由于R1和和X1较小，其上电压降与电动势较小，其上电压降与电动势E1比较起来，常可忽略，于是比较起来，常可忽略，于是 EU111EU ）（和111112XXRLLf二、三相异步电动机的转子电路二、三相异步电动机的转子电路 旋转磁场在转子每相绕组中感应出的电动旋转磁场在转子每相绕组中感应出的电动势为势为tNedd22 其有效值为其有效值为 2222444444SfN.Nf.E 式中，式中，f2为转子电动势为转子

29、电动势e2或转子电流或转子电流i2相对相对于旋转磁场的频率于旋转磁场的频率. 因为旋转磁场和转子间的相对转速为因为旋转磁场和转子间的相对转速为 n0-n1000026060Sfpnnnn)nn(pf 在在 n=0 ，即，即S=1时，转子电动势为时，转子电动势为 2120444Nf.E 为转子最大电动势为转子最大电动势202SEE 可见转子电动势可见转子电动势E2与转差率与转差率S有关。有关。 和定子电流一样，转子电流也要产生漏磁和定子电流一样，转子电流也要产生漏磁通，从而在转子每相绕组中还要产生漏磁电动通，从而在转子每相绕组中还要产生漏磁电动势。势。tiLedd2L2L2 因此，对于转子每相电

30、路，有因此，对于转子每相电路，有 tiLRieRiedd)(2L222L2222 如用复数表示，则为如用复数表示，则为 22222222j)(XIRIERIEL 式中，式中，R2和和X2转子每相绕组的电阻和漏磁感抗转子每相绕组的电阻和漏磁感抗 L21L22222LSfLfX L21202LfX 202SXX 在在 n=0 ，即，即 S=1 时，转子感抗为时，转子感抗为为为转子转子最大感抗最大感抗 可见转子感抗可见转子感抗E2与转差率与转差率S有关。有关。 转子每相电路的电流为转子每相电路的电流为 2202220222222)SX(RSEXREI 可见转子电流可见转子电流I2也与转差率也与转差率

31、S有关。当有关。当S增大，即转速增大，即转速n降低时，转子与旋转磁场间降低时，转子与旋转磁场间的相对转速增加，转子导体被磁力线切割的的相对转速增加，转子导体被磁力线切割的速度提高，于是速度提高，于是E2增加，增加，I2也增加。也增加。 三、转矩特性三、转矩特性 电磁转矩（以下简称转矩）是三相异电磁转矩（以下简称转矩）是三相异步电动机最重要的物理量之一。机械特性步电动机最重要的物理量之一。机械特性是它的主要特性。是它的主要特性。22mcos IKT 22022212444)SX(RNf.SI 220222222022212)SX(RUSRK)SX(RUSRKT 转矩特性转矩特性 K与电动机结构参

32、数、电源频率有关的一与电动机结构参数、电源频率有关的一个常数；个常数；U1 、U定子绕组电压，电源电压；定子绕组电压，电源电压；R2转子每相绕组的电阻；转子每相绕组的电阻；X20 电动机不动（电动机不动（S=1）时转子每相绕组）时转子每相绕组的感抗。的感抗。 式中，式中，四机械特性四机械特性 在异步电动机中，转速在异步电动机中，转速 n n=(1-=(1-S S) )n n0 0，为了符合，为了符合习惯画法，可将曲线换成转速与转矩之间的关系曲习惯画法，可将曲线换成转速与转矩之间的关系曲线，即称为异步电动机的机械特性。线，即称为异步电动机的机械特性。 1 1固有机械特性固有机械特性 异步电动机异

33、步电动机在额定电压和额定频率下，用规定在额定电压和额定频率下，用规定的接线方式，定子和转子电路中不串联任何电阻或电的接线方式，定子和转子电路中不串联任何电阻或电抗时的机械特性抗时的机械特性称为固有（自然）机械特性。称为固有（自然）机械特性。 根据根据 2202222)SX(RUSRT 00nnnS 从特性曲线上可以从特性曲线上可以看出，其上有四个特殊看出，其上有四个特殊点可以决定特性曲线的点可以决定特性曲线的基本形状和异步电动机基本形状和异步电动机的运行性能，这四个特的运行性能，这四个特殊点是：殊点是： 0010 S,nn,T 电动机处于理想空载工作点，此时电动机电动机处于理想空载工作点，此时

34、电动机的转速为理想空载转速。的转速为理想空载转速。 NNN,2SSnnTT 电动机额定工作点。此时额电动机额定工作点。此时额定转矩和额定转差率为定转矩和额定转差率为 NnPTNN55. 9 0N0NnnnS 式中式中: PN电动机的额定功率；电动机的额定功率； nN电动机的额定转速，一般电动机的额定转速，一般 SN电动机的额定转差率，一般电动机的额定转差率，一般 TN电动机的额定转矩。电动机的额定转矩。0N)985. 094. 0(nn 015. 006. 0N S 1, 0,3st SnTT电动机的启动工作点电动机的启动工作点。 将将S=1代入转矩公式中，代入转矩公式中，可得可得220222

35、2stXRURKT 可见，异步电动机的启动转矩可见，异步电动机的启动转矩Tst与与U、 R2及及X20有关。有关。 当当施加在定子每相绕组上的电压降低时，施加在定子每相绕组上的电压降低时，启动转矩会明显减小；启动转矩会明显减小； 当转子电阻适当增大时，启动转矩会增大；当转子电阻适当增大时，启动转矩会增大； 而若增大转子电抗则会使启动转矩大为减小。而若增大转子电抗则会使启动转矩大为减小。 通常把在固有机械特性上启动转矩通常把在固有机械特性上启动转矩Tst与与额定转矩额定转矩TN之比之比 st=Tst/TN 作为衡量异步电动作为衡量异步电动机启动能力的一个重要数据。一般机启动能力的一个重要数据。一

36、般 2 . 10 . 1st mmmax,4SSnnTT 电动机的临界工作点。电动机的临界工作点。欲求转矩的最大值，可令欲求转矩的最大值，可令 0 dndT得临界转差率得临界转差率 202m/ XRS 再将再将Sm代入转矩公式中，即可得代入转矩公式中，即可得202max2XUKT 通常把在固有机械特性上最大电磁转矩通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩之比与额定转矩之比Nmaxm/TT 称为电动机的过载能力系数。它表征了称为电动机的过载能力系数。它表征了电动机能够承受冲击负载的能力大小，是电电动机能够承受冲击负载的能力大小，是电动机的又一个重要运行参数。动机的又一个重要运行参数。 鼠笼式

37、异步电动机鼠笼式异步电动机 2 . 28 . 1m 线绕式异步电动机线绕式异步电动机8 . 25 . 2m 2 2人为机械特性人为机械特性 由上述分析可知：异步电动机的机械特由上述分析可知：异步电动机的机械特性与电动机的参数有关，也与外加电源电压、性与电动机的参数有关，也与外加电源电压、电源频率有关，将关系式中的参数人为地加电源频率有关，将关系式中的参数人为地加以改变而获得的特性称为异步电动机的人为以改变而获得的特性称为异步电动机的人为机械特性。机械特性。 改变改变定子电压定子电压U、定子电源频率定子电源频率f、定子定子电路串入电阻或电抗电路串入电阻或电抗、转子电路串入电阻或转子电路串入电阻或

38、电抗电抗等，都可得到异步电动机的人为机械特等，都可得到异步电动机的人为机械特性。性。 （1 1）降低电动机电源电压时的人为特性）降低电动机电源电压时的人为特性 Nmax2202222st202max0m0202m0260TTXRURKTXUKTnnnXRSpfn 0n不变不变mS不变不变maxT随着电压的减小而大随着电压的减小而大大地减小大地减小stT随着电压的减小而大随着电压的减小而大大地减小大地减小 改变电源电压时的人为特性如图所示：改变电源电压时的人为特性如图所示： 如当定子绕组外加电压为如当定子绕组外加电压为UN、0.8UN、0.6UN时，时，转子输出最大转矩分别为转子输出最大转矩分别

39、为Ta=Tmax、 Ta=0.64Tmax和和Ta=0.26Tmax 。可见，电压愈低，人为特性曲线愈往。可见，电压愈低，人为特性曲线愈往左移。左移。 由于异步电动机对电网电压的波动非常敏感，运由于异步电动机对电网电压的波动非常敏感，运行时，如电压降低太多，会大大降低它的过载能力与行时，如电压降低太多，会大大降低它的过载能力与启动转矩，甚至使电动机发生带不动负载或者根本不启动转矩，甚至使电动机发生带不动负载或者根本不能启动的现象。能启动的现象。NN22NNmmax98. 07 . 02TTUUTT 例如，电动机运行在额定负载例如，电动机运行在额定负载 TN 下，即使下，即使 m=2 ，若电网电

40、压下降到若电网电压下降到 70%UN ，则由于这时，则由于这时 电动机也会停转电动机也会停转（2 2）定子电路接入电阻或电抗时的人为特性）定子电路接入电阻或电抗时的人为特性 在电动机定子电路中外串电阻或电抗后，在电动机定子电路中外串电阻或电抗后，电动机端电压为电源电压减去定子外串电阻上电动机端电压为电源电压减去定子外串电阻上或电抗上的压降，致使定子绕组相电压降低或电抗上的压降，致使定子绕组相电压降低, ,这这种情况下的人为特性种情况下的人为特性与降低电源电压时的相似与降低电源电压时的相似。 此外，电网电压下降此外，电网电压下降 ，在负载不变的，在负载不变的条件下，将使电动机转速下降，转差率条件

41、下，将使电动机转速下降，转差率S S 增增大，电流增加，引起电动机发热甚至烧坏。大，电流增加，引起电动机发热甚至烧坏。（3 3）改变定子电源频率时的人为特性）改变定子电源频率时的人为特性 fKfXTTXRURKTXUKTnnnXRSpfn1,26020Nmax2202222st202max0m0202m0注意到：注意到： 一般变频调速采用恒转一般变频调速采用恒转矩调速，即希望最大转矩保矩调速，即希望最大转矩保持为恒值，为此在改变频率持为恒值，为此在改变频率的同时，电源电压也要作相的同时，电源电压也要作相应的变化，使应的变化，使 U/f =C ，这，这在实质上是使电动机气隙磁在实质上是使电动机气

42、隙磁通保持不变。通保持不变。 fn 0fS/1m fT/1st 不不变变maxT 因此，改变电源频率的机械特性如图所示因此，改变电源频率的机械特性如图所示 Nmax2202222st202max0m0202m0260TTXRURKTXUKTnnnXRSpfn 0n不变不变maxT不变不变mS随着串接电阻的增加而增大随着串接电阻的增加而增大（4 4）转子电路串电阻时的人为特性）转子电路串电阻时的人为特性 在三相线绕式异步电动机在三相线绕式异步电动机的转子电路中串入电阻后，转的转子电路中串入电阻后，转子电路中的电阻为子电路中的电阻为2r2RR 此时的人为特性将是一根比固有特性较软此时的人为特性将是

43、一根比固有特性较软的一条曲线，如图所示。的一条曲线，如图所示。 4.4 4.4 三相异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动特性 采用电动机拖动生产机械，对电动机启采用电动机拖动生产机械，对电动机启动的主要要求如下。动的主要要求如下。 （1 1）有足够大的启动转矩，保证生产机）有足够大的启动转矩，保证生产机械能正常启动。一般场合下希望启动越快越械能正常启动。一般场合下希望启动越快越好，以提高生产效率。即要求电动机的启动好，以提高生产效率。即要求电动机的启动转矩大于负载转矩，否则电动机不能启动。转矩大于负载转矩，否则电动机不能启动。 （3 3）要求启动平滑，即要求启动时加速平）要求启动平滑，即要

44、求启动时加速平滑，以减小对生产机械的冲击。滑，以减小对生产机械的冲击。 （4 4）启动设备安全可靠，力求结构简单，）启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便。操作方便。 （6 6）启动过程中的功率损耗越小越好。）启动过程中的功率损耗越小越好。 （2 2）在满足启动转矩要求的前提下，启动）在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好。因为过大启动电流的冲击，对电流越小越好。因为过大启动电流的冲击，对于电网和电动机本身都是不利的。于电网和电动机本身都是不利的。 其中，（其中，（1）和（）和（2）两条是衡量电动机启）两条是衡量电动机启动性能的主要技术指标。动性能的主要技术指标。 异步电动机本身的启动

45、特性为：异步电动机本身的启动特性为： a. 定子电流大，定子电流大，Ist=(67)IN 异步电动机在接入电网启动的瞬时，由于异步电动机在接入电网启动的瞬时，由于转子处于静止状态，定子旋转磁场以最快的相转子处于静止状态，定子旋转磁场以最快的相对速度（即同步转速）切割转子导体，在转子对速度（即同步转速）切割转子导体，在转子绕组中感应出很大的转子电势和转子电流，从绕组中感应出很大的转子电势和转子电流，从而引起很大的定子电流而引起很大的定子电流 b.b.启动转矩小启动转矩小 NstT).(T5180 启动时启动时1 S2202222XRRcos ststmstcosIKT22 因而启动转矩：因而启动

46、转矩：不大。不大。 转子功率因数转子功率因数很低很低 异步电动机的固有启动特性如图所示：异步电动机的固有启动特性如图所示： 显然，异步电动机的这种启动性能和生产显然，异步电动机的这种启动性能和生产机械的要求是相矛盾的，为了解决这些矛盾，机械的要求是相矛盾的，为了解决这些矛盾，必须根据具体情况，采取不同的启动方法。必须根据具体情况，采取不同的启动方法。一、一、 鼠笼式异步电动机的启动方法鼠笼式异步电动机的启动方法 鼠笼式异步电动机有直接启动和降压启鼠笼式异步电动机有直接启动和降压启动两种方法，采用什么启动方法，要根据实动两种方法，采用什么启动方法，要根据实际情况而定。际情况而定。 1直接启动（全

47、压启动）直接启动（全压启动） 直接启动就是将电动机的定子绕组通过直接启动就是将电动机的定子绕组通过闸刀开关或接触器直接接入电源，在额定电闸刀开关或接触器直接接入电源，在额定电压下进行启动。压下进行启动。 特点：电动机定子绕组的工作电压和启特点：电动机定子绕组的工作电压和启动电压相等。动电压相等。 直接启动的条件：由于直接启动的启动直接启动的条件：由于直接启动的启动电流很大，因此，在什么情况下采用直接启动，电流很大，因此，在什么情况下采用直接启动，有关供电、动力部门都有规定，主要有关供电、动力部门都有规定，主要取决于电取决于电动机的功率与供电变压器的容量之比值。动机的功率与供电变压器的容量之比值

48、。 一般在有独立变压器供电（即变压器供动一般在有独立变压器供电（即变压器供动力用电）的情况下，若电动机启动频繁时，电力用电）的情况下，若电动机启动频繁时，电动机功率小于变压器容量的动机功率小于变压器容量的20%时允许直接启时允许直接启动；动； 若电动机不经常启动，电动机功率小于变若电动机不经常启动，电动机功率小于变压器容量的压器容量的30%时也允许直接启动。如果没有时也允许直接启动。如果没有独立的变压器供电（即与照明共用电源）的情独立的变压器供电（即与照明共用电源）的情况下，电动机启动比较频繁，则常按经验公式况下，电动机启动比较频繁，则常按经验公式来估算，满足下列关系则可直接启动。来估算，满足

49、下列关系则可直接启动。 电电动动机机功功率率电电源源总总容容量量额额定定电电流流启启动动电电流流 443NstII 例例4.2：有一台要求经常启动的鼠笼式异：有一台要求经常启动的鼠笼式异步电动机，其步电动机，其 PN=20kW, Ist/IN=4.6 ，如果供，如果供电变压器（电源）容量为电变压器（电源）容量为660kVA，且有照，且有照明负载，问可否直接启动？同样的明负载，问可否直接启动？同样的Ist/IN 比比值，功率为多大的电动机则不允许直接启动？值，功率为多大的电动机则不允许直接启动？ 解：根据经验公式算出解：根据经验公式算出 5675720456043.II.kWkVANst 满足上

50、述关系，故允许直接启动。满足上述关系，故允许直接启动。 kWNPkVA. 45604356 可算出，额定功率大于可算出，额定功率大于24kW的电动机不的电动机不允许直接启动。允许直接启动。 2电阻或电抗器降压启动电阻或电抗器降压启动 异步电动机采用定子串电阻或电抗器的降异步电动机采用定子串电阻或电抗器的降压启动原理接线图如图所示。压启动原理接线图如图所示。 启动时，接触器启动时，接触器1KM断开，断开，KM闭合，闭合，将启动电阻串入定子将启动电阻串入定子电路，使启动电流减电路，使启动电流减小；小； 启动转矩随定子电压的平方下降，故它只启动转矩随定子电压的平方下降，故它只适用于空载或轻载启动的场

51、合适用于空载或轻载启动的场合； 不经济，在启动过程中，电阻器上消耗能不经济，在启动过程中，电阻器上消耗能量大，不适用于经常启动的电动机，若采用电量大，不适用于经常启动的电动机，若采用电抗器代替电阻器，则所需设备费较贵，且体积抗器代替电阻器，则所需设备费较贵，且体积大。大。 特点：特点： 待转速上升到一定程度后再将待转速上升到一定程度后再将1KM闭合，闭合，Rst被短接，电动机接上全部电压而趋于稳定运行。被短接，电动机接上全部电压而趋于稳定运行。 3Y- 降压启动降压启动 启动时，定子绕启动时，定子绕组接成星形；待转速组接成星形；待转速上升到一定程度后再上升到一定程度后再将定子绕组接成三角将定子

52、绕组接成三角形，电动机启动过程形，电动机启动过程完成而转入正常运行。完成而转入正常运行。 设设U1为电源线电压，为电源线电压，IstY及及Ist 为定子为定子绕组分别接成星形及三角形的启动电流绕组分别接成星形及三角形的启动电流（线电流），（线电流），Z为电动机在启动时每相绕为电动机在启动时每相绕组的等效阻抗。则有组的等效阻抗。则有ZUIstY31 ZUIst/31 所以所以 3 ststYII Y- 降压启动方法的特点降压启动方法的特点： 设备简单、经济、启动电流小；设备简单、经济、启动电流小； 启动转矩小，且启动电压不能按实际需启动转矩小，且启动电压不能按实际需要调节，故只适用于空载或轻载启

53、动的场合；要调节，故只适用于空载或轻载启动的场合； 只适用于正常运行时定子绕组接线为只适用于正常运行时定子绕组接线为 的的异步电动机。异步电动机。4 4自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动 自耦变压器启动时的一相电路，由变压器自耦变压器启动时的一相电路，由变压器的工作原理知，此时，副边电压与原边电压之的工作原理知，此时，副边电压与原边电压之比为比为 11212 NNUUK12KUU 启动时加在电动机定子每相绕组的电压是启动时加在电动机定子每相绕组的电压是全压启动时的全压启动时的K倍，因而电流也是全压启动时的倍，因而电流也是全压启动时的K 倍 ， 即倍 ， 即 I2= K Is t； 而 变 压

54、 器 原 边 电 流； 而 变 压 器 原 边 电 流 I1=KI2=K2Ist ，即此时电网供电电流，即此时电网供电电流I1是直接启是直接启动时电流动时电流Ist的的K2倍。倍。 自耦变压器降压启动的原理接线图如图所示。自耦变压器降压启动的原理接线图如图所示。 特点：特点： 与与Y- 降压启动时情况一样，只是在降压启动时情况一样，只是在Y- 降压启动时的降压启动时的 为定值，而自耦变压器启动为定值，而自耦变压器启动时的时的K是可调节的，这就是此种启动方法优是可调节的，这就是此种启动方法优于于Y-启动方法之处，当然它的启动转矩也启动方法之处，当然它的启动转矩也是全压启动时的是全压启动时的K2倍

55、。倍。 变压器的体积大、重量重、价格高、维变压器的体积大、重量重、价格高、维修麻烦，且启动时自耦变压器处于过电流修麻烦，且启动时自耦变压器处于过电流（超过额定电流）状态下运行，因此，不适（超过额定电流）状态下运行，因此，不适于启动频繁的电动机。于启动频繁的电动机。二、线绕式异步电动机的启动方法二、线绕式异步电动机的启动方法 鼠笼式异步电动机的鼠笼式异步电动机的启动转矩小，启动电启动转矩小，启动电流大流大，因此不能满足某些生产机械需要因此不能满足某些生产机械需要高启动高启动转矩低启动电流的要求转矩低启动电流的要求。 线绕式异步电动机由于能线绕式异步电动机由于能在转子电路中串在转子电路中串电阻，因

56、此具有较大的启动转矩和较小的启动电阻，因此具有较大的启动转矩和较小的启动电流电流，即具有较好的启动特性。，即具有较好的启动特性。 在转子电路中串电阻的启动方法常用的在转子电路中串电阻的启动方法常用的有两种：有两种：逐级切除启动电阻法和频敏变阻器逐级切除启动电阻法和频敏变阻器启动法启动法。 1逐级切除启动电阻法逐级切除启动电阻法 采用逐极切除启动电阻的方法，其目的采用逐极切除启动电阻的方法，其目的和启动过程与他励直流电动机采用逐级切除和启动过程与他励直流电动机采用逐级切除启动电阻的方法相似，主要是为了使整个启启动电阻的方法相似，主要是为了使整个启动过程中电动机能保持较大的加速转矩。动过程中电动机

57、能保持较大的加速转矩。启动过程如下如图所示：启动过程如下如图所示：2频敏变阻器启动法频敏变阻器启动法 频敏变阻器实质上是一个铁心损耗很大的三相频敏变阻器实质上是一个铁心损耗很大的三相电抗器。频敏变阻器相当于电阻电抗器。频敏变阻器相当于电阻R和电抗和电抗X的并联的并联电路。电路。 启动开始时，启动开始时，n=0,s=1，转子电流的频率，转子电流的频率（f2=sf1)高，相当于高，相当于R大，从而限制了启动电流；大，从而限制了启动电流；另外频敏变阻器从转子取出的有功电流增大，从而另外频敏变阻器从转子取出的有功电流增大，从而提高了转子电路的功率因数，增大了启动转矩。随提高了转子电路的功率因数，增大了

58、启动转矩。随着转速的逐步上升，转子频率逐渐下降，相当于着转速的逐步上升，转子频率逐渐下降，相当于R减小，这就好比启动过程中逐渐自动切除电阻和电减小，这就好比启动过程中逐渐自动切除电阻和电抗。抗。4.6 4.6 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性 如在一定负载下，欲得到不同的转速，如在一定负载下，欲得到不同的转速，可以由改变可以由改变Tmax、Sm、P 和和f 四个参数入手，四个参数入手，则相应地有如下几种调速方法。则相应地有如下几种调速方法。1)(2maxmaxTTTTSSm)1 (60)1 (0SpfSnn 特点：特点： 1. 高速工作时，调速范围不大；高速工作时，调速范围不大； 2. 低速工作时，转子电路电流大，容易烧低速工作时，转子电路电流大，容易烧坏电动机坏电动机 。 一、调压调速一、调压调速 改变电源电压时改变电源电压时的人为机械特性如的人为机械特性如图所示：图所示：二、二、 转子电路串电阻调速转子电路串电阻调速 原理接线图和机械特性如图所示：原理接线图和机械特性如图所示：转子电路