三相异步电动机

1、第第11章章 异步电动机异步电动机 目目 录录n11.1 三三相异步电动机的结构和工作原理相异步电动机的结构和工作原理n11.2 三三相异步电动机的运行特性相异步电动机的运行特性n11.3 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动n11.4 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速n11.5 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动n11.6 特殊异步电动机特殊异步电动机上一页下一页 交流电动机在现代各行各业以及日常生活中都有着广泛交流电动机在现代各行各业以及日常生活中都有着广泛的应用。交流电动机有三相和单相之分，同步和异步之分。的应用。交流电动机有三相和单相之分，同步和异步之分。三相交流异步

2、电动机因其结构简单、工作可靠、维护方便、三相交流异步电动机因其结构简单、工作可靠、维护方便、价格便宜等优点，应用更为广泛，目前大部分生产机械（如价格便宜等优点，应用更为广泛，目前大部分生产机械（如各种机床、起重设备、农业机械、鼓风机、泵类等）均采用各种机床、起重设备、农业机械、鼓风机、泵类等）均采用三相异步电动机来拖动。本章主要介绍三相异步电动机的结三相异步电动机来拖动。本章主要介绍三相异步电动机的结构、工作原理、运行特性、故障处理等内容。构、工作原理、运行特性、故障处理等内容。概概 述述上一页下一页返回11.1 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构和工作原理静止部分:定子转动部

3、分:转子中间有气隙电磁方面：产生旋转磁场机械方面：整个电机的支撑作用主要部件：定子铁心、定子绕组、 机座、轴承、端盖等在定子绕组旋转磁场的作用下获得一定的转矩而旋转，通过联轴器或皮带轮带动其他机械设备做功主要部件：转子铁心、转子绕组、 转轴 作用结构11.1.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构上一页下一页返回1-转子绕组 2-端盖 3-轴承 4-定子绕组 5-转子 6-定子 7-集电环 8-出线盒 笼型转子三相异步电动机结构图 7a） b）三相异步电动机的结构分解图1. 定子定子定子是用来产生旋转磁场的。主要由定子铁心、定子绕组定子是用来产生旋转磁场的。主要由定子铁心、定子绕组和机座

4、等部分组成。和机座等部分组成。(1) 机座：机座：机座是电动机的外壳和支架，它的作用主要是机座是电动机的外壳和支架，它的作用主要是固定与保护定子铁心、定子绕组并支撑端盖，所以要求机固定与保护定子铁心、定子绕组并支撑端盖，所以要求机座具有足够的机械强度和刚度，能承受运输和运行过程中座具有足够的机械强度和刚度，能承受运输和运行过程中的各种作用力。的各种作用力。 中小型异步电动机通常采用铸铁机座，大型异步电动中小型异步电动机通常采用铸铁机座，大型异步电动机一般采用钢板焊接机座。机一般采用钢板焊接机座。 (2) 定子铁心：定子铁心：定子铁心是三相异步电动机主磁通磁路的一部定子铁心是三相异步电动机主磁通

5、磁路的一部分，装在机座里。由于电机内部的磁场是交变的磁场。为了分，装在机座里。由于电机内部的磁场是交变的磁场。为了降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心采用降低定子铁心里的铁损耗，定子铁心采用0.350.5mm厚的厚的硅钢片叠压而成，在硅钢片的两面还应涂上绝缘漆。为了嵌硅钢片叠压而成，在硅钢片的两面还应涂上绝缘漆。为了嵌放定子绕组，硅钢片的内圆表面冲有均匀分布的槽。放定子绕组，硅钢片的内圆表面冲有均匀分布的槽。 定子铁心定子铁心a）b）c ）a）开口槽 b）半开口槽 c）半闭口槽 定子槽形(3) 定子绕组：定子绕组：是异步电动机定子的电路部分，作用是通入三相是异步电动机定子的电路部分，作用是通入三相

6、交流电以后产生旋转磁场。是用高强度漆包线绕制成固定形式交流电以后产生旋转磁场。是用高强度漆包线绕制成固定形式的线圈，嵌入定子槽内。的线圈，嵌入定子槽内。 三相异步电动机的定子绕组通常有六根出线头，根据电动三相异步电动机的定子绕组通常有六根出线头，根据电动机的容量和需要可接成星型（机的容量和需要可接成星型（Y）或三角形（）或三角形（ ）。高压大、）。高压大、中型容量的异步电动机三相定子绕组通常采用中型容量的异步电动机三相定子绕组通常采用Y接法，只有三根接法，只有三根引出线。对中、小容量的低压异步电动机，通常把定子三相绕引出线。对中、小容量的低压异步电动机，通常把定子三相绕组的六根出线头都引出来，

7、根据需要可接成组的六根出线头都引出来，根据需要可接成Y形或形或形。形。 三相异步电动机定子绕组的连接L1L2L3L1L2L3a) Y型接法型接法b) 型接法型接法2. 转子转子 转子是异步电动机的转动部分，它在定子绕组旋转磁场的作用下转子是异步电动机的转动部分，它在定子绕组旋转磁场的作用下获得一定的转矩而旋转，通过联轴器或皮带轮带动其他机械设备做功。获得一定的转矩而旋转，通过联轴器或皮带轮带动其他机械设备做功。异步电动机的转子主要是由转子铁心、转子绕组和转轴三部分组成的。异步电动机的转子主要是由转子铁心、转子绕组和转轴三部分组成的。 (1) 转子铁心：转子铁心： 转子铁心是电动机主磁通磁路的一

8、部分，通常用厚度转子铁心是电动机主磁通磁路的一部分，通常用厚度为为0.350.5mm的硅钢片叠压而成，硅钢片的外圆周表面冲有均匀分的硅钢片叠压而成，硅钢片的外圆周表面冲有均匀分布的槽。下图是转子槽形图。布的槽。下图是转子槽形图。c) b) 上层导条上层导条下层导条下层导条长导条长导条a) 圆导条圆导条a）单鼠笼槽形 b）双鼠笼槽形 c）绕线式槽形（深槽形） 转子槽形 (2) 转子绕组：转子绕组：转子绕组是闭合的，在气隙磁场的作用下产生转子绕组是闭合的，在气隙磁场的作用下产生感应电动势和电流，产生电磁转矩。转子绕组按结构形式的不感应电动势和电流，产生电磁转矩。转子绕组按结构形式的不同分为鼠笼式和

9、绕线式两种。同分为鼠笼式和绕线式两种。 a）鼠笼式转子鼠笼式转子：是一个自行闭合的短路绕组。在转子的每个槽里放上一根是一个自行闭合的短路绕组。在转子的每个槽里放上一根导体，每根导体都比铁心长，在铁心的两端用两个端环把所有的导条都短路导体，每根导体都比铁心长，在铁心的两端用两个端环把所有的导条都短路起来，形成一个自己短路的绕组。如果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来起来，形成一个自己短路的绕组。如果把转子铁心拿掉，则可看出，剩下来的绕组形状象一个笼子。的绕组形状象一个笼子。 a) b) a）无轴鼠笼式铜条转子 b）鼠笼式铸铝转子鼠笼式转子 a）绕线式转子：与定子绕组相似，是用绝缘导体绕制而成的，）

10、绕线式转子：与定子绕组相似，是用绝缘导体绕制而成的，嵌于转子槽内。绕线式转子也是按一定规律分布的三相对称嵌于转子槽内。绕线式转子也是按一定规律分布的三相对称绕组，它可以联接成绕组，它可以联接成Y形或形或形。一般小容量电动机联接成形。一般小容量电动机联接成形，大、中容量电动机联接成形，大、中容量电动机联接成Y形。转子绕组的三条引线分形。转子绕组的三条引线分别接到三个滑环上，用一套电刷装置引出来。别接到三个滑环上，用一套电刷装置引出来。 ABCabc绕线式三相异步电动机定、转子绕组接线方式绕线式转子回路接线图(3) 转轴：转轴： 作用：支撑转子，使转子能在定子空腔内均匀地旋转。作用：支撑转子，使转

11、子能在定子空腔内均匀地旋转。材料：一般用中碳钢制作。材料：一般用中碳钢制作。3. 气隙气隙 异步电动机定、转子之间的空气间隙简称为气隙，异步电动机定、转子之间的空气间隙简称为气隙，它比同容它比同容量直流电动机的气隙要小得多。量直流电动机的气隙要小得多。在中、小型异步电动机中，气在中、小型异步电动机中，气隙一般为隙一般为0.21.5左右。左右。 异步电动机的励磁电流是由定子电源供给的。气隙较大时，异步电动机的励磁电流是由定子电源供给的。气隙较大时，磁路的磁阻较大。若要使气隙中的磁通达到一定的要求，则相磁路的磁阻较大。若要使气隙中的磁通达到一定的要求，则相应的励磁电流也就大了，从而影响电动机的功率

12、因数。应的励磁电流也就大了，从而影响电动机的功率因数。为了提为了提高功率因数，尽量让气隙小些。高功率因数，尽量让气隙小些。但也不应太小，否则，定、转但也不应太小，否则，定、转子有可能发生摩擦与碰撞。如果从减少附加损耗以及减少高次子有可能发生摩擦与碰撞。如果从减少附加损耗以及减少高次谐波磁动势所产生磁通的角度来看，又希望气隙大一点，所以谐波磁动势所产生磁通的角度来看，又希望气隙大一点，所以设计电机时应全盘考虑。设计电机时应全盘考虑。11.1.2 三相异步电动机的绕组三相异步电动机的绕组 绕组是三相异步电动机进行电磁能量转换与传递的关键部件，绕组是三相异步电动机进行电磁能量转换与传递的关键部件，也

13、是电动机结构的核心。三相电动机的绕组是三相对称绕组，也是电动机结构的核心。三相电动机的绕组是三相对称绕组，三相绕组可以接成三相绕组可以接成Y形或形或形。形。 1. 绕组的基本概念绕组的基本概念 （1）线圈：构成绕组的最基本单元，是用绝缘导线绕在绕线模）线圈：构成绕组的最基本单元，是用绝缘导线绕在绕线模上绕指出来的绕组元件，线圈可以用单匝或多匝绕线组成。嵌上绕指出来的绕组元件，线圈可以用单匝或多匝绕线组成。嵌入槽内部分称为有效边，露出铁心两端的称为线圈端部（只起入槽内部分称为有效边，露出铁心两端的称为线圈端部（只起连接作用）。连接作用）。 （2）线圈组（极相组）：一个磁极下同一相线圈串联成的绕组

14、。）线圈组（极相组）：一个磁极下同一相线圈串联成的绕组。 （3）相绕组：将许多线圈组串联或并联构成，并流过同相电流的）相绕组：将许多线圈组串联或并联构成，并流过同相电流的绕组。绕组。 （4）极距：每极所占有的槽数或每极下气隙沿圆周方向的长）极距：每极所占有的槽数或每极下气隙沿圆周方向的长度，用字母度，用字母 表示：表示： 式中，式中，Z1为定子铁心的总槽数；为定子铁心的总槽数；2p为电动机极数，为电动机极数，p为极为极对数；对数；D为定子铁心内径，单位是为定子铁心内径，单位是mm。 （5）每极每相槽数（）每极每相槽数（q）：指在一个极内，其中某一相的线）：指在一个极内，其中某一相的线圈所占有的

15、槽数，有（式中圈所占有的槽数，有（式中m1为电动机相数）：为电动机相数）： 12pmm2pZD（槽） 用槽数表示（） 用长度表示11q2pmZ （6）电角度：交流电机转过一对磁极绕组内电流变化一个周）电角度：交流电机转过一对磁极绕组内电流变化一个周期是期是360o电角度，每个极距电角度，每个极距 为为180o电角度。当电动机有电角度。当电动机有p对对磁极时，在铁心上便有磁极时，在铁心上便有P* 360o电角度。只有电角度。只有2极电动机，电极电动机，电角度才等于机械角度。电角度与机械角度的关系是：角度才等于机械角度。电角度与机械角度的关系是： 电角度电角度=p*机械角度机械角度= P* 360

16、o （7）槽距角（）槽距角（ ）：指相邻两槽之间的电角度）：指相邻两槽之间的电角度 例：一台三相例：一台三相48槽槽6极异步电动机，其极距极异步电动机，其极距 、每极每相槽、每极每相槽 数、电角度、槽距角各为多少？数、电角度、槽距角各为多少？o1p 360Z例：一台三相例：一台三相48槽槽6极异步电动机，其极距极异步电动机，其极距 、每极每相槽数、每极每相槽数、 电角度、槽距角各为多少？电角度、槽距角各为多少？解：由已知可知，电动机的槽数解：由已知可知，电动机的槽数Z1=48，极对数，极对数p=3，极数，极数 2p=6，相数，相数m1=3。所以。所以 极距极距 每极每相槽数每极每相槽数 电角度

17、电角度 相邻两槽之间的槽距角相邻两槽之间的槽距角12pZ48=8（槽） 611q2pmZ488= （槽） 6 33ooop电角度=360 =3 360 =1080 ooo1p 360360Z3=22.5 48 （8）相带：一个极相组线圈所占的范围，以电角度表示。一）相带：一个极相组线圈所占的范围，以电角度表示。一般一个磁极为般一个磁极为180o电角度，一个磁极内有三相，所以其中电角度，一个磁极内有三相，所以其中一相占一相占180o /3=60o电角度，叫做电角度，叫做60o相带。三相绕组的这种相带。三相绕组的这种分布形式叫做分布形式叫做60o相带分布。相带分布。 （9）节距（也叫跨距）：指一个

18、线圈两边之间相隔的槽数，）节距（也叫跨距）：指一个线圈两边之间相隔的槽数，用字母用字母y表示。表示。 ：该线圈称为整距线圈。整距线圈绕组能产生最大：该线圈称为整距线圈。整距线圈绕组能产生最大 的感应电动势的感应电动势 ：短距线圈。短距线圈绕组能提高电动机的电磁性：短距线圈。短距线圈绕组能提高电动机的电磁性 能缩短线圈端部接线。多数电机采用这种线圈。能缩短线圈端部接线。多数电机采用这种线圈。 ：长距线圈。特殊电动机采用这种线圈。：长距线圈。特殊电动机采用这种线圈。 yyy （10）支路（）支路（a）：同相绕组并联回路的多少，也叫并联支路）：同相绕组并联回路的多少，也叫并联支路数。数。 （11）匝

19、数（）匝数（N）：绕组所含线圈圈数的多少。）：绕组所含线圈圈数的多少。 （12）绕组展开图：将电机定子或转子沿轴向切开，沿圆周方）绕组展开图：将电机定子或转子沿轴向切开，沿圆周方向展开，清楚表示各绕组在电机内嵌放位置的示意图。向展开，清楚表示各绕组在电机内嵌放位置的示意图。 2. 绕组的分类绕组的分类（1）按相数分类：单相绕组、三相绕组和多相绕组）按相数分类：单相绕组、三相绕组和多相绕组（2）按槽内层数分类：单层绕组和双层绕组）按槽内层数分类：单层绕组和双层绕组（3）按每极每相槽数分类：整数槽绕组和分数槽绕组）按每极每相槽数分类：整数槽绕组和分数槽绕组（4）按绕组形状分类：叠绕组、波绕组和同心

20、绕组）按绕组形状分类：叠绕组、波绕组和同心绕组（5）按绕组装配方式分类：成形绕组和分立绕组）按绕组装配方式分类：成形绕组和分立绕组（6）按绕组节距和极距的关系分类：）按绕组节距和极距的关系分类：y整距绕组整距绕组y长距绕组长距绕组短距绕组短距绕组 3. 交流电机的定子绕组构成原则交流电机的定子绕组构成原则（1）合成电动势和合成磁动势的波形要接近于正弦波，幅值）合成电动势和合成磁动势的波形要接近于正弦波，幅值要大要大（2）对三相绕组，各相的电动势和磁动势要对称，电阻、电）对三相绕组，各相的电动势和磁动势要对称，电阻、电抗要平衡；空间位置彼此相差抗要平衡；空间位置彼此相差120o电角度电角度.（3

21、）绕组的铜耗要小，用铜量要省。）绕组的铜耗要小，用铜量要省。（4）绝缘要可靠，机械强度、散热条件好，制造要方便。）绝缘要可靠，机械强度、散热条件好，制造要方便。11.1.3 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理1.工作原理工作原理 当定子绕组接通对称三相电源后，绕组中便有三相电流通当定子绕组接通对称三相电源后，绕组中便有三相电流通过，在空间产生了旋转磁场。旋转磁场切割转子上的导体产生过，在空间产生了旋转磁场。旋转磁场切割转子上的导体产生感应电动势和感应电流，此感应电流又与旋转磁场相互作用产感应电动势和感应电流，此感应电流又与旋转磁场相互作用产生电磁转矩，使转子跟随旋转磁场同向转动。

22、旋转磁场代替了生电磁转矩，使转子跟随旋转磁场同向转动。旋转磁场代替了旋转磁极。由于转子中的电流和所受的电磁力都是由电磁感应旋转磁极。由于转子中的电流和所受的电磁力都是由电磁感应产生，所以也称为感应电动机。产生，所以也称为感应电动机。上一页下一页返回 2. 异步电动机运行过程与转差率异步电动机运行过程与转差率 运行过程：转子的转速运行过程：转子的转速n永远小于旋转磁场的转速（既同步永远小于旋转磁场的转速（既同步转速）转速）n1，转子总是紧跟着旋转磁场以，转子总是紧跟着旋转磁场以n n1的转速同方向旋的转速同方向旋转。若旋转磁场的方向反转，转子也将反向转动。转。若旋转磁场的方向反转，转子也将反向转

23、动。 同步转速：同步转速： n1 =60f/p 转差率：同步转速转差率：同步转速n1与转子转速与转子转速n之差和同步转速之差和同步转速n1的比值。的比值。 s=（ n1 - n ）/ n1 n=（ 1 - s ）n1 s一般在一般在0.010.06之间之间 3. 异步电机的三种运行状态异步电机的三种运行状态（1）电动机状态：）电动机状态： 电动机的转速范围为电动机的转速范围为 转差率范围为转差率范围为（2）发电机状态：）发电机状态： 电动机的转速范围为电动机的转速范围为 转差率范围为转差率范围为（3）电磁制动状态：）电磁制动状态： 电动机的转速范围为电动机的转速范围为 转差率范围为转差率范围为

24、10nn01s1nn0s 0n 1s 11.1.4 三相异步电动机铭牌三相异步电动机铭牌 在异步电动机的机座上都装有一块铭牌，如下图所示。在异步电动机的机座上都装有一块铭牌，如下图所示。铭牌上标出了该电动机的一些数据，要正确使用电动机，铭牌上标出了该电动机的一些数据，要正确使用电动机，必须看懂铭牌，下面以必须看懂铭牌，下面以Y112M-4型电动机为例来说明铭牌型电动机为例来说明铭牌数据的含义。数据的含义。1）型号：）型号：2）额定频率：是指加在电动机定子绕组上的允许频率，国产异）额定频率：是指加在电动机定子绕组上的允许频率，国产异步电动机的额定频率为步电动机的额定频率为50HZ。3）额定电压：

25、是指加在三相电动机定子绕组绕组上的线电压。）额定电压：是指加在三相电动机定子绕组绕组上的线电压。一般应为一般应为380V。4）额定电流：当电动机在额定状态下运行时，定子绕组的线电）额定电流：当电动机在额定状态下运行时，定子绕组的线电流。流。5）额定功率：是电动机在额定转速下长期持续工作时，电动机）额定功率：是电动机在额定转速下长期持续工作时，电动机不过热，轴上所能输出的机械功率（或者解释为电动机在额不过热，轴上所能输出的机械功率（或者解释为电动机在额定电压、额定频率和额定负载时，转轴上输出的机械功率）定电压、额定频率和额定负载时，转轴上输出的机械功率） 。6）额定转速：指电动机接入额定电压、额

26、定频率和额定负）额定转速：指电动机接入额定电压、额定频率和额定负载时，电动机转轴上的转速（或者指电动机在额定负载载时，电动机转轴上的转速（或者指电动机在额定负载时的转子转速）。时的转子转速）。7）绝缘等级及温升：是指电动机定子绕组所用的绝缘材料）绝缘等级及温升：是指电动机定子绕组所用的绝缘材料的等级及允许的温度范围。的等级及允许的温度范围。 8）绕组接线方式：）绕组接线方式：9）转子电压：）转子电压：10）转子电流）转子电流11）额定功率因数）额定功率因数 ：当电动机在额定状态下运行时，定：当电动机在额定状态下运行时，定子相电压与相电流之间的相位差。子相电压与相电流之间的相位差。12）额定效率

27、）额定效率 ：电动机在额定工作状态下，输出功率：电动机在额定工作状态下，输出功率p2与与输入功率输入功率p1的比值。的比值。13）标准编号）标准编号14）电动机定额或工作制）电动机定额或工作制15）出厂编号）出厂编号cosnN21100%Npp 三相异步电动机的运行特性主要是指三相异步电动机在运三相异步电动机的运行特性主要是指三相异步电动机在运行时电动机的功率、转矩、转速相互之间的关系。行时电动机的功率、转矩、转速相互之间的关系。 11.2.1 三相异步电动机的空载运行三相异步电动机的空载运行 （1）空载运行：三相异步电动机定子绕组接在对称的三相电）空载运行：三相异步电动机定子绕组接在对称的三

28、相电 源上，转子轴上不带机械负载的运行。源上，转子轴上不带机械负载的运行。 （2）主磁通）主磁通 ：当三相异步电动机定子绕组通入三相对称交流：当三相异步电动机定子绕组通入三相对称交流电时，将产生旋转磁动势，该磁动势产生的磁通绝大部分穿过电时，将产生旋转磁动势，该磁动势产生的磁通绝大部分穿过气隙，并同时交链于定、转子绕组，这部分磁通称为主磁通。气隙，并同时交链于定、转子绕组，这部分磁通称为主磁通。 作用：同时交链于定、转子绕组并在其中分别产生感应电动作用：同时交链于定、转子绕组并在其中分别产生感应电动 势；电动机能量转换的媒介。势；电动机能量转换的媒介。11.2 三相异步电动机的运行特性上一页下

29、一页返回0（3）漏磁通）漏磁通 ：除主磁通外的磁通。：除主磁通外的磁通。 作用：仅在定子绕组上产生漏磁动势，起电抗降压的作用作用：仅在定子绕组上产生漏磁动势，起电抗降压的作用 主磁通和漏磁通（4）空载电流：异步电动机空载运行时的定子电流，用）空载电流：异步电动机空载运行时的定子电流，用 表示表示（5）空载磁动势：三相空载电流流过定子绕组产生的旋转磁动）空载磁动势：三相空载电流流过定子绕组产生的旋转磁动势，用势，用 表示。表示。0I0F11.2.2 三相异步电动机的负载运行三相异步电动机的负载运行（1）负载运行：三相异步电动机定子绕组接在对称的三相电）负载运行：三相异步电动机定子绕组接在对称的三

30、相电源上，转子轴上带机械负载的运行。源上，转子轴上带机械负载的运行。（2）空载和负载运行时的电磁关系：）空载和负载运行时的电磁关系： 空载运行时：空载运行时： 负载运行时：负载运行时：（3）负载时转子电动势的频率：）负载时转子电动势的频率： 转子不转时（如启动瞬间）：转子不转时（如启动瞬间）： 空载运行：空载运行： 额定情况下运行时：额定情况下运行时： 、12220000nnsIFE，2221nnnnIEF 下降，增大， 、 、增大111211()6060p nnnnpnfsfn2101nsff，1200nnsf，20.01 0.06500.33ZZZsfHfHH1，（4）负载时转子绕组感应电

31、动势：）负载时转子绕组感应电动势： 负载时转子绕组漏阻抗：负载时转子绕组漏阻抗： 负载时转子绕组的电流：负载时转子绕组的电流： 负载时转子绕组的功率因数：负载时转子绕组的功率因数： 2222012224.444.44swwEf N ksf N ksE22212222sXf Lsf LsX222222()sEIRsX222222cos()RRsX转子各电磁量与转差率的关系转子各电磁量与转差率的关系 11.2.3 三相异步电动机的功率和转矩三相异步电动机的功率和转矩（1）三相异步电动机的功率）三相异步电动机的功率 电动机运行时，定子从电网吸收电功率，转子向拖动的电动机运行时，定子从电网吸收电功率，

32、转子向拖动的机械负载输出机械功率，电动机在实现机电能量转换的过机械负载输出机械功率，电动机在实现机电能量转换的过程中，必然会产生各种损耗。根据能量守恒定律，输出功程中，必然会产生各种损耗。根据能量守恒定律，输出功率应等于输入功率减去总损耗。率应等于输入功率减去总损耗。 输入功率：电网供给电动机的功率输入功率：电网供给电动机的功率 定子铜损耗：定子电流流过定子绕组时，电流在定子绕定子铜损耗：定子电流流过定子绕组时，电流在定子绕 组电阻上的功率损耗。组电阻上的功率损耗。 11 113cosPU I2Cu11 13PR I 定子铁损耗：旋转磁场在定子铁心中产生的损耗定子铁损耗：旋转磁场在定子铁心中产

33、生的损耗 电磁功率：由定子侧传递到转子侧的电磁功率电磁功率：由定子侧传递到转子侧的电磁功率 转子铜损耗：转子电流流过转子绕组时，电流在转子绕组转子铜损耗：转子电流流过转子绕组时，电流在转子绕组 电阻上的功率损耗。电阻上的功率损耗。 总机械功率：传递到转子的电磁功率扣除转子铜损耗后的总机械功率：传递到转子的电磁功率扣除转子铜损耗后的 功率。功率。2Fem03PR Iem1Cu1Fe()PPPP2Cu2223PR IemCu2MECPPP 机械损耗：电动机运行时，由轴承及风阻等摩擦所引起的机械损耗：电动机运行时，由轴承及风阻等摩擦所引起的 损耗损耗 附加损耗：由定、转子开槽和谐波磁场引起的损耗附加

34、损耗：由定、转子开槽和谐波磁场引起的损耗 机械功率：电动机轴上输出的机械功率机械功率：电动机轴上输出的机械功率 mecPadP21121()MECmecadCuFeCumecadPPPPPPPPPPPP异步电动机的功率流程图：异步电动机的功率流程图： （2）三相异步电动机的转矩平衡方程）三相异步电动机的转矩平衡方程 为电动机电磁转矩（驱动）为电动机电磁转矩（驱动） 为电动机轴上输出的机械负载转矩（制动）为电动机轴上输出的机械负载转矩（制动） 为机械损耗和附加损耗的转矩为机械损耗和附加损耗的转矩 2020ememTTTTTT 或 /emMECTP22/TP0mecadTPP（+）/ 11.2.4

35、 三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性 异步电动机的工作特性是指在额定电压和额定频率运行的异步电动机的工作特性是指在额定电压和额定频率运行的情况下，电动机的转速、输出转矩、定子电流、功率因数、情况下，电动机的转速、输出转矩、定子电流、功率因数、效率等与输出功率的关系。效率等与输出功率的关系。转速特性2()nf P转矩特性22()Tf P定子电流特性12()If P定子功率因数特性12()cosf P效率特性2()f P 转速特性：异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功转速特性：异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时转速变化的曲线称为转速特性。率变化时转速变化的曲线称为转

36、速特性。 稍向下倾斜的曲线（硬特性）稍向下倾斜的曲线（硬特性） 分析：空载时：分析：空载时： 负载时：负载增大时，负载时：负载增大时， 额定运行时：额定运行时： 210Pnnn， 最大22InP 增大，转子电流增大，降低，但下降的不多110.01 0.06(1)(0.99 0.94)NNNsnsnn， 转矩特性转矩特性 异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时，电磁转矩的变化曲线。时，电磁转矩的变化曲线。 过零点稍向上翘的曲线。过零点稍向上翘的曲线。 分析：分析： 222260PPTn空载时空载时： 2200PT，由空载到额定负载时：由空载

37、到额定负载时： 22()nTf P变化很小，故可近似看成一条直线负载时：负载增大时，负载时：负载增大时， 22PP22增大，n降低，T增大，T上升速度略快于（3）定子电流特性）定子电流特性 异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时，异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时，定子电流的变化曲线。定子电流的变化曲线。 分析：空载时：分析：空载时： 负载时：负载时： 2100PII，22IP增大，转子电流 增大，定子电流的负载分量也随之增大（4）定子功率因数特性）定子功率因数特性 n异步电动机的功率因数是衡量在异步电动机输入功率中，异步电动机的功率因数是衡量在异步电动机输入功率中，真

38、正消耗的有功功率所占比重的大小。真正消耗的有功功率所占比重的大小。n异步电动机运行时，必须从电网中吸取感性无功功率，它异步电动机运行时，必须从电网中吸取感性无功功率，它的功率因数总是滞后的，且永远小于的功率因数总是滞后的，且永远小于1。n 增大时，增大时， 先增后降先增后降 n分析：空载时：分析：空载时： 负载时：负载时：2P1cos2100PII，是无功的励磁电流，因此是无功的励磁电流，因此 1cos很小，通常不超过很小，通常不超过0.2当负载增加时，定子电流中的有功电流增加，使功率因数提高；接近额定负载时，定子电流中的有功电流最大，功率因数也达到最高；超过额定负载时，由于转速降低较多，转子

39、电流无功分量增大，相应的定子电流无功分量也增大，即定子电流有功分量减小，功率因数减小。（5）效率特性）效率特性 增大时，增大时， 先增后降，先增后降， 在在 范围内，效率最高范围内，效率最高 分析：分析：2P2P(0.7 1.0)NP1221111211PPPPPPPPPPPP 空载时：空载时： 200P，负载时：负载时：随着输出功率的增加，效率随着输出功率的增加，效率 也增加；在正常运也增加；在正常运行范围内，因主磁通变化很小，所以铁损耗和机械损耗行范围内，因主磁通变化很小，所以铁损耗和机械损耗（由旋转磁场引起的损耗）变化很小，认为是不变的，合（由旋转磁场引起的损耗）变化很小，认为是不变的，

40、合起来称不变损耗。定、转子铜损耗与电流平方成正比，随起来称不变损耗。定、转子铜损耗与电流平方成正比，随着负载而变化，附加损耗也随负载而变，称可变损耗。当着负载而变化，附加损耗也随负载而变，称可变损耗。当负载增大到使可变损耗等于不变损耗时，电动机的效率达负载增大到使可变损耗等于不变损耗时，电动机的效率达最大。最大。如果负载继续增大，与电流平方成正比的定、转子铜损耗如果负载继续增大，与电流平方成正比的定、转子铜损耗增加的较快增加的较快, ,效率反而降低。效率反而降低。2(0.7 1.0)NPP时，效率最高。小结：输出功率增大时，转速、输出转矩、定子电流均增大；小结：输出功率增大时，转速、输出转矩、

41、定子电流均增大； 功率因数、效率先增大后减小。功率因数、效率先增大后减小。 其中功率因数和效率是反映异步电动机工作性能的两个其中功率因数和效率是反映异步电动机工作性能的两个重要的参数，在额定负载附近的功率因数和效率均较高，因重要的参数，在额定负载附近的功率因数和效率均较高，因此电动机应该运行在额定负载附近。此电动机应该运行在额定负载附近。11.2.5 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 电动机的转速电动机的转速 与电磁转矩与电磁转矩 之间的关系，即之间的关系，即 。 因为异步电动机的转速与转差率之间存在着因为异步电动机的转速与转差率之间存在着 的关系，所以异步电动机的机械特性通常

42、表示为的关系，所以异步电动机的机械特性通常表示为 三相异步电动机的电磁转矩有三种表达式（物理表达式、三相异步电动机的电磁转矩有三种表达式（物理表达式、参数表达式、实用表达式），现介绍如下：参数表达式、实用表达式），现介绍如下：nemT()emnf T11()/snnn( )emTf s（1）物理表达式）物理表达式n三相异步电动机转矩的物理表达式为：三相异步电动机转矩的物理表达式为：n电磁转矩与主磁通电磁转矩与主磁通 成正比，与转子电流的有功分量成正比，与转子电流的有功分量 成正比成正比n用于定性分析异步电动机的各种运行状态。用于定性分析异步电动机的各种运行状态。022cosemTTCI转矩常数

43、 022cosI（2）参数表达式）参数表达式n三相异步电动机转矩的参数表达式为：三相异步电动机转矩的参数表达式为：n当当 （或（或 ）变化时，可由参数表达式算出相应的电磁转矩）变化时，可由参数表达式算出相应的电磁转矩 。n机械特性的参数表达式清楚地表示了转矩与转差率和参数之机械特性的参数表达式清楚地表示了转矩与转差率和参数之间的关系，用它分析各种参数对机械特性的影响很方便。间的关系，用它分析各种参数对机械特性的影响很方便。2212221111232()() ememRpUPsTRfRXXs极对数定子相电压 转子侧折算到定子侧的转子电阻 电源频率 定子每相绕组的电阻 定子每相绕组的漏抗 转子侧折

44、算到定子侧的转子漏抗 snemT电磁转矩与转速都为正，从规定正方向判断电机工作在电动机运行状态1001nns，即电磁转矩大于0但与电机旋转方向相反，电机工作在电磁制动运行状态。01ns，即电磁转矩为负值，即为制动性转矩，电机工作在发电机运行状态10nns， 即最大转矩（电动机状态）最大转矩（发电机状态）启动转矩 临界转差率 临界转差率 异步电机最大转矩、临界转差率和电动机的过载能力异步电机最大转矩、临界转差率和电动机的过载能力 最大转矩：最大转矩： 临界转差率：临界转差率： “+”号表示电动机状态，号表示电动机状态，“-”号表示发电机状态号表示发电机状态 过载能力过载能力：最大电磁转矩和额定转

45、矩的比值，反映电动机最大电磁转矩和额定转矩的比值，反映电动机 短时过载能力的大小短时过载能力的大小 表征电动机运行性能的重要参数，一般表征电动机运行性能的重要参数，一般 2111234()mpUTf XX 212mRsXX 0.1 0.2ms mTNTT1.8 2.2T 异步电动机启动转矩和启动转矩倍数异步电动机启动转矩和启动转矩倍数 启动转矩：异步电动机接至电源电压开始启动瞬间的电磁转矩。启动转矩：异步电动机接至电源电压开始启动瞬间的电磁转矩。 此时：此时： 启动转矩倍数：启动转矩和额定转矩之比启动转矩倍数：启动转矩和额定转矩之比 只有当启动转矩大于额定转矩时，电动机才能启只有当启动转矩大于

46、额定转矩时，电动机才能启 动起来，即动起来，即 一般鼠笼式异步电动机的一般鼠笼式异步电动机的 约为约为2.0左右。左右。01ns，212221121232()() stpU RTfRRXXststNTkT1stk stkn对于绕线子转子异步电动机，可以在转子回路中串电阻，对于绕线子转子异步电动机，可以在转子回路中串电阻，使临界转差率使临界转差率 ，启动转矩，启动转矩 ，即增大启动转，即增大启动转矩，来改善启动性能。矩，来改善启动性能。1ms stmTT212mRsXX212221121232()() stpU RTfRRXX异步电动机转子回路串电阻时的机械特性异步电动机转子回路串电阻时的机械特

47、性n对于鼠笼式异步电动机，无法在转子回路中串电阻，启对于鼠笼式异步电动机，无法在转子回路中串电阻，启动转矩大小只能在设计时考虑。只有当启动转矩大于负动转矩大小只能在设计时考虑。只有当启动转矩大于负载转矩时，电动机才能转动起来。一般鼠笼式异步电动载转矩时，电动机才能转动起来。一般鼠笼式异步电动机的机的 约为约为2.0左右。左右。n启动转矩倍数是针对鼠笼式电动机而言。因为绕线式电启动转矩倍数是针对鼠笼式电动机而言。因为绕线式电动机通过增加转子回路的电阻，可加大或改变启动转矩。动机通过增加转子回路的电阻，可加大或改变启动转矩。stk（3）实用表达式）实用表达式 机械特性的参数表达式清楚地表示了转矩与

48、转差率和机械特性的参数表达式清楚地表示了转矩与转差率和参数之间的关系，用它分析各种参数对机械特性的影响参数之间的关系，用它分析各种参数对机械特性的影响很方便。但是，查找电动机的参数是很困难的，通常利很方便。但是，查找电动机的参数是很困难的，通常利用电动机的技术数据和铭牌数据求得电动机的机械特性，用电动机的技术数据和铭牌数据求得电动机的机械特性，即电动机的实用表达式。即电动机的实用表达式。2memmmTTssss（4）三相异步电动机的机械特性曲线分析）三相异步电动机的机械特性曲线分析启动点最大转矩点额定运行点同步转速点 启动点启动点A： 最大转矩点最大转矩点B： 电动机稳定运行的临界点，在临界点

49、以下的非线性段电动机稳定运行的临界点，在临界点以下的非线性段（BA），电动机工作是不稳定的；在临界点以上的线性段），电动机工作是不稳定的；在临界点以上的线性段（DB），电动机可以稳定运行。），电动机可以稳定运行。 额定运行点额定运行点C： 同步转速点同步转速点D：电动机的理想空载点，此时：电动机的理想空载点，此时101(4 7)emststNnsTTIII，mmemmnnssTT，10.01 0.06NNemNNNnnssTTIIs，1102000emnnsTIII，（5）三相异步电动机的机械特性总结）三相异步电动机的机械特性总结 三相异步电动机的三种表达式都能用来表征电动机的三相异步电动机的

50、三种表达式都能用来表征电动机的运行性能，但应用场合不同。一般来说，物理表达式适用运行性能，但应用场合不同。一般来说，物理表达式适用于对电动机的运行做定性分析，参数表达式适用于分析各于对电动机的运行做定性分析，参数表达式适用于分析各种参数变化对电动机运行性能的影响，实用表达式适用于种参数变化对电动机运行性能的影响，实用表达式适用于电动机机械特性的工程计算。电动机机械特性的工程计算。11.3 三相异步电动机的启动n电动机接通三相电源后，开始启动，转速逐渐增高，一电动机接通三相电源后，开始启动，转速逐渐增高，一直到达稳定转速为止，这一过程称为启动过程。直到达稳定转速为止，这一过程称为启动过程。n在生

51、产过程中，电动机经常要启动、停车，其启动性能在生产过程中，电动机经常要启动、停车，其启动性能优劣对生产有很大的影响，所以，要考虑电动机启动性优劣对生产有很大的影响，所以，要考虑电动机启动性能，选择合适的启动方法至关重要。能，选择合适的启动方法至关重要。n异步电动机的启动性能，包括启动电流、启动转矩、启异步电动机的启动性能，包括启动电流、启动转矩、启动时间和启动设备的经济性、可靠性等，其中最主要的动时间和启动设备的经济性、可靠性等，其中最主要的是启动转矩和启动电流。是启动转矩和启动电流。上一页下一页返回 11.3.1 三相异步电动机对启动的要求三相异步电动机对启动的要求（1）启动转矩要大，以便加

52、快启动过程，保证其能在一定负载）启动转矩要大，以便加快启动过程，保证其能在一定负载 下启动。下启动。（2）启动电流要小，以避免启动电流在电网上引起较大的电压）启动电流要小，以避免启动电流在电网上引起较大的电压 降落，影响到接在同一电网上其它电器设备的正常工作。降落，影响到接在同一电网上其它电器设备的正常工作。（3）启动时所需的控制设备应尽量简单，力求操作和维护方便。）启动时所需的控制设备应尽量简单，力求操作和维护方便。（4）启动过程中的能量损耗尽量小。）启动过程中的能量损耗尽量小。 实际的三相异步电动机在刚启动时：实际的三相异步电动机在刚启动时： 启动电流较大，启动转矩并不大启动电流较大，启动

53、转矩并不大 分析：刚启动时，转子处于静止状态（分析：刚启动时，转子处于静止状态（ ），旋转磁），旋转磁场以较大转速切割转子导体，在转子中产生较大的感应电场以较大转速切割转子导体，在转子中产生较大的感应电动势，因而产生较大的感应电流。这样，定子绕组中也将动势，因而产生较大的感应电流。这样，定子绕组中也将流过较大的电流。流过较大的电流。 刚启动时，转差率刚启动时，转差率 （最大），转子绕组的漏电抗最（最大），转子绕组的漏电抗最大，由机械特性的参数表达式可知，此时电磁转矩比较小。大，由机械特性的参数表达式可知，此时电磁转矩比较小。0n 1s 2212221111232()() ememRpUPsTR

54、fRXXs22sXsXn不利影响不利影响 大的大的 Ist 使电网电压降低，影响自身及其他负载工作。使电网电压降低，影响自身及其他负载工作。 频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。 三相鼠笼式异步电动机直接启动控制线路三相鼠笼式异步电动机直接启动控制线路下一页返回11.3.2 三相鼠笼式异步电动机的全压启动三相鼠笼式异步电动机的全压启动全压启动指在额定电压下，将电动机三相定子绕组直接接到全压启动指在额定电压下，将电动机三相定子绕组直接接到额定电压的电网上来启动电动机，又称为直接启动。额定电压的电网上来启动电动机，又称为直接启动。n优点：简单易行优点：简单

55、易行 缺点：启动电流很大缺点：启动电流很大 一般鼠笼式异步电动机的最初启动电流为（一般鼠笼式异步电动机的最初启动电流为（57）IN，最初，最初启动转矩为启动转矩为（1.52）TNn直接启动的应用场合直接启动的应用场合(1) 小容量的电动机（小容量的电动机（PN 7.5kW） (2) 电动机容量满足如下要求：电动机容量满足如下要求：(3) 用户由专用变压器供电，电动机的容量小于变压器容量的用户由专用变压器供电，电动机的容量小于变压器容量的20%Ist IN sc =1 43 +电源总容量电源总容量(kVA) 电动机容量电动机容量(kW)2.3.3 三相鼠笼式异步电动机的降压启动三相鼠笼式异步电动

56、机的降压启动 这种方法是在启动时利用启动设备，使加在电动机定子这种方法是在启动时利用启动设备，使加在电动机定子绕组上的电压绕组上的电压U1降低，此时磁通随降低，此时磁通随U1成正比地减小，其成正比地减小，其转子电动势转子电动势E2、转子启动电流、转子启动电流I2st和定子电路的启动电流和定子电路的启动电流I1st也随之减小。在降压启动时，启动转矩也大大降低了。也随之减小。在降压启动时，启动转矩也大大降低了。因此，这种方法仅适用于电动机在空载或轻载情况下的因此，这种方法仅适用于电动机在空载或轻载情况下的启动。启动。212221121232()() stpU RTfRRXX （1） 三相鼠笼式异步

57、电动机定子回路串电阻降压启动三相鼠笼式异步电动机定子回路串电阻降压启动启动启动 运行运行也可以把定子回路中串入的电阻改成电抗器也可以把定子回路中串入的电阻改成电抗器M 3XSS1 FUS23 n优点优点:启动电流小启动电流小 当启动电压减小为原来的当启动电压减小为原来的1/k时，启动电流也减小时，启动电流也减小到原来的到原来的1/kn缺点缺点:启动转矩小启动转矩小 启动转矩正比于电压平方，减小到原来的启动转矩正比于电压平方，减小到原来的1/k2n应用：高电压电动机应用：高电压电动机（2） 三相鼠笼式异步电动机三相鼠笼式异步电动机Y -转换降压启动转换降压启动电动机启动时，定电动机启动时，定子三

58、相绕组接成子三相绕组接成Y Y型，型，（启动起来后）运（启动起来后）运行时接成行时接成型。型。适用于：正常运行为适用于：正常运行为联结的电动机。联结的电动机。三相鼠笼式异步电动机三相鼠笼式异步电动机Y -转换降压启动转换降压启动3 UNS1 FUS2U1U2V1V2W1W2适用于：正常运行为适用于：正常运行为联结的电动机。联结的电动机。三相鼠笼式异步电动机三相鼠笼式异步电动机Y -转换降压启动转换降压启动3 UNS1 FUS2U1U2V1V2W1W2Y 起动起动适用于：正常运行为适用于：正常运行为联结的电动机。联结的电动机。 运行运行S23 UNS1 FUU1U2V1V2W1W2 定子相电压比

59、定子相电压比 U1PYU1PUN 3 UN=1 3 定子相电流比定子相电流比 I1PYI1PU1PYU1P=1 3 启动电流比启动电流比IstYIstI1PY 3 I1P=1 3三相鼠笼式异步电动机三相鼠笼式异步电动机Y -转换降压启动转换降压启动 Y 型型启动的启动电流启动的启动电流 IstY = Ist1 3 启动转矩比启动转矩比 TstYTstU1PYU1P=1 3( )2TstY = Tst1 3 Y型型启动的启动转矩启动的启动转矩 n分析：分析：n型接法时：设定子绕组的线电压是型接法时：设定子绕组的线电压是U1，则每相的电压为则每相的电压为U1，假设电动机的每相阻抗为假设电动机的每相

60、阻抗为Z，则每相的启动电流为，则每相的启动电流为U1/Z，启，启动线电流为动线电流为 n启动时：接成启动时：接成Y型，定子绕组的线电压是型，定子绕组的线电压是U1，则每相的电压为则每相的电压为 。此时，定子绕组的线电流等于相电流，即启动电流，。此时，定子绕组的线电流等于相电流，即启动电流，为为 。n由上述可知：接成由上述可知：接成Y型启动时，由电网供给的最初启动电流型启动时，由电网供给的最初启动电流为为型接法时的型接法时的1/3，即启动电流减小了。启动转矩减小到原，即启动电流减小了。启动转矩减小到原来的来的1/3。13UZ13UZ13UZn优点：设备比较简单，启动电流小优点：设备比较简单，启动