第4章交流电动机的工作原理及特性

1、下一页下一页第四章第四章 交流电动机的工作原理及特性交流电动机的工作原理及特性 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； 掌握三相异步电动机启动、调速和制动等各种特性；掌握三相异步电动机启动、调速和制动等各种特性； 掌握单相异步电动机的工作原理和启动方法；掌握单相异步电动机的工作原理和启动方法； 了解同步电动机的结构、工作原理、运行特性和启动方法。了解同步电动机的结构、工作原理、运行特性和启动

2、方法。下一页下一页4.1 三相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、基本结构一、基本结构 三相异步电动机主要由三相异步电动机主要由定子定子和和转子转子两个部分组成，定子是不动的两个部分组成，定子是不动的部分，转子是旋转部分，在定子和部分，转子是旋转部分，在定子和转子之间有一定的气隙。转子之间有一定的气隙。1. .定子定子机座：铸钢或铸铁机座：铸钢或铸铁下一页下一页 定子铁心是磁路的一部分，定定子铁心是磁路的一部分，定子绕组是电动机的子绕组是电动机的电路部分电路部分。三相电。三相电动机的定子绕组分为三个部分动机的定子绕组分为三个部分对称对称地地分布在定子铁心上，称

3、为三相绕组，分布在定子铁心上，称为三相绕组，分别用分别用AX,BY,CZ表示，其中表示，其中A,B,C称为称为首端首端，而，而X,Y,Z称为称为末端末端。 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用铸铁铸铁机座。根据不同的冷却方式采用不同的机座型式。机座。根据不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，三相绕组中的电流在三相绕组接入三相交流电源，三相绕组中的电流在定子铁心中产生定子铁心中产生旋转磁场旋转磁场。 下一页下一页2. .转子转子 转子铁心也是电动机磁路的一部分，转子铁心也是电动机磁路的一部分，由由

4、硅钢片叠硅钢片叠压而成。转子铁心装在压而成。转子铁心装在转轴转轴上。硅钢片冲片如图所示。上。硅钢片冲片如图所示。 转子由铁心与绕组组成转子由铁心与绕组组成 绕线式异步电动机转子绕线式异步电动机转子绕组是由绕组是由线圈绕组线圈绕组放入转子放入转子铁心槽内，并分为三相对称铁心槽内，并分为三相对称绕组，与定子产生的磁极数绕组，与定子产生的磁极数相同。相同。 绕线式转子通过轴上的绕线式转子通过轴上的滑滑环和电刷环和电刷在转子回路中接入在转子回路中接入外加电阻，用以外加电阻，用以改善启动性改善启动性能与调节转速能与调节转速。 下一页下一页结构简单、价格低廉、工作可靠；结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人

5、为不能人为改变改变电动机的机械特性。电动机的机械特性。结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻外加电阻可人为可人为改变电动机的机械特性。改变电动机的机械特性。 线绕式和鼠笼式两种电动机的转子构造虽然不同，但工作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。原理是一致的。转子的作用转子的作用是是产生转子电流，即产生电磁转矩产生转子电流，即产生电磁转矩。 鼠笼式异步电动机转子鼠笼式异步电动机转子绕组是在绕组是在转子铁心槽转子铁心槽里插入里插入铜条铜条，再将全部铜条两端焊，再将全部铜条两端焊在两个在两个铜端环铜端环上而组成。上而组成。 下

6、一页下一页二、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周的假设每相绕组只有一个线匝，分别嵌放在定子内圆周的6个凹个凹槽之中。现将三相绕组的末端槽之中。现将三相绕组的末端X、Y、Z相连，首端相连，首端A、B、C接三相接三相交流电源。且三相绕组分别叫做交流电源。且三相绕组分别叫做A、B、C相绕组。如图所示。相绕组。如图所示。下一页下一页 假定定子绕组中电流的假定定子绕组中电流的正方向规定正方向规定为从首端流向末为从首端流向末端，且端，且A相绕组的电流作为相绕组的电流作为参考参考正弦量，即正弦量，即 iA的初的初相

7、位为相位为零零，则三相绕组，则三相绕组A,B,C的电流的电流(相序为相序为ABC)的瞬时值的瞬时值:tIi sinmA )32sin(mB tIi)34sin(mC tIi 如图所示是这些电流随时间变化的曲线。如图所示是这些电流随时间变化的曲线。下一页下一页 时时01 t iB为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从为负，电流实际方向与正方向相反，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，即电流从为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从C端流到端流到Z端端 按右手螺旋法则确定三相电流按右手螺旋法则确定三相电流产生的合成磁场，如图箭头所示产生的合成磁场，如图箭头所示 iA

8、=0下一页下一页 时时62Tt iB为负，电流实际方向与正方向相反，电流从为负，电流实际方向与正方向相反，电流从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，电流从为正，电流实际方向与正方向一致，电流从A端流到端流到X端端 此时的合成磁场如图（此时的合成磁场如图（b）所示，合成磁场已从所示，合成磁场已从t=0瞬间所瞬间所在位置顺时针方向旋转了在位置顺时针方向旋转了 /3。 iC=0下一页下一页 时时33Tt iC为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从为负，电流实际方向与正方向相反，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，电流从为正，电流实际方向与正方向一致

9、，电流从A端流到端流到X端端 此时的合成磁场如图此时的合成磁场如图（c）所示，合成磁场已从）所示，合成磁场已从t=0 瞬间所在位置顺时针方瞬间所在位置顺时针方向旋转了向旋转了2 /3。iB=0下一页下一页 42tT时0A i iC为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从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，电流从为正，电流实际方向与正方向一致，电流从B端流到端流到Y端端 此时的合成磁场如图（此时的合成磁场如图（d）所示，合成磁场已从所示，合成磁场已从t=0 瞬间所瞬间所在位置顺时针方向旋转了在位置顺时针方向旋转了 。下一页下一页 按以上

10、分析可以证明：当三相电流随时间不断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相绕组内的电相绕组内的电流又超前流又超前C相绕组内的电流相绕组内的电流2 /3，当三相交流电的相序为当三相交流电的相序为ABC ，旋转磁场的旋转方向为从，旋转磁场的旋转方向为从ABC，即向，即向顺时针顺时针方向旋转。方向旋转。 如果将定子绕组接如果将定子绕组接至电源的三根导线中的至电源的三根导线中的任意两根线对

11、调任意两根线对调，例如，例如，将将B，C两根线对调使两根线对调使B相与相与C相绕组中电流的相相绕组中电流的相位对调。位对调。下一页下一页 此时此时A相绕组内的电流超前相绕组内的电流超前C相绕组内的电流相绕组内的电流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，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述同样的分析方法可知，此时旋转磁场的旋转方向将变为为ACB，即向，即向逆时针方向逆时针方向旋转。旋转。 所以要改变旋转磁场的旋转方向，需把定子绕组接到电源的三所以要改变旋转磁场的旋转方向，需把定子绕组接到电源的三根导线中的根导线中的

12、任意两根对调任意两根对调。 下一页下一页0t 即：即：1pCiBiAioimI tBiAXBYCZAiCiAXYCBZNS下一页下一页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个槽个槽）每相绕组由每相绕组由两个线圈串联两个线圈串联组成，绕组的始端之间互差组成，绕组的始端之间互差60,再再将这三相绕组接到对称三相电源使通过对称三相电流，便产将这三相绕组接到对称三相电源使通过对称三相电流，便产生具有生具有两对两对磁极的旋转磁场。磁极的旋转磁场。AX XNSZ CZBYB Y A C SN极对数极对数2p旋转磁场的磁极对数旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关与三相绕组的排列有关

13、下一页下一页分分）转转 /( 6010fn 工频：工频：Hz501 f分分）转转 /( 30000 np=1时时0mICiBiAi tiomIAXYCBZNSAXYCBZNSAXYCBZNS 在交流电动机中，旋转磁场相对定子的在交流电动机中，旋转磁场相对定子的旋转速度被称为同步速度，用旋转速度被称为同步速度，用n0表示。表示。下一页下一页X NSA X ABZCYZ C Y B SN0t6/Tt p=2时时BiCiAiit mI0分分）转转/( 150026010 fn0n6AX XZ CZBYB Y A C NSNS旋转磁场的旋转速度与电流的频率和磁极对数的关系旋转磁场的旋转速度与电流的频率

14、和磁极对数的关系电流变化一个周期电流变化一个周期，旋转磁场在空间只转了，旋转磁场在空间只转了1/2转转下一页下一页)/( 6010分分转转pfn 2p180分）转/( 50011p360分）转/( 0003极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速)f(Hz501 3p120分）转/( 00014p分分）转转/( 75090旋转磁场转速旋转磁场转速n0与频率与频率f1和极对数和极对数p有关。有关。下一页下一页AXYCBZ1060r/minfnpBlvBliFvF0nNS5工作原理工作原理 三相异步电动机的工作原理是基于三相异步电动机的工作原理是基于

15、定定子旋转磁场和转子电流子旋转磁场和转子电流的相互作用。的相互作用。 下一页下一页0nn 如果如果:0nn 6. .转转差率差率 S：分析异步电动机运行特性的主要参数。分析异步电动机运行特性的主要参数。下一页下一页%)91 (S转子转速亦可由转差率求得：转子转速亦可由转差率求得：0)(1nns%10000nnnSS 例例1 1：一台三相异步电动机，其额定转速一台三相异步电动机，其额定转速 n= =975 r/min，电源频率电源频率 f1 1= =50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载下。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。的转差率。解：解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转根据异步

16、电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：速的关系可知：n0=1000 r/min , 2.5%100%10009751000%10000nnns下一页下一页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接线盒线盒的接线柱上，定子绕组出线端的首端为的接线柱上，定子绕组出线端的首端为D1、D2、D3，末端为，末端为D4、D5、D6。下一页下一页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

17、组首端之间的电压，用U1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相相表示。表示。 对于星形接法：对于星形接法：相相UU31 对于三角形接法：对于三角形接法： 相相UU 13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I1 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相相表示。表示。 对于星形接法对于星形接法 ：相相II 1对于三角形接法对于三角形接法 ：相相II31 cosUIP1113 4. . 电动机的输入功率电动机的输入功率下一页下一页二、额定参数二、额定参数 电动机在制造工厂所

18、拟定的情况下工作时，称为电电动机在制造工厂所拟定的情况下工作时，称为电动机的动机的额定运行额定运行，通常用额定值来表示其运行条件，这，通常用额定值来表示其运行条件，这些数据大部分都标明在电动机的铭牌上。些数据大部分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械功率电动机轴上输出的机械功率。 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

19、子电流为转子电流 下一页下一页2. .额定电压额定电压UN：在额定运行情况下，定子绕组端应：在额定运行情况下，定子绕组端应加的加的线电压线电压值。值。 3. .额定频率额定频率f ：在额定运行情况下，定子外加电压的频率：在额定运行情况下，定子外加电压的频率50Hz例如：标有例如：标有380/220V、Y/ 是指：是指： 线电压为线电压为 380V 时采用时采用 Y联结联结； 线电压为线电压为 220V 时采用时采用 联结联结。4. .额定电流额定电流IN ：在额定频率、额定电压和轴上输出额定功率时，：在额定频率、额定电压和轴上输出额定功率时，定子的定子的线电流线电流值。值。 表示表示 星形星形

20、联结联结下电机的线电流为下电机的线电流为 6.73A；三角形；三角形联结联结下线电流为下线电流为 11.64A。两种接法下相电流均为。两种接法下相电流均为 6.73A。5. .额定转速额定转速nN ：在额定频率、额定电压和电动机轴上输出额定功：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。与额定转速相对应的转差率称为额定转差率率时电动机的转速。与额定转速相对应的转差率称为额定转差率SN015. 006. 0N S下一页下一页PNP2cos O 1.1.额定功率因数额定功率因数 ：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，定子相电流与相电压之间电动机轴

21、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。额定负载时，功率因数最高。相位差的余弦。额定负载时，功率因数最高。 Ncos 一般不标在电动机铭牌上的几个额定值如下一般不标在电动机铭牌上的几个额定值如下 ： 2. .额定效率额定效率 ：在额定频率、额定电压和电动机轴上输出：在额定频率、额定电压和电动机轴上输出额定功率时，电动机输出机械功率与输入电功率之比额定功率时，电动机输出机械功率与输入电功率之比N %100cos3NNNN IUPN 3. .额定负载转矩额定负载转矩TN ：电动机在额定转速下输出额定功率：电动机在额定转速下输出额定功率时轴上的负载载矩。时轴上的负载载矩。下一页下一页三

22、、定子绕组连线方法的选用三、定子绕组连线方法的选用 定子三相绕组的连接方式（定子三相绕组的连接方式（Y形或形或 形）的选择，形）的选择，和普通三相负载一样，须视电源的和普通三相负载一样，须视电源的线电压线电压而定。而定。 如果电源的线电压等于电动机的额定相电压，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；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，电动机的绕组就应该接成星形。倍，那么，电动机的绕组就应该接成星形。3例例 电源线电压为电源线电压为380V，现有两台电动机铭牌数据如下：，现有两台电

23、动机铭牌数据如下：1. J32-4，连接方法，连接方法 /Y，电压，电压220/380V，2. J02-21-4，连接方法，连接方法 ，电压，电压380V。解解： J32-4 电动机应接星形电动机应接星形 J02-21-4 电动机应接成三角形电动机应接成三角形下一页下一页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三相异步电动机的电磁关系同变压器变压器类类似，定子绕组相当于变压器的原绕组，转子似，定子绕组相当于变压器的原绕组，转子绕组（一般是绕组（一般是短接短接的）相当于副绕组

24、。的）相当于副绕组。 定子绕组接上三相电源电压（相电压定子绕组接上三相电源电压（相电压为为u1）时，则有三相）时，则有三相电流电流通过（相电流为通过（相电流为i1），定子三相电流产生），定子三相电流产生旋转磁场旋转磁场，其磁，其磁力线通过定子和转子铁心而闭合，这磁场力线通过定子和转子铁心而闭合，这磁场不仅在转子每相绕组中要不仅在转子每相绕组中要感应感应出电动势出电动势e2，而且在定子每相绕组中也要感应出电动势而且在定子每相绕组中也要感应出电动势e1i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f2下一页下一页定子每相绕组中产生的定子每相绕组中产生的感应电动势感应电动势为：为： tNedd11 它也是正

25、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 它等于定子电流的频率，即它等于定子电流的频率，即 ff 1定子每相绕组中还要产生定子每相绕组中还要产生漏磁电动势漏磁电动势tiLedd1L1L1 下一页下一页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 如用复数表示，则为如用复数表示，则为 )(j)()(1111111111E

26、XIRIEERIUL 式中，式中， 和和 ( )为定子每相绕组的电阻和漏磁感抗为定子每相绕组的电阻和漏磁感抗1R1XL11 21LfX 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，比较起来，常可忽略，于是异步电动机：常可忽略，于是异步电动机：旋转磁场切割导体旋转磁场切割导体 e U1 E1= 4.44 f 1N1 下一页下一页 定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化。转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化。 定子感应电势频率定子感应电势频率 f 1 转子

27、感应电势频率转子感应电势频率 f 2 旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同二、转子电路二、转子电路 0002106060nnnnn pfpsfnS下一页下一页 E20= 4.44 f 1N2 即即E2= SE20 2122222LfSLfXX20= 2 f1L 2即即X2= SX20 X20 电动机不动电动机不动（S=1）时转子每相绕组的感抗。）时转子每相绕组的感抗。下一页下一页222222XREI 2202220)(SXRSE)(0002nnIS2202220max21XREIS220222222222)( cosSXRRXRR变化规律随、SI c

28、os22)(2ISn)cos(2SnI2cos 2s1I2,2cos O下一页下一页三、转矩特性三、转矩特性 电磁转矩电磁转矩（以下简称转矩）是三相异步电动（以下简称转矩）是三相异步电动机最重要的物理量之一。机最重要的物理量之一。22tcosIKT常数，与电常数，与电机结构有关机结构有关旋转磁场旋转磁场每极磁通每极磁通转子电流转子电流转子电路的转子电路的功率因数功率因数 结论：结论：转子转动时，转转子转动时，转 子电路中的各量均与子电路中的各量均与转转 差率差率 S有关，即与转速有关，即与转速 n有关。有关。下一页下一页21220222)(USXRSRKT22 cos IKTT 2202220

29、2)(SXRSEI2202222)(cosSXRRmNfU11144.4 由前面分析知：由前面分析知：21U下一页下一页四三相异步电动机的能流四三相异步电动机的能流 21NPP电动机的效率：1P2mm2PPPT从电源输送到定子电路的电功率从电源输送到定子电路的电功率定子定子：定子绕组铜耗和定子铁芯铁耗：定子绕组铜耗和定子铁芯铁耗由旋转磁场从定子电路传递到转子电路的电磁功率由旋转磁场从定子电路传递到转子电路的电磁功率Pe从而得到电动机的机械功率从而得到电动机的机械功率Pm11 113cosPU I转子转子：转子绕组铜耗和转子铁芯铁耗：转子绕组铜耗和转子铁芯铁耗(可忽略可忽略)电动机的电动机的输出

30、输出(机械机械)功率功率:9550/oeTnP 9550/TnPmeosSPnnTP9550/ )(功率差功率差下一页下一页五机械特性五机械特性 在异步电动机中，转速在异步电动机中，转速 n=(1-S)n0，为了符合习惯画，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线，即称为法，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。异步电动机的机械特性。 1固有机械特性固有机械特性 异步电动机在异步电动机在额定电压和额定频率下，用规定的接线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抗时的机械特方式，定子和转子电路中不串联任何电阻或电抗时的机

31、械特性性称为固有（自然）机械特性。称为固有（自然）机械特性。 根据根据 2202222)SX(RUSRT 00nnnS 三相异步电动机的固有机械特性曲线如图所示。三相异步电动机的固有机械特性曲线如图所示。下一页下一页 从特性曲线上可以看出，从特性曲线上可以看出，其上有四个特殊点可以决定其上有四个特殊点可以决定特性曲线的基本形状和异步特性曲线的基本形状和异步电动机的运行性能：电动机的运行性能： 0010 S,nn,T 电动机处于理想空载电动机处于理想空载工作点，此时电动机的转工作点，此时电动机的转速为理想空载转速。速为理想空载转速。理想工作点理想工作点额定工作点额定工作点临界工作点临界工作点启动

32、工作点启动工作点 NNN,2SSnnTT 电动机额定工作点。此电动机额定工作点。此时额定转矩和额定转差率为时额定转矩和额定转差率为 NnPTNN55. 9 0N0NnnnS 下一页下一页 1, 0,3st SnTT22022212stXRURKT 起动时起动时n= 0 时时，S =1体现了电动机带负载起动的能力。体现了电动机带负载起动的能力。启动工作点启动工作点 3).若增大转子电抗则会使启动转矩大为减小。若增大转子电抗则会使启动转矩大为减小。2). Tst与与 R2 有关，有关， 适当使适当使R2 Tst 。 对绕线式电机，对绕线式电机，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

33、时，启动转矩会增大，改变转子附加电阻改变转子附加电阻R 2 , 可使可使Tst =Tmax 。当当施加在定子每相绕组上的电压降低时，启动转矩会明显减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小2st11st1). ,TUUT定义定义 st=Tst/TN 衡量异步电动机启动能力衡量异步电动机启动能力下一页下一页 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得得 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 202mXRss临界转差率临界转差率临界工作点临界工作点下一页下一

34、页2max11max1).,TUUT2021max2 XUKT m a xNmTT 它表征了电动机能够承受冲击负载的能力大小，它表征了电动机能够承受冲击负载的能力大小，一般三相异步电动机的过载系数为一般三相异步电动机的过载系数为1.8 2.2m 12 II 2). Sm与与 R2 有关，有关， R2 Sm n 。绕线式电。绕线式电机改变转子附加电阻机改变转子附加电阻R 2 可实现调速。可实现调速。 下一页下一页2人为机械特性人为机械特性 由分析可知：异步电动机的机械特性与电动机的参数有关，由分析可知：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、电源频率有关，将关系式中的参数人为地

35、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以改变而获得的特性称为异步电动机的人为机械特性。加以改变而获得的特性称为异步电动机的人为机械特性。 （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大地减小随着电压的减小而大大地减小stT随着电压的减小而大大地减小随着电压的减小而大大地减小U Tm U UTst 0nNUT2nTO下一页下一页 由于异步电动机对电网电压的波动非常由于异步电动机对电网电压的波动非常敏感

36、敏感，运，运行时，如电压降低太多，会行时，如电压降低太多，会大大降低大大降低它的过载能力与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 例如例如，电动机运行在额定负载，电动机运行在额定负载 TN 下，即使下，即使 m=2 ，若电网，若电网电压下降到电压下降到 70%UN ，则由于这时，则由于这时 此外，电网电压下降此外，电网电压下降 ，在负载不变的条件下，将，在负载不变的条件下，将使电动机使电动机转速下降转速下降，转差率，转差率S 增大，电流增加，引起

37、电增大，电流增加，引起电动机发热甚至烧坏。动机发热甚至烧坏。电动机也会停转电动机也会停转下一页下一页（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，电动机端电压为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或电抗上的压降，致使电源电压减去定子外串电阻上或电抗上的压降，致使定子绕组定子绕组相电压相电压降低，这种情况下的人为特性与降低电源电压时的相似。降低，这种情况下的人为特性与降低电源电压时的相似。随着速上升和启随着速上升和启动电流的减小动电流的减小电阻上压降减小电阻上压降减小U1又有所增大又有所增

38、大下一页下一页（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： fn 0fS/1m fT/1st 不不变变maxT 一般变频调速采用一般变频调速采用恒转矩调速恒转矩调速，即希望最大转矩保持为恒，即希望最大转矩保持为恒值，为此在改变频率的同时，电源电压也要作相应的变化，使值，为此在改变频率的同时，电源电压也要作相应的变化，使 U/f =C，这在实质上是使电动机气隙磁通保持不变。，这在实质上是使电动机气隙磁通保持不变。 下一页下一页（4）转子电路串

39、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的转子电路中串入电在三相线绕式异步电动机的转子电路中串入电阻后阻后 ，转子电路中的电阻为，转子电路中的电阻为2r2RR Nmax2202222st202max0m0202m0260TTXRURKTXUKTnnnXRSpfn 0nmaxTmS不变不变不变不变随着串接电阻的增加而增大随着串接电阻的增加而增大， 人为特性将是比固有特性较软的一条曲线人为特性将是比固有特性较软的一条曲线下一页下一页 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 衡量电动机启动性能的主要技术指标衡量电动机启动性能的主要技术指标:（1）有）有足

40、够大的启动转矩足够大的启动转矩，保证生产机械能正常启动。一般场合，保证生产机械能正常启动。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转矩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转矩大于负载转矩，否则电动机不能启动。大于负载转矩，否则电动机不能启动。 （2）在满足启动转矩要求的前提下，）在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好启动电流越小越好。因。因为过大启动电流的冲击，对于为过大启动电流的冲击，对于电网和电动机电网和电动机本身都是不利的。本身都是不利的。异步电动机本身的启动特性为：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=(57)

41、IN b.启动转矩小启动转矩小 NstT).(T5180 启动时启动时 ，转子功率因数，转子功率因数 很低，因很低，因而启动转矩而启动转矩 却不大。却不大。 1 S2202222XRRcos ststmstcosIKT22 下一页下一页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机械的要求显然异步电动机的这种启动性能和生产机械的要求是相是相矛盾矛盾的，为了解决这些矛盾，必须根据具体情况，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。采取不同的启动方法。下一页下一页一、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

42、方法 鼠笼式异步电动机有直接启动和降压启动两种方法，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，要根据实际情况而定。采用什么启动方法，要根据实际情况而定。 1直接启动（全压启动）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闸刀开关或接触器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直接接入电源，在额定电压下进行启动。，在额定电压下进行启动。 特点：电动机定子绕组特点：电动机定子绕组工作电压和启动电压相等，启动电流很大工作电压和启动电压相等，启动电流很大。 直接启动的条件直接启动的条件： 一般有一般有独立变压器供电独立变压器供电（即变压器供动力用

43、电）时，若电动机（即变压器供动力用电）时，若电动机启动频繁，电动机功率小于变压器容量的启动频繁，电动机功率小于变压器容量的20%时允许直接启动；时允许直接启动； 如果如果没有独立的变压器供电没有独立的变压器供电（即与照明共用电源），电动机（即与照明共用电源），电动机启动比较频繁，则按经验公式来估算，满足下列关系则可直接启动。启动比较频繁，则按经验公式来估算，满足下列关系则可直接启动。 若电动机不经常启动，电动机功率小于变压器容量的若电动机不经常启动，电动机功率小于变压器容量的30%时时也允许直接启动。也允许直接启动。下一页下一页 例例5.2：有一台要求经常启动的鼠笼式异步电动机，其：有一台要求

44、经常启动的鼠笼式异步电动机，其 PN=20kW, Ist/IN=6.5 ，如果供电变压器（电源）容量为，如果供电变压器（电源）容量为560kVA，且有照明负载，问可否直接启动？同样的且有照明负载，问可否直接启动？同样的Ist/IN 比值，功率为比值，功率为多大的电动机则不允许直接启动？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的电动机不允许直接启动。的电动机不允许直接

45、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下一页下一页2定子串定子串电阻或电抗器降压启动电阻或电抗器降压启动 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，使启动电流减小；电路，使启动电流减小； 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被被短接短接，电动机接上全，电动机接上全部电压而趋于稳定运行。部电压而趋于稳定运行。 启动转矩随定子电压的平方下降，故它启动转矩随定子电压的平方下降，故它只适用只适用于空于空载或轻载启动的场合；载或轻载启动的场合；

46、 不经济，在启动过程中，电阻器上不经济，在启动过程中，电阻器上消耗能量大消耗能量大，不适用于经，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，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，且体积大。且体积大。特点：特点： 下一页下一页3Y- 降压启动降压启动 启动时，定子绕组接成星形；启动时，定子绕组接成星形；待转速上升待转速上升到一定程度后再到一定程度后再将定子绕组接成三角形，电动机启动过程完成而转入正常运行。将定子绕组接成三角形，电动机启动过程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 为定子绕组分别接成星形及三角形为定子

47、绕组分别接成星形及三角形的启动电流的启动电流（线电流），（线电流），Z为电动为电动机在启动时每相绕组的等效阻抗。机在启动时每相绕组的等效阻抗。Y3lstUIZ3lstUIZstY13stII下一页下一页lUU31P (b) 只适用于正常运行为三角形联结的电机只适用于正常运行为三角形联结的电机)(2StUT (c)Y 起动起动 ststTI启动转矩小，适合于空载或轻载起动的场合启动转矩小，适合于空载或轻载起动的场合SYtst31TT UlU1W2V2W1+U2V1UP+Ul+U1W2V2W1U2V1(a)设备简单、经济、启动电流小设备简单、经济、启动电流小下一页下一页4自耦变压器降压启动自耦变压

48、器降压启动 11212 NNUUK12KUU 而变压器原边电流而变压器原边电流I1=KI2=K2Ist ，即此时电网供电电，即此时电网供电电流流I1是直接启动时电流是直接启动时电流Ist的的K2倍。倍。自耦变压器启动时自耦变压器启动时的一相电路。的一相电路。即即I2=KIst下一页下一页 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- 降压启降压启动时为动时为定值定值，而自耦变压器启动时的，而自耦变压器启动时的K是可调节是可调节的，的，这就是此种启动方法优于这就是此种启动方法优于Y-启动方法之处，当然它启动方法之处，当然它的启动转矩也是全压启动时的的启动转矩也

49、是全压启动时的K2倍。倍。 变压器的体积大、重量重、价格高、维修麻烦，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（超过额定电流）状态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，下运行，因此，不适于不适于启动频繁的电动机。启动频繁的电动机。下一页下一页二、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，启动电流大启动转矩小，启动电流大，因此不能，因此不能满足某些生产机械需要高启动转矩和低启动电流的要求。满足某些生产机械需要高启动转矩和低启动电流的要求。 线绕式异步电动机由于能在线绕式异步电动机

50、由于能在转子电路转子电路中串电阻，因此具有中串电阻，因此具有较大的启动转矩和较小的启动电流，即具有较大的启动转矩和较小的启动电流，即具有较好的启动特性较好的启动特性。滑环滑环电刷电刷定子定子转子转子起动电阻起动电阻RRR下一页下一页R2 Tst 22022212stXRURKT 22RR stTTOn0nmaxT2R2R stT 12220220)(st2IIRXREI下一页下一页 在转子电路中串电阻的启动方法常用的有两种：在转子电路中串电阻的启动方法常用的有两种：逐级逐级切除启动电阻法切除启动电阻法和和频敏变阻器频敏变阻器启动法。启动法。1逐级切除启动电阻法逐级切除启动电阻法 采用逐级切除启

51、动电阻的方法，其目的和启动过程与采用逐级切除启动电阻的方法，其目的和启动过程与他励直流他励直流电动机电动机方法相似方法相似，主要是为了使整个启动过程中电动机能保持较大，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。的加速转矩。下一页下一页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频敏变阻器实质上是一个铁心损耗铁心损耗很大的三相电抗器，很大的三相电抗器，铁心由一定厚度的几块实心铁板或钢板叠成，一般做成三铁心由一定厚度的几块实心铁板或钢板叠成，一般做成三柱式，每柱上绕有一个柱式，每柱上绕有一个线圈线圈，三相线圈连成星形，然后接，三相线圈连成星形，然后接到线绕式异步电动机的转

52、子电路中。到线绕式异步电动机的转子电路中。 利用电阻和电抗对频率的敏感特性，即利用电阻和电抗对频率的敏感特性，即“频敏频敏”变阻器。变阻器。下一页下一页4.5 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，可以由改如在一定负载下，欲得到不同的转速，可以由改变变极对数极对数，电源频率电源频率和和转差率转差率入手，则交流调速分类：入手，则交流调速分类：)1 (60Spfn下一页下一页一、一、 改变磁极对数调速改变磁极对数调速 A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSS对对多速多速电动机而言电动机而言下一页下一页A1X1A2X2iiP=1 采用变极调速方

53、法的电动机称作采用变极调速方法的电动机称作双速电机双速电机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。等机床上。A1A2X1X2SN下一页下一页 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，转子电路低速工作时，转子电路电流大电流大，容易烧坏电动机，容易烧坏电动机 。 高速运行区高速运行区(带恒转矩负载带恒转矩负载)低速运行区低速运行区(带离心式通风机带离心式通风机械负载械负载)二、变转差率调速二、变转差率调速

54、 改变电源电压时的人为机械特性如图所示：改变电源电压时的人为机械特性如图所示：1、调压调速、调压调速下一页下一页2、 转子电路串电阻调速转子电路串电阻调速 当然，这种调速方法只适用于当然，这种调速方法只适用于绕线式绕线式异步电动机，其异步电动机，其启动电阻可兼作调速电阻用，不过此时要考虑稳定运行时启动电阻可兼作调速电阻用，不过此时要考虑稳定运行时的发热，应的发热，应适当适当增大电阻的容量。增大电阻的容量。1. 转子电路串电阻调速转子电路串电阻调速简单简单可靠可靠，但它是，但它是有级调速有级调速。 2. 随转速降低，随转速降低，特性变软特性变软。 3. 转子电路电阻损耗与转差转子电路电阻损耗与转

55、差率成正比，低速时率成正比，低速时损耗大损耗大。 所以，这种调速方法大多用在重复短期运转的生产所以，这种调速方法大多用在重复短期运转的生产机械中，如在机械中，如在起重运输起重运输设备中应用非常广泛。设备中应用非常广泛。特点：特点： SPe下一页下一页三、变频调速三、变频调速 异步电动机的转速正比于定子电源的频率异步电动机的转速正比于定子电源的频率f，若，若连续连续地调节定子电源频率，即可实现连续地改变电动机的转速地调节定子电源频率，即可实现连续地改变电动机的转速 。 变频调速用于一般鼠笼式异步电动机，采用一个频变频调速用于一般鼠笼式异步电动机，采用一个频率可以变化的电源向异步电动机定子绕组供电

56、，这种变率可以变化的电源向异步电动机定子绕组供电，这种变频电源多为频电源多为晶闸管晶闸管变频装置。变频装置。称为称为变频器变频器。1601fnsp f=50HzM3 +下一页下一页变频调速方法变频调速方法变压变频调速变压变频调速/恒压频比调速（恒压频比调速（f1f1N）U1 E1= 4.44 f 1N1 通常是恒定的，若减小频率，磁通会增加，通常是恒定的，若减小频率，磁通会增加，以使铁芯饱和。为了充分利用铁芯通过磁通的能力，防止磁以使铁芯饱和。为了充分利用铁芯通过磁通的能力，防止磁路饱和，保持路饱和，保持为常数，使磁通保持不变。为常数，使磁通保持不变。 若增大频率，升高若增大频率，升高，磁，磁

57、通会减弱。通会减弱。下一页下一页4.6 三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性 异步电动机和直流电动机一样，也有三种制动方式：异步电动机和直流电动机一样，也有三种制动方式：反馈制动、反接制动和能耗制动。反馈制动、反接制动和能耗制动。 一、反馈制动一、反馈制动 由于某种原因异步电动机的运行速度高于由于某种原因异步电动机的运行速度高于旋转磁场的转速旋转磁场的转速，即，即nn0，S=(n0-n)/n0 n0下一页下一页 1）负载转矩为位能性转矩）负载转矩为位能性转矩的起重机械在的起重机械在下放重物下放重物时的反馈时的反馈制动运行状态。制动运行状态。 2）电动机在变极调速或变）电动机在变极调

58、速或变频调速过程中，极对数突然增多频调速过程中，极对数突然增多或供电频率突然降低，使同步转或供电频率突然降低，使同步转速速n0 突然降低突然降低时的反馈制动运时的反馈制动运行状态。行状态。 反馈制动的机械特性是电动状态机械特性是第一象反馈制动的机械特性是电动状态机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。限向第二象限的延伸或第三象限向第四象限的延伸。下一页下一页 例如，某生产机械采用双速电动机拖动。例如，某生产机械采用双速电动机拖动。016060 501500r/min2fnp低速运行时为低速运行时为8极极(2p=8) 高速运行时为高速运行时为4极极(2p=4)0260 50

59、750r/min4n下一页下一页三相电源的三相电源的相序突然改变相序突然改变，即电源反接，即电源反接， 运转运转nFT n0二、二、 电源反接制动电源反接制动 下一页下一页 如果正常运行时异步电动机三相电源的相序突然改如果正常运行时异步电动机三相电源的相序突然改变，即变，即电源反接电源反接，这就改变了，这就改变了旋转磁场的方向旋转磁场的方向，电动机，电动机状态下的机械特性曲线就由第一象限的曲线状态下的机械特性曲线就由第一象限的曲线1变成了第变成了第三象限的曲线三象限的曲线2。下一页下一页三、能耗制动三、能耗制动 在断开三相电源的同时，给电动机在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组通入直流电

60、其中两相绕组通入直流电流流，直流电流形成的，直流电流形成的固定磁场固定磁场与旋转的转子作用，产生了与转与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向子旋转方向相反的转距相反的转距（制动转距），使转子迅速停止转动。（制动转距），使转子迅速停止转动。nF转子转子T n0=0+-运转运转制动制动RP下一页下一页 异步电动机能耗制动的原理线路图异步电动机能耗制动的原理线路图下一页下一页4.7 单相异步电动机单相异步电动机特点：特点： 1. 为小容量的电动机，从几瓦到几百瓦；为小容量的电动机，从几瓦到几百瓦； 2. 由单相交流电源供电的旋转电机；由单相交流电源供电的旋转电机； 3. 具有结构简单、成本低廉、运行