机电传动控制第(8)

1、第五章第五章 交流电动机的工作交流电动机的工作(gngzu)原理及特性原理及特性 精品资料鼠笼式异步交流电动机授课鼠笼式异步交流电动机授课(shuk)内容：内容： 基本结构、工作原理、基本结构、工作原理、 机械特性、控制方法机械特性、控制方法 精品资料精品资料51 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构(jigu)和工作原理和工作原理 一、三相异步电动机的基本一、三相异步电动机的基本(jbn)结构结构 三相异步电动机主要由三相异步电动机主要由定子和转子两个部分组成，定子和转子两个部分组成，定子是不动的部分，转子是定子是不动的部分，转子是旋转部分，在定子和转子之旋转部分，在定子和转子之

2、间有一定的气隙。如图所示。间有一定的气隙。如图所示。精品资料1.定子定子(dngz) 定子由定子铁心、绕组定子由定子铁心、绕组(roz)以及机座组成。以及机座组成。 定子铁心是磁路的一部分，定子铁心是磁路的一部分，它由它由0.5mm的硅钢片叠压而成，的硅钢片叠压而成，片与片之间是绝缘的，以减少涡片与片之间是绝缘的，以减少涡流损耗。定子铁心的硅钢片的内流损耗。定子铁心的硅钢片的内圆冲有定子槽，槽中安放线圈，圆冲有定子槽，槽中安放线圈，如图所示。硅钢片铁心在叠压后如图所示。硅钢片铁心在叠压后成为一个整体，固定于机座上。成为一个整体，固定于机座上。 精品资料 定子绕组是电动机的电定子绕组是电动机的电

3、路部分。三相电动机的定子路部分。三相电动机的定子绕组分为三个部分对称地分绕组分为三个部分对称地分布在定子铁心上，称为三相布在定子铁心上，称为三相绕组，分别用绕组，分别用AX、BY、CZ表示，其中表示，其中(qzhng)，A、B、C称为首端，而称为首端，而X、Y、Z称称为末端。为末端。 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用铸铁机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。根据不同的冷却座。根据不同的冷却(lngqu)方式采用不同的机座型式。方式采用不同的机座型式。 三相绕组接入三相交流电源，三相绕组中的电流定子铁心中产生三相绕组接入三相交流电源，三相绕组

4、中的电流定子铁心中产生旋转磁旋转磁场场。 精品资料2.转子转子(zhun z) 转子铁心转子铁心(ti xn)也是电动机也是电动机磁路的一部分，由硅钢片叠压而磁路的一部分，由硅钢片叠压而成。转子铁心成。转子铁心(ti xn)装在转轴上。装在转轴上。硅钢片冲片如图所示。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。 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。转子的作用是的。转子的作用是产生转子电流，即产生电磁转矩产生转子电流，即产生电磁转矩。精品资料 鼠笼式异步电动机转子绕组是鼠笼式异步电动机转

5、子绕组是在转子铁心槽里插入铜条，再将全在转子铁心槽里插入铜条，再将全部铜条两端焊在两个部铜条两端焊在两个(lin )铜端铜端环上而组成，如图所示。环上而组成，如图所示。 线绕式异步电动机转子绕线绕式异步电动机转子绕组是由线圈绕组放入转子铁心槽组是由线圈绕组放入转子铁心槽内，并分为三相对称绕组，与定内，并分为三相对称绕组，与定子产生的磁极子产生的磁极(cj)数相同。线绕数相同。线绕式转子通过轴上的滑环和电刷在式转子通过轴上的滑环和电刷在转子回路中接入外加电阻，用以转子回路中接入外加电阻，用以改善启动性能与调节转速，改善启动性能与调节转速， 精品资料 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子结构复杂

6、、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。外加电阻可人为改变电动机的机械特性。精品资料二、三相二、三相(sn xin)异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理 1定子定子(dngz)旋转磁场旋转磁场 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个凹槽之个凹槽之中。现将三相绕组的末端中。现将三相绕组的末端X、Y、Z相连，首端相连，首端A、B、C接三相交流电接三相交流电源。且三相绕组分别叫做源。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。精品资料 假定定子绕组中电流的正方向规定为从首端流向末端假定定子

7、绕组中电流的正方向规定为从首端流向末端(m dun)，且且A相绕组的电流作为参考正弦量，即相绕组的电流作为参考正弦量，即 iA的初相位为零，则三相绕的初相位为零，则三相绕组组A、B、C的电流（相序为的电流（相序为ABC）的瞬时值为：）的瞬时值为：tIi sinmA )32sin(mB tIi)34sin(mC tIi 如图所示是这些电流如图所示是这些电流(dinli)随时间变化的曲线。随时间变化的曲线。精品资料 时时01 t iB为负，电流为负，电流(dinli)实际方向与正方向相反，即电流实际方向与正方向相反，即电流(dinli)从从Y端端流到流到B端；端； iC为正，电流实际为正，电流实际

8、(shj)方向与正方向一致，即电流从方向与正方向一致，即电流从C端流到端流到Z端。端。 按右手螺旋法则确定三按右手螺旋法则确定三相电流产生的合成磁场，如相电流产生的合成磁场，如图（图（a）箭头所示。）箭头所示。 iA=0精品资料 时时62Tt iB为负，电流实际为负，电流实际(shj)方向与正方向相反，即电流从方向与正方向相反，即电流从Y端流到端流到B端；端； iA为正，电流为正，电流(dinli)实际方向与正方向一致，即电流实际方向与正方向一致，即电流(dinli)从从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）所示，合成磁场已从示，合成磁场已从t=0 瞬间所在

9、瞬间所在位置顺时针方向旋转了位置顺时针方向旋转了 /3。 iC=0精品资料 时时33Tt iC为负，电流实际方向为负，电流实际方向(fngxing)与正方向与正方向(fngxing)相反，即电流相反，即电流从从Z端流到端流到C端；端； iA为正，电流为正，电流(dinli)实际方向与正方向一致，即电流实际方向与正方向一致，即电流(dinli)从从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向瞬间所在位置顺时针方向旋转了旋转了2 /3。 iB=0精品资料 时时24Tt 0A i iC为负，电流为负，电流(d

10、inli)实际方向与正方向相反，即电流实际方向与正方向相反，即电流(dinli)从从Z端流端流到到C端；端； iB为正，电流实际方向为正，电流实际方向(fngxing)与正方向与正方向(fngxing)一致，即电流从一致，即电流从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 。精品资料 按以上分析可以证明：当三相电流随时间不断变化按以上分析可以证明：当三相电流随时间不断变化(binhu)时，时，合成磁场也在不断旋转，故称旋转磁场。合成磁场也在不断旋转，故称旋转磁场。2

11、旋转磁场旋转磁场(xun zhun c chn)的旋转方向的旋转方向 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相绕组内的电流相绕组内的电流又超前又超前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，旋转磁场的旋转方向为从转方向为从ABC，即向顺时针方向旋转。，即向顺时针方向旋转。精品资料 如果将定子如果将定子(dngz)绕组接至电源的三根导线中的任意两根线对调，例如，绕组接至电源的三根导线中的任意两根线对调，例如，将将B，C两根线对调，使两根线对调，使B相与相与C相绕组中电流的相位对调，如图所示。相绕组中

12、电流的相位对调，如图所示。精品资料 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相绕组内相绕组内的电流又超前的电流又超前B相绕组内的电流相绕组内的电流2 /3，用上述，用上述(shngsh)同样的分析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，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。向旋转，如图所示，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，只要把定子绕组接到电源由此可见，要改变旋转磁场的旋转方向，只要把定子绕组接到电源(dinyun)的三

13、根导线中的任意两根对调即可。的三根导线中的任意两根对调即可。 精品资料3.旋转旋转(xunzhun)磁场的极数与旋转磁场的极数与旋转(xunzhun)速度速度 在交流电动机中，旋转磁场相对定子的旋转速度被称为在交流电动机中，旋转磁场相对定子的旋转速度被称为(chn wi)同同步速度，用步速度，用n0表示。表示。 以上讨论的旋转磁场，具有一对磁极（磁极对数用以上讨论的旋转磁场，具有一对磁极（磁极对数用p表示）即表示）即p=1。 从上述分析可以看出，电流变化经过一个周期（变化从上述分析可以看出，电流变化经过一个周期（变化360电角度），旋转电角度），旋转磁场在空间也旋转了一转（转了磁场在空间也旋转

14、了一转（转了360机械角度），若电流的频率为机械角度），若电流的频率为f，旋转磁，旋转磁场每分钟将旋转场每分钟将旋转60f 转，即：转，即：fn600 fn600 精品资料 如果如果(rgu)把定子铁心的槽数增加把定子铁心的槽数增加1倍（倍（12个槽），制成如图个槽），制成如图所示的三相绕组。所示的三相绕组。 其中，每相绕组由两个部分串联组成，再将这三相其中，每相绕组由两个部分串联组成，再将这三相(sn xin)绕组接到对绕组接到对称三相称三相(sn xin)电源使通过对称三相电源使通过对称三相(sn xin)电流，便产生具有两对磁极电流，便产生具有两对磁极的旋转磁场。如图所示。的旋转磁场。如

15、图所示。精品资料 从图可以看出，对应从图可以看出，对应(duyng)于不同时刻，旋转磁场在空间转到不同于不同时刻，旋转磁场在空间转到不同位置，此情况下电流变化半个周期，旋转磁场在空间只转过了位置，此情况下电流变化半个周期，旋转磁场在空间只转过了 /2，即，即1/4转，电流变化一个周期，旋转磁场在空间只转了转，电流变化一个周期，旋转磁场在空间只转了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）时，其旋转速度仅为一对磁极时的一半。依次仅为一对磁极时的一半。依次(yc)类推，当有类推，当有p对磁极时，其转速对磁极时，其转速为：为：pfn6

16、00 所以，旋转磁场的旋转速度与电流的频率成正比而与磁级对数成反比。所以，旋转磁场的旋转速度与电流的频率成正比而与磁级对数成反比。精品资料)/( 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。精品资料4工作工作(gngzu)原理原理 三相异步电动机的工作原理是三相异步电动机的工作原理是基于定子旋转磁场基于定子旋转磁场(x

17、un zhun c chn)和转子电流的相互作用。和转子电流的相互作用。 假设定子只有一对磁极，转假设定子只有一对磁极，转子只有一匝绕组。子只有一匝绕组。精品资料AXYCBZ分分）转转/( 6010pfn BlvBliFvF0nNS精品资料5. .转转差率差率 S 由工作原理可知由工作原理可知(k zh)：转子的转速：转子的转速n（电动机的转速）恒比旋转磁（电动机的转速）恒比旋转磁场的旋转速度场的旋转速度n0（同步速度）要小。因此，转子与旋转磁场之间的转速差（同步速度）要小。因此，转子与旋转磁场之间的转速差是保证转子转速的主要因素，也是异步电动机的由来。是保证转子转速的主要因素，也是异步电动机

18、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的比值称为的比值称为(chn wi)异步电动异步电动机的转差率，用表示机的转差率，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参数。是分析异步电动机运行特性的主要参数。 如果如果:0nn 精品资料%s)91( 转子转子(zhun z)转速亦可由转差率求得转速亦可由转差率求得0)(1nns 例一台三相异步电动机，其额定转速例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(pnl) f1=50 Hz。试求电动机的。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。极对数和额定负载下

19、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%10000 nnns精品资料5.2 5.2 三相异步电动机的额定三相异步电动机的额定( dng)( dng)参数参数 一、一、 三相异步电动机定子三相异步电动机定子(dngz)绕组的接法绕组的接法 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接线盒的接线柱上，一般按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，一般按图所示的方法排列。图所示的方法排列。 按照我国电工专业标准规定：按照

20、我国电工专业标准规定：定子绕组出线端的首端为定子绕组出线端的首端为D1、D2、D3，末端为，末端为D4、D5、D6。精品资料 三相电动机的定子三相电动机的定子(dngz)绕组有星形（绕组有星形（Y型）和三角形（型）和三角形（形）两种形）两种不同的接法，如图所示。不同的接法，如图所示。精品资料2线电压与相电压线电压与相电压 线电压：两相绕组线电压：两相绕组(roz)首端之间的电压，用首端之间的电压，用U1表示；表示； 相电压相电压(diny)：每相绕组首、尾之间的电压：每相绕组首、尾之间的电压(diny)，用，用U相表相表示。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

21、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精品资料二、额定二、额定( dng)参数参数 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，通常用额定值来表示其运行条件运行，通常用额定值来表示其运行条件(tiojin)，这些数据大

22、部分，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。 精品资料 1. 额定功率额定功率( dn n l)PN： 在额定在额定( dng)运行情况下，电动机轴上输出的机械功率。运行情况下，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为转子电流为转子电流 精品资料 2.额定额定( dng)电压电压UN：在额定：在额定( dng)运行情况下，定子绕组端应加的线运行情

23、况下，定子绕组端应加的线电压值。电压值。 如标有两种电压值（例如如标有两种电压值（例如(lr)220/380V），这表明定子绕组采用），这表明定子绕组采用/Y连接时应加的线电压值。连接时应加的线电压值。即：即： 三角形接法时，定子绕组应接三角形接法时，定子绕组应接220V的电源电压；的电源电压；星形接法时，定子绕组应接星形接法时，定子绕组应接380的电源电压。的电源电压。 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（ Hz）。）。 50 f精品资料 如标有两种电流值（例如如标有两种电流值（例如(lr)10.35/5.9A），则对应于

24、定子绕组为），则对应于定子绕组为/Y连连接的线电流值。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：在额定频率、额定电压(diny)和轴上输出额定功率时，和轴上输出额定功率时，定子的线电流值。定子的线电流值。即：即： 三角形接法时，定子电流为三角形接法时，定子电流为10.35A；星形接法时，定子电流为星形接法时，定子电流为5.9A。 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率：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。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。

25、精品资料 一般不标在电动机铭牌一般不标在电动机铭牌(mngpi)上的几个额定值如下上的几个额定值如下 ： 1.额定功率因数 ：在额定频率、额定电压和电动机轴上输出额定功率时，定子(dngz)相电流与相电压之间相位差的余弦。Ncos 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额定功率：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，其表达式为时，电动机输出机械功率与输入电功率之比，其表达式为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时轴上的：电动机在额定转速下输出额定功率

26、时轴上的负载载矩。负载载矩。 4. 4.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。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。 通常手册上给出的数据就是电动机的额定值。通常手册上给出的数据就是电动机的额定值。 精品资料三、定子绕组三、定子绕组(roz)连线方法的选用连线方法的选用 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，和普通形）的选择，和普通(ptng)三相负载一样，须视电源的线电压而定。三相负载一样，须视电源的线电压而定。 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

27、该接成三角形；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，电动机的倍，那么，电动机的绕组就应该接成星形。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和数字和数字220 /380 ，前者表示定子绕，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。组的接法，后者表示对应于不同接法应加的线电压值。3精品资料 例例 电源线电压为电源线电压为380V，现有两台电动机，其铭牌数据如下，试选择，现有两台电动机，其铭牌数据如下，试选择(xunz)定子绕组的连接方式。定子绕组的连接方式。 1. J32-

28、4，功率，功率1.0kW，连接方法，连接方法/Y，电压，电压(diny)220/380V，电流，电流4.25/2.45A，转速，转速1420 r/min，功率因数，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6.27A，转速转速1410 r/min，功率因数，功率因数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 (b)所示。所示。精品资料精品资料 异步电动机电磁异步电动机电磁(din

29、c)关系同变压器关系同变压器异步机是旋转的。异步机是旋转的。异步机中的定子和转子异步机中的定子和转子之间是有气隙。之间是有气隙。异步机异步机中转子感应电动势的频率是随转子转速改变的。中转子感应电动势的频率是随转子转速改变的。精品资料1)变压器原、副绕组是与同一主磁通变压器原、副绕组是与同一主磁通相交链，异步相交链，异步电动机中定子和转子绕组与同一旋转电动机中定子和转子绕组与同一旋转(xunzhun)磁通磁通相交链。因此异步电动机中定子和转子绕组相当于相交链。因此异步电动机中定子和转子绕组相当于变压器的原、副绕组。变压器的原、副绕组。2）变压器：）变压器： 变化变化 e U1 E1=4.44 f

30、 N1 异步机：异步机： 旋转旋转 e U1 E1=4.44 f N1 精品资料一、三相一、三相(sn xin)异步电动机的定子电路异步电动机的定子电路 定子绕组接上三相电源电压定子绕组接上三相电源电压（相电压为（相电压为u1）时，则有三相电）时，则有三相电流通过流通过(tnggu)（相电流为（相电流为i1），），定子三相电流产生旋转磁场，其定子三相电流产生旋转磁场，其磁力线通过磁力线通过(tnggu)定子和转子定子和转子铁心而闭合，这磁场不仅在转子铁心而闭合，这磁场不仅在转子每相绕组中要感应出电动势每相绕组中要感应出电动势e2，而且在定子每相绕组中也要感应而且在定子每相绕组中也要感应出电动势

31、出电动势e1精品资料 设定子和转子每相绕组设定子和转子每相绕组(roz)的匝数分别为的匝数分别为N1和和N2，如图所示电路图是，如图所示电路图是三相异步电动机的一相电路图。三相异步电动机的一相电路图。 旋转磁场的磁感应强度沿定子与转子间空气旋转磁场的磁感应强度沿定子与转子间空气(kngq)隙的分布是近于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也是随时间按正弦规律分布的，因此，当其旋转时，通过定子每相绕相的也是随时间按正弦规律变化的，按正弦规律变化的， t sinm 磁通磁通m每项绕组的磁通最大量精品资料 定子每相绕组定子每相绕组(roz)中产生的感应电动势为：中产生

32、的感应电动势为： tNedd11 它也是正弦它也是正弦(zhngxin)量，其有效值为：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通漏磁通tiLeLdd1L1L11漏磁电动势漏磁电动势精品资料 加在定子加在定子(dngz)每相绕组上的电压也分成三个分量，即每相绕组上的电压也分成三个分量，即)(dd)()(11L11111111etiLRi

33、eeRiuL 如用复数如用复数(fsh)表示，则为表示，则为 )(j)()(1111111111EXIRIEERIUL 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，常可忽略，于是比较起来，常可忽略，于是 EU111EU 精品资料二、三相二、三相(sn xin)异步电动机的转子电路异步电动机的转子电路 旋转磁场在转子每相绕组旋转磁场在转子每相绕组(roz)中感应出的电动势为中感应出的电动势为tNedd22 其有效值为其有效值为 2222444

34、444SfN.Nf.E 式中，式中，f2为转子电动势为转子电动势e2或转子电流或转子电流i2相对于旋转磁场的频率相对于旋转磁场的频率. 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。精品资料 和定子电流和定子电流(dinli)一样，转子电流一样，转子电流(dinli)也要产生漏磁通，从而在也要产生漏磁通，从而在转子每相绕组中还要

35、产生漏磁电动势。转子每相绕组中还要产生漏磁电动势。tiLedd2L2L2 因此，对于转子因此，对于转子(zhun z)每相电路，每相电路，有有 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，转子感抗为为转子最大感抗为转子最大感抗 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。精品资料222222XREI 2

36、202220)(sXRsE )(0002nnIs 2202220max21XREIs I2cos 2s1I2,2cos O精品资料220222222222)( cossXRRXRR 202SXRs 很很小小时时1cos2 202XRss 较较大大时时s1cos2 I2cos 2s1I2,2cos O精品资料2202220222222)( XREXREIss 2202222)(cosXRRs 变变化化曲曲线线随随、SI cos22 )(2 Isn)cos(2 sn 结论：结论：转子转动时，转转子转动时，转 子子电路中的各量均与转电路中的各量均与转 差率差率 s有关，即与转速有关，即与转速 n有关

37、。有关。I2cos 2s1I2,2cos O精品资料电磁转矩电磁转矩 T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成受到电磁力所形成(xngchng)的转距之总和。的转距之总和。22cosIKTmT常数常数(chngsh)每极磁通每极磁通转子电流转子电流功率因数功率因数2cos6、三相异步电动机转矩公式、三相异步电动机转矩公式精品资料22cosIKTmT22022202)( SXRSEI2202222)(cosSXRRmNfU11144.4将其中参数代入：将其中参数代入： 式中，式中，K与电动机结构参数、电源频率有关的一个常数；与电动机结构参数、电

38、源频率有关的一个常数； 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(dinz)； 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。所以所以(suy)220222222022212)SX(RUSRK)SX(RUSRKT 转矩特性转矩特性 精品资料21220222)(UsXRsRKT 21U精品资料202SEEN精品资料精品资料5.3 机械机械(jxi)特性特性 1固有机械固有机械(jxi)特性特性 异步电动机在异步电动机在额定电压和额定频率下，用规定的接线方式，定子额定电压和额定频率下，用规定的接线方

39、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和转子电路中不串联任何电阻或电抗时的机械特性称为固有（自然）称为固有（自然）机械特性。机械特性。 根据根据 2202222)SX(RUSRT 00nnnS maxTmSNSOTS曲曲线线)(sfT 曲曲线线)(Tfn NnmaxTstTOnTNT0nstT1NT精品资料 从特性曲线上可以看出，其上有从特性曲线上可以看出，其上有四个特殊点可以决定特性曲线的基本四个特殊点可以决定特性曲线的基本形状和异步电动机的运行形状和异步电动机的运行(ynxng)性性能，这四个特殊点是：能，这四个特殊点是： 0010 S,nn,T 电动机处于理想空载工作电动机

40、处于理想空载工作(gngzu)点，此时电动机的转速为理想空载转点，此时电动机的转速为理想空载转速。速。精品资料 NNN,2SSnnTT 电动机额定工作电动机额定工作(gngzu)点。此点。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 式中式中: PN电动机的额定电动机的额定( dng)功率；功率； nN电动机的额定电动机的额定( dng)转速，一般转速，一般 SN电动机的额定电动机的额定( dng)转差率，一般转差率，一般 TN电动机的额定电动机的额定( dng)转矩。转矩。0N)985. 094. 0(nn 015. 006. 0N S精品资料

41、 1, 0,3st SnTT电动机的启动电动机的启动(qdng)工工作点。作点。 将将S=1代入转矩公式代入转矩公式(gngsh)中，中，可得可得2202222stXRURKT 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。精品资料 mmmax,4SSnnTT 电动机的临界电动机的临界(ln ji)工作工作点。欲求转矩的最大值，可令点。欲求转矩的最大值，可令 0 dndT得临界得临界(ln ji)转差率转差率 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 精品资料 通常通常(tngchng)把

42、在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩之比把在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩之比Nmaxm/TT 称为电动机的过载能力称为电动机的过载能力(nngl)系数。它表征了电动机能够承受冲击负载系数。它表征了电动机能够承受冲击负载的能力的能力(nngl)大小，是电动机的又一个重要运行参数。大小，是电动机的又一个重要运行参数。 鼠笼式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 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与额定转矩与额定转矩TN之比称为之比称为启动能力启动能力系数系数 st=Tst/TN 衡量异步

43、电动机启动能力的一个重要数据。一般衡量异步电动机启动能力的一个重要数据。一般 2 . 10 . 1st 精品资料2人为机械人为机械(jxi)特性特性 由上述分析可知：异步电动机的机械由上述分析可知：异步电动机的机械(jxi)特性与电动机的参数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以改变而获得的特性称为异步电动机的人为机械地加以改变而获得的特性称为异步电动机的人为机械(jxi)特性。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、定子电路串入电阻或电抗定子电路串入电阻或电抗、转子电

44、转子电路串入电阻或电抗路串入电阻或电抗等，都可得到异步电动机的人为机械特性。等，都可得到异步电动机的人为机械特性。精品资料 （1）降低电动机电源电压时的人为）降低电动机电源电压时的人为(rnwi)特性特性 Nmax2202222st202max0m0202m0260TTXRURKTXUKTnnnXRSpfn 0n不变不变mS不变不变maxT随着随着(su zhe)电压的减小而大大地减小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 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：精品资料 由于异步电动机对电网电压的波动非常敏感，运行时，如电

45、压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降低太多，会大大降低它的过载(guzi)能力与启动转矩，甚至使电能力与启动转矩，甚至使电动机发生带不动负载或者根本不能启动的现象。动机发生带不动负载或者根本不能启动的现象。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 ，若电网电压下降，若电网电压下降(xijing)到到 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，将使电动机转速下降，转，在负载不变的条件下，将使电

46、动机转速下降，转差率差率S 增大，电流增加，引起电动机发热甚至烧坏。增大，电流增加，引起电动机发热甚至烧坏。电动机也会停转电动机也会停转精品资料 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上或电抗上的压降，致使定子绕组相电压降低低,这种情况下的人为特性与降低电源电压时这种情况下的人为特性与降低电源电压时的相似的相似.。精品资料（3）改变定子）改变定子(dngz)电源频率时的人为特性电源频率时的人为特性 一般变频调速采用恒转矩调速，即希望一般变频调速采用

47、恒转矩调速，即希望最大转矩保持最大转矩保持(boch)为恒值，为此在改变为恒值，为此在改变频率的同时，电源电压也要作相应的变化，频率的同时，电源电压也要作相应的变化，使使 U/f =C ，这在实质上是使电动机气隙磁，这在实质上是使电动机气隙磁通保持通保持(boch)不变。不变。 fn 0fS/1m fT/1st 不不变变maxT1/Kf精品资料（4）转子电路串电阻）转子电路串电阻(dinz)时的人为特性时的人为特性转子转子(zhun z)电路中的电阻为电路中的电阻为2r2RR Nmax2202222st202max0m0202m0260TTXRURKTXUKTnnnXRSpfn 0n不变不变m

48、axT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 此时的人为特性将是一根比固有特性较软的一条曲线此时的人为特性将是一根比固有特性较软的一条曲线精品资料 54 三相异步电动机的启动三相异步电动机的启动(qdng)特性特性 采用电动机拖动生产机械，对电动机启动采用电动机拖动生产机械，对电动机启动(qdng)的主要要求如的主要要求如下。下。 （1）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）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好，以提高生产效率。即要求电动机的启动转矩大于负载转望启动越快越好，以提高生产效率。即要求电动机的启动转矩大于负

49、载转矩，否则电动机不能启动。矩，否则电动机不能启动。 （2）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）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，对于电网和电动机本身都是不利的。启动电流的冲击，对于电网和电动机本身都是不利的。 （3）要求启动平滑，即要求启动时加速平滑，以减小对生产机械的冲击。）要求启动平滑，即要求启动时加速平滑，以减小对生产机械的冲击。 （4）启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便。）启动设备安全可靠，力求结构简单，操作方便。 （5）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。精品资料 其中其中(qzhng)，（，（

50、1）和（）和（2）两条是衡量电动机启动性能的主）两条是衡量电动机启动性能的主要技术指标。要技术指标。 异步电动机本身异步电动机本身(bnshn)的启动特性为：的启动特性为： a. 定子电流大，定子电流大，Ist=(57)IN 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对速度（即同步转速）切割转子导体，在转子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 精品资料 异步电动机

51、的固有异步电动机的固有(gyu)启动特性如图所示：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是相矛盾的，为显然，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，为了解决这些了解决这些(zhxi)矛盾，必须根据具体情况，采取不同的启动方法。矛盾，必须根据具体情况，采取不同的启动方法。 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，因而启动很低，因而启动转矩转矩 却不大。却不大。 1 S2202222XRRcos ststmstcosIKT22 精品资料一、一、 鼠笼式异步电动机的启动鼠笼式异步电动机的启动(qdn

52、g)方法方法 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(fngf)，采用，采用什么启动方法什么启动方法(fngf)，要根据实际情况而定。，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接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，在额定电压下进行启动。入电源，在额定电压下进行启动。 特点：电动机定子绕组的工作电压和启动电压相等。特点：电动机定子绕组的工作电压和启动电压相等。 直接启动的条件：由于直接启动的启动电流很大，因此，在什么情况下直接启动的条件：由

53、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，有关供电、动力部门都有规定，主要取决于电动机的功率与采用直接启动，有关供电、动力部门都有规定，主要取决于电动机的功率与供电变压器的容量之比值。供电变压器的容量之比值。 精品资料 一般在有独立变压器供电一般在有独立变压器供电(n din)（即变压器供动力用电）（即变压器供动力用电）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20%时允许直接启动；时允许直接启动； 若电动机不经常启动，电动机功率小于变压器容量若电动机不经常启动，电动机功率小于变压器容量(rngling)的的

54、30%时也允许直接启动。时也允许直接启动。 电动机功率电动机功率电源总容量电源总容量额定电流额定电流启动电流启动电流 443NstII 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）的情况下，（即与照明共用电源）的情况下，电动机启动比较频繁，则常按经验公式来估算，满足下列关系则可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。直接启动。精品资料 例例5.2：有一台要求：有一台要求(yoqi)经常启动的鼠笼式异步电动机，其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5

55、60kVA，且有照明负载，问可，且有照明负载，问可否直接启动？同样的否直接启动？同样的Ist/IN 比值，功率为多大的电动机则不允许直接启动？比值，功率为多大的电动机则不允许直接启动？ 解：根据经验解：根据经验(jngyn)公式算出公式算出 5675720456043.II.kWkVANst 故允许直接启动。故允许直接启动。 kWNPkVA. 45604356 PN24kW的电动机不允许直接启动。的电动机不允许直接启动。 精品资料2电阻或电抗器降压电阻或电抗器降压(jin y)启动启动 异步电动机采用定子串电阻或电抗器的降压异步电动机采用定子串电阻或电抗器的降压(jin y)启动原理接启动原理

56、接线图如图所示。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，将启动电阻串入定子电路，使闭合，将启动电阻串入定子电路，使启动电流减小；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被短接，电动机接上全被短接，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。 精品资料 启动转矩随定子启动转矩随定子(dngz)电压的平方下降，故它只适用于空载或轻载电压的平方下降，故它只适用于空载或轻载启动的场合；启动的场合； 不经济，在启动过程中，电阻器上消耗能量不经济，在启动过程中，电阻器上消耗能量(nngling)大，不大，不适用

57、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，且体积大。费较贵，且体积大。 特点：特点： 精品资料3Y-降压降压(jin y)启动启动 Y-降压降压(jin y)启动的接线图如图所示启动的接线图如图所示: 启动时，定子绕组接成星形；再接成三角形启动时，定子绕组接成星形；再接成三角形 设设U1为电源线电压，为电源线电压，IstY及及Ist 为为定子绕组分别接成星形及三角形的定子绕组分别接成星形及三角形的启动电流启动电流（线电流），（线电流），Z为电动机为电动机在启动时每相绕组的等效阻抗。在启动时每相绕组的等效阻抗。ZUIs

58、tY31 ZUIst/31 所以所以 3 ststYII 精品资料 Y-降压降压(jin y)启动方法的特点：启动方法的特点： 设备简单设备简单(jindn)、经济、启动电流小；、经济、启动电流小； 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动的场合；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 的异步电动机。的异步电动机。精品资料4自耦变压器降压自耦变压器降压(jin y)启动启动 自耦变压器降压启动自耦变压器降压启动(qdng)的原理接线图如图所示。的原理接线图如图所示。副

59、边电压与原边电压之比为副边电压与原边电压之比为 11212 NNUUK12KUU 变压器原边电流变压器原边电流 I1=KI2=K2Ist ，即此时电网供电电流即此时电网供电电流I1是直接是直接启动时电流启动时电流Ist的的K2倍。倍。精品资料 特点特点(tdin)： 与与Y-降压启动降压启动(qdng)时情况一样，只是在时情况一样，只是在Y-降压启动降压启动(qdng)时的时的 为定值，而自耦变压器启动为定值，而自耦变压器启动(qdng)时的时的K是是可调节的，这就是此种启动可调节的，这就是此种启动(qdng)方法优于方法优于Y-启动启动(qdng)方方法之处，当然它的启动法之处，当然它的启动

60、(qdng)转矩也是全压启动转矩也是全压启动(qdng)时的时的K2倍。倍。 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）状态下运行，因此，不适于启动频繁的电器处于过电流（超过额定电流）状态下运行，因此，不适于启动频繁的电动机。动机。精品资料二、线绕式异步电动机的启动二、线绕式异步电动机的启动(qdng)方法方法 鼠笼式异步电动机的启动转矩小，启动电流大，因此不能满足某些鼠笼式异步电动机的启动转矩小，启动电流大，因此不能满足某些(mu xi)生产机械需要高启动转矩低启动电流的要求。生产机械需要高