《电机与变压器》课件全套 第1-6章　三相交流异步电动机 - -　特殊变压器

第一章三相交流异步电动机1目录2§1-1三相异步电动机的结构和参数§1-2三相异步电动机的工作原理和机械特性§1-3三相异步电动机的启动§1-4三相异步电动机的调速§1-5三相异步电动机的制动§1-6三相异步电动机的运维和检修§1-1三相异步电动机的结构和参数341．了解三相异步电动机的分类、特点和参数。2．熟悉三相异步电动机的结构和各组成部分的作用。学习目标一、三相异步电动机的分类1．按转子结构型式分类按照转子结构型式的不同，三相异步电动机可分为鼠笼式和绕线式。三相鼠笼式异步电动机的优点是结构简单、运行可靠、质量小、价格便宜等，缺点是调速困难等。三相绕线式异步电动机的优点是结构简单、可靠性高、适应性强、转矩大等，缺点是启动电流大、效率低、调速性能差、噪声较高和振动较大等。52．按尺寸分类电动机按尺寸分类的依据是电动机轴中心高，即电动机轴线至底脚底面的距离。按照尺寸的不同，三相异步电动机可分为大型、中型和小型。大型三相异步电动机是指轴中心高大于630mm的电动机。中型三相异步电动机是指轴中心高为355～630mm的电动机。小型三相异步电动机是指轴中心高小于355mm的电动机。63．按防护等级分类电动机的防护等级是衡量电动机外壳对固体异物和水侵入防护能力的标准，是电动机选型和安全运行的重要技术参数。防护等级的标志由表征字母“IP”及附加在其后的两个表征数字组成，数字越大，防护能力越强。按照防护等级的不同，三相异步电动机可分为开启式、防护式、封闭式和防爆式等。7开启式三相异步电动机价格便宜，散热条件最好，但是其转子和定子绕组暴露在空气中，只适用于干燥、灰尘很少且无腐蚀性、爆炸性气体的环境。防护式三相异步电动机散热条件较好，可防止水滴、铁屑等外界杂物落入电动机内部，适用于较干燥、灰尘不多且无腐蚀性、爆炸性气体的环境。封闭式三相异步电动机适用于潮湿、多尘、易受风雨侵蚀、有腐蚀性气体等较恶劣的工作环境，使用范围较广。防爆式三相异步电动机具有特殊结构，能在易燃易爆环境中安全运行，防止内部爆炸传播到外部。84．按冷却方式分类电动机的冷却方式是确保电动机稳定运行和延长使用寿命的关键因素。按照冷却方式的不同，三相异步电动机可分为自冷式、自扇冷式、他扇冷式和管道通风式等。5．按安装型式分类电动机的安装型式是指用轴线方向和固定状况全面表述电动机安装方式的情况，是电动机选型和安装的关键参数。按照安装型式的不同，三相异步电动机的安装方位分为卧式安装（水平）和立式安装（垂直），安装方式分为底脚安装和凸缘安装。96．按绝缘等级分类电动机的绝缘等级是指电动机内部所用绝缘材料允许极限温度的等级。绝缘等级直接决定电动机的使用寿命和运行安全性，一旦温度过高，就会加速绝缘的老化甚至损坏。按照绝缘等级的不同，三相异步电动机可分为E级、B级、F级和H级等。绝缘等级与允许极限温度的对应关系见下表。10绝缘等级与允许极限温度的对应关系7．按工作制分类电动机的工作制是指电动机所承受的一系列负载状况的说明，包括起动、电制动、空载、停机和断能及其持续时间和先后顺序等。按照工作制的不同，三相异步电动机可分为连续工作制、短时工作制和断续周期工作制等。三相异步电动机常用的工作制见下表。11三相异步电动机常用的工作制二、三相异步电动机的结构三相异步电动机的种类很多，但各类三相异步电动机的结构基本相同。三相异步电动机主要由定子和转子两大部分组成，在定子与转子之间存在一定的气隙，此外还包括端盖、轴承、轴承盖、风扇、风扇罩、接线盒和吊环等其他附件。典型三相鼠笼式异步电动机的结构如图所示。12典型三相鼠笼式异步电动机的结构a）内部结构b）外部结构1—鼠笼型转子2—定子绕组3—前端盖4—传动带轮5—散热筋6—定子铁芯 7—轴承8—风扇9—风扇罩10—后端盖11—吊环 12—铭牌13—轴承盖14—转轴15—机座16—接线盒131．定子部分定子是三相异步电动机的静止部分，主要由定子铁芯、定子绕组和机座等组成，其中定子铁芯和定子绕组如图所示，其作用是接入三相交流电，在定子、转子及气隙中产生一个旋转磁场，将电能转化为磁场能。14定子铁芯和定子绕组1—定子铁芯2—定子绕组（1）定子铁芯定子铁芯由0.35～0.5mm厚、表面涂有绝缘漆的高导磁硅钢片叠压而成，内部冲有均匀分布的开口槽，槽内嵌放定子绕组。定子铁芯不仅具有支撑定子绕组的作用，还是电动机主磁通磁路的一部分。（2）定子绕组定子绕组是三相异步电动机电路的一部分，通常由三个互相独立、空间上相隔120°、按一定规律连接的线圈组成。这些线圈沿定子铁芯内圆周均匀地分布，并与交流电源相连。15（3）机座机座又称机壳，如图所示。其主要作用是固定和支撑定子铁芯，并借助两端的端盖与转子连成一个整体，同时承受三相异步电动机负载运行时产生的反作用力。此外，电动机运行时内部损耗所产生的热量也是通过机座的散热筋向外散发的。16机座2．转子部分转子是三相异步电动机的旋转部分，主要由转子铁芯、转子绕组和转轴等组成，如图所示。其作用是将磁场能转化为转子绕组的电动势能，并最终转化为机械能。17转子a）鼠笼型转子b）绕线型转子1、6—转子铁芯2、7—转子绕组3—端环4—转子风叶5、9—转轴8—集电环（1）转子铁芯与定子铁芯一样，转子铁芯也由0.35～0.5mm厚、相互绝缘的硅钢片叠压而成。为了改善三相异步电动机的启动和运行性能，转子铁芯一般采用斜槽结构，槽内嵌放转子绕组。18（2）转子绕组转子绕组是三相异步电动机电路的一部分，其作用是切割定子绕组产生的旋转磁场，产生感应电动势和感应电流，并在旋转磁场的作用下产生电磁转矩，从而使转子旋转，拖动机械负载工作。转子绕组按结构不同可分为鼠笼型转子绕组和绕线型转子绕组两种。（3）转轴转轴由碳钢或合金钢制成，其作用是传递动力，支撑转子旋转，保证定子与转子间均匀的气隙。193．其他附件三相异步电动机的其他附件包括端盖、轴承、轴承盖、风扇、风扇罩、接线盒和吊环等。（1）端盖端盖用铸铁或铸钢浇铸成型，安装在机座的两侧，用于支撑转子，并保证定子与转子之间同心度的要求，如图所示。20端盖（2）轴承和轴承盖轴承的作用是支撑转轴转动，一般采用滚动轴承以减少摩擦。轴承内注有润滑油脂，为防止润滑油脂溢出和保护轴承，必须加装内、外轴承盖，同时起固定转子、使转子不能轴向移动的作用，如图所示。21轴承和轴承盖a）轴承b）轴承盖（3）风扇和风扇罩风扇安装在转轴上，随转轴一起旋转，用于冷却电动机；风扇罩安装在风扇的外端，用于保护风扇叶片，如图所示。22风扇和风扇罩a）风扇b）风扇罩（4）接线盒和吊环接线盒一般用铸铁浇铸而成，用于保护和固定绕组的引出线端子；吊环一般用铸钢制成，安装在机座的上端，用于起吊、搬运电动机，如图所示。23接线盒和吊环a）接线盒b）吊环三、三相异步电动机的参数1．三相异步电动机的铭牌三相异步电动机的机座上装有一块铭牌，标注电动机的型号、规格等主要技术参数，如图所示。铭牌是选择、安装、使用和修理（包括重绕绕组）三相异步电动机的重要依据。24三相异步电动机的铭牌2．三相异步电动机的型号含义三相异步电动机的型号由产品代号、机座代号、特征代号和特殊环境代号等4个部分组成，并按下列顺序排列：①-②-③-④①——产品代号，由汉语拼音字母组成，见下表。2526三相异步电动机产品代号②——机座代号，以轴中心高（mm）表示。③——特征代号，表示机座长度代号、铁芯长度代号和磁极数。机座长度代号包括L（长机座）、M(中机座）、S（短机座）等；铁芯长度代号用数字1、2、3等表示，数字越大，铁芯越长；铁芯长度代号的后面一位为磁极数，用数字表示。④——特殊环境代号，表示产品适用的环境，一般不标注。273．三相异步电动机的主要参数三相异步电动机的主要参数见下表。28三相异步电动机的主要参数29三相异步电动机的主要参数30三相异步电动机的主要参数§1-2三相异步电动机的工作原理和机械特性31321．理解三相异步电动机的工作原理。2．了解三相异步电动机的机械特性。学习目标一、三相异步电动机的工作原理在三相异步电动机定子铁芯中嵌放着对称三相定子绕组，如果在定子绕组中通入对称三相交流电流，就会在电动机的气隙中产生一个旋转磁场。旋转磁场是三相异步电动机工作的基本条件之一。1．旋转磁场的产生三相异步电动机的定子绕组通入三相交流电流而产生旋转磁场必须具备两个条件。33（1）三相定子绕组必须对称，即每相定子绕组在定子铁芯空间上互差120°电角度。三相异步电动机定子绕组在定子铁芯空间上的分布示意如图所示。图中将定子绕组简化成三个集中绕组（U相绕组、V相绕组和W相绕组），其中U1、V1、W1为绕组首端，U2、V2、W2为绕组尾端。34三相异步电动机定子绕组在定子铁芯空间上的分布示意1—U相绕组2—V相绕组3—W相绕组4—定子铁芯（2）通入三相定子绕组的三相交流电流也必须对称，即iU、iV、iW

三相电流大小相等、频率相同、相位互差120°。对称三相交流电流的波形如图所示。35对称三相交流电流的波形在三相异步电动机的对称三相定子绕组中通入对称三相交流电流，当三相交流电流持续变化时，所产生的合成磁场在空间连续旋转，就形成了旋转磁场，如图所示。36三相异步电动机旋转磁场的产生2．工作原理当三相异步电动机的对称三相定子绕组通入对称三相交流电流后，在电动机的气隙中产生一个旋转磁场。当旋转磁场在空间不断旋转，而转子静止不动时，嵌放在转子铁芯槽中的转子绕组切割旋转磁场的磁感线而产生感应电动势，感应电动势的方向由“右手定则”判定。转子绕组产生感应电动势后，由于转子绕组自身闭合，则将在转子绕组中产生感应电流，感应电流的方向与感应电动势的方向一致。旋转磁场与转子绕组中的感应电流相互作用，产生电磁力，电磁力的方向由“左手定则”判定。

37电磁力对转子形成转矩，这个转矩称为电磁转矩，电磁转矩的方向与旋转磁场的旋转方向一致。若电磁转矩足够大到可以克服转子上的阻力转矩时，转子将顺着旋转磁场的旋转方向转动起来，拖动机械负载工作。此时，电动机从电源上吸取电能，通过电磁作用，转化为机械能输出给机械负载。383．同步转速和转差率由三相异步电动机的工作原理可知，电动机要产生足够大的电磁转矩带动负载旋转，转子绕组一定要切割旋转磁场的磁感线。如果电动机转子的转速等于旋转磁场的转速，则两者之间相对静止，此时转子绕组就不会切割旋转磁场的磁感线，也就不会产生感应电动势，也不可能产生感应电流和电磁转矩，因此，三相异步电动机转子的转速总是低于旋转磁场的转速，故这种电动机称为异步电动机。39（1）同步转速三相异步电动机旋转磁场的转速称为同步转速。同步转速的大小取决于旋转磁场的磁极对数和三相交流电源的频率。旋转磁场的磁极对数与定子绕组中线圈的连接规律有关，不同的连接规律可得到不同磁极对数的旋转磁场。当三相异步电动机定子绕组按下图所示分布时，三相交流电流产生的合成磁场为两极旋转磁场，即磁极对数p=1。当交流电流变化一个周期时，旋转磁场正好转过一周，如图所示。4041三相异步电动机定子绕组在定子铁芯空间上的分布示意1—U相绕组2—V相绕组3—W相绕组4—定子铁芯42三相异步电动机旋转磁场的产生如果三相异步电动机定子绕组按下图a所示分布，定子绕组及其电流参考方向如图b所示，则

ωt=90°时定子绕组中的电流和磁感线分布情况如图a所示，可以看出它是一个4极旋转磁场，即磁极对数p=2。运用同样的分析方法，可以得出，当交流电流变化一个周期时，旋转磁场只转过半周。43三相异步电动机（4极）旋转磁场的产生（ωt=90°）a）产生4极旋转磁场的定子绕组分布示意b）定子绕组及其电流参考方向44如果三相交流电源的频率为f1，当磁极对数p=2时，旋转磁场的转速为由此类推，当旋转磁场具有p

对磁极时，旋转磁场的转速为式中，n1——同步转速，r/min；

f1——三相交流电源的频率，Hz；

p——旋转磁场的磁极对数，磁极数为2p。对于工频交流电来说，f1=50Hz，则不同的磁极对数对应有一个同步转速，三相异步电动机常见的同步转速见下表。45三相异步电动机常见的同步转速46（2）转差率通常将同步转速n1

与转子转速n

之差称为三相异步电动机的转速差，转速差与同步转速n1

之比称为三相异步电动机的转差率，用s

表示。转子转速也称电动机转速。转差率是三相异步电动机的一个重要参数，在正常运行状态下，0<s≤1。二、三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性是指在三相交流电源电压、频率和电动机参数一定的条件下，且定子绕组按规定接线时，电动机转速n

与电磁转矩T

之间的关系。它是选择电动机的依据。三相异步电动机的机械特性曲线如图所示，可分为两部分，A

点到C

点之间的曲线段为电动机稳定运行区，C

点到D

点之间的曲线段为电动机不稳定运行区。4748三相异步电动机的机械特性曲线1．机械特性曲线上的A点机械特性曲线上的A

点为（0，n1）点，该点的电磁转矩T

等于零，电动机转速等于同步转速。由三相异步电动机的工作原理可知，转子绕组与旋转磁场相对静止而不切割磁感线时，不会产生感应电动势和感应电流，也就不会产生电磁转矩。当电动机空载运行时，电动机的输出功率和输出转矩为零，如果不考虑阻力转矩的影响，电磁转矩T

也等于零。因此，机械特性曲线上的A

点是三相异步电动机理想的空载运行状态。实际空载运行时，电动机存在阻力转矩，电磁转矩T

不会等于零，对应的空载电流I0

是额定电流的

20%～35%，且功率因数很低，一般cosφ0<0.2。492．机械特性曲线上的B点机械特性曲线上的B

点在稳定运行区，是三相异步电动机的稳定工作点。当一台电动机带额定负载稳定工作在B

点时，产生的电磁转矩为额定电磁转矩TN，电动机转速为额定转速nN。三相异步电动机带负载稳定运行时，输出的转矩小于其额定电磁转矩的运行状态称为轻载运行，输出的转矩等于其额定电磁转矩的运行状态

称为满载运行，输出的转矩超过其额定电磁转矩的运行状态称为过载运行。过载运行状态下电动机只能短时运行，否则电动机工作电流太大，温升过高，会导致电动机绝缘老化，缩短电动机的使用寿命，严重的情况下会烧毁电动机绕组。503．机械特性曲线上的C点机械特性曲线上的C

点为稳定运行区和不稳定运行区的临界点，也是出现最大电磁转矩Tm

的点，该点的电动机转速对应的转差率sm

称为临界转差率。三相异步电动机运行时，如果负载转矩突然增大到超过最大电磁转矩，电动机进入不稳定运行区，输出的转矩小于负载转矩，电动机便会迅速停下来而发生“堵转”现象。堵转电流是额定电流的数倍，若时间过长，电动机绕组会迅速发热直至烧毁。51为了使三相异步电动机稳定运行，不因负载稍有波动就出现过载而停下来的现象，就要求电动机有一定的过载能力。最大电磁转矩越大，电动机的过载能力越强，通常用过载系数

λ

来表示电动机的过载能力。过载系数

λ

是指三相异步电动机的最大电磁转矩Tm与额定电磁转矩TN

的比值。一般Y系列三相异步电动机的过载系数

λ

为1.8～2.5，特殊用途三相异步电动机（冶金、超重等场合）的过载能力应较大，过载系数λ可达3.4左右。524．机械特性曲线上的D点机械特性曲线上的D

点为（Tst，0）点，该点出现在三相异步电动机接通电源的启动瞬间，由于机械惯性，电动机转速为零，产生的电磁转矩为启动转矩Tst。启动转矩的大小是衡量电动机性能的指标之一，从生产机械对拖动的要求考虑，启动转矩大一点较好，特别是重载启动时，这样可以缩短启动时间，提高生产效率。如果启动转矩过小，电动机的启动将变得十分困难，有时甚至难以启动。电动机要能启动，启动转矩必须大于负载转矩。三相异步电动机的启动性能可以用启动转矩倍数Km

来表示。在额定电压、额定频率和电动机固有参数不变的条件下，启动转矩Tst

与额定电磁转矩TN

之比称为三相异步电动机的启动转矩倍数Km。一般Y系列三相异步电动机的启动转矩倍数Km

为1.7～2.2，特殊用途三相异步电动机的启动转矩倍数Km

可达2.6～3.1。535．三相异步电动机机械特性的两个结论（1）当三相异步电动机的参数和三相交流电源频率一定时，电动机的电磁转矩（包括最大电磁转矩和启动转矩）与电源电压有效值的平方成正比。电源电压发生变化时，电动机的电磁转矩变化较大。电动机满载运行时，如果电源电压过低，容易损坏电动机。降低电源电压时的机械特性曲线如图所示，由图可知，当电源电压有效值由额定电压

UN

降到0.8UN

时，三相异步电动机的同步转速n1

和临界转差率sm

不变，但是最大电磁转矩Tm

和启动转矩Tst

都相应减少到0.64Tm

和0.64Tst。54降低电源电压时的机械特性曲线55（2）增大转子绕组的电阻可以增大三相异步电动机的启动转矩和临界转差率，但是对最大电磁转矩没有影响。增大转子绕组电阻时的机械特性曲线如图所示，由图可知，随着转子绕组串接的电阻增大，临界转差率也增大，若转子绕组电阻为某一个合适的电阻值（图中串接了R1+R2），在n=0时出现最大电磁转矩Tm，此时的电磁转矩也是启动转矩，启动性能最好。三相绕线式异步电动机可以通过在转子绕组中串接电阻来增大启动转矩。56增大转子绕组电阻时的机械特性曲线57§1-3三相异步电动机的启动58591．了解三相异步电动机的启动性能指标和启动特点。2．掌握三相异步电动机启动方法的特点和适用范围。学习目标一、三相异步电动机的启动性能指标1．电动机应具有足够大的启动转矩，使三相异步电动机能够转动起来，并很快达到工作转速，尽量缩短启动时间。2．在保证电动机具有足够大的启动转矩的前提下，启动电流应尽可能小。3．电动机转速应尽可能平滑上升，以减小对电动机和负载的冲击。4．电动机的启动设备应尽量简单、经济、可靠，维护方便。60二、三相异步电动机的启动特点1．启动电流很大三相异步电动机在启动瞬间，其转速n=0，转差率s=1，由于转子转速与同步速度的差值很大，因此需要大电流产生足够大的电磁转矩来启动转子，此时定子电流会比额定电流大很多，通常为额定电流的4～7倍。61电动机启动电流很大将产生两种不良的结果：（1）大电流在线路上产生很高的电压降，影响同一线路上其他电动机或负载的正常工作，如导致日光灯熄灭、电磁铁自动释放，使其他电动机的转矩减小，转速降低，甚至造成堵转。（2）对于需要频繁启动的电动机，大电流容易造成绕组过热，绝缘老化，从而缩短电动机的使用寿命。622．启动转矩不大三相异步电动机启动时，转子转速较低，因此启动转矩不大，通常只有额定电磁转矩的30%～50%。电动机启动转矩不大，会使电动机启动困难，启动时间延长，启动电流增大，绕组发热，绝缘加速老化，从而缩短电动机的使用寿命。综上所述，三相异步电动机在启动时应尽可能减小启动电流，以减轻对电网的冲击；应保证启动转矩足够大，以便缩短启动时间，提高生产效率。63三、三相鼠笼式异步电动机的启动1．直接启动直接启动是指将三相鼠笼式异步电动机的定子绕组通过电源开关或交流接触器等直接接入交流电源，在额定电压下进行启动的方法，又称全压启动，这是最简单的启动方法，其电路如图所示。64直接启动电路（1）直接启动的条件三相鼠笼式异步电动机直接启动时，启动电流很大，因此，电动机只有满足下列三个条件中的一个，才能采用直接启动方法进行启动。1）额定功率为7.5kW及以下的三相鼠笼式异步电动机。65662）满足下列经验公式式中，Ist——电动机的启动电流，A；

IN——电动机的额定电流，A；

SN——电源变压器的额定容量，kV·A；

PN——电动机的额定功率，kW。3）符合当地电力部门的规定。（2）直接启动的特点和适用范围三相鼠笼式异步电动机直接启动所需的设备简单，操作方便，启动时间短，但是启动电流较大，因此，只有在满足电动机直接启动条件的情况下，才可以采用直接启动方法。672．降压启动降压启动是指借助启动设备使三相鼠笼式异步电动机定子绕组在低于额定电压下启动，当电动机转速上升到一定值后，再将电压恢复到额定电压，使电动机达到额定转速并输出额定功率的方法。降压启动的目的是减小三相鼠笼式异步电动机的启动电流。6869三相鼠笼式异步电动机常用的降压启动方法包括定子绕组串电阻降压启动、星形-

三角形（

-

）降压启动和自耦变压器降压启动等。（1）定子绕组串电阻降压启动三相鼠笼式异步电动机启动时，在定子绕组与电源之间串入启动电阻进行分压，使定子绕组上的电压降低，以达到限制启动电流的目的，启动完毕再将启动电阻短接，使电动机全压运行。701）定子绕组串电阻降压启动的原理。如图所示为定子绕组串电阻降压启动电路。低压断路器QF作为电源开关，组合开关QS用于短接启动电阻R。电动机启动时，QS处于断开位置，合上QF，即在电动机定子绕组中串入启动电阻R进行降压启动。待电动机转速升高到接近额定转速时，将QS合上，启动电阻R被短接切除，电动机在额定电压下继续加速到额定转速，进入全压运行工作状态。定子绕组串电阻降压启动电路712）定子绕组串电阻降压启动的特点和适用范围。三相鼠笼式异步电动机定子绕组串电阻降压启动所需的降压启动设备简单，成本较低，但是启动电阻的存在使控制设备体积增大，启动时电阻上需要消耗大量的电能，而且启动转矩较小，因此这种方法在生产现场中的应用较少。72（2）-降压启动若三相鼠笼式异步电动机正常运行时定子绕组接成三角形接法，启动时为了减小启动电流，可将定子绕组改成星形接法，启动完毕再恢复成三角形接法，使电动机全压运行。73

Y-△降压启动电路7475

762）

降压启动的特点和适用范围。

降压启动只适用于正常运行时定子绕组采用三角形接法的三相鼠笼式异步电动机。

降压启动不需要专用降压设备，成本低，线路简单。因此，额定功率为4kW及以上的Y系列三相鼠笼式异步电动机定子绕组一般都设计成三角形接法。77（3）自耦变压器降压启动三相鼠笼式异步电动机启动时，在定子绕组与电源之间串入自耦变压器，以降低定子绕组上的电压，达到限制启动电流的目的，启动完毕再将电动机与自耦变压器断开，使电动机全压运行。1）自耦变压器降压启动的原理。如图所示为自耦变压器降压启动电路。自耦变压器降压启动电路782）自耦变压器降压启动的特点和适用范围。自耦变压器降压启动的优点是启动转矩和启动电流可以调节，使用灵活，可适用于不同的负载；缺点是启动设备体积大，价格较高。由于自耦变压器变比可以改变，电动机的启动电压可以调节，所以自耦变压器降压启动通常用于既不允许大电流冲击，又要求启动转矩较大的场合，主要应用于较大功率三相鼠笼式异步电动机的启动。四、三相绕线式异步电动机的启动三相鼠笼式异步电动机的转子绕组是短接的，因此无法通过改变其参数来改善启动性能。对于既要限制启动电流又要满载启动的场合，必须采用三相绕线式异步电动机。三相绕线式异步电动机的转子绕组是铜线绕制的线圈，线圈末端通过滑环引到启动设备上，因此，三相绕线式异步电动机具有转子绕组电流可控、启动电流小、启动转矩大等特性。791．转子绕组串电阻启动（1）转子绕组串电阻启动的原理如图所示为转子绕组串电阻启动电路。三相绕线式异步电动机启动开始瞬间，全部电阻都串入转子绕组中，只要选择合适的电阻值，就可以保证启动转矩等于最大电磁转矩。80转子绕组串电阻启动电路（2）转子绕组串电阻启动的特点和适用范围三相绕线式异步电动机采用转子绕组串电阻启动时，转子绕组电阻增大，虽然转子绕组中的电流减小，但是功率因数提高，启动转矩反而会增大。这是一种比较理想的启动方法，既能减小启动电流，又能增大启动转矩，因此适用于重载启动的场合，如起重机械、卷扬机等。其缺点是三相绕线式异步电动机价格昂贵，启动设备笨重，启动过程电能浪费多；电阻段数较少时，启动过程转矩波动大，而电阻段数较多时，控制线路复杂，因此一般只设计为2～4段。812．转子绕组串频敏变阻器启动（1）转子绕组串频敏变阻器启动的原理为了改进转子绕组串电阻启动过程中电阻段数有限、电流和转矩波动大的缺点，可以改用转子绕组串频敏变阻器启动。频敏变阻器由一个三相铁芯和绕在铁芯上的线圈构成，其铁芯不用硅钢片叠压，而用30～50mm厚的钢板叠成。当频敏变阻器线圈通入交流电流后，铁芯中产生交变磁通，交变磁通在铁芯中产生大量的涡流损耗和磁滞损耗，铁损耗很大，铁芯中的涡流损耗和磁滞损耗都随频率变化而变化，因此等效电阻和线圈的电抗都与频率有关，随频率的变化而变化，故称为频敏变阻器。82如图所示为转子绕组串频敏变阻器启动电路。83转子绕组串频敏变阻器启动电路（2）转子绕组串频敏变阻器启动的特点和适用范围转子绕组串频敏变阻器启动的优点是结构简单，使用方便，使用寿命长，运行可靠，启动过程自动完成，能平滑、恒转矩启动。但是与转子绕组串电阻启动相比，由于频敏变阻器中线圈电抗的影响，在同样的启动电流下，启动转矩略小，常应用于启动转矩要求不高的场合。84§1-4三相异步电动机的调速85861．理解三相异步电动机调速的原理。2．掌握三相异步电动机调速方法的特点和适用范围。学习目标在生产中经常需要对三相异步电动机转速进行调节，以满足制造工艺的要求，因此，电动机的调速具有重要的意义。在电动机的机械负载不变的条件下，改变电动机的转速称为调速。由三相异步电动机转差率计算公式可以得到电动机转速公式为87式中，n——电动机转速，r/min；

n1——电动机旋转磁场的转速，即同步转速，r/min；

s——电动机的转差率；

f1——电动机电源的频率，Hz；

p——电动机的磁极对数。88根据转速公式可知，三相异步电动机的调速方法可以分为以下三种：（1）改变电动机的磁极对数p，即变极调速。（2）改变电动机电源的频率f1，即变频调速。（3）改变电动机的转差率s，即变转差率调速。89一、三相异步电动机的变极调速在电源频率不变的条件下，改变三相鼠笼式异步电动机定子绕组的接法，可以改变磁极对数，从而得到不同的转速。由于磁极对数p

只能成倍地变化，所以这种调速方法只能进行有级调速，不能实现无级调速。变极调速改变了三相异步电动机的同步转速，一般将变极调速的电动机称为多速电动机。变极调速方法只适用于三相鼠笼式异步电动机，因为三相鼠笼式异步电动机转子绕组的磁极对数是感应产生的，可以使两磁场磁极对数保持一致，从而形成有效的电磁转矩。901．变极调速的原理变极调速是通过改变三相鼠笼式异步电动机的磁极对数来实现调速的方法。通常电动机的磁极对数是固定的，是电动机设计时决定的，并通过定子绕组的排列和接法确定。变极调速通过特殊的设计和控制方法，改变电动机定子绕组的接法，使得电动机能够在不同的磁极对数下运行。91如图所示为三相鼠笼式异步电动机变极调速的原理。92三相鼠笼式异步电动机变极调速的原理a）2p=4的定子绕组和磁极数b）2p=2的定子绕组和磁极数2．双速电动机的变极调速通过改变每相定子绕组的接线，使定子绕组中一半绕组中的电流方向发生改变，旋转磁场的磁极数由4变为2（即磁极对数由2变为1），电动机的同步转速由1500r/min变为3000r/min，电动机转速也升高一倍，这样的电动机称为双速电动机。9394常用的双速电动机定子绕组接法包括

和

两种。（1）

接法如图所示为双速电动机定子绕组

接法示意图。双速电动机定子绕组/接法示意图a）双速电动机定子绕组b）低速-

接法c）高速-

接法95双速电动机接线盒内的接线示意图如图所示。双速电动机接线盒内的接线示意图a）低速接法b）高速接法96（2）

接法如图所示为双速电动机定子绕组

接法示意图。双速电动机定子绕组

接法示意图a）双速电动机定子绕组b）低速-△接法c）高速-

接法973．三速电动机的变极调速若三相异步电动机在定子上安装两套独立绕组，各自具有所需的磁极对数，也可以采用不同的接法，这样就可以分别得到三速运行状态。三速电动机的定子绕组及接法示意图如图所示。由图a可知，三速电动机具有两套定子绕组，其中一套定子绕组已接成

接法，为中速绕组；另外一套定子绕组为开口的△接法，为低速和高速的双速绕组。图b、图c、图d所示分别为低速、中速和高速时三速电动机接线盒内的接线示意图。98三速电动机的定子绕组及接法示意图a）三速电动机的两套定子绕组b）低速-△接法c）中速-

接法

d）高速-

接法4．变极调速的特点和适用范围（1）变极调速所需的设备简单、体积小、运行可靠、操作方便。（2）变极调速可实现近似恒转矩调速和恒功率调速，效率较高。（3）变极调速为有级调速方法，且调速的级数少，最多为四级。（4）变极调速的平滑性较差。为了改善变极调速的平滑性，可采用变极调速与降压调速相结合的方法，既扩大了调速范围，又减小了低速损耗。（5）由于调速的级数少，变极调速通常不单独使用，往往与机械调速配套使用，以达到相互补充、扩大调速范围的目的。（6）变极调速只适用于三相鼠笼式异步电动机且调速要求不高的场合。99二、三相异步电动机的变频调速由于三相鼠笼式异步电动机的同步转速与电源频率成正比，因此，改变电动机的电源频率，就可以实现平滑、无级地调速。三相鼠笼式异步电动机进行变频调速时，需要一套专用的变频调速装置，如图所示。100变频调速装置1．恒转矩变频调速在降低电源频率的同时，必须降低电源电压，使电源电压与电源频率的比值保持不变，从而使旋转磁场的主磁通幅值基本不变，这种变频调速方法称为变压变频（VVVF）调速，是目前最常用的变频调速方法。三相鼠笼式异步电动机变压变频调速可以实现恒磁通变频调速，实质上就是变频调速时要保证电动机的电磁转矩不变（即恒转矩），因为三相鼠笼式异步电动机的电磁转矩与主磁通幅值成正比。1012．恒功率变频调速电源电压只能保持额定值不变。升高电源的频率进行调速时，旋转磁场的主磁通幅值会减小，电动机的电磁转矩也随之减小，而电动机的功率几乎不变。电源频率越高，电动机转速越高，主磁通幅值越小，这是一种降低磁通升速的方法，属于恒功率调速，这种变频调速方法称为恒压变频（CVVF）调速。综上所述，三相鼠笼式异步电动机在额定频率以下进行变频调速时，属于恒转矩调速（变压变频调速）；在额定频率以上进行变频调速时，属于恒功率调速（恒压变频调速）。1023．变频调速的特点和适用范围（1）节能。变频调速可以通过精确控制电动机的转速，减少能源消耗，实现高效节能。（2）调速范围大。变频调速可以实现较大的调速范围，满足不同工作场合下的速度需求。（3）控制精度高。变频调速的控制性能可以达到甚至超过高精度直流伺服电动机的控制性能。103（4）正、反转容易实现。变频调速可以很容易地实现电动机的正、反转。（5）适用于各种工作环境。变频调速装置和电动机可以分离，适用于各种工作环境。（6）电源要求低。电源的容量只需为电动机额定功率的1.5倍，且电源的功率因素对电动机功率的影响较小。104三、三相异步电动机的变转差率调速变转差率调速是指通过改变三相异步电动机的转差率来调节电动机的转速。改变三相异步电动机的电源电压和转子绕组电阻，都可以改变电动机的转差率，前者适用于三相鼠笼式异步电动机的调速，后者适用于三相绕线式异步电动机的调速。1051．三相鼠笼式异步电动机降低电源电压调速当电动机的负载转矩不变时，电源电压下降，电动机转速也将随之下降，转差率上升。电源电压越低，电动机转速也越低，因此通过改变电源电压可以实现调速。降低电源电压调速过去都采用定子绕组串电抗器来实现，目前已广泛采用晶闸管交流调压线路来实现。三相鼠笼式异步电动机降低电源电压调速的优点是电源电压调节方便，对于风机型负载，调速范围较大，目前大多数电风扇都采用这种调速方法，缺点是对于常见的恒转矩负载，调速范围很小，实用价值不大。1062．三相绕线式异步电动机转子绕组串电阻调速三相绕线式异步电动机工作时，如果在转子绕组中串入电阻，改变其电阻值，就可以达到调速的目的。三相绕线式异步电动机转子绕组串电阻调速的优点是所需的设备简单，成本低，缺点是低速时机械特性软，转速不稳定，电能浪费多，电动机效率低，轻载时调速效果差，调速范围有限，主要用于恒转矩负载。综上所述，三相异步电动机变转差率调速方法简单，但调速范围小、效率低，适用于对调速范围要求不高且能接受一定能量损耗的场合。107§1-5三相异步电动机的制动1081091．理解三相异步电动机制动的原理。2．掌握三相异步电动机制动方法的特点和适用范围。学习目标一、三相异步电动机的机械制动机械制动是利用机械装置使电动机在电源断开后迅速停止转动的方法。常用的机械制动包括电磁抱闸制动和电磁离合器制动。1．电磁抱闸制动电磁抱闸是一种利用电磁感应原理工作的机械传动装置，通过电磁力控制机械设备的运动状态。110（1）电磁抱闸的结构电磁抱闸分为通电型和断电型两种。断电型电磁抱闸如图所示。它主要由电磁铁和闸瓦制动器两大部分组成。111断电型电磁抱闸a）外形图b）结构示意图1—电磁线圈2—铁芯3—弹簧4—闸轮5—杠杆6—闸瓦7—电动机转轴（2）断电型电磁抱闸制动的原理当电动机通电启动时，同时给电磁抱闸的电磁线圈通电，电磁铁的动铁芯被吸引与静铁芯合拢，同时克服弹簧的作用，迫使杠杆向外张开，闸瓦与闸轮松开，闸轮可自由转动，电动机正常运转。（3）电磁抱闸制动的特点和适用范围电磁抱闸制动广泛应用于起重机械。对于具有位能性质的负载，电磁抱闸是必不可少的安全装置。电磁抱闸制动可靠，但是容易磨损，应定期进行检查。1122．电磁离合器制动电磁离合器是利用电磁感应原理，由电磁力产生压紧力的摩擦式离合器，通过摩擦力可以使两个旋转运动的部件实现结合或分离。（1）电磁离合器的结构电磁离合器分为通电型和断电型两种。断电型电磁离合器如图所示，主要由定子、转子、线圈、衔铁、摩擦片和制动片等组成。113114断电型电磁离合器a）外形图b）结构示意图1—转子2—线圈3—定子4—摩擦片5—卡簧槽6—线圈引出线7—通槽8—键槽9—制动弹簧10—衔铁11—制动片（2）电磁离合器制动的原理当电动机静止时，电磁离合器线圈无电，制动弹簧将摩擦片紧紧地压在制动片上，此时电动机被制动。当电动机通电时，电磁离合器线圈同时得电，衔铁被吸合，使摩擦片与制动片分开，制动片在电动机的带动下正常旋转。当电动机切断电源时，电磁离合器线圈同时失电，制动弹簧立即将摩擦片连同衔铁推向转动的制动片，强大的弹簧作用力迫使摩擦片与制动片之间产生足够大的摩擦力，使电动机断电后立即停转。115（3）电磁离合器制动的特点和适用范围电磁离合器制动具有结构简单、控制能量小、远距离控制方便、传递转矩较大、制动迅速且平稳等优点，适用于高频动作的机械传动系统，广泛用于各种机械设备。116二、三相异步电动机的电气制动电气制动是在电动机转子中产生一个与旋转方向相反的电磁转矩，使电动机迅速停止转动的方法。电气制动通常包括反接制动、能耗制动和再生发电制动。1171．反接制动三相异步电动机反接制动分为两种情况：一种是保持转子旋转方向不变，通过定子绕组两相电源反接使定子旋转磁场的旋转方向改变，这种制动方法称为电源反接制动；另一种是保持定子旋转磁场的旋转方向不变，通过位能性负载的作用使转子反转，这种制动方法称为倒拉反接制动。118（1）电源反接制动1）电源反接制动的原理。三相异步电动机电源反接制动电路如图a所示。119三相异步电动机电源反接制动a）电路图b）原理图2）电源反接制动的特点和适用范围。电源反接制动的优点是制动迅速，结构简单，不需要额外的制动装置，成本相对较低；缺点是制动瞬间电流较大，电能消耗也较大，机械冲击强烈，易损坏传动部件，制动结束时如果不能及时断开电源，会造成电动机反转。电源反接制动一般只适用于小型电动机，且要求迅速反转或不需要经常制动的场合。120（2）倒拉反接制动1）倒拉反接制动的原理。倒拉反接制动是反接制动的一种特殊情况，应用于起重机械下放重物的场合，它通过在电动机停止时反向拖动电动机来实现快速制动。当电动机需要停止时，控制装置会改变电动机的旋转方向，使电动机的转子与定子旋转磁场产生反向力矩，从而迅速减速并停止。由于此时负载转矩成为拖动转矩，拖动电动机反转，所以这种制动方法称为倒拉反接制动。1212）倒拉反接制动的特点和适用范围。倒拉反接制动的优点是制动效果显著，特别适合于负载较大的场合；缺点是需要复杂的控制逻辑来实现电动机的反向驱动。倒拉反接制动一般适用于需要在大负载下快速停止转动的场合或需要精确控制停止位置的场合。1222．能耗制动三相异步电动机反接制动分为两种情况：一种是保持转子旋转方向不变，通过定子绕组两相电源反接使定子旋转磁场的旋转方向改变，这种制动方法称为电源反接制动；另一种是保持定子旋转磁场的旋转方向不变，通过位能性负载的作用使转子反转，这种制动方法称为倒拉反接制动。123（1）能耗制动的原理三相异步电动机能耗制动电路如图a所示。在QS断开三相交流电源、接通直流电源的瞬间，由于惯性的作用，转子要以原来的转速、保持原来的旋转方向继续转动，转动的转子绕组切割静止磁场的磁感线，产生感应电动势和感应电流，其方向可以用右手定则判别，如图b所示。124125三相异步电动机能耗制动a）电路图b）原理图（2）能耗制动的特点和适用范围三相异步电动机能耗制动的优点是结构简单，维护方便，制动效果好，能耗少，制动较平稳，对电网和负载冲击小；缺点是需要配备直流电源，低速时制动转矩小。1263．再生发电制动再生发电制动又称回馈制动或再生制动，是一种将电动机的机械能转化为电能的制动技术。127（1）再生发电制动的原理三相异步电动机正常运行时，电动机转速n

低于同步转速n1。如果由于某种原因，电动机转速n

超过同步转速n1，如图所示，上半部分转子绕组切割磁感线的方向将变为向右，产生的感应电动势和感应电流方向是进入纸面，对应的电磁力方向向左，同理下半部分转子绕组产生的电磁力向右。这样，电磁转矩方向为逆时针方向，与电动机的旋转方向相反，电动机进入制动状态。此时电动机转速超过了同步转速，电动机处于发电状态，定子绕组中的电流方向改变，电动机将机械能转化为电能回馈给电网，因此这种制动方法称为再生发电制动。128129再生发电制动的原理（2）再生发电制动的特点和适用范围再生发电制动的效率约为30%，即大约30%的动能可以被转化和回收，不仅提高了能源利用效率，还减少了制动过程中的能量损失，经济性较好，符合可持续发展的要求。再生发电制动适用于电动机转速高于同步转速的场合，常用于位能性负载作用的起重机械和多速电动机高速转低速时的制动。130§1-6三相异步电动机的运维和检修1311321．了解三相异步电动机的运行与维护要求和方法。2．熟悉三相异步电动机的常见故障及检修方法。3．掌握三相异步电动机维修后的检验方法。学习目标一、三相异步电动机的运行与维护1．运行中的监视（1）工作电压的监视通过电压表来监视电动机的电源电压和三相电压不平衡情况。电源电压过高或过低都会引起电动机发热，通常电源电压波动范围应不超过±5%（即在361～399V范围内变化）。133（2）工作电流的监视通过电流表来监视电动机运行时的工作电流。当电源电压正常时，电动机正常运行时的电流直接反映出其所拖动的负载情况。为了获得理想的功率因数，电动机驱动的负载必须适当，既要防止电动机过载运行，也要防止电动机轻载运行，这样才能使电动机功率得到充分利用。因此，只有拖动额定负载运行的电动机才能获得理想的工作参数和状态。134（3）运行温升的监视温升是指电动机运行温度与环境温度的差值。温升反映电动机运行中的发热状况，是电动机运行的重要参数之一。电动机拖动负载运行时由于损耗而发热，当电动机的发热量与散热量相等时，其温度就稳定在一定的数值。只要环境温度不超过规定值40℃，电动机满载运行的温升就不会超过所用绝缘材料允许的温升。135对于中、小型电动机，在确定机座不带电的情况下，可以用手去感觉温度的高低。如图所示，首先使用验电笔测试来确认电动机机座不带电，然后用手去感觉电动机机座的温度是否偏高。136电动机运行温升的监视a）用验电笔测试电动机机座b）用手触及电动机机座（4）机组传动部分的监视如果电动机机组采用带传动机构传动时，如图所示，则在电动机运行时，要经常检查传动带连接处是否良好，传动带松紧是否适当，传动带太松会发生打滑现象，传动带太紧则电动机的轴承会发热。此外，还要监视电动机机组转动部分是否灵活，有无卡位、窜动及其他不正常现象。137带传动机构（5）其他方面的监视1）听电动机运行时的声音。用长柄螺钉旋具触及电动机轴承端盖，耳朵贴紧螺钉旋具手柄，仔细听电动机的轴承有无杂音、振动等，以判断轴承运行情况，如图所示。138轴承运行情况的检查2）闻电动机运行时的气味。当电动机因故障而发热时，绕组的绝缘材料受热而分解，散发出绝缘漆的气味；当轴承缺润滑油脂严重或润滑油脂填充过量而引起轴承发热时，则散发出润滑油脂的气味；当电动机长时间过载运行而导致绕组绝缘损坏时，则散发出绝缘漆的焦煳味。3）看电动机运行时的环境。对于正常运行的电动机，应保证进风口、出风口畅通无阻。在室内工作的电动机要注意环境通风，以利于散热；在室外工作的电动机要避免阳光直射，以防止电动机的工作温度受到外界的影响而升高。1392．维护内容（1）日常维护主要检查电动机的润滑系统、外观、温度、噪声、振动等是否异常，检查通风冷却系统、滑动摩擦状况和紧固情况，并做好记录。140（2）月度维护和定期巡回检查检查开关、配线、接地装置等是否松动、损坏，检查引出线和配件是否损伤、老化，检查电刷、集电环的磨损情况以及电刷在电刷架内是否灵活等。如发现问题，应及时修理或更换。如有粉尘堆积，应及时清扫。（3）年度维护除了上述内容，还要检查、更换润滑油脂。必要时，对电动机进行抽芯检查，清洗污垢；检查绕组绝缘电阻，根据需要进行干燥处理；检查零部件是否生锈、腐蚀和轴承磨损情况，根据需要进行更换。141二、三相异步电动机的检修三相异步电动机的故障多种多样，产生的原因也比较复杂。在检查电动机时，一般按照先外后里、先机后电、先听后检的顺序进行。先检查电动机的外部，再检查电动机的内部；先检查机械方面，再检查电气方面；先听使用人员介绍使用情况和故障情况，再动手检查。三相异步电动机的常见故障及检修方法见下表。142143三相异步电动机的常见故障及检修方法144三相异步电动机的常见故障及检修方法三、三相异步电动机维修后的检验1．一般检查主要检查电动机的装配质量。检查电动机的外观是否完好，各紧固件是否紧固牢靠，引出线端的标记和连接是否正确，转子转动是否灵活，转轴转动时的径向偏摆（若有）是否在允许范围内。对于绕线式异步电动机，还应检查电刷、电刷架、集电环的装配质量，电刷与集电环接触是否良好等。1452．绝缘电阻检测主要检测电动机各相绕组之间、各相绕组与地（机座）之间的冷态绝缘电阻。如果测得的绝缘电阻在规定值以上，说明电动机绝缘良好，可继续使用；如果测得的绝缘电阻在规定值以下，说明电动机绕组受潮或绝缘很差，需要进行烘干处理或重新进行浸漆处理；如果测得的绝缘电阻为零，说明电动机绕组短路，必须进行修理，排除故障后方可使用。1463．绕组直流电阻检测绕组直流电阻检测一般在常温下进行，可使用直流电桥。正常情况下，各相绕组直流电阻的偏差（各相绕组直流电阻与三相绕组直流电阻平均值的差值）与三相绕组直流电阻平均值之比不得超过5%。如果偏差率过大，说明绕组中存在短路、断路、匝数错误或接触不良等故障。1474．耐压试验电动机各定子绕组之间、各定子绕组与机座之间经过绝缘处理后，可承受一定的电压而不被击穿称为耐压。对于绕线式异步电动机，还包括各转子绕组之间、各转子绕组与机座之间的耐压。耐压试验的目的是检查各绕组之间、各绕组与机座之间的绝缘性能，以确保电动机的安全运行和操作人员的人身安全。试验中常见的击穿原因如下：长期停用的电动机受潮，电动机绕组接线错误，长期过载运行或过压运行，未经过烘干处理，绝缘老化而损坏。1485．空载试验经上述测试合格的电动机方可进行空载试验，空载运行时间为30min，主要用于确定空载电流、空载转速和空载损耗，并检测三相电流是否平衡（偏差率应不超过10%）。如果空载电流过大，则可能是定子与转子之间的气隙超过允许值或装配质量不合格等造成的；如果空载电流过小，则可能是绕组匝数过多、绕组连接错误等造成的。空载转速应接近同步转速，如果偏差明显，则可能是电源问题或电动机设计缺陷等造成的。进行空载试验时，应仔细观察电动机的运行情况，监听有无异常声音，检查电动机是否过热、轴承运转是否正常等。对于绕线式异步电动机，还应检查电刷有无火花、是否过热等。149第二章单相交流异步电动机150目录151§2-1单相异步电动机的结构和参数§2-2单相异步电动机的工作原理和机械特性§2-3单相异步电动机的运行§2-4单相异步电动机的运维和检修§2-1单相异步电动机的结构和参数1521531．了解单相异步电动机的分类、特点、应用和参数。2．熟悉单相异步电动机的结构和各组成部分的作用。学习目标一、单相异步电动机的分类按照启动装置和工作原理的不同，单相异步电动机可分为罩极式单相异步电动机和分相式单相异步电动机两类。根据启动方式的不同，分相式单相异步电动机又可分为电阻分相（电阻启动）单相异步电动机和电容分相单相异步电动机两类。根据启动绕组是否参与正常运行，电容分相单相异步电动机又可分为电容运转单相异步电动机、电容启动单相异步电动机和双值电容单相异步电动机三类。154二、单相异步电动机的结构典型单相异步电动机的结构如图所示。单相异步电动机的结构与一般小型三相鼠笼式异步电动机的结构相似，主要由定子和转子两大部分组成，此外还包括风扇、接线盒等附件和电容器等启动元件。155典型单相异步电动机的结构a）内部结构b）外部结构1—定子铁芯2—定子绕组3—转轴4—机座5—转子6—风扇7—电容器8—接线盒1．定子部分单相异步电动机的定子部分主要由定子铁芯、定子绕组和机座等组成，其主要作用是接入单相交流电，在定子、转子及气隙中产生一个旋转磁场，将电能转化为磁场能。定子铁芯大多用0.35～0.5mm厚的硅钢片冲槽后叠压而成，槽型一般为半闭槽，槽内嵌放定子绕组。定子铁芯主要是磁通的通路部分，并起固定定子绕组的作用。156定子绕组一般采用高强度聚酯漆包铜线，先在绕线模具上绕好后，再嵌放在定子铁芯槽内，并需进行浸漆、烘干等绝缘处理。常用的定子绕组型式主要包括单层同芯式绕组、单层链式绕组和正弦绕组，这些绕组均属于分布绕组。机座一般用铸铁或铸铝制成，其作用是固定定子铁芯，并借助两端端盖与转子形成一个整体，使转轴上输出机械能，其结构主要取决于电动机的使用场合和冷却方式。单相异步电动机机座的结构型式一般分为开启式、防护式和封闭式等。157（1）分相式单相异步电动机定子的结构分相式单相异步电动机虽然分为电阻分相、电容分相两类，但其定子的结构基本相同，如图所示。158分相式单相异步电动机定子的结构1—定子铁芯2—定子绕组3—主绕组4—副绕组（2）罩极式单相异步电动机定子的结构罩极式单相异步电动机的定子包括凸极式和隐极式两种结构型式。功率较小的单相异步电动机采用凸极式定子结构。凸极式定子的结构如图所示。159凸极式定子的结构1—短路铜环2—定子铁芯3—定子绕组功率较大的单相异步电动机采用隐极式定子结构。隐极式定子的结构如图所示。160隐极式定子的结构a）定子绕组接线b）定子绕组的分布排列1—工作绕组2—启动绕组2．转子部分单相异步电动机的转子部分主要由转子铁芯、转子绕组和转轴等组成，常制成鼠笼型，如图所示。其作用是通过转子绕组切割旋转磁场，产生电磁转矩，拖动机械负载工作。161单相异步电动机的转子1—转子铁芯2—转子绕组3—端环4—转子风叶5—转轴（1）转子铁芯转子铁芯与定子铁芯一样，也用0.35～0.5mm厚的硅钢片冲槽后叠压而成，槽内放置转子绕组。（2）转子绕组单相异步电动机的转子绕组一般分为鼠笼型和电枢型两种型式。鼠笼型转子绕组常用铝或铝合金一次铸造而成，广泛应用于各种单相异步电动机，如上图所示。（3）转轴转轴用含碳轴钢制成，两端安装用于转动的轴承。1623．启动元件单相异步电动机没有启动转矩，不能自行启动，必须在启动绕组中附加启动元件才能启动运转。不同的单相异步电动机，其启动元件也不同，主要包括离心开关、电容器、启动继电器、电阻器等多种。有些启动元件安装在电动机的内部，有些则安装在电动机的外部，无论安装在内部还是安装在外部，一般都认为启动元件是单相异步电动机的组成部分。163（1）离心开关应用最多的离心开关是U形夹片式，主要包括开关部分和转动部分，如图所示。164离心开关（2）电容器电容器（见下图）是电容分相式单相异步电动机必不可少的元件，其中，电容启动单相异步电动机需要一个启动电容器，电容运转单相异步电动机需要一个运转电容器，双值电容单相异步电动机需要两个电容器。165电容器（3）启动继电器启动继电器主要用于专用电动机，如冰箱、空调压缩机等，包括电流式启动继电器、电压式启动继电器、PTC（正温度系数热敏电阻）启动继电器等。如图所示为PTC启动继电器。166PTC启动继电器三、单相异步电动机的特点和应用1．分相式单相异步电动机的特点和应用（1）电阻启动单相异步电动机的特点和应用电阻启动单相异步电动机的结构特点及应用范围见下表。167电阻启动单相异步电动机的结构特点及应用范围电阻启动单相异步电动机的结构特点及应用范围168（2）电容运转单相异步电动机的特点和应用电容运转单相异步电动机的结构特点及应用范围见下表。169电容运转单相异步电动机的结构特点及应用范围电容运转单相异步电动机的结构特点及应用范围170（3）电容启动单相异步电动机的特点和应用电容启动单相异步电动机的结构特点及应用范围见下表。171电容启动单相异步电动机的结构特点及应用范围电容启动单相异步电动机的结构特点及应用范围172（4）双值电容单相异步电动机的特点和应用双值电容单相异步电动机又称电容启动、电容运转单相异步电动机，其结构特点及应用范围见下表。173双值电容单相异步电动机的结构特点及应用范围双值电容单相异步电动机的结构特点及应用范围1742．罩极式单相异步电动机的特点和应用罩极式单相异步电动机是小型单相异步电动机中最简单的一种，也是日常生活中常见的电动机之一。罩极式单相异步电动机的主要优点是结构简单、制造方便、成本低、运行噪声低、维护方便。采用凸极式定子结构的罩极式单相异步电动机的缺点是启动性能和运行性能较差，启动转矩、效率和功率都较小，旋转方向只能由未罩部分向被罩部分旋转，主要用于小功率空载启动的场合，如台扇、仪表风扇、换气扇、录音机、电动工具和计算机的散热风扇等。采用隐极式定子结构的罩极式单相异步电动机，其功率相对大一些，常用于小型鼓风机、油泵等设备。175四、单相异步电动机的参数1．单相异步电动机的铭牌单相异步电动机的机座上装有一块铭牌，标注电动机的型号、规格等技术参数，如图所示。铭牌是选择、安装、使用和修理（包括重绕绕组）单相异步电动机的重要依据。176单相异步电动机的铭牌2．单相异步电动机的型号含义单相异步电动机的型号由产品代号、机座代号、特征代号和特殊环境代号等4个部分组成，并按下列顺序排列：①-②-③-④①——产品代号，由汉语拼音字母组成，见下表。177单相异步电动机产品代号②——机座代号，以轴中心高（mm）表示。③——特征代号，表示机座长度代号、铁芯长度代号和磁极数。机座长度代号包括L（长机座）、M（中机座）、S（短机座）等；铁芯长度代号用数字1、2、3等表示，数字越大，铁芯越长；铁芯长度代号的后面一位为磁极数，用数字表示。④——特殊环境代号，表示产品适用的环境，一般不标注。1783．单相异步电动机的主要参数单相异步电动机的主要参数见下表。179单相异步电动机的主要参数180单相异步电动机的主要参数§2-2单相异步电动机的工作原理和机械特性1811821．理解单相异步电动机的工作原理。2．了解单相异步电动机的机械特性。学习目标一、单相异步电动机的工作原理由三相异步电动机的工作原理可知，异步电动机要产生电磁转矩拖动负载转动，一定要存在旋转磁场。当单相异步电动机工作绕组通入单相交流电流时，就会在绕组轴线方向上产生一个交变磁场，这个磁场的大小和方向随时间做正弦规律变化，但在空间方位上是固定的，因此称为单相脉动磁场，如图所示。由图可知，当交流电流变化一个周期时，磁场的磁极极性发生改变，但磁极的空间位置不变。183184单相脉动磁场a）电流正半周产生的磁场b）电流负半周产生的磁场为便于分析，可采用矢量分解的方法，将这个脉动磁场分解成两个大小相等、方向相反的旋转磁场，如图所示。185单相脉动磁场的分解这两个旋转磁场作用在转子绕组上，产生两个大小相等、方向相反的电磁转矩，其机械特性曲线如图所示。186单相异步电动机的机械特性曲线二、单相异步电动机的机械特性单相异步电动机的机械特性曲线具有如下特点：1．当n=0时，转矩T1、T2

大小相等、方向相反，合成转矩T=0。即单相异步电动机静止时，接通单相交流电源，所产生的转矩T1、T2

互相抵消，启动转矩为零，单相异步电动机不能自行启动，这也是单相异步电动机区别于三相异步电动机的特殊之处。1872．当n>0时，T>0，说明如果有外力作用在单相异步电动机的转子上，使电动机按顺时针方向转动后，单相异步电动机正向转矩T1

变大，反向转矩T2

变小，合成转矩T

就是一个顺时针方向的电磁转矩，此时即使撤销外力，在电磁转矩T

的作用下，电动机仍然可以继续按顺时针方向旋转。3．当n<0时，T<0，说明如果有外力作用在单相异步电动机的转子上，使电动机按逆时针方向反转后，此时即使撤销外力，在电磁转矩T

的作用下，电动机仍然可以继续反转。1884．由于转子中存在着方向相反的两个电磁转矩，因此，理想空载转速n0

小于旋转磁场的转速n1；与额定功率相同的三相异步电动机相比，单相异步电动机额定转速稍低，过载能力、效率和功率因数也较低。综上所述，单相异步电动机接通单相交流电源时，如果用外力拨动单相异步电动机的转子，则转子绕组切割单相脉动磁场，从而产生感应电动势和感应电流，并将在磁场中受到电磁力的作用，转子将顺着拨动的方向转动起来。因此，要使单相异步电动机具有实际使用价值，就必须解决电动机的启动问题。189§2-3单相异步电动机的运行1901911．掌握单相异步电动机的启动原理。2．理解单相异步电动机反转和调速的原理。3．掌握单相异步电动机的反转和调速方法及适用范围。学习目标一、单相异步电动机的启动1．分相式单相异步电动机的启动原理由于单相异步电动机的启动转矩为零，因此单相异步电动机不能自行启动。为了解决单相异步电动机的启动问题，分相式单相异步电动机常在定子铁芯上安装两套绕组，一套是工作绕组，长期接通电源工作，另一套是启动绕组，两套绕组在空间上互差90°电角度。192单相异步电动机在旋转磁场的作用下产生启动转矩，在启动转矩的带动下，转子顺着旋转磁场的旋转方向开始转动。单相异步电动机转子转动以后，启动绕组就失去作用，如果此时将启动绕组的电源断开，工作绕组中电流产生的磁场为脉动磁场，脉动磁场就会在转子上产生一个与旋转磁场旋转方向一致的电磁转矩，拖动转子继续按原来的旋转方向转动下去，在电动机转轴上输出机械能。上述启动方法称为单相异步电动机的分相启动，即把单相交流电裂变为两相交流电，从而在电动机内部建立起一个旋转磁场。1932．罩极式单相异步电动机的启动原理对于采用凸极式定子结构的罩极式单相异步电动机，当定子绕组通入单相交流电流时，产生脉动磁场，该磁场的一部分磁通Ф1

不穿过短路环，另一部分磁通Ф2

穿过短路环，如图所示。由于短路环中感应电流的阻碍作用，Ф2

在相位上滞后Ф1，从而在电动机定子铁芯上产生一个由未罩部分向被罩部分（短路环）方向移动的磁场，从而使转子获得启动转矩，启动转矩的方向是由定子的内部结构决定的，改变电源接线也不会改变电动机的转向。194195凸极式定子中脉动磁场的磁通示意图采用隐极式定子结构的罩极式单相异步电动机的启动原理类似，当工作绕组通入单相交流电流时，启动绕组在回路中产生感应电流，进而产生一个旋转磁场，由定子铁芯的工作绕组部分向启动绕组部分的方向旋转，使转子获得所需的启动转矩。196二、单相异步电动机的反转1．分相式单相异步电动机的反转改变分相式单相异步电动机旋转磁场旋转方向的方法包括两种：一种是改变电容器的接法，另一种是改变定子绕组与电源的接法。（1）改变电容器的接法改变电容器的接法是指将电容器从一套绕组中改接到另一套绕组中。197电容运转单相异步电动机的正、反转原理如图所示，电容启动单相异步电动机的正、反转原理如图所示。198电容运转单相异步电动机的正、反转原理a）启动绕组接电容器，电动机正转b）工作绕组接电容器，电动机反转199电容启动单相异步电动机的正、反转原理a）启动绕组接电容器，电动机正转b）工作绕组接电容器，电动机反转（2）改变定子绕组与电源的接法改变定子绕组与电源的接法是指将工作绕组或启动绕组的首端、尾端与电源的接线对调。电阻启动单相异步电动机的正、反转原理如图所示，双值电容单相异步电动机的正、反转原理如图所示。200201电阻启动单相异步电动机的正、反转原理a）工作绕组正接，电动机正转b）工作绕组反接，电动机反转202双值电容单相异步电动机的正、反转原理a）工作绕组正接，电动机正转b）工作绕组反接，电动机反转2．罩极式单相异步电动机的反转罩极式单相异步电动机的旋转方向是由磁极的未罩部分转向被罩部分，即使改变电源的接线，也不能改变电动机的转向，尤其是凸极式定子结构，罩极部分已经固定，如果要改变电动机的转向，只能在允许的条件下将转子从机座中抽出来，将机座调转180o

后再将转子装进去，这样就可以使罩极式单相异步电动机反转，如图所示。203204罩极式单相异步电动机的正、反转原理a）转子反向安装前，电动机正转b）转子反向安装后，电动机反转三、单相异步电动机的调速1．变频调速（改变电源频率调速）变频调速是指通过变频器先将单相工频交流电转换为直流电，再将直流电转换为频率可调的单相交流电，实现单相异步电动机的调速。电源频率越高，电动机转速越高；电源频率越低，电动机转速越低。这种方法需要变频器设备，成本较高，但可以实现单相异步电动机较宽范围的精准调速，适用于大功率单相异步电动机的调速。2052．变极调速（改变电动机磁极对数调速）变极调速是指通过改变单相异步电动机的磁极对数来调节电动机转速。磁极对数越多，电动机转速越低；磁极对数越少，电动机转速越高。这种方法需要更换电动机的定子和转子，成本较高。2063．调压调速（改变电源电压调速）调压调速方法适用于小功率单相异步电动机的调速。调压调速具有两个特点：一是电源电压只能从额定电压往下调，因此电动机转速也只能从额定转速往低调；二是由于单相异步电动机的电磁转矩与电源电压有效值的平方成正比，因此电源电压降低时，电动机的转矩大幅减小、转速大幅降低，故这种调速方法只能用于转矩随转速降低而减小的负载（称为风机型负载）。207（1）自耦变压器调速自耦变压器调速是通过调节自耦变压器的输出电压，采用不同的供电方式来调节单相异步电动机转速的方法。如图所示为自耦变压器调速电路，单相异步电动机上的电压可以通过自耦变压器来调节。208自耦变压器调速电路a）两套绕组降压运行b）工作绕组降压运行（2）串电抗器调速串电抗器调速是将电抗器与单相异步电动机定子绕组串联，利用电流在电抗器上产生的电压降，使电动机定子绕组上的电压低于电源电压，来调节单相异步电动机转速的方法。串电抗器调速时，电动机转速只能由额定转速往低调节。如图所示为串电抗器调速电路，启动绕组LF串联电容器C后与工作绕组LZ并联在单相交流电源上。209串电抗器调速电路（3）串电容器调速串电容器调速是将不同电容量的电容器串入单相异步电动机电路中，来调节单相异步电动机转速的方法。由于电容器的容抗与电容量成反比，因此，电容器的电容量越大，容抗就越小，相应的电压降也越低，电动机转速就越高；反之，电容器的电容量越小，容抗就越大，电动机转速就越低。如图所示为具有三挡速度的串电容器调速电路，其中电容器C2的电容量大于C1的电容量，电阻R1和R2为电容器的泄放电阻，在断电时将电容器中的电能泄放掉。210211具有三挡速度的串电容