《电机与变压器》课件 第一章　三相交流异步电动机

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