1、1第五章第五章 交流電動機的工作原理及特性交流電動機的工作原理及特性 了解三相異步電動機的基本結構及工作原理；了解三相異步電動機的基本結構及工作原理； 掌握三相異步電動機的轉矩特性和機械特性；掌握三相異步電動機的轉矩特性和機械特性； 掌握三相異步電動機的連接方法和額定參數；掌握三相異步電動機的連接方法和額定參數； 掌握三相異步電動機啟動、調速和制動等各種特性；掌握三相異步電動機啟動、調速和制動等各種特性； 掌握實現三相異步電動機啟動、調速和制動的各種方法及它們掌握實現三相異步電動機啟動、調速和制動的各種方法及它們的使用場所；的使用場所； 掌握單相異步電動機的工作原理和啟動方法；掌握單相異步電動

2、機的工作原理和啟動方法； 了解同步電動機的結構、工作原理、運行特性和啟動方法。了解同步電動機的結構、工作原理、運行特性和啟動方法。251 三相異步電動機的基本結構和工作原理三相異步電動機的基本結構和工作原理 一、三相異步電動機的基本結構一、三相異步電動機的基本結構 三相異步電動機主要由定子和轉子兩個部分組成，定子是不動三相異步電動機主要由定子和轉子兩個部分組成，定子是不動的部分，轉子是旋轉部分，在定子和轉子之間有一定的氣隙。如圖的部分，轉子是旋轉部分，在定子和轉子之間有一定的氣隙。如圖所示。所示。31. .定子定子 定子由定子鐵心、繞組以及機座組成。定子由定子鐵心、繞組以及機座組成。 定子鐵心

3、是磁路的一部定子鐵心是磁路的一部分，它由分，它由0.5mm的硅鋼片疊的硅鋼片疊壓而成，片與片之間是絕緣壓而成，片與片之間是絕緣的，以減少渦流損耗。定子的，以減少渦流損耗。定子鐵心的硅鋼片的內圓沖有定鐵心的硅鋼片的內圓沖有定子槽，槽中安放線圈，如圖子槽，槽中安放線圈，如圖所示。硅鋼片鐵心在疊壓后所示。硅鋼片鐵心在疊壓后成為一個整體，固定于機座成為一個整體，固定于機座上。上。 4 定子繞組是電動機的電定子繞組是電動機的電路部分。三相電動機的定子路部分。三相電動機的定子繞組分為三個部分對稱地分繞組分為三個部分對稱地分布在定子鐵心上，稱為三相布在定子鐵心上，稱為三相繞組，分別用繞組，分別用AX、BY、

4、CZ表示，其中，表示，其中，A、B、C稱為稱為首端首端，而，而X、Y、Z稱為稱為末端末端。 機座主要用于固定與支撐定子鐵心。中小型異步電動機一般采機座主要用于固定與支撐定子鐵心。中小型異步電動機一般采用鑄鐵機座。根據不同的冷卻方式采用不同的機座型式。用鑄鐵機座。根據不同的冷卻方式采用不同的機座型式。 三相繞組接入三相交流電源，三相繞組中的電流定子鐵心中產三相繞組接入三相交流電源，三相繞組中的電流定子鐵心中產生生旋轉磁場旋轉磁場。 52. .轉子轉子 轉子鐵心也是電動機磁轉子鐵心也是電動機磁路的一部分，由硅鋼片疊壓路的一部分，由硅鋼片疊壓而成。轉子鐵心裝在轉軸上。而成。轉子鐵心裝在轉軸上。硅鋼片

5、沖片如圖所示。硅鋼片沖片如圖所示。 轉子由鐵心與繞組組成。轉子由鐵心與繞組組成。 線繞式和鼠籠式兩種電動機的轉子構造雖然不同，但工作原理線繞式和鼠籠式兩種電動機的轉子構造雖然不同，但工作原理是一致的。轉子的作用是是一致的。轉子的作用是產生轉子電流，即產生電磁轉矩產生轉子電流，即產生電磁轉矩。6 鼠籠式異步電動機轉子繞鼠籠式異步電動機轉子繞組是在轉子鐵心槽里插入銅條，組是在轉子鐵心槽里插入銅條，再將全部銅條兩端焊在兩個銅再將全部銅條兩端焊在兩個銅端環上而組成，如圖所示。端環上而組成，如圖所示。 線繞式異步電動機轉線繞式異步電動機轉子繞組是由線圈繞組放入轉子繞組是由線圈繞組放入轉子鐵心槽內，并分為

6、三相對子鐵心槽內，并分為三相對稱繞組，與定子產生的磁極稱繞組，與定子產生的磁極數相同。線繞式轉子通過軸數相同。線繞式轉子通過軸上的滑環和電刷在轉子回路上的滑環和電刷在轉子回路中接入外加電阻，用以改善中接入外加電阻，用以改善啟動性能與調節轉速，啟動性能與調節轉速， 7二、三相異步電動機的工作原理二、三相異步電動機的工作原理 1定子旋轉磁場定子旋轉磁場 假設每相繞組只有一個線匝，分別嵌放在定子內圓周的假設每相繞組只有一個線匝，分別嵌放在定子內圓周的6個凹個凹槽之中。現將三相繞組的末端槽之中。現將三相繞組的末端X、Y、Z相連，首端相連，首端A、B、C接三相接三相交流電源。且三相繞組分別叫做交流電源。

7、且三相繞組分別叫做A、B、C相繞組。如圖所示。相繞組。如圖所示。8 假定定子繞組中電流的正方向規定為從首端流向末端，且假定定子繞組中電流的正方向規定為從首端流向末端，且A相相繞組的電流作為參考正弦量，即繞組的電流作為參考正弦量，即 iA的初相位為零，則三相繞組的初相位為零，則三相繞組A、B、C的的電流（相序為電流（相序為ABC）的瞬時值為：）的瞬時值為：tIi sinmA )32sin(mB tIi)34sin(mC tIi 如圖所示是這些電流隨時間變化的曲線。如圖所示是這些電流隨時間變化的曲線。9 時時01 t iB為負，電流實際方向與正方向相反，即電流從為負，電流實際方向與正方向相反，即電

8、流從Y端流到端流到B端；端； iC為正，電流實際方向與正方向一致，即電流從為正，電流實際方向與正方向一致，即電流從C端流到端流到Z端。端。 按右手螺旋法則確定按右手螺旋法則確定三相電流產生的合成磁場，三相電流產生的合成磁場，如圖（如圖（a）箭頭所示。）箭頭所示。 iA=010 時時62Tt iB為負，電流實際方向與正方向相反，即電流從為負，電流實際方向與正方向相反，即電流從Y端流到端流到B端；端； iA為正，電流實際方向與正方向一致，即電流從為正，電流實際方向與正方向一致，即電流從A端流到端流到X端。端。 此時的合成磁場如圖（此時的合成磁場如圖（b）所示，合成磁場已從所示，合成磁場已從t=0

9、瞬間瞬間所在位置順時針方向旋轉了所在位置順時針方向旋轉了 /3。 iC=011 時時33Tt iC為負，電流實際方向與正方向相反，即電流從為負，電流實際方向與正方向相反，即電流從Z端流到端流到C端；端； iA為正，電流實際方向與正方向一致，即電流從為正，電流實際方向與正方向一致，即電流從A端流到端流到X端。端。 此時的合成磁場如圖此時的合成磁場如圖（c）所示，合成磁場已從）所示，合成磁場已從t=0 瞬間所在位置順時針方瞬間所在位置順時針方向旋轉了向旋轉了2 /3。 iB=012 時時24Tt 0A i iC為負，電流實際方向與正方向相反，即電流從為負，電流實際方向與正方向相反，即電流從Z端流到

10、端流到C端；端； iB為正，電流實際方向與正方向一致，即電流從為正，電流實際方向與正方向一致，即電流從B端流到端流到Y端。端。 此時的合成磁場如圖此時的合成磁場如圖（d）所示，合成磁場已從）所示，合成磁場已從 t=0 瞬間所在位置順時針方瞬間所在位置順時針方向旋轉了向旋轉了 。13 按以上分析可以證明：當三相電流隨時間不斷變化時，合成磁按以上分析可以證明：當三相電流隨時間不斷變化時，合成磁場也在不斷旋轉，故稱場也在不斷旋轉，故稱旋轉磁場。旋轉磁場。2旋轉磁場的旋轉方向旋轉磁場的旋轉方向 A相繞組內的電流超前相繞組內的電流超前B相繞組內的電流相繞組內的電流2 /3，而，而B相繞組內的相繞組內的電

11、流又超前電流又超前C相繞組內的電流相繞組內的電流2 /3，當三相交流電的當三相交流電的ABC ，旋轉磁場的旋轉方向為從旋轉磁場的旋轉方向為從ABC，即向順時針方向旋轉。，即向順時針方向旋轉。14 如果將定子繞組接至電源的三根導線中的如果將定子繞組接至電源的三根導線中的任意兩根線對調任意兩根線對調，例，例如，將如，將B，C兩根線對調，使兩根線對調，使B相與相與C相繞組中電流的相位對調，如相繞組中電流的相位對調，如圖所示。圖所示。15 此時此時A相繞組內的電流超前相繞組內的電流超前C相繞組內的電流相繞組內的電流2 /3，而，而C相繞相繞組內的電流又超前組內的電流又超前B相繞組內的電流相繞組內的電流

12、2 /3，用上述同樣的分析方法，用上述同樣的分析方法可知，此時旋轉磁場的旋轉方向將變為可知，此時旋轉磁場的旋轉方向將變為ACB，即向逆時針方向，即向逆時針方向旋轉，如圖所示，即與未對調前的旋轉方向相反。旋轉，如圖所示，即與未對調前的旋轉方向相反。 由此可見，要改變旋轉磁場的旋轉方向，只要把定子繞組接到由此可見，要改變旋轉磁場的旋轉方向，只要把定子繞組接到電源的三根導線中的任意兩根對調即可。電源的三根導線中的任意兩根對調即可。 163. .旋轉磁場的極數與旋轉速度旋轉磁場的極數與旋轉速度 在交流電動機中，旋轉磁場相對定子的旋轉速度被稱為同步速在交流電動機中，旋轉磁場相對定子的旋轉速度被稱為同步速

13、度，用度，用n0表示。表示。 以上討論的旋轉磁場，具有一對磁極（磁極對數用以上討論的旋轉磁場，具有一對磁極（磁極對數用p表示）即表示）即p=1。 從上述分析可以看出，電流變化經過一個周期（變化從上述分析可以看出，電流變化經過一個周期（變化360電角電角度），旋轉磁場在空間也旋轉了一轉（轉了度），旋轉磁場在空間也旋轉了一轉（轉了360機械角度），若電機械角度），若電流的頻率為流的頻率為f，旋轉磁場每分鐘將旋轉，旋轉磁場每分鐘將旋轉60f 轉，即：轉，即：fn600 17 如果把定子鐵心的槽數增加如果把定子鐵心的槽數增加1倍（倍（12個槽），制成如圖所示的個槽），制成如圖所示的三相繞組。三相繞組。

14、 其中，每相繞組由兩個部分串聯組成，再將這三相繞組接到對其中，每相繞組由兩個部分串聯組成，再將這三相繞組接到對稱三相電源使通過對稱三相電流，便產生具有兩對磁極的旋轉磁場。稱三相電源使通過對稱三相電流，便產生具有兩對磁極的旋轉磁場。如圖所示。如圖所示。18 從圖可以看出，對應于不同時刻，旋轉磁場在空間轉到不同位從圖可以看出，對應于不同時刻，旋轉磁場在空間轉到不同位置，此情況下電流變化半個周期，旋轉磁場在空間只轉過了置，此情況下電流變化半個周期，旋轉磁場在空間只轉過了 /2，即即1/4轉，電流變化一個周期，旋轉磁場在空間只轉了轉，電流變化一個周期，旋轉磁場在空間只轉了1/2轉。轉。 由此可知，當旋

15、轉磁場具有兩對磁極（由此可知，當旋轉磁場具有兩對磁極（p=2）時，其旋轉速度）時，其旋轉速度僅為一對磁極時的一半。依次類推，當有僅為一對磁極時的一半。依次類推，當有p對磁極時，其轉速為：對磁極時，其轉速為：pfn600 所以，旋轉磁場的旋轉速度與電流的頻率成正比而與磁級對數所以，旋轉磁場的旋轉速度與電流的頻率成正比而與磁級對數成反比。成反比。194工作原理工作原理 三相異步電動機的工作原三相異步電動機的工作原理是基于定子旋轉磁場和轉子理是基于定子旋轉磁場和轉子電流的相互作用。電流的相互作用。 假設定子只有一對磁極，轉假設定子只有一對磁極，轉子只有一匝繞組。子只有一匝繞組。 在旋轉磁場的作用下，

16、轉子導體切割磁力線（其方向與旋轉磁在旋轉磁場的作用下，轉子導體切割磁力線（其方向與旋轉磁場的旋轉方向相反），因而在導體內產生感應電動勢場的旋轉方向相反），因而在導體內產生感應電動勢e從而產生感從而產生感應電流應電流i。根據安培電磁力定律，轉子電流與旋轉磁場相互作用產生。根據安培電磁力定律，轉子電流與旋轉磁場相互作用產生電磁力電磁力F（其方向用左手定則決定），這力在轉子的軸上形成電磁（其方向用左手定則決定），這力在轉子的軸上形成電磁轉矩，且轉矩作用方向與旋轉磁場的旋轉方向相同，轉子受此轉矩轉矩，且轉矩作用方向與旋轉磁場的旋轉方向相同，轉子受此轉矩的作用，按旋轉磁場的旋轉方向旋轉起來。的作用，按旋

17、轉磁場的旋轉方向旋轉起來。 轉子的旋轉速度稱為電動機的轉速，用轉子的旋轉速度稱為電動機的轉速，用n表示。表示。205. .轉轉差率差率 S 由工作原理可知：轉子的轉速由工作原理可知：轉子的轉速n（電動機的轉速）恒比旋轉磁（電動機的轉速）恒比旋轉磁場的旋轉速度場的旋轉速度n0（同步速度）要小。因為如果兩種速度相等時，轉（同步速度）要小。因為如果兩種速度相等時，轉子和旋轉磁場沒有子和旋轉磁場沒有相對運動相對運動，轉子導體不切割磁力線，因此，不能，轉子導體不切割磁力線，因此，不能產生電磁轉矩，轉子將不能繼續旋轉。因此，轉子與旋轉磁場之間產生電磁轉矩，轉子將不能繼續旋轉。因此，轉子與旋轉磁場之間的轉速

18、差是保證轉子轉速的主要因素，也是的轉速差是保證轉子轉速的主要因素，也是異步電動機異步電動機的由來。的由來。 定義：轉速差定義：轉速差(n0-n)與同步轉速與同步轉速n0的比值稱為異步電動機的轉的比值稱為異步電動機的轉差率，用表示差率，用表示S，即，即00nnnS 轉差率轉差率S是分析異步電動機運行特性的主要參數。是分析異步電動機運行特性的主要參數。 215.25.2 三相異步電動機的額定參數三相異步電動機的額定參數 一、一、 三相異步電動機定子繞組的接法三相異步電動機定子繞組的接法 1兩種接法兩種接法 定子繞組的首端和末端通常都接在電動機接線盒的接線柱上，定子繞組的首端和末端通常都接在電動機接

19、線盒的接線柱上，一般按圖所示的方法排列。一般按圖所示的方法排列。 按照我國電工專業標準規定：按照我國電工專業標準規定：定子繞組出線端的首端為定子繞組出線端的首端為D1、D2、D3，末端為，末端為D4、D5、D6。22 三相電動機的定子繞組有三相電動機的定子繞組有星形（星形（Y型）型）和和三角形（三角形（形）形）兩種兩種不同的接法，如圖所示。不同的接法，如圖所示。232線電壓與相電壓線電壓與相電壓 線電壓線電壓：兩相繞組首端之間的電壓，用：兩相繞組首端之間的電壓，用U1表示；表示； 相電壓相電壓：每相繞組首、尾之間的電壓，用：每相繞組首、尾之間的電壓，用U相相表示。表示。 對于星形接法：對于星形

20、接法：相相UU31 對于三角形接法：對于三角形接法： 相相UU 13線電流與相電流線電流與相電流 線電流：電網的供電電流，用線電流：電網的供電電流，用I1 表示；表示； 相電流：每相繞組的電流，用相電流：每相繞組的電流，用I相相表示。表示。 對于星形接法對于星形接法 ：相相II 1對于三角形接法對于三角形接法 ：相相II31 cosUIP1113 4. . 電動機的輸入功率電動機的輸入功率24二、額定參數二、額定參數 電動機在制造工廠所擬定的情況下工作時，稱為電動機的電動機在制造工廠所擬定的情況下工作時，稱為電動機的額定額定運行運行，通常用額定值來表示其運行條件，這些數據大部分都標明在，通常用

21、額定值來表示其運行條件，這些數據大部分都標明在電動機的銘牌上。電動機的銘牌上。 1. 額定功率額定功率PN： 在額定運行情況下，在額定運行情況下，電動機軸上輸出的機械功率電動機軸上輸出的機械功率。 NNNPP1 輸出功率的一般表達式為：輸出功率的一般表達式為： 12PP 其中：其中： 效率效率 P1 輸入功率輸入功率P2輸出功率輸出功率 輸出功率和輸出轉矩的關系為：輸出功率和輸出轉矩的關系為： cosIKnP.TM222559 I2為轉子電流為轉子電流 25 2. .額定電壓額定電壓UN：在額定運行情況下，定子繞組端應加的線電壓：在額定運行情況下，定子繞組端應加的線電壓值。值。 如標有兩種電壓

22、值（例如如標有兩種電壓值（例如220/380V），這表明定子繞組采用），這表明定子繞組采用 /Y連接時應加的線電壓值。連接時應加的線電壓值。即：即： 三角形接法時，定子繞組應接三角形接法時，定子繞組應接220V的電源電壓；的電源電壓；星形接法時，定子繞組應接星形接法時，定子繞組應接380的電源電壓。的電源電壓。 3. .額定頻率額定頻率f ：在額定運行情況下，定子外加電壓的頻率：在額定運行情況下，定子外加電壓的頻率（ Hz）。）。 50 f26 如標有兩種電流值（例如如標有兩種電流值（例如10.35/5.9A），則對應于定子繞組為），則對應于定子繞組為 /Y連接的線電流值。連接的線電流值。 4

23、. .額定電流額定電流IN ：在額定頻率、額定電壓和軸上輸出額定功率時，：在額定頻率、額定電壓和軸上輸出額定功率時，定子的線電流值。定子的線電流值。即：即： 三角形接法時，定子電流為三角形接法時，定子電流為10.35A；星形接法時，定子電流為星形接法時，定子電流為5.9A。 5. .額定轉速額定轉速nN ：在額定頻率、額定電壓和電動機軸上輸出額定：在額定頻率、額定電壓和電動機軸上輸出額定功率時，電動機的轉速。功率時，電動機的轉速。 與額定轉速相對應的轉差率稱為與額定轉速相對應的轉差率稱為額定轉差率額定轉差率SN。 27 一般不標在電動機銘牌上的幾個額定值如下一般不標在電動機銘牌上的幾個額定值如

24、下 ： 1.1.額定功率因數額定功率因數 ：在額定頻率、額定電壓和電動機軸上：在額定頻率、額定電壓和電動機軸上輸出額定功率時，定子相電流與相電壓之間相位差的余弦。輸出額定功率時，定子相電流與相電壓之間相位差的余弦。Ncos 2. .額定效率額定效率 ：在額定頻率、額定電壓和電動機軸上輸出額定：在額定頻率、額定電壓和電動機軸上輸出額定功率時，電動機輸出機械功率與輸入電功率之比，其表達式為功率時，電動機輸出機械功率與輸入電功率之比，其表達式為N %100cos3NNNN IUPN 3. .額定負載轉矩額定負載轉矩TN ：電動機在額定轉速下輸出額定功率時軸上：電動機在額定轉速下輸出額定功率時軸上的負

25、載載矩。的負載載矩。 4. 4.線繞式異步電動機轉子靜止時的滑環電壓和轉子的額定電流。線繞式異步電動機轉子靜止時的滑環電壓和轉子的額定電流。 通常手冊上給出的數據就是電動機的額定值。通常手冊上給出的數據就是電動機的額定值。 28三、定子繞組連線方法的選用三、定子繞組連線方法的選用 定子三相繞組的連接方式（定子三相繞組的連接方式（Y形或形或 形）的選擇，和普通三相形）的選擇，和普通三相負載一樣，須視電源的線電壓而定。負載一樣，須視電源的線電壓而定。 如果電源的線電壓等于電動機的額定相電壓，那么，電動機的如果電源的線電壓等于電動機的額定相電壓，那么，電動機的繞組應該接成三角形；繞組應該接成三角形；

26、 如果電源的線電壓是電動機額定相電壓的如果電源的線電壓是電動機額定相電壓的 倍，那么，電動倍，那么，電動機的繞組就應該接成星形。機的繞組就應該接成星形。 通常電動機的銘牌上標有符號通常電動機的銘牌上標有符號 /Y和數字和數字220 /380 ，前者表示，前者表示定子繞組的接法，后者表示對應于不同接法應加的線電壓值。定子繞組的接法，后者表示對應于不同接法應加的線電壓值。329 例例 電源線電壓為電源線電壓為380V，現有兩臺電動機，其銘牌數據如下，現有兩臺電動機，其銘牌數據如下，試選擇定子繞組的連接方式。試選擇定子繞組的連接方式。 1. J32-4，功率，功率1.0kW，連接方法，連接方法 /Y

27、，電壓，電壓220/380V，電流，電流4.25/2.45A，轉速，轉速1420 r/min，功率因數，功率因數0.79。 2. J02-21-4，功率，功率1.1 kW，連接方法，連接方法 ，電壓，電壓380V，電流，電流6.27A，轉速轉速1410 r/min，功率因數，功率因數0.79。 解：解： J32-4 電動機應接星形（電動機應接星形（Y），如圖），如圖(a) 所示。所示。 J02-21-4 電動機應接成三角形（電動機應接成三角形（ ），如圖），如圖 (b)所示。所示。303153 三相異步電動機的轉矩特性和機械特性三相異步電動機的轉矩特性和機械特性 一、三相異步電動機的定子電路一

28、、三相異步電動機的定子電路 三相異步電動機的電磁關系同變壓器類似，定子繞組相當于變三相異步電動機的電磁關系同變壓器類似，定子繞組相當于變壓器的原繞組，轉子繞組（一般是短接的）相當于副繞組。壓器的原繞組，轉子繞組（一般是短接的）相當于副繞組。 定子繞組接上三相電源電定子繞組接上三相電源電壓（相電壓為壓（相電壓為u1）時，則有三）時，則有三相電流通過（相電流為相電流通過（相電流為i1），），定子三相電流產生旋轉磁場，定子三相電流產生旋轉磁場，其磁力線通過定子和轉子鐵心其磁力線通過定子和轉子鐵心而閉合，這磁場不僅在轉子每而閉合，這磁場不僅在轉子每相繞組中要感應出電動勢相繞組中要感應出電動勢e2，而且

29、在定子每相繞組中也要感而且在定子每相繞組中也要感應出電動勢應出電動勢e132 設定子和轉子每相繞組的匝數分別為設定子和轉子每相繞組的匝數分別為N1和和N2，如圖所示電路，如圖所示電路圖是三相異步電動機的一相電路圖。圖是三相異步電動機的一相電路圖。 旋轉磁場的磁感應強度沿定子與轉子間空氣隙的分布是近于按旋轉磁場的磁感應強度沿定子與轉子間空氣隙的分布是近于按正弦規律分布的，因此，當其旋轉時，通過定子每相繞相的磁通也正弦規律分布的，因此，當其旋轉時，通過定子每相繞相的磁通也是隨時間按正弦規律變化的，是隨時間按正弦規律變化的， t sinm 33 定子每相繞組中產生的定子每相繞組中產生的感應電動勢感應

30、電動勢為：為： tNedd11 它也是正弦量，其有效值為：它也是正弦量，其有效值為： 1111444444fN.Nf.E 式中，式中，f1為為e1的頻率。的頻率。 因為旋轉磁場和定子間的相對轉速為因為旋轉磁場和定子間的相對轉速為n0，所以，所以 6001pnf 它等于定子電流的頻率，即它等于定子電流的頻率，即 ff 1 定子每相繞組中還要產生定子每相繞組中還要產生漏磁電動勢漏磁電動勢tiLedd1L1L1 34 加在定子每相繞組上的電壓也分成三個分量，即加在定子每相繞組上的電壓也分成三個分量，即)(dd)()(11L11111111etiLRieeRiuL 如用復數表示，則為如用復數表示，則為

31、 )(j)()(1111111111EXIRIEERIUL 式中，式中， 和和 ( )為定子每相繞組的電阻和漏磁感抗。為定子每相繞組的電阻和漏磁感抗。1R1XL11 21LfX 由于由于R1和和X1較小，其上電壓降與電動勢較小，其上電壓降與電動勢E1比較起來，常可忽略，比較起來，常可忽略，于是于是 EU111EU 35二、三相異步電動機的轉子電路二、三相異步電動機的轉子電路 旋轉磁場在轉子每相繞組中感應出的電動勢為旋轉磁場在轉子每相繞組中感應出的電動勢為tNedd22 其有效值為其有效值為 2222444444SfN.Nf.E 式中，式中，f2為轉子電動勢為轉子電動勢e2或轉子電流或轉子電流i

32、2相對于旋轉磁場的頻率相對于旋轉磁場的頻率. 因為旋轉磁場和轉子間的相對轉速為因為旋轉磁場和轉子間的相對轉速為 n0-n1000026060Sfpnnnn)nn(pf 在在 n=0 ，即，即S=1時，轉子電動勢為時，轉子電動勢為 2120444Nf.E 為轉子最大電動勢為轉子最大電動勢202SEE 可見轉子電動勢可見轉子電動勢E2與轉差率與轉差率S有關。有關。36 和定子電流一樣，轉子電流也要產生漏磁通，從而在轉子每相和定子電流一樣，轉子電流也要產生漏磁通，從而在轉子每相繞組中還要產生漏磁電動勢。繞組中還要產生漏磁電動勢。tiLedd2L2L2 因此，對于轉子每相電路，有因此，對于轉子每相電路

33、，有 tiLRieRiedd)(2L222L2222 如用復數表示，則為如用復數表示，則為 22222222j)(XIRIERIEL 式中，式中，R2和和X2轉子每相繞組的電阻和漏磁感抗轉子每相繞組的電阻和漏磁感抗 L21L22222LSfLfX L21202LfX 202SXX 在在 n=0 ，即，即 S=1 時，轉子感抗為時，轉子感抗為為轉子最大感抗為轉子最大感抗 可見轉子感抗可見轉子感抗E2與轉差率與轉差率S有關。有關。37 轉子每相電路的電流為轉子每相電路的電流為 2202220222222)SX(RSEXREI 可見轉子電流可見轉子電流I2也與轉差率也與轉差率S有關。當有關。當S增大

34、，即轉速增大，即轉速n降低時，降低時，轉子與旋轉磁場間的相對轉速增加，轉子導體被磁力線切割的速度轉子與旋轉磁場間的相對轉速增加，轉子導體被磁力線切割的速度提高，于是提高，于是E2增加，增加，I2也增加。也增加。 38三、轉矩特性三、轉矩特性 電磁轉矩（以下簡稱轉矩）是三相異步電動機最重要的物理量電磁轉矩（以下簡稱轉矩）是三相異步電動機最重要的物理量之一。機械特性是它的主要特性。之一。機械特性是它的主要特性。22mcos IKT 22022212444)SX(RNf.SI 所以所以220222222022212)SX(RUSRK)SX(RUSRKT 因為因為轉矩特性轉矩特性 式中，式中，K與電動

35、機結構參數、電源頻率有關的一個常數；與電動機結構參數、電源頻率有關的一個常數； U1 、U定子繞組電壓，電源電壓；定子繞組電壓，電源電壓； R2轉子每相繞組的電阻；轉子每相繞組的電阻； X20 電動機不動（電動機不動（S=1）時轉子每相繞組的感抗。）時轉子每相繞組的感抗。39四機械特性四機械特性 在異步電動機中，轉速在異步電動機中，轉速 n=(1-S)n0，為了符合習慣畫法，可將，為了符合習慣畫法，可將曲線換成轉速與轉矩之間的關系曲線，即稱為異步電動機的機械特曲線換成轉速與轉矩之間的關系曲線，即稱為異步電動機的機械特性。性。 1固有機械特性固有機械特性 異步電動機在異步電動機在額定電壓和額定頻

36、率下，用規定的接線方式，額定電壓和額定頻率下，用規定的接線方式，定子和轉子電路中不串聯任何電阻或電抗時的機械特性定子和轉子電路中不串聯任何電阻或電抗時的機械特性稱為固有稱為固有（自然）機械特性。（自然）機械特性。 根據根據 2202222)SX(RUSRT 00nnnS 三相異步電動機的固有機械特性曲線如圖所示。三相異步電動機的固有機械特性曲線如圖所示。40 從特性曲線上可以看出，從特性曲線上可以看出，其上有四個特殊點可以決定特性其上有四個特殊點可以決定特性曲線的基本形狀和異步電動機的曲線的基本形狀和異步電動機的運行性能，這四個特殊點是：運行性能，這四個特殊點是： 0010 S,nn,T 電動

37、機處于理想空載工作點，此時電動機的轉速為理想空載轉電動機處于理想空載工作點，此時電動機的轉速為理想空載轉速。速。41 NNN,2SSnnTT 電動機額定工作點。此時額定轉電動機額定工作點。此時額定轉矩和額定轉差率為矩和額定轉差率為 NnPTNN55. 9 0N0NnnnS 式中式中: PN電動機的額定功率；電動機的額定功率； nN電動機的額定轉速，一般電動機的額定轉速，一般 SN電動機的額定轉差率，一般電動機的額定轉差率，一般 TN電動機的額定轉矩。電動機的額定轉矩。0N)985. 094. 0(nn 015. 006. 0N S42 1, 0,3st SnTT電動機的啟動工作點。電動機的啟動

38、工作點。 將將S=1代入轉矩公式中，可得代入轉矩公式中，可得2202222stXRURKT 可見，異步電動機的啟動轉矩可見，異步電動機的啟動轉矩Tst與與U、 R2及及X20有關。有關。43 當當施加在定子每相繞組上的電壓降低時，啟動轉矩會明顯減小；施加在定子每相繞組上的電壓降低時，啟動轉矩會明顯減小； 當轉子電阻適當增大時，啟動轉矩會增大；當轉子電阻適當增大時，啟動轉矩會增大； 而若增大轉子電抗則會使啟動轉矩大為減小。而若增大轉子電抗則會使啟動轉矩大為減小。 通常把在固有機械特性上啟動轉矩通常把在固有機械特性上啟動轉矩Tst與額定轉矩與額定轉矩TN之比之比 st=Tst/TN 作為衡量異步電

39、動機啟動能力的一個重要數據。一般作為衡量異步電動機啟動能力的一個重要數據。一般 2 . 10 . 1st 44 mmmax,4SSnnTT 電動機的臨界工作點。電動機的臨界工作點。欲求轉矩的最大值，可令欲求轉矩的最大值，可令 0 dndT得臨界轉差率得臨界轉差率 202m/ XRS 再將再將Sm代入轉矩公式中，即可得代入轉矩公式中，即可得202max2XUKT 45 通常把在固有機械特性上最大電磁轉矩與額定轉矩之比通常把在固有機械特性上最大電磁轉矩與額定轉矩之比Nmaxm/TT 稱為電動機的過載能力系數。它表征了電動機能夠承受沖擊負稱為電動機的過載能力系數。它表征了電動機能夠承受沖擊負載的能力

40、大小，是電動機的又一個重要運行參數。載的能力大小，是電動機的又一個重要運行參數。 鼠籠式異步電動機鼠籠式異步電動機 2 . 28 . 1m 線繞式異步電動機線繞式異步電動機8 . 25 . 2m 462人為機械特性人為機械特性 由上述分析可知：異步電動機的機械特性與電動機的參數有關，由上述分析可知：異步電動機的機械特性與電動機的參數有關，也與外加電源電壓、電源頻率有關，將關系式中的參數人為地加以也與外加電源電壓、電源頻率有關，將關系式中的參數人為地加以改變而獲得的特性稱為異步電動機的人為機械特性。改變而獲得的特性稱為異步電動機的人為機械特性。 改變改變定子電壓定子電壓U、定子電源頻率定子電源頻

41、率f、定子電路串入電阻或電抗定子電路串入電阻或電抗、轉轉子電路串入電阻或電抗子電路串入電阻或電抗等，都可得到異步電動機的人為機械特性。等，都可得到異步電動機的人為機械特性。47 （1）降低電動機電源電壓時的人為特性）降低電動機電源電壓時的人為特性 Nmax2202222st202max0m0202m0260TTXRURKTXUKTnnnXRSpfn 0n不變不變mS不變不變maxT隨著電壓的減小而大大地減小隨著電壓的減小而大大地減小stT隨著電壓的減小而大大地減小隨著電壓的減小而大大地減小 改變電源電壓時的人為特性如圖所示：改變電源電壓時的人為特性如圖所示：48 如當定子繞組外加電壓為如當定子

42、繞組外加電壓為UN、0.8UN、0.5UN時，轉子輸出最時，轉子輸出最大轉矩分別為大轉矩分別為Ta=Tmax、 Ta=0.64Tmax和和Ta=0.25Tmax 。可見，電壓。可見，電壓愈低，人為特性曲線愈往左移。愈低，人為特性曲線愈往左移。 49 由于異步電動機對電網電壓的波動非常敏感，運行時，如電壓由于異步電動機對電網電壓的波動非常敏感，運行時，如電壓降低太多，會大大降低它的過載能力與啟動轉矩，甚至使電動機發降低太多，會大大降低它的過載能力與啟動轉矩，甚至使電動機發生帶不動負載或者根本不能啟動的現象。生帶不動負載或者根本不能啟動的現象。NN22NNmmax98. 07 . 02TTUUTT

43、 例如，電動機運行在額定負載例如，電動機運行在額定負載 TN 下，即使下，即使 m=2 ，若電網電壓，若電網電壓下降到下降到 70%UN ，則由于這時，則由于這時 此外，電網電壓下降此外，電網電壓下降 ，在負載不變的條件下，將使電動機轉，在負載不變的條件下，將使電動機轉速下降，轉差率速下降，轉差率S 增大，電流增加，引起電動機發熱甚至燒壞。增大，電流增加，引起電動機發熱甚至燒壞。電動機也會停轉電動機也會停轉50（2）定子電路接入電阻或電抗時的人為特性）定子電路接入電阻或電抗時的人為特性 在電動機定子電路中外串電阻或電抗后，電動機端電壓為電源在電動機定子電路中外串電阻或電抗后，電動機端電壓為電源

44、電壓減去定子外串電阻上或電抗上的壓降，致使定子繞組相電壓降電壓減去定子外串電阻上或電抗上的壓降，致使定子繞組相電壓降低低,這種情況下的人為特性與降低電源電壓時的相似這種情況下的人為特性與降低電源電壓時的相似.。51（3）改變定子電源頻率時的人為特性）改變定子電源頻率時的人為特性 fKfXTTXRURKTXUKTnnnXRSpfn1,26020Nmax2202222st202max0m0202m0注意到：注意到： 一般變頻調速采用恒轉矩調速，一般變頻調速采用恒轉矩調速，即希望最大轉矩保持為恒值，為此在即希望最大轉矩保持為恒值，為此在改變頻率的同時，電源電壓也要作相改變頻率的同時，電源電壓也要作相

45、應的變化，使應的變化，使 U/f =C ，這在實質上，這在實質上是使電動機氣隙磁通保持不變。是使電動機氣隙磁通保持不變。 fn 0fS/1m fT/1st 不不變變maxT 因此，改變電源頻率的機械特性因此，改變電源頻率的機械特性如圖所示如圖所示52（4）轉子電路串電阻時的人為特性）轉子電路串電阻時的人為特性 在三相線繞式異步電動機的轉子電路中串入電阻后見圖在三相線繞式異步電動機的轉子電路中串入電阻后見圖(a)，轉子電路中的電阻為，轉子電路中的電阻為2r2RR 53 Nmax2202222st202max0m0202m0260TTXRURKTXUKTnnnXRSpfn 0n不變不變maxT不變

46、不變mS隨著串接電阻的增加而增大隨著串接電阻的增加而增大， 此時的人為特性將是一根比固有特性較軟的一條曲線，如圖此時的人為特性將是一根比固有特性較軟的一條曲線，如圖所示。所示。 54 54 三相異步電動機的啟動特性三相異步電動機的啟動特性 采用電動機拖動生產機械，對電動機啟動的主要要求如下。采用電動機拖動生產機械，對電動機啟動的主要要求如下。 （1）有足夠大的啟動轉矩，保證生產機械能正常啟動。一般場）有足夠大的啟動轉矩，保證生產機械能正常啟動。一般場合下希望啟動越快越好，以提高生產效率。即要求電動機的啟動轉合下希望啟動越快越好，以提高生產效率。即要求電動機的啟動轉矩大于負載轉矩，否則電動機不能

47、啟動。矩大于負載轉矩，否則電動機不能啟動。 （2）在滿足啟動轉矩要求的前提下，啟動電流越小越好。因為）在滿足啟動轉矩要求的前提下，啟動電流越小越好。因為過大啟動電流的沖擊，對于電網和電動機本身都是不利的。過大啟動電流的沖擊，對于電網和電動機本身都是不利的。 （3）要求啟動平滑，即要求啟動時加速平滑，以減小對生產機）要求啟動平滑，即要求啟動時加速平滑，以減小對生產機械的沖擊。械的沖擊。 （4）啟動設備安全可靠，力求結構簡單，操作方便。）啟動設備安全可靠，力求結構簡單，操作方便。 （5）啟動過程中的功率損耗越小越好。）啟動過程中的功率損耗越小越好。55 其中，（其中，（1）和（）和（2）兩條是衡量

48、電動機啟動性能的主要技術指）兩條是衡量電動機啟動性能的主要技術指標。標。 異步電動機本身的啟動特性為：異步電動機本身的啟動特性為： a. 定子電流大，定子電流大，Ist=(57)IN 異步電動機在接入電網啟動的瞬時，由于轉子處于靜止狀態，異步電動機在接入電網啟動的瞬時，由于轉子處于靜止狀態，定子旋轉磁場以最快的相對速度（即同步轉速）切割轉子導體，在定子旋轉磁場以最快的相對速度（即同步轉速）切割轉子導體，在轉子繞組中感應出很大的轉子電勢和轉子電流，從而引起很大的定轉子繞組中感應出很大的轉子電勢和轉子電流，從而引起很大的定子電流子電流 b.啟動轉矩小啟動轉矩小 NstT).(T5180 啟動時啟動

49、時 ，轉子功率因數，轉子功率因數 很低，因很低，因而啟動轉矩而啟動轉矩 卻不大。卻不大。 1 S2202222XRRcos ststmstcosIKT22 56一、一、 鼠籠式異步電動機的啟動方法鼠籠式異步電動機的啟動方法 鼠籠式異步電動機有直接啟動和降壓啟動兩種方法，采用什么鼠籠式異步電動機有直接啟動和降壓啟動兩種方法，采用什么啟動方法，要根據實際情況而定。啟動方法，要根據實際情況而定。 1直接啟動（全壓啟動）直接啟動（全壓啟動） 直接啟動就是將電動機的定子繞組通過閘刀開關或接觸器直接直接啟動就是將電動機的定子繞組通過閘刀開關或接觸器直接接入電源，在額定電壓下進行啟動。接入電源，在額定電壓下

50、進行啟動。 特點：電動機定子繞組的工作電壓和啟動電壓相等。特點：電動機定子繞組的工作電壓和啟動電壓相等。 直接啟動的條件：由于直接啟動的啟動電流很大，因此，在直接啟動的條件：由于直接啟動的啟動電流很大，因此，在什么情況下采用直接啟動，有關供電、動力部門都有規定，主要取什么情況下采用直接啟動，有關供電、動力部門都有規定，主要取決于電動機的功率與供電變壓器的容量之比值。決于電動機的功率與供電變壓器的容量之比值。 57 一般在有獨立變壓器供電（即變壓器供動力用電）的情況下，一般在有獨立變壓器供電（即變壓器供動力用電）的情況下，若電動機啟動頻繁時，電動機功率小于變壓器容量的若電動機啟動頻繁時，電動機功

51、率小于變壓器容量的20%時允許直時允許直接啟動；接啟動； 若電動機不經常啟動，電動機功率小于變壓器容量的若電動機不經常啟動，電動機功率小于變壓器容量的30%時也時也允許直接啟動。如果沒有獨立的變壓器供電（即與照明共用電源）允許直接啟動。如果沒有獨立的變壓器供電（即與照明共用電源）的情況下，電動機啟動比較頻繁，則常按經驗公式來估算，滿足下的情況下，電動機啟動比較頻繁，則常按經驗公式來估算，滿足下列關系則可直接啟動。列關系則可直接啟動。 電動機功率電動機功率電源總容量電源總容量額定電流額定電流啟動電流啟動電流 443NstII58 例例5.2：有一臺要求經常啟動的鼠籠式異步電動機，其：有一臺要求經

52、常啟動的鼠籠式異步電動機，其 PN=20kW, Ist/IN=6.5 ，如果供電變壓器（電源）容量為，如果供電變壓器（電源）容量為560kVA，且，且有照明負載，問可否直接啟動？同樣的有照明負載，問可否直接啟動？同樣的Ist/IN 比值，功率為多大的電比值，功率為多大的電動機則不允許直接啟動？動機則不允許直接啟動？ 解：根據經驗公式算出解：根據經驗公式算出 5675720456043.II.kWkVANst 滿足上述關系，故允許直接啟動。滿足上述關系，故允許直接啟動。 kWNPkVA. 45604356 可算出，額定功率大于可算出，額定功率大于24kW的電動機不允許直接啟動。的電動機不允許直接

53、啟動。 592電阻或電抗器降壓啟動電阻或電抗器降壓啟動 異步電動機采用定子串電阻或電抗器的降壓啟動原理接線圖如異步電動機采用定子串電阻或電抗器的降壓啟動原理接線圖如圖所示。圖所示。 啟動時，接觸器啟動時，接觸器1KM斷開，斷開，KM閉合，將啟動電阻串入定子閉合，將啟動電阻串入定子電路，使啟動電流減小；電路，使啟動電流減小； 待轉速上升到一定程度后再待轉速上升到一定程度后再將將1KM閉合，閉合，Rst被短接，電動機被短接，電動機接上全部電壓而趨于穩定運行。接上全部電壓而趨于穩定運行。 60 啟動轉矩隨定子電壓的平方下降，故它只適用于空載或輕載啟動轉矩隨定子電壓的平方下降，故它只適用于空載或輕載啟

54、動的場合；啟動的場合； 不經濟，在啟動過程中，電阻器上消耗能量大，不適用于經不經濟，在啟動過程中，電阻器上消耗能量大，不適用于經常啟動的電動機，若采用電抗器代替電阻器，則所需設備費較貴，常啟動的電動機，若采用電抗器代替電阻器，則所需設備費較貴，且體積大。且體積大。 特點：特點： 613Y- 降壓啟動降壓啟動 Y- 降壓啟動的接線圖如圖所示降壓啟動的接線圖如圖所示: 啟動時，定子繞組接成星形；待轉速上升到一定程度后再將定啟動時，定子繞組接成星形；待轉速上升到一定程度后再將定子繞組接成三角形，電動機啟動過程完成而轉入正常運行。子繞組接成三角形，電動機啟動過程完成而轉入正常運行。 設設U1為電源線電

55、壓，為電源線電壓，IstY及及Ist 為定子繞組分別接成星為定子繞組分別接成星形及三角形的啟動電流（線電形及三角形的啟動電流（線電流），流），Z為電動機在啟動時每為電動機在啟動時每相繞組的等效阻抗。則有相繞組的等效阻抗。則有ZUIstY31 ZUIst/31 所以所以 3 ststYII 62 Y- 降壓啟動方法的特點：降壓啟動方法的特點： 設備簡單、經濟、啟動電流小；設備簡單、經濟、啟動電流小； 啟動轉矩小，且啟動電壓不能按實際需要調節，故只適用于啟動轉矩小，且啟動電壓不能按實際需要調節，故只適用于空載或輕載啟動的場合；空載或輕載啟動的場合； 只適用于正常運行時定子繞組接線為只適用于正常運行

56、時定子繞組接線為 的異步電動機。的異步電動機。634自耦變壓器降壓啟動自耦變壓器降壓啟動 自耦變壓器降壓啟動的原理接線圖如圖所示。自耦變壓器降壓啟動的原理接線圖如圖所示。 自耦變壓器啟動時的一相電路，由變壓器的工作原理知，此時，自耦變壓器啟動時的一相電路，由變壓器的工作原理知，此時，副邊電壓與原邊電壓之比為副邊電壓與原邊電壓之比為 11212 NNUUK12KUU 啟動時加在電動機定啟動時加在電動機定子每相繞組的電壓是全壓子每相繞組的電壓是全壓啟動時的啟動時的K倍，因而電流倍，因而電流也是全壓啟動時的也是全壓啟動時的K倍，倍，即即I2=KIst；而變壓器原邊；而變壓器原邊電流電流 I1=KI2

57、=K2Ist ，即此，即此時電網供電電流時電網供電電流I1是直接是直接啟動時電流啟動時電流Ist的的K2倍。倍。64 特點：特點： 與與Y- 降壓啟動時情況一樣，只是在降壓啟動時情況一樣，只是在Y- 降壓啟動時的降壓啟動時的 為定值，而自耦變壓器啟動時的為定值，而自耦變壓器啟動時的K是可調節的，這就是此種啟動方是可調節的，這就是此種啟動方法優于法優于Y-啟動方法之處，當然它的啟動轉矩也是全壓啟動時的啟動方法之處，當然它的啟動轉矩也是全壓啟動時的K2倍。倍。 變壓器的體積大、重量重、價格高、維修麻煩，且啟動時自變壓器的體積大、重量重、價格高、維修麻煩，且啟動時自耦變壓器處于過電流（超過額定電流）

58、狀態下運行，因此，不適于耦變壓器處于過電流（超過額定電流）狀態下運行，因此，不適于啟動頻繁的電動機。啟動頻繁的電動機。65二、線繞式異步電動機的啟動方法二、線繞式異步電動機的啟動方法 鼠籠式異步電動機的鼠籠式異步電動機的啟動轉矩小，啟動電流大啟動轉矩小，啟動電流大，因此不能滿足，因此不能滿足某些生產機械需要高啟動轉矩低啟動電流的要求。某些生產機械需要高啟動轉矩低啟動電流的要求。 線繞式異步電動機由于能在轉子電路中串電阻，因此具有較大線繞式異步電動機由于能在轉子電路中串電阻，因此具有較大的啟動轉矩和較小的啟動電流，即具有較好的啟動特性。的啟動轉矩和較小的啟動電流，即具有較好的啟動特性。 在轉子電

59、路中串電阻的啟動方法常用的有兩種：在轉子電路中串電阻的啟動方法常用的有兩種：逐級切除啟動電逐級切除啟動電阻法阻法和和頻敏變阻器頻敏變阻器啟動法。啟動法。 1逐級切除啟動電阻法逐級切除啟動電阻法 采用逐極切除啟動電阻的方法，其目的和啟動過程與他勵直流采用逐極切除啟動電阻的方法，其目的和啟動過程與他勵直流電動機采用逐級切除啟動電阻的方法相似，主要是為了使整個啟動電動機采用逐級切除啟動電阻的方法相似，主要是為了使整個啟動過程中電動機能保持較大的加速轉矩。啟動過程如下如圖過程中電動機能保持較大的加速轉矩。啟動過程如下如圖(a)所示：所示：lint4-26.swf6667 2頻敏變阻器啟動法頻敏變阻器啟

60、動法 頻敏變阻器實質上是一個鐵心損耗很大的三相電抗器，鐵心由頻敏變阻器實質上是一個鐵心損耗很大的三相電抗器，鐵心由一定厚度的幾塊實心鐵板或鋼板疊成，一般做成三柱式，每柱上繞一定厚度的幾塊實心鐵板或鋼板疊成，一般做成三柱式，每柱上繞有一個線圈，三相線圈連成星形，然后接到線繞式異步電動機的轉有一個線圈，三相線圈連成星形，然后接到線繞式異步電動機的轉子電路中，子電路中， 6855 三相異步電動機的調速特性三相異步電動機的調速特性 NmaxstmaxmmTTXRURKTXUKTnnnXRSpfn 2202222202002002260 如在一定負載下，欲得到不同的轉速，如在一定負載下，欲得到不同的轉速