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；掌握單相異步電動機

2、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。51 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三相異步電動機主要由定子定子和和轉子轉子兩個部分組成，定子是不動的部分，轉兩個部分組成，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子是旋轉部分，在定子和轉子之間有一定的氣隙。如圖所示。定的氣隙。如圖所示。圖圖1 封閉式三相籠型異步電動機結構圖封閉式三相籠型異步電動機結構圖1軸承；軸承；2前端蓋；前端蓋；3

3、轉軸；轉軸；4接線盒；接線盒；5吊環；吊環；6定子鐵心；定子鐵心；7轉子；轉子；8定子繞組；定子繞組；9機座；機座；10后端蓋；后端蓋；11風罩；風罩；12風扇風扇1. .定子定子 定子由定子由定子鐵心定子鐵心、繞組繞組及及機座機座組成。組成。 定子鐵心定子鐵心是是磁路的一部磁路的一部分分，它由，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

4、一個整體，固定于機座上。上。 定子繞組定子繞組是是電動機的電電動機的電路部分路部分。三相電動機的定子。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、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

5、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。 2. .轉子轉子 轉子鐵心轉子鐵心也是也是電動機磁電動機磁路的一部分路的一部分，由硅鋼片疊壓，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。硅鋼片沖片如圖所示。硅鋼片沖片如圖所示。 轉子由轉子由鐵心鐵心與與繞組繞組組成。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。是一致的。轉子的作用轉子的作用是是產生轉子電流，即產生電磁轉矩產生轉子電流，即產生電磁轉矩。 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

6、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子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，并分為三相對稱鐵心槽內，并分為三相對稱繞組，與定子產生的磁極數繞組，與定子產生的磁極數相同。線繞式轉子通過軸上相同。線繞式轉子通過軸上的滑環和電刷在轉子回路中的滑環和電刷在轉子回路中接入外加電阻，用以改善啟接入外加電阻，用以改善啟動性能與調節轉速。動性能與調節轉速。 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

7、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。該三相繞組分別叫做交流電源。該三相繞組分別叫做A、B、C相繞組。如圖所示。相繞組。如圖所示。 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的電流（相序為的電流（相序為ABC）的瞬時值為：）的瞬時值為：t

8、Ii 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。 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=0 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

9、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 瞬間所瞬間所在位置順時針方向旋轉了在位置順時針方向旋轉了 /3。 iC=0 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）所示，

10、合成磁場已從示，合成磁場已從t=0 瞬間所在位瞬間所在位置順時針方向旋轉了置順時針方向旋轉了2 /3。 iB=0 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 。 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

11、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。 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

12、位對調，如相繞組中電流的相位對調，如圖所示。圖所示。 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，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

13、對調即可電源的三根導線中的任意兩根對調即可。 3. .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度，用度，用n0表示。表示。 從前述分析可以看出，若只有一對磁極，即從前述分析可以看出，若只有一對磁極，即p=1，則電流變化，則電流變化經過一個周期（變化經過一個周期（變化360電角度），旋轉磁場在空間也旋轉了一轉電角度），旋轉磁場在空間也旋轉了一轉（轉了（轉了360機械角度），若電流的頻率為機械角度），若電流的頻率為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

14、：fn600 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。 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。 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

15、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。4工作原理工作原理 三相異步電動機的工作原理是基于三相異步電動機的工作原理是基于定子旋轉磁場和轉子電流的相互作用。定子旋轉

16、磁場和轉子電流的相互作用。 假設定子只有一對磁極，轉子只有假設定子只有一對磁極，轉子只有一匝繞組。一匝繞組。 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從而產生從而產生感感應電流應電流i（右手定則）。根據安培電磁力定律，轉子電流與旋轉磁場（右手定則）。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相互作用產生電磁力F（其方向用左手定則決定），這力在轉子的（其方向用左手定則決定），這力在轉子的軸上形成軸上形成電磁轉矩電磁轉矩，且

17、，且轉矩作用方向與旋轉磁場的旋轉方向相同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。轉子受此轉矩的作用，按旋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。5. .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

18、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，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轉子與旋轉磁場之間的轉速差是保證轉子轉速的主要因素的轉速差是保證轉子轉速的主要因素，也是，也是異步電動機異步電動機的由來。由的由來。由于在這種電動機中，轉子電流的產生和電能的傳遞是基于電磁感應于在這種電動機中，轉子電流的產生和電能的傳遞是基于電磁感應現象的，所以異步電動機又稱為現象的，所以異步電動機又稱為感應電動機感應電動機。 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的比值稱為異步電動機的轉差率轉差率，用表示，用表示S，即，即00

19、nnnS 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。 通常，異步電動機在額定負載時，通常，異步電動機在額定負載時，n接近于接近于n0，轉差率，轉差率S很小，很小，一般為一般為0.0150.060。 5.2 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：定子繞組出線端按照我國電工專

20、業標準規定：定子繞組出線端的首端為的首端為U1、V2、W3，末端為，末端為U2、V2、W2。出線端的排列出線端的排列 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）和和三角三角形（形）形（形）兩種不同的接法，如圖所示。兩種不同的接法，如圖所示。星形連接星形連接三角形連接三角形連接 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；

21、繞組應該接成三角形； 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，電動機倍，那么，電動機的繞組就應該接成星形。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。32定子繞組連線方法的選用定子繞組連線方法的選用 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，試選，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。擇定子繞組的連接方式。

22、1. J32-4，功率，功率1.0kW，連接方法，連接方法 /Y，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。2線電壓與相電壓線電壓與相電壓 線電壓線電壓：兩相繞

23、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。 對于對于星形星形接法：接法：相相UU31 對于對于三角形三角形接法：接法： 相相UU 13線電流與相電流線電流與相電流 線電流線電流：電網的供電電流，用：電網的供電電流，用I1 表示；表示； 相電流相電流：每相繞組的電流，用：每相繞組的電流，用I相相表示。表示。 對于對于星形星形接法接法 ：相相II 1對于對于三角形三角形接法接法 ：相相II31 cosUIP1113 4. . 電動機的輸入功率電動機的輸入功率二、額定參數二、額定參數 電

24、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.T

25、M222559 其中，其中，I2為轉子電流為轉子電流 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。一般規定電動機的外加電壓不應高于或低于額定值的值。一般規定電動機的外加電壓不應高于或低于額定值的5%。 如標有兩種電壓值（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。

26、 3. .額定頻率額定頻率f N：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）。）。 50Nf 4. .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。 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。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

27、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。 6. .工作方式工作方式（定額）（定額） 7. .溫升溫升（或絕緣等級）（或絕緣等級） 8. .電動機重量電動機重量 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

28、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載載矩。的負載載矩。 4. 4.繞線式異步電動機轉子靜止時的滑環電壓和轉子的額定電流。繞線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

29、就是電動機的額定值。 三、三相異步電動機的能流圖三、三相異步電動機的能流圖 電源輸入到定子回路的電功率電源輸入到定子回路的電功率 ，其中，其中U1為定子繞為定子繞組的線電壓；組的線電壓；I1為定子繞組的線電流；為定子繞組的線電流； 為電動機的功率因數。為電動機的功率因數。借助于旋轉磁場從定子電路傳遞到轉子電路的功率稱為借助于旋轉磁場從定子電路傳遞到轉子電路的功率稱為電磁功率電磁功率Pe。機械功率機械功率 ，其中，由于轉子鐵芯中交，其中，由于轉子鐵芯中交變磁化的頻率變磁化的頻率f2=Sf1是很低的，是很低的， 忽略不計。忽略不計。轉差功率轉差功率 。輸出機械功率輸出機械功率 ，異步電動機，異步電

30、動機銘牌上所標的就是銘牌上所標的就是P2的額定值，的額定值， 為機械損失為機械損失功率。功率。 ，其中，其中T為電磁轉矩，為電磁轉矩，n0為同步轉速。為同步轉速。效率效率53 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、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

31、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，這磁場不僅在而閉合，這磁場不僅在轉子每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，而且在而且在定子每相繞組中也要感定子每相繞組中也要感應出電動勢應出電動勢e1。 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

32、與轉子間空氣隙的分布是近于按正弦規律分布的正弦規律分布的，因此，當其旋轉時，通過定子每相繞相的磁通也，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 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電動勢為：為： ，它是正，它是正弦量，其有效值為弦量，其有效值為tNedd11 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 ，它等于定子電流的頻率，即，它等于定子電流的頻率，即f1=f。6001pnf 定子每相繞組中還要

33、產生定子每相繞組中還要產生漏磁電動勢漏磁電動勢tiLedd1L1L1 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 )(j)()(1111111111EXIRIEERIUL 式中，式中， 和和 為定子每相繞組的電阻和漏磁感為定子每相繞組的電阻和漏磁感抗。由于抗。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1R1X)2(L111LfX EU111EU 二、三相異步電動機的轉子電路二、三相

34、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i2的頻率。因為旋轉磁場和的頻率。因為旋轉磁場和轉子間的相對轉速為轉子間的相對轉速為 n0-n。1000026060Sfpnnnn)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 可見可見轉子電動勢轉子電動勢E2與轉差率與轉差率S有關有關。 和定子電流一樣，轉子

35、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，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 可見可見轉子感抗

36、轉子感抗E2與轉差率與轉差率S有關有關。 轉子每相電路的電流為轉子每相電路的電流為 2202220222222)SX(RSEXREI 可見可見轉子電流轉子電流I2也與轉差率也與轉差率S有關有關。當。當S增大，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。 由于轉子有漏磁通，相應的感抗為由于轉子有漏磁通，相應的感抗為X2，因此，因此，I2比比E2滯后滯后 角，因而轉子角，因而轉子電路的功率因數為：電路的功率因數為： 可見功率因數可見功率

37、因數 與轉差率與轉差率S有關。有關。三、轉矩特性三、轉矩特性 電磁轉矩電磁轉矩（以下簡稱轉矩）是三相異步電動機最重要的物理量（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

38、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。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換成轉速與轉矩之間的關系n-T曲線，即曲線，即n=f(T)稱為異步電動稱為異步電動機的機械特性機的機械特性。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稱

39、為固有固有（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三相異步電動機的固有機械特性曲線如圖所示。如圖所示。 從特性曲線上可以看出，其上有四個從特性曲線上可以看出，其上有四個特殊點可以決定特性曲線的基本形狀和異特殊點可以決定特性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：步電動機的運行性能，這四個特殊點是： NNN,2SSnnTT 電動機額定工作點，此時額定轉矩和電動機額定工作點，此時額定轉矩和額定轉差率為額定轉差率為 ：NnPTNN55. 9 0N0NnnnS 式中式中: PN電動機的額定功率；電動機的

40、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 S 0010 S,nn,T電動機處于理想空載工作點，此時電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。動機的轉速為理想空載轉速。 1, 0,3st SnTT電動機的啟動工作點，此時電動機的電動機的啟動工作點，此時電動機的轉矩稱為轉矩稱為啟動轉矩啟動轉矩Tst： 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

41、及X20有關。有關。 通常把在固有機械特性上通常把在固有機械特性上啟動轉矩與額定轉矩之比啟動轉矩與額定轉矩之比 作為衡量異步電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 。 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；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；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使啟動轉矩大為減小。 mmmax,4SSnnTT 電動機的臨界工作點。欲求轉矩的最電動機的臨界工作點。欲求轉矩的最大值，可令大值，可令 ，得臨界

42、轉差率，得臨界轉差率為為0dSdT202m/ 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 通常把在固有機械特性上最大電磁轉矩與額定轉矩之比稱為電通常把在固有機械特性上最大電磁轉矩與額定轉矩之比稱為電動機的動機的過載能力系數過載能力系數 ，它表征了電動機能夠承受沖，它表征了電動機能夠承受沖擊負載的能力大小，是電動機的又一個重要運行參數。擊負載的能力大小，是電動機的又一個重要運行參數。 鼠籠式異步鼠籠式異步電動機電動機 ，繞線式異步電動機，繞線式異步電動機 。Nmaxm/TT 2 . 28 . 1m 8 . 25 . 2m 實際應用中，可將轉矩公式轉化成

43、用實際應用中，可將轉矩公式轉化成用Tmax和和Sm表示的形式：表示的形式：2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，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改變而獲得的特性稱為異步電動機的人為機械特性人為機械特性。 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、轉子電路串入電阻或電抗轉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

44、特性。等，都可得到異步電動機的人為機械特性。 （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隨著電壓的減小隨著電壓的減小而大大地減小而大大地減小stT隨著電壓的減小隨著電壓的減小而大大地減小而大大地減小改變電源電壓時的人為改變電源電壓時的人為特性如圖所示：特性如圖所示：Ta=Tmax、 Tb=0.64Tmax和和Tc=0.25Tmax 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，

45、如電壓降低太多，會大大降低太多，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 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，在負載不變的條件下，將使電動機轉使電動機轉速下降，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

46、，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（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電壓減去定子外串電阻或電抗上的壓降，電壓減去定子外串電阻或電抗上的壓降，致使定子繞組相電壓降低致使定子繞組相電壓降低，這種情況下的人為特性與降低電源電壓時的相似，如下圖所示。這種情況下的人為特性與降低電源電壓時的相似，如下圖所示。 圖中，實線圖中，實線1為降低電源電壓的人為機為降低電源電壓的人為機械特性，虛線械特性，虛線2為定子電路串接電阻為定子電路串接電阻

47、R1s或電或電抗抗X1s的人為機械特性。可以看出，定子串入的人為機械特性。可以看出，定子串入R1s或或X1s后的最大轉矩要比直接降低電源電后的最大轉矩要比直接降低電源電壓時的最大轉矩大一些，這是因為隨著轉速壓時的最大轉矩大一些，這是因為隨著轉速的上升和啟動電流的減小，在的上升和啟動電流的減小，在R1s或或X1s上的上的壓降減小，加到電動機定子繞組上的端電壓壓降減小，加到電動機定子繞組上的端電壓自動增大，致使最大轉矩較大；而降低電源自動增大，致使最大轉矩較大；而降低電源電壓的人為機械特性在整個啟動過程中，定電壓的人為機械特性在整個啟動過程中，定子繞組的端電壓是恒定不變的。子繞組的端電壓是恒定不變

48、的。（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如上因此，

49、改變電源頻率的機械特性如上圖所示。圖所示。（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，轉子電在三相線繞式異步電動機的轉子電路中串入電阻后，轉子電路中的電阻為路中的電阻為 。2r2RR Nmax2202222st202max0m0202m0260TTXRURKTXUKTnnnXRSpfn 0n不變不變maxT不變不變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更軟此時的人為特性將是一根比固有特性更軟的一條曲線，如圖所示。的一條曲線，如圖所示。 54 三相異步電動機的啟動特性三相異步電動機的

50、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有足夠大的啟動轉矩，保證生產機械能正常啟動。一般場，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，否則電動機不能啟動。轉矩大于負載轉矩，否則電動機不能啟動。 （2）在滿足啟動轉矩要求的前提下，）在滿足啟動轉矩要求的前提下，啟動電流越小越好啟動電流越小越好。因為。因為過大啟動電流的沖擊，造成過大啟動電流的沖擊，造成電網電壓電網電壓下降；引起電

51、動機下降；引起電動機繞組發熱，繞組發熱，加速絕緣層老化加速絕緣層老化，以及使，以及使繞組端部受電動沖擊力的作用發生位移和繞組端部受電動沖擊力的作用發生位移和變形變形的可能，進而造成短路事故。的可能，進而造成短路事故。 （3）要求啟動平滑，即要求）要求啟動平滑，即要求啟動時加速平滑啟動時加速平滑，以減小對生產機，以減小對生產機械的沖擊。械的沖擊。 （4）啟動設備）啟動設備安全可靠安全可靠，力求結構簡單，操作方便。，力求結構簡單，操作方便。 （5）啟動過程中的）啟動過程中的功率損耗越小越好功率損耗越小越好。 以上，（以上，（1）和（）和（2）兩條是衡量電動機啟動性能的兩條主要技）兩條是衡量電動機啟

52、動性能的兩條主要技術指標。術指標。 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 啟動時啟動時 ，轉子功率因數，轉子功率因數 很低，

53、因而，很低，因而，即使啟動電流很大，但啟動轉矩即使啟動電流很大，但啟動轉矩 卻不大。卻不大。 1 S2202222XRRcos ststmstcosIKT22 異步電動機的固有啟動特性如圖所示：異步電動機的固有啟動特性如圖所示： 顯然，異步電動機的這種啟動性能和生產機械的要求是相矛盾顯然，異步電動機的這種啟動性能和生產機械的要求是相矛盾的，為了解決這些矛盾，必須根據具體情況，采取不同的啟動方法。的，為了解決這些矛盾，必須根據具體情況，采取不同的啟動方法。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鼠籠式異步電動機有直接啟動直接啟動和和降壓啟動降壓啟動兩種方

54、法，采用什么兩種方法，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，接入電源，在額定電壓下進行啟動在額定電壓下進行啟動。 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

55、部門都有規定，主要取決于決于電動機的功率與供電變壓器的容量之比值電動機的功率與供電變壓器的容量之比值。 一般一般在有獨立變壓器供電（即變壓器供動力用電）在有獨立變壓器供電（即變壓器供動力用電）的情況下，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，電動機功率小于變壓器容量的20%時允許直時允許直接啟動；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30%時也允許直接啟動。時也允許直接啟動。 如果如果沒有獨立的變壓器供電（即與照明共用電源）沒有獨立的變壓器供電（即與照明共用電源）的情況下，的情況下，電動機啟動比較

56、頻繁，則常按經驗公式來估算，滿足下列關系則可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。直接啟動。 電電動動機機功功率率電電源源總總容容量量額額定定電電流流啟啟動動電電流流 443NstII 例題：有 一 臺 要 求經常啟動的鼠籠式異步電動機，其例題：有 一 臺 要 求經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

57、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啟動。 2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下圖所示。下圖所示。 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

58、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。 特點：特點： 啟動轉矩隨定子電壓的平方下降，故它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只適用于空載或輕載啟動的場合啟動的場合； 不經濟，在啟動過程中，電阻器上不經濟，在啟動過程中，電阻器上消耗能量大消耗能量大，不適用于經，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。3Y- 降壓啟動降壓啟動 啟動時，

59、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為電源線電壓，為電源線電壓，IstY及及Ist 為定子為定子繞組分別接成星形及三角形的啟動電流繞組分別接成星形及三角形的啟動電流（線電流），（線電流），Z為電動機在啟動時每相繞為電動機在啟動時每相繞組的等效阻抗。則有組的等效阻抗。則有ZUIstY31 ZUIst/31 所以所以 又由于又由于所以所以 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、設備簡單、經濟、啟動

60、電流小啟動電流小； 啟動轉矩小，啟動電壓不能按實際需要調節，啟動轉矩小，啟動電壓不能按實際需要調節，只適用于空載或輕載啟動的場合只適用于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時定子繞組接線為 的異步電動機的異步電動機。4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左圖所示。自耦變壓器降壓啟動的原理接線圖如左圖所示。 自耦變壓器啟動時的一相電路如右圖所示，由變壓器的工作原自耦變壓器啟動時的一相電路如右圖所示，由變壓器的工作原理知，此時，副邊電壓與原邊電壓之比為理知，此時，副邊電壓與原邊電壓之比為 11212 NNUUK12KUU 啟動時