第5章感應電機1感應電動機的主要用途：感應電機主要用作電動機使用，特殊場合也可作為發(fā)電機使用。感應電動機的優(yōu)點:結構簡單、容易制造、價格低廉、運行可靠、堅固耐用、環(huán)境適應性強。感應電動機的缺點:功率因數(shù)較差。感應電動機運行時，必須從電網(wǎng)里吸收滯后的無功功率，它的功率因數(shù)總是小于１。2感應電動機的分類方法：（1）按定子相數(shù)分有①單相；②三相；多相。（2）按轉子結構分有①繞線式；②鼠籠式。后者又包括單鼠籠感應電動機、雙鼠籠感應電動機和深槽式感應電動機。（3）按機殼的不同防護方式分：開啟式、防漏式、封閉式，防暴式。（4）按電機的容量分：微電機；小型（0.6-100千瓦）；中型（100-1000千瓦）；大型（1000千瓦以上）。此外，根據(jù)電機定子繞組上所加電壓的大小，又有高壓和低壓感應電動機之分。從其它角度看，還有高起動轉矩感應電機、高轉差率感應電機、高轉速感應電機等等。35.1感應電機的結構和運行狀態(tài)1、感應電機的結構

感應電機在結構上主要由定子、轉子、氣隙組成。451、定子：定子由機座、定子鐵心和定子繞組三個部分組成的。⑴定子鐵心：電動機磁路的一部分，裝在機座里。為了降低定子鐵心損耗，定子鐵心用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成的，在硅鋼片的兩面還應涂上絕緣漆。下圖為定子槽,其中(a)是開口槽，用于大中型容量的高壓感應電動機；(b)是半開口槽，用于中型500V以下的感應電動機；(c)是半閉口槽，用于低壓小型感應電動機中，另外還有閉口槽。67⑶機座：主要是為了固定與支撐定子鐵心。端蓋軸承還要支撐電機的轉子部分。因此，機座應有足夠的機械強度和剛度。對中、小型感應電動機，通常用鑄鐵或鑄鋁機座。對大型電機，一般采用鋼板焊接的機座。⑵定子繞組：定子繞組用絕緣的銅或鋁導線（電磁線）繞成，嵌在定子槽內。高壓大、中型容量的感應電動機定子繞組常采用Y接，只有三根引出線，如圖(a)所示。對中、小容量低壓感應電動機，通常把定子三相繞組的六根出線頭都引出來，根據(jù)需要可接成Y形或△形，如圖(b)所示。8

定子鐵心散嵌線圈

三相對稱交流繞組模型9102、轉子：轉子主要由轉子鐵心、轉子繞組和轉子軸組成。⑴轉子鐵心：磁路的一部分，它用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，固定在轉軸上，整個轉子的外表呈圓柱形。⑵轉子繞組：

分為籠型和繞線型兩類。1）籠型轉子：在轉子的每個槽里放上一根導體，在鐵心的兩端用端環(huán)連接起來，形成一個閉合的繞組。如果把轉子鐵心拿掉，則可看出，剩下來的繞組形狀像個松鼠籠子。導條的材料有用銅的，也有用鑄鋁的。11121314

2）繞線型轉子：繞線型轉子的槽內嵌放有用絕緣導線組成的三相繞組，一般都聯(lián)接成Y形。轉子繞組的三條引線分別接到三個集電環(huán)（滑環(huán)）上，用一套電刷裝置引出來，如圖所示。這就可以把外接電阻串聯(lián)到轉子繞組回路里去，以改善電動機的啟動性能或調節(jié)電動機的轉速。與籠型轉子相比，繞線型轉子的結構較復雜，價格稍貴，可靠性也低，因此只在要求起動電流小，起動轉矩大，或需平滑調速的場合使用。15163、氣隙：感應電動機的氣隙比同容量直流電動機的氣隙小得多，在中、小型感應電動機中，氣隙δ一般為0.2~2.0mm左右。17三相感應電動機的工作原理對稱三相繞組通入對稱三相電流旋轉磁場(磁場能量)旋轉磁場切割轉子繞組轉子繞組中產生e和i轉子繞組在磁場中受到電磁力的作用轉子旋轉起來機械負載旋轉起來三相交流電能輸出機械能量18三相感應電動機的工作原理三相電源給定子繞組供電，產生以同步轉速旋轉的磁場，磁場相對于轉子繞組轉動，在轉子繞組中感應電動勢。轉子繞組閉合，有電流流過，轉子電流在磁場中受力并產生電磁轉矩，帶動轉子和負載旋轉。19

由工作原理可知：轉子的轉速n（電動機的轉速）恒比旋轉磁場的旋轉速度n0（同步速度）要小。因為如果兩種速度相等時，轉子和旋轉磁場沒有相對運動，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(xù)旋轉。因此，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，也是感應電動機的由來。注意：轉子旋轉的轉速不能與定子繞組產生的磁場轉速相同，兩者沒有固定的嚴格關系，故也稱為異步電機。202、感應電機的運行狀態(tài)轉差率：轉差率是指同步轉速與實際轉速的轉差與同步轉速的比值，通常用百分數(shù)表示。轉差率是感應電機的一個基本物理量，它反映電機的各種運行情況。21感應電機的三種運行狀態(tài):異步電機正常運行時，轉差率s很小。通常s＝0.01～0.05223、額定值感應電動機的額定值包含下列內容：（1）額定功率PN

：指電動機在額定運行時轉軸輸出的機械功率，單位是kW。（2）額定電壓UN

：指額定運行狀態(tài)下加在定子繞組上的線電壓，單位為V。（3）額定電流IN

：指電動機在定子繞組上加額定電壓、軸上輸出額定功率時，定子繞組中的線電流，單位為A。（4）額定頻率fN

：指我國規(guī)定工業(yè)用電的頻率是50Hz。（5）額定轉速nN：指電動機施加額定頻率的額定電壓，且軸端輸出額定功率時的電動機轉速，單位為r/min。（6）額定功率因數(shù)：指電動機施加額定電壓，輸出額定功率時，定子邊的功率因數(shù)。23

另外，銘牌上還標注有產品型號、相數(shù)、接法、絕緣等級以及允許溫升。

例如：Y112S-6極數(shù)6極短機座（分為L、M、S）規(guī)格代號：中心高112mm產品代號：感應電動機245.2三相感應電動機的磁動勢和磁場1、空載運行時的磁動勢和磁場u1→i10→F1→Fm→Φm→E1

Φ1σ→E1σ當定子接入對稱三相電壓u1后，定子中便流過對稱三相電流I10(空載電流)產生一基波合成旋轉磁場F1。因空載運行時，n≈ns，所以E2=0，I2=0，所以空載運行時定子磁動勢F1基本上為產生氣隙主磁場的激磁磁動勢Fm，空載時電流就近似等于激磁電流Im，考慮鐵心損耗時，Bm滯后Fm鐵心損耗角αFe。

25定、轉子磁動勢的空間矢量圖ACBXYZ26當氣隙中主磁場以同步轉速旋轉時，Φm將在定子繞組中感應電勢E1，因在相位上E1滯后Φm900電角度，所以用向量表示有：與變壓器分析一樣，我們引入Zm，把E1作為電壓降來處理。Zm激磁阻抗，它是表征鐵心磁化特性和鐵耗的一個綜合參數(shù)。Xm激磁電抗，表征氣隙主磁通的電抗。Rm激磁電阻，表征鐵耗的一個等效電阻。27定子漏磁通和定子漏電抗：除產生Φm外，定子電流還產生僅與定子繞組交鏈的漏磁通Φ1σ，漏磁通將在定子繞組中感應漏電動勢E1σ。，I1：定子電流X1σ：定子漏電抗

漏磁通主要是通過空氣而閉和，受磁路飽和的影響較小，在電機分析時把兩種磁通分開處理。

282、負載運行時的轉子磁動勢和磁動勢方程轉子磁動勢：當負載運行時n≤ns，

E2→I2→F2,

F2也為旋轉磁勢。若定子旋轉磁場順時針旋轉，則轉子感應電流的相序也為順時針，產生的磁動勢F2即為順時針旋轉，即F2與F1轉向相同。如定子旋轉磁場的轉速為ns，轉子轉速為n，此時定子旋轉磁場以Δn=ns-n=sns的速度切割轉子，所以在轉子中感應電動勢的頻率：29轉子磁動勢相對轉子的轉速：轉子磁動勢相對定子的轉速：△n

+n=sns+(1-s)ns=ns轉子磁動勢相對定子磁動勢的轉速：0定、轉子磁動勢之間的速度關系30

即無論轉子的實際轉速為多少，轉子磁勢F2和定子磁勢F1在空間的轉速總是等于ns，它們之間沒有相對運動。由于F1與F2相對靜止，就可以把F1和F2合成起來，所以感應電機負載時在氣隙內產生的旋轉磁場是定、轉子合成磁勢即：

或：31轉子反應：負載時感應電動機的轉子磁勢對氣隙磁場的影響稱為轉子反應。其作用：1）使氣隙磁場的大小和空間相位發(fā)生變化。2）轉子磁勢與主磁場相互作用，產生所需電磁轉矩。定子磁勢F1包含兩個分量，一個是產生主磁通的激磁磁動勢Fm，另一個是抵消轉子磁動勢（-F2)的F1L。因Fm基本不變，當F2增加時，F(xiàn)1也相應的增加以補償F2，對應的電流：,.32負載時的磁勢方程式：

F1=Fm+（-F2）考慮到：代入得：33現(xiàn)在我們將I2前面的系數(shù)加以變換(用定子繞組參數(shù)取代轉子繞組參數(shù)），使其與I1、Im前面的系數(shù)一樣，并令I2′=I2/ki,則磁動勢的矢量關系就可變成對應電流的相量關系。——電流比34定、轉子磁動勢的空間矢量圖和定、轉子電流相量圖355.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路

定子電壓方程：

取其中一相進行分析。

1、電壓方程36定、轉子中的感應電動勢定子轉子定子繞組內轉子繞組內5.3三相感應電動機的電壓方程和等效電路37

定子電壓方程：取其中一相進行分析。

1、電壓方程38轉子電壓方程：

帶下標s的為轉子旋轉時（或頻率為f2）的量不帶下標s的為轉子靜止時（或頻率為f1）的量

39感應電動機定、轉子耦合電路圖2、等效電路由上圖可見，兩個電路只有磁的耦合，沒有電的聯(lián)系，且定、轉子的相數(shù)、匝數(shù)、繞組系數(shù)不同，兩電路頻率也不同，因此需要歸算，把一個電路歸算到另一個電路中去，得出所謂的等效電路。40

頻率歸算：

頻率歸算是指在保持整個電磁系統(tǒng)的電磁性能不變的前提下，用一個具有定子電路頻率的等效轉子電路去取代實際的轉子電路。頻率歸算的原則：(1)歸算前后的電磁效應不變。

(2)歸算前后的電磁性能不變。 （轉子磁動勢不變：同空間轉速、同幅值、空間相位）頻率歸算的依據(jù)：(1)f2=s

f1(2)F1與F2相對靜止。41頻率歸算的方法：轉子靜止時，轉子電路具有定子電路的頻率，所以我們用一個靜止的轉子電路去取代實際的轉子電路。E2s＝sE2X2s＝sX2從以上推導可看出，與頻率有關的轉子參數(shù)都具有了定子頻率，但此時轉子電阻由R2變?yōu)镽2/s。42可看出：只要用R2/s去代替R2，就可認為轉子電路具有了定子電路的頻率，且轉子電流沒有變化，從而保證了歸算前后轉子電路的電磁關系和電磁性能不變。分析R2/s：

電阻

（1-s)R2

/s在實際電路中并不存在，實質上他產生的損耗I22（1-s)R2

/s表征了異步電動機的機械功率，我們稱（1-s)R2

/s為附加電阻。43頻率歸算后的

感應電動機定、轉子耦合電路圖44（二）繞組歸算對異步電機進行了頻率歸算后，還不能把定、轉子電路聯(lián)系起來,還需要進行繞組歸算。所謂繞組的歸算，就是人為的用一個相數(shù)、匝數(shù)以及繞組因數(shù)和定子一樣的繞組去代替原來的轉子繞組，在歸算中必須保證歸算前后轉子的電磁效應不變。由轉子磁勢不變得出歸算后轉子電流,45由電動勢與匝數(shù)和繞組因數(shù)成正比，得出：46由轉子銅耗和漏磁場儲能不變，得出：47頻率和繞組歸算后的

感應電動機定、轉子耦合電路圖48T形等效電路和向量圖：歸算后的相關定、轉子電壓方程為：49異步電動機的T形等效電路等效電路中參數(shù)的特點：

⒈Zm?Z1、Z2⒉X?R50用等效電路分析幾種典型的運行情況：1、異步電動機空載時，轉子的轉速接近同步轉速，轉差率s≈0，附加電阻（1-s)R2

/s趨于∞，相當于轉子電路開路，由于回路中電抗Xm、X1

?Rm、R1這時電路呈感性，電動機的功率因數(shù)很低。（此時定子電流就是勵磁電流，僅僅建立了磁場。）51

2、異步電動機在額定負載下運行時，轉差率sN大約5℅，附加電阻（1-s)R2

/s約為R2的20倍左右，此時轉子電路呈電阻性，功率因數(shù)較高。這時定子邊的功率因數(shù)COSφ可達0.8～0.85（滯后）。523、電動機啟動時，n=0，s

=1，附加電阻（1-s)R2

/s=0，相當于轉子電路短路，所以啟動電流Ist大。一般情況下Ist=(5～8)IN。由于轉子回路中電抗X2?

R2，此時轉子電流的有功分量不大，故異步電動機的啟動轉矩Tst不大。53異步電動機的近似等效電路近似等效電路（也稱“Γ”型等效電路）：

“T”型等效電路是一個串、并聯(lián)電路，計算和分析都比較復雜，因此在實際應用中可以簡化計算。54相量圖：555.4感應電動機的功率方程和轉矩方程由于感應電動機氣隙磁場基本上與負載無關，但是它的能量轉換過程與直流電動機相似。功率轉換過程:感應電動機從電源輸入的電功率P1扣除定子繞組的銅損耗pCu1定子鐵損耗pFe，就是電磁功率Pe,電磁功率借助氣隙磁場由定子傳送到轉子，扣除轉子銅耗pcu2，轉子鐵耗忽略不計（因f2很小）。得到總機械功率PΩ,再扣除機械損耗pΩ和雜散損耗p△即為電機軸輸出的功率P2。56

附加電阻p△與氣隙大小及一些制造工藝等因素有關，很難準確計算。通常對于中、小型電動機額定輸出時為輸出功率的1%～3%；對大型電機為0.5%。57感應電動機從電源輸入的電功率：消耗于定子繞組的電阻而變成銅耗：消耗于定子鐵心變?yōu)殍F耗：

從定子通過氣隙傳送到轉子的電磁功率：1、功率方程，電磁功率和轉換功率58功率方程為：其中：59重要公式：

PΩ

=(1-s)Pe

pcu2=sPe

Pe=PΩ+pcu2以上表明，電磁功率Pe中，一部分變?yōu)檗D子銅耗sPe一部分轉換為機械功率(1-s)pe

,

sPe為轉差功率。602、轉矩方程和電磁轉矩轉矩方程：電磁轉矩：61

5.6感應電動機參數(shù)的測定

⒈空載試驗電動機空載運行，當電源電壓、頻率為額定值時，讓電動機運行一段時間，使其機械損耗達到穩(wěn)定值。用調壓器調節(jié)電動機定子繞組上的電壓，使其從（1.1～1.2）U1N開始，逐漸降低電壓至0.3U1N，直到電動機的轉速發(fā)生明顯的變化為止。記錄電動機的端電壓U1、空載電流I10、空載功率P0和轉速n

，并畫成曲線。62勵磁參數(shù)與鐵耗及機械損耗的確定⑴電動機空載運行時，s≈0，I2≈0，即轉子電路開路，可得：

P10≈m1I102R1+pFe+pΩP10-m1I102R1≈pFe+pΩ

其中R1可實測（伏安法或電橋），鐵耗及機械損耗可用曲線求得。⑵勵磁參數(shù)的確定

X1σ可由堵轉試驗確定。632.短路實驗(堵轉實驗）

試驗時將電動機轉子卡住，一般從U1≈0.4U1N開始，逐漸降低輸入電壓。記錄定子繞組的端電壓U1、定子電流I1k和定子輸入功率P1k。

根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，可以算出短路阻抗、短路電阻和短路電抗。即：大中型電動機：

100kW以下的小型異步電動機：

X2σˊ≈0.67Xk

(2、4、6極)；

X2σˊ≈0.57Xk

(8、10極)。645.7感應電動機的轉矩-轉差率曲線1、轉矩-轉差率特性65

三相感應電動機在電壓、頻率均為額定值，定、轉子回路不串入任何元件時的機械特性稱為固有機械特性。

T-s曲線：固有機械特性曲線:sms0---------1-------------Te66轉速與轉矩的關系：（T-n曲線）從曲線可看出，有三個點就能確定特性曲線的形狀。只要改變了特性曲線的形狀就能改變異步電動機的機械特性。nsTn0TstTmsm67三相異步電動機的機械特性是指在定子電壓、頻率和參數(shù)固定的條件下，電磁轉矩T

與轉速n

或轉差率s

之間的函數(shù)關系T＝f(n)。用曲線表示時，常以轉速n

或轉差率s

為縱坐標，以電磁轉矩T

為橫坐標，簡稱

T-s曲線。68電磁轉矩的一般表達式電磁轉矩T

既等于機械功率Pm除以轉子機械角速度，也等于電磁功率Pem除以同步機械角速度1。69電磁轉矩的一般表達式電磁轉矩T與每極磁通量m、轉子電流、I2、轉子功率因數(shù)cos2的乘積成正比。即：T與m和轉子電流的有功分量的乘積成正比。70機械特性的參數(shù)表達式電磁轉矩T

與轉差率s

的關系

電磁轉矩T與轉差率s（或轉速n）之間不是線性關系。當定子相電壓U1和頻率f1一定時，電機參數(shù)可視為常數(shù)，電磁轉矩T僅和轉差率

s

有關。71固有機械特性固有機械特性：電壓、頻率均為額定值不變，定、轉子回路不串任何電路元件時的機械特性（T-s曲線）。72固有機械特性固有機械特性電動機狀態(tài)發(fā)電機狀態(tài)電制動狀態(tài)73固有機械特性C點：額定運行點B點：最大轉矩點A點：堵轉點（最初起動點）固有機械特性的關鍵點74額定電磁轉矩TN：額定運行時的電磁轉矩。固有機械特性額定運行點C額定輸出轉矩T2N：（kW）75堵轉轉矩Ts：在額定電壓和額定頻率下堵轉時（s＝1）的電磁轉矩。固有機械特性堵轉點A堵轉轉矩倍數(shù)kst

：堵轉轉矩Ts與額定轉矩TN之比。反映電動機帶負載起動的能力。堵轉電流

Is，堵轉電流倍數(shù)ksi76固有機械特性堵轉點ATs與電壓U1的平方成正比。漏電抗增大，Ts減小。77最大轉矩Tm：在額定電壓和額定頻率下穩(wěn)態(tài)運行時能產生的最大電磁轉矩。固有機械特性最大轉矩點B過載能力km：最大轉矩Tm與額定轉矩TN之比。反映電動機的短時過載能力。78固有機械特性最大轉矩點B臨界轉差率sm：產生最大電磁轉矩時的轉差率。令，得：正、負號分別對應為電動機、發(fā)電機狀態(tài)。79固有機械特性最大轉矩點B忽略定子電阻R1，c≈1時：最大轉矩Tm與電壓U1的平方成正比。Tm近似與定、轉子漏電抗之和成反比。Tm與轉子電阻R2無關。臨界轉差率sm與R2成正比，與定、轉子漏電抗之和成反比，與電壓U1無關。80人為機械特性人為機械特性：在外施電壓或頻率不是額定值，或定、轉子回路串入電路元件時的機械特性。n1與U1無關；sm與U1無關；電磁轉矩T與U1的平方成正比。改變定子端電壓的人為機械特性降低定子電壓U1，其他量不變時的機械特性。81人為機械特性轉子串接電阻的人為機械特性n1與U1無關；sm與轉子回路電阻成正比；Tm與轉子回路電阻無關。三相繞線轉子異步電動機轉子回路串接對稱電阻。Rs2>Rs1轉子回路串接適當?shù)碾娮杩梢栽龃蠖罗D轉矩。82機械特性穩(wěn)定運行問題電動機能穩(wěn)定運行電動機不能穩(wěn)定運行1——電動機2——負載83分析：Tm近似與定、轉子漏電抗之和成反比。Tm與轉子電阻R2無關。最大轉矩Tm與電壓U1的平方成正比。臨界轉差率sm與R2成正比，與定、轉子漏電抗之和成反比，與電壓U1無關。簡易記法：84

異步電動機的工作特性是指，時電動機的轉速n、定子電流I1、功率因數(shù)、電磁轉矩T、效率η等與輸出功率P2的關系。可以通過直接給異步電動機帶負載測得，也可以利用等效電路計算而得。一、轉速特性：

三相異步電動機空載時，轉子的轉速

n

接近于同步轉速ns。隨著負載的增加，轉速n要略微降低，這時轉子電動勢E2S增大，轉子電流I2也增大，以產生大的電磁轉矩來平衡負載轉矩。因此，隨著P2

的增加，轉子轉速n下降，轉差率s增大。二、定子電流特性：

空載時,轉子電流基本上為零,此時的定子電流就是勵磁電流I0,隨著負載的增加,轉速降低,轉子電流增大,定子電流也增大。5.8感應電動機的工作特性85三、功率因數(shù)特性：

空載時定子側的功率因數(shù)很低，不超過0.2，額定負載時，定子電流中的有功電流增加，使功率因數(shù)提高，但是如果進一步增大負載，由于轉差率的增大，使功率因數(shù)角增大，則功率因數(shù)減小。四、電磁轉矩特性：

穩(wěn)定運行時異步電動機的轉矩平衡方程為Te=T0+T2，輸出功率P2=T2Ω。電動機空載時T=T0，隨著負載增加，T

增大，由于Ω變化不大，電磁轉矩T

隨P2的變化近似地為一條直線。五、效率特性：

空載時，P2=0，η=0，隨著輸出功率的增加，效率也增加。當不變損耗等于可變損耗時，電動機的效率達到最大。對中、小型異步電動機，大約P2=0.75PN時，效率最高。如果負載繼續(xù)增大，效率反而要降低。一般來說，電動機的容量越大，效率越高。

865.9感應電動機的的起動，深槽和雙籠電動機

起動要求：（1）能產生足夠大的起動轉矩Tst，使電動機順利地轉動起來。（2）起動電流Ist不要太大，避免起動時大電流在電網(wǎng)上產生較大的壓降而影響電網(wǎng)上的其它電氣設備和電動機的正常運行。（3）起動的經(jīng)濟性：包括設備簡單和低起動損耗等。

87直接起動：將定子三相繞組直接接在三相電源上起動，稱為直接起動。一般7.5kW以下的小容量鼠籠感應電動機都可以直接起動。如果變壓器容量足夠大，直接起動的電動機容量還可相應增大，一般按經(jīng)驗公式核定：

式中：

kI為起動電流倍數(shù)；I1st為電動機的起動電流；I1N為電動機的額定電流；SN為電源變壓器總容量；PN為電動機的額定功率。1.籠型感應電動機的啟動88例：有一臺要求經(jīng)常啟動的鼠籠式感應電動機，其PN=20kW,Ist/IN=6.5，如果供電變壓器（電源）容量為560kVA，且有照明負載，問可否直接啟動？同樣的Ist/IN比值，功率為多大的電動機則不允許直接啟動？解：根據(jù)經(jīng)驗公式算出滿足上述關系，故允許直接啟動。可算出，額定功率大于24kW的電動機不允許直接啟動。

89說明：

起動電流大，對電動機本身無太大影響（因為是短時的，且現(xiàn)代設計的鼠籠電機都按直接起動電磁力和發(fā)熱來考慮機械強度和熱穩(wěn)定的），主要對電網(wǎng)有影響，如果電源容量較大，可以直接起動。一般7.5千瓦以下容量電動機可以直接起動。注意：容量大小不是絕對的，只要直接起動時起動電流在電網(wǎng)中引起電壓降不超過電網(wǎng)額定電壓的（10~15）%就允許直接起動。

90降壓起動91①星—三角起動：

正常運行時接成Δ形的鼠籠感應電動機，在起動時接成Y形，起動完畢后再接成Δ形，稱為星—三角起動。

92設：定子每相阻抗為Z√3U1p△I1l

△

=│Z││Z│I1lY

=U1pY│Z│UN√3=│Z│UN√3=▲

Y型起動的起動轉矩：▲Y型的定子線電流：T∝Up21√3Up?U1pY=I1L△I1LY=13Y起動△起動Y起動與△全壓起動時起動電流和起動轉矩比較UVWUNI1lYUVWUNI1l

△13TS

△TsY=93適用星——三角起動的條件：1.只適用于空載或輕載起動。2.只限于正常運行時定子繞組為三角形接線的電機。3.限于在500V以下的低壓電機(因高壓電機定子出6個端頭有困難)。星——三角起動的優(yōu)點：不需要專用設備，價格便宜，故在輕載起動時應優(yōu)先采用。星——三角起動的缺點：應用時要受一定條件的限制。13TS△TsY=IS△IsY=1394②自耦減壓起動：優(yōu)點:不受定子繞組接線方式的限制，可根據(jù)允許的起動電流和所需的起動轉矩選擇起動電壓。缺點：起動設備成本高。啟動電流和啟動轉矩均減小為原來的

自耦降壓起動適合于容量較大的或正常運行時聯(lián)成Y形不能采用Y－起動的籠型異步電動機。952.繞線轉子感應電動機的起動轉子串接電阻起動轉子串接頻敏變阻器起動96轉子串接電阻起動97分級起動過程：起動時，電動機在串入全部電阻情況下起動，然后逐級切掉起動電阻，一直加速到穩(wěn)定運行為止，起動過程結束。起動的快速性和平穩(wěn)性與起動級數(shù)、每級起動轉矩Tst的大小有關。

98轉子串接頻敏變阻器起動99頻敏變阻器的結構：頻敏變阻器的鐵心由厚鋼板或鐵板迭成，有三相繞組，接成Y形，出線為a、b、c去接轉子。abcxyz(b)等效電路abc(a)結構示意圖xyz固有特性串頻敏電阻器nns0T（c)機械特性從第一章知道，疊片的厚度越大，渦流損耗越大。頻率越高，渦流損耗和磁滯損耗越大。轉子頻率越高電抗Xm越大。100轉子回路串入頻敏變阻器起動的工作原理：

起動時，n=0，s=1，f2=f1，Xm∝f2和Rm∝f22都增大，由于鐵耗很大，所以Rm>Xm,限制了起動電流，相當于串電阻起動；當n↑→s↓→f2↓→Rm↓相當于連續(xù)自動切除電阻。同時f2↓→sXm↓當n=nN時，f2很小，f2

≈(1~3)Hz，Xm

≈0，故起動完畢，阻抗器被自動切除。

從以上分析可知，頻敏變阻器是一種無觸點的變阻器。它結構簡單，并且因沒有觸點和易磨損元件，壽命長，使用和維護方便，有較好的起動特性。1013、深槽和雙籠感應電動機深槽感應電動機：結構特點：槽深h，槽寬b，h?b，即h

=(10~12)b，與普通籠型異步電動機相比，這種電機的主要結構特點是轉子槽形窄而深，轉子導體或是整根的銅條或是鋁熔液澆鑄而成。hj槽高(a)漏磁通分布(b)導體內電流密度分布(c)導體的有效截面b102分析：

若假想沿槽高把轉子導體分成若干并聯(lián)小導條，它們兩端為端環(huán)短接，其電壓相等，則各小導條中的電流將按其阻抗的反比例來分配。由上圖(a)可見槽底部磁路短、磁阻小，所以導條交鏈的漏磁通多，則底部漏抗大。槽頂部導條鏈的漏磁通少，則頂部漏抗小。由于槽很深，則槽底與槽頂漏抗相差甚遠，且X2σ∝f2。hj槽高(a)漏磁通分布(b)導體內電流密度分布(c)導體的有效截面b103起動時：n=0，s=1，f2=sf1=f1，f2較高，則X2s=sX2較大，X2s>>R2，槽內電流的分布主要取決于漏抗的大小。槽頂部漏抗X2s小，則電流密度大，槽底部漏抗大，則電流密度小。這種把導體中的電流排擠到槽頂部的作用稱趨表效應(集膚效應)。頻率越高，槽形越深，肌膚效應越明顯。

104 電流密度分布，它是自下而上逐漸增大，槽底部分導體在流通電流時所起作用很小，就相當于導體有效高度及截面積縮小，導體電阻變大，從而減小了起動電流，增大了起動轉矩。見圖(c)所示，導體有效截面縮小，故起動時，轉子有效電阻增加，起動性能得改善。105正常運行時，s很小，f2=sf1很小，X2s=sX2很小，這時轉子電流的大小主要 由電阻決定。R2>>X2s，因各處電阻相等，則電流的分布是均勻的，導體截面積全部得以利用，而使轉子電阻自動減小到較低的正常數(shù)值。(集膚效應不明顯)106優(yōu)點：起動時轉子電阻加大，改善了起動性能，而運行時為正常值，轉子電阻仍然較小，不致于影響電動機的運行效率。

缺點：轉子槽的漏抗較大，功率因數(shù)稍低，最大轉矩倍數(shù)稍小。它的體積也比普通感應電動機稍大。107雙籠感應電動機：結構特點：電動機轉子上有兩套籠型繞組。下籠：導體截面大，用電阻系數(shù)較小的紫銅制成，電阻較小。上籠：導體截面小，用電阻系數(shù)較大的黃銅制成，電阻較大。1上籠2下籠3合成nns0T(b)機械特性上籠下籠(a)漏磁通分布108工作原理：上籠交鏈的漏磁通少，所以電抗小，而下籠的漏磁通多，故漏電抗大。起動時：

n=0，s=1，f2=sf1=f1，f2較高，則sX2較大，槽內電流的分布主要取決于漏抗的大小。由于下籠漏電抗大，不利于電流流過，所以電流主要通過上籠，而上籠本身電阻大，起動時，電流減小，轉矩增大，故上籠又稱為起動籠。

正常運行時：s很小，f2

≈1～3HZ很小，下籠漏電抗減小，電流分配主要取決于轉子電阻R2，上籠電流小，下籠電流大，下籠起主要作用，故又稱下籠為工作籠。109曲線3為曲線1（啟動籠）和2（工作籠）的合成曲線，即為雙籠感應電動機的機械特性。可見雙籠型感應電動機起動轉矩較大，具有較好的起動性能。通過改變上、下籠的尺寸、材料及其縫隙，便可改變其參數(shù)，可滿足不同負載的需求。

缺點：轉子漏抗較大，功率因數(shù)稍低，過載能力比普通型感應機低，而且用銅量較多，工藝復雜，價格較高。123nns0T110說明：由于深槽感應電動機及雙籠型感應電動機不需要另外采用起動措施，所以系統(tǒng)可靠性較高，一般用于頻繁起動或起動轉矩要求較高的生產機械上。1111125.10感應電動機的調速調節(jié)電動機轉速方法：改變定子繞組極對數(shù)p——變極調速改變供電電源的頻率f1_——

變頻調速改變電動機的轉差率s調速由感應電動機轉速公式1131.變極調速改變定子極對數(shù)，通常采用改變定子繞組接法的方法，使一套定子繞組具備兩種極對數(shù)而得到兩個同步轉速達到調速的目的。這種電機只能采用籠型轉子，因籠型轉子的極對數(shù)能自動的與定子極對數(shù)等。（定子、轉子極數(shù)相等是產生恒定電磁轉矩的條件）114變極原理設每相有兩組線圈A1X1和A2X2，串聯(lián)如圖2p=4,2p=2電流反向變極方法115變極調速的優(yōu)缺點

缺點：電機出線端較多，并要裝設換接開關；只能有極變速，不能平滑調速。

優(yōu)點：是一種較經(jīng)濟的調速方法，常用于不需要平滑調速的場合，如洗衣機電機，洗滌和甩干。1162.變頻調速采用改變電源頻率f1的調速方法，可以得到很大的調速范圍和調速性能（無極調速，可以平滑調速）f1變化，則m變化117從基頻向下調節(jié)若電壓U1不變，則m增大，將引起磁路過飽和，激磁電流將急劇增大，導致功率因數(shù)降低；在降低頻率f1的同時，必須降低電壓U1118

若能保持U1/f1=常值，則最大轉矩亦保持不變——恒轉矩調速119從基頻向上調節(jié)電源電壓不能高于額定電壓，即U1不變，若f1變大，則m降低，最大轉矩降低，不適合拖動恒轉矩負載。120頻率增大、同步速增大、轉速提高，最高轉矩降低。因m降低，稱為弱磁恒功率調速。121變頻調速的優(yōu)缺點

優(yōu)點：變頻調速具有優(yōu)異的性能，調速范圍大；可實現(xiàn)恒轉矩或恒功率調速以適應不同的負載要求。是最有發(fā)展前途的一種。缺點：必須有專用變頻電源，造價高。1223.改變轉差率的調速調壓調速——改變定子電壓轉子串電阻調速（僅適用繞線式異步電動機）123轉子串接電阻調速（繞線式）轉子電阻增大，電機轉速降低轉子串電阻的瞬間，使轉子電流降低124優(yōu)點：方法簡單，調速范圍廣。缺點：串電阻轉速降低后，機械特性變軟在調速過程中要消耗一定能量轉子所串電阻增大轉速降低s增大轉子銅耗增加調速特點：轉速只能向低于額定轉速的方向調速125串級調速（雙饋調速）繞線式異步電動機的串級調速是在轉子回路串入一個與轉子電勢頻率相同、相位相反的外加電動勢，對轉差功率加以吸收，實現(xiàn)調速和節(jié)能。串級調速原理圖

由于電動機定子和轉子兩路同時輸入電能，也稱為雙饋調速。126在轉子中串聯(lián)反電勢，同樣可以使轉子電流降低，從而同轉子串電阻一樣，使轉速降低。串反電勢調速的動態(tài)過程：127串級調速特點：即可以向低于額定轉速的方向調速，又可以向高于額定轉速的方向調速；轉子串電阻調速是改變s的調速方法，存在轉差功率pcu2=sPem損耗大，效率低的缺點，是很大的浪費;而串極調速外接的是電動勢，而不是電阻因而沒有損耗。1285.11單相感應電動機由單相電源供電的電動機既為單相感應電動機，由于使用方便，所以在家用電器和醫(yī)療器械中得到廣泛用應。與同容量的三相感應電動機相比，單相感應電動機的體積較大，運行性能稍差，因此只做成幾十到幾百瓦的小容量電機。單相感應電動機的基本原理是建立在三相感應電動機的基礎上，但在結構和性能上有不少差別。129單相感應電動機的接線示意圖

單相感應電動機的定子鐵心與普通三相感應電動機相同。定子上通常裝有兩個繞組，一個為工作繞組，另一個為起動繞組，起動繞組一般只在起動時接入，當轉速接近正常轉速時，離心開關式繼電器觸點就將起動繞組從電源斷開，所以正常工作時，只有工作繞組接在電源上。為何必須有起動繞組？

單相感應電機的轉子為一般的鼠籠式轉子一、結

構特點130

單相交流電所建立的磁勢為脈振磁動勢。

二、工作原理雙旋轉磁場理論一個脈振磁勢可分解為兩個旋轉磁勢，這兩個磁勢幅值相等為脈振磁勢幅值的一半，轉向相反，轉速相同。131

兩旋轉磁勢分別產生正，反轉旋轉磁場，并同時在轉子繞組中分別感應產生相應的電勢和電流，從而產生正，反轉電磁轉矩。合成電磁轉矩轉差率曲線Te~s。如紅線所示。對于正向旋轉磁場與三相感應電動機相同，產生轉矩轉差率曲線Tef~s對于反向旋轉磁場Te反向轉矩—01Te—正向轉矩合成轉矩s0.51.52TefTeb形成轉矩轉差率曲線Teb~s1322、起動時，s=1，合成電磁轉矩為零，即無起動轉矩，必須采取措施起動（從脈振磁勢也可以看出，單相感應電機無起動轉矩）3、起動時，施以外力，則電機會自動并加速到接近同步速，顯然電機轉動的方向決定于施加外力的方向，即工作時的轉向由起動時的轉向決定Te反向轉矩—01Te—正向轉矩合成轉矩s0.51.52TefTeb可以看出：1、正常工作時，s較小，反向電磁轉矩影響較小133三、起動方法

單相感應電動機之所以無起動轉矩，是由于當處于靜止狀態(tài)時，磁勢是脈振的由上述分析單相感應電動機的特性可見，如何解決起動問題是單相電機的關鍵問題。解決起動問題的關鍵在于如何使電機在起動時磁勢由脈振的變?yōu)樾D的，其根本措施就是設法使電機中再建立一個脈振磁勢。且相位和空間位置不同于原脈振磁勢。起動方法：裂相起動（分相起動）罩極起動單相電動機分類：分相式電動機罩極式電動機1341、分相式電動機（裂相起動）單相感應電動機的接線示意圖定子有兩套繞組：主繞組、起動繞組兩繞組空間互差90度電角度兩繞組中電流具有一定的相位差起動時的兩個繞組所產生磁勢特點：脈振磁勢兩脈振磁勢在空間上差90度電角度在時間上有一定的角度電機起動時為旋轉磁勢（不一定為圓形旋轉磁勢），也就有起動轉矩當電機起動后，轉速達到一定值時，由離心開關將輔助繞組從電源切斷，這種單相電機稱為分相式單相感應電動機圓型旋轉磁勢具有最高的起動轉矩，需要對稱繞組通入對稱電流才能產生圓形旋轉磁勢由單一電源引起兩繞組電流相位的方法，分相又分為電阻分相和電容分相幅值一般不相等135a、電阻分相電動機采用電阻分相，其電流相位差遠小于90度，使氣隙磁場的橢圓度較大，所以產生的起動轉矩小起動繞組回路的電阻較大，從而使起動繞組電流相位超前工作繞組。電阻不同的方法：起動繞組用較細的導線制成，工作繞組用較粗的導線組成起動繞組中串入特殊的電阻元件136b、電容分相電動機在起動繞組中串入電容，如電容選的恰當，使起動繞組中電流超前主繞組電流90度，使建立一橢圓度較小的旋轉磁場，并產生較大的起動轉矩。接線圖相量圖Te—s曲線137由于起動繞組串入電容后，不僅解決起動問題，而且運行時還能改善功率因數(shù)，這樣輔助繞組投入后，就成為一臺兩相電動機，這種電機稱為電容電動機。如起動完畢后，起動繞組不斷開，一直串著電容運行，這種電機稱為電容運行電動機。電容運行電動機138

2、罩極式電動機（罩極起動）采用其他方法在起動時產生旋轉磁場轉子同一般繞線式電機轉子電機結構：定子：凸極式磁極靴的一邊開一小槽，用短路鋼環(huán)（罩極線圈）把部分磁極罩起來工作繞組工作繞組通入電流i脈振磁通通過短路環(huán)的磁通不通過短路環(huán)的磁通在短路環(huán)中感應電勢EK，產生IK在短路環(huán)中產生罩極環(huán)中總磁通罩極環(huán)中磁通在時間上與未罩部分磁通有一相角罩極環(huán)中磁通在空間上與未罩部分磁通有一相角139由于短路環(huán)的作用使被罩部分的磁通與未罩部分磁通在空間上和時間上都有一定的相位差，于是產生橢圓形旋轉磁場由于旋轉磁場橢圓度較大，所以起動矩小但因結構簡單，多用于小型電扇，電唱機和錄音機中。（功率幾十瓦