第五章 交流電動(dòng)機(jī)

第五章

交流電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性5.1三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造第五章交流電動(dòng)機(jī)工作原理及特性5.2三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理5.3三相異步電動(dòng)機(jī)的電路分析5.4三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性5.5三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)5.6三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速5.7三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)5.8三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)5.9三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇5.11單相異步電動(dòng)機(jī)5.10同步電動(dòng)機(jī)本章要求：1、了解異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；2、熟悉異步電機(jī)的機(jī)械特性；3、掌握異步電機(jī)的啟動(dòng)方式和特點(diǎn)；4、掌握異步電機(jī)的調(diào)速方式和特點(diǎn)；5、懂得如何選用異步電機(jī)；6、了解同步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、啟動(dòng)方式、和調(diào)速方法，以及機(jī)械特性;7、理解三相交流異步電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)的意義。本章知識(shí)點(diǎn)：1、定子旋轉(zhuǎn)磁場的建立；2、影響異步電機(jī)轉(zhuǎn)速的參數(shù)；3、定子繞組的接線方法（Y—Δ）；4、電機(jī)力矩、功率的計(jì)算；5、同步電機(jī)的啟動(dòng)與失步問題。交流電機(jī)是目前應(yīng)用數(shù)量最多，使用范圍最廣泛，性價(jià)比最好，結(jié)構(gòu)最簡單的電機(jī)。除了工業(yè)上應(yīng)用以外，家電中的電機(jī)大部分是交流電機(jī)?？照{(diào)、洗衣機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇等。交流電機(jī)的分類1.交流電機(jī)（定子都是相同的，根據(jù)轉(zhuǎn)子的不同分為）：

永磁轉(zhuǎn)子繞線轉(zhuǎn)子永磁同步電機(jī)（永磁體）同步電機(jī)（定、轉(zhuǎn)子磁場同速）異步電機(jī)（感應(yīng)電機(jī)）勵(lì)磁同步電機(jī)（換成勵(lì)磁）繞線異步電機(jī)（電源換成電阻）鼠籠異步電機(jī)（把電阻去掉）鼠籠轉(zhuǎn)子勵(lì)磁轉(zhuǎn)子三相異步電機(jī)結(jié)構(gòu)機(jī)殼定子繞組1.定子部分:定子鐵心接線盒端蓋軸承機(jī)殼定子繞組定子鐵心接線盒端蓋軸承轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子鐵心軸

繞線電機(jī)鼠籠電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組2.轉(zhuǎn)子部分滑環(huán)轉(zhuǎn)子鐵芯電刷可變電阻1.定子2.轉(zhuǎn)子鼠籠式繞線式5.1

三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造鐵芯：由內(nèi)周有槽的硅鋼片疊成。A----XB----YC----Z三相繞組機(jī)座：鑄鋼或鑄鐵

轉(zhuǎn)子:在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢或電流。2.轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子鐵芯：由外周有槽的硅鋼片疊成。

1)鼠籠式轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)放銅條，端部用短路環(huán)形成一體?；蜩T鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。2)繞線式轉(zhuǎn)子同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。鼠籠式繞線式轉(zhuǎn)子機(jī)座（含定子鐵芯及定子繞組）轉(zhuǎn)子鐵芯鑄鋁鼠籠繞組V’VW’U’UW三相異步機(jī)的結(jié)構(gòu)定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)鑄鋁鼠籠轉(zhuǎn)子繞線轉(zhuǎn)子滑環(huán)鼠籠式電動(dòng)機(jī)與繞線式電動(dòng)機(jī)的的比較：鼠籠式：

結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、工作可靠；不能人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。繞線式：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較貴、維護(hù)工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。5.2三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理5.2.1旋轉(zhuǎn)磁場

定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)AXBYCZ1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生規(guī)定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(?)電流出()電流入AXYCBZ三相電流合成磁

場的分布情況合成磁場方向向下合成磁場旋轉(zhuǎn)60°AXYCBZAXYCBZ合成磁場旋轉(zhuǎn)90°t0600動(dòng)畫90°90°AAXYCBZ分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場

即：一個(gè)電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360°取決于三相電流的相序2.旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向結(jié)論：任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。動(dòng)畫AXBYCZAAXYCBZ0任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線(電路如圖)用磁勢合成方法也可以解析定子磁場旋轉(zhuǎn)原理。在時(shí)序上錯(cuò)開120o電角度的A、B、C三相交流電的磁勢：FA=FφCOS（ωt＋0），F(xiàn)B=FφCOS（ωt＋2л/3）、FC=FφCOS（ωt＋4л/3）當(dāng)t=0時(shí)，F(xiàn)A=Fφ、而FB=FC=Fφ/2他們的合成磁勢與A相磁勢方向同相，大小為Fφ/2（等邊三角形）。合成磁勢F=Fφ3/2。可以證明，在任何時(shí)刻、任何位置，合成磁勢均為Fφ3/2。下面我們用圖解法來分析旋轉(zhuǎn)磁場的建立情況。

0AXYCBZ3.旋轉(zhuǎn)磁場的極對(duì)數(shù)PAXBYCZ當(dāng)三相定子繞組按圖示排列時(shí)，產(chǎn)生一對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，即：C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYCZ

若定子每相繞組由兩個(gè)線圈串聯(lián)

，繞組的始端之間互差60°，將形成兩對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。0極對(duì)數(shù)C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'動(dòng)畫旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對(duì)數(shù)與三相繞組的排列有關(guān)4.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速工頻：旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速取決于磁場的極對(duì)數(shù)p=1時(shí)AXYCBZAXYCBZ0AXYCBZp=2時(shí)0旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與極對(duì)數(shù)p的關(guān)系極對(duì)數(shù)每個(gè)電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與頻率f1和極對(duì)數(shù)p有關(guān)。可見:5.2.2電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理1.轉(zhuǎn)動(dòng)原理AXYCBZ定子三相繞組通入三相交流電方向:順時(shí)針

切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體右手定則感應(yīng)電動(dòng)勢E20旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電流I2旋轉(zhuǎn)磁場左手定則電磁力FF電磁轉(zhuǎn)矩TnF異步電機(jī)的工作原理定子繞組通入三相交流電流旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子電流與磁場作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩運(yùn)轉(zhuǎn)定子磁極定子磁場方向轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁勢方向當(dāng)定子磁場旋轉(zhuǎn)（例如逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)），通過轉(zhuǎn)子線圈的磁通就要減少，根據(jù)楞次定律，這時(shí)閉合線圈就要產(chǎn)生感應(yīng)電流，而且，該感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場總是力圖阻礙原磁場的變化的。由此可確定此時(shí)感應(yīng)磁場磁通的方向是與原磁場的磁通方向一致，如圖所示。異步電機(jī)的工作原理也可以用另一種方式進(jìn)行解析轉(zhuǎn)子線圈（鼠籠條）電流方向定子磁場方向轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁場形成一個(gè)極性確定的電磁鐵，并與定子磁場形成的磁極極性相反，因而互相吸引。當(dāng)定子磁場旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子磁場也跟著旋轉(zhuǎn)。但轉(zhuǎn)子磁場總比定子磁場旋轉(zhuǎn)得慢一些，否則，轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁場不能建立。由于轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場不同步，故稱為異步電機(jī)。另外，根據(jù)工作原理，轉(zhuǎn)子磁極是通過感應(yīng)電流產(chǎn)生，所以，異步電機(jī)又稱為感應(yīng)電機(jī)。轉(zhuǎn)子線圈（鼠籠條）電流方向定子磁極轉(zhuǎn)子感應(yīng)磁勢方向交流電動(dòng)機(jī)的工作原理可以用一句話來描述：轉(zhuǎn)子磁極被定子磁場吸引跟隨定子磁場旋轉(zhuǎn)。5.2.3轉(zhuǎn)差率

旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差稱為轉(zhuǎn)差，轉(zhuǎn)差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率由前面分析可知，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不可能達(dá)到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，即異步電動(dòng)機(jī)如果:無轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢和轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，磁通不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條無轉(zhuǎn)矩因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場間必須要有差別。異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得轉(zhuǎn)差率S【例1】一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速n=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動(dòng)機(jī)的極數(shù)和額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)差率。解：根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知：n0=1000r/min,即p=3【練習(xí)與思考】5.2.1什么是三相電源的相序？就三相異步電動(dòng)機(jī)本身而言，有無相序？額定轉(zhuǎn)差率為5.2.2一臺(tái)兩極異步電機(jī)和一臺(tái)兩對(duì)極的異步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速是否相同？哪一臺(tái)轉(zhuǎn)速快些？5.3三相異步電動(dòng)機(jī)的電路分析

三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系與變壓器類似。定子繞組相當(dāng)于原邊，轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于副邊。變壓器：變化eU1E1=4.44fN1

E2=4.44fN2E1、E2頻率相同，都等于電源頻率。異步電動(dòng)機(jī)每相電路i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f2e——由漏磁通產(chǎn)生的漏磁電動(dòng)勢。（漏磁通是指沒有與轉(zhuǎn)子線圈交鏈產(chǎn)生有效磁作用力的磁通。）5.3.1定子電路1.旋轉(zhuǎn)磁場的磁通異步電動(dòng)機(jī)：旋轉(zhuǎn)磁場切割導(dǎo)體e，

U1

E1=4.44

f1N1每極磁通旋轉(zhuǎn)磁場與定子導(dǎo)體間的相對(duì)速度為n0，所以2.定子感應(yīng)電勢的頻率f1感應(yīng)電勢的頻率與磁場和導(dǎo)體間的相對(duì)速度有關(guān)f1=電源頻率f5.3.2轉(zhuǎn)子電路1.轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2∵定子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對(duì)速度固定，而轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對(duì)速度隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不同而變化定子感應(yīng)電勢頻率f1轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2

轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2旋轉(zhuǎn)磁場切割定子導(dǎo)體和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度不同2.轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢E2E2=4.44f2N2=4.44sf1N2

當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0(S=1)時(shí)，f2最高，且E2最大，有E20=4.44

f1N2轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的感應(yīng)電勢即E2=

sE20

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的感應(yīng)電勢3.轉(zhuǎn)子感抗X2當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0(S=1)時(shí)，f2最高，且X2最大，有X20=2

f1L2即X2=

sX20

4.轉(zhuǎn)子電流I25.轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cos2轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)結(jié)論：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子電路中的各量均與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)，即與轉(zhuǎn)速

n有關(guān)。I2cos2S1I2,5.4三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性5.4.1轉(zhuǎn)矩公式

轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)矩之總和。（為避免與Φ混淆，用ψ代替）常數(shù)，與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)T=N2BLRI2=（N2LR/A）φI2當(dāng)一臺(tái)電機(jī)設(shè)計(jì)好后，N2、L、R、A均不變。令Kt=N2LR/A則T=KtφI2由此得電磁轉(zhuǎn)矩公式由前面分析知：由公式可知電磁轉(zhuǎn)矩公式1.T與定子每相繞組電壓成正比。U1T2.當(dāng)電源電壓U1一定時(shí)，T是S的函數(shù)。3.R2

的大小對(duì)T有影響。繞線式異步電動(dòng)機(jī)可外接電阻來改變轉(zhuǎn)子電阻R2，從而改變轉(zhuǎn)距。5.4.2機(jī)械特性曲線10TS根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式得特性曲線：0T電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)矩。1.額定轉(zhuǎn)矩TN三個(gè)重要轉(zhuǎn)矩0T額定轉(zhuǎn)矩(N?m)如某普通機(jī)床的主軸電機(jī)(Y132M-4型)的額定功率為7.5kw,額定轉(zhuǎn)速為1440r/min,則額定轉(zhuǎn)矩為2.最大轉(zhuǎn)矩Tmax轉(zhuǎn)子軸上機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2不能大于Tmax，否則將造成堵轉(zhuǎn)(停車)。電機(jī)帶動(dòng)最大負(fù)載的能力。令：求得臨界轉(zhuǎn)差率0TTmax將Sm代入轉(zhuǎn)矩公式，可得當(dāng)U1一定時(shí)，Tmax為定值過載系數(shù)(能力)一般三相異步電動(dòng)機(jī)的過載系數(shù)為工作時(shí)必須使T2<Tmax，否則電機(jī)將停轉(zhuǎn)。電機(jī)嚴(yán)重過熱而燒壞。2)Sm與R2有關(guān)，R2Smn。繞線式電機(jī)改變轉(zhuǎn)子附加電阻R′2可實(shí)現(xiàn)調(diào)速。3.起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩。起動(dòng)時(shí)n=0時(shí)，s=12)Tst與R2有關(guān)，適當(dāng)使

R2Tst。對(duì)繞線式電機(jī)改變轉(zhuǎn)子附加電阻

R′2,可使Tst=Tmax

。Tst體現(xiàn)了電動(dòng)機(jī)帶載起動(dòng)的能力。

若

Tst

>T2電機(jī)能起動(dòng)，否則不能起動(dòng)。0TTst起動(dòng)能力機(jī)械特性曲線的四個(gè)特征點(diǎn)

1、理想空載工作點(diǎn)AT=0、n=n0、S=02、

額定工作點(diǎn)BT=TN、n=nN、S=SN

3、

啟動(dòng)工作點(diǎn)CT=Tst、n=0、S=14、臨界工作點(diǎn)DT=Tmax、n=nm、S=Sm

0TnMABCD4.電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動(dòng)調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。

自適應(yīng)負(fù)載能力是電動(dòng)機(jī)區(qū)別于其它動(dòng)力機(jī)械的重要特點(diǎn)（如：柴油機(jī)當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，必須由操作者加大油門，才能帶動(dòng)新的負(fù)載）。此過程中，n、sE2,I2

I1電源提供的功率自動(dòng)增加。T2sT’2>TT=T′2nT

T′2達(dá)到新的平衡T20T常用特性段5.U1和R2變化對(duì)機(jī)械特性的影響1)

U1變化對(duì)機(jī)械特性的影響UTmTst0TT22)R2變化對(duì)機(jī)械特性的影響T0R2Tstn硬特性：負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化不大，運(yùn)行特性好。軟特性：負(fù)載增加時(shí)轉(zhuǎn)速下降較快，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)特性好。2)R2變化對(duì)機(jī)械特性的影響

不同場合應(yīng)選用不同的電機(jī)。如金屬切削，選硬特性電機(jī)；重載起動(dòng)則選軟特性電機(jī)。T0R2Tstn硬特性：負(fù)載變化時(shí)，轉(zhuǎn)速變化不大，運(yùn)行特性好。軟特性：負(fù)載增加時(shí)轉(zhuǎn)速下降較快，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)特性好。5.5三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)5.5.1起動(dòng)性能起動(dòng)問題：起動(dòng)電流大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。

一般中小型鼠籠式電機(jī)起動(dòng)電流為額定電流的5~7倍;電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的(1.0~2.2)倍。大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響其他負(fù)載工作頻繁起動(dòng)時(shí)造成熱量積累，使電機(jī)過熱后果：原因：起動(dòng)：

n=0，S=1,接通電源。起動(dòng)時(shí)，n=0，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線速度很大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子電流定子電流

5.5.2起動(dòng)方法1.直接起動(dòng)

二、三十千瓦以下的異步電動(dòng)機(jī)一般都采用直接起動(dòng)。2.降壓起動(dòng)：星形-三角形(Y－)換接起動(dòng)自耦降壓起動(dòng)（適用于鼠籠式電動(dòng)機(jī)）3.轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)。（適用于繞線式電動(dòng)機(jī)）以下介紹降壓起動(dòng)和轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)。設(shè)：電機(jī)每相阻抗為|Z|

1.降壓起動(dòng)(1)Y－換接起動(dòng)AZBYXC+－正常運(yùn)行ABCXYZ+－

起動(dòng)

降壓起動(dòng)時(shí)的電流為直接起動(dòng)時(shí)的Y－起動(dòng)器接線簡圖L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1△動(dòng)觸點(diǎn)Y動(dòng)觸點(diǎn)靜觸點(diǎn)Y－起動(dòng)器接線簡圖Y起動(dòng)L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1

起動(dòng)UPU1+＿Ul+＿U2V1V2W1W2Y－起動(dòng)器接線簡圖工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2正常運(yùn)行Ul+＿U1V1V2W1W2(a)僅適用于正常運(yùn)行為三角形接法的電機(jī)。

(b)Y－起動(dòng)Y－換接起動(dòng)適合于空載或輕載起動(dòng)的場合Y-換接起動(dòng)應(yīng)注意的問題Ul正常運(yùn)行AZBYXC+＿UP

起動(dòng)ABCXYZ+＿Ul+＿(2)自耦降壓起動(dòng)L1L3L2FUQQ2下合：接入自耦變壓器，降壓起動(dòng)。Q2上合：切除自耦變壓器，全壓工作。合刀閘開關(guān)QQ2

自耦降壓起動(dòng)適合于容量較大的或正常運(yùn)行時(shí)聯(lián)成Y形不能采用Y－起動(dòng)的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。RRR滑環(huán)電刷定子轉(zhuǎn)子起動(dòng)時(shí)將適當(dāng)?shù)腞串入轉(zhuǎn)子電路中，起動(dòng)后將R短路。起動(dòng)電阻

2.繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)?

若R2選得適當(dāng)，轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)既可以降低起動(dòng)電流，又可以增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。常用于要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機(jī)械上。R2-TTst

-T0轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)的特點(diǎn)

方法：任意調(diào)換電源的兩根進(jìn)線，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)電源~ABCM3~ABC電源~M3~【例5.5.1】1)解:

一臺(tái)Y225M-4型的三相異步電動(dòng)機(jī)，定子繞組△型連接，其額定數(shù)據(jù)為：P2N=45kWnN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：

1)額定電流IN?2)額定轉(zhuǎn)差率SN?3)額定轉(zhuǎn)矩

TN、最大轉(zhuǎn)矩Tmax、和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩TN

2）由nN=1480r/min，可知p=2（四極電動(dòng)機(jī)）3）解：在上例中（1）如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩為510.2N?m，試問在U=UN和U'=0.9UN兩種情況下電動(dòng)機(jī)能否起動(dòng)？（2）采用Y-換接起動(dòng)時(shí)，求起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。又當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的80%和50%時(shí)，電動(dòng)機(jī)能否起動(dòng)？

1）在U=UN時(shí)

Tst=551.8N?m>510.2N.m不能起動(dòng)

2）Ist=7IN=784.2=589.4A

在U'=0.9UN時(shí)能起動(dòng)【例5.5.2】在80%額定負(fù)載時(shí)不能起動(dòng)在50%額定負(fù)載時(shí)可以起動(dòng)3)【例5.5.3】對(duì)例8.5.1中的電動(dòng)機(jī)采用自耦變壓器降壓起動(dòng)，設(shè)起動(dòng)時(shí)加到電動(dòng)機(jī)上的電壓為額定電壓的64%，求這時(shí)的線路起動(dòng)電流Ist“和電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst'。解：設(shè)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電壓為U'，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流為Ist'依據(jù)變壓器的原、副邊電壓電流關(guān)系，可求得線路起動(dòng)電流Ist"采用自耦降壓法起動(dòng)時(shí)，若加到電動(dòng)機(jī)上的電壓與額定電壓之比為x，則線路起動(dòng)電流Ist"為電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)距Tst′為結(jié)論：【練習(xí)與思考】5.5.1三相異步電動(dòng)機(jī)在滿載和空載下條件起動(dòng)時(shí),起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)距是否一樣？5.5.2繞線式電動(dòng)機(jī)采用轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)時(shí)，所串電阻愈大，起動(dòng)轉(zhuǎn)距是否也愈大？5.6.1變頻調(diào)速(無級(jí)調(diào)速)

f=50Hz逆變器M3~整流器f1、U1可調(diào)+–~變頻調(diào)速方法恒轉(zhuǎn)距調(diào)速（f1<f1N）恒功率調(diào)速（f1>f1N）頻率調(diào)節(jié)范圍：0.01~幾百赫茲三種電氣調(diào)速方法5.6三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速頻率變化對(duì)機(jī)械特性的影響f0TTstX20Tstn1n2

變頻調(diào)速速度剛性不變，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，可實(shí)現(xiàn)無級(jí)平滑調(diào)速,調(diào)速性能優(yōu)異，是目前異步電機(jī)最理想的調(diào)速方法。f5.6.2變極調(diào)速(有級(jí)調(diào)速)A1X1A2X2iiP=2··A1A2X1X2··NNSSA1X1A2X2ii??P=1采用變極調(diào)速方法的電動(dòng)機(jī)稱作雙速電機(jī)，由于調(diào)速時(shí)其轉(zhuǎn)速呈跳躍性變化，因而只用在對(duì)調(diào)速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床等機(jī)床上。A1··A2X1X2SNT00TS5.6.3變轉(zhuǎn)差率調(diào)速(無級(jí)調(diào)速)

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是繞線式電動(dòng)機(jī)特有的一種調(diào)速方法。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速平滑、設(shè)備簡單投資少，缺點(diǎn)是能耗較大。這種調(diào)速方式廣泛應(yīng)用于各種提升、起重設(shè)備中。nn'??TLTLS'S??5.7三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)5.7.1能耗制動(dòng)制動(dòng)方法機(jī)械制動(dòng)電氣制動(dòng)能耗制動(dòng)反接制動(dòng)發(fā)電反饋制動(dòng)

在斷開三相電源的同時(shí)，給電動(dòng)機(jī)其中兩相繞組通入直流電流，直流電流形成的固定磁場與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子作用，產(chǎn)生了與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)距（制動(dòng)轉(zhuǎn)距），使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。nF轉(zhuǎn)子Tn0=0

M3~+-運(yùn)轉(zhuǎn)制動(dòng)?RP5.7.2反接制動(dòng)停車時(shí)，將接入電動(dòng)機(jī)的三相電源線中的任意兩相對(duì)調(diào)，使電動(dòng)機(jī)定子產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，從而獲得所需的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

M3~運(yùn)轉(zhuǎn)制動(dòng)?nF轉(zhuǎn)子Tn05.7.3發(fā)電反饋制動(dòng)

當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距作用方向發(fā)生變化，由驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)距變?yōu)橹苿?dòng)轉(zhuǎn)距。電動(dòng)機(jī)進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)將外力作用于轉(zhuǎn)子的能量轉(zhuǎn)換成電能回送給電網(wǎng)。nF轉(zhuǎn)子Tn0n>n05.8三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)1.型號(hào)

磁極數(shù)(極對(duì)數(shù)p=2)例如：Y132M－4

用以表明電動(dòng)機(jī)的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機(jī)座長度代號(hào)機(jī)座中心高（mm）三相異步電動(dòng)機(jī)表8.8.1中列出了各種電動(dòng)機(jī)的系列代號(hào)。2、定子繞組的端部連接(1)、出線端的排列我國電工專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)交流電機(jī)的繞組接線端有專門的規(guī)定：三相繞組的首端分別用U1、V1、W1、表示，末端用U2、V2、W2表示。接線盒定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y接法W1U1V1W2U2V2接法(2)、Y型連接：把三相電機(jī)定子的三相繞組AX、BY、CZ，的首端A、B、C分別與電源連接，末端X、Y、Z并接后與電源的零線接在一起（或不接）的接法稱為Y型接法。(3)、△型連接：把定子的三相繞組AX、BY、CZ，的首端A、B、C分別與另外一相的末端連接，三個(gè)接點(diǎn)再與電源連接在一起的接法稱為△型接法。三角形接法相電壓即線電壓星形接法的線電壓星形接法的相電壓星形接法相電流即線電流(4)、相電壓（流）與線電壓（流）的關(guān)系相電壓：加在一相繞組的兩端的電壓。線電壓：兩根電源線之間的電壓。相電流：流過一相繞組的電流。線電流：流過兩根電源線的電流。對(duì)Y型連接：相電流即線電流，

I線=I相線電壓V線=√3V相對(duì)△型連接：相電壓即線電壓，

V線=V相線電流I線=√3I相。三角形接法的線電流三角形接法的相電流3.電壓例如：380/220V、Y/是指線電壓為380V時(shí)采用Y接法；線電壓為220V時(shí)采用接法。說明：一般規(guī)定，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電壓不能高于或低于額定值的5%。因?yàn)樵陔妱?dòng)機(jī)滿載或接近滿載情況下運(yùn)行時(shí)，電壓過高或過低都會(huì)使電動(dòng)機(jī)的電流大于額定值,從而使電動(dòng)機(jī)過熱。電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組上應(yīng)加的線電壓值。三相異步電動(dòng)機(jī)的額定電壓有380V.3000V,及6000V等多種。4.電流例如：Y/6.73/11.64A

表示星形接法下電機(jī)的線電流為6.73A；三角接法下線電流為11.64A。兩種接法下相電流均為6.73A。

5.功率與效率鼠籠電機(jī)

=72－93％電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)定子繞組的線電流值。額定功率是指電機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械功率P2，它不等于從電源吸取的電功率P1。注意：實(shí)用中應(yīng)選擇合適容量的電機(jī)，防止出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。6.功率因數(shù)PNP2cos三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)較低，在額定負(fù)載時(shí)約為0.7~0.9。空載時(shí)功率因數(shù)很低，只有0.2~0.3。額定負(fù)載時(shí)，功率因數(shù)最高。7.額定轉(zhuǎn)速電機(jī)在額定電壓、額定負(fù)載下運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。如：n

N=1440轉(zhuǎn)/分

sN=0.048.絕緣等級(jí)指電機(jī)絕緣材料能夠承受的極限溫度等級(jí)，分為A、E、B、F、H五級(jí)，A級(jí)最低(105oC)，H級(jí)最高(180oC)?！揪毩?xí)與思考】5.8.1電動(dòng)機(jī)的額定功率是指輸出機(jī)械功率，還是輸入電功率？額定電壓是指線電壓，還是相電壓？額定電流是指線電流，還是相電流？功率因數(shù)cos的是定子相電流與相電壓的相位差，還是線電流與線電壓的相位差？5.8.2有些三相異步電動(dòng)機(jī)有380/220V兩種額定電壓，定子繞組可以聯(lián)成星形，也可以聯(lián)成三角形。試問在什么情況下采用這種或那種連接方法？采用這種連接方法時(shí)，電動(dòng)機(jī)的額定相電流、線電流、效率、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)速等有無變化？5.8.3在電源電壓不變的情況下，如果電動(dòng)機(jī)的三角形聯(lián)接誤接成星形聯(lián)接，或者星形聯(lián)接誤接成三角形聯(lián)接，其后果如何？5.8.4Y112-4型三相異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)如下：

4kW380V△接法1440r/min

cos0.8282.5Tst/TN2.2

Ist/IN7.0Tmax/TN2.2

試求:(1)額定轉(zhuǎn)差率SN；(2)額定電流IN；(3)起動(dòng)電流Ist；(4)額定轉(zhuǎn)距TN；(5)起動(dòng)轉(zhuǎn)距Tst；(6)最大轉(zhuǎn)距Tmax；(7)額定輸入功率P1。5.9.1功率的選擇功率選得過大不經(jīng)濟(jì)，功率選得過小電動(dòng)機(jī)容易因過載而損壞。1.對(duì)于連續(xù)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，所選功率應(yīng)等于或略大于生產(chǎn)機(jī)械的功率。2.對(duì)于短時(shí)工作的電動(dòng)機(jī)，允許在運(yùn)行中有短暫的過載，故所選功率可等于或略小于生產(chǎn)機(jī)械的功率。5.9三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇5.9.2種類和型式的選擇1.種類的選擇一般應(yīng)用場合應(yīng)盡可能選用鼠籠式電動(dòng)機(jī)。只有在需要調(diào)速、不能采用鼠籠式電動(dòng)機(jī)的場合才選用繞線式電動(dòng)機(jī)。2.結(jié)構(gòu)型式的選擇根據(jù)工作環(huán)境的條件選擇不同的結(jié)構(gòu)型式，如開啟式、防護(hù)式、封閉式電動(dòng)機(jī)。5.9.3電壓和轉(zhuǎn)速的選擇根據(jù)電動(dòng)機(jī)的類型、功率以及使用地點(diǎn)的電源電壓來決定。Y系列鼠籠電動(dòng)機(jī)的額定電壓只有380V一個(gè)等級(jí)。大功率電動(dòng)機(jī)才采用3000V和6000V。5.10同步電動(dòng)機(jī)把異步電機(jī)的的轉(zhuǎn)子材料改為永磁體或改成勵(lì)磁結(jié)構(gòu)，即成為永磁同步電機(jī)或勵(lì)磁同步電機(jī)。5.10.1同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)5.10.2同步電動(dòng)機(jī)的工作原理給電樞繞組（定子繞組）通進(jìn)對(duì)稱三相交流電流，使氣隙中產(chǎn)生電樞旋轉(zhuǎn)磁場，其旋轉(zhuǎn)速度為同步轉(zhuǎn)速。給轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組中通入直流電流使轉(zhuǎn)子形成一個(gè)極性固定、極對(duì)數(shù)與電樞旋轉(zhuǎn)磁場相同的直流勵(lì)磁磁場。這兩個(gè)磁場的相互吸引，使轉(zhuǎn)子被電樞旋轉(zhuǎn)磁場拖著以同步轉(zhuǎn)速n0一起旋轉(zhuǎn)。5.10.3同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與機(jī)械特性同步電機(jī)轉(zhuǎn)速與異步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速相同，由于同步電機(jī)沒有滑差，同步轉(zhuǎn)速即為實(shí)際轉(zhuǎn)速。n=nN=n0=60f/p

同步電動(dòng)機(jī)具有恒定轉(zhuǎn)速的特性，它的轉(zhuǎn)速不隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩而變化，其機(jī)械特性是一條過n0與轉(zhuǎn)矩T平行的直線。n0nT5.10.4勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)

由于勵(lì)磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流可調(diào)，因此勵(lì)磁同步電機(jī)的反電勢可變。反電勢E與端電壓U的關(guān)系會(huì)出現(xiàn)下面三種情況：1、勵(lì)磁電流較小，E<U（稱為欠勵(lì)COS<1)2、勵(lì)磁電流合適，E=U(稱為正常勵(lì)COS=1)

3、勵(lì)磁電流過大，E>U(稱為過勵(lì)COS<1)

正常勵(lì)EEE欠勵(lì)過勵(lì)UΔUUUΔU5.10.5同步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

分析：若將靜止不動(dòng)的同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子先勵(lì)磁，再給定子通入三相交流電，轉(zhuǎn)子形成固定不變的磁極，電樞磁場按同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電樞磁場比轉(zhuǎn)子磁極超前時(shí)，將拖動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，由于轉(zhuǎn)子存在著慣性，而電樞磁場轉(zhuǎn)速又很快，θ在180°電角度內(nèi)，電樞磁場不能及時(shí)將轉(zhuǎn)子拉入同步，而θ超過180°電角度后，電樞磁場與轉(zhuǎn)子磁極的相互作用由吸力變成斥力，于是在一個(gè)周期內(nèi)，電磁轉(zhuǎn)矩的平均值為零。因此，同步電動(dòng)機(jī)不能直接起動(dòng)。

間接起動(dòng)：通過其它機(jī)械（原動(dòng)機(jī)）將同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速，然后定子電樞繞組接三相交流電，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組通入勵(lì)磁電流，通過機(jī)械離合器脫開原動(dòng)機(jī)并帶上機(jī)械負(fù)載，同步電動(dòng)機(jī)進(jìn)入正常的電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)工作。

異步起動(dòng)：依靠同步電動(dòng)機(jī)磁極上的起動(dòng)繞組（類似鼠籠繞組）起動(dòng)。起動(dòng)時(shí)，將轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)一個(gè)5～10倍勵(lì)磁繞組電阻值的電阻，定子接入三相交流電，起動(dòng)繞組以異步機(jī)的原理起動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速時(shí)，勵(lì)磁繞組通過轉(zhuǎn)換開關(guān)斷開串聯(lián)的電阻，接入正常勵(lì)磁電流，此時(shí)由于電樞磁場與勵(lì)磁磁場的相對(duì)轉(zhuǎn)速很小，轉(zhuǎn)子在電樞磁場的作用下將被拉入同步。拉入同步后的電動(dòng)機(jī)就可帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載正常工作。變頻起動(dòng)：依靠變頻器逐步提高頻率拖動(dòng)同步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)。起動(dòng)方法：主要有間接起動(dòng)、異步起動(dòng)和變頻起動(dòng)。

5.10.6同步電動(dòng)機(jī)的功角變化與失步同步電機(jī)負(fù)載變化雖然不會(huì)引起轉(zhuǎn)速變化，但功角卻發(fā)生變化，負(fù)載越大功角越大。功角：轉(zhuǎn)子磁場與定子磁勢的夾角。失步：當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩時(shí)，功角超過90o電角，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速跟不上定子旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速稱為失步。同步電機(jī)一旦失步，即使負(fù)載消失轉(zhuǎn)速也不能恢復(fù)，而且失步電流很大。

單相異步電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用于電動(dòng)工具、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)、電風(fēng)扇等小功率電器中。單相異步電動(dòng)機(jī)的定子中放置單相繞組,轉(zhuǎn)子一般用鼠籠式。定子繞組中通入單相交流電后,形成脈動(dòng)磁場，若不采取措施，將無法獲得所需的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。定子定子繞組轉(zhuǎn)子AA'NS5.11.1單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理5.11單相異步電動(dòng)機(jī)

定子繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場，可用正、反兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場合成來等效。即

+

-mt=

+

-=脈動(dòng)磁場的分解④⑥⑧⑧③⑦⑦⑨⑨⑥⑤②①