机电传动控制第2章-驱动用电动机课件.ppt

1、第第2章章 驱动用电动机驱动用电动机学习目标学习目标 了解直流电动机的基本结构和特点了解直流电动机的基本结构和特点熟悉三相异步电动机的铭牌数据含义熟悉三相异步电动机的铭牌数据含义熟练掌握三相异步电动机的结构组成和机械特性熟练掌握三相异步电动机的结构组成和机械特性 掌握三相异步电动机的选用与维护技能掌握三相异步电动机的选用与维护技能2.1电动机的分类与应用电动机的分类与应用 2.1.1电动机的分类电动机的分类 电动机是将电能转换成机械能的设备。可从电动机的用途、电源种电动机是将电能转换成机械能的设备。可从电动机的用途、电源种类、结构形式、运转特点等多个角度对电动机进行分类。类、结构形式、运转特点

2、等多个角度对电动机进行分类。图图2-1 按照电动机的用途分类按照电动机的用途分类1.按照电动机的用途分类按照电动机的用途分类2.按照电动机的工作电源种类分类按照电动机的工作电源种类分类图图2-2 按电动机的工作电源种类分类按电动机的工作电源种类分类3.按照电动机的结构和工作原理分类按照电动机的结构和工作原理分类图图2-3 按照电动机的结构和工作原理分类按照电动机的结构和工作原理分类4.按照电动机的按照电动机的起动起动与运行方式分类与运行方式分类图图2-4 按照电动机的按照电动机的起动起动与运行方式分类与运行方式分类5.按照电动机的转子的结构分类按照电动机的转子的结构分类图图2-5 按照电动机的

3、转子的结构分类按照电动机的转子的结构分类6.按照电动机的运转速度分类按照电动机的运转速度分类图图2-6 按照电动机的运转速度分类按照电动机的运转速度分类2.1.2电动机的功用电动机的功用1.驱动生产机械驱动生产机械 异步电动机是各类电动机中应用最为广泛的一种。在我异步电动机是各类电动机中应用最为广泛的一种。在我国，异步电动机的用电量约占总负荷的国，异步电动机的用电量约占总负荷的60以上。在工业生以上。在工业生产领域，三相异步电动机作为生产机械的驱动用电动机（原产领域，三相异步电动机作为生产机械的驱动用电动机（原动机），应用极为普遍。动机），应用极为普遍。2.执行控制任务执行控制任务 在机电传动

4、系统中，为了实现高效和精益生产，大量采在机电传动系统中，为了实现高效和精益生产，大量采用电动机执行控制任务。在自动控制系统中作为测量和比较用电动机执行控制任务。在自动控制系统中作为测量和比较元件、放大元件、执行和计算元件的电动机统称为控制用电元件、放大元件、执行和计算元件的电动机统称为控制用电动机。动机。在性能的要求上，对于驱动用电动机着重于在性能的要求上，对于驱动用电动机着重于起动起动过程中过程中和运转状态下的性能指标，而对于控制用电动机，则着重于和运转状态下的性能指标，而对于控制用电动机，则着重于输出量的大小，输出特性的精确度和灵敏度，工作的稳定性输出量的大小，输出特性的精确度和灵敏度，工

5、作的稳定性及输出特性的线性度等方面。及输出特性的线性度等方面。2.2三相异步电动机的结构与工作原理三相异步电动机的结构与工作原理2.2.1 概述概述 由于异步电动机（由于异步电动机（Asynchronous machines）的转子）的转子绕组电流是基于电磁感应原理产生的，因此，异步电动机又绕组电流是基于电磁感应原理产生的，因此，异步电动机又称感应电动机（称感应电动机（Induction machines）。）。异步电动机按照转子的结构不同，分为笼异步电动机按照转子的结构不同，分为笼型异步电动机型异步电动机和绕线和绕线转子异步电动机转子异步电动机两种。两种。1.异步电动机的工作特点异步电动机的

6、工作特点 异步电动机的转子绕组不需与其他电源相连，其定子绕异步电动机的转子绕组不需与其他电源相连，其定子绕组电流直接取自交流电力系统。异步电动机的结构简单，制组电流直接取自交流电力系统。异步电动机的结构简单，制造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。造、使用、维护方便，运行可靠性高，重量轻，成本低。异步电动机还容易按不同环境条件的要求，派生出各种异步电动机还容易按不同环境条件的要求，派生出各种系列产品。系列产品。异步电动机的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转异步电动机的转速与其旋转磁场的同步转速有固定的转差率，因而其调速性能较差，在要求有较宽广的平滑调速范差率，因而其调速性能较差，

7、在要求有较宽广的平滑调速范围的使用场合（如围的使用场合（如驱驱动轧动轧钢钢机、卷扬机、大型机床等），不机、卷扬机、大型机床等），不如直流电动机经济、方便。如直流电动机经济、方便。此外，异步电动机运行时，需要从电力系统中吸取无功此外，异步电动机运行时，需要从电力系统中吸取无功功率以励磁，这会导致电力系统的功率因数变差。功率以励磁，这会导致电力系统的功率因数变差。因此，在大功率、低转速场合（如因此，在大功率、低转速场合（如驱动驱动球磨机、大型压球磨机、大型压缩机等）不如用同步电动机合理。缩机等）不如用同步电动机合理。异步电动机具有接近恒速的负载特性，能满足大多数工异步电动机具有接近恒速的负载特性，

8、能满足大多数工农业生产机械的农业生产机械的驱驱动要求。动要求。2.异步电动机的应用异步电动机的应用 由于异步电动机生产量大、使用面广，要求其必须有繁由于异步电动机生产量大、使用面广，要求其必须有繁多的品种、规格与各种机械配套。因此，异步电动机的设计、多的品种、规格与各种机械配套。因此，异步电动机的设计、生产特别要注意标准化、系列化、通用化。生产特别要注意标准化、系列化、通用化。在各类系列产品中，以产量最大、使用最广的三相异步在各类系列产品中，以产量最大、使用最广的三相异步电动机系列为基本系列。此外，还有若干派生系列（在基本系电动机系列为基本系列。此外，还有若干派生系列（在基本系列基础上作部分改

9、变导出的系列）、专用系列（为特殊需要设列基础上作部分改变导出的系列）、专用系列（为特殊需要设计的具有特殊结构的系列）。计的具有特殊结构的系列）。异步电动机的种类繁多，有异步电动机的种类繁多，有YB系列防爆型三相异步电动系列防爆型三相异步电动机，机，YS系列小功率分马力三相异步电动机，系列小功率分马力三相异步电动机，Y、Y2、Y3系列系列三相异步电动机，三相异步电动机，YX3、YE2系列高效率三相异步电动机，系列高效率三相异步电动机，YE3系列超高效率三相异步电动机，系列超高效率三相异步电动机，YZTE3系列铸铜转子超系列铸铜转子超高效率三相异步电动机，高效率三相异步电动机，YVF2、YVF3系

10、列变频调速电动机系列变频调速电动机等。等。2.2.2三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构 三相异步电动机的基本结构均由定子和转子这两大基本部分组成，三相异步电动机的基本结构均由定子和转子这两大基本部分组成，在定子和转子之间具有一定的气隙。此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊在定子和转子之间具有一定的气隙。此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件。环等其他附件。图图2-7（a）三相笼型异步电动机结构图三相笼型异步电动机结构图图图2-7（b）绕线转子异步电动机绕线转子异步电动机图图2-8 三相异步电动机主要部件的拆分图三相异步电动机主要部件的拆分图1定子定子 定子（定子（stator）是用来产

11、生旋转磁场的。三相电动机的）是用来产生旋转磁场的。三相电动机的定子一般由外壳、定子铁心、定子绕组等部分组成。定子一般由外壳、定子铁心、定子绕组等部分组成。（1）外壳）外壳 三相三相异步异步电动机外壳包括机座、端盖、轴承盖、接线盒电动机外壳包括机座、端盖、轴承盖、接线盒及吊环等部件。及吊环等部件。三相三相异步异步电动机电动机的的外壳外壳（2）定子铁心）定子铁心 异步电动机异步电动机定子铁心是电动定子铁心是电动机磁路的一部分，机磁路的一部分，由由0.35mm0.5mm厚的、表厚的、表面涂有绝缘漆的面涂有绝缘漆的硅钢片（图硅钢片（图3-9）叠压而成。叠压而成。图图2-9 硅钢片硅钢片 由于硅钢片较薄

12、而且由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，可片与片之间是绝缘的，可减少由于交变磁通通过而减少由于交变磁通通过而引起的铁心涡流损耗。铁引起的铁心涡流损耗。铁心内圆有均匀分布的槽口，心内圆有均匀分布的槽口，用于嵌放定子绕圈（图用于嵌放定子绕圈（图2-10）。）。（a）定子铁心（嵌入部分绕组）定子铁心（嵌入部分绕组）（b）定子铁心（绕组嵌放完毕）定子铁心（绕组嵌放完毕）图图2-10 定子铁心示意图定子铁心示意图（3）定子绕组）定子绕组 定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相定子绕组是三相电动机的电路部分，三相电动机有三相绕组，通入三相对称电流时，就会产生旋转磁场。绕组，通入三相对称电流时，

13、就会产生旋转磁场。三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由三相绕组由三个彼此独立的绕组组成，且每个绕组又由若干线圈连接而成。每个绕组即为一相，每个绕组在空间相若干线圈连接而成。每个绕组即为一相，每个绕组在空间相差差120电角度。电角度。定子绕组的线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制而成定子绕组的线圈由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制而成（图（图2-11）。）。中、小型三相电动机多采用圆漆包线，大、中型三相电中、小型三相电动机多采用圆漆包线，大、中型三相电动机的定子线圈则用较大截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制后，动机的定子线圈则用较大截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制后，再按一定规律嵌入定子铁心槽内。再按一

14、定规律嵌入定子铁心槽内。（a）定子绕组（由绝缘铜导线绕制而成）定子绕组（由绝缘铜导线绕制而成）图图2-11 定子绕组定子绕组（b）定子绕组（由绝缘铝导线绕制而成）定子绕组（由绝缘铝导线绕制而成）图图2-11 定子绕组定子绕组 定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端分别标定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端分别标为为U1、V1、W1，末端分别标为，末端分别标为U2、V2、W2。这六个出。这六个出线端在接线盒里的排列如图线端在接线盒里的排列如图2-12所示，可以接成星形或三角形。所示，可以接成星形或三角形。（a）星形连接）星形连接 （b）三角形连接）三角形连接图图2-12 定子绕组的

15、联结示意图定子绕组的联结示意图2转子转子 转子（图转子（图2-13）是用于）是用于输出电磁转矩的，主要由转输出电磁转矩的，主要由转子铁心、转子绕组及转子轴子铁心、转子绕组及转子轴组成。组成。电动机转子电动机转子 电动机转子电动机转子 转子铁心（图转子铁心（图2-14）是用）是用0.5mm厚的硅钢片叠压而成的，厚的硅钢片叠压而成的，套在转子轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁套在转子轴上，作用和定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，一方面用来安放转子绕组。定子铁心的特点是路的一部分，一方面用来安放转子绕组。定子铁心的特点是内圆开槽，而转子铁心的特点是外圆开槽。内圆开槽，而转子铁心的

16、特点是外圆开槽。图图2-14 转子铁心转子铁心（2）转子绕组）转子绕组 异步电动机的转子绕组分为绕线式与笼异步电动机的转子绕组分为绕线式与笼型型两种，由此分两种，由此分为绕线转子异步电动机与笼为绕线转子异步电动机与笼型型异步电动机。异步电动机。1）绕线式转子绕组。）绕线式转子绕组。绕线式转子绕组与绕线式转子绕组与定子绕组一样，也定子绕组一样，也是一个三相对称绕是一个三相对称绕组，一般接成星形，组，一般接成星形，三相引出线分别接三相引出线分别接到转子轴上的三个到转子轴上的三个与转子轴绝缘的集与转子轴绝缘的集电环上，通过电刷电环上，通过电刷装置与外电路相连装置与外电路相连（图（图2-15）。图图2

17、-15 绕线式转子绕组绕线式转子绕组 如图如图2-16所示，绕线式转子绕组可以与外串电阻器连接，所示，绕线式转子绕组可以与外串电阻器连接，便于实现电动机的串电阻便于实现电动机的串电阻减减压压起动起动和调速。但在正常工作时，和调速。但在正常工作时，一般需将外接的电阻器短路。一般需将外接的电阻器短路。图图2-16 绕线式转子绕组与外串电阻器的连接绕线式转子绕组与外串电阻器的连接1集电环；集电环；2电刷；电刷；3变阻器变阻器2）笼笼型型转子绕组。转子绕组。为简化结构，为简化结构，可以铜质导条（铜条）作为绕组，在转子铁心可以铜质导条（铜条）作为绕组，在转子铁心的每一个槽中插入一根铜条，在铜条两端各用一

18、个铜环（称的每一个槽中插入一根铜条，在铜条两端各用一个铜环（称为端环）把导条连接起来，称为铜排转子，如图为端环）把导条连接起来，称为铜排转子，如图2-17所示。所示。由于这种结构与关松鼠的笼子（图由于这种结构与关松鼠的笼子（图2-18）非常相似，故）非常相似，故称笼称笼型型转子。相应地，采用笼转子。相应地，采用笼型型转子的电动机，就称为转子的电动机，就称为笼型笼型电动机（电动机（图图2-19和图和图2-20），亦称亦称鼠笼式电动机。鼠笼式电动机。图图2-17铜排转子铜排转子图图2-18 关松鼠的笼子关松鼠的笼子图图2-19 笼笼型型电动机（电动机（1）图图2-20 笼笼型型电动机（电动机（2）

19、由于铜的价格高，为降低制造成本，可以以铝代铜，用由于铜的价格高，为降低制造成本，可以以铝代铜，用铸铝的方法，把转子导条和端环、风扇叶片用铝液一次浇铸铸铝的方法，把转子导条和端环、风扇叶片用铝液一次浇铸而成，称为铸铝转子，如图而成，称为铸铝转子，如图2-21和图和图2-22所示。所示。图图2-21 铸铝转子（未装输出轴）铸铝转子（未装输出轴）100kW以下的异步电动机一般采用铸铝转子。以下的异步电动机一般采用铸铝转子。图图2-22 铸铝转子的结构（装有输出轴）铸铝转子的结构（装有输出轴）3其他部分其他部分 其他部分包括端盖其他部分包括端盖（支撑转子轴支撑转子轴、起防护作用起防护作用）、风扇、风扇

20、（用来强制通风，冷却电动机用来强制通风，冷却电动机）等部件）等部件。三相异步电动机的定子与转子之间的空气间隙，简称气三相异步电动机的定子与转子之间的空气间隙，简称气隙，一般仅为隙，一般仅为0.21.5mm。气隙太大，电动机运行时的功率。气隙太大，电动机运行时的功率因数降低；气隙太小，使装配困难，运行不可靠，高次谐波因数降低；气隙太小，使装配困难，运行不可靠，高次谐波磁场增强，从而使附加损耗增加以及使磁场增强，从而使附加损耗增加以及使起动起动性能变差。性能变差。2.2.3三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理1.旋转磁场的产生旋转磁场的产生 当将电动机的三相定子绕组通入式当将电动机的三

21、相定子绕组通入式2-1所示的对称的三所示的对称的三相电流（图相电流（图2-23）时，在不同时刻，三相交流电流产生的合）时，在不同时刻，三相交流电流产生的合成磁场如图成磁场如图2-24所示。所示。tIimsin1)120sin(2tIim)120sin(3tIim式中，式中，、A、B、C三相定子绕组中的电流瞬时值，三相定子绕组中的电流瞬时值，A；A、B、C三相定子绕组中的电流有效值，三相定子绕组中的电流有效值，A；电角速度，电角速度，rad/s；时间，时间，s。1i2i3imIt式式2-1tIimsin1)120sin(2tIim)120sin(3tIim图图2-23 三相电流三相电流 a)t=

22、0O 时时,=0，0，0图图2-24 三相交流电流产生的合成磁场三相交流电流产生的合成磁场1i2i3i b)t=120O 时时,0，=0，0图图2-24 三相交流电流产生的合成磁场三相交流电流产生的合成磁场1i2i3i c)t=240O 时时,0，0，=0 图图2-24 三相交流电流产生的合成磁场三相交流电流产生的合成磁场1i2i3i d)t=360O 时时,=0，0，0图图2-24 三相交流电流产生的合成磁场三相交流电流产生的合成磁场1i2i3i 由图由图2-24可知，三相交流电流产生的合成磁场是一个旋可知，三相交流电流产生的合成磁场是一个旋转的磁场，在一个电流周期内，旋转磁场在电磁空间内转

23、过转的磁场，在一个电流周期内，旋转磁场在电磁空间内转过360。旋转磁场的旋转方向，取决于三相电流的相序。旋转磁场的旋转方向，取决于三相电流的相序。任意调换两根电源进线，旋转磁场的方向即发生改变，任意调换两根电源进线，旋转磁场的方向即发生改变，相应地，电动机转子轴的旋转方向也就发生改变。相应地，电动机转子轴的旋转方向也就发生改变。2.同步转速同步转速 旋转磁场的转速旋转磁场的转速n0称为称为三相交流电动机的同步转速。三相交流电动机的同步转速。同步转速同步转速n0与电动机定子绕与电动机定子绕组的磁极对数组的磁极对数 有关。有关。（a）三相绕组各由一个线圈构成）三相绕组各由一个线圈构成 （b）形成具

24、有两个磁极（）形成具有两个磁极（1对磁极）的旋转磁场对磁极）的旋转磁场图图2-25 每相绕组只有一个线圈时的磁场分布情况每相绕组只有一个线圈时的磁场分布情况p（a）三相绕组各由两个线圈串联而成）三相绕组各由两个线圈串联而成 （b）形成具有四个磁极（）形成具有四个磁极（2对磁极）的旋转磁场对磁极）的旋转磁场图图2-26 每相绕组有两个线圈串联而成时的磁场分布情况每相绕组有两个线圈串联而成时的磁场分布情况 可以推导出，当磁极对数可以推导出，当磁极对数 为任意整数值时，三相异为任意整数值时，三相异步电动机的同步转速步电动机的同步转速ppfn600式中，式中，旋转磁场的同步转速，旋转磁场的同步转速，r

25、/min；电源频率（电源频率（Hz）；）；磁极对数（简称极对数）。磁极对数（简称极对数）。磁极对数磁极对数 1 12 23 34 45 56 6同步转速同步转速 (r/min)3000300015001500100010007507506006005005000nppf0n表表2-1 三相异步电动机的同步转速三相异步电动机的同步转速（电源（电源频率频率 =50Hz ）f2-23.电磁转矩的产生电磁转矩的产生图图2-27 三相异步电动机电磁转矩的产生过程三相异步电动机电磁转矩的产生过程4.“异步异步”运行与转差率运行与转差率 在实际工作中，三相异步电动机的转子轴的转速在实际工作中，三相异步电动机

26、的转子轴的转速 总总是小于是小于 ，不能等于，不能等于 。也就是说，异步电动机工作时，转子轴的转速也就是说，异步电动机工作时，转子轴的转速 总是总是小于定子绕组旋转磁场的同步转速小于定子绕组旋转磁场的同步转速 ，这就是异步电动机，这就是异步电动机名称中名称中“异步异步”的由来。的由来。由于建立电磁转矩的电流是通过电磁感应原理产生的，由于建立电磁转矩的电流是通过电磁感应原理产生的，因此，异步电动机又称感应电动机。因此，异步电动机又称感应电动机。n0n0n0nn 旋转磁场的同步转速和异步电动机转子转速之差与旋转旋转磁场的同步转速和异步电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。磁场的同步

27、转速之比称为转差率。%100)(00nnnS式中，式中，转差率；转差率；旋转磁场的同步转速（旋转磁场的同步转速（r/min）；）；电动机转子的转速（电动机转子的转速（r/min）。）。S 异步电动机刚异步电动机刚起动起动时，时，；电动机在额定工况；电动机在额定工况下运行时，下运行时，。0n1S)%91(Sn0n2.3三相异步电动机的电磁转矩和机械特性三相异步电动机的电磁转矩和机械特性2.3.1三相异步电动机的转矩特性三相异步电动机的转矩特性1.电磁转矩的物理表达式电磁转矩的物理表达式 由电机学原理，可知三相异步电动机的电磁转矩方程由电机学原理，可知三相异步电动机的电磁转矩方程22TcosIKT

28、式中，式中，电动机的电磁转矩电动机的电磁转矩，Nm。电动机常数，其值与电动机本身结构有关；电动机常数，其值与电动机本身结构有关；旋转磁场每极的磁通量（旋转磁场每极的磁通量（Wb），在数值上，），在数值上，等于气等于气隙中磁感应强度隙中磁感应强度的的平均值与每极面积的乘积，平均值与每极面积的乘积，表征旋转磁场的强度；表征旋转磁场的强度；转子电流（转子电流（A）；）；转子电路的功率因数。转子电路的功率因数。TTK2I2cos2.转矩特性转矩特性 电磁转矩电磁转矩 与转差率与转差率 之间的关系之间的关系 ,称为称为电动机的转矩特性。电动机的转矩特性。)(SfT TS式中，式中，电动机的电磁转矩，电动

29、机的电磁转矩，Nm；与电动机的结构参数和电源频率有关的一个常数与电动机的结构参数和电源频率有关的一个常数，异步电动机的转差率；异步电动机的转差率；定子绕组的相电压，亦即电源相电压，定子绕组的相电压，亦即电源相电压，V；转子每相绕组的电阻，转子每相绕组的电阻，；电动机不转时，转子每相绕组的感抗，电动机不转时，转子每相绕组的感抗，。KTS1U20XfK122022212)(sXRAUsRAKT（2-5）2RA3.转矩特性曲线转矩特性曲线 曲线称为电动机的转矩特性曲线。曲线称为电动机的转矩特性曲线。)(SfT 图图2-28 三相异步电动机的转矩特性曲线三相异步电动机的转矩特性曲线 电动机输出额定转矩

30、电动机输出额定转矩 时，所对应的转差率称为额定转差率时，所对应的转差率称为额定转差率 ；电动；电动机输出最大转矩机输出最大转矩 时，电动机处于临界状态，此时，所对应的转差率称为时，电动机处于临界状态，此时，所对应的转差率称为临界转差率临界转差率 ；电动机输出；电动机输出起动起动转矩转矩 时，所对应的转差率时，所对应的转差率 。NTNSmaxTmSstT1S2.3.2三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性1.机械特性机械特性 当电源电压当电源电压 和转子电路参数为定值时，电动机的转和转子电路参数为定值时，电动机的转速速 和电磁转矩和电磁转矩 的关系的关系 称为异步电动机的机称为异步电动

31、机的机械特性。械特性。图图2-29 三相异步电动机的固有机械特性曲线三相异步电动机的固有机械特性曲线UnT)(Tfn 2.固有机械特性固有机械特性 异步电动机在额定电压和额定频率下，用规定的接线方异步电动机在额定电压和额定频率下，用规定的接线方式进行接线，并且在定子电路和转子电路中不串联任何电阻式进行接线，并且在定子电路和转子电路中不串联任何电阻或电抗时的机械特性称为固有机械特性。或电抗时的机械特性称为固有机械特性。（1）固有机械特性曲线）固有机械特性曲线的特殊工作点的特殊工作点图图2-29 三相异步电动机的固有机械特性曲线三相异步电动机的固有机械特性曲线1）理想空载工作点）理想空载工作点A。

32、A点事实上并不存在点事实上并不存在。2）额定工作点）额定工作点B。图图2-29 三相异步电动机的三相异步电动机的固有机械特性曲线固有机械特性曲线NNN9550nPT 为电动机的额定转速，为电动机的额定转速，一般三相异步电动机的额定转一般三相异步电动机的额定转速速 。为电动机的额定转差率，为电动机的额定转差率，一般三相异步电动机额定转差一般三相异步电动机额定转差率率 。Nn0N)985.094.0(nnNS%15%6NS3）临界工作点）临界工作点C。图图2-29 三相异步电动机的三相异步电动机的固有机械特性曲线固有机械特性曲线 从机械特性曲线中可以看出，从机械特性曲线中可以看出，曲线的形状以曲线

33、的形状以C点为界，点为界，ABC段段与与CD段的变化趋势是完全不同的，段的变化趋势是完全不同的，C点就是一个临界点（亦称拐点）点就是一个临界点（亦称拐点）。并且并且C点对应的电磁转矩即为电机点对应的电磁转矩即为电机的最大转矩的最大转矩 ，C点对应的转点对应的转C点对应的转点对应的转速为临界转速速为临界转速 ，C点对应的转差率为临界转差率点对应的转差率为临界转差率 。maxTmSmn 最大转矩最大转矩 表征电动机能够表征电动机能够驱驱动负载的极限能力。电动机转子轴动负载的极限能力。电动机转子轴上机械负载转矩上机械负载转矩 不能大于不能大于 ，否则将造成电动机堵转，否则将造成电动机堵转(俗称闷车俗

34、称闷车)。长时间处于堵转状态时，长时间处于堵转状态时，电动机会因严重发热而烧坏电动机会因严重发热而烧坏绕组，造成电动机烧毁。绕组，造成电动机烧毁。图图2-29 三相异步电动机的三相异步电动机的固有机械特性曲线固有机械特性曲线maxTmaxT2T 电动机的最大转矩电动机的最大转矩 与额定转矩与额定转矩 的比值称为电动机的过载能的比值称为电动机的过载能力系数，用力系数，用 表示表示:NmaxTT图图2-29 三相异步电动机的三相异步电动机的固有机械特性曲线固有机械特性曲线 普通普通Y系列笼系列笼型型异步电动机，异步电动机，其过载能力系数为其过载能力系数为而供起重机械和冶金机械使用的而供起重机械和冶

35、金机械使用的YZ（异重）系列电动机和（异重）系列电动机和YR（异（异绕）系列绕线绕）系列绕线转子转子异步电动机，其异步电动机，其过载能力系数为过载能力系数为 。0.35.22.20.2maxTNT4）起动起动工作点工作点D。图图2-29 三相异步电动机的三相异步电动机的固有机械特性曲线固有机械特性曲线 电动机在电动机在起动起动状态（转子轴状态（转子轴转速转速 ，转差率，转差率 ）下，转子轴上输出的转矩，称为下，转子轴上输出的转矩，称为起动起动转矩，用转矩，用 表示。表示。起动起动转矩转矩 表征电动机表征电动机在有载（在有载（驱驱动负载）状态下的动负载）状态下的起起动能力。如果动能力。如果起动起

36、动转矩转矩 大大于负载转矩于负载转矩 ，则电动机可以，则电动机可以起动起动，否则电动机无法，否则电动机无法起动起动。0n1SstTstTstT2T图图2-29 三相异步电动机的三相异步电动机的固有机械特性曲线固有机械特性曲线 在电机学中，通常将在固有在电机学中，通常将在固有机械特性曲线上的机械特性曲线上的起动起动转矩转矩 与额定转矩与额定转矩 之比定义为之比定义为电动机的电动机的起动起动能力系数，用能力系数，用 表示，即表示，即NststTTK 起动起动能力系数能力系数 是衡量异是衡量异步电动机步电动机起动起动能力强弱的一个重要能力强弱的一个重要指标，一般指标，一般 。stTNTstKstK2

37、.10.1stK（2）稳定工作区与非稳定工作区）稳定工作区与非稳定工作区 固有机械特性曲线可分为两部分：固有机械特性曲线可分为两部分：ABC部分部分()称为稳称为稳定定工作区，工作区，CD部分部分()称为非稳定工作区。称为非稳定工作区。图图2-30 稳定工作区与非稳定工作区稳定工作区与非稳定工作区m0SS mSS 电动机稳定运转只限于曲线的电动机稳定运转只限于曲线的ABC段。段。电动机在电动机在 区区间运行时间运行时,只要负载转矩只要负载转矩 小小于于 ，则当负载发生波动时，则当负载发生波动时,电磁转矩总能自动调整到与负电磁转矩总能自动调整到与负载转矩相平衡，使转子适应负载转矩相平衡，使转子适

38、应负载的增减以稍低或稍高的转速载的增减以稍低或稍高的转速继续稳定运转。继续稳定运转。m0SS 2TmaxT图图2-30 稳定工作区与非稳定工作区稳定工作区与非稳定工作区 如果电动机在稳定运行中，负载转矩如果电动机在稳定运行中，负载转矩 的增加超过了最大转矩的增加超过了最大转矩 ，电动机的运行状态将沿着机械特性曲线的电动机的运行状态将沿着机械特性曲线的CD部分下降，并越过临界点部分下降，并越过临界点C点而进入非稳定工作区，从而导致电动机停止运转。点而进入非稳定工作区，从而导致电动机停止运转。因此，最大转矩因此，最大转矩 又称崩溃转矩。又称崩溃转矩。电动机的电磁转矩可以电动机的电磁转矩可以随负载的

39、变化而自动调整的随负载的变化而自动调整的能力称为电动机的自适应负能力称为电动机的自适应负载能力。载能力。从机械特性曲线上可以从机械特性曲线上可以看出，电动机在看出，电动机在ABC段运行段运行时，具有良好的自适应负载时，具有良好的自适应负载能力，能够稳定地能力，能够稳定地驱驱动机械动机械负载工作。负载工作。2TmaxTmaxT图图2-30 稳定工作区与非稳定工作区稳定工作区与非稳定工作区 在设计机电传动系统时，应确保电动机工作在在设计机电传动系统时，应确保电动机工作在ABC段。段。否则，机电传否则，机电传动系统将无法稳定工作。为了留有一定的安全裕度，在工程实践中，一般动系统将无法稳定工作。为了留

40、有一定的安全裕度，在工程实践中，一般都会躲开临界工作点，而将电动机的工作区域选在图都会躲开临界工作点，而将电动机的工作区域选在图2-30中画短竖线的区中画短竖线的区域，以确保机电传动系统能够稳定、可靠地工作。域，以确保机电传动系统能够稳定、可靠地工作。1）异步电动机稳定运行的条件）异步电动机稳定运行的条件是是 ，即实际转差率应低，即实际转差率应低于临界转差率。于临界转差率。mSS 由固有机械特性曲线可推知：由固有机械特性曲线可推知：2）如果从空载到满载时转速）如果从空载到满载时转速变化很小，就称该电动机具有变化很小，就称该电动机具有硬机械特性。由图硬机械特性。由图2-30可知，可知，三相异步电

41、动机具有硬机械特三相异步电动机具有硬机械特性。性。3）需要说明的是，对于不随转速变化的恒转矩负载（如机床刀架平移机）需要说明的是，对于不随转速变化的恒转矩负载（如机床刀架平移机构等），电动机不能在构等），电动机不能在 区域稳定运行；区域稳定运行；图图2-30 稳定工作区与非稳定工作区稳定工作区与非稳定工作区mSS 但风机、水泵类负载，但风机、水泵类负载，因其转矩与转速的平方成正因其转矩与转速的平方成正比，经深入分析，其电动机比，经深入分析，其电动机可以在可以在 区域稳定区域稳定运行运行。mSS(2-5)3.人为机械特性人为机械特性 由式由式(2-5)可知，异步电动机的机械特可知，异步电动机的机

42、械特性性既与电动机本身既与电动机本身的结构参数有关，也与外加电源电压、电源频率有关。的结构参数有关，也与外加电源电压、电源频率有关。将式将式(2-5)中的某些参数人为地加以改变而获得的机械特中的某些参数人为地加以改变而获得的机械特性，称为电动机的人为机械特性。性，称为电动机的人为机械特性。前已述及，电动机的前已述及，电动机的电磁转矩电磁转矩 与转差率与转差率 之间的之间的关系关系 ,称为电动机的转矩特性。称为电动机的转矩特性。)(SfT TS22022212)(sXRAUsRAKT(1)电源电压的变化对机械特性的影响电源电压的变化对机械特性的影响 由于异步电动机由于异步电动机的人为机械特性对电

43、的人为机械特性对电网电压的波动极为敏网电压的波动极为敏感，在工作过程中，感，在工作过程中，若电网电压降低过多，若电网电压降低过多，将使电动机的过载能将使电动机的过载能力和力和起动起动转矩大大降转矩大大降低，甚至会出现电动低，甚至会出现电动机带不动负载或电动机带不动负载或电动机根本无法机根本无法起动起动的现的现象。象。最大转矩和最大转矩和起动起动转矩与电源电压的平方成正比，当电源电压降低时，转矩与电源电压的平方成正比，当电源电压降低时，最大转矩和最大转矩和起动起动转矩会急剧减小，使电动机的人为机械特性急剧向左移动转矩会急剧减小，使电动机的人为机械特性急剧向左移动（收缩）。（收缩）。由此可见，由此

44、可见，电电源电压源电压 对电动机的对电动机的机械特性影响极大。机械特性影响极大。图图2-31 电源电压的变化对机械特性的影响电源电压的变化对机械特性的影响(2)转子电阻的变化对机械特性的影响转子电阻的变化对机械特性的影响 由由图图2-32可知，可知，转子电阻转子电阻 的变化，对异步电动机的的变化，对异步电动机的理论空载转速和最大转矩没有影响，但对临界转差率和理论空载转速和最大转矩没有影响，但对临界转差率和起动起动转矩均有影响。转矩均有影响。随着转子电阻的随着转子电阻的增大，电动机的增大，电动机的起动起动转矩逐渐增大，并最转矩逐渐增大，并最终增大到最大值终增大到最大值电动机的最大转矩电动机的最大

45、转矩。图图2-32 转子电阻的变化对机械特性的影响转子电阻的变化对机械特性的影响 在在驱驱动同样的负动同样的负载转矩时，随着转子载转矩时，随着转子电阻的增大，电动机电阻的增大，电动机的转速将逐渐下降，的转速将逐渐下降，临界转差率也随之增临界转差率也随之增大。大。2RA 由图由图2-32不难看出，随着转子电阻不难看出，随着转子电阻 的增大，电动机的增大，电动机的人为机械特性越来越软。的人为机械特性越来越软。如果电动机具有如果电动机具有硬特性，则当负载变硬特性，则当负载变化时，转子轴的转速化时，转子轴的转速变化不大，电动机的变化不大，电动机的运行特性会很好；如运行特性会很好；如果电动机具有软特性，

46、果电动机具有软特性，则当负载增加时，转则当负载增加时，转子轴的转速会下降较子轴的转速会下降较快，但快，但起动起动转矩较大，转矩较大，电动机的电动机的起动起动特性会特性会很好。很好。图图2-32 转子电阻的变化对机械特性的影响转子电阻的变化对机械特性的影响2RA 在设计机电传动系统时，应根据不同场合和使用要求，在设计机电传动系统时，应根据不同场合和使用要求，选用机械特性不同的电动机。选用机械特性不同的电动机。在金属切削机床在金属切削机床的机电传动系统中，的机电传动系统中，应选用机械特性较硬应选用机械特性较硬的电动机，而在重载的电动机，而在重载起动起动状态下工作的机状态下工作的机电传动系统（如起重

47、电传动系统（如起重设备、卷扬机等）中，设备、卷扬机等）中，则应选用机械特性较则应选用机械特性较软的电动机。软的电动机。图图2-32 转子电阻的变化对机械特性的影响转子电阻的变化对机械特性的影响2.4 三相异步电动机的铭牌数据与能效标识三相异步电动机的铭牌数据与能效标识 根据相关国家标准的规定，在国产三相异步电动机的根据相关国家标准的规定，在国产三相异步电动机的壳体上，均钉有电动机铭牌。壳体上，均钉有电动机铭牌。同时，在电动机的风扇护罩上，均贴有电动机的能效标同时，在电动机的风扇护罩上，均贴有电动机的能效标识。通过铭牌和能效标识（图识。通过铭牌和能效标识（图2-33），即可了解电动机的主），即可

48、了解电动机的主要技术参数和能效等级。要技术参数和能效等级。正确识读铭牌数据和能效标识，对于合理选择、使用电正确识读铭牌数据和能效标识，对于合理选择、使用电动机，具有重要意义。动机，具有重要意义。图图2-33 三相异步电动机的铭牌数据与能效标识三相异步电动机的铭牌数据与能效标识2.4.1三相异步电动机的铭牌数据识读三相异步电动机的铭牌数据识读 在电动机的外壳上都会钉有铭牌（图在电动机的外壳上都会钉有铭牌（图2-34）。铭牌上注）。铭牌上注明该电动机的主要技术数据，是选择、安装、使用和修理明该电动机的主要技术数据，是选择、安装、使用和修理（包括重绕组）电动机的重要依据，铭牌的主要内容如下：（包括重

49、绕组）电动机的重要依据，铭牌的主要内容如下：1.型号型号 电动机的型号用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数电动机的型号用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数等主要技术参数。等主要技术参数。GB/T 4831-2016旋转电机产品型号编制旋转电机产品型号编制方法对国产异步电动机产品名称代号做出了明确规定，见方法对国产异步电动机产品名称代号做出了明确规定，见表表2-2。产品名称现行代号汉字含义老代号汉字含义异步电动机Y异J、JO交绕线式异步电动机YR异绕JR、JRO交绕防爆式异步电动机YB异爆JB、JBO交爆高起动转矩式异步电动机YQ异启JQ、JQO交启表表2-2 异步电动机产品名称代号异步电动机产

50、品名称代号图图2-35 三相异步电动机的型号含义（三相异步电动机的型号含义（Y132M4）Y132M-4 属于属于Y（异）系列三相异步电动机，其详细的（异）系列三相异步电动机，其详细的型号含义如图型号含义如图2-35所示所示。YS63-1-4属于小功率分马力三相异步电动机，其详细属于小功率分马力三相异步电动机，其详细的型号含义如图的型号含义如图2-36所示；所示；图图2-36 小功率分马力三相异步电动机型号含义（小功率分马力三相异步电动机型号含义（YS63-1-4）YX3-160L-4-W属于高效率三相异步电动机，其详细的属于高效率三相异步电动机，其详细的型号含义如图型号含义如图2-37所示。