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1、第第7 7章章 异步电动机异步电动机 第第7章章 异步电动机异步电动机 7.1 三相异步电动机的结构和工作原理三相异步电动机的结构和工作原理 7.2 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 7.3 三相异步电动机的铭牌三相异步电动机的铭牌 7.4 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 7.5 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 7.6 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 7.7 三相异步电动机的选择三相异步电动机的选择 7.8 单相异步电动机单相异步电动机 思考题与习题思考题与习题 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 7.1 三相异步电动机的结构

2、和工作原理三相异步电动机的结构和工作原理 7.1.1 三相异步电动机的结构 三相异步电动机由静止的定子和旋转的转子两个重要部分组成， 定子和转子之间由气隙分开。 图7-1为三相异步电动机结构示意图。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 图7-1 三相异步电动机结构示意图 (a) 外形图； (b) 内部结构图 轴承盖接线盒端盖机座定子铁心定子绕组转轴转子风扇罩壳轴承(a)(b)第第7 7章章 异步电动机异步电动机 1. 定子 定子由定子铁心、 定子绕组、 机座和端盖等组成。 机座的主要作用是用来支撑电机各部件， 因此应有足够的机械强度和刚度， 通常用铸铁制成。 为了减少涡流和磁滞损耗， 定子铁

3、心用0.5 mm厚涂有绝缘漆的硅钢片叠成， 铁心内圆周上有许多均匀分布的槽， 槽内嵌放定子绕组， 如图7-2所示。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 定子绕组分布在定子铁心的槽内， 小型电动机的定子绕组通常用漆包线绕制， 三相绕组在定子内圆周空间彼此相隔120， 共有六个出线端， 分别引至电动机接线盒的接线柱上。 三相定子绕组可以连接成星形或三角形， 如图7-3所示。 其接法根据电动机的额定电压和三相电源电压而定， 通常三个绕组的首端分别用U1、 V1、 W1表示， 末端分别用U2、 V2、 W2表示。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 图7-2 三相异步电动机的定子 定子铁心定子绕组

4、机座第第7 7章章 异步电动机异步电动机 图7-3 三相定子绕组的接法(a) 星形连接； (b) 三角形连接 W2U1U2V1V2W1W2U1U2V1V2W1(a)(b)第第7 7章章 异步电动机异步电动机 2. 转子 转子由转子铁心、 转子绕组、 转轴和风扇等组成。 转子铁心也用0.5 mm厚硅钢片冲成转子冲片叠成圆柱形， 压装在转轴上。 其外围表面冲有凹槽， 用以安放转子绕组。 异步电动机按转子绕组形式不同， 可分为绕线式和鼠笼式两种。 绕线式转子的绕组和定子绕组一样， 也是三相绕组， 绕组的三个末端接在一起（Y型）， 三个首端分别接在转轴上三个彼此绝缘的铜制滑环上， 再通过滑环上的电刷与

5、外电路的变阻器相接， 以便调节转速或改变电动机的起动性能， 如图7-4所示。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 图7-4 绕线式转子 (a) 转子； (b) 等效电路 转子绕组滑环变阻器(a)(b)第第7 7章章 异步电动机异步电动机 图7-5 鼠笼式转子 (a) 铜条转子； (b) 铸铝转子(a)(b)第第7 7章章 异步电动机异步电动机 绕线式异步电动机由于其结构复杂， 价位较高， 所以通常用于起动性能或调速要求高的场合。 鼠笼式转子绕组是在转子铁心槽内插入铜条， 两端再用两个铜环焊接而成的。 若把铁心拿出来， 整个转子绕组外形很像一个鼠笼， 故称鼠笼式转子。 对于中小功率的电机， 目

6、前常用铸铝工艺把鼠笼式绕组及冷却用的风扇叶片铸在一起， 如图7-5所示。 虽然绕线式异步电动机与鼠笼式异步电动机的结构不同， 但它们的工作原理是相同的。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 7.1.2 工作原理 三相异步电动机通入三相交流电流之后， 在定子绕组中将产生旋转磁场， 此旋转磁场将在闭合的转子绕组中感应出电流， 从而使转子转动起来。 因此， 在研究三相异步电动机的原理之前，应首先介绍旋转磁场的产生及特点。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 图7-6 三相定子绕组的分布 V1W1U1UVWiUiViWV2U2W2U1U2V2V1W2W1iUUiVViWW第第7 7章章 异步电动机

7、异步电动机 1. 旋转磁场的产生 三相异步电动机定子绕组是空间对称的三相绕组， 即U1-U2、 V1-V2和W1-W2， 空间位置相隔120。 若将它们作星形连接， 如图7-6所示， 将U2、 V2、 W2连在一起， U1、 V1、 W1分别接三相对称电源的U、 V、 W三个端子， 就有三相对称电流流入对应的定子绕组， 即 iU=Im sint iV=Im sin(t - 120) iW=Im sin(t + 120) 其波形如图7-7所示。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 图7-7 一对磁极的旋转磁场及对应波形(a) t=0; (b) t=120； (c) t=240； (d) t=3

8、60 (a)(b)(c)(d)NSU1W2V1U2W1V2NSU1W2V1U2W1V2NSU1W2V1U2W1V2NSU1W2V1U2W1V2t120i0iUiViW240360第第7 7章章 异步电动机异步电动机 由波形图可看出， 在t=0时刻， iU=0; iV为负值， 说明iV的实际电流方向与参考方向相反， 即从V2流入(用表示）， 从V1流出（用 表示）； iW为正值， 说明实际电流方向与iW的参考方向相同， 即从W1流入(用表示)， 从W2流出（用 表示）。 根据右手螺旋法则， 可判断出转子铁心中磁力线的方向是自上而下， 相当于定子内部是N极在上， S极在下的一对磁极在工作， 如图7

9、-7（a）所示。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 当t=120时， iU为正值， 电流从U1流入(用表示)， 从U2流出（用 表示）；iV=0； iW为负值， 电流从W2流入(用表示)， 从W1流出（用 表示）。 合成磁场如图7-7（b)所示， 从图可以看出， 合成磁场在空间上沿顺时针方向转过了120当t=240时， 同理， 合成磁场如图7-7（c)所示， 从图可以看出， 它又沿顺时针方向转过了120。 t =360时的磁场与t =0时刻相同， 合成磁场沿顺时针方向又转过了120， N、 S磁极回到t=0时刻的位置， 如图7-7（d)所示。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 图7-8

10、 四极电动机定子绕组的结构分布接线图UVWiUiViW1VU12V1W2UW21UV2W1U22WV1W1UVWiUiViWW22W1W2V1VV2V12U1UU1U2第第7 7章章 异步电动机异步电动机 综上所述， 当三相交流电变化一周时， 合成磁场在空间上正好转过一周。 若三相交流电不断变化， 则产生的合成磁场在空间不断转动， 形成旋转磁场。 前面讲的三相异步电动机定子绕组每相只有一个线圈， 定子铁心有6个槽。 则在定子铁心内相当于有一对N、 S磁极在旋转。 若把定子铁心的槽数增加为12个， 即每相绕组由两个串联的线圈构成， 相当于把图7-6中的空间360分布6槽的三相绕组压缩在180的空

11、间中， 显然每个线圈在空间中相隔不再是120， 而是60， 如图7-8所示。 若在U1、 V1、 W1三端通三相交流电， 同理， 在定子铁心内可形成两对磁极的旋转磁场， 如图7-9所示。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 从图7-9可以看出， 在两对磁极的旋转磁场中， 电流每交变一周， 旋转磁场在空间转半周。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 图7-9 四极电动机的旋转磁场(a) t=0; (b) t=120; (c) t=240; (d) t=360NNSSU1W2SSNNNNSSNNSS2U1W2V1U2WV1U2W11VV2t360i0240120iUiViW(a)(b)(c)(

12、d)第第7 7章章 异步电动机异步电动机 2. 旋转磁场的转速和转向 一对磁极的旋转磁场电流每交变一次， 磁场就旋转一周。 设电源的频率为f1， 即电流每秒钟变化f1次， 磁场每秒钟转f1圈， 则旋转磁场的转速n1=f1 (r/s)， 习惯上用每分钟的转数来表达转速， 即n1=60f1(r/min)。 两对磁极的旋转磁场， 电流每变化f1次， 旋转磁场转f1/2圈， 即旋转磁场的转速为n1=60f1/2 (r/min)。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 以此类推， p对磁极的旋转磁场， 电流每交变一次， 磁场就在空间转过1/p周， 因此， 转速应为min)/(6011rpfn (7-1)

13、 旋转磁场的转速n1也称为同步转速， 由式（7-1）可知， 它取决于电源频率和旋转磁场的磁极对数。 我国的工频为50 Hz， 因此， 同步转速与磁极对数的关系如表7-1所示。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 表7-1 同步转速与磁极对数对照表 磁极对数p12345同步转速n1/(r/min)300015001000750600第第7 7章章 异步电动机异步电动机 旋转磁场的转向是由通入定子绕组的三相电源的相序决定的。 由图7-6可知， 定子绕组中电流的相序按顺序UVW排列， 旋转磁场按顺时针方向旋转。 如果将三相电源中的任意两相对调， 例如V和W两相互换， 则定子绕组中的电流相序为UWV

14、， 应用前面讲的分析方法， 旋转磁场的方向也相应地改变为逆时针方向。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 3. 转子的转动原理 图7-10为三相异步电动机工作原理示意图。 为简单起见， 图中用一对磁极来进行分析。 三相定子绕组中通入交流电后， 便在空间产生旋转磁场， 在旋转磁场的作用下， 转子将作切割磁力线的运动而在其两端产生感应电动势， 感应电动势的方向可根据右手螺旋法则来判断。 由于转子本身为一闭合电路， 所以在转子绕组中将产生感应电流， 称为转子电流， 电流方向与电动势的方向一致， 即上面流出， 下面流进。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 图7-10 三相异步电动机工作原理图 F

15、n1F第第7 7章章 异步电动机异步电动机 转子电流在旋转磁场中受到电磁力的作用， 其方向可由左手定则来判断， 上面的转子导条受到向右的力的作用， 下面的转子导条受到向左的力的作用。 电磁力对转子的作用称为电磁转矩。 在电磁转矩的作用下， 转子就沿着顺时针方向转动起来， 显然转子的转动方向与旋转磁场的转动方向一致。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 虽然转子的转动方向与旋转磁场的转动方向一致， 但转子的转速n永远达不到旋转磁场的转速n1， 即nn1。 这是因为， 若转子的转速等于旋转磁场的转速的话， 则转子与磁场间不存在相对运动， 即转子绕组不切割磁力线， 转子电流、 电磁转矩都将为零，

16、转子根本转动不起来， 因此转子的转速总是低于同步转速。 正是由于转子转速与同步转速间存在一定的差值， 故将这种电动机称为异步电动机。 又因为异步电动机是以电磁感应原理为工作基础的， 所以异步电动机又称为感应电动机。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 为了更清楚地分析异步电动机的工作过程， 需要引入转差率s这个参数：11nnns(7-2) 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 转差率是用来表示转子转速与同步转速之差的相对程度的一个物理量， 其中n1-n为转速差。 当定子绕组接通电源的瞬间， 转子转速n=0， 此时s=1， 转差率最大； 稳定运行以后， 电机的转速n比较接近同步转速n1， 此时

17、s很小， 额定转差率约为0.010.08左右； 空载时， 转子转速可以很接近同步转速， 即s0， 但s=0的情况在实际运行时是不存在的。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 例7-1 一台三相异步电动机， 其极对数是2， 电源频率为工频， 若转差率s=0.02， 该电机的转速是多少？ 解 首先求同步转速min/1500250606011rpfn11nnns因为 所以 n=n1(1-s)=1500(1-0.02)=1470 r/min第第7 7章章 异步电动机异步电动机 7.2 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 由异步电动机的结构可知， 异步电动机的定子和转

18、子是两个相互独立的电路， 它们之间没有电的直接联系， 只有磁的联系。 这与变压器非常相似， 定子绕组相当于变压器的原边， 转子绕组相当于变压器的副边, 因此， 电动机的运行情况可以用与变压器相似的方法进行分析。 下面首先介绍一些与异步电动机相关的参数。第第7 7章章 异步电动机异步电动机 1.定子电路的电动势 当异步电动机的定子绕组接通三相电源后， 定子绕组因切割磁力线而感应电动势， 其有效值为 E1=4.44f1K1N1 (7-3) 式中, f1为三相电源频率； K1为定子绕组系数， 与定子绕组结构有关， 略小于1； N1为定子每相绕组的匝数； 为旋转磁场的每极磁通， 通常指忽略漏磁后每极主

19、磁通的最大值m。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 在忽略定子绕组本身的阻抗压降及漏磁通之后， 可认为感应电动势与外加电压的有效值近似相等， 即U1E1， 因此有111111144. 444. 4NKfUNKfE（7-4） 上式说明旋转磁场的磁通量与外加电压的有效值成正比， 若外加电压不变， 则每极主磁通的最大值为一定值。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 2.转子的感应电动势E2 当电动机起动时， 转速n=0， 转差率s=1。 此时转子不动， 转子绕组相当于变压器的副边， 其感应电动势可用式（7-4）来求得 E20=4.44f20K2N2=4.44f1K2N2 (7-5) 式中, K

20、2为转子绕组系数， 与转子绕组结构有关， 略小于1； f20为起动时转子绕阻的频率， 与定子频率f1相等。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 当电机起动并以转速n旋转时， 旋转磁场与转子的转速差(n1-n)=sn1不断减小， 旋转磁场相对转子的旋转速度下降了s倍， 此时的转子感应电频率比转子静止的情况下减慢， 应为11260sfpsnf （ 7-6 ） 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 故转子感应电动势为 E2=4.44f2K2N2=4.44sf1K2N2=sE20 (7-7) 由于转差率小于1， 所以转子感应电动势在起动时E20值最大。 当电动机稳定运行以后， 转差率s很小， 转子频

21、率f2很低， 转子感应电动势E2也就很低。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 3. 转子电流I2 转子绕组的阻抗Z2=R2+jX2， 其中R2是转子绕组本身的电阻， 固定不变； X2却和频率f2有关， 即 X2=2f2L2=2sf1L2=sX20 (7-8) 式中， L2为转子绕组电感值； X20为转子静止时的感抗。 转子电流为 220222222222)(sXRsEXREI (7-9)第第7 7章章 异步电动机异步电动机 式（7-9）说明转子电流I2与转差率s有关， 转子电流I2随转差率s的增大而增加。 由于转子电路中有感抗存在， 所以电流I2比感应电动势E2要滞后相位角2， 转子电路的

22、功率因数为220222222222)(cossXRRXRR 式(7-10)表明， cos2随s的增大而减小。 当转子不动时， 功率因数最低。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 4. 定子电流I1 定子电流和转子电流之间的关系与变压器相似， 即iiKIIKII21211 （7-11） 则 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 式中Ki为异步电动机的电流变换系数， 与定子绕组和转子绕组的结构有关。 式(7-11)说明， 定子电流随转子电流的变化而变化。 当电动机起动时， n=0， s=1， 相当于变压器副边短路， 所以电流I1、 I2都很大。 此时定子电流I1为异步电动机的起动电流， 约为额定

23、电流的57倍。 当电动机空载运行时， s0， 转子电流I2很小， 定子电流I1也很小， 由于电动机定子、 转子之间有气隙， 磁阻很大，电动机的空载定子电流比变压器的空载电流要大得多， 一般约为额定电流的20%40%。 当电动机加上负载后， 电动机要减速， 转差率s增大， 转子电流I2也增大， 定子电流I1随之增大。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 7.2.1 电磁转矩 前面讲过， 电动机的电磁转矩是由转子感应电流和旋转磁场相互作用而产生的， 可以推导证明电磁转矩的大小与转子感应电流的有功分量和旋转磁场的每极磁通成正比， 即 T=CTI2 cos2 (7-12) 式中， CT为异步电动机的

24、转矩系数， 与电动机结构有关； 为旋转磁场的每极磁通， 单位为Wb； 电流的单位为A， 所以电磁转矩的单位为Nm。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 旋转磁场的磁通可通过式(7-3)求得1111111144. 444. 4fNKUfNKE转子电流I2可由式（7-9）和式（7-5）求得2202212222022202)()44. 4()(sXRfNKssXRsEI第第7 7章章 异步电动机异步电动机 将上两式及式(7-10)代入式（7-12）， 可得22022221)(sXRsRCUT（7-13） 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 图7-11 三相异步电动机的转矩特性TTmO(n n1)

25、sm1(n 0)s第第7 7章章 异步电动机异步电动机 式中C是与电动机结构和电源频率有关的常数， 转子每相的电阻和静止时的感抗通常也是常数。 因此， 当电源电压一定时， 电磁转矩为转差率的函数， 即T=f（s）， 其曲线称为异步电动机的转矩特性曲线， 如图7-11所示。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 从三相异步电动机的转矩特性曲线可以看出， 当电动机起动时， s=1， 对应的电磁转矩为起动转矩。 随着电动机的转速加大， 转差率不断减小， 电磁转矩不断上升， 但电磁转矩达到最大值后， 随转差率的减小， 电磁转矩也减小。 当转差率为零时， 转速等于同步转速， 电磁转矩等于零， 这是一种理

26、想情况。 最大电磁转矩Tm又称为临界转矩， 对应的转差率为临界转差率sm。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 7.2.2 机械特性 为了更清楚地说明转子转速与电磁转矩之间的关系， 一般用n=f(T)曲线来描述异步电动机的机械特性。 根据式（7-13）和式（7-2）可画出n=f(T)机械特性曲线， 如图7-12所示。 与图7-11比较可以看出， 图7-12是在图7-11的基础上把转差率换成了转速， 并把坐标顺时针旋转了90。 它直接反映了电磁转矩与转速之间的关系。 图中的Tst为电动机的起动转矩， TN为额定转矩， nN为额定转速。第第7 7章章 异步电动机异步电动机 1.稳定区和不稳定区

27、由图7-12可知， 以临界转差率sm对应的临界转速nm为界， 曲线分为两个不同特征的区域。 上边为稳定区， 下边为不稳定区。 在稳定区（nmnn1）， 电磁转矩与电机轴上的负载转矩保持平衡， 因此电动机匀速运行。 若负载转矩发生变化， 则电磁转矩自动调整， 最后达到新的平衡状态使电动机稳定运行。 例如， 图7-13所示是一个自适应过程的曲线图， 设当负载转矩为Ta时， 电机稳定运行于a点， 此时电磁转矩也等于Ta， 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 转速为na； 若负载转矩改变为Tb， 由于惯性， 速度不能突变， 负载改变后的最初的电磁转矩仍为Ta， 则由于TTL， 电机加速， 工作点上移

28、， 电磁转矩减小， 直到过渡过程到达b点， 电磁转矩等于Tb， 转速不再上升， 电机便运行于b点， 电机在新的转速下开始稳定运行， 完成一次自适应调节过程。 同理， 当负载转矩增大时， 其过程相反， 电机也可以自动调节达到新的稳定运行状态。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 图7-12 三相异步电动机的机械特性 TmnTOn1TstTNnNnm第第7 7章章 异步电动机异步电动机 图7-13 自适应过程曲线图 Tstn1n0abTmTnbnanmTbTa第第7 7章章 异步电动机异步电动机 在不稳定区(0nnm)， 恒转矩负载的电机在任意点上均无法稳定运行， 因为如果负载有所增加， 电磁转

29、矩会立即小于负载转矩， 引起转速急剧下降， 又进一步使电磁转矩变小， 即转速进一步下降， 造成电机停转（堵转）； 而假如负载减少， 电机会因电磁转矩大于负载转矩而升速， 升速继续造成电磁转矩增大， 进一步升速的结果是使电机进入稳定工作区。 从图7-13可以看出， 电动机在稳定区的转速随电磁转矩的变化较小， 曲线较平稳。 该段曲线越平稳， 则负载变化对稳态转速的影响越小， 这种机械特征称为硬特性。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 2.三个重要的转矩 （1） 额定转矩TN。 额定转矩是指电动机在额定负载的情况下， 其轴上输出的转矩。 由于电机稳定运行时， 其电磁转矩等于负载转矩， 所以可以用

30、额定电磁转矩来表示额定输出转矩。 电动机的额定转矩可以通过电机铭牌上的额定功率和额定转速求得， 由 P2=T 得NNnPnPT232955060210（7-14） 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 式中, 为电机的角速度， 单位为rad/s； P2为额定输出功率， 单位为kW， nN的单位为r/min， 则T的单位为Nm。 为了保证电机在运行时安全可靠， 不轻易停车， 应使电机的带负载能力留有一定的余量， 所以额定转矩一般只能为最大转矩的一半左右。第第7 7章章 异步电动机异步电动机 (2) 最大转矩Tm。 最大转矩是指电动机所能提供的极限转矩， 它是对应于临界转差率的临界转矩， 可用数学

31、方法求得。 对式（7-13）求s的导数， 令其等于零， 即0)(22202221sXRsRCUdsddsdT则 202XRsm（7-15）第第7 7章章 异步电动机异步电动机 将上式代入式（7-13）， 可得 2021202XUCTm（7-16） 前面说过， 最大转矩是稳定区与不稳定区的分界点， 故电机稳定运行时的工作点不能下滑超过此点， 否则电机将停转（堵转）。 电机堵转时的电流很大， 一般可达额定电流的47倍， 将造成电机的温度升高超过允许值， 若不立即采取措施， 就会烧毁电机。 因此， 电机在运行中应避免出现堵转， 一旦出现， 立即切断电源并卸掉过多负载。 第第7 7章章 异步电动机异步

32、电动机 通常用最大转矩与额定转矩之比来描述电机的过载情况， 这个比值称为过载系数， 用表示， 即NmTT 过载系数是衡量电机短时过载能力和稳定运行的一个重要参数， 通常在1.82.2之间。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 （3） 起动转矩Tst。 起动转矩是指电动机刚接通电源以后， 电机尚未转动起来， 即转速为0时的电磁转矩。 电机的起动转矩对应图7-12中的n=0时的转矩Tst， 即22022221XRRCUTst （7-17） 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 从图7-12可以看出， 起动转矩大于额定转矩， 它决定了该电机的起动能力。 只要电动机的起动转矩大于负载转矩， 电机就可

33、加速， 沿机械特性曲线上升， 越过最大转矩到达稳定运行区。 显然， 起动转矩越大， 电机的起动能力就越强， 起动所需的时间也就越短。 反之， 若起动转矩小于负载转矩， 则电机不能起动。 异步电动机的起动能力用起动转矩与额定转矩的比值来表示， 即 起动能力= NstTT第第7 7章章 异步电动机异步电动机 一般鼠笼式异步电动机的起动能力较差， 在0.82.2之间， 所以有时采用轻载起动。 绕线式异步电动机的转子可以通过滑环外接的电阻器来调节起动能力。 起动能力也是选用电机的一个重要参数。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 例7-2 已知两台异步电动机额定功率都是10 kW， 但转速不同。 其

34、中n1N=2930 r/min， n2N=1450 r/min， 如果过载系数都是2.2， 求它们的额定转矩和最大转矩。 解 根据式（7-14）可知第一台电机的额定转矩为第第7 7章章 异步电动机异步电动机 mNTmNTmNTmNTmNmN1459 .652 . 29 .6514501095507 .716 .322 . 26 .3229301095502211最大转矩为 第二台电机的额定转矩为最大转矩为 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 3.电源电压对机械特性的影响 由式（7-16）和式（7-17）可以看出， 最大转矩和起动转矩与电源电压的平方成正比， 因此， 电源电压的波动对机械特性的

35、影响极大， 而临界转差率却与电源电压无关， 即临界转速与电源电压也无关。 因此， 当电源电压升高时， Tm、 Tst增大， nm不变， 机械特性曲线右移， 如图7-14所示。 可见， 电源电压增大时， 机械特性曲线变硬。 为了保证电动机的安全运行， 要求电源电压的波动不超过规定电压的5%。第第7 7章章 异步电动机异步电动机 图7-14 电源电压对机械特性的影响 TmnTOn1nm1UU1NT1mTstT1stU1N1U第第7 7章章 异步电动机异步电动机 图7-15 转子电阻对机械特性的影响TTmnOnmR2n1mn2RR22RTststT第第7 7章章 异步电动机异步电动机 4.转子电阻对

36、机械特性的影响 转子电阻的改变会影响电动机的临界转差率和起动转矩， 而最大转矩与转子电阻无关， 其中sm与R2成正比。 因此， 当R2增大时， sm也增大， nm降低， Tm保持不变， 机械特性曲线下移， 如图7-15所示。 可见， 转子电阻增大时， 机械特性曲线变软。 当R2=X2时， sm=1， 这时起动转矩等于最大转矩， 达最大值。 利用转子电阻增大， 起动转矩也增大的特性， 可以在电动机起动时增加转子电阻， 以提高起动转矩。 绕线式异步电动机就是利用这一原理进行起动的。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 7.2.3 运行特性 异步电动机在不同的负载下工作时， 它的运行特性如图7-1

37、6所示。 在电源电压及频率不变的情况下， 电动机的转速、 转矩、 定子电流、 定子电路的功率因数和电动机的效率与电动机输出功率之间的关系称为异步电动机的工作特性。 这里仅介绍 I1=f(P2)、 cos1=f(P2)和=f(P2)三条曲线。第第7 7章章 异步电动机异步电动机 图7-16 三相异步电动机的工作特性曲线I10OI1cos1I1P2NP2cos1第第7 7章章 异步电动机异步电动机 1. 定子电流工作特性曲线I1=f(P2) 异步电动机空载运行时电动机的转速最接近同步转速， 这时转子电流很小， 约为零， 定子电流为励磁电流I10(空载电流)。 当电动机加上负载后， 随输出功率P2的

38、增加， 转速下降， 转子电流增大， 定子电流也随之增大。 空载电流约为额定电流的20%40%。 2. 功率因数工作特性曲线cos1=f（P2） 异步电动机的定子功率因数空载时很低， 通常只有0.20.3， 额定运行时约为0.70.9。 因此， 选用电动机的容量时， 应根据负载情况正确选用， 使其尽量在功率因数较高的情况下运行， 以达到节能的目的。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 3. 效率工作特性曲线=f（P2） 电动机的效率是指输出功率P2与输入功率P1的比值， 即%100%100cos3%100221212mFeCuLLPPPPPIUPPP式中Pm为电动机的机械损耗。 第第7 7章章

39、 异步电动机异步电动机 当电动机的输出功率增大时， 铁损、 机械损耗都为常数， 开始时铜损很小， 效率增大很快； 后来因铜损增加速度较快， 所以效率开始减小。 从图7-16可以看出， 效率最大出现在额定功率的80%左右。 因此在选择电动机时， 应充分估计负载的情况， 尽量让电动机在额定负载或接近额定负载的状态下运行。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 7.3 三相异步电动机的铭牌三相异步电动机的铭牌 每台异步电动机的外壳上都有一块铭牌， 上面标示着这台电动机的主要技术数据， 使使用者正确选用和维护电机。 表7-2为某一台异步电动机的铭牌数据。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 表7-2

40、 异步电动机的铭牌 三相异步电动机 型号 Y100L1 4 接法 /Y 功率 2.2 kW 工作方式 S1 电压 220/380 V 绝缘等级 B电流 8.6/5 A 温升 70 转速 1430 r/min 重量 34 kg频率 50 Hz 编号 电机厂 出厂日期 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 1.型号 型号表示电动机的结构形式、 机座号和极数。 例如Y100L14中， Y表示鼠笼式异步电动机（YR表示绕线式异步电动机）； 100表示机座中心高为100 mm； L表示长机座(S表示短机座， M表示中机座)； 1为铁心长度代号； 4表示4极电动机。第第7 7章章 异步电动机异步电动机 2

41、.额定电压UN 额定电压是电动机定子绕组应加线电压的额定值， 有些异步电动机铭牌上标有220/380 V， 相应的接法为/Y。 它说明当电源线电压为220 V时， 电动机定子绕组应接成型； 当电源线电压为380 V时， 应接成Y型。 3.额定电流IN 额定电流是指电动机在额定运行时， 定子绕组的线电流。 4.额定转速nN 额定转速是指电动机额定运行时的转速。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 5.额定频率fN 额定频率是指电动机在额定运行时的交流电源的频率， 我国工频为50 Hz。 6.工作方式 工作方式是指电动机的运行状态。 根据发热条件可分为三种： S1表示连续工作方式， 允许电机在额

42、定负载下连续长期运行； S2表示短时工作方式， 在额定负载下只能在规定时间短时运行； S3表示断续工作方式， 可在额定负载下按规定周期性重复短时运行。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 7.绝缘等级 绝缘等级是由电动机所用的绝缘材料决定的。 按耐热程度不同， 将电动机的绝缘等级分为A、 E、 B、 F、 H、 C等几个等级， 它们允许的最高温度如表7-3所示。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 表7-3 电动机的绝缘等级 绝缘等级 AEBFHC最高允许温度 105 120 130 155 180 180 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 8.温升 温升是指在规定的环境温度下， 电动

43、机各部分允许超出的最高温度。 通常规定的环境温度是40 ， 如果电机铭牌上的温升为70 ， 则允许电机的最高温度可以是40+70=110 。 显然, 电动机的温升取决于电机的绝缘材料的等级。 电机在工作时， 所有的损耗都会使电机发热， 温度上升。 在正常的额定负载范围内， 电动机的温度是不会超出允许温升的， 绝缘材料可保证电机在一定期限内可靠工作。 如果超载， 尤其是故障运行， 则电机的温升超过允许值， 电机的寿命将受到很大的影响。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 在选用电机时， 除了要看电机上的铭牌数据外， 还要了解电机的其他技术数据， 通常可在产品资料中查到， 表7-4给出一例。 第

44、第7 7章章 异步电动机异步电动机 表7-4 异步电动机Y160M4的技术数据 电动机 型号额定功率 kW 满载 起动 电流 起动 转矩 最大 转矩 Y160M 一4 l电流A转速(rmin)效率 功率 因数 额定 电流 额定 转矩 额定 转矩 225 1460 885 084 70 22 22第第7 7章章 异步电动机异步电动机 例7-3 一台三相异步电动机的技术数据如下： PN=7.5 kW， UN=380 V， Y接法， nN=1440 r/min， N=87.5%， cos=0.85， Ist/IN=7.0， 起动能力=2.2， =2.2。 试求： （1） 额定电流IN； （2） 额定

45、转差率sN； （3） 起动电流Ist； （4） 额定转矩TN； （5） 最大转矩Tm； （6） 起动转矩Tst。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 解 （1） 电动机的输入功率为 kWPPNN6 . 8875. 05 . 71额定电流 AUPINN4 .1585. 03803106 . 8cos331第第7 7章章 异步电动机异步电动机 （2） 因nN=1440 r/min， 可知电动机的n1=1500 r/min， 极对数p=2， 则额定转差率为04. 015001400150011nnnsN （3） 因Ist/IN=7.0， 则起动电流为 Ist=7.0IN=715.4=107.8 A

46、第第7 7章章 异步电动机异步电动机 （4） 额定转矩mNnPTNNN7 .4914405 . 795509550 （5） 起动转矩 Tst=2.2TN=2.249.7=109.3 Nm （6） 最大转矩 Tm=TN=2.249.7=109.3 Nm 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 7.4 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 三相异步电动机接通电源， 使电机的转子从静止状态到转子以一定速度稳定运行的过程称为电动机的起动过程。 电动机在实际使用时， 因为要经常起动和停车， 所以电动机的起动问题是一个非常重要的问题。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 对电动机起动的要求， 一般从以

47、下几个方面来考虑： （1） 起动电流应尽可能小, Ist（47）IN。（2） 起动转矩应尽可能大， Tst(1.11.2)TL。 （3） 起动的时间应尽可能短。（4） 转速的提升应尽可能平稳。 （5） 起动方法应方便、 可靠， 起动设备应简单、 经济， 易维护修理。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 前三项较为重要。 异步电动机刚接通电源瞬间， 转速为零， 旋转磁场和转子的转差很大， 因此转子电流非常大， 相应定子电流也很大， 我们把这时的定子电流称为起动电流。 由于起动过程非常短， 一般为几秒到几十秒， 且随着转速的上升， 起动电流不断减小， 所以如果不是频繁起动， 起动电流造成的电机发

48、热问题并不大， 对电机的正常运行没有影响。 但大的起动电流会引起电源电压的下降， 影响接在同一电源上的其他设备的正常工作， 比如使日光灯变暗、 电机堵转甚至停转等。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 为解决起动电流造成的不良影响， 对容量较大的电机应采取一定的起动方法。 鼠笼型异步电动机的起动方法有直接起动和降压起动两种。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 7.4.1 直接起动 直接起动又称为全压起动， 起动时， 将电机的额定电压通过刀开关或接触器直接接到电动机的定子绕组上进行起动。 直接起动最简单， 不需附加的起动设备， 起动时间短。 只要电网容量允许， 应尽量采用直接起动。 但这种

49、起动方法起动电流大， 一般只允许小功率的异步电动机（PN7.5 kW）进行直接起动； 对大功率的异步电动机， 应采取降压起动， 以限制起动电流。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 7.4.2 降压起动 通过起动设备将电机的额定电压降低后加到电机的定子绕组上， 以限制电机的起动电流， 待电机的转速上升到稳定值时， 再使定子绕组承受全压， 从而使电机在额定电压下稳定运行， 这种起动方法称为降压起动。 前面讲过， 起动转矩与电源电压的平方成正比， 所以当定子端电压下降时， 起动转矩大大减小。 这说明降压起动适用于起动转矩要求不高的场合， 如果电机必须采用降压起动， 则应轻载或空载起动。 常用的降

50、压起动方法有下面三种。第第7 7章章 异步电动机异步电动机 1. Y-降压起动 这种起动方法适用于电动机正常运行时接法为三角形的异步电动机。 电机起动时， 定子绕组接成星形， 起动完毕后， 电动机切换为三角形。 第第7 7章章 异步电动机异步电动机 图7-17 Y-降压起动控制线路M3KM1L1L2L3QSFUKM2U1V1W1U2V2W2第第7 7章章 异步电动机异步电动机 图7-17是一个Y-降压起动控制线路， 起动时， 电源开关QS闭合， 控制电路先使得KM2闭合， 电机星形起动， 定子绕组由于采用了星形结构， 其每相绕阻上承受的电压比正常接法时下降了 。 当电机转速上升到稳定值时， 控