1、船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室第第3章章 异步电动机异步电动机 3.1 3.1 三相异步电动机的结构与铭牌数据三相异步电动机的结构与铭牌数据3.2 异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理 3.3 异步电动机的运行特性异步电动机的运行特性 3.4 单相异步电动机单相异步电动机 船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室3.1 三相异步电动机的结构与铭牌数据三相异步电动机的结构与铭牌数据3.1.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机
2、的基本结构 船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室按定子相数分按定子相数分：单相异步电动机单相异步电动机 两相异步电动机两相异步电动机 三相异步电动机三相异步电动机船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室按转子结构分按转子结构分：绕线型异步电动机绕线型异步电动机鼠笼型异步电动机鼠笼型异步电动机船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室下面是它主要部件的拆分图。下面是它主要部件的拆分图。右图是一台三相鼠笼型
3、异步电右图是一台三相鼠笼型异步电动机的外形图。动机的外形图。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室鼠笼型转子鼠笼型转子铁心和绕组铁心和绕组结构示意图结构示意图三相绕线型三相绕线型转子结构图转子结构图船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室三相异步电动机的转子（三相异步电动机的转子（ROTATOR）船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室三相异步电动机的转子（三相异步电动机的转子（ROTATOR）q1、转子铁心转子铁心：由硅钢片冲叠而成，用来安放转子：由硅钢片冲叠而成，用来安放转子
4、绕组。绕组。q2、转子绕组：有、转子绕组：有笼型笼型和和绕线型绕线型两种。两种。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室1、机座机座：起固定和支撑定子铁心的作用，一般用铸铁制造。：起固定和支撑定子铁心的作用，一般用铸铁制造。2、定子铁心定子铁心：由硅钢片冲叠而成，铁心内开有均匀的槽，：由硅钢片冲叠而成，铁心内开有均匀的槽，嵌嵌放定子绕组放定子绕组。（STATOR）定子由定子由机座机座、定子铁心定子铁心、定子绕组定子绕组组成。组成。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室3、定子绕组定子绕组：三相对称绕组按一定的规律嵌放
5、在定子：三相对称绕组按一定的规律嵌放在定子 铁心槽中。可接成铁心槽中。可接成Y或或。（STATOR）定子由定子由机座机座、定子铁心定子铁心、定子绕组定子绕组组成。组成。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室3.1.2 3.1.2 额定数据额定数据 船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室1)1)型号型号 Y 90LY 90L4 4 磁极数磁极数(极对数极对数 p=2)p=2)同步转速同步转速15001500转转/分分铭牌数据铭牌数据额定运行
6、时电动机轴上输出的机械功率额定运行时电动机轴上输出的机械功率2)2)额定功率额定功率PNPN船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室12PPCOSIUPNN31其中其中鼠笼电机鼠笼电机=7293额定功率指电机在额定运行时轴上输出额定功率指电机在额定运行时轴上输出的机械功率（的机械功率（P P2 2 ），不等于从电源吸），不等于从电源吸收的电功率（收的电功率（P P1 1 ）。两者的关系为：）。两者的关系为：船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室3)3)额定电压额定电压U UN N线线电电压压AZBYXC线线电电压压A
7、BCXYZ额定运行时定子绕组所接电源线电压值额定运行时定子绕组所接电源线电压值船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室4)4)联接方式：联接方式：Y/Y/接法接法Y Y 接法接法 接法接法AB CZX YA B CZX YABCXYZAZBYXC船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室例：例：380/220 Y/380/220 Y/是指：线电压为是指：线电压为380V380V时采时采用用Y Y接法；当线电压为接法；当线电压为220V220V时采用时采用 接法。接法。说明：一般规定电动机的运行电压不能高于说明：一般规定电
8、动机的运行电压不能高于或低于额定值的或低于额定值的 5 5。ABCXYZ接线盒接线盒船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室5)5)额定电流额定电流I IN N额定运行时定子绕组的线电流额定运行时定子绕组的线电流7)7)额定转速额定转速n nN N额定运行时电动机的转速额定运行时电动机的转速6)6)额定频率额定频率f fN N电源频率电源频率船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室有连续运行、短时运行和重复短时运行三种有连续运行、短时运行和重复短时运行三种。8)8)额定功率因数额定功率因数额定运行时的功率因数。额定运行
9、时的功率因数。10)10)绝缘等级与温升绝缘等级与温升:9)9)定额定额 (工作方式或工作制工作方式或工作制):):与所用绝缘材料有关。与所用绝缘材料有关。额定负载时一般为额定负载时一般为0.7 0.7 0.9 0.9 ，空载时，空载时功率因数很低约为功率因数很低约为0.2 0.2 0.30.3。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室3.2 3.2 异步电动机的工作原理异步电动机的工作原理船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室三相异步电动
10、机转子转起来的两个基本条件三相异步电动机转子转起来的两个基本条件:即转子绕组自成闭合回路和定子三相绕组通入三即转子绕组自成闭合回路和定子三相绕组通入三相电流能产生旋转磁场相电流能产生旋转磁场.船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室1 1 转动原理转动原理复习复习右手定则：判定感应电流的方向。右手定则：判定感应电流的方向。左手定则：判定电磁作用力的方向。左手定则：判定电磁作用力的方向。2 2 旋转磁场旋转磁场船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室BiAXBYCZAiCiCiAiBiitmIo240sin120sins
11、intIitIitIimCmBmA船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室iCiAiBitmIo0n规定规定 i:“+”首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。i:“”尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。AYCBZX()电流出电流出()电流入电流入船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室0tAXYCBZNS向下向下240sin120sinsintIitIitIimCmBmA船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 180tXBZ0nAYC 60tAXYCBZSN0n60A120
12、tXYCBZ0n同理分析，可得其它电同理分析，可得其它电流角度下的磁场方向流角度下的磁场方向船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室旋转方向旋转方向：取决于三相电流：取决于三相电流的相序。的相序。0n0n改变电机的旋转方向：换接其中两相改变电机的旋转方向：换接其中两相2.旋转磁场的转动方向旋转磁场的转动方向船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室3.3.旋转磁场的转速旋转磁场的转速分）转/(6010fn一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过360。则同步。则同步转速（旋转磁场的速度）为：转速（
13、旋转磁场的速度）为：AXYCBZNSAXYCBZSN0n60AXYCBZNS船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室极对数（极对数（P）的概念）的概念BiAXBYCZAiCi1p此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。即：即：AXYCBZNS船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室极对数（极对数（P）的改变）的改变CYABCXYZAXBZAiBiCi 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。成的磁场
14、则是两对磁极。X AAXBYBYCZCZ船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室极对数极对数2pAXX ANSSNZCZCBYBYCYABCXYZAXBZAiCiBi船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室XNSASNZBX AYCZBCY 0t分）转/(600pfn 60t A0nAZXXCZCSNSN30极对数和转速的关系极对数和转速的关系船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室三相异步电动机的同步转速三相异步电动机的同步转速分）转/(600pfn2p180分）转/(50011
15、p360分）转/(0003极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速)50(Hzf 0n3p120分）转/(0001船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速电动机转速:n电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但但 异步异步电动机电动机0nn无转距无转距转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流无转子电流
16、提示提示：如果如果0nn 船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 转差率转差率 的概念：的概念：)(s00nnns异步电机运行中异步电机运行中:S=0.010.09转差率转差率S用来表明转子的转速用来表明转子的转速 n 相对于同步转速相对于同步转速 n0 的的 差别差别程度。即：程度。即：异步电动机的三种工作状态：异步电动机的三种工作状态：电动机电动机发电机发电机电磁制动电磁制动n=0S=1n=n0S=0n n0S 0n 1船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室3.3 3.3 异步电动机的运行特性异步电动机的运行特
17、性3.3.1 3.3.1 异步电动机的转子磁场及磁势平衡关系异步电动机的转子磁场及磁势平衡关系 船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室定子磁场以定子磁场以n n0 0旋转时，这一转子磁场将旋转时，这一转子磁场将与之同步旋转，即转子旋转磁场与定子与之同步旋转，即转子旋转磁场与定子旋转磁场转向相同，转速也为旋转磁场转向相同，转速也为n n0 0。转子。转子磁场的存在必将对定子旋转磁场产生影磁场的存在必将对定子旋转磁场产生影响，称为转子反应。响，称为转子反应。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室转子反应的结果与变压器中
18、原、副边磁势平转子反应的结果与变压器中原、副边磁势平衡关系相似。根据变压器工作原理，变压器衡关系相似。根据变压器工作原理，变压器负载运行时，副边电流产生的副边磁势对主负载运行时，副边电流产生的副边磁势对主磁通呈去磁作用。磁通呈去磁作用。为了维持主磁通基本不变，原边绕组中的电为了维持主磁通基本不变，原边绕组中的电流就相应地增加，依靠增加的原边磁势来补流就相应地增加，依靠增加的原边磁势来补偿副边磁势的去磁作用偿副边磁势的去磁作用。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室对于异步电动机而言，当轴上的机械负载增对于异步电动机而言，当轴上的机械负载增大时，其转速将有
19、下降的趋势，转子绕组切大时，其转速将有下降的趋势，转子绕组切割旋转磁场的相对速度增大，转子电流随之割旋转磁场的相对速度增大，转子电流随之增大，由此产生的转子磁势对主磁场的去磁增大，由此产生的转子磁势对主磁场的去磁效应也增大。效应也增大。为了维持气隙中的主磁通基本不变，定子绕为了维持气隙中的主磁通基本不变，定子绕组中的电流也必然增大，以增大的定子磁势组中的电流也必然增大，以增大的定子磁势来补偿转子磁势的去磁作用。由此可见，异来补偿转子磁势的去磁作用。由此可见，异步电动机中，定子绕组的电流大小将与转子步电动机中，定子绕组的电流大小将与转子电流成比例，且取决于轴上负载的大小。电流成比例，且取决于轴上
20、负载的大小。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室1)定子电路定子电路绕组中正弦感应电动势绕组中正弦感应电动势的有效值为的有效值为111144.4NfkEk1为小于为小于1的定子分布绕组系数的定子分布绕组系数3.3.2 3.3.2 异步电动机的等效电路异步电动机的等效电路 转、定子电路转、定子电路i2R1i1e1e2RLL1L22R船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室定子电路相量电压平衡方程式为定子电路相量电压平衡方程式为1.1.111.)(EILjRU由于绕组在正常负载范围内漏阻抗压降远小于感应由于绕组在正常负
21、载范围内漏阻抗压降远小于感应电动势电动势E1。1111144.4NfkEU船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室2)2)转子电路转子电路p对磁极的旋转磁场以对磁极的旋转磁场以 n=n0-n的转速切割转的转速切割转子每相绕组。子每相绕组。转子电势转子电势e2的频率为的频率为1000026060)(60sfpnnnnnnpnpfpfn6060pnf 船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室转子每相绕组感应电动势转子每相绕组感应电动势e2的有效值为的有效值为202122222)(44.444.4sENsfkNfkE其中其中
22、E20为转子不动为转子不动(s=1和和f2=f1)时的感应电动势时的感应电动势,即即k2为转子绕组系数为转子绕组系数.2122044.4NfkE定值船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室2202220222222)(SXRSEXREI其中其中202122222SXLSfLfX202122244.444.4SENSfNfEmmu1转、定子电路转、定子电路i2R1i1e1e2RLL1L22R船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室转子功率因数转子功率因数220222222222)(cosSXRRXRR2222XR 2R2
23、X船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室转子电流及其功率因数均随转差率转子电流及其功率因数均随转差率s或转速或转速n而变而变.220222222222)(cosSXRRXRR22022202)(SXRSEI0n0nn 船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室鼠笼式转子的磁极对数鼠笼式转子的磁极对数 绕线式异步电动机的转子绕组分布与定绕线式异步电动机的转子绕组分布与定子绕组相同，则定、转子有相同的磁极对子绕组相同，则定、转子有相同的磁极对数。鼠笼式异步电动机的转子绕组是由导数。鼠笼式异步电动机的转子绕组是由导电条组成，
24、其磁极对数由定子磁极对数决电条组成，其磁极对数由定子磁极对数决定，即恒等于定子的磁极对数。定，即恒等于定子的磁极对数。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室转子旋转磁势相对于定子绕组的转速为转子旋转磁势相对于定子绕组的转速为转子旋转磁场绕着转子旋转的转速转子旋转磁场绕着转子旋转的转速n2与转子电流的与转子电流的频率频率f2成正比与磁极对数成正比与磁极对数p成反比成反比,即即01122606060snpfspsfpfn00002)(nsnnsnnn定子磁场和转子磁场定子磁场和转子磁场船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教
25、研室021FFF磁动势的平衡方程为：磁动势的平衡方程为：可以改写为：可以改写为：LFF)F(FF10201定子磁势定子磁势1111INkF转子磁势转子磁势2222INkF空载磁势空载磁势0110INkF.,;,:2100对主磁通的影响即用来抵消转子磁动势子磁动势它用平衡转另一个是负载分量它用来产生气隙磁通一个是励磁磁动势个分量定子旋转磁动势包括两表明FFFL船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室021FFF定子电流和转子电流定子电流和转子电流011222111INkINkINkikIIINkNkII202112201将磁势平衡方程各项同除将磁势平衡方程各
26、项同除k k1 1 N N1 1后可以得到定、转子电后可以得到定、转子电流的平衡关系式，即流的平衡关系式，即船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室3.3.3 3.3.3 异步电动机的转矩及功率平衡方程异步电动机的转矩及功率平衡方程 转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到受到电磁力所形成的转距之总和。电磁力所形成的转距之总和。22cosIKTT常数常数每极磁通每极磁通转子电流转子电流1)1)电磁转矩电磁转矩转子电路的转子电路的2cos船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室22cos
27、IKTT22022202)(SXRSEI2202222)(cosSXRRmNfU11144.4将其中参数代入：将其中参数代入：21220222)(UsXRsRKT转矩公式转矩公式船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室2)2)三相异步电动机功率流图三相异步电动机功率流图P1：定子输入三相电功率：定子输入三相电功率Pe：通过气隙旋转磁场传送给：通过气隙旋转磁场传送给转子的电磁功率转子的电磁功率Pm：转子的机械功率功率：转子的机械功率功率P2：轴上输出机械功率：轴上输出机械功率 PFe1：定子铁损：定子铁损 PCu1：定子铜损：定子铜损 PCu2：转子铜损：转
28、子铜损P0：空载机械损耗功率：空载机械损耗功率船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室P Pm m=T T 旋转磁场的同步角速度旋转磁场的同步角速度 0 0=2=2 n n0 0/60/60转子旋转的角速度转子旋转的角速度=2=2 n/60n/60电磁转矩电磁转矩:)/()(9550602222分转千瓦nPnPT（牛顿（牛顿米）米）P Pe e=0 0T T机械转矩机械转矩:船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室3.3.4 3.3.4 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性 22cosIKTT22022202)(S
29、XRSEI2202222)(cosSXRRmNfU11144.4将其中参数代入：将其中参数代入：船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室21220222)(UsXRsRKT转矩公式转矩公式)()(TfnSfT机械特性曲线机械特性曲线船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室T=f(s)曲线曲线异步电动机机械特性曲线异步电动机机械特性曲线电磁转矩特性电磁转矩特性T T=f f(s s)得特性曲线：得特性曲线：船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室电动机的自适应负载能力电动机的自适应负
30、载能力电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。调整，这种能力称为自适应负载能力。常用特常用特性段性段n0nTTISnTL2 直至新的平衡。此过程中，直至新的平衡。此过程中，时，时，电源提供的功率自动电源提供的功率自动增加。增加。2 I1 I船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室自适应负载能力是自适应负载能力是电动机区别于其它电动机区别于其它动力机械的重要特点。动力机械的重要特点。如：柴油机当负载增加时，必须由操如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载。作者加大油门
31、，才能带动新的负载。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室1)额定转矩额定转矩 TN：电机在额定电压下，以额电机在额定电压下，以额定转速定转速nN 运行，输出额运行，输出额定功率定功率PN 时，电机转轴时，电机转轴上输出的转矩。上输出的转矩。n0TnNTnN三个重要转矩三个重要转矩0LTTT由于由于T T0 0很小一般可忽略，因此可得异步电动机中转很小一般可忽略，因此可得异步电动机中转矩平衡方程为：矩平衡方程为：LTT船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室)/()(9550602分转千瓦NNNNNnPnPT（牛顿（
32、牛顿米）米）额定转矩额定转矩船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室如果如果T TL LTTmaxmax电机将会电机将会因带不动负载而停转。因带不动负载而停转。2)2)最大转矩最大转矩 （或临界转矩）（或临界转矩）T Tmaxmax：电机带动最大负载的能力电机带动最大负载的能力n0TnmaxT船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室求解求解0ST21220222)(UsXRsRKT2021max21XKUT可得临界转差率可得临界转差率202/XRsm船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动
33、化教研室有两点值得注意有两点值得注意:(1)Tmax U12船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室(2)最大转矩值与转子电阻无关最大转矩值与转子电阻无关船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室 一般三相异步电动机的倍数一般三相异步电动机的倍数 m=1.62.5.最大转矩与额定转矩之比最大转矩与额定转矩之比 m,称为过载倍数称为过载倍数,即即nmTT/max船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室3)起动转矩起动转矩Tst则则21220222)(UXRRKTst当定子接通电源转子未
34、动时：当定子接通电源转子未动时：n=0（S=1）n0TnstTTL可见可见 ，并且与，并且与R2有关。有关。21UTst船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室一般三相鼠笼电动机的一般三相鼠笼电动机的 s=1.02.2.当转子电路外串电阻使当转子电路外串电阻使R2=X20时时,则则s=1(n=0),起动转矩与额定转矩之比称为起动转矩倍数起动转矩与额定转矩之比称为起动转矩倍数 s,即即maxTTstsstnTT/船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室机械特性的软硬机械特性的软硬 硬特性硬特性 （R2小）小）软特性软特性
35、（R2大）大）0Tn 不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。载起动则选软特性电机。硬特性硬特性：负载变化时，转速：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。变化不大，运行特性好。软特性软特性：负载增加转速下降：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起动较快，但起动转矩大，起动特性好。特性好。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室转矩的实用公式转矩的实用公式工程上常采用如下两个简便的实用公式工程上常采用如下两个简便的实用公式,即即TTssssmmmax2或或ssmnmm2
36、1船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室1、转速特性).P(fnffUU:NN2 时时和和在在定定义义2、转矩特性).P(fTffUU:NN22 时时和和在在定义定义3、定子电流特性4、定子功率因数特性).P(fcosffUU:NN21 时时和和在在定定义义5、效率特性).P(fffUU:NN2 时时和和在在定定义义工作特性的曲线如工作特性的曲线如图所示：图所示：).P(fIffUU:NN21 时时和和在在定定义义三相异步电动机的工作特性三相异步电动机的工作特性船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室机械特性机械特性
37、效率特性效率特性电流特性电流特性转距特性转距特性功率因数功率因数船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室定子电流特性定子电流特性I I1 1=f(P=f(P2 2)异步电动机空载时异步电动机空载时P P2 2=0=0、s0s0、转子电流转子电流I I2 200。这时，定子电流。这时，定子电流，几乎全部用以励磁。随着负载，几乎全部用以励磁。随着负载的增大，转子转速下降，的增大，转子转速下降，s s增大增大，I I2 2增大，为维持磁势平衡，增大，为维持磁势平衡，I I1 1随之增大，故电流特性为一上升随之增大，故电流特性为一上升曲线，起点在曲线，起点在I I
38、0 0值。值。异步电动机空载和轻载时，定子电流较大，其空载电流异步电动机空载和轻载时，定子电流较大，其空载电流I I0 0与额定电流与额定电流I IN N之比约为之比约为20205050。这是因为电动机。这是因为电动机的磁路存在气隙，磁阻较大，所以产生一定量的磁通所的磁路存在气隙，磁阻较大，所以产生一定量的磁通所需要的电流就大。需要的电流就大。I1P2)(21PfI I0船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室)(2PfP2效率特性效率特性 =f(P=f(P2 2)当负载很小时，可变损当负载很小时，可变损耗很小，这时效率迅速上升。耗很小，这时效率迅速上升。
39、随着负载继续增大时，可变随着负载继续增大时，可变损耗增大，直到不变损耗与损耗增大，直到不变损耗与可变损耗相等时，效率达到可变损耗相等时，效率达到最高，一般中小型电机约在最高，一般中小型电机约在3/43/4的额定负载时效率最高。的额定负载时效率最高。若继续增大负载，由于可变若继续增大负载，由于可变损耗增加较快，效率又开始损耗增加较快，效率又开始下降。下降。空载损耗称不变损耗空载损耗称不变损耗铜损铜损(平方损失平方损失)为可变损耗为可变损耗FeP船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室效率特性效率特性 =f(P=f(P2 2)电动机轴上输出的机械功率电动机轴上
40、输出的机械功率P P2 2与定子输入功率与定子输入功率P P1 1之比称为效率之比称为效率 。即。即 通常一般三相异步电动机的额定效率约为通常一般三相异步电动机的额定效率约为0.720.720.930.93。电动机容量越大效率相对越高。电动机容量越大效率相对越高。PPPPP2212船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室PPPPP221222kPPCuFeCuPPP222212kPPPPPPFe2222222222)21(kPPPkPPkPPPdPdFeFe02222222kPPkPPPFe022kPPFeCuFePkPP22IPCu2PI 效率对输出功率
41、求导效率对输出功率求导,使之为使之为0,求出效率极值求出效率极值当不变损失当不变损失(PFe)与可变损失与可变损失(PCu)相等时相等时,效率达最大值效率达最大值船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室1cos)(cos21PfP2功率因数特性功率因数特性 外加电压一定时，其主外加电压一定时，其主磁通基本不变，则建立磁场磁通基本不变，则建立磁场所需的无功电流基本不变。所需的无功电流基本不变。由于电机空载时由于电机空载时P P2 2=0=0，有功，有功电流分量很小，此时功率因电流分量很小，此时功率因数很低，一般小于数很低，一般小于0.20.2。随负载增大时，
42、输出功率增大，即有功分量增大，随负载增大时，输出功率增大，即有功分量增大，coscos1 1随之增加。若负载继续增加，由于转速降低、转随之增加。若负载继续增加，由于转速降低、转差增加，转子功率因数下降较多，使定子电流中与之平差增加，转子功率因数下降较多，使定子电流中与之平衡的无功分量也增大，功率因数有所下降。一般电动机衡的无功分量也增大，功率因数有所下降。一般电动机在额定功率附近，将达到最大功率因数。在额定功率附近，将达到最大功率因数。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室三相异步电动机的选择三相异步电动机的选择 在船舶上三相异步电动机的使用非常广在船舶
43、上三相异步电动机的使用非常广泛，正确的选用电动机是关系到船舶安全泛，正确的选用电动机是关系到船舶安全运行和经济运行的重要保障。选择电动机运行和经济运行的重要保障。选择电动机应按照生产机械的实际要求，正确选择电应按照生产机械的实际要求，正确选择电动机的容量、种类、型式等。动机的容量、种类、型式等。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室(1).(1).功率的选择功率的选择 电动机的额定功率等于或稍大于生产机械的功电动机的额定功率等于或稍大于生产机械的功率。若功率选择太小，电动机会因过载而损坏，率。若功率选择太小，电动机会因过载而损坏，甚至烧毁；选择得太大，则
44、不但增加投资，而且甚至烧毁；选择得太大，则不但增加投资，而且电动机没有充分发挥它的作用，效率和功率因数电动机没有充分发挥它的作用，效率和功率因数都会降低。都会降低。一般对连续运行的恒定负载，如果生产机械一般对连续运行的恒定负载，如果生产机械的功率为的功率为P P1 1 ，则电动机的功率，则电动机的功率P P可按下式算出：可按下式算出：211PP 船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室(2).(2).种类的选择种类的选择 一般选择电动机种类主要从以下几方一般选择电动机种类主要从以下几方面考虑：交流还是直流、机械特性（硬特面考虑：交流还是直流、机械特性（硬特
45、性或软特性）、调速与起动性能、维护及性或软特性）、调速与起动性能、维护及价格等。价格等。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室(3).(3).结构型式的选择结构型式的选择电动机的结构型式主要有：电动机的结构型式主要有：1 1）开启式：）开启式：这种电动机的带电部分和旋转部分没有任何这种电动机的带电部分和旋转部分没有任何防护装置。散热好，造价低。用于干燥无灰尘的场所。防护装置。散热好，造价低。用于干燥无灰尘的场所。2 2）防护式：）防护式：在机壳或端盖下面有通风罩，可防水滴、铁在机壳或端盖下面有通风罩，可防水滴、铁屑等杂物从上面或与垂直方向成屑等杂物从上面
46、或与垂直方向成4545 角以内掉入电动机角以内掉入电动机内部。内部。3 3）封闭式：）封闭式：有封闭外壳保护，电动机靠自身风扇或外部有封闭外壳保护，电动机靠自身风扇或外部风扇冷却，外壳带有散热片。适用于潮湿、尘埃多、水风扇冷却，外壳带有散热片。适用于潮湿、尘埃多、水土飞溅的场所。土飞溅的场所。4 4）防爆式：）防爆式：外壳完全封闭，适用于有爆炸气体的场所，外壳完全封闭，适用于有爆炸气体的场所，例如船上的蓄电池室。例如船上的蓄电池室。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室(4).(4).电压与转速的选择电压与转速的选择 电动机电压的选择是根据使用地点的电动
47、机电压的选择是根据使用地点的电源来决定的。电源来决定的。电动机额定转速的选择应由生产机械电动机额定转速的选择应由生产机械的转速和传动设备的情况来决定，通常电的转速和传动设备的情况来决定，通常电动机的转速应尽量与生产机械的转速一致，动机的转速应尽量与生产机械的转速一致，以便直接传动，避免传动装置复杂化。以便直接传动，避免传动装置复杂化。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室转子一般用鼠笼式转子一般用鼠笼式3.4 3.4 单相异步电动机单相异步电动机船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室定子放单相绕定子放单相绕组（其中
48、通单组（其中通单相交流电）相交流电）,转子一般用鼠转子一般用鼠笼式。笼式。转子转子 定子定子绕组绕组定子定子3.4.1 3.4.1 定子单相绕组通电时的磁场及机械特性定子单相绕组通电时的磁场及机械特性 船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室定子中通入单相定子中通入单相交流电后，形成交流电后，形成脉动磁场脉动磁场。其磁。其磁感应强度按正弦感应强度按正弦分布，且随时间分布，且随时间按正弦变化。按正弦变化。转子转子 定子定子绕组绕组定子定子船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室单相异步电动机的特点单相异步电动机的特点：（
49、1）自身没有起动转矩）自身没有起动转矩.F转子导条转子导条及电流及电流当定子绕组产生的合当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条定则，可知转子导条左、右受力大小相等左、右受力大小相等方向相反，所以没有方向相反，所以没有起动转矩。起动转矩。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室.F转子导条转子导条及电流及电流（2）转子借助其）转子借助其它力量转动后，外它力量转动后，外力去除后仍按原方力去除后仍按原方向继续转动。向继续转动。船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自
50、动化教研室定子绕组产生的脉动磁场（定子绕组产生的脉动磁场（），可用），可用正、反两个旋正、反两个旋转磁场合成而等效。即：转磁场合成而等效。即：-+-t m 单相异步电动机的机械特性单相异步电动机的机械特性m船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室正反向旋转磁场的合成转矩特性正反向旋转磁场的合成转矩特性合成转矩合成转矩起动转矩起动转矩为零。为零。121ss2T02s1Ts01s22s21s（正向）（正向）（反向）（反向）正正转转转转反反船舶电气设备及系统 课 件轮机学院电气及自动化教研室轮机学院电气及自动化教研室3.4.2 3.4.2 单相异步电动机的分类单
