1、第五章第五章 交流电动机的工作原理及特性交流电动机的工作原理及特性 了解三相异步电动机的基本结构及工作原理；了解三相异步电动机的基本结构及工作原理；掌握三相异步电动机的转矩特性和机械特性；掌握三相异步电动机的转矩特性和机械特性；掌握三相异步电动机的连接方法和额定参数；掌握三相异步电动机的连接方法和额定参数；掌握三相异步电动机启动、调速和制动等各种特性；掌握三相异步电动机启动、调速和制动等各种特性；掌握实现三相异步电动机启动、调速和制动的各种方法及它们掌握实现三相异步电动机启动、调速和制动的各种方法及它们的使用场所；的使用场所；掌握单相异步电动机的工作原理和启动方法；掌握单相异步电动机的工作原理
2、和启动方法；了解同步电动机的结构、工作原理、运行特性和启动方法。了解同步电动机的结构、工作原理、运行特性和启动方法。151 三相异步电动机的基本结构和工作原理三相异步电动机的基本结构和工作原理 一、三相异步电动机的基本结构一、三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机主要由定子和转子两个部分组成，定子是不动三相异步电动机主要由定子和转子两个部分组成，定子是不动的部分，转子是旋转部分，在定子和转子之间有一定的气隙。如图的部分，转子是旋转部分，在定子和转子之间有一定的气隙。如图所示。所示。21.定子定子 定子由定子铁心、绕组以及机座组成。定子由定子铁心、绕组以及机座组成。定子铁心是磁路的一部定子铁心
3、是磁路的一部分，它由分，它由0.5mm的硅钢片叠的硅钢片叠压而成，片与片之间是绝缘压而成，片与片之间是绝缘的，以减少涡流损耗。定子的，以减少涡流损耗。定子铁心的硅钢片的内圆冲有定铁心的硅钢片的内圆冲有定子槽，槽中安放线圈，如图子槽，槽中安放线圈，如图所示。硅钢片铁心在叠压后所示。硅钢片铁心在叠压后成为一个整体，固定于机座成为一个整体，固定于机座上。上。3 定子绕组是电动机的电定子绕组是电动机的电路部分。三相电动机的定子路部分。三相电动机的定子绕组分为三个部分对称地分绕组分为三个部分对称地分布在定子铁心上，称为三相布在定子铁心上，称为三相绕组，分别用绕组，分别用AX、BY、CZ表示，其中，表示，
4、其中，A、B、C称为称为首端首端，而，而X、Y、Z称为称为末端末端。机座主要用于固定与支撑定子铁心。中小型异步电动机一般采机座主要用于固定与支撑定子铁心。中小型异步电动机一般采用铸铁机座。根据不同的冷却方式采用不同的机座型式。用铸铁机座。根据不同的冷却方式采用不同的机座型式。三相绕组接入三相交流电源，三相绕组中的电流定子铁心中产三相绕组接入三相交流电源，三相绕组中的电流定子铁心中产生生旋转磁场旋转磁场。42.转子转子 转子铁心也是电动机磁转子铁心也是电动机磁路的一部分，由硅钢片叠压路的一部分，由硅钢片叠压而成。转子铁心装在转轴上。而成。转子铁心装在转轴上。硅钢片冲片如图所示。硅钢片冲片如图所示
5、。转子由铁心与绕组组成。转子由铁心与绕组组成。线绕式和鼠笼式两种电动机的转子构造虽然不同，但工作原理线绕式和鼠笼式两种电动机的转子构造虽然不同，但工作原理是一致的。转子的作用是是一致的。转子的作用是产生转子电流，即产生电磁转矩产生转子电流，即产生电磁转矩。5 鼠笼式异步电动机转子绕鼠笼式异步电动机转子绕组是在转子铁心槽里插入铜条，组是在转子铁心槽里插入铜条，再将全部铜条两端焊在两个铜再将全部铜条两端焊在两个铜端环上而组成，如图所示。端环上而组成，如图所示。线绕式异步电动机转线绕式异步电动机转子绕组是由线圈绕组放入转子绕组是由线圈绕组放入转子铁心槽内，并分为三相对子铁心槽内，并分为三相对称绕组，
6、与定子产生的磁极称绕组，与定子产生的磁极数相同。线绕式转子通过轴数相同。线绕式转子通过轴上的滑环和电刷在转子回路上的滑环和电刷在转子回路中接入外加电阻，用以改善中接入外加电阻，用以改善启动性能与调节转速，启动性能与调节转速，6二、三相异步电动机的工作原理二、三相异步电动机的工作原理 1定子旋转磁场定子旋转磁场 假设每相绕组只有一个线匝，分别嵌放在定子内圆周的假设每相绕组只有一个线匝，分别嵌放在定子内圆周的6个凹个凹槽之中。现将三相绕组的末端槽之中。现将三相绕组的末端X、Y、Z相连，首端相连，首端A、B、C接三相接三相交流电源。且三相绕组分别叫做交流电源。且三相绕组分别叫做A、B、C相绕组。如图
7、所示。相绕组。如图所示。7 假定定子绕组中电流的正方向规定为从首端流向末端，且假定定子绕组中电流的正方向规定为从首端流向末端，且A相相绕组的电流作为参考正弦量，即绕组的电流作为参考正弦量，即 iA的初相位为零，则三相绕组的初相位为零，则三相绕组A、B、C的的电流（相序为电流（相序为ABC）的瞬时值为：）的瞬时值为：tIi sinmA)32sin(mB tIi)34sin(mC tIi 如图所示是这些电流随时间变化的曲线。如图所示是这些电流随时间变化的曲线。8 时时01 t iB为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从Y端流到端流到B端；端；iC为正，电流
8、实际方向与正方向一致，即电流从为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从C端流到端流到Z端。端。按右手螺旋法则确定按右手螺旋法则确定三相电流产生的合成磁场，三相电流产生的合成磁场，如图（如图（a）箭头所示。）箭头所示。iA=09 时时62Tt iB为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从Y端流到端流到B端；端；iA为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从A端流到端流到X端。端。此时的合成磁场如图（此时的合成磁场如图（b）所示，合成磁场已从所示，合成磁场已从t=0 瞬间瞬间所在位置顺时针方向旋转了所在位置顺时针方向旋转
9、了 /3。iC=010设定子和转子每相绕组的匝数分别为N1和N2，如图所示电路图是三相异步电动机的一相电路图。在交流电动机中，旋转磁场相对定子的旋转速度被称为同步速度，用n0表示。4自耦变压器降压启动如果电源的线电压是电动机额定相电压的 倍，那么，电动机的绕组就应该接成星形。机座主要用于固定与支撑定子铁心。直接启动就是将电动机的定子绕组通过闸刀开关或接触器直接接入电源，在额定电压下进行启动。三、定子绕组连线方法的选用二、转子电路串电阻调速 直接启动的条件：由于直接启动的启动电流很大，因此，在什么情况下采用直接启动，有关供电、动力部门都有规定，主要取决于电动机的功率与供电变压器的容量之比值。掌握
10、三相异步电动机的连接方法和额定参数；原理接线图和机械特性如图所示：linT4-19.直接启动就是将电动机的定子绕组通过闸刀开关或接触器直接接入电源，在额定电压下进行启动。可见，异步电动机的启动转矩Tst与U、R2及X20有关。直接启动的条件：由于直接启动的启动电流很大，因此，在什么情况下采用直接启动，有关供电、动力部门都有规定，主要取决于电动机的功率与供电变压器的容量之比值。掌握三相异步电动机的转矩特性和机械特性；可算出，额定功率大于24kW的电动机不允许直接启动。时时33Tt iC为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从Z端流到端流到C端；端；iA为正
11、，电流实际方向与正方向一致，即电流从为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从A端流到端流到X端。端。此时的合成磁场如图此时的合成磁场如图（c）所示，合成磁场已从）所示，合成磁场已从t=0 瞬间所在位置顺时针方瞬间所在位置顺时针方向旋转了向旋转了2 /3。iB=011 时时24Tt 0A i iC为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从Z端流到端流到C端；端；iB为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从B端流到端流到Y端。端。此时的合成磁场如图此时的合成磁场如图（d）所示，合成磁场已从）所示，合成磁场已从 t=0 瞬
12、间所在位置顺时针方瞬间所在位置顺时针方向旋转了向旋转了 。12 按以上分析可以证明：当三相电流随时间不断变化时，合成磁按以上分析可以证明：当三相电流随时间不断变化时，合成磁场也在不断旋转，故称场也在不断旋转，故称旋转磁场。旋转磁场。2旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向 A相绕组内的电流超前相绕组内的电流超前B相绕组内的电流相绕组内的电流2 /3，而，而B相绕组内的相绕组内的电流又超前电流又超前C相绕组内的电流相绕组内的电流2 /3，当三相交流电的当三相交流电的ABC，旋转磁场的旋转方向为从旋转磁场的旋转方向为从ABC，即向顺时针方向旋转。，即向顺时针方向旋转。13 如果将定子绕组接至电源的三
13、根导线中的如果将定子绕组接至电源的三根导线中的任意两根线对调任意两根线对调，例，例如，将如，将B，C两根线对调，使两根线对调，使B相与相与C相绕组中电流的相位对调，如相绕组中电流的相位对调，如图所示。图所示。14 此时此时A相绕组内的电流超前相绕组内的电流超前C相绕组内的电流相绕组内的电流2 /3，而，而C相绕相绕组内的电流又超前组内的电流又超前B相绕组内的电流相绕组内的电流2 /3，用上述同样的分析方法，用上述同样的分析方法可知，此时旋转磁场的旋转方向将变为可知，此时旋转磁场的旋转方向将变为ACB，即向逆时针方向，即向逆时针方向旋转，如图所示，即与未对调前的旋转方向相反。旋转，如图所示，即与
14、未对调前的旋转方向相反。由此可见，要改变旋转磁场的旋转方向，只要把定子绕组接到由此可见，要改变旋转磁场的旋转方向，只要把定子绕组接到电源的三根导线中的任意两根对调即可。电源的三根导线中的任意两根对调即可。153.旋转磁场的极数与旋转速度旋转磁场的极数与旋转速度 在交流电动机中，旋转磁场相对定子的旋转速度被称为同步速在交流电动机中，旋转磁场相对定子的旋转速度被称为同步速度，用度，用n0表示。表示。以上讨论的旋转磁场，具有一对磁极（磁极对数用以上讨论的旋转磁场，具有一对磁极（磁极对数用p表示）即表示）即p=1。从上述分析可以看出，电流变化经过一个周期（变化从上述分析可以看出，电流变化经过一个周期（
15、变化360电角电角度），旋转磁场在空间也旋转了一转（转了度），旋转磁场在空间也旋转了一转（转了360机械角度），若电机械角度），若电流的频率为流的频率为f，旋转磁场每分钟将旋转，旋转磁场每分钟将旋转60f 转，即：转，即：fn600 16可算出，额定功率大于24kW的电动机不允许直接启动。线绕式异步电动机转子静止时的滑环电压和转子的额定电流。iC=0所以，这种调速方法大多用在重复短期运转的生产机械中，如在起重运输设备中应用非常广泛。鼠笼式异步电动机一般场合下希望启动越快越好，以提高生产效率。其中，每相绕组由两个部分串联组成，再将这三相绕组接到对称三相电源使通过对称三相电流，便产生具有两对磁极的
16、旋转磁场。通常手册上给出的数据就是电动机的额定值。例5.硅钢片铁心在叠压后成为一个整体，固定于机座上。54 三相异步电动机的启动特性X20 电动机不动（S=1）时转子每相绕组的感抗。高速工作时，调速范围不大；iC为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从Z端流到C端；直接启动就是将电动机的定子绕组通过闸刀开关或接触器直接接入电源，在额定电压下进行启动。额定功率因数 ：在额定频率、额定电压和电动机轴上输出额定功率时，定子相电流与相电压之间相位差的余弦。在旋转磁场的作用下，转子导体切割磁力线（其方向与旋转磁场的旋转方向相反），因而在导体内产生感应电动势e从而产生感应电流i。电动机在制造工厂所拟定的情
17、况下工作时，称为电动机的额定运行，通常用额定值来表示其运行条件，这些数据大部分都标明在电动机的铭牌上。三相绕组接入三相交流电源，三相绕组中的电流定子铁心中产生旋转磁场。如果把定子铁心的槽数增加如果把定子铁心的槽数增加1倍（倍（12个槽），制成如图所示的个槽），制成如图所示的三相绕组。三相绕组。其中，每相绕组由两个部分串联组成，再将这三相绕组接到对其中，每相绕组由两个部分串联组成，再将这三相绕组接到对称三相电源使通过对称三相电流，便产生具有两对磁极的旋转磁场。称三相电源使通过对称三相电流，便产生具有两对磁极的旋转磁场。如图所示。如图所示。17 从图可以看出，对应于不同时刻，旋转磁场在空间转到不同
18、位从图可以看出，对应于不同时刻，旋转磁场在空间转到不同位置，此情况下电流变化半个周期，旋转磁场在空间只转过了置，此情况下电流变化半个周期，旋转磁场在空间只转过了 /2，即即1/4转，电流变化一个周期，旋转磁场在空间只转了转，电流变化一个周期，旋转磁场在空间只转了1/2转。转。由此可知，当旋转磁场具有两对磁极（由此可知，当旋转磁场具有两对磁极（p=2）时，其旋转速度）时，其旋转速度仅为一对磁极时的一半。依次类推，当有仅为一对磁极时的一半。依次类推，当有p对磁极时，其转速为：对磁极时，其转速为：pfn600 所以，旋转磁场的旋转速度与电流的频率成正比而与磁级对数所以，旋转磁场的旋转速度与电流的频率
19、成正比而与磁级对数成反比。成反比。184工作原理工作原理 三相异步电动机的工作原三相异步电动机的工作原理是基于定子旋转磁场和转子理是基于定子旋转磁场和转子电流的相互作用。电流的相互作用。假设定子只有一对磁极，转假设定子只有一对磁极，转子只有一匝绕组。子只有一匝绕组。在旋转磁场的作用下，转子导体切割磁力线（其方向与旋转磁在旋转磁场的作用下，转子导体切割磁力线（其方向与旋转磁场的旋转方向相反），因而在导体内产生感应电动势场的旋转方向相反），因而在导体内产生感应电动势e从而产生感从而产生感应电流应电流i。根据安培电磁力定律，转子电流与旋转磁场相互作用产生。根据安培电磁力定律，转子电流与旋转磁场相互作
20、用产生电磁力电磁力F（其方向用左手定则决定），这力在转子的轴上形成电磁（其方向用左手定则决定），这力在转子的轴上形成电磁转矩，且转矩作用方向与旋转磁场的旋转方向相同，转子受此转矩转矩，且转矩作用方向与旋转磁场的旋转方向相同，转子受此转矩的作用，按旋转磁场的旋转方向旋转起来。的作用，按旋转磁场的旋转方向旋转起来。转子的旋转速度称为电动机的转速，用转子的旋转速度称为电动机的转速，用n表示。表示。195.转转差率差率 S 由工作原理可知：转子的转速由工作原理可知：转子的转速n（电动机的转速）恒比旋转磁（电动机的转速）恒比旋转磁场的旋转速度场的旋转速度n0（同步速度）要小。因为如果两种速度相等时，转（
21、同步速度）要小。因为如果两种速度相等时，转子和旋转磁场没有子和旋转磁场没有相对运动相对运动，转子导体不切割磁力线，因此，不能，转子导体不切割磁力线，因此，不能产生电磁转矩，转子将不能继续旋转。因此，转子与旋转磁场之间产生电磁转矩，转子将不能继续旋转。因此，转子与旋转磁场之间的转速差是保证转子转速的主要因素，也是的转速差是保证转子转速的主要因素，也是异步电动机异步电动机的由来。的由来。定义：转速差定义：转速差(n0-n)与同步转速与同步转速n0的比值称为异步电动机的转的比值称为异步电动机的转差率，用表示差率，用表示S，即，即00nnnS 转差率转差率S是分析异步电动机运行特性的主要参数。是分析异
22、步电动机运行特性的主要参数。205.25.2 三相异步电动机的额定参数三相异步电动机的额定参数 一、一、三相异步电动机定子绕组的接法三相异步电动机定子绕组的接法 1两种接法两种接法 定子绕组的首端和末端通常都接在电动机接线盒的接线柱上，定子绕组的首端和末端通常都接在电动机接线盒的接线柱上，一般按图所示的方法排列。一般按图所示的方法排列。按照我国电工专业标准规定：按照我国电工专业标准规定：定子绕组出线端的首端为定子绕组出线端的首端为D1、D2、D3，末端为，末端为D4、D5、D6。21 三相电动机的定子绕组有三相电动机的定子绕组有星形（星形（Y型）型）和和三角形（形）三角形（形）两种两种不同的接
23、法，如图所示。不同的接法，如图所示。222线电压与相电压线电压与相电压 线电压线电压：两相绕组首端之间的电压，用：两相绕组首端之间的电压，用U1表示；表示；相电压相电压：每相绕组首、尾之间的电压，用：每相绕组首、尾之间的电压，用U相相表示。表示。对于星形接法：对于星形接法：相相UU31 对于三角形接法：对于三角形接法：相相UU 13线电流与相电流线电流与相电流 线电流：电网的供电电流，用线电流：电网的供电电流，用I1 表示；表示；相电流：每相绕组的电流，用相电流：每相绕组的电流，用I相相表示。表示。对于星形接法对于星形接法：相相II 1对于三角形接法对于三角形接法：相相II31 cosUIP1
24、113 4.电动机的输入功率电动机的输入功率23二、额定参数二、额定参数 电动机在制造工厂所拟定的情况下工作时，称为电动机的电动机在制造工厂所拟定的情况下工作时，称为电动机的额定额定运行运行，通常用额定值来表示其运行条件，这些数据大部分都标明在，通常用额定值来表示其运行条件，这些数据大部分都标明在电动机的铭牌上。电动机的铭牌上。1.额定功率额定功率PN：在额定运行情况下，在额定运行情况下，电动机轴上输出的机械功率电动机轴上输出的机械功率。NNNPP1 输出功率的一般表达式为：输出功率的一般表达式为：12PP 其中：其中：效率效率 P1 输入功率输入功率P2输出功率输出功率 输出功率和输出转矩的
25、关系为：输出功率和输出转矩的关系为：cosIKnP.TM222559 I2为转子电流为转子电流 24定子每相绕组中产生的感应电动势为：额定功率因数 ：在额定频率、额定电压和电动机轴上输出额定功率时，定子相电流与相电压之间相位差的余弦。从特性曲线上可以看出，其上有四个特殊点可以决定特性曲线的基本形状和异步电动机的运行性能，这四个特殊点是：不经济，在启动过程中，电阻器上消耗能量大，不适用于经常启动的电动机，若采用电抗器代替电阻器，则所需设备费较贵，且体积大。直接启动的条件：由于直接启动的启动电流很大，因此，在什么情况下采用直接启动，有关供电、动力部门都有规定，主要取决于电动机的功率与供电变压器的容
26、量之比值。异步电动机本身的启动特性为：星形接法时，定子电流为5.线电压：两相绕组首端之间的电压，用U1表示；由于R1和X1较小，其上电压降与电动势E1比较起来，常可忽略，于是依次类推，当有p对磁极时，其转速为：从上述分析可以看出，电流变化经过一个周期（变化360电角度），旋转磁场在空间也旋转了一转（转了360机械角度），若电流的频率为f，旋转磁场每分钟将旋转60f 转，即：特点：可见转子电流I2也与转差率S有关。通常手册上给出的数据就是电动机的额定值。由此可知，当旋转磁场具有两对磁极（p=2）时，其旋转速度仅为一对磁极时的一半。此时的合成磁场如图（d）所示，合成磁场已从 t=0 瞬间所在位置顺
27、时针方向旋转了。其中，每相绕组由两个部分串联组成，再将这三相绕组接到对称三相电源使通过对称三相电流，便产生具有两对磁极的旋转磁场。如果把定子铁心的槽数增加1倍（12个槽），制成如图所示的三相绕组。定子三相绕组的连接方式（Y形或形）的选择，和普通三相负载一样，须视电源的线电压而定。额定转速nN：在额定频率、额定电压和电动机轴上输出额定功率时，电动机的转速。此时的合成磁场如图（c）所示，合成磁场已从t=0 瞬间所在位置顺时针方向旋转了2 /3。2.额定电压额定电压UN：在额定运行情况下，定子绕组端应加的线电压：在额定运行情况下，定子绕组端应加的线电压值。值。如标有两种电压值（例如如标有两种电压值（
28、例如220/380V），这表明定子绕组采用），这表明定子绕组采用/Y连接时应加的线电压值。连接时应加的线电压值。即：即：三角形接法时，定子绕组应接三角形接法时，定子绕组应接220V的电源电压；的电源电压；星形接法时，定子绕组应接星形接法时，定子绕组应接380的电源电压。的电源电压。3.额定频率额定频率f：在额定运行情况下，定子外加电压的频率：在额定运行情况下，定子外加电压的频率（Hz）。）。50 f25 如标有两种电流值（例如如标有两种电流值（例如10.35/5.9A），则对应于定子绕组为），则对应于定子绕组为/Y连接的线电流值。连接的线电流值。4.额定电流额定电流IN：在额定频率、额定电压和
29、轴上输出额定功率时，：在额定频率、额定电压和轴上输出额定功率时，定子的线电流值。定子的线电流值。即：即：三角形接法时，定子电流为三角形接法时，定子电流为10.35A；星形接法时，定子电流为星形接法时，定子电流为5.9A。5.额定转速额定转速nN：在额定频率、额定电压和电动机轴上输出额定：在额定频率、额定电压和电动机轴上输出额定功率时，电动机的转速。功率时，电动机的转速。与额定转速相对应的转差率称为与额定转速相对应的转差率称为额定转差率额定转差率SN。26 一般不标在电动机铭牌上的几个额定值如下一般不标在电动机铭牌上的几个额定值如下：1.1.额定功率因数额定功率因数 ：在额定频率、额定电压和电动
30、机轴上：在额定频率、额定电压和电动机轴上输出额定功率时，定子相电流与相电压之间相位差的余弦。输出额定功率时，定子相电流与相电压之间相位差的余弦。Ncos 2.额定效率额定效率 ：在额定频率、额定电压和电动机轴上输出额定：在额定频率、额定电压和电动机轴上输出额定功率时，电动机输出机械功率与输入电功率之比，其表达式为功率时，电动机输出机械功率与输入电功率之比，其表达式为N%100cos3NNNN IUPN 3.额定负载转矩额定负载转矩TN：电动机在额定转速下输出额定功率时轴上：电动机在额定转速下输出额定功率时轴上的负载载矩。的负载载矩。4.4.线绕式异步电动机转子静止时的滑环电压和转子的额定电流。
31、线绕式异步电动机转子静止时的滑环电压和转子的额定电流。通常手册上给出的数据就是电动机的额定值。通常手册上给出的数据就是电动机的额定值。27三、定子绕组连线方法的选用三、定子绕组连线方法的选用 定子三相绕组的连接方式（定子三相绕组的连接方式（Y形或形或 形）的选择，和普通三相形）的选择，和普通三相负载一样，须视电源的线电压而定。负载一样，须视电源的线电压而定。如果电源的线电压等于电动机的额定相电压，那么，电动机的如果电源的线电压等于电动机的额定相电压，那么，电动机的绕组应该接成三角形；绕组应该接成三角形；如果电源的线电压是电动机额定相电压的如果电源的线电压是电动机额定相电压的 倍，那么，电动倍，
32、那么，电动机的绕组就应该接成星形。机的绕组就应该接成星形。通常电动机的铭牌上标有符号通常电动机的铭牌上标有符号 /Y和数字和数字220/380，前者表示，前者表示定子绕组的接法，后者表示对应于不同接法应加的线电压值。定子绕组的接法，后者表示对应于不同接法应加的线电压值。328 例例 电源线电压为电源线电压为380V，现有两台电动机，其铭牌数据如下，现有两台电动机，其铭牌数据如下，试选择定子绕组的连接方式。试选择定子绕组的连接方式。1.J32-4，功率，功率1.0kW，连接方法，连接方法/Y，电压，电压220/380V，电流，电流4.25/2.45A，转速，转速1420 r/min，功率因数，功
33、率因数0.79。2.J02-21-4，功率，功率1.1 kW，连接方法，连接方法 ，电压，电压380V，电流，电流6.27A，转速转速1410 r/min，功率因数，功率因数0.79。解：解：J32-4 电动机应接星形（电动机应接星形（Y），如图），如图(a)所示。所示。J02-21-4 电动机应接成三角形（电动机应接成三角形（），如图），如图(b)所示。所示。293053 三相异步电动机的转矩特性和机械特性三相异步电动机的转矩特性和机械特性 一、三相异步电动机的定子电路一、三相异步电动机的定子电路 三相异步电动机的电磁关系同变压器类似，定子绕组相当于变三相异步电动机的电磁关系同变压器类似，定
34、子绕组相当于变压器的原绕组，转子绕组（一般是短接的）相当于副绕组。压器的原绕组，转子绕组（一般是短接的）相当于副绕组。定子绕组接上三相电源电定子绕组接上三相电源电压（相电压为压（相电压为u1）时，则有三）时，则有三相电流通过（相电流为相电流通过（相电流为i1），），定子三相电流产生旋转磁场，定子三相电流产生旋转磁场，其磁力线通过定子和转子铁心其磁力线通过定子和转子铁心而闭合，这磁场不仅在转子每而闭合，这磁场不仅在转子每相绕组中要感应出电动势相绕组中要感应出电动势e2，而且在定子每相绕组中也要感而且在定子每相绕组中也要感应出电动势应出电动势e131 设定子和转子每相绕组的匝数分别为设定子和转子每
35、相绕组的匝数分别为N1和和N2，如图所示电路，如图所示电路图是三相异步电动机的一相电路图。图是三相异步电动机的一相电路图。旋转磁场的磁感应强度沿定子与转子间空气隙的分布是近于按旋转磁场的磁感应强度沿定子与转子间空气隙的分布是近于按正弦规律分布的，因此，当其旋转时，通过定子每相绕相的磁通也正弦规律分布的，因此，当其旋转时，通过定子每相绕相的磁通也是随时间按正弦规律变化的，是随时间按正弦规律变化的，t sinm 32 定子每相绕组中产生的定子每相绕组中产生的感应电动势感应电动势为：为：tNedd11 它也是正弦量，其有效值为：它也是正弦量，其有效值为：1111444444fN.Nf.E 式中，式中
36、，f1为为e1的频率。的频率。因为旋转磁场和定子间的相对转速为因为旋转磁场和定子间的相对转速为n0，所以，所以 6001pnf 它等于定子电流的频率，即它等于定子电流的频率，即 ff 1 定子每相绕组中还要产生定子每相绕组中还要产生漏磁电动势漏磁电动势tiLedd1L1L1 33 加在定子每相绕组上的电压也分成三个分量，即加在定子每相绕组上的电压也分成三个分量，即)(dd)()(11L11111111etiLRieeRiuL 如用复数表示，则为如用复数表示，则为)(j)()(1111111111EXIRIEERIUL 式中，式中，和和 ()为定子每相绕组的电阻和漏磁感抗。为定子每相绕组的电阻和
37、漏磁感抗。1R1XL11 21LfX 由于由于R1和和X1较小，其上电压降与电动势较小，其上电压降与电动势E1比较起来，常可忽略，比较起来，常可忽略，于是于是 EU111EU 34定子绕组是电动机的电路部分。iA为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从A端流到X端。转子的作用是产生转子电流，即产生电磁转矩。额定频率f：在额定运行情况下，定子外加电压的频率（Hz）。如用复数表示，则为在 n=0 ，即 S=1 时，转子感抗为如在一定负载下，欲得到不同的转速，可以由改变Tmax、Sm、P 和f 四个参数入手，则相应地有如下几种调速方法。转子由铁心与绕组组成。如果没有独立的变压器供电（即与照明共用电源
38、）的情况下，电动机启动比较频繁，则常按经验公式来估算，满足下列关系则可直接启动。三相异步电动机主要由定子和转子两个部分组成，定子是不动的部分，转子是旋转部分，在定子和转子之间有一定的气隙。改变电源电压时的人为机械特性如图所示：可见转子电流I2也与转差率S有关。直接启动的条件：由于直接启动的启动电流很大，因此，在什么情况下采用直接启动，有关供电、动力部门都有规定，主要取决于电动机的功率与供电变压器的容量之比值。iA为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从A端流到X端。所以，这种调速方法大多用在重复短期运转的生产机械中，如在起重运输设备中应用非常广泛。iB为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从Y
39、端流到B端；线电流：电网的供电电流，用I1 表示；三相电动机的定子绕组有星形（Y型）和三角形（形）两种不同的接法，如图所示。启动过程如下如图(a)所示：lint4-26.三相异步电动机的固有机械特性曲线如图所示。直接启动的条件：由于直接启动的启动电流很大，因此，在什么情况下采用直接启动，有关供电、动力部门都有规定，主要取决于电动机的功率与供电变压器的容量之比值。二、三相异步电动机的转子电路二、三相异步电动机的转子电路 旋转磁场在转子每相绕组中感应出的电动势为旋转磁场在转子每相绕组中感应出的电动势为tNedd22 其有效值为其有效值为 2222444444SfN.Nf.E 式中，式中，f2为转子
40、电动势为转子电动势e2或转子电流或转子电流i2相对于旋转磁场的频率相对于旋转磁场的频率.因为旋转磁场和转子间的相对转速为因为旋转磁场和转子间的相对转速为 n0-n1000026060Sfpnnnn)nn(pf 在在 n=0，即，即S=1时，转子电动势为时，转子电动势为 2120444Nf.E 为转子最大电动势为转子最大电动势202SEE 可见转子电动势可见转子电动势E2与转差率与转差率S有关。有关。35 和定子电流一样，转子电流也要产生漏磁通，从而在转子每相和定子电流一样，转子电流也要产生漏磁通，从而在转子每相绕组中还要产生漏磁电动势。绕组中还要产生漏磁电动势。tiLedd2L2L2 因此，对
41、于转子每相电路，有因此，对于转子每相电路，有 tiLRieRiedd)(2L222L2222 如用复数表示，则为如用复数表示，则为 22222222j)(XIRIERIEL 式中，式中，R2和和X2转子每相绕组的电阻和漏磁感抗转子每相绕组的电阻和漏磁感抗 L21L22222LSfLfX L21202LfX 202SXX 在在 n=0 ，即，即 S=1 时，转子感抗为时，转子感抗为为转子最大感抗为转子最大感抗 可见转子感抗可见转子感抗E2与转差率与转差率S有关。有关。36 转子每相电路的电流为转子每相电路的电流为 2202220222222)SX(RSEXREI 可见转子电流可见转子电流I2也与
42、转差率也与转差率S有关。当有关。当S增大，即转速增大，即转速n降低时，降低时，转子与旋转磁场间的相对转速增加，转子导体被磁力线切割的速度转子与旋转磁场间的相对转速增加，转子导体被磁力线切割的速度提高，于是提高，于是E2增加，增加，I2也增加。也增加。37三、转矩特性三、转矩特性 电磁转矩（以下简称转矩）是三相异步电动机最重要的物理量电磁转矩（以下简称转矩）是三相异步电动机最重要的物理量之一。机械特性是它的主要特性。之一。机械特性是它的主要特性。22mcos IKT 22022212444)SX(RNf.SI 所以所以220222222022212)SX(RUSRK)SX(RUSRKT 因为因为
43、转矩特性转矩特性 式中，式中，K与电动机结构参数、电源频率有关的一个常数；与电动机结构参数、电源频率有关的一个常数；U1、U定子绕组电压，电源电压；定子绕组电压，电源电压；R2转子每相绕组的电阻；转子每相绕组的电阻；X20 电动机不动（电动机不动（S=1）时转子每相绕组的感抗。）时转子每相绕组的感抗。38四机械特性四机械特性 在异步电动机中，转速在异步电动机中，转速 n=(1-S)n0，为了符合习惯画法，可将，为了符合习惯画法，可将曲线换成转速与转矩之间的关系曲线，即称为异步电动机的机械特曲线换成转速与转矩之间的关系曲线，即称为异步电动机的机械特性。性。1固有机械特性固有机械特性 异步电动机在
44、异步电动机在额定电压和额定频率下，用规定的接线方式，额定电压和额定频率下，用规定的接线方式，定子和转子电路中不串联任何电阻或电抗时的机械特性定子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称为固有（自然）机械特性。（自然）机械特性。根据根据 2202222)SX(RUSRT 00nnnS 三相异步电动机的固有机械特性曲线如图所示。三相异步电动机的固有机械特性曲线如图所示。39 从特性曲线上可以看出，从特性曲线上可以看出，其上有四个特殊点可以决定特性其上有四个特殊点可以决定特性曲线的基本形状和异步电动机的曲线的基本形状和异步电动机的运行性能，这四个特殊点是：运行性能，这四个特殊点是：00
45、10 S,nn,T 电动机处于理想空载工作点，此时电动机的转速为理想空载转电动机处于理想空载工作点，此时电动机的转速为理想空载转速。速。40 NNN,2SSnnTT 电动机额定工作点。此时额定转电动机额定工作点。此时额定转矩和额定转差率为矩和额定转差率为 NnPTNN55.9 0N0NnnnS 式中式中:PN电动机的额定功率；电动机的额定功率；nN电动机的额定转速，一般电动机的额定转速，一般 SN电动机的额定转差率，一般电动机的额定转差率，一般 TN电动机的额定转矩。电动机的额定转矩。0N)985.094.0(nn 015.006.0N S41 1,0,3st SnTT电动机的启动工作点。电动
46、机的启动工作点。将将S=1代入转矩公式中，可得代入转矩公式中，可得2202222stXRURKT 可见，异步电动机的启动转矩可见，异步电动机的启动转矩Tst与与U、R2及及X20有关。有关。42 当当施加在定子每相绕组上的电压降低时，启动转矩会明显减小；施加在定子每相绕组上的电压降低时，启动转矩会明显减小；当转子电阻适当增大时，启动转矩会增大；当转子电阻适当增大时，启动转矩会增大；而若增大转子电抗则会使启动转矩大为减小。而若增大转子电抗则会使启动转矩大为减小。通常把在固有机械特性上启动转矩通常把在固有机械特性上启动转矩Tst与额定转矩与额定转矩TN之比之比 st=Tst/TN 作为衡量异步电动
47、机启动能力的一个重要数据。一般作为衡量异步电动机启动能力的一个重要数据。一般 2.10.1st 43 mmmax,4SSnnTT 电动机的临界工作点。电动机的临界工作点。欲求转矩的最大值，可令欲求转矩的最大值，可令 0 dndT得临界转差率得临界转差率 202m/XRS 再将再将Sm代入转矩公式中，即可得代入转矩公式中，即可得202max2XUKT 440kW，连接方法/Y，电压220/380V，电流4.在 n=0，即S=1时，转子电动势为 直接启动的条件：由于直接启动的启动电流很大，因此，在什么情况下采用直接启动，有关供电、动力部门都有规定，主要取决于电动机的功率与供电变压器的容量之比值。显
48、然，异步电动机的这种启动性能和生产机械的要求是相矛盾的，为了解决这些矛盾，必须根据具体情况，采取不同的启动方法。定子每相绕组中还要产生漏磁电动势设定子和转子每相绕组的匝数分别为N1和N2，如图所示电路图是三相异步电动机的一相电路图。电动机的临界工作点。即：三角形接法时，定子绕组应接220V的电源电压；转子电路串电阻调速简单可靠，但它是有级调速。若电动机不经常启动，电动机功率小于变压器容量的30%时也允许直接启动。iC为负，电流实际方向与正方向相反，即电流从Z端流到C端；与Y-降压启动时情况一样，只是在Y-降压启动时的 为定值，而自耦变压器启动时的K是可调节的，这就是此种启动方法优于Y-启动方法
49、之处，当然它的启动转矩也是全压启动时的K2倍。对于星形接法：转子铁心也是电动机磁路的一部分，由硅钢片叠压而成。式中，f1为e1的频率。从图可以看出，对应于不同时刻，旋转磁场在空间转到不同位置，此情况下电流变化半个周期，旋转磁场在空间只转过了 /2，即1/4转，电流变化一个周期，旋转磁场在空间只转了1/2转。一般变频调速采用恒转矩调速，即希望最大转矩保持为恒值，为此在改变频率的同时，电源电压也要作相应的变化，使 U/f =C ，这在实质上是使电动机气隙磁通保持不变。2电阻或电抗器降压启动线绕式异步电动机转子静止时的滑环电压和转子的额定电流。iC为正，电流实际方向与正方向一致，即电流从C端流到Z端
50、。通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩之比通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩之比Nmaxm/TT 称为电动机的过载能力系数。它表征了电动机能够承受冲击负称为电动机的过载能力系数。它表征了电动机能够承受冲击负载的能力大小，是电动机的又一个重要运行参数。载的能力大小，是电动机的又一个重要运行参数。鼠笼式异步电动机鼠笼式异步电动机 2.28.1m 线绕式异步电动机线绕式异步电动机8.25.2m 452人为机械特性人为机械特性 由上述分析可知：异步电动机的机械特性与电动机的参数有关，由上述分析可知：异步电动机的机械特性与电动机的参数有关，也与外加电源电压、电源频率有关，将关系式中的参
