第五章 交流电动机的工作原理及特性图文

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

2、机的工作原理和启动方法； 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。 51 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三相异步电动机主要由定子定子和和转子转子 两个部分组成，定子是不动的部分，转两个部分组成，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子是旋转部分，在定子和转子之间有一 定的气隙。如图所示。定的气隙。如图所示。 图图1 封闭式三相笼型异步电动机结构图封闭式三相笼型异步电动机结构图 1轴承；轴承；2前端

3、盖；前端盖；3转轴；转轴；4接线盒；接线盒； 5吊环；吊环；6定子铁心；定子铁心；7转子；转子； 8定子绕组；定子绕组；9机座；机座；10后端盖；后端盖； 11风罩；风罩；12风扇风扇 1. .定子定子 定子由定子由定子铁心定子铁心、绕组绕组及及机座机座组成。组成。 定子铁心定子铁心是是磁路的一部磁路的一部 分分，它由，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

4、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。 定子绕组定子绕组是是电动机的电电动机的电 路部分路部分。三相电动机的定子。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，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

5、。 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。 2. .转子转子 转子铁心转子铁心也是也是电动机磁电动机磁 路的一部分路的一部分，由硅钢片叠压，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。 转子由转子由铁心铁心与与绕组绕组组成。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。是一致的。转子的作用转子的作用是是产生转子电流，即产生电磁转矩产生转子电流，即产生电磁转矩

6、。 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子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，并分为三相对称铁心槽内，并分为三相对称 绕组，与定子产生的磁极数绕组，与定子产生的磁极数 相同。线绕式转子通过轴上相同。线绕式转子通过轴上 的滑环和电刷在转子回路中的滑环和电刷在转子回路中 接入外加电阻，用以改善启接入外加电阻，用以改善启 动性能与调节转速。动性能与调节转速。 二、三相

7、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。该三相绕组分别叫做交流电源。该三相绕组分别叫做a、b、c相绕组。如图所示。相绕组。如图所示。 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

8、零，则三相绕组a、 b、c的电流（相序为的电流（相序为abc）的瞬时值为：）的瞬时值为： tii sin ma ) 3 2 sin( mb tii ) 3 4 sin( 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。 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

9、所示。）箭头所示。 ia=0 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 瞬间所瞬间所 在位置顺时针方向旋转了在位置顺时针方向旋转了 /3。 ic=0 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，电流实际方向与正方向一致，即电流从

10、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）所 示，合成磁场已从示，合成磁场已从t=0 瞬间所在位瞬间所在位 置顺时针方向旋转了置顺时针方向旋转了2 /3。 ib=0 时时24tt 0 a 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 瞬间所在位置顺时针方瞬间

11、所在位置顺时针方 向旋转了向旋转了 。 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。 如果将定子绕组接至电源的三根导线中的如果将定

12、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。 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，即与未对调前的旋

13、转方向相反。 由此可见，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。 3. .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。 从前述分析可以看出，若只有一对磁极，即从前述分析可以看出，若只有一对磁极，即p=1，则电流变化，则电流变化 经过一个周期（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电角度），旋转磁场在

14、空间也旋转了一转 （转了（转了360机械角度），若电流的频率为机械角度），若电流的频率为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： fn60 0 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。 从图可以看出，对应于不同时刻，旋转磁场在空

15、间转到不同位从图可以看出，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： p f n 60 0 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

16、转磁场的旋转速度与电流的频率成正比而与磁级对数 成反比。成反比。 4工作原理工作原理 三相异步电动机的工作原理是基于三相异步电动机的工作原理是基于 定子旋转磁场和转子电流的相互作用。定子旋转磁场和转子电流的相互作用。 假设定子只有一对磁极，转子只有假设定子只有一对磁极，转子只有 一匝绕组。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从而产生从而产生感感 应电流应电流i（右手定则）。根据安培电磁力定律，转子电流与旋转磁场（右手

17、定则）。根据安培电磁力定律，转子电流与旋转磁场 相互作用产生电磁力相互作用产生电磁力f（其方向用左手定则决定），这力在转子的（其方向用左手定则决定），这力在转子的 轴上形成轴上形成电磁转矩电磁转矩，且，且转矩作用方向与旋转磁场的旋转方向相同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。转子受此转矩的作用，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。 5. .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

18、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（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，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的转速差是保证转子转速的主要因素，也是，也是异步电动机异步电动机的由来。由的由来。由 于在这种电动机中，转子电流的产生和电能的传递是基于电磁感应于在这种电动机中，转子电流的产生和电能的传递是基于电磁感应 现象的，所

19、以异步电动机又称为现象的，所以异步电动机又称为感应电动机感应电动机。 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的比值称为异步电动机的 转差率转差率，用表示，用表示s，即，即 0 0 n nn s 转差率转差率s是分析异步电动机运行特性的主要参数。是分析异步电动机运行特性的主要参数。 通常，异步电动机在额定负载时，通常，异步电动机在额定负载时，n接近于接近于n0，转差率，转差率s很小，很小， 一般为一般为0.0150.060。 5.2 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

20、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：定子绕组出线端按照我国电工专业标准规定：定子绕组出线端 的首端为的首端为u1、v2、w3，末端为，末端为u2、v2、w2。 出线端的排列出线端的排列 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）和和三角三角 形（形）形（形）两种不同的接法，如图所示。两种不同的接法，如图所示。 星形连接星形连接三角形连接三角形连接 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

21、 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，电动机倍，那么，电动机 的绕组就应该接成星形。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，

22、后者表示对应于不同接法应加的线电压值。 3 2定子绕组连线方法的选用定子绕组连线方法的选用 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，试选，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。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

23、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。 2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。 对于对于星形星形接法：接法： 相相 uu3 1 对于对于三角形三角形接法：接法： 相相 uu 1 3线电流与相电流线电流与相电流 线电流线电流：电网的供电电流，用：电网的供电电流

24、，用i1 表示；表示； 相电流相电流：每相绕组的电流，用：每相绕组的电流，用i相 相表示。 表示。 对于对于星形星形接法接法 ： 相相 ii 1对于对于三角形三角形接法接法 ： 相相 ii3 1 cosuip 111 3 4. . 电动机的输入功率电动机的输入功率 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

25、，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。 nnn pp 1 输出功率的一般表达式为：输出功率的一般表达式为： 12 pp 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关系为：输出功率和输出转矩的关系为： cosik n p .t m2 2 2 559 其中，其中，i2为转子电流为转子电流 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。一般规定电动机的外加电压不应高于或低于额定值的值。一般规定电动机的外加电压不应高于或低于额定值的5%。 如标有

26、两种电压值（例如如标有两种电压值（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 n：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 n f 4. .额定电流额定电流in ：在额定频率、额定电压和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

27、。定子的线电流值。 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。 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。 6. .工作方式工作方式（定额）（定额） 7. .温升温

28、升（或绝缘等级）（或绝缘等级） 8. .电动机重量电动机重量 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。 n cos 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 %100

29、 cos3 nnn n iu p n 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.绕线式异步电动机转子静止时的滑环电压和转子的额定电流。绕线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。 三、三相异步电动机的能流图三、三相异步电动机的能流图 电源输入到定子回路的电功率电源输入到定子回路的电功率 ，其中，其中u1为定子绕为定子绕 组的线电压；组的线电压；i1为定子绕组的线电流；为定子绕组的线电流； 为电动

30、机的功率因数。为电动机的功率因数。 借助于旋转磁场从定子电路传递到转子电路的功率称为借助于旋转磁场从定子电路传递到转子电路的功率称为电磁功率电磁功率pe。 机械功率机械功率 ，其中，由于转子铁芯中交，其中，由于转子铁芯中交 变磁化的频率变磁化的频率f2=sf1是很低的，是很低的， 忽略不计。忽略不计。 转差功率转差功率 。 输出机械功率输出机械功率 ，异步电动机，异步电动机 铭牌上所标的就是铭牌上所标的就是p2的额定值，的额定值， 为机械损失为机械损失 功率。功率。 ，其中，其中t为电磁转矩，为电磁转矩，n0为同步转速。为同步转速。 效率效率 53 三相异步电动机的转矩特性和机械特性三相异步电

31、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，这磁场不仅在而闭合，这磁场不仅在

32、转子每转子每 相绕组中要感应出电动势相绕组中要感应出电动势e2， 而且在而且在定子每相绕组中也要感定子每相绕组中也要感 应出电动势应出电动势e1。 设定子和转子每相绕组的匝数分别为设定子和转子每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，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，

33、 t sin m 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： ，它是正，它是正 弦量，其有效值为弦量，其有效值为 t ne d d 11 1111 444444fn.nf.e 式中，式中，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 ，它等于定子电流的频率，即，它等于定子电流的频率，即f1=f。 60 0 1 pn f 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 t i le d d 1 l1l1 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

34、 )( d d )()( 1 1 l11111111 e t i lrieeriu l 如用复数表示，则为如用复数表示，则为 )(j)()( 1111111111 exirieeriu l 式中，式中， 和和 为定子每相绕组的电阻和漏磁感为定子每相绕组的电阻和漏磁感 抗。由于抗。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 1 r 1 x)2( l111 lfx eu1 11 eu 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

35、t ne d d 22 其有效值为其有效值为 2222 444444sfn.nf.e 式中，式中，f2为转子电动势为转子电动势e2或转子电流或转子电流i2的频率。因为旋转磁场和的频率。因为旋转磁场和 转子间的相对转速为转子间的相对转速为 n0-n。 1 0 0 00 2 6060 sf pn n nn)nn(p f 在在 n=0 ，即，即s=1时，转子电动势为时，转子电动势为 2120 444nf.e 为转子最大电动势为转子最大电动势 202 see 可见可见转子电动势转子电动势e2与转差率与转差率s有关有关。 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

36、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。 t i le d d 2 l2l2 因此，对于转子每相电路，有因此，对于转子每相电路，有 t i lrierie d d )( 2 l222l2222 如用复数表示，则为如用复数表示，则为 22222222 j)(xirierie l 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 l21l222 22lsflfx l2120 2lfx 202 sxx 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 可见可见转子感抗转子感抗e2与转差率

37、与转差率s有关有关。 转子每相电路的电流为转子每相电路的电流为 2 20 2 2 20 2 2 2 2 2 2 )sx(r se xr e i 可见可见转子电流转子电流i2也与转差率也与转差率s有关有关。当。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。 由于转子有漏磁通，相应的感抗为由于转子有漏磁通，相应的感抗为 x2，因此，因此，i2比比e2滞后滞后 角，因而转子角，因而转子 电路的功率因数为：电路的功率因数为： 可

38、见功率因数可见功率因数 与转差率与转差率s有关。有关。 三、转矩特性三、转矩特性 电磁转矩电磁转矩（以下简称转矩）是三相异步电动机最重要的物理量（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。 22m cos ikt 2 20 2 2 21 2 444 )sx(r nf.s i 所以所以 2 20 2 2 2 2 2 20 2 2 2 12 )sx(r usr k )sx(r usr kt 因为因为 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

39、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。 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换成转速与转矩之间的关系n-t曲线，即曲线，即n=f(t)称为异步电动称为异步电动 机的机械特性机的机械特性。 1固有机械特性固有机械特性 异步电动机在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

40、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称为固有固有 （自然）机械特性（自然）机械特性。 根据根据 2 20 2 2 2 2 )sx(r usr t 0 0 n nn s 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 如图所示。如图所示。 从特性曲线上可以看出，其上有四个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：步电动机的运行性能，这四个特殊点是： nnn ,2ssnntt 电动机额定工作点，此时额定转矩和电动机额定工

41、作点，此时额定转矩和 额定转差率为额定转差率为 ： n n p t n n 55. 9 0 n0 n n nn s 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. 0 n s 001 0 s,nn,t 电动机处于理想空载工作点，此时电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。动机的转速为理想空载转速。 1, 0,3 st sntt 电动机的启动工作点，此时电动机的电动机

42、的启动工作点，此时电动机的 转矩称为转矩称为启动转矩启动转矩tst： 2 20 2 2 2 2 st xr ur kt 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。 通常把在固有机械特性上通常把在固有机械特性上启动转矩与额定转矩之比启动转矩与额定转矩之比 作为衡量异步电动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 。 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；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； 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当转子电阻适当增大时，启

43、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使启动转矩大为减小。 mmmax ,4ssnntt 电动机的临界工作点。欲求转矩的最电动机的临界工作点。欲求转矩的最 大值，可令大值，可令 ，得临界转差率，得临界转差率 为为 0 ds dt 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 20 2 max 2x u kt 通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩之比称为电通常把在固有机械特性上最大电磁转矩与额定转矩之比称为电 动机的动机的过载能力系数过载能力系数 ，它表征了电动机能够承受冲，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

44、运行参数。击负载的能力大小，是电动机的又一个重要运行参数。 鼠笼式异步鼠笼式异步 电动机电动机 ，绕线式异步电动机，绕线式异步电动机 。 nmaxm /tt 2 . 28 . 1 m 8 . 25 . 2 m 实际应用中，可将转矩公式转化成用实际应用中，可将转矩公式转化成用tmax和和sm表示的形式：表示的形式： 2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，也与外加电源电压、电源频率有关，将关系式中的参数人为地加以将关系式中的参数人为地加以 改变而获得的特性称为异步

45、电动机的改变而获得的特性称为异步电动机的人为机械特性人为机械特性。 改变改变定子电压定子电压u、定子电源频率定子电源频率f、定子电路串入电阻或电抗定子电路串入电阻或电抗、 转子电路串入电阻或电抗转子电路串入电阻或电抗等，都可得到异步电动机的人为机械特性。等，都可得到异步电动机的人为机械特性。 （1）降低电动机电源电压时的人为特性）降低电动机电源电压时的人为特性 n max 2 20 2 2 2 2 st 20 2 max 0 m0 20 2 m 0 2 60 t t xr ur kt x u kt n nn x r s p f n 0 n 不变不变 m s不变不变 max t随着电压的减小随着

46、电压的减小 而大大地减小而大大地减小 st t随着电压的减小随着电压的减小 而大大地减小而大大地减小 改变电源电压时的人为改变电源电压时的人为 特性如图所示：特性如图所示： ta=tmax、 tb=0.64tmax和和tc=0.25tmax 由于异步电动机对电网电压的波动非常敏感，运行时，如电压由于异步电动机对电网电压的波动非常敏感，运行时，如电压 降低太多，会大大降低太多，会大大降低它的过载能力与启动转矩，甚至使电动机发降低它的过载能力与启动转矩，甚至使电动机发 生带不动负载或者根本不能启动的现象生带不动负载或者根本不能启动的现象。 nn 2 2 n nmmax 98. 07 . 02tt

47、u u tt 例如，电动机运行在额定负载例如，电动机运行在额定负载 tn 下，即使下，即使 m=2 ，若电网电压，若电网电压 下降到下降到 70%un ，则由于这时，则由于这时 此外，电网电压下降此外，电网电压下降 ，在负载不变的条件下，将，在负载不变的条件下，将使电动机转使电动机转 速下降，转差率速下降，转差率s 增大，电流增加，引起电动机发热甚至烧坏增大，电流增加，引起电动机发热甚至烧坏。 电动机也会停转电动机也会停转 （2）定子电路接入电阻或电抗时的人为特性）定子电路接入电阻或电抗时的人为特性 在电动机定子电路中外串电阻或电抗后，电动机端电压为电源在电动机定子电路中外串电阻或电抗后，电动

48、机端电压为电源 电压减去定子外串电阻或电抗上的压降，电压减去定子外串电阻或电抗上的压降，致使定子绕组相电压降低致使定子绕组相电压降低， 这种情况下的人为特性与降低电源电压时的相似，如下图所示。这种情况下的人为特性与降低电源电压时的相似，如下图所示。 图中，实线图中，实线1为降低电源电压的人为机为降低电源电压的人为机 械特性，虚线械特性，虚线2为定子电路串接电阻为定子电路串接电阻r1s或电或电 抗抗x1s的人为机械特性。可以看出，定子串入的人为机械特性。可以看出，定子串入 r1s或或x1s后的最大转矩要比直接降低电源电后的最大转矩要比直接降低电源电 压时的最大转矩大一些，这是因为随着转速压时的最

49、大转矩大一些，这是因为随着转速 的上升和启动电流的减小，在的上升和启动电流的减小，在r1s或或x1s上的上的 压降减小，加到电动机定子绕组上的端电压压降减小，加到电动机定子绕组上的端电压 自动增大，致使最大转矩较大；而降低电源自动增大，致使最大转矩较大；而降低电源 电压的人为机械特性在整个启动过程中，定电压的人为机械特性在整个启动过程中，定 子绕组的端电压是恒定不变的。子绕组的端电压是恒定不变的。 （3）改变定子电源频率时的人为特性）改变定子电源频率时的人为特性 fkfx t t xr ur kt x u kt n nn x r s p f n 1, 2 60 20 n max 2 20 2

50、2 2 2 st 20 2 max 0 m0 20 2 m 0 注意到：注意到： 一般变频调速采用恒转矩调速，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，电源电压也要作相改变频率的同时，电源电压也要作相 应的变化，使应的变化，使 u/f =c ，这在实质上，这在实质上 是使电动机气隙磁通保持不变。是使电动机气隙磁通保持不变。 fn 0 fs/1 m ft/1 st 不不变变 max t 因此，改变电源频率的机械特性如上因此，改变电源频率的机械特性如上 图所示。图所示。 （4）转子电路串电阻时的人为特性）转子电路串电阻时的人为特

51、性 在三相线绕式异步电动机的转子电路中串入电阻后，转子电在三相线绕式异步电动机的转子电路中串入电阻后，转子电 路中的电阻为路中的电阻为 。2r2 rr n max 2 20 2 2 2 2 st 20 2 max 0 m0 20 2 m 0 2 60 t t xr ur kt x u kt n nn x r s p f n 0 n 不变不变 max t 不变不变 m s 随着串接电阻的增加而增大随着串接电阻的增加而增大， 此时的人为特性将是一根比固有特性更软此时的人为特性将是一根比固有特性更软 的一条曲线，如图所示。的一条曲线，如图所示。 54 三相异步电动机的启动特性三相异步电动机的启动特性

52、 采用电动机拖动生产机械，对电动机启动的主要要求如下。采用电动机拖动生产机械，对电动机启动的主要要求如下。 （1）有足够大的启动转矩有足够大的启动转矩，保证生产机械能正常启动。一般场，保证生产机械能正常启动。一般场 合下，希望启动越快越好，以提高生产效率。即要求电动机的启动合下，希望启动越快越好，以提高生产效率。即要求电动机的启动 转矩大于负载转矩，否则电动机不能启动。转矩大于负载转矩，否则电动机不能启动。 （2）在满足启动转矩要求的前提下，）在满足启动转矩要求的前提下，启动电流越小越好启动电流越小越好。因为。因为 过大启动电流的冲击，造成过大启动电流的冲击，造成电网电压电网电压下降；引起电动

53、机下降；引起电动机绕组发热，绕组发热， 加速绝缘层老化加速绝缘层老化，以及使，以及使绕组端部受电动冲击力的作用发生位移和绕组端部受电动冲击力的作用发生位移和 变形变形的可能，进而造成短路事故。的可能，进而造成短路事故。 （3）要求启动平滑，即要求）要求启动平滑，即要求启动时加速平滑启动时加速平滑，以减小对生产机，以减小对生产机 械的冲击。械的冲击。 （4）启动设备）启动设备安全可靠安全可靠，力求结构简单，操作方便。，力求结构简单，操作方便。 （5）启动过程中的）启动过程中的功率损耗越小越好功率损耗越小越好。 以上，（以上，（1）和（）和（2）两条是衡量电动机启动性能的两条主要技）两条是衡量电动

54、机启动性能的两条主要技 术指标。术指标。 异步电动机本身的启动特性为：异步电动机本身的启动特性为： a. 定子电流大定子电流大，ist=(57)in 异步电动机在接入电网启动的瞬时，由于转子处于静止状态，异步电动机在接入电网启动的瞬时，由于转子处于静止状态， 定子旋转磁场以最快的相对速度（即同步转速）切割转子导体，在定子旋转磁场以最快的相对速度（即同步转速）切割转子导体，在 转子绕组中感应出很大的转子电势和转子电流，从而引起很大的定转子绕组中感应出很大的转子电势和转子电流，从而引起很大的定 子电流子电流 b.启动转矩小启动转矩小 nst t).(t5180 启动时启动时 ，转子功率因数，转子功

55、率因数 很低，因而，很低，因而， 即使启动电流很大，但启动转矩即使启动电流很大，但启动转矩 却不大。却不大。 1 s2 20 2 2 2 2 xr r cos ststmst cosikt 22 异步电动机的固有启动特性如图所示：异步电动机的固有启动特性如图所示： 显然，异步电动机的这种启动性能和生产机械的要求是相矛盾显然，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。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。 一、一、 鼠笼式异步电动机的启动方法鼠笼式异步电动机的启动方法 鼠笼式异步电动机有鼠笼式异步电动机有直

56、接启动直接启动和和降压启动降压启动两种方法，采用什么两种方法，采用什么 启动方法，要根据实际情况而定。启动方法，要根据实际情况而定。 1直接启动（全压启动）直接启动（全压启动） 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，接入电源，在额定电压下进行启动在额定电压下进行启动。 特点：电动机定子绕组的工作电压和启动电压相等。特点：电动机定子绕组的工作电压和启动电压相等。 直接启动的条件：由于直接启动的启动电流很大，因此，在直接启动的条件：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

57、定，主要取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 决于决于电动机的功率与供电变压器的容量之比值电动机的功率与供电变压器的容量之比值。 一般一般在有独立变压器供电（即变压器供动力用电）在有独立变压器供电（即变压器供动力用电）的情况下，的情况下， 若电动机启动频繁时，电动机功率小于变压器容量的若电动机启动频繁时，电动机功率小于变压器容量的20%时允许直时允许直 接启动；若电动机不经常启动，电动机功率小于变压器容量的接启动；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。时也允许直接启动。 如果如果没有独立的变压器供电（即与照明共用电源）没有独立的变压器供

58、电（即与照明共用电源）的情况下，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。直接启动。 电电动动机机功功率率 电电源源总总容容量量 额额定定电电流流 启启动动电电流流 44 3 n st i i 例题：有 一 台 要 求经常启动的鼠笼式异步电动机，其例题：有 一 台 要 求经常启动的鼠笼式异步电动机，其 pn=20kw, ist/in=6.5 ，如果供电变压器（电源）容量为，如果供电变压器（电源）容量为560kva，且，且 有照明负载，问可否直接启动？同样的有照明负载，问可否直接启动？同样的ist/

59、in 比值，功率为多大的电比值，功率为多大的电 动机则不允许直接启动？动机则不允许直接启动？ 解：根据经验公式算出解：根据经验公式算出 56757 204 560 4 3 . i i . kw kva n st 满足上述关系，故允许直接启动。满足上述关系，故允许直接启动。 kw n p kva . 4 560 4 3 56 可算出，额定功率大于可算出，额定功率大于24kw的电动机不允许直接启动。的电动机不允许直接启动。 2电阻或电抗器降压启动电阻或电抗器降压启动 异步电动机采用定子串电阻或电抗器的降压启动原理接线图如异步电动机采用定子串电阻或电抗器的降压启动原理接线图如 下图所示。下图所示。

60、启动时，接触器启动时，接触器1km断开，断开， km闭合，将启动电阻串入定子闭合，将启动电阻串入定子 电路，使启动电流减小；电路，使启动电流减小； 待转速上升到一定程度后再待转速上升到一定程度后再 将将1km闭合，闭合，rst被短接，电动机被短接，电动机 接上全部电压而趋于稳定运行。接上全部电压而趋于稳定运行。 特点：特点： 启动转矩随定子电压的平方下降，故它启动转矩随定子电压的平方下降，故它只适用于空载或轻载只适用于空载或轻载 启动的场合启动的场合； 不经济，在启动过程中，电阻器上不经济，在启动过程中，电阻器上消耗能量大消耗能量大，不适用于经，不适用于经 常启动的电动机；若采用电抗器代替电阻