第14章交流电动机

1、第第14章章 交流电动机电动机是利用电磁感应原理，把电能转换为机械能的旋转装电动机是利用电磁感应原理，把电能转换为机械能的旋转装置。置。根据电动机所使用的电源的性质可分为根据电动机所使用的电源的性质可分为直流电动机和交直流电动机和交流电动机流电动机两大类。交流电动机又可分为同步电动机和异步电两大类。交流电动机又可分为同步电动机和异步电动机两种。异步电动机又有三相和单相之分。动机两种。异步电动机又有三相和单相之分。异步电机是交流电机的一种。异步电机是交流电机的一种。异步电动机是工业、农业、国异步电动机是工业、农业、国防，乃至日常生活和医疗器械中应用最广泛的一种电动机，防，乃至日常生活和医疗器械中

2、应用最广泛的一种电动机，它的主要作用是驱动生产机械和生活用具。其单机容量可从它的主要作用是驱动生产机械和生活用具。其单机容量可从几十瓦到几千千瓦。随着电气化和自动化程度的不断提高，几十瓦到几千千瓦。随着电气化和自动化程度的不断提高，异步电动机占有越来越重要的地位。异步电动机占有越来越重要的地位。异步电动机有许多突出的优点，和其它各种电动机相比，它异步电动机有许多突出的优点，和其它各种电动机相比，它的结构简单，制造、使用和维护方便，效率较高，价格低廉。的结构简单，制造、使用和维护方便，效率较高，价格低廉。据统计，在供电系统的动力负载中，约有据统计，在供电系统的动力负载中，约有70是异步电动机，是

3、异步电动机，可见它在工农业生产乃至我们日常生活中的重要性。可见它在工农业生产乃至我们日常生活中的重要性。本章主要讨论讨论三相异步电动机的结构及工作原理三相异步电动机的结构及工作原理 、转矩与、转矩与机械特性、起动、调速及制动、铭牌及选择，机械特性、起动、调速及制动、铭牌及选择，并对单相异并对单相异步电动机的工作原理作简要的介绍。步电动机的工作原理作简要的介绍。14.1 14.1 三相电动机的结构及工作原理三相电动机的结构及工作原理14.1.1 三相异步电动机的基本构造转子和定子之间有一个非常小的空气气隙将转子和定子隔离开来，根据电动机的容量的大小不同，气隙一般在0.4mm4mm 的范围内。 构

4、成构成定子转子固定不动的部分旋转并拖动机械负载的部分1. 定子电动机定子由支撑空心定子铁心的钢制机座、定子铁心和定子绕组线圈组成。定子铁心由0.5mm厚的硅钢片叠至而成。定子铁心上的插槽是用来嵌放对称三相定子绕组线圈的。 定子绕组是定子的电路部分，中小型电动机一般采用漆包线（或丝包漆包线）绕制，共分三组，分布在定子铁心槽内，它们在定子内圆周空间的排列彼此相隔120 ，构成对称的三相绕组。2. 转子电动机转子由转子铁心、转子绕组和转轴组成。转子铁心由表面冲槽的硅钢片叠至一圆柱形。转子铁心装在转轴上，转轴拖动机械负载。转子、气隙和定子铁心构成了一个电动机的完整磁路。异步电动机的转子有两种形式：鼠笼

5、式转子和绕线式转子鼠笼式转子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端环上，以构成闭合回路。抽去转子铁心，剩下的铜条及其两边的端环，其形状像个鼠笼，故称之为鼠笼式电动机，为了节省铜材，现在中小容量的鼠笼式电动机是在转子铁心的槽中浇注铝液铸成笼形导体，以代替铜制笼体。铜条铜端环绕线式转子同电动机的定子一样，都是在铁心的槽中嵌入三相绕组，三相绕组的一端连成Y形，三相绕组的另一端分别连接在三个铜制的集电环上，集电环固定在转轴上，三个环之间及环与转轴之间相互绝缘，在集电环上用弹簧压着炭刷与外电路连接，以便改善电动机的起动和调速特性， 一般我们把鼠笼式转子的异步电动机称为鼠笼式异步电动机；把

6、绕线式转子的异步电动机称为绕线式异步电动机，虽然鼠笼式异步电动机同绕线式异步电动机在转子构造上有所不同，但它们的工作原理是一样的。应当指出的是，鼠笼式异步电动机由于转子结构简单，价格低廉，工作可靠，如果对电机的起动和调速没有特殊的要求，一般在实际应用中，鼠笼式异步电动机应用得最为广泛。所以在本教材中以介绍鼠笼式异步电动机为主。14.1.2 三相异步电动机的工作原理 1. 电动机的转动原理三相异步电动机转动的一般原理是基于法拉第电磁感应定律和载流导体在磁场中会受到电磁力的作用这两个基本因素。N和S是一对永久磁铁的磁极，这对磁极以n0的转速按顺时针方向进行旋转，从而形成了一个转速为n0的旋转磁场。

7、当磁场转动时，放置在磁场当中的铜制绕组上下两根导条与旋转磁场就有了相对运动并切割旋转磁场的磁力线，于是在这两根导条上就产生了感应电动势，其方向符合发电机右手定则。BlvE E感应电动势V；B磁感应强度T；l导条长度m；v导条切割磁力线的相对速度m/s。可以看出，N极下的导条受力方向是朝向右，而S极下的导条受力方向是朝向左。这一对力形成一顺时针方向的转矩。 由于铜制绕组形成一个闭合回路，因此在感应电动势的作用下，绕组的上下两根导体中就出现了图示方向的感应电流。根据左手定则，上下两根导条所受电磁力的方向如图所示。如果我们把异步电动机的鼠笼式转子放置在旋转磁场中，用鼠笼式转子代替绕组，不难想象，当磁

8、场旋转时，在磁极经过下的每对导条都会产生这样的电磁转矩，在这些电磁转矩的作用下，转子就按顺时针方向旋转起来了。感应式电动机转动的一般原理：虽然转子同旋转磁场彼此隔离，但从上面的叙述可知，由于有了一个旋转的磁场，在转子的导条中产生了感应电流，而流过电流的导条又在磁场中受到电磁力的作用，产生电磁转矩，从而使转子转动起来。需要指出的是，转子的旋转速度n（即电动机的旋转速度）比旋转磁场的旋转速度n0（一般称同步转速）要低一些。问题：如果磁场按逆时针方向旋转，转子也将按何方向旋转？由于转子的旋转速度不同于，且低于旋转磁场的转速，所以我们称这种电动机为异步电动机。思考：转子的旋转速度n比旋转磁场的旋转速度

9、n0要低一些？2. 旋转磁场的产生在实际应用的异步电动机中，它的磁场是由静止的三相对称绕组通入三相对称交流电流而产生的空间旋转磁场。通常我们在三相异步电动机的定子铁心中放置三相对称绕组AX、BY和CZ，将三相绕组作星形连接，并接在三相正弦交流电源上，通入三相对称电流：tIimAsin)120sin(0tIimB)120sin(0tIimC为了简化起见，设每相绕组只有一个线匝，三个绕组分别嵌放在定子铁心圆周上在空间位置上互差120对称分布的6个凹槽之中。取绕组始端到末端的方向作为电流的参考方向。在电流的正半周时，其值为正，其实际方向与参考方向一致；在负半周时，其值为负，其实际方向与参考方向相反。

10、 当t=0时，定子绕组中的电流方向如图（a）所示。这时iA=0；iB为负值，其方向与参考方向相反，即从Y端流入，在B端流出；iC为正值，其方向与参考方向一致，即从C端流入，在Z端流出。根据电流的流向，应用右手螺旋定则，由iC和iB产生的合成磁场如图（a）所示，合成磁场的轴线方向是自上而下。当t=60时，定子绕组中电流的方向和三相电流的合成磁场的方向如图（b）所示，这时的合成磁场已在空间转过了60。同理，可得在t=90时的三相电流的合成磁场，它比t=60时的合成磁场在空间又转过了30，如图（c）所示。由上可知，当定子绕组中通入三相电流后，它们共同产生的合成磁场是随电流的交变而在空间不断地旋转着，

11、这就是旋转磁场。这旋转磁场同磁极在空间旋转所起的作用是一样的。3. 旋转磁场的转向上图（c）所示的情况是A相电流iAIm，这时旋转磁场轴线的方向恰好与A相绕组的轴线一致。在三相电流中，电流出现正幅值的顺序为ABC，因此磁场的旋转方向是与这个顺序一致的，即磁场的转向与通入绕组的三相电流的相序有关。 问题：如果将同三相电源联接的三根导线中的任意两根对调位置（例如对调了B与C两相），则旋转磁场转向如何变化？4. 旋转磁场的极数三相电流产生的旋转磁场（p=2）三相异步电动机的极数就是旋转磁场的极数。旋转磁场的极数和三相绕组的安排有关。如果每相绕组只有一个线圈，绕组的始端之间相差120空间角，则产生的旋

12、转磁场只有一对极，即p1（磁极对数）。四极磁场的定子绕组每相绕组有两个线圈串联，绕组的始端之间相差60空间角。5. 旋转磁场的转速三相异步电动机的转速与旋转磁场的转速有关，而旋转磁场的转速决定于磁场的极数。pfn1060转速的单位为转每分钟（r/min）。一对极时：当电流从t=0到t=60经历了60时，磁场在空间也旋转了60。当电流交变了一次（一个周期）时，磁场恰好在空间旋转了一转。设电流的频率为f1，即电流每分钟交变60f1次，则旋转磁场的转速为n060f1。当旋转磁场具有p对极时，旋转磁场的转速为：旋转磁场的转速称为异步电动机的同步转速n0，它与旋转磁场的磁极对数p以及通入的三相对称电流的

13、频率f1有关。通常对于一台具体的异步电动机，f1和p都是确定的，所以磁场同步转速n0为常数。在我国，工频f150Hz。P=1: n03000; P=2: n01500;6. 转差率定义：异步电机的转速n低于旋转磁场的同步转速n0。旋转磁场的同步转速n0与电机转速n之差（n0n），用符号Dn表示，称为转速差（简称转差）。转差与同步转速的比值叫做转差率，用s表示：000nnnnns转差率s表示电动机转子转速n与旋转磁场转速n0相差的程度。转差率是异步电动机的一个重要的物理量，转子转速越接近磁场转速，则转差率越小。一般情况下，运行中的三相异步电动机的额定转速与同步转速相近，所以转差率很小。通常不同容

14、量的异步电动机在额定负载时的转差率约为1%9%。例1 有一台三相异步电动机接在频率f1 = 50Hz的三相电源上，额定负载时的转速为n=1462r/min。试求该电机的极对数和转差率。【解解】由于异步电动机额定转速接近而略小于同步转速，与1462r/min最接近的同步转速为n0=1500r/min，相对应的磁极对数p=2。因此，额定负载时的转差率为%5 . 2%10015001462150000nnns14.2 三相异步电动机的转矩与机械特性左图是三相异步电动机的每相等效电路图。和变压器相比，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。三相异步电动机中的电磁关系同变压器

15、类似。 当定子绕组接上三相电源电压时，则有三相电流通过。定子三相电流产生旋转磁场，其磁通通过定子铁心和转子铁心而闭合。这磁场不仅在转子每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应出电动势E1。此外，还有漏磁通在定子绕组和转子绕组中产生漏磁电动势E1和E2。定子和转子每相绕组的匝数分别为N1和N2。14.2.1 定子电路如图所示，定子每相电路的电压方程和变压器原绕组电路一样，即)()()(1111111111EIjXIREEIRUR1和X1分别为定子每相绕组的电阻和漏感抗。 和变压器一样，忽略电阻和漏感抗上的压降，也可得出1EU1111144. 4UNfKEm和m 通过每相绕组的磁

16、通最大值，在数值上它等于旋转磁场的每极磁通；K1 定子绕组的分布系数；f1 定子频率。14.2.2 转子电路由于转子短路，转子的端电压，则转子每相电路的电压方程为： 22222222)(IjXIREIRER2和X2分别为转子电路的电阻和漏感抗。转子电路的各个物理量对电动机的性能都有影响。1. 转子频率f2因为旋转磁场和转子间的相对转速为（n0n），所以转子频率10002606060)(sfpnnnnnpf可见转子频率f2与转差率s有关，也就是与转速n有关。在n0，即s1时（电动机起动瞬间），转子与旋转磁场间的相对转速最大，转子导条被旋转磁通切割得最快。因此，这时f2最大，即f2f1。异步电动机

17、在额定负载时，s19，则f20.54.5Hz。2. 转子电动势E2转子电动势e2的有效值为mmNsfKNfKE212222244. 444. 4在n0，即s1时，转子电动势为mNfKE2120244. 4由上两式可得出202sEE 可见转子电动势E2与转差率s有关。3. 转子电抗X2转子电抗X2与转子频率f2有关，即2122222LsfLfX在n0，即s1时，转子感抗为21202LfX由上两式可得出202sXX可见，转子感抗X2与转差率s有关。K2是转子绕组的分布系数。这时f2f1，转子电动势最大。 这时f2f1，转子感抗最大。L2为转子漏电感。当s0，即n0n0时，I20；当s很时， ， ，

18、即与s近似地成正比；当s接近1时， ， 常数。 4. 转子电流I2转子每相电路的电流可其等效电路得出，即2202220222222)(sXRsEXREI可见转子电流I2也与转差率s有关。当s增大，即转速n降低时，转子与旋转磁场间的相对转速（n0n）增加，转子导体切割磁通的速度提高，于是E2增加，I2也增加。I2随s变化的关系可用图示的曲线表示。202sXR 2202RsEI ,220RsX20202XEI 5. 转子电路的功率因数2cos2I2E2由于转子有漏磁通，相应的感抗为X2，因此比滞后角。因而转子电路的功率因数为220222222222)(cossXRRXRR22cos2cos202s

19、XR 1cos22022scosXR它也与转差率s有关。当s增大时，X2也增大，于是增大，即减小。随s的变化关系也如图所示。当s很小时，；当s接近于1时，即两者之间近似地有双曲线关系。由上述可知，转子电路的各个物理量，如电动势、电流、频率、感抗及功率因数等都与转差率有关。14.2.3 转矩公式电磁转矩T是三相异步电动机的最重要的物理量之一，异步电动机的转矩是由旋转磁场的每极磁通与转子电流I2相互作用而产生的。 但因转子电路是电感性的，转子电流 比转子电动势 滞后 角；和讨论有功功率一样，也要引入 。于是得出22I2E2cos22cosIKTT式中KT是转矩常数，它与电动机的结构有关。又因电磁转

20、矩T与电磁功率Pem成正比，故 60200nPPTemem可见，转矩T除与磁通成正比外，还与22cosI成正比。 11111111144. 444. 4UNfKUNfKE2202221222022202)()44. 4()(sXRNfKssXRsEI220222222222)(cossXRRXRR22022212220222122121122)()(44. 4sXRUsRKsXRUsRNKfNKKTT式中 是一常数。212112244. 4NKfNKKKT 代入由上式可见，转矩T还与定子每相电压U1的平方成正比，所以当电源电压有所波动时，对转矩的影响很大，此外，转矩T还受转子电阻R2的影响。1

21、4.2.4 机械特性曲线定义：定义：三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速n与电磁转矩T之间的关系，即nf（T）。因为异步电动机的转速n与转差率s之间存在着一定的关系，所以异步电动机的机械特性通常也用Tf（s）的形式表示，即可用式（14-18）来表示，其在坐标系中的曲线称为异步电动机的机械特性曲线，见下图，纵坐标可以是转速，也可以是转差率。研究机械特性的目的是为了分析电动机的运行性能。在机械特性曲线上，主要讨论以下几个问题。电动机负载运行一般工作在图示机械特性较为平坦的a c段，说明当电动机在空载和额定负载之间变化时，电动机的速度变化不大，这种特性称为硬的机械特性。 1. 额定转矩TN602

22、22nPTTnPT29550式中P2是电动机轴上输出的机械功率 式中转矩的单位是牛米（Nm）；功率的单位是瓦（W）；转速的单位是转每分（r/min）。功率用千瓦为单位。 额定转矩是电动机在额定负载时的转矩。额定转矩对应于图示机械特性上的b点。 1. 额定转矩TN在电动机额定运行时，电动机的转矩T必须与电动机所受到的阻转矩TL相平衡，即LTT 202TTTTT2 机械负载转矩T0 空载损耗转矩（主要是机械损耗转矩）T0很小，常可忽略 额定负载转矩可从电动机铭牌数据给出的额定功率PN和额定转速 nN求得NNNnPT9550（注意：电动机铭牌数据给出的功率是输出到转轴上的机械功率，而不是电动机消耗的

23、电功率） 2. 最大转矩 Tm最大转矩Tm对应于图示机械特性上的c点，在这点上对应的转差率为sm，为临界转差率。 22022212220222122121122)()(44. 4sXRUsRKsXRUsRNKfNKKTT求导202XRsm代入上式20212XUKTm结论：（1）在给定电源频率f1一定的情况下，电磁转矩T正比于相电压U1的平方。电源电压的波动对电磁转矩的影响很大； （2）产生最大转矩的临界转差率sm与外加电源电压U1无关，而与转子电阻R2成正比，与X20成反比。（3）最大转矩Tm与电源电压 U1的平方成正比，与X20成反比，而与转子电阻R2无关；如图所示，当转子电阻R2一定，减小

24、电源电压U1时，最大转矩Tm随之变小，而临界转差率sm却不变。在图中，保持电源电压U1不变，增加转子电阻R2，可以看到机械特性的最大转矩Tm不变，而临界转差率sm却随之增加。不同电源电压的机械特性（R2为常数） 不同转子电阻的机械特性（U1为常数）过载系数m：当异步电动机的负载转矩超过最大转矩Tm时，电动机将发生“堵转”的现象，此时电动机的电流是额定电流的数倍，若时间过长，电动机剧烈发热，以致烧坏。电动机负载转矩超过最大转矩Tm称为过载，常用过载系数m来标定异步电动机的过载能力，即NmmTT一般三相异步电动机的过载系数m1.62.5。不同电源电压的机械特性（R2为常数） 不同转子电阻的机械特性

25、（U1为常数）过载系数m：当异步电动机的负载转矩超过最大转矩Tm时，电动机将发生“堵转”的现象，此时电动机的电流是额定电流的数倍，若时间过长，电动机剧烈发热，以致烧坏。电动机负载转矩超过最大转矩Tm称为过载，常用过载系数m来标定异步电动机的过载能力，即一般三相异步电动机的过载系数m1.62.5。不同电源电压的机械特性（R2为常数） 不同转子电阻的机械特性（U1为常数）过载系数m：当异步电动机的负载转矩超过最大转矩Tm时，电动机将发生“堵转”的现象，此时电动机的电流是额定电流的数倍，若时间过长，电动机剧烈发热，以致烧坏。电动机负载转矩超过最大转矩Tm称为过载，常用过载系数m来标定异步电动机的过载

26、能力，即NmmTT一般三相异步电动机的过载系数m1.62.5。不同电源电压的机械特性（R2为常数） 不同转子电阻的机械特性（U1为常数）3. 起动转矩Tst定义：定义：电动机刚起动（n0，s1）时的转矩称为起动转矩，如图中的d点。 起动转矩Tst是电动机运行性能的重要指标。因为起动转矩的大小将直接影响到电机拖动系统的加速度的大小和加速时间的长短，如果起动转矩小，电机的起动变得十分困难，有时甚至难以起动。22022212XRURKTst可以看出，异步电动机的起动转矩Tst同电源电压的U1平方成正比，并与转子电阻R2有关。当电源电压U1降低时，起动转矩Tst会明显降低。结合刚才讨论过的最大转矩可以

27、看出，异步电动机对电源电压的波动十分敏感，运行时，如果电源电压降得太多，会大大降低异步电动机的过载和起动能力，这个问题在使用异步电动机时要充分重视。当转子电阻R2适当增大时，最大转矩Tm没有变化（最大转矩同R2无关），但起动转矩Tst会增大。这是因为转子电路电阻R2增加后，提高了转子回路的功率因数，转子电流的有功分量增大（此时E20一定），因而起动转矩Tst增大。通常将机械特性上的起动转矩与额定转矩之比称为起动转矩系数m，即NststTT起动转矩系数st是衡量电动机起动能力的重要数据，一般st11.2。14.3 14.3 三相异步电动机的起动、调速及制动三相异步电动机的起动、调速及制动14.3

28、.1 三相异步电动机的起动定义：异步电动机由静止状态过渡到稳定运行状态的过程称为异步电动机的起动。起动是异步电动机应用中重要的物理过程之一。异步电动机在使用过程中，总是需要起动和停机，虽然三相异步电动机具有可以产生一定的起动转矩，拖动负载直接起动的优点，但它的起动电流过大则是必须解决的问题。一般起动电流Ist是额定电流IN的57倍。对于这样大的起动电流，如果频繁起动，将引起电动机过热。对于大容量的电动机，在起动这段时间内，甚至引起供电系统过负荷，电源线的线电压因此而产生波动，这可能严重影响其他用电设备的正常工作。因此，对于容量较大的电动机需要采用降压起动。当异步电动机起动时，由于电动机转子处于

29、静止状态，旋转磁场以最快速度扫过转子绕组，此时转子绕组感应电动势是最高的，因而产生的感应电流也是最大的，通过气隙磁场的作用，电动机定子绕组也出现非常大的电流。 鼠笼式异步电动机常用的起动方法有：直接起动和降压起动两种。 1. 直接起动直接起动就是用闸刀开关和交流接触器将电机直接接到具有额定电压的电源上。此时Ist是额定电流IN的57倍。直接起动法的优点是操作简单，无需很多的附属设备；主要缺点是起动电流较大。鼠笼式异步电动机能否直接起动，要视三相电源的容量而定。通常在一般情况下，10千瓦以上的异步电动机不允许直接起动，必须采用能够减小起动电流的其他的起动方法。2. 降压起动降压起动是用降低异步电

30、动机端电压的方法来减小起动电流。由于异步电动机的起动转矩与端电压的平方成正比，所以采用此方法时，起动转矩同时减小，所以该方法只适用于对起动转矩要求不高的场合，即空载或轻载的场合。鼠笼式异步电动机常用的降压起动方法有：（1）Y-降压起动Y-降压起动适用于正常运行时绕组为三角形联接的电动机，电动机的三相绕组的六个出线端都要引出，并接到转换开关上。起动时，将正常运行时三角形接法的定子绕组改接为星形(Y)联接，起动结束后再换为三角形()连接。这种方法只适用于中小型鼠笼式异步电动机。 Y-降压起动时，电机定子绕组星形连接，电机每相定子绕组上的电压是电源线电压Ul的 ，此时电路的线电流等于相电流，即流过每

31、个绕组的电流（这里的Z是每相绕组的等效阻抗）。ZUIllY3/3/1当定子绕组接成三角形时，即直接起动时ZUIIllYl33比较上列两式，可得31llYII即降压起动时的电流为直接起动时的1/3。 （2）自耦变压器降压起动三相自耦变压器接成星形，用一个六刀双掷转换开关来控制变压器接入或脱离电路。起动时把Q扳在起动位置，使三相交流电源接入自耦变压器的原边，而电动机的定子绕组接到自耦变压器的副边，这时电动机得到的电压低于电源电压，因而减小了起动电流，待电动机的转速升高后，把Q从起动位置迅速扳到运行位置，让定子绕组直接与电源相连，而自耦变压器则与电路脱开。自耦变压器降压起动时，电动机定子电压降为直接

32、起动时的1/K（K为变压比），定子电流降为直接起动时的1/K2。 起动用的专用自耦变压器设备称为起动补偿器，它通常有两至三个抽头，输出不同的电压，例如分别为电源电压的80%、60%和40%，可供用户选用。自耦变压器降压起动的优点是起动电压可根据需要选择，但设备较笨重，一般只用于大容量起动的场合。 （3）软起动软起动是近年来随着电子技术的发展而出现的新技术，起动时通过软起动器（一种晶闸管调压装置）使电压从某一较低值逐渐上升至额定值，起动后再用旁路接触器KM使电动机投入正常运行。FU1是普通熔断器 FU2是快速熔断器，保护软起动器用的。 14.3.2 三相异步电动机的调速定义：调速就是电动机在同一

33、负载下得到不同的转速，以满足生产过程的需要。有些生产机械，为了加工精度的要求，例如一些机床，需要精确调整转速。另外，像鼓风机、水泵等流体机械，根据所需流量调节其速度，可以节省大量电能。所以三相异步电动机的速度调节是它的一个非常重要的应用方面。由异步电动机的转速公式：)1 (60)1 (10spfsnn可知，异步电动机可以通过三种方式进行调速：改变电动机旋转磁场的磁极对数p调速；改变供电电源的频率f1调速；改变转差率s调速。下面分别介绍这几种调速方法。1. 变极调速定义：变极调速就是改变电动机旋转磁场的磁极对数p，从而使电动机的同步转速发生变化而实现电动机的调速，通常通过改变电机定子绕组的联结实

34、现。优点：操作设备简单（转换开关）。缺点：只能有级调速，因而调速的级数不可能多，因此只适用于不要求平滑调速的场合。改变绕组的连接可以有多种形式，可以在定子上安装一套能变换为不同极对数的绕组，也可以在定子上安装两套不同极对数的单独绕组，还可以混合使用这两种方法以得到更多的转速。图示的是定子绕组的两种接法。（a）中是A相绕组两个线圈串联，得到p2。（b）是两个线圈并联，得出p1。在换极时，一个线圈中的电流方向不变，而另一个线圈中的电流方向必须改变方向。应当指出的是，变极调速只适用于鼠笼式异步电动机，因为鼠笼转子的磁极对数能自动随定子绕组磁极对数变化而变化。2. 变频调速异步电动机的变频调速是一种很

35、好的调速方法。异步电动机的转速正比于电源的频率f1,若连续调节电动机供电电源的频率，即可连续改变电动机的转速。近年来变频技术发展很快，目前主要采用如图所示的变频调速装置。它主要由整流器和逆变器两大部分组成。整流器先将频率f为50Hz的三相交流电变换为直流电，再由逆变器变换为频率可调且U/f保持不变的三相交流电，供给三相鼠笼式电动机。由此可得到电动机的无级调速，并具有较硬的机械特性。3. 变转差率调速变转差率调速是在不改变同步转速n1条件下的调速，通常只用于绕线型电动机，是通过转子电路中串接调速电阻来实现的。这种调速方法的优点是有一定的调速范围，调速平滑，设备简单，但能耗较大，效率较低，广泛用于

36、起重设备。14.3.3 三相异步电动机的制动 在一些工业应用中，要求电动机能够在很短的时间内停止运转，这就是电动机的制动工作状态。所谓制动是指电动机的转矩T与电动机转速n的方向相反时的情况，此时电动机的电磁转矩起制动作用，使电动机很快停下来。三相异步电动机常用的制动方法有：能耗制动、反接制动和回馈制动。1. 能耗制动能耗制动方法就是在电动机切断三相电源同时，将一直流电源接到电动机三相绕组中的任意两相上，见图示，使电动机内产生一恒定磁场。由于异步电动机及所带负载有一定的转动惯量，电动机仍在旋转，转子导条切割恒定磁场产生感应电动势和电流，与磁场作用产生电磁转矩，其方向与转子旋转方向相反，对转子起制

37、动作用。在它的作用下，电动机转速迅速下降，此时机械系统存储的机械能被转换成电能后消耗在转子电路的电阻上，所以称能耗制动。调节激磁直流电流的大小，可以调节制动转矩的大小。这种制动的特点是可以实现准确停车，当转速等于零时，转子不再切割磁场，制动转矩也随之为零。 2. 反接制动此时旋转磁场转动的方向同转子转动的方向刚好相反。转子导条切割旋转磁场的方向也同原来相反，所以产生的感应电流的方向也相反，由感应电流产生的电磁转矩也同转子的转向相反，对转子产生强烈制动作用，电动机转速迅速下降为零，使被拖动的负载快速刹车，见图示。这时，需及时切断电源，否则电动机将反向起动旋转。若异步电动机正在稳定运行时，将其连至

38、定子电源线中的任意两相反接，电动机三相电源的相序突然转变，旋转磁场也立即随之反向，转子由于惯性的原因仍在原来方向上旋转。特点：制动时在转子回路产生很大的冲击电流，从而也对电源产生冲击。为了限制电流，在制动时，常在鼠笼式电动机定子电路串接电阻限流。 优点：制动强度大，制动速度快。缺点：能量损耗大，对电机和电源产生的冲击大，也不易实现准确停车。3. 回馈制动当转子的转速n超过旋转磁场的转速n0时，这时的转矩也是制动转矩，见图示。当起重机快速下放重物时，就会发生这种情况。这时重物拖动转子，使其转速nn0，重物受到制动而等速下降。实际上这时电动机已进入发电机运行，将重物的位能转换为电能而反馈到电网里去

39、，所以称为回馈制动。另外，当将多速电动机从高速调到低速的过程中，也自然发生这种制动。因为刚将极对数p加倍时，磁场转速立即减半，但由于惯性，转子转速只能逐渐下降，因此就出现nn0的情况。 14.4 14.4 三相异步电动机的铭牌及选择三相异步电动机的铭牌及选择14.4.1 三相异步电动机的铭牌数据1. 型号Y 132 M-4（S短机座；M中机座；L长机座）三相异步电动机 机座中心高（mm） 机座长度代号磁极数为了适应不同用途和不同工作环境的需要，电动机制成不同的系列，每种系列用各种型号表示。型号说明，例如：表14-1 异步电动机产品名称代号2. 接法这是指定子三相绕组的接法。通常三相异步电动机自

40、3kW以下者，联接成星形；自4kW以上者，联接成三角形。异步鼠笼式电动机的三相绕组共有六个出线端，通常接在置于电动机外壳上的接线盒中，三个绕组的首端接头分别用U1、V1、W1表示，其对应的末端分别用U2、V2、W2表示。三相定子绕组可以联接成星形或三角形。 3. 电压铭牌上所标的电压值是指电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。一般规定电动机的电压不应高于或低于额定值的5%。4. 电流铭牌所标的电流值是指电动机在额定运行时定子绕组的额定线电流值。当电动机空载或轻载时，都小于这个电流值。5. 功率与效率铭牌上所标的功率值是指电动机在额定运行时轴上输出的额定机械功率PN。一般总有人把它误认为电

41、动机从电网输入的电功率。这两个功率并不相等，其差值等于电动机本身的损耗功率，包括铜损、铁损及电动机轴承等的机械损耗等。所谓效率就是电动机铭牌上给出的功率同电动机从电网输入电功率的比值。电动机的输入功率：cos31llIUP 式中，Ul和Il分别为电动机的额定线电压和额定线电流。 为功率因数。电动机的效率：%10012PP其中，P2为电动机的输出功率。电动机的额定转矩：NNNnPT9550其中，nN为电动机的额定转速。6. 功率因数因为电动机是电感性负载，定子相电流比定子相电压滞后一个角， 就是电动机的功率因数。三相异步电动机功率因数较低，在额定负载时约为0.70.9，而在轻载和空载时更低，空载

42、时只有0.20.3。因此，必须正确选择电动机的容量，使电动机能保持在满载下工作。coscos7. 转速铭牌所给出的转速是指电动机在额定负载下的额定转速。8. 绝缘等级绝缘等级是指电动机所采用的绝缘材料的耐热等级。绝缘材料按其耐热的程度来划分，可分为A、B、C、D、E、F、H级。电动机的温度对绝缘影响很大。如电动机温度过高，则会使绝缘老化，缩短电机寿命。如果温度超过很多，甚至使绝缘全部破坏。绝缘等级越高，耐热能力就越强。为使绝缘不致老化，对电动机绕组温度做了一定的限制。异步电动机的温升是指定子铁心和绕组温度高于环境温度的允许温差。9. 工作方式这一项是指是电动机工作在连续工作制、短时或断续工作制

43、。若标为连续，表示电动机可在额定功率下连续运行，绕组不会过热；若标为短时，表示电动机不能连续运行，而只能在规定的时间内依照额定功率短时运行，这样不会过热；若标为断续，表示电动机的工作是短时的，但能多次重复运行。14.4.2 三相异步电动机的选择在实际工作中，从技术的角度来考虑，选择一台异步电动机通常从以下几个方面进行。1. 电机类型的选择电动机的种类分为直流电动机和交流电动机两大类。本书只限于交流异步电动机类型（鼠笼型和绕线型两类）。根据电动机工作的环境、工作性质和条件要求，合理地选择电动机的类型，一般优先考虑选择鼠笼型异步电动机。2. 功率的选择功率的选择实际上也就是容量的选择，选择太大，容量没得到充分利用，既增加投资，也增加运行费用。如选得过小，电动机的温升过高，影响寿命，严重时，可能还会烧毁电动机。对于长期运行（长时工作制）的电动机，可选其额定功率PN等于或略大于生产机械所需的功率；对于短时工作制或重复短时制工作的电动机，可以选择专门为这类工作制设计的电动机，也可选择长时