第四章 三相交流电动机

1、 第四章第四章 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n了解了解三相三相异步电动机异步电动机主要结构、工作原理主要结构、工作原理及铭牌数据；及铭牌数据；n熟悉熟悉三相三相异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性; n掌握掌握三相三相异步电动机的起动、制动和调速异步电动机的起动、制动和调速的方法及应用场合的方法及应用场合; n掌握掌握单相单相异步电动机的工作原理及特性。异步电动机的工作原理及特性。电动机电动机交流电动机交流电动机直流电动机直流电动机鼠笼式鼠笼式 异步异步电动机电动机他励、并励、串励、复励他励、并励、串励、复励电动机的分类电动机的分类 同步同步电动机电动机绕线式绕线式

2、4.1 4.1 三相异步电动机的结构与工作原理三相异步电动机的结构与工作原理三相异步电动机的基本结构；三相异步电动机的基本结构；三相异步电动机的铭牌；三相异步电动机的铭牌；三相异步电动机的工作原理。三相异步电动机的工作原理。一、三相异步电动机结构一、三相异步电动机结构三相异步电动机的组成三相异步电动机的组成鼠笼式电动机的各部件鼠笼式电动机的各部件V2V1W2U2U1W1转子转子定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）机座机座三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构U、V、W分别分别代表三个线圈；代表三个线圈；角标角标1表示线圈表示线圈的首端，角标的首端，角标2表示线圈的末表示线圈的末端

3、。端。三相异步电动机的三相异步电动机的结构结构均可分为均可分为定子定子和和转子转子两部分。两部分。三相异步电动机结构简图三相异步电动机结构简图定子由定子由定子铁芯定子铁芯、定子绕组定子绕组、机座机座三部分组成。三部分组成。定子铁芯定子铁芯: :一般采用一般采用0.5mm0.5mm厚并涂有绝缘漆的硅钢片叠厚并涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成，形状为环形，沿内圆表面均匀轴向开槽。压而成，形状为环形，沿内圆表面均匀轴向开槽。作用：一是导磁，二是安放绕组。作用：一是导磁，二是安放绕组。1、定子、定子定子绕组定子绕组：由漆包线绕制而成。连接方式有三角形或星：由漆包线绕制而成。连接方式有三角形或星形两种。形两种

4、。作用：形成旋转磁场。作用：形成旋转磁场。机座机座：中小型电机采用铸铁机座；大型电机采用钢板焊：中小型电机采用铸铁机座；大型电机采用钢板焊接机座。接机座。作用：支撑定子铁心。作用：支撑定子铁心。定子硅钢片定子硅钢片装有三相绕组的定子装有三相绕组的定子2、转子、转子转子主要由转子主要由转子铁芯转子铁芯、转子绕组和转轴转子绕组和转轴组成。组成。转子铁芯转子铁芯:它用它用0.5mm厚且外圆周冲有转子槽形厚且外圆周冲有转子槽形的硅钢片叠压而成。的硅钢片叠压而成。作用：一是导磁，二是安放绕组。作用：一是导磁，二是安放绕组。转子绕组转子绕组线绕式线绕式由漆包线绕制而成。由漆包线绕制而成。鼠笼式鼠笼式作用：

5、产生电磁转矩作用：产生电磁转矩 铁芯槽内放铜条，端部用短路环铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体或铸铝形成转子绕组。形成一体或铸铝形成转子绕组。鼠笼转子和绕线转子鼠笼式转子鼠笼式转子绕线式转子绕线式转子鼠笼式鼠笼式电电动机与动机与绕线式绕线式电动机的的比较：电动机的的比较：鼠笼式：鼠笼式： 结构简单、价格低廉、工作可靠；结构简单、价格低廉、工作可靠； 不能人为改变电动机的机械特性不能人为改变电动机的机械特性。绕线式：绕线式： 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；结构复杂、价格较贵、维护工作量大； 转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。3、定子绕组接线方式

6、、定子绕组接线方式 机座外有一机座外有一接线盒接线盒，定子绕组的首端和末端，定子绕组的首端和末端都接在接线盒内的接线柱上，选择都接在接线盒内的接线柱上，选择不同的不同的接线方接线方式式可以使定子绕组的接线形式为可以使定子绕组的接线形式为星形星形或或三角形三角形。U1U2V2V1W2W1接线盒接线盒AYCXZB Y 接法：接法： U1U1U2U2V2V2V1V1W1W1W2W2 接法：接法：V2U1U1U2U2V2V1V1W2W2W1W1注：注：定子绕组定子绕组的的连接方式连接方式分别为分别为星形连接星形连接与与三三角形连接角形连接。 三相电动机的三相电动机的定子定子三相绕组的三相绕组的接法选择

7、接法选择，取决于取决于电动机上电动机上铭牌铭牌标注的标注的额定接法额定接法，另外，另外还要考虑还要考虑电源线电压电源线电压和电动机的和电动机的额定电压额定电压。 通常：通常： 4kW4kW以上以上电动机铭牌上标有符号电动机铭牌上标有符号 接法、接法、额定电压额定电压380V380V； 4kW4kW及以下及以下电动机铭牌上标有符号电动机铭牌上标有符号 /Y/Y接接法、额定电压法、额定电压220/380V220/380V。二、二、 三相异步电动机铭牌数据三相异步电动机铭牌数据三相异步电动机型号三相异步电动机型号编号编号某某电机厂某某电机厂标准编号标准编号工作制工作制S1B级绝缘级绝缘年年 月月防护

8、等级防护等级IP44接法接法 50HZ45Kg380V1440r/minLW82dBY-112M-44.0KW8.8A1. 型号型号 Y 112M4 磁极数磁极数(磁极对数磁极对数 p=2)Y系列异系列异步电动机步电动机中心机座高中心机座高度度112mmM表示中机座，表示中机座，L表示长机座，表示长机座，S表示短表示短机座。机座。 2. 额定功率额定功率P2N 4.0KW指电动机在额定运行时转轴上指电动机在额定运行时转轴上输出输出的的机械机械功率。功率。 3. 3.额定频率额定频率f fN N（50Hz50Hz） 电动机所接交流电的频率。电动机所接交流电的频率。4. 额定电压额定电压UN 定子

9、绕组在额定运行、定子绕组在额定运行、指定接法指定接法下应加的下应加的线电压。线电压。 说明：说明：一般规定电动机的一般规定电动机的运行电压运行电压不能不能高于高于或或低于低于额额定值的定值的 5 。线线电电压压线线电电压压W1U2U1V1V2W2U2U1V1V2W2W15. 额定电流额定电流IN 定子绕组在额定运行定子绕组在额定运行指定接法指定接法下的下的线电流。线电流。如：如：A8 . 8 表示三角形接法下，电机的额定线电流为表示三角形接法下，电机的额定线电流为8.8A。6. 转速转速nN: 额定运行时电机轴上的转速。额定运行时电机轴上的转速。如：如： n =1440 转转/分分7 7. .

10、工作制：工作制： S1 S1指电动机可以在铭牌标出的额定状态下连续指电动机可以在铭牌标出的额定状态下连续运行，即连续工作制。运行，即连续工作制。S2S2表示短时工作制表示短时工作制，S3S3表示表示断续周期工作制。断续周期工作制。9防护等级防护等级IP44 防护等级防护等级由字母由字母IP和两个数字组成，和两个数字组成，IP是是(International 国际国际)与与(Protection防护防护)的首写字母。的首写字母。 开启式开启式11：适用于干燥无灰尘场合；：适用于干燥无灰尘场合； 防护式防护式22或或23：适用于一般场合：适用于一般场合； 封闭式封闭式 44：适用于灰尘多、潮湿或含

11、酸性气体场合；：适用于灰尘多、潮湿或含酸性气体场合； 防爆式防爆式：适用于易燃、易爆场合。：适用于易燃、易爆场合。 IP后面的后面的第一个数字第一个数字代表第一种防护型式代表第一种防护型式(防尘防尘)的等级，的等级，第二个数字第二个数字代表第二种防护型式代表第二种防护型式( (防水防水) )的的等级等级，数字越大，防护能力越强。数字越大，防护能力越强。8.接法接法表示在额定运行时，定子绕组应采用的接线方式。表示在额定运行时，定子绕组应采用的接线方式。11. 功率因数功率因数 （ 相电流相电流与与相电压相电压之间的相位差之间的相位差） Ncos 额定负载额定负载时定子电路的时定子电路的功率因数，

12、一般为功率因数，一般为0.7 0.9。 空载时空载时功率因数很低约功率因数很低约为为0.2 0.3。 额定负载额定负载时，时，功率因数功率因数最大。最大。P2PNcos 110. 效率效率N 电动机额定输出的功率电动机额定输出的功率P2N与在额定负载下的与在额定负载下的输入功率输入功率P1N之比。之比。%100cos3%100212NNNNNNNIUPPP鼠笼电机鼠笼电机 =72%93N 绝缘等级绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用时允许的用时允许的极限温度极限温度来分级的。来分级的。 所谓所谓允许极限温度允许极限温度是指电机绝缘材料的是指电机绝缘材料的允

13、许最允许最高工作温度高工作温度，它反应绝缘材料的，它反应绝缘材料的耐热性能耐热性能。12、绝缘等级、绝缘等级注注: :我国规定的我国规定的标准环境温度为标准环境温度为40异步电动机产品名称代号异步电动机产品名称代号产品名称产品名称异步电动机异步电动机绕线式异步电动机绕线式异步电动机防爆型异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机高起动转矩异步电动机新代号新代号汉字汉字意义意义老代号老代号Y Y异异异绕异绕异爆异爆异起异起YRYRYBYBYQYQJ J、JOJOJRJR、JROJROJBJB、JBOJBOJQJQ、JQOJQO2n1nei三、三相异步电动机的工作原理三、三相异步电动机的工作原

14、理NSF磁磁 铁铁闭闭 合合线线 圈圈1、工作原理、工作原理 三相异步电动机三相异步电动机的的工作原理工作原理和其他类型和其他类型的电动机是一样的，都是利用的电动机是一样的，都是利用磁场磁场与与转子导转子导体中的电流体中的电流相互作用相互作用产生电磁力产生电磁力，进而，进而输出输出电磁转矩电磁转矩进行工作的。进行工作的。 所所不同的是不同的是，在三相异步电动机中，其，在三相异步电动机中，其磁场是由定子绕组内的磁场是由定子绕组内的三相电流三相电流所产生的所产生的合合成磁场成磁场，且，且磁场磁场是以电动机的转轴为中心在是以电动机的转轴为中心在空间空间旋转旋转，称为，称为旋转磁场旋转磁场。1. 线圈

15、跟着磁铁转线圈跟着磁铁转两者转动方向一两者转动方向一 致致 结论：结论：异步异步2. 线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢12nn2n1neiNSF 右手螺旋定则右手螺旋定则（安培定则）（安培定则） 表示表示电流电流和电流所激发的磁场和电流所激发的磁场磁感线方向磁感线方向间关系间关系的定则。的定则。 通电直导线通电直导线中的中的安培定则安培定则（安培定则一）：（安培定则一）： 用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方用右手握住通电直导线，让大拇指指向电流的方向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向。向，那么四指的指向就是磁感线的环绕方向。 通电螺线管通电螺线管中的中的安培定则安培定则（安培定则二）

16、：（安培定则二）： 用右手握住螺线管，使四指弯曲方向与电流方向用右手握住螺线管，使四指弯曲方向与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端即是通电螺线管的一致，那么大拇指所指的那一端即是通电螺线管的N极。极。2、旋转磁场的产生、旋转磁场的产生异步电动机中异步电动机中,旋转磁场代替了旋转磁极旋转磁场代替了旋转磁极通入线圈线圈通入线圈通入WtIiVtIiUtIimWmVmU120sin120sinsinU1V2W1V1W21n()电流出电流出( )电流入电流入U2约定约定: 电流为电流为正正时，电流由线圈的时，电流由线圈的首端流进首端流进，末端流出末端流出； 电流为电流为负负时，电流由线圈的时，电流由线

17、圈的末端流进末端流进，首端流出首端流出。0tU1U2V2 w1V1w2NSUiViWimItViU1U2V1V2W1W2UiWi合成磁场方向：合成磁场方向：向下向下同理分析，可得同理分析，可得其它电流角度下其它电流角度下的磁场方向：的磁场方向：UiViWitmI 60tU1U2V2W1V1W2SN1n60 180tU2V1W21nU1V2W1SN180A 120tU2V2W1V1W21nU1SN120UiViWitmI 60tU1U2V2W1V1W2SN1n60 180tU2V1W21nU1V2W1SN180A 120tU2V2W1V1W21nU1SN120由以上分析可知，由以上分析可知，三相

18、定子绕组分别三相定子绕组分别通入通入三相对称电流三相对称电流iU、iV、iW，就能，就能产产生生一个随时间变化沿一个随时间变化沿电动机转轴电动机转轴不断旋转不断旋转的磁场的磁场。3、旋转磁场的转速大小、旋转磁场的转速大小分）转 /( 600fn交流电（频率交流电（频率f）变化）变化 一个周期，旋转磁场在空间转一个周期，旋转磁场在空间转过过360。则。则 磁极对数磁极对数P=1时的时的同步转速同步转速（旋转磁场（旋转磁场的速度）的速度）为：为：UiViWimItU1U2V2V1W2NSW1W1U1U2V2V1W2NSW11nU1U2V2V1W2W1NS60t磁极对数（磁极对数（P）的概念）的概念

19、ViU1V1U2V2W1W2UiWi1p此种接法下，此种接法下，合成磁场合成磁场只有一对磁极只有一对磁极，则，则磁极对数为磁极对数为1。即：即：U1U2V2W1V1W2NS磁极对数（磁极对数（P）的改变）的改变 将将每相绕组分成两段每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。则，按右下图放入定子槽内。则形成两对磁极的磁场。形成两对磁极的磁场。U1U2W1W2W1V2V1W1U2V2W2U1U2V1W2UiWiViU1U1U2V1V2V2V1W1W2W1V2V1W1U2V2W2U1U2V1W2UiWiViU1NSSNU1U2U1U2W1W2V1V2V1V2W1W2 磁极对数磁极对数2pUiViWim

20、ItX0tNSSNU1U2U1U2W1W2V1V2V1V2W1W2 60t1nZCZCSNSN30U1U2U1U2磁极对数和转速的关系磁极对数和转速的关系UiViWimItW1V2V1W1U2V2W2U1U2V1W2UiWiViU1三相异步电动机的同步转速三相异步电动机的同步转速磁极对数磁极对数P=1P=3P=4P=5P=6P=2同步转速同步转速n1(f=50HZ)3000转转/分分1500转转/分分1000转转/分分750转转/分分600转转/分分500转转/分分分）转/( 600pfn 旋转方向旋转方向：取决于三相电流的相序。：取决于三相电流的相序。4、旋转磁场的旋转方向、旋转磁场的旋转方

21、向UiwivimIt0nUiViWimIt0nV V和和W W相对调相对调注意注意： 只要将接入定子绕组的三相交流电只要将接入定子绕组的三相交流电任任意换接其中两相意换接其中两相，旋转磁场的方向改变，旋转磁场的方向改变，电机的电机的旋转方向也改变旋转方向也改变。UiViWimItU1U2V2W1V1W2NS、电动机的转动原理、电动机的转动原理U1U2V2W1V1W2定子三相绕组通入三相交流电定子三相绕组通入三相交流电分分）转转/( 6010pfn 方向方向:顺时针顺时针 切割转子导体切割转子导体Blv右手定则右手定则感应电动势感应电动势 E2旋转磁场旋转磁场感应电流感应电流 I2旋转磁场旋转磁

22、场Bli左手定则左手定则电磁力电磁力FF电磁转矩电磁转矩TvF0nNS6、转差率、转差率S00nnns异步电机运行中异步电机运行中:090.0010.0s转差转差 为为旋转磁场旋转磁场的的同步转速同步转速和和电动机转速电动机转速之差。之差。电动机起动瞬间电动机起动瞬间:1 , 0sn（转差率最大）（转差率最大）即：即：转差率转差率 为为转差转差与与同步转速同步转速之比。之比。综上所述，综上所述，三相异步电动机三相异步电动机的的工作原理工作原理如下如下:1 1、三相定子绕组中通入、三相定子绕组中通入对称三相电流对称三相电流产生产生旋转磁场。旋转磁场。2 2、转子导体切割旋转磁场产生、转子导体切割

23、旋转磁场产生感应电动势感应电动势和电流和电流。3 3、转子载流导体在磁场中受电磁力作用，、转子载流导体在磁场中受电磁力作用，从而形成从而形成电磁转矩电磁转矩，进而驱动电动机的转，进而驱动电动机的转子旋转。子旋转。例例1 1：已知某三相异步电动机已知某三相异步电动机UN=380V，cosN=0.82，效率，效率=84%=84%，额定功率额定功率PN=4KW，额定，额定转速转速nN=1440r/min，试求：额定电流、额定转差率？，试求：额定电流、额定转差率？解解:因为因为84.082.03803104cos33NNNNNiNIIUPPP所以求得所以求得IN=8.8A额定转差率额定转差率04.01

24、5001440-150000nnns 例例2 2：一台三相异步电动机，其额定转速一台三相异步电动机，其额定转速 n= =975 r/min，电源频率电源频率 f1 1= =50 Hz。试求电动机的试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。极对数和额定负载下的转差率。解：解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：速的关系可知：n0=1000 r/min , 额定转差率为额定转差率为250 . 01000975100000nnns1)1)变压器原、副绕组是与同一主磁通变压器原、副绕组是与同一主磁通 相交链，异相交链，异步电动机中定子和转子绕组与同一

25、旋转步电动机中定子和转子绕组与同一旋转磁通磁通 相交相交链。因此异步电动机中定子和转子绕组相当于链。因此异步电动机中定子和转子绕组相当于变压变压器的原、副绕组。器的原、副绕组。2）变压器：）变压器： 变化变化 e U1 E1=4.44 f N1 异步机：异步机： 旋转旋转 e U1 E1=4.44 f N1 异步机：当负载增加时，转子电流异步机：当负载增加时，转子电流I2 增大增大 I1增大增大，以保持以保持 基本不变，达到传递能量的目的。基本不变，达到传递能量的目的。 三相异步电动机与变压器的不同之处：三相异步电动机与变压器的不同之处：异步机是旋转的。异步机是旋转的。异步机中的定子和异步机中

26、的定子和转子之间是有不大的气隙。转子之间是有不大的气隙。异步机中转子感应电动势的频率是随转子转速改异步机中转子感应电动势的频率是随转子转速改变的。变的。3）变压器：）变压器：I2 增大增大 I1增大，增大，以保持以保持 基本不变，基本不变，以达到传递能量的目的。以达到传递能量的目的。 1. .定子每相绕组定子每相绕组E1异步电动机：异步电动机：旋转磁场切割导体旋转磁场切割导体 e， U1 E1= 4.44 f 1N1kdp1 旋转磁场与定子导体间的相对速度为旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0 ，所以所以2. .定子感应电势的频率定子感应电势的频率 f16001pnf 感应电势的频率与感应电

27、势的频率与磁场和导体间的相对速度磁场和导体间的相对速度有关有关f 1= 电源频率电源频率 fi1u1e1e2i2+f1f2式中：式中：f 1为定子感应电动势的频率；为定子感应电动势的频率； kdp1为定子绕组系数；为定子绕组系数； 为气隙每极磁通量。为气隙每极磁通量。1. 转子感应电势频率转子感应电势频率 f 2定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化。变化。 定子感应电势频率定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率转子感应电势频率 f 2 转子感应电势频率

28、转子感应电势频率 f 21000026060fspnnnnpnnf 旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同2. 转子感应电动势转子感应电动势E 2 E20= 4.44 f 2N2 转子静止时转子静止时的感应电势的感应电势即即E2= s E20 转子转动时转子转动时的感应电势的感应电势3. 转子感抗转子感抗X 22122222LLLfsLfX当转速当转速 n = 0(s =1)时，时， f 2最高，且最高，且 X2 最大，有最大，有X20= 2 f1LL2即即X2= sX20 222222XREI 2202220)(sXRsE )(0002nnIs 22

29、02220max21XREIs 220222222222)( cossXRRXRR202SXRs 很很小小时时1cos2202XRss 较较大大时时s1cos22202220222222)( XREXREIss 2202222)(cosXRRs变化曲线随、SI cos22)(2 Isn)cos(2sn 结论：结论：转子转动时，转转子转动时，转 子电路中的各量均与转子电路中的各量均与转 差率差率 s有关，即与转速有关，即与转速 n有关。有关。I2cos 2s1I2,2cosO4.3 三相异步电动机转矩与机械特性三相异步电动机转矩与机械特性一、一、 转矩公式转矩公式 转子中各载流导体在旋转磁场的作

30、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矩之总和。电磁力所形成的转矩之总和。22tcosIKT常数，与电常数，与电机结构有关机结构有关旋转磁场旋转磁场每极磁通每极磁通转子电流转子电流转子电路的转子电路的功率因数功率因数ilBF 22cos, , IT21220222)(UsXRsRKT 由此得电磁转矩公式由此得电磁转矩公式22 tcosIKT22022202)( XREIss 2202222)(cosXRRs11144.4NfU 由前面分析知：由前面分析知：常数，与电常数，与电机结构和电源机结构和电源频率有关频率有关定子绕组定子绕组相电压相电压由公式可知：由公式可知：2

31、1220222)(UsXRsRKT 电磁转矩公式电磁转矩公式1. T 与与定子每相绕组电压定子每相绕组电压 成正比成正比。U 1 T 21U2. 当电源电压当电源电压 U1 一定一定时，时，T 是是 s 的函数的函数。3. R2 的大小对的大小对 T 有影响。有影响。 绕线式异步电动机绕线式异步电动机可外接电阻来可外接电阻来改变改变转子电阻转子电阻R2 ，从而从而改变转距改变转距。二、机械特性二、机械特性maxTmSNSOTS曲曲线线)(sfT 曲曲线线)(Tfn 根据转矩公式根据转矩公式22022212)(sXRUsRKT 得得固有机械特性曲线固有机械特性曲线：NnmaxTstTOnTNT0

32、nstT1NT理想空载转速点（同步转速点）理想空载转速点（同步转速点） T=0T=0，n=nn=n0 0时的工时的工作点称为电动机的作点称为电动机的理想理想空载点空载点，此时，此时s=0s=0，转，转子电流子电流I I2 2=0=0。 若没有外界转矩若没有外界转矩作用，异步电动机本身作用，异步电动机本身不能达到该点不能达到该点。OnT0nNnNT电动机在额定负载时的转矩。电动机在额定负载时的转矩。1. .额定转矩额定转矩TN)/()(9550NNN分分转转千千瓦瓦nPT 三个重要转矩三个重要转矩OnT0n额定转矩额定转矩(N m) 例：例：如某普通机床的主轴电机如某普通机床的主轴电机(Y132

33、M-4型型) 的额的额定功率为定功率为7.5kw, 额定转速为额定转速为1440r/min, 则额定转则额定转矩为矩为nPnPT9550602 m.N7 .4914405 .795509550NNN nPT2. .最大转矩最大转矩 Tmax（临界工作点）（临界工作点） 转子轴上机械负载转矩转子轴上机械负载转矩TL 不能大于不能大于Tmax ，否则将否则将造成堵转造成堵转(停车停车)。电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。21220222UsXRsRKT)(2021max2XUKT 0dd ST令：令：求得求得202mXRss 临界转差率临界转差率On0nTmax将将sm代入转矩公式，

34、可得代入转矩公式，可得 max121max, )1(TUUT当当 U1 一定时，一定时，Tmax为定值为定值2021max2 XUKT 过载系数过载系数(能力能力)NmaxTT 一般三相异步电动机的过载系数为一般三相异步电动机的过载系数为2 .28 .1 工作时必须使工作时必须使TL TL电机能起电机能起动，否则不能起动。动，否则不能起动。0nOnTNststTTK 起动能力起动能力(1) 降低定子电压降低定子电压U1U1 Tm U UTst 22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs 0nNUTLnTO人为机械特性人为机械特性异步电动机异步电动机启动、调速启动、调

35、速和制动和制动等过程常用的方法等过程常用的方法：21220222)(UsXRsRKT 与固有机械特性相比：U1 Tm U UTst 0nNUTLnTOSm1 1、电压越低、电压越低, ,人为特性曲线越人为特性曲线越往左移往左移；2 2、电动机的、电动机的过载能力和起动过载能力和起动转转矩会大大降低矩会大大降低；3 3、电压降低、电压降低, ,负载转矩不变负载转矩不变时时, ,电动机过热电动机过热； 4 4、电压、电压降低太多降低太多, ,电动机将带电动机将带不动负载不动负载( (不能起动不能起动) )。(2) 转子电路串电阻增大转子电路串电阻增大R2（绕线式异步电动机绕线式异步电动机）stTT

36、On0nR2 Tst n 硬特性：硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。起动特性好。 maxTLT22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs 起动转矩起动转矩增加增加( (有利有利) )，理想空载转速理想空载转速和和最大转矩最大转矩不变不变。 1 1、随着、随着频率的降低频率的降低，理想空载转速理想空载转速只能只能在电在电源源额定频率以下调节额定频率以下调节； 2 2、转速转速n n0 0减小减小，临界转，临界转差率差

37、率S Sm m减小减小，起动转矩起动转矩T Tstst增大增大，最大转矩最大转矩T Tmaxmax不变不变。(3) 改变定子电源频率改变定子电源频率fn01n02Tst2Tst1Sm1Sm2例题1、一台三相异步电动机，、一台三相异步电动机，额定功率额定功率PN=55kW，电网频率电网频率f1=50Hz，额定电压额定电压UN=380V，额定额定效率效率 ，额定功率因数额定功率因数 ，额定转速额定转速nN=570r/min，试求：，试求：（1）同步转速同步转速n0；（2）电动机）电动机极对数极对数p;（3）额定电流额定电流IN；（4）额定额定负载时的负载时的转差率转差率SN；（5）额定转速运行时，

38、）额定转速运行时，转子电动势的频率转子电动势的频率f2。79. 0N89. 0cos24.4 4.4 三相异步电动机的起动特性三相异步电动机的起动特性 生产机械对电动机生产机械对电动机起动的要求起动的要求是：是： 起动转矩大起动转矩大、起动电流小、平滑启动、维护方便起动电流小、平滑启动、维护方便。 一、三相鼠笼式异步电动机的起动方法一、三相鼠笼式异步电动机的起动方法 三相异步电动机三相异步电动机起动电流起动电流是是额定电流的额定电流的(5-7)(5-7)倍倍, ,为满足起动要求为满足起动要求, ,三相异步电动机的三相异步电动机的起动方法起动方法分为分为直直接起动接起动和和降压起动降压起动两类。

39、两类。 1 )1 )直接起动直接起动( (全电压起动全电压起动) )适用范围：适用范围： 电动机电动机功率功率20%20%变压器容量变压器容量。 一般一般中小型鼠笼式中小型鼠笼式异步电异步电动机都动机都采用全电压直接起动采用全电压直接起动。 2)2)降压起动降压起动(1)(1)定子绕组串电阻或电定子绕组串电阻或电抗器降压起动抗器降压起动 不足之处不足之处: :起动转矩随定子电压的起动转矩随定子电压的平方下降平方下降; ; 不经济。不经济。应用场合应用场合: :电动机空载或电动机空载或轻载起动。轻载起动。 在工厂在工厂常用的降压起动方法常用的降压起动方法有有4 4种种: :定子串电阻或定子串电阻

40、或电抗器、电抗器、Y-Y-变换、自耦变压器、延边三角形。变换、自耦变压器、延边三角形。 容量大的电动机容量大的电动机起动电流大起动电流大, ,为了限制过大的起为了限制过大的起动电流动电流, ,采用降压起动采用降压起动。(2)Y-(2)Y-降压起动降压起动 Y-Y-降压起动电气原理图如降压起动电气原理图如右图所示。右图所示。 Y-Y-降压起动原理降压起动原理: : 起动起动时时, ,三相绕组接成三相绕组接成Y Y形；形； 运行运行时时, ,绕组接成形；绕组接成形； 电流下降电流下降1/3,1/3,转矩也下降转矩也下降1/3.1/3. 只有只有正常运行正常运行时定子三相绕组是时定子三相绕组是接法接

41、法的电动机的电动机才能才能采用采用Y-Y-降压起动降压起动。对于国产。对于国产Y Y、Y2Y2系列电动机系列电动机, ,功率大功率大于于4.5kW4.5kW的都是采用接线。的都是采用接线。也就是说也就是说, ,大容量电动机大容量电动机都都可以用可以用Y-Y-降压起动降压起动。Y-Y-降压起动降压起动特点特点: : （1 1）电动机）电动机Y Y形起动过程中形起动过程中, ,可可提高提高电动机的电动机的效率效率和和功率因数功率因数； （2 2）起动转矩小起动转矩小, ,只适用只适用于于空载空载或轻载或轻载起动的场合；起动的场合； （3 3）设备简单设备简单, ,经济经济。应用：应用： 在在机床工

42、业机床工业上应用上应用较普遍较普遍。 (3)(3)自耦变压器降压起动自耦变压器降压起动特点特点: : 起动电流小起动电流小, ,而且而且可以调可以调节节; ; 不适用不适用于于频繁起动频繁起动; ; 体积大体积大, ,重量重重量重, ,价格高价格高。 与定子串电阻或电抗与定子串电阻或电抗器起动器起动相比较相比较, ,在相同的在相同的起动转矩情况下起动转矩情况下, ,起动电起动电流要小流要小。(4)(4)延边三角形起动延边三角形起动 对电动机对电动机定子绕组定子绕组和和绕组出线绕组出线有特殊要求有特殊要求; ; 起动时起动时绕组绕组一部分一部分Y Y形形, ,一部分形接线一部分形接线; ; 运行

43、时运行时绕组绕组接线接线。 特点：特点：制造成本高制造成本高, ,接线复杂。接线复杂。启动启动运行运行（5）软启动）软启动 近年来发展起来的近年来发展起来的全新启动方式全新启动方式。工作原理：工作原理： 通过控制通过控制三相反并联晶闸管三相反并联晶闸管的的导通角导通角，控制输，控制输入电压的变化，实现不同功能的启动方式。入电压的变化，实现不同功能的启动方式。特点特点：启动启动电流电流和和电压电压可从零可从零连续变化连续变化；电动机的电动机的转矩转矩也可也可连续变化连续变化；对电动机和机械设备对电动机和机械设备基本无机械冲击基本无机械冲击。二、三相线绕式异步电动机的起动方法二、三相线绕式异步电动

44、机的起动方法 1)1)逐级切除起动电阻法逐级切除起动电阻法 (1)(1)电路图电路图: :如右图。转子外接电阻为三相对称电阻如右图。转子外接电阻为三相对称电阻; ;当当电动机容量大时电动机容量大时, ,一般采用三相不对称电阻。一般采用三相不对称电阻。 线绕式电动机在线绕式电动机在转子电路串电阻转子电路串电阻, ,可以获得较可以获得较大的大的起动转矩起动转矩以及以及较小的起动电流较小的起动电流, ,具有良好的起动特性。具有良好的起动特性。 (2(2) )起动过程起动过程: :起动初瞬起动初瞬, ,电电阻全部接入阻全部接入; ;在在起动过程起动过程中中, ,分分三次切除外接电阻三次切除外接电阻,

45、, 电阻全部切除后电阻全部切除后, , 机械特性回到固机械特性回到固有特性有特性. . (3) (3)特点特点: :在在起动过程起动过程中中, , 电动机能保持最电动机能保持最大的大的 加速转矩加速转矩. .2)2)频敏变阻器起动法频敏变阻器起动法(1)(1)频敏变阻器频敏变阻器: :一个铁损很大的三相电抗器（一个铁损很大的三相电抗器（Y Y形）。形）。 (2)(2)起动过程起动过程: :起动初瞬起动初瞬, ,转子电流转子电流频率接近频率接近50Hz,50Hz,铁损铁损大大, ,即等效阻抗大即等效阻抗大, ,限制了起动电流限制了起动电流, ,增大了起动转矩；增大了起动转矩；随着随着转速上升转速

46、上升, ,等效阻抗逐步减小等效阻抗逐步减小; ;到转速达到转速达额定转速额定转速, ,相当转子被短接相当转子被短接, ,起动结束。起动结束。 ( (3 3) )特点特点: :起动起动过程能过程能平滑平滑进行进行, ,不需要控不需要控制电器；制电器；功率因数低功率因数低； 应用：应用：只能只能用于用于起动起动, ,而串电阻起而串电阻起动时动时, ,电阻还可用于调速。电阻还可用于调速。4.5 4.5 三相异步电动机的调速特性三相异步电动机的调速特性00nnnS由由基本公式基本公式 pfn600)1 (60Spfn异步电动机的异步电动机的调速方法调速方法主要有主要有: :降压调速、降压调速、变磁极对

47、变磁极对数数p p；转子串电阻（；转子串电阻（变转差率）变转差率）S S；变频率变频率f f。可得异步电动机的可得异步电动机的转速方程式转速方程式为为: : W1V2V1W1U2V2W2U1U2V1W2UiWiViU1NSSNU1U2U1U2W1W2V1V2V1V2W1W2ViU1V1U2V2W1W2UiWiU1U2V2W1V1W2NS一、变磁极对数调速一、变磁极对数调速 1)1)方法方法 改变定子绕组的连改变定子绕组的连接接, ,可以得到两个不同可以得到两个不同的磁极对数。的磁极对数。2)2)多速电动机多速电动机 最多最多在电动机中嵌入在电动机中嵌入两套绕组两套绕组, ,使绕组有不同的连接使

48、绕组有不同的连接, ,可分别可分别得到得到双速、双速、三速三速、四速、四速电动机电动机, ,双速应用较多双速应用较多。 3)3)特点特点 结构简单结构简单, ,效率高效率高, ,特性好；特性好； 体积大体积大, ,价格高。价格高。4 4）应用：）应用：在在中小机床中小机床上应用比较多。上应用比较多。 双速电动机的高低速转换双速电动机的高低速转换, ,一般是先低速一般是先低速, ,再转换为高速再转换为高速. . YY/2.2.转子电路串电阻转子电路串电阻( (变转差率变转差率) )调速调速 1)1)应用范围应用范围 只适用于只适用于线绕式线绕式异步电动机异步电动机. . 2)2)原理电路和机械特

49、性与串电阻降压起动相同原理电路和机械特性与串电阻降压起动相同 线绕式异步电动机的起动电阻线绕式异步电动机的起动电阻, ,适当增大电阻适当增大电阻的容的容量量, ,可作可作调速电阻调速电阻用。用。3)3)特点特点 结构简单结构简单, ,动作可靠；属于有级调速。动作可靠；属于有级调速。4)4)应用应用 用于用于重复短时工作制重复短时工作制的生产机械的生产机械, ,如如起重机械起重机械。3.3.变频调速变频调速 1)1)原理原理 由上式可知，由上式可知，改变改变交流电源的交流电源的频率频率，就可以，就可以平平滑滑地地调调节节电动机的电动机的转速转速。 2)2)一般采用一般采用频率频率和和电压电压同时

50、改变同时改变的变频电源。的变频电源。 3)3)应用范围应用范围 用于用于鼠笼式鼠笼式异步电动机。组成异步电动机。组成SCR-MSCR-M调速系统调速系统。 变频调速变频调速是交流调速是交流调速发展的方向发展的方向。)1 (60Spfn4.6 4.6 三相异步电动机的制动特性三相异步电动机的制动特性1.1.回馈制动回馈制动 1)1)产生条件产生条件 电动机的电动机的运行速度运行速度高于高于同步转速同步转速。此时此时S S0,0,电机进入电机进入发电状态发电状态, ,电能反馈电能反馈给电网。给电网。 2)2)运行状态运行状态 有两种情况：有两种情况：(1)(1)位能转矩负载位能转矩负载的起重机在下放重物的起重机在下放重物时的回馈制动状态。时的回馈制动状态。(2)(2)多速电动机多速电动机和和变频调速电机变频调速电机的的同同步转速突然降低步转速突然降低时的回馈制动状态。时的回馈制动状态。异步电动机异步电动机制动方法制动方法有有3 3种种: :回馈制动回馈制动, ,反接制动反接制动, ,能耗制动能耗制动。2.2.反接制动反接制动: :分为分为