电动机课件(何大熊)

1、电动机原理及运行技术神福鸿电海门培训队电气专业一、直流电动机一、直流电动机 直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，直流电动机虽然比三相交流异步电动机结构复杂，维修也不便，但由于它的调速性能较好和起动转矩较维修也不便，但由于它的调速性能较好和起动转矩较大，因此，对调速要求较高的生产机械或者需要较大大，因此，对调速要求较高的生产机械或者需要较大起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。起动转矩的生产机械往往采用直流电动机驱动。直流电机的优点：直流电机的优点： (1) 调速性能好调速性能好, 调速范围广调速范围广, 易于平滑调节。易于平滑调节。 (2) 起动、制动转矩大起动、制动转矩大, 易于

2、快速起动、停车。易于快速起动、停车。 (3) 易于控制。易于控制。应用应用: 1) 轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、轧钢机、电气机车、中大型龙门刨床、矿山竖井矿山竖井 提升机以及起重设备提升机以及起重设备等调速范围大的大型设备。等调速范围大的大型设备。 2) 用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等用蓄电池做电源的地方，如汽车、拖拉机等NSNS 直流电机由定直流电机由定子子(磁极磁极)、转子、转子(电枢电枢)和机座等部和机座等部分构成。分构成。1、直流电动机的构造、直流电动机的构造转子转子(电枢电枢) 由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。磁极磁极永磁式永磁式:

3、由永久磁铁做成。由永久磁铁做成。励磁式励磁式: 磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，磁极上绕线圈，线圈中通过直流电， 形成电磁铁。形成电磁铁。励磁励磁: 磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称 为励磁。为励磁。电枢铁心：由硅钢片叠装而成。电枢铁心：由硅钢片叠装而成。电枢绕组：单个绕组元件组成。电枢绕组：单个绕组元件组成。用来在电机中产生磁场。用来在电机中产生磁场。2、直流电动机的分类、直流电动机的分类 直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并直流电机按照励磁方式可分为他励电动机、并励电动机、串励电动机和复励电动机励电动机、串励电动机和复励电动机UUfIaM+_+_If

4、fR stR他励他励IaUM+_IffR stR+_IE并励并励串励串励UIa+_IfM复励复励U+_IMIaIU+SbNacd 直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流直流电从两电刷之间通入电枢绕组，电枢电流方向方向如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论如图所示。由于换向片和电源固定联接，无论线圈怎样转动，总是线圈怎样转动，总是S极有效边的电流方向向里极有效边的电流方向向里, N极有效边的电流方向向外。电动机电极有效边的电流方向向外。电动机电枢枢绕组通电绕组通电后中受力后中受力(左手定则左手定则)按顺时针方向旋转按顺时针方向旋转。U+U+电刷电刷换向片换向片U+IFFTn换向器作用：换向器

5、作用：将外部直流电将外部直流电转换成内部的转换成内部的直流电，以保直流电，以保持转矩方向不持转矩方向不变。变。3、直流电机的基本工作原理、直流电机的基本工作原理U+EETnSbNdFFacII换向片换向片电刷电刷 线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电线圈在磁场中旋转，将在线圈中产生感应电动势。由右手定则，感应电动势的方向与电流的方动势。由右手定则，感应电动势的方向与电流的方向相反。向相反。KE: 与电机结构有关的常数与电机结构有关的常数n: 电动机转速电动机转速 ：磁通磁通电枢感应电动势电枢感应电动势 E=EK nU+EETnSbNdFFacII换向片换向片电刷电刷 由图可知，由图可知，电枢

6、感应电动势电枢感应电动势E与电枢电流或与电枢电流或外加电压方向总是相反，所以称外加电压方向总是相反，所以称反电势反电势。 aaaaRInKRIEUE 式中：式中：U 外加电压外加电压 Ra 绕组电阻绕组电阻电枢回路电压平衡式电枢回路电压平衡式RaIaE+UMKT: 与电机结构有关的常数与电机结构有关的常数 : 线圈所处位置的磁通线圈所处位置的磁通Ia：电枢绕组中的电流：电枢绕组中的电流电磁转矩电磁转矩 直流电动机电枢绕组中的电流直流电动机电枢绕组中的电流(电枢电流电枢电流Ia)与磁与磁通通 相互作用，产生电磁力和电磁转矩，直流电机的相互作用，产生电磁力和电磁转矩，直流电机的电磁转矩公式为电磁转

7、矩公式为转矩平衡关系转矩平衡关系 电动机的电磁转矩电动机的电磁转矩T为驱动转矩为驱动转矩, 它使电枢转动。它使电枢转动。在电机运行时，电磁转矩必须和机械负载转矩及空在电机运行时，电磁转矩必须和机械负载转矩及空载损耗转矩相平衡，即载损耗转矩相平衡，即T=KT Ia 当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电动当电动机轴上的机械负载发生变化时，通过电动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将自动机转速、电动势、电枢电流的变化，电磁转矩将自动调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。调整，以适应负载的变化，保持新的平衡。转矩平衡过程转矩平衡过程02TTT T2: 机械负载转矩机械负载转矩T0: 空载转矩

8、空载转矩 例：例：设外加电枢电压设外加电枢电压 U 一定，一定，T=T2 (平衡平衡)，此时，此时，若若T2突然增加，则调整过程为突然增加，则调整过程为T2 n Ia T E nKEE aaaREUI aIKTT aaRIEU 特点特点: 励磁绕组与电枢并联励磁绕组与电枢并联由图可求得由图可求得aaREUI ffRUI aafIIII 由上分析可知：由上分析可知： 当电源电压当电源电压U和励磁回路的电阻和励磁回路的电阻Rf一定时一定时, 励励磁电流磁电流If和磁通和磁通 不变，即不变，即 = 常数常数。则则IaUM+_IffR stR+_IE4、直流电动机的机械特性、直流电动机的机械特性nnn

9、 0TKKRnET2a KUnE 0令：令：TKKRKUnETE2a T=KT Ia = KT Ia 即：并励电动机的磁通即：并励电动机的磁通 = 常数，转矩与电枢电流常数，转矩与电枢电流成正比。成正比。 aaaI IT TTEKnKERIEU 由以下公式由以下公式求得求得IaUM+_IffR stR+_IE转转速速降降:2aTKKRnET 理理想想空空载载转转速速:0KUnE 式中：式中：nnTKKRKUnETE 02an= f (T) 特性曲线特性曲线n0nNTN 并励电动机在负载变化并励电动机在负载变化时，时， 转速转速 n 的变化不大的变化不大硬机械特性（自然特性）。硬机械特性（自然特

10、性）。改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人工特性曲线改变电枢电压和电枢回路串电阻可得人工特性曲线n0T n直流电动机不允许在额定电压直流电动机不允许在额定电压UN下直接起动。下直接起动。Iast太大会使换向器产生严重的火花太大会使换向器产生严重的火花, ,烧坏换向器；烧坏换向器；NaaNast)2010(IRUI 起动时起动时, ,n =0 0 nKEE起动问题：起动问题：(1) 起动电流大起动电流大(2) 起动转矩大起动转矩大 起动时，起动转矩为起动时，起动转矩为(1020)TN , 造成机械冲造成机械冲击，使传动机构遭受损坏。击，使传动机构遭受损坏。tasIT 一般一般Iast限制在限制在(

11、1.52.5)IN。5、并励电动机的启动和反转、并励电动机的启动和反转 起动方法起动方法 注意事项注意事项(1) 电枢串电阻起动法电枢串电阻起动法NstaNast)5 . 25 . 1 (IRRUI (2) 降压起动法：降压起动法： 直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要直流电动机在起动和工作时，励磁电路一定要接通接通, ,不能让它断开不能让它断开, ,而且起动时要满励磁。否则，而且起动时要满励磁。否则，磁路中只有很少的剩磁，可能产生事故：磁路中只有很少的剩磁，可能产生事故：aastNstRIUR 在满磁下将在满磁下将Rst置最大处，逐渐减小置最大处，逐渐减小Rst使使n升高。升高。最大起动

12、电压最大起动电压Ust为为aNastst)5 . 25 . 1 (RIRIU (1)如果电动机是静止的，由于转矩太小如果电动机是静止的，由于转矩太小( (T=KT Ia) , 电机将不能起动电机将不能起动，这时反电动势为零，电枢电流，这时反电动势为零，电枢电流很大，电枢绕组有被烧坏的危险。很大，电枢绕组有被烧坏的危险。 (2)如果电动机在有载运行时断开励磁回路，反电动势如果电动机在有载运行时断开励磁回路，反电动势E立即减小而使电枢电流增大，同时由于所产生的立即减小而使电枢电流增大，同时由于所产生的转矩转矩不满足不满足负载负载的需要，电动机必将减速而停转，更加的需要，电动机必将减速而停转，更加促

13、使电枢电流的增大，以至烧毁电枢绕组和换向器。促使电枢电流的增大，以至烧毁电枢绕组和换向器。 (3)如果电机在空载运行，可能造成飞车，使电机遭如果电机在空载运行，可能造成飞车，使电机遭受严重的机械损伤，而且因电枢电流过大而将绕组受严重的机械损伤，而且因电枢电流过大而将绕组烧坏。烧坏。（ E Ia T T0 n 飞车）飞车）例：例：串励的单相手电钻，利用励磁电流和电枢电流串励的单相手电钻，利用励磁电流和电枢电流两者的方向同时改变时而转向不变的原理，采用特两者的方向同时改变时而转向不变的原理，采用特别的串励电动机，使手电钻用单相交流电源或直流别的串励电动机，使手电钻用单相交流电源或直流电源供电均可。

14、电源供电均可。电磁转矩：电磁转矩：并励并励( (他励他励) )电动机电动机与异步电动机相比，虽然结与异步电动机相比，虽然结构复杂，价格高，维护也不方便，但在调速性能上构复杂，价格高，维护也不方便，但在调速性能上由其独特的优点。由其独特的优点。 1. 调速均匀平滑，可以无级调速调速均匀平滑，可以无级调速( (注：异步机改注：异步机改 变极对数调速的方法叫有级调速变极对数调速的方法叫有级调速) )。 2. 调速范围大，调速比可达调速范围大，调速比可达200 以上以上( (调速比等调速比等 于最大转速和最小转速之比）于最大转速和最小转速之比）, ,因此机械变速因此机械变速 所用的齿轮箱可大大简化。所

15、用的齿轮箱可大大简化。主要优点：主要优点：由转速公式由转速公式: EKRIUnaa可见直流电机调速方法有三种。可见直流电机调速方法有三种。6、并励（他励）电动机的调速、并励（他励）电动机的调速可见：在可见：在U 一定的情况下，改变一定的情况下，改变 可改变转速可改变转速n 。（1 1）改变磁通调速）改变磁通调速TKKRKUnETE2a 保持电枢电压保持电枢电压U不变，改变励磁电流不变，改变励磁电流If (调调Rf)以以改变磁通改变磁通 。由式由式Rf If n 一般只采用减少励磁电流一般只采用减少励磁电流(减弱磁通减弱磁通)的方法调速的方法调速,即即 改变磁通调速的方法：改变磁通调速的方法：减

16、小磁通，减小磁通，n只能上调。只能上调。改变改变 时的机械特性如图。时的机械特性如图。0n 0n0nTLTn（ 减小减小）Rf增增加加 O调速过程调速过程: :直至直至T=TC达到新的平衡。达到新的平衡。电压电压U保持保持一定一定, ,减小磁通减小磁通 。TKKRKUnETE2a aaaREUI Rf E I n Ia E 瞬间瞬间T TT nKEE aIKTT (1)调速平滑，可得到无级调速；但只能向上调，受调速平滑，可得到无级调速；但只能向上调，受 机械本身强度所限，机械本身强度所限，n不能太高。不能太高。(2) 调速设备简单，经济，电流小，便于控制。调速设备简单，经济，电流小，便于控制。

17、(3) 机械特性较硬，稳定性较好。机械特性较硬，稳定性较好。(4) 对专门生产的调磁电动机对专门生产的调磁电动机, ,其调速幅度可达其调速幅度可达, 例如例如5302120 r/min及及3101 240 r/min 。 减小减小 调速的特点：调速的特点：(1) 若调速后若调速后 Ia 保持不变，电动机在高速运转时其负保持不变，电动机在高速运转时其负载转矩必须减小。载转矩必须减小。(2) 这种调速方法只适用于恒功率调速这种调速方法只适用于恒功率调速( (如用于切削机如用于切削机床床) )。使用调磁调速时应注意：使用调磁调速时应注意：（2 2）改变电压调速）改变电压调速由转速公式知：由转速公式知

18、：调电压调电压U，n0变化，但变化，但斜率不变，所以调速特斜率不变，所以调速特性是一组平行曲线。性是一组平行曲线。n0n0电电压压降降低低Tc特性曲线特性曲线n0nT0KTnTKKRKUnETE 02a )(a一定一定和和R改变电压调速的特点改变电压调速的特点: :(1)工作时电压不允许超过工作时电压不允许超过UN ，而，而n U, 所以调速所以调速 只能向下调只能向下调。(2)机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳机械特性较硬，并且电压降低后硬度不变，稳 定性好。定性好。(3)均匀调节电枢电压，可得到平滑无级调速。均匀调节电枢电压，可得到平滑无级调速。(4)调速幅度较大。调速幅度较大。调速

19、过程调速过程: :保持保持If 为额定为额定, ,减小电枢减小电枢电压电压。U Ia T T = TC稳定稳定n E Ia T 改变电压调速需要用电压可以调节的专用设改变电压调速需要用电压可以调节的专用设备，投资费用较高。备，投资费用较高。 近年来已普遍采用晶闸管整流电源对电动机近年来已普遍采用晶闸管整流电源对电动机进行调压和调磁，以改变它的转速。进行调压和调磁，以改变它的转速。（3 3）电枢回路串电阻调速）电枢回路串电阻调速 电枢中串入电阻电枢中串入电阻, ,使使 n 、 n0不变，即电机的特性曲线不变，即电机的特性曲线变陡变陡( (斜率变大斜率变大) )，在相同力，在相同力矩下矩下, ,n

20、 。特性曲线如图。特性曲线如图。Rann0TnnTKKRKUnETE 02a 电枢回路串电阻调速需电枢回路串电阻调速需在电枢中串入专用电阻，电阻增大则转速下降，在电枢中串入专用电阻，电阻增大则转速下降，因此因此 n 只能下调。只能下调。特点：特点：(1) 设备简单，操作方便。设备简单，操作方便。(2)机械特性软，稳定性差。机械特性软，稳定性差。(3)能量损耗大，只用于小型直流机。能量损耗大，只用于小型直流机。Ra + R电电阻阻增增大大1.额定功率额定功率PN: : 电机轴上输出的机械功率。电机轴上输出的机械功率。2.额定电压额定电压UN : : 额定工作情况下的电枢上加额定工作情况下的电枢上

21、加 的直流电压。（例：的直流电压。（例：110V，220V，440V） 3.额定电流额定电流IN : : 额定电压下轴上输出额定功额定电压下轴上输出额定功 率时的电流（并励包括励磁和电枢电流）。率时的电流（并励包括励磁和电枢电流）。 三者关系：三者关系：PN=UNIN （ ：效率）：效率）4.额定转速额定转速nN: 在在PN , UN , IN 时的转速。时的转速。 直流电机的转速一般在直流电机的转速一般在500500r/min 以上。特以上。特 殊的直流电机转速可以做到很低（如每分殊的直流电机转速可以做到很低（如每分 钟几转）或很高（每分钟钟几转）或很高（每分钟30003000转以上）。转以

22、上）。注意注意: : 调速时对于没有调速要求的电机，最大转速调速时对于没有调速要求的电机，最大转速 不能超过不能超过1.2nN 。 。直流电动机的额定值直流电动机的额定值(3) 恒功率负载（恒功率负载（P 一定时，一定时，T和和n 成反比成反比) )，要选，要选 软特性电机拖动。如：电气机车等。软特性电机拖动。如：电气机车等。直流电动机特性类型的选择直流电动机特性类型的选择: :(1) 恒转矩的生产机械恒转矩的生产机械( (TL一定，和转速无关一定，和转速无关) )要选要选 硬特性的电动机，如：金属加工、起重机械等。硬特性的电动机，如：金属加工、起重机械等。(2) 风机、泵类负载，机械负载风机

23、、泵类负载，机械负载 TL 和转速和转速 n 的平的平方成正比。这类机械也要选硬特性的电动机拖动。方成正比。这类机械也要选硬特性的电动机拖动。 直流电机有四个出线端，电枢绕组、励磁绕组直流电机有四个出线端，电枢绕组、励磁绕组各两个，可通过标出的字符和绕组电阻的大小各两个，可通过标出的字符和绕组电阻的大小区别。区别。 电动机的电动机的连接连接他励他励(并励并励)电机的励磁绕组电机的励磁绕组的阻值有的阻值有几百欧姆几百欧姆。串励电机的励磁绕组串励电机的励磁绕组的阻值的阻值与电枢绕组的相当与电枢绕组的相当。（2）绕组的符号）绕组的符号 （1）绕组的阻值范围）绕组的阻值范围电枢绕组电枢绕组的阻值在的阻

24、值在零点几欧姆到零点几欧姆到12欧姆。欧姆。S1T1B1C1H1 BC1Q1S2T2B2C2H2 BC2Q2电枢绕组电枢绕组他励绕组他励绕组并励绕组并励绕组串励绕组串励绕组 换向极绕组换向极绕组补偿绕组补偿绕组起动绕组起动绕组始端始端绕组名称绕组名称末端末端 在三相异步电动机中，对应着定子铁心的槽中在三相异步电动机中，对应着定子铁心的槽中安放着在空间上互差安放着在空间上互差120 角的三相绕组，当给电动角的三相绕组，当给电动机的三相绕组施加对称的三相交流电压时，在三相机的三相绕组施加对称的三相交流电压时，在三相绕组通过对称的三相电流，三相电流波形如下图所绕组通过对称的三相电流，三相电流波形如下

25、图所示。示。二、异步电动机二、异步电动机1、异步电动机工作原理、异步电动机工作原理 该电流在定子铁心上会合成一个与永久磁铁转动时一样的该电流在定子铁心上会合成一个与永久磁铁转动时一样的旋转磁场，如下图所示。该旋转磁场的旋转方向与三相定子旋转磁场，如下图所示。该旋转磁场的旋转方向与三相定子绕组在铁心中的安放顺序相同，旋转磁场的转速为同步速绕组在铁心中的安放顺序相同，旋转磁场的转速为同步速n1。由于旋转磁场与转子绕组之间有相对运动，在转子绕组中就由于旋转磁场与转子绕组之间有相对运动，在转子绕组中就会产生感应电流。该电流与旋转磁场相互作用，在转子绕组会产生感应电流。该电流与旋转磁场相互作用，在转子绕

26、组上产生转矩，从而使电动机产生旋转运动，并将交流电能转上产生转矩，从而使电动机产生旋转运动，并将交流电能转换成旋转机械能。换成旋转机械能。 分类分类 异步电动机异步电动机按按 相相数数 分分按转子按转子结构分结构分单相异步电动机单相异步电动机三相三相异步电动机异步电动机绕线型绕线型异步电动机异步电动机鼠笼型鼠笼型异步电动机异步电动机2、异步电动机结构、异步电动机结构异步电动机实物图异步电动机实物图单相异步电动机单相异步电动机三相异步电动机三相异步电动机异步电动机实物图异步电动机实物图绕线型三相异步电动机绕线型三相异步电动机鼠笼型三相异步电动机鼠笼型三相异步电动机异步电动机实物图异步电动机实物图

27、三相异步电动机的定子铁心三相异步电动机的定子铁心三相异步电动机的定子槽形三相异步电动机的定子槽形中小型笼型式转子结构中小型笼型式转子结构（a）铜条绕组；（）铜条绕组；（b）铸铝绕组）铸铝绕组 异步电动机实物图异步电动机实物图异步电动机转子铁心和转轴异步电动机转子铁心和转轴三相异步电动机转子绕组三相异步电动机转子绕组大中型笼型式转子结构大中型笼型式转子结构（a）双笼型式转子；（）双笼型式转子；（b）深槽式转子）深槽式转子绕线式转子结构绕线式转子结构 绕线型三相异步电动机的转子结构绕线型三相异步电动机的转子结构异步电动机实物图异步电动机实物图鼠笼型三相异步电动机主要部件拆分图鼠笼型三相异步电动机主

28、要部件拆分图高压电动机外形图高压电动机外形图低压电动机外形图低压电动机外形图（1）额定功率）额定功率PN电动机在额定情况下运行，由轴端输出的机电动机在额定情况下运行，由轴端输出的机械功率，单位为械功率，单位为W、kW。（2）额定电压）额定电压UN电动机在额定情况下运行时，施加在定子绕电动机在额定情况下运行时，施加在定子绕组上的线电压，单位为组上的线电压，单位为V、kV。（3）额定频率）额定频率fN 我国电网频率我国电网频率50Hz。（4）额定电流）额定电流IN电动机在额定电压、额定频率下轴端输出额电动机在额定电压、额定频率下轴端输出额定功率时，定子绕组的线电流，单位为定功率时，定子绕组的线电流

29、，单位为A。（5）额定转速）额定转速nN电动机在额定电压、额定频率、轴端输出额电动机在额定电压、额定频率、轴端输出额定功率时，转子的转速，单位为定功率时，转子的转速，单位为r/min。对于三相异步电动机，额定功率：对于三相异步电动机，额定功率： PN = 式中式中 电动机额定运行时的效率，电动机额定运行时的效率，%； cosN电动机额定运行时的功率因数。电动机额定运行时的功率因数。NNNcosIU33、三相异步电动机的额定参数、三相异步电动机的额定参数（1）产品代号说明如下：）产品代号说明如下：Y一般用途的笼型全封闭自冷式三相异步电动机；一般用途的笼型全封闭自冷式三相异步电动机；YR三相绕线三

30、相绕线式异步电动机；式异步电动机；YB隔爆三相异步电动机；隔爆三相异步电动机；YD封闭式多速三相封闭式多速三相异步电动机；异步电动机；YDT通风机用多速三相异步电动机；通风机用多速三相异步电动机；YK高速笼型高速笼型异步电动机；异步电动机；YQ高启动转矩的三相异步电动机；高启动转矩的三相异步电动机；YH封闭式高封闭式高滑率三相异步电动机；滑率三相异步电动机；YTD电梯用多速三相异步电动机；电梯用多速三相异步电动机；YZ和和YZR起重和冶金用三相异步电动机。起重和冶金用三相异步电动机。（2）机座代号说明如下：）机座代号说明如下：S短机座；短机座；M中机座；中机座；L长机座。长机座。 4、三相异步

31、电动机的型号和分类、三相异步电动机的型号和分类 三相异步电动机的主要分类三相异步电动机的主要分类分分 类类 方方 式式类类 别别转子绕组型式转子绕组型式笼型、绕线型笼型、绕线型电动机尺寸电动机尺寸中心高中心高H(mm)定子铁心外径定子铁心外径D1(mm)大型大型6301000中型中型3556305001000小型小型80315120500防护型式防护型式开启式（开启式（IP11）防护式（防护式（IP22、IP23）封闭式（封闭式（IP44、IP54）通风冷却方式通风冷却方式自冷式、自扇冷式、他扇冷式，管道通风式自冷式、自扇冷式、他扇冷式，管道通风式安装结构型式安装结构型式卧式（卧式（IMB3、

32、IMB5）、立式（）、立式（IMV1、IMV3、IMV5）、带底脚、带凸缘）、带底脚、带凸缘绝缘等级绝缘等级E级、级、B级、级、F级、级、H级级工作制工作制连续（连续（S1）、短时（）、短时（S2）、断续（）、断续（S3、S4、S5）（1 1）电动机的电磁转矩特性）电动机的电磁转矩特性异步电动机的电磁转矩公式为：异步电动机的电磁转矩公式为：式中式中 MM电动机的电磁转矩，电动机的电磁转矩，Nm； CM与电动机结构有关的常数；与电动机结构有关的常数； U1定子绕组相电压有效值，定子绕组相电压有效值，V； f1系统频率，系统频率，Hz； R2转子绕组电阻，转子绕组电阻，； X20转速为零时转子绕组

33、的电抗，转速为零时转子绕组的电抗，； s转差率。转差率。220222121MM)sX(RsRfUCM5、三相异步电动机的转矩特性、三相异步电动机的转矩特性三相异步电动机的电磁转矩特性三相异步电动机的电磁转矩特性（a）MM=f（s）；）； （b）MM=f（n）2202221210XRRfUCMMM20121MmaxX21fUCM（2）厂用机械的负载转矩特性）厂用机械的负载转矩特性(3) 恒功率负载（恒功率负载（P 一定时，一定时，T和和n 成反比成反比) )，要选，要选 软特性电机拖动。如：电气机车等。软特性电机拖动。如：电气机车等。(1) 恒转矩的生产机械恒转矩的生产机械( (TL一定，和转速

34、无关一定，和转速无关) )要选要选 硬特性的电动机，如：金属加工、起重机械等。硬特性的电动机，如：金属加工、起重机械等。(2) 风机、泵类负载，机械负载风机、泵类负载，机械负载 TL 和转速和转速 n 的平的平方成正比。这类机械也要选硬特性的电动机拖动。方成正比。这类机械也要选硬特性的电动机拖动。（3 3） 电力拖动运动方程电力拖动运动方程式中式中 MM电动机产生的电磁拖动转矩，电动机产生的电磁拖动转矩，Nm； ML厂用机械的负载阻转矩，厂用机械的负载阻转矩，Nm； J包括电动机在内的整个机组的转动惯量，包括电动机在内的整个机组的转动惯量，kgm2； 机组旋转角速度，机组旋转角速度，rad/s

35、，；，； G机组旋转部分总重量，机组旋转部分总重量，N； D惯性直径，惯性直径，m； g重力加速度，重力加速度，g = 9.81m/s2； GD2飞轮惯量，飞轮惯量，Nm2。dtdJMMLMdt dn 375GD MM2LM异步电动机和机械设备的转矩特性曲线异步电动机和机械设备的转矩特性曲线 0dtdn0dtdn 当当MM = ML时，时，即电动机静止或等速旋转，拖动系统处于稳定运行状态；即电动机静止或等速旋转，拖动系统处于稳定运行状态；，拖动系统处于加速状态；，拖动系统处于加速状态；，拖动系统处于减速状态。，拖动系统处于减速状态。 电动机的工作状态分析：电动机的工作状态分析：，则，则n =

36、0或或n = cont，0dtdn当当MM ML时，时，当当MMML时，时， 电动机从接通电源开始转动到正常运行转速为止的这一过电动机从接通电源开始转动到正常运行转速为止的这一过程，称为电动机的启动过程。电动机启动电流倍数约为程，称为电动机的启动过程。电动机启动电流倍数约为47倍。笼型异步电动机的启动特性见下表：倍。笼型异步电动机的启动特性见下表： 启动方法启动方法启动转距启动转距/额定额定转距转距最大转距最大转距/额定额定转距转距启动电流启动电流/额定额定电流电流全压全压启动启动笼型笼型0.81.71.8267双笼型双笼型131.82.735深槽型深槽型1.21.61.82.73.54.5星

37、星/三角启三角启动动笼型笼型0.270.522.3522.3双笼型双笼型0.33111.6711.7电动机的启动特性电动机的启动特性6、三相异步电动机的启动和自启动、三相异步电动机的启动和自启动 电动机启动前的检查电动机启动前的检查(1) 电动机周围应清洁、无杂物、无漏水、漏汽且无人工作；电动机周围应清洁、无杂物、无漏水、漏汽且无人工作；(2) 电动机及其控制箱座无异常现象，外壳接地良好，电动机引线电动机及其控制箱座无异常现象，外壳接地良好，电动机引线已接好；已接好；(3) 机械部分应完好，外露旋转部分应装有完好的防护罩；机械部分应完好，外露旋转部分应装有完好的防护罩；(4)如电动机停运的时间

38、超过规定时间或电动机受潮时，应由电气如电动机停运的时间超过规定时间或电动机受潮时，应由电气运行人员测定其绝缘电阻合格；运行人员测定其绝缘电阻合格；(5) 电动机底座螺栓应牢固不松动，轴承油的油位和油色正常；电动机底座螺栓应牢固不松动，轴承油的油位和油色正常；(6) 用手盘动机械部分，应无卡涩、摩擦现象；用手盘动机械部分，应无卡涩、摩擦现象；(7) 检查传动装置应正常，例如传动皮带不应过紧或过松，不断裂、检查传动装置应正常，例如传动皮带不应过紧或过松，不断裂、联轴器应完好等；联轴器应完好等；(8) 有关各部测温元件显示或指示正常；有关各部测温元件显示或指示正常；(9) 冷却装置完好，水冷却器水源

39、应投入，且无漏水情况，压力、冷却装置完好，水冷却器水源应投入，且无漏水情况，压力、流量正常。流量正常。电动机启动注意事项电动机启动注意事项(1) 大、中容量的电动机启动前应通知单元长和值长，并采取大、中容量的电动机启动前应通知单元长和值长，并采取必要的措施，以保证电动机能顺利启动。必要的措施，以保证电动机能顺利启动。(2) 电动机的启动电流很大，但随着电动机的转速上升，在一电动机的启动电流很大，但随着电动机的转速上升，在一定时间内电流表的指示应逐渐返回到额定值以下，如果在预定定时间内电流表的指示应逐渐返回到额定值以下，如果在预定时间内不能返回，则应立即停用该电动机并查明原因，否则不时间内不能返

40、回，则应立即停用该电动机并查明原因，否则不允许再次启动。允许再次启动。(3) 电动机启动时，应监视从启动至升速的全过程直至转速正电动机启动时，应监视从启动至升速的全过程直至转速正常，如果启动过程中发生振动、异响、着火等情况应立即停用。常，如果启动过程中发生振动、异响、着火等情况应立即停用。(4) 对新投运或检修后的电动机初次启动时，应注意旋转方向，对新投运或检修后的电动机初次启动时，应注意旋转方向，的一致性，方向相反时应停运倒换相序。的一致性，方向相反时应停运倒换相序。 电动机启动次数的规定电动机启动次数的规定 电动机应避免频繁启动，因为电动机直接启动时，启动电流可电动机应避免频繁启动，因为电

41、动机直接启动时，启动电流可达到额定电流的达到额定电流的47倍，启动次数增多会导致电动机内部热量的倍，启动次数增多会导致电动机内部热量的累积，促使电动机的绝缘老化，减短其寿命，而且电动机的启动累积，促使电动机的绝缘老化，减短其寿命，而且电动机的启动将使电力线路产生较大的线路压降，而影响负载端的电压，特别将使电力线路产生较大的线路压降，而影响负载端的电压，特别是大容量的电动机更是如此。是大容量的电动机更是如此。 正常情况下，笼型式电动机的启动次数应遵照制造厂规定执行，正常情况下，笼型式电动机的启动次数应遵照制造厂规定执行，无规定时，一般允许在冷态下启动两次，每次间隔不少于无规定时，一般允许在冷态下

42、启动两次，每次间隔不少于5min，允许在热态下启动一次。大容量电动机的启动间隔不小于允许在热态下启动一次。大容量电动机的启动间隔不小于0.51h；在事故处理及电动机的启动时间不超过在事故处理及电动机的启动时间不超过23s时，允许比正常情况时，允许比正常情况下多启动一次。下多启动一次。 电动机的启动方式电动机的启动方式 直接启动也称全压启动，启动时将电动机的定子绕组直接直接启动也称全压启动，启动时将电动机的定子绕组直接接通额定电压的电源。这种启动方法的特点是设备简单、操接通额定电压的电源。这种启动方法的特点是设备简单、操作方便，但启动电流大。一般情况下，若电动机容量较小，作方便，但启动电流大。一

43、般情况下，若电动机容量较小，且启动时对母线电压影响较小，则应优先采用直接启动。且启动时对母线电压影响较小，则应优先采用直接启动。 凡是不允许直接启动的笼型异步电动机，启动时可在定子凡是不允许直接启动的笼型异步电动机，启动时可在定子电路中采用串电抗器、串自偶变压器和星电路中采用串电抗器、串自偶变压器和星/三角变换等手段，三角变换等手段，降低加在电动机上的电压，从而降低启动电流。降低加在电动机上的电压，从而降低启动电流。（1）直接启动）直接启动 启动时，先使接启动时，先使接触器的主触点触器的主触点KM1接通，使电动机串接通，使电动机串入入Xst启动；当转速启动；当转速上升到一定值时，上升到一定值时

44、，将接触器的主触点将接触器的主触点KM2接通，接通，KM1断断开，使电动机定子开，使电动机定子绕组加全电压正常绕组加全电压正常运行。运行。（2）定子串电抗）定子串电抗 降压启动降压启动串电抗器启动串自偶变压器启动串自偶变压器启动（3）自偶变压器降压启动）自偶变压器降压启动 启动时，先使接触器启动时，先使接触器的主触点的主触点KM2和和KM3闭闭合，将自耦变压器一次合，将自耦变压器一次侧接电源，二次侧抽头侧接电源，二次侧抽头接电动机使电动机降压接电动机使电动机降压启动。当转速升到一定启动。当转速升到一定值时，将值时，将KM2和和KM3断断开，开，KM1闭合，使电动闭合，使电动机全压运行，同时自耦

45、机全压运行，同时自耦变压器脱离电源。变压器脱离电源。 （4）星）星/三角启动三角启动星星/三角变换启动三角变换启动 启动时，使启动时，使KM1和和KM3闭合，转速上升至闭合，转速上升至稳定转速时，将稳定转速时，将KM3断断开，开，KM2闭合，电动机闭合，电动机作三角形连接稳定运行。作三角形连接稳定运行。因为先按星形连接进行因为先按星形连接进行降压启动，然后按三角降压启动，然后按三角形连接加全电压运行，形连接加全电压运行，所以称为星所以称为星/三角启动。三角启动。 （5）延边三角形启动）延边三角形启动延边三角形启动的接线延边三角形启动的接线(a)延边三角形接法启动；延边三角形接法启动；(b)三角

46、形接法运行三角形接法运行 （6） 绕线转子串对称电阻启动绕线转子串对称电阻启动 1）启）启动时，全部电阻均串入转子回路，随着转速的上升，电动时，全部电阻均串入转子回路，随着转速的上升，电磁转矩将减小。磁转矩将减小。 2）为了缩短起动时间，随转速上升分级切除部分电阻，使在为了缩短起动时间，随转速上升分级切除部分电阻，使在整个起动过程中电动机保持有较大的电磁转矩。整个起动过程中电动机保持有较大的电磁转矩。 3）待起动完毕后，转子绕组便被短路，转入正常运行。待起动完毕后，转子绕组便被短路，转入正常运行。定子转子电刷滑环电阻绕线转子串电阻启动接线及特性绕线转子串电阻启动接线及特性(a) 转子串电阻启动

47、接线；转子串电阻启动接线；(b) 启动特性启动特性 （7）绕线转子串频敏变阻器启动）绕线转子串频敏变阻器启动 绕线式异步电动机转子回路串电阻启动，虽然能够限制启动电绕线式异步电动机转子回路串电阻启动，虽然能够限制启动电流并增大启动转矩，但每级都要同时切除一段三相电阻，切除启流并增大启动转矩，但每级都要同时切除一段三相电阻，切除启动电阻时引起转矩大幅度波动，使启动不够平滑，如果采用频敏动电阻时引起转矩大幅度波动，使启动不够平滑，如果采用频敏变阻器启动，能够随着转速升高而连续减小转子串联电阻，从而变阻器启动，能够随着转速升高而连续减小转子串联电阻，从而使启动过程中升速平滑。使启动过程中升速平滑。

48、在厂用电系统中运行的电动机，当断开电源时，电动机转速就在厂用电系统中运行的电动机，当断开电源时，电动机转速就会下降，这一转速下降的过程称为惰行。若电动机失去电源后，会下降，这一转速下降的过程称为惰行。若电动机失去电源后，不与厂用供电母线断开，经过很短时间（一般在不与厂用供电母线断开，经过很短时间（一般在0.51.5s），厂），厂用供电母线通过自动转换装置使备用电源投入，此时，电动机惰用供电母线通过自动转换装置使备用电源投入，此时，电动机惰行尚未结束，又自动启动恢复到稳态运行，这一过程称为电动机行尚未结束，又自动启动恢复到稳态运行，这一过程称为电动机的自启动。的自启动。自启动过程中可能会出现厂用

49、供电系统电压下降和电动机本身自启动过程中可能会出现厂用供电系统电压下降和电动机本身发热。因为参加自启动的电动机较多，往往同时成组电动机启动发热。因为参加自启动的电动机较多，往往同时成组电动机启动时，很大的启动电流在厂用变压器和线路等元件中引起电压降，时，很大的启动电流在厂用变压器和线路等元件中引起电压降，使厂用母线电压降低，同时启动时间较长，使电动机绕组发热。使厂用母线电压降低，同时启动时间较长，使电动机绕组发热。电压下降和电动机绕组发热的数值如超过允许指标，将危及厂用电压下降和电动机绕组发热的数值如超过允许指标，将危及厂用电系统的稳定运行和电动机的安全与寿命。电系统的稳定运行和电动机的安全与

50、寿命。 电动机的自启动电动机的自启动 电动机自启动时厂用母线电压最低限值电动机自启动时厂用母线电压最低限值 名名 称称 类类 型型自启动电压为额定自启动电压为额定电压的百分值（电压的百分值（%）高压厂高压厂用母线用母线高温高压电厂高温高压电厂6570中压电厂中压电厂6065低压厂低压厂用母线用母线由低压母线单独供电电动由低压母线单独供电电动机自启动机自启动60由低压母线与高压母线串由低压母线与高压母线串接供电电动机自启动接供电电动机自启动55 保证电动机自启动成功的措施保证电动机自启动成功的措施 (1) 限制自启动的电动机数量。对不重要设备用的电动机加装低限制自启动的电动机数量。对不重要设备用

51、的电动机加装低电压保护装置，延时电压保护装置，延时0.5s断开，不参加自启动。断开，不参加自启动。 (2) 阻转矩为定值的重要设备用的电动机，因它只能在接近额定阻转矩为定值的重要设备用的电动机，因它只能在接近额定电压下启动，也不应参加自启动，对这种机械设备及一部分大容量电压下启动，也不应参加自启动，对这种机械设备及一部分大容量重要设备，电动机均可采用低电压保护和自动重合闸装置。当厂用重要设备，电动机均可采用低电压保护和自动重合闸装置。当厂用母线电压低于临界值时，把它们从母线上断开，而在母线电压恢复母线电压低于临界值时，把它们从母线上断开，而在母线电压恢复后又自动投入。这样，不仅保证该部分电动机

52、的逐级自启动，而且后又自动投入。这样，不仅保证该部分电动机的逐级自启动，而且改善了未曾断开的重要电动机的自启动条件。改善了未曾断开的重要电动机的自启动条件。 (3) 对重要的厂用机械设备，应选用具有较高启动转矩和允许过对重要的厂用机械设备，应选用具有较高启动转矩和允许过载倍数较大的电动机与它们配套。载倍数较大的电动机与它们配套。 (4) 在不得已的情况下，或增大厂用变压器容量，或适当减小厂在不得已的情况下，或增大厂用变压器容量，或适当减小厂用变压器的阻抗值（结合限制短路电流问题一起考虑）。用变压器的阻抗值（结合限制短路电流问题一起考虑）。 异步电动机的基本调速方法有三种：异步电动机的基本调速方

53、法有三种：(1) 变极调速；变极调速；(2) 变频变频调速；调速；(3) 变转差率调速。另外，在不改变电动机转速的前提变转差率调速。另外，在不改变电动机转速的前提下，利用电磁转差离合器、减速机、链轮等设备也能改变被下，利用电磁转差离合器、减速机、链轮等设备也能改变被拖动设备的转速。电动机的转速表达式如下：拖动设备的转速。电动机的转速表达式如下：pfsnsn11601111nnns7、三相异步电动机的调速方法、三相异步电动机的调速方法三相异步电动机的调速方法分类三相异步电动机的调速方法分类1）改变同步转速）改变同步转速n1改变极对数：变极调速（笼型）改变极对数：变极调速（笼型）改变电源频率：变频

54、调速改变电源频率：变频调速（改变转差率）（改变转差率）2）不改变同步转速）不改变同步转速n1改变电源电压：调压调速改变电源电压：调压调速转子串电阻调速（绕线式）转子串电阻调速（绕线式）转子串附加电动势调速：串级调速转子串附加电动势调速：串级调速机械调速：机械调速：通过改变齿轮比进行调速；通过改变齿轮比进行调速； 电气调速电气调速：通过改变电机的电气量和参数进行调速。通过改变电机的电气量和参数进行调速。 （1）电动机的变极调速）电动机的变极调速变极原理变极原理 图图(a)是一个四极电动是一个四极电动机的机的A相绕组示意图，相绕组示意图，在如图所示的电流方向在如图所示的电流方向a1x1a2x2下，

55、它下，它产生磁通势基波极数产生磁通势基波极数2p=4（低速）。（低速）。如果按图如果按图(b)改接，即改接，即a1与与x2联接作为首端联接作为首端A，x1与与a2相联接，作为尾相联接，作为尾端端X，则它产生的磁通，则它产生的磁通势基波极数势基波极数2p=2（高（高速），这样就实现了单速），这样就实现了单绕组变极。绕组变极。 变极绕组的连接方法变极绕组的连接方法星形星形/双星形变极绕组连接方法双星形变极绕组连接方法(a)星形连接，星形连接， 2p=4（低速）（低速） ，A、B、C接电源；接电源；(b)双星星连接，双星星连接， 2p=2（高速），（高速），A、B、C短接，短接，Al、B1、C1接电

56、源接电源三角形三角形/双星星变极绕组连接方法双星星变极绕组连接方法(a)三角形连接，三角形连接， 2p=4（低速）（低速） ，A、B、C接电源；接电源；(b)双星星连接，双星星连接， 2p=2（高速）（高速） ，A1、Bl、C1短接，短接，A、B、C接电源接电源（2）电动机的变频调速）电动机的变频调速 由由n1= 可知，当极对数可知，当极对数不变时，同步转速不变时，同步转速n1和电源和电源频率频率f1成正比。因此若连续成正比。因此若连续改变三相异步电动机电源的改变三相异步电动机电源的频率频率f1，就可以连续改变同，就可以连续改变同步转速步转速n1，从而可平滑连续，从而可平滑连续地改变电动机转速

57、达到调速地改变电动机转速达到调速的目的。电动机的变频调速的目的。电动机的变频调速转矩特性如图所示。转矩特性如图所示。pf160交交直直交变频调速系统交变频调速系统 示意图示意图（3）电动机的变转差调速）电动机的变转差调速 移相调压调速移相调压调速 由三相异步电动机的机械特性参数表达式可知：三相异步电动由三相异步电动机的机械特性参数表达式可知：三相异步电动机的电磁转矩与定子电压的平方成正比，因此，改变异步电动机机的电磁转矩与定子电压的平方成正比，因此，改变异步电动机的定子电压也就可改变电动机的转矩及机械特性，从而实现调速。的定子电压也就可改变电动机的转矩及机械特性，从而实现调速。这是一种比较简单

58、而方便的方法，且随着电力电子技术的发展，这是一种比较简单而方便的方法，且随着电力电子技术的发展，目前已广泛采用晶闸管来实现交流移相调压调速。目前已广泛采用晶闸管来实现交流移相调压调速。 调压调速电路调压调速电路 调压调速特性调压调速特性绕线转子回路串电阻调速绕线转子回路串电阻调速 绕线转子异步电动机转子回路串电阻调速的原理接线图参见绕线转子异步电动机转子回路串电阻调速的原理接线图参见图（图（a），其调速特性参见图（），其调速特性参见图（b）。由图可见，绕线转子异步）。由图可见，绕线转子异步电动机转子回路串电阻不仅能改变电动机的转矩特性，也能实电动机转子回路串电阻不仅能改变电动机的转矩特性，也能

59、实现在一定范围内的调速。现在一定范围内的调速。 绕线转子串级调速绕线转子串级调速 在绕线转子电动机的转子回路串接一个与转子电动势同在绕线转子电动机的转子回路串接一个与转子电动势同频率的附加电动势频率的附加电动势 。通过改变附加电动势的幅值和相位，。通过改变附加电动势的幅值和相位，可实现调速。其调速电路如下图所示。可实现调速。其调速电路如下图所示。（4）电磁转差离合器调速）电磁转差离合器调速 电磁调速异步电动机，又称滑差电动机。它由三相笼型异步电动机和电磁调速异步电动机，又称滑差电动机。它由三相笼型异步电动机和电磁转差离合器组成。电磁转差离合器的输入转速为笼型异步电动机的电磁转差离合器组成。电磁

60、转差离合器的输入转速为笼型异步电动机的转速，基本不变，调节转差离合器的励磁电流，即可调节转差离合器的转速，基本不变，调节转差离合器的励磁电流，即可调节转差离合器的输出转速，亦即可以调节负载机械的转速。输出转速，亦即可以调节负载机械的转速。主动部分是电枢主动部分是电枢5，与，与M同同轴连接，其上有笼型绕组，轴连接，其上有笼型绕组，也可以只是实心铸钢，此也可以只是实心铸钢，此时涡流的通路起笼型导条时涡流的通路起笼型导条的作用。从动部分是磁极的作用。从动部分是磁极1，绕有励磁绕组，由滑环绕有励磁绕组，由滑环2引引入直流励磁电流入直流励磁电流If 。两部。两部分在机械上是分开的，当分在机械上是分开的，