第二章2船舶电机与电力拖动系统-船舶电机

交流异步电动机本章概述交流电机主要分同步电机和异步电机。交流异步电动机的可将交流电能转换为机械能从而拖动机械负载。与直流电机及其他电动机相比较，异步电动机具有结构简单、起动方便、运行可靠、价格低廉、维护保养方便等优点。目前船舶上几乎所有的甲板机械及机舱辅机动力电动机都采用三相鼠笼式异步电动机，而对于一些需要进行变速控制的拖动设备，如起货机、锚机等，目前也正逐步采用三相异步电动机来替代其它动力设备。异步电动机的主要缺点是必须从电网吸收滞后的无功功率，而轻载时功率因数较低，这对船舶电网以及发电机的运行较为不利。本章主要介绍异步电动机的结构及工作原理。交流异步电动机本章主要讲解内容第一节三相异步电动机结构与铭牌数据第二节异步电动机的旋转磁场与工作原理第三节异步电动机的定子与转子电路

第四节三相异步电动机的电磁转矩与机械特性第五节三相异步电动机工作特性与选择第六节单相异步电动机第一节三相异步电动机结构与铭牌数据

一、三相异步电动机的基本结构

三相异步电动机按照转子结构形式不同分为鼠笼式和

绕线式两种，船舶上大多采用鼠笼式。图4-1为一台三相鼠笼式异步电动机的结构分解图。鼠笼式异步电动机主要由两个基本部分组成：静止不动的定子和可以旋转的转子。定子和转子之间有一很窄的空气隙。此外还有支撑转子的端盖等。返回图4-1三相鼠笼式异步电动机结构1.定子

三相异步电动机的定子主要是用来产生旋转磁场。它由机座（外壳）、定子铁心和定子绕组三部分组成。

（1）机座与端盖：机座是用来安装定子铁心和固定整个电动机用的，一般用铸铁或铸钢制成。机座也是散热部件，其外表面有散热片。端盖固定在机座上，端盖上设有轴承室，以放置轴承并支撑转子。（2）定子铁心：定子铁心是电动机磁路的一部分，由于异步电动机中产生的是旋转磁场，该磁场相对定子以一定的同步转速旋转，定子铁心中的磁通的大小及方向都是变化的。

定子、转子铁芯如图4-2所示。

异步电动机常用的定子铁心槽的形状如图4-3示。返回

图4-3定子槽形及槽内线圈布置图4-2异步电动机定子、转子铁芯形状（3）定子绕组：定子绕组是定子中的电路部分。定子绕组为三相绕组，即三个完全相同的独立绕组，一般采用漆包线绕制。定子绕组的两种接线方法如图4-4所示。接电源接电源图4-4三相异步电动机接线盒2.转子

转子是电动机的旋转部分，其作用是在旋转磁场的作用下获得一个转动力矩，以带动生产机械一同转动。异步电动机的转子有鼠笼式和绕线式两种型式。两种转子均包括转子铁心、转子绕组、转轴、轴承、滑环（仅限绕线式中有）等。

（1）转子铁心：转子铁心用厚度为0.5mm硅钢片叠成，压装在转轴上，转子硅钢片形状如图4-2（b）所示。以此片叠成的铁心外圆的表面有均匀分布且与转轴平行的糟，槽内嵌放转子绕组。

（2）鼠笼式转子绕组：鼠笼式转子绕组是裸铜条或由铸铝制成。铜条绕组是把裸铜条插入转子铁心槽内，两端用两个端环焊成通路，参见图4-5。铸铝绕组是将铝熔化后浇铸到转子铁心槽内，两个端环及冷却用的风翼也同时铸成。一般小型笼式异步电动机都采用铸铝转子。

（3）绕线式转子绕组：绕线式转子绕组是由漆包铜线绕成的三个完全相同的线圈嵌放到转子铁心的槽口内。且通常连接成星形。另一端分别接到固定在转轴上的三个滑环（也称集电环）上，滑环间和滑环与转轴间要绝缘。滑环上固定着电刷。通过滑环、电刷将转子绕组电路与外电路相连。通常外电路是呈星形连接的电阻，如图4-6所示。通过转子电路接入适当的附加电阻改善异步电动机的起动性能（增大起动转矩，减小起动电流）或调速性能（通过改变外接电阻的阻值改变异步电动机的转速）。图4-7为绕线式异步电动机的外形结构图。

返回图4-5鼠笼式转子返回图4-6绕线式异步电动机转子结构返回图4-7绕线式异步电动机的外形结构3.气隙

异步电动机的定子与转子之间有一很窄的空气隙。中小型异步电动机的气隙一般为0.2～1.0mm。气隙的大小直接关系到电动机的运行性能。通常，气隙越小，电动机磁路中的磁阻越小，产生一定量磁通所需要的励磁电流就小，电动机运行性能越好。二、三相异步电动机的铭牌数据在每台电动机的外壳上都有装有一块铭牌，该铭牌上标出这台电动机的主要技术数据。数据主要包括下列几项：1.型号

2.额定电压

3.额定电流

4.额定功率因数

5.额定功率

6.额定频率

7.额定转速

8.工作方式

9.接法铭牌及主要技术参数★.铭牌及主要额定数据的意义：1).额定功率Pn

：轴上输出机械功率，单位kW；2).额定电压、电流：线电压、线电流；3).额定转速：——

转/分；4).额定功率因数；5).绝缘等级和温升；6).工作方式：连续、短时、重复短时(断续)；7.)接法：星形、三角形。

注意：两种额定电压与接法分别对应。★冷却方式：•

船舶舱室电动机多为自扇冷式；

•

甲板机械多为独立风扇的他扇冷式.

★主要技术数据；P89★连续：在额定的负载范围内，允许电机长期持续使用；★短时与断续：

此电机必须按运行时间与运行加停车时间之比的相对持续系数来确定运行时间；

1.型号

Y132M－4磁极数(极对数

p=2)同步转速1500转/分Y：三相异步电动机（系列）132：机座中心高（132mm）M：机座长度代号，M-中机座；S-短机座，L-长机座。2.转速:电机轴上的转速（n)。如：n=1440转/分转差率补充说明:3.接法：Y/接法接线盒W2U2V2V1W1U1指定子三相绕组的接法：

Y接法：

W2U2V2U1V1W1V1W1U1U2V2W2

接法：U2U1W2V1V2U1W2U2V1V2W1W14.电压：指电动机在额定运行状态时定子绕组上的线电压值.例：380/220Y/是指：线电压为380V时采用Y接法；当线电压为220V时采用接法。

一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5％。当电压高于额定值时，磁通将增大。即：电压波动（变大）对电动机的影响：当电压低于额定值时，引起转速下降，电流增加：5.额定电流：指电动机在额定运行状态时定子绕组的线电流。如：

表示三角接形法下，电机的线电流为11.2A，相电流为6.48A；星形接法时线、相电流均为6.48A。6.功率与效率：

指电动机在额定运行时轴上输出的机械功率值（），不等于从电源吸收的功率（）。两者的关系为：为电动机的效率=72－93％其中7.

功率因数(cos1)：额定负载时一般为0.7-0.9，空载时功率因数很低

约为0.2-0.3。额定负载时，功率因数最大。P2PNcos1

使用中应选择合适容量的电动机，防止“大马”拉“小车”的现象。8.

绝缘等级

绝缘等级是按电动机绕组所用的绝缘材料在使用

时容许的极限温度来分级的。

极限温度，是指电动机绝缘结构中最热点的最高

容许温度。

绝缘等级绝缘等级极限温度AEBFH911.某三相异步电动机铭牌标有：电压380V、频率50Hz、电流15.4A、接法Y、转速1440r/min、磁极对数2、绝缘等级B，判断下列说法错误的是______。

A.空载转速一定大于1440r/min，小于1500r/min

B.可利用Y/△换接降压起动

C.定子绕组工作温度不应超过130℃D.理想空载转速为1500r/min913.某三相异步电动机铭牌标有：电压380V/220V、频率50Hz、接法Y/△、转速1440r/min、绝缘等级B，判断下列说法错误的是______。

A.当线电压为380V时电机的额定功率是当线电压为220V时的

B.额定转差率为4%C.定子绕组工作温度不应超过130℃D.该电机为4极电机倍

第二节异步电动机的旋转磁场与工作原理一、三相异步电动机的旋转磁场1.定子旋转磁场的产生以两极三相异步电动机为例，如图4-8所示，三相异步电动机的定子绕组是结构完全相同的三相绕组，三相绕组的首、末端分别用U1-

U2、V1-V2、W1-W2表示，在制作时三相绕组沿定子铁心内圆周均匀而对称地放置在内。所谓对称，即三相线圈的首端（或末端）在定子内圆周上彼此相隔120°，图4-8（a）所示。为分析方便，每相绕组用一匝线圈代替，三相绕组将分布在六个槽口中。三相线圈根据需要可以接成星形或者三角形，图4-8（b）将它们作星形联接（把三个末端U2、V2、W2并接在一起）。图4-8异步电动机的三相绕组与三相电流

当对称三相交流电源接入三相绕组的U1、V1

、W1

端后，三相定子绕组中便有三相对称电流iA、iB和iC流入，三相对称电流分别为其波形及相位关系如图4-8(c)所示。设三相电流的正方向是从绕组的首端流人（用表示），末端流出（用⊙表示）。下面从几个不同瞬间来分析三相交流电流流过定子绕组所产生的合成磁场。t=0时，iA=0，U相绕组中没有电流；iB是负值，即V相绕组中电流由V2端流进，V1端流出；iC为正值，即电流从W1端流进，W2端流出。根据右手螺旋定则，可确定合成磁场磁轴的方向如图4-9（a）所示。ωt=60°时，iC=0；iA为正值，电流由U1端流进，U2端流出；iB为负值，电流由V2端流进，V1

端流出，此时合成磁场如图4-9（b）所示。相比ωt=0时刻，合成磁场在空间按逆时针方向旋转了60°。ωt=90°时，iA为正值，而iB、iC

均为负值，同理可得合成磁场的方向如图4-9（c）所示。与ωt=0时刻相比，合成磁场在空间按逆时针方向旋转了90°。由此可见，随着定子绕组中的三相电流随时间不断变化，它所产生的合成磁场则在空间不断地旋转，这就是旋转磁场。这种旋转磁场如同一对磁极在空间旋转所起得作用是一样的。（a）ωt=0（b）ωt=60º（c）ωt=90º图4-9一对极旋转磁场的形成返回产生旋转磁场必须满足两个条件：

（1）至少要有两个定子绕组，这些绕组之间要有空间相位差；

（2）通入这些绕组中的正弦交变电流之间要有时间相位差。2.旋转磁场的转向将相序为A→B→C的三相电压对应接入三相绕组U、V、W后，三相绕组中电流达到最大值的顺序是：先是U相电流iA

、其次是V相的电流iB

，再次是W相的电流iC。由图4-9可看出：磁场旋转的转动方向是由U相线圈平面（U1-

U2

）经V相线圈平面（V1-V2

）转向W相线圈平面（W1-W2）。由此可见，旋转磁场转向是与三相绕组中电流达到最大值的顺序是一致的，或者说旋转磁场转动方向是由三相绕组中所通入电流的相序决定的。若要改变旋转磁场的转向，只需把接入定子绕组的电源相序改变即可。（a）ωt=0（b）ωt=60º（c）ωt=90º图4-9一对极旋转磁场的形成3.旋转磁场的转速与磁极对数之间的关系在两极（一对磁极）旋转磁场的分析中我们知道，当定子绕组中电流变化一周时，旋转磁场转了一周，若电流的频率为f1，则电流每秒变化f1周，旋转磁场的转速为f1转/秒。通常转速是以每分钟转数(r/min)计算，若以n0表示旋转磁场的转速，则有

当f1

＝50Hz,旋转磁场的转速为3000r/min。

磁极对数★

旋转磁场的极数：其与三相异步电动机三相绕组的安排有关.AXBYCZAXYCBZ★

此种接法下，绕组的始端之间相差120度空间角，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。即：P=1★

★

将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内，

绕组的始端之间相差60度空间角，形成的磁场则是两对磁极。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'即：P=2★★旋转磁场的转速n0决定于电流频率f1和磁场的极对数P，可推出：极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速对于某一电机来讲，ｆ1和ｐ通常是一定的，故ｎ0是个常数.★

旋转磁场的转速n0又称异步电动机的同步转速，其单位为r/min。二、异步电动机的转动原理异步电动机的转动原理可以用图4-12说明。转子转动的方向与旋转磁场方向相同，当旋转磁场方向反向时，电动机的转子也跟着反转。异步电动机的转动是基于电磁感应，故又称之为感应电动机。三、异步电动机的转差率

旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。

由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速n不可能达到与旋转磁场的转速相等，即异步电动机如果:无转子电动势和转子电流

转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切割转子导条无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。设旋转磁场和转子相对静止的空间的转速分别为n0

、n，则旋转磁场对转子的的相对转速差为n=n0

–

n,它与同步转速n0的比值称为异步电动机的转差率，用s表示，则有:

转差率常用百分率表示，即有异步电动机的工作状态一、电动机状态：0<n<n00<s<1额定运行时s≈1%~9%启动时(堵转）n=0,s=1二、非电动机状态：n=n0，s=0时，理想空载运行状态；外力加于转轴上使得：n>n0，s<0时，正向超速状态，发电制动状态；n<0，s>1时，反转状态，电磁制动状态；一、定子电路中各电量的关系1.定子电路中感应电势由前一节可知三相定子绕组接通交流电源后，定子三相对称电流在电动机内的空气隙中形成旋转磁场。其磁场的磁通分两部分，其中大部分同时穿过定子和转子绕组，称为主磁通；另有少量漏磁通分别穿过定子绕组和转子绕组，如图4-14所示。主磁通在定子绕组感应电势相位上比主磁通滞后90，其有效值为异步电动机的定子与转子电路二、转子电路中各电量的关系

三相异步电动机运行时闭合的转子绕组切割旋转磁场，且在转子上产生感应电势，产生转子电流，因转子中还存在转子漏感电势和转子绕组电阻压降，其等效电路与变压器副边短路时情况相同。如图4-14的右半部分电路所示。图4-14异步电动机一相等效电路图返回转子电路电势频率

当异步电动机转子以转速n旋转时，旋转磁场相对于转子的转速为n=n0−n，即旋转磁场以n的转速切割转子绕组，因此在转子绕组中感应电势，该电势的频率为：转子电流I2及功率因数cos2

转子电路中的电阻及电抗分别为、，因而转子电流的有效值为：

由于转子电路为感性电路，所以其电流I2在相位上将滞后电势，转子电路的功率因数为

转子电流I2、功率因数cos2与s之间的关系曲线如图4-15所示。鼠笼式转子的磁极对数

绕线式异步电动机的转子绕组分布与定子绕组相同，则定、转子有相同的磁极对数。鼠笼式异步电动机的转子绕组是由导电条组成，其磁极对数由定子磁极对数决定，即恒等于定子的磁极对数。

第三节三相异步电动机的电磁转矩与机械特性一、电磁转矩三相异步电动机的电磁转矩是指电动机的转子受到电磁力的作用而产生的转矩，它由旋转磁场的每极磁通与转子电流相互作用产生的。异步电动机电磁转矩为:

转矩的另一个表达式返回二、三相异步电动机的转矩特性与机械特性1.电磁转矩特性T=f(s)

在一定的转子电阻R2和电源电压U1下，电动机的电磁转矩与转差率的关系曲线称为一部电动机的转矩特性。

图4-17三相异步电动机T=f(s)曲线图4-18三相异步电动机机械特性曲线返回2.机械特性n=f(T)

异步电动机的转子的转速n与电磁转矩T的关系称为机械特性。而机械特性很容易通过转矩特性获得。因为：

故：三相异步电动机的机械特性曲线如图4-18所示。

机械特性曲线上有三点反映了它的基本性能和特点：（1）最大转矩Tmax，反映过载能力；（2）起动转矩Tst

，反映起动性能；（3）额定转矩TN

，反映稳定运行的负载能力和特点。固有机械特性：当异步电动机的电压和频率为额定值，电动机本身各参数（定、转子绕组电阻、电抗、磁极对数等）亦保持不变的情况下，其特性称为固有机械特性（也称为自然机械特性，即上图所示）；人工机械特性：当异步电动机运行过程中的电源电压或频率变化，定子回路串入电阻或电抗，以及电机本身的某些参数（定子绕组的磁极对数、转子回路电阻、电抗）等发生变化，将引起电动机机械特性的变化，由此得出的机械特性称为人为（人工机械特性）。

额定转矩TN

异步电动机在额定负载时轴上输出的转矩称为额定转矩TN。在异步电动机等速转动时，电动机的转矩T必须与阻转矩相平衡，阻转矩包括负载转矩和空载损耗转矩（电机本身的风阻、摩擦阻力等）T0，所以:

由于T0很小一般可忽略，因此可得异步电动机中转矩平衡方程为：

（1）额定转矩TN

：电动机在额定电压下,以额定转速运行，输出额定功率时，电动机转轴上输出的转矩。n0TnnN（牛顿•米）★电动机的自适应负载能力电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。直至新的平衡。此过程中，时，电源提供的功率自动增加。

自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载。）n0nT常用特性段★机械特性的软硬硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起动

特性好。

硬特性（R2小）软特性（R2大）

不同场合应选用不同的电动机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电动机。★（2）最大转矩（临界转矩）Tmax

：★如果电机将会因带不动负载而立即堵转、烧毁。n0Tn过载系数：三相异步电机

（1）三相异步机的和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。

工作时，一定令负载转矩,否则电机将停转。致使：

（2）电机严重过热原因★

从特性曲线上看，转矩有一最大值，

称为最大转矩，约额定转矩Ｔn的1.6～

2.5倍;表明异步电动机所提供的极限转

矩或称为电机的过载能力。

★（3）起动转矩TST

电动机起动时的转矩。其中则n0Tn当定子接通电源而转子尚未动（ｎ=0、

ｓ=1）时所产生的电磁转矩.

KT=Tst/TN

一般为1.0～2.2倍的负载转矩ＴＮ，它表明了异步电动机的起动性能。★★KT=Tst/TN即启动转矩与额定转矩之比，称为启动转矩倍数电磁转矩和电压的关系

结论：∝★★定子电压对异步电动机的影响：U1的降低将造成电动机的电磁转矩Ｔ平方倍数的形式减小。

电磁转矩和转子电阻关系

R2的

改变

：鼠笼式电动机转子导条的金属材料不同绕线式电动机外接电阻不同

令：得：★●异步电动机属于硬机械特性电动机，适用于拖动要求恒速运行的生产机械；如水泵、通风机、金属切削机床等。●异步电动机的功率损耗和效率：1)功率损耗：空载机械损耗Ｐ0、铁损△ＰFe1、铜损△Ｐcu2★其中：铁损属于不变损耗；铜损属于可变损耗。当铁损与铜损相等时，电动机的效率最高。2)效率：电动机的η是指轴上的机械功率Ｐ2与定子输入的电功率Ｐ1之比：η

=Ｐ2/Ｐ1

式中：Ｐ1=ＵＩcosφ第四节.异步电动机的起动

★

对电动机的起动要求：生产设备对电动机起动的要求主要有3点：☆

起动电流小；☆起动转矩大；☆起动时间短。

★

异步电动机的起动性能：

☆

起动电流大：是额定电流的5～7倍；

☆

起动转矩不大：仅为额定转矩的1.0～2.2倍。讨论：

★

异步电动机的起动电流Ist：

☆

在刚起动时，由于旋转磁场对静止的转子有着很大的相对转速，磁

通切割导条的速度很快，这时转子绕组中感应出的电动势和产生的

转子电流都很大；如与变压器的工作原理一样，转子电流增大，定

子电流也必然相应的增大。

☆

起动电流对电机本身的影响不大，这是因为起动电流虽大，但起动

时间一般都很短，故从发热角度考虑没有问题；并且一经起动后，

转速很快升高，电流便很快地减小了；如起动频繁时，由于热量的

积聚，则可以使电机存在了过热问题；☆电动机的起动电流对线路是有影响的。过大的起动电流在短时间内

会在线路上造成较大的电压降落，从而使负载端的电压降低，并影

响邻近负载的正常工作；★异步电动机的起动转矩Tst：在刚起动时，虽然转子电流较大，但转子的功率因数是很低的，即：从式中：

可得知此结论；

★

异步机起动方法有：

（1.）全压(直接)起动；（2）.降压起动。为了提高异步机的起动转矩，在电源容量允许时鼠笼式通常采用全压起动。绕线式则不允许全压起动(注意下述原因)。

降压起动：是在起动时降低异步电动机电源电压，等到电动机转速升高到一定值（或接近额定转速，此时电动机起动电流已大大减小）后，再将电源电压增加到额定电压。

鼠笼式异步电动机降压起动方法主要有：1.

定子绕组串电阻或电抗器降压起动；2.

Y-△降压起动；3.自耦变压器降压起动。

绕线式异步电动机起动方法主要有：1.

转子回路串电阻起动；2.

转子回路串频敏电阻起动。——不能全压起动的原因是转子为线绕式，抗击起动电流的冲击能力小。◆

对于频率繁起动的电动机，其容量应＜专用变压器电源变压器容量的20%；

◆

对于不经常起动的电动机，其容量应＜专用电源变压的容量的30%；

◆

对于动力和照明共用电源变压器的，电机直接起动时的电压降应＜5%的UＮ◆

如由船舶发电机直接供电，可允许电动机的容量＜发电机容量的60%◆

机仓的电动辅助几乎都采用直接起动。1.

直接起动:2.降压起动1)工作目的：减少电动机起动的工作电流。2)工作场合：适用空载下起动的电力拖动装置。★

鼠笼式异步电动机Y-△降压起动方法：起动时将定子绕组接成Y形，转速升高后再接成△形，这样，定子每相绕组上电压降低为△连接直接起动时的1/倍。而电机的线电流为直接起动时的1/3倍。考虑到三相电机的起动转矩与电源电压的平方成正比，所以此时的电机起动线电流和转矩都降低为△形时的1/3。适用场合：1.正常工作时定子为△形连接鼠笼式异步电动机；2.空载或轻载起动。Y/△连接起动线路3）工作方法：

★

鼠笼式异步电动机自耦变压器降压起动

方法：起动时将定子绕组通过自耦变压器降压，转速升高后再直接接电源。

特点：起动电流和转矩都降低为全压起动时的1/k2。可选用不同变比适合不同场合。

适用：重载起动（比半载略重，比额定负载轻）。

★

绕线式转子串电阻起动1)工作特点：起动电流小，起动转矩大；2)工作过程：为保证整个起动过程尽量保持较大的起动转矩，应随着转速的升高而逐渐减少外串电阻，最后应全部切除。3)工作场合：适用于要求起动转矩较大的机械，如起货机、锚机等。方法：转子绕组通过滑环和电刷引出电机，并与三相变阻器连接。起动时，变阻器的电阻最大，接通电源后逐渐减小三相变阻器电阻直至三相变阻器电阻为零，起动结束。

适用：带额定负载起动。开始起动方法：转子绕组通过滑环和电刷引出电机，并与三相变阻器连接。起动时，变阻器的电阻最大，接通电源后逐渐减小三相变阻器电阻直至三相变阻器电阻为零，起动结束。适用：带额定负载起动。起动完成★

绕线式异步电动机的起动(1)方法：转子绕组通过滑环和电刷引出电机，并与三相变阻器连接。起动时，变阻器的电阻最大，接通电源后逐渐减小三相变阻器电阻直至三相变阻器电阻为零，起动结束。适用：带额定负载起动。返回★

绕线式异步电动机的起动(2)•

高起动转矩异步电动机高转差率鼠笼式异步机：由于转子电阻增大，起动转矩增大。因此，如果鼠笼式异步电动机的鼠笼导体采用电阻率高的材料制造，将可以增大起动转矩。由绕线式异步机机械特性可知，转子电阻增大，额定运行时的转差率增大，因此这种电机称为高转差率异步电动机。高转差率异步机转子电阻大，额定运行时转子的铜损增加，效率降低。——

适用于起重机械。

高起动转矩异步电动机特点与用途主要特点：

1.起动转矩大；

2.额定转差率大，铜损大。

不论是深槽式鼠笼异步机或是双鼠笼异步机，正常运行时转子的漏抗都比普通鼠笼式异步机转子漏抗大。因此，它们的临界转差率和额定转差率都比普通机大，额定运行时的铜损也相对较大，效率相对较低。主要用途：

起重设备、要求起动转矩大的其它设备。船上：空压机、分油机、容积泵等电机。

深槽式鼠笼异步电动机

工作原理：如果将鼠笼转子制造成深槽式，在电动机起动时，由于转子频率高集肤效应明显，转子实际电阻较大，可得到较大的起动转矩；当起动结束后，由于转子频率很低集肤效应不明显，转子实际电阻小，从而降低正常运行时的转子铜损。——

机械特性如图所示。机械特性(高转差率)

双鼠笼异步电动机

结构：双鼠笼异步机转子有两套鼠笼绕组，内笼电阻小，外笼电阻大。原理：起动时，由于集肤效应明显，外笼起主要作用使起动转矩大；正常工作时，集肤效应不明显，内笼起主要作用，可在一定程度上减少铜损。双笼结构机械特性第五节、异步电动机的制动•

基本概念：使电动机产生与其转动方向相反的电

磁转矩称为电动机的制动。•工作目的：其可用于拖动系统减速或加速停车、起

货机等位能性负载的匀速下降等场合；•

制动方式：1.反接制动：当通过改变三相电源的相序使得旋转

磁场反转后，磁场对因惯性而仍保持原态转动的转子作相对切割，最终电机方向与原先的运行状态相反而属于制动

转矩。

反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。即:切割磁力线的速度很大,造成转子电流增大,引起定子电流增大简单、效果好但能量消耗大为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻★

电源反接制动的转差率S>1；◆

反接制动时旋转磁场与转子的相对

转速(n0-n)很大，即：

电流较大，对于大容量、频繁起动、

反转的电动机则不宜采用。

◆

工作过程：反接制动时，将开关从当转速运行位置扳

倒制动位置，使电机的三相电源中的两相对调而使的其相序改变，旋转磁场方向也跟着改变，由于转子因惯性仍保持原来的

转向，结果使转子绕组切割磁场的方向也

发生了改变，从而转子中感应电势和电流

的相位变反，产生的电磁转矩则变为制动

转矩；

◆

注意：

在电机转速接近零时，应将电源自动切断。★

倒拉反接制动：如图所示

◆

基本概念：电动机因外力矩作用而

形成转子的转向与旋转磁场的转向

相反的制动，称为倒拉反接制动；

◆

工作特点：此法通常是在增大转子回路

电阻的情况下才能实现，故只适用于绕线

式异步电动机的工作之用；

◆

工作过程：如图所示，当电机原来带位能性负载处于正转电动状

态稳定地运行在曲线（1）的a点上；现当转子回路中串入了足够

大的电阻，从而使电机的特性曲线变软，其工作点由a点转移到

曲线（2）的b点；由于此时在b点的电机电磁转矩小于负载转矩，

故转子将减速到零（c）点；又由于此时电磁转矩仍小于负载转矩，

故转子继续被负载拉着转动，从而进入了倒拉反接的制动状态。最后：随着电机反转速度的增大，其制动性质的电磁转矩也随之增大，

直到d点（T=TL）时，系统才处于制动稳定的工作状态。2).

能耗制动：停车时，断开交流电源，并在三相绕组中的任意两相接至直流励磁电源，从而使定子绕组在空间产生一静止磁场,此时,转子电流与此磁场相互作用而产生一个与转速方向相反的电磁转矩-制动转矩,最终使电机进入制动状态.此方式称为他励能耗制动；如果电源断开时接入三相对称电容，就成为自励能耗制动。能耗制动时，电动机相当于一台发电机，产生电能消耗在转子回路电阻上制动转矩的大小与直流电流的大小有关如图I1<I2曲线3是绕线式电机转子绕组串电阻后特征曲线变软。M3~+-运行制动nF转子机械特性曲线如图5-49所示

3).

回馈制动（再生制动

）

电动机转速超过旋转磁场的转速时，电磁转矩的方向与转子的运动方向相反，从而限制转子的转速，起到了制动作用。因为当转子转速大于旋转磁场的转速时，电动机已处于发电机状态，故其将轴上输入的机械能转换成电能返回给电网，实际上这时电动机已经转入发电机运行，所以这种制动称为发电回馈制动。1）位能性负载作用下产生的回馈制动：

此电机处于反向运行，其特性曲线为（2）；此时电机的电磁转矩小于0，且为顺时针方向；在此工况下，电机在T与TL的共同作用下，反向起动并加速，使得电机的转子转速高于旋转磁场的同步转速，电机随即进入反向的回馈制动状态。此时电磁转矩也由原先的顺时针方向变为逆时针方向，并逐渐增大；在到达a点时，T=TL；至此电机在a点上稳定运行于回馈制动状态，其转速的绝对值高于同步转速。

这时，负载起着原动机的作用，它拖着电动机作发电机运行，而电动机则对负载起着限速与制动作用。

即：再生制动的转差率S<02）调速中出现的回馈制动：

当多速电动机从高速调到低速的过程中，机械特性曲线如图（5-51）所示；◆工作中，如异步电动机的电源频率降低或

极对数增加而使得定子旋转磁场的同步转

速然下降，而转子转速因惯性不能突变，

从而导致n大于n0；◆如图所示，设电机稳定运行在负载特性曲线（1）a点上，由于同步

转速突然下降，从而使电机的运行特性曲线由（1）变为曲线（2），

同时，电机由a点瞬时转移到曲线（2）上的b点上运行，其结果就出

现了n大于n0，电磁转矩T也变为负值，电机进入了回馈制动状态；◆此时，T与TL共同作用使电机由b点沿曲线（2）继续下行、减速，

直到c点时，即为n=n0，T=0；◆由于TL的作用，电机继续减速，进入了电动状态，此时电机的电磁

转矩方向重新变正，并逐渐增大，在到达d点时，T=TL，此刻的电

机便在d点上稳定运行。六、异步电动机的调速P88-89•

基本概念：在不改变电动机的负载的条件下而改变电动机的转速。●

调速原理：1.改变转差率

无级调速●

调速方法：◆

方法一：在绕线式电动机的转子电路中接入

调速电阻，改变电阻的大小，就可

得到平滑调速。

工作过程：当转子串电阻后，因转子电阻的增加，从而使其转子电流和电磁转矩发生了变化，但由于定子电压不变，故电机的最大转矩也不变，而临界转差率得到了增加，因而转速得到了有效的减速控制，同时，特性曲线也变得较软；随着转差率的增加，从而使得转子电流和电磁转矩增加，直到电磁转矩增大到重新等于负载转矩时，转子的转速不再减小，即：电机在一较小的转速下运行。

◆方法二：改变定子电压的调速

工作过程：通过在三相电路中串电阻

或电抗进行分压，从而改

变电机的定子电压；如图所示：当改变电机定子三相电压

时，其转速逐步下降，同

时，电动机的输出转矩也

发生了改变；

所以此方法适用于通风机性质的负载，即：调速的范

围较大；但对于恒转矩的负载调速则范围很小。适用于绕线式电动机★◆此法设备简单，但能量损耗较大；在锚机、起货机均有应用。★

方法一：改变磁极对数p调速通过改变电动机的定子绕组所形成的磁极对数p来调速。由于旋转磁场的同步转速与磁极对数成反比，而又因磁极对数只能是按1、2、3、…规律的倍数增加或改变来变化，所以用这种方法调速，电动机的转速不能连续、平滑地进行调节。

◆

改变极对数有级调速。◆船舶锚机，起货机大多采用三绕组三速异步电动机。◆工作过程：教材P882.

改变同步转速N0

的调速★

方法二：变频调速：

通过变频器把频率为50Hz工频的三相交流电源变换成为频率和电压均可调节的三相交流电源，然后供给三相异步电动机，从而使电动机的速度得到调节。变频调速属于无级调速，具有机械特性曲线较硬的特点。◆如图所示为一变频率调速装置，由整流器和逆变器2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Ud；◆

逆变器---将此直流电Ud变换为f0可调、电压有效值u0也可调的三相交流电。

f=50Hz逆变器M3~整流器f1、U1可调+–~变频调速原理及其机械特性:f频率上调时，因为变小如果电压U也上调，则电压将超过额定电压，这是不允许的，因此在