第3章 交流电动机的原理及特性

第3章交流电动机的原理及特性3.1三相异步电动机的工作原理3.2三相异步电动机的机械特性3.3三相异步电动机的起动、调速、控制与运行3.4单项异步电动机3.5同步电动机交流电动机电动机直流电动机鼠笼式绕线式异步机同步机他励、异励、串励、复励鼠笼式异步交流电动机授课内容：基本结构、工作原理、机械特性、控制与运行单相异步电机、同步电机电动机的分类3.1.1三相异步电动机的基本结构定子和励磁线圈转子和转子线圈一、基本结构定子和转子硅钢冲片三相对称绕组AX，BY，CZ鼠笼转子结构ABC外接变阻器（启动和速度调节）滑环和电刷绕线转子结构二、三相异步机铭牌与技术数据1.型号Y132M－4磁极数(极对数p=2)同步转速1500转/分转差率2.转速:电机轴上的转速（n)。如：n=1440转/分3.定子绕组线端连接方式出线端排列短路片线电压相电压铭牌：Y/△－接线方式

380/220－不同接线应加的线电压4.额定电压：定子绕组在指定接法下应加的线电压.

说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5％。线电压AZBYXC线电压ABCXYZ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。（1）线电压与相电压

线电压：两相绕组首端之间的电压，用U1表示；

相电压：每相绕组首、尾之间的电压，用U相表示。

对于星形接法：

对于三角形接法：（2）线电流与相电流

线电流：电网的供电电流，用I1表示；

相电流：每相绕组的电流，用I相表示。

对于星形接法：

对于三角形接法：（3）电动机的输入功率：（4）定子绕组连线方法的选用

定子三相绕组的连接方式（Y形或

形）的选择，和普通三相负载一样，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倍，那么，电动机的绕组就应该接成星形。

通常电动机的铭牌上标有符号

/Y和数字220/380，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。

例电源线电压为380V，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。1.J32-4，功率1.0kW，连接方法

/Y，电压220/380V，电流4.25/2.45A，转速1420r/min，功率因数0.79。2.J02-21-4，功率1.1kW，连接方法

，电压380V，电流6.27A，转速1410r/min，功率因数0.79。

解：

1.J32-4电动机应接星形（Y）

2.J02-21-4电动机应接成三角形（

）星形（Y）三角形（

）5.额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流。如：

表示三角接法下，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.额定功率：

额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率（），不等于从电源吸收的功率（）。两者的关系为：其中鼠笼电机

=72－93％

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。注意：实用中应选择合适容量的电机，防止“大马”拉“小车”的现象。7.功率因数(cos

1)：P2PN此外还有绝缘等级等参数，不一一介绍。cos

13.1.2三相异步电动机的工作原理磁铁闭合线圈e方向用右手定则确定f方向用左手定则确定磁场旋转一、异步电动机转动模型磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势导线长磁感应强度切割速度（右手定则）闭合导线产生电流

i（左手定则）通电导线在磁场中受力1.线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致

结论：2.线圈比磁场转得慢异步二、三相异步机的结构YBZXAC转子定子定子绕组（三相）机座转子：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。三相定子绕组：产生旋转磁场。线绕式鼠笼式鼠笼转子旋转磁场的产生AYCBZ异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极(•)电流出(

)电流入XAXYCBZAXBYCZ合成磁场方向：向下XBZAYCAXYCBZAXYCBZ同理分析，可得其它电流角度下的磁场方向：旋转方向：取决于三相电流的相序。改变电机的旋转方向：换接其中两相。旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向三相交流电流最大值到达的顺序（相序）决定电动机转向。A→B→C电流A→B→C定子绕组（顺时旋转）A→B→C电流A→C→B定子绕组（逆时旋转）旋转磁场的转速大小

一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°电流频率为fHz，则磁场1/f秒旋转1圈，每秒旋转f圈。每分钟旋转：n1称为同步转速极对数（P）的概念AXBYCZ此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。即：AXYCBZ极对数（P）的改变C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'

将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。AXBYCZ极对数C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'极对数和转速的关系三相异步电动机的同步转速极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速（额定转速）:电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但

异步电动机无转距转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流提示：如果

转差率S的概念：异步电机运行中:转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：电动机起动瞬间:（转差率最大）转子感生电流的频率：例1：三相异步电动机p=3，电源f1=50Hz，电机额定转速n=960r/min。求：转差率s，转子电动势的频率f2同步转速：转差率：三、三相异步电动机等效电路1.转子静止时的异步电机分析前提：把异步电机的磁通分成主磁通和漏磁通，并把谐波磁通归并到漏磁通假设：气隙中只有基波磁通，定、转子绕组上只感应有基波电势漏磁感应电势用漏抗压降表示2.转子静止时的电路表示正方向按变压器惯例

3.电压平衡式（转子静止时的异步电机）以下标1和2区别定子和转子电路的各物理量，各种数量均取每相值。从电路分析角度来看，转子不动时的异步电机的电路方程与次级侧短路时的变压器的电路方程相似。在转子不动时，定、转子电势有相同频率，由转子电流所产生的基波旋转磁势与由定子电流所产生的基波旋转磁势有相同转速，没有相对运动。转子旋转磁势对定子旋转磁势产生去磁作用，二者共同作用在主磁路中产生主磁通，决定于定子电势ElE1受到定子电压平衡支配，决定了基波磁通φm，从而决定了激磁电流Im。当转子有电流时，定子电流应包含两个分量由定子电流所产生的磁势也包含两个分量第一项用以产生基波磁通；第二项为负载分量，用以抵消转子磁势去磁作用，它与转子磁势大小相等方向相反。4、磁势平衡式设定子绕组有m1相，磁势的振幅转子绕组有m2相，磁势振幅激磁磁势静止时：f1=f2（磁势速度为同步速一致），磁势平衡式5.绕组归算转子绕组的归算——把实际相数为m2、绕组匝数为N2、绕组系数为kN2的转子绕组，归算成与定子绕组有相同相数、相同匝数和相同绕组系数的转子绕组。在进行归算时，有电压变比、电流变比和阻抗变比。(1)电流的归算根据归算前后“转子磁势应保持不变”为条件(2)电势的归算根据归算前后“转子视在功率保持不变”为条件(3)阻抗的归算根据归算前后“转子上的铜耗保持不变”为条件根据归算前后“转子功率因数保持不变”为条件6.等效电路(single-phase

equivalentcircuit)7.参数的物理意义异步电机中，磁通由三相联合产生；rm——铁耗等效电阻core-lessresistancexm——magnetizingreactance定子每相绕组与主磁通对应的电抗，随的、铁芯的饱和不同而变化。——定子漏抗，由定子三相电流联合产生的漏磁通，在定子每一相上引起的电抗。——转子漏抗，由转子三相电流联合产生的漏磁通，在转子每一相上引起的电抗。8.转子旋转对转子各物理量的影响转子转动后，转子绕组的电势和电流的频率与转子的转速有关——取决于气隙旋转磁场与转子的相对速度。转子电势和电流的频率（转子频率，与转差率成正比，又称为转差频率）为转子转动后，由转子电流所产生的转子基波旋转磁势相对于转子的转速为转子基波旋转磁势相对于定子的转速为由转子电流所产生的转子基波旋转磁势和由定子电流所产生的定子基波旋转磁势没有相对运动。（磁势平衡式不变）9.转子转动后的基本方程式电压平衡式：频率f2=sf1频率f110.频率归算频率归算——用一等效的转子电路替代实际转动的转子电路，使与定子电路有相同频率。（转子静止）保持频率归算后的转子电流的大小和相位不变，可保持磁势平衡不变，保持定子电流的大小和相位不变，保持了损耗和功率不变。归算绕组归算——转子绕组的相数、每相有效串联匝数与定子绕组一样；频率归算——使转子绕组的频率与定子绕组一致。转子转动时的实际情形频率归算后的等效转子折算为定子频率的转子电势等效电路电阻的物理意义在实际转动的电机中，在转子回路中并无此项电阻，但有机械功率输出。在频率归算后的转子电路中，因已等效成静止转子，没有机械功率输出，但却串入附加电阻，其电功率为电功率模拟轴上的机械功率。讨论不论静止或者旋转的转子，其转子磁势总以同步转速旋转，即转子磁势的转速不变，大小相位又没有变，故电机的磁势平衡依然维持。静止的转子不再输出机械功率，即电机的功率平衡中少了一大块机械功率。静止的转子中多了一个附加电阻，而电流有没有变，所以多了一个电阻功率。分析证明：附加电阻上消耗的电功率等于电机输出的机械功率11.T形等效电路各参数的物理意义：定子绕组的电阻r1、漏抗x1转子绕组归算后的电阻r’2、漏抗x’2定子铁耗的等效电阻对应主磁通的励磁电抗等效机械负载的附加电阻功率平衡关系输入功率定子铜损定子铁损电磁功率转子铜损机械功率输出功率两个重要关系式

可见，从气隙传递到转子的电磁功率分为两部分，一小部分变为转子铜损耗，绝大部分转变为总机械功率。转差率越大，转子铜损耗就越多，电机效率越低。因此正常运行时电机的转差率均很小。例2：三相异步电动机，p=2，n=1440r/min，转子R2=0.02

，X20=0.08，E20=20V，f1=50Hz。启动时I2（st）额定转速下的I2（N）s=11.异步电动机机械特性三种表达式（1）物理表达式电磁转矩为：3.2三相异步电动机的机械特性分析物理表达式异步电动机的转矩系数：转子电流折算值：转子功率因数：物理表达式它反映了不同转速时电磁转矩T与主磁通Φm以及转子电流有功分量I2ˊcosφ2之间的关系，此表达式一般用来定性分析在不同运行状态下的转矩大小和性质。（2）参数表达式异步电动机的电磁转矩T与定子每相电压U1平方成正比，若电源电压波动大，会对转矩造成很大影响。机械特性曲线在电压、频率及绕组参数一定的条件下，电磁转矩T与转差率s之间的关系可用曲线表示如图所示。异步电动机机械特性①最大转矩Tm

最大转矩Tm是T=ƒ（s）的极值点，最大转矩为：最大转矩对应的临界转差率为：两式中“+”为电动状态（特性在第Ⅰ象限）；“-”为制动状态（特性在第Ⅱ象限）。最大转矩近似表达式通常情况下，

可忽略r1，则有：最大转矩与额定转矩的比值称为过载倍数，其值大小反映电动机过载能力，用λm表示，即：一般异步电动机过载倍数λm=1.5～2.2。②起动转矩Tst起动瞬间n=0或s=1时，电动机相当于堵转，这一时刻的电磁转矩称为起动转矩或堵转转矩，用Tst表示，则有：起动转矩与额定转矩的比值称为起动转矩倍数或堵转转矩倍数，用kst表示，则有：一般普通异步电动机起动转矩倍数为0.8～1.2。（3）实用表达式实用表达式：认为，一般异步电动机的，在任何s值时都有：，而

，可以忽略，简化得：临界转差率临界转差率：当拖动额定负载时，TL=TN临界转差率为：额定转矩为：从产品目录查出该异步电动机的数据PN、nN、λm应用实用公式就可方便得出机械特性表达式。2.固有机械特性异步电动机的固有机械特性是指U1=U1N，ƒ1=ƒ1N，定子三相绕组按规定方式连接，定子和转子电路中不外接任何元件时测得的机械特性n=ƒ（T）或T=ƒ（s）曲线。对于同一台异步电动机有正转（曲线1）和反转（曲线2）两条固有机械特性。三相异步电动机固有机械特性说明特性上的各特殊点1(1)同步转速点A

同步转速点又称理想空载点，在该点处：s=1，n=n1，T=0，E2s=0，I2=0，I1=I0，电动机处于理想空载状态。说明特性上的各特殊点1(2)额定运行点B

在该点处：n=nN，T=TN，I1=I1N，I2=I2N，P2=PN，电动机处于额定运行状态。说明特性上的各特殊点2(3)临界点C

在该点处：s=sm，T=Tm，对应的电磁转矩是电动机所能提供的最大转矩。Tmˊ是异步电动机回馈制动状态所对应的最大转矩，若忽略r1的影响时，有Tmˊ=Tm。说明特性上的各特殊点2(4)起动点D

在该点处：

s=1，n=0，T=Tst，I=Ist。3.人为机械特性异步电动机的人为机械特性是指人为改变电动机的电气参数而得到的机械特性。由参数表达式可知，改变定子电压U1、定子频率f1、极对数p、定子回路电阻r1和电抗x1、转子回路电阻r2ˊ和电抗x2ˊ，都可得到不同的人为机械特性。（1）降低定子电压的人为机械特性在参数表达式中，保持其它参数不变，只改变定子电压U1的大小，可得改变定子电压的人为机械特性。讨论电压在额定值以下范围调节的人为特性（为什么？）降电压人为机械特性曲线Tm∝U12；Tst∝U12；n1和sm与电压无关TL1-恒转矩负载特性、TL2-风机类负载特性（2）定子回路串入对称电阻的人为机械特性

当定子电阻r1增大时，同步转速n1不变，但临界转矩Tm、临界转差率sm、起动转矩Tst都变小定子回路串入对称电阻的接线图和人为机械特性定子回路串入对称电抗的人为机械特性如果定子回路串入对称的电抗，同步转速n1仍不变，但临界转矩Tm、临界转差率sm、起动转矩Tst也都变小。两种接线可实际应用于鼠笼式异步电动机的起动，以限制起动电流。定子回路串入对称电抗的接线图和人为机械特性（3）转子回路串入对称电阻的人为机械特性绕线式异步电动机转子回路串入三相对称电阻的接线图和人为机械特性分析当转子电阻r2增大时，同步转速n1和临界转矩Tm不变，但临界转差率sm变大，起动转矩Tst随转子电阻r2增大而增大，直至Tst=Tm当转子电阻r2再增大时，起动转矩Tst反而减小。转子串入对称三相电阻的方法应用于绕线式异步电动机的起动和调速。本节小结异步电动机运行时，转子与旋转磁场存在转差，因而能在转子中感应电势和电流，产生电磁转矩，使电动机旋转，可见转差率s是异步电动机的重要参量。通过频率和绕组折算，可得到反映实际运行电动机各量关系的等值电路，等值电路中的各种参数可通过空载和短路试验测取。三相异步电动机的起动方法1.电动机的起动指标(1)起动转矩足够大

Tst＞TL

Tst≥(1.1~1.2)TL(2)

起动电流不超过允许范围。

异步电动机的实际起动情况起动电流大：Ist=

scIN=(5.5～7)IN

起动转矩小：Tst=

stTN=(1.6～2.2)TN

3.3

三相异步电动机的各种运转状态

不利影响①大的Ist使电网电压降低，影响自身及其他负载工作。②频繁起动时造成热量积累，易使电动机过热。2.笼型异步电动机的直接起动(1)小容量的电动机（PN≤7.5kW）(2)电动机容量满足如下要求：IstIN

sc=≤14〔〕3+电源总容量(kV·A)电动机容量(kW)4.3三相异步电动机的起动3.笼型异步电动机的减压起动(1)定子串联电阻或电抗减压起动M3~3~RSS1FUS2起动运行M3~XSS1FUS23~(2)自耦变压器减压起动TA3~UNS1FUS2M3~(2)自耦变压器减压起动3~UNS1FUS2TAM3~起动(2)自耦变压器减压起动TA3~UNS1FUS2M3~运行适用于：正常运行为△联结的电动机。(3)星形－三角形减压起动（Y－

起动）3~UNS1FUS2U1U2V1V2W1W2适用于：正常运行为△联结的电动机。(2)星形－三角形减压起动（Y－

起动）3~UNS1FUS2U1U2V1V2W1W2Y起动适用于：正常运行为△联结的电动机。(2)星形－三角形减压起动（Y－

起动）

运行S23~UNS1FUU1U2V1V2W1W2

定子相电压比U1PYU1P△UN

3UN==13

定子相电流比I1PYI1P△U1PYU1P△==13

起动电流比IstYIst△I1PY3I1P△==134.3三相异步电动机的起动

Y型起动的起动电流IstY=Ist13

起动转矩比TstYTst△U1PYU1P△==13()2TstY=Tst13

Y型起动的起动转矩Rst1Rst23~M3~S1S2S(1)起动过程4.

绕线型异步电动机转子电路串联电阻起动①串联Rst1和Rst2起动（特性a）

总电阻R22=R2+Rst1+Rst2n0TnOa(R22)TLT2a1a2T1切除

Rst2(1)起动过程b(R21)n0TnOa(R22)T2T1a1a2TLb1b2②合上S2，切除Rst2（特性b）

总电阻R21=R2+Rst13~M3~S1S2Rst1Rst2S切除

Rst1③合上S1，切除Rst1（特性c）

总电阻:R2c(R2)b(R21)n0TnOa(R22)T2T1a1a2TLb1b2c1c2(1)起动过程p3~M3~S1S2Rst1Rst2S(2)起动级数未定时起动电阻的计算①选择T1和T2

起动转矩：T1=(0.8~0.9)TM

切换转矩：T2=(1.1~1.2)TL②

起切转矩比

=T1T2③求出起动级数m

根据相似三角形的几何关系来推导。T1n0－nc1TMn0－nMc==sc1sMcc(R2)b(R21)n0TnOa(R22)T2

T1a1a2TLb1b2c1c2pT2n0－nc2TMn0－nMc==sc2sMc同理可得：T1TM=sa1sMa=sb1sMb=sc1sMcT2TM=sa2sMa=sb2sMb=sc2sMc因为

sa2

=

sb1，sb2

=

sc1sM∝R2

=T1T2=sMasMb=R22R21所以

=T1T2=sMbsMc=R21R2因此有下面的关系

R21=βR2R22=βR21=β2R2对于m级起动，有

R2m

=βmR2式中R2m=R2＋Rst1＋Rst2＋···＋Rstm于是得到下式：β=

R2m

R2

m因为sMcsMasc1=sa1=R2R22=1×R2R22对于m级起动，则有sc1=R2R2m在固有特性c上，有关系T1TN=sc1sN=

TN

sNT1

m因此可得β=

R2m

R2

mm=TNsNT1

lgβ

lg④重新计算

，校验是否在规定范围内。⑤求转子每相绕组的电阻R2R2=

sNU2N√3I2N⑥计算各级总电阻和各级起动电阻

R21=βR2R22=βR21…R2m=βR2(m－1)=β2R2

=βmR2Rst1=R21－R2Rst2=R22－R21…Rstm=R2m－R2(m－1)(3)起动级数已定时起动电阻的计算①

T1=(0.8~0.9)TM②③β=

TN

sNT1

mT2

=

T1

，验算：T2=(1.1~1.2)TL，若不满足，重新调整，直到满足要求。④⑤计算各级总电阻和各级起动电阻。R2=

sNU2N

3I2N

频敏变阻器频率高：损耗大，电阻大。频率低：损耗小，电阻小。

转子电路起动时

f2高，电阻大，

Tst'大，Ist'小。

转子电路正常运行时

f2低，电阻小，自动切除变阻器。4.绕线型异步电动机转子电路串联频敏变阻器起动频敏变阻器5.改善起动性能的三相笼型异步电动机(1)深槽异步电动机槽深h与槽宽b之比为：h/b=8~12漏电抗小↑漏电抗大增大↑电流密度

起动时，f2高，漏电抗大，电流的集肤效应使导条的等效面积减小，即R2

，

使Tst

。

运行时，f2很低，漏电抗很小，集肤效应消失，R2

→

。2.双笼型异步电动机电阻大漏抗小电阻小漏抗大上笼（外笼）下笼（内笼）

起动时，f2高，漏抗大，起主要作用，

I2主要集中在外笼，外笼R2大→

Tst大。外笼——起动笼。

运行时，f2很低，漏抗很小，R2起主要作用，

I2主要集中在内笼。内笼——工作笼。变极调速变频调速能耗转差调速3.3.2三相异步电动机的调速异步电动机的调速方法

可见：要调节异步电动机的转速，可从改变下列三个参数入手：1）改变定子绕组的极对数p;2）改变供电电源的频率f1;3）改变转差率s。第一节变极调速实现方法：改变定子绕组联结，一般用于笼型转子，转子极对数能自动与定子极对数相对应改变联结方法，得到的极对数成倍地变化，同步转速也成倍地变化，属于有级调速。注：改变定子绕组联结后，要将V、W两相出现端交换，以保持调速前后转向相同容许输出功率变化：η——电动机效率Uφ——定子相电压I1——定子相电流P1——定子输入功率

——定子功率因数假设在不同极对数下η与保持不变，则有容许输出转矩变化：忽略定子损耗，则电磁功率Pe与输入功率P1相等，转矩为当定子绕组从一个星形联结改成两个星形联结的并联时，极对数变为原来的一半，ns增加一倍。为使调速时电动机得到充分利用，在高、低速运行时，电动机绕组内均流过额定电流，这样在两种联结下的转矩之比为容许输出功率变化：当定子绕组从一个三角形联结改成二个星形联结的并联时，极对数也减小一倍，ns也增加一倍。两种联结法的功率比为调速过程中的机械特性：电动机高速下运行时，极对数增加而使电动机降速，则在降速过程中电动机工作在回馈制动状态第二节变频调速调速原理对于恒转矩调速，如果变频装置保证随成正比地变化，则可保证在频率变化过程中电动机具有同样的过载能力，在恒转矩调速下的变频装置一般就是根据这一要求设计的。当定子频率较高时（式中为常数）可见，恒转矩变频调速时，如能保持=定值，则可保证调速过程中电动机的过载能力基本不变，同时可满足磁通Φ

基本不变的要求。在恒功率调速时由此可见，在恒功率调速时，如能满足=定值的条件，调速过程中电动机的过载能力也能保持不变，但此时磁通将发生变化了。如果此时按恒转矩调速满足=定值的条件，则磁通将基本不变，但电动机的过载能力将在调速过程中改变。变频调速具有优异的性能，调速范围较大，平滑性较高，变频时按不同规律变化可实现恒转矩或恒功率调速，以适应不同负载的要求，低速时特性的静差率较高，是异步电动机调速最有发展前途的一种方法。第三节能耗转差调速一、转子电路串联电阻调速在额定电压时，磁通定值，调速时转子电路串联电阻的数值愈大，人为机械特性愈软。当转速降低（s增高）时，效率下降，转子损耗功率增高，故经济性不高。转子损耗功率为输出功率为调速时转子电路的效率为二、改变定子电压调速改变异步电动机定子电压的人为特性转子电路电阻较高时改变定子电压的人为特性多速电动机在变极变压时的机械特性三、滑差电动机（一）电磁滑差离合器的调速原理当绕组内有电流通过时，在电枢与感应子之间便有磁通相链，如图中虚线所示。当异步电动机带动电枢旋转时，电枢便以相应的转速在感应子所建立的磁场内旋转，于是电枢的各点上磁通处在不断重复的变化之中，根据电磁感应定律可知，电枢上将出现感应电动势。当感应子也旋转时，此感应电动势为123滑差离合器电枢内涡流的方向与路径在此感应电动势的作用下，电枢内将出现涡流，其值为为一个极下的等效电阻涡流与感应子磁场相互作用力为转矩为如主动与从动部分间没有相对运动，即，则。因此电枢与感应子间必须存在转速差，这点与异步电动机的工作原理极为相似。其区别仅在于异步电动机的旋转磁场由三相交流电流产生，而滑差离合器的旋转磁场则由直流电流产生，由于电枢的转动才起旋转磁场的作用。（二）电磁滑差离合器的几种结构类型1．双电枢无集电环滑差离合器2．杯形电枢滑差离合器3．爪式无集电环滑差离合器128（三）电磁滑差离合器的调速性能机械特性滑差离合器的输入功率滑差离合器的输出功率转差功率如果调速时离合器效率为滑差离合器在实际应用中总是与异步电动机组合在一起的，因此滑差电动机的总效率为可见，滑差电动机的效率随转速之下降而下降，而损耗功率则随转速之下降而增高。四、串级调速（一）串级调速的一般原理中等以上功率的绕线转子异步电动机与其他电动机或电子设备串级联接以实现平滑调速，称为串级调速。异步电动机的串级调速，就是在异步电动机转子电路内引入感应电动势，以调节异步电动机的转速。引入电动势的方向，可与转子电动势方向相同或相反，其频率则与转子频率相同。1．与同相未引入时引入后2．与反相

未引入时

超前90°

超前某一角度转子电路电压相量图

显然，对于右图所示超前某一角度的一般情况，可将分解为二个分量，即与同相的分量，和超前90°的分量，它们既能使电动机调速，又能提高定子的功率因数sE2sE2sE21cosjqsinfE（二）串级调速的机械特性根据相量图异步电动机的转矩为转子电流的有功分量1．时转矩为

2．时转矩为或（三）晶闸管串级调速的基本原理

晶闸管串级调速具有调速范围宽，效率高（转差功率可反馈电网），便于向大容量发展等优点，是很有发展前途的绕线转子异步电动机的调速方法。它的应用范围很广，适用于通风机负载，也可用于恒转矩负载。其缺点是功率因数较差，现采用电容补偿等措施，功率因数可有所提高。总之，晶闸管串级调速向大功率发展，是很有前途的。晶闸管串级调速的原理线路图3.3

三相异步电动机的各种运转状态M3~3~S11.能耗制动(1)制动原理

制动前

S1合上，S2断开，

M为电动状态。

制动时

S1断开，S2合上。定子:U→I1→Φ

转子:n→E2→

I2M为制动状态。n＋U－S2

RbI1×ΦFFTT(2)能耗制动时的机械特性OnT特点：①因T与n方向相反，

n－T曲线在第二、四象限。②因n=0时，T=0，

n－T曲线过原点。③制动电流增大时，制动转矩也增大；产生最大转矩的转速不变。I1"I1'＜(3)能耗制动过程——迅速停车TLOnT12①制动原理制动前：特性1。制动时：特性2。原点O(n=0，T=0)，a点b点惯性ab(T＜0，制动开始)n↓制动过程结束。②制动效果

Rb

→I1

→Φ

→T

→制动快。③制动时的功率定子输入：P1

=0，轴上输出：P2=TΩ＜0。动能P2→

转子电路的电能→

PCu2消耗掉。(4)能耗制动运行——下放重物TLOnT12aa点b点惯性(T＜0，制动开始)bn↓原点O(n=0，T=0),在TL作用下n反向增加cc点(T=TL),制动运行状态以速度nc

稳定下放重物。

制动效果：由制动回路的电阻决定。2.反接制动(1)定子反相的反接制动——迅速停车3~M3~3~M3~Rb制动前的电路制动时的电路①制动原理制动前：正向电动状态。制动时：定子相序改变，

n0变向。s=－n0

－n－n0=

n0＋nn0即：s＞1(第二象限)。同时：E2s、I2

反向，T

反向。a点b点(T＜0，制动开始)惯性n↓c点(n=0，T≠0)，制动结束。到

c点时，若未切断电源，M将可能反向起动。－TLTLOnT1n02－n0

bacd取决于Rb的大小。②制动效果aOnT1n02－n0bc③制动时的功率Pe=m1I2'2R2'＋Rb's＞0PCu2=m1(R2'＋Rb')

I2'2=Pe－Pm=Pe＋|Pm|＜0Pm

=(1－s)Pe三相电能电磁功率Pe转子机械功率Pm定子转子电阻消耗掉(2)转子反向的反接制动①制动原理定子相序不变，转子电路串联对称电阻Rb。a点b点(Tb＜TL)，惯性n↓c点(n=0，Tc＜TL)在TL作用下M反向起动d点(

nd＜0，Td

=TL)②制动效果改变Rb的大小，改变特性2的斜率，改变nd。——下放重物OnT1n02bcTLad制动运行状态3e低速提升重物③制动时的功率s=n0－nn0第四象限：＞1(n＜0)Pe=m1I2'2R2'＋Rb's＞0PCu2=m1(R2'＋Rb')

I2'2=Pe－Pm=Pe＋|Pm|＜0Pm=(1－s)Pe——定子输入电功率——轴上输入机械功率（位能负载的位能）——电功率与机械功率均消耗在转子电路中。3.回馈制动

特点：|n|＞|

n0|，s＜0。

电机处于发电机状态。(1)调速过程中的回馈制动4.5三相异步电动机的制动TnOf1'f1"f1'＞

f1"TLabcdTnOYYYTLabcd?3.回馈制动OnTTLn0－n0(2)下放重物时的回馈制动GRbT3~M3~TnTLbac正向电动反接制动dn回馈制动反向电动

制动时的功率＜0(n＜－n0)

＜0——定子发出电功率，向电源回馈电能。＜0——轴上输入机械功率(位能负载的位能)。

PCu2=Pe－Pm|Pe

|=|Pm|－PCu2——机械能转换成电能(减去转子铜损耗等)。s=－n0－n－n0=n0＋nn0第四象限：Pe=m1I22R2'＋Rb'sPm=(1－s)Pe

制动效果

Rb

→下放速度

。※为了避免危险的高速，一般不串联

Rb。OnTTLn0－n0由异步电动机的转速公式可知，异步电动机有下列三种基本调速方法：（1）改变定子极对数调速。（2）改变电源频率调速。（3）改变转差率调速。异步电动机调速一、变极调速变极调速是改变定子绕组的极对数实现的，只用于笼型电动机。以4极变2极为例：U相两个线圈，顺向串联，定子绕组产生4极磁场：反向串联和反向并联，定子绕组产生2极磁场：Y→反并YY，2p-p∆→YY，2p-p注意：当改变定子绕组接线时，必须同时改变定子绕组的相序二、变频调速改变三相异步电动机电源频率，可以改变旋转磁通势的同步转速，达到调速的目的。额定频率称为基频，变频调速时，可以从基频向上调，也可以从基频向下调。变频调速的优点是无级变速，变速范围大，且具有较硬的机械特性。变频调速的缺点是有一套专门的变频电源，调速系统较为复杂，设备投资较高。1.从基频向下变频调速我们知道，三相异步电动机每相电压：降低电源频率时，必须同时降低电源电压。降低电源电压有两种控的制方法。⑴保持=常数：上式是保持气隙每极磁通为常数变频调速时的机械特性方程式。下面根据该方程式，具体分析一下最大转矩Tm及相应的转差率sm。最大转矩处，对应的转差率为sm，即：最大转矩处的转速降落为：当改变频率时，若保持=常数，最大转矩常数，与频率无关，并且最大转矩对应的转速降落相等，也就是不同频率的各条机械特性是平行的，硬度相同。根据上式画出保持恒磁通变频调速的机械特性，如图所示。这种调速方法机械特性较硬，在一定的静差率要求下，调速范围宽，而且稳定性好。由于频率可以连续调节，因此变频调速为无级调速，平滑性好。另外，电动机在正常负载运行时，转差率s较小，因此转差功率较小，效率较高。经分析，恒磁通变频调速是属于为恒转矩调速方式。即当：时，2.从基频向上变频调速：升高电源电压是不允许的，因此升高频率向上调速时，只能保持电压为UN不变，频率越高，磁通Φm越低，是一种降低磁通升速的方法，类似他励直流电动机弱磁升速情况。保持不变升高频率时，电动机电磁转矩

因此，频率越高时，越小，也减小，最大转矩对应的转速降落为根据电磁转矩方程式画出升高电源频率的机械特性，其运行段近似平行，如图所示。根据电磁转矩方程式画出升高电源频率的机械特性，其运行段近似平行，如图所示。综上所述，三相异步电动机变频调速具有以下几个特点：①从基频向下调速，为恒转矩调速方式；从基频向上调速，近似为恒功率调速方式；②调速范围大；③转速稳定性好；④运行时小，效率高；⑤频率可以连续调节，变频调速为无级调速。三、变转差率调速1.绕线转子电动机的转子串接电阻调速绕线转子电动机的转子回路串接对称电阻时的机械特性为

从机械特性看，转子串电阻时，同步速和最大转矩不变，但临界转差率增大。当恒转矩负载时，电机的转速随转子串联电阻的增大而减小。2.绕线转子电动机的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步频率的附加电动势。通过改变的幅值和相位，也可实现调速，这就是串级调速。改变电动机的电压时，机械特性为3.改变定子电压调速

调压调速既非恒转矩调速，也非恒功率调速，它最适用于转矩随转速降低而减小的负载，如风机类负载，也可用于恒转矩负载，最不适用恒功率负载。定子串接电抗器时的机械特性10TmTemsms

n0n1Tm’xstsm’正反向旋转磁场的合成转矩特性合成转矩起动转矩为零。（正向）（反向）正转转反电容分相式起动二、单相异步电动机的起动~KDCWSTW:主绕组（工作绕组）ST：启动绕组K：离心开关AXA'X'WSTAXA'X'~KDCWST接近90°电容分相式单相异步电动机起动原理~KDCWSTAXA'X'WSTAXA'X't=t0

NSt=t0WSTAXA'X'

NSWSTAXA'X'NSt=t1

磁场逆时针方向旋转t=t0t=t1启动时开关K闭合，使两绕组电流相位差约为90°，从而产生旋转磁场，电机转起来；转动正常以后离心开关被甩开，启动绕组被切断，而电机仍按原方向继续转动。工作原理~KDCWSTAXA'X'罩极式单相电机定子磁极转子短路环

定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋转磁场，使转子转起来。

图中电机的转动方向：顺时针旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先。

单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应用非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电动工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。

三、单相电机的使用

三相异步电动机的单相运行

三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样，电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。使用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若