电机与变压器课件：交流电机

交流电机

交流电机任务1认识交流电动机

任务2认识三相异步电动机

任务3三相异步电动机工作原理分析

任务4三相异步电动机的特性分析

任务5三相异步电动机的运行任务6认识单相异步电动机

任务7认识分相式单相异步电动机任务8认识单相罩极式异步电动机任务9认识三相同步发电机任务10认识三相同步电动机

任务1

认识交流电机知识目标：1.学习三相异步电动机的组成、工作原理及工作特性。2.掌握三相异步电动机的运行原理。3.了解同步电机的工作原理、并联运行及启动。技能目标：1.三相、单相异步电动机的拆装及检测。2.三相异步电动机的相关实验。3.三相、单相异步电动机的运行维护、常见故障及检修。任务1

认识交流电机

交流电机在工农业生产和日常生活当中起着非常重要的作用，你是否认识下面几个电机？

任务1

认识交流电机

所谓交流电动机是指使能实现机械能与交流电能之间互相转换的一种装置或设备。

一、三相异步电动机的种类及用途1.按电源相数分(1)单相异步电动机

用途：主要用于功率较小的家用电器，如电风扇、洗衣机、电冰箱、空调机等。

任务1

认识交流电机

(2)三相异步电动机用途：主要用于拖动功率要求较大的场合，如用于工业上的拖动中小型轧钢机、各种金属切削机床、起重机、风机、水泵等设备中；在农业上，拖动脱粒机、粉碎机、磨粉机以及其他各种农用加工机械等设备中。

任务1

认识交流电机

2.按转子结构不同分(1)笼式

广泛地应用在工农业生产中，作为电力拖动的原动机(2)绕线式

适用于要求起动电流小、起动转矩大和频繁起动的场合，如吊车、电梯、空调压缩机等任务1

认识交流电机

3.按防护形式分(1)开启式适用于清洁、干燥的工作环境(2)防护式适用于比较干燥、少尘、无腐蚀性和爆炸性气体的工作环境(3)封闭式多用于灰尘多、潮湿、易受风雨、有腐蚀性气体、易引起火灾等各种较恶劣的工作环境(4)防爆式适用于易燃、易爆气体工作环境，如有瓦斯的煤矿井下、油库、煤气站等任务1

认识交流电机(1)变极调速多用于笼型异步电动机且调速要求不高的场合。(2)变转差率调速多用于绕线式异步电动机，如起重设备、运输机械的调速等。(3)变频调速多用于调速要求较高场合。4.按调速方式分任务1

认识交流电机二、交流电动机的优缺点1.优点（1）结构简单

，制造方便。（2）运行可靠,价格低廉。（3）对工作环境要求较低。2.缺点（1）功率因数滞后。（2）调速性能较差。任务2

认识三相异步电动机端盖（驱动端）定子

转子风扇

冷空气流

罩壳（非驱动端）三相笼型异步电动机的结构任务2

认识三相异步电动机三相笼型异步电动机的部件图任务2

认识三相异步电动机

三相绕线式异步电动机的结构任务2

认识三相异步电动机三相异步电动机的外形任务2

认识三相异步电动机一、静止部分

三相异步电动机的静止部分主要由定子铁心、定子绕组、机座和端盖组成。

定子铁心的硅钢片任务2

认识三相异步电动机1.定子铁心

※定子铁心用来形成电动机的磁路和安放定子绕组。

※定子铁心用0.35～0.5mm厚表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成。

※定子铁心内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子绕组。任务2

认识三相异步电动机

2.定子绕组

※定子绕组是用来产生旋转磁场的。

※三相绕组有三个独立的绕组组成，且每个绕组又由若干

线圈连接而成。每个绕组即为一相，每个绕组在空间相差120°。

※定子三相绕组的六个出线端都引至接线盒上，首端分别标为U1、V1、W1

，末端分别标为U2、V2、W2

。

※这六个出线端在接线盒里的排列，可以接成星形（Y）或三角形（△）。任务2

认识三相异步电动机定子绕组接线U1V1

W1W2U2V2U1V1

W1W2

U2V23~U1V1

W1W2

U2V23~U1V1

W1U2V2

W2星形联结三角形联结任务2

认识三相异步电动机

3.机座

机座是作为整个电机的支架。在机座上可固定定子铁心和定子绕组，并以前后两个端盖支撑转子转轴。它的外部有散热筋，以增加散热面积，提高散热效果。机座通常用铸铁或铸钢铸造而成。

4.端盖端盖装在机座的两侧，起支撑转子的作用，一般为铸铁件。任务2

认识三相异步电动机二、转动部分电动机的转动部分称为转子，它由铁心、绕组、转轴、风叶等组成。

1.转子铁心

转子铁心作为电机磁路的一部分，并放置转子绕组。一般用0.5mm厚的硅钢片冲制、叠压而成，硅钢片外圆冲有均匀分布的孔，用来安置转子绕组。任务2

认识三相异步电动机

2.转子绕组转子绕组的主要作用是将电能转变成机械能。

转子绕组通过切割定子磁场，产生感应电动势和电流，并在旋转磁场的作用下受力而使转子转动。根据结构的不同可分为鼠笼式转子和绕线式转子。任务2

认识三相异步电动机笼型异步电动机的转子任务2

认识三相异步电动机笼型异步电动机的转子任务2

认识三相异步电动机绕线式异步电动机的转子任务2

认识三相异步电动机绕线型异步电动机的转子任务2

认识三相异步电动机

3.转轴

转轴用以传递转矩及支撑转子的重量。转轴必须具有足够的刚度和强度，以保证负载时气隙均匀及转轴本身不致断裂，一般都由碳钢或合金钢制成。

4.风叶

风叶的作用是用来散热，冷却电动机。风叶可强迫电动机内的空气流动，带走内部的热量，加强散热。一般用塑料制成。任务2

认识三相异步电动机三、其他部分

1.转轴用来连接转动部分与不转部分，目前都采用滚动轴承以减小摩擦。2.转轴端盖保护轴承，使轴承内的润滑油不致溢出。

3.风扇罩风叶罩起保护风叶的作用，同时起安全防护作用。任务2

认识三相异步电动机

4.气隙气隙是电动机磁路的一部分。异步电动机定子、转子之间有一个很小的间隙，称为气隙。当气隙大时，励磁电流也大，使电动机运行时的功率因数降低；但气隙不能太小，否则使电动机装配困难，且运行不可靠。一般中、小型电动机转子与定子间气隙为0.2～1.5mm。任务3三相异步电动机工作原理分析一、旋转磁场1.旋转磁场的产生三相电流→三相绕组→旋转磁场三相绕组任务3三相异步电动机工作原理分析U1U2W2W1V1V2横截面

流入

流出U1V1

W1U2V2

W2任务3

三相异步电动机工作原理分析U1U2V1V2W2W1U←V←W←iu=Imsin

tiv=Imsin(

t－120O)iw=Imsin(

t＋120O)

t=0O

时iu=0，iv＜0，iw

＞0

tOi1Imiu

iv

iw任务3

三相异步电动机工作原理分析U1U2V1V2W2W1NSU1U2V1V2W2W1

t=0O

时iu=0，iv＜0，iw＞0

t=120O

时iu＞0，iv=

0，iw＜

0任务3三相异步电动机工作原理分析U1U2V1V2W2W1U1U2V1V2W2W1

t=240O

时iu＜

0，iv＞0，iw=0

t=360O

时iu=0，iv＜0，iw＞0任务3

三相异步电动机工作原理分析2.旋转磁场的方向

U(iu)→V(iv)→W(iw)※旋转磁场的方向由三相绕组中电流相序决定※改变旋转磁场的方向，只要改变通入定子绕组的电流相序

※将三根电源线中的任意两根对调即可

V(iu)→U(iv)→W(iw)任务3

三相异步电动机工作原理分析3.磁极与转速的关系

同步转速n0

i

变化1周i每秒钟变化50周i每分钟变化(50×60)周

→旋转磁场转1圈→旋转磁场转50圈→旋转磁场转3000圈

n0=3000=60f

(r/min)

同步转速n0的大小怎样改变？

任务3

三相异步电动机工作原理分析

U1U2V1V2W2W1U1V1W1U2V2

W2U3V3

W3U4V4

W4U1每相绕组由一个线圈组成每相绕组由两个线圈串联组成V1V4V2V3U1U3U4U2W4W1W2W3任务3

三相异步电动机工作原理分析

f=50Hz时：

123456300015001000750600500pn0/(r/min)4.转差率转子转速:

n=(1－s)n0转差率:s=n0－nn0任务3

三相异步电动机工作原理分析

起动时

n=0，s=1

理想空载时

n=n0

，s=0

正常运行时

0＜n＜n0

，1＞s＞0

额定运行时

sN=0.01~0.07异步电机的各种运行状态

状态制动状态堵转状态电动机状态理想空载状态发电机状态转子转速转差率n＜0s＞1n=0s=10＜n＜n1

1＞s＞0n=n1s=0n＞n1s＜0任务3

三相异步电动机工作原理分析二、工作原理对称三相绕组通入对称三相电流三相交流电能

旋转磁场（磁场能量）

磁感线切割转子绕组

转子绕组中产生e和

i

转子绕组在磁场中受到电磁力的作用电磁转矩

转子旋转起来

机械负载旋转起来感应任务4

三相异步电动机的特性分析一、三相异步电动机的工作特性异步电动机的工作特性是指在额定电压和额定频率运行的情况下，电动机的转速n、定子电流Is

、功率因数、电磁转矩Te、效率η等与输出功率P2的关系。1.转速特性异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时转速变化的n=f(P2)曲线称为转速特性。电动机的转差率、转子铜耗和电磁功率的关系式为

当电动机空载时，输出功率P2≈0，在这种情况下Ir≈0，由上列关系展示出转差率s差不多与Ir

成正比，所以s≈0，转速接近同步转速。负载增大时，会使转速略有下降，转子电动势增大，所以转子电流Ir

增大，以产生更大一些的电磁转矩和负载转矩相平衡。因此，随着输出功率P2的增大，转差率s也增大，则转速稍有下降。为了保证电动机有较高的效率，在一般异步电动机中，转子的铜耗是很小的，额定负载时转差率为1.5～5%，且电机容量越大，s越小，相应的转速n=(1-s)n1就越高。

所以异步电动机的转速特性为一条稍向下倾斜的曲线（如图3-11中曲线1所示）与并励直流电动机的转速特性极为相似。

任务4

三相异步电动机的特性分析

2.定子电流特性

异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时，定子电流的变化曲线称为定子电流特性。异步电动机的定子电流方程式（即磁动势平衡方程式）为

上面已经说明，空载时，转子电流，此时定子电流几乎全部为励磁电流。随着负载的增大，转子转速下降，转子电流增大，定子电流及磁动势也随之增大，抵消转子电流产生的磁动势，以保持磁动势的平衡。定子电流几乎随P2按正比例增加。异步电动机的工作特性如图3-11中曲线2所示。

任务4

三相异步电动机的特性分析3.功率因数特性

异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时，定子功率因数的变化曲线称为功率因数特性。由异步电动机等效电路求得的总阻抗是电感性的。所以对电源来说，异步电动机相当于一个感性阻抗，其功率因数总是滞后的，它必须从电网吸收感性无功功率。空载时，定子电流基本上是励磁电流，主要用于无功励磁，所以功率因数很低，约为0.1～0.2。当负载增加时，转子电流的有功分量增加，定子电流的有功分量也随之增加，即可使功率因数提高。在接近额定负载时，功率因数达到最大。由于在空载到额定负载范围内，电动机的转差率s很小，而且变化很小，所以转子功率因数角几乎不变，但负载超过额定值时，s值就会变得较大，因此变大，转子电流中的无功分量增加，因而使电动机定子功率因数又重新下降。功率因数特性如图7-16中曲线3所示。任务4

三相异步电动机的特性分析

4.电磁转矩特性

异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时，电磁转矩的变化曲线称为电磁转矩特性。稳态运行时，异步电动机的转矩平衡方程式为

因为输出功率，所以

异步电动机的负载不超过额定值时，转速n和角速度

变化很小。而空载转矩T0又可认为基本上不变。

电磁转矩特性近似为一条斜率为1/

的直线（见图3-11的曲线4）。任务4

三相异步电动机的特性分析

5.效率特性

异步电动机在额定电压和额定频率下，输出功率变化时，效率的变化曲线称为效率特性。

任务4

三相异步电动机的特性分析二、三相异步电动机的功率当异步电动机以转速n稳定运行时，从电源输入的功率为三、三相异步电动机的电磁转矩异步电动机的电磁转矩是由旋转磁场的每极磁通与转子电流相互作用而产生的。电磁转矩的大小与转子绕组中的电流及旋转磁场的强弱有关。经理论证明，它们的关系为：任务4

三相异步电动机的特性分析四、三相异步电动机的机械特性1.基本概念三相异步电动机的机械特性是指在定子电压、转子电阻、频率和其他参数固定的条件下，电磁转矩与转差率（或转速）之间的函数关系，得出的曲线图称为机械特性曲线。任务4

三相异步电动机的特性分析2.固有机械特性

当U1、f1、R2、X2=常数时：

T=f(s)——转矩特性

n=f(T)——机械特性当U1L=

U1N、f1=fN，且绕线型转子中不外串电阻或电抗时的特性称为

固有特性。

任务4

三相异步电动机的特性分析工作段n0TnONnNTN额定状态（N点）

额定状态是指各个物理量都等于额定值的状态。N点：n=nN，s=sN

，

T=TN，P2=PN。

额定状态说明了电动机

长期运行的能力

TL≤TN，P2≤

PN，I1≤

IN。

sN=0.01~0.09很小，T

增加时，n下降很少——硬特性。任务4

三相异步电动机的特性分析临界状态（M

点）

对应s=sM，T=

TM

的状态。

临界状态明了电动机的短时过载能力。

过载倍数αMT=TMTN

Y系列三相异步电动机

MT

=2~2.2n0nTOMnMTM

临界转速

任务4

三相异步电动机的特性分析

堵转状态（S

点）

对应s=1，n=0的状态。

——又称为起动状态。

堵转状态说明了电动机直接起动的能力。

起动条件

(1)TS>(1.1~1.2)TL。

(2)IS＜允许值。

起动转矩倍数

ST=TSTN

起动电流倍数

SC=ISIN

Y系列三相异步电动机

ST=1.6~2.2

SC=5.5~7.0n0TnOSTS任务4

三相异步电动机的特性分析3、人为特性（1）降低定子电压时的人为特性SM与U1无关，T

正比于

U12sMTsOU1'U1"sMnTOU1'U1"任务4

三相异步电动机的特性分析

（2）增加转子电阻时的人为特性sM正比于

R2，TM与R2

无关。TMTsOR2'<R2"R2'R2"nTOTMR2'R2"R2'<R2"任务4

三相异步电动机的特性分析R2增加后，TST大小则与R2和

X2的相对大小有关。

当R2＜X2时，sM＜1，R2

→TST

。

当R2=X2时，sM=1，TS=

TM。

当R2＞X2时，sM＞1，R2

→TST

。

TsOTMR2＜X2R2=X2R2＞X2R2'

＜R2"sM＜1sM＞1sM=1任务4

三相异步电动机的特性分析（3）定子回路串三相对称电抗的人为机械特性定子回路串入三相对称电抗的人为机械特性与串电阻的相似，只是这种情况下电抗不消耗有功功率，而串电阻时电阻消耗有功功率。

（4）转子回路串三相对称电阻的人为机械特性

绕线式三相异步电动机通过滑环，可以把三对称电阻串入转子回路后再三相短路。转子回路串入电阻并不影响同步转速。因为最大电磁转矩与转子回路电阻无关，即转子串入电阻后不变。由于临界转差率与转子回路电阻成正比，当转子串入电阻后增大。任务4

三相异步电动机的特性分析任务5

三相异步电动机的运行一、三相异步电动机的反转

当改变通入电动机定子绕组的三相电源相序，即把接入电动机三相电源进线中的任意两相对调接线时，电动机就可以反转。如图所示是利用接触器使电动机反转的原理图。线路中采用了两个接触器KM1或KM2，即正转用的接触器KM1、反转用的接触器KM2。当把接入电动机三相电源进线中的任意两相对调接线时，就会实现了电动机反转的转换。二、三相异步电动机的启动

三相异步电动机定子绕组接入电网后，转子从静止状态到稳定运行状态的过程，称为异步电动机的启动。

在电力拖动系统中，通常要求电动机应具有足够大的启动转矩，以拖动负载较快地达到稳定运行状态，而启动电流又不要太大，以免引起电网电压波动过大，而影响电网上其它负载的正常工作。因此，衡量异步电动机启动性能的主要指标是启动转矩倍数KT和启动电流倍数KI

。一般笼型异步电动机的启动电流倍数

启动转矩倍数任务5

三相异步电动机的运行1.直接启动

直接启动就是利用开关或接触器将电动机的定子绕组直接接到具有额定电压的电网上，也称为全压起动。优点：启动设备少，线路简单，维修量较小缺点：启动电流大，会引起其他设备的正常工作。直接启动应满足：1.小容量的电动机（PN≤7.5kW）2.电动机容量满足如下要求：ISTINKI=≤≤14〔〕3+电源总容量(kV·A)电动机容量(kW)任务5

三相异步电动机的运行2.降压启动若电动机容量较大，起动电流倍数不满足上述公式，则不能直接起动。此时，若仍是轻载起动，起动时的主要矛盾是起动电流大而电网允许冲击电流有限的矛盾，对此只要减小起动电流才能予以解决。而对于笼型异步电动机，减小起动电流的主要方法就是降低电压。降低笼型异步电动机定子绕组的电压来起动的方法，称为降压起动。

由于起动转矩与电源电压的平方成正比，所以在减小起动电流的同时，起动转矩也减小了。这说明降压起动方法都会使起动转矩降低，不能用于满负载起动，只适用于轻载或空载起动场合。

常见的降压启动方法有定子绕组串接电阻降压启动、自耦变压器降压启动、星形（Y）——三角形（△）降压启动、延边三角形降压启动等等。任务5

三相异步电动机的运行（1）定子串电阻降压起动3~RSQ1FUQ2M3~运行M3~XSQ1FUQ23~任务5

三相异步电动机的运行（2）自耦变压器降压起动适用于：适用于Y型或△形接法的电动机。TA3~UNQ1FUQ2M3~任务5

三相异步电动机的运行3~UNQ1FUQ2TAM3~起动任务5

三相异步电动机的运行TA3~UNQ1FUQ2M3~运行任务5

三相异步电动机的运行（3）

星形－三角形减压起动（Y－

起动）适用于：正常运行为△形联结的电动机。3~UN3~UNQ1FUQ2U1U2V1V2W1W2任务5

三相异步电动机的运行（1）

星形－三角形减压起动（Y－

起动）适用于：正常运行为△形联结的电动机。3~UNQ1FUQ2U1U2V1V2W1W2任务5

三相异步电动机的运行（1）

星形－三角形减压起动（Y－

起动）适用于：正常运行为△形联结的电动机。Q23~UNQ1FUU1U2V1V2W1W2任务5

三相异步电动机的运行

Y－

起动的使用条件

(1)正常运行时应采用

形连接的电动机。(2)ISTY＜Imax（线路中允许的最大电流）。(3)TSTY＞(1.1～1.2)TL。任务5

三相异步电动机的运行（4）延边三角形降压起动(a)直接启动(b)延边三角形启动自耦变压器降压启动延边三角形起动具有体积小、质量轻、允许经常起动等优点，而且采用不同的抽头比例，可以得到延边三角形联结法的不同相电压，其值比星形-三角形换接起动时星形联结法的电压值高，因此其起动转矩比星形-三角形换接起动时大，它能用于重载起动。任务5

三相异步电动机的运行3.绕线式异步电动机的启动

中、大容量电动机重载启动时，启动的两种矛盾同时起作用，问题最尖锐。如果上述特殊形式的笼型电动机还不能适应，则只能采用绕线式异步电动机了。在绕线式异步电动机的转子上串接电阻时，如果阻值选择合适，可以既增大起动转矩，又减小起动电流，两种矛盾都能得到解决。三相绕线式异步电动机的启动方法通常有转子串接电阻启动和转子串接频敏变阻器启动两种方法。（1）转子串电阻启动

绕线式异步电动机的转子是三相绕组，它通过集电环与电刷可以串接附加电阻，因此可以实现一种很理想的启动方法。即在启动时，在转子绕组中串接适当的启动电阻，以减小启动电流，增加启动转矩,启动完毕后，将启动电阻从转子电路中切除，使电动机在额定状态下运行。任务5

三相异步电动机的运行任务5

三相异步电动机的运行转子串联电阻启动原理图（2）转子串频敏变阻器启动

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。

频敏变阻器任务5

三相异步电动机的运行三、三相异步电动机的调速1.转差功率消耗型异步电动机调速方法

转差功率消耗型是将全部转差功率都转换成热能消耗掉。它是以增加转差功率的消耗来换取转速的降低（恒转矩负载时），这类调速方法的效率最低。转差功率消耗型调速方法主要有改变定子电压调速法、转子电路串接电阻调速法等（1）改变定子电压调速

异步电动机在同步转速和临界转差率保持不变的情况下，输出转矩与所加定子电压的平方成正比。因此，改变定子电压就可以改变其机械特性的函数关系，从而改变电动机在一定输出转矩下的转速。

任务5

三相异步电动机的运行n0TnOnMUNTLU1TLn0TnOnMUNU1TL①.调速方向

U1(＜UN)↓→n↓②.调速范围较小。③.调速的平滑性若能连续调节U1，

n

可实现无级调速。任务5

三相异步电动机的运行④.调速的稳定性稳定性差。⑤.调速的经济性经济性较差。

(1)需要可调交流电源。

(2)cos

1和

均较低。⑥.调速时的允许负载既非恒转矩调速，又非恒功率调速。

（2）转子电路串电阻调速这种方法只适用于绕线式异步电动机。任务5

三相异步电动机的运行M3~3~RrKMn0TnOTMR2R2+RrTL①.调速方向n

②.调速范围较小③.调速的平滑性取决于Rr

的调节方式④.调速的稳定性稳定性差⑤.调速的经济性初期投资不大，但运行效率较低⑥.调速时的允许负载恒转矩调速任务5

三相异步电动机的运行2.转差功率回馈型异步电动机调速方法——串级调速

转差功率回馈型是将转差功率的一部分消耗掉，大部分则通过变流装置回馈电网或转化成机械能予以利用，转速越低时，回收的功率越多。针对上述串电阻调速存在的低效问题，设想如果在绕线式异步电动机转子电路中串入附加电动势来取代电阻，通过电动势这样一种电源装置吸收转子上的转差功率，并回馈给电网，以实现高效平滑调速，这就是串级调速的思想。

根据电机的可逆性原理，异步电机既可以从定子输入或输出功率，也可以从转子输入或输出转差功率，因此同时从定子和转子向电机馈送功率也能达到调速的目的。任务5

三相异步电动机的运行串级调速的调速性能①调速方向②调速范围

较大。③调速的平滑性平滑性好。④调速的稳定性稳定性好。⑤调速的经济性初期投资大,运行效率较高,运行费用不大。⑥调速时的允许负载恒转矩调速任务5

三相异步电动机的运行3.转差功率不变型异步电动机调速方法

转差功率中转子铜损部分的消耗是不可避免的，但由于这类调速方法无论转速高低，转差率均保持不变，所以转差功率的消耗也基本不变，因此效率最高。这类调速方法主要有变极调速和变频调速两种。n0TnOYYY0.5n0TLn0TnO△YY0.5n0TL任务5

三相异步电动机的运行①.调速方向Y(△)→YY：n

YY→Y(

)：n

②.调速范围2-4③.调速的平滑性平滑性差④.调速的稳定性稳定性好⑤.调速的经济性经济性好。⑥.调速时的允许负载YY－Y——

恒转矩调速

YY－

（近似）恒功率调速任务5

三相异步电动机的运行（2）变频调速n0TnOn0'f1＜fN，=常数U1f1

TLn0TnOn0'f1＞fNU1L=UNTLM3~3~

直流逆变电路控制电路

U、f可变整流电路50Hz任务5

三相异步电动机的运行

①.调速方向

f1＜fN时：n

,f1＞fN时：n

②.调速范围

较大

③.调速的平滑性平滑性好（无级调速）④.调速的稳定性稳定性好

⑤.调速的经济性初期投资大；运行费用不大⑥.调速时的允许负载

f1＜fN时——恒转矩调速

f1＞fN时时——恒功率调速任务5

三相异步电动机的运行

变频器

任务5

三相异步电动机的运行四、三相异步电动机的制动

三相异步电动机工作在制动状态时，电动机的电磁转矩方向与转子转动方向相反，起着制止转子转动的作用，电动机由轴上吸收机械能，并转换成电能。电动机制动作用有制动停车、加快减速过程和变加速运动为等速运动等三种，制动的方法主要有能耗制动、反接制动和回馈制动三种。1.能耗制动

将转子的动能转换成电能，消耗在转子回路中，所以称为能耗制动。采用能耗制动使电动机转速下降为零时，其制动转矩也降为零，因此能耗制动可用于反抗性负载准确停机，也可使位能负载匀速下放。任务5

三相异步电动机的运行

制动原理制动前

Q1合上，Q2断开，

M为电动状态。制动时

Q1断开，Q2合上。定子:U→I1→Φ

转子:n→E2→I2M为制动状态。M3~3~Q1＋U－Q2

Rb×ΦI1I1FnFT任务5

三相异步电动机的运行2.反接制动实现异步电动机的反接制动有转速反向与定子两相对调两种方法。(1)转速反向的反接制动

这种反接制动相当于直流电动机的电势反向反接制动，适用于位能性负载的低速下放，也称为倒拉反接制动.任务5

三相异步电动机的运行（2)定子两相对调反接制动

异步电动机定子两相反接制动也称为电压反接制动，其接线原理图如图所示。制动前的电路3~M3~3~M3~Rb制动时的电路任务5

三相异步电动机的运行3.再生发电制动

当电动机所带负载是位能负载时(如起重机)，由于外力的作用（如起重机在下放重物时），电动机的转速

超过同步转速

，电动机处于发电状态，定子电流方向反了，电动机转子导体的受力方向也反了，驱动力矩变成了制动力矩，即电动机是将机械能转化为电能，向电网反送电，这种制动方法称为回馈制动。因它制动经济性较好，常用于起重机、电力机车和多速电动机中。任务5

三相异步电动机的运行重物时的回馈制动3~M3~RbGTTLnOnTTLn0反接制动d－n0反向电动回馈制动acb任务5

三相异步电动机的运行任务6认识单相异步电动机一、单相异步电动机的结构单相异步电动机在结构上与三相笼形异步电动机类似，转子绕组也为一笼形转子。定子上有一个单相工作绕组和一个启动绕组，为了能产生旋转磁场，在启动绕组中还串联了一个电容器，其结构如图所示。二、单相异步电动机的工作原理单相异步电动机的定子绕组通入单相交流电后，产生一个大小和方向按正旋规律周期性变化，但磁场轴线位置不变（定子绕组轴线方向）的脉动磁场。此脉动磁场可以分解为两个大小一样、转速相等、旋转方向相反的旋转磁场B1、B2

。任务6认识单相异步电动机任务6认识单相异步电动机顺时针方向转动的旋转磁场B1对转子产生顺时针方向的电磁转矩；逆时针方向转动的旋转磁场B2对转子产生逆时针方向的电磁转矩。由于在任何时刻这两个电磁转矩都大小相等、方向相反，也就是说单相异步电动机的起动转矩为零，无法自行起动。如果起动时用外力朝任意一个方向拨动电动机的转子，则转子两边产生的电磁转矩就有了差距，就会产生该方向的合成转矩，电动机就会朝着被拨动的方向旋转起来。任务6认识单相异步电动机三、单相异步电动机的分类根据获得起动转矩的方式不同，单相异步电动机主要分为罩极式和分相式两大类。

单相异步电动机罩极式分相式单相电容起动异步电动机单相电容运行异步电动机单相电阻起动异步电动机双值电容单相异步电动机任务6认识单相异步电动机任务7认识分相式单相异步电动机一、单相电阻起动式异步电动机图示为单相电阻起动式异步电动机的原理图。图中“1”为主绕组，匝数比启动绕组多，主要呈感性。“2”为启动绕组，匝数较少、导线较细，相对于主绕组呈阻性。由电流、电压矢量图可以看出，工作时启动绕组中的电流I2超前于工作绕组的电流I1一个φ角，两者之间有一定的相位差，从而可以形成旋转磁场,产生起动转矩。二、单相电容起动式异步电动机图示为单相电容起动式异步电动机的原理图。电动机的启动绕组中串联了一个电容器，选择合适的电容量，可使工作绕组与启动绕组的电流相位差接近90

，产生旋转磁场。任务7认识分相式单相异步电动机三、单相电容运行式异步电动机图示为单相电容运行式异步电动机的原理图。与电容启动式电动机相比较，其启动绕组中不串起动开关S，因此启动绕组和启动电容器在电动机启动后也参与运行，因此称为电容运行式异步电动机。任务7认识分相式单相异步电动机四、双值电容单相异步电动机为了使电动机的起动和运行性能都比较好，可以在启动绕组中串联两个相互并联的电容器，其中C1与启动开关S串联。电动机启动时，两个电容器都参与工作；启动结束，由S断开启动电容器，只有C2参与运行，这样电动机的启动与运行性能都能得到保障。任务7认识分相式单相异步电动机五、分相式单相异步电动机的反转和调速1.反转要想使单相异步电动机反转，必须使旋转磁场反转。改变单相异步电动机的起动绕组或工作绕组的电流方向，就可以改变单相异步电动机的转向，电路原理如图所示。※把工作绕组或起动绕组的首端和尾端与电源的接线对调※将电容从一个绕组改接到另一个绕组

任务7认识分相式单相异步电动机2.调速通过改变电源电压或电动机结构参数的方法，从而改变电动机转速的过程，称为调速。单相异步电动机的主要调速方法一般有串电抗器调速、绕组抽头调速和晶闸管调速等。※串电抗器调速

将电动机主、副绕组并联后再与电抗器串联。调速开关接高速档，电机绕组直接接电源，转速最高；调速开关接中、低速档，电机绕组串联不同的电抗器，总电抗增大，转速降低。任务7认识分相式单相异步电动机※绕组抽头调速

绕组抽头法调速，实际上是把电抗器调速法的电抗嵌入定子槽中，通过改变中间绕组与主、副绕组的连接方式，来调整磁场的大小和椭圆度，从而调节电动机的转速。实际应用中有L型和T型绕组抽头调速两种方法。◈

L型绕组抽头调速任务7认识分相式单相异步电动机◈

T型绕组抽头调速任务7认识分相式单相异步电动机※晶闸管调速晶闸管调压调速是通过改变晶闸管的导通角来改变电动机的电压波形，从而改变电压的有效值已达到调速的目的。任务7认识分相式单相异步电动机任务8认识单相罩极式异步电动机一、罩极式单相异步电动机的结构罩极式电动机的转子是笼型的,定子有凸极式和隐极式两种。图为凸极式罩极电动机结构示意图。在凸出的定子磁极约1/3处开一小槽,套入罩极线圈(一个短路铜环),作为副绕组,凸极上的另一个线圈作为主绕组。转子罩极定子绕组定子铁芯二、罩极式单相异步电动机的工作原理当定子绕组通入电流产生脉动磁场后，有一部分磁通穿过铜环，使铜环内产生感应电动势和感应电流。根据楞次定律，铜环中的感应电流所产生的磁场，阻止铜环部分磁通的变化，结果使得没套铜环的那部分磁极中的磁通与套有铜环的这部分磁极内的磁通有了相位差，即Φ2滞后于Φ1,这种相位差相当于磁场未罩的部分向被罩的部分连续移动,磁场的中心线始终是由磁极的未罩部分移向被罩部分。随着定子绕组中电流变化率的改变，单相异步电动机定子磁场的方向也就不断发生变化，在电动机内形成了一个旋转磁场。在这个旋转磁场的作用下，电动机的转子就能够起动起来了。任务8认识单相罩极式异步电动机罩极式单相异步电动机的工作原理任务8认识单相罩极式异步电动机三、罩极式单相异步电动机的优、缺点

优点结构简单、制造方便、成本低、运行时噪声小、维护方便

缺点起动