電工技術(shù)（西電第二版）第7章異步電動(dòng)機(jī)

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1、第 7 章異 步 電 動(dòng) 機(jī),,7.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性 7.3三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌 7.4三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 7.5三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 7.6三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng) 7.7三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇 7.8單相異步電動(dòng)機(jī) 本章小結(jié),7.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理7.1.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)三相異步定動(dòng)機(jī)由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩個(gè)重要部分組成， 定子和轉(zhuǎn)子之間由氣隙隔開(kāi)。 圖7-1為（鼠籠型）三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。,,,圖7-1 三相異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 （a） 外形圖；（b） 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,1. 定子定子由定子鐵芯、 定子繞組

2、、 機(jī)座和端蓋等組成。 機(jī)座的主要作用是用來(lái)支撐電機(jī)各部分部件， 因此機(jī)座應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度， 通常用鑄鐵制成。 為了減少渦流和磁滯損耗， 定子鐵芯用0.5 mm厚的涂有絕緣漆的硅鋼片疊成， 鐵芯內(nèi)圓周上有許多均勻分布的槽， 槽內(nèi)嵌放定子繞組， 如圖7-2所示。,,,圖7-2 三相異步電動(dòng)機(jī)的定子 (a) 定子鐵芯； (b) 定子嵌線后,定子繞組分布在定子鐵芯的槽內(nèi)， 小型電動(dòng)機(jī)通常用漆包線繞制， 三相繞組在定子內(nèi)圓周空間彼此相隔120， 共有六個(gè)出線端， 分別引至電動(dòng)機(jī)接線盒的接線柱上，三相定子繞組可以聯(lián)接成星形或三角形， 如圖7-3所示。 其接法根據(jù)電動(dòng)機(jī)的額定電壓和三相電源電壓而定

3、， 通常三個(gè)繞組的首端分別用U1、V1、W1表示，末端分別用U2、V2、W2表示。,,,圖7-3 三相定子繞組的接法 （a） 星形聯(lián)接; （b） 三角形聯(lián)接,2. 轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子繞組形式不同， 可分為繞線式和鼠籠式兩種。 繞線式轉(zhuǎn)子的繞組和定子繞組一樣， 也是三相繞組， 繞組的三個(gè)末端接在一起（Y形）， 三個(gè)首端分別接在轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)彼此絕緣的銅制滑環(huán)上， 再通過(guò)滑環(huán)上的電刷與外電路的電阻器相接， 以便調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速或改變電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能， 如圖7-4所示。,,,圖7-4 繞線式轉(zhuǎn)子 （a） 繞線式轉(zhuǎn)子外形圖; （b） 等效電路; （c） 繞線式電動(dòng)機(jī)外形,鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組可在轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)插入銅

4、條， 兩端再用兩個(gè)銅環(huán)焊接而成， 若把鐵芯拿出來(lái)， 整個(gè)轉(zhuǎn)子繞組外形很像一個(gè)鼠籠， 故稱鼠籠式電動(dòng)機(jī)。 對(duì)于中小功率的電機(jī)， 目前常用鑄鋁工藝把鼠籠式繞組及冷卻用的風(fēng)扇葉片一同鑄成， 如圖7-5所示。,,,圖7-5 鼠籠式轉(zhuǎn)子 (a) 銅條轉(zhuǎn)子； (b) 鑄鋁轉(zhuǎn)子； (c) 外形圖,7.1.2 工作原理1. 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組是空間對(duì)稱的三相繞組， 即U1-U2、 V1-V2和W1-W2，空間位置相隔120， 若將它們作星形聯(lián)接， 如圖7-6所示。,,,圖7-6 三相定子繞組的布置,將U2、V2、W2連在一起， U1、V1、 W1分別接三相對(duì)稱電源的U、 V、 W三個(gè)端子，

5、就有三相對(duì)稱電流流入對(duì)應(yīng)的定子繞組， 即iU=Im sintiV=Im sin(t120)iW=Im sin(t+120)其波形如圖7-7所示。 ,,,圖7-7 電流波形,由波形圖可看出， 在t=0時(shí)刻， iU=0，iV為負(fù)值， 說(shuō)明iV的實(shí)際電流方向與參考方向相反， 即從V2流入， 用表示， V1流出， 用表示； iW為正值， 說(shuō)明實(shí)際電流方向與iW的參考方向相同， 即從W1流入， 用表示， W2流出， 用表示。 根據(jù)右手螺旋定則， 可判斷出轉(zhuǎn)子鐵芯中的磁力線的方向是自上而下， 相當(dāng)于定子內(nèi)部是N極在上S極在下的一對(duì)磁極在工作， 如圖7-8（a）所示。,,,,圖7-8 一對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) （

6、a） t=0; (b) t=120; (c) t=240; (d) t=360,當(dāng)t =120時(shí)， iU為正值， 電流從U1流入， 用表示， U2流出， 用表示；iV=0； iW為負(fù)值， 電流從W2流入， 用表示， W1流出， 用表示。 則合成磁場(chǎng)如圖7-8（b)所示， 從圖可以看出， 合成磁場(chǎng)在空間上沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)了120。,當(dāng)t =240時(shí)， 同理， 合成磁場(chǎng)如圖7-8（c)所示， 從圖可以看出， 它又沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)了120。 當(dāng)t=360時(shí)， 與t=0時(shí)刻相同， 合成磁場(chǎng)沿順時(shí)針又轉(zhuǎn)過(guò)了120， NS磁極回到t =0時(shí)刻的原來(lái)位置， 如圖7-8（d)所示。,,在定子鐵芯內(nèi)相當(dāng)于一對(duì)N

7、、 S磁極在旋轉(zhuǎn)。 若把定子鐵芯的槽數(shù)增加為12個(gè)， 即每相繞組由兩個(gè)串聯(lián)的線圈構(gòu)成， 相當(dāng)于把圖7-6中空間360分布6槽的三相繞組， 壓縮在180的空間， 顯然每個(gè)線圈在空間相隔不再是120， 而是60， 如圖7-9所示。 若在U1、 V1、 W1三端通三相交流電， 同理， 在定子鐵芯內(nèi)可形成兩對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)， 如圖7-10所示。,,,圖7-9 四極電動(dòng)機(jī)定子繞組的結(jié)構(gòu)布置接線圖,,圖7-10 四極電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) (a) t=0; (b)t=120; (c) t=240; (d) t=360,2. 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向一對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)電流每交變一次， 磁場(chǎng)就旋轉(zhuǎn)一周。 設(shè)電源的頻率為

8、f1， 即電流每秒鐘變化f1次， 磁場(chǎng)每秒鐘轉(zhuǎn)f1圈， 則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1=f1(r/s)，習(xí)慣上用每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)表達(dá)轉(zhuǎn)速： n1=60f1 (r/min),,兩對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)， 電流每變化f1次， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)f1/2圈， 即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為n1=60f12 (r/min)以此類推， P對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)， 電流每交變一次， 磁場(chǎng)就在空間轉(zhuǎn)過(guò)1/P周，因此， 轉(zhuǎn)速應(yīng)為n1=60f1P (r/min) (7-1),,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1也稱為同步轉(zhuǎn)速， 由式（7-1）可知， 它取決于電源頻率和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)。 我國(guó)的工頻為50 Hz， 因此， 同步轉(zhuǎn)速與磁極對(duì)數(shù)的關(guān)系如表7-

9、1所示。,,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向是由通入定子繞組的三相電源的相序決定的。 由圖7-6可知， 定子繞組中電流的相序按順序U-V-W排列， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)； 如果將三相電源中任意兩相對(duì)調(diào)， 例如V和W兩相互換， 則定子繞組中的電流相序?yàn)閁-W-V， 應(yīng)用前面講的分析方法， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向也相應(yīng)地改變?yōu)槟鏁r(shí)針?lè)较颉?,3. 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)原理圖7-11為三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理示意圖。 為簡(jiǎn)單起見(jiàn)， 圖中用一對(duì)磁極來(lái)進(jìn)行分析。,圖7-11 三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理圖,為了更清楚地分析異步電動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程， 需要引入轉(zhuǎn)差率s這個(gè)參數(shù) (7-2) 轉(zhuǎn)差率是用來(lái)表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速

10、與同步轉(zhuǎn)速之差的相對(duì)程度的一個(gè)物理量， 其中n=n1n為轉(zhuǎn)速差。 當(dāng)定子繞組接通電源的瞬間， 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=0， 此時(shí)s=1， 轉(zhuǎn)差率最大；穩(wěn)定運(yùn)行以后，電機(jī)的轉(zhuǎn)速n比較接近同步轉(zhuǎn)速n1，此時(shí)s很小， 額定轉(zhuǎn)差率約為0.010.08左右； 空載時(shí)， 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可以很接近同步轉(zhuǎn)速, 即s0， 但s=0的情況在實(shí)際運(yùn)行時(shí)是不存在的。,,,例7-1 一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)， 其極對(duì)數(shù)是2， 電源頻率為工頻， 若轉(zhuǎn)差率s=0.02，該電機(jī)的轉(zhuǎn)速是多少？解 首先求同步轉(zhuǎn)速,,,,r/min,因?yàn)?,所以 n=n1(1s)=1500(10.02)=1470 r/min,,7.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性

11、1.定子電路的電動(dòng)勢(shì)當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組接通三相電源后， 定子繞組因切割磁力線而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)， 其有效值為 E1=4.44f1K1N1 (7-3),,式中, f1為三相電源頻率； K1為定子繞組系數(shù)， 與定子繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)， 略小于1；N1為定子每相繞組匝數(shù)； 為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的每極磁通， 通常指忽略漏磁后每極下的主磁通m。 在忽略定子繞組本身的阻抗壓降及漏磁通之后， 可認(rèn)為感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與外加電壓的有效值近似相等， 即U1E1， 因此可以求得,,,,(7-4）,2. 轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)， 轉(zhuǎn)速n=0， 轉(zhuǎn)差率s=1。 此時(shí)轉(zhuǎn)子不動(dòng)， 轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的副邊， 其

12、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可用式（7-4）來(lái)求得E20=4.44f20K2N2=4.44f1K2N2 (7-5)式中, K2為轉(zhuǎn)子繞組系數(shù)， 與轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)， 略小于1；f20為啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)子繞組的頻率， 與定子頻率f1相等。,,當(dāng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后并以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)時(shí)， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速差(n1n)=sn1不斷減小， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度下降了s倍， 此時(shí)的轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)頻率比轉(zhuǎn)子靜止的情況下減小， 應(yīng)為,,,（7-6）,故轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為 E2=4.44f2K2N2=4.44sf1K2N2=sE20 (7-7),3. 轉(zhuǎn)子電流I2 轉(zhuǎn)子繞組的阻抗Z2=R2+jX2， 其中R2是轉(zhuǎn)子

13、繞組本身的電阻， 固定不變。 X2卻和頻率f2有關(guān)， 即 X2=2f2L2=2sf1L2=sX20 (7-8)式中, L2為轉(zhuǎn)子繞組電感值； X20為轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的感抗。,,則轉(zhuǎn)子電流為,,,(7-9),式(7-9)說(shuō)明轉(zhuǎn)子電流I2與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)， 轉(zhuǎn)子電流I2隨轉(zhuǎn)差率 s的增大而增加。 由于轉(zhuǎn)子電路中有感抗的存在， 所以轉(zhuǎn)子電流I2比感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E2要滯后相位角j2， 轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)為,os,=,cosj2=,,(7-10),4. 定子電流I1定子電流和轉(zhuǎn)子電流之間的關(guān)系與變壓器相似， 即,,則,,(7-11）,式中, Ki為異步電動(dòng)機(jī)的電流變換系數(shù)， 與定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu)

14、有關(guān)。,7.2.1 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流的有功分量和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的每極磁通成正比， 即 T=CTI2 cosj2 (7-12)式中, CT為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)， 與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)； 為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的每極磁通， 單位為Wb， 電流的單位為A，所以電磁轉(zhuǎn)矩的單位為N m。,,旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁通可通過(guò)式(7-4)求得， 即,,,轉(zhuǎn)子電流I2可由式（7-9）和式（7-5）求得， 即,,將上兩式及式(7-10)代入式（7-12）， 可得,,,(7-13）,式中, C是與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和電源頻率有關(guān)的常數(shù)， 轉(zhuǎn)子每相的電阻和靜止時(shí)的感抗通常也是常數(shù)。 因此， 當(dāng)電源電壓一定時(shí)， 電磁轉(zhuǎn)矩為

15、轉(zhuǎn)差率的函數(shù)， 即T=f(s)， 其曲線稱異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性曲線， 如圖7-12所示。,,圖7-12 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性,7.2.2 機(jī)械特性根據(jù)式（7-13）和式（7-2）可畫(huà)出機(jī)械特性曲線， 如圖7-13所示， 與圖7-12比較可以看出， 圖7-13是在圖7-12的基礎(chǔ)上把轉(zhuǎn)差率換成了轉(zhuǎn)速， 并把坐標(biāo)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了90即可。 它直接反映了電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。 圖中的Tst為電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。,,,圖7-13 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,1. 穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)由圖7-13可知， 以最大轉(zhuǎn)矩為界， 曲線分為兩個(gè)不同特征的區(qū)域。 上邊為穩(wěn)定區(qū)，下邊為不穩(wěn)定區(qū)。,,,圖7-13 三相異步

16、電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,圖7-14所示是一個(gè)自適應(yīng)過(guò)程的曲線圖， 設(shè)當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為Ta時(shí)， 電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行于a點(diǎn)， 此時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩也等于Ta， 轉(zhuǎn)速為na； 若負(fù)載轉(zhuǎn)矩改變?yōu)門b， 由于慣性， 速度不能突變， 負(fù)載改變后的最初的電磁轉(zhuǎn)矩仍為Ta，則由于TTL， 電機(jī)加速， 工作點(diǎn)上移， 電磁轉(zhuǎn)矩減小， 直到過(guò)渡過(guò)程到達(dá)b點(diǎn)， 電磁轉(zhuǎn)矩等于Tb， 轉(zhuǎn)速不再上升， 電機(jī)便運(yùn)行于b點(diǎn)， 電機(jī)在新的轉(zhuǎn)速下開(kāi)始穩(wěn)定運(yùn)行，完成一次自適應(yīng)調(diào)節(jié)過(guò)程。,,,圖7-14 自適應(yīng)過(guò)程曲線圖,2. 三個(gè)重要的轉(zhuǎn)矩(1) 額定轉(zhuǎn)矩TN。 額定轉(zhuǎn)矩是指電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載的情況下， 其軸上輸出的轉(zhuǎn)矩。 由于電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)， 其電磁轉(zhuǎn)矩等

17、于負(fù)載轉(zhuǎn)矩， 所以可以用額定電磁轉(zhuǎn)矩來(lái)表示額定輸出轉(zhuǎn)矩。 電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩可以通過(guò)電機(jī)銘牌上的額定功率和額定轉(zhuǎn)速來(lái)求得， 由物理學(xué)可知P2=T,,則,,,(7-14）,式中, 為電機(jī)的角速度， 單位為rad/s； P2為額定輸出功率， 單位為kW， n的單位為r/min， 則T的單位為N m。,（2） 最大轉(zhuǎn)矩Tm。 最大轉(zhuǎn)矩是指電動(dòng)機(jī)所能提供的極限轉(zhuǎn)矩， 它是對(duì)應(yīng)于臨界轉(zhuǎn)差率的臨界轉(zhuǎn)矩，可用數(shù)學(xué)方法求得。 對(duì)式（7-13）求s的導(dǎo)數(shù)， 令其等于零， 即,,,則,,(7-15）,將上式代入式（7-13）， 可得,,,(7-16）,通常用最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比來(lái)描述電機(jī)的過(guò)載情況， 這個(gè)比值稱

18、為過(guò)載系數(shù)， 用表示， 即,,(3) 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst。 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩是指電動(dòng)機(jī)剛接通電源以后， 電機(jī)尚未轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)， 即轉(zhuǎn)速為0時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩。 電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)圖7-13中的n=0, s=1所在點(diǎn)， 即,,,(7-17）,異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)能力用啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值來(lái)表示， 即 (7-18） 一般鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)能力較差， 為0.82.2， 所以有時(shí)采用輕載啟動(dòng)； 繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子可以通過(guò)滑環(huán)外接的電阻器來(lái)調(diào)節(jié)器啟動(dòng)能力。,,,例7-2 已知兩臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)額定功率都是10 kW， 但轉(zhuǎn)速不同。 其中n1N=2930 r/min， n2N=1450 r/min， 如果過(guò)載系數(shù)都是

19、2.2， 求它們的額定轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩。 解 根據(jù)式（7-14）有 第一臺(tái)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為,,,N m,最大轉(zhuǎn)矩為 T1m=2.232.6=71.7 N m 第二臺(tái)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為,,,Nm,最大轉(zhuǎn)矩為,T2m=2.265.9=145 Nm,3. 電源電壓對(duì)機(jī)械特性的影響 由式（7-16）和式（7-17）可以看出， 最大轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比， 因此， 電源電壓的波動(dòng)對(duì)機(jī)械特性的影響極大。 而臨界轉(zhuǎn)差率卻與電源電壓無(wú)關(guān)，即臨界轉(zhuǎn)速與電源電壓也無(wú)關(guān)。 因此， 當(dāng)電源電壓升高時(shí)， Tm、 Tst增大， nm不變， 機(jī)械特性曲線右移， 如圖7-15所示。 由圖可見(jiàn)電源電壓

20、增大時(shí)， 機(jī)械特性曲線變硬。,,,圖7-16 轉(zhuǎn)子電阻對(duì)機(jī)械特性的影響,4. 轉(zhuǎn)子電阻對(duì)機(jī)械特性的影響轉(zhuǎn)子電阻的改變會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)差率和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩， 而最大轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻無(wú)關(guān)， 其中sm與R2成正比。 因此， 當(dāng)R2增大時(shí)， sm也增大， nm降低， Tm保持不變， 機(jī)械特性曲線下移， 如圖7-16所示。,,,圖7-16 轉(zhuǎn)子電阻對(duì)機(jī)械特性的影響,7.2.3 運(yùn)行特性異步電動(dòng)機(jī)在不同的負(fù)載下工作時(shí)， 則以它的運(yùn)行特性來(lái)表示， 如圖7-17所示。在電源電壓及頻率不變的情況下， 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、 轉(zhuǎn)矩、 定子電流、 定子電路的功率因數(shù)和電動(dòng)機(jī)的效率與電動(dòng)機(jī)輸出功率之間的關(guān)系， 稱為異步電動(dòng)機(jī)的工

21、作特性。 這里僅介紹I1=f(P2)、 cosj1=f(P2)和=f(P2)三條曲線。,,,圖7-17 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性曲線,1. 定子電流工作特性曲線I1=f(P2)異步電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速最接近同步轉(zhuǎn)速， 這時(shí)轉(zhuǎn)子電流很小， 約為零， 定子電流為勵(lì)磁電流I10(空載電流)。 空載電流約為額定電流的20%40%。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)加上負(fù)載后， 隨著輸出功率P2的增加， 轉(zhuǎn)速下降， 轉(zhuǎn)子電流增大， 定子電流也隨之增大。,,2. 功率因數(shù)工作特性曲線cosj1=f(P2)異步電動(dòng)機(jī)的定子功率因數(shù)空載時(shí)很低， 通常只有0.20.3， 額定運(yùn)行時(shí)約為0.70.9左右。 所以選用電動(dòng)機(jī)的容量時(shí)

22、， 應(yīng)根據(jù)負(fù)載情況正確選用， 使其盡量在功率因數(shù)較高的情況下運(yùn)行， 已達(dá)到節(jié)能的目的。,,3. 效率工作特性曲線=f(P2)電動(dòng)機(jī)的效率是指輸出功率P2與輸入功率P1的比值， 即,,,100%,,,式中, Pm為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械損耗。,,7.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌表7-2為某一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)。 ,,1. 型號(hào) 型號(hào)表示電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式、 機(jī)座號(hào)和極數(shù)。 例如Y100L1-4中， Y表示鼠籠式異步電動(dòng)機(jī) （表示繞線式異步電動(dòng)機(jī)）； 100表示機(jī)座中心高為100毫米； L表示長(zhǎng)機(jī)座(S表示短機(jī)座， M表示中機(jī)座)； 1表示鐵芯長(zhǎng)度代號(hào)； 4表示4極電動(dòng)機(jī)。,,2. 額定電壓UN電壓是電動(dòng)機(jī)定

23、子繞組應(yīng)加線電壓的額定值， 有些異步電動(dòng)機(jī)銘牌上標(biāo)有220/380 V， 相應(yīng)的接法為/Y。 它說(shuō)明當(dāng)電源線電壓為220 V時(shí)， 電動(dòng)機(jī)定子繞組應(yīng)接成形； 當(dāng)電源線電壓為380 V時(shí)， 應(yīng)接成Y形。 3.額定電流IN 額定電流是指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)， 定子繞組的線電流。,,6. 工作方式 工作方式是指電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。 根據(jù)發(fā)熱條件可分為三種： S1表示連續(xù)工作方式， 允許電機(jī)在額定負(fù)載下連續(xù)長(zhǎng)期運(yùn)行； S2表示短時(shí)工作方式， 在額定負(fù)載下只能在規(guī)定時(shí)間短時(shí)運(yùn)行； S3表示斷續(xù)工作方式， 可在額定負(fù)載下按規(guī)定周期性重復(fù)短時(shí)運(yùn)行。,,7. 絕緣等級(jí)絕緣等級(jí)是由電動(dòng)機(jī)所用的絕緣材料決定的。 按耐

24、熱程度不同， 將電動(dòng)機(jī)的絕緣等級(jí)分為A、 E、 B、 F、 H、 C等幾個(gè)等級(jí)， 它們?cè)试S的最高溫度如表7-3所示。,,8. 溫升在選用電機(jī)時(shí)， 除了要看電機(jī)上的銘牌數(shù)據(jù)外， 還要了解電機(jī)的其他技術(shù)數(shù)據(jù)，通?？稍诋a(chǎn)品資料中查到。 表7-4給出一例。 ,,,,例7-3 一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)如下， PN=7.5 kW， UN=380 V， Y接法， nN=1440 r/min， N=0.875， cosj=0.85，Ist/IN=7.0，啟動(dòng)能力=2.2，=2.2。 試求: （1） 額定電流IN； （2） 額定轉(zhuǎn)差率sN； （3） 啟動(dòng)電流Ist； （4） 額定轉(zhuǎn)矩TN； （5） 最大轉(zhuǎn)矩

25、Tm； (6） 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst。 ,,解 （1） 電動(dòng)機(jī)的輸入功率為,,8.6 kW,額定電流為,,,=15.4 A,（2） 因nN=1440 r/min， 可知電動(dòng)機(jī)的n1=1500 r/min， 極對(duì)數(shù)P=2， 則額定轉(zhuǎn)差率為,,,（3） 因Ist/IN=7.0， 則啟動(dòng)電流為 Ist=7.0IN=715.4=107.8 A,,7.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng) 對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的要求， 一般從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮： （1） 啟動(dòng)電流應(yīng)盡可能的小， 即Ist（47）IN； （2） 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)盡可能的大， 即Tst(1.11.2)TL； （3） 啟動(dòng)的時(shí)間應(yīng)盡可能短； （4） 轉(zhuǎn)速的提升應(yīng)盡可能平穩(wěn)；

26、（5） 啟動(dòng)方法應(yīng)方便、 可靠、 啟動(dòng)設(shè)備應(yīng)簡(jiǎn)單、 經(jīng)濟(jì)、 易維護(hù)修理。,,7.4.1 直接啟動(dòng)直接啟動(dòng)又稱為全壓?jiǎn)?dòng)， 啟動(dòng)時(shí)， 將電機(jī)的額定電壓通過(guò)刀開(kāi)關(guān)或接觸器直接接到電動(dòng)機(jī)的定子繞組上進(jìn)行啟動(dòng)。 直接啟動(dòng)最簡(jiǎn)單， 不需附加的啟動(dòng)設(shè)備， 啟動(dòng)時(shí)間短， 只要電網(wǎng)容量允許， 應(yīng)盡量采用直接啟動(dòng)。 但這種啟動(dòng)方法啟動(dòng)電流大， 一般只允許小功率的異步電動(dòng)機(jī)（PN7.5 kW）進(jìn)行直接啟動(dòng)； 對(duì)大功率的異步電動(dòng)機(jī)，應(yīng)采取降壓?jiǎn)?dòng)， 以限制啟動(dòng)電流。,,7.4.2 降壓?jiǎn)?dòng)1 Y-降壓?jiǎn)?dòng)這種啟動(dòng)方法適用于電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)接法為三角形的異步電動(dòng)機(jī)。 電機(jī)啟動(dòng)時(shí)， 定子繞組接成星形， 啟動(dòng)完畢后， 電

27、動(dòng)機(jī)切換為三角形。,,圖7-18是一個(gè)Y-降壓?jiǎn)?dòng)控制線路， 啟動(dòng)時(shí)， 合電源開(kāi)關(guān)QS， 控制電路先使得KM1和KM3閉合， 電機(jī)星形啟動(dòng)， 定子繞組由于采用了星形， 其每相繞組上承受的電壓比正常接法時(shí)下降了， 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速上升到穩(wěn)定值時(shí)， 控制電路再控制KM3斷開(kāi)、 KM2閉合， 于是定子繞組換成三角形接法， 電機(jī)開(kāi)始穩(wěn)定運(yùn)行。,,,,圖7-18 Y-降壓?jiǎn)?dòng)控制線路,定子繞組每相阻抗為|Z|， 電源電壓為U1， 則采用連接直接啟動(dòng)時(shí)的線電流為,,,采用Y連接降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)， 每相繞組的線電流為,,則,,(7-19）,由式（7-19）可以看出， 采用Y-降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)， 啟動(dòng)電流比直接啟動(dòng)時(shí)下降了1/

28、3。 電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比， 由于電源電壓下降了， 所以啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也減小了1/3。,2 自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)如圖7-19為自耦變壓器的降壓?jiǎn)?dòng)線路， 自耦變壓器的原邊接電源電壓， 副邊接接觸器KM1。 啟動(dòng)時(shí)， 合電源開(kāi)關(guān)， 先通過(guò)控制電路使得KM1閉合， 接通自耦變壓器的副邊， 則定子繞組所加電壓低于額定電壓， 電機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)， 當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速上升到一定速度時(shí)， KM1斷開(kāi), KM2閉合， 切除自耦變壓器， 電機(jī)開(kāi)始穩(wěn)定運(yùn)行。,,,圖7-19 自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)控制線路,3 轉(zhuǎn)子串電阻降壓?jiǎn)?dòng) 圖7-20為轉(zhuǎn)子串電阻的啟動(dòng)電路圖， 啟動(dòng)時(shí)， 將電阻器調(diào)到最大， 合電源開(kāi)關(guān)，轉(zhuǎn)子串電阻開(kāi)始啟

29、動(dòng)運(yùn)行。 隨著轉(zhuǎn)速的上升， 不斷減小轉(zhuǎn)子電阻， 當(dāng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時(shí)， 短接轉(zhuǎn)子電阻， 使電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行。,,,圖7-20 轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)控制線路圖,例7-4 已知一臺(tái)鼠籠異步電動(dòng)機(jī)，PN=75 kW， 連接運(yùn)行，UN=420 V，IN=126 A，cosjN=0.88，nN=1480 r/min， Tst/TN=1.9， Ist/IN=5.0，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=100 N m， 現(xiàn)要求電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)Tst1.1TL， Ist<240 A， 問(wèn):（1） 電動(dòng)機(jī)能否直接啟動(dòng)？（2） 電動(dòng)機(jī)能否采用Y-啟動(dòng)？ （3） 若采用三個(gè)抽頭的自耦變壓器啟動(dòng)， 則應(yīng)用50%、 60%、 80%中的哪個(gè)抽頭？,,

30、解 （1） 一般來(lái)說(shuō)， 7.5 kW以上的電動(dòng)機(jī)不能采用直接啟動(dòng)方法。 計(jì)算方法如下： 電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩為,,,N m,直接啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為 Tst=1.9TN=1.9483.95=919.5 N m,又1.1TL=1.1100=110 N m故Tst1.1TL直接啟動(dòng)電流Ist=5IN=5126=630 A， 遠(yuǎn)大于本題要求的240 A。,,（2） 采用Y-啟動(dòng)方式， 則啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩應(yīng)為,,,N m1.1TL,啟動(dòng)電流,,<240 A,（3） 采用自耦降壓?jiǎn)?dòng)， 啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩分別為50%抽頭： Tst1=(0.5)2Tst=(0.5)2919.5=229.88 NmIst1=(0

31、.5)2Ist=(0.5)2630=157.5 A60%抽頭：Tst2=(0.6)2Tst=331.02 NmIst2=(0.6)2Ist=226.8 A80%抽頭：Tst3=(0.8)2Tst=588.48 NmIst3=(0.8)2Ist=403.2 A,,,7.5 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速調(diào)速是指在同一負(fù)載下人為改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 由前面所學(xué)可知， 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有這樣一個(gè)公式： (7-20）,,,7.5.1 變頻調(diào)速變頻調(diào)速是指通過(guò)改變電源的頻率從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。 它是采用一套專用的變頻器來(lái)改變電源的頻率以實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速。 變頻器本身價(jià)格較貴， 但它可以在較大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)較平滑的無(wú)極調(diào)速， 且具

32、有硬的機(jī)械特性， 是一種較理想的調(diào)速方法。 近年來(lái)， 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展， 交流電機(jī)采用這種方式進(jìn)行調(diào)速越來(lái)越普遍。,,7.5.2 變極調(diào)速變極調(diào)速是指通過(guò)改變異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的接線以改變電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的方法。 由式（7-20）可知， 改變電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)， 可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。但由電動(dòng)機(jī)的工作原理可知， 電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)總是成倍增長(zhǎng)， 所以電機(jī)的轉(zhuǎn)速也就階段性的上升， 無(wú)法實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速。,,異步電動(dòng)機(jī)可以通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的定子繞組接法來(lái)實(shí)現(xiàn)變極調(diào)速， 也可以通過(guò)在定子上安裝不同的定子繞組來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速， 這種能改變定子磁極對(duì)數(shù)的電動(dòng)機(jī)又稱為多速電動(dòng)機(jī)。 圖7-21所示為一個(gè)4/2

33、極雙速電機(jī)的定子繞組接法及對(duì)應(yīng)的單相磁場(chǎng)分布示意圖。 電動(dòng)機(jī)每相有兩個(gè)線圈， 如果把兩兩線圈并聯(lián)起來(lái)， 接成雙Y形， 合成磁場(chǎng)為一對(duì)磁極， 將兩兩線圈串聯(lián)起來(lái)， 接成形， 則合成磁場(chǎng)為兩對(duì)磁極。 這兩種接法下電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速差一倍。,,,圖7-21 變極調(diào)速(a) 形接法(P=2); (b) 雙Y形接法（P=1）,7.5.3 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速在繞線式異步電動(dòng)機(jī)中， 可以通過(guò)改變轉(zhuǎn)子電阻來(lái)改變轉(zhuǎn)差率， 從而改變電機(jī)的速度。 如圖7-22所示， 設(shè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL不變， 轉(zhuǎn)子電阻R2增大， 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s增大， 轉(zhuǎn)速下降， 工作點(diǎn)下移， 機(jī)械特性變軟。 當(dāng)平滑調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電阻時(shí)， 可以實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速， 但調(diào)速范

34、圍較小， 且要消耗電能， 一般用于起重設(shè)備上。,,,圖7-22 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速,,7.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)7.6.1 能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)斷開(kāi)三相交流電源的同時(shí)， 對(duì)它的定子繞組通入直流電， 此直流電產(chǎn)生的固定磁場(chǎng)與慣性旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子之間相互作用， 產(chǎn)生一個(gè)制動(dòng)力矩， 從而使得電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)， 當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為零時(shí)， 轉(zhuǎn)子與固定磁場(chǎng)之間不再有相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩自動(dòng)消失， 制動(dòng)過(guò)程結(jié)束。 如圖7-23所示。,,,圖7-23 能耗制動(dòng)示意圖 (a) 接線圖； (b) 原理示意圖,正常運(yùn)行時(shí)， 接通QS， 通過(guò)控制電路將KM1接通， 電動(dòng)機(jī)接三相交流電源啟動(dòng)運(yùn)行。 制動(dòng)時(shí)， 通過(guò)控制電路將

35、KM1斷開(kāi)， 切斷交流電源的連接， 同時(shí)將KM2接通，將直流電源引入電機(jī)的V、 W兩相， 在電機(jī)內(nèi)部形成固定的磁場(chǎng)， 電動(dòng)機(jī)由于慣性仍順時(shí)針旋轉(zhuǎn)， 則轉(zhuǎn)子繞組做切割磁力線的運(yùn)動(dòng)， 依據(jù)右手定則， 轉(zhuǎn)子繞組中將產(chǎn)生感應(yīng)電流， 如圖7-23所示。,,7.6.2 反接制動(dòng)反接制動(dòng)是指制動(dòng)時(shí)， 改變定子繞組任意兩相的相序， 使得電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)換向， 反向磁場(chǎng)與原來(lái)慣性旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子之間相互作用， 產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的電磁轉(zhuǎn)矩， 迫使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速迅速下降， 當(dāng)轉(zhuǎn)速接近零時(shí)， 切斷電機(jī)的電源， 如圖7-24所示。 顯然反接制動(dòng)比能耗制動(dòng)所用的時(shí)間要短。,,7.6.3 回饋發(fā)電制動(dòng) 回饋發(fā)電制動(dòng)是指在電動(dòng)

36、機(jī)轉(zhuǎn)向不變的情況下， 由于某種原因， 使得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速。 比如在起重機(jī)械下放重物、 電動(dòng)機(jī)車下坡時(shí)， 都會(huì)出現(xiàn)這種情況， 這時(shí)重物拖動(dòng)轉(zhuǎn)子， 轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速， 轉(zhuǎn)子相對(duì)于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)改變運(yùn)動(dòng)方向， 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及轉(zhuǎn)子電流也反向， 于是轉(zhuǎn)子受到制動(dòng)力矩， 使得重物勻速下降。,,,7.7 三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇 7.7.1 種類選擇電動(dòng)機(jī)的種類選擇應(yīng)首先使電動(dòng)機(jī)滿足生產(chǎn)設(shè)備的需求， 然后再考慮結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格、 可靠性、 維修等方面的問(wèn)題。 異步電動(dòng)機(jī)有鼠籠式和繞線式兩種。 鼠籠式的優(yōu)點(diǎn)明顯多于繞線式， 所以一般選用鼠籠式的多一些。,,鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 價(jià)格便宜、 維修方便等

37、優(yōu)點(diǎn)， 采用傳統(tǒng)的調(diào)速方法時(shí)啟動(dòng)、 調(diào)速性能較差， 可以用于沒(méi)有特殊要求（調(diào)速要求不嚴(yán)）的場(chǎng)合， 比如各種泵、 通風(fēng)機(jī)、 普通機(jī)床等設(shè)備上。 但采用變頻器提供的變頻電源供電之后， 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)目前已達(dá)到良好的無(wú)級(jí)調(diào)速性能。,,繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路可以串電阻來(lái)改善其啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)電流， 但它的調(diào)速范圍仍然不大， 所以對(duì)一些要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大， 且在一定范圍內(nèi)需要調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械， 如起重機(jī)， 可以采用繞線式電機(jī)， 但繞線式電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)比鼠籠式復(fù)雜， 且價(jià)格較貴， 維修比鼠籠式也復(fù)雜。,,7.7.2 轉(zhuǎn)速選擇容量、 電壓相同的電機(jī)， 轉(zhuǎn)速不一定相同。 由式（7-14）可知， 額定功率相同時(shí)，轉(zhuǎn)速

38、越高， 轉(zhuǎn)矩越小， 它的體積也小， 重量輕， 價(jià)格越便宜， 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較高； 轉(zhuǎn)速越低的電機(jī)， 轉(zhuǎn)矩越大， 價(jià)格越貴。 所以選用電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)， 應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需要及財(cái)力情況權(quán)衡利弊， 來(lái)選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 一般情況下， 較多選用1500 r/min的電動(dòng)機(jī)。,,7.7.3 功率選擇1. 連續(xù)工作方式在負(fù)載恒定、 連續(xù)工作的情況下， 電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)等于或稍大于負(fù)載功率，如泵、 通風(fēng)機(jī)等。 若選用的電動(dòng)機(jī)額定功率小于負(fù)載功率， 則電動(dòng)機(jī)會(huì)出現(xiàn)過(guò)載現(xiàn)象，長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載， 電動(dòng)機(jī)的絕緣材料會(huì)因發(fā)熱而影響電動(dòng)機(jī)的壽命， 甚至燒毀電機(jī)； 若選用電動(dòng)機(jī)的額定功率過(guò)大， 則電動(dòng)機(jī)的輸出功率得不到充分利用， 輸出

39、效率降低。,,,,PN,(7-21）,式(7-21)中， PL為負(fù)載功率； 1為生產(chǎn)機(jī)械的效率； 2 電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械之間的傳動(dòng)效率。 直接連接時(shí)2=1， 皮帶連接時(shí)， 2=0.95。,例7-5 一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)皮帶拖動(dòng)的通風(fēng)機(jī)， 通風(fēng)機(jī)的功率為6 kW， 轉(zhuǎn)速為1440 r/min， 生產(chǎn)機(jī)械的效率為0.6， 選擇電動(dòng)機(jī)的額定功率。 解 由于皮帶拖動(dòng)， 所以電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械之間的傳動(dòng)效率2=0.95。,,,,10.5 kW,可選擇11 kW的電動(dòng)機(jī)。,2. 短時(shí)工作方式電動(dòng)機(jī)按給定時(shí)間工作， 工作時(shí)間短， 停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)， 如水壩的閘門、 機(jī)床的刀庫(kù)等。 為了充分利用電動(dòng)機(jī)的容量， 允許電動(dòng)機(jī)

40、短時(shí)過(guò)載， 所以電動(dòng)機(jī)的功率可以小于負(fù)載功率， 但必須考慮電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力。 我國(guó)規(guī)定短時(shí)工作制的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間有10、 30、60、 90分鐘四種。 有專門的短時(shí)工作制的電機(jī)， 其額定功率和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間相對(duì)應(yīng)。工作方式可用下式計(jì)算,,,PN,(7-22）,3. 斷續(xù)工作方式斷續(xù)工作方式是指電動(dòng)機(jī)重復(fù)短時(shí)工作， 工作時(shí)間與停歇時(shí)間交替出現(xiàn)。 我國(guó)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)斷續(xù)工作周期T為10分鐘， 其中包括工作時(shí)間t1和停歇時(shí)間t2。 把工作時(shí)間與工作周期的比值稱為持續(xù)率， 即,,,標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)時(shí)間有15%、 25%、 40%和60%， 如不特殊說(shuō)明， 則為25%。,,7.8 單相異步電動(dòng)機(jī)7.8.1 工作原理單相異步電動(dòng)

41、機(jī)由于只有一相定子繞組， 當(dāng)接通正弦交流電源之后， 會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變的脈動(dòng)磁場(chǎng)， 但這個(gè)磁場(chǎng)不會(huì)旋轉(zhuǎn)， 在磁路中各點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度按正弦規(guī)律變化，可表示為B=Bm sint(7-23）,,7.8.2 啟動(dòng)方法 1. 凸極式罩極交流電動(dòng)機(jī)凸極式單相電動(dòng)機(jī)的定子鐵芯做成凸極式的磁極， 形狀類似直流電動(dòng)機(jī)的定子，定子鐵芯上面繞有集中繞組， 稱為主繞組。 定子鐵芯上面的極面開(kāi)有小槽， 用以嵌放短路銅環(huán)。 短路銅環(huán)罩住了一部分磁通， 所以把該電動(dòng)機(jī)稱為罩極電動(dòng)機(jī)， 如圖7-25所示。,,,圖7-25 凸極式罩極交流電動(dòng)機(jī)定子結(jié)構(gòu)示意圖,通入單相交流電后， 產(chǎn)生脈動(dòng)磁場(chǎng)， 銅環(huán)把磁通分成兩部分未被罩住的磁通1和

42、被罩住的磁通2， 2在短路環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流， 此感應(yīng)電流又產(chǎn)生一定的磁通來(lái)阻礙原來(lái)磁通的變化， 使得2在相位上滯后1一個(gè)相位角。 如圖7-26所示， 由于被罩住的磁通2是一小部分， 所以磁場(chǎng)的中線偏向未罩部分1的中線。 當(dāng)電流增大時(shí)， 磁場(chǎng)的中線在磁極的左邊； 當(dāng)電流處于最大值附近時(shí)， 變化不大， 所以磁場(chǎng)的中線大致與幾何中線吻合； 當(dāng)電流減小時(shí)， 磁場(chǎng)中線偏向右邊。,,,圖7-26 凸極式罩極交流電動(dòng)機(jī)的磁通 (a) i增強(qiáng)； (b) i不變； (c) i減小,2. 分相電容式啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)這種電動(dòng)機(jī)是在定子上放置兩個(gè)繞組， 一個(gè)主繞組， 一個(gè)副繞組， 如圖7-27所示。兩個(gè)繞組在空間上相隔

43、90， 副繞組串電容器后與主繞組并聯(lián)， 電容器的作用是使得副繞組回路的阻抗呈容性， 如果電容器選擇得當(dāng)， 可以做到副繞組的電流基本上超前于主繞組90。,,,圖7-27 分相電容式啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī) (a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)等效圖； (b) 相量圖,,本 章 小 結(jié)(1)電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械， 主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。 三相異步電動(dòng)機(jī)按其結(jié)構(gòu)可以分為鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)和繞線式異步電動(dòng)機(jī)兩種類型。,,,,(2) 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理是定子繞組通入三相電源之后， 在電機(jī)定子中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)， 轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁力線， 并在閉合的轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流， 產(chǎn)生感應(yīng)電流的轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中受到作用

44、力， 產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩， 帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向取決于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向受制于電源的相序。,(3)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速又稱為同步轉(zhuǎn)速， 同步轉(zhuǎn)速n1與電源頻率和磁極對(duì)數(shù)有關(guān)，算式為n1=60f1/P，電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n小于同步轉(zhuǎn)速n1， 所以稱為異步電動(dòng)機(jī)， 轉(zhuǎn)差率s=(n1n)/n1。 (4) 三相異步電動(dòng)機(jī)定子端電壓的有效值U1E1=4.44f1K1N1， 當(dāng)外加電壓U1不變時(shí)， 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁通基本不變。 與變壓器原理相同， 定子電流受制于轉(zhuǎn)子電流。,,(5) 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值E2=4.44f2K2N2=sE20轉(zhuǎn)子電流,,,功率因數(shù),,(6) 三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩,,,異

45、步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性表達(dá)式分別為T=f(s)和n=f(T)， 機(jī)械特性曲線分穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)， 電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，工作點(diǎn)在穩(wěn)定區(qū)， 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻和電源電壓都會(huì)影響電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。,(7) 異步電動(dòng)機(jī)的額定值： 額定電壓和額定電流是指定子上的線電壓和線電流，額定功率是指軸上輸出的功率。 (8) 異步電動(dòng)機(jī)有直接啟動(dòng)和降壓?jiǎn)?dòng)兩種啟動(dòng)方法， 直接啟動(dòng)時(shí)， 啟動(dòng)電流太大， 所以對(duì)于大容量的異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)該采用降壓?jiǎn)?dòng)。 啟動(dòng)要求： 啟動(dòng)電流Ist（47）IN； 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst(1.11.2)TL。 一般鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)多采用Y-、 自耦變壓器啟動(dòng)； 繞線式異步電動(dòng)機(jī)多采用轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)。

46、,,(9) 異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有變頻調(diào)速、 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速和變極調(diào)速， 前兩種可以實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速， 后一種只能實(shí)現(xiàn)有極調(diào)速。 目前采用變頻器進(jìn)行調(diào)速已成為主流。 (10) 異步電動(dòng)機(jī)有機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)兩種制動(dòng)方法， 機(jī)械制動(dòng)采用電磁抱閘來(lái)實(shí)現(xiàn)， 電氣制動(dòng)有能耗制動(dòng)、 反接制動(dòng)和回饋發(fā)電制動(dòng)三種。,,能耗制動(dòng)所需時(shí)間較長(zhǎng)，需要直流電源， 但耗能少； 反接制動(dòng)只需要把定子繞組的相序改變， 就可以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，轉(zhuǎn)速接近零時(shí)， 必須切斷電源， 反接制動(dòng)耗能較多、 沖擊大， 但制動(dòng)迅速； 回饋發(fā)電制動(dòng)不需改變電源的相序， 也不需直流電源， 它是把勢(shì)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能， 機(jī)械能又轉(zhuǎn)化為電能回饋給電網(wǎng)， 在這個(gè)過(guò)程中， 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速， 電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電制動(dòng)的狀態(tài)。,,(11) 電動(dòng)機(jī)的選擇應(yīng)盡量選擇鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)， 轉(zhuǎn)速越高越經(jīng)濟(jì)， 轉(zhuǎn)速越低轉(zhuǎn)矩越大， 一般選用1500 r/min的電動(dòng)機(jī)， 電動(dòng)機(jī)的功率是一個(gè)非常重要的參數(shù)， 應(yīng)該在合理計(jì)算后選擇。,,(12) 單相異步電動(dòng)機(jī)一般作為家用電器和醫(yī)療器械的原動(dòng)機(jī)。 其結(jié)構(gòu)與三相電機(jī)類似， 只是把三相定子繞組換成了單相。 單相異步電動(dòng)機(jī)接通電源后， 產(chǎn)生脈動(dòng)磁場(chǎng)，不能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)， 需要外加一定的元器件進(jìn)行啟動(dòng)， 一般采用電容啟動(dòng)法和凸極式罩極法， 電容啟動(dòng)式可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向， 凸極式不能改變電機(jī)的方向。,,,