異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理選讀

1、第五章異步電動機(jī)前言：定義：異步電機(jī)（也叫感應(yīng)電機(jī)）是一種交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)，它的轉(zhuǎn)速除與電網(wǎng)頻率有關(guān)外，還隨負(fù)載而變。應(yīng)用：主要作電動機(jī)使用，如：機(jī)床；水泵；家用電器；它的功率因數(shù)永遠(yuǎn)是滯后的。5.1 異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理一、異步電動機(jī)的主要用途和分類 1、異步電機(jī)主要用作電動機(jī)，去拖動各種生產(chǎn)機(jī)械。異步電動機(jī)的 優(yōu)點 : 結(jié)構(gòu)簡單、容易制造、價格低廉、運行可靠、堅固耐用、運行效率較高和具有適用的工作特征。異步電動機(jī)的 缺點 : 功率因數(shù)較差。 異步電動機(jī)運行時， 必須從電網(wǎng)里吸收落后性的無功功率，它的功率因數(shù)總是小于。2、異步電動機(jī)的種類很多，從不同角度看，有不同的分類法：（ 1）按定子相

2、數(shù)分有 單相異步電動機(jī)；兩相異步電動機(jī)； 三相異步電動機(jī)。（2）按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分有 繞線式異步電動機(jī)； 鼠籠式異步電動機(jī)。又包括單鼠籠異步電動機(jī)、雙鼠籠異步電動機(jī)和深槽式異步電動機(jī)。此外，根據(jù)電機(jī)定子繞組上所加電壓的大小，又有高壓異步電動機(jī)、低壓異步電動機(jī)之分。 從其它角度看， 還有高起動轉(zhuǎn)矩異步電機(jī)、 高轉(zhuǎn)差率異步電機(jī)、高轉(zhuǎn)速異步電機(jī)等等。二、異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)第 1 頁1. 定子： 定子鐵心： 0.5mm厚硅鋼片疊壓而成 , 磁路的一部分定子繞組：電磁線制而成 , 電路一部分機(jī) 座：鑄鐵或鋼板焊接而成（1）定子鐵心 是電動機(jī)磁路的一部分，裝在機(jī)座里。為了降低定子鐵心里的鐵損耗， 定子鐵心用用 0

3、.5mm厚的硅鋼片疊壓而成的， 在硅鋼片的兩面還應(yīng)途上絕緣漆。 下圖所示為定子槽 , 其中 (a) 是開口槽， 用于大、中型容量的高壓異步電動機(jī)中； (b) 是半開口槽， 用于中型 500V 以下的異步電動機(jī)中； (c) 是半閉口槽，用于低壓小型異步電動機(jī)中。（2）定子繞組 ： 高壓大、中型容量的異步電動機(jī)定子繞組常采用 Y 接，只有三根引出線，如圖 (a) 所示。對中、小容量低壓異步電動機(jī)，通常把定子三相繞組的六根出線頭都引出來， 根據(jù)需要可接成 Y 形或形，如圖(b) 所示。定子繞組用絕緣的銅（或鋁）導(dǎo)線繞成，嵌在定子槽內(nèi)。第 2 頁（3）機(jī)座：主要是為了固定與支撐定子鐵心。如果是端蓋軸承

4、電機(jī)，還要支撐電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分。因此，機(jī)座應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。對中、小型異步電動機(jī)，通常用鑄鐵機(jī)座。 對大型電機(jī)，一般采用鋼板焊接的機(jī)座，整個機(jī)座和座式軸承都固定在同一個底板上。2. 轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)軸 : 支撐轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心： 0.5mm硅鋼片疊壓而成 , 磁路一部分轉(zhuǎn)子繞組：籠型繞組鑄鋁銅條繞線式繞組 :電線繞制而成 ,Y 接 , 滑環(huán)引出 , 外接電阻（1）轉(zhuǎn)子鐵心：是電動機(jī)磁路的一部分，它用 0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成。鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上，整個轉(zhuǎn)子的外表呈圓柱形。（2）轉(zhuǎn)子繞組：分為籠型和繞線型兩類。1 ）籠型轉(zhuǎn)子：籠型繞組是一個自己短路的繞組。在轉(zhuǎn)子的每個槽里放上一根導(dǎo)體，在鐵心

5、的兩端用端環(huán)連接起來， 形成一個短路的繞組。如果把轉(zhuǎn)子鐵心拿掉， 則可看出， 剩下來的繞組形狀像個松鼠籠子， 如圖（a） 所示，因此又叫鼠籠轉(zhuǎn)子。 導(dǎo)條的材料有用銅的， 也有用鋁的。2）繞線型轉(zhuǎn)子：繞線型轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)嵌放有用絕緣導(dǎo)線組成的三相繞組，一般都聯(lián)接成 Y 形。轉(zhuǎn)子繞組的三條引線分別接到三個滑環(huán)上，用一套電刷裝置引出來， 如圖所示。這就可以把外接電阻串聯(lián)到轉(zhuǎn)子繞組回路里去，以改善電動機(jī)的啟動性能或調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。與籠型轉(zhuǎn)子相比較，繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，價格稍貴，因此只在要求起動電流小，起動轉(zhuǎn)距大，或需平滑調(diào)速的場合使用。第 3 頁3. 氣隙：磁路的一部分 , 異步電動機(jī)的氣隙比同容量直

6、流電動機(jī)的氣隙小得多，在中、小型異步電動機(jī)中，氣隙一般為 0.21.5mm左右。 I m cos N 但易發(fā)生掃膛現(xiàn)象 I m cos N 三、異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動機(jī)的銘牌上標(biāo)明電機(jī)的型號、額定數(shù)據(jù)等。1、三相異步電動機(jī)的型號電機(jī)產(chǎn)品的型號一般采用大寫印刷體的漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字組成。其中漢語拼音字母是根據(jù)電機(jī)的全名稱選擇有代表意義的漢字，再用該漢字的第一個拼音字母組成。例如： Y 112S-6極數(shù) 6極短機(jī)座規(guī)格代號：中心高112mm我國生產(chǎn)的異步電動機(jī)種類很多，下面列出一些常見的產(chǎn)品系列。?Y 系列為小型鼠籠全封閉自冷式三相異步電動機(jī)。用于金屬切削機(jī)床、通用機(jī)械、礦山機(jī)械、

7、農(nóng)業(yè)機(jī)械等。也可用于拖動靜止負(fù)載或慣性負(fù)載較大的機(jī)械，如壓縮機(jī)、傳送帶、磨床、錘擊機(jī)、粉碎機(jī)、小型起重機(jī)、運輸機(jī)械等。?JQ2 和 JQO2系列是高起動轉(zhuǎn)矩異步電動機(jī)， 用在起動靜止負(fù)載或慣性負(fù)載較大的機(jī)械上。 JQ2 是防護(hù)式和 JQO2是封閉式的。?JS 系列是中型防護(hù)式三相鼠籠異步電動機(jī)。第 4 頁?JR系列是防護(hù)式三相繞線式異步電動機(jī)。用在電源容量小、不能用同容量鼠籠式電動機(jī)起動的生產(chǎn)機(jī)械上。?JSL2 和 JRL2 系列是中型立式水泵用的三相異步電動機(jī)，其中JSL2 是鼠籠式，JRL2是繞線式。 JZ2 和 JZL2 系列是起重和冶金用的三相異步電動機(jī)，JZ2是鼠籠式， JZL2 是

8、繞線式。?JD2 和 JDO2系列是防護(hù)式和封閉式多速異步電動機(jī)。?BJO2 系列是防爆式鼠籠異步電動機(jī)。?JPZ系列是旁磁式制動異步電動機(jī)。?JZZ 系列是錐形轉(zhuǎn)子制動異步電動機(jī)。?JZT 系列是電磁調(diào)速異步電動機(jī)。其他類型的異步電動機(jī)可參閱產(chǎn)品目錄。? 2 、異步電動機(jī)的額定值：異步電動機(jī)的額定值包含下列內(nèi)容：（1）額定功率 PN電動機(jī)在額定運行時軸上輸出的機(jī)械功率，單位是kw。（2）額定電壓 UN額定運行狀態(tài)下加在定子繞組上的線電壓，單位為V。（3）額定電流 IN指電動機(jī)在定子繞組上加額定電壓、軸上輸出額定功率時，定子繞組中的線電流，單位為A。（4）額定頻率 f指我國規(guī)定工業(yè)用電的頻率是

9、50Hz。（5）額定轉(zhuǎn)速 n指電動機(jī)定子加額定頻率的額定電壓，且軸端輸出額定功率時電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。（6）額定功率因數(shù)指電動機(jī)定子加額定負(fù)載時，定子邊的功率因數(shù)。四、異步電動機(jī)的工作原理三相異步電動機(jī)定子接三相電源后，電機(jī)內(nèi)便形成圓形旋轉(zhuǎn)磁動勢，圓形旋轉(zhuǎn)磁密，設(shè)其方向為逆時針轉(zhuǎn)，如圖所示。若轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子鼠籠導(dǎo)條與旋轉(zhuǎn)磁密有相對運動，導(dǎo)條中有感應(yīng)電動勢e，方向由右手定則確定。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)條彼此在端部短路， 于是導(dǎo)條中有電流， 不考慮電動勢與電流的相位差時，電流方向同電動勢方向。這樣，導(dǎo)條就在磁場中受力f ，用左手定則確定受力方向，如圖第 5 頁所示。轉(zhuǎn)子受力，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩 T，為電磁轉(zhuǎn)矩

10、，方向與旋轉(zhuǎn)磁動勢同方向，轉(zhuǎn)子便在該方向上旋轉(zhuǎn)起來。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后，轉(zhuǎn)速為 n，只要 nn1（ n1 為旋轉(zhuǎn)磁動勢同步轉(zhuǎn)速），轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與磁場仍有相對運動，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時相同方向的電動勢、電流及受力，電磁轉(zhuǎn)矩 T 仍舊為逆時針方向，轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，穩(wěn)定運行在 T=TL 情況下。5.2 、異步電動機(jī)的運行分析一、 三相異步電動機(jī)運行時的電磁關(guān)系 正常情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)子總是旋轉(zhuǎn)的，但是為了分析問題的方便，在這里我們首先從轉(zhuǎn)子靜止出發(fā)進(jìn)行分析。1. 轉(zhuǎn)差率定義：n1 n1 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速 ( 同步轉(zhuǎn)速 ) n 轉(zhuǎn)s式中 nn1子的轉(zhuǎn)速當(dāng) 0<n<n1 時, 即 0<s<1 時 , 電

11、機(jī)為電動運行狀態(tài) ( 電能機(jī)械能 ) 當(dāng) n>n 1 時, 即 0>s 時 , 電機(jī)為發(fā)電運行狀態(tài) ( 機(jī)械能電能 )當(dāng) n<0 時, 即 s >1 時, 電機(jī)為電磁制動運行狀態(tài) ( 機(jī)械能和電能熱能 )2. 分析 :(i 1a 的方向必與 i 2a 的方向相反 )(1) 電機(jī)運行狀態(tài) :n<n1 ,e 1 與 e2 同方向 ,i2a 與e2 同方向 ,i2aTe 與 n 同方向 ( 驅(qū)動性質(zhì) ),i1a與 i 2a 反向 i 1a 與 e1 反方向 , 因 i 1a 由 u1 產(chǎn)生 , 即 i 1a 與 u1 同方向 , 所以從電網(wǎng)吸收電能 .第 6 頁(2)

12、發(fā)電運行狀態(tài)若原動機(jī)使 n>n1 s 為負(fù) e2 和 i 2a 反向 ( 與電機(jī)比 ) Te 反向 (T e 與 n 反方向)( 制動性質(zhì) ), 又因 i 2a 反向 i 1a 反向 i 1a 與 e1 同方向 ( 注 e1 未變 ) i 1ae1 為正輸出電能(3) 電磁制動運行狀態(tài)若 T1 驅(qū)動轉(zhuǎn)子以反方向旋轉(zhuǎn) , 則切割方向同電動運行狀態(tài) e1,e 2,i 1a,i 2a,T e 同電機(jī)運行狀態(tài) , 因 Te 與 n1 同方向 , 但與 n 反方向 ( 制動性質(zhì) ), 所以 T1必須輸入機(jī)械功率 . 又因 e1 與 i 1a 反向 i 1a e 1 為負(fù)從電網(wǎng)吸收電功率 .3、 空

13、載運行時的磁動勢和磁場1）主磁通 0： 作用：傳遞能量的媒介作用；路徑：定子氣隙轉(zhuǎn)子氣隙定子。2）漏磁通 ： 不起傳遞能量的媒介作用，只起電抗壓降的作用；包括：槽部漏磁通、端部漏磁通和高次諧波。二、負(fù)載運行時的磁動勢和磁場1. 轉(zhuǎn)子電動勢的頻率： f 2 sf1 ；2.轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電動勢：E2 S4.44 f 2 N 2 kw2sE2 ；3. 轉(zhuǎn)子繞組的電阻和漏抗：忽略集膚效應(yīng)，認(rèn)為 r 2 不變；x2S2 f 2 L22 sf1L2sx2 ；4. 轉(zhuǎn)子繞組的電流：第 7 頁正常運行時，轉(zhuǎn)子端電壓E 2 Ss E 2；U2=0， I 2r2 jsx2r2 jx 2 S有效值： I 2sE2；

14、( sx2 )r222* 結(jié)論：轉(zhuǎn)子電流 I 2 隨 S 的增加而增加。r25. 轉(zhuǎn)子繞組的功率因數(shù)：cos2r22( sx2 )2* 結(jié)論：轉(zhuǎn)子功率因數(shù)隨 S 的增加而減小。6. 轉(zhuǎn)子磁動勢的轉(zhuǎn)速： F2相對轉(zhuǎn)子速度： n260 f 260sf1sn1ppF2相對定子速度： n2n sn1nn1* F1 與 F2 相對靜止 。三、磁動勢平衡方程1. 磁動勢形式： F1 F2 F02.電流形式： I1I 0I1L四、三相感應(yīng)電動機(jī)的電壓方程和等效電路1、電動勢平衡方程方程：U1E1I 1 (r1jx1 )0E 2SI 2 ( r2jx 2 S )E1I 0 (rmjx m )I 0 Z mZm

15、 的物理意義與變壓器的相同，但由于氣隙的存在，比變壓器的小。例：已知：一臺三相異步電動機(jī)，在額定轉(zhuǎn)速下運行，nN1470r / min ，電源頻率 f150Hz ，試求： 1）轉(zhuǎn)子電流頻率f 2 ；2）定子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁動勢以什么速度切割定子？又以什么速度切割轉(zhuǎn)子？第 8 頁3）由轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁動勢以什么速度切割定子？又以什么速度切割轉(zhuǎn)子？2、等效電路（1）折算折算原則 ：保持 F2 不變，只要使等效前后轉(zhuǎn)子電流的大小和相位相等即可；等效前后轉(zhuǎn)子電路的功率和損耗相等。折算方法：I2E 2Ss E 2E 2E 2jxrjsxr21sr22 S22jx 2r 2 jx 2r 2ss* 附加

16、電阻 1 s r2 的物理意義：模擬轉(zhuǎn)軸上總的機(jī)械功率； s轉(zhuǎn)子方程為： U 2E 2 I 2 ( r2 jx 2 )1sU2 I2r2s（2）轉(zhuǎn)子繞組折算說明：原則和方法與變壓器相同。'm2 N 2kw2I 2電流折算：I 211w1I2kim N k電動勢折算： E2'N 1kw1E2ke E2N 2kw2電阻和電抗折算：r2'keki r2x2'ke ki x2（3）T 型等效電路折算后的基本方程組： U 1E1I 1 (r1jx1 )'''U 2E 2I 2 ( r2'jx 2' )U 2I21ss r2'

17、I 1I 2I 0第 9 頁E1E2E1I 0 (rmjx m )T 形等效電路I 1r1X1 r2X2 I 2I 0rm1 s r2'sU 1E1E2XmU 2分析：堵轉(zhuǎn)： n0, s1, 1s r2'0，相當(dāng)于短路；s空載： nn1 , s0,1s r2'，相當(dāng)于開路。s（4）近似等效電路與變壓器的近似等效電路相同，但須引入一修正系數(shù)C1x1C11，對于 40kW以上，可取 C1=1。* 注意：異步電動機(jī)的等效電路與變壓器的區(qū)別。五、 感應(yīng)電動機(jī)的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程1、功率平衡和轉(zhuǎn)矩平衡（1）功率平衡關(guān)系：能量轉(zhuǎn)換：電能機(jī)械能P 1PemPmecP2pCu1pFep

18、Cu2p+pmecad電源輸入功率： P1m1U 1 I1 cos 1第10頁定子銅損：pCu1m1 I 12 r1定子鐵損：pFem1I 02rm電磁功率：PemP1p Cu 1pFem1 I 22 r2s2轉(zhuǎn)子銅損：pCu 2m1I 2r2sPem總機(jī)械功率：PmecPempCu 22 1s(1s) Pemm1 I 2r2s輸出功率：P2Pmecp mecp ad可見：P2P1pP1( pCu 1pFepCu 2pmecpad )（2）轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系：P2Pmec ( pmec pad ) ，即 T2 Tem T02 n -機(jī)械角速度 rad/s ；60式中：Tem電磁轉(zhuǎn)矩（驅(qū)動）；T2負(fù)載

19、轉(zhuǎn)矩（制動）；T0空載轉(zhuǎn)矩（制動）；PmecPem2 nTem116015.3三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性一、電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式Pemm1E2 ' I 2' cos 21. 物理表達(dá)式： Temn11260m1 4 .44 f 1 N 1kw1I 2' cos 24. 44 m 1 pN 1k w1=0 I 2' cos2f122pCTI 2' aCTI 2' cos2 (CT 為轉(zhuǎn)矩常數(shù) )第11頁說明：上式 描述了電磁轉(zhuǎn)矩與主磁通、轉(zhuǎn)子有功電流的關(guān)系。2. 參數(shù)表達(dá)式：由簡化等效電路得'U 1： I 2r2' ) 2( r1(x1

20、x2' ) 2s'2r2'2 r 2'Pemm1 I 2sm1 pU 1 s可得： Tem2f1'212 f 1r 1r2(x1 x2' )2ps* 結(jié)論： Tem 與電源參數(shù)、電機(jī)參數(shù)和運行參數(shù)的關(guān)系 。二、轉(zhuǎn)矩 - 轉(zhuǎn)差率特性1. 轉(zhuǎn)矩特性：其他參數(shù)一定，Temf (s)分析：異步電動機(jī)轉(zhuǎn)差率s 在 01 之間，但實際上 s 在 0sm（臨界轉(zhuǎn)差率）時，dTem 0 穩(wěn)定； s 在 1sm之間， dTem 0 不穩(wěn)定； dTem 0 ，s=sm，處于dsdsds臨界狀態(tài)。電磁制動狀態(tài)電動機(jī)狀態(tài)發(fā)電機(jī)狀態(tài)TemTNTmaxTst+S=1Sm S

21、N 0- Tmax第12頁2. 三個特征轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩 TN：額定負(fù)載時PN9.55PN103 ()TNnNN mN* 注：PN的單位為。kW最大電磁轉(zhuǎn)矩 Tmax：Tmaxm1 pU 12m1 pU12r12x2 ) 2 4 f1 (x1x2 )4 f1 r1(x1smr2r2r12x2 ) 2x1x2(x1特點： Tmax與U 12 成正比；而 Sm與 U 12 無關(guān)； Tmax與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)；而Sm與轉(zhuǎn)子電阻有關(guān)； f 1 一定時， x1x2 越大， T max越小。Tmax一般為 1.6 2.5 ，越大，過載 過載能力（最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)） kMTN能力越強(qiáng)。起動轉(zhuǎn)矩 Tstn=0, S=1

22、，得 Tstm1 pU12 r22 f1 ( r1r2 ) 2( x1x2 )2 當(dāng)轉(zhuǎn)子回路電阻為： r2rstx1x2時，起動轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大電磁轉(zhuǎn)矩。起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) ： kstTst， kst ， Tst ，起動能力強(qiáng)。TNJO 2： 1.0 1.8 ；Y：1.4 2.2 ；特殊電機(jī)： 4.0 以上。3、歸一化轉(zhuǎn)矩 - 轉(zhuǎn)差率表達(dá)式Tem2Tmaxsmsssm第13頁此表達(dá)式主要用于求機(jī)械特性曲線。5.4感應(yīng)電動機(jī)的工作特性一、定義：指在額定電壓和頻率下，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n(s) 、輸出轉(zhuǎn)矩 T2 、定子電流 I 1、功率因數(shù) cos1、效率 與輸出功率 P2 之間的關(guān)系。二、轉(zhuǎn)速特性n f ( P

23、2 )或 s f ( P2 )由 Pcu2Cu 2'' 2em 得 s= Pm1 r2 I 2= s Pm1E2' I 2'cos 2Pemn f ( P2 ) 是一條稍向下傾斜的曲線。三、輸出轉(zhuǎn)矩特性T2f (P2 )異步電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩：T2P2P22 n60T2f (P2 ) 是一條過原點稍向上翹的曲線。四、定子電流特性I 1f (P2 )由I1I0(I2) 知，空載時： I 20,I1I 0，很??；負(fù)載時， P2 增加， I 2' 也增加， I 1 也增加。五、定子功率因數(shù)特性cos 1f (P2 )空載： cos 1 很??；負(fù)載時，隨P2 ，

24、cos 1 。六、效率特性f ( P2 )第14頁P2P根據(jù) =1P1P2P空載時， P2=0，=0；負(fù)載時，隨著 P2 的增加， 也增加， 當(dāng)負(fù)載增大到可變損耗與不變損耗相等時， 最大；負(fù)載繼續(xù)增大，銅損增加很快，反而下降。* 說明：電機(jī)在額定負(fù)載附近的 cos 1 和 較高，希望在 PN 附近運行。sI1T2cos 1P2異步電動機(jī)工作特性圖5.5三相異步電動機(jī)參數(shù)的測定一、短路 ( 堵轉(zhuǎn) ) 實驗短路試驗又叫堵轉(zhuǎn)試驗， 即把繞線式異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組短路，并把轉(zhuǎn)子卡住，不使其旋轉(zhuǎn)，鼠籠式電機(jī)轉(zhuǎn)子本身已短路。實驗過程 : 從 0.4U1 開始 , 逐漸降低電壓。記錄定子繞組加的端電壓、定子電

25、流和定子輸入功率。 試驗時，還應(yīng)量測定子繞組每相電阻的大小。根據(jù)試驗的數(shù)據(jù)，畫出異步電動機(jī)的短路特性。根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，可以算出短路阻抗、短路電阻和短路電抗。第15頁二、空載實驗實驗?zāi)康?：測勵磁阻抗、機(jī)械損耗pm 、鐵心損耗 pFe。試驗過程 ：轉(zhuǎn)軸上不加任何負(fù)載， 即電動機(jī)處于空載運行， 把定子繞組接到額定頻率的三相對稱電源上，當(dāng)電源電壓為額定值時，讓電動機(jī)運行一段時間，使其機(jī)械損耗達(dá)到穩(wěn)定值。 用調(diào)壓器改變加在電動機(jī)定子繞組上的電壓，使其從（ 1.1 1.3 ）U1 開始，逐漸降低電壓 ，直到電動機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生明顯的變化為止。記錄電動機(jī)的端電壓、空載電流、空載功率 P。和轉(zhuǎn)速 n ，并畫成曲

26、線。5.6三相異步電動機(jī)的起動，制動和調(diào)速一、 三相異步電動機(jī)的起動（一）基本概念1. 起動定義：電動機(jī)接到電源上，從靜止?fàn)顟B(tài)到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程；2. 起動電流： n=0,S=1 時的電流。U 1U 1I stZk(r1 r2 )2( x1 x2 ) 2第16頁起動電流倍數(shù)： k iI st5 7I N2r2Pem( st )m1I stsm123. 起動轉(zhuǎn)矩： n=0，s=1 時的電磁轉(zhuǎn)矩。 TstI st r21114. 起動電流大的原因：此時處于短路。5. 起動轉(zhuǎn)矩不大的原因： 1）m 減少；使 Tst 不大。2） cos2 減?。?. 起動要求：起動電流盡量小，以減小對電網(wǎng)的沖擊；起

27、動轉(zhuǎn)矩盡量大，以縮短起動時間；起動設(shè)備簡單，可靠。（二）鼠籠式異步電動機(jī)的起動1. 直接起動優(yōu)點：設(shè)備簡單，操作方便；缺點：起動電流大，須足夠大的電源；適用條件：小容量電動機(jī)帶輕載的情況起動。* 如何判斷是否能起動 ：起動電流；起動轉(zhuǎn)矩；二者必須同時滿足。一般地說，容量在 7.5kw 以下的小容量鼠籠式異步電動機(jī)都可直接起動。2. 降壓起動如果電源容量不夠大， 可采用降壓起動。 即起動時， 降低加在電動機(jī)定子繞組電壓，起動時電壓小于額定電壓， 待電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升到一定數(shù)值后， 再使電動機(jī)承受額定電壓，可限制起動電流。第17頁* 適用：容量大于 20kW并帶輕載的情況。 定子回路串電抗器起動1I

28、st； Tst1I stk2 Tstk式中： k 為電動機(jī)端電壓之比，且k>1。用Y-起動適用條件：正常工作時定子繞組三角形接法且三相繞組首尾六個端子全部引出來的電動機(jī)才能采用。I stY1I st；TstY1Tst33 自耦補(bǔ)償器（自耦變壓器）起動第18頁1；1I stk 2 I stTstk 2 Tst優(yōu)點：一般有三個抽頭，有不同的選者。缺點：設(shè)備費用較高。* 比較三種起動方法的優(yōu)缺點。（三）、繞線式異步電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)子：一般均接成 Y 形，正常三相繞組通過滑環(huán)短接， 若轉(zhuǎn)子繞組直接短接情況下起動，與鼠籠一樣， Ist 大， Tst 不大。1. 在轉(zhuǎn)子回路串起動變阻器起動在轉(zhuǎn)子回路中

29、串入多級對稱電阻， 起動時，隨著轉(zhuǎn)速的升高， 逐級切除起動電阻。一般取最大加速轉(zhuǎn)矩 T1=(0.7 0.85)T m，切換轉(zhuǎn)矩 T2=(1.1 1.2)T N。 優(yōu)點：只要在轉(zhuǎn)子回路串入適當(dāng)?shù)碾娮?，既可減少起動電流，又可增加起動轉(zhuǎn)矩。第19頁適用條件：電動機(jī)在重載情況下的起動場合。2. 在轉(zhuǎn)子回路串接頻敏變阻器起動頻敏變阻器是一鐵損耗很大的三相電抗器， 在起動過程中， 能自動、無級的減小電阻保持轉(zhuǎn)矩近似不變，使起動過程平穩(wěn)、迅速。結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，維護(hù)方便，應(yīng)用廣泛。（四）深槽和雙籠感應(yīng)電動機(jī)說明：主要利用 集膚效應(yīng)（趨膚效應(yīng)）原理工作，即起動過程自動改變轉(zhuǎn)子電阻。1、深槽式異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)：

30、定子：與普通鼠籠電動機(jī)一樣；h轉(zhuǎn)子：槽深而窄 ,10 12工作原理：同雙鼠籠式異步電動機(jī)。* 雙籠型異步電動機(jī)的起動性能比深槽式好， 但深槽式結(jié)構(gòu)簡單， 制造成本低。二者共同的缺點是功率因數(shù)和過載能力低。第20頁2、雙鼠籠式異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)定子：與普通鼠籠電動機(jī)一樣；轉(zhuǎn)子：有兩套鼠籠上層籠：大，黃銅或青銅，截面小，r 2 上大起動籠下層籠：小，紫銅，截面大， r 2 下小工作籠漏磁通分布情況：由于縫隙的存在，下>上，即 x2 下>x2 上。運行原理起動時， s=1，f 2 最大，轉(zhuǎn)子漏抗 x2 大，電流分布取決于x2，x2 下>x2 上，轉(zhuǎn)子電流集中于上籠（趨膚效應(yīng)）- 起動籠

31、起主要作用，又 r 2 上大 cos2 Tst ；正常運行： sN=0.01 0.06 ，很小 f 2S 很小 x2 很小電流取決于r 2，r 2 下小電流分布在下籠，此時漏抗 x2 小， cos 2 Tem 優(yōu)缺點 優(yōu)點：較大的 Tst 和較小 Ist ；缺點：漏抗較大，其功率因數(shù)、 最大轉(zhuǎn)矩和過載能力較普通的籠型電動機(jī)小。二、三相異步電動機(jī)的制動當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的方向相反時， 電動機(jī)處于制動狀態(tài)， 根據(jù)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的不同情況，又可分為：回饋制動、反接制動、到拉反轉(zhuǎn)及能耗制動等。1、能耗制動：三相異步電動機(jī)處于電動運行狀態(tài)的轉(zhuǎn)速為 n , 如果突然切斷三相交流電源，同時把直流電通入它的定子繞組

32、，結(jié)果，電源切換后的瞬間，三相異步電動機(jī)內(nèi)形成了一個不旋轉(zhuǎn)的空間固定磁動勢， 它相對于旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子來說變成了一個旋轉(zhuǎn)磁動勢 , 旋轉(zhuǎn)方向為順時針，轉(zhuǎn)速大小為 n 。轉(zhuǎn)子繞組則感應(yīng)電動勢，產(chǎn)生電流；進(jìn)而轉(zhuǎn)子受到電磁轉(zhuǎn)矩 T 。第21頁顯然 T 與 n 反方向，電動機(jī)處于制動運行狀態(tài)，T 為制動性的阻轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速n0 時，磁通勢與轉(zhuǎn)子相對靜止，T0，減速過程才完全終止。系統(tǒng)原來貯存的動能主要被電動機(jī)轉(zhuǎn)換為電能消耗在轉(zhuǎn)子回路中，故稱之為能耗制動。2、反接制動：處于正向電動運行的三相繞線式異步電動機(jī)， 當(dāng)改變?nèi)嚯娫吹南嘈驎r， 電動機(jī)便進(jìn)入了反接制動過程。反接制動過程中，電動機(jī)電源相序為負(fù)序， （b）圖為

33、拖動反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，反接制動的同時轉(zhuǎn)子回路串入較大電阻時的反接制動機(jī)械特性。 電動機(jī)的運行點從 A BC ，到 C 點后，可以準(zhǔn)確停車。如果電動機(jī)拖動負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小的反抗性恒轉(zhuǎn)矩或拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運行，如果進(jìn)行反接制動停車， 則必須在降速到 n 0 時切斷電源并停車， 否則電第22頁動機(jī)將會反向起動。 三相異步電動機(jī)反接制動停車比能耗制動停車速度快， 但能量損失較大。一些頻繁正、反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械，為了迅速改變轉(zhuǎn)向，提高生產(chǎn)率，經(jīng)常采用反接制動停車接著反向起動的方法。3、倒拉反轉(zhuǎn)運行 :拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運行的三相繞線式異步電動機(jī)， 若在轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串入一定值的電阻， 電動機(jī)轉(zhuǎn)速可以降低。 如

34、果所串的電阻超過某一數(shù)值則會使電動機(jī)反轉(zhuǎn)，稱之為倒拉反轉(zhuǎn)制動運行狀態(tài)。倒拉反轉(zhuǎn)制動運行是轉(zhuǎn)差率 s 1 的一種穩(wěn)態(tài)，其功率關(guān)系與反接制動過程一樣，電磁功率 0，機(jī)械功率 0。但是倒拉反轉(zhuǎn)運行時負(fù)載向電動機(jī)送入的機(jī)械功率是靠著負(fù)載貯存的位能的減少，是位能性負(fù)載倒過來拉著電動機(jī)反轉(zhuǎn)。4、回饋制動運行：回饋制動運行分為正向回饋制動運行和反向回饋制動運行。（1）正向回饋制動運行：通過將一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能并回饋回電源的現(xiàn)象。電動機(jī)運行在第 II 象限 B-C 段機(jī)械特性上時， n 0,T 0。轉(zhuǎn)子邊送過來的電磁功率， 除了定子繞組上銅耗外， 其余的回饋給電源了。 這時的三相異步電動機(jī)實際上是一臺發(fā)電

35、機(jī)。第23頁（ 2）反向回饋制動運行：當(dāng)三相異步電動機(jī)拖動位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載， 電源為負(fù)相序 （A、 C、 B ）時，電動機(jī)運行于第 IV 象限，如圖中的 B 點，電磁轉(zhuǎn)矩 T0，轉(zhuǎn)速 n 0, 稱為反向回饋制動運行。起重機(jī)高速下放重物時， 經(jīng)常采用反向回饋制動運行方式。 若負(fù)載大小不變，轉(zhuǎn)子回路串入電阻后，轉(zhuǎn)速絕對值加大，如圖中的 C點；串入電阻越大，轉(zhuǎn)速絕對值越高。反向回饋制動運行時， 電動機(jī)是一臺發(fā)電機(jī)， 它把從負(fù)載位能減少而輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽β剩?然后回送給電網(wǎng)。 從節(jié)能的觀點看問題， 反向回饋制動第24頁下放重物比能耗制動下放重物要好。三、三相異步電動機(jī)的調(diào)速1.異步電動機(jī)特點：

36、結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，運行可靠，維護(hù)方便。2.轉(zhuǎn)速公式： n (1 S) n160 f1 (1 S)p3.調(diào)速方法：變極調(diào)速；變頻調(diào)速；改變轉(zhuǎn)差率S 調(diào)速。4.調(diào)速性能：調(diào)速范圍；調(diào)速的穩(wěn)定性；調(diào)速的平滑性；調(diào)速的經(jīng)濟(jì)性。（一）變極調(diào)速基本思路：可以采用兩套繞組， 但為了提高材料的利用率， 一般采用單繞組變極，即通過改變一套繞組的連接方式而得到不同極對數(shù)的磁動勢， 以實現(xiàn)變極調(diào)速。1. 變極原理SNSNa1x1a2x2A X2p=4NSa1x1a2x2AX2p=22. 變極繞組的連接方法：第25頁 YY(2pp) ；順串 Y反串 Y（2pp）；YY(2pp) 。說明：變極前后，三相繞組的相序發(fā)生

37、改變，為保證電動機(jī)的轉(zhuǎn)向不變，須對調(diào)定子兩相繞組的出線端。3. 變極前后轉(zhuǎn)矩和功率的變化設(shè)定子繞組相電壓為 U X ，相電流為 I1 ，則輸出功率為 p23U X I 1 cos變極前后兩種極對數(shù)下，、 cos不變，并近似認(rèn)為 PPP ，則em21得：PemUXI1U XI 1 pTemn11YYY(2p p) ；Y 接時繞組相電流為： I ；YY接時繞組相電流為： 2I ；則變極前后電磁轉(zhuǎn)矩之比為： TYU X I (2 p)1TYYU X (2I ) p結(jié)論：此種變極連接方法適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載變極調(diào)速。 YY(2pp) ；同步角速度之比：p12 p2YY接相電壓為： 3U X，相電流為： I ；YY接相電壓為： U X ，相電流為： 2I ，則兩種極對數(shù)下輸出功率之比為：P2T3U X I 2 p1366P2YYTYY YYU X 2Ip20.82結(jié)論：此種變極連接方法適用于恒功率負(fù)載變極調(diào)速。* 說明：變極調(diào)速方法簡單、運行可靠、機(jī)械特性較硬，但只能實現(xiàn)有極調(diào)速。單繞組三速電機(jī)繞組接法已經(jīng)相當(dāng)復(fù)雜，故變極調(diào)速不適宜超過三種速度。（二）變頻調(diào)速1. 概述第26頁異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速：n60 f1S(1 ) ；當(dāng)轉(zhuǎn)差率 S 變化不大時， n 近似正比p于頻率 f1 ，可見改變電源頻率就可改變異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。單調(diào)頻， U1 不變， f1 m Tem (Tmax )