電工學簡明教程第6章

1、第第6章章 交流電動機交流電動機6.1 三相異步電動機的構(gòu)造三相異步電動機的構(gòu)造6.2 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理6.3 三相異步電動機的電路分析三相異步電動機的電路分析 6.4 三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩和機械特性三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩和機械特性 6.5 三相異步電動機的起動三相異步電動機的起動 6.6 三相異步電動機的調(diào)速三相異步電動機的調(diào)速 6.7 三相異步電動機的制動三相異步電動機的制動 6.8 三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)的選擇三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)的選擇 6.9 三相異步電動機三相異步電動機第第6章章 交流電動機交流電動機直流電動機按照勵磁方式的不同分為他勵、并勵、串勵

2、和復勵四種。直流電動機按照勵磁方式的不同分為他勵、并勵、串勵和復勵四種。 電動機分為交流電動機和直流電動機兩大類。電動機分為交流電動機和直流電動機兩大類。交流電動機又分為異步電動機和同步電動機。交流電動機又分為異步電動機和同步電動機。 三相異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠、維護方便、價格三相異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠、維護方便、價格低廉等優(yōu)點，它被廣泛的用來驅(qū)動各種機床，運輸機，起重機，傳送帶，低廉等優(yōu)點，它被廣泛的用來驅(qū)動各種機床，運輸機，起重機，傳送帶，中小型通風機及水泵等。中小型通風機及水泵等。 同步電動機主要應用于功率較大，不需調(diào)速，長期工作的各同步電動機主要

3、應用于功率較大，不需調(diào)速，長期工作的各種生產(chǎn)機械，如壓縮機、水泵、風機和家用電器中。種生產(chǎn)機械，如壓縮機、水泵、風機和家用電器中。 異步電動機的缺點是調(diào)速比較困難，不易實現(xiàn)范圍較寬的平滑調(diào)速，異步電動機的缺點是調(diào)速比較困難，不易實現(xiàn)范圍較寬的平滑調(diào)速，因此不需要調(diào)速的生產(chǎn)機械都采用異步電動機拖動。因此不需要調(diào)速的生產(chǎn)機械都采用異步電動機拖動。 直流電動機調(diào)速性能比異步電動機好，常用于對調(diào)速性能要求很高直流電動機調(diào)速性能比異步電動機好，常用于對調(diào)速性能要求很高的生產(chǎn)機械。如電梯，礦山用的提升機等。的生產(chǎn)機械。如電梯，礦山用的提升機等。6.1 三相異步電動機的構(gòu)造三相異步電動機的構(gòu)造圖 6.1.1

4、 三相電動機的構(gòu)造 三相異步電動機由兩個部分三相異步電動機由兩個部分組成：定子和轉(zhuǎn)子，如圖組成：定子和轉(zhuǎn)子，如圖6.1.1所示。所示。 定子由定子鐵芯、定定子由定子鐵芯、定子繞組和機座組成。子繞組和機座組成。 mm定子鐵芯由定子鐵芯由0.5相互絕緣的硅鋼片疊成，相互絕緣的硅鋼片疊成，CZBY,AX, 通常固定在用鑄鐵或鑄鋼制成的機座內(nèi)壁上，鐵芯的內(nèi)圓周表面沖有均勻通常固定在用鑄鐵或鑄鋼制成的機座內(nèi)壁上，鐵芯的內(nèi)圓周表面沖有均勻分布的槽（圖分布的槽（圖6.1.2），用來嵌放對稱的三相繞組），用來嵌放對稱的三相繞組， 通稱通稱A相、相、B相、相、C相繞組。相繞組。A、B、 C端端稱為首端，稱為首端

5、，X、Y、Z端稱為末端，分別引到電動機的端稱為末端，分別引到電動機的接線盒上。接線盒上?？筛鶕?jù)需要將三相繞組聯(lián)接成星形（可根據(jù)需要將三相繞組聯(lián)接成星形（Y接）或聯(lián)接成三角形（接）或聯(lián)接成三角形（接）。接）。6.1 三相異步電動機的構(gòu)造三相異步電動機的構(gòu)造圖 6.1.2 定子和轉(zhuǎn)子的鐵心片圖 6.1.3 鼠籠式轉(zhuǎn)子（a）鼠籠式繞組；（b）轉(zhuǎn)子外形按照轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同將三相異步電動機分為兩種：鼠籠式和繞線式。按照轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同將三相異步電動機分為兩種：鼠籠式和繞線式。轉(zhuǎn)子主要是由轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組組成。轉(zhuǎn)子主要是由轉(zhuǎn)子鐵芯和轉(zhuǎn)子繞組組成。 轉(zhuǎn)子鐵芯是圓柱狀，也用硅鋼片疊成，鐵芯外表面沖有槽（圖轉(zhuǎn)子鐵

6、芯是圓柱狀，也用硅鋼片疊成，鐵芯外表面沖有槽（圖6.1.2）槽內(nèi)嵌放）槽內(nèi)嵌放轉(zhuǎn)子繞組。鐵芯裝在轉(zhuǎn)軸上，軸上加機械負載。轉(zhuǎn)子繞組。鐵芯裝在轉(zhuǎn)軸上，軸上加機械負載。 鼠籠式的轉(zhuǎn)子繞組做成鼠籠狀，就是在轉(zhuǎn)子鐵芯的槽中放銅條，其兩端用端鼠籠式的轉(zhuǎn)子繞組做成鼠籠狀，就是在轉(zhuǎn)子鐵芯的槽中放銅條，其兩端用端環(huán)聯(lián)接（圖環(huán)聯(lián)接（圖6.1.3）?；蛘咴诓壑袧茶T鋁液，鑄成一鼠籠（圖）。或者在槽中澆鑄鋁液，鑄成一鼠籠（圖6.1.4），這樣便可以），這樣便可以用比較便宜的鋁來代替銅，同時制造也快。用比較便宜的鋁來代替銅，同時制造也快。 圖 6.1.4 鑄鋁的鼠籠式轉(zhuǎn)子6.1 三相異步電動機的構(gòu)造三相異步電動機的構(gòu)造圖

7、 6.1.5 繞線式異步電動機的構(gòu)造 繞線式繞線式異步電動機的構(gòu)造如圖異步電動機的構(gòu)造如圖6.1.5所示，它的轉(zhuǎn)子繞組同定子繞所示，它的轉(zhuǎn)子繞組同定子繞組一樣，也是三相繞組，通常聯(lián)接成星形。它的三個引出線接在三個組一樣，也是三相繞組，通常聯(lián)接成星形。它的三個引出線接在三個銅制的滑環(huán)上，滑環(huán)固定在轉(zhuǎn)軸上。環(huán)與環(huán)，環(huán)與轉(zhuǎn)軸都互相絕緣。銅制的滑環(huán)上，滑環(huán)固定在轉(zhuǎn)軸上。環(huán)與環(huán)，環(huán)與轉(zhuǎn)軸都互相絕緣。滑環(huán)與固定在機殼上的電刷滑動接觸。轉(zhuǎn)子繞組可以通過滑環(huán)和電刷滑環(huán)與固定在機殼上的電刷滑動接觸。轉(zhuǎn)子繞組可以通過滑環(huán)和電刷與外電路的附加電阻連接，用來改善起動及調(diào)速性能。與外電路的附加電阻連接，用來改善起動及調(diào)

8、速性能。 在正常運行時，繞線式轉(zhuǎn)子的起動電阻和調(diào)速電阻是借助于電刷在正常運行時，繞線式轉(zhuǎn)子的起動電阻和調(diào)速電阻是借助于電刷同滑環(huán)和轉(zhuǎn)子繞組聯(lián)接的。同滑環(huán)和轉(zhuǎn)子繞組聯(lián)接的。 鼠籠式電動機構(gòu)造簡單，價格低廉，工作可靠，使用方便，成為生產(chǎn)上應鼠籠式電動機構(gòu)造簡單，價格低廉，工作可靠，使用方便，成為生產(chǎn)上應用最為廣泛的一種電動機。用最為廣泛的一種電動機。 但與繞線式異步電動機但與繞線式異步電動機相比，其起動和調(diào)速性能相比，其起動和調(diào)速性能較差，適合拖動不需調(diào)速較差，適合拖動不需調(diào)速的機械或?qū)φ{(diào)速要求不高的機械或?qū)φ{(diào)速要求不高的機械。的機械。6.2 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理 當三

9、相定子繞組通入三相對稱的交流電流時，就會在定子和轉(zhuǎn)子鐵心及當三相定子繞組通入三相對稱的交流電流時，就會在定子和轉(zhuǎn)子鐵心及氣隙中產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，依靠這個旋轉(zhuǎn)磁場，將定子的電能傳遞給轉(zhuǎn)子。氣隙中產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，依靠這個旋轉(zhuǎn)磁場，將定子的電能傳遞給轉(zhuǎn)子。6.2.1旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場 假設假設AX、BY、CZ三相對稱繞組為集中繞組，每相繞組一個線圈，占鐵芯三相對稱繞組為集中繞組，每相繞組一個線圈，占鐵芯兩個槽。三相繞組在空間彼此相隔兩個槽。三相繞組在空間彼此相隔120 端端A、B、C分別接在三相對稱交流電源的分別接在三相對稱交流電源的A、B、C端線上，而末端端線上，而末端X、Y、Z聯(lián)成一點，如圖聯(lián)成

10、一點，如圖6.2.1（a）。定子鐵芯共有六個槽孔。）。定子鐵芯共有六個槽孔。如果三相繞組是星形聯(lián)接，。如果三相繞組是星形聯(lián)接，則首則首圖 6. 2. 1 三相繞組電路和三相對稱電流ABCXYZ(a)AiBiCiiAiBiCiO6090(b)t 當如圖（當如圖（6.2.1）（b）所示的對稱三相電）所示的對稱三相電流通過定子三相繞組時，流通過定子三相繞組時，要產(chǎn)生磁場。要產(chǎn)生磁場。 6.2.1旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場n0AXBYCZ(a)n0AXBYCZ(b)n0AXBYCZ(c)圖 6.2.2 三相對稱電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場 ( p = 1 )0t60t90t流出用流出用“”表示。表示。假設當電流從線圈的首

11、端流入，假設當電流從線圈的首端流入， 從末端流出時為正，流入用從末端流出時為正，流入用“”表示，表示，在在0t的瞬時，定子繞組中的電流方向如圖的瞬時，定子繞組中的電流方向如圖6.2.2（a）所示。）所示。 ， 0Ai0Bi這時這時；0Ci電流電流的合成磁場。在圖的合成磁場。在圖6.2.2（a）中，合成磁場軸線的方向是自上而下的。）中，合成磁場軸線的方向是自上而下的。;將每相電流所產(chǎn)生的磁場相加，便得出三相將每相電流所產(chǎn)生的磁場相加，便得出三相圖圖6.2.2（b）所示的是）所示的是60t的合成磁場的方向。的合成磁場的方向。 時定子繞組中電流的方向和三相電流時定子繞組中電流的方向和三相電流這時的合

12、成磁場已在空間轉(zhuǎn)過了這時的合成磁場已在空間轉(zhuǎn)過了60。60t30的合成磁場，它比的合成磁場，它比時的合成磁場在空間又轉(zhuǎn)過時的合成磁場在空間又轉(zhuǎn)過，如圖，如圖6.2.2（c）所示。）所示。90t同理可得在同理可得在時的三相電流時的三相電流 由上可知道，當定子繞組中通過由上可知道，當定子繞組中通過三相電流后，它們共同產(chǎn)生的合成三相電流后，它們共同產(chǎn)生的合成磁場是隨著電流的交變而在空間不磁場是隨著電流的交變而在空間不斷旋轉(zhuǎn)的，這就是斷旋轉(zhuǎn)的，這就是旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場。 1旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 6.2.1旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場2. 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向 圖圖6.2.2可見，當通入定子三相繞組的

13、電流相序為可見，當通入定子三相繞組的電流相序為ABC 時，旋轉(zhuǎn)磁場的方向為時，旋轉(zhuǎn)磁場的方向為ABC ，是順時針方向。，是順時針方向。如果把電源的三根端線中的任意兩根對調(diào)，例如，相序為如果把電源的三根端線中的任意兩根對調(diào)，例如，相序為ACB ，此時旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向?qū)⑹?，此時旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向?qū)⑹茿CB（見圖（見圖6.2.3），為逆時針方向。可見旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向與通入繞組的），為逆時針方向。可見旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向與通入繞組的三相電流的相序有關。三相電流的相序有關。n0n0AXBYCZ圖 6.2.3 旋轉(zhuǎn)磁場的反轉(zhuǎn)ABCAXBYCZ0t60t6.2.1旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場3. 旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)

14、 三相異步電動機的極數(shù)就是旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)。三相異步電動機的極數(shù)就是旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)。 120極極，即，即每相繞組有兩個線圈串聯(lián)，繞組的始每相繞組有兩個線圈串聯(lián)，繞組的始端之間相差端之間相差2p旋轉(zhuǎn)磁場具有兩對磁極，即旋轉(zhuǎn)磁場具有兩對磁極，即，如圖，如圖6.2.5所示。所示。在上述圖在上述圖6.2.2的情況下，每組繞組只的情況下，每組繞組只有一個線圈，繞組的始端之間相差有一個線圈，繞組的始端之間相差1pp（是磁極對數(shù)）。如將是磁極對數(shù)）。如將ABCZYXABCABCXY(b)Z(a)圖 6.2.4 產(chǎn)生四極旋轉(zhuǎn)磁場的定子繞組AiCiBiACBZYXn0ACBZYXn030圖 6.2.5 三相電流產(chǎn)

15、生的旋轉(zhuǎn)磁場 ( p = 2 )0t60t空間角，空間角，定子繞組安排定子繞組安排則產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場具有一對磁則產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場具有一對磁得如圖得如圖6.2.4那樣，即那樣，即60空間角，則產(chǎn)生的空間角，則產(chǎn)生的3p同理，如果要產(chǎn)生三對磁極，即同理，如果要產(chǎn)生三對磁極，即圈，繞組的始端之間相差圈，繞組的始端之間相差p12040空間角?？臻g角。的旋轉(zhuǎn)磁場，則每相繞組必須的旋轉(zhuǎn)磁場，則每相繞組必須有均勻安排在空間的串聯(lián)的三個線有均勻安排在空間的串聯(lián)的三個線4. 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速6.2.1旋轉(zhuǎn)磁場旋轉(zhuǎn)磁場0t60t60601f由圖由圖6.2.2可見，當電流從可見，當電流從到到經(jīng)歷了經(jīng)歷了時，

16、磁場在空間也旋轉(zhuǎn)了時，磁場在空間也旋轉(zhuǎn)了。當電流交變了一次（一個周期）時，磁場恰好在空間旋轉(zhuǎn)了一轉(zhuǎn)。當電流交變了一次（一個周期）時，磁場恰好在空間旋轉(zhuǎn)了一轉(zhuǎn)。設電流的頻率為設電流的頻率為1060 fn ,則旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為則旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為min/ r）。）。轉(zhuǎn)速的單位為轉(zhuǎn)每分（轉(zhuǎn)速的單位為轉(zhuǎn)每分（0t在旋轉(zhuǎn)磁場具有兩對極的情況下，由圖在旋轉(zhuǎn)磁場具有兩對極的情況下，由圖（6.2.5）可見，當電流也從可見，當電流也從到到60t6030經(jīng)歷了經(jīng)歷了時，而磁場在空間僅旋轉(zhuǎn)了時，而磁場在空間僅旋轉(zhuǎn)了磁場僅旋轉(zhuǎn)了半磁場僅旋轉(zhuǎn)了半 。就是說，當電流交變了一次時，。就是說，當電流交變了一次時，1p26010

17、fn 轉(zhuǎn)，比轉(zhuǎn)，比情況下的轉(zhuǎn)速慢了一半，即情況下的轉(zhuǎn)速慢了一半，即。311p36010fn 同理，在三對極的情況下，電流交變一次，磁場在空間僅旋轉(zhuǎn)了同理，在三對極的情況下，電流交變一次，磁場在空間僅旋轉(zhuǎn)了轉(zhuǎn)，只是轉(zhuǎn)，只是情況下的轉(zhuǎn)速的三分之一，即情況下的轉(zhuǎn)速的三分之一，即ppfn1060由此得出結(jié)論：，當旋轉(zhuǎn)磁場具有由此得出結(jié)論：，當旋轉(zhuǎn)磁場具有對極時，磁場的轉(zhuǎn)速為對極時，磁場的轉(zhuǎn)速為 p0nmin/r表表6.2.1在我國，工頻在我國，工頻Hz501f對應不同極對數(shù)對應不同極對數(shù)p的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速速0n見表見表6.2.16.2.2 三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理圖圖

18、6.2.6是三相異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的原理圖，是三相異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的原理圖， SNn0nFF圖 6.2.6 轉(zhuǎn) 子 轉(zhuǎn) 動 的原 理 圖可應用左手定則來確定。由電磁力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動起來。可應用左手定則來確定。由電磁力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動起來。由圖由圖6.2.6可見，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向和磁極旋轉(zhuǎn)的方向相同。當旋轉(zhuǎn)磁場可見，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向和磁極旋轉(zhuǎn)的方向相同。當旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)時，電動機也跟著反轉(zhuǎn)。反轉(zhuǎn)時，電動機也跟著反轉(zhuǎn)。 圖中圖中N，S表示兩極旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子中只示出表示兩極旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子中只示出兩根導條（銅或鋁）。當旋轉(zhuǎn)磁場向順時針方兩根導條（銅或鋁）。當旋轉(zhuǎn)磁場向順時針方向旋轉(zhuǎn)時，其

19、磁力線切割轉(zhuǎn)子導條，導條中就向旋轉(zhuǎn)時，其磁力線切割轉(zhuǎn)子導條，導條中就感應出電動勢。電動勢的方向由右手定則確定。感應出電動勢。電動勢的方向由右手定則確定。在這里應用右手定則時，可假設磁極不動，而在這里應用右手定則時，可假設磁極不動，而轉(zhuǎn)子導條向逆時針方向旋轉(zhuǎn)切割磁力線，這與轉(zhuǎn)子導條向逆時針方向旋轉(zhuǎn)切割磁力線，這與實際上磁極順時針方向旋轉(zhuǎn)時磁力線切割轉(zhuǎn)子實際上磁極順時針方向旋轉(zhuǎn)時磁力線切割轉(zhuǎn)子導條是相當?shù)摹l是相當?shù)摹?由于轉(zhuǎn)子導條是閉合的，在電動勢的作用下，導條中就有電流。該由于轉(zhuǎn)子導條是閉合的，在電動勢的作用下，導條中就有電流。該電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，而使轉(zhuǎn)子導條受到電磁力電流與旋轉(zhuǎn)磁場相

20、互作用，而使轉(zhuǎn)子導條受到電磁力F。電磁力的方向。電磁力的方向6.2.3 轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率SNn0nFF圖 6.2.6 轉(zhuǎn) 子 轉(zhuǎn) 動 的原 理 圖n0n0nn 0n0n由圖由圖6.2.6可見，電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向與磁場旋可見，電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向相同，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)的方向相同，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，即相等，即以及轉(zhuǎn)矩也就都不存在。這樣，轉(zhuǎn)子就不可能以及轉(zhuǎn)矩也就都不存在。這樣，轉(zhuǎn)子就不可能速之間必須要有差別。這就是異步電動機名稱的由來。而旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速速之間必須要有差別。這就是異步電動機名稱的由來。而旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速常稱為同步轉(zhuǎn)速。常稱為同步轉(zhuǎn)速。不可能達到與不

21、可能達到與。因為，如果。因為，如果兩者相等，則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間就沒有相對運動，兩者相等，則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間就沒有相對運動，因而磁通就不切割轉(zhuǎn)子導條，轉(zhuǎn)子電動勢、轉(zhuǎn)子電流因而磁通就不切割轉(zhuǎn)子導條，轉(zhuǎn)子電動勢、轉(zhuǎn)子電流繼續(xù)以繼續(xù)以的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與磁場轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與磁場轉(zhuǎn)sn0n00nnns我們用轉(zhuǎn)差率我們用轉(zhuǎn)差率來表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速來表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與磁場轉(zhuǎn)速與磁場轉(zhuǎn)速相差的程度，即相差的程度，即%1%9通常異步電動機在額定負載時的轉(zhuǎn)差率約為通常異步電動機在額定負載時的轉(zhuǎn)差率約為。0)1 (nsn也可寫為也可寫為 min/ r1440nHz501f【例【例6.2.1】 有一臺

22、三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速有一臺三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速的極數(shù)和額定負載時的轉(zhuǎn)差率。電源頻率的極數(shù)和額定負載時的轉(zhuǎn)差率。電源頻率。試求電動機。試求電動機min/ r1440%4%100150014401500%10000nnns【解】由于電動機的額定轉(zhuǎn)速接近而略小于同步轉(zhuǎn)速，而同步轉(zhuǎn)速對應【解】由于電動機的額定轉(zhuǎn)速接近而略小于同步轉(zhuǎn)速，而同步轉(zhuǎn)速對應于不同的極對數(shù)有一系列固定的數(shù)值（見表于不同的極對數(shù)有一系列固定的數(shù)值（見表6.2.1）。顯然，與）。顯然，與min/ r15000n最相近的同步轉(zhuǎn)速最相近的同步轉(zhuǎn)速，與此相應的磁極對數(shù)，與此相應的磁極對數(shù)2p。因此，額定負載時的轉(zhuǎn)差率為。因此，

23、額定負載時的轉(zhuǎn)差率為6.3 三相異步電動機的電路分析三相異步電動機的電路分析圖 6.3.1 三 相 異 步 電 動 機 的每 相 電 路 圖定 子 電 路 轉(zhuǎn) 子 電 路1e1e2e2e1f2f1i2i1u繞組和轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生漏磁電動勢繞組和轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生漏磁電動勢1e2e和和定子和轉(zhuǎn)子每相繞組的匝數(shù)分別為定子和轉(zhuǎn)子每相繞組的匝數(shù)分別為1N2N和和1u當定子繞組接上三相電源電壓（相電壓為當定子繞組接上三相電源電壓（相電壓為）1i）通過。定子）通過。定子2e2i（由此產(chǎn)生電流（由此產(chǎn)生電流），），而且而且1e組組中也要感應出電動勢中也要感應出電動勢。（實。（實時，則有三相電流（相電流時，則有三相

24、電流（相電流不僅在轉(zhuǎn)子每相繞組中要感應出電動勢不僅在轉(zhuǎn)子每相繞組中要感應出電動勢三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，其磁通通過定子和轉(zhuǎn)子鐵三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，其磁通通過定子和轉(zhuǎn)子鐵這磁場這磁場在定子每相繞在定子每相繞轉(zhuǎn)磁場是由定子電流轉(zhuǎn)磁場是由定子電流芯而閉合。芯而閉合。際上三相異步電動機中的際上三相異步電動機中的旋旋和轉(zhuǎn)子電流共同產(chǎn)生的。）此外，還有漏磁通，在和轉(zhuǎn)子電流共同產(chǎn)生的。）此外，還有漏磁通，在定子定子。6.3.1 定子電路定子電路)(dd)()(1111111111etiLiReeiRu)(j)()(1111111111EIXIREEIRU定子每相電路的電壓方程和變壓器原繞組電路一樣，即定子每

25、相電路的電壓方程和變壓器原繞組電路一樣，即 如用相量表示，則為如用相量表示，則為11EU111144. 4UNfE1f1e0n6001pnf 式中，式中，1R1X和和一樣，也可得出一樣，也可得出和和 式中：式中： 是通過每相繞組的磁通最大值，在數(shù)值上它等于旋轉(zhuǎn)磁場的是通過每相繞組的磁通最大值，在數(shù)值上它等于旋轉(zhuǎn)磁場的是是的頻率。因為旋轉(zhuǎn)磁場和定子間的相對轉(zhuǎn)速為的頻率。因為旋轉(zhuǎn)磁場和定子間的相對轉(zhuǎn)速為， 即等于電源或定子電流的頻率即等于電源或定子電流的頻率分別為定子每相繞組的電阻和感抗（漏磁感抗分別為定子每相繞組的電阻和感抗（漏磁感抗）。）。和變壓器和變壓器每極磁通；每極磁通；所以所以6.3.2

26、 轉(zhuǎn)子電路轉(zhuǎn)子電路tiLiReiRedd)(2222222222222222j)(IXIREIRE轉(zhuǎn)子每相電路的電壓方程為轉(zhuǎn)子每相電路的電壓方程為 如用相量表示，則為如用相量表示，則為 上式中轉(zhuǎn)子電路的各個物理量對電動機的性能都有影響，上式中轉(zhuǎn)子電路的各個物理量對電動機的性能都有影響，分述如下。分述如下。式中：式中：2R2X和和分別為轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻和感抗（漏磁感抗）。分別為轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻和感抗（漏磁感抗）。60)(02nnpf1. 轉(zhuǎn)子頻率轉(zhuǎn)子頻率轉(zhuǎn)子頻率轉(zhuǎn)子頻率2fnn 0因為旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子之間的相對轉(zhuǎn)速為（因為旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子之間的相對轉(zhuǎn)速為（），所以），所以60)(02nnpf1.

27、 轉(zhuǎn)子頻率轉(zhuǎn)子頻率轉(zhuǎn)子頻率轉(zhuǎn)子頻率2fnn 0因為旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子之間的相對轉(zhuǎn)速為（因為旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子之間的相對轉(zhuǎn)速為（），所以），所以1000260sfpnnnnf時（電動機起動初始瞬間），轉(zhuǎn)子與旋時（電動機起動初始瞬間），轉(zhuǎn)子與旋0n1s 在在，即，即2f12ff 所以這時所以這時最高，即最高，即。 轉(zhuǎn)磁場間的相對轉(zhuǎn)速最大，轉(zhuǎn)子導條被旋轉(zhuǎn)磁通切割的最快。轉(zhuǎn)磁場間的相對轉(zhuǎn)速最大，轉(zhuǎn)子導條被旋轉(zhuǎn)磁通切割的最快。2. 2. 轉(zhuǎn)子電動勢轉(zhuǎn)子電動勢2E2122244. 444. 4NsfNfE0n1s212044. 4NfE轉(zhuǎn)子電動勢轉(zhuǎn)子電動勢的有效值為的有效值為 在在，即，即時，轉(zhuǎn)子電動勢為時，轉(zhuǎn)子

28、電動勢為 這時這時12ff ，轉(zhuǎn)子電動勢最大。，轉(zhuǎn)子電動勢最大。得出得出 202sEE 3. 轉(zhuǎn)子感抗轉(zhuǎn)子感抗2X2122222LsfLfX0n1s21202LfX12ff 202sXX 轉(zhuǎn)子感抗轉(zhuǎn)子感抗當當，即，即時，轉(zhuǎn)子感抗為時，轉(zhuǎn)子感抗為 這時這時由上兩式可得出由上兩式可得出 即即，轉(zhuǎn)子感抗最大。，轉(zhuǎn)子感抗最大。4. 轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流2I 轉(zhuǎn)子每相電路的電流轉(zhuǎn)子每相電路的電流 2202220222222)(sXRsEXREI5. 轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)2cos220222222222)(cossXRRXRRs2R20sX1cos2s2022cossXR當當很小時，很小時，當

29、當接近接近1 時，時，即兩者之間近似地有雙曲線的關系。，即兩者之間近似地有雙曲線的關系。 ； 由上述可知，轉(zhuǎn)子電路的各個物理量，如電動勢，電由上述可知，轉(zhuǎn)子電路的各個物理量，如電動勢，電流、頻率、感抗及功率因數(shù)等都與轉(zhuǎn)差率由關，亦即與流、頻率、感抗及功率因數(shù)等都與轉(zhuǎn)差率由關，亦即與轉(zhuǎn)速有關。轉(zhuǎn)速有關。6.4 三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩和機械特性三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩和機械特性6.4.1 轉(zhuǎn)矩公式轉(zhuǎn)矩公式2I2E222cosI22cosIKTT因轉(zhuǎn)子電路是電感性的，轉(zhuǎn)子電流因轉(zhuǎn)子電路是電感性的，轉(zhuǎn)子電流比轉(zhuǎn)子電動勢比轉(zhuǎn)子電動勢滯后滯后的有功分量為的有功分量為。因此可將三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩公式寫成如下形式

30、。因此可將三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩公式寫成如下形式 角，轉(zhuǎn)子電流角，轉(zhuǎn)子電流式中式中TK是一個常數(shù)是一個常數(shù) 111111144. 444. 4UNfUNfE220222122022202)()44. 4()(sXRNfssXRsEI2202222)(cossXRR22022212)(sXRUsRKTK得出轉(zhuǎn)矩的另一個表示式得出轉(zhuǎn)矩的另一個表示式 是一常數(shù)。是一常數(shù)。式中式中6.4.2 機械特性曲線機械特性曲線1U2R)(sfT )(Tfn 在一定的電源電壓在一定的電源電壓和轉(zhuǎn)子電阻和轉(zhuǎn)子電阻之下，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關系曲線之下，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關系曲線或轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關系曲線或轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關系曲線，稱為

31、電動機的，稱為電動機的機械特性曲線機械特性曲線。 TmaxO1s圖 6. 4. 1 三相異步電動機的 T = f (s) 曲線 TstTTNsmnNn0n0TmaxOTstTTNnNn0nab圖 6. 4. 2 三相異步電動機的 n = f (T) 曲線 )(Tfn )(sfT 圖圖6.4.2的的曲線可從圖曲線可從圖6.4.1得出。只須將得出。只須將90T方向轉(zhuǎn)過方向轉(zhuǎn)過，再將表示，再將表示的橫軸移下即可。的橫軸移下即可。曲線順時針曲線順時針在機械特性曲線上，我們要討論三個轉(zhuǎn)矩。在機械特性曲線上，我們要討論三個轉(zhuǎn)矩。TCTCTT NT1額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩在等速轉(zhuǎn)動時，電動機的轉(zhuǎn)矩在等速轉(zhuǎn)動時，電

32、動機的轉(zhuǎn)矩必須與阻轉(zhuǎn)矩必須與阻轉(zhuǎn)矩相平衡，即相平衡，即0T202TTTT60222nPTT由于由于很小，?？珊雎裕?，很小，?？珊雎?，所以， 并由此得并由此得式中式中2P是電動機軸上輸出的機械功率。是電動機軸上輸出的機械功率。 功率如用千瓦為單位，則得出功率如用千瓦為單位，則得出 nPT29550 額定轉(zhuǎn)矩是電動機在額定負載時的轉(zhuǎn)矩，它可從電動機銘牌上的額額定轉(zhuǎn)矩是電動機在額定負載時的轉(zhuǎn)矩，它可從電動機銘牌上的額定功率（輸出機械功率）和額定轉(zhuǎn)速應用式求得。定功率（輸出機械功率）和額定轉(zhuǎn)速應用式求得。2最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩mssTdd202mXRs 從機械特性曲線上看，轉(zhuǎn)矩有一個最大值，稱為從機械

33、特性曲線上看，轉(zhuǎn)矩有一個最大值，稱為最大轉(zhuǎn)矩或臨界轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩或臨界轉(zhuǎn)矩。對應。對應于最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率為于最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率為，它由，它由求得，即求得，即 2021max2XUKTOTnR2R2圖 6.4.4 對應于不同轉(zhuǎn)子電阻R2的 n = f (T) 曲線(U1=常數(shù)) R2R2OTnU1圖 6.4.3 對應于不同電源電壓的 n = f (T) 曲線 (R2=常數(shù))U1U1n0 圖 6.7.3 發(fā)電反饋制動n0n當轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速當轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超過旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速超過旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速時，這時的轉(zhuǎn)距也是制動時，這時的轉(zhuǎn)距也是制動的（圖的（圖6.7.3）。）。當起重機快速下放重物時，就會發(fā)生這種情況。這時重

34、物拖動轉(zhuǎn)子，當起重機快速下放重物時，就會發(fā)生這種情況。這時重物拖動轉(zhuǎn)子，0nn 發(fā)電反饋制動。發(fā)電反饋制動。使其轉(zhuǎn)速使其轉(zhuǎn)速，重物受到制動而等速下降。實際上這時電動機已轉(zhuǎn)入，重物受到制動而等速下降。實際上這時電動機已轉(zhuǎn)入發(fā)電機運行，將重物的位能轉(zhuǎn)換為電能而反饋到發(fā)電機運行，將重物的位能轉(zhuǎn)換為電能而反饋到電網(wǎng)里去，所以稱為電網(wǎng)里去，所以稱為p另外，當將多速電動機從高速調(diào)另外，當將多速電動機從高速調(diào)到低速的過程中，也自然發(fā)生這到低速的過程中，也自然發(fā)生這種制動。因為剛將極對數(shù)種制動。因為剛將極對數(shù)加倍時，磁場轉(zhuǎn)速立即減半，但由于加倍時，磁場轉(zhuǎn)速立即減半，但由于慣性，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速只能逐漸下降，因此慣性，

35、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速只能逐漸下降，因此就出現(xiàn)就出現(xiàn)0nn 的情況。的情況。6.8 三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)今以今以Y132M4型電動機為例，來說明銘牌上各個數(shù)據(jù)的意義。型電動機為例，來說明銘牌上各個數(shù)據(jù)的意義。三相異步電動機三相異步電動機型號型號Y132M4功功 率率 7.5KW 頻頻 率率 50HZ電壓電壓 380V 電電 流流 15.4A 接接 法法 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 1440r/mjn 絕緣等級絕緣等級 B 工作方式工作方式 連接連接年年 月月 編號編號 xx電機廠電機廠此外，它的主要技術(shù)數(shù)據(jù)有：功率因數(shù)此外，它的主要技術(shù)數(shù)據(jù)有：功率因數(shù)0.85，效率，效率87 %。型號型號Y 13

36、2 M4三相異步電動機三相異步電動機機座中心高（機座中心高（mm)mm)磁極數(shù)磁極數(shù)機座長度代號機座長度代號（ S短機座；短機座；M中機座；中機座；L長機座長機座 ）型號型號6.8 三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)表表6.8.1 異步電動機產(chǎn)品名稱代號異步電動機產(chǎn)品名稱代號 小型小型Y，YL系列鼠籠式異步電動機是取代系列鼠籠式異步電動機是取代JO系列的新產(chǎn)品，封閉自系列的新產(chǎn)品，封閉自扇冷式。扇冷式。Y系列定子繞組為銅線，系列定子繞組為銅線，YL系列為鋁線。系列為鋁線。 2.接法接法這是指定子三相繞組的接法。這是指定子三相繞組的接法。 圖 6.8.1 定子繞組的星形聯(lián)接和角形聯(lián)

37、接 U1V1W1U2V2W2U1V1W1U2V2W2W1V2V1U2U1W2W1V2V1U2U1W2接電源接電源連接方法有星形（連接方法有星形（連接和三角形（連接和三角形（聯(lián)連兩種（圖聯(lián)連兩種（圖6.8.1）。）。 ）圖 6.8.2 確定每相繞組頭尾的方法iU1V1W1U2V2W2U1V1W1U2V2W2(b)(a)U1V1不亮U2V2220ViU1V1亮U2V2220V2.接法接法2U2V 如果聯(lián)成圖如果聯(lián)成圖6.8.2（a）所示的情況，兩繞組的合成磁通不穿過第三繞組，）所示的情況，兩繞組的合成磁通不穿過第三繞組，第三繞組中不產(chǎn)生感應電動勢，于是電燈不亮（也可用一個適當量程的第三繞組中不產(chǎn)生

38、感應電動勢，于是電燈不亮（也可用一個適當量程的交流電壓表來代替電燈）。交流電壓表來代替電燈）。相聯(lián)相聯(lián) 的是第二繞組的尾的是第二繞組的尾（這時，與第一繞組的尾（這時，與第一繞組的尾（）。）。2U1V 當聯(lián)成當聯(lián)成6.8.2（b）所示的情況時，燈絲發(fā)所示的情況時，燈絲發(fā)熱紅。這時，與熱紅。這時，與聯(lián)的是聯(lián)的是。相相3. 電壓電壓 銘牌上所標的電壓值是指電動機在額定運行時定子繞組上應加的線電壓銘牌上所標的電壓值是指電動機在額定運行時定子繞組上應加的線電壓值。一般規(guī)定電動機的電壓不應該高于或低于額定值的值。一般規(guī)定電動機的電壓不應該高于或低于額定值的5%。maxT還必須注意，在低于額定電壓下運行時，

39、和電壓平方成正比的最大轉(zhuǎn)矩還必須注意，在低于額定電壓下運行時，和電壓平方成正比的最大轉(zhuǎn)矩 ，V,380V3000V6000三相異步電動機的額定電壓有三相異步電動機的額定電壓有及及等多種。等多種。會顯著降低，這對電動機的運行也是不利的。會顯著降低，這對電動機的運行也是不利的。4. 電流電流 銘牌上所標的電流值是銘牌上所標的電流值是指電動機在額定運行時定指電動機在額定運行時定子繞組的線電流值。子繞組的線電流值。 圖圖6.8.3是一臺是一臺10 kW三相異步三相異步電動機的工作特性曲線。電動機的工作特性曲線。5. 功率與效率功率與效率 銘牌上所標的功率是指電動機在額定運行時軸上輸出的機械功率值。輸銘

40、牌上所標的功率是指電動機在額定運行時軸上輸出的機械功率值。輸出功率與輸入功率不等，其差值等于電動機本身的損耗功率，包括銅損、出功率與輸入功率不等，其差值等于電動機本身的損耗功率，包括銅損、鐵損及機械損耗等。所謂效率鐵損及機械損耗等。所謂效率就是輸出功率與輸入功率的比值。就是輸出功率與輸入功率的比值。6. 功率因數(shù)功率因數(shù)cos就是電動機的功率因數(shù)。就是電動機的功率因數(shù)。 三相異步電動機的功率因數(shù)較低，三相異步電動機的功率因數(shù)較低，在額定負載時約為在額定負載時約為0.70.9，而在，而在輕載和空載時更低，空載時只有輕載和空載時更低，空載時只有0.20.3。因此必須正確選擇電動。因此必須正確選擇電

41、動機的容量，防止機的容量，防止“大馬拉小車大馬拉小車”，并力求縮短空載的時間。并力求縮短空載的時間。)(cos2Pf曲線如圖曲線如圖6.8.3所示。所示。7. 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速等級最常用的是四個極的轉(zhuǎn)速等級最常用的是四個極的）（min/r15000n8. 絕緣等級絕緣等級 絕緣等級是按電動機繞組所用的絕緣材料在使用時容許的極限溫度來分級絕緣等級是按電動機繞組所用的絕緣材料在使用時容許的極限溫度來分級的。極限溫度是指電機絕緣結(jié)構(gòu)中最熱點的最高容許溫度。技術(shù)數(shù)據(jù)見下表。的。極限溫度是指電機絕緣結(jié)構(gòu)中最熱點的最高容許溫度。技術(shù)數(shù)據(jù)見下表。 9. 工作方式工作方式）（1S）（2S電動機的工作方式分為八類，

42、用字母電動機的工作方式分為八類，用字母1S8S分別表示。例如：連續(xù)工作方式分別表示。例如：連續(xù)工作方式；短時工作方式；短時工作方式，分，分10，30，60，90 min四種；四種；3S斷續(xù)周期性工作方式（斷續(xù)周期性工作方式（時間組成，額定負載時間與整個周期之比稱為負載持續(xù)率。時間組成，額定負載時間與整個周期之比稱為負載持續(xù)率。），其周期由一個額定負載時間和一個停止），其周期由一個額定負載時間和一個停止6.9 三相異步電動機的選擇三相異步電動機的選擇 三相異步電動機最為廣泛的用在生產(chǎn)上，正確地選擇它的功率、種類、型式，三相異步電動機最為廣泛的用在生產(chǎn)上，正確地選擇它的功率、種類、型式，以及正確地

43、選擇它的保護電器和控制電器，是極為重要的。以及正確地選擇它的保護電器和控制電器，是極為重要的。6.9.1 功率的選擇功率的選擇 要為某一生產(chǎn)機械選配一臺電動機，首先要考慮電動機的功率需要多要為某一生產(chǎn)機械選配一臺電動機，首先要考慮電動機的功率需要多大。合理選擇電動機的功率具有重大的經(jīng)濟意義。大。合理選擇電動機的功率具有重大的經(jīng)濟意義。1. 連續(xù)運行電動機功率的選擇連續(xù)運行電動機功率的選擇例如，車床的切削功率為例如，車床的切削功率為)kW(6010001FvP電動機的功率則為電動機的功率則為)kW(601000111FvPPNPP其額定功率應為其額定功率應為 )kW(10221QHP 又如拖動水泵的電動機的功率為又如拖動水泵的電動