船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng)

1、船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系第四章第四章 異步電動機(jī)異步電動機(jī)本章概述本章概述 交流電機(jī)主要分同步電機(jī)和異步電機(jī)。交流電機(jī)主要分同步電機(jī)和異步電機(jī)。 交流異步電動機(jī)的可將交流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能從而拖交流異步電動機(jī)的可將交流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能從而拖動機(jī)械負(fù)載。與直流電機(jī)及其他電動機(jī)相比較，異步電動動機(jī)械負(fù)載。與直流電機(jī)及其他電動機(jī)相比較，異步電動機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、起動方便、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉、維護(hù)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、起動方便、運(yùn)行可靠、價(jià)格低廉、維護(hù)保養(yǎng)方便等優(yōu)點(diǎn)。目前船舶上幾乎所有的甲板機(jī)械及機(jī)艙保養(yǎng)方便等優(yōu)點(diǎn)。目前船舶上幾乎所有的甲板機(jī)械及機(jī)艙輔機(jī)動

2、力電動機(jī)都采用三相鼠籠式異步電動機(jī)，而對于一輔機(jī)動力電動機(jī)都采用三相鼠籠式異步電動機(jī)，而對于一些需要進(jìn)行變速控制的拖動設(shè)備，如起貨機(jī)、錨機(jī)等，目些需要進(jìn)行變速控制的拖動設(shè)備，如起貨機(jī)、錨機(jī)等，目前也正逐步采用三相異步電動機(jī)來替代其它動力設(shè)備。異前也正逐步采用三相異步電動機(jī)來替代其它動力設(shè)備。異步電動機(jī)的主要缺點(diǎn)是必須從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率，步電動機(jī)的主要缺點(diǎn)是必須從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率，而輕載時(shí)功率因數(shù)較低，這對船舶電網(wǎng)以及發(fā)電機(jī)的運(yùn)行而輕載時(shí)功率因數(shù)較低，這對船舶電網(wǎng)以及發(fā)電機(jī)的運(yùn)行較為不利。本章主要介紹異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理。較為不利。本章主要介紹異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理。船舶電

3、氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系第四章第四章 異步電動機(jī)異步電動機(jī)本章主要講解內(nèi)容本章主要講解內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 三相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)與銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)與銘牌數(shù)據(jù)第二節(jié)第二節(jié) 異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場與工作原理異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場與工作原理第三節(jié)第三節(jié) 異步電動機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子電路異步電動機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子電路 第四節(jié)第四節(jié) 三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性第五節(jié)第五節(jié) 三相異步電動機(jī)工作特性與選擇三相異步電動機(jī)工作特性與選擇第六節(jié)第六節(jié) 單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)

4、院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系第一節(jié)第一節(jié) 三相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)與銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)與銘牌數(shù)據(jù) 一、三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)一、三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 三相異步電動機(jī)按照轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式不同分為鼠籠式和三相異步電動機(jī)按照轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式不同分為鼠籠式和 繞線式兩種，船舶上大多采用鼠籠式。繞線式兩種，船舶上大多采用鼠籠式。圖圖4-1為一臺為一臺 三相鼠籠式異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)分解圖。鼠籠式異步電三相鼠籠式異步電動機(jī)的結(jié)構(gòu)分解圖。鼠籠式異步電 動機(jī)主要由兩個(gè)基本部分組成：靜止不動的定子和可動機(jī)主要由兩個(gè)基本部分組成：靜止不動的定子和可 以旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。定子和轉(zhuǎn)子之間有一很窄的空氣隙。以旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。定子和轉(zhuǎn)子

5、之間有一很窄的空氣隙。 此外還有支撐轉(zhuǎn)子的端蓋等。此外還有支撐轉(zhuǎn)子的端蓋等。返回船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系圖圖4-1 4-1 三相鼠籠式異步三相鼠籠式異步電動機(jī)結(jié)構(gòu)電動機(jī)結(jié)構(gòu)船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系1.定子定子 三相異步電動機(jī)的定子主要是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。它三相異步電動機(jī)的定子主要是用來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。它由機(jī)座（外殼）、定子鐵心和定子繞組三部分組成。由機(jī)座（外殼）、定子鐵心和定子繞組三部分組成。 （1）機(jī)座與端蓋：機(jī)座是用來安裝定子鐵心和固定整）機(jī)座與端蓋：機(jī)座是用來安裝定子鐵心和固定整

6、個(gè)電動機(jī)用的，一般用鑄鐵或鑄鋼制成。機(jī)座也是散熱個(gè)電動機(jī)用的，一般用鑄鐵或鑄鋼制成。機(jī)座也是散熱部件，其外表面有散熱片。端蓋固定在機(jī)座上，端蓋上部件，其外表面有散熱片。端蓋固定在機(jī)座上，端蓋上設(shè)有軸承室，以放置軸承并支撐轉(zhuǎn)子。設(shè)有軸承室，以放置軸承并支撐轉(zhuǎn)子。船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系（2）定子鐵心：定子鐵心是電動機(jī)磁路的一部分，由）定子鐵心：定子鐵心是電動機(jī)磁路的一部分，由 于異步電動機(jī)中產(chǎn)生的是旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場相對定于異步電動機(jī)中產(chǎn)生的是旋轉(zhuǎn)磁場，該磁場相對定 子以一定的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，定子鐵心中的磁通的大子以一定的同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，定子鐵心

7、中的磁通的大 小及方向都是變化的。小及方向都是變化的。 定子、轉(zhuǎn)子鐵芯如圖定子、轉(zhuǎn)子鐵芯如圖4-2所示。所示。 異步電動機(jī)常用的定子鐵心槽的形狀如圖異步電動機(jī)常用的定子鐵心槽的形狀如圖4-3示。示。船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系返回 圖圖4-3 4-3 定子槽形及槽內(nèi)線圈布置定子槽形及槽內(nèi)線圈布置圖圖4-2 異步電動機(jī)定子、轉(zhuǎn)子鐵異步電動機(jī)定子、轉(zhuǎn)子鐵芯形狀芯形狀船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系（3）定子繞組：定子繞組是定子中的電路部分。定子）定子繞組：定子繞組是定子中的電路部分。定子 繞組為三相

8、繞組，即三個(gè)完全相同的獨(dú)立繞組，一繞組為三相繞組，即三個(gè)完全相同的獨(dú)立繞組，一 般采用漆包線繞制。般采用漆包線繞制。 定子繞組的兩種接線方法定子繞組的兩種接線方法如圖如圖4-4所示。所示。 接電源接電源圖圖4-4 4-4 三相異步電動機(jī)接線盒三相異步電動機(jī)接線盒1U2U2W1W2V1V2W2U2V1U1U1V1V1W1W2W2U2V2W1U1W2V2U2U船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子是電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，其作用是在旋轉(zhuǎn)磁場的作轉(zhuǎn)子是電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分，其作用是在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下獲得一個(gè)轉(zhuǎn)動力矩，以帶動生產(chǎn)機(jī)械一同轉(zhuǎn)動。異步用下獲

9、得一個(gè)轉(zhuǎn)動力矩，以帶動生產(chǎn)機(jī)械一同轉(zhuǎn)動。異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子有鼠籠式和繞線式兩種型式。兩種轉(zhuǎn)子均包電動機(jī)的轉(zhuǎn)子有鼠籠式和繞線式兩種型式。兩種轉(zhuǎn)子均包括轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸、軸承、滑環(huán)（僅限繞線式括轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸、軸承、滑環(huán)（僅限繞線式中有）等。中有）等。 （1）轉(zhuǎn)子鐵心：轉(zhuǎn)子鐵心用厚度為）轉(zhuǎn)子鐵心：轉(zhuǎn)子鐵心用厚度為0.5mm硅鋼片疊硅鋼片疊成，壓裝在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)子硅鋼片形狀如成，壓裝在轉(zhuǎn)軸上，轉(zhuǎn)子硅鋼片形狀如圖圖4-2（b）所示。所示。以此片疊成的鐵心外圓的表面有均勻分布且與轉(zhuǎn)軸平行的以此片疊成的鐵心外圓的表面有均勻分布且與轉(zhuǎn)軸平行的糟，槽內(nèi)嵌放轉(zhuǎn)子繞組。糟，槽內(nèi)嵌放轉(zhuǎn)子繞組。 船舶電

10、氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系 （2）鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組：鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組是裸銅條或由）鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組：鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組是裸銅條或由鑄鋁制成。銅條繞組是把裸銅條插入轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)，兩端鑄鋁制成。銅條繞組是把裸銅條插入轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)，兩端用兩個(gè)端環(huán)焊成通路，參見用兩個(gè)端環(huán)焊成通路，參見圖圖4-5。鑄鋁繞組是將鋁熔化。鑄鋁繞組是將鋁熔化后澆鑄到轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)，兩個(gè)端環(huán)及冷卻用的風(fēng)翼也同時(shí)后澆鑄到轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)，兩個(gè)端環(huán)及冷卻用的風(fēng)翼也同時(shí)鑄成。一般小型籠式異步電動機(jī)都采用鑄鋁轉(zhuǎn)子。鑄成。一般小型籠式異步電動機(jī)都采用鑄鋁轉(zhuǎn)子。船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪

11、機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系 （3）繞線式轉(zhuǎn)子繞組：繞線式轉(zhuǎn)子繞組是由漆包銅）繞線式轉(zhuǎn)子繞組：繞線式轉(zhuǎn)子繞組是由漆包銅線繞成的三個(gè)完全相同的線圈嵌放到轉(zhuǎn)子鐵心的槽口內(nèi)。線繞成的三個(gè)完全相同的線圈嵌放到轉(zhuǎn)子鐵心的槽口內(nèi)。另一端分別接到固定在轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)滑環(huán)（也稱集電環(huán)）另一端分別接到固定在轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)滑環(huán)（也稱集電環(huán)）上，滑環(huán)間和滑環(huán)與轉(zhuǎn)軸間要絕緣?；h(huán)上固定著電刷。上，滑環(huán)間和滑環(huán)與轉(zhuǎn)軸間要絕緣?；h(huán)上固定著電刷。通過滑環(huán)、電刷將轉(zhuǎn)子繞組電路與外電路相連。通常外電通過滑環(huán)、電刷將轉(zhuǎn)子繞組電路與外電路相連。通常外電路是呈星形連接的電阻，如路是呈星形連接的電阻，如圖圖 4-6 所示。通過轉(zhuǎn)子

12、電路所示。通過轉(zhuǎn)子電路接接入適當(dāng)?shù)母郊与娮韪纳飘惒诫妱訖C(jī)的起動性能（增大起動入適當(dāng)?shù)母郊与娮韪纳飘惒诫妱訖C(jī)的起動性能（增大起動轉(zhuǎn)矩，減小起動電流）或調(diào)速性能（通過改變外接電阻的轉(zhuǎn)矩，減小起動電流）或調(diào)速性能（通過改變外接電阻的阻值改變異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速）。阻值改變異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速）。 圖圖4-7 為繞線式異步電動機(jī)的外形結(jié)構(gòu)圖。為繞線式異步電動機(jī)的外形結(jié)構(gòu)圖。 船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系返回圖圖4-5 鼠籠式轉(zhuǎn)子鼠籠式轉(zhuǎn)子船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系返回圖圖4-6 繞線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)繞

13、線式異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系返回圖圖4-7 繞線式異步電動機(jī)的外形結(jié)構(gòu)繞線式異步電動機(jī)的外形結(jié)構(gòu)船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系3.氣隙氣隙 異步電動機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子之間有一很窄的空氣隙。中異步電動機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子之間有一很窄的空氣隙。中小型異步電動機(jī)的氣隙一般為小型異步電動機(jī)的氣隙一般為0.21.0 mm 。氣隙的大。氣隙的大小直接關(guān)系到電動機(jī)的運(yùn)行性能。通常，氣隙越小，電動小直接關(guān)系到電動機(jī)的運(yùn)行性能。通常，氣隙越小，電動機(jī)磁路中的磁阻越小，產(chǎn)生一定量磁通所需要的勵(lì)磁電流機(jī)

14、磁路中的磁阻越小，產(chǎn)生一定量磁通所需要的勵(lì)磁電流就小，電動機(jī)運(yùn)行性能越好。就小，電動機(jī)運(yùn)行性能越好。船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系二、三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)二、三相異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù) 在每臺電動機(jī)的外殼上都有裝有一塊銘牌，該銘牌上在每臺電動機(jī)的外殼上都有裝有一塊銘牌，該銘牌上標(biāo)出這臺電動機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)主要包括下列幾標(biāo)出這臺電動機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)主要包括下列幾項(xiàng)：項(xiàng)： 1.型號型號 2.額定電壓額定電壓 3.額定電流額定電流 4.額定功率因數(shù)額定功率因數(shù) 5.額定功率額定功率 6.額定頻率額定頻率 7.額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速 8.工作方

15、式工作方式 9.接法接法 船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系第二節(jié)第二節(jié) 異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場與工作原理異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場與工作原理一、三相異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場一、三相異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場 1. 定子旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生定子旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生 以兩極三相異步電動機(jī)為例，如以兩極三相異步電動機(jī)為例，如圖圖4-8所示，三相異所示，三相異步電動機(jī)的定子繞組是結(jié)構(gòu)完全相同的三相繞組，三相繞步電動機(jī)的定子繞組是結(jié)構(gòu)完全相同的三相繞組，三相繞組的首、末端分別用組的首、末端分別用U1 - U2、V1 -V2、W1 -W2表示，表示，在制作時(shí)三相繞組沿定子鐵心內(nèi)圓周均勻而

16、對稱地放置在在制作時(shí)三相繞組沿定子鐵心內(nèi)圓周均勻而對稱地放置在內(nèi)。所謂對稱，即三相線圈的首端（或末端）在定子內(nèi)圓內(nèi)。所謂對稱，即三相線圈的首端（或末端）在定子內(nèi)圓周上彼此相隔周上彼此相隔120，圖圖4-8（a）所示。為分析方便，所示。為分析方便，每相繞組用一匝線圈代替，三相繞組將分布在六個(gè)槽口每相繞組用一匝線圈代替，三相繞組將分布在六個(gè)槽口中。三相線圈根據(jù)需要可以接成星形或者三角形，中。三相線圈根據(jù)需要可以接成星形或者三角形，圖圖4-8（b）將它們作星形聯(lián)接（把三個(gè)末端將它們作星形聯(lián)接（把三個(gè)末端U2、V2、W2并接并接在一起）。在一起）。 船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程

17、學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系圖圖4-8 異步電動機(jī)的三相繞組與三相電流異步電動機(jī)的三相繞組與三相電流船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系 當(dāng)對稱三相交流電源接入三相繞組的當(dāng)對稱三相交流電源接入三相繞組的U U1 1 、V V1 1 、W W1 1 端后，三相定子繞組中便有三相對稱電流端后，三相定子繞組中便有三相對稱電流i iA A、 i iB B和和i iC C流流入，三相對稱電流分別為入，三相對稱電流分別為其波形及相位關(guān)系如圖其波形及相位關(guān)系如圖4-8(c) 4-8(c) 所示。設(shè)三相電流的正方所示。設(shè)三相電流的正方向是從繞組的首端流人（用向是從繞

18、組的首端流人（用表示），末端流出（用表示），末端流出（用表表示）。下面從幾個(gè)不同瞬間來分析三相交流電流流過定子示）。下面從幾個(gè)不同瞬間來分析三相交流電流流過定子繞組所產(chǎn)生的合成磁場。繞組所產(chǎn)生的合成磁場。)t(Ii)t(IitIi120sin120sinsinmCmBmA船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系o t t = 0= 0時(shí)，時(shí)， i iA A = 0 = 0，U U相繞組中沒有電流；相繞組中沒有電流； i iB B是負(fù)是負(fù)值，即值，即V V相繞組中電流由相繞組中電流由 V V2 2端流進(jìn)，端流進(jìn)， V V1 1端流出；端流出； i iC C

19、為正為正值，即電流從值，即電流從 W W1 1端流進(jìn)，端流進(jìn)， W W2 2端流出。根據(jù)右手螺旋定端流出。根據(jù)右手螺旋定則，可確定合成磁場磁軸的方向則，可確定合成磁場磁軸的方向如圖如圖4-94-9（a a）所示。所示。ott = 60= 60時(shí)，時(shí)，i iC C= 0= 0； i iA A為正值，電流由為正值，電流由U U1 1 端流端流進(jìn)，進(jìn)， U U2 2端流出；端流出； i iB B為負(fù)值，電流由為負(fù)值，電流由V V2 2端流進(jìn)，端流進(jìn)， V V1 1 端流端流出，此時(shí)合成磁場出，此時(shí)合成磁場如圖如圖4-94-9（b b）所示。相比所示。相比tt = 0= 0時(shí)時(shí)刻，合成磁場在空間按逆時(shí)

20、針方向旋轉(zhuǎn)了刻，合成磁場在空間按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了6060。船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系ott= 90= 90時(shí)，時(shí)， i iA A為正值，而為正值，而 i iB B 、 i iC C 均為負(fù)值，同均為負(fù)值，同理可得合成磁場的方向如理可得合成磁場的方向如圖圖4-94-9（c c）所示。與所示。與tt = 0= 0時(shí)時(shí)刻相比，合成磁場在空間按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了刻相比，合成磁場在空間按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了9090。由此。由此可見，隨著定子繞組中的三相電流隨時(shí)間不斷變化，它所可見，隨著定子繞組中的三相電流隨時(shí)間不斷變化，它所產(chǎn)生的合成磁場則在空間不斷地旋轉(zhuǎn)

21、，這就是旋轉(zhuǎn)磁場。產(chǎn)生的合成磁場則在空間不斷地旋轉(zhuǎn)，這就是旋轉(zhuǎn)磁場。這種旋轉(zhuǎn)磁場如同一對磁極在空間旋轉(zhuǎn)所起得作用是一樣這種旋轉(zhuǎn)磁場如同一對磁極在空間旋轉(zhuǎn)所起得作用是一樣的。的。船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系（a）t = 0 （b）t = 60 （c）t = 90圖圖4-9 4-9 一對極旋轉(zhuǎn)磁場的形成一對極旋轉(zhuǎn)磁場的形成返回船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場必須滿足兩個(gè)條件產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場必須滿足兩個(gè)條件： （1）至少要有兩個(gè)定子繞組，這些繞組之間要有空間）至少要有兩個(gè)定子繞組，這些繞組之間

22、要有空間 相位差；相位差； （2）通入這些繞組中的正弦交變電流之間要有時(shí)間相）通入這些繞組中的正弦交變電流之間要有時(shí)間相 位差。位差。船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系2.2.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向 將相序?yàn)閷⑾嘈驗(yàn)锳BCABC的三相電壓對應(yīng)接入三相繞組的三相電壓對應(yīng)接入三相繞組U U、V V、W W后，三相繞組中電流達(dá)到最大值的順序是：先是后，三相繞組中電流達(dá)到最大值的順序是：先是 U U 相電流相電流 i iA A 、其次是、其次是V V 相的電流相的電流i iB B ，再次是，再次是 W W 相的電流相的電流i iC C。由。由圖圖4-

23、9 4-9 可看出：磁場旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動方向是由可看出：磁場旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動方向是由 U U 相線相線圈平面（圈平面（ U U1 1 - - U U2 2 ）經(jīng)）經(jīng) V V 相線圈平面（相線圈平面（ V V1 1 -V -V2 2 ）轉(zhuǎn)向）轉(zhuǎn)向W W 相線圈平面（相線圈平面（ W W1 1 -W -W2 2 ）。由此可見，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向是與）。由此可見，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向是與三相繞組中電流達(dá)到最大值的順序是一致的，或者說旋轉(zhuǎn)三相繞組中電流達(dá)到最大值的順序是一致的，或者說旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動方向是由三相繞組中所通入電流的相序決定的。磁場轉(zhuǎn)動方向是由三相繞組中所通入電流的相序決定的。 若要改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向，只需把接入定子繞

24、組的電若要改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向，只需把接入定子繞組的電源相序改變即可。源相序改變即可。船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系（a）t = 0 （b）t = 60 （c）t = 90圖圖4-9 一對極旋轉(zhuǎn)磁場的形成一對極旋轉(zhuǎn)磁場的形成船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系3.3.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與磁極對數(shù)之間的關(guān)系旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速與磁極對數(shù)之間的關(guān)系 在兩極（一對磁極）旋轉(zhuǎn)磁場的分析中我們知道，在兩極（一對磁極）旋轉(zhuǎn)磁場的分析中我們知道，當(dāng)定子繞組中電流變化一周時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)了一周，若當(dāng)定子繞組中電流變化一周時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁

25、場轉(zhuǎn)了一周，若電流的頻率為電流的頻率為f f1 1，則電流每秒變化，則電流每秒變化f f1 1周，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速周，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為為f f1 1轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/ /秒。通常轉(zhuǎn)速是以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)秒。通常轉(zhuǎn)速是以每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(r/min)(r/min)計(jì)算，若計(jì)算，若以以n n0 0表示旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，則有表示旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，則有 當(dāng)當(dāng)f f1 1 50 Hz ,50 Hz ,旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為 3 000 3 000 r/min r/min 。 0160nf船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系圖圖4-10 四極異步電動機(jī)定子繞組四極異步電動機(jī)定子繞組

26、船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系 設(shè)電流的頻率為設(shè)電流的頻率為 f1 ，電流每分鐘變化的周數(shù)為，電流每分鐘變化的周數(shù)為 60 f1,故每分鐘旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)過故每分鐘旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)過（60 f1 ）/p轉(zhuǎn)，故旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)，故旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為：轉(zhuǎn)速為： 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0又稱異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，其又稱異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，其單位為單位為r/min。因?yàn)殡娫吹念l率和磁極對數(shù)通常是固定。因?yàn)殡娫吹念l率和磁極對數(shù)通常是固定的，所以一臺異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速的，所以一臺異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0 是一個(gè)不變的是一個(gè)不變的常數(shù)。常數(shù)。表表4-1 列出了電源

27、頻率為列出了電源頻率為 50Hz 和和60 Hz時(shí)異步時(shí)異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速 與磁極對數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。與磁極對數(shù)的對應(yīng)關(guān)系。1060 fnp船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系表表4-1 電源頻率為電源頻率為50Hz和和60Hz時(shí)異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速時(shí)異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n0與磁極對數(shù)的對應(yīng)關(guān)系與磁極對數(shù)的對應(yīng)關(guān)系p123456n0 （f =50Hz）300015001000750600500n0 （f =60Hz）360018001200900720600船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系

28、二、異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理二、異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理可以用圖異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理可以用圖4-12說明。說明。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場方轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向與旋轉(zhuǎn)磁場方向相同，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場方向反向時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子也跟著反轉(zhuǎn)。向反向時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子也跟著反轉(zhuǎn)。 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動是基于電磁感應(yīng)，故又稱之為感應(yīng)異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動是基于電磁感應(yīng)，故又稱之為感應(yīng)電動機(jī)。電動機(jī)。船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系三、異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率三、異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率 設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子相對靜止的空間的轉(zhuǎn)速分別為設(shè)旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子相對靜止的空間的轉(zhuǎn)

29、速分別為n0 、n，則旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子的的相對轉(zhuǎn)速差為，則旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子的的相對轉(zhuǎn)速差為 n= n0 n,它它與同步轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速n0的比值稱為異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率，用的比值稱為異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率，用s表示，表示，則有則有: 轉(zhuǎn)差率常用百分率表示，即有轉(zhuǎn)差率常用百分率表示，即有00nnsn%nnn%s10000%nnn%s10000船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系 計(jì)算轉(zhuǎn)差率公式還可以改寫為或計(jì)算轉(zhuǎn)差率公式還可以改寫為或 或或 異步電動機(jī)還可能工作于其它非電動機(jī)狀態(tài)，如轉(zhuǎn)子異步電動機(jī)還可能工作于其它非電動機(jī)狀態(tài)，如轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速nnnn0 0 , ,

30、轉(zhuǎn)差率為轉(zhuǎn)差率為 s 0s1, s1的電磁制動狀態(tài)。的電磁制動狀態(tài)。00nnsn01n(s)n船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系一、定子電路中各電量的關(guān)系一、定子電路中各電量的關(guān)系1.定子電路中感應(yīng)電勢定子電路中感應(yīng)電勢 由前一節(jié)可知三相定子繞組接通交流電源后，定子三由前一節(jié)可知三相定子繞組接通交流電源后，定子三相對稱電流在電動機(jī)內(nèi)的空氣隙中形成旋轉(zhuǎn)磁場。其磁場相對稱電流在電動機(jī)內(nèi)的空氣隙中形成旋轉(zhuǎn)磁場。其磁場的磁通分兩部分，其中大部分同時(shí)穿過定子和轉(zhuǎn)子繞組，的磁通分兩部分，其中大部分同時(shí)穿過定子和轉(zhuǎn)子繞組，稱為主磁通；另有少量漏磁通分別穿過定子繞

31、組和轉(zhuǎn)子繞稱為主磁通；另有少量漏磁通分別穿過定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組，組，如圖如圖 4-14所示。所示。 主磁通在定子繞組感應(yīng)電勢主磁通在定子繞組感應(yīng)電勢 相位上比主磁通相位上比主磁通 滯后滯后 90 ，其有效值為，其有效值為1E1111444kNf.E 第三節(jié)第三節(jié) 異步電動機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子電路異步電動機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子電路船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系定子轉(zhuǎn)子圖圖4-14 4-14 主磁通和漏磁通主磁通和漏磁通船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系2.定子電路電壓平衡方程定子電路電壓平衡方程 異步電動機(jī)的定子電

32、路的電壓平衡方程為異步電動機(jī)的定子電路的電壓平衡方程為 式中式中 是定子一相繞組漏阻抗。由于是定子一相繞組漏阻抗。由于 和和 很小，在定量分析時(shí)，?？珊雎圆挥?jì)。因此很小，在定量分析時(shí)，?？珊雎圆挥?jì)。因此 ,即：即：圖圖4-15的左半部分是三相異步電動機(jī)定子的等效電路。的左半部分是三相異步電動機(jī)定子的等效電路。 1R111111111111UEEI REjI XI REI Z 1111()ZI RjX11UE 11111444kNf.EU1X船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系二、轉(zhuǎn)子電路中各電量的關(guān)系二、轉(zhuǎn)子電路中各電量的關(guān)系 三相異步電動機(jī)運(yùn)行時(shí)閉

33、合的轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁三相異步電動機(jī)運(yùn)行時(shí)閉合的轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場，且在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生感應(yīng)電勢場，且在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生感應(yīng)電勢 ，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流 ，因，因轉(zhuǎn)子中還存在轉(zhuǎn)子漏感電勢和轉(zhuǎn)子繞組電阻壓降，其等效轉(zhuǎn)子中還存在轉(zhuǎn)子漏感電勢和轉(zhuǎn)子繞組電阻壓降，其等效電路與變壓器副邊短路時(shí)情況相同。如電路與變壓器副邊短路時(shí)情況相同。如圖圖4-14的右半部的右半部分電路所示。分電路所示。2E2I船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系圖圖4-14 4-14 異步電動機(jī)一相等效電路圖異步電動機(jī)一相等效電路圖1R1X2X2R1U1I1E2E2I返回船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課

34、 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系1.轉(zhuǎn)子電路電勢頻率轉(zhuǎn)子電路電勢頻率 當(dāng)異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速當(dāng)異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場相對于轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為子的轉(zhuǎn)速為 n = n0 n，即旋轉(zhuǎn)磁場以，即旋轉(zhuǎn)磁場以 n的轉(zhuǎn)速切割的轉(zhuǎn)速切割轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子繞組，因此在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢，該電勢的頻率為：子繞組，因此在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢，該電勢的頻率為：1000026060sfpnnnn)nn(pf船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系2.轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢 每極磁通每極磁通 切割轉(zhuǎn)子繞組并在其中感應(yīng)轉(zhuǎn)子電勢切割轉(zhuǎn)子繞

35、組并在其中感應(yīng)轉(zhuǎn)子電勢E2，其大小為其大小為: 當(dāng)當(dāng)n=0時(shí)，時(shí)，s=1，即，即f2= f1 ，設(shè)此時(shí)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢，設(shè)此時(shí)轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢的有效值為的有效值為: : 定值定值 并且由前兩式比較可得并且由前兩式比較可得: 2222222ks444444Nf.kNf.E20222222.E4 44f N k4 44s f N k 220EsE船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系 與定子漏磁通一樣，轉(zhuǎn)子電流所引起的漏磁通在轉(zhuǎn)與定子漏磁通一樣，轉(zhuǎn)子電流所引起的漏磁通在轉(zhuǎn)子繞組中也要產(chǎn)生漏磁感應(yīng)電勢子繞組中也要產(chǎn)生漏磁感應(yīng)電勢 。222EjI X 2E船舶電氣設(shè)備

36、與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系3.3.轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流I I2 2及功率因數(shù)及功率因數(shù)coscos 2 2 轉(zhuǎn)子電路中的電阻及電抗分別為轉(zhuǎn)子電路中的電阻及電抗分別為 、 ，因而轉(zhuǎn)子，因而轉(zhuǎn)子電流的有效值為：電流的有效值為： 由于轉(zhuǎn)子電路為感性電路，所以其電流由于轉(zhuǎn)子電路為感性電路，所以其電流I I2 2在相位上將在相位上將滯后電勢滯后電勢 ，轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)為，轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)為 2022222222220()sEEIRXRsX222220cos()RRsX2X2R2E船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系 轉(zhuǎn)

37、子電流轉(zhuǎn)子電流I I2 2、功率因數(shù)、功率因數(shù)coscos 2 2與與s s之間的關(guān)系曲線如圖之間的關(guān)系曲線如圖4-154-15所示。所示。船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系4.4.鼠籠式轉(zhuǎn)子的磁極對數(shù)鼠籠式轉(zhuǎn)子的磁極對數(shù) 繞線式異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組分布與定子繞組相繞線式異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組分布與定子繞組相同，則定、轉(zhuǎn)子有相同的磁極對數(shù)。鼠籠式異步電動同，則定、轉(zhuǎn)子有相同的磁極對數(shù)。鼠籠式異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組是由導(dǎo)電條組成，其磁極對數(shù)由定子磁機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組是由導(dǎo)電條組成，其磁極對數(shù)由定子磁極對數(shù)決定，即恒等于定子的磁極對數(shù)。極對數(shù)決定，即恒等于定子的

38、磁極對數(shù)。 圖圖4-164-16是是2 2對極鼠籠式轉(zhuǎn)子的展開圖對極鼠籠式轉(zhuǎn)子的展開圖. .船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系圖圖4-18 4-18 四極鼠籠轉(zhuǎn)子展開圖四極鼠籠轉(zhuǎn)子展開圖船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系三、定子和轉(zhuǎn)子各量的相互關(guān)系三、定子和轉(zhuǎn)子各量的相互關(guān)系1.定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場 已知異步電動機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速為已知異步電動機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速為n0，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為子轉(zhuǎn)速為n，這時(shí)轉(zhuǎn)子電流也要產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，設(shè)該磁場，這時(shí)轉(zhuǎn)子電流也要產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，設(shè)該磁場相當(dāng)

39、于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為相當(dāng)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為n2 ，則，則 因?yàn)檗D(zhuǎn)子相對于定子的轉(zhuǎn)速為因?yàn)檗D(zhuǎn)子相對于定子的轉(zhuǎn)速為n，所以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場，所以轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場相對靜止空間的轉(zhuǎn)速應(yīng)是：相對靜止空間的轉(zhuǎn)速應(yīng)是： nnnnnnsnspfpfn0000012260600022)(nnnnnnn船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系2.定子磁勢與轉(zhuǎn)子磁勢定子磁勢與轉(zhuǎn)子磁勢定子磁勢定子磁勢轉(zhuǎn)子磁勢轉(zhuǎn)子磁勢空載運(yùn)行磁勢空載運(yùn)行磁勢異步電動機(jī)的磁勢平衡方程異步電動機(jī)的磁勢平衡方程011222111INkINkINk1111INkF2222INkF0110INkF船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件

40、2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系3.定子電流和轉(zhuǎn)子電流定子電流和轉(zhuǎn)子電流 將磁勢平衡方程各項(xiàng)同除將磁勢平衡方程各項(xiàng)同除k k1 1 N N1 1后可以得到定、轉(zhuǎn)后可以得到定、轉(zhuǎn)子電流的平衡關(guān)系式，即子電流的平衡關(guān)系式，即ikIIINkNkII202112201船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系第四節(jié)第四節(jié) 三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性一、電磁轉(zhuǎn)矩一、電磁轉(zhuǎn)矩 三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是指電動機(jī)的轉(zhuǎn)子受到電三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是指電動機(jī)的轉(zhuǎn)子受到電磁力的作用而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，它由旋轉(zhuǎn)磁場的

41、每極磁通磁力的作用而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，它由旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通 與與轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流 相互作用產(chǎn)生的。相互作用產(chǎn)生的。 異步電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩為異步電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩為: 轉(zhuǎn)矩的另一個(gè)表達(dá)式轉(zhuǎn)矩的另一個(gè)表達(dá)式 22cosTTKI22122220sR UTKR(sX)返回2I船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系二、三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性與機(jī)械特性二、三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性與機(jī)械特性1.1.電磁轉(zhuǎn)矩特性電磁轉(zhuǎn)矩特性T T = = f f ( (s s ) ) 在一定的轉(zhuǎn)子電阻在一定的轉(zhuǎn)子電阻R R2 2和電源電壓和電源電壓U U1 1下，電動機(jī)的電磁下，電動機(jī)的電磁

42、轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系曲線稱為一部電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性。轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系曲線稱為一部電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性。 圖圖4-17 4-17 三相異步電動機(jī)三相異步電動機(jī) T = f (s )曲線曲線圖圖4-18 4-18 三相異步電動三相異步電動機(jī)機(jī)械特性曲線機(jī)機(jī)械特性曲線TTTmaxnS1SSnm00TTTTnstmaxnnnSnmamm0返回船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系2.2.機(jī)械特性機(jī)械特性n = f (T ) 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n n與電磁轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩T T的關(guān)系稱的關(guān)系稱為機(jī)械特性。而機(jī)械特性很容易通過轉(zhuǎn)矩特性獲得。為機(jī)

43、械特性。而機(jī)械特性很容易通過轉(zhuǎn)矩特性獲得。因?yàn)椋阂驗(yàn)椋?故：故： 三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性曲線如三相異步電動機(jī)的機(jī)械特性曲線如圖圖4-184-18所示。所示。 00nnns0(1)ns n船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系機(jī)械特性曲線上有三點(diǎn)反映了它的基本性能和特點(diǎn)：機(jī)械特性曲線上有三點(diǎn)反映了它的基本性能和特點(diǎn)： （1 1）最大轉(zhuǎn)矩）最大轉(zhuǎn)矩T Tmaxmax，反映過載能力；，反映過載能力； （2 2）起動轉(zhuǎn)矩）起動轉(zhuǎn)矩T Tstst ，反映起動性能；，反映起動性能； （3 3）額定轉(zhuǎn)矩）額定轉(zhuǎn)矩T TN N ，反映穩(wěn)定運(yùn)行的負(fù)載能力和特，反映穩(wěn)定

44、運(yùn)行的負(fù)載能力和特 點(diǎn)。點(diǎn)。船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系 (1) (1)額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩T TN N 異步電動機(jī)在額定負(fù)載時(shí)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩稱為額定轉(zhuǎn)矩異步電動機(jī)在額定負(fù)載時(shí)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩稱為額定轉(zhuǎn)矩T TN N。在異步電動機(jī)等速轉(zhuǎn)動時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩。在異步電動機(jī)等速轉(zhuǎn)動時(shí)，電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩T T必須與阻轉(zhuǎn)必須與阻轉(zhuǎn)矩相平衡，阻轉(zhuǎn)矩包括負(fù)載轉(zhuǎn)矩和空載損耗轉(zhuǎn)矩（電機(jī)本矩相平衡，阻轉(zhuǎn)矩包括負(fù)載轉(zhuǎn)矩和空載損耗轉(zhuǎn)矩（電機(jī)本身的風(fēng)阻、摩擦阻力等）身的風(fēng)阻、摩擦阻力等）T T0 0，所以，所以: : 由于由于T T0 0很小一般可忽略，因此可得異步電動機(jī)中轉(zhuǎn)矩

45、很小一般可忽略，因此可得異步電動機(jī)中轉(zhuǎn)矩平衡方程為：平衡方程為： 0LTTTLTT船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系 由于轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時(shí)輸出機(jī)械功率等于角速度與轉(zhuǎn)矩的乘由于轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時(shí)輸出機(jī)械功率等于角速度與轉(zhuǎn)矩的乘積，因此電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與輸出功率積，因此電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與輸出功率P P2 2的關(guān)系是：的關(guān)系是： 實(shí)用中，實(shí)用中， P P2 2的單位常用千瓦（的單位常用千瓦（kWkW）,n,n的單位是轉(zhuǎn)的單位是轉(zhuǎn)/ /分（分（r/minr/min），則上式為），則上式為: : nPPTT222LnPnPT232955060210船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課

46、件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系第五節(jié)第五節(jié) 三相異步電動機(jī)工作特性與選擇三相異步電動機(jī)工作特性與選擇一、異步電動機(jī)的工作特性一、異步電動機(jī)的工作特性 三相異步電動機(jī)的主要工作特性是指電動機(jī)在額定電三相異步電動機(jī)的主要工作特性是指電動機(jī)在額定電壓和額定頻率下運(yùn)行時(shí)，電動機(jī)的定子電流壓和額定頻率下運(yùn)行時(shí)，電動機(jī)的定子電流 、效率、效率 及定子繞組功率因數(shù)及定子繞組功率因數(shù) 隨輸出功率隨輸出功率P P2 2的變化關(guān)系。的變化關(guān)系。 圖圖4-234-23是一臺是一臺10kW10kW的三相異步電動機(jī)的工作特性曲的三相異步電動機(jī)的工作特性曲線。線。 返回1I1cos船舶電氣設(shè)備與

47、系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系06圖圖4-23 4-23 三相異步電動機(jī)的工三相異步電動機(jī)的工 作特性曲線作特性曲線024681012246810121416182022. 0204.08.10船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系1.1.定子電流特性定子電流特性I I1 1=f(P=f(P2 2) ) 異步電動機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，定子電流近似為勵(lì)磁電流異步電動機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，定子電流近似為勵(lì)磁電流I I0 0。隨著輸出功率。隨著輸出功率P P2 2的增加，轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流的增加，轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流I I1 1也相

48、應(yīng)增大。所以其特性曲線是一條從也相應(yīng)增大。所以其特性曲線是一條從I I0 0逐漸增大的曲逐漸增大的曲線，當(dāng)輸出功率線，當(dāng)輸出功率P P2 2超過額定功率之后，轉(zhuǎn)子電流增大較超過額定功率之后，轉(zhuǎn)子電流增大較快，定子電流也相應(yīng)增大很快?？?，定子電流也相應(yīng)增大很快。 異步電動機(jī)空載和輕載時(shí)，定子電流較大，其空載電異步電動機(jī)空載和輕載時(shí)，定子電流較大，其空載電流流I I0 0與額定電流與額定電流I IN N之比約為之比約為20205050。這是因?yàn)殡妱訖C(jī)。這是因?yàn)殡妱訖C(jī)的磁路存在氣隙，磁阻較大，所以產(chǎn)生一定量的磁通所需的磁路存在氣隙，磁阻較大，所以產(chǎn)生一定量的磁通所需要的電流就大。要的電流就大。2P0

49、I船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系2.2.效率特性效率特性 =f(P2)=f(P2) 電動機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率電動機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率P P2 2與定子輸入功率與定子輸入功率P P1 1之比之比稱為效率稱為效率 。即。即 通常一般三相異步電動機(jī)的額定效率約為通常一般三相異步電動機(jī)的額定效率約為0.720.720.930.93。電動機(jī)容量越大效率相對越高。電動機(jī)容量越大效率相對越高。PPPPP2212船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系3.功率因數(shù)特性功率因數(shù)特性 因?yàn)殡妱訖C(jī)是電感性負(fù)載，定子相電流比相電

50、壓滯后因?yàn)殡妱訖C(jī)是電感性負(fù)載，定子相電流比相電壓滯后一個(gè)一個(gè) 角，角，cos 就是電動機(jī)的功率因數(shù)。就是電動機(jī)的功率因數(shù)。 三相異步電動機(jī)的空載功率因數(shù)很低，約為三相異步電動機(jī)的空載功率因數(shù)很低，約為0.2左左右，當(dāng)輸出功率增加時(shí)，定子電流中有功分量增大，使功右，當(dāng)輸出功率增加時(shí)，定子電流中有功分量增大，使功率因數(shù)提高，當(dāng)接近額定功率時(shí)，功率因數(shù)達(dá)最大值。如率因數(shù)提高，當(dāng)接近額定功率時(shí)，功率因數(shù)達(dá)最大值。如果負(fù)載繼續(xù)增大，由于轉(zhuǎn)差率的增加，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)降低果負(fù)載繼續(xù)增大，由于轉(zhuǎn)差率的增加，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)降低較大，定子功率因數(shù)開始逐漸減小。較大，定子功率因數(shù)開始逐漸減小。 12cosf P11船舶

51、電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系二、三相異步電動機(jī)的選擇二、三相異步電動機(jī)的選擇 在船舶上三相異步電動機(jī)的使用非常廣泛，正確的在船舶上三相異步電動機(jī)的使用非常廣泛，正確的選用電動機(jī)是關(guān)系到船舶安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保選用電動機(jī)是關(guān)系到船舶安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保障。選擇電動機(jī)應(yīng)按照生產(chǎn)機(jī)械的實(shí)際要求，正確選擇障。選擇電動機(jī)應(yīng)按照生產(chǎn)機(jī)械的實(shí)際要求，正確選擇電動機(jī)的容量、種類、型式等。電動機(jī)的容量、種類、型式等。船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系1.1.功率的選擇功率的選擇 電動機(jī)的額定功率等于或稍大于

52、生產(chǎn)機(jī)械的功率。若電動機(jī)的額定功率等于或稍大于生產(chǎn)機(jī)械的功率。若功率選擇太小，電動機(jī)會因過載而損壞，甚至燒毀；選擇功率選擇太小，電動機(jī)會因過載而損壞，甚至燒毀；選擇得太大，則不但增加投資，而且電動機(jī)沒有充分發(fā)揮它的得太大，則不但增加投資，而且電動機(jī)沒有充分發(fā)揮它的作用，效率和功率因數(shù)都會降低。作用，效率和功率因數(shù)都會降低。 一般對連續(xù)運(yùn)行的恒定負(fù)載，如果生產(chǎn)機(jī)械的功率為一般對連續(xù)運(yùn)行的恒定負(fù)載，如果生產(chǎn)機(jī)械的功率為 ，則電動機(jī)的功率，則電動機(jī)的功率P P可按下式算出：可按下式算出： 211PP 1P船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系2.種類的選擇種

53、類的選擇 一般選擇電動機(jī)種類主要從以下幾方面考慮：交流一般選擇電動機(jī)種類主要從以下幾方面考慮：交流還是直流、機(jī)械特性（硬特性或軟特性）、調(diào)速與起動還是直流、機(jī)械特性（硬特性或軟特性）、調(diào)速與起動性能、維護(hù)及價(jià)格等。性能、維護(hù)及價(jià)格等。船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系3. 3. 結(jié)構(gòu)型式的選擇結(jié)構(gòu)型式的選擇電動機(jī)的結(jié)構(gòu)型式主要有：電動機(jī)的結(jié)構(gòu)型式主要有：（1 1）開啟式：）開啟式：這種電動機(jī)的帶電部分和旋轉(zhuǎn)部分沒有任何這種電動機(jī)的帶電部分和旋轉(zhuǎn)部分沒有任何防護(hù)裝置。散熱好，造價(jià)低。用于干燥無灰塵的場所。防護(hù)裝置。散熱好，造價(jià)低。用于干燥無灰塵的場所

54、。（2 2）防護(hù)式：）防護(hù)式：在機(jī)殼或端蓋下面有通風(fēng)罩，可防水滴、鐵在機(jī)殼或端蓋下面有通風(fēng)罩，可防水滴、鐵屑等雜物從上面或與垂直方向成屑等雜物從上面或與垂直方向成4545 角以內(nèi)掉入電動機(jī)內(nèi)角以內(nèi)掉入電動機(jī)內(nèi)部。部。（3 3）封閉式：）封閉式：有封閉外殼保護(hù)，電動機(jī)靠自身風(fēng)扇或外部有封閉外殼保護(hù)，電動機(jī)靠自身風(fēng)扇或外部風(fēng)扇冷卻，外殼帶有散熱片。適用于潮濕、塵埃多、水土風(fēng)扇冷卻，外殼帶有散熱片。適用于潮濕、塵埃多、水土飛濺的場所。飛濺的場所。（4 4）防爆式：）防爆式：外殼完全封閉，適用于有爆炸氣體的場所，外殼完全封閉，適用于有爆炸氣體的場所，例如船上的蓄電池室。例如船上的蓄電池室。船舶電氣設(shè)備

55、與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系4.電壓與轉(zhuǎn)速的選擇電壓與轉(zhuǎn)速的選擇 電動機(jī)電壓的選擇是根據(jù)使用地點(diǎn)的電源來決定的。電動機(jī)電壓的選擇是根據(jù)使用地點(diǎn)的電源來決定的。電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇應(yīng)由生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速和傳動設(shè)備的電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇應(yīng)由生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速和傳動設(shè)備的情況來決定，通常電動機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)盡量與生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速情況來決定，通常電動機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)盡量與生產(chǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)速一致，以便直接傳動，避免傳動裝置復(fù)雜化。一致，以便直接傳動，避免傳動裝置復(fù)雜化。船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系第六節(jié)第六節(jié) 單相異步電動機(jī)單相異步電動機(jī)

56、 用單相電源供電，且只有一相定子主繞組的異步電動用單相電源供電，且只有一相定子主繞組的異步電動機(jī)稱為單相異步電動機(jī)。機(jī)稱為單相異步電動機(jī)。 單相異步電動機(jī)也是由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成。轉(zhuǎn)子單相異步電動機(jī)也是由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成。轉(zhuǎn)子全部采用普通的鼠籠式結(jié)構(gòu)；而定子通常有兩個(gè)繞組，一全部采用普通的鼠籠式結(jié)構(gòu)；而定子通常有兩個(gè)繞組，一個(gè)為單相運(yùn)行繞組（也稱為主繞組）；另一個(gè)為起動繞組個(gè)為單相運(yùn)行繞組（也稱為主繞組）；另一個(gè)為起動繞組（又稱為輔助繞組），在空間相隔（又稱為輔助繞組），在空間相隔90放置。通常起動繞放置。通常起動繞組通過一個(gè)離心開關(guān)組通過一個(gè)離心開關(guān)S與運(yùn)行繞組并聯(lián)接入單相電源，當(dāng)與運(yùn)

57、行繞組并聯(lián)接入單相電源，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的75左右，此開關(guān)在離心力的作左右，此開關(guān)在離心力的作用下把該電路切斷。用下把該電路切斷。返回船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系一、單相異步電動機(jī)的工作原理一、單相異步電動機(jī)的工作原理 1.脈動磁場脈動磁場 單相異步電動機(jī)的定子運(yùn)行繞組接入正弦交流電后產(chǎn)單相異步電動機(jī)的定子運(yùn)行繞組接入正弦交流電后產(chǎn)生一個(gè)振幅隨時(shí)間作正弦變，磁極在繞組軸線方向的空間生一個(gè)振幅隨時(shí)間作正弦變，磁極在繞組軸線方向的空間保持不變的脈動磁場，如保持不變的脈動磁場，如圖圖4-24所示。所示。 脈動磁場在轉(zhuǎn)子繞

58、組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電流，此時(shí)轉(zhuǎn)脈動磁場在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電流，此時(shí)轉(zhuǎn)子電流與磁場作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大小相等，方向相反，因此子電流與磁場作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大小相等，方向相反，因此作用在轉(zhuǎn)子上的合成轉(zhuǎn)矩為零。電動機(jī)不能轉(zhuǎn)動。如加一作用在轉(zhuǎn)子上的合成轉(zhuǎn)矩為零。電動機(jī)不能轉(zhuǎn)動。如加一外力預(yù)先推一下轉(zhuǎn)子向任意方向轉(zhuǎn)動，則接通電源后電動外力預(yù)先推一下轉(zhuǎn)子向任意方向轉(zhuǎn)動，則接通電源后電動機(jī)即可沿著這個(gè)方向轉(zhuǎn)動起來，并能帶動一定的機(jī)械負(fù)機(jī)即可沿著這個(gè)方向轉(zhuǎn)動起來，并能帶動一定的機(jī)械負(fù)載。載。船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系n圖4-24 單相定子脈動磁場圖圖4-2

59、4 單相定子脈動磁場單相定子脈動磁場船舶電氣設(shè)備與系統(tǒng) 課 件2022-4-10輪機(jī)工程學(xué)院船電系輪機(jī)工程學(xué)院船電系2.電磁轉(zhuǎn)矩特性電磁轉(zhuǎn)矩特性 脈動磁場分解的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子的作用與三相異步脈動磁場分解的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子的作用與三相異步電動機(jī)相同，分別會在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩電動機(jī)相同，分別會在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T+和和T-，而總，而總轉(zhuǎn)矩為二者的合成。轉(zhuǎn)矩為二者的合成。 當(dāng)電動機(jī)接通電源轉(zhuǎn)子處于靜止尚未轉(zhuǎn)動時(shí)，當(dāng)電動機(jī)接通電源轉(zhuǎn)子處于靜止尚未轉(zhuǎn)動時(shí)， T+與與T- 大小相等，方向相反，合成轉(zhuǎn)矩為零，所以單相異步電動大小相等，方向相反，合成轉(zhuǎn)矩為零，所以單相異步電動機(jī)沒有起動轉(zhuǎn)矩，不能自行起動。機(jī)沒有起動轉(zhuǎn)矩，不能自行起動。 當(dāng)轉(zhuǎn)子借助外力沿某一方向（如正向旋轉(zhuǎn)磁場的方向）當(dāng)轉(zhuǎn)子借助外力沿某一方向（如正向旋轉(zhuǎn)磁場的方向）轉(zhuǎn)動時(shí)，轉(zhuǎn)子相對于兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)差率不同。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動時(shí)，轉(zhuǎn)子相對于兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)差率不同。轉(zhuǎn)子對于與其同方向的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)差率