第5章異步電機(jī)

第五章

異步電機(jī)本章章節(jié)5.1概述5.2三相異步電動機(jī)的運(yùn)行原理5.3三相異步電動機(jī)的運(yùn)行特性5.4三相異步電動機(jī)的啟動與調(diào)速5.5單相異步電動機(jī)5.6特殊用途的異步電機(jī)異步電機(jī)(也叫感應(yīng)電機(jī))是一種定、轉(zhuǎn)子間靠電磁感應(yīng)作用，在轉(zhuǎn)子內(nèi)感應(yīng)電流以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)接的交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)。異步電機(jī)一般都用作電動機(jī)，在少數(shù)場合下，亦有用作發(fā)電機(jī)的。對于異步電機(jī)的研究先說明空載和負(fù)載時三相感應(yīng)電動機(jī)內(nèi)的磁動勢和磁場，然后導(dǎo)出異步電動機(jī)的基本方程和等效電路，接著分析它的運(yùn)行特性和啟動、調(diào)速問題。主要研究內(nèi)容異步電動機(jī)的特點(diǎn)及應(yīng)用應(yīng)用：廣泛，主要作電動機(jī)使用。如：機(jī)床；水泵；家用電器；優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、制造容易、價格低廉、堅(jiān)固耐用，有較高的效率和較好的工作特性。缺點(diǎn)：目前尚不能在較大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，其必須從電網(wǎng)吸受滯后的無功功率，增加了線損。5.1概述5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)

按相數(shù)分（針對定子繞組上的電樞電源）：

單相（并非指電樞只有一相繞組，且轉(zhuǎn)子均為籠型）

三相（轉(zhuǎn)子有籠型和繞線式兩種）。按結(jié)構(gòu)分類

籠型異步電動機(jī)：結(jié)構(gòu)簡單，堅(jiān)固，成本低，運(yùn)行性能不如繞線式。

繞線式異步電動機(jī)：通過外串電阻改善電機(jī)的啟動，調(diào)速等性能。異步電機(jī)定子繞組定子鐵芯轉(zhuǎn)子機(jī)座籠型轉(zhuǎn)子鐵芯轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子繞組繞線式定子5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)一、定子機(jī)座

機(jī)座是電動機(jī)的外殼，支撐電機(jī)各部件，并通過機(jī)座的底腳將電機(jī)安裝固定。全封閉式電機(jī)的定子鐵芯緊貼機(jī)座內(nèi)壁，故機(jī)座外殼上的散熱筋是電機(jī)的主要散熱面。中小型電機(jī)采用鑄鐵機(jī)座。大型電機(jī)一般采用鋼板焊接機(jī)座。5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)定子鐵芯

定子鐵芯是電機(jī)磁路的一部分，并起固定定子繞組的作用。為了增強(qiáng)導(dǎo)磁能力和減小鐵耗，定子鐵芯常選用0.5mm或0.35mm厚的硅鋼片沖制疊壓而成，片間涂上絕緣漆。定子鐵芯內(nèi)圓均勻沖出許多形狀相同的槽，用以嵌放定子繞組。

5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)定子繞組

定子繞組是異步電動機(jī)的電路部分，其材料主要采用紫銅。小型異步電動機(jī)常采用三相單層繞組，大中型異步電動機(jī)常采用三相雙層短矩疊繞組形式，三相繞組的六個出線端子均接在機(jī)座側(cè)面的接線板上，可根據(jù)需要將三相繞組接成Y形或△形。

5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)二、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸

其作用是固定轉(zhuǎn)子鐵芯和傳遞機(jī)械功率。為保證其強(qiáng)度和剛度，轉(zhuǎn)軸一般由低碳鋼或合金鋼制成。轉(zhuǎn)子鐵芯

是電機(jī)磁路的組成部分，并用來固定轉(zhuǎn)子繞組。鐵芯材料也用0.5mm或0.35mm厚的硅鋼片沖制疊壓而成，故通常用沖制定子鐵芯沖片剩余下來的內(nèi)圓部分制作。轉(zhuǎn)子鐵芯固定在轉(zhuǎn)軸上，其外圓上開有槽，用來嵌放轉(zhuǎn)子繞組。5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子繞組

①籠型轉(zhuǎn)子繞組

在轉(zhuǎn)子鐵芯的每一個槽中，插有一根裸銅導(dǎo)條，并在轉(zhuǎn)子鐵芯兩端槽口外用兩個端環(huán)將全部導(dǎo)條短接，形成一個自身閉合的多相繞組。中、小型異步電動機(jī)還常采用鑄鋁型轉(zhuǎn)子。5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子繞組

②繞線式轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子鐵芯槽中，嵌放著三相對稱繞組，采用星形接法，即三相繞組的末端連在一起，三個首端分別接到轉(zhuǎn)子軸上三個彼此絕緣的滑環(huán)上。轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)和電刷可外串電阻以改善異步電動機(jī)的啟動和調(diào)速性能。5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)風(fēng)葉鐵芯繞組滑環(huán)軸承5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)與籠型轉(zhuǎn)子相比較，繞線式轉(zhuǎn)子造價高，制造工藝和維修較復(fù)雜。因此，僅用于要求啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動電流小和需要調(diào)速的場合。為了減小電刷磨損和摩擦損耗，繞線式異步電動機(jī)一般還裝有提刷短路裝置，在電動機(jī)啟動完畢而不需調(diào)速時，可將電刷提起并同時將3個滑環(huán)短接。轉(zhuǎn)子繞組通過滑環(huán)和電刷可外串電阻以改善異步電動機(jī)的啟動和調(diào)速性能。5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)繞組式三相異步電動機(jī)接線示意圖5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)5.1.1基本類型和基本結(jié)構(gòu)三、氣隙定轉(zhuǎn)子之間的間隙，很小，0.2-1.5mm，對電機(jī)的性能影響很大。為了降低電機(jī)的空載電流和提高電機(jī)的功率，氣隙應(yīng)盡可能小，但氣隙太小可能造成定、轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中發(fā)生磨檫。理論基礎(chǔ)：5.1.2基本工作原理三相異步電動機(jī)工作原理圖動態(tài)效果圖5.1.2基本工作原理基本電磁過程：定子三相對稱繞組通三相對稱電流→旋轉(zhuǎn)磁場，n1→轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電勢→產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流→轉(zhuǎn)子導(dǎo)體受電磁力作用→形成轉(zhuǎn)矩→轉(zhuǎn)子同向轉(zhuǎn)動，n。轉(zhuǎn)差率5.1.2基本工作原理說明：n≠n1

，否則，不可能產(chǎn)生感應(yīng)電勢。由于n≠n1，所以稱之為異步電機(jī)。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n除與電網(wǎng)頻率有關(guān)外，還隨負(fù)載的變化而變動。轉(zhuǎn)差率s是表征感應(yīng)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的一個基本變量。按照轉(zhuǎn)差率的正負(fù)和大小，感應(yīng)電機(jī)有電動機(jī)、發(fā)電機(jī)和電磁制動三種運(yùn)行狀態(tài)。5.1.2基本工作原理異步電機(jī)的三種工作狀態(tài)5.1.2基本工作原理啟動瞬間，n=0，s=1理想空載運(yùn)行時：n=n1，s=0作為電動機(jī)運(yùn)行時，s的范圍在0~1之間。轉(zhuǎn)差率一般很小，s=0.01~0.06。制動運(yùn)行時，電磁轉(zhuǎn)矩方向與轉(zhuǎn)速方向相反，即n1與n反向，s>1發(fā)電運(yùn)行時，n高于同步轉(zhuǎn)速n1，s<0。

5.1.2基本工作原理例1：有一臺50Hz的異步電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速nN＝730r／min，試求該機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率？解：s=(n1-nN)/n1

=

(750-730)/750=0.02667

注意：n1=60f/p，s=0.01~0.06，∴p=45.1.2基本工作原理三相異步電動機(jī)型號Y132S2-2電壓380V接法△容量7.5kW電流15A工作方式連續(xù)轉(zhuǎn)速2900r/min功率因數(shù)0.88溫升80℃頻率50Hz絕緣等級B重量×××××電機(jī)廠

產(chǎn)品編號×××

年

月5.1.3額定值5.1.3額定值額定電壓UN——電動機(jī)額定狀態(tài)運(yùn)行時，定子繞組應(yīng)施加的線電壓，單位為V或kV。額定電流IN——電動機(jī)額定狀態(tài)運(yùn)行時，定子繞組流過的線電流，同時也是電動機(jī)長期運(yùn)行所不允許超過的最大電流，單位為A。額定頻率fN——電動機(jī)額定狀態(tài)運(yùn)行時，定子繞組應(yīng)接電源的頻率，我國電網(wǎng)規(guī)定的工頻為50Hz。額定功率PN——電動機(jī)額定狀態(tài)運(yùn)行時，軸上輸出的機(jī)械功率，單位為W或kW。

5.1.3額定值額定功率因數(shù)

——電動機(jī)額定狀態(tài)運(yùn)行時，定子回路的功率因數(shù)。額定轉(zhuǎn)速nN——在額定電壓、額定頻率下，轉(zhuǎn)軸上有額定功率輸出時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，單位是r/min。額定效率ηN——電機(jī)在額定狀態(tài)運(yùn)行時的效率。

對于三相異步電動機(jī)，有：

1.型號Y132M－4

磁極數(shù)(極對數(shù)p=2)同步轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)差率2.轉(zhuǎn)速:電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)速(n)。如:n=1440轉(zhuǎn)/分5.1.3額定值3.額定電壓：定子繞組在指定接法下應(yīng)加的

線電壓。說明：一般規(guī)定電動機(jī)的運(yùn)行電壓不能高于或低于額定值的5％。線電壓AZBYXC線電壓ABCXYZ例：380/220Y/是指：線電壓為380V時采用Y接法；當(dāng)線電壓為220V時采用接法。5.1.3額定值4.額定電流：定子繞組在指定接法下的線電流。如：

表示三角接法下，電機(jī)的線電流為11.2A，相電流為6.48A；星形接法時線、相電流均為6.48A?！?Y11.2A/6.48A5.1.3額定值如：5.額定功率：

額定功率指電機(jī)在額定運(yùn)行時軸上輸出的功率（），不等于從電源吸收的功率（）。兩者的關(guān)系為：

其中籠型電機(jī)=72－93％UN和IN為額定線電壓和線電流5.1.3額定值

額定負(fù)載時一般為0.7~0.9，空載時功率因數(shù)很低約為0.2~0.3。額定負(fù)載時，功率因數(shù)最大。注意：實(shí)用中應(yīng)選擇合適容量的電機(jī)，防止“大馬”拉“小車”的現(xiàn)象。6.功率因數(shù)(cos1)：P2PNcos15.1.3額定值5.1.3額定值7.接法接法指三相異步電動機(jī)的定子繞組的連接方式，有Y（星形）接線和△（三角形）接線兩種，使用時應(yīng)按銘牌規(guī)定連接。

聯(lián)接方式：

Y/接法Y接法：

接法：ABCZXYABCZXYABCXYZAZBYXCABCXYZ接線盒：5.1.3額定值5.2三相異步電動機(jī)的運(yùn)行原理本節(jié)以繞線式異步電動機(jī)為例，將運(yùn)行方式分為轉(zhuǎn)子靜止時和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，分別分析異步電動機(jī)的內(nèi)部電磁關(guān)系，推導(dǎo)出電機(jī)的各類平衡方程和等效電路圖。感應(yīng)電機(jī)中主磁通所經(jīng)過的磁路5.2三相異步電動機(jī)的運(yùn)行原理主磁通和漏磁通1）主磁通Φm：由定、轉(zhuǎn)子合成磁動勢產(chǎn)生的。作用：傳遞能量的媒介作用；路徑：定子—?dú)庀丁D(zhuǎn)子—?dú)庀丁ㄗ印?）漏磁通Φσ（

Φ1σ

和Φ2σ

）：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。5.2三相異步電動機(jī)的運(yùn)行原理端部漏磁槽漏磁5.2三相異步電動機(jī)的運(yùn)行原理5.2.1轉(zhuǎn)子靜止時的異步電機(jī)一、轉(zhuǎn)子繞組開路轉(zhuǎn)子繞組中電流I2=0定子側(cè)通以三相對稱電流

基波旋轉(zhuǎn)磁勢

在定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組中都會產(chǎn)生感應(yīng)電勢定子電流

定子漏磁通

在定子繞組中感應(yīng)漏電勢三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子繞組開路時的電磁關(guān)系如下圖：5.2.1轉(zhuǎn)子靜止時的異步電機(jī)異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時的工作原理與變壓器的工作原理的比較5.2.1轉(zhuǎn)子靜止時的異步電機(jī)5.2.1轉(zhuǎn)子靜止時的異步電機(jī)二、轉(zhuǎn)子繞組短路，轉(zhuǎn)軸被卡住定子側(cè)通以三相對稱電流

基波旋轉(zhuǎn)磁勢

在定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組中都會產(chǎn)生感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子繞組中電流I2≠0，轉(zhuǎn)子側(cè)三相對稱電流

基波旋轉(zhuǎn)磁勢

氣隙磁場由定、轉(zhuǎn)子電流共同建立定子、轉(zhuǎn)子電流

定子、轉(zhuǎn)子漏磁通

在定子、轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)漏電勢定子磁動勢F1的轉(zhuǎn)速為n1=60f1/p轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢和電流的頻率為f2=pn1/60=f1轉(zhuǎn)子磁動勢F2的轉(zhuǎn)速為n2=60f2/p=n1轉(zhuǎn)子磁動勢F2的轉(zhuǎn)向與定子磁動勢F1相同5.2.1轉(zhuǎn)子靜止時的異步電機(jī)結(jié)論：異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時，定子磁動勢F1和轉(zhuǎn)子磁動勢F2同向、同速n1旋轉(zhuǎn)，在空間相對靜止。三、磁動勢平衡方程式定子磁動勢和轉(zhuǎn)子磁動勢都是旋轉(zhuǎn)磁動勢，且方向和速度相同，即在空間相對靜止，它們共同建立主磁通，故它們可以看成一個合成磁動勢，表示為（）。由于電源電壓不變，主磁通基本不變，所以負(fù)載時合成磁動勢（）與空載時磁動勢相等，即磁動勢平衡方程式為5.2.1轉(zhuǎn)子靜止時的異步電機(jī)5.2.1轉(zhuǎn)子靜止時的異步電機(jī)若略鐵損，則合成磁動勢F0與旋轉(zhuǎn)磁場Bm在空間同相位。其中此式說明F0用以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，負(fù)載分量F1L用以平衡轉(zhuǎn)子磁動勢F2。5.2.1轉(zhuǎn)子靜止時的異步電機(jī)F1與F2在空間的相角關(guān)系與I1、I2的關(guān)系一致。為了簡化分析，我們選F1與I1同相位，F(xiàn)2與I2同相位，F(xiàn)0與I0同相位，用I1、I2、I0三者在時間上的相位關(guān)系來表示F1、F2、F0在空間上的相位關(guān)系：同理三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系如下圖：5.2.1轉(zhuǎn)子靜止時的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時，異步電動機(jī)的內(nèi)部電磁關(guān)系與變壓器非常相似，定子繞組相當(dāng)于變壓器的原邊繞組，轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于副邊繞組。定、轉(zhuǎn)子繞組也是由主磁通耦合起來，進(jìn)行能量傳遞。對應(yīng)主磁通，定子繞組感應(yīng)的電動勢為，轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電動勢為，和的頻率都等于電源頻率。5.2.1轉(zhuǎn)子靜止時的異步電機(jī)對應(yīng)定子漏磁通，定子繞組感應(yīng)的漏電勢為，對應(yīng)轉(zhuǎn)子漏磁通，轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)的漏電勢為。引入定、轉(zhuǎn)子漏電抗、后，有：5.2.1轉(zhuǎn)子靜止時的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時定、轉(zhuǎn)子繞組各物理量5.2.1轉(zhuǎn)子靜止時的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時的定、轉(zhuǎn)子電動勢平衡方程式：5.2.1轉(zhuǎn)子靜止時的異步電機(jī)五、轉(zhuǎn)子繞組的折算與變壓器的折算相似，將電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的m2、N2、kN2

折算成m1、N1、kN1的等效繞組。折算的原則：1）折算前后磁動勢不變；

2）折算前后功率不變5.2.1轉(zhuǎn)子靜止時的異步電機(jī)折算的方法：*電流：

*電勢：5.2.1轉(zhuǎn)子靜止時的異步電機(jī)*阻抗：

同理可得：

*折算前后功率因數(shù)不變

*折算前后公式形式不變5.2.1轉(zhuǎn)子靜止時的異步電機(jī)5.2.2轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電機(jī)一、轉(zhuǎn)子繞組中電動勢和電流轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后，轉(zhuǎn)子繞組的電動勢和電流的頻率與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速有關(guān)，它取決于旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對速度。設(shè)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為n

，旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對速度為n1-n

，故轉(zhuǎn)子電動勢和電流的頻率為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后，從電路角度看，最主要不同之處在于轉(zhuǎn)子頻率隨轉(zhuǎn)速而變化了。它使轉(zhuǎn)子電動勢和漏電抗隨之變化。令表示轉(zhuǎn)動后的電動勢，表示轉(zhuǎn)動后的漏電抗，則：5.2.2轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時定、轉(zhuǎn)子繞組各物理量5.2.2轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動后的定、轉(zhuǎn)子電動勢平衡方程式：5.2.2轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電機(jī)三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的電磁關(guān)系如下圖：5.2.2轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電機(jī)二、定、轉(zhuǎn)子磁動勢的相對靜止關(guān)系定子磁動勢F1

的轉(zhuǎn)速為n1=60f1/p轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢和電流的頻率為f2=sf1轉(zhuǎn)子磁動勢F2相對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為n2=60f2/p=sn1轉(zhuǎn)子磁動勢F2的空間轉(zhuǎn)速為n2+n=n1結(jié)論：異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，定子磁動勢F1

和轉(zhuǎn)子磁動勢F2

同向、同速n1旋轉(zhuǎn)，在空間相對靜止。5.2.2轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電機(jī)例2：有一臺50Hz、三相、四極的異步電動機(jī)，若轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差率s=5%，試求：（1)轉(zhuǎn)子電流的頻率；(2)轉(zhuǎn)子磁動勢相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；(3)轉(zhuǎn)子磁動勢在空間的轉(zhuǎn)速。解：(1)轉(zhuǎn)子電流的頻率

f2=sf1=0.05×50Hz=2.5Hz(2)轉(zhuǎn)子磁動勢相對于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速

n2=60f2/p=(60×2.5)/2=75r/min

(3)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速

n=n1(1-s)=1500(1-0.05)=1425r/min轉(zhuǎn)子磁動勢在空間的轉(zhuǎn)速：

1425+75=1500r/min5.2.2轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電機(jī)三、頻率折算頻率折算：就是用一個等效的靜止轉(zhuǎn)子來代替實(shí)際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子回路的頻率與定子回路的頻率相同。1）折算原則：①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；②等效前后轉(zhuǎn)子電路的功率和損耗相等。5.2.2轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電機(jī)2）折算方法：說明：附加電阻的物理意義：模擬轉(zhuǎn)軸上總的機(jī)械功率。

5.2.2轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電機(jī)頻率為f2頻率為f11、頻率折算5.2.2轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電機(jī)四、等效電路2、繞組折算5.2.2轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電機(jī)3、T型等效電路經(jīng)頻率折算和繞組折算后，，從而可得到異步電動機(jī)的“T”型等效電路。5.2.2轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電機(jī)折算后的基本方程組：5.2.2轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電機(jī)與變壓器的比較：5.2.2轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電機(jī)由等效電路可分析以下幾種情況：(1)空載運(yùn)行時：(2)帶額定負(fù)載運(yùn)行時：

(3)轉(zhuǎn)子靜止時：5.2.2轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電機(jī)5.2.2轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的異步電機(jī)五、相量圖5.2.3異步電機(jī)等效電路的簡化將勵磁支路直接移至電源端會引起較大的誤差，因此必須引入一個校正系數(shù)，同時對等效電路進(jìn)行必要的修改。5.2.3異步電機(jī)等效電路的簡化Г型等效電路如下：5.2.3異步電機(jī)等效電路的簡化其中：σ1≈1+X1σ/Xm。簡化等效電路如下：5.2.3異步電機(jī)等效電路的簡化對于容量大于100kW的異步電機(jī)，可取σ1≈1。例3：

有一臺三相四極的籠型異步電動機(jī)，額定功率PN＝l0kW，額定電壓UN＝380V(三角形聯(lián)結(jié))，定子每相電阻R1=1.375Ω,漏抗X1σ＝2.43Ω，R′2=1.047Ω，X′2σ=4.4Ω，Rm＝8.34Ω，Xm＝82.6Ω，試求s=0.03時電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，定子電流、轉(zhuǎn)子電流折算值，定子側(cè)功率因數(shù)、總機(jī)械功率。5.2.3異步電機(jī)等效電路的簡化為了利用等效電路去分析異步電機(jī)的運(yùn)行特性，必須先知道參數(shù)R1、X1

σ、R2’、X2

σ’、Rm、Xm。和變壓器一樣，對于已制成的異步電機(jī)可以通過空載實(shí)驗(yàn)和短路實(shí)驗(yàn)測定其參數(shù)。5.2.4異步電機(jī)的參數(shù)測定5.2.4異步電機(jī)的參數(shù)測定一、空載試驗(yàn)為何說空轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)即為空載實(shí)驗(yàn)？從等效電路圖可知，空載便是相當(dāng)于轉(zhuǎn)子側(cè)開路，亦即等效消耗機(jī)械功率的電阻（1-s）R2’/s很大，即s很小，n與n1約相等，我們知道空轉(zhuǎn)時，TL=T0，n約等于n1。

空載試驗(yàn)的目的確定電動機(jī)的激磁參數(shù)Rm、Xm，以及鐵耗pFe和機(jī)械損耗pmec。5.2.4異步電機(jī)的參數(shù)測定5.2.4異步電機(jī)的參數(shù)測定與電壓無關(guān)，為常數(shù)二、短路試驗(yàn)為何說堵轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)即為短載實(shí)驗(yàn)？堵轉(zhuǎn)時n=0，s=1，便是相當(dāng)于轉(zhuǎn)子側(cè)等效消耗機(jī)械功率的電阻（1-s）R2’/s=0，即相當(dāng)于短路。5.2.4異步電機(jī)的參數(shù)測定堵轉(zhuǎn)(ｓ＝1)時的等效電路如圖所示：5.2.4異步電機(jī)的參數(shù)測定短路特性5.2.4異步電機(jī)的參數(shù)測定參數(shù)計(jì)算由于Xm＞＞Rm，忽略Rm5.2.4異步電機(jī)的參數(shù)測定參數(shù)計(jì)算由于Xm=X0-X1σ，且認(rèn)為X1σ=X’2σ，有：5.2.4異步電機(jī)的參數(shù)測定參數(shù)計(jì)算對于大中型異步電動機(jī)近似有：5.2.4異步電機(jī)的參數(shù)測定例4：一臺三相異步電動機(jī)，UN＝380V，f1=50Hz，R1=0.4Ω,△接法，空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)：U0＝380V，I0=21.2A，P0=1.34kW，Pmec=100W。短路試驗(yàn)數(shù)據(jù)：Uk＝110V，Ik=66.8A，Pk=4.14kW。求該電機(jī)的T型等效電路。繞線式轉(zhuǎn)子有明顯的相數(shù)和極對數(shù)，必須使轉(zhuǎn)子、定子的極對數(shù)相等，否則定、轉(zhuǎn)子磁動勢就不能相對靜止，就不能轉(zhuǎn)換平均功率，電機(jī)就不能工作?；\型轉(zhuǎn)子繞組由導(dǎo)條、端環(huán)構(gòu)成，其相數(shù)、極對數(shù)具有特殊性。

5.2.5籠型轉(zhuǎn)子的參數(shù)計(jì)算相數(shù)：當(dāng)一極對數(shù)為p的旋轉(zhuǎn)磁場Bm在氣隙中旋轉(zhuǎn)時，它依次切割轉(zhuǎn)子各導(dǎo)條，在每個導(dǎo)條中感應(yīng)相同大小的電勢，相鄰兩導(dǎo)條中感應(yīng)電勢在時間上相差的電角度為：2πp/Z2(Z2轉(zhuǎn)子總導(dǎo)條數(shù)），于是構(gòu)成了一個對稱的Z2相電動勢系統(tǒng)，該電動勢作用在結(jié)構(gòu)對稱的籠型繞組上，產(chǎn)生對稱的Z2相電流，所以籠型轉(zhuǎn)子相數(shù)：

m2=Z2

每相只有一根導(dǎo)條，即?匝，繞組系數(shù)為1。5.2.5籠型轉(zhuǎn)子的參數(shù)計(jì)算5.2.5籠型轉(zhuǎn)子的參數(shù)計(jì)算極對數(shù)：5.2.5籠型轉(zhuǎn)子的參數(shù)計(jì)算極對數(shù)：由下圖示可知：

P2=P15.3三相異步電動機(jī)的運(yùn)行特性5.3.1異步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程式異步電動機(jī)功率流程5.3.1異步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程式異步電動機(jī)從電源輸入的電功率：消耗于定子繞組的電阻而變成銅耗：消耗于定子鐵芯變?yōu)殍F耗：5.3.1異步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程式寫成方程式時有：借助于氣隙旋轉(zhuǎn)磁場的作用，從定子通過氣隙傳送到轉(zhuǎn)子，這部分功率稱為電磁功率：5.3.1異步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程式正常運(yùn)行時，轉(zhuǎn)差率很小，轉(zhuǎn)子中磁通的變化頻率很低，通常僅1～3Hz，所以轉(zhuǎn)子鐵耗一般可略去不計(jì)。因此，從傳送到轉(zhuǎn)子的電磁功率中扣除轉(zhuǎn)子銅耗后，可得轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的總機(jī)械功率：5.3.1異步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程式用電磁功率表示時，上式亦可改寫成從Pmec中再扣除轉(zhuǎn)子的機(jī)械損耗pmec和附加損耗pad，可得轉(zhuǎn)子軸上輸出的機(jī)械功率P2，即5.3.1異步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩方程式Tem——電磁轉(zhuǎn)矩（驅(qū)動性質(zhì)）；

T2——輸出轉(zhuǎn)矩（制動性質(zhì)）；T0——空載轉(zhuǎn)矩（制動性質(zhì)）。5.3.1異步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程式已知PN（單位kW），nN，可近似求得額定輸出轉(zhuǎn)矩：5.3.1異步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程式例4：有一臺三相50Hz異步電動機(jī)，額定功率PN=100kW，額定轉(zhuǎn)速nN=950r/min，額定運(yùn)行時機(jī)械損耗pmec=1kW，忽略附加損耗，求：（1）sN、Pem、pCu2（2）TemN、T2N、T05.3.1異步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程式5.3.1異步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩平衡方程式一、物理表達(dá)式5.3.2電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達(dá)式結(jié)論：反映了異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與主磁通和轉(zhuǎn)子電流有功分量的乘積成正比的物理本質(zhì)。由于有：所以：5.3.2電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達(dá)式根據(jù)簡化電路得到的轉(zhuǎn)子電流：二、參數(shù)表達(dá)式5.3.2電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達(dá)式說明：當(dāng)異步電動機(jī)U1、f1、電機(jī)的參數(shù)及極對數(shù)p不變時，電磁轉(zhuǎn)矩Tem僅決定于轉(zhuǎn)差率s。

5.3.2電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達(dá)式當(dāng)電源及電動機(jī)參數(shù)不變時，電磁轉(zhuǎn)矩Tem僅與轉(zhuǎn)差率

s（或轉(zhuǎn)速n）有關(guān)。電磁轉(zhuǎn)矩Tem與轉(zhuǎn)差率s

的關(guān)系Tem=f(s)稱為機(jī)械特性。Tmax

——最大電磁轉(zhuǎn)矩sm

——臨界轉(zhuǎn)差率Tst

——啟動轉(zhuǎn)矩5.3.2電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達(dá)式臨界轉(zhuǎn)差率

sm

最大電磁轉(zhuǎn)矩Tmax5.3.2電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達(dá)式由兩個表達(dá)式可見，當(dāng)其它參數(shù)一定時：①最大電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓平方成正比；臨界轉(zhuǎn)差率與電源電壓無關(guān)。③頻率越高，最大電磁轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率越??；

漏抗越大，最大電磁轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率越小。②最大電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)，

轉(zhuǎn)子回路電阻越大，臨界轉(zhuǎn)差率越大。5.3.2電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達(dá)式過載倍數(shù)過載倍數(shù)kM

是異步電動機(jī)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它反映了電動機(jī)的短時過負(fù)荷的能力，kM越大，短時過負(fù)荷的能力越強(qiáng)。國家標(biāo)準(zhǔn)有明確規(guī)定：普通異步電動機(jī)的kM=1.6～2.5；對起重、冶金等特殊用途的電動機(jī)，則要求kM=2.7～3.7。5.3.2電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達(dá)式啟動轉(zhuǎn)矩

Tst啟動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)kst5.3.2電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達(dá)式5.3.2電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達(dá)式由啟動轉(zhuǎn)矩表達(dá)式可見，當(dāng)其它參數(shù)一定時：①起動轉(zhuǎn)矩與電源電壓平方成正比；②頻率越高，起動轉(zhuǎn)矩越??；漏抗越大，起動轉(zhuǎn)矩越小；③繞線式電動機(jī)，轉(zhuǎn)子回路電阻越大，啟動轉(zhuǎn)矩先增后減。啟動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)kst也是異步電動機(jī)的重要性能指標(biāo)，它反映了電動機(jī)啟動能力的大小。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：普通異步電動機(jī)的kst=0.9～1.3；對起重、冶金等特殊用途的電動機(jī)，則要求kst=2.8～4.0。若令sm=1，則有此時啟動轉(zhuǎn)矩Tst等于最大轉(zhuǎn)矩Tmax

。對于繞線式轉(zhuǎn)子可通過外串電阻達(dá)到。5.3.2電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達(dá)式1s1s2T2+T0UN0.7UN結(jié)論：①②機(jī)械特性與電壓的關(guān)系5.3.2電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達(dá)式

機(jī)械特性與轉(zhuǎn)子電阻的關(guān)系結(jié)論：①②③R2的改變：籠型電機(jī)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的金屬材料不同，線繞式電機(jī)外接電阻不同。5.3.2電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達(dá)式

轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性把轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率曲線Tem=f(s)的縱、橫坐標(biāo)對調(diào)，并利用n=n1(1-s)把轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的轉(zhuǎn)速n，就可以得到轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性n=f(Tem)。5.3.2電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達(dá)式異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)速特性5.3.2電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達(dá)式電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。自適應(yīng)負(fù)載能力是電動機(jī)區(qū)別于其它動力機(jī)械的重要特點(diǎn)。（如：柴油機(jī)當(dāng)負(fù)載增加時，必須由操作者加大油門，才能帶動新的負(fù)載。）直至新的平衡。此過程中，時，電源提供的功率自動增加。只要不超過最大轉(zhuǎn)矩則可自動調(diào)節(jié)維持運(yùn)轉(zhuǎn)常用特性段n1nTTmax

異步電動機(jī)的自適應(yīng)負(fù)載能力硬特性：負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速變化不大，運(yùn)行特性好。軟特性：負(fù)載增加轉(zhuǎn)速下降較快，但啟起動轉(zhuǎn)矩大，啟動特性好。

硬特性（R2?。┸浱匦裕≧2大）結(jié)論：不同場合應(yīng)選用不同的電機(jī)。如金屬切削，選硬特性電機(jī)；重載起動則選軟特性電機(jī)。

機(jī)械特性的軟硬

5.3.2電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達(dá)式三、實(shí)用表達(dá)式已知電機(jī)的額定功率、額定轉(zhuǎn)速、過載能力忽略空載轉(zhuǎn)矩，有此表達(dá)式主要用于求機(jī)械特性曲線。5.3.2電磁轉(zhuǎn)矩的三種表達(dá)式例5：一臺四極、380V、三角形聯(lián)結(jié)的異步電動機(jī)，其參數(shù)為R1=4.47Ω，R′2=3.18Ω，X1σ=6.7Ω，X′2σ=9.85Ω，Xｍ=188Ω,Rm忽略不計(jì)。試求該電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Ｔmax及臨界轉(zhuǎn)差sm，轉(zhuǎn)子啟動電流Ist及啟動轉(zhuǎn)矩Ｔst。解：起動時s=1，起動電流和起動轉(zhuǎn)矩分別為：

例6：一臺四極異步電動機(jī)，其額定電壓為380V，過載能力kM=2，帶80%額定負(fù)載運(yùn)行，電網(wǎng)電壓下降到230V，通過計(jì)算說明在此負(fù)載下電動機(jī)能否繼續(xù)運(yùn)行？此時該電動機(jī)能承擔(dān)的最大負(fù)載能力為多少？例:一臺正常運(yùn)行時為△連接的三相籠型異步電動機(jī)，拖動20%額定負(fù)載連接運(yùn)行時，有人建議將該電動機(jī)改為Y連接，電源電壓不變，這是否可行？會對電動機(jī)性能有休影響？習(xí)題三相籠型異步電動機(jī)，在端電壓不變的情況下，電磁轉(zhuǎn)矩增加其轉(zhuǎn)速會：A、下降B、上升C、不變只增加繞線型異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻，其他條件不變，電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩將：A.上升B.下降C.不能確定工作特性：

在額定電壓和額定頻率下，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n、輸出轉(zhuǎn)矩Ｔ2、定子電流I1、功率因數(shù)、效率η與輸出功率P2的關(guān)系曲線。

5.3.3異步電動機(jī)的工作特性1.轉(zhuǎn)差率特性s=f(P2)隨著輸出功率的增大，電動機(jī)轉(zhuǎn)速將減小，即s=f(P2)是一條稍微向上翹的曲線。解釋：P2增加，負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2增大，由Tem=f(s)曲線可知，T2增加會使電動機(jī)轉(zhuǎn)差率s增大，轉(zhuǎn)速n下降。5.3.3異步電動機(jī)的工作特性2.定子電流特性I1=f(P2)隨著輸出功率的增大，定子電流將增大，即I1=f(P2)是一條上升并上翹的曲線。解釋：用磁勢平衡方程式可以說明定子電流變化的規(guī)律：空載時轉(zhuǎn)子電流，此時，隨著負(fù)載的增大，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)子電流增大，為了補(bǔ)償轉(zhuǎn)子電流的去磁作用，定子電流也相應(yīng)增大，故定子電流幾乎隨負(fù)載P2成正比增加。5.3.3異步電動機(jī)的工作特性3.轉(zhuǎn)矩特性T2=f(P2)隨著輸出功率的增大，T2=f(P2)近似為一條稍微上翹的直線。解釋：由異步電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩可知：空載時，P2=0，T2=0；隨著輸出功率P2的增大，在額定負(fù)載范圍內(nèi)，n變化很小。故T2=f(P2)近似為一直線。5.3.3異步電動機(jī)的工作特性4.功率因數(shù)特性功率因數(shù)特性曲線在額定負(fù)載附近有一極值點(diǎn)。解釋：空載時P2=0，定子電流基本上是用來建立磁場的勵磁電流I0，其主要分量是無功的磁化電流，這時很低，一般小于0.2。負(fù)載時，隨著P2增加，定子電流的有功分量增加，使上升；在額定負(fù)載附近值為最大，當(dāng)負(fù)載超過額定值時，由于轉(zhuǎn)差率s增大較多，致使轉(zhuǎn)子額定頻率f2增大，轉(zhuǎn)子的無功分量增大，因而使趨于下降。5.3.3異步電動機(jī)的工作特性5.3.3異步電動機(jī)的工作特性5.效率特性效率特性曲線，有一極值點(diǎn)。異步電動機(jī)也是在可變損耗與不變損耗相等時η最高?？紤]到異步電動機(jī)工作情況，通常中小型異步電動機(jī)負(fù)載在(0.25~0.75)PN時有最高效率ηmax。異步電動機(jī)的功率因數(shù)和效率都是在額定負(fù)載附近達(dá)到最大；選擇異步電動機(jī)時，應(yīng)使電動機(jī)額定容量和負(fù)載大小相匹配。如果電動機(jī)額定容量選擇過大，不僅造價高，而且由于長期欠載運(yùn)行，其功率因數(shù)和效率都低，很不經(jīng)濟(jì)；如果電動機(jī)額定容量選得過小，電動機(jī)將超載運(yùn)行時，會造成電動機(jī)過熱，影響壽命，甚至燒壞。5.3.3異步電動機(jī)的工作特性

5.4.1異步電動機(jī)的啟動啟動性能指標(biāo)：（1）啟動轉(zhuǎn)矩Tst

（2）啟動電流Ist

（3）啟動時間

（4）啟動設(shè)備

要求：異步電動機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩足夠大，啟動電流較小，啟動設(shè)備盡量簡單、可靠、操作方便，啟動時間短。5.4三相異步電動機(jī)的起動實(shí)際：啟動瞬間

(即n=0,s=1)

5.4.1異步電動機(jī)的啟動結(jié)果：啟動電流很大5.4.1異步電動機(jī)的啟動結(jié)果：啟動轉(zhuǎn)矩不大定子電流原因：啟動時n=0，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割磁力線速度很大。轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子電流中小型籠型電機(jī)啟動電流為額定電流的4~7倍。大電流使電網(wǎng)電壓降低影響其他負(fù)載工作頻繁啟動時造成熱量積累電機(jī)過熱影響：5.4.1異步電動機(jī)的啟動直接啟動（7.5kW以下的異步電動機(jī)一般采用直接啟動。）降壓啟動（大容量電機(jī)）定子回路串電抗器起動Y/起動自耦變壓器起動5.4.1異步電動機(jī)的啟動一、直接啟動直接啟動或全壓啟動：利用刀閘或交流接觸器把異步電動機(jī)的定子繞組直接接到額定電壓的電源上。優(yōu)點(diǎn)：啟動方法最簡單，不需要專門的啟動設(shè)備，操作方便，具有較大的起動轉(zhuǎn)矩，能帶額定負(fù)載啟動。缺點(diǎn)：因啟動瞬間電動機(jī)的等效阻抗小，啟動電流大，可達(dá)額定電流的4～7倍。當(dāng)供電變壓器的容量不大時，會使供電變壓器的輸出電壓降低過多，進(jìn)而影響到自身的啟動和接在同一線路上的其它設(shè)備的正常工作。5.4.1異步電動機(jī)的啟動

能否采用直接啟動要考慮的因素：

電動機(jī)容量與供電變壓器的比值；

啟動是否頻繁；

供電線路距離；同一臺變壓器其它用戶的要求。一般要求采用直接啟動的電動機(jī)容量不超過供電變壓器容量的20%，這樣，啟動電流引起的電網(wǎng)壓降不超過電網(wǎng)額定電壓的10%。當(dāng)啟動電流不符合要求時，就必須采用降壓啟動。在發(fā)電廠中，由于供電變壓器的容量足夠大，所以廠用異步電動機(jī)大都采用直接啟動。5.4.1異步電動機(jī)的啟動二、降壓啟動直接啟起動的缺點(diǎn)是啟動電流大。降低電流的方法，主要靠降低電壓。降壓啟動時，啟動電流與定子電壓成比例降低。待轉(zhuǎn)速升高到一定值，恢復(fù)全電壓。注意：啟動轉(zhuǎn)矩與U12成正比，降壓啟動后，啟動轉(zhuǎn)矩比啟動電流降低得更厲害。5.4.1異步電動機(jī)的啟動啟動時K1合上，K2斷開，電抗器串入回路中，起到分壓作用。當(dāng)啟動結(jié)束時，K2合上，使電動機(jī)在全壓下運(yùn)行。1、定子回路串電抗器啟動5.4.1異步電動機(jī)的啟動設(shè)定子串電抗后電機(jī)繞組上的電壓減為直接啟動時的1/a倍，則：由此可見，啟動電流雖然減小了，但啟動轉(zhuǎn)矩下降更多，所以這種啟動方法僅適用于輕載或空載啟動。5.4.1異步電動機(jī)的啟動2、Y/△啟動Y/△降壓啟動僅適合于額定運(yùn)行時規(guī)定采用△接法的異步電動機(jī)。

5.4.1異步電動機(jī)的啟動注意：采用Y/△降壓啟動時，啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩都降為直接啟動時的1/3，所以這種方法適合于空載或輕載啟動。5.4.1異步電動機(jī)的啟動3、自耦變壓器啟動啟動時將開關(guān)K2、K3合上，使自耦變壓器的原邊接入額定電壓的電網(wǎng)，其副邊接異步電動機(jī)，以降低電壓，達(dá)到減小啟動電流的目的。待轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定時，再把開關(guān)K2、K3斷開，K1合上，從而將自耦變壓器切除，使電動機(jī)全壓運(yùn)行。5.4.1異步電動機(jī)的啟動設(shè)降壓后電機(jī)繞組上的電壓減為直接啟動時的1/a倍，則：注意：啟動電流下降很多，所以這種啟動方法適用于大容量電動機(jī)的啟動。國產(chǎn)自耦補(bǔ)償器三個抽頭：55%、64%、75%5.4.1異步電動機(jī)的啟動5.4.1異步電動機(jī)的啟動例7：一臺三相異步電動機(jī)，三角形連接，已知下列數(shù)據(jù)：PN=15kW，nN=1460r/min，UN=380V，ηN=0.87，cosφN=0.85，Tmax/TN=2，Tst/TN=1.1，Ist/IN=6.5，試求：（1）IN，T2N（2）直接啟動時Ist△和Tst△（3）Y/△啟動時IstY和TstY（4）Y/△啟動時，帶上0.5T2N的負(fù)載能否啟動。5.4.1異步電動機(jī)的啟動5.4.1異步電動機(jī)的啟動三、采用高啟動轉(zhuǎn)矩異步電動機(jī)主要矛盾是啟動轉(zhuǎn)矩不足。解決的方法：①容量大一號的電動機(jī)； ②高啟動轉(zhuǎn)矩的電動機(jī)特殊電機(jī)獲得高啟動轉(zhuǎn)矩的原因，主要是轉(zhuǎn)子電阻的影響。轉(zhuǎn)子參數(shù)自動隨轉(zhuǎn)速的變化而變化。如雙籠型電機(jī)和深槽籠型電機(jī)。5.4.1異步電動機(jī)的啟動趨膚效應(yīng)漏磁通只穿過槽一次，由槽底鐵芯形成閉合回路?？梢钥闯稍S多單元導(dǎo)體的并聯(lián)；越接近槽口的導(dǎo)體所交鏈的漏磁通越少，即漏抗??；接近槽底的單元導(dǎo)體，漏抗大，使導(dǎo)體電流密度分布不均，產(chǎn)生把電流向槽口排擠的“趨膚效應(yīng)”；5.4.1異步電動機(jī)的啟動電機(jī)轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)子電流頻率越高，趨膚效應(yīng)越突出；導(dǎo)體的導(dǎo)電高度縮小，有效截面減小，轉(zhuǎn)子電阻增加；隨著轉(zhuǎn)速升高，頻率降低，電流分布趨向均勻，轉(zhuǎn)子電阻自動減小。

5.4.1異步電動機(jī)的啟動深槽籠型：高度是寬度的10～12倍。啟動時：

f2=f1，電阻達(dá)額定運(yùn)行的3倍，好像轉(zhuǎn)子回路串入一個電阻，可獲得一個較大的Tst。同時，由于導(dǎo)條中的電流被擠到了槽口，與非深槽轉(zhuǎn)子相比，相同的電流產(chǎn)生的槽漏磁通小了，因此槽漏抗減小了。正常運(yùn)行時：隨著轉(zhuǎn)速升高，頻率降低，電流分布趨向均勻，轉(zhuǎn)子電阻自動減小。但轉(zhuǎn)子漏抗比普通籠型轉(zhuǎn)子漏抗要大些。5.4.1異步電動機(jī)的啟動雙籠型：兩套繞組，材料不同，截面也不同。上籠：啟動籠，截面小，選用電阻系數(shù)大材料；下籠：工作籠，截面大，選用電阻系數(shù)小材料。啟動時：s=1,f2=f1,X2>>R2,R2上>>R2下

由于趨膚效應(yīng)，X2下>>X2上故I2上>>I2下，上籠cosφ2大，Tst大正常運(yùn)行時：f2=sf1,R2>>X2

由于R2上>>R2下,故I2下>>I2上，

此時漏抗X2小，cosφ2↑，Tem↑5.4.1異步電動機(jī)的啟動5.4.1異步電動機(jī)的啟動優(yōu)點(diǎn)：較大的Tst和較小Ist；缺點(diǎn)：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。雙籠型異步電動機(jī)的啟動性能比深槽式好，但深槽式結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低。二者共同的缺點(diǎn)是功率因數(shù)和過載能力低。四、采用繞線式異步電動機(jī)

對于需要在重載下啟動的生產(chǎn)機(jī)械或需要頻繁啟動的電力拖動系統(tǒng)，不僅要限制啟動電流，而且還要有足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩。在這種情況下，必須采用繞線式異步電動機(jī)。啟動方法：轉(zhuǎn)子回路串電阻分級啟動轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器啟動5.4.1異步電動機(jī)的啟動1.轉(zhuǎn)子回路串電阻分級起動

5.4.1異步電動機(jī)的啟動T1T2一般取最大加速轉(zhuǎn)矩T1=(0.7～0.85)Tm，切換轉(zhuǎn)矩T2=(1.1～1.2)TN

5.4.1異步電動機(jī)的啟動1.轉(zhuǎn)子回路串電阻分級起動只要轉(zhuǎn)子回路串的電阻合適，既可以減小啟動電流，又能提高啟動轉(zhuǎn)矩。

為什么？

Tst=CmΦmI2cosφ2

RΩ↑,I2↓,Φm↑,

RΩ↑,cosφ2↑↑,I2cosφ2↑,∴

Tst=CmΦmI2cosφ2↑2.轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器啟動

頻敏變阻器的鐵芯由幾片或十幾片30～50mm厚的鋼板或鑄鐵板組成。頻敏變阻器的等值電路與變壓器空載時的等值電路相似。5.4.1異步電動機(jī)的啟動RmR1RmXm工作原理：剛啟動時，f2≈f1，f2較高，鐵耗較大，其等效電阻Rm也很大，此時相當(dāng)于在轉(zhuǎn)子回路中串入一個較大的電阻。隨著轉(zhuǎn)速的升高，f2變低，鐵耗減小，使Rm減小，相當(dāng)于隨轉(zhuǎn)速的升高自動減小啟動電阻值；當(dāng)轉(zhuǎn)速接近額定值時，f2極低，所以Rm很小，相當(dāng)于將啟動電阻全部切除。此時應(yīng)把電刷提起且將三只滑環(huán)短接，起動過程結(jié)束。5.4.1異步電動機(jī)的啟動5.4.2異步電動機(jī)的制動制動方法：機(jī)械制動：加抱閘。

電磁制動：電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方向相反，電動機(jī)就工作在電磁制動狀態(tài)。在此狀態(tài)下，電動機(jī)轉(zhuǎn)軸從外部吸收機(jī)械功率轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)換成電功率。5.4.2異步電動機(jī)的制動一、反接制動1、轉(zhuǎn)速反向的反接制動（正接反轉(zhuǎn)）屬于下放重物這種情況。5.4.2異步電動機(jī)的制動由機(jī)械特性方程式可得如下特性曲線：電動機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩反方向，且TL﹥Tst，在TL作用下，電動機(jī)反向加速在A點(diǎn)達(dá)到平衡。5.4.2異步電動機(jī)的制動2、兩相反接的反接制動（反接正轉(zhuǎn)）5.4.2異步電動機(jī)的制動注意：反接制動時，定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速很大。即切割磁力線的速度很大，造成I2上升，引起I1上升。為限制電流，在制動時要在定子或轉(zhuǎn)子中串電阻。對于以上兩種反接制動，s﹥1，則：說明電機(jī)從轉(zhuǎn)軸上吸收的機(jī)械功率和從電網(wǎng)上吸收的電磁功率全部消耗在轉(zhuǎn)子回路里。二、反向回饋制動是在位能性負(fù)載作用下電動機(jī)轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速，重物以高于同步轉(zhuǎn)速的速度下放。n>n1Fn15.4.2異步電動機(jī)的制動M3~+-運(yùn)行制動nF轉(zhuǎn)子5.4.2異步電動機(jī)的制動三、能耗制動停車時，斷開交流電源，接至直流電源上，轉(zhuǎn)子由于慣性繼續(xù)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電勢、電流，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子將動能變成電能消耗在轉(zhuǎn)子電阻上，直至動能消耗完，轉(zhuǎn)子停轉(zhuǎn)。負(fù)載不變時，人為地改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，稱為調(diào)速。要求：電動機(jī)具有幾種轉(zhuǎn)速；在一定的范圍內(nèi)可以連續(xù)調(diào)速。

調(diào)速的方法：（1）改變定子繞組的極對數(shù)p；（2）改變電源的頻率f1；（3）改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率s。5.4.3異步電動機(jī)的調(diào)速一、變極調(diào)速由n≈n1=60f1/p

知：n∝1/pp為整數(shù)，故變極調(diào)速不能實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。變極調(diào)速只適用于籠型異步電動機(jī)。變極調(diào)速常用的方法是單繞組變極調(diào)速，即在定子鐵芯中裝一套繞組，通過改變定子繞組的連接方式，使部分繞組中電流的方向改變，來實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的磁極對數(shù)和轉(zhuǎn)速的改變。5.4.3異步電動機(jī)的調(diào)速A1A2X1X2A2A1X1X2A1A2X1X2以一臺4/2極的雙速電動機(jī)為例p=2p=15.4.3異步電動機(jī)的調(diào)速單繞組雙速電機(jī)：一套定子繞組具備兩種極對數(shù)而得到兩個不同同步轉(zhuǎn)速；三速或四速電機(jī)：定子內(nèi)放兩套獨(dú)立的繞組；5.4.3異步電動機(jī)的調(diào)速5.4.3異步電動機(jī)的調(diào)速實(shí)際工程中，

一般三相繞組之間的聯(lián)接有兩種方式，一種是Y/YY，即低速時接為Y，高速時接為YY。如下圖。此接法適用于恒轉(zhuǎn)矩變極調(diào)速。另一種是△/YY，即低速時接為△，高速時接為YY。如下圖。此接法適用于恒功率變極調(diào)速。5.4.3異步電動機(jī)的調(diào)速在相鄰兩相之間的空間相位角在高速時為120°，則在改變?yōu)榈退俳臃〞r，由于極數(shù)增加一倍，空間相位角變?yōu)?40°，也就是說，在改變后，三相之間的相序?qū)⒏淖?，為了在改變轉(zhuǎn)速后電動機(jī)轉(zhuǎn)向不變，因而在改接的同時，應(yīng)將任意兩個出線端互換。5.4.3異步電動機(jī)的調(diào)速二、變頻調(diào)速屬無級光滑調(diào)速此種調(diào)速方法發(fā)展很快，且調(diào)速性能較好。其主要環(huán)節(jié)是研制變頻電源（常由整流器（AC-DC)、逆變器(DC-AC)等組成）。變頻電源可變5.4.3異步電動機(jī)的調(diào)速5.4.3異步電動機(jī)的調(diào)速單一調(diào)頻，U1不變，

f1↑→Φm

↓→Tem(Tmax)↓→電機(jī)得不到充分利用；f1

↓→Φm

↑→磁路過飽和，勵磁電流↑↑→cosφ1↓，pFe↑Φm保持不變，調(diào)f1同時，調(diào)U1。5.4.3異步電動機(jī)的調(diào)速1、恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速電機(jī)變頻調(diào)速前后額定電磁轉(zhuǎn)矩相等，即恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時，有，則若令電壓隨頻率作正比變化：，則主磁通不變，電機(jī)飽和程度不變，電機(jī)過載能力也不變。電機(jī)在恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速前后性能都保持不變。5.4.3異步電動機(jī)的調(diào)速2、恒功率調(diào)速電機(jī)變頻調(diào)速前后它的電磁功率相等，即1）若主磁通不變：2）若過載能力不變：，主磁通發(fā)生變化；優(yōu)點(diǎn)：調(diào)速范圍廣，平滑性好。缺點(diǎn)：價格比較貴。三、轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速適用于繞線式電動機(jī)。串電阻前后保持轉(zhuǎn)子電流不變，則有：；；保持不變，即屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。優(yōu)點(diǎn)：簡單、可靠、價格便宜；缺點(diǎn)：效率低。為克服這一缺點(diǎn)，可采用串級調(diào)速，即在轉(zhuǎn)子回路中串一個與轉(zhuǎn)子同頻率的Ead。5.4.3異步電動機(jī)的調(diào)速四、改變定子端電壓調(diào)速適應(yīng)于：泵與風(fēng)機(jī)類負(fù)載；缺點(diǎn)：電動機(jī)效率低，溫升高。5.4.3異步電動機(jī)的調(diào)速電源接有大的單相負(fù)載或發(fā)生兩相短路；定子三相繞組中一相斷線，一相接地或發(fā)生匝間短路，都將引起電網(wǎng)三相電壓不對稱。單相異步電動機(jī)只需要單相交流電源供電，其分析方法與三相異步電動機(jī)在不對稱電壓下運(yùn)行時的分析方法基本相同。5.5單相異步電動機(jī)5.5.1三相異步電動機(jī)在不稱電壓下運(yùn)行由于三相異步電動機(jī)的不對稱運(yùn)行是電壓不對稱所引起，因此可用對稱分量法將不對稱電壓分解成對稱分量。接法Y型但無中線引出，則無零序電流；若接成D，由于三相線電壓之和為零，則零序電流也為零。因此只需分析正序和負(fù)序分量，即：5.5.1三相異步電動機(jī)在不稱電壓下運(yùn)行正序電壓分量作用在電動機(jī)上的等效電路如下：異步電動機(jī)在正序電壓作用下→定轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生正序電流→產(chǎn)生一個以同步速n1旋轉(zhuǎn)的正序旋轉(zhuǎn)磁場→正向電磁轉(zhuǎn)矩；5.5.1三相異步電動機(jī)在不稱電壓下運(yùn)行負(fù)序電壓分量作用在電動機(jī)上的等效電路如下：異步電動機(jī)在負(fù)序電壓作用下→定轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生負(fù)序電流→產(chǎn)生一個以同步速n1旋轉(zhuǎn)的反序旋轉(zhuǎn)磁場→反向電磁轉(zhuǎn)矩。5.5.1三相異步電動機(jī)在不稱電壓下運(yùn)行合成電磁轉(zhuǎn)矩為：

Tem=Tem++Tem-實(shí)際電流為：缺點(diǎn)：①三相定子繞組流有三相不對稱電流，產(chǎn)生橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場→幅值時大時小→轉(zhuǎn)速時大時小→電機(jī)振動→轉(zhuǎn)速不均和電磁噪音。②負(fù)序阻抗近似等于短路阻抗，不大的負(fù)序電壓會產(chǎn)生較大的負(fù)序電流，引起電機(jī)過熱。以一相斷線為例，分析其發(fā)生的后果。三相異步電動機(jī)的定子繞組接線有Y和△兩種接法。一相斷線可分成4種情況。其中圖(a)、(b)、(c)為單相運(yùn)行，圖(d)為兩相運(yùn)行。異步電動機(jī)的缺相運(yùn)行(a)(b)(c)