機(jī)電傳動控制(第5版)-4

機(jī)電傳動控制第五版普通高等教育“十一五”規(guī)劃教材第四章交流電動機(jī)的工作原理及特性

§4.1三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理§4.2異步電動機(jī)的額定參數(shù)§4.3三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性§4.4三相異步電動機(jī)的啟動特性

§4.5三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法與特性

§4.6三相異步電動機(jī)的制動特性§4.7單相異步電動機(jī)§4.8同步電動機(jī)學(xué)習(xí)重點和要求：熟練掌握三相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、機(jī)械特性。熟練掌握三相異步電動機(jī)的啟動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速、制動方法及其特性。理解同步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理理解單相異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理?！?.1三異步電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理一、基本結(jié)構(gòu)定子：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子：產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，輸出機(jī)械功率。1、定子

由定子鐵心、定子繞組和機(jī)座組成。

定子鐵心由導(dǎo)磁性能好、鐵耗小、0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，疊片間需經(jīng)絕緣處理。為了嵌放定子繞組，每個硅鋼片上都沖制出一些沿圓周均勻分布、尺寸相同的槽。

定子繞組由若干線圈按照一定規(guī)律嵌放在定子鐵心槽中并聯(lián)接起來構(gòu)成。大中型三相異步電機(jī)定子繞組為三相雙層繞組，小型電機(jī)為單層繞組。小型異步電動機(jī)定子繞組用高強(qiáng)度漆包圓銅線繞制而成；大中型異步電動機(jī)的導(dǎo)線截面較大，采用矩形截面的漆包銅線制成線圈，再放置于定子槽內(nèi)。

U、V、W三相繞組的6個端子都引出，接到固定在機(jī)座上的接線盒中，這樣便于使用者根據(jù)實際需要將三相繞組接成星形或三角形。

2、轉(zhuǎn)子

由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵心由沖有轉(zhuǎn)子槽的硅鋼片疊壓而成，并固定在轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)軸一般用中碳鋼制成，起支撐以及傳遞轉(zhuǎn)矩的作用。

轉(zhuǎn)子繞組分為籠型繞組和繞線型繞組兩種，所以按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分類，異步電機(jī)可分為籠型電機(jī)和繞線型電機(jī)。

籠型轉(zhuǎn)子繞組：在轉(zhuǎn)子鐵心的每個槽中放置一根導(dǎo)體，每根導(dǎo)體的長度比鐵心略長。在導(dǎo)體的兩端用短路環(huán)把所有伸出鐵心的導(dǎo)體部分聯(lián)結(jié)起來，形成一個閉合回路。整個繞組的外形象一個鼠籠，因此而得名。三相籠型異步電動機(jī)的外形和拆裝

繞線型轉(zhuǎn)子繞組：在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)嵌放三個繞組，連接成Y形，線端子引到三個滑環(huán)上，再用三個固定在定子上的電刷將其引出到外電路，這樣可利用外電路串聯(lián)附加可變電阻，可以調(diào)節(jié)電動機(jī)的啟動性能、轉(zhuǎn)速和機(jī)械特性。繞線型電機(jī)的轉(zhuǎn)子15

繞線型電動機(jī)二、工作原理1、實驗現(xiàn)象轉(zhuǎn)子跟著磁鐵一起轉(zhuǎn)動，兩者轉(zhuǎn)動方向一致。

轉(zhuǎn)子比磁鐵轉(zhuǎn)得慢。()電流入U1V2W1V1W2(?)電流出U22、旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生U2V1W2U1V2W1三相對稱繞組中流入三相對稱電流就形成旋轉(zhuǎn)磁場U1U2V2W1V1W2NSAU2V2W1V1W2U1i>0:首端流入，尾端流出。規(guī)定i<0:尾端流入，首端流出。3、旋轉(zhuǎn)過程當(dāng)定子繞組接入三相對稱交流電源后，產(chǎn)生以n0=60f/p速度的旋轉(zhuǎn)磁場（n0為同步轉(zhuǎn)速）。磁場切割轉(zhuǎn)子繞組使其產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，由于轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成閉合回路，轉(zhuǎn)子中便有感應(yīng)電流產(chǎn)生，載流導(dǎo)體在磁場中受到電磁力的作用，由此形成的電磁轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)起來，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為n＜n0。因為轉(zhuǎn)速如果達(dá)到n0時，轉(zhuǎn)子繞組與定子旋轉(zhuǎn)磁場之間便無相對運動，不能在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，從而無法產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。因此，異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子的正常運行轉(zhuǎn)速略低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）。4、三相異步電動機(jī)的反轉(zhuǎn)

與電源連接的任意兩相互換，就可實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)ABCM3~電源ABCM3~電源

UVW

UVW原理：改變了三相電流的相序，就改變了磁場的旋轉(zhuǎn)方向。

n0—磁場的旋轉(zhuǎn)速度，單位：r/min

n—轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，單位：r/min

f—三相交流電源頻率=50Hz

P—旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)，一套三相繞組為1個旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)。

S—轉(zhuǎn)差率，轉(zhuǎn)子靜止時，n=0，則s=1；轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)

n=n0，則s=0。異步電動機(jī)運行時，s的取值范圍在0.01～0.06。5、同步轉(zhuǎn)速n0、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)差率s6、旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)P與旋轉(zhuǎn)速度當(dāng)定子有一套三相繞組時：AXBYCZAXYCBZ形成一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場：P=1當(dāng)定子有兩套三相繞組串聯(lián)：C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'形成兩對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場：P=2。同理，當(dāng)定子有n套三相繞組串聯(lián)，就形成n對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場：P=n極對數(shù)每個電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速例4-1：有一臺四極三相異步電動機(jī)，電源電壓的頻率為50Hz，滿載時電動機(jī)的轉(zhuǎn)差率S=0.02。求電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。例4-2：有一臺三相異步電動機(jī)，其nN=1470r/min,電源頻率為50Hz。設(shè)在額定負(fù)載下運行，試求：定子旋轉(zhuǎn)磁場對定子的轉(zhuǎn)速；定子旋轉(zhuǎn)磁場對轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。①求同步轉(zhuǎn)速，從額定轉(zhuǎn)速可看出這是一臺四磁極的三相異步電動機(jī)，因此同步轉(zhuǎn)速=60×50÷2=1500r/min②求同步轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差，1500-1470=30r/min。§4.2三相異步電動機(jī)的額定參數(shù)一、銘牌在電機(jī)外殼上釘有一塊牌子，稱為銘牌。上面注明此臺電動機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)。這是安裝、使用和維修的重要依據(jù)。型號Y132S2-2標(biāo)準(zhǔn)編號XXXX功率7.5KW電流15A電壓380V轉(zhuǎn)速2900r/min噪聲78dB接法△防護(hù)等級IP44頻率50HZ出品編號XXX工作制S1B級絕緣XXXXXX電機(jī)廠二、額定參數(shù)額定功率PN：電機(jī)在銘牌規(guī)定的額定條件下，轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率，單位為W或kW。額定電壓UN：電機(jī)在額定工況下運行時，加在定子繞組接線端的線電壓，單位為V或kV。額定電流IN：電機(jī)定子繞組上所加電壓為額定電壓，轉(zhuǎn)軸上輸出功率為額定功率時，流過定子繞組的線電流，單位為A。額定頻率fN

：加在定子繞組的電源頻率，我國規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)工頻為50Hz。額定轉(zhuǎn)速nN：電機(jī)在定子繞組加額定電壓，轉(zhuǎn)軸輸出額定功率時的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。額定cosψN

：電機(jī)在額定運行條件下定子繞組的功率因數(shù)。額定效率ηN

：電機(jī)在額定運行條件下，轉(zhuǎn)軸輸出的機(jī)械功率（即額定功率）與定子繞組輸入的電功率（即額定輸入功率）的比值。

在銘牌上還標(biāo)出了相數(shù)、繞組連接方式、絕緣等級、額定溫升等等。對于三相繞線型異步電動機(jī)，還標(biāo)有轉(zhuǎn)子繞組的聯(lián)結(jié)方式及轉(zhuǎn)子的額定電壓和電流。三、三相異步電動機(jī)的連接方式、功率和電磁轉(zhuǎn)矩

1、連接方式與電壓關(guān)系例如：某三相異步電動機(jī)，電壓為220/380V，連接方式△/Y△連接時的線電壓為220V，Y連接時的線電壓為380V2、功率和電磁轉(zhuǎn)矩（1）電功率三相定子繞組無論是△形還是Y形連接，電功率計算公式是相同的：

（2）機(jī)械功率

（3）電磁轉(zhuǎn)矩

例如：某普通機(jī)床的主軸電機(jī)(Y132M-4型)的額定功率為7.5kw,額定轉(zhuǎn)速為1440r/min,則額定轉(zhuǎn)矩為。§4.3三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性一、定子電路和轉(zhuǎn)子電路三相異步電動機(jī)與變壓器的電磁感應(yīng)原理類似。定子繞組相當(dāng)于變壓器的初級繞組，轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的次級繞組。當(dāng)三相電流通過定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場時，不僅定子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢(自感、互感)，而且轉(zhuǎn)子繞組也產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流(自感、互感)。定子和轉(zhuǎn)子繞組的電流、感應(yīng)電動勢都會對轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性產(chǎn)生影響。

分別對定子繞組電路和轉(zhuǎn)子繞組電路進(jìn)行分析，為以后的轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性分析提供理論基礎(chǔ)。1、定子電路u1-每相定子繞組電壓i1-每相定子繞組電流e1-每相定子繞組感應(yīng)電動勢i2-每相轉(zhuǎn)子繞組電流e2-每相轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢R1-每相定子繞組電阻X1-每相定子繞組漏磁感抗R2-每相轉(zhuǎn)子繞組電阻X2-每相轉(zhuǎn)子繞組感抗定子繞組的感應(yīng)電動勢：e1-每相定子繞組的感應(yīng)電動勢，負(fù)號表示與u1方向相反f1-定子繞組感應(yīng)電動勢頻率，不變頻時取為50HzΦ1-旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通N1-每相定子繞組匝數(shù)K

-繞組系數(shù)，≈1若不考慮R1和X1的電壓降，可得每相定子繞組電壓：感應(yīng)電動勢有效值：轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電動勢：E2-轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電動勢，負(fù)號表示與u1方向相反f2-轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢頻率，f2=Sf1(S為轉(zhuǎn)差率)N2-轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù)感應(yīng)電動勢有效值：2、轉(zhuǎn)子電路轉(zhuǎn)子繞組電流有效值：轉(zhuǎn)子繞組功率因數(shù)：當(dāng)n=0時，S=1，此時：f2、E2、X2、I2最大功率因數(shù)cosψ2最小當(dāng)n=n0時，S=0，此時：f2、E2、X2、I2最小功率因數(shù)cosψ2最大I2

s1I2,O二、轉(zhuǎn)矩K-電動機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)φ-旋轉(zhuǎn)磁場磁通I2-每相轉(zhuǎn)子繞組電流cosψ2-轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)U1-電源電壓S-轉(zhuǎn)差率R2-每相轉(zhuǎn)子繞組電阻X20-轉(zhuǎn)速為零時的每相轉(zhuǎn)子繞組感抗轉(zhuǎn)矩與定子繞組的電源電壓成正比。轉(zhuǎn)矩受轉(zhuǎn)差率S影響。轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子繞組電阻成反比，與功率因數(shù)成正比。三、機(jī)械特性1、固有機(jī)械特性

電源電壓、頻率保持額定值，定子和轉(zhuǎn)子電路不串聯(lián)任何電阻或電抗(電容、電感元件)的機(jī)械特性。OTS1Tmax-最大轉(zhuǎn)矩Tst-啟動轉(zhuǎn)矩TN-額定轉(zhuǎn)矩OTnm轉(zhuǎn)差率S=0時(理想空載)：轉(zhuǎn)差率S=R2/X20時(臨界狀態(tài))：轉(zhuǎn)差率S=1時(啟動狀態(tài))：重要結(jié)論：電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不能大于或等于其最大轉(zhuǎn)矩Tmax，否則會造成電機(jī)堵轉(zhuǎn)，嚴(yán)重時電機(jī)會因電流過大而發(fā)熱燒毀。過載系數(shù)λm=Tmax/TN，普通籠型電機(jī)取為2.0～2.2，起重用繞線型電機(jī)取為2.5～3.0。電機(jī)啟動時，要求負(fù)載轉(zhuǎn)矩不能大于啟動轉(zhuǎn)矩Tst，電機(jī)才能在順利啟動。啟動系數(shù)λst=Tst/TN，一般取為1.0～1.2。2、人為機(jī)械特性

改變?nèi)喈惒诫妱訖C(jī)的額定參數(shù)，可以調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。以此滿足需要。主要針對以下三種情況的機(jī)械特性的變化規(guī)律進(jìn)行分析。降低定子繞組電壓的人為機(jī)械特性改變定子繞組電壓頻率的人為機(jī)械特性轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)可變電阻的人為機(jī)械特性降低定子繞組電壓的人為機(jī)械特性

電源電壓下降，導(dǎo)致啟動轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩下降，在負(fù)載不變的情況下，電機(jī)可能無法啟動或者電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，定子繞組電流增大。電源電壓升高，負(fù)載不變的情況下，轉(zhuǎn)速增大，定子繞組電流增大。不變不變隨著電壓的減小而大大地減小隨著電壓的減小而大大地減小改變定子繞組電壓頻率的人為機(jī)械特性

通過改變電壓頻率，來實現(xiàn)三相異步電動機(jī)的速度調(diào)節(jié)。此時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩也會發(fā)生變化，為了使電動機(jī)轉(zhuǎn)速變化時，輸出轉(zhuǎn)矩保持不變，在變頻時也使電源電壓相應(yīng)變化，使U/f為常數(shù)。實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速。f＞f1＞f2轉(zhuǎn)子電路串聯(lián)可變電阻的人為機(jī)械特性

n0不變Tmax不變S與串聯(lián)電阻正比例4-3：當(dāng)三相異步電動機(jī)的負(fù)載增加時，為什么定子電流會隨轉(zhuǎn)子電流的增加而增加？當(dāng)負(fù)載增加時，勢必要減小轉(zhuǎn)速n增大電磁轉(zhuǎn)矩，使系統(tǒng)保持平衡。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的減小，會引起：n↓→轉(zhuǎn)差率S↑→轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢E2↑→轉(zhuǎn)子電流I2↑因互感作用，定子繞組電流也隨著轉(zhuǎn)子電流增大而增大。例4-4：三相異步電機(jī)帶一定負(fù)載運行，若電源電壓下降，此時電機(jī)的轉(zhuǎn)矩、電流及轉(zhuǎn)速有什么變化？當(dāng)U↓→Φ↓→I2↓→T↓；同時定子繞組電流也相應(yīng)減小。隨后為了維持系統(tǒng)平衡，只有減小轉(zhuǎn)速n來增大轉(zhuǎn)矩T，導(dǎo)致轉(zhuǎn)差率、轉(zhuǎn)子電流增大，定子電流也相應(yīng)增大。TL例4-5：一臺三相異步電機(jī)，其技術(shù)數(shù)據(jù)如下表所示。型號PN/KWUN△/Y滿載時Ist/INTst/TNTmax/TNnN/r/min

IN/AηNcosφNY132S-63220/38096012.8/7.283%0.756.52.02.0試求:(1)線電壓為380V時，三相定子繞組應(yīng)如何接法？(2)求n0，p，SN，TN，Tst，Tmax，Ist；(3)額定負(fù)載時電動機(jī)的輸入功率是多少？220/380V表示定子繞組按△接法的額定線電壓為220V，按Y接法的額定線電壓為380V。應(yīng)按Y接法。nN=960r/min，nO=1000r/min，p=3③例4-6：三相異步電動機(jī)運行時，轉(zhuǎn)子突然被卡住，這時電動機(jī)的電流如何變化？對電動機(jī)有何影響？解：轉(zhuǎn)子被卡住時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降為零，轉(zhuǎn)差率S=1。轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢和電流急劇增大，導(dǎo)致定子繞組電流也相應(yīng)急劇增大。時間一長因高溫?zé)龤щ姍C(jī)繞組?！?.4三相異步電動機(jī)的啟動特性一、啟動的特點和要求1、啟動特點在定子繞組額定電壓、額定頻率條件下啟動時，轉(zhuǎn)差率S=1，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢E2最大，因互感作用，導(dǎo)致定子繞組電流很大，通?？蛇_(dá)定子額定電流的4～7倍。大功率電動機(jī)啟動時，會引起電網(wǎng)電壓下降，定子繞組能耗過高，時間一長，引起定子繞組發(fā)熱。電網(wǎng)電壓是指高壓供電線路通過電力變壓器變壓后，輸出的380/220V電壓，電網(wǎng)電壓下降會影響其它設(shè)備正常工作。2、啟動要求有足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩，保證生產(chǎn)、起重和運輸機(jī)械能正常啟動。在滿足啟動轉(zhuǎn)矩的前提下，盡可能減小啟動電流和啟動損耗。減少對電網(wǎng)電壓的影響。啟動時加速平滑，減小對生產(chǎn)機(jī)械的沖擊。啟動設(shè)備安全可靠、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。二、三相籠型異步電動機(jī)的啟動方法

1．直接啟動（全壓啟動）L1L2L3M3~L1L2L3M3~通電應(yīng)用直接啟動的條件：

Ist---電動機(jī)啟動電流IN---電動機(jī)額定電流S---電源變壓器容量P---電機(jī)功率<10KW的中、小型三相異步電動機(jī)大都采用直接啟動。定子繞組串聯(lián)電阻（或電抗）星形－三角形換接自偶變壓器延邊三角形

三相籠型異步電動機(jī)的常用降壓啟動方法：>10～20KW以上的大型三相異步電動機(jī)采用降壓啟動。2、定子串聯(lián)電阻或電抗降壓啟動

方法電動機(jī)啟動時，在電動機(jī)的定子繞組上串聯(lián)電阻或電抗，由于電阻或電抗的分壓作用，使加在電動機(jī)的定子繞組上的電壓低于電源電壓，待啟動后，再將電阻或電抗短接，電動機(jī)便在額定電壓下正常運行。

特點電路簡單、不受電機(jī)接線方式限制。啟動轉(zhuǎn)矩下降過大，僅適用于空載或輕載場合。電阻功耗大，若啟動頻繁，電阻會因升溫高而損壞。電抗功耗小、體積大、成本高。啟動轉(zhuǎn)矩隨定子繞組電壓的平方關(guān)系下降。3、Y-△換接降壓啟動

方法啟動時，把電動機(jī)的定子繞組接成Y形，電動機(jī)定子繞組電壓低于電源電壓啟動，啟動完畢時再恢復(fù)成△形，電動機(jī)便在額定電壓下正常運行。

特點啟動穩(wěn)定、能耗低。僅適用于定子繞組接成△形的三相異步電機(jī)。電機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩是額定轉(zhuǎn)矩的1/3，只適用于輕載或空載啟動。M3~L1L2L3FUKM2FRKM3KM1QS啟動電流、啟動轉(zhuǎn)矩與定子電壓的平方成正比。M3~L1L2L3FUKM2FRKM3KM1QSM3~L1L2L3FUKM2FRKM3KM1QS開關(guān)合閘通電接成Y形啟動M3~L1L2L3FUKM2FRKM3KM1QS接成△形運轉(zhuǎn)4、自耦變壓器降壓啟動方法啟動時用自耦變壓器來降低加在電動機(jī)定子繞組上的啟動電壓，待電機(jī)啟動完畢后，再使電動機(jī)與自耦變壓器脫離，從而使電機(jī)在全壓下正常運行。特點起動能耗小。可調(diào)節(jié)啟動電壓，滿足對啟動轉(zhuǎn)矩的要求?？蛇m用于任何類型的三相異步電動機(jī)。起動設(shè)備復(fù)雜、成本高。

手動自耦降壓啟動器手動自耦降壓起動器控制電路FRFRKMKMFR

XJ01系列自耦變壓器自動切換降壓啟動控制柜5、延邊△形換接降壓啟動

方法起動時，把定子三相繞組的一部分聯(lián)接成△形，另一部分聯(lián)接成Y形，每相繞組上所承受的電壓，比△形聯(lián)接時的電壓低，比Y形聯(lián)接時的電壓高，待電動機(jī)起動后，再將繞組聯(lián)接△形全壓運行。

特點起動能耗小。起動轉(zhuǎn)矩大。僅適用于有延邊繞組的三相異步籠型電機(jī)。

延邊△形電動機(jī)定子繞組的聯(lián)接方式原始狀態(tài)啟動正常運轉(zhuǎn)

延邊△形降壓啟動控制電路KTKM2SB2KM3KM1KTSB1KM2L1L2L3FU1FU2FRKM1KM2U1V1W1QSKM1KM2W3V3U3FRW2U2V2KM3KTKM3KM3M3~例4-7：有一臺三相籠型異步電機(jī)，其銘牌數(shù)據(jù)如下。PN(KW)nN（r/min）UN（V）ηNcosφN4014703800.90.9當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為250N.m時，試問在U=UN和U1=0.8UN兩種情況下電動機(jī)能否啟動？欲采用Y-Δ降壓啟動，負(fù)載轉(zhuǎn)矩為0.45TN和0.35TN兩種情況下，電動機(jī)能否啟動？若采用自耦變壓器降壓啟動，設(shè)降壓比為0.64，求電源線路中通過的啟動電流和電動機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩。Ist/INTst/TNTmax/TN接法6.51.22.0ΔU=UN時，Tst=1.2TN=1.2×260=312＞TL，能順利啟動。U=0.8UN時，Tst=0.82×312≈200＜TL，不能順利啟動。TstY＞0.35TL，能順利啟動。TstY＜0.45TL，不能順利啟動。(3)當(dāng)U=0.64UN時，Tst=0.642×312≈127.8N.m由得三、三相繞線型異步電動機(jī)降壓啟動方法轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)多段電阻轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)頻敏變阻器1、轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)多段電阻啟動方法啟動時，轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)多段電阻，以此減少啟動電流，提高啟動轉(zhuǎn)矩。啟動完畢后，用開關(guān)逐級短接啟動電阻。特點在一定范圍內(nèi)，串聯(lián)電阻的阻值與轉(zhuǎn)速成反比，與轉(zhuǎn)矩成正比，與啟動電流成反比。常用于要求起動轉(zhuǎn)矩較高的場合，如大型起重設(shè)備隨著交流變頻調(diào)速不斷發(fā)展，此類調(diào)速方法逐漸很少采用。L1L2L3FUFRKM43RKM32RKM21RKM1QSM3~啟動時，QS和KM1閉合，KM2～KM4斷開，三相繞線型異步電動機(jī)串聯(lián)三段電阻啟動。啟動完畢后，使KM2～KM4依次閉合，逐級把啟動電阻短接。2、轉(zhuǎn)子繞組串聯(lián)頻敏變阻器啟動控制電路頻敏變阻器是一種阻抗值隨頻率明顯變化、靜止的無觸點電磁元件。它實質(zhì)上是一個鐵心損耗非常大的三相電抗器。在電動機(jī)啟動時，將頻敏變阻器串接在轉(zhuǎn)子繞組中，啟動完畢后短接頻敏變阻器。XL=2πf2Lf2=Sf1啟動時，電動機(jī)轉(zhuǎn)速很低，轉(zhuǎn)差率很大，故轉(zhuǎn)子電流頻率f2很大（接近電源頻率f1），鐵心中的損耗很大，其等效阻抗很大，限制了啟動電流，增大了啟動轉(zhuǎn)矩。隨著轉(zhuǎn)速的增加，轉(zhuǎn)子電流頻率下降,

阻抗減小，而啟動電流及轉(zhuǎn)矩保持一定數(shù)值。頻敏變阻器實際上是利用轉(zhuǎn)子頻率f2的平滑變化達(dá)到使轉(zhuǎn)子回路總電阻平滑減小的目的。啟動結(jié)束后，把頻敏變阻器從電路中切除。由于頻敏變阻器的等效阻抗隨轉(zhuǎn)子電流頻率而變化，反應(yīng)靈敏，故叫頻敏變阻器。這類控制電路結(jié)構(gòu)較簡單、成本較低、維護(hù)方便、可實現(xiàn)平滑啟動。因啟動轉(zhuǎn)矩較小，僅適于繞線型電動機(jī)輕載啟動。L1L2L3FU1FU2QSKM1KM1KM2RFKTKM2M3～KM1FRSB2SB1KTKM2KM2KM23控制電路FRL1L2L3FU1KM1KM1KM2RFM3～SB2SB1KTKM2KM23合上QS按下SB1KM1線圈得電KT線圈得電KTKM2KM1KM2FU2QSFRFRL1L2L3FU1KM1KM1KM2RFM3～SB2SB1KTKM2KM23KM1主觸頭閉合，電動機(jī)串聯(lián)頻敏電阻起動。KTKM2KM1KM2FU2QSFRFRL1L2L3FU1KM1KM1KM2RFM3～SB2SB1KTKM2KM23KT延時閉合觸頭閉合KM2線圈得電KM2觸頭閉合切除頻敏電阻，電動機(jī)全速運行KTKM2KM1KM2FU2QSFRFRL1L2L3FU1KM1KM1KM2RFM3～SB2SB1KTKM2KM23KT線圈失電KT延時閉合觸頭復(fù)位，電動機(jī)繼續(xù)全速運行KTKM2KM1KM2FU2QSFRFR例4-9：線繞型異步電動機(jī)采用轉(zhuǎn)子串電阻啟動時，所串電阻愈大，啟動轉(zhuǎn)矩是否也愈大？解：串聯(lián)的電阻大到一定程度后，啟動轉(zhuǎn)矩會變小，因為雖然cosφ2增大，但I(xiàn)2減小太多。例4-8：為什么線繞型異步電動機(jī)在轉(zhuǎn)子串電阻啟動時，啟動電流減少而啟動轉(zhuǎn)矩反而增大？解：因為適當(dāng)串入電阻后，雖然I2減少，但cosφ2增大很多，所以啟動轉(zhuǎn)矩增加?！?.5三相異步電動機(jī)的調(diào)速方法與特性一、調(diào)速方法異步電動機(jī)的調(diào)速有以下三種方式：改變轉(zhuǎn)差率S調(diào)速，稱為變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。改變磁極對數(shù)P調(diào)速，稱為變極調(diào)速。改變供電電源頻率f1調(diào)速，稱為變頻調(diào)速。二、變極調(diào)速

通過改變定子繞組的連接方式，使磁級對數(shù)發(fā)生改變來實現(xiàn)的電動機(jī)調(diào)速。屬于有級調(diào)速，且只適用于多速籠型異步電動機(jī)。

目前有雙速、三速、四速等變極調(diào)速電動機(jī)。轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩成反比關(guān)系，轉(zhuǎn)速提高一倍，轉(zhuǎn)矩下降一半。轉(zhuǎn)速減少一半，轉(zhuǎn)矩提高一倍。此類電動機(jī)啟動時，采用低速啟動方式，再根據(jù)實際使用情況切換到高速狀態(tài)運行。雙速異步電動機(jī)定子繞組的連接四磁極(2對磁極)，低速二磁極(1對磁極)，高速三、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速調(diào)壓調(diào)速：改變定子繞組電壓滑差電機(jī)調(diào)速：電磁轉(zhuǎn)差離合器串級調(diào)速：繞線型電機(jī)的轉(zhuǎn)子串聯(lián)可變電動勢串聯(lián)電阻調(diào)速：繞線型電機(jī)的轉(zhuǎn)子串聯(lián)可變電阻1、調(diào)壓調(diào)速

當(dāng)電源電壓頻率一定時，改變電壓大小，可改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速，電磁轉(zhuǎn)矩T也隨之變化。電壓增大，轉(zhuǎn)速增大。電壓減小，轉(zhuǎn)速減小。但是，電壓不能增得過高，否則會造成繞組電流增大而燒毀電動機(jī)。電壓也不能減得過低，否則要么造成電機(jī)停轉(zhuǎn)，要么引起轉(zhuǎn)子電流增大而燒毀電動機(jī)。因此，這種調(diào)速方法僅適用于風(fēng)機(jī)這類的輕負(fù)載，而且調(diào)速范圍小。2、繞線型電機(jī)的轉(zhuǎn)子串聯(lián)可變電阻調(diào)速

調(diào)速時，其機(jī)械特性也會隨之發(fā)生變化。這種調(diào)速方法的優(yōu)點是簡單且調(diào)速范圍廣，缺點是調(diào)速電阻要消耗能量，增加功耗，效率降低，而隨著轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)子銅耗也增加，效率降低更多。目前主要用于起重機(jī)械中的中、小功率繞線型異步電動機(jī)。四、變頻調(diào)速

將固定頻率、電壓的交流變換為頻率、電壓可調(diào)的交流電。用于控制交流籠型異步電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。變頻調(diào)速具有調(diào)速性能好、成本高等特點。變頻器三相籠型異步電動機(jī)

頻率、電壓可調(diào)變頻器主要由：整流電路、中間電路、逆變電路和控制電路等4個部分組成。通過整流電路把三相工頻交流電轉(zhuǎn)換成直流電，再通過控制電路和逆變電路把直流電轉(zhuǎn)換成頻率、電壓可調(diào)的三相交流電，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。逆變電路

變頻器調(diào)速控制方式：U/F控制轉(zhuǎn)差頻率控制矢量控制直接轉(zhuǎn)矩控制基頻以下調(diào)速，恒轉(zhuǎn)矩基頻以上調(diào)速，恒功率1、基頻以下調(diào)速(fx<額定頻率fN)

從基頻向下調(diào)節(jié)時，若電壓不變，則主磁通將增大，使磁路過于飽和而導(dǎo)致定子電流急劇增加、功率因數(shù)降低，嚴(yán)重時還會引起電動機(jī)繞組過熱而燒毀。因此在降低頻率調(diào)速的同時，必須降低電源電壓。使U1/f1=常數(shù)，從而使電磁轉(zhuǎn)矩基本操持不變，稱之為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。2、基頻以上調(diào)速(fx＞額定頻率fN)隨著頻率上升，轉(zhuǎn)速提高。而提高電源電壓不僅難以做到，而且也可能使繞組絕緣損壞。因此只能使電壓U1恒定，磁通就減少，當(dāng)轉(zhuǎn)子電流不變時，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩就會減小，而電機(jī)功率卻保持不變。電動機(jī)具有近似恒功率的調(diào)速特性。

目前，變頻調(diào)速通過變頻器來實現(xiàn)，可使異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。變頻調(diào)速是異步電動機(jī)各種調(diào)速方法中性能最好的，隨著變頻器的性價比不斷提高，變頻調(diào)速在國內(nèi)外各行業(yè)中得到了日益廣泛的應(yīng)用。

§4.6三相異步電動機(jī)的制動特性一、制動方法機(jī)械制動:電磁抱閘電氣制動反饋制動能耗制動反接制動二、機(jī)械制動當(dāng)電動機(jī)的定子繞組斷電后，利用電磁抱閘裝置使電動機(jī)立即停轉(zhuǎn)。電磁抱閘裝置有通電抱閘型和斷電抱閘型兩種，斷電抱閘型用于起重設(shè)備。1－線圈2－銜鐵3－鐵心4－彈簧5－閘輪6－杠桿7－閘瓦8－轉(zhuǎn)軸三、反饋制動特殊情況下，例如汽車下坡時、吊車重物下降時，在重力的作用下nn0（n0理想空載轉(zhuǎn)速），此時E﹥U，Ia和T反向，電動機(jī)變成發(fā)電機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩成為阻轉(zhuǎn)矩，從而限制電機(jī)轉(zhuǎn)速過分升高。四、反接制動當(dāng)電動機(jī)需要制動時，改變電動機(jī)電源的相序，使定子繞組產(chǎn)生相反方向的旋轉(zhuǎn)磁場，以此產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。此時，制動電流是全壓起動的兩倍。具有制動迅速、電流沖擊大等特點。常用于10KW以上的電機(jī)。制動時，在電路串聯(lián)電阻以限制制動電流，但制動效果會受影響。為防止出現(xiàn)反向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速接近零時應(yīng)及時斷電。五、能耗制動電動機(jī)切斷交流電源后，立即在定子繞組的任意兩相中通入直流電，利用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流受靜止磁場的電磁力作用，以達(dá)到制動目的。制動時，儲存在轉(zhuǎn)子中的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，所以稱之為能耗制動。制動平穩(wěn)準(zhǔn)確，不會出現(xiàn)反接制動時易引起反轉(zhuǎn)?？捎糜谌魏喂β实娜喈惒诫妱訖C(jī)。制動效果不如反接制動。制動的直流電流If=(2～3)IN。制動時間不宜超過3～5S。以免燒毀電機(jī)定子繞組。§4.7單相異步電動機(jī)一、單相電動機(jī)的種類及其用途同步異步罩極式分相式串勵式廣泛應(yīng)用于家電、電動工具、醫(yī)療器械、自動化儀表中。與同容量的三相異步電動機(jī)比較，單相異步電機(jī)的體積大、運行性能較差，所以通常只做成小容量的。

電容分相式電阻分相式電感分相式壁扇電機(jī)臺扇電機(jī)轉(zhuǎn)頁扇電機(jī)洗衣機(jī)波輪用電機(jī)洗衣機(jī)脫水用電機(jī)抽油煙機(jī)電機(jī)家用空調(diào)電機(jī)二、單相電容分相式1、結(jié)構(gòu)主要由定子、轉(zhuǎn)子及附件機(jī)殼等部分組成。包括定子鐵芯和定子繞組兩部分。定子鐵芯采用硅鋼片疊裝而成，其目的：一是鐵芯只有用高導(dǎo)磁率的軟磁材料制成。以利于減小磁滯損耗。二是片狀軟磁材料以利于減小渦流損耗。定子繞組嵌放在定子槽內(nèi)。嵌放的方法是先在定子槽內(nèi)裝一層絕緣材料，如青殼紙。然后再安放定子繞組。打入木條，使定子繞組固定在定子槽內(nèi)。最后浸絕緣漆并烘干。

定子繞組由兩套繞組組成，一是主繞組A，它的匝數(shù)多線徑粗，因此電感量較大而電阻較小。二是副繞組B（又稱啟動繞組），它的匝數(shù)少線徑細(xì)，因此電感量較小而電阻較大。單相電容式電機(jī)繞組的引出線有兩種：一種是三根，另一種是五根。以三根為例，三根的是主副繞組的尾端連在一起。123副繞組B主繞組A與三相異步籠型電機(jī)基本一樣，是籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。2、工作原理三相異步電機(jī)一樣，定子繞組通交流電時，定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，磁場對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來。所不同時，單相電機(jī)是單相交流供電。旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的條件：主副兩個繞組通電產(chǎn)生的磁場方向在任何時刻都相互垂直。主副繞組在定子鐵心中嵌放的位置相差90O。把其中一個繞組與適當(dāng)容量的電容串聯(lián)起來，使得主副繞組流入的交流電流幅度相同、頻率相同、相位相差90O。單相電容分相運轉(zhuǎn)式在副繞組支路中，容抗大于感抗，是電容性電路。如果電容器容量選擇適當(dāng)，可使IB相位正好超前IA90O。

主繞組A副繞組BiAiB單相電容分相啟動式啟動時，離心開關(guān)S閉合，主副繞組都通電工作。電機(jī)上升至額定轉(zhuǎn)速后，開關(guān)S在離心力作用下斷開，只有主繞組通電工作。只適用于輕載運行。主繞組A副繞組BiAiB設(shè)兩相電流為：imS??ABB'???A~iA主繞組副繞組iBiAOABB'A'ABB'A'ABB'A'450iBiAO900改變電容C的串聯(lián)位置，可使電動機(jī)反轉(zhuǎn)。將開關(guān)S撥至位置1，電容C與B繞組串聯(lián)，電流iB超前iA近90；將S切換到位置2，電容C與A繞組串聯(lián)，電流iA超前iB近90。這樣就改變了磁場的旋轉(zhuǎn)方向，從而實現(xiàn)電動機(jī)的反轉(zhuǎn)。這種電機(jī)的主副繞組結(jié)構(gòu)要求相同，才能保證正反轉(zhuǎn)的機(jī)械特性一致。洗衣機(jī)波輪用電機(jī)采用此種電機(jī)及其控制方式。S???ABB'???iAiBA12~三、單相罩極式1、結(jié)構(gòu)i12定子繞組鼠籠式轉(zhuǎn)子短路環(huán)極掌(極靴)2、工作原理定子磁極轉(zhuǎn)子短路環(huán)定子通入電流以后，部分磁通穿過短路環(huán)，并在其中產(chǎn)生感應(yīng)電流。短路環(huán)中的電流阻礙磁通的變化，致使有短路環(huán)部分和沒有短路環(huán)部分產(chǎn)生的磁通具有相位差，從而形成旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來。轉(zhuǎn)矩小于單相電容式。只能單向旋轉(zhuǎn)。例4-10：三相異步電動機(jī)斷了一根電源線后，為什么不能啟動？而在運行時斷了一相，為