異步電機課件 (1)講解

異步電機

交流旋轉電機的共同問題交流旋轉電機主要包括異步電機和同步電機兩大類,兩類電機在結構上既有共同之處,又有各自特點。共同之處：（對于典型的交流電機）在于定子鐵心和繞組，包括：1）三相交流繞組的結構2）三相交流繞組產(chǎn)生的電勢；3）三相交流繞組產(chǎn)生的磁勢。不同之處在于轉子結構和繞組。第十章異步電機的結構及繞組10-1異步電機的結構及額定值10-2交流電機定子繞組本章基本要求：1了解三相異步電機的基本結構、分類2掌握額定值的計算3了解交流電機定子繞組10-1異步電機的結構及額定值異步電機的用途和類型★用途：異步電機主要用作電動機，應用最廣泛的一種電動機，廠礦企業(yè)，交通工具，娛樂，科研，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，日常生活都離不開異步電動機?！镱愋停寒惒诫姍C主要分為：鼠籠式異步電動機，繞線式異步電動機和各種控制用電動機三大類。分類：

異步電機按相數(shù)分按轉子結構分單相異步電機三相異步電機繞線型異步電機鼠籠型異步電機異步電機實物圖：

單相異步電機三相異步電機異步電機實物圖：

繞線型異步電機鼠籠型異步電機感應電機定子繞組定子鐵心

轉子機座轉子鐵心轉軸轉子繞組定子結構組成氣隙鼠籠型繞線型一、三相異步電動機的基本結構定子部分1）定子鐵心：由導磁性能很好的硅鋼片疊成——導磁部分。2）定子繞組：放在定子鐵心內(nèi)圓槽內(nèi)——導電部分。3）機座：固定定子鐵心及端蓋，具有較強的機械強度和剛度。轉子部分1）轉子鐵心：由硅鋼片疊成，也是磁路的一部分。2）轉子繞組：鼠籠式轉子鐵心的每個槽內(nèi)插入一根裸導條，形成一個多相對稱短路繞組；繞線式轉子繞組為三相對稱繞組，嵌放在轉子鐵心槽內(nèi)。

異步電動機的氣隙是均勻的。大小為機械條件所能允許達到的最小值。氣隙一）定子10

1.定子鐵心作用—主磁路的一部分，放置定子繞組。構成—0.5mm厚的硅鋼片疊成圓柱體；內(nèi)圓沖有若干均勻分布的形狀相同的槽定子槽形半閉口槽—小型異步電機，繞組用圓導線繞成。半開口槽—低壓中型異步電機，繞組是成型線圈。開口槽—高壓大中型異步電機，繞組是用絕緣帶包扎并浸漆處理過的成型線圈。2.定子繞組作用—構成電路部分，感應電動勢，通過電流，建立旋轉磁場，以實現(xiàn)機電能量轉換。構成—銅線圈。小型異步機采用單層；大、中型異步機采用雙層短距。

定子繞組聯(lián)接方式

星形（Y）接法和三角形（△）接法

U1V1W1W2U2V2W2U2V2D聯(lián)結Y聯(lián)結U1V1W13.機座（機殼）作用—固定和支撐定子鐵心，承受運行中的各種作用力，散熱。構成—鑄鐵或鋼板焊接而成。

二）轉子1.轉子鐵心作用—主磁路的一部分，放置轉子繞組。構成—0.5mm厚的硅鋼片疊成，外圓周沖有若干均勻分布的形狀相同的槽。

轉子槽槽形的選擇主要取決定于對運行性能和起動性能的要求。2.轉子繞組作用—構成電路部分。感應電動勢、流過電流和產(chǎn)生電磁轉矩。構成—鑄鋁，銅條焊接，銅繞組。結構型式—鼠籠型繞組和繞線型繞組。

鼠籠型轉子繞組：由插入每個轉子槽中的導條和兩側的短路端環(huán)構成，如果去掉轉子鐵心，剩余的轉子繞組就像一個松鼠籠子。一般為鋁澆鑄的，對中大型電機為減小損耗、提高效率，往往采用銅條焊接而成。鼠籠型轉子繞組實物圖鼠籠型轉子繞組結構示意圖繞線型轉子繞組結構示意圖繞線型轉子繞組：三個出線端子接到固定在轉軸上的三滑環(huán)上，通過電刷引出，與外電路接通。其特點是可以在轉子繞組中串入附加電阻，來改善電機的起動性能或調節(jié)轉速。3.轉軸作用—支撐轉子鐵心，輸出、輸入機械轉矩構成—鋼。

鼠籠型和繞線型轉子實物圖三）氣隙間隙也是主磁路的組成部分。氣隙大小對異步電機的性能影響很大。為了減小主磁路的磁阻，降低勵磁電流，提高功率因數(shù)，氣隙應盡可能小。異步電機氣隙長度應為定、轉子在運行中不發(fā)生機械摩擦所允許的最小值。中、小型異步電機中，氣隙長度一般為0.2～1.5mm。三相異步電機主要部件拆分圖思考：從上兩圖看，哪臺是繞線式異步電機？

看上圖，繞線轉子異步電動機的結構與籠型電機有何不同？它是如何調速的？二、異步電機的型號及額定值

1型號例:額定值關系有：額定運行時，加在定子繞組上的線電壓.額定運行時電動機的轉速.2額定值額定運行時，流入定子繞組中的線電流.額定運行時,輸出功率.電動機指機械功率。1.線圈：是構成繞組的元件。繞組就是將線圈按一定規(guī)律進行排列和聯(lián)結。線圈可以區(qū)分為多匝線圈和單匝線圈。10-2交流電機定子繞組

一、交流繞組的基本概念2.極距

兩個相鄰磁極軸線之間沿定子鐵心內(nèi)表面的距離。若定子的槽數(shù)為Z，磁極對數(shù)為p，則極距：3.線圈節(jié)距一個線圈的兩個有效邊之間所跨的距離稱為線圈的節(jié)距。4.電角度5.槽距角相鄰兩個槽之間的電角度：7.相帶

每個極面下的導體平均分給各相，則每一相繞組在每個極面下所占的范圍，用電角度表示稱為相帶。

每一個極面下每相所占的槽數(shù)為6.每極每相槽數(shù)8.單層繞組和雙層繞組

單層繞組一個槽中只放一個元件邊.雙層繞組一個槽中放兩個元件邊.

二、三相單層繞組1交流繞組的構成原則1.1.均勻原則：每極每相槽數(shù)相等1.2.對稱原則：三相繞組對應相差120度電角度1.3.電勢相加原則：線圈兩個圈邊的感應電勢應該相加。AXZCBY2極24槽三相繞組分布對于2極24槽例1AZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAZBXCYAXZCBY4極24槽三相繞組分布A/B/Z/X/Y/C對于4極24槽：極距槽。槽距角

每極每相繞組的槽數(shù)

A、B兩相相隔4個槽，4×300=1200例2例：4極24槽三相交流繞組（疊式）

2.單層繞組的形式單層繞組分為鏈式、交叉式和同心式繞組。2.1單層鏈式繞組

單層鏈式繞組由形狀、幾何尺寸和節(jié)距相同的線圈連接而成，整個外形如長鏈。

鏈式繞組的每個線圈節(jié)距相等并且制造方便；線圈端部連線較短并且省銅。主要用于q=2的4、6、8極小型三相異步電動機。2.2單層交叉式繞組

單層交叉式繞組由線圈數(shù)和節(jié)距不相同的兩種線圈組構成，同一組線圈的形狀、幾何尺寸和節(jié)距均相同，各線圈組的端部互相交叉。

交叉式繞組由兩大一小線圈交叉布置。線圈端部連線較短，有利于節(jié)省材料，并且省銅。廣泛用于q>1的且為奇數(shù)的小型三相異步電動機。2.3單層同心式繞組

同心式繞組由幾個幾何尺寸和節(jié)距不等的線圈連成同心形狀的線圈組構成。

同心式繞組端部連線較長，適用于q=4、6、8等偶數(shù)的2極小型三相異步電動機。優(yōu)點不適宜于大中型電機元件少，結構簡單，嵌線方便，槽內(nèi)無層間絕緣廣泛應用于10kW以下的異步電動機定子繞組單層繞組為整距繞組缺點電動勢和磁動勢波形較差鐵損和噪聲較大起動性能較差三相單層繞組的優(yōu)缺點

三、三相雙層繞組

雙層繞組每個槽內(nèi)放上、下兩層線圈的有效邊，線圈的每一個有效邊放在某一槽的上層，另一個有效邊則放置在相隔為y的另一槽的下層。雙層繞組分雙層疊繞組（如圖2a=1）和雙層波繞組（略）。

雙層繞組的特點：1）線圈數(shù)等于槽數(shù)；2）線圈數(shù)組數(shù)等于極數(shù)，也等于最大并聯(lián)支路數(shù)；3）每相繞組的電動勢等于每條支路的電動勢。優(yōu)點可以選擇最有利的節(jié)距，使電動勢和磁動勢波形更接近正弦波所有線圈的形狀和尺寸相同，便于實現(xiàn)機械化端部排列整齊機械強度高可組成較多的并聯(lián)支路缺點嵌線困難用銅量大第十章結束第十一章

旋轉電機交流繞組的電勢和磁勢旋轉磁場是交流電機工作的基礎。在交流同步電機理論中有兩種旋轉磁場：

(1)電氣旋轉磁場

(2)機械旋轉磁場通過原動機拖動磁極旋轉可以產(chǎn)生機械旋轉磁場。三相對稱電流通入三相對稱繞組時在電機內(nèi)部會自動產(chǎn)生一個圓形的電氣旋轉磁場。交流繞組處于旋轉磁場中，并切割這個旋轉磁場，便產(chǎn)生感應電勢。

流經(jīng)異步電機定子繞組與(轉子繞組的電流以及)同步電機定子繞組的電流是交流電流，其所產(chǎn)生的磁勢不僅是空間函數(shù)，且是時間函數(shù)。研究磁勢的空間分布規(guī)律；研究磁勢的時間變化規(guī)律。相關知識交流同步發(fā)電機的結構模型同步發(fā)電機的結構模型如圖所示：轉子上有成對的磁極，定子上有三相對稱交流繞組。原動機帶動轉子旋轉，形成機械旋轉磁場。該磁場在氣隙空間近似為正弦分布。定子繞組的有效邊被旋轉磁場切割，并在其中產(chǎn)生感應電勢。

1.一根導體的感應電動勢11-1

交流電機定子繞組的感應電勢導體電動勢的有效值2線圈中的感應電勢2.1整距線圈中的感應電勢

線圈的兩個有效邊處于磁場中相反的位置，其感應電勢相差180電角度。整距線圈的感應電勢：

考慮到線圈的匝數(shù)后：

AXZCBY2.2短距線圈中的感應電勢（看圖）線圈的兩個有效邊在磁場中相距為y,其感應電勢相位差不是180-β電角度。

1800-ββ1800-ββ短距角：

短距線圈的感應電勢：

短距系數(shù)：

3線圈組的感應電勢

小結：短距系數(shù)小于1，故短距線圈感應電勢有所損失；但短距可以削弱高次諧波（后面要講）。AXZCBY由圖可知：線圈組的電勢：

4一相繞組的電勢單層繞組的相電勢：單層繞組每對極每相q個線圈，組成一個線圈組，共p個線圈組。若p個線圈組全部并聯(lián)則相電勢=線圈組的電勢若p個線圈組全部串聯(lián)則相電勢=p倍線圈組電勢實際線圈組可并可串，總串聯(lián)匝數(shù)相電勢：

雙層繞組的電勢雙層繞組每對極每相有2q個線圈，構成兩個線圈組，共2p個線圈組這2p個線圈組可并可串，總串聯(lián)匝數(shù)雙層繞組要考慮到短距系數(shù)繞組系數(shù)：5三相繞組的電勢三相繞組由在空間錯開120電角度對稱分布的三個單相繞組構成，三相相電勢在時間上相差120度。三相線電勢與相電勢的關系：三角形接法:線電勢=相電勢；星形接法:短距繞組、分布繞組對電動勢波形的影響對V次諧波：改善電動勢波形的方法:（１）采用短距繞組來削弱高次諧波（２）采用分布繞組來削弱高次諧波１．減小磁極表面的斜率，即改善主磁極磁場的分布（不使其與定子為同心圓）２．改善交流繞組的構成，削弱諧波電動勢３．采用三相連接接線消除線電動勢中的三及其倍數(shù)的奇次諧波11-2交流電機定子單相繞組的磁勢

1整距集中繞組的磁勢1.1一個整距線圈在異步電機中產(chǎn)生的磁勢

磁力線穿過轉子鐵心，定子鐵心和兩個氣隙相對于氣隙而言，由于鐵心磁導率極大，其上消耗的磁勢降可以忽略不計如果通過線圈的電流為交變電流：線圈在一個氣隙上施加的磁勢為：

則矩形波的高度也將隨時間變化。整距集中繞組產(chǎn)生的磁勢是一個位置固定，幅值隨時間按整弦變化的矩形脈振磁勢。脈振磁勢可以表示為：脈振磁勢的幅值：1.2矩形波脈振磁勢的分解根據(jù)高等數(shù)學的理論，基波幅值為：

本書以后的分析只考慮基波

高次諧波的幅值為：

ν為諧波次數(shù)?；ㄔ诳臻g按余弦（正弦）分布；是一個正弦脈振磁勢。其表達式為：

2整距分布繞組的磁勢

q個正弦脈振磁勢在空間依次錯開一個槽距角。其疊加方法類似于感應電勢的疊加。

結論：線圈組的磁勢為：

3雙層短距繞組的磁勢在分析磁場分布式時，雙層整距繞組可以等效為兩個整距單層繞組。兩個等效單層繞組在空間分布上錯開一定的角度，這個角度等于短距角。雙層短距繞組的磁勢為：

繞組的短距系數(shù)：

4單相繞組磁勢的統(tǒng)一表達式為了統(tǒng)一表示相繞組的磁勢，引入每相電流I,每相串聯(lián)匝數(shù)N1等概念。

代入：得：單相繞組磁勢：11-3三相繞組基波旋轉磁勢1單相正弦脈振磁勢的分解由前面分析，A相繞組通過交流電流后，產(chǎn)生的單相基波磁勢為：磁勢曲線上其他點的軌跡具有類似的結論由三角公式得：最高點的位置隨時間t，分別以角速度ω與-ω運動。結論：單相正弦脈動磁勢可以分解為兩個轉向相反，轉速大小相等的旋轉磁勢。

2三相基波磁勢合成旋轉磁勢

三相對稱電流：三相對稱電流通過三相對稱繞組時各自產(chǎn)生的磁勢：

三相合成磁勢為：結論：三相對稱交流繞組通過三相對稱電流時將產(chǎn)生圓形旋轉磁勢。旋轉磁場的轉速三相合成磁勢為：圓形旋轉磁勢的轉速也叫同步轉速為：

圓形旋轉磁勢的轉速也叫同步轉速為：旋轉磁勢的轉向：由帶有超前電流的相轉向帶有滯后電流的相。改變旋轉磁場轉向的方法：調換任意兩相電源線（改變相序）

Im–Im

t02

iAiCiBt1

旋轉磁場的作圖

定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)AXBYCZ1.旋轉磁場的產(chǎn)生o規(guī)定

i:“+”首端流入，尾端流出。

i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(?)電流出(

)電流入o

tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ三相電流合成磁

場的分布情況合成磁場方向向下合成磁場旋轉60°合成磁場旋轉90°o600AAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉的磁場

即：一個電流周期，旋轉磁場在空間轉過360°取決于三相電流的相序2.旋轉磁場的旋轉方向結論：任意調換兩根電源進線，則旋轉磁場反轉。任意調換兩根電源進線(電路如圖)AXCZBY0

to3.旋轉磁場的極對數(shù)P當三相定子繞組按圖示排列時，產(chǎn)生一對磁極的旋轉磁場，即：o

tAXBYCZAXYCBZ

若定子每相繞組由兩個線圈串聯(lián)

，繞組的始端之間互差60°，將形成兩對磁極的旋轉磁場。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYC極對數(shù)旋轉磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'04.旋轉磁場的轉速工頻：旋轉磁場的轉速取決于磁場的極對數(shù)p=1時0

toAXYCBZAXYCBZAXYCBZp=2時0旋轉磁場轉速n0與極對數(shù)p的關系極對數(shù)每個電流周期磁場轉過的空間角度同步轉速旋轉磁場轉速n0與頻率f1和極對數(shù)p有關?？梢?11-4異步電機中的主磁通，漏磁通，和漏電抗漏電抗：漏磁通在定子繞組中會感應漏磁電勢，該電勢用漏抗壓降表示：其中稱為漏電抗。

轉子繞組通過電流時，也會有漏磁通。對應的漏抗電勢：

3影響漏電抗電小的因素漏電抗對電機的性能有很大的影響。電抗公式：電流頻率，繞阻匝數(shù)，漏磁路的磁阻是決定漏磁通大小的主要因素。比如，槽口寬在槽口漏磁通小；端部長，則端部漏磁通大。十一章結束U2U1W2V1W1V2n一、轉動原理1、電生磁：三相對稱繞組通往三相對稱電流產(chǎn)生圓形旋轉磁場。2、磁生電：旋轉磁場切割轉子導體感應電動勢和電流。3、電磁力：轉子載流（有功分量電流）體在磁場作用下受電磁力作用，形成電磁轉矩，驅動電動機旋轉，將電能轉化為機械能。第十二章異步電機的分析方法12-1異步電動機的工作原理相異步電動機的工作原理磁鐵閉合線圈磁極旋轉導線切割磁力線產(chǎn)生感應電動勢導線長磁感應強度切割速度（右手定則）閉合導線產(chǎn)生電流

i（左手定則）通電導線在磁場中受力1.線圈跟著磁鐵轉→兩者轉動方向一致

結論：異步轉速2.線圈比磁場轉得慢二、轉差率

轉差率是異步電機的一個基本物理量，它反映電機的各種運行情況。轉子未轉動時，電機理想空載時，作為電動機，轉速在范圍內(nèi)變化，轉差率在0~1范圍內(nèi)變。負載越大，轉速越低，轉差率越大；反之，轉差率越小。轉差率的大小能夠反映電機的轉速大小或負載大小。電機的轉速為：額定運行時，轉差率一般在0.01~0.06之間，即電機轉速接近同步速。

同步轉速與轉子轉速之差與同步轉速的比值稱為轉差率，用s表示，即：三、異步電機的三種運行狀態(tài)根據(jù)轉差率的大小和正負,異步電機有三種運行狀態(tài)機械能轉變?yōu)殡娔茈娔芎蜋C械能變成內(nèi)能電能轉變?yōu)闄C械能能量關系制動制動驅動電磁轉矩轉差率轉速外力使電機快速旋轉外力使電機沿磁場反方向旋轉定子繞組接對稱電源實現(xiàn)發(fā)電機電磁制動電動機狀態(tài)

三相異步電動機的定子部分在結構上和同步電動機的定子部分完全相同。對中、小容量的低壓異步電動機，通常定子三相繞組的六個出線頭都引出，這樣可根據(jù)需要靈活地接成“Y”形或“D”形。U1V1W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2D聯(lián)結Y聯(lián)結四、接線五、電勢平衡方程式1定子繞組電勢平衡方程式定子繞組接到交流電源上，與電源電壓相平衡的電勢（壓降）包括：

1）主電勢（感應電勢）：旋轉的主磁通和轉子繞組切割，并在其中產(chǎn)生感應電勢。定子繞組感應電勢的有效值：2）漏磁電勢（漏抗壓降）：電阻壓降：定子電勢平衡方程式：NSNS2轉子繞組的電勢及電流

1)轉子繞組的感應電勢轉子繞組切割主磁通的轉速主磁通以同步速度旋轉；轉子以轉速n旋轉；轉子繞組導體切割主磁通的相對轉速為(n1-n)=sn1

轉子繞組中感應電勢的頻率：

轉子感應電勢的有效值

通常為：(0.5-3)Hz

NSNSSNNS對繞線型轉子：對籠型轉子：2）轉子繞組的阻抗由于轉子繞組是閉合的，所以有轉子電流流過。同樣會產(chǎn)生漏磁電抗壓降。漏抗公式：。漏抗也與轉差率正比。轉速越高，漏抗越小。考慮到轉子繞組的相電阻后：3）轉子繞組中的電流

轉子繞組短路，轉子電壓為0，感應電勢全部加在轉子阻抗上，轉子回路方程：

討論：轉子電流隨s的變化。3異步電動機的磁勢平衡1)定子繞組的磁勢大?。ㄓ行е担┺D速：

2)轉子繞組磁勢大小（有效值）

轉速：

轉子繞組磁勢轉速的分析見下頁！轉子繞組磁勢轉速的分析旋轉磁場相對轉子的轉速：n1-n轉子繞組中電流的頻率轉子電流產(chǎn)生的旋轉磁勢的轉速（相對轉子）：轉子磁勢的絕對轉速（相對于不動的定子）:結論：轉子繞組的磁勢與定子繞組的磁勢轉速相同，在空間相對靜止。4磁勢平衡方程式激磁電流和激磁磁勢產(chǎn)生主磁通所需要的電流稱為激磁電流；對應的磁勢稱為激磁磁勢：激磁磁勢近似不變由電勢方程式：；電源電壓不變，阻抗壓降很小，電勢近似不變；由公式：，近似不變；可見，激磁磁勢和激磁電流幾乎不變?？蛰d運行時，激磁磁勢全部由定子磁勢提供，即：=負載運行時，異步電動機的磁勢平衡方程：結論：空載運行時，轉子電流為0，定子電流等于激磁電流；負載時，定子電流隨負載增大而增大。12-2異步電動機的等效電路及其簡化

等效電路法是分析異步電動機的重要手段。在異步電動機中，作等效電路遇到的兩大障礙是：(1)定轉子電路的頻率不相同；

(2)定轉子邊的相數(shù)，匝數(shù)，繞組系數(shù)等不相等。所以，首先研究異步電動機的頻率折算和繞組折算的問題。

1頻率折算（用靜止的轉子代替旋轉的轉子）轉差率為s的異步電動機轉子電路頻率：轉子電流即可以把原來旋轉的轉子看成靜止的轉子?？梢岳斫鉃椋恨D子不動，轉子有一附加電阻：2原、副繞組的等效電路（由電勢平衡方程式可得）原邊：副邊：定、轉子間僅有磁的聯(lián)系，沒有電路上的直接聯(lián)系。要進行歸算：用一個等效的轉子（相數(shù)為m1，有效匝數(shù)為N1kw1）代替實際的轉子，同時，保持電磁關系和能量轉換關系不變。3繞組折算1)電流折算：用繞組（）等效替代繞組（）代替的原則是：磁勢平衡不變；功率平衡不變。根據(jù)磁勢不變：得到：2)電勢折算：折算前折算后得到：3）阻抗折算：據(jù)則算前后功率不變原則：得到：對漏電抗有同樣的結論4折算后轉子電路方程式折算前：折算后：原邊：5等效電路1)方程式：副邊：原副邊之間：由激磁回路：2)變壓器T型等效電路：簡化等效電路：6相量圖一、功率平衡方程式，電機效率12-3異步電動機的功率平衡和轉矩平衡關系1功率平衡異步電動機的功率和損耗有：輸入功率定子鐵損電磁功率機械功率輸出功率定子銅損轉子銅損在等效電路上表示功率和損耗：兩個重要關系式

可見，從氣隙傳遞到轉子的電磁功率分為兩部分，一小部分變?yōu)檗D子銅損耗，絕大部分轉變?yōu)榭倷C械功率。轉差率越大，轉子銅損耗就越多，電機效率越低。因此正常運行時電機的轉差率均很小。2電機效率：

2cuMp=sP1-sΩMP=P二、轉矩平衡即或電磁轉矩

在式的兩邊同時除以角速度得空載阻力轉矩電磁轉矩1電磁轉矩

12-4異步電動機的電磁轉矩和機械特性類似的與直流電機公式：根據(jù)簡化等效電路算出轉子電流：

將電流代入得：2機械特性電動機的機械特性是指電磁轉矩與轉速之間的關系曲線由公式可知電磁轉矩公式1）T與定子每相繞組電壓成正比。U1

T

2）當電源電壓U1一定時，T是

s的函數(shù)。3）R2

的大小對

T有影響。繞線式異步電動機可外接電阻來改變轉子電阻R2

，從而改變轉距。OT2機械特性電動機的機械特性是指電磁轉矩與轉速之間的關系曲線異步電動機的機械特性就是T-s曲線。幾個關鍵點：起動點最大轉矩點額定工作點電動，發(fā)電，制動三種運行狀態(tài)3最大轉矩，過載能力異步電動機的T-s曲線上有一個最高點；最大轉矩可以根據(jù)高等數(shù)學中求極值的方法求得。令：，求得：可得：過載能力：最大轉矩與額定轉矩之比：（一般在1.6--2.2之間，起重，冶金電動機2-3）幾個重要結論：

最大轉矩與電網(wǎng)電壓的平方成正比；最大轉矩近似于漏電抗反比最大轉矩的位置可以由轉子電阻的大小來調整；最大轉矩的值與轉子電阻值沒有關系。

起動電流指起動瞬間電機從電網(wǎng)吸收的電流:起動轉矩則是起動瞬間電動機的電磁轉矩：如果希望起動轉矩等于最大轉矩，則：令sm=1,可得：對繞線式電動機：以上電阻指的是轉子每相電阻與外串電阻之和。另，實際電阻應折算。4異步電動機的起動轉矩作出起動時（s=1)的等效電路，可以直接求得起動電流和起動轉矩。幾個重要結論：

異步電動機的起動轉矩與電壓的平方成正比；總漏抗越大，起動轉矩越??；繞線式異步電動機可以在轉子回路串入適當?shù)碾娮枰辉龃笃饎愚D矩；當時，起動轉矩最大。

將電流代入得：作業(yè)

12-5異步電動機工作特性分析1轉差率特性(s=f(P2))隨著負載功率的增加，轉子電流增大，故轉差率隨輸出功率增大而增大。2轉矩特性(T=f(P2))異步電動機的輸出轉矩：轉速的變換范圍很小，從空載到滿載，轉速略有下降。轉矩曲線為一個上翹的曲線。（近似直線）3電流特性(I2=f(P2))

空載時電流很小，隨著負載電流增大，電機的輸入電流增大。4效率特性其中銅耗隨著負載的變化而變化（與負載電流的平方正比）；鐵耗和機械損耗近似不變；效率曲線有最大值，可變損耗等于不變損耗時，電機達到最大效率。異步電動機額定效率載74-94%之間；最大效率發(fā)生在(0.7-1.0)倍額定效率處。5功率因數(shù)特性

空載時，定子電流基本上用來產(chǎn)生主磁通，有功功率很小，功率因數(shù)也很低；隨著負載電流增大，輸入電流中的有功分量也增大，功率因數(shù)逐漸升高；在額定功率附近，功率因數(shù)達到最大值。如果負載繼續(xù)增大，則導致轉子漏電抗增大（漏電抗與頻率正比），從而引起功率因數(shù)下降。

s第13章三相異步電動機的起動及調速13-1對異步電動機起動的要求及起動方法選用原則13-2鼠籠式異步電動機直接起動13-3鼠籠式異步電動機降壓起動13-4繞線式異步電動機的起動13-5異步電動機的調速方法13-6異步電動機變級調速13-7異步電動機變頻調速13-8繞線式轉子異步電動機調速起動過程，又簡稱起動：三相異步電動機定子繞組接入電網(wǎng)，電動機從靜止狀態(tài)開始轉動，直至過渡到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程。起動時電動機內(nèi)部的電磁狀況與正常運行時不同。13-1對異步電動機起動的要求及起動方法選用原則一、異步電動機的起動性能1最初起動電流起動時,由簡化等效電路可得忽略電阻,在額定電壓下起動,最初起動電流的大小只受短路阻抗的限制，而其值很小，故最初起動電流很大。大起動電流的影響：1）在線路上產(chǎn)生較大的壓降，影響線路上其他用電設備的正常運行。2）在線路和電機中產(chǎn)生較大的損耗，引起發(fā)熱。3）在電機繞組端部產(chǎn)生較大的電磁力，頻繁起動時易損壞繞組端部。故要求最初起動電流小問題：異步電動機空載起動和帶負載起動，它們的最初起動電流有何關系？2最初起動轉矩穩(wěn)定：加速：

1)起動電流小,即最初起動電流倍數(shù)(Ist/IN)小,減小對電網(wǎng)的沖擊

2)起動轉矩大,即最初起動轉矩倍數(shù)(Tst/TN)大

3)起動時間短,即具有足夠的加速轉矩

4)起動過程功率損耗小

5)起動設備簡單,操作方便可靠二、起動性能的要求：一、全壓起動（直接起動）的方式、優(yōu)缺點及使用條件優(yōu)點：設備簡單，操作方便，起動轉矩較降壓起動時大利用閘刀開關或接觸器將電動機直接接到額定電壓上的起動方式缺點：起動電流大，使線路電壓下降，影響其他負載正常工作，受供電變壓器容量的限制，須足夠大的電源適用條件：小容量電動機帶輕載起動。經(jīng)常起動的電動機，起動時引起的母線電壓降不大于10%，偶爾起動的電動機，此壓降不大于15%。13-2鼠籠式異步電動機直接起動原因：從等效電路看，起動瞬時s=1，異步電動機為短路運行，而短路阻抗小，故起動電流大；從電磁轉矩的物理表達式看，因起動時轉子的功率因數(shù)很低（轉子漏抗遠大于轉子電阻），因此轉子電流的有功分量并不大，同時起動時的主磁通較正常工作時?。ㄖ鞔磐s減少為額定值的一半），故起動轉矩不大。特點：起動電流很大(Ist/IN＝4～7);起動轉矩并不很大(Tst/TN＝1～2);二、起動特點及原因異步電動機直接起動不適用的情況：①變壓器與電動機容量之比不足夠大；②起動轉矩不能滿足要求。措施：①減小起動電流；②加大起動轉矩。降低起動電流的方法：①降低電源電壓；②加大定子邊電抗或電阻；③加大轉子邊電阻或電抗（繞線式）。增加起動轉矩的方法：適當加大轉子電阻（繞線式）。降壓起動——起動時，施加低于額定值的電壓，以減少起動電流。待電動機的轉速趨于穩(wěn)定后，再切換到額定電壓下運行。作用：限制起動電流，起動轉矩按電壓的平方而下降。應用：適用于電源容量不夠大，對起動轉矩要求不高（如空載或輕載）的場合，如風機、離心泵電機等。方法：電抗器起動自耦變壓器起動“星－三角”（Y-△）起動“延邊三角形”起動13-3鼠籠式異步電動機降壓起動

起動時，電抗器接入定子電路；起動后，切除電抗器，進入正常運行。電抗器起分壓的作用。定子繞組中串聯(lián)電阻也能降低起動電流，但起動能耗較大，只用于小容量電機中。若端電壓降為電網(wǎng)電壓的k（k

<1），則起動電流降為直接起動的k

倍；起動轉矩降為直接起動的k2

倍。1串電抗器起動2自耦變壓器起動（補償器起動）

起動時，自耦變壓器降壓供電；起動后，切除自耦變壓器，全壓供電。電動機的起動轉矩、起動電流為全壓直接起動的1/kA2。優(yōu)點：與電抗器起動相比，同樣的電流產(chǎn)生較大的電磁轉矩，效果好缺點：起動設備費用較高應用：容量較大的電機3“星－三角”（Y-△）起動

起動時，接成星形；起動后，接成三角形。應用：正常運行為三角形接法，且三相繞組首尾六個端子全部引出。多用于空載或輕載起動起動轉矩、起動電流為全壓直接起動的1/3，相當于kA＝31/2的自耦變壓器。優(yōu)點：起動設備簡單，經(jīng)濟可靠設：電機每相阻抗為

正常運行AZBYXC

起動ABCXYZ鼠籠型電動機降壓起動的方法，主要目的是限制起動電流，但同時起動轉矩也不同程度的降低了，因此只適用于輕空載起動。

降壓起動，在降低起動電流的同時，也不同程度的降低了起動轉矩；故通常只適合空載或輕載起動。對于帶重載起動的大容量電動機，則要求在減少起動電流的同時，增加起動轉矩；降壓起動不能滿足上述要求；而繞線轉子異步電動機轉子串適當電阻起動，可以滿足上述要求，它既可減少起動電流又可增加起動轉矩。方法：①轉子串電阻分級起動；②轉子串頻敏變阻器起動轉子每相串入的電阻,使最初起動轉矩等于最大轉矩。13-4

繞線式異步電動機的起動一、轉子串電阻分級起動

1．起動時，全部電阻均串入轉子回路，隨著轉速的上升，電磁轉矩將減小。2．為了縮短起動時間，隨轉速上升分級切除部分電阻，使在整個起動過程中電動機保持有較大的電磁轉矩。3．待起動完畢后，轉子繞組便被短路，轉入正常運行。c(R2)b(R21)n0TnOa(R22)T2T1a1a2TLb1b2c1c2p3~M3~S1S2Rst1Rst2S一、轉子串電阻分級起動

電阻分級切除，產(chǎn)生電流和轉矩的沖擊，對電機和生產(chǎn)機械不利。二、轉子串頻敏變阻器起動頻敏變阻器是一鐵損很大的三相電抗器。線圈匝數(shù)很少，因此線圈漏阻抗很小;鐵心用較厚的鐵板或鋼板疊，且鐵心中磁密取得較高，勵磁電流較大，等效鐵耗電阻很大，激磁電抗相對較小。主要是等效鐵耗電阻起作用。頻敏變阻器利用鐵心渦流損耗隨轉子頻率而變的原理來改變電阻。起動時，轉子回路頻率高（f2＝f1

），渦流損耗大，電阻大，這樣限制了起動電流，提高了起動轉矩；隨著轉速升高，轉子回路頻率下降，電阻也隨之減小，起自行逐漸減少轉子電阻的作用使得在整個起動過程中都保持著較大的起動轉矩。加：具有高起動轉矩的籠型異步電動機加大起動轉矩的方法是增大轉子電阻。對于繞線轉子異步電動機，則可在轉子回路內(nèi)串電阻。而對于鼠籠式異步電動機，只有設法加大鼠籠本身的電阻值，這類電動機有高轉差率鼠籠式異步電動機、雙鼠籠式異步電動機和深槽式鼠籠異步電動機籠型異步電動機具有結構簡單、價格低廉和運行可靠的優(yōu)點，而繞線轉子異步電動機具有起動性能良好的優(yōu)點，雙鼠籠式異步電動機和深槽式鼠籠異步電動機是將兩者的優(yōu)點相結合的產(chǎn)物共同特點：具有籠型異步電動機相似的結構；可利用起動過程中轉子頻率的變化改變轉子電流的分布，從而滿足起動時轉子電阻增大，而在到達正常運行的過程中轉子電阻自行減少的要求。一、深槽型異步電動機定子：同普通鼠籠電動機轉子：槽深而窄漏抗：和槽底部分的導體交鏈的漏磁較多，而和槽口部分的導體交鏈的漏磁很少，對應于槽底部分導體的漏抗要遠遠大于槽口部分導條的漏抗。轉子槽型深而窄，轉子漏抗相對普通電機的要大等效截面1、起動時轉子頻率較高（f2=f1），轉子漏抗大于其電阻值，轉子電流的大小主要決定于轉子漏抗的大小。槽底部分電抗大，電流小，槽口部分電抗小，電流大—電流的集膚效應。電流的不均勻分布使槽導體的有效面積減小—集膚效應使槽導體電阻增加。轉速越低，轉子電流頻率越高，集膚效應越突出轉子電流集膚效應明顯，轉子導條的電阻值明顯增加，集膚效應同時使槽漏磁通有所減少，轉子漏抗也有所減少，二者均促使起動轉矩增大。因此起動時起動電流較小，起動轉矩卻較大。2、起動過程中隨著轉速的提高，集膚效應逐漸減弱，轉子電阻隨轉速慢慢減小，因此既限制了起動電流，同時在整個起動過程中都有較大的電磁轉矩3、正常運行時轉子電流的頻率很低，槽導體的漏抗比電阻小得多，槽中電流將依電阻而均勻分布，轉子電阻恢復到固有的直流電阻。4、缺點：由于槽深而窄，轉子漏抗較普通鼠籠式轉子漏抗大——功率因數(shù)及過載能力有所降低。二、雙籠型異步電動機定子：同普通鼠籠電動機轉子：兩套鼠籠。外籠：ρ大，黃銅或青銅，截面小，∴r2外大→起動籠內(nèi)籠：ρ小，紫銅，截面大，∴r2內(nèi)小→運行籠內(nèi)籠交鏈的漏磁通比外籠多，漏抗大

運行原理①起動時：s=1，f2最大，轉子漏抗x2大，電流分布取決于x2，∵x2內(nèi)>x2外，∴轉子電流集中于外籠（集膚效應），起動籠起主要作用②正常運行時：SN=0.01～0.05很小→f2s很小→x2很小→電流取決于r2，∵r2內(nèi)小→電流分布在下籠，運行籠起主要作用優(yōu)缺點①優(yōu)點：較大的Tst和較小Ist；

②缺點：漏抗較大，其功率因數(shù)、最大轉矩和過載能力較普通的籠型電動機小。

13-5異步電動機的調速方法

若要改變異步電動機的轉速，有三種方法：（1）改變電動機的磁極對數(shù)p

（2）改變電動機的電源頻率f1

（3）改變電動機的轉差率s

(1)(2)適合于鼠籠式異步電動機，(3)用于繞線式異步電動機。調速方法分類

1）改變同步轉速n1改變極對數(shù)：變極調速（籠型）改變電源頻率：變頻調速（改變轉差率）2）不改變同步轉速n1改變電源電壓：調壓調速轉子串電阻調速（繞線式）轉子串附加電動勢調速：串級調速機械調速：通過改變齒輪比進行調速電氣調速：通過改變電機的電氣量和參數(shù)進行調速基本原理倍極比調速：變速比為2:l非倍極比調速：變速比不為2:l，如：3:2，4:3分類定子繞組形式一套繞組：改變接法兩套繞組：不同極對數(shù)，改變接法（體積增大，用料增多，成本增高）13-6異步電動機的變極調速適用范圍籠型：轉子極對數(shù)能自動地隨著定子極對數(shù)的改變而改變一、變極原理

極數(shù)決定于定子繞組的聯(lián)接方式，改變其聯(lián)接，可變極A1X1和A2X2順向串聯(lián)形成四極磁場；

A1X1和A2X2反向串聯(lián)或反向并聯(lián)，A2X2反向，形成兩極磁場A1X1A2X2A1X1A2X2A1X1A2X2A1X1A2X2二、三角接/雙星接，（Δ/YY變極調速）

變極調速定子接線圖

△接法：

T1、T2、T3外接三相交流電源，而T4、T5、T6斷開。極對數(shù)為2P，轉速為低速nYY接法：

T4、T5、T6外接三相交流電源，而T1、T2、T3連接在一起。極對數(shù)為P，轉速為高速2n，從而實現(xiàn)調速。（Δ/YY變極調速）定子繞組的接線方法T6T1T5T2T3T4定子繞組的Δ型連接T6T1T5T2T3T4定子繞組的YY連接△/YY變極調速控制

△/YY變極調速控制原理圖合上刀開關QS后，當KM3閉合而KM1、KM2斷開時，電動機定子繞組為△接法，電動機低速。當KM3斷開，而KM2、KM1閉合時，電動機的定子繞組接成YY，電動機高速。

具體分析一個時刻低速倍極數(shù)D接法t1時刻AXZCBYA/B/Z/X/Y/CIm–Im

t02

iAiCiBt1

具體分析一個時刻高速少極數(shù)YY接法

t1時刻AXZCBYA/B/Z/X/Y/CIm–Im

t02

iAiCiBt1

?-YY調速特點?-YY后,極數(shù)減少一半,轉速增大一倍,即，保持每一繞組電流為

,則輸出功率和轉矩為

可見，?-YY聯(lián)結方式時，電動機的轉速增大一倍，容許輸出功率近似不變，而容許輸出轉矩近似減少一半，所以這種變極調速屬于恒功率調速，它適用于恒功率負載。三、星接/雙星接，（Y/YY變極調速）

Y接法：

T1、T2、T3外接三相交流電源，而T4、T5、T6斷開極對數(shù)為2P，轉速為低速n

YY接法：

T4、T5、T6外接三相交流電源，而T1、T2、T3連接在一起極對數(shù)為P，轉速為高速2n，從而實現(xiàn)調速。

Y/YY接法的調速方式適用于恒轉矩負載變極調速定子接線圖

T4T1T6T3T5T2(2)Y-YY變極調速

低速倍極數(shù)Y接法，高速少極數(shù)YY接法

容許輸出時是指保持電流為額定值條件下，調速前、后電動機軸上輸出的功率和轉矩。

Y-YY聯(lián)結方式特點Y-YY后,極數(shù)減少一半,轉速增大一倍,即，保持每一繞組電流為

,則輸出功率和轉矩為

可見，Y-YY聯(lián)結方式時，電動機的轉速增大一倍，容許輸出功率增大一倍，而容許輸出轉矩保持不變，所以這種變極調速屬于恒轉矩調速，它適用于恒轉矩負載。四、變極調速時的機械特性1.Y-YY聯(lián)結方式2.△-YY聯(lián)結方式

變極調速時,轉速幾乎是成倍變化的,調速的平滑性較差,但具有較硬的機械特性,穩(wěn)定性好,可用于恒功率和恒轉矩負載.五、變極調速特點:

1、具有較硬的機械特性，穩(wěn)定性良好；

2、

無轉差損耗，效率高；

3、

接線簡單、控制方便、價格低；

4、有級調速，級差較大，不能獲得平滑調速。

適用：不需要無級調速的生產(chǎn)機械，如金屬切削機床、升降機、起重設備等。

一般異步電動機在斷開電源后，轉子電流不會立即降為零，而是按一定的時間常數(shù)衰減。這個電流產(chǎn)生的磁通隨轉子一起旋轉，并在定子繞組中產(chǎn)生感應電勢。如果轉子電流沒有衰減到零以前再次合上定子電源，則電源電壓和感應電勢(殘留電壓)疊加可能產(chǎn)生比起動電流還大的沖擊電流，影響電網(wǎng)和電機壽命。變極電機在極數(shù)切換時，應該等到轉子電流充分衰減后再進行。應該按照銘牌規(guī)定的接線方式接線，否則會導致嚴重后果。六、變極電機切換時注意事項一、基本原理

二、基本要求1主磁通：主磁通Φm保持不變。若主磁通大于正常運行時的主磁通，則磁路過飽和而使勵磁電流增大，功率因數(shù)降低；若主磁通小于正常運行時的主磁通，則電機轉矩下降，得不到充分利用。改變頻率的同時，必須調節(jié)電壓，根據(jù)不同負載要求，配以不同的U1/f1協(xié)調控制方式13-7異步電動機的變頻調速2過載能力：維持不變

分析，由所以有：2恒功率調速：此條件下變頻調速，電機的過載能力不變，但主磁通發(fā)生變化。相反，主磁通不變（U1／f1為定值），過載能力發(fā)生變化。此條件下變頻調速，電機的主磁通和過載能力不變。三、電壓與頻率的關系1恒轉矩調速：結論對比上頁結論，有：

f=50Hz逆變器M3~整流器f1、U1可調+–~四、變頻調速方法頻率調節(jié)范圍：0.5~幾百赫茲根據(jù)可知頻率f下調時，轉速n降低。而頻率f上調時，轉速n升高。五、變頻調速原理及其機械特性

而在電機調速時，通常要考慮的一個重要因素是希望保持

不變。因為如果磁通減弱，沒有充分利用電機的鐵心，是一種浪費；如果磁通增強，又會使鐵心飽和，導致勵磁電流過大。1頻率下調時，使則可保持

不變。

由

可知若要求電機在不同轉速下都達到額定電流

頻率下調時，因為

不變，所以轉矩T也不變，屬于恒轉矩調速。由可知：轉矩T隨磁通

變化。分析三相異步電動機每相電壓：降低電源頻率時，必須同時降低電源電壓。降低電源電壓有兩種控的制方法。

⑴保持=常數(shù)：最大轉矩處的轉速降落為：(2)保持=常數(shù)分析三相異步電動機每相電壓：

保持=常數(shù),降低頻率，將使減小On2從基頻向上變頻調速：分析升高電源電壓是不允許的，因此升高頻率向上調速時，只能保持電壓為UN不變，頻率越高，磁通Φm越低，是一種降低磁通升速的方法，類似他勵直流電動機弱磁升速情況。保持不變升高頻率時，電動機電磁轉矩

機械特性曲線恒功率調速O<<<

由此可見