《電工技術(shù)（西電第二版）第7章異步電動機》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《電工技術(shù)（西電第二版）第7章異步電動機（127頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、第 7 章異 步 電 動 機,,7.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理 7.2三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械特性 7.3三相異步電動機的銘牌 7.4三相異步電動機的啟動 7.5三相異步電動機的調(diào)速 7.6三相異步電動機的制動 7.7三相異步電動機的選擇 7.8單相異步電動機 本章小結(jié),7.1 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理7.1.1 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)三相異步定動機由靜止的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩個重要部分組成， 定子和轉(zhuǎn)子之間由氣隙隔開。 圖7-1為（鼠籠型）三相異步電動機結(jié)構(gòu)示意圖。,,,圖7-1 三相異步電動機結(jié)構(gòu)示意圖 （a） 外形圖；（b） 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,1. 定子定子由定子鐵芯、 定子繞組

2、、 機座和端蓋等組成。 機座的主要作用是用來支撐電機各部分部件， 因此機座應(yīng)有足夠的機械強度和剛度， 通常用鑄鐵制成。 為了減少渦流和磁滯損耗， 定子鐵芯用0.5 mm厚的涂有絕緣漆的硅鋼片疊成， 鐵芯內(nèi)圓周上有許多均勻分布的槽， 槽內(nèi)嵌放定子繞組， 如圖7-2所示。,,,圖7-2 三相異步電動機的定子 (a) 定子鐵芯； (b) 定子嵌線后,定子繞組分布在定子鐵芯的槽內(nèi)， 小型電動機通常用漆包線繞制， 三相繞組在定子內(nèi)圓周空間彼此相隔120， 共有六個出線端， 分別引至電動機接線盒的接線柱上，三相定子繞組可以聯(lián)接成星形或三角形， 如圖7-3所示。 其接法根據(jù)電動機的額定電壓和三相電源電壓而定

3、， 通常三個繞組的首端分別用U1、V1、W1表示，末端分別用U2、V2、W2表示。,,,圖7-3 三相定子繞組的接法 （a） 星形聯(lián)接; （b） 三角形聯(lián)接,2. 轉(zhuǎn)子異步電動機按轉(zhuǎn)子繞組形式不同， 可分為繞線式和鼠籠式兩種。 繞線式轉(zhuǎn)子的繞組和定子繞組一樣， 也是三相繞組， 繞組的三個末端接在一起（Y形）， 三個首端分別接在轉(zhuǎn)軸上的三個彼此絕緣的銅制滑環(huán)上， 再通過滑環(huán)上的電刷與外電路的電阻器相接， 以便調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速或改變電動機的啟動性能， 如圖7-4所示。,,,圖7-4 繞線式轉(zhuǎn)子 （a） 繞線式轉(zhuǎn)子外形圖; （b） 等效電路; （c） 繞線式電動機外形,鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組可在轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)插入銅

4、條， 兩端再用兩個銅環(huán)焊接而成， 若把鐵芯拿出來， 整個轉(zhuǎn)子繞組外形很像一個鼠籠， 故稱鼠籠式電動機。 對于中小功率的電機， 目前常用鑄鋁工藝把鼠籠式繞組及冷卻用的風(fēng)扇葉片一同鑄成， 如圖7-5所示。,,,圖7-5 鼠籠式轉(zhuǎn)子 (a) 銅條轉(zhuǎn)子； (b) 鑄鋁轉(zhuǎn)子； (c) 外形圖,7.1.2 工作原理1. 旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生三相異步電動機定子繞組是空間對稱的三相繞組， 即U1-U2、 V1-V2和W1-W2，空間位置相隔120， 若將它們作星形聯(lián)接， 如圖7-6所示。,,,圖7-6 三相定子繞組的布置,將U2、V2、W2連在一起， U1、V1、 W1分別接三相對稱電源的U、 V、 W三個端子，

5、就有三相對稱電流流入對應(yīng)的定子繞組， 即iU=Im sintiV=Im sin(t120)iW=Im sin(t+120)其波形如圖7-7所示。 ,,,圖7-7 電流波形,由波形圖可看出， 在t=0時刻， iU=0，iV為負(fù)值， 說明iV的實際電流方向與參考方向相反， 即從V2流入， 用表示， V1流出， 用表示； iW為正值， 說明實際電流方向與iW的參考方向相同， 即從W1流入， 用表示， W2流出， 用表示。 根據(jù)右手螺旋定則， 可判斷出轉(zhuǎn)子鐵芯中的磁力線的方向是自上而下， 相當(dāng)于定子內(nèi)部是N極在上S極在下的一對磁極在工作， 如圖7-8（a）所示。,,,,圖7-8 一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場 （

6、a） t=0; (b) t=120; (c) t=240; (d) t=360,當(dāng)t =120時， iU為正值， 電流從U1流入， 用表示， U2流出， 用表示；iV=0； iW為負(fù)值， 電流從W2流入， 用表示， W1流出， 用表示。 則合成磁場如圖7-8（b)所示， 從圖可以看出， 合成磁場在空間上沿順時針方向轉(zhuǎn)過了120。,當(dāng)t =240時， 同理， 合成磁場如圖7-8（c)所示， 從圖可以看出， 它又沿順時針方向轉(zhuǎn)過了120。 當(dāng)t=360時， 與t=0時刻相同， 合成磁場沿順時針又轉(zhuǎn)過了120， NS磁極回到t =0時刻的原來位置， 如圖7-8（d)所示。,,在定子鐵芯內(nèi)相當(dāng)于一對N

7、、 S磁極在旋轉(zhuǎn)。 若把定子鐵芯的槽數(shù)增加為12個， 即每相繞組由兩個串聯(lián)的線圈構(gòu)成， 相當(dāng)于把圖7-6中空間360分布6槽的三相繞組， 壓縮在180的空間， 顯然每個線圈在空間相隔不再是120， 而是60， 如圖7-9所示。 若在U1、 V1、 W1三端通三相交流電， 同理， 在定子鐵芯內(nèi)可形成兩對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場， 如圖7-10所示。,,,圖7-9 四極電動機定子繞組的結(jié)構(gòu)布置接線圖,,圖7-10 四極電動機的旋轉(zhuǎn)磁場 (a) t=0; (b)t=120; (c) t=240; (d) t=360,2. 旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場電流每交變一次， 磁場就旋轉(zhuǎn)一周。 設(shè)電源的頻率為

8、f1， 即電流每秒鐘變化f1次， 磁場每秒鐘轉(zhuǎn)f1圈， 則旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1=f1(r/s)，習(xí)慣上用每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)來表達(dá)轉(zhuǎn)速： n1=60f1 (r/min),,兩對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場， 電流每變化f1次， 旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)f1/2圈， 即旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為n1=60f12 (r/min)以此類推， P對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場， 電流每交變一次， 磁場就在空間轉(zhuǎn)過1/P周，因此， 轉(zhuǎn)速應(yīng)為n1=60f1P (r/min) (7-1),,旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1也稱為同步轉(zhuǎn)速， 由式（7-1）可知， 它取決于電源頻率和旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)。 我國的工頻為50 Hz， 因此， 同步轉(zhuǎn)速與磁極對數(shù)的關(guān)系如表7-

9、1所示。,,旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向是由通入定子繞組的三相電源的相序決定的。 由圖7-6可知， 定子繞組中電流的相序按順序U-V-W排列， 旋轉(zhuǎn)磁場按順時針方向旋轉(zhuǎn)； 如果將三相電源中任意兩相對調(diào)， 例如V和W兩相互換， 則定子繞組中的電流相序為U-W-V， 應(yīng)用前面講的分析方法， 旋轉(zhuǎn)磁場的方向也相應(yīng)地改變?yōu)槟鏁r針方向。,,3. 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動原理圖7-11為三相異步電動機工作原理示意圖。 為簡單起見， 圖中用一對磁極來進行分析。,圖7-11 三相異步電動機工作原理圖,為了更清楚地分析異步電動機的工作過程， 需要引入轉(zhuǎn)差率s這個參數(shù) (7-2) 轉(zhuǎn)差率是用來表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速

10、與同步轉(zhuǎn)速之差的相對程度的一個物理量， 其中n=n1n為轉(zhuǎn)速差。 當(dāng)定子繞組接通電源的瞬間， 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=0， 此時s=1， 轉(zhuǎn)差率最大；穩(wěn)定運行以后，電機的轉(zhuǎn)速n比較接近同步轉(zhuǎn)速n1，此時s很小， 額定轉(zhuǎn)差率約為0.010.08左右； 空載時， 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速可以很接近同步轉(zhuǎn)速, 即s0， 但s=0的情況在實際運行時是不存在的。,,,例7-1 一臺三相異步電動機， 其極對數(shù)是2， 電源頻率為工頻， 若轉(zhuǎn)差率s=0.02，該電機的轉(zhuǎn)速是多少？解 首先求同步轉(zhuǎn)速,,,,r/min,因為,,所以 n=n1(1s)=1500(10.02)=1470 r/min,,7.2 三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械特性

11、1.定子電路的電動勢當(dāng)異步電動機的定子繞組接通三相電源后， 定子繞組因切割磁力線而感應(yīng)電動勢， 其有效值為 E1=4.44f1K1N1 (7-3),,式中, f1為三相電源頻率； K1為定子繞組系數(shù)， 與定子繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)， 略小于1；N1為定子每相繞組匝數(shù)； 為旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通， 通常指忽略漏磁后每極下的主磁通m。 在忽略定子繞組本身的阻抗壓降及漏磁通之后， 可認(rèn)為感應(yīng)電動勢與外加電壓的有效值近似相等， 即U1E1， 因此可以求得,,,,(7-4）,2. 轉(zhuǎn)子的感應(yīng)電動勢E2當(dāng)電動機啟動時， 轉(zhuǎn)速n=0， 轉(zhuǎn)差率s=1。 此時轉(zhuǎn)子不動， 轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的副邊， 其

12、感應(yīng)電動勢可用式（7-4）來求得E20=4.44f20K2N2=4.44f1K2N2 (7-5)式中, K2為轉(zhuǎn)子繞組系數(shù)， 與轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)有關(guān)， 略小于1；f20為啟動時的轉(zhuǎn)子繞組的頻率， 與定子頻率f1相等。,,當(dāng)電動機啟動后并以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)時， 旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速差(n1n)=sn1不斷減小， 旋轉(zhuǎn)磁場相對轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度下降了s倍， 此時的轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢頻率比轉(zhuǎn)子靜止的情況下減小， 應(yīng)為,,,（7-6）,故轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢為 E2=4.44f2K2N2=4.44sf1K2N2=sE20 (7-7),3. 轉(zhuǎn)子電流I2 轉(zhuǎn)子繞組的阻抗Z2=R2+jX2， 其中R2是轉(zhuǎn)子

13、繞組本身的電阻， 固定不變。 X2卻和頻率f2有關(guān)， 即 X2=2f2L2=2sf1L2=sX20 (7-8)式中, L2為轉(zhuǎn)子繞組電感值； X20為轉(zhuǎn)子靜止時的感抗。,,則轉(zhuǎn)子電流為,,,(7-9),式(7-9)說明轉(zhuǎn)子電流I2與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)， 轉(zhuǎn)子電流I2隨轉(zhuǎn)差率 s的增大而增加。 由于轉(zhuǎn)子電路中有感抗的存在， 所以轉(zhuǎn)子電流I2比感應(yīng)電動勢E2要滯后相位角j2， 轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)為,os,=,cosj2=,,(7-10),4. 定子電流I1定子電流和轉(zhuǎn)子電流之間的關(guān)系與變壓器相似， 即,,則,,(7-11）,式中, Ki為異步電動機的電流變換系數(shù)， 與定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu)

14、有關(guān)。,7.2.1 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流的有功分量和旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通成正比， 即 T=CTI2 cosj2 (7-12)式中, CT為異步電動機的轉(zhuǎn)矩系數(shù)， 與電動機結(jié)構(gòu)有關(guān)； 為旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通， 單位為Wb， 電流的單位為A，所以電磁轉(zhuǎn)矩的單位為N m。,,旋轉(zhuǎn)磁場的磁通可通過式(7-4)求得， 即,,,轉(zhuǎn)子電流I2可由式（7-9）和式（7-5）求得， 即,,將上兩式及式(7-10)代入式（7-12）， 可得,,,(7-13）,式中, C是與電動機結(jié)構(gòu)和電源頻率有關(guān)的常數(shù)， 轉(zhuǎn)子每相的電阻和靜止時的感抗通常也是常數(shù)。 因此， 當(dāng)電源電壓一定時， 電磁轉(zhuǎn)矩為

15、轉(zhuǎn)差率的函數(shù)， 即T=f(s)， 其曲線稱異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性曲線， 如圖7-12所示。,,圖7-12 三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性,7.2.2 機械特性根據(jù)式（7-13）和式（7-2）可畫出機械特性曲線， 如圖7-13所示， 與圖7-12比較可以看出， 圖7-13是在圖7-12的基礎(chǔ)上把轉(zhuǎn)差率換成了轉(zhuǎn)速， 并把坐標(biāo)順時針旋轉(zhuǎn)了90即可。 它直接反映了電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。 圖中的Tst為電動機的啟動轉(zhuǎn)矩。,,,圖7-13 三相異步電動機的機械特性,1. 穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)由圖7-13可知， 以最大轉(zhuǎn)矩為界， 曲線分為兩個不同特征的區(qū)域。 上邊為穩(wěn)定區(qū)，下邊為不穩(wěn)定區(qū)。,,,圖7-13 三相異步

16、電動機的機械特性,圖7-14所示是一個自適應(yīng)過程的曲線圖， 設(shè)當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為Ta時， 電機穩(wěn)定運行于a點， 此時電磁轉(zhuǎn)矩也等于Ta， 轉(zhuǎn)速為na； 若負(fù)載轉(zhuǎn)矩改變?yōu)門b， 由于慣性， 速度不能突變， 負(fù)載改變后的最初的電磁轉(zhuǎn)矩仍為Ta，則由于TTL， 電機加速， 工作點上移， 電磁轉(zhuǎn)矩減小， 直到過渡過程到達(dá)b點， 電磁轉(zhuǎn)矩等于Tb， 轉(zhuǎn)速不再上升， 電機便運行于b點， 電機在新的轉(zhuǎn)速下開始穩(wěn)定運行，完成一次自適應(yīng)調(diào)節(jié)過程。,,,圖7-14 自適應(yīng)過程曲線圖,2. 三個重要的轉(zhuǎn)矩(1) 額定轉(zhuǎn)矩TN。 額定轉(zhuǎn)矩是指電動機在額定負(fù)載的情況下， 其軸上輸出的轉(zhuǎn)矩。 由于電機穩(wěn)定運行時， 其電磁轉(zhuǎn)矩等

17、于負(fù)載轉(zhuǎn)矩， 所以可以用額定電磁轉(zhuǎn)矩來表示額定輸出轉(zhuǎn)矩。 電動機的額定轉(zhuǎn)矩可以通過電機銘牌上的額定功率和額定轉(zhuǎn)速來求得， 由物理學(xué)可知P2=T,,則,,,(7-14）,式中, 為電機的角速度， 單位為rad/s； P2為額定輸出功率， 單位為kW， n的單位為r/min， 則T的單位為N m。,（2） 最大轉(zhuǎn)矩Tm。 最大轉(zhuǎn)矩是指電動機所能提供的極限轉(zhuǎn)矩， 它是對應(yīng)于臨界轉(zhuǎn)差率的臨界轉(zhuǎn)矩，可用數(shù)學(xué)方法求得。 對式（7-13）求s的導(dǎo)數(shù)， 令其等于零， 即,,,則,,(7-15）,將上式代入式（7-13）， 可得,,,(7-16）,通常用最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比來描述電機的過載情況， 這個比值稱

18、為過載系數(shù)， 用表示， 即,,(3) 啟動轉(zhuǎn)矩Tst。 啟動轉(zhuǎn)矩是指電動機剛接通電源以后， 電機尚未轉(zhuǎn)動起來， 即轉(zhuǎn)速為0時的電磁轉(zhuǎn)矩。 電機的啟動轉(zhuǎn)矩對應(yīng)圖7-13中的n=0, s=1所在點， 即,,,(7-17）,異步電動機的啟動能力用啟動轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值來表示， 即 (7-18） 一般鼠籠式異步電動機的啟動能力較差， 為0.82.2， 所以有時采用輕載啟動； 繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子可以通過滑環(huán)外接的電阻器來調(diào)節(jié)器啟動能力。,,,例7-2 已知兩臺異步電動機額定功率都是10 kW， 但轉(zhuǎn)速不同。 其中n1N=2930 r/min， n2N=1450 r/min， 如果過載系數(shù)都是

19、2.2， 求它們的額定轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩。 解 根據(jù)式（7-14）有 第一臺電機的額定轉(zhuǎn)矩為,,,N m,最大轉(zhuǎn)矩為 T1m=2.232.6=71.7 N m 第二臺電機的額定轉(zhuǎn)矩為,,,Nm,最大轉(zhuǎn)矩為,T2m=2.265.9=145 Nm,3. 電源電壓對機械特性的影響 由式（7-16）和式（7-17）可以看出， 最大轉(zhuǎn)矩和啟動轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比， 因此， 電源電壓的波動對機械特性的影響極大。 而臨界轉(zhuǎn)差率卻與電源電壓無關(guān)，即臨界轉(zhuǎn)速與電源電壓也無關(guān)。 因此， 當(dāng)電源電壓升高時， Tm、 Tst增大， nm不變， 機械特性曲線右移， 如圖7-15所示。 由圖可見電源電壓

20、增大時， 機械特性曲線變硬。,,,圖7-16 轉(zhuǎn)子電阻對機械特性的影響,4. 轉(zhuǎn)子電阻對機械特性的影響轉(zhuǎn)子電阻的改變會影響電動機的臨界轉(zhuǎn)差率和啟動轉(zhuǎn)矩， 而最大轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)， 其中sm與R2成正比。 因此， 當(dāng)R2增大時， sm也增大， nm降低， Tm保持不變， 機械特性曲線下移， 如圖7-16所示。,,,圖7-16 轉(zhuǎn)子電阻對機械特性的影響,7.2.3 運行特性異步電動機在不同的負(fù)載下工作時， 則以它的運行特性來表示， 如圖7-17所示。在電源電壓及頻率不變的情況下， 電動機的轉(zhuǎn)速、 轉(zhuǎn)矩、 定子電流、 定子電路的功率因數(shù)和電動機的效率與電動機輸出功率之間的關(guān)系， 稱為異步電動機的工

21、作特性。 這里僅介紹I1=f(P2)、 cosj1=f(P2)和=f(P2)三條曲線。,,,圖7-17 三相異步電動機的工作特性曲線,1. 定子電流工作特性曲線I1=f(P2)異步電動機空載運行時電動機的轉(zhuǎn)速最接近同步轉(zhuǎn)速， 這時轉(zhuǎn)子電流很小， 約為零， 定子電流為勵磁電流I10(空載電流)。 空載電流約為額定電流的20%40%。 當(dāng)電動機加上負(fù)載后， 隨著輸出功率P2的增加， 轉(zhuǎn)速下降， 轉(zhuǎn)子電流增大， 定子電流也隨之增大。,,2. 功率因數(shù)工作特性曲線cosj1=f(P2)異步電動機的定子功率因數(shù)空載時很低， 通常只有0.20.3， 額定運行時約為0.70.9左右。 所以選用電動機的容量時

22、， 應(yīng)根據(jù)負(fù)載情況正確選用， 使其盡量在功率因數(shù)較高的情況下運行， 已達(dá)到節(jié)能的目的。,,3. 效率工作特性曲線=f(P2)電動機的效率是指輸出功率P2與輸入功率P1的比值， 即,,,100%,,,式中, Pm為電動機的機械損耗。,,7.3 三相異步電動機的銘牌表7-2為某一臺異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)。 ,,1. 型號 型號表示電動機的結(jié)構(gòu)形式、 機座號和極數(shù)。 例如Y100L1-4中， Y表示鼠籠式異步電動機 （表示繞線式異步電動機）； 100表示機座中心高為100毫米； L表示長機座(S表示短機座， M表示中機座)； 1表示鐵芯長度代號； 4表示4極電動機。,,2. 額定電壓UN電壓是電動機定

23、子繞組應(yīng)加線電壓的額定值， 有些異步電動機銘牌上標(biāo)有220/380 V， 相應(yīng)的接法為/Y。 它說明當(dāng)電源線電壓為220 V時， 電動機定子繞組應(yīng)接成形； 當(dāng)電源線電壓為380 V時， 應(yīng)接成Y形。 3.額定電流IN 額定電流是指電動機在額定運行時， 定子繞組的線電流。,,6. 工作方式 工作方式是指電動機的運行狀態(tài)。 根據(jù)發(fā)熱條件可分為三種： S1表示連續(xù)工作方式， 允許電機在額定負(fù)載下連續(xù)長期運行； S2表示短時工作方式， 在額定負(fù)載下只能在規(guī)定時間短時運行； S3表示斷續(xù)工作方式， 可在額定負(fù)載下按規(guī)定周期性重復(fù)短時運行。,,7. 絕緣等級絕緣等級是由電動機所用的絕緣材料決定的。 按耐

24、熱程度不同， 將電動機的絕緣等級分為A、 E、 B、 F、 H、 C等幾個等級， 它們允許的最高溫度如表7-3所示。,,8. 溫升在選用電機時， 除了要看電機上的銘牌數(shù)據(jù)外， 還要了解電機的其他技術(shù)數(shù)據(jù)，通?？稍诋a(chǎn)品資料中查到。 表7-4給出一例。 ,,,,例7-3 一臺三相異步電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)如下， PN=7.5 kW， UN=380 V， Y接法， nN=1440 r/min， N=0.875， cosj=0.85，Ist/IN=7.0，啟動能力=2.2，=2.2。 試求: （1） 額定電流IN； （2） 額定轉(zhuǎn)差率sN； （3） 啟動電流Ist； （4） 額定轉(zhuǎn)矩TN； （5） 最大轉(zhuǎn)矩

25、Tm； (6） 啟動轉(zhuǎn)矩Tst。 ,,解 （1） 電動機的輸入功率為,,8.6 kW,額定電流為,,,=15.4 A,（2） 因nN=1440 r/min， 可知電動機的n1=1500 r/min， 極對數(shù)P=2， 則額定轉(zhuǎn)差率為,,,（3） 因Ist/IN=7.0， 則啟動電流為 Ist=7.0IN=715.4=107.8 A,,7.4 三相異步電動機的啟動 對電動機啟動的要求， 一般從以下幾個方面來考慮： （1） 啟動電流應(yīng)盡可能的小， 即Ist（47）IN； （2） 啟動轉(zhuǎn)矩應(yīng)盡可能的大， 即Tst(1.11.2)TL； （3） 啟動的時間應(yīng)盡可能短； （4） 轉(zhuǎn)速的提升應(yīng)盡可能平穩(wěn)；

26、（5） 啟動方法應(yīng)方便、 可靠、 啟動設(shè)備應(yīng)簡單、 經(jīng)濟、 易維護修理。,,7.4.1 直接啟動直接啟動又稱為全壓啟動， 啟動時， 將電機的額定電壓通過刀開關(guān)或接觸器直接接到電動機的定子繞組上進行啟動。 直接啟動最簡單， 不需附加的啟動設(shè)備， 啟動時間短， 只要電網(wǎng)容量允許， 應(yīng)盡量采用直接啟動。 但這種啟動方法啟動電流大， 一般只允許小功率的異步電動機（PN7.5 kW）進行直接啟動； 對大功率的異步電動機，應(yīng)采取降壓啟動， 以限制啟動電流。,,7.4.2 降壓啟動1 Y-降壓啟動這種啟動方法適用于電動機正常運行時接法為三角形的異步電動機。 電機啟動時， 定子繞組接成星形， 啟動完畢后， 電

27、動機切換為三角形。,,圖7-18是一個Y-降壓啟動控制線路， 啟動時， 合電源開關(guān)QS， 控制電路先使得KM1和KM3閉合， 電機星形啟動， 定子繞組由于采用了星形， 其每相繞組上承受的電壓比正常接法時下降了， 當(dāng)電機轉(zhuǎn)速上升到穩(wěn)定值時， 控制電路再控制KM3斷開、 KM2閉合， 于是定子繞組換成三角形接法， 電機開始穩(wěn)定運行。,,,,圖7-18 Y-降壓啟動控制線路,定子繞組每相阻抗為|Z|， 電源電壓為U1， 則采用連接直接啟動時的線電流為,,,采用Y連接降壓啟動時， 每相繞組的線電流為,,則,,(7-19）,由式（7-19）可以看出， 采用Y-降壓啟動時， 啟動電流比直接啟動時下降了1/

28、3。 電磁轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比， 由于電源電壓下降了， 所以啟動轉(zhuǎn)矩也減小了1/3。,2 自耦變壓器降壓啟動如圖7-19為自耦變壓器的降壓啟動線路， 自耦變壓器的原邊接電源電壓， 副邊接接觸器KM1。 啟動時， 合電源開關(guān)， 先通過控制電路使得KM1閉合， 接通自耦變壓器的副邊， 則定子繞組所加電壓低于額定電壓， 電機開始啟動， 當(dāng)電機的轉(zhuǎn)速上升到一定速度時， KM1斷開, KM2閉合， 切除自耦變壓器， 電機開始穩(wěn)定運行。,,,圖7-19 自耦變壓器降壓啟動控制線路,3 轉(zhuǎn)子串電阻降壓啟動 圖7-20為轉(zhuǎn)子串電阻的啟動電路圖， 啟動時， 將電阻器調(diào)到最大， 合電源開關(guān)，轉(zhuǎn)子串電阻開始啟

29、動運行。 隨著轉(zhuǎn)速的上升， 不斷減小轉(zhuǎn)子電阻， 當(dāng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時， 短接轉(zhuǎn)子電阻， 使電動機正常運行。,,,圖7-20 轉(zhuǎn)子串電阻啟動控制線路圖,例7-4 已知一臺鼠籠異步電動機，PN=75 kW， 連接運行，UN=420 V，IN=126 A，cosjN=0.88，nN=1480 r/min， Tst/TN=1.9， Ist/IN=5.0，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=100 N m， 現(xiàn)要求電動機啟動時Tst1.1TL， Ist<240 A， 問:（1） 電動機能否直接啟動？（2） 電動機能否采用Y-啟動？ （3） 若采用三個抽頭的自耦變壓器啟動， 則應(yīng)用50%、 60%、 80%中的哪個抽頭？,,

30、解 （1） 一般來說， 7.5 kW以上的電動機不能采用直接啟動方法。 計算方法如下： 電動機的額定轉(zhuǎn)矩為,,,N m,直接啟動時的啟動轉(zhuǎn)矩為 Tst=1.9TN=1.9483.95=919.5 N m,又1.1TL=1.1100=110 N m故Tst1.1TL直接啟動電流Ist=5IN=5126=630 A， 遠(yuǎn)大于本題要求的240 A。,,（2） 采用Y-啟動方式， 則啟動轉(zhuǎn)矩應(yīng)為,,,N m1.1TL,啟動電流,,<240 A,（3） 采用自耦降壓啟動， 啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩分別為50%抽頭： Tst1=(0.5)2Tst=(0.5)2919.5=229.88 NmIst1=(0

31、.5)2Ist=(0.5)2630=157.5 A60%抽頭：Tst2=(0.6)2Tst=331.02 NmIst2=(0.6)2Ist=226.8 A80%抽頭：Tst3=(0.8)2Tst=588.48 NmIst3=(0.8)2Ist=403.2 A,,,7.5 三相異步電動機的調(diào)速調(diào)速是指在同一負(fù)載下人為改變電動機的轉(zhuǎn)速。 由前面所學(xué)可知， 電動機的轉(zhuǎn)速有這樣一個公式： (7-20）,,,7.5.1 變頻調(diào)速變頻調(diào)速是指通過改變電源的頻率從而改變電機轉(zhuǎn)速。 它是采用一套專用的變頻器來改變電源的頻率以實現(xiàn)變頻調(diào)速。 變頻器本身價格較貴， 但它可以在較大范圍內(nèi)實現(xiàn)較平滑的無極調(diào)速， 且具

32、有硬的機械特性， 是一種較理想的調(diào)速方法。 近年來， 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展， 交流電機采用這種方式進行調(diào)速越來越普遍。,,7.5.2 變極調(diào)速變極調(diào)速是指通過改變異步電動機定子繞組的接線以改變電動機的極對數(shù)而實現(xiàn)調(diào)速的方法。 由式（7-20）可知， 改變電動機的磁極對數(shù)， 可以改變電動機的轉(zhuǎn)速。但由電動機的工作原理可知， 電動機的磁極對數(shù)總是成倍增長， 所以電機的轉(zhuǎn)速也就階段性的上升， 無法實現(xiàn)無極調(diào)速。,,異步電動機可以通過改變電動機的定子繞組接法來實現(xiàn)變極調(diào)速， 也可以通過在定子上安裝不同的定子繞組來實現(xiàn)調(diào)速， 這種能改變定子磁極對數(shù)的電動機又稱為多速電動機。 圖7-21所示為一個4/2

33、極雙速電機的定子繞組接法及對應(yīng)的單相磁場分布示意圖。 電動機每相有兩個線圈， 如果把兩兩線圈并聯(lián)起來， 接成雙Y形， 合成磁場為一對磁極， 將兩兩線圈串聯(lián)起來， 接成形， 則合成磁場為兩對磁極。 這兩種接法下電動機同步轉(zhuǎn)速差一倍。,,,圖7-21 變極調(diào)速(a) 形接法(P=2); (b) 雙Y形接法（P=1）,7.5.3 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速在繞線式異步電動機中， 可以通過改變轉(zhuǎn)子電阻來改變轉(zhuǎn)差率， 從而改變電機的速度。 如圖7-22所示， 設(shè)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL不變， 轉(zhuǎn)子電阻R2增大， 電動機的轉(zhuǎn)差率s增大， 轉(zhuǎn)速下降， 工作點下移， 機械特性變軟。 當(dāng)平滑調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子電阻時， 可以實現(xiàn)無極調(diào)速， 但調(diào)速范

34、圍較小， 且要消耗電能， 一般用于起重設(shè)備上。,,,圖7-22 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速,,7.6 三相異步電動機的制動7.6.1 能耗制動能耗制動是指電動機斷開三相交流電源的同時， 對它的定子繞組通入直流電， 此直流電產(chǎn)生的固定磁場與慣性旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子之間相互作用， 產(chǎn)生一個制動力矩， 從而使得電動機停轉(zhuǎn)， 當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)速為零時， 轉(zhuǎn)子與固定磁場之間不再有相對運動， 電動機的制動轉(zhuǎn)矩自動消失， 制動過程結(jié)束。 如圖7-23所示。,,,圖7-23 能耗制動示意圖 (a) 接線圖； (b) 原理示意圖,正常運行時， 接通QS， 通過控制電路將KM1接通， 電動機接三相交流電源啟動運行。 制動時， 通過控制電路將

35、KM1斷開， 切斷交流電源的連接， 同時將KM2接通，將直流電源引入電機的V、 W兩相， 在電機內(nèi)部形成固定的磁場， 電動機由于慣性仍順時針旋轉(zhuǎn)， 則轉(zhuǎn)子繞組做切割磁力線的運動， 依據(jù)右手定則， 轉(zhuǎn)子繞組中將產(chǎn)生感應(yīng)電流， 如圖7-23所示。,,7.6.2 反接制動反接制動是指制動時， 改變定子繞組任意兩相的相序， 使得電動機的旋轉(zhuǎn)磁場換向， 反向磁場與原來慣性旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子之間相互作用， 產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反的電磁轉(zhuǎn)矩， 迫使電動機的轉(zhuǎn)速迅速下降， 當(dāng)轉(zhuǎn)速接近零時， 切斷電機的電源， 如圖7-24所示。 顯然反接制動比能耗制動所用的時間要短。,,7.6.3 回饋發(fā)電制動 回饋發(fā)電制動是指在電動

36、機轉(zhuǎn)向不變的情況下， 由于某種原因， 使得電動機的轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速。 比如在起重機械下放重物、 電動機車下坡時， 都會出現(xiàn)這種情況， 這時重物拖動轉(zhuǎn)子， 轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速， 轉(zhuǎn)子相對于旋轉(zhuǎn)磁場改變運動方向， 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢及轉(zhuǎn)子電流也反向， 于是轉(zhuǎn)子受到制動力矩， 使得重物勻速下降。,,,7.7 三相異步電動機的選擇 7.7.1 種類選擇電動機的種類選擇應(yīng)首先使電動機滿足生產(chǎn)設(shè)備的需求， 然后再考慮結(jié)構(gòu)簡單、價格、 可靠性、 維修等方面的問題。 異步電動機有鼠籠式和繞線式兩種。 鼠籠式的優(yōu)點明顯多于繞線式， 所以一般選用鼠籠式的多一些。,,鼠籠式異步電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、 價格便宜、 維修方便等

37、優(yōu)點， 采用傳統(tǒng)的調(diào)速方法時啟動、 調(diào)速性能較差， 可以用于沒有特殊要求（調(diào)速要求不嚴(yán)）的場合， 比如各種泵、 通風(fēng)機、 普通機床等設(shè)備上。 但采用變頻器提供的變頻電源供電之后， 鼠籠式異步電動機目前已達(dá)到良好的無級調(diào)速性能。,,繞線式異步電動機的轉(zhuǎn)子電路可以串電阻來改善其啟動轉(zhuǎn)矩和啟動電流， 但它的調(diào)速范圍仍然不大， 所以對一些要求啟動轉(zhuǎn)矩大， 且在一定范圍內(nèi)需要調(diào)速的生產(chǎn)機械， 如起重機， 可以采用繞線式電機， 但繞線式電動機結(jié)構(gòu)比鼠籠式復(fù)雜， 且價格較貴， 維修比鼠籠式也復(fù)雜。,,7.7.2 轉(zhuǎn)速選擇容量、 電壓相同的電機， 轉(zhuǎn)速不一定相同。 由式（7-14）可知， 額定功率相同時，轉(zhuǎn)速

38、越高， 轉(zhuǎn)矩越小， 它的體積也小， 重量輕， 價格越便宜， 經(jīng)濟指標(biāo)較高； 轉(zhuǎn)速越低的電機， 轉(zhuǎn)矩越大， 價格越貴。 所以選用電動機的轉(zhuǎn)速時， 應(yīng)該根據(jù)實際需要及財力情況權(quán)衡利弊， 來選擇電動機的轉(zhuǎn)速。 一般情況下， 較多選用1500 r/min的電動機。,,7.7.3 功率選擇1. 連續(xù)工作方式在負(fù)載恒定、 連續(xù)工作的情況下， 電動機的額定功率應(yīng)等于或稍大于負(fù)載功率，如泵、 通風(fēng)機等。 若選用的電動機額定功率小于負(fù)載功率， 則電動機會出現(xiàn)過載現(xiàn)象，長時間過載， 電動機的絕緣材料會因發(fā)熱而影響電動機的壽命， 甚至燒毀電機； 若選用電動機的額定功率過大， 則電動機的輸出功率得不到充分利用， 輸出

39、效率降低。,,,,PN,(7-21）,式(7-21)中， PL為負(fù)載功率； 1為生產(chǎn)機械的效率； 2 電動機與生產(chǎn)機械之間的傳動效率。 直接連接時2=1， 皮帶連接時， 2=0.95。,例7-5 一臺三相異步電動機皮帶拖動的通風(fēng)機， 通風(fēng)機的功率為6 kW， 轉(zhuǎn)速為1440 r/min， 生產(chǎn)機械的效率為0.6， 選擇電動機的額定功率。 解 由于皮帶拖動， 所以電動機與生產(chǎn)機械之間的傳動效率2=0.95。,,,,10.5 kW,可選擇11 kW的電動機。,2. 短時工作方式電動機按給定時間工作， 工作時間短， 停機時間長， 如水壩的閘門、 機床的刀庫等。 為了充分利用電動機的容量， 允許電動機

40、短時過載， 所以電動機的功率可以小于負(fù)載功率， 但必須考慮電動機的過載能力。 我國規(guī)定短時工作制的標(biāo)準(zhǔn)時間有10、 30、60、 90分鐘四種。 有專門的短時工作制的電機， 其額定功率和標(biāo)準(zhǔn)時間相對應(yīng)。工作方式可用下式計算,,,PN,(7-22）,3. 斷續(xù)工作方式斷續(xù)工作方式是指電動機重復(fù)短時工作， 工作時間與停歇時間交替出現(xiàn)。 我國規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)斷續(xù)工作周期T為10分鐘， 其中包括工作時間t1和停歇時間t2。 把工作時間與工作周期的比值稱為持續(xù)率， 即,,,標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)時間有15%、 25%、 40%和60%， 如不特殊說明， 則為25%。,,7.8 單相異步電動機7.8.1 工作原理單相異步電動

41、機由于只有一相定子繞組， 當(dāng)接通正弦交流電源之后， 會產(chǎn)生一個交變的脈動磁場， 但這個磁場不會旋轉(zhuǎn)， 在磁路中各點磁感應(yīng)強度按正弦規(guī)律變化，可表示為B=Bm sint(7-23）,,7.8.2 啟動方法 1. 凸極式罩極交流電動機凸極式單相電動機的定子鐵芯做成凸極式的磁極， 形狀類似直流電動機的定子，定子鐵芯上面繞有集中繞組， 稱為主繞組。 定子鐵芯上面的極面開有小槽， 用以嵌放短路銅環(huán)。 短路銅環(huán)罩住了一部分磁通， 所以把該電動機稱為罩極電動機， 如圖7-25所示。,,,圖7-25 凸極式罩極交流電動機定子結(jié)構(gòu)示意圖,通入單相交流電后， 產(chǎn)生脈動磁場， 銅環(huán)把磁通分成兩部分未被罩住的磁通1和

42、被罩住的磁通2， 2在短路環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流， 此感應(yīng)電流又產(chǎn)生一定的磁通來阻礙原來磁通的變化， 使得2在相位上滯后1一個相位角。 如圖7-26所示， 由于被罩住的磁通2是一小部分， 所以磁場的中線偏向未罩部分1的中線。 當(dāng)電流增大時， 磁場的中線在磁極的左邊； 當(dāng)電流處于最大值附近時， 變化不大， 所以磁場的中線大致與幾何中線吻合； 當(dāng)電流減小時， 磁場中線偏向右邊。,,,圖7-26 凸極式罩極交流電動機的磁通 (a) i增強； (b) i不變； (c) i減小,2. 分相電容式啟動異步電動機這種電動機是在定子上放置兩個繞組， 一個主繞組， 一個副繞組， 如圖7-27所示。兩個繞組在空間上相隔

43、90， 副繞組串電容器后與主繞組并聯(lián)， 電容器的作用是使得副繞組回路的阻抗呈容性， 如果電容器選擇得當(dāng)， 可以做到副繞組的電流基本上超前于主繞組90。,,,圖7-27 分相電容式啟動異步電動機 (a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)等效圖； (b) 相量圖,,本 章 小 結(jié)(1)電動機是將電能轉(zhuǎn)換成機械能的旋轉(zhuǎn)機械， 主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。 三相異步電動機按其結(jié)構(gòu)可以分為鼠籠式異步電動機和繞線式異步電動機兩種類型。,,,,(2) 三相異步電動機的工作原理是定子繞組通入三相電源之后， 在電機定子中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場， 轉(zhuǎn)子繞組切割旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線， 并在閉合的轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生感應(yīng)電流， 產(chǎn)生感應(yīng)電流的轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場中受到作用

44、力， 產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩， 帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向取決于旋轉(zhuǎn)磁場的方向， 旋轉(zhuǎn)磁場的方向受制于電源的相序。,(3)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速又稱為同步轉(zhuǎn)速， 同步轉(zhuǎn)速n1與電源頻率和磁極對數(shù)有關(guān)，算式為n1=60f1/P，電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n小于同步轉(zhuǎn)速n1， 所以稱為異步電動機， 轉(zhuǎn)差率s=(n1n)/n1。 (4) 三相異步電動機定子端電壓的有效值U1E1=4.44f1K1N1， 當(dāng)外加電壓U1不變時， 旋轉(zhuǎn)磁場的磁通基本不變。 與變壓器原理相同， 定子電流受制于轉(zhuǎn)子電流。,,(5) 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的有效值E2=4.44f2K2N2=sE20轉(zhuǎn)子電流,,,功率因數(shù),,(6) 三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩,,,異

45、步電動機的轉(zhuǎn)矩特性和機械特性表達(dá)式分別為T=f(s)和n=f(T)， 機械特性曲線分穩(wěn)定區(qū)和不穩(wěn)定區(qū)， 電動機正常運行時，工作點在穩(wěn)定區(qū)， 電動機的轉(zhuǎn)子電阻和電源電壓都會影響電動機的機械特性。,(7) 異步電動機的額定值： 額定電壓和額定電流是指定子上的線電壓和線電流，額定功率是指軸上輸出的功率。 (8) 異步電動機有直接啟動和降壓啟動兩種啟動方法， 直接啟動時， 啟動電流太大， 所以對于大容量的異步電動機應(yīng)該采用降壓啟動。 啟動要求： 啟動電流Ist（47）IN； 啟動轉(zhuǎn)矩Tst(1.11.2)TL。 一般鼠籠式異步電動機多采用Y-、 自耦變壓器啟動； 繞線式異步電動機多采用轉(zhuǎn)子串電阻啟動。

46、,,(9) 異步電動機的調(diào)速方法有變頻調(diào)速、 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速和變極調(diào)速， 前兩種可以實現(xiàn)無極調(diào)速， 后一種只能實現(xiàn)有極調(diào)速。 目前采用變頻器進行調(diào)速已成為主流。 (10) 異步電動機有機械制動和電氣制動兩種制動方法， 機械制動采用電磁抱閘來實現(xiàn)， 電氣制動有能耗制動、 反接制動和回饋發(fā)電制動三種。,,能耗制動所需時間較長，需要直流電源， 但耗能少； 反接制動只需要把定子繞組的相序改變， 就可以實現(xiàn)制動，轉(zhuǎn)速接近零時， 必須切斷電源， 反接制動耗能較多、 沖擊大， 但制動迅速； 回饋發(fā)電制動不需改變電源的相序， 也不需直流電源， 它是把勢能轉(zhuǎn)化為機械能， 機械能又轉(zhuǎn)化為電能回饋給電網(wǎng)， 在這個過程中， 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速， 電動機處于發(fā)電制動的狀態(tài)。,,(11) 電動機的選擇應(yīng)盡量選擇鼠籠式異步電動機， 轉(zhuǎn)速越高越經(jīng)濟， 轉(zhuǎn)速越低轉(zhuǎn)矩越大， 一般選用1500 r/min的電動機， 電動機的功率是一個非常重要的參數(shù)， 應(yīng)該在合理計算后選擇。,,(12) 單相異步電動機一般作為家用電器和醫(yī)療器械的原動機。 其結(jié)構(gòu)與三相電機類似， 只是把三相定子繞組換成了單相。 單相異步電動機接通電源后， 產(chǎn)生脈動磁場，不能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場， 需要外加一定的元器件進行啟動， 一般采用電容啟動法和凸極式罩極法， 電容啟動式可以改變電機的轉(zhuǎn)向， 凸極式不能改變電機的方向。,,,