項(xiàng)目2交流電動(dòng)機(jī)的特性及電氣控制原理

項(xiàng)目2交流電動(dòng)機(jī)的特性及電氣控制原理

任務(wù)2.1交流電動(dòng)機(jī)的概述

活動(dòng)情境

介紹交流電機(jī)的分類和應(yīng)用領(lǐng)域，以及它們工作時(shí)的優(yōu)劣點(diǎn)，重點(diǎn)介紹異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

任務(wù)要求

通過(guò)概述初步了解交流電動(dòng)機(jī)的相關(guān)知識(shí)。

基本活動(dòng)

交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)可分成同步電機(jī)和異步電機(jī)兩大類，如果電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1相等，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間同步地旋轉(zhuǎn)，這種電機(jī)則稱為同步電機(jī)。如果電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不等于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)時(shí)不同步，這種電機(jī)則稱為異步電機(jī)。

異步電機(jī)主要用來(lái)作為電動(dòng)機(jī)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、價(jià)格便宜、

任務(wù)2.1交流電動(dòng)機(jī)的概述

活動(dòng)情境

介紹交流電機(jī)運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、效率較高等優(yōu)點(diǎn)，因此，得到廣泛的應(yīng)用。

電動(dòng)機(jī)的作用是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，現(xiàn)代各種生產(chǎn)機(jī)械都廣泛應(yīng)用電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。

生產(chǎn)機(jī)械由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有很多優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)化生產(chǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu)；提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量；能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和遠(yuǎn)距離操縱；減輕繁重的體力勞動(dòng)。

電動(dòng)機(jī)可分為交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩大類。在生產(chǎn)上主要用的是交流電動(dòng)機(jī)，特別是三相異步電動(dòng)機(jī)。

異步電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是功率因素低，運(yùn)行時(shí)必須從電網(wǎng)吸收無(wú)功電流來(lái)建立磁場(chǎng)，故其功率因素小于1，大量的異步電動(dòng)機(jī)在電網(wǎng)中運(yùn)行，使電網(wǎng)的功率因素降低，必須用其他的辦法進(jìn)行補(bǔ)償。

異步電機(jī)也可以作為發(fā)電機(jī)使用，在電網(wǎng)尚未達(dá)到的山區(qū)農(nóng)村，要建立小型水電站時(shí)，可以用異步電動(dòng)機(jī)來(lái)發(fā)電，不過(guò)異步電動(dòng)機(jī)的性能較差，只能用于要求不高的地方。運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、效率較高等優(yōu)點(diǎn)，因此，得到廣泛的應(yīng)用。

異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)的表示方法，一般采用大寫印刷體的漢語(yǔ)拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字組成，其中漢語(yǔ)拼音字母是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的全名稱選擇有代表意義的漢字，再用該漢字的第一個(gè)拼音字母表示（見(jiàn)表2.1）。

異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)的表示方法，一般采用大寫印刷體的漢語(yǔ)拼音字母

每一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)，在其機(jī)座上都有一塊銘牌，銘牌上標(biāo)注著該電動(dòng)機(jī)的額定參數(shù)值，它是選用、安裝和維修電動(dòng)機(jī)時(shí)的依據(jù)。異步電動(dòng)機(jī)的銘牌包含下列額定參數(shù)值：

①額定功率Pe。指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)，軸上輸出的機(jī)械功率，單位為kW。

②額定電壓Ue。指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)，定子繞組上的線電壓，單位為V。

③額定電流Ie。指電動(dòng)機(jī)在額定電壓和額定頻率下，輸出額定功率時(shí)，定子繞組中的線電流，單位為A。

④接法。是指電動(dòng)機(jī)在額定電壓下，定子三相繞組應(yīng)采用的連接方式，一般有三角形和星形兩種連接方式。

⑤額定頻率fe。表示電動(dòng)機(jī)所接的交流電源的頻率，我國(guó)電力網(wǎng)的頻率規(guī)定為50Hz。

每一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)，在其機(jī)座上都有一塊銘牌，銘牌上標(biāo)注著該電電機(jī)與機(jī)床電氣控制項(xiàng)目2--交流電動(dòng)機(jī)的特性及電氣控制原理課件

⑥額定轉(zhuǎn)速n。指電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定電流和額定輸出功率情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位r/min。

⑦絕緣等級(jí)。指電動(dòng)機(jī)繞組所用的絕緣材料的絕緣等級(jí)，它決定了電動(dòng)機(jī)繞組的允許溫升，絕緣等級(jí)與電動(dòng)機(jī)的允許溫升見(jiàn)表2.2。

⑥額定轉(zhuǎn)速n。指電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定電流和額定輸出功率情

對(duì)于各種電動(dòng)機(jī)應(yīng)該了解下列幾個(gè)方面的問(wèn)題：①基本構(gòu)造；②工作原理；③表示轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間關(guān)系的機(jī)械特性；④啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速及制動(dòng)的基本原理和基本方法；⑤應(yīng)用場(chǎng)合和如何正確接用。

任務(wù)2.2三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

活動(dòng)情境

三相異步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同分為鼠籠型和繞線型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)兩類。鼠籠型和繞線型的定子部分基本相同，所不同的只是轉(zhuǎn)子部分。

任務(wù)要求

1.了解并掌握定子的組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

2.了解并掌握轉(zhuǎn)子的組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

對(duì)于各種電動(dòng)機(jī)應(yīng)該了解下列幾個(gè)方面的問(wèn)題：①基本構(gòu)造；②工

基本活動(dòng)

三相異步電動(dòng)機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部件構(gòu)成，定子與轉(zhuǎn)子之間有一個(gè)很小的空氣隙。此外，還有端蓋、軸承、風(fēng)扇等零部件。

圖2.1鼠籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

基本活動(dòng)

三相異步電動(dòng)機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部件構(gòu)成，定子

2.2.1定子

異步電動(dòng)機(jī)的定子是由基座、定子鐵芯和定子繞組3個(gè)部分組成。

圖2.2小型封閉式異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2.2.1定子

異步電動(dòng)機(jī)的定子是由基座、定子鐵芯和定（1）定子鐵芯

定子鐵芯是電動(dòng)機(jī)磁路的組成部分，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)定子鐵芯以同步速度旋轉(zhuǎn)，故對(duì)鐵芯內(nèi)某一點(diǎn)來(lái)講，磁通是交變的。

圖2.3定子鐵芯及沖片（1）定子鐵芯

定子鐵芯是電動(dòng)機(jī)磁路的組成部分，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)定定子鐵芯疊成后，其內(nèi)圓形成可以安放定子繞組的槽型，定子槽型有半閉口槽、半開(kāi)口槽和開(kāi)口槽散裝。

圖2.4定子鐵芯槽型及槽內(nèi)繞組布置

定子鐵芯疊成后，其內(nèi)圓形成可以安放定子繞組的槽型，定子槽型有（2）定子繞組

定子繞組有成型硬繞組和散嵌軟繞組兩種。

（3）機(jī)座

機(jī)座的作用是支撐定子鐵芯和固定端蓋。在中、小型電機(jī)中，端蓋兼有軸承座的作用，則機(jī)座還要支撐電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分，故機(jī)座必須有足夠的剛度和強(qiáng)度。

2.2.2氣隙

定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯之間的氣隙：從磁路來(lái)考慮，氣隙大，則磁阻大，勵(lì)磁電流大，電機(jī)的功率因素降低，從這一角度來(lái)考慮，氣隙應(yīng)取較小的數(shù)值，但氣隙太小，電機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)，就可能發(fā)生定、轉(zhuǎn)子相擦（甚至

“悶車”）；另外，從減少高次諧波磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的磁通、減少附加損耗及改善啟動(dòng)性能來(lái)考慮，則氣隙應(yīng)大一些，所以氣隙的大小應(yīng)綜合考慮。（2）定子繞組

定子繞組有成型硬繞組和散嵌軟繞組兩種。

（3

2.2.3轉(zhuǎn)子

異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子可分成兩大類：一類是籠型轉(zhuǎn)子；另一類是繞線轉(zhuǎn)子。

圖2.5異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖

2.2.3轉(zhuǎn)子

異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子可分成兩大類：一類是籠（1）轉(zhuǎn)子鐵芯

轉(zhuǎn)子鐵芯也是電機(jī)磁路的一部分，一般是用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成。

（2）轉(zhuǎn)軸

轉(zhuǎn)軸是支持轉(zhuǎn)子鐵芯和輸出轉(zhuǎn)矩的零件，它必須具有足夠的剛度和強(qiáng)度，以保證負(fù)載時(shí)氣隙均勻及轉(zhuǎn)軸本身不致斷裂。

（3）轉(zhuǎn)子繞組

轉(zhuǎn)子繞組有鼠籠型和繞線轉(zhuǎn)子兩種。

1）鼠籠型轉(zhuǎn)子繞組

鼠籠型轉(zhuǎn)子繞組按結(jié)構(gòu)型式可分為單籠和雙籠兩種，按制造繞組時(shí)使用的材料可以分成銅料焊接和鋁料鑄造兩種。（1）轉(zhuǎn)子鐵芯

轉(zhuǎn)子鐵芯也是電機(jī)磁路的一部分，一般是用0.5

圖2.6鼠籠型轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)示意圖2）繞線轉(zhuǎn)子繞組

繞線轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組一樣，也是一個(gè)用絕緣導(dǎo)線繞成的三相對(duì)稱繞組，而且其極數(shù)應(yīng)與該臺(tái)電機(jī)的定子繞組的極數(shù)相同，三相繞組通常接成星形，

圖2.6鼠籠型轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)示意圖2）繞線轉(zhuǎn)子繞組

繞線

繞組的三條引出線分別接到3個(gè)集電環(huán)上，再經(jīng)由一套電刷裝置引出，使轉(zhuǎn)子繞組與外電路接通，當(dāng)啟動(dòng)或調(diào)速時(shí)可以串接附加電阻。

圖2.7繞線式轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)示意圖

繞組的三條引出線分別接到3個(gè)集電環(huán)上，再經(jīng)由一套電刷裝置引任務(wù)2.3三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理

活動(dòng)情境

三相異步電動(dòng)機(jī)能旋轉(zhuǎn)的原因是由定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，然后該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)和電流，再利用電磁感應(yīng)原理，轉(zhuǎn)子繞組會(huì)產(chǎn)生力矩，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)。

任務(wù)要求

1.掌握旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生機(jī)理及注意事項(xiàng)。

2.會(huì)利用電磁感應(yīng)定律來(lái)分析轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的原理。

基本活動(dòng)

三相異步電動(dòng)機(jī)接上電源，就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。這是什么道理呢？為了說(shuō)明這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)原理，下面來(lái)做個(gè)實(shí)驗(yàn)。

如圖2.8所示是一個(gè)裝有手柄的蹄形磁鐵，磁極間放有可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的、由銅條組成的轉(zhuǎn)子。銅條兩端分別用銅環(huán)連接起來(lái)，形似鼠籠，作為鼠籠式任務(wù)2.3三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理

活動(dòng)情境

三相異步電轉(zhuǎn)子。磁極和轉(zhuǎn)子之間沒(méi)有機(jī)械聯(lián)系。當(dāng)搖動(dòng)磁極時(shí)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子跟著磁極一起轉(zhuǎn)動(dòng)。

從這一實(shí)驗(yàn)得出兩點(diǎn)啟示：第一，有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)；第二，轉(zhuǎn)子跟著磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)。異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的原理是與上述實(shí)驗(yàn)相似的。

圖2.8異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)

轉(zhuǎn)子。磁極和轉(zhuǎn)子之間沒(méi)有機(jī)械聯(lián)系。當(dāng)搖動(dòng)磁極時(shí)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子跟著2.3.1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

（1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生

三相異步電動(dòng)機(jī)的定子鐵芯中放有三相對(duì)稱繞組AX，BY和CZ。設(shè)將三相繞組連接成星形，接在三相電源上，繞組中通入三相對(duì)稱電流：

對(duì)稱電流如圖2.9所示。取繞組始端到末端的方向作為電流的參考方向。在電流的正半周時(shí)，其值為正，其實(shí)際方向與參考方向一致；在負(fù)半周時(shí)，其值為負(fù)，其實(shí)際方向與參考方向相反。

在ωt=0的瞬間，定子繞組中的電流方向如圖2.10（a）所示。

如圖2.10（b）所示的是ωt=60°時(shí)定子繞組中電流的方向和三相電流的合成磁場(chǎng)的方向。這時(shí)的合成磁場(chǎng)已在空間轉(zhuǎn)過(guò)了60°。2.3.1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

（1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生

三相異步電動(dòng)機(jī)圖2.9三相對(duì)稱電流圖2.9三相對(duì)稱電流

同理可得，在ωt=90°時(shí)的三相電流的合成磁場(chǎng)，它比ωt=60°時(shí)的合成磁場(chǎng)在空間又轉(zhuǎn)過(guò)了30°，如圖2.10（c）所示。

由上可知，當(dāng)定子繞組中通入三相電流后，它們共同產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)是隨電流的交變而在空間不斷地旋轉(zhuǎn)著，這就是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

圖2.10三相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（n=1）

同理可得，在ωt=90°時(shí)的三相電流的合成磁場(chǎng)，它比ωt=

（2）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向

如圖2.10（c）所示的情況是A相電流iA=+Im，這時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軸線的方向恰好與A相繞組的軸線一致。在三相電流中，電流出現(xiàn)正幅值的順序?yàn)锳BC，因此，磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向是與這個(gè)順序一致的，即磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向與通入繞組的三相電流的相序有關(guān)，總是從超前電流的相轉(zhuǎn)向滯后電流的相。

如果將同三相電源連接的3根導(dǎo)線的任意兩根的一端對(duì)調(diào)位置（例如，對(duì)調(diào)了B與C兩相），則電動(dòng)機(jī)三相繞組的B相與C相對(duì)調(diào)（注意：電源三相端子的相序未變），旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)因此反轉(zhuǎn)。

（3）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)

三相異步電動(dòng)機(jī)的極數(shù)就是旋轉(zhuǎn)的極數(shù)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)和三相繞組的安排有關(guān)。在上述圖2.11的情況下，每相繞組只有一個(gè)線圈，繞組的始端之間相差120°空間角，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有一對(duì)極，即p=1（p是磁極對(duì)數(shù)）。

（2）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向

如圖2.10（c）所示的情況是A相電圖2.11旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的反轉(zhuǎn)圖2.11旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的反轉(zhuǎn)如將定子繞組安排的如圖2.12所示那樣，即每相繞組有兩個(gè)線圈串聯(lián)，繞組的始端之間差60°空間角，則產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有兩對(duì)極，即p=2，如圖2.13所示。

圖2.12產(chǎn)生四級(jí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的定子繞組如將定子繞組安排的如圖2.12所示那樣，即每相繞組有兩個(gè)線圈圖2.13三相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（p=2）圖2.13三相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（p=2）

（4）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速

至于三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，它與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速有關(guān)，而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于磁場(chǎng)的極數(shù)。設(shè)電流的頻率為f1，電流每秒鐘交變f1次或每分鐘交變60f1次，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為n1=60f1。轉(zhuǎn)速單位轉(zhuǎn)每分（r/min）。

推知，當(dāng)轉(zhuǎn)速磁場(chǎng)具有p對(duì)極時(shí)，磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為

因此，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n。決定于電流頻率f1和磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)p。

在我國(guó)，工頻f1=50Hz，于是由式（2.1）可得出對(duì)應(yīng)于不同極對(duì)數(shù)p的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1（r/min）。

（4）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速

至于三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，它與旋轉(zhuǎn)磁2.3.2電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理

圖中N，S表示兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（定子產(chǎn)生的），轉(zhuǎn)子中只顯示出兩根導(dǎo)條（銅或鋁）。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)向順時(shí)針?lè)较驎r(shí)，其磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中就感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)的方向由右手定

則確定。在這里應(yīng)用右手定則時(shí)，可假設(shè)磁極

不動(dòng)，而轉(zhuǎn)子導(dǎo)條向逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)切割磁力

線，這與實(shí)際上磁極順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)磁力線

切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條是相當(dāng)?shù)?。在電?dòng)勢(shì)的作用下，

閉合的導(dǎo)條中就有電流。電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互

作用，而使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到電磁力F。電磁力的方

向可用左手定則來(lái)確定。由電磁力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)

矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。圖2.14轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的原理圖

2.3.2電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理

圖中N，S表示兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（

2.3.3轉(zhuǎn)差率

由圖2.14可知，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向相同，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n不可能達(dá)到與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1相等，即n<n1。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速之間必須要有差別。這就是異步電動(dòng)機(jī)名稱的由來(lái)，而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1常稱為同步轉(zhuǎn)速。

用轉(zhuǎn)差率s來(lái)表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1相差的程度，即

轉(zhuǎn)差率是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要的物理量。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速愈接近磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)差率愈小。

式（2.2）也可寫為

2.3.3轉(zhuǎn)差率

由圖2.14可知，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方

任務(wù)2.4三相異步電動(dòng)機(jī)的電路分析

活動(dòng)情境

采用等效電路的方法分析異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)中的電動(dòng)勢(shì)、電流是有效的方法，而且可以具體分析定子回路、轉(zhuǎn)子回路中的相關(guān)電量數(shù)據(jù)以及它們彼此之間的關(guān)聯(lián)和影響效果。因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的動(dòng)態(tài)化，所以各個(gè)相關(guān)量也是動(dòng)態(tài)的。

任務(wù)要求

1.會(huì)利用等效電路分析具體的定子電路和轉(zhuǎn)子電路。

2.能分析轉(zhuǎn)子回路各種相關(guān)量的關(guān)系及影響。

基本活動(dòng)

分析異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)中的電動(dòng)勢(shì)、電流，必須采用等效電路的方法。圖2.15是三相異步電動(dòng)機(jī)的每相電路圖。三相異步電動(dòng)機(jī)中的電磁關(guān)系同

任務(wù)2.4三相異步電動(dòng)機(jī)的電路分析

活動(dòng)情境

采用等效變壓器類似。當(dāng)定子繞組接上三相電源（相電壓為u1）時(shí)，則有三相電流（相電流為i1）通過(guò)。定子三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其磁通通過(guò)定子和轉(zhuǎn)子鐵芯而閉合。磁場(chǎng)不僅在轉(zhuǎn)子每相繞組中要感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)e2（由此產(chǎn)生電流i2），而且在定子每相繞組中也要感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)e1。此外，還有漏磁通，在定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生漏磁電動(dòng)勢(shì)eσ1和eσ2。

2.4.1定子電路

由圖2.15可得定子每相電路的電壓方程，即

其中，Ф是通過(guò)每相繞組的磁通最大量，在數(shù)值上它等于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的每

變壓器類似。當(dāng)定子繞組接上三相電源（相電壓為u1）時(shí)，則有三圖2.15三相異步電動(dòng)機(jī)的每相電路圖圖2.16定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組等效電路

圖2.15三相異步電動(dòng)機(jī)的每相電路圖

極磁通；f1是e1的頻率。因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場(chǎng)和定子間的相對(duì)轉(zhuǎn)速為n1，所以

2.4.2轉(zhuǎn)子電路

（1）轉(zhuǎn)子頻率

因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子間的相對(duì)轉(zhuǎn)速為（n1-n），所以轉(zhuǎn)子頻率為

（2）轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)E2

轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)E2的有效值為

在n=0，即s=1時(shí)，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)為

極磁通；f1是e1的頻率。因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場(chǎng)和定子間的相對(duì)轉(zhuǎn)速為

這時(shí)f2=f1，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)最大。

由上式可得出

（3）轉(zhuǎn)子感抗X2

轉(zhuǎn)子感抗X2與轉(zhuǎn)子頻率f2有關(guān)，即

在n=0，即s=1時(shí)，轉(zhuǎn)子感抗為

這時(shí)f2=f1，轉(zhuǎn)子感抗最大。此時(shí)

（4）轉(zhuǎn)子電流I2

轉(zhuǎn)子每相電路的電流可由式（2.12）得出，即

這時(shí)f2=f1，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)最大。

由上式可得出

（3）

可見(jiàn)轉(zhuǎn)子電流I2也與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)。I2隨s變化的關(guān)系可用圖2.17的曲線表示。

圖2.17I2和cosφ2與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系

可見(jiàn)轉(zhuǎn)子電流I2也與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)。I2隨s變化的關(guān)系可（5）轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cosφ2

由于轉(zhuǎn)子有漏磁通，相應(yīng)的感抗為X2，因此，I2比E2滯后Ψ2角。因而轉(zhuǎn)子電路的功率因素為

它也與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)，當(dāng)s增大時(shí)，X2也增大，于是Ψ2增大，即cosφ2減小。

由上述可知，轉(zhuǎn)子電路的各個(gè)物理量，如電動(dòng)勢(shì)、電流、頻率、感抗及功率因素等都與轉(zhuǎn)差率有關(guān)，亦即與轉(zhuǎn)速有關(guān)。

任務(wù)2.5三相異步電動(dòng)機(jī)的功率及轉(zhuǎn)矩

活動(dòng)情境

異步電動(dòng)機(jī)是通過(guò)電磁感應(yīng)作用把電能送到轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)化為軸上輸出的機(jī)械能的，在能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程中電磁轉(zhuǎn)矩起關(guān)鍵作用。（5）轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cosφ2

由于轉(zhuǎn)子有漏磁通，相應(yīng)的

任務(wù)要求

1.理解并掌握異步電動(dòng)機(jī)能量轉(zhuǎn)換及功率傳遞的過(guò)程。

2.通過(guò)機(jī)械特性的分析，掌握額定轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用特點(diǎn)。

基本活動(dòng)

2.5.1功率及功率轉(zhuǎn)換過(guò)程

當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定地負(fù)載運(yùn)行時(shí)，從電源輸入的功率為P1

從等效電路可以看出，在定子電阻R1上要消耗一小部分輸入功率，通常稱為定子銅耗Pcu1。在定子鐵芯中有一小部分輸入功率轉(zhuǎn)變?yōu)闇u流及磁滯損耗，稱為定子鐵耗PFe1。由于轉(zhuǎn)子鐵芯中的頻率在正常運(yùn)行時(shí)僅為1～3Hz，所以轉(zhuǎn)子鐵耗可以忽略不計(jì)。輸入功率P1扣掉Pcu1和PFe1后，余下的大部分輸入功率通過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的電磁作用經(jīng)過(guò)氣隙送到轉(zhuǎn)子，稱為電磁功率PM。

任務(wù)要求

1.理解并掌握異步電動(dòng)機(jī)能量轉(zhuǎn)換及功率傳遞的過(guò)程

圖2.18異步電動(dòng)機(jī)功率流程圖

圖2.18異步電動(dòng)機(jī)功率流程圖

由定子和轉(zhuǎn)子繞組等效電路圖2.18可知，傳送到轉(zhuǎn)子的電磁功率有一小部分消耗在轉(zhuǎn)子電阻R2上，成為轉(zhuǎn)子銅耗pcu2。其余的大部分電磁功率則作為電功率輸出。因此Pm在數(shù)值上為

總的機(jī)械功率不能全部輸出，因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)還有軸承摩擦及風(fēng)阻的損耗pm以及高次諧波、轉(zhuǎn)子中的橫向電流等引起的附加損耗pad，故軸上輸出的功率P2為

綜上所述，可得

式中稱為電機(jī)的總損耗。

由定子和轉(zhuǎn)子繞組等效電路圖2.18可知，傳送到轉(zhuǎn)子的電磁功

2.5.2轉(zhuǎn)矩平衡方程式

從運(yùn)動(dòng)學(xué)的概念可知，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的機(jī)械功率等于機(jī)械轉(zhuǎn)矩與機(jī)械角速度的乘積，將功率平衡方程式除以轉(zhuǎn)子的機(jī)械角速度Ω，即得轉(zhuǎn)矩平衡方程式

即

式中T——電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩；

T2——電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩；

Tm——機(jī)械損耗轉(zhuǎn)矩；

Tad——附加損耗轉(zhuǎn)矩；

T0——空載轉(zhuǎn)矩，為Tm和Tad之和。

2.5.2轉(zhuǎn)矩平衡方程式

從運(yùn)動(dòng)學(xué)的概念可知，旋轉(zhuǎn)機(jī)械

2.5.3轉(zhuǎn)矩公式

對(duì)于已制造好的異步電動(dòng)機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩的大小與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁通的大小及轉(zhuǎn)子電流大小密切相關(guān)?？捎霉奖硎緸?/p>

式中CT——電機(jī)常數(shù)；

cosφ2——轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)。

2.5.4機(jī)械特性曲線

異步電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率主要表現(xiàn)在輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速上，因此，轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率是異步電動(dòng)機(jī)的基本變量之一。電磁轉(zhuǎn)矩T變化規(guī)律曲線T=f（s）稱為機(jī)械特性。

2.5.3轉(zhuǎn)矩公式

對(duì)于已制造好的異步電動(dòng)機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩

式中p——極對(duì)數(shù);

U1——電動(dòng)機(jī)外加定子電壓；

f1——定子頻率；

r1,x1σ——定子繞組的電阻和電抗；

r′2,x′2σ——轉(zhuǎn)子繞組的折算電阻和電抗。

當(dāng)異步電機(jī)的定子電壓、頻率及各參數(shù)都為定值時(shí)，改變轉(zhuǎn)差率s的大小，根據(jù)用參數(shù)表示的電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式可算出相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩T，可作出機(jī)械特性T=f（s）曲線。

式中p——極對(duì)數(shù);

U1——電動(dòng)機(jī)外加

圖2.19三相異步電動(dòng)機(jī)的T=f（s）曲線

圖2.20三相異步電動(dòng)機(jī)的n=f（T）曲線

圖2.19三相異步電動(dòng)機(jī)的T=f（s）曲線

圖2.2通過(guò)機(jī)械特性曲線，可以得出三相異步電動(dòng)機(jī)具有如下特點(diǎn)。

①在啟動(dòng)的瞬間，即s=1時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩稱為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst。啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流較大，但轉(zhuǎn)子功率因數(shù)很小，故啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst并不是很大。

②如轉(zhuǎn)子達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，即s=0，則轉(zhuǎn)子電流I2=0，此時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩T=0。

③當(dāng)轉(zhuǎn)差率s達(dá)到某一值時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值，故稱為最大轉(zhuǎn)矩Tm,對(duì)應(yīng)于此時(shí)的轉(zhuǎn)差率稱為臨界轉(zhuǎn)差率sm，臨界轉(zhuǎn)差率sm和最大轉(zhuǎn)矩Tm的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

可見(jiàn)，三相異步電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩與電網(wǎng)電壓的平方成正比，最大轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻無(wú)關(guān)；臨界轉(zhuǎn)差率sm與轉(zhuǎn)子電阻成正比。通過(guò)機(jī)械特性曲線，可以得出三相異步電動(dòng)機(jī)具有如下特點(diǎn)。

①在

④轉(zhuǎn)子電阻對(duì)T=f（s）曲線的影響。當(dāng)sm<1時(shí)，隨著轉(zhuǎn)子電阻的增加，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩變大；要使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩Tst=Tm，則sm=1，即

此時(shí)，在轉(zhuǎn)子回路中應(yīng)串入電阻的折算值為

若轉(zhuǎn)子回路串入的電阻超過(guò)該值，sm>1，則說(shuō)明電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩變小。

⑤對(duì)應(yīng)額定負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)矩稱為額定轉(zhuǎn)矩TN，相應(yīng)轉(zhuǎn)差率稱為額定轉(zhuǎn)差率sN。

⑥最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比，稱為電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力Km，它是衡量電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力的一個(gè)重要指標(biāo)。

④轉(zhuǎn)子電阻對(duì)T=f（s）曲線的影響。當(dāng)sm<1時(shí)，隨著轉(zhuǎn)子⑦啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比，稱為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Kst

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩具有如下特點(diǎn)：

①Tst與電壓U1的平方成正比；

②電抗X20愈大，Tst愈??；

③轉(zhuǎn)子電阻R2適當(dāng)增大時(shí)，Tst會(huì)增大。

任務(wù)2.6三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動(dòng)

活動(dòng)情境

因?yàn)楦鞣N生產(chǎn)機(jī)械經(jīng)常要進(jìn)行啟動(dòng)、調(diào)速和停車，所以作為原動(dòng)機(jī)的異步電動(dòng)機(jī)，其啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)等性能的好壞，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)行有很大影響，所以要針對(duì)不同的運(yùn)行工況采取相對(duì)應(yīng)的運(yùn)行方法。⑦啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比，稱為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Kst

任務(wù)要求

1.理解并掌握異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方法及應(yīng)用。

2.理解并掌握異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法及應(yīng)用。

3.理解并掌握異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)、反轉(zhuǎn)方法及應(yīng)用。

基本活動(dòng)

2.6.1三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)

三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)是指從電動(dòng)機(jī)接入電網(wǎng)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的這一過(guò)程。

一般衡量三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能的好壞，主要有以下4點(diǎn)：

①啟動(dòng)電流盡可能??；

②啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要足夠大；

③啟動(dòng)所需用的設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、操作方便；

任務(wù)要求

1.理解并掌握異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方法及應(yīng)用。

2.理

④啟動(dòng)過(guò)程中的功率損耗要盡量小。

具體來(lái)講，異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)主要有以下4種方法：

（1）小容量電動(dòng)機(jī)空載或輕載啟動(dòng)——直接啟動(dòng)

小容量電動(dòng)機(jī)空載或帶輕載時(shí)，可以直接啟動(dòng)。為了保證電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)不引起太大的電網(wǎng)壓降，電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿足下列經(jīng)驗(yàn)公式的要求：

電動(dòng)機(jī)能否采用直接啟動(dòng)方法，這不僅取決于電動(dòng)機(jī)本身的容量大小，而且還與供電電網(wǎng)容量、供電線路長(zhǎng)短、啟動(dòng)次數(shù)及其他用戶的要求有關(guān)。

（2）中、大容量電動(dòng)機(jī)空載或輕載啟動(dòng)——降壓?jiǎn)?dòng)

凡電動(dòng)機(jī)容量超過(guò)前面所述時(shí)，就不能直接啟動(dòng)。要降低啟動(dòng)電流，最有效的措施就是降壓?jiǎn)?dòng)。

④啟動(dòng)過(guò)程中的功率損耗要盡量小。

具體來(lái)講，異步電動(dòng)機(jī)的啟

降壓?jiǎn)?dòng)是指電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)降低加在定子繞組上的電壓，啟動(dòng)結(jié)束后再升至額定電壓運(yùn)行。降壓?jiǎn)?dòng)可以有效地降低電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流，但由于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和電壓的關(guān)系為

降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)降低，所以，降壓?jiǎn)?dòng)只適用于電動(dòng)機(jī)空載或輕載啟動(dòng)。常用的降壓?jiǎn)?dòng)方法有星三角降壓?jiǎn)?dòng)、自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)、定子繞組串電阻或電抗降壓?jiǎn)?dòng)、延邊三角形降壓?jiǎn)?dòng)。

1）星三角（Y／△）降壓?jiǎn)?dòng)

星三角降壓?jiǎn)?dòng)是指在額定電壓下正常運(yùn)行時(shí)為三角形接法的電動(dòng)機(jī)，在啟動(dòng)時(shí)采用星形接法從而使三相定子繞組所承受的每相相電壓降低為額定電壓（電源線電壓）的

倍。

降壓?jiǎn)?dòng)是指電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)降低加在定子繞組上的電壓，啟動(dòng)結(jié)圖2.21星三角降壓?jiǎn)?dòng)原理線路圖

圖2.21星三角降壓?jiǎn)?dòng)原理線路圖

當(dāng)定子繞組接成星形啟動(dòng)時(shí)，每相繞組所加電壓為U13，設(shè)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)每相阻抗為Zst，則啟動(dòng)時(shí)的線電流為

如用三角形直接啟動(dòng)時(shí)，每相繞組所加電壓為U1，此時(shí)線電流為

兩種接線方法啟動(dòng)電流的比值是

由此可見(jiàn)，用星三角降壓?jiǎn)?dòng)，啟動(dòng)電流為采用三角形接法直接啟動(dòng)時(shí)的1／3，對(duì)降低啟動(dòng)電流很有效，但由于啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst正比于U21，因此，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)降低為采用三角形接法直接啟動(dòng)時(shí)的1／3，即啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)降低，故此種方法只能用于空載或輕載啟動(dòng)的設(shè)備上。

當(dāng)定子繞組接成星形啟動(dòng)時(shí)，每相繞組所加電壓為U13，設(shè)電動(dòng)

2）自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)

自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)也稱啟動(dòng)補(bǔ)償器啟動(dòng)，這種啟動(dòng)方法是利用自耦變壓器來(lái)降低啟動(dòng)時(shí)加在定子三相繞組上的電壓，它由三相自耦變壓器和控制開(kāi)關(guān)等組成。

此時(shí)電源供給電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流為直接啟動(dòng)時(shí)的

倍，因此，用自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)對(duì)限制啟動(dòng)電流很有效。但采用此種方法降低啟動(dòng)電流的同時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也會(huì)相應(yīng)降低到直接啟動(dòng)的

倍。

這種啟動(dòng)方法的優(yōu)點(diǎn)是：可以按容許的啟動(dòng)電流和所需的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩選擇自耦變壓器的變比從而實(shí)現(xiàn)降壓?jiǎn)?dòng)，而且不論電動(dòng)機(jī)定子繞組采用星形接法或三角形接法都可使用；缺點(diǎn)是：投資較大，設(shè)備體積大。

2）自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)

自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)也稱啟動(dòng)補(bǔ)償器啟圖2.22自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)原理線路圖

圖2.22自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)原理線路圖

（3）小容量電動(dòng)機(jī)重載啟動(dòng)——鼠籠電機(jī)的特殊型式

小容量電動(dòng)機(jī)重載啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)的主要問(wèn)題是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不足。針對(duì)這種情況，解決的辦法有兩個(gè)：其一，是按啟動(dòng)要求，選擇容量更大的電動(dòng)機(jī)；其二，是選用啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較高的特殊型式的電動(dòng)機(jī)。

（4）中、大容量電動(dòng)機(jī)重載啟動(dòng)——繞線電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)

繞線電機(jī)常用轉(zhuǎn)子串接電阻或轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器的方法改善啟動(dòng)性能。繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子串接電阻時(shí)，如果阻值選擇合適，可以既增大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又減小啟動(dòng)電流，從而使兩對(duì)矛盾都得到解決，當(dāng)然投入設(shè)備要多一些，成本較高。

2.6.2三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

調(diào)速就是在同一負(fù)載下能得到不同的轉(zhuǎn)速，以滿足生產(chǎn)過(guò)程的要求。如果采用電氣調(diào)速，就可以大大簡(jiǎn)化機(jī)械變速機(jī)構(gòu)。三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，（3）小容量電動(dòng)機(jī)重載啟動(dòng)——鼠籠電機(jī)的特殊型式

小容量電動(dòng)圖2.23繞線式電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的接線圖

圖2.23繞線式電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的接線圖

就是人為地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足生產(chǎn)機(jī)械的需要。電動(dòng)機(jī)調(diào)速的方法很多，從轉(zhuǎn)速的表達(dá)式

可以看出，改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有3種可能，即改變電源頻率f1、極對(duì)數(shù)p及轉(zhuǎn)差率s。

（1）變極調(diào)速

變極調(diào)速就是改變電動(dòng)機(jī)定子繞組的極對(duì)數(shù)p來(lái)調(diào)速。如果電源頻率f1固定不變，只需改變電機(jī)繞組的極對(duì)數(shù)p，則同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n也會(huì)隨著改變。而且，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n1與極對(duì)數(shù)p成反比變化。

變極調(diào)速的異步電動(dòng)機(jī)一般采用鼠籠式轉(zhuǎn)子。若為繞線式轉(zhuǎn)子，則定子極對(duì)數(shù)改變時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組必須相應(yīng)地改變接法以得到與定子相同的極對(duì)數(shù)，很不方便。

變極調(diào)速常用的方法是在定子上只裝一套繞組，而利用改變繞組接法來(lái)獲得兩種或多種極對(duì)數(shù)，稱為單繞組變極。還有變極雙速異步電動(dòng)機(jī)采用YY／△接法，目前被廣泛采用。就是人為地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足生產(chǎn)機(jī)械的需要。電動(dòng)機(jī)調(diào)速變極調(diào)速方法的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠。缺點(diǎn)是：不平滑調(diào)速，而是一級(jí)一級(jí)的分段式調(diào)速。

（2）變頻調(diào)速

變頻調(diào)速就是改變供電電源的頻率f1來(lái)調(diào)速的。當(dāng)改變電源頻率f1時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速與電源頻率f1成正比變化，于是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也相應(yīng)改變，達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的目的。

在調(diào)節(jié)交流電源頻率f1時(shí)，必須同時(shí)調(diào)節(jié)電源電壓U1，并保持U1f1為常數(shù)。

變頻調(diào)速根據(jù)電動(dòng)機(jī)輸出性能的不同可分為：

①保持電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力不變的變頻調(diào)速；

②保持電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不變的恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速；

③保持電動(dòng)機(jī)輸出功率不變的恒功率變頻調(diào)速。變極調(diào)速方法的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠。缺點(diǎn)是：不平滑調(diào)速

從調(diào)速范圍、平滑性以及調(diào)速過(guò)程中電動(dòng)機(jī)的性能等方面來(lái)看，頻變頻調(diào)速很優(yōu)越，可以和直流電動(dòng)機(jī)相媲美。但要使頻率f1和端電壓U1同時(shí)可調(diào)，需要一套專門的變頻裝置，使投入的設(shè)備增多，成本增大。

（3）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速就是改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s來(lái)調(diào)速。當(dāng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載調(diào)速時(shí)，從電磁轉(zhuǎn)矩的關(guān)系可知，改變轉(zhuǎn)差率s有下列幾種方法：

①在轉(zhuǎn)子回路串入電阻、電感或電容，以改變轉(zhuǎn)子電阻r′2或轉(zhuǎn)子電抗x′2σ；

②改變定子繞組的端電壓U1；

③在定子回路串入外加電阻或電抗，以改變r(jià)1或x1。

改變變轉(zhuǎn)差率調(diào)速常用的方法是在轉(zhuǎn)子回路中串電阻，這種方法只適用于繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。

從調(diào)速范圍、平滑性以及調(diào)速過(guò)程中電動(dòng)機(jī)的性能等方面來(lái)看，頻

此種方法的缺點(diǎn)是：轉(zhuǎn)子回路中接入附加電阻后，將使轉(zhuǎn)子銅耗增加，降低了電動(dòng)機(jī)效率。但由于此方法比較簡(jiǎn)單，在中、小容量的電動(dòng)機(jī)中還是用的比較多。

2.6.3三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)和制動(dòng)

（1）反轉(zhuǎn)

三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向取決于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向，且兩者的方向相同。只需改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向，就能使三相異步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。因此，將三相接線端中的任意兩相接線端對(duì)調(diào)，改變?nèi)嘞嘈颍湍芨淖冃D(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向，從而使三相異步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。

（2）制動(dòng)

三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)是指加上一個(gè)與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向相反的轉(zhuǎn)矩來(lái)使電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)或限制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

此種方法的缺點(diǎn)是：轉(zhuǎn)子回路中接入附加電阻后，將使轉(zhuǎn)子銅耗增

三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法有兩類：機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)。機(jī)械制動(dòng)是利用機(jī)械裝置（來(lái)使電動(dòng)機(jī)迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。電氣制動(dòng)是使異步電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反，電氣制動(dòng)通?？煞譃榉唇又苿?dòng)、回饋制動(dòng)和能耗制動(dòng)。

1）反接制動(dòng)

反接制動(dòng)就是在分析異步電機(jī)工作原理時(shí)指出的制動(dòng)狀態(tài),此時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向相反，實(shí)現(xiàn)反接制動(dòng)可用下述兩種方法。

正轉(zhuǎn)反接：

正接反轉(zhuǎn)：

2）回饋制動(dòng)

當(dāng)異步電機(jī)作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，因外來(lái)因素，使轉(zhuǎn)子加速到超過(guò)同步轉(zhuǎn)速，則異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)入回饋制動(dòng)（發(fā)電機(jī)運(yùn)行）狀態(tài)。

三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法有兩類：機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)。機(jī)械制圖2.24正接反轉(zhuǎn)的反接制動(dòng)接線圖

圖2.25回饋制動(dòng)原理圖

圖2.24正接反轉(zhuǎn)的反接制動(dòng)接線圖

圖2.25回回饋制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：經(jīng)濟(jì)性能好，可將負(fù)載的機(jī)械能變?yōu)殡娔芊祷仉娋W(wǎng)；缺點(diǎn)是：應(yīng)用范圍窄，只有在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速時(shí)才能實(shí)現(xiàn)。

3）能耗制動(dòng)

將正在運(yùn)行中的異步電動(dòng)的定子繞組從電網(wǎng)斷開(kāi)，再將其中一相繞組接到一個(gè)直流電源上，由直流電流勵(lì)磁而在氣隙中建立一個(gè)靜止的磁場(chǎng)。這種制動(dòng)方法是利用轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的慣性，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割靜止磁場(chǎng)的磁通而產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，把轉(zhuǎn)子的動(dòng)能消耗于轉(zhuǎn)子回路的電阻上成為銅耗，故稱能耗制動(dòng)。

能耗制動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：制動(dòng)力強(qiáng)、制動(dòng)平穩(wěn)、對(duì)電網(wǎng)影響??；缺點(diǎn)是：需要一套直流電源裝置，而且制動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的減小而減小，不易制停?；仞佒苿?dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：經(jīng)濟(jì)性能好，可將負(fù)載的機(jī)械能變?yōu)殡娔芊祷仉妶D2.26能耗制動(dòng)接線圖

圖2.26能耗制動(dòng)接線圖

項(xiàng)目小結(jié)

三相異步電動(dòng)機(jī)是通過(guò)定子加對(duì)稱交流電源，形成氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，依靠電磁感應(yīng)作用，在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、產(chǎn)生電流，進(jìn)而產(chǎn)生電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)換。

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速總是與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速存在差異，這是異步電機(jī)運(yùn)行的基本條件，也是它區(qū)別于同步電機(jī)的重要標(biāo)志。

從電磁感應(yīng)本質(zhì)看，異步電動(dòng)機(jī)與變壓器極為相似。因此，可以采用研究變壓器的方法來(lái)分析異步電動(dòng)機(jī)。

異步電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)也有很大差別。異步電動(dòng)機(jī)是一種“單邊勵(lì)磁”電機(jī)，即只有一邊接電源，另一邊靠感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)和電流。因此，從空載到負(fù)載，其氣隙磁場(chǎng)基本不變。而直流電動(dòng)機(jī)則是“雙邊勵(lì)磁”電機(jī)，磁極和電樞兩邊都接電源，其氣隙磁場(chǎng)是隨負(fù)載變化的。

項(xiàng)目小結(jié)

三相異步電動(dòng)機(jī)是通過(guò)定子加對(duì)稱交流電源，形成氣隙

在異步電動(dòng)機(jī)中，不論轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向如何，定、轉(zhuǎn)子基波磁動(dòng)勢(shì)總是相對(duì)靜止的，這是它區(qū)別于同步電動(dòng)機(jī)又一重要標(biāo)志。

三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性n=f（T），可用物理表達(dá)式、參數(shù)表達(dá)式及實(shí)用表達(dá)式去描述。

三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)采取直接啟動(dòng)，因啟動(dòng)電流大，經(jīng)常啟動(dòng)會(huì)使電機(jī)發(fā)熱，所產(chǎn)生的大電動(dòng)力會(huì)影響壽命。

為了克服籠型異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流過(guò)大的缺點(diǎn)，可采取降壓?jiǎn)?dòng)，包括定子電路串接電阻或電抗的降壓?jiǎn)?dòng)、自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)和星三角啟動(dòng)等。由于降壓?jiǎn)?dòng)不但減小了啟動(dòng)電流，同時(shí)也減小了啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，故只宜用于空載或輕載啟動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械。

三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)采取在轉(zhuǎn)子回路中串接適當(dāng)大小的電阻啟動(dòng)或采用以轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動(dòng)代替變電阻啟動(dòng)。

在異步電動(dòng)機(jī)中，不論轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向如何，定、轉(zhuǎn)子基波磁動(dòng)

三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速有變極、變頻及改變轉(zhuǎn)差率3種方法。改變轉(zhuǎn)差率的調(diào)速又包括：轉(zhuǎn)子回路串電阻、改變定子電壓及電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速等方法。

三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)一般采用回饋制動(dòng)、反接制動(dòng)（轉(zhuǎn)速反向反接制動(dòng)與兩相反接制動(dòng)）、能耗制動(dòng)這3種方法。

三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速有變極、變頻及改變轉(zhuǎn)差率3種方法。改變項(xiàng)目2交流電動(dòng)機(jī)的特性及電氣控制原理

項(xiàng)目2交流電動(dòng)機(jī)的特性及電氣控制原理

任務(wù)2.1交流電動(dòng)機(jī)的概述

活動(dòng)情境

介紹交流電機(jī)的分類和應(yīng)用領(lǐng)域，以及它們工作時(shí)的優(yōu)劣點(diǎn)，重點(diǎn)介紹異步電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

任務(wù)要求

通過(guò)概述初步了解交流電動(dòng)機(jī)的相關(guān)知識(shí)。

基本活動(dòng)

交流旋轉(zhuǎn)電機(jī)可分成同步電機(jī)和異步電機(jī)兩大類，如果電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1相等，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間同步地旋轉(zhuǎn)，這種電機(jī)則稱為同步電機(jī)。如果電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不等于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1，轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)時(shí)不同步，這種電機(jī)則稱為異步電機(jī)。

異步電機(jī)主要用來(lái)作為電動(dòng)機(jī)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、價(jià)格便宜、

任務(wù)2.1交流電動(dòng)機(jī)的概述

活動(dòng)情境

介紹交流電機(jī)運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、效率較高等優(yōu)點(diǎn)，因此，得到廣泛的應(yīng)用。

電動(dòng)機(jī)的作用是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，現(xiàn)代各種生產(chǎn)機(jī)械都廣泛應(yīng)用電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。

生產(chǎn)機(jī)械由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有很多優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)化生產(chǎn)機(jī)械的結(jié)構(gòu)；提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量；能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和遠(yuǎn)距離操縱；減輕繁重的體力勞動(dòng)。

電動(dòng)機(jī)可分為交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩大類。在生產(chǎn)上主要用的是交流電動(dòng)機(jī)，特別是三相異步電動(dòng)機(jī)。

異步電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是功率因素低，運(yùn)行時(shí)必須從電網(wǎng)吸收無(wú)功電流來(lái)建立磁場(chǎng)，故其功率因素小于1，大量的異步電動(dòng)機(jī)在電網(wǎng)中運(yùn)行，使電網(wǎng)的功率因素降低，必須用其他的辦法進(jìn)行補(bǔ)償。

異步電機(jī)也可以作為發(fā)電機(jī)使用，在電網(wǎng)尚未達(dá)到的山區(qū)農(nóng)村，要建立小型水電站時(shí)，可以用異步電動(dòng)機(jī)來(lái)發(fā)電，不過(guò)異步電動(dòng)機(jī)的性能較差，只能用于要求不高的地方。運(yùn)行可靠、維護(hù)方便、效率較高等優(yōu)點(diǎn)，因此，得到廣泛的應(yīng)用。

異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)的表示方法，一般采用大寫印刷體的漢語(yǔ)拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字組成，其中漢語(yǔ)拼音字母是根據(jù)電動(dòng)機(jī)的全名稱選擇有代表意義的漢字，再用該漢字的第一個(gè)拼音字母表示（見(jiàn)表2.1）。

異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)的表示方法，一般采用大寫印刷體的漢語(yǔ)拼音字母

每一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)，在其機(jī)座上都有一塊銘牌，銘牌上標(biāo)注著該電動(dòng)機(jī)的額定參數(shù)值，它是選用、安裝和維修電動(dòng)機(jī)時(shí)的依據(jù)。異步電動(dòng)機(jī)的銘牌包含下列額定參數(shù)值：

①額定功率Pe。指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)，軸上輸出的機(jī)械功率，單位為kW。

②額定電壓Ue。指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)，定子繞組上的線電壓，單位為V。

③額定電流Ie。指電動(dòng)機(jī)在額定電壓和額定頻率下，輸出額定功率時(shí)，定子繞組中的線電流，單位為A。

④接法。是指電動(dòng)機(jī)在額定電壓下，定子三相繞組應(yīng)采用的連接方式，一般有三角形和星形兩種連接方式。

⑤額定頻率fe。表示電動(dòng)機(jī)所接的交流電源的頻率，我國(guó)電力網(wǎng)的頻率規(guī)定為50Hz。

每一臺(tái)異步電動(dòng)機(jī)，在其機(jī)座上都有一塊銘牌，銘牌上標(biāo)注著該電電機(jī)與機(jī)床電氣控制項(xiàng)目2--交流電動(dòng)機(jī)的特性及電氣控制原理課件

⑥額定轉(zhuǎn)速n。指電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定電流和額定輸出功率情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位r/min。

⑦絕緣等級(jí)。指電動(dòng)機(jī)繞組所用的絕緣材料的絕緣等級(jí)，它決定了電動(dòng)機(jī)繞組的允許溫升，絕緣等級(jí)與電動(dòng)機(jī)的允許溫升見(jiàn)表2.2。

⑥額定轉(zhuǎn)速n。指電動(dòng)機(jī)在額定電壓、額定電流和額定輸出功率情

對(duì)于各種電動(dòng)機(jī)應(yīng)該了解下列幾個(gè)方面的問(wèn)題：①基本構(gòu)造；②工作原理；③表示轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間關(guān)系的機(jī)械特性；④啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速及制動(dòng)的基本原理和基本方法；⑤應(yīng)用場(chǎng)合和如何正確接用。

任務(wù)2.2三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

活動(dòng)情境

三相異步電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同分為鼠籠型和繞線型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)兩類。鼠籠型和繞線型的定子部分基本相同，所不同的只是轉(zhuǎn)子部分。

任務(wù)要求

1.了解并掌握定子的組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

2.了解并掌握轉(zhuǎn)子的組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

對(duì)于各種電動(dòng)機(jī)應(yīng)該了解下列幾個(gè)方面的問(wèn)題：①基本構(gòu)造；②工

基本活動(dòng)

三相異步電動(dòng)機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部件構(gòu)成，定子與轉(zhuǎn)子之間有一個(gè)很小的空氣隙。此外，還有端蓋、軸承、風(fēng)扇等零部件。

圖2.1鼠籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

基本活動(dòng)

三相異步電動(dòng)機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部件構(gòu)成，定子

2.2.1定子

異步電動(dòng)機(jī)的定子是由基座、定子鐵芯和定子繞組3個(gè)部分組成。

圖2.2小型封閉式異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

2.2.1定子

異步電動(dòng)機(jī)的定子是由基座、定子鐵芯和定（1）定子鐵芯

定子鐵芯是電動(dòng)機(jī)磁路的組成部分，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)定子鐵芯以同步速度旋轉(zhuǎn)，故對(duì)鐵芯內(nèi)某一點(diǎn)來(lái)講，磁通是交變的。

圖2.3定子鐵芯及沖片（1）定子鐵芯

定子鐵芯是電動(dòng)機(jī)磁路的組成部分，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)定定子鐵芯疊成后，其內(nèi)圓形成可以安放定子繞組的槽型，定子槽型有半閉口槽、半開(kāi)口槽和開(kāi)口槽散裝。

圖2.4定子鐵芯槽型及槽內(nèi)繞組布置

定子鐵芯疊成后，其內(nèi)圓形成可以安放定子繞組的槽型，定子槽型有（2）定子繞組

定子繞組有成型硬繞組和散嵌軟繞組兩種。

（3）機(jī)座

機(jī)座的作用是支撐定子鐵芯和固定端蓋。在中、小型電機(jī)中，端蓋兼有軸承座的作用，則機(jī)座還要支撐電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分，故機(jī)座必須有足夠的剛度和強(qiáng)度。

2.2.2氣隙

定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯之間的氣隙：從磁路來(lái)考慮，氣隙大，則磁阻大，勵(lì)磁電流大，電機(jī)的功率因素降低，從這一角度來(lái)考慮，氣隙應(yīng)取較小的數(shù)值，但氣隙太小，電機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)，就可能發(fā)生定、轉(zhuǎn)子相擦（甚至

“悶車”）；另外，從減少高次諧波磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的磁通、減少附加損耗及改善啟動(dòng)性能來(lái)考慮，則氣隙應(yīng)大一些，所以氣隙的大小應(yīng)綜合考慮。（2）定子繞組

定子繞組有成型硬繞組和散嵌軟繞組兩種。

（3

2.2.3轉(zhuǎn)子

異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子可分成兩大類：一類是籠型轉(zhuǎn)子；另一類是繞線轉(zhuǎn)子。

圖2.5異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖

2.2.3轉(zhuǎn)子

異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子可分成兩大類：一類是籠（1）轉(zhuǎn)子鐵芯

轉(zhuǎn)子鐵芯也是電機(jī)磁路的一部分，一般是用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成。

（2）轉(zhuǎn)軸

轉(zhuǎn)軸是支持轉(zhuǎn)子鐵芯和輸出轉(zhuǎn)矩的零件，它必須具有足夠的剛度和強(qiáng)度，以保證負(fù)載時(shí)氣隙均勻及轉(zhuǎn)軸本身不致斷裂。

（3）轉(zhuǎn)子繞組

轉(zhuǎn)子繞組有鼠籠型和繞線轉(zhuǎn)子兩種。

1）鼠籠型轉(zhuǎn)子繞組

鼠籠型轉(zhuǎn)子繞組按結(jié)構(gòu)型式可分為單籠和雙籠兩種，按制造繞組時(shí)使用的材料可以分成銅料焊接和鋁料鑄造兩種。（1）轉(zhuǎn)子鐵芯

轉(zhuǎn)子鐵芯也是電機(jī)磁路的一部分，一般是用0.5

圖2.6鼠籠型轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)示意圖2）繞線轉(zhuǎn)子繞組

繞線轉(zhuǎn)子繞組和定子繞組一樣，也是一個(gè)用絕緣導(dǎo)線繞成的三相對(duì)稱繞組，而且其極數(shù)應(yīng)與該臺(tái)電機(jī)的定子繞組的極數(shù)相同，三相繞組通常接成星形，

圖2.6鼠籠型轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)示意圖2）繞線轉(zhuǎn)子繞組

繞線

繞組的三條引出線分別接到3個(gè)集電環(huán)上，再經(jīng)由一套電刷裝置引出，使轉(zhuǎn)子繞組與外電路接通，當(dāng)啟動(dòng)或調(diào)速時(shí)可以串接附加電阻。

圖2.7繞線式轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)示意圖

繞組的三條引出線分別接到3個(gè)集電環(huán)上，再經(jīng)由一套電刷裝置引任務(wù)2.3三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理

活動(dòng)情境

三相異步電動(dòng)機(jī)能旋轉(zhuǎn)的原因是由定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，然后該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)和電流，再利用電磁感應(yīng)原理，轉(zhuǎn)子繞組會(huì)產(chǎn)生力矩，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)。

任務(wù)要求

1.掌握旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生機(jī)理及注意事項(xiàng)。

2.會(huì)利用電磁感應(yīng)定律來(lái)分析轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的原理。

基本活動(dòng)

三相異步電動(dòng)機(jī)接上電源，就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。這是什么道理呢？為了說(shuō)明這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)原理，下面來(lái)做個(gè)實(shí)驗(yàn)。

如圖2.8所示是一個(gè)裝有手柄的蹄形磁鐵，磁極間放有可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的、由銅條組成的轉(zhuǎn)子。銅條兩端分別用銅環(huán)連接起來(lái)，形似鼠籠，作為鼠籠式任務(wù)2.3三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理

活動(dòng)情境

三相異步電轉(zhuǎn)子。磁極和轉(zhuǎn)子之間沒(méi)有機(jī)械聯(lián)系。當(dāng)搖動(dòng)磁極時(shí)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子跟著磁極一起轉(zhuǎn)動(dòng)。

從這一實(shí)驗(yàn)得出兩點(diǎn)啟示：第一，有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)；第二，轉(zhuǎn)子跟著磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)。異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的原理是與上述實(shí)驗(yàn)相似的。

圖2.8異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)

轉(zhuǎn)子。磁極和轉(zhuǎn)子之間沒(méi)有機(jī)械聯(lián)系。當(dāng)搖動(dòng)磁極時(shí)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子跟著2.3.1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

（1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生

三相異步電動(dòng)機(jī)的定子鐵芯中放有三相對(duì)稱繞組AX，BY和CZ。設(shè)將三相繞組連接成星形，接在三相電源上，繞組中通入三相對(duì)稱電流：

對(duì)稱電流如圖2.9所示。取繞組始端到末端的方向作為電流的參考方向。在電流的正半周時(shí)，其值為正，其實(shí)際方向與參考方向一致；在負(fù)半周時(shí)，其值為負(fù)，其實(shí)際方向與參考方向相反。

在ωt=0的瞬間，定子繞組中的電流方向如圖2.10（a）所示。

如圖2.10（b）所示的是ωt=60°時(shí)定子繞組中電流的方向和三相電流的合成磁場(chǎng)的方向。這時(shí)的合成磁場(chǎng)已在空間轉(zhuǎn)過(guò)了60°。2.3.1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

（1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生

三相異步電動(dòng)機(jī)圖2.9三相對(duì)稱電流圖2.9三相對(duì)稱電流

同理可得，在ωt=90°時(shí)的三相電流的合成磁場(chǎng)，它比ωt=60°時(shí)的合成磁場(chǎng)在空間又轉(zhuǎn)過(guò)了30°，如圖2.10（c）所示。

由上可知，當(dāng)定子繞組中通入三相電流后，它們共同產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)是隨電流的交變而在空間不斷地旋轉(zhuǎn)著，這就是旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

圖2.10三相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（n=1）

同理可得，在ωt=90°時(shí)的三相電流的合成磁場(chǎng)，它比ωt=

（2）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向

如圖2.10（c）所示的情況是A相電流iA=+Im，這時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軸線的方向恰好與A相繞組的軸線一致。在三相電流中，電流出現(xiàn)正幅值的順序?yàn)锳BC，因此，磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向是與這個(gè)順序一致的，即磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向與通入繞組的三相電流的相序有關(guān)，總是從超前電流的相轉(zhuǎn)向滯后電流的相。

如果將同三相電源連接的3根導(dǎo)線的任意兩根的一端對(duì)調(diào)位置（例如，對(duì)調(diào)了B與C兩相），則電動(dòng)機(jī)三相繞組的B相與C相對(duì)調(diào)（注意：電源三相端子的相序未變），旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)因此反轉(zhuǎn)。

（3）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)

三相異步電動(dòng)機(jī)的極數(shù)就是旋轉(zhuǎn)的極數(shù)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)和三相繞組的安排有關(guān)。在上述圖2.11的情況下，每相繞組只有一個(gè)線圈，繞組的始端之間相差120°空間角，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有一對(duì)極，即p=1（p是磁極對(duì)數(shù)）。

（2）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向

如圖2.10（c）所示的情況是A相電圖2.11旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的反轉(zhuǎn)圖2.11旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的反轉(zhuǎn)如將定子繞組安排的如圖2.12所示那樣，即每相繞組有兩個(gè)線圈串聯(lián)，繞組的始端之間差60°空間角，則產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有兩對(duì)極，即p=2，如圖2.13所示。

圖2.12產(chǎn)生四級(jí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的定子繞組如將定子繞組安排的如圖2.12所示那樣，即每相繞組有兩個(gè)線圈圖2.13三相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（p=2）圖2.13三相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（p=2）

（4）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速

至于三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，它與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速有關(guān)，而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定于磁場(chǎng)的極數(shù)。設(shè)電流的頻率為f1，電流每秒鐘交變f1次或每分鐘交變60f1次，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為n1=60f1。轉(zhuǎn)速單位轉(zhuǎn)每分（r/min）。

推知，當(dāng)轉(zhuǎn)速磁場(chǎng)具有p對(duì)極時(shí)，磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為

因此，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n。決定于電流頻率f1和磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)p。

在我國(guó)，工頻f1=50Hz，于是由式（2.1）可得出對(duì)應(yīng)于不同極對(duì)數(shù)p的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1（r/min）。

（4）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速

至于三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，它與旋轉(zhuǎn)磁2.3.2電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理

圖中N，S表示兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（定子產(chǎn)生的），轉(zhuǎn)子中只顯示出兩根導(dǎo)條（銅或鋁）。當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)向順時(shí)針?lè)较驎r(shí)，其磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中就感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)的方向由右手定

則確定。在這里應(yīng)用右手定則時(shí)，可假設(shè)磁極

不動(dòng)，而轉(zhuǎn)子導(dǎo)條向逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)切割磁力

線，這與實(shí)際上磁極順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)磁力線

切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條是相當(dāng)?shù)?。在電?dòng)勢(shì)的作用下，

閉合的導(dǎo)條中就有電流。電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互

作用，而使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到電磁力F。電磁力的方

向可用左手定則來(lái)確定。由電磁力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)

矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。圖2.14轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的原理圖

2.3.2電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理

圖中N，S表示兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（

2.3.3轉(zhuǎn)差率

由圖2.14可知，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方向與磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向相同，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n不可能達(dá)到與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1相等，即n<n1。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速之間必須要有差別。這就是異步電動(dòng)機(jī)名稱的由來(lái)，而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1常稱為同步轉(zhuǎn)速。

用轉(zhuǎn)差率s來(lái)表示轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n與磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n1相差的程度，即

轉(zhuǎn)差率是異步電動(dòng)機(jī)的一個(gè)重要的物理量。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速愈接近磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)差率愈小。

式（2.2）也可寫為

2.3.3轉(zhuǎn)差率

由圖2.14可知，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的方

任務(wù)2.4三相異步電動(dòng)機(jī)的電路分析

活動(dòng)情境

采用等效電路的方法分析異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)中的電動(dòng)勢(shì)、電流是有效的方法，而且可以具體分析定子回路、轉(zhuǎn)子回路中的相關(guān)電量數(shù)據(jù)以及它們彼此之間的關(guān)聯(lián)和影響效果。因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的動(dòng)態(tài)化，所以各個(gè)相關(guān)量也是動(dòng)態(tài)的。

任務(wù)要求

1.會(huì)利用等效電路分析具體的定子電路和轉(zhuǎn)子電路。

2.能分析轉(zhuǎn)子回路各種相關(guān)量的關(guān)系及影響。

基本活動(dòng)

分析異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)中的電動(dòng)勢(shì)、電流，必須采用等效電路的方法。圖2.15是三相異步電動(dòng)機(jī)的每相電路圖。三相異步電動(dòng)機(jī)中的電磁關(guān)系同

任務(wù)2.4三相異步電動(dòng)機(jī)的電路分析

活動(dòng)情境

采用等效變壓器類似。當(dāng)定子繞組接上三相電源（相電壓為u1）時(shí)，則有三相電流（相電流為i1）通過(guò)。定子三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其磁通通過(guò)定子和轉(zhuǎn)子鐵芯而閉合。磁場(chǎng)不僅在轉(zhuǎn)子每相繞組中要感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)e2（由此產(chǎn)生電流i2），而且在定子每相繞組中也要感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)e1。此外，還有漏磁通，在定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生漏磁電動(dòng)勢(shì)eσ1和eσ2。

2.4.1定子電路

由圖2.15可得定子每相電路的電壓方程，即

其中，Ф是通過(guò)每相繞組的磁通最大量，在數(shù)值上它等于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的每

變壓器類似。當(dāng)定子繞組接上三相電源（相電壓為u1）時(shí)，則有三圖2.15三相異步電動(dòng)機(jī)的每相電路圖圖2.16定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組等效電路

圖2.15三相異步電動(dòng)機(jī)的每相電路圖

極磁通；f1是e1的頻率。因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場(chǎng)和定子間的相對(duì)轉(zhuǎn)速為n1，所以

2.4.2轉(zhuǎn)子電路

（1）轉(zhuǎn)子頻率

因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子間的相對(duì)轉(zhuǎn)速為（n1-n），所以轉(zhuǎn)子頻率為

（2）轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)E2

轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)E2的有效值為

在n=0，即s=1時(shí)，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)為

極磁通；f1是e1的頻率。因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場(chǎng)和定子間的相對(duì)轉(zhuǎn)速為

這時(shí)f2=f1，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)最大。

由上式可得出

（3）轉(zhuǎn)子感抗X2

轉(zhuǎn)子感抗X2與轉(zhuǎn)子頻率f2有關(guān)，即

在n=0，即s=1時(shí)，轉(zhuǎn)子感抗為

這時(shí)f2=f1，轉(zhuǎn)子感抗最大。此時(shí)

（4）轉(zhuǎn)子電流I2

轉(zhuǎn)子每相電路的電流可由式（2.12）得出，即

這時(shí)f2=f1，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)最大。

由上式可得出

（3）

可見(jiàn)轉(zhuǎn)子電流I2也與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)。I2隨s變化的關(guān)系可用圖2.17的曲線表示。

圖2.17I2和cosφ2與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系

可見(jiàn)轉(zhuǎn)子電流I2也與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)。I2隨s變化的關(guān)系可（5）轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cosφ2

由于轉(zhuǎn)子有漏磁通，相應(yīng)的感抗為X2，因此，I2比E2滯后Ψ2角。因而轉(zhuǎn)子電路的功率因素為

它也與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)，當(dāng)s增大時(shí)，X2也增大，于是Ψ2增大，即cosφ2減小。

由上述可知，轉(zhuǎn)子電路的各個(gè)物理量，如電動(dòng)勢(shì)、電流、頻率、感抗及功率因素等都與轉(zhuǎn)差率有關(guān)，亦即與轉(zhuǎn)速有關(guān)。

任務(wù)2.5三相異步電動(dòng)機(jī)的功率及轉(zhuǎn)矩

活動(dòng)情境

異步電動(dòng)機(jī)是通過(guò)電磁感應(yīng)作用把電能送到轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)化為軸上輸出的機(jī)械能的，在能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程中電磁轉(zhuǎn)矩起關(guān)鍵作用。（5）轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cosφ2

由于轉(zhuǎn)子有漏磁通，相應(yīng)的

任務(wù)要求

1.理解并掌握異步電動(dòng)機(jī)能量轉(zhuǎn)換及功率傳遞的過(guò)程。

2.通過(guò)機(jī)械特性的分析，掌握額定轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用特點(diǎn)。

基本活動(dòng)

2.5.1功率及功率轉(zhuǎn)換過(guò)程

當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定地負(fù)載運(yùn)行時(shí)，從電源輸入的功率為P1

從等效電路可以看出，在定子電阻R1上要消耗一小部分輸入功率，通常稱為定子銅耗Pcu1。在定子鐵芯中有一小部分輸入功率轉(zhuǎn)變?yōu)闇u流及磁滯損耗，稱為定子鐵耗PFe1。由于轉(zhuǎn)子鐵芯中的頻率在正常運(yùn)行時(shí)僅為1～3Hz，所以轉(zhuǎn)子鐵耗可以忽略不計(jì)。輸入功率P1扣掉Pcu1和PFe1后，余下的大部分輸入功率通過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的電磁作用經(jīng)過(guò)氣隙送到轉(zhuǎn)子，稱為電磁功率PM。

任務(wù)要求

1.理解并掌握異步電動(dòng)機(jī)能量轉(zhuǎn)換及功率傳遞的過(guò)程

圖2.18異步電動(dòng)機(jī)功率流程圖

圖2.18異步電動(dòng)機(jī)功率流程圖

由定子和轉(zhuǎn)子繞組等效電路圖2.18可知，傳送到轉(zhuǎn)子的電磁功率有一小部分消耗在轉(zhuǎn)子電阻R2上，成為轉(zhuǎn)子銅耗pcu2。其余的大部分電磁功率則作為電功率輸出。因此Pm在數(shù)值上為

總的機(jī)械功率不能全部輸出，因?yàn)楫惒诫妱?dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)還有軸承摩擦及風(fēng)阻的損耗pm以及高次諧波、轉(zhuǎn)子中的橫向電流等引起的附加損耗pad，故軸上輸出的功率P2為

綜上所述，可得

式中稱為電機(jī)的總損耗。

由定子和轉(zhuǎn)子繞組等效電路圖2.18可知，傳送到轉(zhuǎn)子的電磁功

2.5.2轉(zhuǎn)矩平衡方程式

從運(yùn)動(dòng)學(xué)的概念可知，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的機(jī)械功率等于機(jī)械轉(zhuǎn)矩與機(jī)械角速度的乘積，將功率平衡方程式除以轉(zhuǎn)子的機(jī)械角速度Ω，即得轉(zhuǎn)矩平衡方程式

即

式中T——電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩；

T2——電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩；

Tm——機(jī)械損耗轉(zhuǎn)矩；

Tad——附加損耗轉(zhuǎn)矩；

T0——空載轉(zhuǎn)矩，為Tm和Tad之和。

2.5.2轉(zhuǎn)矩平衡方程式

從運(yùn)動(dòng)學(xué)的概念可知，旋轉(zhuǎn)機(jī)械

2.5.3轉(zhuǎn)矩公式

對(duì)于已制造好的異步電動(dòng)機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩的大小與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁通的大小及轉(zhuǎn)子電流大小密切相關(guān)?？捎霉奖硎緸?/p>

式中CT——電機(jī)常數(shù)；

cosφ2——轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)。

2.5.4機(jī)械特性曲線

異步電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率主要表現(xiàn)在輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速上，因此，轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)差率是異步電動(dòng)機(jī)的基本變量之一。電磁轉(zhuǎn)矩T變化規(guī)律曲線T=f（s）稱為機(jī)械特性。

2.5.3轉(zhuǎn)矩公式

對(duì)于已制造好的異步電動(dòng)機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩

式中p——極對(duì)數(shù);

U1——電動(dòng)機(jī)外加定子電壓；

f1——定子頻率；

r1,x1σ——定子繞組的電阻和電抗；

r′2,x′2σ——轉(zhuǎn)子繞組的折算電阻和電抗。

當(dāng)異步電機(jī)的定子電壓、頻率及各參數(shù)都為定值時(shí)，改變轉(zhuǎn)差率s的大小，根據(jù)用參數(shù)表示的電磁轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式可算出相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩T，可作出機(jī)械特性T=f（s）曲線。

式中p——極對(duì)數(shù);

U1——電動(dòng)機(jī)外加

圖2.19三相異步電動(dòng)機(jī)的T=f（s）曲線

圖2.20三相異步電動(dòng)機(jī)的n=f（T）曲線

圖2.19三相異步電動(dòng)機(jī)的T=f（s）曲線

圖2.2通過(guò)機(jī)械特性曲線，可以得出三相異步電動(dòng)機(jī)具有如下特點(diǎn)。

①在啟動(dòng)的瞬間，即s=1時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩稱為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst。啟動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流較大，但轉(zhuǎn)子功率因數(shù)很小，故啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst并不是很大。

②如轉(zhuǎn)子達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，即s=0，則轉(zhuǎn)子電流I2=0，此時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩T=0。

③當(dāng)轉(zhuǎn)差率s達(dá)到某一值時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值，故稱為最大轉(zhuǎn)矩Tm,對(duì)應(yīng)于此時(shí)的轉(zhuǎn)差率稱為臨界轉(zhuǎn)差率sm，臨界轉(zhuǎn)差率sm和最大轉(zhuǎn)矩Tm的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

可見(jiàn)，三相異步電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩與電網(wǎng)電壓的平方成正比，最大轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻無(wú)關(guān)；臨界轉(zhuǎn)差率sm與轉(zhuǎn)子電阻成正比。通過(guò)機(jī)械特性曲線，可以得出三相異步電動(dòng)機(jī)具有如下特點(diǎn)。

①在

④轉(zhuǎn)子電阻對(duì)T=f（s）曲線的影響。當(dāng)sm<1時(shí)，隨著轉(zhuǎn)子電阻的增加，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩變大；要使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩Tst=Tm，則sm=1，即

此時(shí)，在轉(zhuǎn)子回路中應(yīng)串入電阻的折算值為

若轉(zhuǎn)子回路串入的電阻超過(guò)該值，sm>1，則說(shuō)明電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩變小。

⑤對(duì)應(yīng)額定負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)矩稱為額定轉(zhuǎn)矩TN，相應(yīng)轉(zhuǎn)差率稱為額定轉(zhuǎn)差率sN。

⑥最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比，稱為電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力Km，它是衡量電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力的一個(gè)重要指標(biāo)。

④轉(zhuǎn)子電阻對(duì)T=f（s）曲線的影響。當(dāng)sm<1時(shí)，隨著轉(zhuǎn)子⑦啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比，稱為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Kst

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩具有如下特點(diǎn)：

①Tst與電壓U1的平方成正比；

②電抗X20愈大，Tst愈小；

③轉(zhuǎn)子電阻R2適當(dāng)增大時(shí)，Tst會(huì)增大。

任務(wù)2.6三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)、調(diào)速和制動(dòng)

活動(dòng)情境

因?yàn)楦鞣N生產(chǎn)機(jī)械經(jīng)常要進(jìn)行啟動(dòng)、調(diào)速和停車，所以作為原動(dòng)機(jī)的異步電動(dòng)機(jī)，其啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)等性能的好壞，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)行有很大影響，所以要針對(duì)不同的運(yùn)行工況采取相對(duì)應(yīng)的運(yùn)行方法。⑦啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比，稱為電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Kst

任務(wù)要求

1.理解并掌握異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方法及應(yīng)用。

2.理解并掌握異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法及應(yīng)用。

3.理解并掌握異步電動(dòng)機(jī)制動(dòng)、反轉(zhuǎn)方法及應(yīng)用。

基本活動(dòng)

2.6.1三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)

三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)是指從電動(dòng)機(jī)接入電網(wǎng)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的這一過(guò)程。

一般衡量三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能的好壞，主要有以下4點(diǎn)：

①啟動(dòng)電流盡可能小；

②啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要足夠大；

③啟動(dòng)所需用的設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、操作方便；

任務(wù)要求

1.理解并掌握異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方法及應(yīng)用。

2.理

④啟動(dòng)過(guò)程中的功率損耗要盡量小。

具體來(lái)講，異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)主要有以下4種方法：

（1）小容量電動(dòng)機(jī)空載或輕載啟動(dòng)——直接啟動(dòng)

小容量電動(dòng)機(jī)空載或帶輕載時(shí)，可以直接啟動(dòng)。為了保證電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)不引起太大的電網(wǎng)壓降，電動(dòng)機(jī)應(yīng)滿足下列經(jīng)驗(yàn)公式的要求：

電動(dòng)機(jī)能否采用直接啟動(dòng)方法，這不僅取決于電動(dòng)機(jī)本身的容量大小，而且還與供電電網(wǎng)容量、供電線路長(zhǎng)短、啟動(dòng)次數(shù)及其他用戶的要求有關(guān)。

（2）中、大容量電動(dòng)機(jī)空載或輕載啟動(dòng)——降壓?jiǎn)?dòng)

凡電動(dòng)機(jī)容量超過(guò)前面所述時(shí)，就不能直接啟動(dòng)。要降低啟動(dòng)電流，最有效的措施就是降壓?jiǎn)?dòng)。

④啟動(dòng)過(guò)程中的功率損耗要盡量小。

具體來(lái)講，異步電動(dòng)機(jī)的啟

降壓?jiǎn)?dòng)是指電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)降低加在定子繞組上的電壓，啟動(dòng)結(jié)束后再升至額定電壓運(yùn)行。降壓?jiǎn)?dòng)可以有效地降低電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流，但由于感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和電壓的關(guān)系為

降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)降低，所以，降壓?jiǎn)?dòng)只適用于電動(dòng)機(jī)空載或輕載啟動(dòng)。常用的降壓?jiǎn)?dòng)方法有星三角降壓?jiǎn)?dòng)、自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)、定子繞組串電阻或電抗降壓?jiǎn)?dòng)、延邊三角形降壓?jiǎn)?dòng)。

1）星三角（Y／△）降壓?jiǎn)?dòng)

星三角降壓?jiǎn)?dòng)是指在額定電壓下正常運(yùn)行時(shí)為三角形接法的電動(dòng)機(jī)，在啟動(dòng)時(shí)采用星形接法從而使三相定子繞組所承受的每相相電壓降低為額定電壓（電源線電壓）的

倍。

降壓?jiǎn)?dòng)是指電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)降低加在定子繞組上的電壓，啟動(dòng)結(jié)圖2.21星三角降壓?jiǎn)?dòng)原理線路圖

圖2.21星三角降壓?jiǎn)?dòng)原理線路圖

當(dāng)定子繞組接成星形啟動(dòng)時(shí)，每相繞組所加電壓為U13，設(shè)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)每相阻抗為Zst，則啟動(dòng)時(shí)的線電流為

如用三角形直接啟動(dòng)時(shí)，每相繞組所加電壓為U1，此時(shí)線電流為

兩種接線方法啟動(dòng)電流的比值是

由此可見(jiàn)，用星三角降壓?jiǎn)?dòng)，啟動(dòng)電流為采用三角形接法直接啟動(dòng)時(shí)的1／3，對(duì)降低啟動(dòng)電流很有效，但由于啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst正比于U21，因此，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)降低為采用三角形接法直接啟動(dòng)時(shí)的1／3，即啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)降低，故此種方法只能用于空載或輕載啟動(dòng)的設(shè)備上。

當(dāng)定子繞組接成星形啟動(dòng)時(shí)，每相繞組所加電壓為U13，設(shè)電動(dòng)

2）自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)

自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)也稱啟動(dòng)補(bǔ)償器啟動(dòng)，這種啟動(dòng)方法是利用自耦變壓器來(lái)降低啟動(dòng)時(shí)加在定子三相繞組上的電壓，它由三相自耦變壓器和控制開(kāi)關(guān)等組成。

此時(shí)電源供給電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流為直接啟動(dòng)時(shí)的

倍，因此，用自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)對(duì)限制啟動(dòng)電流很有效。但采用此種方法降低啟動(dòng)電流的同時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也會(huì)相應(yīng)降低到直接啟動(dòng)的

倍。

這種啟動(dòng)方法的優(yōu)點(diǎn)是：可以按容許的啟動(dòng)電流和所需的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩選擇自耦變壓器的變比從而實(shí)現(xiàn)降壓?jiǎn)?dòng)，而且不論電動(dòng)機(jī)定子繞組采用星形接法或三角形接法都可使用；缺點(diǎn)是：投資較大，設(shè)備體積大。

2）自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)

自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)也稱啟動(dòng)補(bǔ)償器啟圖2.22自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)原理線路圖

圖2.22自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)原理線路圖

（3）小容量電動(dòng)機(jī)重載啟動(dòng)——鼠籠電機(jī)的特殊型式

小容量電動(dòng)機(jī)重載啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)的主要問(wèn)題是啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不足。針對(duì)這種情況，解決的辦法有兩個(gè)：其一，是按啟動(dòng)要求，選擇容量更大的電動(dòng)機(jī)；其二，是選用啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較高的特殊型式的電動(dòng)機(jī)。

（4）中、大容量電動(dòng)機(jī)重載啟動(dòng)——繞線電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)

繞線電機(jī)常用轉(zhuǎn)子串接電阻或轉(zhuǎn)子串接頻敏變阻器的方法改善啟動(dòng)性能。繞線電機(jī)轉(zhuǎn)子串接電阻時(shí)，如果阻值選擇合適，可以既增大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，又減小啟動(dòng)電流，從而使兩對(duì)矛盾都得到解決，當(dāng)然投入設(shè)備要多一些，成本較高。

2.6.2三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速

調(diào)速就是在同一負(fù)載下能得到不同的轉(zhuǎn)速，以滿足生產(chǎn)過(guò)程的要求。如果采用電氣調(diào)速，就可以大大簡(jiǎn)化機(jī)械變速機(jī)構(gòu)。三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，（3）小容量電動(dòng)機(jī)重載啟動(dòng)——鼠籠電機(jī)的特殊型式

小容量電動(dòng)圖2.23繞線式電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的接線圖

圖2.23繞線式電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的接線圖

就是人為地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足生產(chǎn)機(jī)械的需要。電動(dòng)機(jī)調(diào)速的方法很多，從轉(zhuǎn)速的表達(dá)式

可以看出，改變電動(dòng)機(jī)