1、第五章 異步電動(dòng)機(jī),5.1 異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理,5.2 異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析,5.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,5.5 三相異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)的測(cè)定,5.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性,5.7 單相異步電動(dòng)機(jī),5.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)與調(diào)速,5.1 異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理,5.1.1 異步電動(dòng)機(jī)的主要用途和分類,一、異步電機(jī)主要用作電動(dòng)機(jī)，去拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械。 異步電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易制造、價(jià)格低廉、運(yùn)行可靠、堅(jiān)固耐用、運(yùn)行效率較高和具有適用的工作特征。 異步電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn):功率因數(shù)較差。異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，必須從電網(wǎng)里吸收落后性的無(wú)功功率，它的功率因數(shù)總是小于。 二、異步

2、電動(dòng)機(jī)的種類很多，從不同角度看，有不同的分類法： （1）按定子相數(shù)分有 單相異步電動(dòng)機(jī)； 兩相異步電動(dòng)機(jī)； 三相異步電動(dòng)機(jī)。 （2）按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分有 繞線式異步電動(dòng)機(jī)； 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。后者又包括單鼠籠異步電動(dòng)機(jī)、雙鼠籠異步電動(dòng)機(jī)和深槽式異步電動(dòng)機(jī)。 此外，根據(jù)電機(jī)定子繞組上所加電壓的大小，又有高壓異步電動(dòng)機(jī)、低壓異步電動(dòng)機(jī)之分。從其它角度看，還有高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩異步電機(jī)、高轉(zhuǎn)差率異步電機(jī)、高轉(zhuǎn)速異步電機(jī)等等。,5.1.2 異步電動(dòng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu),異步電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上主要由定子、轉(zhuǎn)子、氣隙組成。,一、異步電動(dòng)機(jī)的定子： 異步電動(dòng)機(jī)的定子是由機(jī)座、定子鐵心和定子繞組三個(gè)部分組成的。 1、定子鐵心：是電動(dòng)機(jī)

3、磁路的一部分，裝在機(jī)座里。為了降低定子鐵心里的鐵損耗，定子鐵心用用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成的，在硅鋼片的兩面還應(yīng)途上絕緣漆。下圖所示為定子槽,其中(a)是開(kāi)口槽，用于大、中型容量的高壓異步電動(dòng)機(jī)中；(b)是半開(kāi)口槽，用于中型500V以下的異步電動(dòng)機(jī)中；(c)是半閉口槽，用于低壓小型異步電動(dòng)機(jī)中。,3、機(jī)座：主要是為了固定與支撐定子鐵心。如果是端蓋軸承電機(jī)，還要支撐電機(jī)的轉(zhuǎn)子部分。因此，機(jī)座應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。對(duì)中、小型異步電動(dòng)機(jī)，通常用鑄鐵機(jī)座。對(duì)大型電機(jī)，一般采用鋼板焊接的機(jī)座，整個(gè)機(jī)座和座式軸承都固定在同一個(gè)底板上。,2、定子繞組： 高壓大、中型容量的異步電動(dòng)機(jī)定子繞組常采用Y接

4、，只有三根引出線，如圖(a)所示。對(duì)中、小容量低壓異步電動(dòng)機(jī)，通常把定子三相繞組的六根出線頭都引出來(lái)，根據(jù)需要可接成Y形或形，如圖(b)所示。定子繞組用絕緣的銅（或鋁）導(dǎo)線繞成，嵌在定子槽內(nèi)。,三、異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子： 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成的 。 1、轉(zhuǎn)子鐵心：是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，它用0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成。鐵心固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上，整個(gè)轉(zhuǎn)子的外表呈圓柱形。 2、轉(zhuǎn)子繞組：分為籠型和繞線型兩類。 1）籠型轉(zhuǎn)子：籠型繞組是一個(gè)自己短路的繞組。在轉(zhuǎn)子的每個(gè)槽里放上一根導(dǎo)體，在鐵心的兩端用端環(huán)連接起來(lái)，形成一個(gè)短路的繞組。如果把轉(zhuǎn)子鐵心拿掉，則可看出，剩下來(lái)的繞組

5、形狀像個(gè)松鼠籠子，如圖（a) 所示，因此又叫鼠籠轉(zhuǎn)子。導(dǎo)條的材料有用銅的，也有用鋁的。,二、氣隙： 異步電動(dòng)機(jī)的氣隙比同容量直流電動(dòng)機(jī)的氣隙小得多，在中、小型異步電動(dòng)機(jī)中，氣隙一般為0.21.5mm左右。,2）繞線型轉(zhuǎn)子：繞線型轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)嵌放有用絕緣導(dǎo)線組成的三相繞組，一般都聯(lián)接成Y形。轉(zhuǎn)子繞組的三條引線分別接到三個(gè)滑環(huán)上，用一套電刷裝置引出來(lái)，如圖所示。這就可以把外接電阻串聯(lián)到轉(zhuǎn)子繞組回路里去，以改善電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能或調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 與籠型轉(zhuǎn)子相比較，繞線型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)稍復(fù)雜，價(jià)格稍貴，因此只在要求起動(dòng)電流小，起動(dòng)轉(zhuǎn)距大，或需平滑調(diào)速的場(chǎng)合使用。,三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌上標(biāo)明電機(jī)的型號(hào)、額定數(shù)

6、據(jù)等。 一、異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)： 電機(jī)產(chǎn)品的型號(hào)一般采用大寫(xiě)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)拼音字母組成。例如Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)表示如下：,鐵心長(zhǎng)度代號(hào),機(jī)座中心高 機(jī)座長(zhǎng)度代號(hào),5.1.3 異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù),我國(guó)生產(chǎn)的異步電動(dòng)機(jī)種類很多，下面列出一些常見(jiàn)的產(chǎn)品系列。 Y系列為小型鼠籠全封閉自冷式三相異步電動(dòng)機(jī)。用于金屬切削機(jī)床、通用機(jī)械、礦山機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械等。也可用于拖動(dòng)靜止負(fù)載或慣性負(fù)載較大的機(jī)械，如壓縮機(jī)、傳送帶、磨床、錘擊機(jī)、粉碎機(jī)、小型起重機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械等。 JQ2 和JQO2系列是高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩異步電動(dòng)機(jī)

7、，用在起動(dòng)靜止負(fù)載或慣性負(fù)載較大的機(jī)械上。JQ2 是防護(hù)式和JQO2是封閉式的。 JS系列是中型防護(hù)式三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī)。 JR系列是防護(hù)式三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)。用在電源容量小、不能用同容量鼠籠式電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械上。 JSL2 和JRL2系列是中型立式水泵用的三相異步電動(dòng)機(jī)，其中JSL2 是鼠籠式，JRL2是繞線式。JZ2 和JZL2系列是起重和冶金用的三相異步電動(dòng)機(jī)，JZ2是鼠籠式，JZL2是繞線式。 JD2 和JDO2系列是防護(hù)式和封閉式多速異步電動(dòng)機(jī)。 BJO2 系列是防爆式鼠籠異步電動(dòng)機(jī)。 JPZ系列是旁磁式制動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)。 JZZ系列是錐形轉(zhuǎn)子制動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)。 JZT系列是電磁調(diào)

8、速異步電動(dòng)機(jī)。 其他類型的異步電動(dòng)機(jī)可參閱產(chǎn)品目錄。,二、異步電動(dòng)機(jī)的額定值： 異步電動(dòng)機(jī)的額定值包含下列內(nèi)容： （1）額定功率 PN 指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械功率，單位是kw。 （2）額定電壓 UN 指額定運(yùn)行狀態(tài)下加在定子繞組上的線電壓，單位為V。 （3）額定電流IN 指電動(dòng)機(jī)在定子繞組上加額定電壓、軸上輸出額定功率時(shí)，定子繞組中的線電流，單位為A。 （4）額定頻率f 指我國(guó)規(guī)定工業(yè)用電的頻率是50Hz。 （5）額定轉(zhuǎn)速n 指電動(dòng)機(jī)定子加額定頻率的額定電壓，且軸端輸出額定功率時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min 。 （6）額定功率因數(shù) 指電動(dòng)機(jī)定子加額定負(fù)載時(shí)，定子邊的功率因數(shù)。,5.

9、1.4 異步電動(dòng)機(jī)的工作原理,三相異步電動(dòng)機(jī)定子接三相電源后，電機(jī)內(nèi)便形成圓形旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)，圓形旋轉(zhuǎn)磁密，設(shè)其方向?yàn)槟鏁r(shí)針轉(zhuǎn)，如圖所示。若轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子鼠籠導(dǎo)條與旋轉(zhuǎn)磁密有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)條中有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e，方向由右手定則確定。由于轉(zhuǎn)子導(dǎo)條彼此在端部短路，于是導(dǎo)條中有電流，不考慮電動(dòng)勢(shì)與電流的相位差時(shí)，電流方向同電動(dòng)勢(shì)方向。這樣，導(dǎo)條就在磁場(chǎng)中受力f，用左手定則確定受力方向，如圖所示。,動(dòng)畫(huà),轉(zhuǎn)子受力，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩T，為電磁轉(zhuǎn)矩，方向與旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)同方向，轉(zhuǎn)子便在該方向上旋轉(zhuǎn)起來(lái)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后，轉(zhuǎn)速為n，只要nn1（n1為旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)同步轉(zhuǎn)速），轉(zhuǎn)子導(dǎo)條與磁場(chǎng)仍有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)相同方向的電動(dòng)勢(shì)、電

10、流及受力，電磁轉(zhuǎn)矩T仍舊為逆時(shí)針?lè)较?，轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，穩(wěn)定運(yùn)行在T=TL情況下。,轉(zhuǎn)差率是異步電機(jī)的一個(gè)基本物理量，它反映電機(jī)的各種運(yùn)行情況。,轉(zhuǎn)子未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，,電機(jī)理想空載時(shí)，,作為電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速在,范圍內(nèi)變化，轉(zhuǎn)差率在01范圍內(nèi)變化。,負(fù)載越大，轉(zhuǎn)速越低，轉(zhuǎn)差率越大；反之，轉(zhuǎn)差率越小。轉(zhuǎn)差率的大小能夠反映電機(jī)的轉(zhuǎn)速大小或負(fù)載大小。電機(jī)的轉(zhuǎn)速為：,額定運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率一般在0.010.06之間，即電機(jī)轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速。,s,n,),n,n,(,n,n,為轉(zhuǎn)差率,的比值稱,與同步轉(zhuǎn)速,之差,和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,同步轉(zhuǎn)速,1,1,1,-,異步電機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài),根據(jù)轉(zhuǎn)差率的大小和正負(fù),異步電機(jī)有三種運(yùn)行狀態(tài),狀

11、態(tài),電動(dòng),電磁制動(dòng),發(fā)電,實(shí)現(xiàn),5.2 異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行分析,5.2.1 三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)、轉(zhuǎn)子繞組開(kāi)路時(shí)的電磁關(guān)系,正常情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)子總是旋轉(zhuǎn)的，但是為了分析問(wèn)題的方便，在這里我們首先從轉(zhuǎn)子靜止出發(fā)進(jìn)行分析。,一、正方向的規(guī)定：,二、 磁通及磁動(dòng)勢(shì)： 1、勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)：我們給異步電動(dòng)機(jī)通入對(duì)稱的三相交流電時(shí)，將會(huì)在氣隙中會(huì)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)的氣隙磁場(chǎng)，這個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)會(huì)同時(shí)切割定轉(zhuǎn)子繞組，這樣，在兩個(gè)繞組內(nèi)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，但是由于轉(zhuǎn)子繞組是開(kāi)路的所以，沒(méi)有電流，即沒(méi)有磁動(dòng)勢(shì)，由此可見(jiàn)，在這種情況下，整個(gè)氣隙磁場(chǎng)全部是由定子繞組內(nèi)的三相對(duì)稱電流產(chǎn)生，為此，定子磁動(dòng)勢(shì)又叫勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)，定子電

12、流亦叫勵(lì)磁電流。,而由于整個(gè)分析過(guò)程是完全對(duì)稱的，所以我們?cè)诜治鰰r(shí)僅以A相為例來(lái)進(jìn)行講解?？梢?jiàn)，由電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁動(dòng)勢(shì)的特點(diǎn)是： 1）幅值： 2）轉(zhuǎn)向：逆時(shí)針轉(zhuǎn)向。A1B1C1 3）轉(zhuǎn)速：相對(duì)于定子繞組以角頻率 旋轉(zhuǎn)。 4）瞬間位置：正如前面所分析的，當(dāng)A相電流達(dá)到正最大 時(shí)，他所對(duì)應(yīng)的磁動(dòng)勢(shì)也達(dá)到正最大。,轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)的三相異步電機(jī)，相當(dāng)于一臺(tái)副邊開(kāi)路的三相變壓器，其中定子繞組是原繞組，轉(zhuǎn)子繞組是副繞組，只是在磁路中，異步電機(jī)定、轉(zhuǎn)子鐵心中多了一個(gè)空氣隙磁路而已。,2、主磁通和漏磁通： 主磁通：同時(shí)交鏈定子、轉(zhuǎn)子、氣隙構(gòu)成閉和回路的磁通，氣隙里每極主磁通量用1 表示； 漏磁通：只交鏈定子繞

13、組就形成閉合回路，用 表示。,由于氣隙是均勻的，勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)F0產(chǎn)生的主磁通1所對(duì)應(yīng)的氣隙磁密是一個(gè)在氣隙中旋轉(zhuǎn)、在空間按正弦分布的磁密。用空間向量表示為 ， 的位置載其最大值處， 為是氣隙磁密的最大值。氣隙里每極主磁通為： 氣隙磁密和勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì)同方向，這是因?yàn)榇艅?dòng)勢(shì)達(dá)到最大值時(shí)，該處的磁密也為最大。（不考慮磁滯、渦流的影響）,三、感應(yīng)電動(dòng)勢(shì): 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同時(shí)切割定轉(zhuǎn)子繞組,在定、轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E1、E2。 定子、轉(zhuǎn)子每相電動(dòng)勢(shì)之比叫電壓變比，用ke表示，即:,四、勵(lì)磁電流： 和前面分析變壓器的情況是一樣的，勵(lì)磁電流也是由IFe 和I兩分量組成。,有功分量IFe很小，因此 領(lǐng)先 一個(gè)

14、不大的角度。在時(shí)間空間向量圖上， 與 相位相同，與 相位一樣， 和 領(lǐng)先 一個(gè)不大的角度。,五、電壓方程式： 從前面的圖中，我們可以得到相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式，但是在這里需要注意的一點(diǎn)是：定子繞組的漏磁通在定子繞組內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì)，我們稱之為定子漏電動(dòng)勢(shì)，用 表示， 所以，電壓方程式為：,式中Z1=R1+j 為定子一相繞組的漏阻抗。,六、等值電路： 與三相變壓器空載時(shí)一樣，異步電動(dòng)機(jī)也能找出并聯(lián)或串聯(lián)的等值電路。已知： 于是，電壓平衡方程為,所以，可得等值電路如右圖示：,轉(zhuǎn)子回路電壓方程為：,一、磁動(dòng)勢(shì)和磁通: 1、磁動(dòng)勢(shì): 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子被短路的情況和變壓器副邊短路的情況類似。由于轉(zhuǎn)子被

15、短路,所以,當(dāng)在定子繞組內(nèi)通入三相對(duì)稱電流后,產(chǎn)生的沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的磁場(chǎng),不僅在定子繞組內(nèi)產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì),在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)。,5.2.2 三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時(shí)的電磁關(guān)系,在三相對(duì)稱的轉(zhuǎn)子繞組里流過(guò)三相對(duì)稱電流 時(shí)，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子空間旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì) 的特點(diǎn)： 1）幅值： 2）轉(zhuǎn)向：假設(shè)氣隙旋轉(zhuǎn)磁密是逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)及電流的相序就應(yīng)為A2B2C2。,3）轉(zhuǎn)速：相對(duì)于轉(zhuǎn)子繞組為 注意：現(xiàn)在定轉(zhuǎn)子被同一個(gè)磁通所交鏈，所以產(chǎn)生的電流的頻率是相等的。,可見(jiàn)，轉(zhuǎn)子繞組短路的三相異步電機(jī)，作用在磁路上的磁動(dòng)勢(shì)有兩個(gè)：一為定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)；一為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)。由于它們的旋轉(zhuǎn)方向相同

16、，轉(zhuǎn)速又相等，只是一前一后地旋轉(zhuǎn)著，我們稱它們?yōu)橥叫D(zhuǎn)。 既然它們是同步旋轉(zhuǎn)，又作用在同一個(gè)磁路上，把它們按向量的關(guān)系加起來(lái)，得到合成的磁動(dòng)勢(shì)仍用 表示。即:,這個(gè)合成的旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì) ，才是產(chǎn)生氣隙每極主磁通 的磁動(dòng)勢(shì)。主磁通 在定、轉(zhuǎn)子相繞組里感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) 和 。,2、漏磁通： 這種情況下,除定子側(cè)的漏磁通外,轉(zhuǎn)子側(cè)也要產(chǎn)生漏磁通,表現(xiàn)為 注意：變壓器中的主磁通是脈振的， 是它的最大振幅。在異步電動(dòng)機(jī)中，氣隙里主磁通的卻是旋轉(zhuǎn)的，它對(duì)應(yīng)的磁密波沿氣隙圓周方向是正弦分布的，以同步轉(zhuǎn)速相對(duì)于定子旋轉(zhuǎn)， 表示氣隙里每極的磁通量。,二、定轉(zhuǎn)子回路方程:,1、定子回路的電壓方程：,2、轉(zhuǎn)子回路的方程：,

17、根據(jù)前面的分析可知: 式中: 為轉(zhuǎn)子繞組的一相漏阻抗。 轉(zhuǎn)子相電流為:,式中： 為轉(zhuǎn)子繞組回路的功率因數(shù)角。 顯然，上式中的轉(zhuǎn)子側(cè)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流、電抗等的頻率都是 ，轉(zhuǎn)子電流在相位上滯后與電動(dòng)勢(shì) 時(shí)間電角度。 根據(jù)定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)合成關(guān)系，有： 或改寫(xiě)成：,可見(jiàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)子側(cè)電流不為零時(shí)，它也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁動(dòng)勢(shì)，而此時(shí)定子側(cè)的磁動(dòng)勢(shì)此時(shí)變成了 ，這就可以認(rèn)為定子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)里包含著兩個(gè)分量：一個(gè)分量是大小等于 ，而方向與 相反，用 表示，它的作用是抵消轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)對(duì)主磁通的影響；另一個(gè)分量就是勵(lì)磁磁動(dòng)勢(shì) 。它是用來(lái)產(chǎn)生氣隙旋轉(zhuǎn)磁密的。由于這種情況下定子磁動(dòng)勢(shì)已變?yōu)?了，定子繞組里的電流也就變?yōu)?了

18、。,三、轉(zhuǎn)子繞組的折合（折算）： 從前面的分析我們可以看出，分別對(duì)定轉(zhuǎn)子進(jìn)行分析太過(guò)麻煩，異步電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子之間沒(méi)有電路上的聯(lián)結(jié)，只有磁路的聯(lián)系，這點(diǎn)和變壓器的情況相類似 ，所以在這里我們?nèi)圆捎谜鬯愕姆椒?，把轉(zhuǎn)子折算到定子側(cè)，用一個(gè)新轉(zhuǎn)子，它的相數(shù)、每相串聯(lián)匝數(shù)以及繞組系數(shù)都分別和定子的一樣（三相、 、 ）。,但是關(guān)鍵的一點(diǎn)是：要保證轉(zhuǎn)子側(cè)在折算前后對(duì)整個(gè)磁場(chǎng)的影響不能發(fā)生改變，即折算前后轉(zhuǎn)子的總視在功率、有功功率、轉(zhuǎn)子的銅耗和漏磁場(chǎng)儲(chǔ)能均保持不變。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是轉(zhuǎn)子側(cè)的磁動(dòng)勢(shì)沒(méi)有改變，不影響定子邊。 根據(jù)定、轉(zhuǎn)子磁通勢(shì)的關(guān)系： 可以寫(xiě)成,可得：,令,可簡(jiǎn)化為：,而折算前后的電流的關(guān)系為：,稱為

19、電流變比。,式中 是轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù)，只有繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組是三相，鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組一般不是三相，而是 相。 經(jīng)過(guò)折算，從表面上看，好像定、轉(zhuǎn)子之間真的在電路上有了聯(lián)系。,這樣就可以對(duì)相關(guān)的量進(jìn)行折算，折算后的量我們?nèi)坑谩啊眮?lái)表示。 轉(zhuǎn)子回路的電壓方程：,折合后轉(zhuǎn)子漏阻抗與折合前轉(zhuǎn)子漏阻抗的關(guān)系為：,折合前后的功率關(guān)系（轉(zhuǎn)子銅耗、無(wú)功功率）不變。,四、基本方程式、等值電路和相量圖：,整理可得基本方程式為：,由此可畫(huà)出其等值電路、相量圖為：,5.2.3 三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的電磁關(guān)系,一、轉(zhuǎn)差率：,當(dāng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速 開(kāi)始旋轉(zhuǎn)時(shí)，氣隙磁場(chǎng)不再以同步轉(zhuǎn)速 切割轉(zhuǎn)子繞組，同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)

20、子轉(zhuǎn)速之間有一個(gè)同方向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即此時(shí)的氣隙磁場(chǎng)是以一個(gè) 切割轉(zhuǎn)子繞組：,s是一個(gè)沒(méi)有量綱的數(shù)，它的大小也能反映電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。,二、轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)： 當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速 恒速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，此時(shí)一些相應(yīng)的物理量將要結(jié)合轉(zhuǎn)差率發(fā)生相應(yīng)的變化轉(zhuǎn)子回路的電壓方程式為：,上式表明：當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，每相感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)差率s成正比。 轉(zhuǎn)子漏抗 是對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子頻率時(shí)的漏電抗。它與轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子漏電抗 (對(duì)應(yīng)于頻率 Hz)的關(guān)系為： = s,正常運(yùn)行的異步電動(dòng)機(jī)，,三、定、轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)及磁動(dòng)勢(shì)關(guān)系： 下面對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，定、轉(zhuǎn)子繞組電流產(chǎn)生的空間合成磁動(dòng)勢(shì)進(jìn)行分析。 1、定子磁動(dòng)勢(shì) ：同前 2、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì) ： （1）

21、幅值：,（2）轉(zhuǎn)向：由于現(xiàn)在的氣隙磁場(chǎng)在切割轉(zhuǎn)子繞組時(shí)僅是切割速度發(fā)生了變化，而它的旋轉(zhuǎn)方向并沒(méi)有發(fā)生改變，所以此時(shí)是以 的速度沿逆時(shí)針?lè)较蚯懈钷D(zhuǎn)子繞組，因此產(chǎn)生電流的相序仍然是 ， 由轉(zhuǎn)子電流入產(chǎn)生的三相合成旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)向，相對(duì)于轉(zhuǎn)子繞組而言，仍為逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。 （3）轉(zhuǎn)速：,（4）瞬間位置：當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組哪相電流達(dá)正最大值時(shí)，正好位于該相繞組的軸線上。,3、合成磁動(dòng)勢(shì)： （1）幅值：關(guān)于定、轉(zhuǎn)子磁勢(shì)的幅值，不因站在定子上看而有什么改變，仍為前面分析的結(jié)果。 （2）轉(zhuǎn)向：二者的轉(zhuǎn)向相對(duì)于定子都為逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。,（3）轉(zhuǎn)速：相對(duì)與定子繞組而言，定子磁動(dòng)勢(shì) 的轉(zhuǎn)為 ，而轉(zhuǎn)子我們分開(kāi)看，首先轉(zhuǎn)子

22、磁動(dòng)勢(shì)相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速為 ，而轉(zhuǎn)子本身又是以轉(zhuǎn)速 n 旋轉(zhuǎn)，為此站在定子上看轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)速則為 于是，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)相對(duì)于定子繞組的轉(zhuǎn)速為：,可見(jiàn)，轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)和定子磁動(dòng)勢(shì)的轉(zhuǎn)速在空間總是等于同步轉(zhuǎn)速，始終保持相對(duì)靜止，即定、轉(zhuǎn)子磁勢(shì)之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)！所以，感應(yīng)電機(jī)在任何異步轉(zhuǎn)速下均能產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，并實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。 所以，合成的總磁動(dòng)勢(shì)仍用 來(lái)表示。即,四、轉(zhuǎn)子繞組頻率的折合: 通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的分析可知,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)后,轉(zhuǎn)子頻率的大小僅僅影響轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)相對(duì)于轉(zhuǎn)子本身的轉(zhuǎn)速 ,轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速永遠(yuǎn)為同步轉(zhuǎn)速,與轉(zhuǎn)子電流的頻率無(wú)關(guān),另外,定轉(zhuǎn)子之間是通過(guò)磁動(dòng)勢(shì)相聯(lián)系的,

23、所以只要保持轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的大小不變,至于電流的頻率是多少無(wú)所謂.根據(jù)這個(gè)概念,我們對(duì)下式進(jìn)行變換:,同時(shí)，在頻率變換的過(guò)程中，除了電流有效值保持不變外，轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)角也沒(méi)有發(fā)生任何變化。即,由此可見(jiàn),頻率折算是用一個(gè)靜止的電阻為 的等效轉(zhuǎn)子去代替電阻為r2的實(shí)際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子,等效轉(zhuǎn)子將與實(shí)際轉(zhuǎn)子具有相同的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)。,而把上式得到的電阻的形式再進(jìn)行變形，分解成 ， 很明顯和轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)相比，轉(zhuǎn)子側(cè)多了一個(gè)電阻。,此時(shí)，轉(zhuǎn)子電路雖然經(jīng)過(guò)這種變換，但是從定子邊看轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何不同，兩個(gè)情況下產(chǎn)生的磁通勢(shì)的幅值大小是完全一樣的，這就是轉(zhuǎn)子電路的頻率折算，即：把轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)實(shí)際頻率為f

24、2的電路，變成了轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)、頻率為f1的電路。,我們知道在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)有機(jī)械能產(chǎn)生，在經(jīng)過(guò)了頻率折算后，得到轉(zhuǎn)子側(cè)的頻率和定子側(cè)的頻率相等，而我們知道在轉(zhuǎn)子靜止轉(zhuǎn)子短路的情況下，我們得到兩側(cè)的頻率相等的情況，能量是不能憑空消失的，所以，顯然，此時(shí)我們是用一個(gè)靜止的轉(zhuǎn)子電阻來(lái)代替旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子電阻，即用在靜止的轉(zhuǎn)子上消耗的電功率來(lái)等值代替旋轉(zhuǎn)的時(shí)候產(chǎn)生的機(jī)械能。,再考慮把轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù)、匝數(shù)以及繞組系數(shù)都折合到定子邊，轉(zhuǎn)子回路的電壓方程式則變?yōu)椋?當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路進(jìn)行了頻率折合后，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)的幅值可寫(xiě)成:,再考慮轉(zhuǎn)子繞組的相數(shù)、匝數(shù)折合，又可寫(xiě)成:,這樣一來(lái)，由定、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)的關(guān)系 又可得到

25、 :,五、基本方程式、等值電路和時(shí)-空相量圖 : 1、異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的基本方程式 與異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組短路并把轉(zhuǎn)子堵住不轉(zhuǎn)時(shí)相比較，在基本方程式中，只有轉(zhuǎn)子繞組回路的電壓方程式有所差別，其他幾個(gè)方程式都一樣。于是得到異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的基本方程式為:,2、異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的等值電路:,從等值電路圖上可以看出，轉(zhuǎn)子電路中多了一個(gè)表征機(jī)械負(fù)載的等效電阻 而在這個(gè)電阻上消耗的電功率在數(shù)值上剛好和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的機(jī)械功率相等。,異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速接近同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)差率s很小， /s趨于 ，電流 可認(rèn)為等于零,這時(shí)定子電流就是勵(lì)磁電流,電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)很低。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于額定負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)

26、差率 ， /s 約為 的20倍左右，等值電路里轉(zhuǎn)子邊呈電阻性，功率因數(shù)COS 較高。這時(shí)定子邊的功率因數(shù)COS 也比較高，可達(dá)0.80.85.,由于異步電動(dòng)機(jī)定子漏阻抗不大,異步電動(dòng)機(jī)從空載到額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，由于定于電壓不變，主磁通1基本上也是固定的數(shù)值。因此勵(lì)磁電流也差不多是個(gè)常數(shù)。但是，當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)剛起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速n0（s=1），這時(shí)定子電壓全部降落在定、轉(zhuǎn)子的漏阻抗上，已知定、轉(zhuǎn)子漏阻抗 ，這樣，定、轉(zhuǎn)子漏阻抗上的電壓降近似為定子電壓一半左右。也就是說(shuō)，近似是的一半左右，氣隙主磁通1也將變?yōu)榭蛰d時(shí)的一半左右,這樣,根據(jù)上述五個(gè)基本方程式畫(huà)出的異步電動(dòng)機(jī)時(shí)-空相量圖，與三相變壓器帶純電阻負(fù)載

27、運(yùn)行時(shí)的相量圖相似。,3、異步電動(dòng)機(jī)時(shí)-空相量圖,5.3 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,5.3.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的功率與轉(zhuǎn)矩 一、功率關(guān)系: 三相異步電動(dòng)機(jī)以轉(zhuǎn)速n穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，從電源輸入的電功率為： 定子銅損耗為:,正常情況下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速接近與同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子回路鐵耗很小，可忽略，因此只計(jì)定子回路的鐵耗：,從等值電路看，傳輸給轉(zhuǎn)子回路的電磁功率等于轉(zhuǎn)子回路全部電阻的消耗。 電磁功率也可表示為 ：,轉(zhuǎn)子繞組中的銅損耗為： 這樣電磁功率減去轉(zhuǎn)子銅耗，剩下的就是等效電阻上的損耗，而此損耗實(shí)際上是電機(jī)轉(zhuǎn)軸上總的機(jī)械功率，用 表示，即： 電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)，會(huì)產(chǎn)生軸承以及風(fēng)阻等摩擦阻轉(zhuǎn)矩，這也要損耗一部分功率，把

28、這部分功率叫做機(jī)械損耗，用 表示，當(dāng)然除了這些損耗外，還有一些附加損耗等， 因此，輸出功率為：,所以整個(gè)功率傳遞過(guò)程中的功率關(guān)系為：,從以上功率關(guān)系定量分析中看出，異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)電磁功率、轉(zhuǎn)子回路銅損耗和機(jī)械功率三者之間的關(guān)系是：,功率流程圖：,二、轉(zhuǎn)矩關(guān)系： 機(jī)械功率 除以軸的角速度就是電磁轉(zhuǎn)矩 ，即：,式中1為同步角速度（用機(jī)械角表示），故對(duì)功率表達(dá)式進(jìn)行變形可得：,T0為空載轉(zhuǎn)矩，,三、電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式： 電磁功率除以同步機(jī)械角速度 可得電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式為：,式中 ： 是一常數(shù)，叫轉(zhuǎn)矩系數(shù)。,5.3.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指在定子電壓、頻率和參

29、數(shù)固定的條件下，電磁轉(zhuǎn)矩T 與轉(zhuǎn)速 （或轉(zhuǎn)差率 ）之間的函數(shù)關(guān)系。 一、機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式:,異步電機(jī)等值電路中，由于勵(lì)磁阻抗比定、轉(zhuǎn)子漏阻抗大很多，把T 型等值電路中勵(lì)磁阻抗這一段電路前移來(lái)計(jì)算 ，誤差很小,故有:,由前所述，,可得，,這就是機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式。固定 U1、f1 及阻抗等參數(shù)，畫(huà)成曲線便為T(mén)s曲線。,三相異步電動(dòng)機(jī)在電壓、頻率均為額定值不變，定、轉(zhuǎn)子回路不串入任何電路元時(shí)的機(jī)械特性稱為固有機(jī)械特性。,二、固有機(jī)械特性: 1、固有機(jī)械特性曲線:,固有機(jī)械特性曲線,從圖上可以看出相異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性不是一條直線，它具有以下特點(diǎn)： （1）在 0S1，即 n 1n0 的范圍內(nèi)

30、，特性在第象限，電磁轉(zhuǎn)矩 T 和轉(zhuǎn)速 n 都為正，從正方向規(guī)定判斷，T 與 n 同方向。電動(dòng)機(jī)工作在這范圍內(nèi)是電動(dòng)狀態(tài)。,（2）在 S0范圍內(nèi)，n n 1 ，特性在第象限，電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)值，是制動(dòng)性轉(zhuǎn)矩，電磁功率也是負(fù)值，是發(fā)電狀態(tài)，機(jī)械特性在 S0 和 S0 兩個(gè)范圍內(nèi)近似對(duì)稱。,（3）在 S 1范圍內(nèi)，nO，特性在第象限，T 0，也是一種制動(dòng)狀態(tài)，在第象限電動(dòng)狀態(tài)的特性上，B點(diǎn)為額定運(yùn)行點(diǎn)，其電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速均為額定值。A點(diǎn)，n = n 1 ，T =0,為理想空載運(yùn)行點(diǎn)；C點(diǎn)是電磁轉(zhuǎn)矩最大點(diǎn)，D點(diǎn) n =0，轉(zhuǎn)矩為T(mén)S，為起動(dòng)點(diǎn)（見(jiàn)圖 ）。,2、最大電磁轉(zhuǎn)矩: 正、負(fù)最大電磁轉(zhuǎn)矩可以從參數(shù)表達(dá)

31、式求得，令 : 得到最大電磁轉(zhuǎn)矩: 最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率稱為臨界轉(zhuǎn)差率,一般地， 值不超過(guò) 的5%，可忽略，則有: 也就是說(shuō)，異步發(fā)電機(jī)狀態(tài)和電動(dòng)機(jī)狀態(tài)的最大電磁轉(zhuǎn)矩絕對(duì)值可近似認(rèn)為相等，臨界轉(zhuǎn)差率也近似認(rèn)為相等，機(jī)械特性具有對(duì)稱性。,過(guò)載倍數(shù)：最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定電磁轉(zhuǎn)矩的比值，或稱最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)，用表示。即：,一般三相異步電動(dòng)機(jī)=1.62.2,起重、冶金用的異步電動(dòng)機(jī)=2.22.8。 3、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩： 對(duì)應(yīng) n =0，S =1的電磁轉(zhuǎn)矩，用,Ts 表示。,可見(jiàn)，TS 與電壓平方成正比，而且轉(zhuǎn)子電阻越大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大，漏電抗越大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩越小。 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù):起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩的比值，用 表示，即

32、： 電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，只有 TS 大于(1.11.2)倍的負(fù)載轉(zhuǎn)矩才可以順利起動(dòng)。一般異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù) =0.81.2。,三、人為機(jī)械特性： 從機(jī)械特性表達(dá)式上可以看出：可以通過(guò)改變一些參數(shù)使得特性曲線更滿足用戶的需要,這樣就得到了異步電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性曲線。 1、降低定子端電壓的人為機(jī)械特性：,從表達(dá)式上可以看出：異步電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速與電壓無(wú)關(guān)，電磁轉(zhuǎn)矩T 與 U12 成正比，為此最大轉(zhuǎn)矩以及起動(dòng)轉(zhuǎn)矩都要隨 U1 的降低而按 U1 2 的平方減小。而最大轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率 Sm 不變。,2轉(zhuǎn)子回路串入三相對(duì)稱電阻的人為機(jī)械特性: 繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)通過(guò)滑環(huán)，可以把三相對(duì)稱電阻串入轉(zhuǎn)子回路而

33、后三相再短路。從表達(dá)式上可以看出,最大電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子每相電阻值無(wú)關(guān)，即轉(zhuǎn)子串入電阻后，Tm 不變。轉(zhuǎn)子回路串電阻并不改變同步轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)子回路串入一些電阻，可以增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 。,四、電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用表達(dá)式,工程上常根據(jù)電機(jī)的額定功率、額定轉(zhuǎn)速、過(guò)載能力來(lái)求出實(shí)用表達(dá)式。方法是：,將Tmax和sm代入即可得到機(jī)械特性方程式。,若用額定工作點(diǎn)的 和 ，將其代入上式可得：,故有：,異步電動(dòng)機(jī)的工作特性是指 ， 時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n、定子電流 ,功率因數(shù) ， 電磁轉(zhuǎn)矩T、效率等與輸出功率P2的關(guān)系?？梢酝ㄟ^(guò)直接給異步電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載測(cè)得，也可以利用等值電路計(jì)算而得。,5.4 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性,一、轉(zhuǎn)速特性

34、: 三相異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n 接近于同步轉(zhuǎn)速 。隨著負(fù)載的增加，轉(zhuǎn)速 n 要略微降低，這時(shí)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì) 增大，轉(zhuǎn)子電流 增大，以產(chǎn)生大的電磁轉(zhuǎn)矩來(lái)平衡負(fù)載轉(zhuǎn)矩。因此，隨著 P2 的增加，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 下降，轉(zhuǎn)差率 s 增大。 二、定子電流特性 ： 空載時(shí),轉(zhuǎn)子電流基本上為零,此時(shí)的定子電流就是勵(lì)磁電流 I0, 隨著負(fù)載的增加,轉(zhuǎn)速降低,轉(zhuǎn)子電流增大,定子電流也增大。,三、定子側(cè)功率因數(shù) ： 空載時(shí)定子側(cè)的功率因數(shù)很低，不超過(guò)0.2，接近額定負(fù)載時(shí)，定子電流中的有功電流增加，使功率因數(shù)提高，接近負(fù)載時(shí)，功率因數(shù)接近于1；但是如果進(jìn)一步增大負(fù)載，由于轉(zhuǎn)差率的增大，使功率因數(shù)角增大，則功率

35、因數(shù)減小。,四、電磁轉(zhuǎn)矩特性 ： 穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩方程為 輸出功率 ，所以 。 電動(dòng)機(jī)空載時(shí)， ，隨著負(fù)載增加， 增大，由于機(jī)械角速度變化不大，電磁轉(zhuǎn)矩 T 隨 的變化近似地為一條直線。,五、效率特性 ：,空載時(shí)， = 0， 0，隨著輸出功率的增加，效率也增加。當(dāng)不變損耗等于可變損耗時(shí)，電動(dòng)機(jī)的效率達(dá)到最大。對(duì)中、小型異步電動(dòng)機(jī)，大約 時(shí)，效率最高。如果負(fù)載繼續(xù)增大，效率反而要降低。一般來(lái)說(shuō)，電動(dòng)機(jī)的容量越大，效率越高。,5.5 三相異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)的測(cè)定,5.5.1 短路(堵轉(zhuǎn))實(shí)驗(yàn),短路試驗(yàn)又叫堵轉(zhuǎn)試驗(yàn)，即把繞線式異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組短路，并把轉(zhuǎn)子卡住，不使其旋轉(zhuǎn)，鼠籠式電機(jī)轉(zhuǎn)子本身已

36、短路。 實(shí)驗(yàn)過(guò)程:從 開(kāi)始,逐漸降低電壓。記錄定子繞組加的端電壓、定子電流 和定子輸入功率 。試驗(yàn)時(shí)，還應(yīng)量測(cè)定子繞組每相電阻 的大小。根據(jù)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，畫(huà)出異步電動(dòng)機(jī)的短路特性 、 。,根據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)，可以算出短路阻抗、短路電阻和短路電抗。即：,5.5.2 空載實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)勵(lì)磁阻抗 機(jī)械損耗 pm ，鐵心損耗 pFe 。 試驗(yàn)過(guò)程：轉(zhuǎn)軸上不加任何負(fù)載，即電動(dòng)機(jī)處于空載運(yùn)行，把定子繞組接到額定頻率的三相對(duì)稱電源上，當(dāng)電源電壓為額定值時(shí)，讓電動(dòng)機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間，使其機(jī)械損耗達(dá)到穩(wěn)定值。用調(diào)壓器改變加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓，使其從（1.11.3） 開(kāi)始，逐漸降低電壓 ，直到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生明顯

37、的變化為止。記錄電動(dòng)機(jī)的端電壓、空載電流、空載功率P。和轉(zhuǎn)速 n ，并畫(huà)成曲線。,定子加額定電壓時(shí)，根據(jù)空載試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù) 和 ，可以算出:,5.6 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)與調(diào)速,5.6.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),一、三相異步電動(dòng)機(jī)的直接起動(dòng) 在額定電壓下直接起動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)，由于最初起動(dòng)瞬間主磁通約減少到額定值的一半，功率因數(shù)cos 很低，起動(dòng)電流相當(dāng)大而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大。如普通鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)電流 ， 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 。,一般地說(shuō)，容量在7.5kw 以下的小容量鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)都可直接起動(dòng)。,三相異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)在下面兩種情況下是不可行的： 變壓器與電動(dòng)機(jī)容量之比不足夠大； 起動(dòng)

38、轉(zhuǎn)矩不能滿足要求。 第種情況下需要減小起動(dòng)電流，第種情況下需要加大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。而由前面的分析可知： 所以，降低起動(dòng)電流的方法有：降低電源電壓；加大定子邊電抗或電阻；加大轉(zhuǎn)子邊電阻或電抗。加大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的方法只有適當(dāng)加大轉(zhuǎn)子電阻，但不能過(guò)份，否則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩反而可能減小。 總之，起動(dòng)必須滿足的條件是： 起動(dòng)電流要足夠小；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要足夠大。,二、 三相鼠籠異步電動(dòng)機(jī)的降壓起動(dòng),1、定子串接電抗器起動(dòng)： 三相異步電動(dòng)機(jī)定子串電抗器起動(dòng)，起動(dòng)時(shí)電抗器接入定子電路；起動(dòng)后，切除電抗器，進(jìn)入正常運(yùn)行。顯然此時(shí)的電抗器起到了分壓的作用。三相異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)，其每相等值電路如圖（a）所示，電源電壓 直接加在短路阻

39、抗 上。定子邊串入電抗X 起動(dòng)時(shí)，每相等值電路如圖（b）所示，電壓,加在（jX ）上，而 上的電壓是 。定子邊串電抗起動(dòng)可以理解為增大定子邊電抗值，也可以理解為降低定子實(shí)際所加電壓，其目的是減小起動(dòng)電流。,然而，定子串電抗器起動(dòng)，降低了起動(dòng)電流，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低得更多。因此，定子串電抗器起動(dòng)，只能用于空載和輕載。,2、Y一 起動(dòng)：,適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為三角形接線的電動(dòng)機(jī)。起動(dòng)時(shí)Y接線，運(yùn)行時(shí)接線。,起動(dòng)電流關(guān)系:,特點(diǎn)： Y- 降壓起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低。但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低很多，多用于空載或輕載起動(dòng)的設(shè)備上。,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩關(guān)系:,3. 自耦變壓器降壓起動(dòng),直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流：,降壓后二次側(cè)起動(dòng)電流

40、：,變壓器一次側(cè)電流：,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：,自耦變壓器起動(dòng)不受電動(dòng)機(jī)繞組連接的影響，可以根據(jù)需要選擇分接頭。,缺點(diǎn)：設(shè)備體積大，投資高。適用于不需頻繁起動(dòng)的大容量電動(dòng)機(jī)。,我們?cè)谇斑厡W(xué)過(guò)自耦變壓器的工作原理，在這里就是利用了自耦變壓器有抽頭可供選用，比較靈活，可以實(shí)現(xiàn)不同要求的降壓。,三、三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng),1. 轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器起動(dòng),頻敏變阻器類似只有一次繞組的三相三柱式變壓器，其鐵心是由幾片或十幾片厚鋼板或鐵板疊成。,頻敏變阻器是利用鐵心渦流損耗隨頻率變化而變化的原理改變起動(dòng)電阻的。頻敏變阻器的電阻隨頻率降低而逐漸減小。,頻敏變阻器靜止無(wú)觸點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，大大提高了轉(zhuǎn)子回路功率因

41、數(shù)，既限制了起動(dòng)電流，又提高了起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，應(yīng)用較為廣泛。,2、轉(zhuǎn)子回路串電阻分級(jí)起動(dòng),為了使整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中盡量保持較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、繞線式異步電動(dòng)機(jī)可以采用逐級(jí)切除起動(dòng)電阻的轉(zhuǎn)子串電阻分級(jí)起動(dòng)。起動(dòng)時(shí)串入全部電阻，隨著轉(zhuǎn)速上升逐級(jí)切除所串電阻。起動(dòng)完畢，起動(dòng)電阻全部切除。,為了有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、使起動(dòng)過(guò)程平滑，應(yīng)在轉(zhuǎn)子回路中串入多級(jí)對(duì)稱電阻，并隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸切除起動(dòng)電阻。 起動(dòng)過(guò)程中功率因數(shù)高，但設(shè)備投資大，維修不便。,5.6.2 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng),當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的方向相反時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的不同情況，又可分為：回饋制動(dòng)、反接制動(dòng)、到拉反轉(zhuǎn)及能耗制動(dòng)等。,一、能耗制

42、動(dòng)：,三相異步電動(dòng)機(jī)處于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)速為n ,如果突然切斷三相交流電源，同時(shí)把直流電通入它的定子繞組，結(jié)果，電源切換后的瞬間，三相異步電動(dòng)機(jī)內(nèi)形成了一個(gè)不旋轉(zhuǎn)的空間固定磁動(dòng)勢(shì)，它相對(duì)于旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)變成了一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì),旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針，轉(zhuǎn)速大小為n 。轉(zhuǎn)子繞組則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生電流；進(jìn)而轉(zhuǎn)子受到電磁轉(zhuǎn)矩T 。,顯然T與n反方向，電動(dòng)機(jī)處于制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，T為制動(dòng)性的阻轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速n0時(shí)，磁通勢(shì)與轉(zhuǎn)子相對(duì)靜止，T0，減速過(guò)程才完全終止。系統(tǒng)原來(lái)貯存的動(dòng)能主要被電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換為電能消耗在轉(zhuǎn)子回路中，故稱之為能耗制動(dòng)。,二、反接制動(dòng)： 處于正向電動(dòng)運(yùn)行的三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)，當(dāng)改變?nèi)嚯娫吹南嘈驎r(shí)，電

43、動(dòng)機(jī)便進(jìn)入了反接制動(dòng)過(guò)程。反接制動(dòng)過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)電源相序?yàn)樨?fù)序，（b）圖為拖動(dòng)反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，,反接制動(dòng)的同時(shí)轉(zhuǎn)子回路串入較大電阻時(shí)的反接制動(dòng)機(jī)械特性。電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)從 ABC ，到C點(diǎn)后， T ，可以準(zhǔn)確停車。,如果電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩較小的反抗性恒轉(zhuǎn)矩或拖動(dòng)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行，如果進(jìn)行反接制動(dòng)停車，則必須在降速到n 0時(shí)切斷電源并停車，否則電動(dòng)機(jī)將會(huì)反向起動(dòng)。三相異步電動(dòng)機(jī)反接制動(dòng)停車比能耗制動(dòng)停車速度快，但能量損失較大。一些頻繁正、反轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械，為了迅速改變轉(zhuǎn)向，提高生產(chǎn)率，經(jīng)常采用反接制動(dòng)停車接著反向起動(dòng)的方法。,三、倒拉反轉(zhuǎn)運(yùn)行:,拖動(dòng)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載運(yùn)行的三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)，

44、若在轉(zhuǎn)子回路內(nèi)串入一定值的電阻，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可以降低。如果所串的電阻超過(guò)某一數(shù)值則會(huì)使電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，稱之為倒拉反轉(zhuǎn)制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。 倒拉反轉(zhuǎn)制動(dòng)運(yùn)行是轉(zhuǎn)差率s1的一種穩(wěn)態(tài)，其功率關(guān)系與反接制動(dòng)過(guò)程一樣，電磁功率 0，機(jī)械功率0。但是倒拉反轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)負(fù)載向電動(dòng)機(jī)送入的機(jī)械功率是靠著負(fù)載貯存的位能的減少，是位能性負(fù)載倒過(guò)來(lái)拉著電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。,四、回饋制動(dòng)運(yùn)行： 回饋制動(dòng)運(yùn)行分為正向回饋制動(dòng)運(yùn)行和反向回饋制動(dòng)運(yùn)行。 1、正向回饋制動(dòng)運(yùn)行：通過(guò)將一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能并回饋回電源的現(xiàn)象。電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在第II象限B-C段機(jī)械特性上時(shí)，n0,T0。,整個(gè)回饋制動(dòng)過(guò)程中，始終有n ， 轉(zhuǎn)差率,轉(zhuǎn)子邊送過(guò)來(lái)的電磁功率，除

45、了定子繞組上銅耗外，其余的回饋,給電源了。這時(shí)的三相異步電動(dòng)機(jī)實(shí)際上是一臺(tái)發(fā)電機(jī)。,2、反向回饋制動(dòng)運(yùn)行： 當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，電源為負(fù)相序（A、 C、 B）時(shí)，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行于第IV象限，如圖中的B點(diǎn)，電磁轉(zhuǎn)矩T0，轉(zhuǎn)速 n0,稱為反向回饋制動(dòng)運(yùn)行。,起重機(jī)高速下放重物時(shí)，經(jīng)常采用反向回饋制動(dòng)運(yùn)行方式。若負(fù)載大小不變，轉(zhuǎn)子回路串入電阻后，轉(zhuǎn)速絕對(duì)值加大，如圖中的C點(diǎn)；串入電阻越大，轉(zhuǎn)速絕對(duì)值越高。 反向回饋制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)是一臺(tái)發(fā)電機(jī)，它把從負(fù)載位能減少而輸入的機(jī)械功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡姽β?，然后回送給電網(wǎng)。從節(jié)能的觀點(diǎn)看問(wèn)題，反向回饋制動(dòng)下放重物比能耗制動(dòng)下放重物要好。,5.6.3

46、三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速,異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為：,因此，三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法很多，大致可以分成以下幾種類型： （1）改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速，包括降低電源電壓、繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻等方法；,（2）改變旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)同步轉(zhuǎn)速調(diào)速，包括改變定子繞組極對(duì)數(shù)、改變供電電源頻率等方法； （3）雙饋調(diào)速，包括串級(jí)調(diào)速，屬改變理想空載轉(zhuǎn)速的一種調(diào)速方法； （4）利用轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速。,一、繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速 ：,繞線式電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子回路串接對(duì)稱電阻時(shí)的機(jī)械特性如圖。,從機(jī)械特性看，轉(zhuǎn)子串電阻時(shí)，同步轉(zhuǎn)速和最大轉(zhuǎn)矩不變，但臨界轉(zhuǎn)差率增大。當(dāng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)子串聯(lián)電阻的增大而減小。,轉(zhuǎn)子回路串電阻是屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL=TN時(shí)，,式中s1、s2、s3別是轉(zhuǎn)子串入不同的電阻后的轉(zhuǎn)差率。 這種調(diào)速方法的調(diào)速范圍