1、第一章 概述,定義：以電動機為原動機（動力源）驅(qū)動生產(chǎn)機械的系統(tǒng)的總稱。 目的：將電能轉(zhuǎn)換為機械能，實現(xiàn)生產(chǎn)機械的啟動、停止及速度調(diào)節(jié)，滿足各種生產(chǎn)工藝過程的要求，保證生產(chǎn)過程的正常進行。,總復(fù)習(xí),機電傳動技術(shù)的發(fā)展,動力源：蒸汽機，內(nèi)燃機，電動機 機電傳動方式： 成組拖動：一臺電機拖動多臺設(shè)備，老方式，傳動機構(gòu)復(fù)雜，效率低。 單電機拖動：一臺電機拖動一臺設(shè)備，比成組方式進步。 多電機拖動：多臺電機拖動一臺設(shè)備，現(xiàn)代的傳動方法。,第二章 機電傳動系統(tǒng)的動力學(xué)基礎(chǔ), D 單軸傳動系統(tǒng)的慣性直徑（m）;, G 單軸傳動系統(tǒng)的重力（Kg）。, GD2 應(yīng)視為一個整體物理量。, 運動方程式是研究機電傳

2、動系統(tǒng)最基本的方程式， 由它可描述出系統(tǒng)運動的狀態(tài)及特征。,1 機電傳動系統(tǒng)的運動方程式,2、傳動系統(tǒng)的狀態(tài),根據(jù)運動方程式可知：運動系統(tǒng)有兩種不同的運動狀態(tài)：,即,，為常數(shù)，傳動系統(tǒng)以恒速運動。,TM =TL時傳動系統(tǒng)處于恒速運動的這種狀態(tài)被稱為穩(wěn)態(tài)。,即,傳動系統(tǒng)加速運動。,即,傳動系統(tǒng)減速運動。,TM TL時傳動系統(tǒng)處于加速或減速運動的這種狀態(tài) 被稱為動態(tài)。, 處于動態(tài)時，系統(tǒng)中必然存在一個動態(tài)轉(zhuǎn)矩：, 它使系統(tǒng)的運動狀態(tài)發(fā)生變化。其轉(zhuǎn)矩平衡方程為：,TM = TL + Td,上式表明，在任何情況下，電機所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩總是被軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩（靜態(tài)轉(zhuǎn)矩）與動態(tài)轉(zhuǎn)矩之和所平衡。, 由于傳動系統(tǒng)有

3、多種運動狀態(tài)，相應(yīng)的運動方程式 中的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的方向就不同，因此需要約定方向 的表達規(guī)則。,3、TM、TL、n的參考方向,因為電動機和生產(chǎn)機械以共同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，所以，一般以（或n）的轉(zhuǎn)動方向為參考來確定轉(zhuǎn)矩的正負(fù)。, 當(dāng)TM的實際作用方向與n的方向相同時（符號同），取與n相同的符號，TM為拖動轉(zhuǎn)矩；,1)TM的符號與性質(zhì), 當(dāng)TM的實際作用方向與n的方向相反時，取與n相反的符號，TM為制動轉(zhuǎn)矩。,拖動轉(zhuǎn)距促進運動；制動轉(zhuǎn)距阻礙運動。, 當(dāng)TL的實際作用方向與n的方向相同時（符號反），取與n相反的符號，TL為拖動轉(zhuǎn)矩；,2)TL的符號與性質(zhì), 當(dāng)TL的實際作用方向與n的方向相反時，取與n相同的符

4、號，TL為制動轉(zhuǎn)矩。,4 機電傳動系統(tǒng)的負(fù)載特性, 前面討論的機電傳動系統(tǒng)運動方程中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL 可能是常數(shù)，也可能是轉(zhuǎn)速的函數(shù)。, 我們把同一軸上負(fù)載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系稱為 機電傳動系統(tǒng)的負(fù)載特性。, 就是生產(chǎn)機械的負(fù)載特性，有時也稱為生產(chǎn)機械的 機械特性。 今后均指電機軸上的負(fù)載特性。, 不同類型的生產(chǎn)機械在運動中受阻的性質(zhì)是不同的， 其負(fù)載特性曲線的形狀也有所不同，大致分為：, 恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載特性、離心式通風(fēng)機型負(fù)載特性、 直線型負(fù)載特性、恒功率型負(fù)載特性。,2.3.1 恒轉(zhuǎn)矩型負(fù)載特性, 這一類型負(fù)載特性的特點是：負(fù)載轉(zhuǎn)矩為常數(shù)。 如圖所示。, 依據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩與運動方向的關(guān)系，恒轉(zhuǎn)

5、矩型負(fù)載特性 可分為反抗性轉(zhuǎn)矩和位能性轉(zhuǎn)矩兩種。,a反抗轉(zhuǎn)矩：又稱摩擦性轉(zhuǎn)矩，其特點如下：, 由摩擦、非彈性體的壓縮、拉伸與扭轉(zhuǎn)等作用所產(chǎn)生 的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。, 反抗性轉(zhuǎn)矩的方向恒與運動方向相反，阻礙運動；, 反抗性轉(zhuǎn)矩的大小恒常不變。, 根據(jù)轉(zhuǎn)矩正方向的約定可知，反抗性轉(zhuǎn)矩恒與轉(zhuǎn)速n 的方向相反時取正號，即： n 為正方向時TL 為正，特性在第一象限； n 為負(fù)方向時TL 為負(fù)，特性在第三象限。,b位能性轉(zhuǎn)矩，其特點如下：, 位能性轉(zhuǎn)矩的大小恒常不變；, 作用方向不變，與運動方向無關(guān)，即在某一方向 阻礙運動而在另一方向促進運動。, 位能性轉(zhuǎn)矩是由物體的重力或彈性體的壓縮、拉伸、 扭轉(zhuǎn)等作用所引起

6、的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；,離心式通風(fēng)機型負(fù)載特性, 離心式通風(fēng)型機械特性是按離心力原理工作的， 如離心式鼓風(fēng)機、水泵等，它們的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的大小 與轉(zhuǎn)速n的平方成正比，即：,其中：C為常數(shù)。,特性曲線如圖所示。,直線型負(fù)載特性, 直線型負(fù)載的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的大小與轉(zhuǎn)速n的大小 成正比，即 ：,其中：C為常數(shù)。,特性曲線如圖所示。,恒功率型負(fù)載特性, 恒功率型負(fù)載的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的大小與轉(zhuǎn)速n的 大小成反比，即,其中：C為常數(shù)。例如機床。, 實際應(yīng)用中，負(fù)載可能是單一類型的，也可以是幾種 類型的復(fù)合。,特性曲線如圖所示。,5 機電傳動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件, 機電傳動系統(tǒng)中，電動機與生產(chǎn)機械連成一體， 為了使整個系

7、統(tǒng)運行合理，就要使電動機的機械 特性與生產(chǎn)機械的負(fù)載特性盡量相匹配。, 特性配合好壞的基本要求是系統(tǒng)能穩(wěn)定運行。,1、機電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的含義包括：,1) 系統(tǒng)應(yīng)能以一定速度勻速運行；,2) 系統(tǒng)受某種外部干擾作用（如電壓波動、負(fù)載 轉(zhuǎn)矩波動等）而使運行速度發(fā)生變化，應(yīng)保證 系統(tǒng)在干擾消除后能恢復(fù)到原來的運行速度。,2、機電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件,1) 必要條件, 電動機的輸出轉(zhuǎn)矩TM和負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL大小相等， 方向相反。, 從Tn 坐標(biāo)上看，就是電動機的機械特性曲線 n =f(TM)和生產(chǎn)機械的機械特性曲線n =f(TL) 必須有交點，交點被稱為平衡點。,2) 充分條件, 系統(tǒng)受到干擾后，要具有恢復(fù)

8、到原平衡狀態(tài)的 能力，即： 當(dāng)干擾使速度上升時，有 TMTL 。 這是穩(wěn)定運行的充分條件。,符合穩(wěn)定運行條件的平衡點稱為穩(wěn)定平衡點。,機電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充分必要條件也可表述為：,電動機的機械特性n= f（Tm） 與負(fù)載特性n= f（TL）有交點；,a、b兩點是否為穩(wěn)定平衡點？,a點：,當(dāng)負(fù)載突然增加后,當(dāng)負(fù)載波動消除后, 故a點為系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點。, 同理b點不是穩(wěn)定平衡點。,異步電動機的機械特性,生產(chǎn)機械的機械特性,交點a,交點b,分析舉例, 若我們約定： Ia 電樞電流； Ra 電樞電阻； E 電樞電動勢； U 電機端電壓； Uf 勵磁繞組端電壓； Rf 勵磁調(diào)節(jié)電阻； If 勵磁繞組電流

9、。, 由電磁學(xué)理論很容易 推得：,直流電機機械特性 一般表達式,第3章直流電機的工作原理及特性,1、固有機械特性, 電機的機械特性有固有特性和人為特性之分。, 固有特性又稱自然特性，是指在額定條件下的 n = f(T)曲線。,（1）估算電樞電阻Ra：, 根據(jù)電機銘牌可以計算出關(guān)鍵點而繪出該電機 在額定條件下的 n = f(T) 特性曲線。, 即根據(jù)電機銘牌計算出理想空載點和額定運行點 的坐標(biāo)，再據(jù)此近似地畫出 n = f(T) 特性曲線。,（2）求KeN：,（3）求理想空載轉(zhuǎn)速：,（4）求額定轉(zhuǎn)矩：,重點, 根據(jù)（0,n0）和（Tn,nN）兩點就可以作出他勵電動機 的機械特性曲線。, 正轉(zhuǎn)時，

10、在第一象限； 反轉(zhuǎn)時，在第三象限。, 人為機械特性是指公式 中的供電電壓U 或磁通 不是額定值、電樞電路中 接有外加電阻Rad時的機械特性。（三種）,2、人為機械特性,（1）電樞回路中串接附加電阻時的人為機械特性；,（2）改變電樞電壓U 時的人為機械特性；,（3）改變磁通時的人為機械特性。,3 直流他勵電動機的啟動特性, 啟動電動機就是施電于電動機，使電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動 起來，達到要求轉(zhuǎn)速的過程。, 對直流電動機而言，在未啟動之前n =0、E =0， 而Ra一般很小。, 所以，當(dāng)電動機被直接接入電網(wǎng)并施加額定電壓時， 啟動電流為：, 這個電流很大，一般情況下能達到其額定電流的 （1020）倍。,

11、過大的啟動電流危害很大：,（1） 對電動機本身的影響：, 使電動機在換向過程中產(chǎn)生危險的火花， 燒壞整流子（換向器）；, 過大的電樞電流產(chǎn)生過大的電動應(yīng)力， 可能引起繞組的損壞。,（2） 對機械系統(tǒng)的影響：, 啟動轉(zhuǎn)矩與啟動電流成正比例；, 巨大的啟動轉(zhuǎn)矩在運動系統(tǒng)中產(chǎn)生很大的 動態(tài)轉(zhuǎn)矩；, 過大的動態(tài)轉(zhuǎn)矩會在機械系統(tǒng)和傳動機構(gòu)中產(chǎn)生 過大的動態(tài)轉(zhuǎn)矩沖擊，使機械傳動部件損壞。,（3）對供電電網(wǎng)的影響：, 過大的啟動電流可能會導(dǎo)致保護裝置動作， 導(dǎo)致切斷電源，造成事故；, 或者引起電網(wǎng)電壓的下降，影響其他負(fù)載的 正常運行。,因此，,直流電動機是不允許直接啟動的,若要啟動，必須設(shè)法限制電樞電流！,

12、例如：普通的Z2型直流電動機，規(guī)定電樞的瞬時電流 不得大于額定電流的1.52倍。,4 直流他勵電動機的調(diào)速特性, 調(diào)速（又稱速度調(diào)節(jié)）與速度變化是兩個完全 不同的概念。, 電動機的調(diào)速是在一定的負(fù)載條件下，人為地改變 電動機的電路參數(shù)，以改變電動機的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。, 如圖所示：人為地改變（或 調(diào)節(jié)）電樞回路的電阻大小 造成轉(zhuǎn)速下降，故這種人為 改變某些參數(shù)而造成速度的 變化，稱調(diào)速或速度調(diào)節(jié)。,a 改變電樞電路外串電阻Rad, 從特性方程可看出，在一 定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL下，串入 不同的電阻可以得到不同 的轉(zhuǎn)速。, 在電阻分別為Ra、R1、R2、 R3的情況下，可以分別 得到穩(wěn)定工作點A、C、D和E，

13、對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為 nA、nB、nC、nD。（ RaR1R2R3 ）, 電樞回路串接附加電阻人為機械特性方程為：,Rad越大，電機特性越軟。, 當(dāng)U 和都是額定值時，二者的理想空載轉(zhuǎn)速n0是 相同的，而轉(zhuǎn)速降n卻變大了，即機械特性變軟。, Rad越大，機械特性越軟。, 由不同的Rad可得一族由同一點 (0,n0)發(fā)出的人為機械特性 曲線。,特點：,b 改變電機電樞供電電壓U, 改變電樞供電電壓U 可得如圖所示的一組人為 機械特性曲線：, 從特性曲線可看出，在一定 的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL下，電樞外加 不同電壓可得到不同的轉(zhuǎn)速。, 在電壓分別為 UN、U1、U2、 U3的情況下，可以分別得到 穩(wěn)定工作點a、b、

14、c和d， 對應(yīng)的轉(zhuǎn)速為na、nb、nc、nd。（ UNU1U2U3 ）, 當(dāng) =N、Rad =0、改變電樞電壓U 時，理想空載 轉(zhuǎn)速n0將隨電樞電壓U 的變化而變化，但轉(zhuǎn)速降 n卻不變。, 所以，在不同的電樞電壓U 下， 可得一組平行于固有機械特性 曲線的人為機械特性曲線。, 由于電機絕緣材料耐壓條件 的限制，這種電壓調(diào)速方法 只能在額定電壓值以下調(diào)節(jié)。, 是一種電機降速調(diào)速法。,特點：,例：將電機電樞供電電壓由U1升到UN。, 電壓為U1時，電機工作在U1 特性的b點；此時，穩(wěn)定轉(zhuǎn)速 為nb。, 當(dāng)電壓突然上升到UN時，由于 機械系統(tǒng)的慣性作用，轉(zhuǎn)速n 不變，相應(yīng)的反電動勢也不變， 仍分別為

15、nb和Eb。, 但當(dāng)不考慮電樞電路的電感時，電樞電流將由 突然上升至 ；, 電機轉(zhuǎn)矩也由 突然升至 ；, 此時，電機的工作點雖然由 b點過渡到g點，但由于有 TgTL，所以，系統(tǒng)開始加速。, 反電動勢E也會隨著轉(zhuǎn)速n的 上升而增大，電樞電流則逐漸減少，電機轉(zhuǎn)矩也 相應(yīng)地減少，電機的工作點沿UN由g點移動到a點， 電機轉(zhuǎn)矩又回到TL。,改變電樞回路串接電阻的大小調(diào)速存在如下問題：, 機械特性較軟，電阻愈大則特性愈軟，穩(wěn)定度愈低；, 在空載或輕載時，調(diào)速范圍不大；, 實現(xiàn)無級調(diào)速困難；, 在調(diào)速電阻上消耗大量電能等。, 正因為缺點不少，目前已很少采用，僅在有些起重 機、卷揚機等低速運轉(zhuǎn)時間不長的傳

16、動系統(tǒng)中采用。, 當(dāng)U =UN、Rad =0、而改變磁通 時， 理想空載轉(zhuǎn)速n0和轉(zhuǎn)速降n都要隨磁通 的變化 而變化。, 由于磁通只能在低于其 額定值的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，而 啟動電流為常數(shù)，所以得到 的人為機械特性曲線如右 所示。是一種電機超速調(diào)速法。,當(dāng)磁通過分消弱后，如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，電機電流將大大增加，從而產(chǎn)生過載現(xiàn)象。, 必須注意的是：,當(dāng)=0時，電機轉(zhuǎn)速將升到機械強度不允許的程度。,因此，直流他勵電機啟動前必須先加勵磁電流，且在運轉(zhuǎn)中決不允許勵磁電流為零。,為此，直流他勵電機在使用中，一般都設(shè)有“失磁”保護措施。,c 改變電機主磁通, 改變電機主磁通 的調(diào)速機械特性如圖所示：, 即改變主磁

17、通 可以達到調(diào)速的目的。, 降速時沿c-d-b進行，升速時沿b-e-c進行。, 可平滑無級調(diào)速，但只能弱磁調(diào)速，即在額定轉(zhuǎn) 速以上調(diào)節(jié)；, 調(diào)速特性較軟，且受電動機換向條件等的限制；, 調(diào)速時維持電樞電壓U 和電樞電流Ia不變時， 電動機的輸出功率P=UIa不變，屬恒功率調(diào)速。, 普通他勵電動機的最高轉(zhuǎn)速不得超過額定轉(zhuǎn)速的 1.2倍，所以，調(diào)速范圍不大。, 所以，它往往和調(diào)壓調(diào)速配合使用，即在額定轉(zhuǎn) 速下用降壓調(diào)速；在額定轉(zhuǎn)速之上用弱磁調(diào)速。,特點：,5 直流他勵電動機的制動特性,1、制動與啟動的定義：, 啟動：施電于電動機使電動機速度從靜止加速到 某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的一種運動狀態(tài)。, 制動：電動機

18、脫離電網(wǎng)，或使電動機轉(zhuǎn)速 從某一穩(wěn)定轉(zhuǎn)速開始減速到停止或是 限制位能負(fù)載下降速度的一種運轉(zhuǎn)狀態(tài)。, 注意：電動的制動與自然停車是兩個不同的概念。,a 反饋制動, 電機正常接線時，在外部 條件作用下，電機的實際 轉(zhuǎn)速n大于其理想空載轉(zhuǎn)速 n0，此時，電機即運行于 反饋制動狀態(tài)。,例：電車，走平路時，其電機工作在 電動狀態(tài)下，電磁轉(zhuǎn)矩T 克服 摩擦性負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tr，即T=Tr， 以轉(zhuǎn)速na穩(wěn)定在工作點a。,b 反接制動, 當(dāng)他勵電機的電樞電壓U或電樞電動勢E中的任一個 在外部條件作用下改變了方向時，電機將運行于 反接制動狀態(tài)。,特點：,1）電動機的外加電樞電壓U 與感應(yīng)電動勢E 的方向 在外界的作用

19、下由相反變?yōu)橄嗤?2）電動機的輸出轉(zhuǎn)矩TM與轉(zhuǎn)速n的方向相反。,在反接制動中，把改變電樞電壓U 的方向所產(chǎn)生的反接制動稱為電源反接制動；,而把改變電樞電動勢E的方向所產(chǎn)生的反接制動稱為 倒拉反接制動。,（1).電源反接制動, 設(shè)電動機外加電樞電壓的參考方向為圖中所示。, 當(dāng)電壓的實際方向與參考方向相同時，電動機的 機械特性為：, 其特性曲線如圖（b）中的曲線1所示（正向）。,(2).倒拉反接制動, 設(shè)電機處于正向電動狀態(tài)，以na轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運轉(zhuǎn)， 提升重物。若用在電樞電路中串入附加限流電阻 Rad 的方法下放重物，這時，電機將由固有特性 曲線1的a點過渡到人為特性曲線2的c點，電機轉(zhuǎn)矩 T 遠(yuǎn)小

20、于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL。, 因此，電機 轉(zhuǎn)速將沿著 曲線2下降。, 到d點時， 電機轉(zhuǎn)速為0， 重物停止上升。,C 能耗制動, 電機在電動狀態(tài)運行時，若把外施電樞電壓U突然 降為0，同時用一個附加電阻Rad短接電樞兩端，即 得到能耗制動狀態(tài)。, 此時電機成為發(fā)電機，將機械能轉(zhuǎn)換為電能和熱能。, 此時的機械特性曲線為圖中的曲線2。,1、旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)與旋轉(zhuǎn)速度, 在交流電動機中，旋轉(zhuǎn)磁場相對定子的旋轉(zhuǎn)速度 被稱為同步速度，用n0表示。, 以上討論的旋轉(zhuǎn)磁場，具有一對磁極（磁極對數(shù) 用p 表示）即p=1。, 電流變化經(jīng)過一個周期（變化360電角度），旋轉(zhuǎn) 磁場在空間也旋轉(zhuǎn)了一轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)了360機械角度）， 若

21、電流的頻率為f，旋轉(zhuǎn)磁場每分鐘將旋轉(zhuǎn)60f 轉(zhuǎn)， 即：,第4章 交流電動機的工作原理及特性, 依次類推，當(dāng)有p對磁極時，其轉(zhuǎn)速為：, 所以，旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)速度與電流的頻率成正比 而與磁級對數(shù)成反比。, 但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n 恒小于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）。, 所以，稱為異步電機。, 所以，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場才會永遠(yuǎn)有切割磁力線的 相對運動，才有感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，才會產(chǎn)生 驅(qū)動轉(zhuǎn)子的電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的主要因素。, 我們把轉(zhuǎn)速差(n0-n)與同步轉(zhuǎn)速n0的比值稱為異步 電動機的轉(zhuǎn)差率，用S表示，即：, 轉(zhuǎn)差率S是分析異步電動機運行特性的主要參數(shù)。, 通常，異步電動機在額定負(fù)載時，n 接近n0， 轉(zhuǎn)差率S

22、很小，一般為0.0150.060。,2、轉(zhuǎn)差率, 定子每相繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為：, 它也是正弦量，其有效值為：,式中，f1為e1的頻率。, 因為旋轉(zhuǎn)磁場和定子間的相對轉(zhuǎn)速為n0， 所以有,它等于定子電流的頻率，即 。, 定子每相繞組中還要產(chǎn)生漏磁電動勢：,3、定子電路的分析, 加在定子每相繞組上的電壓分為三個分量，即：,如用復(fù)數(shù)表示，則為：,式中， 和 為定子每相繞組的電阻和漏磁感抗，, 由于R1和X1較小，其上電壓降與電動勢E1比較起來， ?？珊雎?，于是：,4、轉(zhuǎn)子電路的分析, 在討論電機轉(zhuǎn)矩之前，必須弄清轉(zhuǎn)子電路中的各項 物理量：電動勢e2、轉(zhuǎn)子電流i2、轉(zhuǎn)子電流頻率f2、 轉(zhuǎn)子電路的

23、功率因數(shù)cos2、轉(zhuǎn)子繞組的感抗X2。, 旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子每相繞組中感應(yīng)出的電動勢為：,其有效值為 ：,式中，f2為轉(zhuǎn)子電動勢e2或轉(zhuǎn)子電流i2相對于旋轉(zhuǎn) 磁場的頻率。, 因為旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子間的相對轉(zhuǎn)速為 n0-n。, 在 n =0 ，即S =1時，轉(zhuǎn)子電動勢為：,為轉(zhuǎn)子最大電動勢。, 可見轉(zhuǎn)子電動勢E2 與轉(zhuǎn)差率S 有關(guān)。, 和定子電流一樣，轉(zhuǎn)子電流也要產(chǎn)生漏磁通，從而 在轉(zhuǎn)子每相繞組中還要產(chǎn)生漏磁電動勢。, 因此，對于轉(zhuǎn)子每相電路，有 ：, 如用復(fù)數(shù)表示，則為 ：,式中，R2和X2轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻和漏磁感抗 。, 在n =0 ，即S =1 時，轉(zhuǎn)子感抗為：,為轉(zhuǎn)子最大感抗。,可見轉(zhuǎn)子感抗E

24、2 與轉(zhuǎn)差率S 有關(guān)。, 轉(zhuǎn)子每相電路的電流為：, 可見轉(zhuǎn)子電流I2 也與轉(zhuǎn)差率S 有關(guān)。當(dāng)S 增大， 即轉(zhuǎn)速n 降低時，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對轉(zhuǎn)速 增加，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體被磁力線切割的速度提高，于是 E2 增加，I2 也增加。, 轉(zhuǎn)子電流I2 隨轉(zhuǎn)差率S 的變化關(guān)系如圖5.20所示。, 當(dāng)S =0，即n0-n =0，I2 =0；, 當(dāng)S 很小時， ， ， 即與S近似地成正比；, 當(dāng)S 接近于1時， ， 為常數(shù)。, 由于轉(zhuǎn)子有漏磁通L2，相應(yīng)的感抗為X2。, 因此，I2比E2滯后2角， 因而轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)為：, 它也與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)。, 當(dāng)S很小時， ；, 當(dāng)S增大時，X2也增大，于是cos 2 減

25、?。? 當(dāng)S接近于1時，cos 2 R2/X20。,可見電動勢、電流、頻率、感抗及功率因數(shù)都與轉(zhuǎn)速有關(guān)。,5、三相異步電機的固有機械特性, 三相異步電機的轉(zhuǎn)矩是由旋轉(zhuǎn)磁場的每極磁通 與轉(zhuǎn)子電流I2 相互作用而產(chǎn)生的。, 其計算公式為：, 該計算公式的另一表達式為：,其中，Kt與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)； I2轉(zhuǎn)子電流； 每極磁通； 2I2比E2滯后角； R2轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻； U1定子繞組相電壓；U電源電壓； X20電機不動時轉(zhuǎn)子每相繞組的感抗； K與電機結(jié)構(gòu)、電源頻率有關(guān)的常數(shù)。, 從特性曲線上可以看出，其上有 四個特殊點可以決定特性曲線的 基本形狀和異步電動機的運行 性能，這四個特殊點是：,(

26、1) T=0，n=n0(S=0)時，,電動機處于理想空載工作點，此時電動機的轉(zhuǎn)速為 理想空載轉(zhuǎn)速即同步轉(zhuǎn)速。,(2) T=TN，n=nN(S=SN)時，,這時，電動機處于額定工作點。 其額定轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)差率為 ：,式中：,PN電機的額定功率； nN電機的額定轉(zhuǎn)速，一般nN=(0.940.958)N0； SN電機的額定轉(zhuǎn)差率，一般SN=0.060.015； TN電機的額定轉(zhuǎn)矩。,(3) T=Tst，n=0(S=1)時，,電動機處于啟動工作點。,將S=1代入轉(zhuǎn)矩公式中，可得：,可見，異步電動機的啟動轉(zhuǎn)矩Tst與U、 R2及X20 有關(guān)。, 當(dāng)施加在定子每相繞組上的電壓降低 時，啟動轉(zhuǎn)矩會明顯減??；

27、, 當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻適當(dāng)增大時，啟動轉(zhuǎn)矩會增大；, 若增大轉(zhuǎn)子電抗則會使啟動轉(zhuǎn)矩大為減小。, 通常把在固有機械特性上啟動轉(zhuǎn)矩Tst與額定轉(zhuǎn)矩TN 之比st=Tst/TN 作為衡量異步電動機啟動能力的一個 重要數(shù)據(jù)。一般：,(4) T=Tmax，n=nm(S=Sm)時，,電機處于臨界工作點。,欲求轉(zhuǎn)矩的最大值，可令,得臨界轉(zhuǎn)差率：,再將Sm代入轉(zhuǎn)矩公式中，即可得：,上式表明，Tmax對電壓的波動很敏感。,電源電壓過低會引起輸出轉(zhuǎn)矩明顯下降， 甚至低于負(fù)載轉(zhuǎn)矩而造成電機停轉(zhuǎn)。, 通常把在固有機械特性上最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩 之比 稱為電動機的過載能力系數(shù)。, 它表征了電動機能夠承受沖擊負(fù)載的能力大小，

28、是電動機的又一個重要運行參數(shù)。, 鼠籠式異步電動機：, 線繞式異步電動機：,（1）降低電動機電源電壓時的人為特性,n0不變；,Sm不變；,Tmax隨著電壓的減小而大大地減小；,Tst隨著電壓的減小而大大地減小。,改變電源電壓后的人為特性如圖 圖所示。,6、人為特性,（2）定子電路接入電阻或電抗時的人為特性, 在電動機定子電路中外串電阻或電抗后，電動機 端電壓為電源電壓減去定子外串電阻上或電抗上的 壓降，致使定子繞組相電壓降低,這種情況下的人為 機械特性與降低電源電壓時的相似，如圖所示。,（3）改變定子電源頻率時的人為特性,一般變頻調(diào)速采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速， 即希望最大轉(zhuǎn)矩保持為恒值， 為此在改變頻率

29、的同時，電源 電壓也要作相應(yīng)的變化，使 U/f =C，這在實質(zhì)上是使電機 氣隙磁通保持不變。,因此，改變電源頻率 后的機械特性 如圖所示。,n0不變；,Tmax不變；,Sm隨著串接電阻的增加而增大。,此時的人為特性將是一根比固有特性較軟的一條曲線， 如圖 (b)所示。,（4）轉(zhuǎn)子電路串電阻時的人為特性, 要求啟動平滑，即要求啟動時加速平滑，以減小 對生產(chǎn)機械的沖擊。, 啟動設(shè)備安全可靠，力求結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。, 啟動過程中的功率損耗越小越好。, 其中，“足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩”和“啟動電流越小 越好”是衡量電機啟動性能的主要技術(shù)指標(biāo)。,7、三相異步電動機的啟動特性, 異步電動機本身的啟動特性為：,

30、異步電動機在接入電網(wǎng)啟動的瞬時，由于轉(zhuǎn)子處于 靜止?fàn)顟B(tài)，定子旋轉(zhuǎn)磁場以最快的相對速度（即 同步轉(zhuǎn)速）切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出 很大的轉(zhuǎn)子電動勢和轉(zhuǎn)子電流，從而引起很大的 定子電流，一般可達額定電流的57倍。,a. 定子電流大，Ist=(57)IN。,b. 啟動轉(zhuǎn)矩小，Tst=(0.81.5)TN。,啟動時S=1，轉(zhuǎn)子功率因數(shù) 很低，,因而啟動轉(zhuǎn)矩 卻不大。,8、鼠籠式啟動, 一般在有獨立變壓器供電（即變壓器供動力用電） 的情況下，若電動機啟動頻繁時，電動機功率小于 變壓器容量的20%時允許直接啟動；, 若電動機不經(jīng)常啟動，電動機功率小于變壓器容量 的30%時也允許直接啟動；, 如果沒有

31、獨立的變壓器供電（即與照明共用電源） 的情況下，電動機啟動較頻繁，則常按經(jīng)驗公式來 估算，滿足下列關(guān)系則可直接啟動：,1.直接啟動,2、電阻或電抗器降壓啟動, 其接線原理如圖所示。, 啟動時，接觸器KM1斷開，KM 閉合，將啟動電阻Rst串入定子 電路，使啟動電流減小；, 待轉(zhuǎn)速上升到一定程度后再將KM1閉合， Rst被短接，電動機接上全部電壓而趨于穩(wěn)定運行。,缺點：, 啟動轉(zhuǎn)矩隨定子電壓的平方關(guān)系 下降，故它只適用于空載或輕載 啟動的場合；, 不經(jīng)濟，在啟動過程中，電阻器 上消耗能量大，不適用于經(jīng)常 啟動的電動機，若采用電抗器代替 電阻器，則所需設(shè)備費較貴，且體積大。,3、Y-降壓啟動, 啟

32、動時，接觸器觸點KM和KM1 閉合，KM2斷開，將定子繞組 接成Y；, 待轉(zhuǎn)速上升到一定程度后再將KM1 斷開，KM2閉合，定子繞組接成， 電機啟動過程完成，轉(zhuǎn)入正常運行。, 設(shè)U1為電源線電壓，IstY及Ist為定子繞組分別接成 星形及三角形的啟動電流（線電流），Z為電動機 在啟動時每相繞組的等效阻抗。則有：,所以, 即定子繞組接成星形時的啟動電流只有接成三角形 時的啟動電流的1/3。, 同樣，啟動轉(zhuǎn)矩也只有接成三角形時的1/3。, Y-降壓啟動方法的優(yōu)點是： 設(shè)備簡單、經(jīng)濟、啟動電流??；, Y-降壓啟動方法的缺點是：,啟動轉(zhuǎn)矩小，且啟動電壓不能按實際需要調(diào)節(jié)，只適用于空載或輕載啟動的場合；

33、,并只適用于正常運行時定子繞組接線為的異步電動機。, 由于這種方法應(yīng)用廣泛，我國規(guī)定4KW及其以上的 三相異步的額定電壓為380V，連接方法為， 當(dāng)電源線電壓為380V時，它們就可用Y-降壓啟動。,9、線繞式異步電動機的啟動方法, 鼠籠式異步電動機的啟動轉(zhuǎn)矩小，啟動電流大， 因此不能滿足某些生產(chǎn)機械需要高啟動轉(zhuǎn)矩和 低啟動電流的要求。, 線繞式異步電動機由于能在轉(zhuǎn)子電路中串電阻， 因此具有較大的啟動轉(zhuǎn)矩和較小的啟動電流， 即具有較好的啟動特性。, 在轉(zhuǎn)子電路中串電阻的啟動方法常用的有兩種： 逐級切除啟動電阻法和頻敏變阻器啟動法。,逐級切除啟動電阻法, 采用逐極切除啟動電阻的方法，其目的和啟動

34、過程與他勵直流電動機采用逐級切除啟動電阻的 方法相似，主要是為了使整個啟動過程中電機能 保持較大的加速轉(zhuǎn)矩。啟動過程如圖所示：,10、三相異步電動機的調(diào)速特性, 由公式,知，, 在一定負(fù)載下，欲得到不同的轉(zhuǎn)速 n，可以改變： 極對數(shù) P、轉(zhuǎn)差率 S 和電源頻率 f 來獲得。,交流調(diào)速的分類,交流 調(diào)速,變極對 數(shù)調(diào)速,變轉(zhuǎn)差 率調(diào)速,變頻 調(diào)速,改變鼠籠式異步電機定子 繞組的極對數(shù)。,調(diào)壓調(diào)速,轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速,串極調(diào)速,電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速,改變定子電源頻率。,改變定子電壓。,線繞式異步電機轉(zhuǎn)子 電路串電阻。,線繞式異步電機轉(zhuǎn)子電路串電動勢。,滑差電機調(diào)速。, 變極對數(shù)調(diào)速是有級的；, 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速不用調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速，低速時，電阻 能耗大，效率低；, 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速中，只有串級調(diào)速的轉(zhuǎn)差功率才得以 利用，效率較高；, 變頻調(diào)速需要調(diào)節(jié)同步轉(zhuǎn)速，從高速到低速都能 保持很小的轉(zhuǎn)差率，效率高，調(diào)速范圍大，精度高， 是一種較理想的交流電機調(diào)速方法。,改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速, 屬于改變轉(zhuǎn)差率調(diào)速的方法有： 調(diào)壓調(diào)速； 轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速； 串級調(diào)速； 電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速。,1、調(diào)壓調(diào)速,1）異步電機調(diào)壓特性,電壓改變后，Tmax變化， 而n0和Sm不變。,對于恒轉(zhuǎn)矩TL，與不同電壓 下電