建筑电气：三相异步电动机.ppt

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1、2.6 2.6 三相异步电动机三相异步电动机主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 实现机械能与电能互相转换的旋转机械称为电机电机。把机械能转换为电能的电机称为发电机，把电能转换为机械能的电机称为电动机电动机。 现代各种生产机械都广泛应用电动机来拖动。电动机按所消耗的电能种类可分为交流电动机和直流电动机，交流电动机又分为异步异步电动机和同步电动机，其中异步电动机由于结构简单、运行可靠、维护方便、价格便宜，是所有电动机中应用最广泛的一种。 下一页2.6 2.6 三相异步电动机三相异步电动机主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 各种机床、起重机、传送带、鼓风机、水泵以

2、及各种农副产品的加工等都普遍使用三相异步电动机三相异步电动机，各种家用电器、医疗器械和许多小型机械则使用单相异步电动机。异步电动机因其工作原理又叫感应电动机，其容量从几十瓦到几百千瓦，约占全国电动机总容量的85%以上。 下一页2.6 2.6 三相异步电动机三相异步电动机主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材2.6.1 三相异步电动机的结构与铭牌2.6.2三相异步电动机的工作原理2.6.3三相异步电动机的运行特性2.6.4三相异步电动机的起动2.6.5 三相异步电动机的调速返回目录2.6.1 2.6.1 三相异步电动机的结构与铭牌三相异步电动机的结构与铭牌主要内容主要内容普通高等教

3、育“十一五”国家级规划教材1.三相异步电动机的结构2.三相异步电动机的铭牌数据 返回2.6.1 2.6.1 三相异步电动机的结构与铭牌三相异步电动机的结构与铭牌主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材1、三相异步电动机的结构 与其它旋转电机一样，三相异步电机主要由 1）定子定子 2）转子转子 两大部分组成，定、转子之间有气隙。 图2-58表示笼形异步电动机的结构。下一页2.6.1 2.6.1 三相异步电动机的结构与铭牌三相异步电动机的结构与铭牌主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材（1）定子部分 1）定子铁心 定子铁心是异步电动机主磁通磁路的一部分。为了减少旋转磁场在

4、铁心中引起的涡流损耗和磁滞损耗，定子铁心是由导磁性能较好、厚度为0.5mm且冲有一定槽形的硅钢片叠压而成。对于容量较大（10kW以上）的电动机，在硅钢片两面涂以绝缘漆，作为片间绝缘。在定子铁心内圆开有均匀分布的槽，槽内放置定子绕组。下一页2.6.1 2.6.1 三相异步电动机的结构与铭牌三相异步电动机的结构与铭牌主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材2）定子绕组 定子绕组定子绕组是异步电动机定子的电路部分，它由许多线圈按一定的规律联接而成。线圈则由高强度漆包圆铜线或圆铝线绕成；或用高强度漆包扁铝线或扁铜线，或用玻璃丝包扁铜线绕成。放置线圈的槽壁之间必须隔有槽绝缘，以免电机在运行时

5、绕组出现击穿或短路故障。下一页2.6.1 2.6.1 三相异步电动机的结构与铭牌三相异步电动机的结构与铭牌主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 三相异步电动机的定子绕组定子绕组共分三组，分布在定子铁心槽内，它们在定子内圆周空间彼此相隔120电角度，构成对称的三相绕组。三相绕组共有六个出线端，通常接在置于电动机外壳上的接线盒中，三个绕组的首端接头分别用 表示，其对应的末端接头分别用表示，三相定子绕组可以根据需要接成星形或三角形，如图2-59所示。下一页2.6.1 2.6.1 三相异步电动机的结构与铭牌三相异步电动机的结构与铭牌主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材3

6、）机座 机座的作用主要是为了固定与支撑定子铁心，所以要求它有足够的机械强度和刚度。对中小型异步电动机，通常采用铸铁机座；对大型电机，一般则用钢板焊接机座。 下一页2.6.1 2.6.1 三相异步电动机的结构与铭牌三相异步电动机的结构与铭牌主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材（2）转子部分 1)转子铁心 转子铁心的作用与定子铁心相同，一方面作为电动机磁路的一部分，另一方面用来安放转子绕组。它用厚0.5mm且冲有转子槽型的硅钢片叠压而成，中小型电机的转子铁心一般都直接固定在转轴上，而大型异步电机的转子则套在转子支架上，然后让支架固定在转轴上。 下一页2.6.1 2.6.1 三相异步

7、电动机的结构与铭牌三相异步电动机的结构与铭牌主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材2)转子绕组 转子绕组转子绕组的作用是产生感应电动势、流过电流并产生电磁转矩。按其结构形式分为鼠笼型和绕线型两种。下面分别说明这两种绕组特点。 笼型转子绕组 它由嵌放在转子槽内的铜条或铝条，两端由金属环相互连接而构成，它使所有导体处于短路。如图2-60所示，转子绕组形如鼠笼，故又称为鼠笼式电机。100kW以下的异步电动机，一般采用铸铝转子。笼型转子结构简单、制造方便、成本低，运行可靠，从而得到广泛运用。下一页2.6.1 2.6.1 三相异步电动机的结构与铭牌三相异步电动机的结构与铭牌主要内容主要内容

8、普通高等教育“十一五”国家级规划教材绕线型转子绕组 与定子绕组一样，绕线型转子绕组也是一个对称三相绕组。一般接成星形，三根引出线分别接到转轴上的三个与转轴绝缘的集电环上，通过电刷装置与外电路相接。如图2-61所示，它可以把外接电阻串联到转子绕组回路中去，以便改善异步电动机的启动及调速性能。为了减少电刷引起的损耗，中等容量以上的电机还装有一种提刷短路装置。 下一页2.6.1 2.6.1 三相异步电动机的结构与铭牌三相异步电动机的结构与铭牌主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 （3）其他部分及气隙:除了定子、转子外，还有端盖风扇等。端盖除了起防护作用外，还装有轴承，用以支撑转子轴。

9、风扇则用来通风冷却。 异步电动机的定子与转子之间的气隙，比同容量直流电动机的气隙小得多，一般为0.2 2mm。气隙的大小，对电动机的运行性能影响很大。气隙越大，由电网供给的励磁电流也越大，则功率因数愈低，要提高功率因数，气隙应尽可能地减小。但由于装配上的要求及其他原因，气隙又不能过小。 返回2.6.1 2.6.1 三相异步电动机的结构与铭牌三相异步电动机的结构与铭牌主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材2.三相异步电动机的铭牌数据 异步电动机铭牌上标注着电动机的一些必要技术数据，因此使用时必须按照电动机规定的数据来使用。铭牌上标注的额定值主要有以下几项。(1)额定功率PN : 是

10、指电动机在额定运行时,转轴上输出的机械功率，单位是千瓦(kW)。 (2)额定电压UN : 是指额定运行时电网加在定子绕组上的线电压，单位是伏(V)。 下一页2.6.1 2.6.1 三相异步电动机的结构与铭牌三相异步电动机的结构与铭牌主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 (3)额定电流 IN：是指电动机在额定电压下，输出额定功率时，定子绕组中的线电流，单位是安(A)。 (4)额定转速nN:；是指额定运行时电动机的转速，单位是转/分（r/min）。 (5)额定频率fN：是指电动机所接电源的频率，单位。中国的工频频率为50。 (6)绝缘等级： 常用材料绝缘等级按允许温升由低到高有A、

11、E、B、F、H五个等级。 (7)接法接法:星形或三角形联接，常用Y或D表示。它表示定子绕组在额定运行时采用的联接方式。 下一页2.6.1 2.6.1 三相异步电动机的结构与铭牌三相异步电动机的结构与铭牌主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 铭牌上除了上述的额定数据外，还标明了电动机的型号。它一般用来表示电动机的种类和几何尺寸等。如新的系列的异步电动机用字母Y表示，并用中心高表示电动机的直径大小；铁心长度则分别用S、M、L表示，S最短，L最长;电动机的防护型式由字母IP和两个数字表示，I是International（国际）的第一个字母，P为Protection（防护）的第一个字母

12、，IP后面的第一个数字代表第一种防护型式（防尘）的等级，第二个数字代表第二种防护型式（防水）的等级，数字越大，表示防护能力越强。 返回2.6.1 2.6.1 三相异步电动机的结构与铭牌三相异步电动机的结构与铭牌主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材返回2.6.1 2.6.1 三相异步电动机的结构与铭牌三相异步电动机的结构与铭牌主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材返回2.6.1 2.6.1 三相异步电动机的结构与铭牌三相异步电动机的结构与铭牌主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材返回2.6.1 2.6.1 三相异步电动机的结构与铭牌三相异步电动机的结构

13、与铭牌主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材返回2.6.22.6.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.旋转磁场2.三相异步电动机的工作原理工作原理 返回2.6.22.6.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 1.旋转磁场 三相异步电动机的定子绕组是一个空间位置对称的三相绕组，当此三相定子绕组通入三相交流电流后就会在定子内产生一个可以旋转的磁场，称为旋转磁场旋转磁场。 （1）一对极（两极）的旋转磁场:一对极（两极）三相异步电动机的每相定子绕组只有一

14、个线圈。如图2-62所示。为了清楚起见，三相对称绕组每相只用一匝线圈表示。设三相绕组接成星形，如图2-63所示。下一页2.6.22.6.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 当三相绕组的首端接通三相交流电源时，绕组中的三相对称电流分别为 波形如图2-64所示。图中T1为电流周期。设从线圈首端流入的电流为正，从末端流入的电流为负，则在t1到t4的各瞬间三相绕组中的电流的合成磁场如图2-65所示。 下一页2.6.22.6.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材对照图2-

15、64与图2-65分析如下 1)在t1时刻，即t90时，用右手螺旋定则判定，三相电流产生的合成磁场为一两极磁场，如图265（a)所示； （a）t =90图265二极旋转磁场 下一页2.6.22.6.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 2)经过T1/3的时间，在t2时刻，即t=210时，三相电流产生的合成磁场如图265（b）所示，此时两极磁场在空间的位置较t=90时沿顺时针方向旋转了90 ； （b）t =210图265二极旋转磁场下一页2.6.22.6.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理主要内容主要内容普通高等教育

16、“十一五”国家级规划教材 3)经过T1/3的时间，在t3时刻，即t=330时，三相电流产生的合成磁场如图265（c）所示，此时两极磁场在空间的位置较t=210时沿顺时针方向旋转了120 ； （c）t =330图265二极旋转磁场下一页2.6.22.6.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 4)经过T1/3的时间，在t4时刻，两极磁场沿顺时针方向又转到图 265（a）所示的位置较。 可见可见，三相电流经过一个周期，相位变化了360，产生的合成磁场在空间也旋转了一周，磁场旋转的速度与电流的变化同步，且磁场的旋转方向旋转方向与通入定子

17、的三相绕组的电流相序电流相序有关。当iA电流从U1端通入， iA 、 iA分别从V1端和W1端通入，相序相序为顺时针方向，磁场磁场顺时针方向旋转；反之，磁场逆时针方向旋转。下一页2.6.22.6.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 （2）同步转速与磁极对数的关系 除了一对极以外，三相绕组通入三相对称正弦电流还可产生两对极（四极）、三对极（六极）及更多极数。此时，同步转速的表达式为：旋转磁场转速为式中 f 1定子电流的频率（Hz）。（ 290） 下一页2.6.22.6.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理主要内容主

18、要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材表2-2 同步转速与磁极对数的关系表 p123456n1(r.min-1)300015001000750600500 在工频 f1=50Hz时，同步转速n1与磁极对数p的关系如表2-2所示 。（2-91） 返回2.6.22.6.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材2.三相异步电动机的工作原理 图2-66绘出了三相异步电动机的工作原理示意图。前已讲述电机工作的前提前提是产生一旋转磁场。图中N-S磁极则用来表示此旋转磁场。在两个磁极中间装有一个能够转动的圆柱形铁心，在铁心外圆槽内嵌放有导体，

19、导体两端各用一圆环把它们连在一起。下一页2.6.22.6.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 假设磁场转速为n1 ，如图即N-S磁极以n1的速度逆时针方向旋转，这时转子导体就会切割磁力线而感应电动势。用右手定则可以判定，在转子上半部分的导体中，感应电动势的方向 ，下半部分导体的感应电动势方向为。由于转子绕组是闭合回路，所以在感应电动势的作用下出现感应电流，感应电流的方向与电动势相同。 下一页2.6.22.6.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 感感应电流流同旋

20、旋转磁磁场相互作用产生电磁力，由左手定则可以判定电磁力F所形成的电磁转矩T，该转矩使转子以n的速度旋转，旋转方向与磁场的旋转方向相同，这就是感应电动机的基本工作原理。 当然，转子速度必然低于必然低于旋转磁场的转速，否则，转子绕组不受旋转磁场切割切割而不能产生感应电动势和电流，当然也就不能产生电磁力和转矩。异步电动机异步电动机即由此而得名。 ，该转矩使转子以下一页2.6.22.6.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 转子转速n与旋转磁场转速 n1之差称为转差 n，转差 n与同步转速n1之比，称为转差率s (292) 转速（2-9

21、3） 下一页2.6.22.6.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 在电动机的起动瞬间，电动机的转速n=0，即s=1。随着转速的提高，转差率s 减小。正常运行时，异步电动机的转差率s 在0与1之间，即0s1。一般异步电动机的额定转速nN 很接近同步转速n1，所以额定转差率sN 数值很小，在0.010.06之间。 返回2.6.22.6.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材返回2.6.22.6.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理主要内容主要内容普通高等

22、教育“十一五”国家级规划教材返回2.6.22.6.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材返回2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.电磁转矩2.机械特性3.外加电压和转子电阻对机械特性的影响 返回2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材1电磁转矩 三相异步电动机是通过一种旋转磁场与由这种旋转磁场借助于感应作用在转子绕组内所感生的电流相互作用，从而产生电磁转矩而转动，最终

23、实现拖动。可见，电磁转矩起着至关重要的作用。 三相异步电动机的电磁转矩是指电动机的转子受到电磁力的作用而产生的转矩，它是由旋转磁场的每极磁通与转子电流相互作用而产生的。由于转子绕组中不但有电阻而且有电感存在，使转子电流滞后感应电动势一个相位角f2。 下一页2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材可以分析得到，异步电动机的电磁转矩 （294） 式中 CT转矩结构常数，它与电动机结构参量有关； 旋转磁场主磁通最大值； I每相转子电流有效值； cosf2转子电路功率因数。 下一页2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特

24、性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材三相异步电动机的电磁转矩表达式还有（295） 式中 C常数； U1电源电压； s电动机的转差率 ； R2转子每相绕组的电阻； X20 转子静止时每相绕组的感抗。 上式更具体地表示出了异步电动机的转矩与外加电源电压、转差率及转子电路参数的关系。 返回2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材2.机械特性 电动机的机械特性是指电动机的转速与电磁转矩之间的关系，即 n = f ( T ) 。相对应的曲线也称为机械特性曲线。由于转差率与转速之间存在

25、线性关系， 因此通常也用 T = f ( s )表示三相异步电动机的机械特性。 下一页2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 为了分析电动机的运行性能，正确使用电动机，应注意 T = f ( s )和 n = f ( T )曲线上对应的两个区域和三个重要转矩，如图2-67所示。 下一页2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材(1)稳定区和不稳定区： 以最大转矩TMAX为界， n = f ( T )曲线把机械特性分为两个区，上边为稳定运

26、行区，下面为不稳定运行区；同理， T = f ( s )曲线左边为稳定运行区，右边为不稳定运行区。 当电动机工作在稳定区上某一点时，电磁转矩T与轴上的负载转矩TL平衡（忽略空载损耗转矩），此时电机匀速转动。 下一页2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 以图2-68说明，例如当轴上的负载转矩 TL=Ta时，电动机匀速运行在a点，此时的电磁转矩T=Ta ，转速为na，如果负载转矩TL变化，如TL增大到Tb，在最初瞬间由于机械惯性的作用，电动机转速仍为na，因而电磁转矩不能立即改变，故TTL，于是转速n下降，工作点将

27、沿特性曲线下移，电磁转矩自动增大，直至增大到T=Tb，即 T=TL时，下一页2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材n 不再降低，电动机便稳定运行在b点，即在较低的转速下达到新的平衡。同理，当负载转矩TL减小时，工作点上移，电动机又可自动调节到较高的转速下稳定运行。 由此可见，电动机在稳定运行中，其电磁转矩和转速的大小都决定于它所拖动的机械负载。 异步电动机机械特性的稳定区比较平坦，当负载在空载与额定值之间变化时，转速变化不大，一般仅2-8%，这样的机械特性称为硬特性，三相异步电动机的这种硬特性很适应于金属切削机床

28、等工作机械的需要。 下一页2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 如果电动机工作在不稳定区，则电磁转矩不能自动适应负载转矩的变化，因而不能稳定运行。例如负载转矩TL增大使转速n 降低时，工作点将沿特性曲线下移，电磁转矩反而减小，会使电动机的转速越来越低，直到停转（堵转）；当负载转矩TL减小时，电动机转速又会越来越高，直至进入稳定区运行。 下一页2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材(2)三个重要转矩 1)额定转矩TN 额定转矩是电动

29、机在额定负载电压下，以额定转速运行，输出额定功率时，其轴上输出的转矩。当电动机等速转动时，电动机的转矩与阻尼转矩相平衡。阻尼转矩包括负载转矩TN和空载损耗转矩（主要是电机本身的机械损耗转矩） T0 。由于T0很小，通常可忽略，所以下一页2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材（296） 式中 P2异步电动机的输出功率（W）； n异步电动机的转速（r/min）； T异步电动机的输出转矩（Nm）。 下一页2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划

30、教材在实际应用中，P2的单位常用，上式变为 （297） 额定转矩是电动机在额定功率时的输出转矩，当从电动机的铭牌上查得额定功率 P2N和额定转速nN时，可得到 （298） 下一页2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 异步电动机的额定工作点通常大约在机械特性稳定区的中部，为了避免电动机出现过热现象，一般不允许电动机在超过额定转矩的情况下长期运行，但有时候允许短期过载运行。 下一页2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材2)最大转矩TM

31、AX 最大转矩TMAX是电动机能够提供的极限转矩，又称临界转矩。此时，它对应的转速nm称为临界转速，转差率 sm称为临界转差率。电动机运行中机械负载不可超过最大转矩，否则电动机的转速将越来越低，很快导致堵转。异步电动机堵转时电流很大，一般达到额定电流的47倍，这样大的电流如果长时间通过定子绕组，会使绕组过热，甚至烧毁。 下一页2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 为了避免电机出现过热现象，不允许电动机在超过额定转矩的情况下长期运行。另外，只要负载转矩不超过电动机的最大转矩，即电动机的最大过载可以接近最大转矩，过

32、载时间也比较短时，电动机不至于立即过热，这是允许的。最大转矩 TMAX反映了电动机短时容许过载能力。通常以过载系数表示。过载系数为 （299） 下一页2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 一般三相异步电动机的过载系数为1.82.2，在电动机的技术数据中可以查到。一些特殊电机过载系数可以更大。过载是反映电动机过载性能的重要指标。TMAX 、 sm用数学方法亦可以求得 （2100） 式中 k常数。 下一页2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级

33、规划教材3)起动转矩Tst 电动机刚接通电源起动时，转速 n =0，转差率 s =1，这时的转矩称为起动转矩Tst 。如果起动转矩小于负载转矩，即 Tst TL，则电动机不能起动。这时与堵转情况一样，电动机的电流达到最大，容易过热。因此当发现电动机不能起动时，应立即断开电源停止起动，在减轻负载或排除故障以后再重新起动。 下一页2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材如果起动转矩大于负载，即 TstTL时，则电动机的工作点会沿着n = f（）曲线从底部上升，电磁转矩 逐渐增大，转速 n 越来越高，很快越过最大转矩Tm

34、 ，然后随着n 的升高，T又逐渐减小，直到T=TL时，电动机就以某一转速稳定运行，由此可见，只要异步电动机的起动转矩大于负载转矩，一经起动，便迅速进入机械特性的稳定区运行。 下一页2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 异步电动机的起动能力通常用起动转矩与额定转矩的比值Tst /TN来表示。 一般三相鼠笼式异步电动机的起动能力是不大的， Tst /TN约为1.02.2，绕线式异步电动机由于转子可以通过滑环外接电阻器，因而起动能力显著提高。起动能力也可在电动机的技术数据中查到。 Tst亦可用数学方法求得 （2101

35、） 式中 k 常数。 返回2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材3.外加电压和转子电阻对机械特性的影响 由上式可得，最大转矩 TMAX和起动转矩 Tst跟定子电路外加电压 U1的平方成正比，而临界转差率 sm或临界转速 nm则与 U1无关。因此，当 U1降低时， TMAX、Tst减小，sm不变，机械特性曲线向左移，如图2-69所示。下一页2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 例如当电源电压降到额定电压的70%时，最大转矩和起动转矩

36、降为额定值的49%；若电压降到额定值的50%，则转矩降到额定值的25%。可见电源电压对异步电动机的电磁转矩的影响是十分显著的。下一页2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 同理可知，当 U1一定时，临界转差率 sm与 R2成正比，最大转矩 Tm与R2无关，而起动转矩Tst与R2有关。因此，当R2增大时，sm增加，nm下降，Tm不变，而Tst也有所增大，机械特性曲线向下移，如图2-70所示。 下一页2.6.32.6.3三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教

37、材 可见异步电动机在转子电阻增大时，其机械特性变软。绕组式异步电动机就是利用这种特性，在转子电路中串联电阻来改善其起动性能和进行调速的。 返回2.6.42.6.4三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 异步电动机从接入电源开始转动到稳定运转的过程称为起动。对异步电动机起动的要求主要有以下几点: (1)起动电流不能太大.普通笼型异步电动机起动电流约为额定电流的47倍.起动电流太大会使得供电线路电压降增大,同时绕组发热,如果长时间频繁起动会使绕组过热,造成绝缘老化,大大缩短寿命。 (2)要有足够的起动转矩。 (3)起动设备要简单,价格低廉,便于

38、操作及维护。下一页2.6.42.6.4三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 直接起动只能用于小容量电机,对于笼型电动机,其自身的机械强度和热稳定性允许直接起动,但同时受电网容量的限制。一般规定:功率小于7.5kW时允许直接起动；大于7.5kW时,符合下式也可直接起动。（2101） 下一页2.6.42.6.4三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 不能直接起动时可采用降压起动或绕线式电动机转子绕组串变阻器起动: 1.定子回路串接电阻或电抗降压起动 2.自耦变压器降压起动 3.Y-D降压起

39、动 4.绕线式电动机转子绕组串变阻器起动 5.其他方法 返回2.6.42.6.4三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 1.定子回路串接电阻或电抗降压起动 起动时，在定子回路中串入起动电阻Rst 或电抗，则根据分压原理，降低了实际加在定子绕组上的电压，也减小了起动电流。 定子串电阻的原理图如图2-71所示。下一页2.6.42.6.4三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 起动时接触器1KM闭合，2KM断开，电动机定子绕组通过Rst 接入电网降压起动；起动后2KM闭合，切除Rst ，电动机

40、开始正常运行。 该方法起动电阻消耗能量，效率较低。返回2.6.42.6.4三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材2.自耦变压器降压起动 原理图如图2-72所示, TA为自耦变压器。起动时接触器2KM、3KM闭合，1KM断开，电动机定子绕组经TA接至电网，降低了定子电压。当转速接近额定转速时，2KM、3KM断开,1KM闭合，TA被切除，电动机定子绕组经1KM接入电网，起动结束。 该方法优点是起动电流较小、起动转矩较大，但设备体积大、笨重、价格贵、维修不方便。 返回2.6.42.6.4三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动主要内容主要内容普通

41、高等教育“十一五”国家级规划教材返回2.6.42.6.4三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材3.Y-D降压起动 对于正常运行时定子绕组为三角形联结，并有六个出线端子的笼型异步电机，起动时将定子绕组接成星形，以降低起动电压，起动后再接成三角形。原理图如图2-73所示。起动时1KM、3KM闭合, 2KM断开,定子绕组接成星形，当转速接近额定转速时，3KM断开、2KM闭合，定子绕组接成三角形，起动完毕。 该方法起动时，起动电流和起动转矩都降低为全压起动时的三分之一。其起动设备简单，价格便宜，操作方便。它适用于30kW以下的小功率电动机空载或轻载

42、起动。 返回2.6.42.6.4三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材返回2.6.42.6.4三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材4.绕线式电动机转子绕组串变阻器起动 绕线式异步电动机的主要优点之一是：能够在转子绕组中串接外接电阻来改善电动机的起动.原理图如图2-74所示，起动时，一般采用转子串多级起动电阻，然后分级切除起动电阻的方法。 起动开始时，1KM3KM断开，KM闭合，定子接入三相电源，转子串入全部起动电阻，电机加速。随着转速的升高，1KM闭合，切除第一段起动电阻；转速再升高，

43、2KM闭合，同理，3KM闭合，起动电阻全部短路直至起动完毕。返回2.6.42.6.4三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材返回2.6.42.6.4三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 实际使用中,为了克服逐级切除起动电阻的麻烦,以及消除切除电阻时引起的对电流和转矩的冲击,常选用频敏变阻器起动。外形如图2-75所示，它能实现无级起动,其阻抗随转速的升高而自动平滑的减小。频敏变阻器是由厚钢板叠成铁心，并在铁心柱上套有线圈的电抗器，它如同一台没有二次绕组的三相变压器。国产的频敏变阻器有BP1

44、、BP2、BP3、BP4等系列。 返回2.6.42.6.4三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材返回2.6.42.6.4三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材5.其他方法 随着电子和计算机技术的日益发展，传统的起动器不断被新型的软起动器所替代。软起动器有磁控式软起动器和电子式软起动器。 磁控式软起动器是将电子技术和磁控技术相结合，采用磁控原理进行调感调压，使电动机在降压起动过程中电压无级平滑地从初始值按给定斜率上升到额定电压。电动机具有软起动特性，且具有短路、过载、欠压、三相不平衡等保护

45、功能。 下一页2.6.42.6.4三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 电子式软起动器是微处理器和大功率晶闸管相结合的新技术。软起动实质也是一种降压起动，但具有传统起动方法不可比拟的优越性。笼型异步电动机凡不需要调速的场合都可使用，特别用于各种泵类或风机类负载需要软起动与软停车的场合。 此外，变频器也具有软起动功能，同时具有调速和显著的节能性能。但由于价格较高，一般不单纯用于软起动，常用于电动机需要调速的场合。 返回2.6.5 2.6.5 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 工业生

46、产中，为了满足生产过程的需要，常利用人为的方法，改变电动机的机械特性，使得在同一负载下获得不同的转速称为电动机调速。 由异步电动机的转速关系式可知：（2103） 改变电动机的转速，可用改变电动机的极对数P、电源频率f1、及转差s 率三种方法来实现。 返回2.6.5 2.6.5 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材1.变极调速 改变异步电动机定子绕组的接线，可以改变磁极对数，从而得到不同的转速。由于磁极对数P只能成倍地变化，所以这种调速方法不能实现无级调速。 下面以U相为例来说明变极的原理。图2-76(a)为三相异步电动机Y联接时的示意图，

47、两个等效集中绕组正向串联（即两个线圈的首端和尾端接在一起）。根据电流方向可判定其产生的磁动势为四极。其绕组联接和磁场如图2-76(b)所示。 下一页2.6.5 2.6.5 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材返回2.6.5 2.6.5 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 如果把上图中联接方式改为图2-77(a)或(b)所示的形式，即两个线圈反向串联或反向并联，则可见其中一个线圈的电流方向发生了改变，此时，电机产生的磁动势为两极，如图2-77(c)所示。定子其他两相绕组的联接也是如此

48、，则三相绕组的合成磁动势也是两极，即产生两极磁场，同步转速升高一倍。 在改变定子绕组联接的同时，需改变加在定子绕组上电源的相序，否则电机会反转。 变极调速虽然不能实现平滑无级调速，但它比较简单、经济，如在定子上安装两套三相绕组，可制成三速、四速电机。这种多速电机常用在金属切削机床上。返回2.6.5 2.6.5 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材返回2.6.5 2.6.5 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材2.变频调速 我国电网的固有频率为50Hz，要改变电源的频率f进行调速，需要

49、专门的变频电源设备。目前普遍采用由功率半导体器件构成的静止变频器。 变频调速具有优异的性能，主要是调速范围较大、平滑性好、能适应不同负载的要求，它是交流电动机调速的发展方向。随着半导体变流技术的不断发展，工作可靠、性能优异、价格便宜的变频调速线路不断出现，变频调速的应用将日益广泛，从根本上解决鼠笼式异步电动机的调速问题。 返回2.6.5 2.6.5 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材3、变转差率调速 降低电源电压、绕线式异步电动机转子回路串电阻等都属于变转差率调速。这里只介绍转子回路串电阻调速方法。 在绕线式异步电动机转子回路接入一个调

50、速变阻器，根据绕线式异步电动机转子回路串电阻转差率改变的人为特性，此时转差率改变即转速改变，如果电阻连续可调，则实现无级调速。其原理如图2-78所示。 下一页2.6.5 2.6.5 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 设负载转矩为TL，当转子回路总电阻为Ra时，电动机稳定运行在a点，转速为na；如TL不变，转子回路电阻增加到总电阻为Rb时，则电动机的机械特性变软，转差率s 增大，工作点由a点移至b点，于是转速降低为nb。 转子回路串电阻越大，则转速越低。 下一页2.6.5 2.6.5 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速主要内容主要内容普通高等教育“十一五”国家级规划教材 变转差率调速方法简单，调速平滑，但调速范围不大，而且要消耗能量，常用于起重设备上。 此外，绕线式异步电动机还可采用串级调速，具体可参阅电机学方面书籍。返回