03第三章异步电动机

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1、第三章第三章 异步电动机异步电动机31三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构32异步电动机的转动原理异步电动机的转动原理33定子和转子电路定子和转子电路34三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性35三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动36单相异步电动机单相异步电动机学习第三章应该注意的点学习第三章应该注意的点第三章学习应注意的几个问题：第三章学习应注意的几个问题： 1.三相异步电动机是怎么转动的？三相异步电动机是怎么转动的？ 2.分析三相异步电动机的方法是什么？分析三相异步电动机的方法是什么？ 3.三相异步电动机的性能如何？三相异步电动机的性能如何？ 4.单相异步机怎么工作？单

2、相异步机怎么工作？本章主要计算任务：本章主要计算任务：利用异步电动机电磁关系、功率利用异步电动机电磁关系、功率平衡关系和有关特性进行电路、能量、机械量计算。平衡关系和有关特性进行电路、能量、机械量计算。比较难理解的点：比较难理解的点：1.磁场分解与合成；磁场分解与合成；2.异步电动机结异步电动机结构（不作为重点，但要求知道基本结构及其特点）。构（不作为重点，但要求知道基本结构及其特点）。31.三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构本节的主要内容有两部分本节的主要内容有两部分：l基本结构：基本结构： 主要了解点：主要了解点：防护结构；组成防护结构；组成作用；冷却方式；名词解释。作用；冷却方式；

3、名词解释。l铭牌数据：铭牌数据： 应掌握额定数据：应掌握额定数据：功率、电压、功率、电压、电流、转速、功率因数、绝缘等级、电流、转速、功率因数、绝缘等级、温升、工作制、接法。温升、工作制、接法。铭牌铭牌 防护结构：防护结构： 主要指机壳的结构形式，有开启式、防护式（防主要指机壳的结构形式，有开启式、防护式（防溅、滴）和封闭式三大类：船用电机主要是封闭式。溅、滴）和封闭式三大类：船用电机主要是封闭式。具体参见具体参见P.252. “防护要求防护要求”和表和表16-1-5。 冷却方式：冷却方式： 自冷、自扇冷、他扇冷等方式。自冷、自扇冷、他扇冷等方式。 两大部分：两大部分：定子和转子。定子和转子。

4、注意：注意： 各部分的组成作用。各部分的组成作用。定子：定子： 由铁心和绕组组成。由铁心和绕组组成。 铁心铁心：是由一片片的硅钢片加工成一定的形状，：是由一片片的硅钢片加工成一定的形状，然后叠压成为铁心的。然后叠压成为铁心的。 绕组：绕组：有三相，称为三相对称交流绕组。绕组按有三相，称为三相对称交流绕组。绕组按照一定的尺寸绕制成形，并按照一定的规律嵌放在铁照一定的尺寸绕制成形，并按照一定的规律嵌放在铁心槽中。心槽中。 组成组成(说明说明)电电机机解解剖剖图图 定子铁心的组成定子铁心的组成铁心由硅纲片叠成铁心由硅纲片叠成铁心中的槽与线圈导体铁心中的槽与线圈导体铁心剖面图铁心剖面图 定子绕组的组成

5、定子绕组的组成绕组展开图绕组展开图铁心与展开线铁心与展开线 电机的接线电机的接线接线盒接线盒Y形连接形连接形连接形连接 转子的组成转子的组成转子：转子：也是由铁心和绕组组成。也是由铁心和绕组组成。 铁心：铁心：是由一片片的硅钢片加工成一定的形是由一片片的硅钢片加工成一定的形状，然后叠压成为铁心，并套在轴上。状，然后叠压成为铁心，并套在轴上。 绕组：绕组：异步机的转子绕组有绕线式绕组和鼠异步机的转子绕组有绕线式绕组和鼠笼式转子两种。笼式转子两种。铁心铁心绕线式绕组绕线式绕组鼠笼式转子鼠笼式转子 绕线式转子绕线式转子 转子绕组与定子相转子绕组与定子相似，通常三相绕组接成似，通常三相绕组接成Y形，有

6、三个输出端。形，有三个输出端。转子三相绕组展开图转子三相绕组展开图转转子子展展开开 鼠笼式转子鼠笼式转子 鼠笼绕组是特殊形式的鼠笼绕组是特殊形式的多相绕组，每根多相绕组，每根导条为一相导条为一相，两个端部都有短路环。两个端部都有短路环。 有导条式和铸铝式两种。有导条式和铸铝式两种。鼠笼绕组鼠笼绕组转子展开转子展开鼠笼鼠笼绕组展开图绕组展开图 名词解释名词解释极距极距：异步机气隙存在磁异步机气隙存在磁场，磁场中相邻两个磁极场，磁场中相邻两个磁极之间的距离（槽数）。之间的距离（槽数）。节距节距y ：一个线圈两个边之一个线圈两个边之间距离（槽数）。间距离（槽数）。每极每相槽数每极每相槽数p ：在一个

7、磁在一个磁极距离的范围内，分配给极距离的范围内，分配给每相的槽数。每相的槽数。单、双层绕组：单、双层绕组：每槽内只每槽内只有一个线圈边为单层绕组；有一个线圈边为单层绕组；有两个线圈边为双层绕组。有两个线圈边为双层绕组。电角度：电角度：电量所对应的角度。电量所对应的角度。电角度电角度e = pm（m机械角度）。机械角度）。铭牌铭牌1.额定功率额定功率Pn ：轴上输出机械功率，单位轴上输出机械功率，单位kW；2.额定电压、电流：额定电压、电流：线线电压、电压、线线电流；电流；3.额定转速：额定转速： 转转/分；分；4.额定功率因数；额定功率因数；5.绝缘等级和温升；绝缘等级和温升；6.工作方式：工

8、作方式：连续、短时、重复短时连续、短时、重复短时(断续断续)；7.接法：接法：星形、三角形。星形、三角形。 注意：注意：两种额定电压与接法分别对应。两种额定电压与接法分别对应。第一节要点：第一节要点：基本结构基本结构（组成组成，防防护结构护结构，冷冷却方式）却方式）；铭牌数据铭牌数据。 32.异步电动机的转动原理异步电动机的转动原理 本节的主要内容有三部分本节的主要内容有三部分l 转动原理：转动原理： 交流三相异步电动机是任何转动的。交流三相异步电动机是任何转动的。l 旋转磁场：旋转磁场： 交流三相异步电动机旋转磁场的产生、转动方向、交流三相异步电动机旋转磁场的产生、转动方向、转速大小。转速大

9、小。l 转差率：转差率： 转差率是异步电动机的重要参数之一，应该知道转差率是异步电动机的重要参数之一，应该知道如何计算（不单单是查表）。如何计算（不单单是查表）。 三相对称绕组通入三相三相对称绕组通入三相对称交流电，对称交流电，产生圆形旋转产生圆形旋转磁场磁场，切割转子绕组，使之，切割转子绕组，使之感应电势并感生电流，电流感应电势并感生电流，电流与旋转磁场相互作用，产生与旋转磁场相互作用，产生电磁转矩，使转子转动。电磁转矩，使转子转动。 转子转速转子转速n 小于磁场转小于磁场转速速n 0 ，所以所以“异步异步”。 输入：三相对称交流绕组通入三相对称交流电。输入：三相对称交流绕组通入三相对称交流

10、电。结论：结论：三相对称交流绕组通入三相对称交流绕组通入三相对称交流电，在气隙将产三相对称交流电，在气隙将产生生圆形圆形旋转磁场，旋转磁场，转向从超前转向从超前相转至滞后相相转至滞后相(AB C A)，转速转速n 0= 60 f / p，n 0 叫叫同同步转速步转速。旋旋转转输入：三相对称交流绕组通入三相对称交流电。输入：三相对称交流绕组通入三相对称交流电。结论：结论：三相对称交流绕组通入三相对称交流绕组通入三相对称交流电，在气隙将产三相对称交流电，在气隙将产生生圆形圆形旋转磁场，旋转磁场，转向从超前转向从超前相转至滞后相相转至滞后相(AB C A)，转速转速n 0= 60 f / p，n 0

11、 叫叫同同步转速步转速。完完成成输入：三相对称交流绕组通入三相对称交流电。输入：三相对称交流绕组通入三相对称交流电。结论：结论：三相对称交流绕组通入三相对称交流绕组通入三相对称交流电，在气隙将产三相对称交流电，在气隙将产生生圆形圆形旋转磁场，旋转磁场，转向从超前转向从超前相转至滞后相相转至滞后相(AB C A)，转速转速n 0= 60 f / p，n 0 叫叫同同步转速步转速。返返回回注：解析法不要求掌握，只提供给大家参考注：解析法不要求掌握，只提供给大家参考。 三相电流瞬时值如书上三相电流瞬时值如书上P.27式（式（3-2-1），产生三相磁势：），产生三相磁势： fA= Fcos（x/） s

12、int ； fB= Fcos（x/ 120 ） sin（t 120）； fC= Fcos（x/ 120 ） sin（t 120）。利用三角函数公式，可以分别分解为：利用三角函数公式，可以分别分解为： fA=0.5Fsin（t x/）sin（t x/）； fB=0.5Fsin（t x/）sin（t x/120 ） ； fC=0.5Fsin（t x/）sin（t x/120 ） 。异步电动机气隙磁势异步电动机气隙磁势F1为三相磁势的合成（矢量和）：为三相磁势的合成（矢量和）： F1= fA fB fC =1.5Fsin（t x/） = Fm sin（t x/）这是一个旋转磁势（在物理学中称为行波）

13、，是时空函数，随着时间这是一个旋转磁势（在物理学中称为行波），是时空函数，随着时间t 的变化，总可以在空间上找到一点，使的变化，总可以在空间上找到一点，使sin（t x/）=1。定义式：定义式： 书书P.29，式（式（3-2-3）。 s = (n0 - n) / n0 异步电动机工作在异步电动机工作在电动状态时电动状态时，1s0 (nn0)。否则就不是否则就不是电动状态。电动状态。额定负载时的转差率额定负载时的转差率sn ： sn = (n0 - nn) / n0 普通异步电动机额定普通异步电动机额定负载时的负载时的转差率很小转差率很小，一般，一般不超过不超过0.1，即：，即：sn=0.010

14、.09。只有特殊用途的异只有特殊用途的异步电动机步电动机（如，起重等用的电动机）（如，起重等用的电动机）sn才才比较大比较大。 n0=nn(1-sn)，将将sn=0.010.09代入代入p=60f/nn(1-sn)，计算出两个最接近整数的计算出两个最接近整数的p 值（注意必须取两个值），然值（注意必须取两个值），然后将这两个后将这两个p 值代入值代入n0=60f/p和和sn=(n0-nn)/n0进行验证，取进行验证，取满足满足sn=0.010.09的值，即可求得的值，即可求得n0和和p 的确切数值。的确切数值。普通异步机极对数求解普通异步机极对数求解已知：已知：nn ，求求p。利用利用sn=0

15、.010.09 求解求解 第二节要点第二节要点 ：转动原理（磁场、转）；旋转磁场：转动原理（磁场、转）；旋转磁场( (转转向、大小向、大小) )；转差率。；转差率。 例如：例如： 频率为频率为50Hz，p= 的三相异步电动机，的三相异步电动机，nn=275转转/分。分。 A.8 B.9 C.10 D.11 (若若p=3000/275=10.911，错！错！)解：解：p=60f(1-sn)/nn=3000(0.990.91)/275=10.89.9，极对数极对数p可可能取值为能取值为10 或或11。验证：验证：p=11时，时，n0=272.72，sn=-0.0010，不符不符合要求，合要求，p=

16、10时，时，n0=300，sn=0.08330.09，符合要求。符合要求。答案：答案：C 。33.定子和转子电路定子和转子电路 本节的主要内容有三部分本节的主要内容有三部分： 定、转子电路：定、转子电路： 主要掌握：电压平衡方程式、等效电路。主要掌握：电压平衡方程式、等效电路。 定、转子电流关系：定、转子电流关系： 主要掌握：磁势平衡方程式。主要掌握：磁势平衡方程式。 三相异步电动机定子是由三相对称交流绕组组成。三相异步电动机定子是由三相对称交流绕组组成。三相绕组对称，三相绕组对称，只需分析一相。只需分析一相。 异步电动机工作时，一相定子绕组与单相变压器原边异步电动机工作时，一相定子绕组与单相

17、变压器原边绕组相似。定子绕组通入交流电流后，将在铁心产生磁通绕组相似。定子绕组通入交流电流后，将在铁心产生磁通(三相合成为旋转磁通，但对定子的一相绕组而言，也是变三相合成为旋转磁通，但对定子的一相绕组而言，也是变化磁通化磁通)，同时与定子和转子绕组交链的磁通称为主磁通，同时与定子和转子绕组交链的磁通称为主磁通，只与定子交链的磁通称为漏磁通。主、漏磁通在定子上分只与定子交链的磁通称为漏磁通。主、漏磁通在定子上分别感应电动势的情况与变压器相似：别感应电动势的情况与变压器相似：E1=4.44k1f1N1，其其中：中： k1=W1kW1，kW1是定子的绕组系数，是定子的绕组系数，定子绕组结构定子绕组结

18、构形式与变压器不同（短距、分布），是一个小于形式与变压器不同（短距、分布），是一个小于1 的系数。的系数。电压平衡方程式与变压器完全相同：电压平衡方程式与变压器完全相同： U1=（R1+jX1）I1E1=I1Z1 E1 但是，必须注意：由于异步电动机存在气隙，所但是，必须注意：由于异步电动机存在气隙，所以其励磁电流大于变压器励磁电流。以其励磁电流大于变压器励磁电流。P.35.+3行：行：I0=20%50% In。因此，异步电动机的漏磁通较大，因此，异步电动机的漏磁通较大，漏抗及漏阻抗都比变压器大。漏抗及漏阻抗都比变压器大。 三相定子产生的主磁通是旋转的磁通，以同步转三相定子产生的主磁通是旋转的

19、磁通，以同步转速速n0= 60 f1 / p旋转的。旋转的。 平衡方程平衡方程 转子电量与频率：转子电量与频率： 主磁通以相对转速主磁通以相对转速n = n 0 n = sn 0 切割转子绕切割转子绕组，组，转子电量的频率转子电量的频率f2=pn/60=spn0 /60=sf1。转子频率转子频率f2是随转差率（或转速）变化的量。当电动机起动瞬时是随转差率（或转速）变化的量。当电动机起动瞬时（n=0），），f2=f1。因此转子感应的电动势及转子电路的漏抗因此转子感应的电动势及转子电路的漏抗分别为：分别为： E2=4.44k2f2N2 和和 X2=2f2L2 若用若用n=0时的转子电势时的转子电势

20、E20和转子电路漏抗和转子电路漏抗X20表示，则表示，则一般情况下，异步电动机转子电势和转子电路漏抗一般情况下，异步电动机转子电势和转子电路漏抗为：为： E2=4.44k2f2N2= sE20 和和 X2=2f2L2 = sX20注意：书注意：书P. 43 习题（作业）习题（作业）3 4。 转子磁场相对定子的转速，应该先求其对转子的相对转子磁场相对定子的转速，应该先求其对转子的相对转速，然后求转速，然后求n n21=n=n2+n+n。转子电流转子电流： I2= E2/（R22X22）1/2 = sE20 /（R22s2X202）1/2 = E20 / （R2 / s）2X202 1/2 此式中

21、电量的频率都是此式中电量的频率都是f 1 。转子功率因数转子功率因数 ： cos2=R2/（R22X22）1/2= R2 /（R22s2X202）1/2 。 转子电流和功率因数转子电流和功率因数 等效电路等效电路异步电动机的等异步电动机的等效电路不做要求效电路不做要求电阻：电阻：R2 / s = R2 （R2 / s） R2 = R2 （1 s）R2 / s 由转子电流表达式由转子电流表达式I2 = E20 / （R2 / s）2X202 1/2可知：异步电可知：异步电动机转动后，转子电路比静止时多了电阻动机转动后，转子电路比静止时多了电阻（1 s）R2 / s 。当当s = 1，这个电阻这个

22、电阻 = 0 ，相当于转子电路处于短路状态；当，相当于转子电路处于短路状态；当s = 0，这个电这个电阻阻 ，相当于转子电路处于开路状态。，相当于转子电路处于开路状态。 异步电动机转动后，转子电路比异步电动机转动后，转子电路比静止时多了这个电阻，其实这是电动静止时多了这个电阻，其实这是电动机机机械负载机械负载在转子在转子一相电路一相电路中的等效中的等效。这个电阻消耗的功率这个电阻消耗的功率等于等于异步机通过异步机通过轴上输出的轴上输出的机械功率机械功率。 这就是这就是异步电动机的等效电路。异步电动机的等效电路。 异步电动机转动后，转子电路的等效电阻异步电动机转动后，转子电路的等效电阻(1-s)

23、R2/s 增加，增加， I2减小减小。当。当s =1，(1-s)R2/s = 0 ，异步电动机起动，转子电路异步电动机起动，转子电路相当于处于短路状态，此时电流很大；随着相当于处于短路状态，此时电流很大；随着n 的增加，的增加，I2不断不断减小，当减小，当s =sn=0.010.09 时时，转子电阻相当大，转子电阻相当大，I2减小到额减小到额定值。定值。 和变压器相似，异步电动机的转子电流产生的磁势也具和变压器相似，异步电动机的转子电流产生的磁势也具有去磁性质。磁势的平衡方程式如书有去磁性质。磁势的平衡方程式如书P. 31 式（式（3-2-11）和式）和式（3-2-12）。）。 当机械负载增加

24、，转速降低，电阻当机械负载增加，转速降低，电阻R2/s 减小，减小， I2增大，增大，去磁作用增强，去磁作用增强， I1也随之增大。也随之增大。由式：由式：cos2=R2/(R22s2X202)1/2可可知：知： 当当s = 1 (n=0，即起动即起动) 时，异时，异步电动机的功率因数最低；步电动机的功率因数最低；额定额定运行时，运行时， sn=0.010.09，异步机异步机功率因数相当高。功率因数相当高。当当s = 0 时，时，虽虽然然cos2 =1，但但I 2 = 0，I1 =I0 ， cos1很低很低。 第三节要点第三节要点 ：电压平衡方程（电路）；磁势平衡方：电压平衡方程（电路）；磁势

25、平衡方程；磁场转速程；磁场转速 。 转子电流与功率因数转子电流与功率因数34.三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性 本节的主要内容有三部分本节的主要内容有三部分： 电磁转矩电磁转矩： 主要掌握：电磁转矩各种表达式和异步电动机能量关系。主要掌握：电磁转矩各种表达式和异步电动机能量关系。 机械特性机械特性： 机械特性机械特性是分析异步电动机工作的是分析异步电动机工作的重要特性重要特性，应该能够，应该能够根据特性等对异步电动机进行计算和定性分析。根据特性等对异步电动机进行计算和定性分析。是本节的重是本节的重点点。 工作特性工作特性： 主要了解工作特性的种类（条数）及大致形状。主要了解工作

26、特性的种类（条数）及大致形状。转矩等于功率除角速度：转矩等于功率除角速度：T=P/功率流图：功率流图：功率流图又叫能流图（或能量流程图、功率流程功率流图又叫能流图（或能量流程图、功率流程图），说明的是功率或能量的传递过程。图），说明的是功率或能量的传递过程。电磁转矩物理表达式：电磁转矩物理表达式：设，异步电动机转子有设，异步电动机转子有m2相绕组，由相绕组，由主磁通通过气隙传递给转子的电磁功率为：主磁通通过气隙传递给转子的电磁功率为：Pe=m2sE20I2cos2 = m2s(4.44k2f1N2)I2cos2 =T =s0T。电磁转矩物理表达式：电磁转矩物理表达式： T=KT I2 cos2

27、注意注意：电磁功率还可以表示为：电磁功率还可以表示为： Pe=m2I22R2 / s ，所以所以Pcu2 = s Pe。说明：说明：铁损在铁损在功率功率流图中只有流图中只有PFe1一一项，并不说明转子项，并不说明转子没有铁损。没有铁损。 功率流图说明功率流图说明异步电动机的转子铁心也有铁损产生，但是这个损异步电动机的转子铁心也有铁损产生，但是这个损耗是由定子励磁电流提供的，能量还没有传递到转耗是由定子励磁电流提供的，能量还没有传递到转子，就已经扣除这部分损耗了。因此在转子的能量子，就已经扣除这部分损耗了。因此在转子的能量中就不应该再扣除转子铁损。中就不应该再扣除转子铁损。功率流图：功率流图：

28、机械特性是指转矩机械特性是指转矩T 和转速和转速 n 之间的关系，之间的关系，异步电动机的机械异步电动机的机械特性用特性用Ts关系曲线关系曲线表示。表示。也就也就是说：是说：异步电动机的机械特性是异步电动机的机械特性是T和和s之间的关系。之间的关系。机械特性上的关键点：机械特性上的关键点： 机械特性上的关键点主要有：机械特性上的关键点主要有：起动点起动点、临界点临界点、额定工作点额定工作点和和理想空载转速点理想空载转速点。 4点。点。注意：注意：机械特机械特性：有固有特性：有固有特性和人工特性。性和人工特性。 这部分这部分要求要求：记住书上各：记住书上各公式公式，能够，能够求求T、Tst和和T

29、max及及转矩实用公式转矩实用公式等等。 影响机械特性的因素影响机械特性的因素影响影响机械特性因素主要有：电压、和转子电阻。机械特性因素主要有：电压、和转子电阻。 电压：电压：最大转矩大最大转矩大小变化，但临界转差率小变化，但临界转差率不变。不变。 转子电阻：转子电阻：最大转最大转矩不变，但临界转差率矩不变，但临界转差率变化。变化。 机械特性变化，起机械特性变化，起动转矩同时发生变化。动转矩同时发生变化。定义：定义：工作特性是指在工作特性是指在电压电压和和频率频率都为都为额定额定时，时，转速转速、转差率转差率、定子电流定子电流、定子功率因数定子功率因数、电磁转矩电磁转矩、效率效率等等6个量个量

30、随负载功率变化的特性。随负载功率变化的特性。只有工作时负载只有工作时负载功率才变化，功率才变化，称为工作特性。称为工作特性。 工作特性工作特性主要了解主要了解各条曲线各条曲线形状形状及及变化原因变化原因。尤。尤其是其是效率效率、定子电流定子电流和和定子功率因数定子功率因数 3 条。条。 要求知道要求知道：为什么为什么效率在效率在0.75Pn时最高时最高，定子电定子电流流和和功率因数功率因数在起动、空载、半载、额定负载等情况在起动、空载、半载、额定负载等情况下的大小。下的大小。 异步电动机工作特性异步电动机工作特性主要有：转速、转差率、主要有：转速、转差率、定子电流、定子功率因定子电流、定子功率

31、因数、电磁转矩和效率特数、电磁转矩和效率特性等性等6条（随条（随P2变化而变化而变化）。变化）。 条件是条件是：电源电压：电源电压U1、频率频率f 1保持恒定保持恒定。 第四节要点第四节要点 ：机械特性（曲线，点，影响，直线：机械特性（曲线，点，影响，直线段）；电磁转矩（影响因素，典型转矩，公式）。段）；电磁转矩（影响因素，典型转矩，公式）。 工作特性曲线工作特性曲线10KW电电机机的的特特性性35.三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 本节的主要内容有三部分本节的主要内容有三部分： 起动性能起动性能： 主要掌握：对电动机的起动要求和异步电动机的起动性能。主要掌握：对电动机的起动要求和异步

32、电动机的起动性能。 起动方法起动方法： 主要掌握：异步电动机起动方法及其特点。主要掌握：异步电动机起动方法及其特点。是本节重点是本节重点。 高起动转矩鼠笼式电动机高起动转矩鼠笼式电动机： 主要掌握：高起动转矩鼠笼式异步电动机改善起动性能的原主要掌握：高起动转矩鼠笼式异步电动机改善起动性能的原理。理。 对电动机的对电动机的起动要求起动要求： 生产设备对电动机起动的要求主要有生产设备对电动机起动的要求主要有3点：点：1. 起动电流起动电流小小 ；2. 起动转矩大；起动转矩大；3. 起动时间短。起动时间短。 异步电动机的起动性能异步电动机的起动性能 ：1. 起动电流大起动电流大 ：是额定电流的：是额

33、定电流的 4 7 倍；倍； 2. 起动转矩不大起动转矩不大：仅为额定转矩的：仅为额定转矩的 1. 0 2.2 倍。倍。 起动电流大容易造成对电网的冲击，影响其它设备的正起动电流大容易造成对电网的冲击，影响其它设备的正常运行；起动转矩不大，起动时不仅使起动时间增加，生产常运行；起动转矩不大，起动时不仅使起动时间增加，生产效率降低，而且可能克服不了电动机的阻转矩（至少应为额效率降低，而且可能克服不了电动机的阻转矩（至少应为额定转矩定转矩 的的1.1倍才能顺利起动）倍才能顺利起动） 。结论：结论：异步电动机起动性能有时不能满足生产设备要求。异步电动机起动性能有时不能满足生产设备要求。异步机起动方法有

34、异步机起动方法有：1. 全压全压(直接直接)起动；起动；2. 降压起动。降压起动。 为了提高为了提高异步机的异步机的起动转矩，在起动转矩，在电源容量允许时电源容量允许时鼠笼式鼠笼式通通常采用常采用全压全压起动。起动。绕线式绕线式则则不允许不允许全压起动全压起动(注意其原因注意其原因)。 降压起动：降压起动：是在起动时降低异步电动机电源电压，等到电是在起动时降低异步电动机电源电压，等到电动机转速升高到一定值（或接近额定转速，此时电动机起动动机转速升高到一定值（或接近额定转速，此时电动机起动电流已大大减小）后，再将电源电压增加到额定电压。电流已大大减小）后，再将电源电压增加到额定电压。 鼠笼式异步

35、电动机降压起动方法主要有：鼠笼式异步电动机降压起动方法主要有：1. 定子绕组串电定子绕组串电阻或电抗器阻或电抗器降压起动；降压起动；2. Y-降压起动；降压起动；3. 自耦变压器自耦变压器降压降压起动。起动。 绕线式异步电动机起动方法主要有：绕线式异步电动机起动方法主要有：1. 转子回路串电阻转子回路串电阻起动；起动；2. 转子回路串频敏电阻转子回路串频敏电阻起动。起动。 不能全压起动的不能全压起动的原因是转子为线绕式，抗击起动电流的冲击能力小原因是转子为线绕式，抗击起动电流的冲击能力小。 鼠笼式异步机串电阻或电抗降压起动鼠笼式异步机串电阻或电抗降压起动方法：方法：起动时将起动电阻或起动时将起

36、动电阻或电抗串接在定子电路中，起电抗串接在定子电路中，起动结束后将起动电阻或电抗动结束后将起动电阻或电抗切除。切除。串电阻串电阻：起动时功率因数较起动时功率因数较大，但耗能也较大；大，但耗能也较大；串电抗串电抗：不耗能，但起动时不耗能，但起动时功率因数低。功率因数低。 起动电流起动电流和转矩都降低。和转矩都降低。 鼠笼式异步电动机鼠笼式异步电动机Y-Y-降压起动降压起动 方法：方法：起动时将定子绕组起动时将定子绕组接成接成Y形，转速升高后再接成形，转速升高后再接成形。起动电流和转矩都降低形。起动电流和转矩都降低为为形时的形时的1/3。 适用场合：适用场合：1.正常工作时正常工作时定子为定子为形

37、连接鼠笼式异步电形连接鼠笼式异步电动机动机 ；2.空载或轻载起动。空载或轻载起动。Y / 连接连接起动线路起动线路 鼠笼式异步电动机自耦变压器降压起动鼠笼式异步电动机自耦变压器降压起动 方法：方法：起动时将定子绕组起动时将定子绕组通过自耦变压器降压，转速通过自耦变压器降压，转速升高后再直接接电源。升高后再直接接电源。 特点：特点：起动起动电流电流和和转矩转矩都都降低降低为全压起动时的为全压起动时的1/k2。可选用不同变比适合不同场可选用不同变比适合不同场合。合。 适用：适用：重载起动（比半重载起动（比半载略重，比额定负载轻）。载略重，比额定负载轻）。 绕线式异步电动机的起动绕线式异步电动机的起

38、动方法：方法：转子绕组通过滑环和电刷引出电机，并与三相转子绕组通过滑环和电刷引出电机，并与三相变阻器连接。起动时，变阻器的电阻最大，接通电源变阻器连接。起动时，变阻器的电阻最大，接通电源后逐渐减小三相变阻器电阻直至三相变阻器电阻为零，后逐渐减小三相变阻器电阻直至三相变阻器电阻为零，起动结束。起动结束。 适用：适用：带额定负载起动。带额定负载起动。开始开始起动起动 绕线式异步电动机的起动绕线式异步电动机的起动方法：方法：转子绕组通过滑环和电刷引出电机，并与三相转子绕组通过滑环和电刷引出电机，并与三相变阻器连接。起动时，变阻器的电阻最大，接通电源变阻器连接。起动时，变阻器的电阻最大，接通电源后逐渐

39、减小三相变阻器电阻直至三相变阻器电阻为零，后逐渐减小三相变阻器电阻直至三相变阻器电阻为零，起动结束。起动结束。 适用：适用：带额定负载起动。带额定负载起动。起动起动完成完成 绕线式异步电动机的起动绕线式异步电动机的起动方法：方法：转子绕组通过滑环和电刷引出电机，并与三相转子绕组通过滑环和电刷引出电机，并与三相变阻器连接。起动时，变阻器的电阻最大，接通电源变阻器连接。起动时，变阻器的电阻最大，接通电源后逐渐减小三相变阻器电阻直至三相变阻器电阻为零，后逐渐减小三相变阻器电阻直至三相变阻器电阻为零，起动结束。起动结束。 适用：适用：带额定负载起动。带额定负载起动。返回返回 高转差率鼠笼式异步机：高转

40、差率鼠笼式异步机： 由于转子电阻增大，起动转矩增大。因此，如果由于转子电阻增大，起动转矩增大。因此，如果鼠笼式异步电动机的鼠笼导体采用电阻率高的材料制鼠笼式异步电动机的鼠笼导体采用电阻率高的材料制造，将可以增大起动转矩。由绕线式异步机机械特性造，将可以增大起动转矩。由绕线式异步机机械特性可知，转子电阻增大，额定运行时的转差率增大，因可知，转子电阻增大，额定运行时的转差率增大，因此这种电机称为高转差率异步电动机。此这种电机称为高转差率异步电动机。 高转差率异步机高转差率异步机转子电阻大转子电阻大，额定运行时转子的，额定运行时转子的铜损增加铜损增加，效率降低效率降低。 适用于适用于起重机械起重机械

41、。 集肤效应又叫集肤效应又叫趋肤趋肤、集表集表、趋表效应趋表效应。它是高转差率鼠笼式。它是高转差率鼠笼式异步电动机工作的异步电动机工作的主要依据主要依据。 集肤效应：集肤效应：是指交流电流在是指交流电流在导体中流动时，由于电抗的作用导体中流动时，由于电抗的作用使电流往导体表面集中的现象。使电流往导体表面集中的现象。此时此时相当于相当于导体导体有效截面积减小有效截面积减小，电阻增大电阻增大。 集集( (趋趋) )肤肤( (表表) )效应效应 深槽式鼠笼异步电动机深槽式鼠笼异步电动机 工作原理：工作原理：如果将鼠笼转如果将鼠笼转子制造成深槽式，在电动机子制造成深槽式，在电动机起起动动时，由于时，由

42、于转子频率高集肤效转子频率高集肤效应明显应明显，转子实际电阻较大，转子实际电阻较大，可得到较大的起动转矩；当可得到较大的起动转矩；当起起动结束后动结束后，由于，由于转子频率很低转子频率很低集肤效应不明显集肤效应不明显，转子实际电，转子实际电阻小，从而降低正常运行时的阻小，从而降低正常运行时的转子铜损。转子铜损。 机械特性如机械特性如图所示。图所示。机械特性机械特性( (高转差率高转差率) ) 结构：双鼠笼异步机转结构：双鼠笼异步机转子有两套鼠笼绕组，内笼电子有两套鼠笼绕组，内笼电阻小，外笼电阻大。阻小，外笼电阻大。 原理：起动时，由于集原理：起动时，由于集肤效应明显，外笼起主要作肤效应明显，外

43、笼起主要作用使起动转矩大；正常工作用使起动转矩大；正常工作时，集肤效应不明显，内笼时，集肤效应不明显，内笼起主要作用，可在一定程度起主要作用，可在一定程度上减少铜损。上减少铜损。 双鼠笼异步电动机双鼠笼异步电动机双笼结构双笼结构机械特性机械特性 高起动转矩异步电动机特点与用途高起动转矩异步电动机特点与用途主要特点主要特点： 1. 起动转矩大；起动转矩大； 2. 额定转差率大，铜损大。额定转差率大，铜损大。 不论是深槽式鼠笼异步机或是双鼠笼异步机，正常运不论是深槽式鼠笼异步机或是双鼠笼异步机，正常运行时转子的漏抗都比普通鼠笼式异步机转子漏抗大。因此，行时转子的漏抗都比普通鼠笼式异步机转子漏抗大。

44、因此，它们的临界转差率和额定转差率都比普通机大，额定运行它们的临界转差率和额定转差率都比普通机大，额定运行时的铜损也相对较大，效率相对较低。时的铜损也相对较大，效率相对较低。主要用途主要用途： 起重设备、要求起动转矩大的其它设备。船上：空压起重设备、要求起动转矩大的其它设备。船上：空压机、分油机、容积泵等电机。机、分油机、容积泵等电机。 例：例：某船有一台分油机用异步电动机烧毁，因铭某船有一台分油机用异步电动机烧毁，因铭牌烧坏，后用一台功率相同的鼠笼异步电动机更换，牌烧坏，后用一台功率相同的鼠笼异步电动机更换，通电起动时发现熔断器不到通电起动时发现熔断器不到 1 分钟就熔断，维修人员分钟就熔断

45、，维修人员检查不出故障，试问其原因可能是（检查不出故障，试问其原因可能是（ ）。）。 A. 电机绝缘低电机绝缘低 B. 机械故障机械故障 C. 电机质量差电机质量差 D. 采用普通鼠笼电机采用普通鼠笼电机 第五节要点第五节要点 ：起动性能，要求：起动性能，要求 ；方法：直接（条件），；方法：直接（条件），降压（方法、目的）；特殊鼠笼式：（高转差率，深槽、双降压（方法、目的）；特殊鼠笼式：（高转差率，深槽、双鼠笼鼠笼 原理）原理） 。 实例分析实例分析答案是：答案是： D36.单相异步电动机单相异步电动机 本节的主要内容有三部分本节的主要内容有三部分： 单相脉振磁场单相脉振磁场： 主要知道单相脉

46、振磁场的特点。主要知道单相脉振磁场的特点。 机械特性机械特性： 分析单相磁场作用下异步电动机的机械特性。分析单相磁场作用下异步电动机的机械特性。 起动方法起动方法： 掌握单相异步电动机的起动原理和方法。掌握单相异步电动机的起动原理和方法。 单相异步电动机的用途很广，主要用在单相异步电动机的用途很广，主要用在小功率电气小功率电气设备设备的动力拖动和的动力拖动和家用电器家用电器等。等。 单单相相异异步步电电动动机机只只有有一一个个工工作作绕绕组组，通通入入单单相相电电源源后后，在在单单相相绕绕组组中中只只流流过过单单相相正正弦弦电电流流，它它所所产产生生的的磁磁场场不不是是旋旋转磁场，而是在空间不

47、旋转的转磁场，而是在空间不旋转的正弦脉动磁场正弦脉动磁场（下面说明）（下面说明） 。 由由于于没没有有旋旋转转磁磁场场，所所以以，单单相相异异步步电电动动机机没没有有自自起起动动能能力力。但但借借助助于于外外力力，比比如如用用手手将将转转子子向向某某一一个个方方向向拔拔动动一一下，则电动机就在该方向上自行加速并达到稳定转速。下，则电动机就在该方向上自行加速并达到稳定转速。 与与此此相相似似，如如果果三三相相异异步步电电动动机机断断相相（也也称称缺缺相相，电电源源断断或或绕绕组组断断），同同样样也也不不能能自自行行起起动动。而而若若是是在在运运行行过过程程中中发发生生断断相相，虽虽能能继继续续转

48、转动动，但但如如处处于于重重载载时时发发生生断断相相，则则将将迫迫使使s变变大大(n)，造造成成大大电电流流运运行行，以以保保持持转转矩矩的的平平衡衡，I1I1N。若无过载保护，就会若无过载保护，就会烧毁电机烧毁电机的绕组。的绕组。 关于磁场的分析关于磁场的分析 三相对称交流绕组通入三相对称交流电，在气隙三相对称交流绕组通入三相对称交流电，在气隙中将产生圆形旋转磁场。中将产生圆形旋转磁场。旋转磁场转向旋转磁场转向为从超前相到为从超前相到滞后相滞后相，转速转速n0= 60f1/p(转转/分分)，或：或：f1/p(转转/秒秒)。 只有只有三相对称三相对称才能产生才能产生圆形旋转圆形旋转磁场。若三相

49、磁场。若三相不不对称对称，则产生，则产生椭圆形旋转椭圆形旋转磁场。若是磁场。若是单相电流单相电流，产生，产生的是的是脉振磁场脉振磁场。 脉振磁场的分析：可以采用脉振磁场的分析：可以采用“双旋转理论双旋转理论”，分，分解为正、反两个旋转磁场。脉振磁场就是这两个旋转解为正、反两个旋转磁场。脉振磁场就是这两个旋转磁场共同作用的结果。磁场共同作用的结果。 双旋转理论双旋转理论 根据第二节的分析，单相根据第二节的分析，单相脉振磁势脉振磁势可以利用三角可以利用三角函数的公式分解为：函数的公式分解为： fA=0.5Fsin(t-x/)sin(t+x/)其中，其中，0.5Fsin(t-x/)和和0.5Fsin

50、(t+x/)分别分别为正、反两个旋转磁场，其幅值一样、转速相同、转为正、反两个旋转磁场，其幅值一样、转速相同、转向相反。这就是向相反。这就是双旋转理论双旋转理论。 脉振磁场与正反向旋转磁场的关系如下图所示。脉振磁场与正反向旋转磁场的关系如下图所示。 单相脉振磁场单相脉振磁场fA = Fsint cos(x/) = fAfA =0.5 Fsin(t - x/) + 0.5 Fsin(t + x/) fA是是一个脉振磁场，一个脉振磁场，两两个分量幅值相同，转向相反，个分量幅值相同，转向相反，合成后空间位置合成后空间位置 x 不变，但不变，但大小和方向随时间不断变化。大小和方向随时间不断变化。式中：

51、式中：x 是空间是空间(位置位置)坐标，坐标，原点在原点在A-X的轴线上。的轴线上。开开始始脉脉振振 单相脉振磁场单相脉振磁场fA = Fsint cos(x/) = fAfA =0.5 Fsin(t - x/) + 0.5 Fsin(t + x/) fA是是一个脉振磁场，一个脉振磁场，两两个分量幅值相同，转向相反，个分量幅值相同，转向相反，合成后空间位置合成后空间位置 x 不变，但不变，但大小和方向随时间不断变化。大小和方向随时间不断变化。式中：式中：x 是空间是空间(位置位置)坐标，坐标，原点在原点在A-X的轴线上。的轴线上。停停止止脉脉振振返返回回初初态态 单相脉振磁场单相脉振磁场fA

52、= Fsint cos(x/) = fAfA =0.5 Fsin(t - x/) + 0.5 Fsin(t + x/) fA是是一个脉振磁场，一个脉振磁场，两两个分量幅值相同，转向相反，个分量幅值相同，转向相反，合成后空间位置合成后空间位置 x 不变，但不变，但大小和方向随时间不断变化。大小和方向随时间不断变化。式中：式中：x 是空间是空间(位置位置)坐标，坐标，原点在原点在A-X的轴线上。的轴线上。单相脉振单相脉振磁场的特点：磁场的特点： 1. 转子静止时，单相脉振磁场无驱动力矩；转子静止时，单相脉振磁场无驱动力矩； 2. 转子转动时，单相脉振磁场可产生一定的驱转子转动时，单相脉振磁场可产生

53、一定的驱动力矩，保持转子继续旋转运行。动力矩，保持转子继续旋转运行。关于单相异步电动机的结论：关于单相异步电动机的结论： 1. 单相异步电动机不能自行起动，应采取其它方单相异步电动机不能自行起动，应采取其它方法才能起动。法才能起动。 2. 单相异步机转动时产生的电磁转矩比较小，转单相异步机转动时产生的电磁转矩比较小，转差率较大，电机电流较大。差率较大，电机电流较大。 单相脉振磁场与单相异步电动机特点单相脉振磁场与单相异步电动机特点 单单相相异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性是其正、反两个旋转磁场单独的是其正、反两个旋转磁场单独的机械特性的合成特性。机械特性的合成特性。 由于两由于两个旋转

54、磁场幅值一样、个旋转磁场幅值一样、转速相同、转向相反，所以转速相同、转向相反，所以两条两条机械特性机械特性以原点对称以原点对称，合成的合成的单单相异步电动机的机械特性是一条相异步电动机的机械特性是一条过原点过原点的特性。所以，单相异步的特性。所以，单相异步电动机电动机起动转矩为零起动转矩为零。将机将机械特械特性转性转90后的后的样子样子起动分析：起动分析： 必须使单相异步机气隙产生旋转的磁场（或至少必须使单相异步机气隙产生旋转的磁场（或至少是移动的磁场），才能切割转子绕组，产生驱动转矩，是移动的磁场），才能切割转子绕组，产生驱动转矩，使转子转动。而要在气隙产生旋转磁场则至少需要两使转子转动。而

55、要在气隙产生旋转磁场则至少需要两相的交流电流。因此，必须对磁场进行相的交流电流。因此，必须对磁场进行“分相分相”。分相概念：分相概念： 用单相交流电，使单相异步机产生旋转或移动磁用单相交流电，使单相异步机产生旋转或移动磁场称为分相（也称为裂相）。场称为分相（也称为裂相）。分相方法：分相方法： 主要有主要有电流分相电流分相、磁通分相磁通分相两种两种。 单相异步电动机定子有一套相单相异步电动机定子有一套相差差90电角度的两相绕组，在其中电角度的两相绕组，在其中一相串接电容、电阻使通过该相电一相串接电容、电阻使通过该相电流相位改变从而在气隙中产生旋转流相位改变从而在气隙中产生旋转磁场的方法叫磁场的方

56、法叫电流分相法电流分相法。电流分。电流分相有：相有：电容分相电容分相和和电阻分相电阻分相两种。两种。 改变转向的方法改变转向的方法：单独改变任单独改变任意一相绕组接线（对调两端）或将意一相绕组接线（对调两端）或将电容串接到另外一相。电容串接到另外一相。 电流分相电流分相电容分相电容分相改变转向改变转向 磁通分相磁通分相 磁通分相磁通分相：从磁路的角度将单相绕组产生的单相从磁路的角度将单相绕组产生的单相磁通分成两相称为磁通分相。采用磁通分相的单相异磁通分成两相称为磁通分相。采用磁通分相的单相异步电动机叫罩极式电机。步电动机叫罩极式电机。 原理原理：在磁极中开一个槽，将一个短路环套在其在磁极中开一

57、个槽，将一个短路环套在其中一部分磁极上，磁极中的单相交变磁通就被分成两中一部分磁极上，磁极中的单相交变磁通就被分成两相。被短路环套住的部分，通过的磁通比没套短路环相。被短路环套住的部分，通过的磁通比没套短路环部分的磁通的相位滞后部分的磁通的相位滞后90，于是在气隙中将产生近似于是在气隙中将产生近似旋转（移动）的磁场，这个磁场将切割转子绕组，从旋转（移动）的磁场，这个磁场将切割转子绕组，从而产生驱动转矩，使转子转动。而产生驱动转矩，使转子转动。 转向转向由未罩极由未罩极部分转向罩极部分。部分转向罩极部分。 罩极式电机一般不可反转罩极式电机一般不可反转。罩极式电机是采用磁通分相的，一般罩极式电机是

58、采用磁通分相的，一般不可反转不可反转。 第六节要点第六节要点 ： 单相磁场（脉振）；机械特性单相磁场（脉振）；机械特性（合成）；分相起动（电流、磁通分相）。（合成）；分相起动（电流、磁通分相）。 罩极式单相异步电动机罩极式单相异步电动机第三章第三章 各节要点各节要点n n各节要点各节要点：第一节第一节：基本结构（组成作用、防护、冷却）；基本结构（组成作用、防护、冷却）；铭牌数据铭牌数据 。 第二节第二节：转动原理转动原理 ；旋转磁场；转差率。；旋转磁场；转差率。 第三节第三节：平衡方程平衡方程 （定、转子，磁势）；磁场转速（定、转子，磁势）；磁场转速 （转向、（转向、转速）。转速）。 第四节第

59、四节：机械特性（公式，特殊点，影响因素，直线段）；机械特性（公式，特殊点，影响因素，直线段）；电磁转矩（影响因素，典型转矩，公式）。电磁转矩（影响因素，典型转矩，公式）。 第五节第五节：起动性能，要求起动性能，要求 ；方法：直接（条件），降压（方；方法：直接（条件），降压（方法、目的）法、目的） ；特殊鼠笼式原理。；特殊鼠笼式原理。第六节第六节：单相磁场（脉振）；机械特性（合成）；分相起动单相磁场（脉振）；机械特性（合成）；分相起动（电流、磁通分相）。（电流、磁通分相）。 第三章的主要内容第三章的主要内容n主主要要内内容容是是：三三相相异异步步电电动动机机旋旋转转磁磁场场的的产产生生，转转子子

60、电电路路的的处处理理，异异步步机机的的特特性性，起起动动性性能能和和方方法法，单相异步机工作原理（脉振磁场的分解、分相方法）。单相异步机工作原理（脉振磁场的分解、分相方法）。n脉振磁场的分解是本章的难点。脉振磁场的分解是本章的难点。n异异步步电电动动机机的的结结构构不不作作为为重重点点，但但要要求求知知道道基基本本结结构及其特点。构及其特点。n本章的计算任务主要是：利用异步电动机的电磁关本章的计算任务主要是：利用异步电动机的电磁关系、功率平衡关系和有关特性进行电路、能量、机系、功率平衡关系和有关特性进行电路、能量、机械量的计算。是本课程的主要计算任务之一。械量的计算。是本课程的主要计算任务之一。