第5章異步電機(jī)

第5章異步電機(jī)

河北科技大學(xué)電氣教研室安國(guó)慶電機(jī)學(xué)5.1異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行狀態(tài)5.1.1異步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成為了保證轉(zhuǎn)子能在定子內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，定、轉(zhuǎn)子之間必須有一定的間隙，稱為氣隙。

籠型三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)下面是它主要部件的拆分圖。1、按相數(shù)分：?jiǎn)蜗唷⑷?、按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分：鼠籠式、繞線式異步電機(jī)的分類1．定子：機(jī)座、定子鐵心、定子繞組機(jī)座：中小型異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)座一般都采用鑄鐵鑄成，小機(jī)座也有用鋁合金鑄成的。大型異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)座大多采用鋼板焊接而成。機(jī)座上設(shè)有接線盒，用以連接繞組引線和接入電源。為了便于搬運(yùn)，在機(jī)座上面還裝有吊環(huán)。定子鐵芯由0.5mm厚硅鋼片疊壓而成定子鐵心為定子的導(dǎo)磁部分定子繞組放在定子鐵心內(nèi)圓槽內(nèi)為定子的導(dǎo)電部分（感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、流過(guò)電流）

2．轉(zhuǎn)子：鐵芯、繞組和轉(zhuǎn)軸1、轉(zhuǎn)子鐵心：由硅鋼片疊成，也是磁路的一部分。在轉(zhuǎn)子鐵芯每個(gè)槽中放置導(dǎo)體或繞組轉(zhuǎn)子繞組1）鼠籠式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵心的每個(gè)槽內(nèi)插入一根裸導(dǎo)條，形成一個(gè)多相對(duì)稱短路繞組。2）繞線式轉(zhuǎn)子：對(duì)稱三相繞組，一般接成星型。將三個(gè)出線端分別接到轉(zhuǎn)軸上三個(gè)滑環(huán)上，再通過(guò)電刷引出電流。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸氣隙

異步電動(dòng)機(jī)的氣隙是均勻的。

在中、小型電機(jī)中，氣隙一般為0.2-1.5毫米。氣隙大小對(duì)電機(jī)性能有很大的影響。氣隙大：磁阻大，勵(lì)磁電流大，功率因數(shù)低氣隙?。喊醇庸た赡芗皺C(jī)械安全所限制。5.1.2三相異步電機(jī)的工作原理U2U1W2V1W1V2n1、電生磁：三相對(duì)稱繞組通往三相對(duì)稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。2、磁生電：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流。3、電磁力：轉(zhuǎn)子載流（有功分量電流）體在磁場(chǎng)作用下受電磁力作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速為一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)的電源頻率＝50Hz,若該電動(dòng)機(jī)是四極電機(jī)，即電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)=2，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速

＝

＝1500r/min

電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速應(yīng)略小于ns5.1.3異步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)差率是異步電動(dòng)機(jī)的重要參數(shù)之一，在分析異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)時(shí)非常有用。當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載下運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)差率約為2%～5%。定義轉(zhuǎn)差率通常用百分?jǐn)?shù)表示轉(zhuǎn)差率

計(jì)算實(shí)例見P159例5-15.1.3異步電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)5.1.4異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)和額定值型號(hào)實(shí)例：Y132S1-2三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)座中心高機(jī)座號(hào)長(zhǎng)短代號(hào)鐵心長(zhǎng)短代號(hào)極數(shù)異步電機(jī)的額定值額定功率PN（W，kW）輸出的機(jī)械功率定子額定電壓U1N（V，kV）線電壓值定子額定電流I1N（A，kA）線電流值額定頻率fN（Hz）我國(guó)50Hz額定轉(zhuǎn)速nN（r/min)額定功率因數(shù)cosφN額定效率ηN三相異步電動(dòng)機(jī)的接法

(a)星形接法(b)三角形接法U1V1

W1U2V2

W2U1V1

W1W2U2V2U1V1

W1U2V2

W2首端尾端5.2三相異步電動(dòng)機(jī)的基本方程、等效電路和相量圖5.2.1轉(zhuǎn)子繞組開路時(shí)的繞線式異步電動(dòng)機(jī)

轉(zhuǎn)子繞組開路，沒(méi)有電流通過(guò)，因此轉(zhuǎn)子是靜止不動(dòng)的，此時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)和變壓器空載運(yùn)行是相似的。異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組相當(dāng)于變壓器的一次繞組，而異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的二次繞組。

1.主磁通與定子漏磁通

主磁通同時(shí)交鏈定、轉(zhuǎn)子繞組，其路徑為：定子鐵心→氣隙→轉(zhuǎn)子鐵心→氣隙→定子鐵心。主磁通起傳遞能量的作用。漏磁通包括：槽漏磁通、端部漏磁通和諧波漏磁通除了主磁通以外的磁通稱為漏磁通，它包括槽漏磁通、端漏磁通和高次諧波磁通。漏磁通只起電抗壓降作用。

2.感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(拿單相分析)

轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)，主磁通以同步轉(zhuǎn)速切割定子和轉(zhuǎn)子繞組，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，可表示為：同樣，漏磁通也在繞組中感應(yīng)漏電動(dòng)勢(shì)，與變壓器類似，漏電動(dòng)勢(shì)用漏抗壓降來(lái)表示，有：=03.勵(lì)磁電流在定子、轉(zhuǎn)子鐵心中產(chǎn)生磁滯和渦流損耗，即鐵耗。和變壓器類似，勵(lì)磁電流也由鐵耗電流和磁化電流兩個(gè)分量組成。鐵耗電流提供鐵耗，是有功分量；磁化電流建立磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生磁通，是無(wú)功分量；4.電壓方程式和相量圖向量圖見書P166圖5-135.等效電路與三相變壓器空載運(yùn)行時(shí)類似，空載電流即為勵(lì)磁電流同樣定義：5.2.2轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)把繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)的三相轉(zhuǎn)子繞組短路起來(lái)，并且將轉(zhuǎn)子堵住不轉(zhuǎn)。與轉(zhuǎn)子開路時(shí)運(yùn)行情況：相同之處：轉(zhuǎn)子都不轉(zhuǎn)，n=0；不同之處：轉(zhuǎn)子繞組流有電流；主磁通定子中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)會(huì)在轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)便產(chǎn)生三相對(duì)稱電流，轉(zhuǎn)子也要產(chǎn)生轉(zhuǎn)子基波磁動(dòng)勢(shì)F2。因此定、轉(zhuǎn)子基波旋轉(zhuǎn)磁動(dòng)勢(shì)F1和F2共同作用合成主磁通Fm。

因?yàn)檗D(zhuǎn)子堵住不轉(zhuǎn)時(shí)，F(xiàn)1和F2沿氣隙圓周同轉(zhuǎn)向、同轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，定、轉(zhuǎn)子電流的頻率是相同的。

漏磁通：轉(zhuǎn)子繞組短路時(shí)，也要產(chǎn)生轉(zhuǎn)子繞組漏磁通，它也是由前述三種漏磁通（轉(zhuǎn)子槽漏磁通、轉(zhuǎn)子端部漏磁通和諧波漏磁通）所組成。磁動(dòng)勢(shì)平衡分析：F1＋F2＝Fm

F1＝Fm

＋（-F2）物理意義：

轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)F2與定子磁動(dòng)勢(shì)F1作用在同一條磁路上，它傾向于改變主磁通，破壞定子側(cè)的電壓平衡關(guān)系。此時(shí)，定子側(cè)會(huì)自動(dòng)增加一個(gè)電流分量，用以產(chǎn)生磁動(dòng)勢(shì)來(lái)抵消轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的作用。

電流平衡方程式電壓平衡方程式

為了得到一個(gè)統(tǒng)一的等效電路，也可以類比變壓器，將定轉(zhuǎn)子回路進(jìn)行繞組歸算轉(zhuǎn)子繞組的歸算

歸算原則：歸算前后異步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系、功率關(guān)系保持不變。將轉(zhuǎn)子側(cè)折算到定子側(cè)：把實(shí)際相數(shù)為m2，每相串聯(lián)匝數(shù)為N2，繞組系數(shù)為kw2的轉(zhuǎn)子抽出來(lái)，換上一個(gè)相數(shù)為m1，每相串聯(lián)匝數(shù)為N1，繞組系數(shù)為kw1的新轉(zhuǎn)子。（1）轉(zhuǎn)子電流的歸算根據(jù)歸算前后轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)保持不變電流比（2）轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)的歸算歸算前后主磁通不變所以（3）轉(zhuǎn)子電阻的歸算根據(jù)歸算前后轉(zhuǎn)子繞組的銅損耗不變（4）轉(zhuǎn)子漏電抗的歸算根據(jù)歸算前后轉(zhuǎn)子繞組的無(wú)功損耗不變（5）轉(zhuǎn)子漏阻抗和漏阻抗角的歸算歸算前后轉(zhuǎn)子側(cè)的功率因數(shù)沒(méi)有改變繞組歸算后的基本方程式等效電路5.2.3轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)

1.轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)對(duì)轉(zhuǎn)子各物理量的影響當(dāng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)后，電機(jī)主磁通仍以同步轉(zhuǎn)速切割定子繞組，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，所以定子回路電動(dòng)勢(shì)平衡方程不變。而轉(zhuǎn)子繞組以相對(duì)速度切割主磁通，所以轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率、大小及漏抗都將發(fā)生變化。（1）轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)（2）轉(zhuǎn)子漏電抗和轉(zhuǎn)子電阻轉(zhuǎn)子電阻R2與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的大小無(wú)關(guān)，即為常數(shù)（3）轉(zhuǎn)子電流（4）轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)2.轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)定子磁場(chǎng)相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)于定子的轉(zhuǎn)速兩磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速都是ns，總相對(duì)靜止幾個(gè)速度的計(jì)算實(shí)例見書P172例5-2轉(zhuǎn)子頻率的歸算轉(zhuǎn)子回路電壓方程的繞組歸算繞組折算前：繞組折算后：頻率和繞組都折算好的電路異步電機(jī)的T型等效電路異步電機(jī)向量圖T型等效電路的計(jì)算實(shí)例見書P177例5-3近似的等效電路將勵(lì)磁支路移動(dòng)到輸入端為修正系數(shù)近似的等效電路實(shí)際的異步電機(jī)簡(jiǎn)化的等效電路大型的異步電機(jī)書P175圖5-25有錯(cuò)5.3籠型轉(zhuǎn)子的極數(shù)和相數(shù)

籠型轉(zhuǎn)子由兩個(gè)端環(huán)并聯(lián)了許多導(dǎo)條極數(shù)：總是與感生它的氣隙磁場(chǎng)的極數(shù)相同相數(shù)：籠型轉(zhuǎn)子的相數(shù)，取決于一對(duì)極下有多少根不同相位的導(dǎo)條。

若≠整數(shù)各個(gè)導(dǎo)條中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相位均不相同，有多少根導(dǎo)條就有多少相5.4異步電動(dòng)機(jī)的功率方程和轉(zhuǎn)矩方程5.4.1異步電動(dòng)機(jī)的功率方程異步電動(dòng)機(jī)各種功率計(jì)算公式1)輸入功率2)定子繞組的銅耗3)鐵耗4)電磁功率5)轉(zhuǎn)子銅耗6)總機(jī)械功率異步電動(dòng)機(jī)各種功率計(jì)算公式用電磁功率表示時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組銅損耗總機(jī)械功率也可改寫成將電磁功率按比例分配異步電機(jī)總的功率方程異步電動(dòng)機(jī)功率流程圖異步電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算實(shí)例見書P179例5-45.4.2異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩方程=其中=機(jī)械角速度5.4.3異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩兩邊同除以電磁轉(zhuǎn)矩Te其中同步角速度5.5感應(yīng)電動(dòng)機(jī)參數(shù)的測(cè)定異步電機(jī)參數(shù)有兩種：勵(lì)磁參數(shù)和短路參數(shù)勵(lì)磁參數(shù)：Rm、Xm、Zm，需空載試驗(yàn)測(cè)定短路參數(shù)：Rk、Xk、Zk，短路試驗(yàn)測(cè)定5.5.1空載試驗(yàn)試驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)定勵(lì)磁電阻Rm、勵(lì)磁電抗Xm、鐵耗pFe、機(jī)械損耗pΩ試驗(yàn)方法：試驗(yàn)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)軸空載，用三相調(diào)壓器使定子端電壓(1.1～1.3)UN開始，逐漸降低電壓，直到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速發(fā)生明顯下降，空載電流明顯回升為止。在這個(gè)過(guò)程中，記錄電動(dòng)機(jī)的端電壓U1、空載電流I0、空載損耗p0、轉(zhuǎn)速n?？蛰d特性曲線由于空載運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子電流小，轉(zhuǎn)子銅耗可以忽略不計(jì)。在這種情況下:定義為鐵耗和機(jī)械損耗之和現(xiàn)想辦法把鐵耗和機(jī)械損耗分離！=機(jī)械損耗的求法

在p‘10的兩項(xiàng)損耗中，機(jī)械損耗pΩ與電壓U1無(wú)關(guān)，在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化不大時(shí)，可以認(rèn)為是常數(shù)。pFe可以近似認(rèn)為與磁密的平方成正比，因而可近似認(rèn)為與電壓的平方成正比。故p'0與U12的關(guān)系曲線近似為一直線。=因此該直線與縱軸的交點(diǎn)即為機(jī)械損耗激磁參數(shù)的計(jì)算2從接下來(lái)講的短路試驗(yàn)測(cè)得的若已知鐵耗則5.5.2短路試驗(yàn)1.試驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)定短路阻抗Zk、短路電阻Rk和短路電抗Xk。2.試驗(yàn)方法：將轉(zhuǎn)子堵住，在定子端施加電壓，從0.4UN開始逐漸降低，記錄定子繞組端電壓Uk、定子電流Ik、定子端輸入功率Pk，作出異步電機(jī)的短路特性Ik=f(Uk)，Pk=f(Uk)短路特性曲線對(duì)于大、中型異步電動(dòng)機(jī)，可近似5.6異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩－轉(zhuǎn)差率曲線5.6.1異步電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式代入見P180公式（5-70）代入1.Tem與U12成正比。2.f1↑→Tem↓。3.漏電抗Xk↑→Tem↓。由公式可以看到：5.6.2異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩－轉(zhuǎn)差率曲線

Te-s曲線(Te=f(s))

在電壓U1、頻率f1為常數(shù)時(shí)，電機(jī)的參數(shù)可以認(rèn)為是常數(shù)，電磁轉(zhuǎn)矩僅與s有關(guān)

1.最大轉(zhuǎn)矩和臨界轉(zhuǎn)差率

令=0此時(shí)對(duì)應(yīng)的自變量稱為臨界轉(zhuǎn)差率稱為最大轉(zhuǎn)矩±號(hào)中的正號(hào)對(duì)應(yīng)于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)，負(fù)號(hào)對(duì)應(yīng)于發(fā)電機(jī)狀態(tài)通常<<R1可略去此時(shí)公式可進(jìn)一步簡(jiǎn)化

1）最大轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比；

2）最大轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子電阻無(wú)關(guān)；

3）臨界轉(zhuǎn)差率與轉(zhuǎn)子電阻成正比；但sm增大時(shí)最大轉(zhuǎn)矩保持不變；

4）最大轉(zhuǎn)矩與定、轉(zhuǎn)子漏電抗之和成反比；

5）異步電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩隨頻率的增加而減小。通過(guò)以上公式可得到以下五點(diǎn)結(jié)論：最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)（過(guò)載能力）一般三相異步電動(dòng)機(jī)λ＝1.6～2.2；起重、冶金等特殊用途的異步電動(dòng)機(jī)λ

＝2.2～2.8。如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)就會(huì)停轉(zhuǎn)。為保證電動(dòng)機(jī)不因短時(shí)過(guò)載而停轉(zhuǎn)，電機(jī)的選擇應(yīng)有足夠大的過(guò)載能力，這樣當(dāng)電源電壓突然降低或負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化不大，待干擾消失后又恢復(fù)正常運(yùn)行。2.啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和啟動(dòng)電流n＝0、s＝1時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩，稱為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；

1）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比；2）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與定、轉(zhuǎn)子漏電抗之和成反比；3）當(dāng)轉(zhuǎn)子回路電阻與定、轉(zhuǎn)子漏電抗之和相等時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與最大轉(zhuǎn)矩相等，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為最大。

4）最大轉(zhuǎn)矩隨頻率的增加而減小。（繞線式電機(jī)有優(yōu)勢(shì)）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)是反映了電動(dòng)機(jī)起動(dòng)負(fù)載能力的一個(gè)重要性能指標(biāo)。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，大于（1.1～1.2）倍的負(fù)載轉(zhuǎn)矩就可以順利啟動(dòng)。該倍數(shù)越大，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)就越快。一般異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)為1.1～2.0。1)增大轉(zhuǎn)子電阻，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩將隨之增大，直到達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩值為止（綠線）。

繞線式的優(yōu)勢(shì)2)如果此時(shí)繼續(xù)增大轉(zhuǎn)子電阻（淺藍(lán)線），則起動(dòng)轉(zhuǎn)矩將從最大轉(zhuǎn)矩值逐步下降。11啟動(dòng)電流令s=1若忽略勵(lì)磁電流指代的是定子電流相關(guān)計(jì)算實(shí)例見書P187例5-55.6.3異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1.機(jī)械特性的參數(shù)表達(dá)式三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指定子繞組電壓、電源頻率和電動(dòng)機(jī)的參數(shù)一定的條件下，電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的函數(shù)關(guān)系

nNTNn0TnON工作段把轉(zhuǎn)矩－轉(zhuǎn)差率曲線的縱坐標(biāo)與橫坐標(biāo)對(duì)調(diào)

a點(diǎn)：當(dāng)負(fù)載突然增加后當(dāng)負(fù)載波動(dòng)消除后

故a點(diǎn)為系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)。

異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性請(qǐng)同學(xué)們?cè)嚪治鲆槐锽C端3.機(jī)械特性的實(shí)用表達(dá)式已推導(dǎo)出簡(jiǎn)化忽略R1綜合以上兩式該式即為異步電機(jī)機(jī)械特性實(shí)用表達(dá)式當(dāng)電機(jī)拖動(dòng)額定負(fù)載時(shí)，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式若可以近似忽略空載轉(zhuǎn)矩，=相關(guān)計(jì)算實(shí)例見書P188例5-65.7異步電動(dòng)機(jī)的工作特性三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性是指在額定電壓和額定頻率下，各物理量之間的曲線關(guān)系：1、轉(zhuǎn)速特性

2、定子電流特性3、功率因數(shù)特性

異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)總是滯后的。空載運(yùn)行時(shí)，定子電流基本上用以建立磁場(chǎng)的無(wú)功磁化電流，所以很小，通常小于0.2。隨著負(fù)載的增加，有功分量隨之增加，使功率因數(shù)逐漸上升，在額定負(fù)載附近，功率因數(shù)達(dá)到最大值。若繼續(xù)增加負(fù)載，轉(zhuǎn)差率s較大，轉(zhuǎn)子電流頻率增加，使轉(zhuǎn)子繞組漏電抗增大，使功率因數(shù)重新下降。4、轉(zhuǎn)矩特性

Ω可近似認(rèn)為不變5、效率特性可變損耗等于不變損耗時(shí)效率達(dá)到最大值5.8三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)要求：1）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩足夠大，以加速啟動(dòng)過(guò)程，縮短啟動(dòng)時(shí)間；2）啟動(dòng)電流盡量小，即在啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩滿足要求的前提下，盡量減小啟動(dòng)電流，以減小對(duì)電網(wǎng)的沖擊；3）啟動(dòng)所需要的設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低、操作方便、運(yùn)行可靠。5.8.1籠型三相異步電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)當(dāng)定子直接加額定電壓?jiǎn)?dòng)時(shí)：若忽略勵(lì)磁電流指代的是定子電流令s=1直接啟動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)設(shè)備、操作方便、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、啟動(dòng)快。缺點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的影響較大，如果電源的容量足夠大，應(yīng)盡量采用此方法。若電源容量不夠大，則電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流可能使電網(wǎng)電壓顯著下降，影響接在同一電網(wǎng)上的其它電動(dòng)機(jī)和電氣設(shè)備的正常工作。因此，應(yīng)設(shè)法限制啟動(dòng)電流，采用降壓?jiǎn)?dòng)。電業(yè)部門對(duì)電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)的規(guī)定有獨(dú)立的變壓器給電動(dòng)機(jī)供電：對(duì)于不經(jīng)常啟動(dòng)的異步電動(dòng)機(jī)，其容量小于變壓器容量的30%時(shí)，可允許直接啟動(dòng)；對(duì)于需要頻繁啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，其容量小于變壓器容量的20%時(shí)，才允許直接啟動(dòng)；無(wú)專用的變壓器給電動(dòng)機(jī)供電：則只要電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流在電網(wǎng)中引起的電壓降落不超過(guò)10%~15%就允許采用直接啟動(dòng)。5.8.2籠型三相異步電動(dòng)機(jī)的降壓?jiǎn)?dòng)隨著定子電壓的降低，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩將按電壓平方的倍數(shù)下降。因此降壓?jiǎn)?dòng)法多用于空載啟動(dòng)或輕載啟動(dòng)；

1.定子回路串電抗器降壓?jiǎn)?dòng)當(dāng)啟動(dòng)電壓變?yōu)?.8倍時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩變?yōu)?.64倍，因此該方法僅限于啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高的場(chǎng)合M3~XstQ1FUQ23~電抗可否換為電阻？2.星-三角降壓?jiǎn)?dòng)起動(dòng)時(shí)，將定子三相繞組聯(lián)結(jié)成星形接到額定電壓的電源上，啟動(dòng)后再將其改接為三角形聯(lián)結(jié)正常運(yùn)行，稱為星－三角起動(dòng)。顯然，這種方法只能適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為三角形接法的電動(dòng)機(jī)。優(yōu)勢(shì)：?jiǎn)?dòng)電流為直接啟動(dòng)的三分之一；缺點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)矩也降為原來(lái)的三分之一。下面我們分析原因！啟動(dòng)電流和轉(zhuǎn)矩都降為三分之一的原因分析：星-三角啟動(dòng)的接線電路1)只適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為△接的異步電動(dòng)機(jī)，且必須引出六個(gè)出線端。2)由于啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩減小為直接啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的1/3，所以只適用于空載或輕載啟動(dòng)。3~UNQ1FUQ2U1U2V1V2W1W23.自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)

自耦變壓器的高壓側(cè)接電源，低壓側(cè)接電動(dòng)機(jī)。設(shè)自耦變壓器的變比為ka(ka>1);若電壓降低為原來(lái)的啟動(dòng)電流與啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩降低為原來(lái)直接啟動(dòng)時(shí)的結(jié)論：5.8.3繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)

1.轉(zhuǎn)子回路串電阻啟動(dòng)

方法：繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的端頭接到滑環(huán)上經(jīng)電刷引出，可接入外加電阻。轉(zhuǎn)子回路串電阻啟動(dòng)的優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)子回路串附加電阻，一方面可以增加起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，另一方面可以減小起動(dòng)電流。當(dāng)轉(zhuǎn)子回路中串入電阻后，最大轉(zhuǎn)矩不變，但最大轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率隨串入電阻的增加而增大。因此，串入適當(dāng)電阻，使起動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子回路串電阻啟動(dòng)所串的電阻值令=1=-歸算回二次側(cè)=繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)串電阻的啟動(dòng)性能好，因此在對(duì)啟動(dòng)性能要求較高的場(chǎng)合，例如卷?yè)P(yáng)機(jī)、起重機(jī)中，大多采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。缺點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較高

有級(jí)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)RST1RST23~M3~Q1Q2Qc(R20)b(R21)n0TnOa(R22)T2T1a1a2TLb1b2c1c2p隨速度的上升總保持較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，縮短啟動(dòng)時(shí)間，且過(guò)程平滑。2.轉(zhuǎn)子回路串頻敏變阻器啟動(dòng)所謂頻敏變阻器實(shí)際上就是一個(gè)只有一次繞組的三相芯式變壓器。其渦流損耗與鐵心中磁通變化的頻率的平方成正比，當(dāng)頻率越大時(shí)，等效電阻越大，所以稱為頻敏變阻器。

啟動(dòng)時(shí)f2高，電阻大，TST'大，IST'小。正常運(yùn)行時(shí)

f2低，電阻小，自動(dòng)切除變阻器。轉(zhuǎn)子串頻敏電阻啟動(dòng)的接線圖避免了逐段切除啟動(dòng)電阻后所引起的轉(zhuǎn)矩沖擊，整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)矩曲線是很平滑的。頻敏變阻器是一種靜止的無(wú)觸點(diǎn)變阻器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料和加工要求低，使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)方便。5.8.4改善啟動(dòng)性能的籠型三相異步電動(dòng)機(jī)1.深槽型異步電動(dòng)機(jī)槽深h與槽寬b之比為：h/b=8~12漏電抗小↑漏電抗大增大↑電流密度

起動(dòng)時(shí)，f2高，漏電抗大，電流的集膚效應(yīng)使導(dǎo)條的等效面積減小，即R2

，

使TST

。

運(yùn)行時(shí)，f2很低，漏電抗很小，集膚效應(yīng)消失，R2→

。2.雙籠型三相異步電動(dòng)機(jī)電阻大漏抗小電阻小漏抗大上籠（外籠）下籠（內(nèi)籠）

起動(dòng)時(shí)，f2高，漏抗大，起主要作用，

I2主要集中在外籠，外籠R2大→TST大。外籠——起動(dòng)籠。

運(yùn)行時(shí)，f2很低，漏抗很小，R2起主要作用，

I2主要集中在內(nèi)籠。內(nèi)籠——工作籠。5.9三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速1.改變磁極對(duì)數(shù)p2.改變轉(zhuǎn)差率s

3.改變電源頻率f1(變頻調(diào)速)調(diào)速方法：

n=(1－s)n0=(1－s)60f1

p——

有級(jí)調(diào)速。無(wú)級(jí)調(diào)速。5.9.1異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速變極調(diào)速時(shí)，極對(duì)數(shù)的改變必須在定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組上同時(shí)進(jìn)行。由于籠型轉(zhuǎn)子繞組本身沒(méi)有固定的極數(shù)，它的極數(shù)隨定子繞組的極數(shù)而改變，所以僅改變定子繞組的極數(shù)即可，因此變極多速異步電動(dòng)機(jī)都采用籠型轉(zhuǎn)子。實(shí)際應(yīng)用中，定子繞組極對(duì)數(shù)的改變一般都是通過(guò)一套定子繞組、幾種不同的接線方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，稱為單繞組雙速變極調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)。5.9.1異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速5.9.2異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速在變頻調(diào)速時(shí)，希望主磁通Φm保持不變。若主磁通大于正常運(yùn)行時(shí)的主磁通，則磁路過(guò)飽和而使勵(lì)磁電流增大，功率因數(shù)降低；若主磁通小于正常運(yùn)行時(shí)的主磁通，則電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩下降。在忽略定子漏阻抗的情況下，有

為了使變頻時(shí)Φm維持不變，則U1／f1應(yīng)為定值?！肿冾l調(diào)速同時(shí)希望電機(jī)過(guò)載能力不變

但有時(shí)和希望磁通不變是一對(duì)矛盾。若要求過(guò)載能力不變則下面分析三種典型負(fù)載變頻調(diào)速時(shí)電壓的調(diào)節(jié)方式1.恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

且在忽略定子漏阻抗的情況下，有這樣恰好主磁通變大，磁路易飽和，引起勵(lì)磁電流變大，功率因數(shù)降低；鐵耗增加，效率降低。主磁通變小，最大轉(zhuǎn)矩減小恒壓頻比調(diào)速法特別適用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的情況主磁通變大變小都不好若要求過(guò)載能力不變2.恒功率負(fù)載

若要求過(guò)載能力不變功率恒定，則：即加到電動(dòng)機(jī)上的電壓必須隨頻率的開方成比變化

很顯然，這種變頻調(diào)速方式的主磁通前后發(fā)生了改變！3.風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載

風(fēng)機(jī)、泵類負(fù)載的特點(diǎn)是其轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的平方成正比變化。若要求過(guò)載能力不變即加到電動(dòng)機(jī)上的電壓必須隨頻率的平方成正比變化很顯然，這種變頻調(diào)速方式的主磁通前后也發(fā)生了改變！大連理工大學(xué)電氣工程系

變頻器大連理工大學(xué)電氣工程系

優(yōu)點(diǎn)：(1)一體化的通用變頻器和電動(dòng)機(jī)的組合可以提供最大效率。(2)變速驅(qū)動(dòng)，輸出功率范圍寬（如從120W~7.5kW）。(3)在需要的時(shí)候，通用變頻器可以方便地從電動(dòng)機(jī)上移走。(4)高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

電機(jī)變頻器一體化產(chǎn)品5.9.3異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速特點(diǎn)：電動(dòng)機(jī)的臨界轉(zhuǎn)差率不變。電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩（包括最大轉(zhuǎn)矩）與定子繞組電壓的平方成正比。

且降壓調(diào)速時(shí)容易引起電動(dòng)機(jī)過(guò)熱！n0TnOnMUNTLTLTLU1n0TnOnMUNU15.9.4繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速1.轉(zhuǎn)子回路串電阻調(diào)速恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速時(shí)，為保持Te不變：則需不變：轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：初期投資小、方法簡(jiǎn)單、調(diào)速范圍較寬廣；缺點(diǎn)：串入電阻越大，能量損耗越大，且機(jī)械特性斜率加大，動(dòng)態(tài)精度變差，主要用于起重機(jī)等場(chǎng)合。注意：一般串電阻啟動(dòng)用的變阻器都是短時(shí)工作的。而調(diào)速用的變阻器應(yīng)為長(zhǎng)期工作的。2.轉(zhuǎn)子回路串級(jí)調(diào)速為了克服轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速效率低這一缺點(diǎn)，可采用串級(jí)調(diào)速方式，不串電阻，而采用電力電子線路串入一個(gè)電勢(shì)，該電動(dòng)勢(shì)等效替代串電阻的壓降，以提高電機(jī)效率。由控制器控制逆變器，把直流轉(zhuǎn)換為和電源具有相同頻率的交流回饋給交流電源。逆變器的電壓可看成是加在轉(zhuǎn)子回路的附加電動(dòng)勢(shì)，控制逆變器的移相角，就相當(dāng)于改變串接在轉(zhuǎn)子回路的電動(dòng)勢(shì)，也就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

近年來(lái)常見的晶閘管串級(jí)調(diào)速方法5.10三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)M3~3~Q15.10.1能耗制動(dòng)1.

制動(dòng)原理制動(dòng)前

Q1合上，Q2斷開，

M為電動(dòng)狀態(tài)。制動(dòng)時(shí)

Q1斷開，Q2合上。定子:U→I1→Φ

轉(zhuǎn)子:n→E2→I2M為制動(dòng)狀態(tài)。n＋U－Q2

RbI1×ΦFFTT動(dòng)能消耗在轉(zhuǎn)子銅耗中5.10.2異步電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)反接制動(dòng)方法：正轉(zhuǎn)反接和正接反轉(zhuǎn)。正轉(zhuǎn)反接制動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)本來(lái)工作在正向電動(dòng)狀態(tài)，將定子兩相繞組的出線頭對(duì)調(diào)后再接到電源，這就是定子兩相反接的反接制動(dòng)。

為了使反接制動(dòng)時(shí)電流不致過(guò)大，繞線式異步機(jī)，應(yīng)在轉(zhuǎn)子回路中串入制動(dòng)電阻；籠型異步機(jī)，應(yīng)在定子繞組電路中串聯(lián)限流電阻。

－TLTLOnT1n02－n0

bacd曲線2為轉(zhuǎn)子串入制動(dòng)電阻后的特性曲線，b-c為制動(dòng)段到

c點(diǎn)時(shí)，若未切斷電源，M將可能反向起動(dòng)。2.正接反轉(zhuǎn)制動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)定子電源正向連接，其定子磁動(dòng)勢(shì)旋轉(zhuǎn)方向?yàn)閚1正向旋轉(zhuǎn)，但由于轉(zhuǎn)子回路串有較大的電阻，在轉(zhuǎn)軸上帶有較大的位能性負(fù)載(下放重物)，電機(jī)起動(dòng)時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩Te與負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2方向相反，在T2作用下，電動(dòng)機(jī)反向旋轉(zhuǎn)。OnT1n02bcTLad

制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)3e1.機(jī)車下坡或下放重物時(shí)的回饋制動(dòng)機(jī)車先下坡，當(dāng)n>ns時(shí)，異步電機(jī)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，電磁轉(zhuǎn)矩的方向與電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)相反，成為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

2.變極或變頻調(diào)速過(guò)程中的回饋制動(dòng)TnOf1'f1"f1'＞

f1"TLabcdTnOTLabcd變頻調(diào)速，頻率突降時(shí)的bc段變極調(diào)速，極數(shù)突增時(shí)的bc段5.11單相異步電動(dòng)機(jī)定子上一般有兩個(gè)繞組：起動(dòng)繞組、工作繞組，兩繞組在空間上相距90度電角度。轉(zhuǎn)子是籠型結(jié)構(gòu)。起動(dòng)繞組只在起動(dòng)時(shí)接入，起動(dòng)完畢從電源斷開。單相交流電所建立的磁動(dòng)勢(shì)為脈振磁動(dòng)勢(shì)雙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)理論：脈振磁場(chǎng)可以認(rèn)為是由兩個(gè)