電工學(xué)原理第5章電動(dòng)機(jī)

5.1三相異步電動(dòng)機(jī)1.三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)部分稱為轉(zhuǎn)子固定部分稱為定子在定子和轉(zhuǎn)子之間有一很小的間隙，稱為氣隙。第5章電動(dòng)機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖異步電機(jī)的定子是異步電動(dòng)機(jī)固定不動(dòng)的部分。

（1）定子機(jī)座定子繞組定子鐵心異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。

（2）轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子風(fēng)扇轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心為電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，一般也由0.5mm厚的硅鋼片疊成。轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組的作用是感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，流過(guò)電流和產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu)型式：鼠籠式和有繞線式兩種。根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式不同，異步電動(dòng)機(jī)分為：鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的外形就像一個(gè)“鼠籠”。由于異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組不必由外界電源供電，因此可以自行閉合構(gòu)成短路繞組。鼠籠式轉(zhuǎn)子 繞線式轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相似，也是用絕緣導(dǎo)線嵌于轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)，連接成星形接法的三相對(duì)稱繞組。繞線式轉(zhuǎn)子繞組三相異步電動(dòng)機(jī)的符號(hào)M～三相異步鼠籠式電動(dòng)機(jī)三相異步繞線式電動(dòng)機(jī)M～同步轉(zhuǎn)速n0與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差與同步轉(zhuǎn)速n0的比值稱為轉(zhuǎn)差率（也稱滑差）：電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在額定狀態(tài)時(shí)，s約為1.5～6％左右。轉(zhuǎn)差率異步電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速總是低于同步轉(zhuǎn)速，即兩種轉(zhuǎn)速之間總是存在差異。異步電動(dòng)機(jī)的名稱也由此而來(lái)。2.異步電機(jī)的基本工作原理Φn0···×××ffn（1）異步電機(jī)的基本工作原理1）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生

如果把三相對(duì)稱繞組接至三相對(duì)稱交流電源上，其中流過(guò)三相對(duì)稱交流電流。設(shè)各相交流電流的瞬時(shí)表達(dá)式為：

U2V1V2W1W2U1ti1Ui1Vi1W兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)0·×U2V1V2W1W2U1·×NSU2V1V2W1W2U1t1×··×·×NSU2V1V2W1W2U1t2×···××NSt3×··×·×NS2）磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向

U2V1V2W1W2U1×··×·×NSU2V1V2W1W2U1×···××NSU2V1V2W1W2U1×··×·×NSti1Ui1Vi1W0t1t2t3當(dāng)U、V、W相電流達(dá)到最大值時(shí)，合成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極N和S依次從U相繞組的軸線移到V、W相繞組的軸線上。

合成磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向決定于三相繞組電流的相序。

異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向相同。所以要改變異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向只需改變異步電動(dòng)機(jī)三相電源的相序。

控制電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)3）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)——p當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)的每相定子繞組只有一個(gè)線圈時(shí)，所產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)的極數(shù)為2（一個(gè)N極、一個(gè)S極），即磁極對(duì)數(shù)p＝1·×U2V1V2W1W2U1·×NS4極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)合成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由二個(gè)N磁極和二個(gè)S磁極組成，極數(shù)變?yōu)?，即磁極對(duì)數(shù)p＝24）旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速——同步轉(zhuǎn)速n0

對(duì)于兩極電機(jī)即旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)p＝1，當(dāng)電流變化一周（電角度為360°）時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間正好轉(zhuǎn)動(dòng)一圈（空間角度為360°）。如果電流每秒變化f1周，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)就轉(zhuǎn)動(dòng)f1圈。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速即同步轉(zhuǎn)速為：

（轉(zhuǎn)/分，r/min）

接在工頻電源上不同極數(shù)的異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速（2）三相異步電動(dòng)機(jī)的三種運(yùn)行狀態(tài)

轉(zhuǎn)差率s是異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的一個(gè)重要物理量。根據(jù)s的正負(fù)和大小可以判斷異步電動(dòng)機(jī)工作在電動(dòng)狀態(tài)、發(fā)電機(jī)狀態(tài)還是電磁制動(dòng)狀態(tài)。

1）電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài):定子從電網(wǎng)吸收電功率，轉(zhuǎn)子從軸上輸出機(jī)械功率。

Φn0···×××ffn當(dāng)異步電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向相同而且轉(zhuǎn)速n<n0（0<s<1）時(shí)。2）發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)Φn0···×××ffn原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)電機(jī)使n>n0（s<0）。異步電機(jī)的定子方由原來(lái)從電網(wǎng)吸收電功率改為向電網(wǎng)輸出電功率。

電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)原動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。原動(dòng)機(jī)要保持轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，必須輸入機(jī)械功率。3）電磁制動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)Φn0···×××ffn用其他機(jī)械拖動(dòng)異步電機(jī)朝著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)n<0（s>1）。電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)拖動(dòng)機(jī)械來(lái)說(shuō)是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。電機(jī)一方面吸收拖動(dòng)機(jī)械的機(jī)械功率，另一方面又從電網(wǎng)吸收電功率，這兩部分功率在電機(jī)內(nèi)都以損耗的方式最終轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉。（3）電機(jī)的可逆性原理

一臺(tái)交流電動(dòng)機(jī)，當(dāng)將交流電源接在定子繞組上，可以使其轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，從而完成將輸入的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的過(guò)程，即為交流電動(dòng)機(jī)。同一臺(tái)交流電機(jī)在不同的外界條件下，即可作為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，也可作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行。這就是交流電機(jī)的可逆性原理。在原動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，電機(jī)向電網(wǎng)輸入交流電，完成將轉(zhuǎn)軸上輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的過(guò)程，而成為交流發(fā)電機(jī)。（4）機(jī)電能量的轉(zhuǎn)換過(guò)程

電機(jī)在進(jìn)行能量形態(tài)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，其內(nèi)部存在著四種形態(tài)：電能機(jī)械能磁場(chǎng)儲(chǔ)能熱能。交流電機(jī)（其它類型的電機(jī)也一樣）本質(zhì)上是一種能量轉(zhuǎn)換元件。電動(dòng)機(jī)的能量方程式：電源輸入的電能＝輸出的機(jī)械能磁場(chǎng)儲(chǔ)能的增加轉(zhuǎn)換成熱能的損耗電機(jī)在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中產(chǎn)生的能量損耗通常有三種：電系統(tǒng)內(nèi)部通有電流時(shí)產(chǎn)生的電阻損耗；機(jī)械系統(tǒng)的風(fēng)阻摩擦引起的機(jī)械損耗；由耦合磁場(chǎng)在鐵心中引起的介質(zhì)損耗（磁滯損耗和渦流損耗），即鐵耗。這些損耗都變?yōu)闊崮芏l(fā)。為了保證電機(jī)正常運(yùn)行，必須對(duì)電機(jī)進(jìn)行冷卻。電系統(tǒng)uie耦合磁場(chǎng)T機(jī)械系統(tǒng)輸入電能電阻損耗產(chǎn)生的熱量介質(zhì)損耗產(chǎn)生的熱量機(jī)械損耗產(chǎn)生的熱量輸出機(jī)械能電動(dòng)機(jī)的能量轉(zhuǎn)換1）功率平衡

P1P2pCu1pFe1pCu2pm+padPTPmec電磁功率機(jī)械功率輸出的機(jī)械功率輸入的電功率2）磁動(dòng)勢(shì)平衡以n0旋轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是由定、轉(zhuǎn)子電流共同建立的。就在氣隙中建立以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其磁通量為

定子電流產(chǎn)生的磁勢(shì)可由兩個(gè)分量組成：

激磁分量

激磁磁動(dòng)勢(shì)

氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

負(fù)載分量

抵消轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)對(duì)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的影響

電動(dòng)機(jī)機(jī)械負(fù)載的變化引起的轉(zhuǎn)子電流的變化，會(huì)立即引起電動(dòng)機(jī)的定子電流的變化，從而調(diào)節(jié)輸入的電功率以滿足機(jī)械負(fù)載對(duì)電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械功率的需要。

為了保證不變

以維持磁通不變

自動(dòng)增大

定子向電網(wǎng)吸收的電流自動(dòng)增大

如果增大電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所帶的機(jī)械負(fù)載，必然引起轉(zhuǎn)速降低；于是轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)加大，則轉(zhuǎn)子感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)和電流I2也增大，則磁勢(shì)增加。5.2.2三相異步電動(dòng)機(jī)的

功率、轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性異步電動(dòng)機(jī)的作用：是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，它輸送給生產(chǎn)機(jī)械的量是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。在選用電動(dòng)機(jī)時(shí)，總是要求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速（稱為機(jī)械特性）符合生產(chǎn)負(fù)載的需要。電動(dòng)機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩的大小受哪些因素的影響？如何計(jì)算電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩？轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的關(guān)系怎樣？

異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子上作用著三個(gè)轉(zhuǎn)矩：電磁轉(zhuǎn)矩T：由i2和Φm相互作用引起電磁力所產(chǎn)生的空載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩T0：由電動(dòng)機(jī)的機(jī)械損耗pm和附加損耗pad引起的負(fù)載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩T2：轉(zhuǎn)子拖動(dòng)的機(jī)械負(fù)載反作用在轉(zhuǎn)子上的力矩1.三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)矩平衡方程式：

等式兩邊同乘以機(jī)械角速度rad/s克服負(fù)載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩T2所消耗的功率：

——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率為：

電動(dòng)機(jī)所獲得的總得機(jī)械功率：

——全部用于克服制動(dòng)轉(zhuǎn)矩消耗掉。電動(dòng)機(jī)消耗的機(jī)械損耗pm和附加損耗pad：——用于克服空載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩T0所消耗的功率由于電動(dòng)機(jī)的機(jī)械損耗pm和附加損耗pad很小，

（牛頓·米，N·m）

P2為異步電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率，單位為千瓦（kW）

n為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位（轉(zhuǎn)/分，r/min）

2.三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩例：有兩臺(tái)功率都為PN=7.5k的三相異步電動(dòng)機(jī)UN=380V、nN=962r/min一臺(tái)，另一臺(tái)UN=380V、

nN=1450r/min，求兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。

解：第一臺(tái)：

第二臺(tái)：

異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩可直接由電磁力定律

,通過(guò)計(jì)算轉(zhuǎn)子上各導(dǎo)條所受的力得到。

異步電動(dòng)機(jī)上電磁轉(zhuǎn)矩為：

CT（包含了力臂）是與電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)稱為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)。公式表明：三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)Φm與轉(zhuǎn)子電流的有功分量相互作用產(chǎn)生的。式中三項(xiàng)T、Φm和符合左手定則。轉(zhuǎn)子n三相異步電動(dòng)機(jī)電路示意圖定子r1jx1σN1k1f1r2jx2σN2k2f2異步電動(dòng)機(jī)的定子電路和轉(zhuǎn)子電路之間只有磁的耦合而沒(méi)有電的聯(lián)系。電路是靜止的電路是旋轉(zhuǎn)的每相定子電路的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：

定子繞組的電阻和漏電抗很小，電動(dòng)機(jī)的電源電壓：

每相轉(zhuǎn)子電路的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：每相轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值：

轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的頻率f2當(dāng)轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的相對(duì)速度：

轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流的頻率為：

注意：在當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)，即s=1、f2＝f1。

電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)s很小，所以轉(zhuǎn)子的頻率較低，約幾赫茲。

由轉(zhuǎn)子電路的電動(dòng)勢(shì)平衡方程式：

轉(zhuǎn)子每相電流的有效值：

由于轉(zhuǎn)子電路顯感性，所以轉(zhuǎn)子電流滯后轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)為：其中：電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩（機(jī)械特性）：

重要的結(jié)論：當(dāng)電源頻率和電動(dòng)機(jī)參數(shù)不變時(shí)，三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩不僅與電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s有關(guān)，還與每相定子電壓U1的平方成正比。

3.三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是描述電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)（由異步電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械所組成）的各種運(yùn)行狀態(tài)的有效工具。異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指當(dāng)電動(dòng)機(jī)的電源電壓和頻率不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系：T0n1sn00機(jī)械特性曲線（1）額定工作點(diǎn)N額定轉(zhuǎn)矩TN額定轉(zhuǎn)速nN

額定轉(zhuǎn)差sN（牛頓·米，N·m）

T10s

n0n0恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TNN

sN

nN（2）起動(dòng)點(diǎn)A和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst

起動(dòng)點(diǎn)A：指電動(dòng)機(jī)已投入電網(wǎng)，但尚未開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的工作狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩稱為（最初）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst。Tst是表征電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能的重要指標(biāo)之一。如果Tst太小，在一定負(fù)載下電動(dòng)機(jī)可能不能起動(dòng)起來(lái)，因而不能滿足生產(chǎn)機(jī)械的要求。10s

n0n0TstATn=0或s=1：當(dāng)電源頻率和電動(dòng)機(jī)參數(shù)不變時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst與電源電壓U1的平方成正比。電網(wǎng)電壓的下降，將對(duì)異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)裝置的起動(dòng)性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的電流及功率因數(shù)

與轉(zhuǎn)差率s的關(guān)系0sI2s=1在電動(dòng)機(jī)剛起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)差s=1最大，轉(zhuǎn)子電路的漏抗最大，所以轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)也最小。因此，在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，雖然轉(zhuǎn)子電流較大，但起動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩并不大。

0sI2s=1在電機(jī)起動(dòng)時(shí)（s=1

），要采取限流措施，更要避免在電機(jī)運(yùn)行時(shí)發(fā)生堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，否則會(huì)由于電流過(guò)大，使電機(jī)溫升增加，損壞電機(jī)絕緣，使電機(jī)燒壞。

隨著轉(zhuǎn)速的升高轉(zhuǎn)差s較小時(shí)，轉(zhuǎn)子頻率f2較低，則轉(zhuǎn)子電路的漏抗較小，所以轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)較大。0sI2s=1起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)（最初）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)來(lái)表示起動(dòng)轉(zhuǎn)矩.

通常用

一般，鼠籠異步電動(dòng)機(jī)的（最初）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)為1.0～2.0。

電動(dòng)機(jī)不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，而電動(dòng)機(jī)卻以同步轉(zhuǎn)速高速運(yùn)行，這種運(yùn)行狀態(tài)只能是一種理想情況，稱為理想運(yùn)行狀態(tài)。

（3）理想空載點(diǎn)D10s

n0n0DT（4）臨界點(diǎn)B和最大轉(zhuǎn)矩Tmax

電磁轉(zhuǎn)矩為最大轉(zhuǎn)矩Tmax是電動(dòng)機(jī)所能提高的極限轉(zhuǎn)矩。Tmax越大，電動(dòng)機(jī)短時(shí)過(guò)載能力越強(qiáng)，最大轉(zhuǎn)矩Tmax也是表征電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能的重要指標(biāo)之一。

10s

n0n0TTmaxsmB當(dāng)電源頻率和電動(dòng)機(jī)參數(shù)為常數(shù)時(shí)，最大轉(zhuǎn)矩Tmax與電源電壓U1的平方成正比。電網(wǎng)電壓有較小的波動(dòng)，也會(huì)使異步電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生較大的變化。如果電源電壓下降過(guò)多，以致最大轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，則電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)將發(fā)生停車事故，也稱為堵轉(zhuǎn)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，若負(fù)載短時(shí)突然增大，隨后又恢復(fù)正常負(fù)載，在這期間只要總的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩（負(fù)載轉(zhuǎn)矩與空載制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的總和）不超過(guò)最大轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)仍能穩(wěn)定運(yùn)行。但若總的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于最大轉(zhuǎn)矩，則電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)將停車，也稱堵轉(zhuǎn)。

電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力

一般異步電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力λ＝1.8～2.5。電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力4.異步電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)

穩(wěn)定運(yùn)行：就是如果電力拖動(dòng)系統(tǒng)原來(lái)處于一種平衡運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，由于受到外界擾動(dòng)離開原來(lái)的平衡狀態(tài)，仍能在新的條件下達(dá)到新的平衡狀態(tài)；或者在擾動(dòng)消失后，能夠恢復(fù)到原來(lái)的平衡狀態(tài)。

穩(wěn)定工作點(diǎn)N電機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩當(dāng)TL↑n↓10s

n0n0恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TLT當(dāng)T↑N10s

n0n0T穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)5.2.3三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)1.三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)

當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)接在三相對(duì)稱電源上，如果最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，電動(dòng)機(jī)就從靜止?fàn)顟B(tài)過(guò)渡到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。這個(gè)過(guò)程叫做異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)。

把異步電動(dòng)機(jī)剛起動(dòng)（n＝0，s=1）時(shí)，三相異步電動(dòng)機(jī)定子線電流稱為異步電動(dòng)機(jī)的最初起動(dòng)電流Ist。

若異步電動(dòng)機(jī)在額定電壓下起動(dòng)，則（最初）起動(dòng)電流為額定電流的4～7倍。

在線路上會(huì)產(chǎn)生較大的線路壓降，使得電源電壓在起動(dòng)電機(jī)時(shí)下降。尤其是電源的容量較小時(shí)起動(dòng)電機(jī)，會(huì)使電壓降得更多。這就有可能影響同一電源上其他用電設(shè)備的正常運(yùn)行。較大的起動(dòng)電流在線路和電機(jī)中產(chǎn)生的損耗大，引起發(fā)熱。特別是機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J較大時(shí)，起動(dòng)較慢，起動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的損耗增大，使電機(jī)過(guò)熱，溫度上升，嚴(yán)重時(shí)可能燒壞電機(jī)。

有足夠大的最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；盡可能小的最初起動(dòng)電流；起動(dòng)過(guò)程中的功率損耗應(yīng)盡可能減少；起動(dòng)的操作方便，起動(dòng)設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)。起動(dòng)性能的要求：2.三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)方法

（1）

直接起動(dòng)直接起動(dòng)是利用開關(guān)等電器設(shè)備將電動(dòng)機(jī)直接接到額定電壓上的起動(dòng)方式，又稱全壓起動(dòng)。

當(dāng)電機(jī)容量小于10kW或其容量不超過(guò)電源變壓器容量的15%～20%時(shí)，最初起動(dòng)電流不會(huì)影響同一供電線路上的其他用電設(shè)備的正常工作，可允許直接起動(dòng)。

優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、方便、經(jīng)濟(jì)、起動(dòng)過(guò)程快，是一種適用于小容量的常用方法。缺點(diǎn)：最初起動(dòng)電流較大，將使線路電壓下降，影響鄰近負(fù)載正常工作。

（2）

降壓起動(dòng)降壓起動(dòng)的方法是通過(guò)降低電動(dòng)機(jī)定子電壓U1來(lái)限制最初起動(dòng)電流Ist。由于電動(dòng)機(jī)的最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所以當(dāng)電動(dòng)機(jī)定子電壓U1降低為時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩就會(huì)降低為。1）Y-△換接降壓起動(dòng)正常運(yùn)行時(shí)，定子繞組換接成△：這種控制方式僅適用于電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為D形接法。W2W1V2V1U1U2起動(dòng)時(shí)，定子繞組首先接成Y形。W2W1V2V1U1U2Y-△換接降壓起動(dòng)時(shí)的電流僅為直接起動(dòng)時(shí)的三分之一。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延時(shí)，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近額定轉(zhuǎn)速時(shí)，斷開KM2然后閉合KM3，電動(dòng)機(jī)的定子繞組接成正常運(yùn)行時(shí)的△形。KM3W2W1V2V1U1U2KM2起動(dòng)時(shí)先閉合KM2定子繞組接成Y，每相定子上的電壓僅為額定電壓的、而電網(wǎng)的電流僅為全壓直接起動(dòng)時(shí)的；適用范圍：正常運(yùn)行時(shí)定子繞組是三角形連接電動(dòng)機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：最初起動(dòng)電流為全壓起動(dòng)時(shí)的1／3。起動(dòng)設(shè)備比較簡(jiǎn)單、成本低、運(yùn)行比較可靠和維修方便。缺點(diǎn)：最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為全壓起動(dòng)時(shí)的1／3。只適用于輕載或空載起動(dòng)。說(shuō)明2）

自耦降壓起動(dòng)：采用自耦變壓器降壓起動(dòng)的控制電路中，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流的限制，是依靠自耦變壓器的降壓作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，定子繞組得到的電壓是自耦變壓器的二次電壓。一旦起動(dòng)結(jié)束，自耦變壓器便被切除，額定電壓或者說(shuō)自耦變壓器的一次電壓直接加在定子繞組，這時(shí)電動(dòng)機(jī)進(jìn)入全電壓正常運(yùn)行。通常習(xí)慣稱自耦變壓器為起動(dòng)補(bǔ)償器。

電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓為：設(shè)，UN為電網(wǎng)電壓；自耦變壓器的變比為k。自耦變壓器副邊電流：N2Z1N1+-uN+-u2i2i1電網(wǎng)供給電動(dòng)機(jī)的電流應(yīng)是變壓器原邊電流：直接起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流：自耦降壓起動(dòng)時(shí)的電流僅為直接起動(dòng)時(shí)的

優(yōu)點(diǎn)：使用時(shí)可根據(jù)允許的起動(dòng)電流和負(fù)載特性所需要的最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行選配。缺點(diǎn)：同樣要降低起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，且線路比較復(fù)雜，使用的大型電器開關(guān)較多，而且自耦變壓器的體積大、價(jià)格高、維修麻煩，不允許頻繁起動(dòng)。

說(shuō)明對(duì)鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，無(wú)論采用哪一種降壓起動(dòng)方法來(lái)減小最初起動(dòng)電流，電動(dòng)機(jī)的最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也都會(huì)隨之減小。繞線式異步電動(dòng)機(jī)采用轉(zhuǎn)子繞組串入附加電阻的方法來(lái)起動(dòng)電機(jī)既可以降低起動(dòng)電流Ist又可以增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst。

（3）繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)子電路串接電阻的機(jī)械特性

3.三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)

制動(dòng)：對(duì)電動(dòng)機(jī)采取強(qiáng)迫措施使其迅速停車，要求電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反。

（1）反接制動(dòng)改變異步電動(dòng)機(jī)定子繞組上三相電源的相序，使定子繞組產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)0反接制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)不僅從電源吸收電能，還從電機(jī)轉(zhuǎn)軸上吸收機(jī)械能（由拖動(dòng)系統(tǒng)降速時(shí)釋放出的動(dòng)能轉(zhuǎn)換而來(lái)），并將這兩部分能量消耗在轉(zhuǎn)子電路的電阻上，轉(zhuǎn)換成熱能散發(fā)除去。

說(shuō)明反接制動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)轉(zhuǎn)速接近轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的兩倍，因此，制動(dòng)電流大，制動(dòng)力矩大，制動(dòng)迅速。但是這種方法對(duì)設(shè)備沖擊也大，通常僅用于10kW以下的小容量電動(dòng)機(jī)。

（2）

能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)就是在電動(dòng)機(jī)脫離三相交流電源之后，定子繞組上加一個(gè)直流電壓（即通入直流電流），利用轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流與靜止磁場(chǎng)的作用，在轉(zhuǎn)速為零時(shí)切除直流電源，以達(dá)到制動(dòng)的目的。能耗制動(dòng)常用于需要準(zhǔn)確停車的場(chǎng)合。異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)入能耗制動(dòng)后，電動(dòng)機(jī)實(shí)際上已成為發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子電路中的電阻就是它的負(fù)載，它將轉(zhuǎn)軸上的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能消耗在轉(zhuǎn)子電阻上。（3）

發(fā)電回饋制動(dòng)Φn0···×××ffn5.2.4三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速為了滿足生產(chǎn)、工藝的要求需要調(diào)速；節(jié)約電能需要調(diào)速。

由于異步電動(dòng)機(jī)特別是鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、免維修和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，再加上近年來(lái)由于現(xiàn)代控制技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展，使得交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能可以和直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能相媲美。因此以前在要求采用直流調(diào)速的地方如今基本上都可以采用交流調(diào)速。

調(diào)速方法

異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有：改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速；改變磁極對(duì)數(shù)p的變極調(diào)速；改變供電電源的頻率f1的變頻調(diào)速。調(diào)速方法實(shí)際上只有兩大類：在電機(jī)中旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速n0恒定的情況下調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)差率s，即改變轉(zhuǎn)差調(diào)速；調(diào)節(jié)電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速n0，即變極調(diào)速和變頻調(diào)速。

1.改變轉(zhuǎn)差s常用的改變轉(zhuǎn)差率s調(diào)速的方法包括：改變定子電壓調(diào)速；轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速（適用于繞線式電機(jī)）；串級(jí)調(diào)速（適用于繞線式電機(jī)）；電磁離合器調(diào)速。

串極調(diào)速是在轉(zhuǎn)子回路中采用轉(zhuǎn)子整流器，將轉(zhuǎn)差功率回饋到電網(wǎng)中，由于能量得到回收所以這種調(diào)速方法屬于高效率調(diào)速。

2.變極調(diào)速變極調(diào)速：就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的定子繞組的連接方式以改變電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)p來(lái)調(diào)速。屬于高效調(diào)速方法

所需設(shè)備簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，工作也比較可靠，但為有級(jí)調(diào)速，且還需專門設(shè)計(jì)此種電機(jī)。

變極調(diào)速多用于鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的拖動(dòng)系統(tǒng)，如鏜床、銑床和塔吊的傳動(dòng)系統(tǒng)。

電機(jī)的定、轉(zhuǎn)子的磁極對(duì)數(shù)必須相同，定子和轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)才能相互作用實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換。鼠籠異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子極數(shù)能自動(dòng)跟隨定子極數(shù)變化。3.變頻調(diào)速變頻調(diào)速是通過(guò)改變供電電源的頻率f1，使同步轉(zhuǎn)速n0與f1成正比變化，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的平滑、寬范圍和高精度的調(diào)速。

M～逆變器整流器～f=50Hz+-f、U可變變頻器如果調(diào)節(jié)頻率

U1為電源電壓可視為恒定值，所以當(dāng)頻率f1改變時(shí)，磁通也會(huì)隨著改變。

當(dāng)降低頻率f1時(shí)，則磁通將會(huì)增加，引起磁路過(guò)分飽和而使激磁電流增大很多，導(dǎo)致鐵損耗急劇增加甚至使電機(jī)燒壞；可知必導(dǎo)致輸出轉(zhuǎn)矩減小，電機(jī)得不到充分利用而造成浪費(fèi)，同時(shí)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩也將下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使電機(jī)起動(dòng)甚至燒壞電機(jī)。當(dāng)增加頻率f1時(shí)，則磁通將會(huì)減少調(diào)節(jié)電源頻率f1的同時(shí)，加至電動(dòng)機(jī)的電源電壓U1也要同時(shí)改變。保持=常數(shù)，以保持磁通不變

變頻調(diào)速可使電動(dòng)機(jī)始終運(yùn)行在高效率區(qū)，并保證良好的動(dòng)態(tài)性能。交流電動(dòng)機(jī)采用變頻起動(dòng)更能顯著改善交流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能，大幅度地降低電機(jī)的起動(dòng)時(shí)的最初起動(dòng)電流，增加最初起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；變頻調(diào)速可十分理想地實(shí)現(xiàn)交流電動(dòng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速。

變頻調(diào)速需要專門的變頻裝置。5.2.5三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)

功率：電動(dòng)機(jī)在銘牌規(guī)定條件下正常工作時(shí)轉(zhuǎn)軸上輸出的機(jī)械功率，稱為額定功率或容量PN。單位為千瓦（kW）。電壓：電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，外加在定子繞組上的線電壓UN。單位為伏（V）。電流：電動(dòng)機(jī)在額定電壓下，轉(zhuǎn)軸有額定功率輸出時(shí)，定子繞組的線電流。單位為安（A）。頻率：電動(dòng)機(jī)所接交流電源的頻率。單位為赫茲（Hz）。我國(guó)電網(wǎng)頻率為50Hz。轉(zhuǎn)速：電動(dòng)機(jī)在額定電壓和額定頻率下，轉(zhuǎn)軸有額定功率輸出時(shí)，轉(zhuǎn)子的額定轉(zhuǎn)速。單位為轉(zhuǎn)/分（r/min）。接法：指三相定子繞組接成三角形△（D）還是星形Y。功率因數(shù)：

指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，定子相電壓與相電流相位差的余弦。效率：指電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)，軸上輸出功率PN與定子輸入電功率P1N的比值：定子輸入的電功率：

標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)：表示電機(jī)制造廠在