《電機(jī)與電氣控制（第三版）》 課件 課題3、4 交流電機(jī)的應(yīng)用、特種電機(jī)的應(yīng)用

課題三交流電機(jī)的應(yīng)用284任務(wù)4三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)任務(wù)2三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行任務(wù)1認(rèn)識(shí)三相異步電動(dòng)機(jī)任務(wù)3三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速任務(wù)8電動(dòng)機(jī)的選用任務(wù)6單相異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用任務(wù)5三相異步電動(dòng)機(jī)的使用、維護(hù)和檢修任務(wù)7三相同步電機(jī)的應(yīng)用任務(wù)1認(rèn)識(shí)三相異步電動(dòng)機(jī)287學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解三相異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)、用途和分類。2.認(rèn)識(shí)三相異步電動(dòng)機(jī)的外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，熟悉各部件的作用。3.了解三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌中型號(hào)和額定值的含義，掌握額定值的簡(jiǎn)單計(jì)算。4.熟悉三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理。5.學(xué)會(huì)三相異步電動(dòng)機(jī)的檢測(cè)、接線和簡(jiǎn)單操作使用。288任務(wù)引入現(xiàn)代各種生產(chǎn)機(jī)械都廣泛使用電動(dòng)機(jī)來(lái)拖動(dòng)。由于現(xiàn)代電網(wǎng)普遍采用三相交流電，而三相異步電動(dòng)機(jī)又比直流電動(dòng)機(jī)有更好的性價(jià)比，因此，三相異步電動(dòng)機(jī)比直流電動(dòng)機(jī)使用得更廣泛。三相異步電動(dòng)機(jī)的外形如圖所示。在工礦企業(yè)的電力拖動(dòng)生產(chǎn)設(shè)備中，三相異步電動(dòng)機(jī)是所有電動(dòng)機(jī)中應(yīng)用最廣泛的一種。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在電網(wǎng)中的電能2/3以上是由三相異步電動(dòng)機(jī)消耗的，而且工業(yè)越發(fā)達(dá)，現(xiàn)代化程度越高，其比例也越大。本任務(wù)主要介紹常用三相異步電動(dòng)機(jī)的性能特點(diǎn)、基本結(jié)構(gòu)、銘牌數(shù)據(jù)、工作原理以及額定值的計(jì)算方法，并學(xué)習(xí)三相異步電動(dòng)機(jī)的接線方法和簡(jiǎn)單操作技能。289290三相異步電動(dòng)機(jī)的外形a）Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)b）YZR系列三相異步電動(dòng)機(jī)相關(guān)知識(shí)一、三相異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)和用途三相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、價(jià)格低廉、維護(hù)方便、效率較高、體積小、質(zhì)量輕等一系列優(yōu)點(diǎn)。與同容量的直流電動(dòng)機(jī)相比，三相異步電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量和價(jià)格約為直流電動(dòng)機(jī)的1/3。三相異步電動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)是功率因數(shù)較低，啟動(dòng)和調(diào)速性能不如直流電動(dòng)機(jī)。因此，三相異步電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于對(duì)調(diào)速性能要求不高的場(chǎng)合，特別是在中小企業(yè)中，例如普通機(jī)床、起重機(jī)、生產(chǎn)線、鼓風(fēng)機(jī)、水泵以及各種農(nóng)副產(chǎn)品的加工機(jī)械等，如圖所示。291292三相異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用a）普通車床b）搖臂鉆床c）生產(chǎn)線d）萬(wàn)能銑床二、三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)由兩個(gè)基本部分組成：一是固定不動(dòng)的部分，稱為定子；二是旋轉(zhuǎn)部分，稱為轉(zhuǎn)子。在定子和轉(zhuǎn)子之間有一個(gè)很小的氣隙。圖所示為三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，圖所示為三相異步電動(dòng)機(jī)的各個(gè)部件。293三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)的各個(gè)部件1.定子定子由機(jī)座、定子鐵心、定子繞組和端蓋等組成。機(jī)座的主要作用是固定和支撐定子鐵心。中小型三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)座通常采用鑄鐵制成，如圖所示，大中型異步電動(dòng)機(jī)一般采用鋼板焊接機(jī)座。根據(jù)不同的冷卻方式和安裝方式而采用不同的機(jī)座形式。294三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)座定子鐵心是三相異步電動(dòng)機(jī)磁路的一部分。為了減小渦流損耗和磁滯損耗，定子鐵心由0.5mm厚的硅鋼片疊壓而成，片與片之間涂有絕緣漆，如圖所示。鐵心內(nèi)圓周上有許多均勻分布的槽，用以放置三組對(duì)稱定子繞組，中小型異步電動(dòng)機(jī)的定子槽形一般采用半閉口槽。定子鐵心固定于機(jī)座內(nèi)。295三相異步電動(dòng)機(jī)的定子鐵心定子繞組是由許多線圈按一定的規(guī)律連接而成的，是定子中的電路部分。中小型異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組一般采用漆包線繞制，共分三組，分布在定子鐵心槽內(nèi)。它們?cè)诙ㄗ觾?nèi)圓周空間的排列彼此相隔120°，構(gòu)成對(duì)稱的三相繞組，如圖所示。296三相定子繞組三相繞組共有六個(gè)出線端，通常接在置于電動(dòng)機(jī)外殼上的接線盒中，三個(gè)繞組的首端接頭分別用U1、V1、W1表示，其對(duì)應(yīng)的末端接頭分別用U2、V2、W2表示。三相定子繞組可以連接成星形或三角形，如圖所示。297三相定子繞組的接法a）出線端的排列b）星形連接c）三角形連接2.轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸、風(fēng)扇等組成，如圖所示。轉(zhuǎn)子鐵心為圓柱形，通常由定子鐵心沖片剩下的內(nèi)圓硅鋼片疊成，壓裝在轉(zhuǎn)軸上。轉(zhuǎn)子鐵心與定子鐵心之間有微小的空氣隙，它們共同組成電動(dòng)機(jī)的磁路。轉(zhuǎn)子鐵心外圓周上有許多均勻分布的槽，槽內(nèi)放置轉(zhuǎn)子繞組。298異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組有籠型和繞線式兩種結(jié)構(gòu)?；\型轉(zhuǎn)子繞組是由嵌在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)的若干銅條組成的，兩端分別焊接在兩個(gè)短接的端環(huán)上。由于三相異步電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電動(dòng)勢(shì)很小，因此無(wú)須將銅條與轉(zhuǎn)子鐵心絕緣，這種繞組的制作工藝簡(jiǎn)單。如果去掉鐵心，轉(zhuǎn)子繞組的形狀就像一個(gè)鼠籠，故稱籠型轉(zhuǎn)子，如圖a所示。為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化制造工藝，降低成本，目前，中小型三相異步電動(dòng)機(jī)大都在轉(zhuǎn)子鐵心槽中直接澆鑄鋁液，鑄成籠形繞組，并在端環(huán)上鑄出許多葉片，作為冷卻的風(fēng)扇，如圖b所示。299300籠型轉(zhuǎn)子繞組a）銅條轉(zhuǎn)子繞組b）鑄鋁轉(zhuǎn)子繞組繞線式轉(zhuǎn)子的繞組與定子繞組相似，在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)嵌有對(duì)稱的三相繞組，采用星形連接。三相繞組的三個(gè)尾端連接在一起，三個(gè)首端分別接到裝在轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)銅制集電環(huán)上，通過(guò)電刷與外電路的可變電阻器相連接，用于啟動(dòng)或調(diào)速，如圖所示。繞線轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較高，一般只用于對(duì)啟動(dòng)和調(diào)速有較高要求的場(chǎng)合，如立式車床、起重機(jī)等。301302三相異步電動(dòng)機(jī)的繞線轉(zhuǎn)子和電路圖三、三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)座上都有一塊銘牌，上面標(biāo)有電動(dòng)機(jī)的型號(hào)、規(guī)格和有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，如圖所示。要正確使用電動(dòng)機(jī)，就必須看懂銘牌。現(xiàn)以Y180M-4型三相異步電動(dòng)機(jī)為例來(lái)說(shuō)明銘牌上各個(gè)數(shù)據(jù)的含義。303三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌1.型號(hào)型號(hào)是電動(dòng)機(jī)類型、規(guī)格的代號(hào)。國(guó)產(chǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)的型號(hào)由漢語(yǔ)拼音字母以及國(guó)際通用符號(hào)和阿拉伯?dāng)?shù)字組成。下面以Y180M-4為例，介紹符號(hào)與數(shù)字的含義。Y———一般用途三相籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。180———機(jī)座中心高180mm。M———機(jī)座長(zhǎng)度代號(hào)（S———短機(jī)座，M———中機(jī)座，L———長(zhǎng)機(jī)座）。4———磁極數(shù)（磁極對(duì)數(shù)p=2）。3042.接法接法是指電動(dòng)機(jī)在額定電壓下，三相定子繞組的連接方式，有星形（Y）和三角形（△）。一般功率在3kW及以下的電動(dòng)機(jī)為Y接法，4kW及以上的電動(dòng)機(jī)為△接法。3.額定頻率fN（Hz）額定頻率是指電動(dòng)機(jī)定子繞組所加交流電源的頻率。我國(guó)工業(yè)用交流電源的標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz。4.額定電壓UN（V）額定電壓是指電動(dòng)機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)加到定子繞組上的線電壓值。3055.額定電流IN（A）額定電流是指電動(dòng)機(jī)在額定電壓下正常運(yùn)行時(shí)定子繞組線電流的有效值。6.額定功率PN（kW）和額定效率ηN額定功率也稱額定容量，是指在額定電壓、額定頻率、額定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率。額定效率是指額定運(yùn)行時(shí)輸出機(jī)械功率與輸入電功率的比值。額定功率與額定電壓、額定電流之間存在以下關(guān)系：3067.額定轉(zhuǎn)速nN（r/min）額定轉(zhuǎn)速是指在額定頻率、額定電壓和額定輸出功率時(shí)，電動(dòng)機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)。8.絕緣等級(jí)絕緣等級(jí)是指電動(dòng)機(jī)定子繞組所用絕緣材料允許的最高溫度等級(jí)，有A、E、B、F、H、C六級(jí)。目前一般電動(dòng)機(jī)采用較多的是E級(jí)和B級(jí)。9.功率因數(shù)cosφ三相異步電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)較低，在額定運(yùn)行時(shí)為0.7~0.9，空載時(shí)只有0.2~0.3，因此，必須正確選擇電動(dòng)機(jī)的容量，防止“大馬拉小車”，并力求縮短空載運(yùn)行時(shí)間。30710.工作方式異步電動(dòng)機(jī)常用的工作方式有三種：（1）連續(xù)工作方式可按銘牌上規(guī)定的額定功率長(zhǎng)期連續(xù)使用，而溫升不會(huì)超過(guò)允許值，用代號(hào)S1表示。（2）短時(shí)工作方式每次只允許在規(guī)定時(shí)間內(nèi)按額定功率運(yùn)行，如果運(yùn)行時(shí)間超過(guò)規(guī)定時(shí)間，則會(huì)使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱損壞，用代號(hào)S2表示。（3）斷續(xù)工作方式電動(dòng)機(jī)以間歇方式運(yùn)行。如起重機(jī)械的驅(qū)動(dòng)，多為此種方式，用代號(hào)S3表示。308四、三相異步電動(dòng)機(jī)的系列和分類我國(guó)生產(chǎn)的三相異步電動(dòng)機(jī)種類很多，根據(jù)不同的場(chǎng)合和用途可以進(jìn)行針對(duì)性的選擇。部分常用的Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)及性能特點(diǎn)，見(jiàn)表。309三相異步電動(dòng)機(jī)Y系列的部分品種310三相異步電動(dòng)機(jī)Y系列的部分品種311三相異步電動(dòng)機(jī)Y系列的部分品種五、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理，是基于定子繞組內(nèi)三相電流所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體內(nèi)電流的相互作用。圖a所示是三相異步電動(dòng)機(jī)的接線圖，當(dāng)三相對(duì)稱定子繞組接到三相電源上時(shí)，繞組內(nèi)將通過(guò)三相對(duì)稱電流，在空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)沿定子內(nèi)圓周方向旋轉(zhuǎn)。圖b所示為具有一對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，設(shè)想磁極位于定子鐵心內(nèi)畫有陰影線的部分。312313三相異步電動(dòng)機(jī)原理a）定子繞組的接線b）工作原理當(dāng)磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)體切割磁通將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2，假設(shè)磁場(chǎng)沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，則相當(dāng)于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體沿逆時(shí)針?lè)较蚯懈畲磐ǎ鶕?jù)右手定則，在N極下轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向由圖面指向讀者，而在S極下轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向則由讀者指向圖面。由于電動(dòng)勢(shì)

e2的存在，轉(zhuǎn)子繞組中將產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流i2

。根據(jù)左手定則，轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用將產(chǎn)生電磁力F（假設(shè)

i2與

e2同相位），該力在轉(zhuǎn)子的軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，且轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向相同，轉(zhuǎn)子受此轉(zhuǎn)矩作用，便按旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)起來(lái)。314但是，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n比旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1（稱為同步轉(zhuǎn)速）要小，如果兩者相等，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間就沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁通，便不能感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e2和產(chǎn)生電流i2，也就沒(méi)有電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子將不會(huì)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。因此，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間的轉(zhuǎn)速差是保證轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的必要條件。由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速不等于同步轉(zhuǎn)速，所以把這種電動(dòng)機(jī)稱為異步電動(dòng)機(jī)，而把轉(zhuǎn)速差（n1-n）與同步轉(zhuǎn)速n1

的比值稱為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率，用s表示，即：轉(zhuǎn)差率s是分析異步電動(dòng)機(jī)工作情況的重要參數(shù)。它反映了轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線的速度占旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速的比例關(guān)系。轉(zhuǎn)差率越大，轉(zhuǎn)子中的電動(dòng)勢(shì)和電流越大，電動(dòng)機(jī)從電源輸入的電流和功率也越大。315電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，如果軸上帶有機(jī)械負(fù)載，則從轉(zhuǎn)子輸出機(jī)械能。從物理本質(zhì)上來(lái)分析，異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行工作情況與變壓器相似，即電能從電源輸入定子繞組（一次繞組），通過(guò)電磁感應(yīng)的形式，以旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作為媒介，傳送到轉(zhuǎn)子繞組（二次繞組），而轉(zhuǎn)子中的電能通過(guò)電磁力的作用變換成機(jī)械能輸出。由于在這種電動(dòng)機(jī)中，轉(zhuǎn)子電流的產(chǎn)生和電能的傳遞是基于電磁感應(yīng)原理，所以異步電動(dòng)機(jī)又稱為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。通常異步電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速nN接近于n1

，轉(zhuǎn)差率s很小，為0.015~0.060。316六、三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)1.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生當(dāng)電動(dòng)機(jī)定子繞組通入三相交流電時(shí)，各相繞組中的電流都將產(chǎn)生自己的磁場(chǎng)。由于電流隨時(shí)間變化，它們產(chǎn)生的磁場(chǎng)也將隨時(shí)間變化，而三相電流產(chǎn)生的總磁場(chǎng)（合成磁場(chǎng)）是在空間旋轉(zhuǎn)的，故稱旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，假設(shè)每相繞組只有一個(gè)線圈，分別嵌在定子內(nèi)圓周的六個(gè)凹槽之中，如圖所示，圖中U1、V1、W1和U2、V2、W2分別代表各相繞組的首端和末端。317318定子三相繞組a）嵌放情況b）星形接法接線圖把定子繞組中電流的正方向規(guī)定為自各相繞組的首端到它的末端，并取流過(guò)U相繞組的電流iU作為參考正弦量，即

iU的初相位為零，則各相電流的瞬時(shí)值可表示為（相序?yàn)閁—V—W）：319三相電流的波形如圖所示。320三相電流的波形圖下面分析不同時(shí)刻的合成磁場(chǎng)。（1）在t=0時(shí)，iU=0；iV為負(fù)，電流實(shí)際方向與正方向相反，即電流從V2端流到V1端；iW為正，電流實(shí)際方向與正方向一致，即電流從W1端流到W2端。（2）在t=T/6時(shí)，ωt=60°，

iU為正（電流從U1端流到U2端）；iV為負(fù)（電流從V2端流到V1端）；iW=0。（3）在t=T/3時(shí)，ωt=120°，

iU為正；iV=0；iW為負(fù)。（4）在t=T/2時(shí)，ωt=180°，

iU=0；iV為正；iW為負(fù)。321322兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)2.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向由圖可知，U相繞組內(nèi)的電流，超前于V相繞組內(nèi)的電流120°，而V相繞組內(nèi)的電流又超前于W相繞組內(nèi)的電流120°，同時(shí)上圖所示旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向也是U—V—W，即沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。所以，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向與三相電流的相序一致。323定子三相繞組a）嵌放情況b）星形接法接線圖三相電流的波形圖如果將定子繞組接至電源的三根導(dǎo)線中的任意兩根線對(duì)調(diào)，例如，將V、W兩根線對(duì)調(diào)，如圖所示，使V相與W相繞組中電流的相位對(duì)調(diào)，此時(shí)U相繞組內(nèi)的電流超前于W相繞組內(nèi)的電流120°，因此，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向也將變?yōu)閁—W—V，沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，即與對(duì)調(diào)前的轉(zhuǎn)向相反。324V、W兩根電源線對(duì)調(diào)改變繞組中心的電流相序3.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)與轉(zhuǎn)速以上討論的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，只有一對(duì)磁極，即p=1（磁極對(duì)數(shù)用p表示）。從上述分析可以看出，電流變化一個(gè)周期（360°電角度），旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間也旋轉(zhuǎn)了一圈（360°機(jī)械角度），若電源的頻率為f1，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每分鐘將旋轉(zhuǎn)60f1圈，以n1表示，即：n1=60f1如果把定子鐵心的槽數(shù)增加一倍（變?yōu)?2個(gè)槽），制成如圖所示的三相繞組，其中，每相繞組由兩個(gè)部分串聯(lián)組成，再將三相繞組接到三相對(duì)稱電源，使其通過(guò)三相對(duì)稱電流，便可產(chǎn)生具有兩對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。325326產(chǎn)生四極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的定子繞組a）嵌放情況b）接線圖327四極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)a）t=0b）t=T/6c）t=T/3d）t=T/2七、三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組定子繞組是三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件，它是電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)中的核心。三相異步電動(dòng)機(jī)在長(zhǎng)期的運(yùn)行過(guò)程中，絕緣的老化、受潮、化學(xué)氣體的腐蝕、長(zhǎng)期過(guò)載、低壓運(yùn)行、單相運(yùn)行以及機(jī)械力和電磁力的沖擊等，易引起繞組故障。實(shí)際上電動(dòng)機(jī)修理工作中遇到的問(wèn)題，大多是繞組故障，所以電動(dòng)機(jī)修理的大部分工作是對(duì)繞組的修理。因此，了解三相定子繞組的種類、結(jié)構(gòu)和排列規(guī)律是很有必要的。3281.三相交流繞組概述（1）繞組展開(kāi)圖三相異步電動(dòng)機(jī)修理時(shí)，主要的技術(shù)工作在于繞組端部的連接。繞組展開(kāi)圖最能反映某種繞組的連接規(guī)律，所以對(duì)于交流電動(dòng)機(jī)的繞組展開(kāi)圖要有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)，能夠讀懂和繪制繞組展開(kāi)圖。（2）三相對(duì)稱繞組的特點(diǎn)三相繞組在空間位置上分別相差120°電角度；每相繞組的線圈數(shù)、支路數(shù)相等，導(dǎo)線規(guī)格一樣；每相繞組在空間的分布規(guī)律一樣。根據(jù)三相對(duì)稱繞組的特點(diǎn)，只要了解其中的一相即可。（3）電角度與機(jī)械角度由于導(dǎo)體經(jīng)過(guò)一對(duì)磁極，電動(dòng)勢(shì)變化一個(gè)周期，所以將一對(duì)磁極所占的空間位置定義為360°電角度；而一個(gè)圓周對(duì)應(yīng)的機(jī)械角度為360°，這是不變的。329（4）極距τ與節(jié)距y定子鐵心表面每個(gè)磁極所占的范圍稱為極距τ，一般用槽數(shù)表示。（5）槽距角α相鄰兩槽之間的電角度稱為槽距角α，它表示相鄰兩槽導(dǎo)體中電動(dòng)勢(shì)的相位差：（6）每極每相槽數(shù)q若用m1表示定子的相數(shù)，則每相繞組在每個(gè)磁極下所占有的槽數(shù)為：（7）相帶每一個(gè)磁極下每相繞組所占的范圍稱為相帶，用電角度表示。一般三相異步電動(dòng)機(jī)都采用60°相帶。3302.三相單層繞組三相單層繞組的線圈數(shù)只有槽數(shù)的一半，制造方便，故常用于10kW以下的小型三相異步電動(dòng)機(jī)中。單層繞組可分為同心式、鏈?zhǔn)胶徒徊媸饺N。單層繞組的優(yōu)點(diǎn)是線圈數(shù)少、嵌線方便、不需要層間絕緣、槽利用率高，故小型三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組多采用這種繞組形式。缺點(diǎn)是磁場(chǎng)和電動(dòng)勢(shì)波形中高次諧波影響大，電動(dòng)機(jī)性能較差。因此，大中型三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組多采用雙層繞組。3313.三相雙層繞組三相雙層繞組可分為疊繞組和波繞組兩大類。一般10kW以上三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組采用雙層疊繞組，繞線式三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組采用波繞組。雙層繞組的優(yōu)點(diǎn)是：線圈節(jié)距、形狀相同，便于制造；可以靈活地選擇短距線圈來(lái)改善電動(dòng)勢(shì)和磁動(dòng)勢(shì)波形，節(jié)約端部用銅，電動(dòng)機(jī)性能好；可以根據(jù)需要組成較多的并聯(lián)支路數(shù)。缺點(diǎn)是線圈多，需層間絕緣，嵌線較困難，線圈組間連線較多，耗銅量較大。332333三相四極24槽雙層繞組U相展開(kāi)圖任務(wù)2三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行334學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的電磁關(guān)系。2.了解三相異步電動(dòng)機(jī)的基本方程和等值電路。3.熟悉三相異步電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系。4.了解三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性。5.學(xué)習(xí)測(cè)試三相異步電動(dòng)機(jī)工作特性的方法。335任務(wù)引入三相異步電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速接近旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子中的電流接近零。轉(zhuǎn)軸上的負(fù)載增大后，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差率增大，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度加大，轉(zhuǎn)子繞組中的電流增大，從電源輸入的電功率也隨之增大。電動(dòng)機(jī)帶不同負(fù)載時(shí)，電流、轉(zhuǎn)矩、功率因數(shù)、效率等參數(shù)均不同，為了高效、經(jīng)濟(jì)地利用電動(dòng)機(jī)，需要掌握分析三相異步電動(dòng)機(jī)性能的方法，等值電路就是分析三相異步電動(dòng)機(jī)性能的簡(jiǎn)單有效工具。三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性是用好電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。因此，熟悉三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能，掌握常用的測(cè)試方法是很有必要的。336相關(guān)知識(shí)一、三相異步電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行三相異步電動(dòng)機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子之間沒(méi)有直接的電氣聯(lián)系，它們之間的聯(lián)系是通過(guò)電磁感應(yīng)關(guān)系實(shí)現(xiàn)的，這一點(diǎn)和變壓器相似。三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組相當(dāng)于變壓器的一次繞組，轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的二次繞組，因此，對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行分析，可以仿照分析變壓器的方式進(jìn)行。3371.空載時(shí)的電磁關(guān)系當(dāng)三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組接三相對(duì)稱電源時(shí)，定子繞組會(huì)通過(guò)三相對(duì)稱交流電流，這個(gè)三相對(duì)稱交流電流將在氣隙中形成按正弦規(guī)律分布，并以同步轉(zhuǎn)速n1旋轉(zhuǎn)的氣隙主磁場(chǎng)（旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)）。這個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割定子、轉(zhuǎn)子繞組，分別在定子、轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。若轉(zhuǎn)子繞組閉合，則轉(zhuǎn)子電路中就有電流流過(guò)，于是在氣隙磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子電流的相互作用下，產(chǎn)生了電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向轉(zhuǎn)動(dòng)?？蛰d時(shí)，軸上沒(méi)有任何機(jī)械負(fù)載，異步電動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩僅克服摩擦、通風(fēng)的阻力轉(zhuǎn)矩，數(shù)值是很小的。3382.空載時(shí)的電壓方程設(shè)空載時(shí)，定子每相繞組所加的端電壓為

，相電流為

，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)主磁通Φm在定子每相繞組中感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)為

，定子每相繞組的電阻為r1，漏電抗為x1，類似于變壓器空載時(shí)的一次側(cè)，參照變壓器的正方向，則可以列出三相異步電動(dòng)機(jī)的定子每相電壓方程：與變壓器的分析方法相似，可寫出：3393.空載時(shí)的等值電路根據(jù)式

，即可畫出三相異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)某一相的等值電路，如圖所示。由上述分析結(jié)果表明，異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的物理現(xiàn)象和電壓方程與變壓器十分相似。但是，在變壓器中不存在機(jī)械損耗，主磁通所經(jīng)過(guò)的磁路沒(méi)有明顯的氣隙，因此，變壓器的空載電流很小，僅為額定電流的2%~10%；而異步電動(dòng)機(jī)的空載電流則較大，中小型異步電動(dòng)機(jī)的空載電流為額定電流的20%~50%。340341異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)的等值電路二、三相異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載運(yùn)行1.定子、轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的關(guān)系電動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)速n低于同步轉(zhuǎn)速n1，轉(zhuǎn)向則仍與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向相同。因此，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)轉(zhuǎn)速為Δn=n1-n=sn1，Δn也就是轉(zhuǎn)子繞組切割氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度。于是在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生電流，其頻率為：342在異步電動(dòng)機(jī)中，無(wú)論是籠型轉(zhuǎn)子還是繞線轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)子繞組都是一個(gè)對(duì)稱的多相系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁極對(duì)數(shù)p2，與定子的磁極對(duì)數(shù)p始終相等，所以轉(zhuǎn)子合成磁場(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度為：若定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颍捎趎<n1，所以轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或電流的相序也必然按順時(shí)針?lè)较蚺帕?。由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向取決于繞組中電流的相序，所以轉(zhuǎn)子合成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向相同，也為順時(shí)針?lè)较颍谑寝D(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間的旋轉(zhuǎn)速度（相對(duì)于定子的速度）為：3432.電壓方程異步電動(dòng)機(jī)帶上負(fù)載后，定子電流從

增大到

，可列出三相異步電動(dòng)機(jī)負(fù)載時(shí)定子每相繞組的電壓方程：與定子繞組的電動(dòng)勢(shì)相類似，負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)子每相繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小為：式中N2———轉(zhuǎn)子每相繞組的串聯(lián)匝數(shù)；

kw2———轉(zhuǎn)子的繞組系數(shù)。3443.異步電動(dòng)機(jī)的等值電路異步電動(dòng)機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子之間沒(méi)有電路上的聯(lián)系，只有磁路上的聯(lián)系，不便于實(shí)際工作的分析計(jì)算，所以必須像變壓器那樣進(jìn)行等值電路的折算。折算前后要保持定子繞組各電磁量不變，轉(zhuǎn)子的磁動(dòng)勢(shì)不變，為了找到異步電動(dòng)機(jī)的等值電路，除了進(jìn)行轉(zhuǎn)子繞組的折算外，還需要進(jìn)行轉(zhuǎn)子頻率的折算。（1）轉(zhuǎn)子頻率的折算轉(zhuǎn)子不動(dòng)時(shí)，定子、轉(zhuǎn)子繞組的頻率是一樣的。因此，可以用一個(gè)不動(dòng)的等效轉(zhuǎn)子去代替實(shí)際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子。（2）轉(zhuǎn)子繞組的折算對(duì)異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行頻率折算之后，定子、轉(zhuǎn)子頻率不同的問(wèn)題是解決了，但還不能把定子、轉(zhuǎn)子電路連接起來(lái)，因?yàn)閮蓚€(gè)電路的電動(dòng)勢(shì)還不相等。345（3）異步電動(dòng)機(jī)的等值電路經(jīng)頻率和繞組折算后，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組的頻率、相數(shù)、電動(dòng)勢(shì)都與定子繞組一樣。346三相異步電動(dòng)機(jī)的T形等值電路三、三相異步電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩關(guān)系在三相異步電動(dòng)機(jī)的T形等值電路中，每一個(gè)電阻都反映了一種功率或損耗。按照從左到右的順序，電動(dòng)機(jī)中存在以下幾種功率或損耗。從電源輸入的電功率定子繞組的銅損耗定子鐵損耗電源輸入的電功率去除定子銅損耗和鐵損耗后，便是定子傳遞給轉(zhuǎn)子回路的電磁功率：347從轉(zhuǎn)子電路看，轉(zhuǎn)子繞組的銅損耗電磁功率去除轉(zhuǎn)子繞組上的銅損耗，就是等效負(fù)載電阻上的功率，這部分功率實(shí)際上是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生的機(jī)械功率，用Pm表示。348電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，還存在通風(fēng)和摩擦等機(jī)械損耗P′m以及附加損耗Ps。在中小型電動(dòng)機(jī)中

Ps

=（1%~3%）PN。轉(zhuǎn)子的機(jī)械功率Pm減去機(jī)械損耗P′m和附加損耗

Ps

，才是轉(zhuǎn)軸上真正輸出的功率，用P2表示?？梢?jiàn)，異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，從電源輸入電功率P1到轉(zhuǎn)軸上輸出機(jī)械功率的全過(guò)程為：用功率流程圖表示，如圖所示。349異步電動(dòng)機(jī)功率流程圖電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械功率Pm除以軸上的角速度ω就是電磁轉(zhuǎn)矩T，也等于電磁功率PM除以同步角速度ω1：式中，ω和ω1分別表示電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的角速度和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步角速度。電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T扣除空載阻力轉(zhuǎn)矩T0后，就是軸上輸出的轉(zhuǎn)矩T2。電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，T0

很小可忽略，輸出轉(zhuǎn)矩T2與負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL相平衡，則有：350四、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性為了正確、合理地使用電動(dòng)機(jī)，提高運(yùn)行效率，節(jié)約能源，應(yīng)利用電動(dòng)機(jī)的工作特性了解不同負(fù)載情況下電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行情況。351異步電動(dòng)機(jī)的工作特性1.轉(zhuǎn)速特性n=f（P2）三相異步電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n接近于同步轉(zhuǎn)速n1。2.定子電流特性I1=f（P2）異步電動(dòng)機(jī)定子電流I1隨輸出負(fù)載的增大而增大，其原理與變壓器一次側(cè)電流隨負(fù)載增大而增大相似。3.定子功率因數(shù)特性cosφ1

=f（P2）異步電動(dòng)機(jī)空載電流I0是產(chǎn)生工作磁通的勵(lì)磁電流，是感性的，所以空載時(shí)的功率因數(shù)很低，一般在0.2左右，電動(dòng)機(jī)軸上帶機(jī)械負(fù)載后，隨著輸出功率的增大，功率因數(shù)逐漸提高，到額定負(fù)載時(shí)一般為0.7~0.9。3524.電磁轉(zhuǎn)矩特性T=f（P2

）當(dāng)電動(dòng)機(jī)空載時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩T=T0，隨著負(fù)載增加，P2增大，由于機(jī)械角速度ω變化不大，因此，電磁轉(zhuǎn)矩T隨P2

的變化近似為一條直線。5.效率特性η=f（P2

）電動(dòng)機(jī)的效率η是指其輸出機(jī)械功率P2

與輸入電功率P1

的比值，即：空載時(shí)P2

=0，而P1

>0，故η=0；隨著負(fù)載的增大，η開(kāi)始時(shí)上升很快，后因銅損耗迅速增大（鐵損和機(jī)械損耗基本不變），η反而有所減小，η的最大值一般出現(xiàn)在額定負(fù)載的80%附近，中小型三相異步電動(dòng)機(jī)的最高效率為80%~90%。353由圖上可見(jiàn)，三相異步電動(dòng)機(jī)在其額定負(fù)載的70%~100%運(yùn)行時(shí)，其功率因數(shù)和效率都比較高，因此，應(yīng)該合理選用電動(dòng)機(jī)的額定功率，使它運(yùn)行在滿載或接近滿載的狀態(tài)，盡量避免或減少輕載和空載運(yùn)行的時(shí)間。354任務(wù)3三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速355學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。2.熟悉三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法。3.學(xué)會(huì)進(jìn)行三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速。356任務(wù)分析三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是其性能的重要反映，只有熟悉三相異步電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性的特點(diǎn)，才能用好電動(dòng)機(jī)。雖然三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能不如直流電動(dòng)機(jī)，但是它的調(diào)速方法還是很多的，分別適用于某些特定的場(chǎng)合。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能得到了極大的改善。熟悉三相異步電動(dòng)機(jī)的各種調(diào)速方法，并能正確使用，在電氣技術(shù)人員的實(shí)際工作中具有非常重要的意義。357相關(guān)知識(shí)一、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性1.電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T是由轉(zhuǎn)子電流的有功分量I2cosφ2與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的主磁通Φ相互作用產(chǎn)生的。根據(jù)理論分析，電磁轉(zhuǎn)矩T可用下式確定：358式中T———電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，N·m；

CT———與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)；

Φ———旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的每極磁通[量]，Wb；

I2———轉(zhuǎn)子電流的有效值，A；

cosφ2———轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)（感性）。3592.三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性從異步電動(dòng)機(jī)的T形等值電路和轉(zhuǎn)子每相電流的計(jì)算公式可知，轉(zhuǎn)子電流I2和cosφ2都與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)。360上式描述了轉(zhuǎn)子電流I2和功率因數(shù)cosφ2隨轉(zhuǎn)差率s變化的關(guān)系，可用圖所示的曲線表示。361I2和cosφ2變化曲線T與s的關(guān)系曲線，如圖所示。s較小時(shí)，T與s成正比；s較大時(shí)，T與s成反比。T=f（s）的關(guān)系曲線，通常稱為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性。362三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性由于磁通Φ與電源電壓U1成正比，而轉(zhuǎn)子電流I2又是切割磁通Φ產(chǎn)生的，所以電磁轉(zhuǎn)矩T與U12成正比。電源電壓的變化對(duì)電動(dòng)機(jī)工作情況影響很大，電壓過(guò)高或過(guò)低都會(huì)使電動(dòng)機(jī)性能變差，甚至燒壞電動(dòng)機(jī)。由轉(zhuǎn)矩特性可以看出，當(dāng)s=0，即n=n1時(shí)，T=0，這是理想空載運(yùn)行；隨著s的增大，轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)加快，轉(zhuǎn)子電流I2增大，功率因數(shù)cosφ2保持較大值，T開(kāi)始增大。但到達(dá)最大值Tm以后，隨著s的增大，雖然I2略有增大，但是功率因數(shù)cosφ2快速降低，因此T反而減小。最大轉(zhuǎn)矩Tm也稱臨界轉(zhuǎn)矩，對(duì)應(yīng)于

Tm

的sm稱為臨界轉(zhuǎn)差率。3633.三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性在實(shí)際應(yīng)用中，需要了解異步電動(dòng)機(jī)在電源電壓和頻率一定時(shí)，轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T的關(guān)系。364三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性在機(jī)械特性曲線上值得注意的是兩個(gè)區(qū)和三個(gè)轉(zhuǎn)矩值。以最大轉(zhuǎn)矩Tm為界，分為兩個(gè)區(qū)，上部為穩(wěn)定區(qū)，下部為不穩(wěn)定區(qū)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，工作在穩(wěn)定區(qū)內(nèi)某一點(diǎn)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡而保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。如負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化，電磁轉(zhuǎn)矩將自動(dòng)適應(yīng)，隨之變化達(dá)到新的平衡而穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)電動(dòng)機(jī)工作在不穩(wěn)定區(qū)時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩將不能自動(dòng)適應(yīng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化，因而不能穩(wěn)定運(yùn)行。365三個(gè)轉(zhuǎn)矩是額定轉(zhuǎn)矩TN、最大轉(zhuǎn)矩Tm和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst。（1）額定轉(zhuǎn)矩TN

電動(dòng)機(jī)在額定電壓下，驅(qū)動(dòng)額定負(fù)載，以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，輸出額定功率時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩稱為額定轉(zhuǎn)矩。忽略空載轉(zhuǎn)矩時(shí)，就等于額定輸出轉(zhuǎn)矩，用TN表示。式中PN———電動(dòng)機(jī)的額定功率，kW；

nN———電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，r/min；

TN———電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，N·m。366（2）最大轉(zhuǎn)矩Tm在機(jī)械特性曲線上，電磁轉(zhuǎn)矩的最大值稱為最大轉(zhuǎn)矩，它是穩(wěn)定區(qū)與不穩(wěn)定區(qū)的分界點(diǎn)。電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩不可超過(guò)最大轉(zhuǎn)矩，否則電動(dòng)機(jī)將帶不動(dòng)，轉(zhuǎn)速越來(lái)越低，發(fā)生所謂的“悶車”現(xiàn)象，此時(shí)電動(dòng)機(jī)電流會(huì)升高到額定電流的5~7倍，使電動(dòng)機(jī)過(guò)熱，甚至燒壞。為此要將額定轉(zhuǎn)矩TN選得比最大轉(zhuǎn)矩Tm小，使電動(dòng)機(jī)能有較大的短時(shí)過(guò)載運(yùn)行能力。通常用最大轉(zhuǎn)矩Tm與額定轉(zhuǎn)矩TN的比值λm

來(lái)表示過(guò)載能力，即λm=Tm/TN。一般三相異步電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力λm

=1.8~2.2。367（3）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst電動(dòng)機(jī)在接通電源啟動(dòng)的最初瞬間，n=0，s=1時(shí)的轉(zhuǎn)矩稱為啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，用Tst表示。啟動(dòng)時(shí)，要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的工作點(diǎn)會(huì)沿著n=f（T）曲線上升，電磁轉(zhuǎn)矩增大，轉(zhuǎn)速n越來(lái)越高，很快越過(guò)最大轉(zhuǎn)矩Tm，然后隨著n的增高，T又逐漸減小，直到T=TL時(shí)，電動(dòng)機(jī)以某一轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行?？梢?jiàn)，只要Tst>TL，電動(dòng)機(jī)一經(jīng)啟動(dòng)，便迅速進(jìn)入穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行。當(dāng)Tst<TL時(shí)，則電動(dòng)機(jī)無(wú)法啟動(dòng)，出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，電動(dòng)機(jī)的電流達(dá)到最大，造成電動(dòng)機(jī)過(guò)熱。此時(shí)應(yīng)立即切斷電源，減輕負(fù)載或排除故障后再重新啟動(dòng)。3684.固有機(jī)械特性與人為機(jī)械特性上圖所示的特性曲線是在額定電壓、額定頻率、轉(zhuǎn)子繞組短接情況下的機(jī)械特性，稱為固有機(jī)械特性。如果降低電壓、改變頻率或轉(zhuǎn)子電路中串入附加電阻，就會(huì)使機(jī)械特性曲線的形狀發(fā)生變化。這種改變了電動(dòng)機(jī)參數(shù)后的機(jī)械特性稱為人為機(jī)械特性。不同的人為機(jī)械特性提供了多種啟動(dòng)方法和調(diào)速方法，為靈活使用電動(dòng)機(jī)提供了方便。人為機(jī)械特性的具體性質(zhì)在分析調(diào)速時(shí)再作介紹。369二、三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速調(diào)速是指在電動(dòng)機(jī)負(fù)載不變的情況下，人為地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式如下：

從上式可以看出，異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法可以分為以下三大類：（1）改變定子繞組的磁極對(duì)數(shù)p———變極調(diào)速。（2）改變供電電源的頻率f1———變頻調(diào)速。（3）改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率s———變轉(zhuǎn)差率調(diào)速。其方法有改變電壓調(diào)速、繞線式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速和串級(jí)調(diào)速。3701.變極調(diào)速在電源頻率不變的條件下，改變異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的接線，可以改變磁極對(duì)數(shù)，從而得到不同的轉(zhuǎn)速。由于磁極對(duì)數(shù)p只能成倍地變化，所以這種調(diào)速方法不能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組改變磁極對(duì)數(shù)的原理，如圖所示。以單繞組雙速電動(dòng)機(jī)為例，對(duì)變極調(diào)速的原理進(jìn)行分析。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，圖中將一個(gè)線圈組集中起來(lái)用一個(gè)線圈代表。單繞組雙速電動(dòng)機(jī)的定子每相繞組由兩個(gè)相等圈數(shù)的“半繞組”組成。371372變極調(diào)速的原理a）串聯(lián)2p=4b）并聯(lián)2p=2若在定子上裝兩套獨(dú)立繞組，各自具有所需的磁極對(duì)數(shù)，兩套獨(dú)立繞組中每套又可以有不同的連接。這樣就可以分別得到雙速、三速或四速等電動(dòng)機(jī)，通稱為多速電動(dòng)機(jī)。多速電動(dòng)機(jī)中典型的變極方法有兩種。一種是Y/YY，如圖a所示，即每相繞組由串聯(lián)改成并聯(lián)，則磁極對(duì)數(shù)減少了一半，故n

YY=2n

Y。另一種是△/YY，如圖b所示，將定子繞組由△改接成YY時(shí)，磁極對(duì)數(shù)也減少了一半，即n

YY=2n△。國(guó)產(chǎn)YD系列雙速電動(dòng)機(jī)所采用的變極方法是△/YY接法，允許輸出的功率近似不變，屬恒功率調(diào)速方式。373374單繞組雙速電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)變換a）Y/YYb）△/YY另外，由于磁極對(duì)數(shù)的改變，不僅使轉(zhuǎn)速發(fā)生了改變，而且三相定子繞組排列的相序也改變了。假設(shè)高速時(shí)三相繞組空間位置為0°→120°→240°，那么低速時(shí)磁極對(duì)數(shù)增加一倍，三相繞組空間位置變成了0°→240°→480°（120°）。為了使變極前后維持原來(lái)的轉(zhuǎn)向不變，就必須在變極的同時(shí)，改變?nèi)嗬@組接線的相序，如上圖所示，將V和W互換一下，這是設(shè)計(jì)變極調(diào)速電動(dòng)機(jī)控制線路時(shí)應(yīng)注意的一個(gè)問(wèn)題。多速電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)宜先接成低速，然后再換接為高速，這樣可獲得較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。3752.變頻調(diào)速由于三相異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n1與電源頻率f1成正比，因此，改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)的電源頻率，可以實(shí)現(xiàn)平滑的調(diào)速。額定頻率稱為基頻，變頻調(diào)速時(shí)，可以從基頻向上調(diào)，也可以從基頻向下調(diào)。（1）從基頻向下變頻調(diào)速在進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，為了保證電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩不變，就要保證電動(dòng)機(jī)內(nèi)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁通量不變。376變壓變頻調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性，如圖所示，其運(yùn)行段是一組基本平行的曲線。377變壓變頻調(diào)速的機(jī)械特性（2）從基頻向上變頻調(diào)速?gòu)念~定頻率往上升時(shí)，由于絕緣等級(jí)和目前變頻技術(shù)上存在的問(wèn)題，無(wú)法升高電壓，因此，電源電壓只能保持額定值不變。升高頻率向上調(diào)速時(shí)，頻率越高，磁通Φm越小，是一種降低磁通升速的方法，類似直流電動(dòng)機(jī)弱磁調(diào)速的情況。把這種變頻調(diào)速方法稱作恒壓變頻（CVVF）調(diào)速。恒壓變頻升高電源頻率的機(jī)械特性，如圖所示。其運(yùn)行段也是一組基本平行的曲線。保持U1為常數(shù)的恒壓升頻調(diào)速近似為恒功率調(diào)速方式。378379恒壓變頻調(diào)速的機(jī)械特性綜上所述，三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速有以下特點(diǎn)：在額定頻率以下，電壓與頻率成正比減小，Φm基本不變，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方式；在額定頻率以上，頻率升高電壓不變，Φm減小，屬恒功率調(diào)速方式；調(diào)速范圍大，平滑性好，機(jī)械特性硬，效率高，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，需要一套專用的變頻設(shè)備，例如采用圖所示的變頻調(diào)速裝置，它由整流器和逆變器組成。380變頻調(diào)速裝置3.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是在不改變同步轉(zhuǎn)速n1的條件下進(jìn)行調(diào)速。（1）繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，如果在轉(zhuǎn)子回路中串入電阻，改變電阻的大小，即可調(diào)速。轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的機(jī)械特性，如圖所示。381轉(zhuǎn)子串電阻的機(jī)械特性轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低，缺點(diǎn)是低速時(shí)機(jī)械特性軟，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，電能浪費(fèi)多，電動(dòng)機(jī)的效率低，輕載時(shí)調(diào)速效果差。主要用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載中，如起重運(yùn)輸設(shè)備。轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速存在的問(wèn)題，可以通過(guò)使用晶閘管串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)得到解決。原來(lái)在轉(zhuǎn)子電阻中消耗的電能，先整流為直流電，再逆變?yōu)榻涣麟娝突仉娫础Ｒ环矫婺軌蚬?jié)能，另一方面能提高機(jī)械特性的硬度。382（2）繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電動(dòng)勢(shì)調(diào)速———串級(jí)調(diào)速轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速在低速時(shí)，機(jī)械特性軟，電能浪費(fèi)多。如果將轉(zhuǎn)子所串電阻的電壓降用同頻率的附加電動(dòng)勢(shì)來(lái)代替，就能達(dá)到回收電能、提高效率的目的，這就是串級(jí)調(diào)速。串級(jí)調(diào)速可以將異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路調(diào)速時(shí)無(wú)法利用的功率回饋電網(wǎng)，因此效率高。因?yàn)楦郊与妱?dòng)勢(shì)連續(xù)可調(diào)，所以它能實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，低速時(shí)機(jī)械特性也比較硬。特別是晶閘管低同步串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，技術(shù)難度小，性能比較完善。它具有控制電壓低、控制功率小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)能效率高的特點(diǎn)，在高壓大中型電動(dòng)機(jī)節(jié)能調(diào)速方面具有突出的優(yōu)越性。383傳統(tǒng)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)是在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入等效電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)改變裝置中逆變器的逆變角來(lái)改變等效電動(dòng)勢(shì)的大小實(shí)現(xiàn)調(diào)速，同時(shí)將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差功率反饋回電網(wǎng)而達(dá)到高效節(jié)能的目的，如圖所示。384傳統(tǒng)的串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)現(xiàn)代串級(jí)調(diào)速技術(shù)則是以固定逆變器的逆變角，通過(guò)高頻PWM調(diào)制控制大功率電子開(kāi)關(guān)的開(kāi)通與關(guān)斷時(shí)間，改變串入轉(zhuǎn)子回路的等效電動(dòng)勢(shì)大小實(shí)現(xiàn)調(diào)速，并將轉(zhuǎn)差功率經(jīng)逆變變壓器反饋回電網(wǎng)達(dá)到高效節(jié)能的目的。特點(diǎn)是控制電路簡(jiǎn)單，功率因數(shù)高，如圖所示。385外反饋式高頻斬波串級(jí)調(diào)速在定子繞組槽內(nèi)嵌入一個(gè)反饋繞組代替逆變變壓器，將轉(zhuǎn)差功率經(jīng)該繞組反饋回電網(wǎng)，構(gòu)成內(nèi)反饋式高頻斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更趨簡(jiǎn)單高效，如圖所示。386內(nèi)反饋式高頻斬波串級(jí)調(diào)速在調(diào)速節(jié)能產(chǎn)品的低壓小容量電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，變頻調(diào)速裝置得到了較為廣泛的應(yīng)用和認(rèn)可，而在高壓大容量調(diào)速系統(tǒng)中，變頻調(diào)速器的成本很高，體積較大，高頻斬波串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)具有優(yōu)良的性價(jià)比，適合于大中型風(fēng)機(jī)、水泵調(diào)速節(jié)能運(yùn)行，其節(jié)能效果顯著。因此，廣泛應(yīng)用于水廠、電廠、鋼鐵廠、化工廠、水泥廠、造紙廠、石油輸送、礦井通風(fēng)等場(chǎng)合。387（3）降低電源電壓調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速n1與電壓無(wú)關(guān)，而最大轉(zhuǎn)矩與電源電壓的平方成正比，因此，降壓時(shí)的人為機(jī)械特性，如圖所示。388降壓的機(jī)械特性從機(jī)械特性曲線可以看出，負(fù)載轉(zhuǎn)矩一定時(shí)，電壓越低，轉(zhuǎn)速越低。所以降低電壓也能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。降壓調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是電壓調(diào)節(jié)方便，對(duì)于通風(fēng)機(jī)型負(fù)載，調(diào)速范圍較大。因此，目前大多數(shù)的電風(fēng)扇都采用串電抗器或雙向晶閘管降壓調(diào)速。其缺點(diǎn)是對(duì)于常見(jiàn)的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，調(diào)速范圍很小，實(shí)用價(jià)值不大。389任務(wù)4三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)390學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)存在的問(wèn)題。2.熟悉三相異步電動(dòng)機(jī)常用的啟動(dòng)方法。3.了解三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)方法。4.了解三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)方法。5.學(xué)會(huì)三相異步電動(dòng)機(jī)常用啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)方法的操作使用。391任務(wù)分析三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)與直流電動(dòng)機(jī)一樣，啟動(dòng)電流大，對(duì)電源有較大的沖擊，因此，容量較大的電動(dòng)機(jī)不允許直接啟動(dòng)。需要在三相異步電動(dòng)機(jī)的各種啟動(dòng)方法中選擇一種對(duì)電源、對(duì)負(fù)載最合適的方法。三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械，經(jīng)常要改變運(yùn)動(dòng)方向，如電梯的上下、刨床的來(lái)回運(yùn)動(dòng)，這就需要電動(dòng)機(jī)能快速地正反轉(zhuǎn)。某些生產(chǎn)機(jī)械除了需要電動(dòng)機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力矩外，還要三相異步電動(dòng)機(jī)在必要時(shí)提供制動(dòng)力矩，以便迅速反轉(zhuǎn)、停車或限制轉(zhuǎn)速；例如起重機(jī)下放重物時(shí)，機(jī)床反向運(yùn)動(dòng)開(kāi)始時(shí)，都需要電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)。因此，掌握三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)的知識(shí)及技能，對(duì)電氣技術(shù)人員是很重要的。392相關(guān)知識(shí)一、三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)就是把三相定子繞組與電源接通，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子由靜止加速到一定轉(zhuǎn)速進(jìn)行穩(wěn)定運(yùn)行的過(guò)程。異步電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)瞬間，其轉(zhuǎn)速n=0，轉(zhuǎn)差率s=1，轉(zhuǎn)子電流達(dá)到最大值，這時(shí)定子電流也達(dá)到最大值，為額定電流的5~7倍。由電磁轉(zhuǎn)矩公式T=CT

ΦI2cosφ2可知，雖然異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流很大，但是啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)很低，故啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大，一般籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)能力λst只有1.3~2.2。393三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)電流很大，在輸電線路上造成的電壓降也大，可能會(huì)影響同一電網(wǎng)中其他負(fù)載的正常工作，例如，使其他電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩減小，轉(zhuǎn)速降低，甚至造成堵轉(zhuǎn)，或使日光燈熄滅等。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大，則啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，或不能在滿載情況下啟動(dòng)。由于三相異步電動(dòng)機(jī)存在啟動(dòng)電流很大而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大的問(wèn)題，所以必須采取一些措施來(lái)減小啟動(dòng)電流，增大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。394三相異步電動(dòng)機(jī)常用的啟動(dòng)方法有以下幾種：1.全壓?jiǎn)?dòng)用開(kāi)關(guān)將額定電壓直接加到定子繞組上使電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)，就是全壓?jiǎn)?dòng)，又稱直接啟動(dòng)。圖所示是用電源開(kāi)關(guān)QS全壓?jiǎn)?dòng)的電路。395全壓?jiǎn)?dòng)電路全壓?jiǎn)?dòng)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，啟動(dòng)時(shí)間短。只要電網(wǎng)的容量允許，應(yīng)盡量采用全壓?jiǎn)?dòng)。容量在10kW以下的三相異步電動(dòng)機(jī)一般都采用全壓?jiǎn)?dòng)。一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)是否允許全壓?jiǎn)?dòng)，各地電力部門都有各自的規(guī)定，例如表是某地電力部門的規(guī)定，可供參考。396三相籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)全壓?jiǎn)?dòng)參考數(shù)據(jù)2.三相籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)減壓?jiǎn)?dòng)如果三相籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的額定功率超出了允許全壓?jiǎn)?dòng)的范圍，則應(yīng)采用減壓?jiǎn)?dòng)。所謂減壓?jiǎn)?dòng)，是借助啟動(dòng)設(shè)備將電源電壓適當(dāng)降低后再加到定子繞組上進(jìn)行啟動(dòng)，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高后，再使電壓恢復(fù)到額定值，轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。減壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，由于電壓降低，電動(dòng)機(jī)每極磁通量減小，故轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)、電流以及定子電流均減小，避免了對(duì)電網(wǎng)沖擊而引起的電壓顯著下降。但由于電磁轉(zhuǎn)矩與定子相電壓的平方成正比，因此，減壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩將大大減小，一般只能在電動(dòng)機(jī)空載或輕載的情況下啟動(dòng)，啟動(dòng)完畢后再加上機(jī)械負(fù)載。397目前常用的減壓?jiǎn)?dòng)方法有三種：（1）定子串接電抗器啟動(dòng)三相籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)在定子電路中串入電抗器，這樣可以降低定子電壓，限制啟動(dòng)電流。在轉(zhuǎn)速接近額定值后，將電抗器切除，使電動(dòng)機(jī)在額定電壓下開(kāi)始正常運(yùn)行。定子回路串電阻啟動(dòng)，也屬于減壓?jiǎn)?dòng)，但由于外接啟動(dòng)電阻上有較大的功率損耗，所以經(jīng)濟(jì)性較差，一般不用。（2）Y-△啟動(dòng)如果三相籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)，其定子繞組是△接法，那么啟動(dòng)時(shí)為了減小啟動(dòng)電流，可將其改為Y接法，等電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速上升后，再恢復(fù)△接法。398（3）自耦變壓器減壓?jiǎn)?dòng)自耦變壓器減壓?jiǎn)?dòng)的電路如圖所示。三相自耦變壓器接成Y形，用一個(gè)六刀雙擲轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)Q來(lái)控制自耦變壓器接入或脫離電路。啟動(dòng)時(shí)把開(kāi)關(guān)Q扳到啟動(dòng)位置，使三相交流電源接入自耦變壓器的一次側(cè)，電動(dòng)機(jī)的定子繞組接到自耦變壓器的二次側(cè)，這時(shí)電動(dòng)機(jī)定子繞組的電壓低于額定電壓，因而減小了啟動(dòng)電流。待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升高后，把開(kāi)關(guān)Q從啟動(dòng)位置迅速扳到運(yùn)行位置，讓定子繞組直接與電源相接，而自耦變壓器則與電路脫開(kāi)。399400自耦變壓器減壓?jiǎn)?dòng)自耦變壓器減壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子電壓為全壓?jiǎn)?dòng)電壓的1/K（K為自耦變壓器的變比），定子電流（即自耦變壓器二次側(cè)電流）也降低為全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的1/K，而自耦變壓器一次側(cè)的電流降低為全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的1/K2；由于電磁轉(zhuǎn)矩與外加電壓的平方成正比，故啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也降低為全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的1/K2。啟動(dòng)用的自耦變壓器專用設(shè)備稱為啟動(dòng)補(bǔ)償器，它通常有兩至三個(gè)抽頭，可輸出不同的電壓供用戶選用，例如分別輸出電源電壓的80%、60%和40%。自耦變壓器減壓?jiǎn)?dòng)的優(yōu)點(diǎn)是啟動(dòng)電壓可根據(jù)需要選擇，使用靈活，可適用于不同的負(fù)載，但設(shè)備較笨重，成本高。4013.三相籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)晶閘管減壓軟啟動(dòng)上述常用的減壓?jiǎn)?dòng)方法，在啟動(dòng)過(guò)程中，加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓都是有級(jí)跳躍變化的。如果利用晶閘管控制交流電每個(gè)周期導(dǎo)通時(shí)間的長(zhǎng)短，使交流電壓從零開(kāi)始慢慢升高，將整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中的電流自動(dòng)控制在一個(gè)合適的數(shù)值，例如兩倍的額定電流。這種啟動(dòng)方法對(duì)電源、電動(dòng)機(jī)和負(fù)載幾乎沒(méi)有沖擊，因此稱為軟啟動(dòng)?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)有專業(yè)生產(chǎn)軟啟動(dòng)器的廠家，與傳統(tǒng)的減壓?jiǎn)?dòng)方法相比有較高的性價(jià)比。圖是三相籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)雙向晶閘管減壓軟啟動(dòng)的電路原理圖。402403晶閘管軟啟動(dòng)電路4.三相籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)變頻啟動(dòng)具有變頻調(diào)速裝置的三相籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，常采用減壓變頻啟動(dòng)方法。啟動(dòng)時(shí)，給三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組加低壓低頻的交流電，隨著轉(zhuǎn)速的上升，逐漸提高電源的電壓和頻率，直至達(dá)到額定值。整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程可自動(dòng)控制在最佳的運(yùn)行狀態(tài)，電動(dòng)機(jī)可以按照設(shè)定的啟動(dòng)電流、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩、啟動(dòng)時(shí)間以及啟動(dòng)加速度自動(dòng)運(yùn)行，是三相異步電動(dòng)機(jī)最理想的啟動(dòng)方法，適合于各種場(chǎng)合。但前提條件是必須有一個(gè)專門配套的變頻電源。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，這種啟動(dòng)方法會(huì)用得越來(lái)越多。4045.繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組是短接的，因此無(wú)法改變其參數(shù)來(lái)改善啟動(dòng)性能。對(duì)于既要限制啟動(dòng)電流，又要重載啟動(dòng)的場(chǎng)合，不得不采用繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)。繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)的電路，如圖所示。啟動(dòng)時(shí)在轉(zhuǎn)子電路中串入三相對(duì)稱電阻，啟動(dòng)后，隨著轉(zhuǎn)速的上升，逐漸切除啟動(dòng)電阻，直到轉(zhuǎn)子繞組短接。405406轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)6.繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動(dòng)為了改進(jìn)轉(zhuǎn)子串電阻啟動(dòng)過(guò)程中電阻級(jí)數(shù)有限，電流和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)大的缺點(diǎn)，可以改用轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動(dòng)。頻敏變阻器的結(jié)構(gòu)是一個(gè)三相鐵心線圈，其鐵心不用硅鋼片疊成，而是用30~50mm厚的鋼板疊成，鐵損耗很大。鐵心中的渦流損耗和磁滯損耗都隨頻率而變化，其等效電阻和線圈的電抗都與頻率有關(guān)，因此稱為頻敏變阻器。它與繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組相接，如圖所示。407408轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動(dòng)7.深槽式和雙籠型異步電動(dòng)機(jī)將轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器啟動(dòng)的原理應(yīng)用于三相籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，就形成了啟動(dòng)性能較好的深槽式和雙籠型異步電動(dòng)機(jī)。這兩種特殊的籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)，利用交流電流的集膚效應(yīng)，使電動(dòng)機(jī)剛開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)，由于轉(zhuǎn)子頻率f2較高，轉(zhuǎn)子電流集中在導(dǎo)體表面，等效轉(zhuǎn)子電阻大，啟動(dòng)電流小，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大。而正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)子頻率

f2較低，性能與普通籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)差不多。具體的結(jié)構(gòu)和參數(shù)可以參閱電機(jī)學(xué)的相關(guān)書籍。409對(duì)于上面所介紹的三相異步電動(dòng)機(jī)的各種啟動(dòng)方法，可根據(jù)電動(dòng)機(jī)容量的大小和負(fù)載的輕重大致分為四種情況，分別選用不同的啟動(dòng)方法，見(jiàn)表。大容量電動(dòng)機(jī)的主要問(wèn)題是減小啟動(dòng)電流，重載時(shí)的主要問(wèn)題是增大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。410三相異步電動(dòng)機(jī)的各種啟動(dòng)方法二、三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械，往往需要改變運(yùn)動(dòng)方向，如電梯的上下、刨床的來(lái)回運(yùn)動(dòng)、起重機(jī)的提升和下放重物，都需要電動(dòng)機(jī)能快速地正反轉(zhuǎn)。三相異步電動(dòng)機(jī)改變轉(zhuǎn)向的方法很簡(jiǎn)單，只需調(diào)換任意兩根電源線即可。從三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理可知，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向取決于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向。因此只要改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向，就能使三相異步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。圖是利用倒順開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)的原理線路圖。411412異步電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)原理電路圖三、三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)制動(dòng)就是剎車。當(dāng)電動(dòng)機(jī)斷電后，由于電動(dòng)機(jī)及生產(chǎn)機(jī)械存在慣性，要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能停轉(zhuǎn)。為了提高生產(chǎn)效率及安全性，必須對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)。制動(dòng)的方法有機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)兩類。機(jī)械制動(dòng)通常利用電磁抱閘制動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，電磁抱閘線圈同時(shí)通電，電磁鐵吸合，使抱閘松開(kāi)；電動(dòng)機(jī)斷電時(shí)，抱閘線圈同時(shí)斷電，電磁鐵釋放，在彈簧作用下，抱閘把電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子緊緊抱住，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。起重機(jī)常用這種方法制動(dòng)。413電氣制動(dòng)就是在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。常用的電氣制動(dòng)方法有以下幾種：1.反接制動(dòng)反接制動(dòng)分為電源反接制動(dòng)和倒拉反接制動(dòng)兩種。（1）電源反接制動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中的電動(dòng)機(jī)脫離電源后，立即把與電源連接的三根導(dǎo)線中的任意兩根對(duì)調(diào)一下，再接入電動(dòng)機(jī)，使旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)子由于慣性仍沿原方向轉(zhuǎn)動(dòng)，因而產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，電動(dòng)機(jī)因制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的作用迅速停轉(zhuǎn)，如圖所示。414415電源反接制動(dòng)的電路和原理圖（2）倒拉反接制動(dòng)繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)位勢(shì)負(fù)載（即重力負(fù)載），并在轉(zhuǎn)子回路串入大電阻的時(shí)候，就可能工作在倒拉反接制動(dòng)狀態(tài)，其機(jī)械特性如圖所示。416倒拉反接制動(dòng)的機(jī)械特性2.能耗制動(dòng)能耗制動(dòng)的方法是將運(yùn)行著的異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組從三相交流電源上斷開(kāi)，立即接到直流電源上，如圖所示。417能耗制動(dòng)的電路和原理圖當(dāng)定子繞組通入直流電時(shí)，氣隙中就形成一個(gè)固定的磁場(chǎng)，由于轉(zhuǎn)子在慣性作用下按原方向轉(zhuǎn)動(dòng)切割固定磁場(chǎng)，產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩，使電動(dòng)機(jī)迅速停轉(zhuǎn)。停轉(zhuǎn)后，轉(zhuǎn)子與磁場(chǎng)相對(duì)靜止，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨之消失。能耗制動(dòng)的機(jī)械特性，如圖所示，電動(dòng)機(jī)正向運(yùn)行時(shí)工作在固有機(jī)械特性曲線1上的a點(diǎn)。定子繞組改接直流電源后，因電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速反向，因而能耗制動(dòng)時(shí)機(jī)械特性位于第二象限，如圖中曲線2所示。電機(jī)運(yùn)行點(diǎn)也轉(zhuǎn)移至b點(diǎn)，并從b點(diǎn)順著曲線2減速到O點(diǎn)。418419能耗制動(dòng)的機(jī)械特性這種制動(dòng)方法是把轉(zhuǎn)子的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，在轉(zhuǎn)子電路中以熱能形式迅速消耗掉，故稱為能耗制動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)是制動(dòng)能量消耗小，制動(dòng)平穩(wěn)，雖然需要直流電源，但很容易從交流電源整流獲得。這種制動(dòng)方法一般用于要求迅速平穩(wěn)停車的場(chǎng)合。3.回饋制動(dòng)回饋制動(dòng)又稱再生制動(dòng)或發(fā)電制動(dòng)，主要用在起重設(shè)備中。例如，當(dāng)起重機(jī)下放重物時(shí)，因重力的作用，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n超過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1，轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、電流和電磁轉(zhuǎn)矩的方向都發(fā)生了變化，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)入發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)，將重物的勢(shì)能轉(zhuǎn)換為電能，再回送到電網(wǎng)，所以稱為回饋制動(dòng)或發(fā)電制動(dòng)。420任務(wù)5三相異步電動(dòng)機(jī)的使用、維護(hù)和檢修421學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前的準(zhǔn)備工作和啟動(dòng)時(shí)的注意事項(xiàng)。2.熟悉三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的監(jiān)視項(xiàng)目。3.熟悉三相異步電動(dòng)機(jī)的定期檢修內(nèi)容。4.了解三相異步電動(dòng)機(jī)的常見(jiàn)故障以及處理方法。422任務(wù)引入三相異步電動(dòng)機(jī)是目前工礦企業(yè)主要的動(dòng)力裝置，為了保證設(shè)備長(zhǎng)期、安全、經(jīng)濟(jì)、可靠地工作，對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行定期維護(hù)及檢修非常必要，這對(duì)提高生產(chǎn)效率和預(yù)防事故發(fā)生有非常重要的意義。電動(dòng)機(jī)平時(shí)應(yīng)注意保持清潔，存放于通風(fēng)干燥處以防止受潮，定期檢查工作狀態(tài)，分析判斷各種故障情況，并及時(shí)進(jìn)行處理。423相關(guān)知識(shí)一、三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前的準(zhǔn)備對(duì)新安裝或久未運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，在通電使用之前必須先做下列檢查，以驗(yàn)證電動(dòng)機(jī)能否通電運(yùn)行。1.安裝檢查要求電動(dòng)機(jī)裝配靈活、螺栓擰緊、軸承運(yùn)行無(wú)阻礙、聯(lián)軸器中心無(wú)偏移等。4242.絕緣電阻檢查要求用兆歐表檢查電動(dòng)機(jī)的絕緣電阻，包括三相相間絕緣電阻和三相繞組對(duì)地絕緣電阻，測(cè)得的冷態(tài)絕緣電阻一般不小于10MΩ。3.電源檢查一般當(dāng)電源電壓波動(dòng)超出額定值的-5%或10%時(shí)，應(yīng)改善電源條件后投入運(yùn)行。4.啟動(dòng)、保護(hù)措施檢查要求啟動(dòng)設(shè)備接線正確（全壓?jiǎn)?dòng)的中小型三相異步電動(dòng)機(jī)除外），電動(dòng)機(jī)所配熔絲的規(guī)格合適，外殼接地良好。在以上各項(xiàng)檢查無(wú)誤后，方可合閘啟動(dòng)。425二、啟動(dòng)時(shí)的注意事項(xiàng)1.合閘后，若電動(dòng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)迅速、果斷地拉閘，以免燒壞電動(dòng)機(jī)。2.電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，應(yīng)注意觀察，若有異常情況，應(yīng)立即停機(jī)。待查明故障并排除后，才能重新合閘啟動(dòng)。3.三相籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)采用全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)，短時(shí)間內(nèi)連續(xù)啟動(dòng)的次數(shù)不宜過(guò)于頻繁。對(duì)功率較大的電動(dòng)機(jī)要隨時(shí)注意電動(dòng)機(jī)的溫升。4.三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)前，應(yīng)注意檢查啟動(dòng)電阻是否接入。接通電源后，隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的上升逐漸切除啟動(dòng)電阻。5.幾臺(tái)電動(dòng)機(jī)由同一臺(tái)變壓器供電時(shí)，不能同時(shí)啟動(dòng)，應(yīng)從大到小逐臺(tái)啟動(dòng)。426三、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中的監(jiān)視對(duì)運(yùn)行中的電動(dòng)機(jī)應(yīng)經(jīng)常檢查外殼有無(wú)裂紋，螺釘是否脫落或松動(dòng)，電動(dòng)機(jī)有無(wú)異響或振動(dòng)等。監(jiān)視時(shí)，要特別注意電動(dòng)機(jī)有無(wú)冒煙和異味出現(xiàn)，若聞到焦煳味或看到冒煙，必須立即停機(jī)檢查處理。對(duì)軸承部位，要注意溫度和聲音。溫度升高，響聲異常，則可能是軸承缺油或磨損。用聯(lián)軸器傳動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，如果中心校正不好，會(huì)在運(yùn)行中發(fā)出響聲，并伴隨電動(dòng)機(jī)振動(dòng)和聯(lián)軸器螺栓膠墊迅速磨損。這時(shí)應(yīng)重新校正中心線。用帶傳動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)注意帶不應(yīng)過(guò)松否則會(huì)導(dǎo)致打滑，也不能過(guò)緊否則會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)軸承過(guò)熱。427在發(fā)生以下嚴(yán)重故障情況時(shí)，應(yīng)立即停機(jī)處理：1.人員觸電。2.電動(dòng)機(jī)冒煙。3.電動(dòng)機(jī)劇烈振動(dòng)。4.電動(dòng)機(jī)軸承發(fā)熱嚴(yán)重。5.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速迅速下降，溫度迅速升高。428四、三相異步電動(dòng)機(jī)的定期維修三相異步電動(dòng)機(jī)定期維修是消除故障隱患，防止故障發(fā)生的重要措施。電動(dòng)機(jī)維修分月維修和年維修，俗稱小修和大修。前者不拆開(kāi)電動(dòng)機(jī)，后者需把電動(dòng)機(jī)全部拆開(kāi)。1.定期小修定期小修是對(duì)電動(dòng)機(jī)的一般清理和檢查，應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行。小修內(nèi)容包括：（1）清擦電動(dòng)機(jī)外殼，除掉運(yùn)行中積累的污垢。429（2）測(cè)量電動(dòng)機(jī)絕緣電阻，測(cè)量后注意重新接好線，擰緊接線螺釘。（3）檢查電動(dòng)機(jī)端蓋、地腳螺釘是否緊固。（4）檢查電動(dòng)機(jī)接地線是否可靠。（5）檢查電動(dòng)機(jī)與負(fù)載機(jī)械間的傳動(dòng)裝置是否良好。（6）拆下軸承蓋，檢查潤(rùn)滑介質(zhì)是否變臟、用盡，及時(shí)加油或換油。處理完畢后注意上好端蓋及緊固螺釘。（7）檢查電動(dòng)機(jī)的附屬啟動(dòng)和保護(hù)設(shè)備是否完好。4302.定期大修三相異步電動(dòng)機(jī)的定期大修應(yīng)結(jié)合負(fù)載機(jī)械的大修進(jìn)行。大修時(shí)，拆開(kāi)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行以下項(xiàng)目的檢查修理：（1）檢查電動(dòng)機(jī)各部件有無(wú)機(jī)械損傷，若有則應(yīng)做相應(yīng)修復(fù)。（2）對(duì)拆開(kāi)的電動(dòng)機(jī)和啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行清理，清除所有油泥、污垢。清理中注意觀察繞組絕緣狀況。若絕緣為暗褐色，說(shuō)明絕緣已經(jīng)老化，對(duì)這種絕緣狀態(tài)要特別注意，不要使它脫落。若發(fā)現(xiàn)有脫落現(xiàn)象就要進(jìn)行局部絕緣修復(fù)和刷漆。431（3）拆下軸承，浸在汽油或柴油中徹底清洗。把軸承架與鋼珠間殘留的油脂及污垢洗掉后，用干凈的汽（柴）油清洗一遍。清洗后的軸承應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，不松動(dòng)。若軸承表面粗糙，說(shuō)明潤(rùn)滑油不合格；若軸承表面變色（發(fā)藍(lán)），則說(shuō)明已經(jīng)退火。根據(jù)檢查結(jié)果，對(duì)潤(rùn)滑油或軸承進(jìn)行更換，并消除故障隱患（如清除潤(rùn)滑油中的砂、鐵屑等雜物，正確安裝電動(dòng)機(jī)等）。軸承重新安裝時(shí)，潤(rùn)滑油應(yīng)從一側(cè)加入，直至潤(rùn)滑油占軸承內(nèi)容積的1/3~2/3即可，潤(rùn)滑油加得太滿會(huì)發(fā)熱流出。潤(rùn)滑油可采用鈣基潤(rùn)滑脂或鈉基潤(rùn)滑脂。432（4）檢查定子繞組是否存在故障。使用兆歐表測(cè)繞組絕緣電阻可判斷繞組絕緣是否受潮或短路，若有故障則應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)處理。（5）檢查定子、轉(zhuǎn)子鐵心有無(wú)磨損或變形，若觀察到有磨損處或發(fā)亮點(diǎn)，說(shuō)明可能存在定子、轉(zhuǎn)子鐵心相擦，應(yīng)使用銼刀或刮刀把亮點(diǎn)刮低，若有變形應(yīng)做相應(yīng)修復(fù)。（6）在進(jìn)行以上各項(xiàng)修理、檢查后，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行重新裝配、安裝。（7）安裝完畢的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)進(jìn)行啟動(dòng)前檢查，符合要求方可帶負(fù)載運(yùn)行。433五、三相異步電動(dòng)機(jī)的常見(jiàn)故障及處理方法電動(dòng)機(jī)的故障，有機(jī)械故障和電氣故障兩個(gè)方面。三相籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)是所有電動(dòng)機(jī)中工作最可靠、最耐用的電動(dòng)機(jī)。它的轉(zhuǎn)子電路發(fā)生故障的機(jī)會(huì)較低，定子電路發(fā)生故障的機(jī)會(huì)較高，但不外乎斷路和短路兩種情況。下面把三相異步電動(dòng)機(jī)常見(jiàn)的故障和檢查處理方法列于表中，供參考。434435三相異步電動(dòng)機(jī)的常見(jiàn)故障和檢查處理方法436三相異步電動(dòng)機(jī)的常見(jiàn)故障和檢查處理方法任務(wù)6單相異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用437學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解單相異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)和用途。2.掌握單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理和機(jī)械特性。3.熟悉單相異步電動(dòng)機(jī)的類型、啟動(dòng)方法和應(yīng)用場(chǎng)合。4.學(xué)會(huì)單相異步電動(dòng)機(jī)的接線和操作使用。438任務(wù)引入單相異步電動(dòng)機(jī)是指用單相交流電源供電的異步電動(dòng)機(jī)。單相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、噪聲小、使用方便、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療和家用電器制造等領(lǐng)域，最常見(jiàn)的有電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)等，如圖所示。但是單相異步電動(dòng)機(jī)與同容量的三相異步電動(dòng)機(jī)相比，體積較大，運(yùn)行性能較差，因此，單相異步電動(dòng)機(jī)一般只制成小容量電動(dòng)機(jī)，功率從幾瓦到幾千瓦。由于單相異步電動(dòng)機(jī)在家用電器中的應(yīng)用特別廣泛，與人們的生活密切相關(guān)，所以電氣自動(dòng)化技術(shù)人員必須了解單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和分類，掌握單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理，熟悉單相異步電動(dòng)機(jī)的操作使用技能。439440單相異步電動(dòng)機(jī)的用途a）電風(fēng)扇b）洗衣機(jī)c）電冰箱d）空調(diào)相關(guān)知識(shí)一、單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理和機(jī)械特性當(dāng)單相正弦交流電通入定子單相繞組時(shí)，在繞組軸線方向上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大小和方向交變的磁場(chǎng)，如上圖所示。這種磁場(chǎng)的空間位置不變，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B的幅值在時(shí)間上隨交變電流按正弦規(guī)律變化，具有脈動(dòng)特性，因此稱為脈動(dòng)磁場(chǎng)，如圖a所示?？梢?jiàn)，單相異步電動(dòng)機(jī)中的磁場(chǎng)是一個(gè)脈動(dòng)磁場(chǎng)，不同于三相異步電動(dòng)機(jī)中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。為了便于分析，可以將這個(gè)脈動(dòng)磁場(chǎng)分解為大小相等、方向相反的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，如圖所示。它們分別在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出大小相等、方向相反的電動(dòng)勢(shì)和電流。441442單相交變磁場(chǎng)443脈動(dòng)磁場(chǎng)分解成兩個(gè)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)a）交變脈動(dòng)磁場(chǎng)b）脈動(dòng)磁場(chǎng)的分解兩個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用于籠型轉(zhuǎn)子的導(dǎo)體中將產(chǎn)生兩個(gè)方向相反的電磁轉(zhuǎn)矩T+和T

-，合成后得到單相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性，如圖所示。444單相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性從上圖可知，單相異步電動(dòng)機(jī)一相繞組通電的機(jī)械特性有如下特點(diǎn)：1.當(dāng)n=0時(shí)，|T

+|=|T-|，合成轉(zhuǎn)矩T=0。即單相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零，不能自行啟動(dòng)。2.當(dāng)n>0時(shí)，T>0；n<0時(shí)，T<0。即電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向取決于初速度的方向。當(dāng)外力給轉(zhuǎn)子一個(gè)正向的初速度后，就會(huì)繼續(xù)正向旋轉(zhuǎn)；而外力給轉(zhuǎn)子一個(gè)反向的初速度時(shí)，電動(dòng)機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。3.由于轉(zhuǎn)子中存在著方向相反的兩個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩，因此理想空載轉(zhuǎn)速n0小于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n1。與同容量的三相異步電動(dòng)機(jī)相比，單相異步電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速略低，過(guò)載能力、效率和功率因數(shù)也較低。445二、單相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)單相異步電動(dòng)機(jī)由于啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零，所以不能自行啟動(dòng)。為了解決單相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)問(wèn)題，可在電動(dòng)機(jī)的定子中加裝一個(gè)啟動(dòng)繞組。如果工作繞組與啟動(dòng)繞組對(duì)稱，即匝數(shù)相等，空間互差90°電角度，通入相位差90°的兩相交流電，則可在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子就能自行啟動(dòng)，如圖所示。轉(zhuǎn)動(dòng)后的單相異步電動(dòng)機(jī)，斷開(kāi)啟動(dòng)繞組后仍可繼續(xù)工作。上述啟動(dòng)方法稱為單相異步電動(dòng)機(jī)的分相啟動(dòng)，即把單相交流電裂變?yōu)閮上嘟涣麟?，從而在單相異步電?dòng)機(jī)內(nèi)部建立一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。446447兩相繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)三、單相異步電動(dòng)機(jī)的分類單相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)繞組和工作繞組由同一單相交流電源供電，如何把這兩個(gè)繞組中電流的相位分開(kāi)是很重要的。單相異步電動(dòng)機(jī)根據(jù)分相的方法不同，可分為單相電阻啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)、單相電容啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)、單相電容運(yùn)行異步電動(dòng)機(jī)、單相電容啟動(dòng)與運(yùn)行異步電動(dòng)機(jī)以及單相罩極電動(dòng)機(jī)等。4481.單相電阻啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)圖是單相電阻啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)的原理圖。單相電阻啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)繞組匝數(shù)少，導(dǎo)線細(xì)；工作繞組匝數(shù)多，導(dǎo)線粗。449單相電阻啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)2.單相電容啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)如果在啟動(dòng)繞組中串入一個(gè)電容器，就構(gòu)成了單相電容啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)，圖是它的原理線路圖。450單相電容啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)3.單相電容運(yùn)行異步電動(dòng)機(jī)將單相電容啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)中的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)去掉，并將啟動(dòng)繞組的導(dǎo)線加粗，由短時(shí)工作方式變成長(zhǎng)期運(yùn)行方式，就組成了單相電容運(yùn)行異步電動(dòng)機(jī)，如圖所示。這時(shí)的啟動(dòng)繞組和電容器不僅在啟動(dòng)時(shí)起作用，運(yùn)行時(shí)也起作用，這樣可以提高電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)和效率，所以這種電動(dòng)機(jī)的工作性能最好。單相電容運(yùn)行異步電動(dòng)機(jī)的電容器容量是根據(jù)運(yùn)行性能確定的，一般容量較小，所以啟動(dòng)性能不如單相電容啟動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)好。但是由于這種電動(dòng)機(jī)不要啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低，工作可靠，運(yùn)行性能好，所以廣泛應(yīng)用于電風(fēng)扇、洗衣機(jī)等單相用電設(shè)備中。451452單相電容運(yùn)行異步電動(dòng)機(jī)4.單相電容啟動(dòng)與運(yùn)行異步電動(dòng)機(jī)為了使單相異步電動(dòng)機(jī)獲得好的啟動(dòng)性能，應(yīng)該在啟動(dòng)繞組中串入一個(gè)大容量的電容器，但要獲得好的運(yùn)行性能卻只需要串入一個(gè)小容量的電容器。為了兩者兼顧，可在啟動(dòng)繞組的回路中串入兩個(gè)并聯(lián)電容器，其中容量較大的電容器串聯(lián)一個(gè)啟動(dòng)開(kāi)關(guān)。圖所示是單相電容啟動(dòng)與運(yùn)行異步電動(dòng)機(jī)的接線原理圖，啟動(dòng)時(shí)，兩個(gè)電容器同時(shí)作用，電容量較大，電動(dòng)機(jī)有較好的啟動(dòng)性能。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到一定程度時(shí)，開(kāi)關(guān)S自動(dòng)斷開(kāi)，只保留一個(gè)小電容器參與運(yùn)行，確保運(yùn)行時(shí)有較好的性能。由此可見(jiàn)，單相電容啟動(dòng)與運(yùn)行異步電動(dòng)機(jī)，雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高，但各種性能是最好的，所以適用于空調(diào)、小型空氣壓縮機(jī)等功率較大的設(shè)備中。453454單相電容啟動(dòng)與運(yùn)行異步電動(dòng)機(jī)5.單相罩極式異步電動(dòng)機(jī)單相罩極式異步電動(dòng)機(jī)是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種單相異步電動(dòng)機(jī)。按磁極形式不同可分為凸極式和隱極式兩種。凸極式按繞組形式又可分為集中繞組和分布繞組兩種，轉(zhuǎn)子都采用籠型結(jié)構(gòu)，如圖所示。455單相罩極式異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)a）凸極式集中繞組罩極電動(dòng)機(jī)b）凸極式分布繞組罩極電動(dòng)機(jī)單相罩極式異步電動(dòng)機(jī)在每個(gè)磁極的1/4~1/3處開(kāi)有小槽，將磁極分成兩部分。在極面較小的那部分磁極上套裝銅制短路環(huán)，就好像把這部分磁極罩起來(lái)一樣，所以稱為罩極式電動(dòng)機(jī)。當(dāng)罩極式電動(dòng)機(jī)的定子繞組通入單相交流電后，在氣隙中會(huì)形成一個(gè)連續(xù)移動(dòng)的磁場(chǎng)，使籠型轉(zhuǎn)子受力而旋轉(zhuǎn)。456在交流電上升過(guò)程中，磁通量增加，根據(jù)楞次定律，短路環(huán)中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流，阻止磁通進(jìn)入短路環(huán)，這時(shí)的磁通主要集中在磁極的未罩部分，如圖中的電流時(shí)刻①和磁通方向①所示。交流電達(dá)最大值時(shí)，電流和磁通量基本不變，短路環(huán)中的電動(dòng)勢(shì)和電流很小，基本上不起作用，磁通在整個(gè)磁極中均勻分布，如圖中的電流時(shí)刻②和磁通方向②所示。交流電下降過(guò)程中，磁通量減少，根據(jù)楞次定律，短路環(huán)中的電動(dòng)勢(shì)和電流阻止磁通量減少，使每個(gè)磁極中的磁通集中在被罩部分，如圖中的電流時(shí)刻③和磁通方向③所示。交流電改變方向后，磁通同樣由磁極的未罩部分向被罩部分移動(dòng)。這樣轉(zhuǎn)子就跟著磁場(chǎng)移動(dòng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。457458單相罩極式異步電動(dòng)機(jī)的工作原理a）單相交流電流b）罩極電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)四、單相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)與調(diào)速1.單相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)要使單相異步電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)必須使旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)，從圖兩相旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的原理圖中可以看出，有兩種方法可以改變單相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。（1）將工作繞組或啟動(dòng)繞組的首末端對(duì)調(diào)因?yàn)閱蜗喈惒诫妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向是由工作繞組與啟動(dòng)繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)的相位差決定的，一般情況下，啟動(dòng)繞組中的電流超前于工作繞組的電流，從而啟動(dòng)繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)也超前于工作繞組，所以旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是由啟動(dòng)繞組的軸線轉(zhuǎn)向工作繞組的軸線。459（2）將電容器從一個(gè)繞組改接到另一個(gè)繞組在單相電容運(yùn)行異步電動(dòng)機(jī)中，若兩相繞組做成完全對(duì)稱，即匝數(shù)相等，空間相位相差90°電角度，則串聯(lián)電容器繞組中的電流超前于電壓，而不串聯(lián)電容器的那相繞組中的電流落后于電壓。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向由串聯(lián)電容器的繞組轉(zhuǎn)向不串聯(lián)電容器的繞組。電容器的位置改接后，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向自然跟著改變。用這種方法改變轉(zhuǎn)向，由于電路比較簡(jiǎn)單，所以多用于需要頻繁正反轉(zhuǎn)的場(chǎng)合。洗衣機(jī)中常用的正反轉(zhuǎn)控制電路，如圖所示。460461洗衣機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路2.單相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速單相異步電動(dòng)機(jī)與三相異步電動(dòng)機(jī)一樣，轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)也比較困難。如果采用變頻調(diào)