電工技術(shù)基礎(chǔ)（第5版）（微課版）（AR H5交互版）課件 項(xiàng)目5 異步電動(dòng)機(jī)及控制技術(shù)

項(xiàng)目5異步電動(dòng)機(jī)及控制技術(shù)任務(wù)5.1認(rèn)識(shí)三相異步電動(dòng)機(jī)任務(wù)5.2異步電動(dòng)機(jī)的的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性任務(wù)5.3異步電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)利用電磁原理實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)換的機(jī)械裝置，稱為電機(jī)。從能量轉(zhuǎn)換的角度來(lái)看，電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種動(dòng)力機(jī)械。根據(jù)用電性質(zhì)的不同，電動(dòng)機(jī)可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。交流電機(jī)主要包括異步電機(jī)和同步電機(jī)兩大類；兩類電機(jī)在結(jié)構(gòu)上既具有共同之處，又各有其自身特點(diǎn)。共同之處在于定子鐵心和繞組，不同之處在于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和繞組。由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中通常使用的是交流電，因此交流電動(dòng)機(jī)得到了極其廣泛的應(yīng)用。其中異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用最為廣泛，廠礦企業(yè)，交通工具，娛樂(lè)，科研，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，日常生活都離不開(kāi)異步電動(dòng)機(jī)。項(xiàng)目導(dǎo)入

從能量轉(zhuǎn)換的角度來(lái)看，電動(dòng)機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的一種動(dòng)力機(jī)械。根據(jù)用電性質(zhì)的不同，電動(dòng)機(jī)可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。交流電動(dòng)機(jī)主要包括異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)兩大類，兩類電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上既具有共同之處，又各有其自身特點(diǎn)。共同之處在于定子鐵心和繞組，不同之處在于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)和繞組。由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中通常使用的是交流電，因此交流電動(dòng)機(jī)得到了極其廣泛的應(yīng)用。其中異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用最為廣泛，廠礦企業(yè)、交通工具、娛樂(lè)、科研、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、日常生活都離不開(kāi)異步電動(dòng)機(jī)。項(xiàng)目導(dǎo)入

通過(guò)本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)初步理解異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及其控制技術(shù)，了解新材料的應(yīng)用使異步電動(dòng)機(jī)更加節(jié)能，理解新技術(shù)對(duì)降低電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流、平滑地調(diào)速能過(guò)載能力的提升，還有對(duì)大電機(jī)的保護(hù)、提高效率等都直到很大的改進(jìn)。知識(shí)目標(biāo)

了解三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，熟悉三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)，了解單相異步電動(dòng)機(jī)的組成和工作原理，理解和掌握異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性，理解和掌握三相的控制技術(shù)，了解三相異步電動(dòng)機(jī)的選擇原則。。技能目標(biāo)

理解三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、調(diào)速、反轉(zhuǎn)與制動(dòng)的控制方法，具有對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)進(jìn)行控制的技能和能力。任務(wù)5.1

認(rèn)識(shí)三相異步電動(dòng)機(jī)提出問(wèn)題

三相異步電動(dòng)機(jī)在電動(dòng)機(jī)中的地位如何？你了解三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成嗎？你理解三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理嗎？你對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)了解多少？單相異步電動(dòng)機(jī)有什么顯著特點(diǎn)？

經(jīng)典的三相異步電動(dòng)機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、效率高、制造容易、成本低、維修方便，因此在工程應(yīng)用和實(shí)際生產(chǎn)中得到了極其廣泛的應(yīng)用，如在軋鋼廠中被用來(lái)拖動(dòng)中小型軋鋼機(jī)，在礦山上被用來(lái)拖動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)等等。三相異步電動(dòng)機(jī)屬于一種典型的三相用電器，其缺點(diǎn)是功率因數(shù)低、調(diào)速性能差。知識(shí)準(zhǔn)備5.1.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成三相異步機(jī)是由定子和轉(zhuǎn)子組成的三相異步電動(dòng)機(jī)定子轉(zhuǎn)子

三相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低廉、使用和維修方便、運(yùn)行可靠且效率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各種機(jī)床、水泵、通風(fēng)機(jī)、鍛壓和鑄造機(jī)械、傳送帶、起重機(jī)及家用電器、實(shí)驗(yàn)設(shè)備中。

異步電動(dòng)機(jī)的定子指其固定不動(dòng)部分，主要包括有：機(jī)座機(jī)座是電動(dòng)機(jī)的支架，通常用鑄鐵或鑄鋼制成。定子鐵芯鐵芯硅鋼片

異步電動(dòng)機(jī)的定子鐵芯是由0.5mm厚的硅鋼片疊壓制成的。定子鐵芯內(nèi)圓沖有分布的槽。定子鐵芯構(gòu)成異步電動(dòng)機(jī)磁路的一部分。定子繞組定子繞組是由漆包線繞制而成，嵌入到定子鐵芯槽中。構(gòu)成電機(jī)電路的一部分。一般用45號(hào)鋼制成，用來(lái)傳遞電磁轉(zhuǎn)矩。

異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子指其旋轉(zhuǎn)部分，主要部件包括：轉(zhuǎn)子鐵芯也是由0.5mm厚的硅鋼片疊壓制成。在其內(nèi)圓沖有均勻分布的槽，用來(lái)嵌放轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子鐵芯構(gòu)成電動(dòng)機(jī)磁路的又一部分。轉(zhuǎn)子鐵芯鐵芯硅鋼片轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子繞組大部分是澆鑄鋁籠型，大功率也有銅條制成的籠型轉(zhuǎn)子導(dǎo)體。轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成電動(dòng)機(jī)電路的另一部分。

繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)子鐵芯與鼠籠式相類似，但轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相同，也是采用漆包線繞制成對(duì)稱三相繞組，嵌放到轉(zhuǎn)子鐵芯中。繞線式轉(zhuǎn)子三相繞組必須連接成星形，三個(gè)向外的引出端子與固定在轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)相互絕緣的銅環(huán)相接，如下圖所示：

由于繞線式異步電動(dòng)機(jī)的能采用轉(zhuǎn)子繞組串電阻起動(dòng)和調(diào)速，因此起動(dòng)性能和調(diào)速性能均比鼠籠式異步機(jī)優(yōu)越。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子鐵芯固定在轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)銅滑環(huán)。Y接三相轉(zhuǎn)子繞組分別與三個(gè)銅滑環(huán)相聯(lián)。變阻器電刷電刷與滑環(huán)緊壓，并通過(guò)輸電線與變阻器相聯(lián)。顯然，三相繞線式異步機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組是閉合的。5.1.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

設(shè)三相異步電動(dòng)機(jī)模型的定子磁極是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的。固定不動(dòng)的轉(zhuǎn)子繞組和旋轉(zhuǎn)的定子磁場(chǎng)相切割而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。

轉(zhuǎn)子繞組是閉合的，因此感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流。感應(yīng)電流的方向與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向相同。

載流的轉(zhuǎn)子繞組處在磁場(chǎng)中，必定受到電磁力的作用。

兩個(gè)電磁力的大小相等、方向相反，因此對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸形成了電磁轉(zhuǎn)矩。于是轉(zhuǎn)子就順著定子磁場(chǎng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。NS模型電機(jī)的定子磁極模型電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組eei2FFn0電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)鍵是：旋轉(zhuǎn)的定子磁場(chǎng)！n用右手定則判斷用左手定則判斷三相異步電動(dòng)機(jī)是如何轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)的？實(shí)際三相電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是如何產(chǎn)生的呢？

在電動(dòng)機(jī)的對(duì)稱三相定子繞組中通入對(duì)稱三相交流電；AXBYCZωt0iωt=0時(shí)電流和磁場(chǎng)情況×A、C兩相電流t=0時(shí)為正，因此首端流入、尾端流出?！痢罛相電流t=0時(shí)為負(fù)，尾端流入、首端流出。

電流入

電流出NSn0相鄰線圈電流流向一致，在氣隙中生成合成磁場(chǎng)，方向?yàn)椋害豻0iωt=120°AXBYCZωt=120°時(shí)電流和磁場(chǎng)情況×××NSn0

顯然，電流隨時(shí)間變化120°電角，電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)在空間的位置也隨之旋轉(zhuǎn)了120°。

觀察電流波形圖及電機(jī)示意圖可看出，合成磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向取決于三相電流的順序，A→B→C正序時(shí)氣隙磁場(chǎng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。ωt0iωt=240°AXBYCZωt=240°時(shí)電流和磁場(chǎng)情況×××NSn0

電流隨時(shí)間繼續(xù)變化，經(jīng)歷了120°電角的同時(shí)，電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)在空間的位置也順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了120°。ωt0iωt=360°AXBYCZωt=360°時(shí)電流和磁場(chǎng)情況×××NSn0

電流隨時(shí)間變化一周，電動(dòng)機(jī)的氣隙磁場(chǎng)在空間的位置也順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了360°。

可見(jiàn)，工程實(shí)際中，三相異步電動(dòng)機(jī)定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)代替了模型電機(jī)定子的轉(zhuǎn)動(dòng)磁極。歸納：只要三相異步機(jī)的對(duì)稱三相定子繞組中通入對(duì)稱三相交流電，就會(huì)在定子和轉(zhuǎn)子之間的氣隙中產(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)間空間位置不斷變化的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。AXBYCZ×××n0三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理概括

在電動(dòng)機(jī)對(duì)稱三相定子繞組中通入對(duì)稱三相交流電流產(chǎn)生氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)NS轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與磁場(chǎng)相切割感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由于閉合生成感應(yīng)電流載流導(dǎo)體受電磁力的作用形成力偶力偶對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩從而使固定不動(dòng)的轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。FF

若要改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向，只需任意改變通入定子繞組中兩相電流的相序即可。三相電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與哪些因素有關(guān)？AXBYCZ

設(shè)電動(dòng)機(jī)各相定子繞組有四個(gè)線圈，各相首尾相接順串后分別構(gòu)成三相定子繞組時(shí)，其磁極對(duì)數(shù)：AA'B'Y'C'Z'XX'BYCZ

當(dāng)電動(dòng)機(jī)各相定子繞組的四個(gè)線圈首接首、尾接尾連接后分別構(gòu)成三相定子繞組時(shí)，其磁極對(duì)數(shù)：SN

顯然，頻率不變時(shí)，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速取決于電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)p。四極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速的分析AA'B'Y'C'Z'XX'BYCZ

相鄰線圈電流的流向一致，其合成磁場(chǎng)的分布情況為：ωt0iωt=0°時(shí)××××ωt=120°時(shí)AA'B'Y'C'Z'XX'BYCZ××××

電流變化120°，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間的位置僅轉(zhuǎn)過(guò)了60°；當(dāng)電流變化360°時(shí)，四極電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)才能旋轉(zhuǎn)180°。顯然，四極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速是二極電機(jī)的1/2。

依此類推，可得電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與極對(duì)數(shù)之間的關(guān)系為：

電動(dòng)機(jī)通常工作在50Hz的工頻情況下，因此：

即：異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，與電機(jī)的極對(duì)數(shù)(出廠時(shí)就已經(jīng)確定)成反比。當(dāng)電源頻率不變時(shí)，改變電機(jī)的極對(duì)數(shù)，即可得到不同的轉(zhuǎn)速。有關(guān)轉(zhuǎn)差率的討論

電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差速度與磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示：

顯然，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高而減小。(1)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=0，轉(zhuǎn)差率s=1；(2)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速最高時(shí)，轉(zhuǎn)速n≈n0，轉(zhuǎn)差率s≈0；(3)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，轉(zhuǎn)速0<n<n0，轉(zhuǎn)差率0<s<1；問(wèn)題與討論

電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n能等于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0嗎？分析如果二者相等，則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間產(chǎn)生感應(yīng)電流成為載流導(dǎo)體→不是載流導(dǎo)體就無(wú)法在磁場(chǎng)中n≠n0，異步！就沒(méi)有了相對(duì)切割→轉(zhuǎn)子不切割磁場(chǎng)就不能受力→不受力電動(dòng)機(jī)就永遠(yuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)不起來(lái)。例解有一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速為975r/min。試求工頻情況下電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)和電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率。由于電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速接近于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，所以即該電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)p=3，同步轉(zhuǎn)速n0=1000r/min。額定轉(zhuǎn)差率為：5.1.3

三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y132M-4功率7.5kW頻率50Hz電壓380V

電流15.4A

接法Δ轉(zhuǎn)速1440r/min絕緣等級(jí)B工作方式連續(xù)標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)工作制S1

B級(jí)絕緣年月編號(hào)××電機(jī)廠Y表示異步機(jī)，132(mm)表示機(jī)座中心高；M代表中機(jī)座(L長(zhǎng)機(jī)座、S短機(jī)座)，-4代表4極電機(jī)。額定功率指的是電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率。額定電壓、電流均指電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行情況下的定子線電壓、線電流的數(shù)值。額定轉(zhuǎn)速指的是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n。

三相異步電動(dòng)機(jī)的定子繞組有兩種接法：Y形和Δ形

。

三相定子繞組由機(jī)殼外面的接線盒引出，如圖示：Y形接線Δ形接線5.1.4單相異步電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介

實(shí)驗(yàn)室、家庭及辦公場(chǎng)所通常是單相供電，因此實(shí)驗(yàn)室的很多儀器、各種電動(dòng)小型工具、家用洗衣機(jī)、電冰箱、電風(fēng)扇等，都采用單相異步電動(dòng)機(jī)。單相異步機(jī)采用鼠籠式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，一般容量多在0.75kW以下。電容運(yùn)轉(zhuǎn)單相機(jī)洗衣機(jī)電動(dòng)機(jī)電風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品圖

三相異步電動(dòng)機(jī)只所以能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，是因?yàn)樗亩ㄗ永@組通入對(duì)稱三相交流電后產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。那么，單相異步電動(dòng)機(jī)通入單相交流電后，產(chǎn)生的是一個(gè)什么樣的磁場(chǎng)呢？制冷壓縮機(jī)單相異步電動(dòng)機(jī)的定子磁場(chǎng)單相機(jī)定子單相機(jī)轉(zhuǎn)子ωt0i在定子繞組中通入單相交流電×××電流正半周，線圈導(dǎo)體中通過(guò)的電流始終為正值，如圖示：

相鄰導(dǎo)體中電流方向相同，電流的合成磁場(chǎng)方向一致。

合成磁場(chǎng)隨時(shí)間大小不斷變化，但磁場(chǎng)軸線的位置始終不變。NS電流的負(fù)半周，線圈導(dǎo)體中通過(guò)的電流方向始終為負(fù)，如圖：×××SN

相鄰導(dǎo)體中電流方向相同，電流的合成磁場(chǎng)方向一致。

合成磁場(chǎng)隨時(shí)間大小不斷變化，但磁場(chǎng)軸線的位置始終不變。顯然，單相異步電動(dòng)機(jī)的定子磁場(chǎng)是一個(gè)大小和方向隨時(shí)間不斷變化、但磁場(chǎng)軸線位置始終不變的脈動(dòng)磁場(chǎng)。單相異步電動(dòng)機(jī)脈動(dòng)磁場(chǎng)的分析

脈動(dòng)磁場(chǎng)可以分解為兩個(gè)大小相等、轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B1和B2。

順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的磁場(chǎng)B1對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生順時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩；逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的磁場(chǎng)B2對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生逆時(shí)針?lè)较虻碾姶呸D(zhuǎn)矩。由于在任何時(shí)刻這兩個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩都大小相等、方向相反，所以單向異步機(jī)的轉(zhuǎn)子不會(huì)自行起動(dòng)，也就是說(shuō)單相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零。如何使單相異步電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)起來(lái)呢？電容分相法可讓單相異步機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)

電容分相式異步電動(dòng)機(jī)的定子有兩個(gè)繞組：一個(gè)是工作繞組；另一個(gè)是起動(dòng)繞組，兩個(gè)繞組在空間對(duì)稱嵌放。起動(dòng)繞阻與電容C串聯(lián)，使起動(dòng)繞組電流i2和工作繞組電流i1產(chǎn)生90°的相位差，即：

加入起動(dòng)繞組后，和工作繞組并聯(lián)連接于單相交流電源上。這時(shí)兩繞組中的電流磁場(chǎng)為：

可見(jiàn)，單相電動(dòng)機(jī)定子兩繞組的合成磁場(chǎng)也是一個(gè)隨時(shí)間空間位置不斷變化的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。單相電動(dòng)機(jī)也因之可以自行起動(dòng)了。ABYAXBYABYXX單相異步電動(dòng)機(jī)如果沒(méi)有起動(dòng)繞組能否轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)？為什么？你會(huì)做嗎？能否說(shuō)出三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)名稱的由來(lái)？為什么異步電動(dòng)機(jī)常常稱之為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

？

何謂異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差速度？轉(zhuǎn)差率？異步電動(dòng)機(jī)處在何種狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)差率最大

？三相異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)前有一根電源線斷開(kāi)，接通電源后該三相異步電動(dòng)機(jī)能否轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)？思考與問(wèn)題你能否從異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)上識(shí)別出鼠籠式和繞線式？二者的工作原理相同嗎

？

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20世紀(jì)90年代，許振妃進(jìn)入萬(wàn)德電氣，成了一名嵌線工。他說(shuō)，雖然只是將漆包線嵌入一個(gè)“鐵疙瘩”，但里頭的門道可不少?！熬€圈握在手里的斜度、入槽位置的選擇、手腕扭轉(zhuǎn)的力度等都有講究?！痹S振妃說(shuō)，那時(shí)候他整天都在想這道工序，不停做不停試，精益求精，力求把產(chǎn)品做到極致。

因?yàn)榍趭^努力，許振妃很快便從普通技術(shù)員晉升為管理人員。為了加快電機(jī)產(chǎn)品的升級(jí)換代，許振妃成為管理人員后仍心系一線制造工藝發(fā)展，多次到車間解決制造工藝難題。

許振妃常說(shuō)：“我時(shí)刻嚴(yán)格要求自己，全心全意為公司履職，為企業(yè)盡職，為職工守責(zé)，為合作伙伴負(fù)責(zé)，在日常工作生活中踐行信守諾言、誠(chéng)實(shí)守信的處事原則。”

許振妃從事電機(jī)生產(chǎn)已20多年，曾獲評(píng)福州市勞動(dòng)模范、福州市優(yōu)秀共產(chǎn)黨員、福州市優(yōu)秀企業(yè)家、福州市總工會(huì)“福州工匠”年度人物、“福州好人榜”身邊好人等。如今，許振妃不忘初心，仍以百倍的努力，帶領(lǐng)技術(shù)工人忘我工作，在電機(jī)制造領(lǐng)域中不斷刷新著自己的精彩人生。任務(wù)5.2

異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩和機(jī)械特性提出問(wèn)題什么是異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩？異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩包括哪幾個(gè)重要值？什么是異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性？機(jī)械特性在分析異步電動(dòng)機(jī)的實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況時(shí)有何作用？

由三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理可知，驅(qū)動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每極磁通相互作用而產(chǎn)生的，因此稱為電磁轉(zhuǎn)矩。知識(shí)準(zhǔn)備

異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，即n=f（T）。5.2.1

異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)每極下工作主磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路功率因數(shù)

異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩等于轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)矩之總和。上式中各參數(shù)：每極下工作主磁通遵循主磁通原理。轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)和轉(zhuǎn)子電流均隨轉(zhuǎn)差率的變化而變化。

將公式中各量的計(jì)算式代入電磁轉(zhuǎn)矩公式，即可得到電磁轉(zhuǎn)矩的另一種表達(dá)形式：

電磁轉(zhuǎn)矩T正比電源電壓U12的平方，反映了電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩在負(fù)載不變情況下，其大小取決于電源電壓的高低。但這并不意味電動(dòng)機(jī)的工作電壓越高，電動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出的電磁轉(zhuǎn)矩就越大。上式說(shuō)明，只要電機(jī)參數(shù)不發(fā)生變化，電磁轉(zhuǎn)矩

電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)機(jī)械負(fù)載運(yùn)行時(shí)，輸出機(jī)械轉(zhuǎn)矩的大小，實(shí)際上決定于來(lái)自于電動(dòng)機(jī)軸上負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的大小。換言之，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩T等于負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩TL時(shí)，電動(dòng)機(jī)就會(huì)在某一速度下穩(wěn)定運(yùn)行；若T>TL，電動(dòng)機(jī)就會(huì)加速運(yùn)行；若T<TL，電動(dòng)機(jī)則要減速運(yùn)行直至停轉(zhuǎn)。電磁轉(zhuǎn)矩有三個(gè)重要值，分別為：Tmsm1T0sn=0n=n0根據(jù)公式可得異步機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩特性曲線：最大電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)最大電磁轉(zhuǎn)矩的臨界轉(zhuǎn)差率。1.額定轉(zhuǎn)矩TN

電動(dòng)機(jī)額定電壓下以額定轉(zhuǎn)速nN運(yùn)功率單位若為W時(shí)，9550改為9.55行，輸出額定機(jī)械功率PN時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸上對(duì)應(yīng)輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩為額定電磁轉(zhuǎn)矩TN。

最大轉(zhuǎn)矩反映了電動(dòng)機(jī)帶最大負(fù)載的性能，我們把它與額定轉(zhuǎn)矩的比值稱為電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，即：TMT0s最大電磁轉(zhuǎn)矩起動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩2.最大轉(zhuǎn)矩TM

啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩反映了異步機(jī)帶負(fù)載起動(dòng)時(shí)的性能。啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定電磁轉(zhuǎn)矩之比稱作電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)能力，即：Tst3.啟起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst

λm通常在1.6~2.0之間。如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過(guò)了最大轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)將停轉(zhuǎn)。

λst通常在1.4~1.8之間。如果電機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst小于電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩TL時(shí)，電動(dòng)機(jī)將無(wú)法啟動(dòng)。5.2.2異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性n0T機(jī)械特性曲線額定工作點(diǎn)NnNTNTstTM額定轉(zhuǎn)矩

電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在AB段，其電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動(dòng)調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。ABC

機(jī)械特性曲線可分為穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)AB段和非穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)BC段兩部分。

電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)TL=TN。當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，TL'>TN動(dòng)力小于阻力

電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)被破壞

轉(zhuǎn)速n下降

轉(zhuǎn)差率s上升

轉(zhuǎn)子電路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)增加

電流I2增大

定子電流I1隨之增大

電磁轉(zhuǎn)矩T增大至T′

當(dāng)T′=TL′時(shí)

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速重新穩(wěn)定在n'上，此時(shí)n′<n。特性曲線的N點(diǎn)向右移。

顯然，把轉(zhuǎn)矩特性曲線旋轉(zhuǎn)90°后即可得到機(jī)械特性曲線。額定轉(zhuǎn)速最大電磁轉(zhuǎn)矩起動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩分析

電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在TL=TN。當(dāng)負(fù)載減少時(shí)，TL″<TN動(dòng)力大于阻力

電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)被破壞

轉(zhuǎn)速n上升

轉(zhuǎn)差率s下降

轉(zhuǎn)子電路感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)減小

電流I2減小

定子電流I1隨之減小

電磁轉(zhuǎn)矩T減小至T″

當(dāng)T″=TL″時(shí)

電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速重新穩(wěn)定在n″上，此時(shí)n″>n。沿特性曲線左移。N′N″

三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在額定狀態(tài)下，當(dāng)(（1)負(fù)載增大；(2)電壓升高；(3)頻率升高時(shí)，試分別分析電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電流的變化情況。為什么增加三相異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載時(shí)，定子電流會(huì)隨之增加

？你理解嗎？

將三相繞線式異步電動(dòng)機(jī)的定子轉(zhuǎn)子三相繞組開(kāi)路，問(wèn)這臺(tái)電動(dòng)機(jī)能否轉(zhuǎn)動(dòng)

？三相異步電動(dòng)機(jī)中的氣隙大小對(duì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行有何影響

？思考與問(wèn)題

電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與電源電壓之間的關(guān)系如何？若在運(yùn)行過(guò)程中電源電壓降為額定值的60%，假如負(fù)載不變，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、電流及轉(zhuǎn)速有何變化？任務(wù)5.3

異步電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)提出問(wèn)題你了解三相異步電動(dòng)機(jī)的控制技術(shù)包括哪些方面？三相異步電動(dòng)機(jī)什么情況下需要降壓?jiǎn)?dòng)？三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速有什么特點(diǎn)？實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)主要取決于什么？三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)和自由停車有何區(qū)別？三相異步電動(dòng)機(jī)在選擇時(shí)應(yīng)注意哪些方面？知識(shí)準(zhǔn)備5.3.1三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制或電機(jī)容量在10kW以下，并且小于供電變壓器容量的20％時(shí)，

異步電動(dòng)機(jī)通電后，從靜止?fàn)顟B(tài)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過(guò)渡過(guò)程稱為啟動(dòng)。全壓?jiǎn)?dòng)也叫做直接啟動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)電流較大，通常是額定電流的4~7倍，這么大的啟動(dòng)電流將使線路電壓下降，嚴(yán)重時(shí)影響同一電網(wǎng)上的其它負(fù)載正常工作。當(dāng)電動(dòng)機(jī)滿足條件時(shí)，電動(dòng)機(jī)可以直接加全壓?jiǎn)?dòng)，稱為全壓?jiǎn)?dòng)。1、Y—Δ降壓起動(dòng)

如果三相異步電動(dòng)機(jī)不滿足直接起動(dòng)條件，就要采取降壓起動(dòng)的措施，以減小起動(dòng)電流給電網(wǎng)和設(shè)備帶來(lái)的不利因素。

即：電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)定子繞組連成星形，啟動(dòng)后轉(zhuǎn)速升高，當(dāng)轉(zhuǎn)速基本達(dá)到額定值時(shí)再切換成三角形連接的啟動(dòng)方法。手柄上打，定子繞組Δ形運(yùn)行手柄下搬，定子繞組成Y形啟動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)電流降為全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的1/3；QS1L3V2L2L1QS2FUV1U1U2W1W2V1U1W1W2U2V2缺點(diǎn)：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也降為全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的1/3。適用范圍正常運(yùn)行時(shí)定子繞組為三角形連接，且每相繞組都有兩個(gè)引出端子的電機(jī)。三相異步電動(dòng)機(jī)Y-Δ起動(dòng)器閉合電源開(kāi)關(guān)，為電機(jī)通電做好準(zhǔn)備例解某三相異步電動(dòng)機(jī)，接于線電壓=380V的三相電源，已知電機(jī)三相定子繞組正常運(yùn)行為

形接法，額定電流IN=20A，剛啟動(dòng)瞬間電流與額定電流之比是7。

求：（1）接法時(shí)的起啟動(dòng)電流Ist

（2）若啟動(dòng)時(shí)電機(jī)改為Y接法，求

IstY。(1)已知Ist/IN=7，可得直接啟動(dòng)時(shí)的起動(dòng)電流為：(2)若改為Y形起動(dòng)，根據(jù)前面所講知識(shí)可得：采用Y-Δ啟動(dòng)，顯然大大減小了啟動(dòng)電流對(duì)電網(wǎng)的影響。2.自耦降壓?jiǎn)?dòng)

利用三相自耦變壓器將電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)過(guò)程中的端電壓降低，以達(dá)到減小啟動(dòng)電流的目的。自耦變壓器備有40％、60％、80％等多種抽頭，使用時(shí)要根據(jù)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求具體選擇。運(yùn)行時(shí)上打與電機(jī)直通啟動(dòng)時(shí)下搬通過(guò)自耦變壓器降壓QS1L3V1L2L1QS2FUU1W1V1U1W1L2L1L3優(yōu)點(diǎn)：缺點(diǎn)：具有不同的抽頭，可以根據(jù)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求，比較方便的得到不同的電壓。設(shè)備體積大、成本高。適用范圍

適用于容量較大的電動(dòng)機(jī)或不能用Y-Δ降壓?jiǎn)?dòng)的鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)。三相自耦變壓器閉合電源開(kāi)關(guān)，為電機(jī)通電做好準(zhǔn)備3.繞線式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)

繞線式異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，只要在轉(zhuǎn)子電路中串入適當(dāng)?shù)膯?dòng)電阻Rst，就可以達(dá)到減小啟動(dòng)電流增大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的目的。

繞線式異步電動(dòng)機(jī)目前用得更多的是在轉(zhuǎn)子回路中接頻敏變阻器啟動(dòng)，此變阻器在啟動(dòng)過(guò)程中能自動(dòng)減小阻值，以代替人工切除啟動(dòng)電阻。繞線式異步機(jī)價(jià)高維護(hù)難。

繞線式異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的特點(diǎn)，使它廣泛應(yīng)用于要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大的卷?yè)P(yáng)機(jī)、起重機(jī)等場(chǎng)合。5.3.2三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速(1)改變極對(duì)數(shù)p，

實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)速；由式可知，異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速通過(guò)三種形式可實(shí)現(xiàn)：三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式：(2)改變轉(zhuǎn)差率s，

實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速；(3)改變電源頻率f1，

實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。

目前，第三種調(diào)速方法發(fā)展很快，且調(diào)速性能較好。其主要環(huán)節(jié)是研制變頻電源，通常由整流器、逆變器等組成。

用人為的方法使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)哪骋粩?shù)值改變到另一數(shù)值的過(guò)程稱為調(diào)速。5.3.3三相異步電動(dòng)機(jī)的反轉(zhuǎn)控制

三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向總是同旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向相一致，而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向取決于通入異步電動(dòng)機(jī)定子繞組中的三相電流的相序。因此，若要電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，只需把接到電動(dòng)機(jī)定子繞組上的三根電源線中的任意兩根對(duì)調(diào)一下位置，三相異步電動(dòng)機(jī)即可改變旋轉(zhuǎn)方向。5.3.4三相異步電動(dòng)機(jī)