機(jī)電傳動(dòng) 電動(dòng)機(jī)

1、第四章 交流電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性41 三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理一、 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)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩個(gè)部分組成，定子是不動(dòng)的部分，轉(zhuǎn)子是旋轉(zhuǎn)部分，在定子和轉(zhuǎn)子之間有一定的氣隙。如圖4.1所示。圖4.1 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)1 定子定子由定子鐵心、繞組以及機(jī)座組成。定子鐵心是磁路的一部分，它由0.5mm的硅鋼片疊壓而成，片與片之間是絕緣的，以減少渦流損耗。定子鐵心的硅鋼片的內(nèi)圓沖有定子槽，槽中安放線圈，如圖4.2所示。硅鋼片鐵心在疊壓后成為一個(gè)整體，固定于機(jī)座上。定子繞組是電動(dòng)機(jī)的電路部分。三相電動(dòng)機(jī)的定子繞組分為三個(gè)部分對(duì)稱(chēng)地分布在定子鐵心上，稱(chēng)為三相繞組，

2、分別用AX、BY、CZ表示，其中，A、B、C稱(chēng)為首端，而X、Y、Z稱(chēng)為末端。三相繞組接入三相交流電源，三相繞組中的電流是定子鐵心中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。機(jī)座主要用于固定與支撐定子鐵心。中小型異步電動(dòng)機(jī)一般采用鑄鐵機(jī)座。根據(jù)不同的冷卻方式采用不同的機(jī)座型式。2 轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子由鐵心與繞組組成。 轉(zhuǎn)子鐵心也是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，由硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子鐵心裝在轉(zhuǎn)軸上。硅鋼片沖片如圖4.2所示。異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組多采用鼠籠式和線繞式兩種形式。因此異步電動(dòng)機(jī)按繞組形式的不同分為鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)和線繞式異步電動(dòng)機(jī)兩種。線繞式和鼠籠式兩種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子構(gòu)造雖然不同，但工作原理是一致的。轉(zhuǎn)子的作用是產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，即產(chǎn)生電磁

3、轉(zhuǎn)矩。圖4.2定子和轉(zhuǎn)子的鋼片定子鐵心定子繞組轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子繞組鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組是在轉(zhuǎn)子鐵心槽里插入銅條，再將全部銅條兩端焊在兩個(gè)銅端環(huán)上而組成，如圖4.3（）所示，小型鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組多用鋁離心澆鑄而成，如圖4.4所示。這不僅是以鋁代銅，而且制造也快。（）鼠籠式繞組（）轉(zhuǎn)子外形圖4.3鼠籠式轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心風(fēng)扇鑄鋁條圖4.4鋁鑄的鼠籠式轉(zhuǎn)子線繞式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組是由線圈組成繞組放入轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)，并分為三相對(duì)稱(chēng)繞組，與定子產(chǎn)生的磁極數(shù)相同。線繞式轉(zhuǎn)子通過(guò)軸上的滑環(huán)和電刷在轉(zhuǎn)子回路中接入外加電阻，用以改善啟動(dòng)性能與調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，如圖4.5所示。轉(zhuǎn)子繞組滑環(huán)軸電刷變阻器圖4.5線繞式轉(zhuǎn)子繞組與外加變

4、阻器的連接二、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理 1定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，假設(shè)每相繞組只有一個(gè)線匝，分別嵌放在定子內(nèi)圓周的6個(gè)凹槽之中。現(xiàn)將三相繞組的末端X、Y、Z相連，首端A、B、C接三相交流電源。且三相繞組分別叫做A、B、C相繞組。如圖4.6所示。（a）嵌放情況 （b）連接接線圖圖4.6 定子三相繞組假定定子繞組中電流的正方向規(guī)定為從首端流向末端，且A相繞組的電流作為參考正弦量，即的初相位為零，則三相繞組A、B、C的電流（相序?yàn)锳BC）的瞬時(shí)值為： 圖4.7所示是這些電流隨時(shí)間變化的曲線。圖4.7 三相電流的波形圖下面分析不同時(shí)間的合成磁場(chǎng)。1).時(shí)：；為負(fù)，電流實(shí)際方向與正方向相反，即電流從Y

5、端流到B端；為正，電流實(shí)際方向與正方向一致，即電流從C端流到Z端。按右手螺旋法則確定三相電流產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)，如圖4.8（a）箭頭所示。圖4.8 兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 2).時(shí)：為正，電流從A端流到X端；為負(fù)，電流從Y端流到B端；。此時(shí)的合成磁場(chǎng)如圖4.8（b）所示，合成磁場(chǎng)已從瞬間所在位置順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)了。3).時(shí)：為正，電流從A端流到X端； ； 為負(fù)，電流從Z端流到A端。此時(shí)的合成磁場(chǎng)如圖4.8(c)所示，合成磁場(chǎng)已從瞬間所在位置順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)了。4).： ； 為正，電流從B端流到Y(jié)端； 為負(fù)，電流從Z端流到A端。此時(shí)的合成磁場(chǎng)如圖4.8(d)所示。合成磁場(chǎng)從瞬間所在位置順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)了。按以上分析

6、可以證明：當(dāng)三相電流隨時(shí)間不斷變化時(shí)，合成磁場(chǎng)也在不斷旋轉(zhuǎn)，故稱(chēng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。2旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向從圖4.6和圖4.7可見(jiàn)，A相繞組內(nèi)的電流超前B相繞組內(nèi)的電流，而B(niǎo)相繞組內(nèi)的電流又超前C相繞組內(nèi)的電流，同時(shí)圖4.8中所示旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)閺腁BC，即向順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。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B，C兩根線對(duì)調(diào)，使B相與C相繞組中電流的相位對(duì)調(diào)，如圖4.9所示，此時(shí)A相繞組內(nèi)的電流超前C相繞組內(nèi)的電流，而C相繞組內(nèi)的電流又超前B相繞組內(nèi)的電流，用上述同樣的分析方法可知，此時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向?qū)⒆優(yōu)锳CB，即向逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，如圖4.10所示，即與未對(duì)調(diào)前的旋轉(zhuǎn)方

7、向相反。圖4.9 將B,C兩根線對(duì)調(diào)改變繞組中的電流相序圖4.10 逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的兩極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由此可見(jiàn)，要改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向，只要把定子繞組接到電源的三根導(dǎo)線中的任意兩根對(duì)調(diào)即可。3 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)與旋轉(zhuǎn)速度在交流電動(dòng)機(jī)中，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)定子的旋轉(zhuǎn)速度被稱(chēng)為同步速度，用表示。以上討論的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，具有一對(duì)磁極（磁極對(duì)數(shù)用表示）即。從上述分析可以看出，電流變化經(jīng)過(guò)一個(gè)周期（變化電角度），旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間也旋轉(zhuǎn)了一轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)了機(jī)械角度），若電流的頻率為，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每分鐘將旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，即：如果把定子鐵心的槽數(shù)增加1倍（12個(gè)槽），制成如圖4.11所示的三相繞組，其中，每相繞組由兩個(gè)部分串聯(lián)組成，再將這三相繞組接到

8、對(duì)稱(chēng)三相電源使通過(guò)對(duì)稱(chēng)三相電流（圖4.7），便產(chǎn)生具有兩對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。從圖4.12可以看出，對(duì)應(yīng)于不同時(shí)刻，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間轉(zhuǎn)到不同位置，此情況下電流變化半個(gè)周期，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間只轉(zhuǎn)過(guò)了，即1/4轉(zhuǎn)，電流變化一個(gè)周期，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間只轉(zhuǎn)了1/2轉(zhuǎn)。(a) 嵌放情況 (b)接線圖圖4.11 產(chǎn)生四極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的字子繞組圖4.12 四極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)由此可知，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有兩對(duì)磁極（）時(shí)，其旋轉(zhuǎn)速度僅為一對(duì)磁極時(shí)的一半，即每分鐘轉(zhuǎn)。依次類(lèi)推，當(dāng)有對(duì)磁極時(shí)，其轉(zhuǎn)速為：所以，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度與電流的頻率成正比而與磁級(jí)對(duì)數(shù)成反比，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)工業(yè)頻率（即電流頻率）為50Hz，因此，對(duì)應(yīng)于時(shí)，同步轉(zhuǎn)速分別為300

9、0r/min、1500 r/min、1000 r/min和750 r/min。4工作原理三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理是基于定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子電流的相互作用。如圖4.13所示為異步電動(dòng)機(jī)的工作原理示意圖，假設(shè)定子只有一對(duì)磁極，轉(zhuǎn)子只有一匝繞組。圖中，紅色部分為定子，定子上的陰影部分為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)；黃色部分為轉(zhuǎn)子部分，轉(zhuǎn)子上的兩個(gè)小圓圈為轉(zhuǎn)子繞組。圖4.13 三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理圖在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線（其方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向相反），因而在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)從而產(chǎn)生感應(yīng)電流。根據(jù)安培電磁力定律，轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力（其方向用左手定則決定），這力在轉(zhuǎn)子的軸上形成電磁轉(zhuǎn)

10、矩，且轉(zhuǎn)矩作用方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向相同，轉(zhuǎn)子受此轉(zhuǎn)矩的作用，按旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)起來(lái)。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，用表示。5 差率由工作原理可知：轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速）恒比旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度（同步速度）要小。因?yàn)槿绻麅煞N速度相等時(shí)，轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線，因此，不能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子將不能繼續(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)子轉(zhuǎn)速的主要因素，也是異步電動(dòng)機(jī)的由來(lái)。定義：轉(zhuǎn)速差與同步轉(zhuǎn)速的比值稱(chēng)為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率，用表示，即 轉(zhuǎn)差率是分析異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性的主要參數(shù)。42 三相異步電動(dòng)機(jī)的額定參數(shù)一、 三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組的接法1兩種接

11、法定子繞組的首端和末端通常都接在大電動(dòng)機(jī)的接線盒的接線柱上，一般按圖4.14所示的方法排列。按照我國(guó)電工專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，定子繞組出線端的首端為D1、D2、D3，末端為D4、D5、D6。圖4.14 出線端的排列三相電動(dòng)機(jī)的定子繞組有星形（Y型）和三角形（形）兩種不同的接法，如圖4.15所示。（a）星形接法 (b) 三角形接法圖4.15 三相交流電動(dòng)機(jī)的兩種接法2線電壓與相電壓線電壓：兩相繞組首端之間的電壓，用表示；相電壓：一相繞組首、尾之間的電壓，用表示。對(duì)于星形接法，；對(duì)于三角形接法，。3線電流與相電流線電流：電網(wǎng)的供電電流，用表示；相電流：每相繞組的電流，用表示。對(duì)于星形接法，；對(duì)于三角形接法

12、，。4 電動(dòng)機(jī)的輸入功率 二、 額定參數(shù)電動(dòng)機(jī)在制造工廠所擬定的情況下工作時(shí)，稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)的額定運(yùn)行，通常用額定值來(lái)表示其運(yùn)行條件，這些數(shù)據(jù)大部分都標(biāo)明在電動(dòng)機(jī)的銘牌上。使用電動(dòng)機(jī)時(shí)，必須看懂銘牌。（1） 額定功率：在額定運(yùn)行情況下，電動(dòng)機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率。 輸出功率的一般表達(dá)式為：其中：為效率； 為輸入功率 為輸出功率輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為：, 為轉(zhuǎn)子電流。（2） 額定電壓：在額定運(yùn)行情況下，定子繞組端應(yīng)加的線電壓值。如標(biāo)有兩種電壓值（例如220/380V），這表明定子繞組采用/Y連接時(shí)應(yīng)加的線電壓值。即： 三角形接法時(shí)，定子繞組應(yīng)接220V的電源電壓星形接法時(shí)，定子繞組應(yīng)接380的電源

13、電壓。（3）額定頻率：在額定運(yùn)行情況下，定子外加電壓的頻率（Hz）。（4）額定電流：在額定頻率、額定電壓和軸上輸出額定功率時(shí)，定子的線電流值。如標(biāo)有兩種電流值（例如10.35/5.9A），則對(duì)應(yīng)于定子繞組為/Y連接的線電流值。（5）額定轉(zhuǎn)速：在額定頻率、額定電壓和電動(dòng)機(jī)軸上輸出額定功率時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。與此轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率稱(chēng)為額定轉(zhuǎn)差率。一般不標(biāo)在電動(dòng)機(jī)銘牌上的幾個(gè)額定值如下。（1）額定功率因數(shù)：在額定頻率、額定電壓和電動(dòng)機(jī)軸上輸出額定功率時(shí)，定子相電流與相電壓之間相位差的余弦。（2）額定效率：在額定頻率、額定電壓和電動(dòng)機(jī)軸上輸出額定功率時(shí)，電動(dòng)機(jī)輸出機(jī)械功率與輸入電功率之比，其表達(dá)式為（3

14、）額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩：電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下輸出額定功率時(shí)軸上的負(fù)載載矩。（4）線繞式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子靜止時(shí)的滑環(huán)電壓和轉(zhuǎn)子的額定電流。通常手冊(cè)上給出的數(shù)據(jù)就是電動(dòng)機(jī)的額定值。三、定子繞組連線方法的選用定子三相繞組的連接方式（Y形或形）的選擇，和普通三相負(fù)載一樣，須視電源的線電壓而定。如果電源的線電壓等于電動(dòng)機(jī)的額定相電壓，那么，電動(dòng)機(jī)的繞組應(yīng)該接成三角形；如果電源的線電壓是電動(dòng)機(jī)額定相電壓的倍，那么，電動(dòng)機(jī)的繞組就應(yīng)該接成星形。通常電動(dòng)機(jī)的銘牌上標(biāo)有符號(hào)和數(shù)字380/220，前者表示定子繞組的接法，后者表示對(duì)應(yīng)于不同接法應(yīng)加的線電壓值。 例5.1 電源線電壓為380V，現(xiàn)有兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，其銘牌數(shù)據(jù)如下，試

15、選擇定子繞組的連接方式。 1. J32-4，功率1.0kW，電壓220/380V，連接方法，電流4.25/2.45A，轉(zhuǎn)速1420 r/min，功率因數(shù)0.79。 2. J02-21-4，功率1.1 kW，電壓380V，連接方法，電流6.27A，轉(zhuǎn)速1410 r/min，功率因數(shù)0.79。解：J32-4電動(dòng)機(jī)應(yīng)接星形（Y），如圖4.16(a) 所示。 J02-21-4電動(dòng)機(jī)應(yīng)接成三角形（），如圖4.16 (b)所示。(a)星形接法 (b)三角形接法圖4.16 電動(dòng)機(jī)定子繞組的連接法43 三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性一、三相異步電動(dòng)機(jī)的定子電路三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁關(guān)系同變壓器類(lèi)似，定子繞組

16、相當(dāng)于變壓器的原繞組，轉(zhuǎn)子繞組（一般是短接的）相當(dāng)于副繞組。當(dāng)定子繞組接上三相電源電壓（相電壓為）時(shí)，則有三相電流通過(guò)（相電流為），定子三相電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其磁力線通過(guò)定子和轉(zhuǎn)子鐵心而閉合，這磁場(chǎng)不僅在轉(zhuǎn)子每相繞組中要感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，而且在定子每相繞組中也要感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)（實(shí)際上三相異步電動(dòng)機(jī)中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是由定子電流和轉(zhuǎn)子電流共同產(chǎn)生的），如圖4.17所示。圖4.17 定子和轉(zhuǎn)子電路的感應(yīng)電勢(shì)設(shè)定子和轉(zhuǎn)子每相繞組的匝數(shù)分別為和，圖4.18所示電路圖是三相異步電動(dòng)機(jī)的一相電路圖。圖4.18 三相異步電動(dòng)機(jī)的一相電路圖旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度沿定子與轉(zhuǎn)子間空氣隙的分布是近于按正弦規(guī)律分布的，因此，當(dāng)其旋

17、轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)定子每相繞相的磁通也是隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的，即，其中，是通過(guò)每相繞組的磁通最大值，在數(shù)值上等于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的每極磁通，即為空氣隙中磁感應(yīng)強(qiáng)度的平均值與每極面積的乘積。定子每相繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為： 它也是正弦量，其有效值為： 式中，為的頻率。因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場(chǎng)和定子間的相對(duì)轉(zhuǎn)速為，所以它等于定子電流的頻率，即。定子電流除產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁通（主磁通）外，還產(chǎn)生漏磁通，這漏磁通只圍繞定子繞組的一相，而與其他相及轉(zhuǎn)子繞組不相連。因此，在定子每相繞組中還要產(chǎn)生漏磁電動(dòng)勢(shì)和變壓器原繞組的情況一樣，加在定子每相繞組上的電壓也分成三個(gè)分量，即 如用復(fù)數(shù)表示，則為 式中，和()為定子每相繞組的電阻和漏磁感抗。

18、由于和（或漏磁通）較小，其上電壓降與電動(dòng)勢(shì)比較起來(lái)，?？珊雎裕谑?二、三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路如前所述,異步電動(dòng)機(jī)之所以能轉(zhuǎn)動(dòng)，是因?yàn)槎ㄗ咏由想娫春?，在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流，而這電流同旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁通作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩之故。因此，在討論電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩之前，必須先弄清楚轉(zhuǎn)子電路中的各個(gè)物理量轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)、轉(zhuǎn)子電流、轉(zhuǎn)子電流頻率、轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)、轉(zhuǎn)子繞組的感抗以及它們之間的相互關(guān)系。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子每相繞組中感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)為其有效值為 式中，為轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)或轉(zhuǎn)子電流相對(duì)于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子間的相對(duì)轉(zhuǎn)速為，所以 可見(jiàn)轉(zhuǎn)子頻率與轉(zhuǎn)差率有關(guān)，也就是與轉(zhuǎn)速有關(guān)。在，即（電動(dòng)機(jī)

19、開(kāi)始啟動(dòng)瞬間）時(shí)，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的相對(duì)轉(zhuǎn)速最大，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體被旋轉(zhuǎn)磁力線切割得最快，所以這時(shí)最高，即。異步電動(dòng)機(jī)在額定負(fù)載時(shí)，則Hz (Hz)。 在，即時(shí)，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)為 這時(shí)，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)最大。而 可見(jiàn)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)與轉(zhuǎn)差率有關(guān)。和定子電流一樣，轉(zhuǎn)子電流也要產(chǎn)生漏磁通，從而在轉(zhuǎn)子每相繞組中還要產(chǎn)生漏磁電動(dòng)勢(shì)。 因此，對(duì)于轉(zhuǎn)子每相電路，有 如用復(fù)數(shù)表示，則為 式中，和轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻和漏磁感抗。 與轉(zhuǎn)子頻率有關(guān)，即 在，即時(shí)，轉(zhuǎn)子感抗為 這時(shí)，轉(zhuǎn)子感抗最大。而 可見(jiàn)轉(zhuǎn)子感抗與轉(zhuǎn)差率有關(guān)。轉(zhuǎn)子每相電路的電流為 即轉(zhuǎn)子電流也與轉(zhuǎn)差率有關(guān)。當(dāng)增大，即轉(zhuǎn)速降低時(shí)，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的相對(duì)轉(zhuǎn)速增加，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體被磁力

20、線切割的速度提高，于是增加，也增加。當(dāng)，即時(shí)，；當(dāng)很小時(shí)， ， ，即與近似成正比；當(dāng)接近1時(shí)，由于轉(zhuǎn)子有漏磁通，相應(yīng)的感抗為，因此，比滯后角，因而轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)為它也與轉(zhuǎn)差率有關(guān)。當(dāng)很小時(shí)，；當(dāng)增大時(shí)，增大，減?。?當(dāng)接近1時(shí)，。 、隨的變化關(guān)系可用圖4.19所示的曲線表示。圖4.19 、隨的變化關(guān)系由上可知，轉(zhuǎn)子電路的各個(gè)物理量，如電動(dòng)勢(shì)、電流、頻率、感抗及功率因數(shù)等都與轉(zhuǎn)差率有關(guān)，亦即與轉(zhuǎn)速有關(guān)。三、 轉(zhuǎn)矩特性電磁轉(zhuǎn)矩（以下簡(jiǎn)稱(chēng)轉(zhuǎn)矩）是三相異步電動(dòng)機(jī)最重要的物理量之一。機(jī)械特性是它的主要特性。三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的每極磁通與轉(zhuǎn)子電流相互作用而產(chǎn)生的,它與和的乘積成正比，還與

21、轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)有關(guān)，圖4.20所示反映了對(duì)轉(zhuǎn)矩的影響。圖4.20(a)所示的是假設(shè)轉(zhuǎn)子感抗與其電阻相比可以忽略不計(jì)，即的情況，在圖中旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)用虛線所示的磁極表示，根據(jù)右手定則不難確定轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向（用外層記號(hào)表示）。因?yàn)?，在這種情況下，與同相，所以，的方向（用內(nèi)層的記號(hào)表示）與的方向一致，再應(yīng)用左手定則確定轉(zhuǎn)子各導(dǎo)體受力的方向，由圖可見(jiàn)，在的情況下，所有作用于轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的力將產(chǎn)生同一方向的轉(zhuǎn)矩。(a) (b) (c) 圖4.20 對(duì)T的影響 圖4.20(b)所示是假設(shè)轉(zhuǎn)子電阻與其感抗相比可以忽略不計(jì)，即的情況，這時(shí)比滯后90。由圖可見(jiàn)，在這種情況下，作用于轉(zhuǎn)子各導(dǎo)體的力正好互相抵

22、消，轉(zhuǎn)矩為零。圖4.20(c)所示的是實(shí)際情況，電流比電動(dòng)勢(shì)滯后角,即的情況，這樣，各導(dǎo)體受力的方向不盡相同，在同樣的電流和旋轉(zhuǎn)磁通之下，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩較時(shí)為小。由此可以得出 式中，僅與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。因?yàn)?所以轉(zhuǎn)矩的另一個(gè)表示式為： 轉(zhuǎn)矩特性式中，與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)、電源頻率有關(guān)的常數(shù)； 定子繞組電壓，電源電壓； 轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻；電動(dòng)機(jī)不動(dòng)（）時(shí)轉(zhuǎn)子每相繞組的感抗。四固有機(jī)械特性在異步電動(dòng)機(jī)中，轉(zhuǎn)速，為了符合習(xí)慣畫(huà)法，可將曲線換成轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系曲線，即稱(chēng)為異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。它有固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性之分。異步電動(dòng)機(jī)在額定電壓和額定頻率下，用規(guī)定的接線方式，定子和轉(zhuǎn)子電路中不

23、串接任何電阻或電抗時(shí)的機(jī)械特性稱(chēng)為固有（自然）機(jī)械特性。根據(jù) 可得到三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線如圖4.21所示。圖4.21 異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性從特性曲線上可以看出，四個(gè)特殊點(diǎn)可以決定特性曲線的基本形狀和異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能，這四個(gè)特殊點(diǎn)是：(1) 理想空載工作點(diǎn)：，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為理想空載轉(zhuǎn)速。(2) 額定工作點(diǎn)：，此時(shí)額定轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)差率為 式中，電動(dòng)機(jī)的額定功率； 電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，一般； 電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率，一般； 電動(dòng)機(jī)的額定輸出轉(zhuǎn)矩。（3）啟動(dòng)工作點(diǎn)：。將代入轉(zhuǎn)矩公式中，可得 可見(jiàn)，異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與、及有關(guān)，當(dāng)施加在定子每相繞組上的電壓降低時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)明顯減?。?/p>

24、當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻適當(dāng)增大時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)增大；而若增大轉(zhuǎn)子電抗則會(huì)使啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大為減小，這是我們所不需要的。通常把在固有機(jī)械特性上啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)能力系數(shù)。它表征了電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)能力的大小。一般。（4）臨界工作點(diǎn)：，。欲求轉(zhuǎn)矩的最大值，可根據(jù)轉(zhuǎn)矩特性令，而得臨界轉(zhuǎn)差率 再將代入轉(zhuǎn)矩公式中，即可得 最大轉(zhuǎn)矩的大小與定子每相繞組上所加電壓的平方成正比，這說(shuō)明異步電動(dòng)機(jī)對(duì)電源電壓的波動(dòng)是很敏感的。電源電壓過(guò)低，會(huì)使軸上輸出轉(zhuǎn)矩明顯下降，甚至小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，而造成電機(jī)停轉(zhuǎn)；最大轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)子電阻的大小無(wú)關(guān)，但臨界轉(zhuǎn)差率卻正比于，這對(duì)線繞式異步電動(dòng)機(jī)而言，在轉(zhuǎn)子電路中串接附加電阻，可使增大，而卻

25、不變。異步電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中經(jīng)常會(huì)遇到短時(shí)沖擊負(fù)載，如果沖擊負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于最大電磁轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)仍然能夠運(yùn)行，而且電動(dòng)機(jī)短時(shí)過(guò)載也不會(huì)引起劇烈發(fā)熱。通常把在固有機(jī)械特性上最大電磁轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比 稱(chēng)為電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力系數(shù)。它表征了電動(dòng)機(jī)能夠承受沖擊負(fù)載的能力大小，是電動(dòng)機(jī)的又一個(gè)重要運(yùn)行參數(shù)。各種電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力系數(shù)在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中有規(guī)定，如普通的JO和JO系列鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的，供起重機(jī)械和冶金機(jī)械用的JZ和JZR型線繞式異步電動(dòng)機(jī)的。在實(shí)際應(yīng)用中，用轉(zhuǎn)矩特性計(jì)算機(jī)械特性非常麻煩，如把它化成用和表示的形式，則方便多了。為此，將上述公式經(jīng)整理后就可得到 此式為轉(zhuǎn)矩-轉(zhuǎn)差率特性的實(shí)用表達(dá)式，也叫規(guī)格化轉(zhuǎn)矩

26、轉(zhuǎn)差率特性。五、人為機(jī)械特性由上述分析可知：異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與電動(dòng)機(jī)的參數(shù)有關(guān)，也與外加電源電壓、電源頻率有關(guān)，將關(guān)系式中的參數(shù)人為地加以改變而獲得的特性稱(chēng)為異步電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性，即改變定子電壓、定子電源頻率、定子電路串入電阻或電抗、轉(zhuǎn)子電路串入電阻或電抗等，都可得到異步電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性。1降低電動(dòng)機(jī)電源電壓時(shí)的人為特性根據(jù) 可以看出：即最大轉(zhuǎn)矩和與成正比，當(dāng)降低定子電壓時(shí)，和不變，而和大大減小。在同一轉(zhuǎn)差率情況下，人為特性與固有特性的轉(zhuǎn)矩之比等于電壓的平方之比。因此在繪制降低電壓的人為特性時(shí)，是以固有特性為基礎(chǔ)，在不同的處，取固有特性上對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩乘降低電壓與額定電壓比值的平方，即

27、可作出人為特性曲線，如圖4.22所示。圖4.22 改變電源電壓時(shí)的人為特性如當(dāng)定子繞組外加電壓為、時(shí)，轉(zhuǎn)子輸出最大轉(zhuǎn)矩分別為、和?？梢?jiàn)，電壓愈低，人為特性曲線愈往左移。 由于異步電動(dòng)機(jī)對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)非常敏感，運(yùn)行時(shí)，如電壓降低太多，會(huì)大大降低它的過(guò)載能力與啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，甚至使電動(dòng)機(jī)發(fā)生帶不動(dòng)負(fù)載或者根本不能啟動(dòng)的現(xiàn)象。例如，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行在額定負(fù)載下，即使，若電網(wǎng)電壓下降到，則由于這時(shí)，電動(dòng)機(jī)也會(huì)停轉(zhuǎn)。此外，電網(wǎng)電壓下降，在負(fù)載不變的條件下，將使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差率S增大，電流增加，引起電動(dòng)機(jī)發(fā)熱甚至燒壞。2定子電路接入電阻或電抗時(shí)的人為特性在電動(dòng)機(jī)定子電路中外串電阻或電抗后，電動(dòng)機(jī)端電壓為電源電

28、壓減去定子外串電阻上或電抗上的壓降，致使定子繞組相電壓降低,這種情況下的人為特性與降低電源電壓時(shí)的相似，如圖4.23所示。圖4.23 定子電路外接電阻或電抗時(shí)的人為特性圖中實(shí)線1為降低電源電壓的人為特性，虛線2為定子電路串入電阻或電抗的人為特性。從圖中可看出，所不同的是定子串入或后的最大轉(zhuǎn)矩要比直接降低電源電壓時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩大一些，這是因?yàn)殡S著轉(zhuǎn)速的上升和啟動(dòng)電流的減小，在或上的壓降減小，加到電動(dòng)機(jī)定子繞組上的端電壓自動(dòng)增大，致使最大轉(zhuǎn)矩大些；而降低電源電壓的人為特性在整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中，定子繞組的端電壓是恒定不變的。3改變定子電源頻率時(shí)的人為特性改變定子電源頻率對(duì)三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的影響是比較

29、復(fù)雜的，下面僅定性地分析的近似關(guān)系。根據(jù)并注意到上列式中，且一般變頻調(diào)速采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，即希望最大轉(zhuǎn)矩保持為恒值，為此在改變頻率的同時(shí)，電源電壓也要作相應(yīng)的變化，使，這在實(shí)質(zhì)上是使電動(dòng)機(jī)氣隙磁通保持不變。在上述條件下就存在有，和不變的關(guān)系，即隨著頻率的降低，理想空載轉(zhuǎn)速要減小，臨界轉(zhuǎn)差率要增大，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要增大，而最大轉(zhuǎn)矩基本維持不變，如圖4.24。圖4.24 改變定子電源頻率時(shí)的人為特性 （4）轉(zhuǎn)子電路串電阻時(shí)的人為特性在三相線繞式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中串入電阻后見(jiàn)圖4.25(a)，轉(zhuǎn)子電路中的電阻為。根據(jù)的串入對(duì)理想空載轉(zhuǎn)速、最大轉(zhuǎn)矩沒(méi)有影響，但臨界轉(zhuǎn)差率則隨著的增加而增大，此時(shí)的人為特性將

30、是一根比固有特性較軟的一條曲線，如圖4.25(b)所示。(a)原理接線圖 (b)機(jī)械特性圖4.25 線繞式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電阻44 三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性一、異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性1生產(chǎn)機(jī)械對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的主要要求（1）有足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，保證生產(chǎn)機(jī)械能正常啟動(dòng)。即要求電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，否則電動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)。一般場(chǎng)合下希望啟動(dòng)越快越好，以提高生產(chǎn)效率。（2）在滿(mǎn)足啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求的前提下，啟動(dòng)電流越小越好。因?yàn)檫^(guò)大啟動(dòng)電流的沖擊，對(duì)電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)本身都是不利的。·對(duì)電網(wǎng)而言，它會(huì)引起較大的線路壓降，特別是電源容量較小時(shí)，電壓下降太多，會(huì)影響接在同一電源上的其他負(fù)載，例如影響到其

31、他異步電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行甚至停車(chē)；·對(duì)電動(dòng)機(jī)本身而言，大的啟動(dòng)電流將在繞組中產(chǎn)生大的損耗，引起發(fā)熱，加速電動(dòng)機(jī)繞組絕緣老化，且在大電流沖擊下，電動(dòng)機(jī)繞組端部受電動(dòng)力的作用，有發(fā)生位移和變形的可能，容易造成短路事故。（3）要求啟動(dòng)平滑，即要求啟動(dòng)時(shí)加速平滑，以減小對(duì)生產(chǎn)機(jī)械的沖擊。（4）啟動(dòng)設(shè)備安全可靠，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。（5）啟動(dòng)過(guò)程中的功率損耗越小越好。其中，（1）和（2）兩條是衡量電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)性能的主要技術(shù)指標(biāo)。2異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性（1）啟動(dòng)電流大：異步電動(dòng)機(jī)在接入電網(wǎng)啟動(dòng)的瞬時(shí)，由于轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以最快的相對(duì)速度（即同步轉(zhuǎn)速）切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體，在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出

32、很大的轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子電流，從而引起很大的定子電流，一般啟動(dòng)電流可達(dá)額定電流的57倍，（2）啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大：異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，雖然啟動(dòng)電流很大，但因啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子功率因數(shù)很低，因而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩卻不大，一般。異步電動(dòng)機(jī)的固有啟動(dòng)特性如圖4.26所示。圖4.26 異步電動(dòng)機(jī)的固有啟動(dòng)特性顯然，異步電動(dòng)機(jī)的這種啟動(dòng)性能和生產(chǎn)機(jī)械的要求是相矛盾的，為了解決這些矛盾，必須根據(jù)具體情況，采取不同的啟動(dòng)方法。鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)有直接啟動(dòng)和降壓?jiǎn)?dòng)兩種方法，采用什么啟動(dòng)方法，要根據(jù)實(shí)際情況而定。二異步電動(dòng)機(jī)的直接啟動(dòng)（全壓?jiǎn)?dòng)）直接啟動(dòng)就是將電動(dòng)機(jī)的定子繞組通過(guò)閘刀開(kāi)關(guān)或接觸器直接接入電源，在額定電壓下進(jìn)行啟動(dòng)運(yùn)行。1

33、特點(diǎn)電動(dòng)機(jī)定子繞組的工作電壓和啟動(dòng)電壓相等。2 直接啟動(dòng)的條件由于直接啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電流很大，因此，在什么情況下采用直接啟動(dòng)，有關(guān)供電、動(dòng)力部門(mén)都有規(guī)定，主要取決于電動(dòng)機(jī)的功率與供電變壓器的容量之比值。分三種情況：（1）獨(dú)立變壓器供電（即變壓器供動(dòng)力用電）的情況下，若電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)頻繁時(shí)，電動(dòng)機(jī)功率小于變壓器容量的20%時(shí)允許直接啟動(dòng)；（2）獨(dú)立變壓器供電（即變壓器供動(dòng)力用電）的情況下，若電動(dòng)機(jī)不經(jīng)常啟動(dòng)，電動(dòng)機(jī)功率小于變壓器容量的30%時(shí)也允許直接啟動(dòng)；（3）如果沒(méi)有獨(dú)立的變壓器供電（即與照明共用電源）的情況下，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)比較頻繁，則常按經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)估算，滿(mǎn)足下列關(guān)系則可直接啟動(dòng)。 例5.2：有一臺(tái)要

34、求經(jīng)常啟動(dòng)的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，其，如果供電變壓器（電源）容量為560kVA，且有照明負(fù)載，問(wèn)可否直接啟動(dòng)？同樣的比值，功率為多大的電動(dòng)機(jī)則不允許直接啟動(dòng)？ 解：因?yàn)闆](méi)有獨(dú)立的變壓器供電，且電動(dòng)機(jī)經(jīng)常啟動(dòng)，故應(yīng)按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算來(lái)確定啟動(dòng)方法。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式算出滿(mǎn)足上述關(guān)系，故允許直接啟動(dòng)。由可算出，額定功率大于24kW的電動(dòng)機(jī)不允許直接啟動(dòng)。鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表5.1。表5.1 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)直接啟動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)供電方式電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)情況供電網(wǎng)絡(luò)上允許的電壓降供電變壓器容量(kVA)1001803205607501000直接啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)的最大功率(kW)動(dòng)力與照明混合經(jīng)常啟動(dòng)不經(jīng)常啟動(dòng)

35、2%4%4.28.47.51513.327234731624284動(dòng)力專(zhuān)用10%213766116155210直接啟動(dòng)因無(wú)需附加啟動(dòng)設(shè)備，且操作和控制簡(jiǎn)單、可靠，所以，在條件允許的情況下應(yīng)盡量采用，考慮到目前在大中型廠礦企業(yè)中，變壓器容量已足夠大，因此，絕大多數(shù)中、小型鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)都采用直接啟動(dòng)。三定子串電阻或電抗器降壓?jiǎn)?dòng)異步電動(dòng)機(jī)采用定子串電阻或電抗器的降壓?jiǎn)?dòng)原理接線圖如圖4.27所示。啟動(dòng)時(shí)，接觸器1KM斷開(kāi)，KM閉合，將啟動(dòng)電阻串入定子電路，使啟動(dòng)電流減??；待轉(zhuǎn)速上升到一定程度后再將1KM閉合，被短接，電動(dòng)機(jī)接上全部電壓而趨于穩(wěn)定運(yùn)行。圖4.27 定子串電阻或電抗的降壓?jiǎn)?dòng)這種啟

36、動(dòng)方法的缺點(diǎn)是：·啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨定子電壓的平方關(guān)系下降，其機(jī)械特性見(jiàn)圖4.22所示，故它只適用于空載或輕載啟動(dòng)的場(chǎng)合；·不經(jīng)濟(jì)，在啟動(dòng)過(guò)程中，電阻器上消耗能量大，不適用于經(jīng)常啟動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，若采用電抗器代替電阻器，則所需設(shè)備費(fèi)較貴，且體積大。四降壓?jiǎn)?dòng)降壓?jiǎn)?dòng)的接線圖如圖4.28所示。圖4.28 降壓?jiǎn)?dòng)啟動(dòng)：觸點(diǎn)KM和1KM閉合，2KM斷開(kāi)，將定子繞組接成星形接入電網(wǎng)而啟動(dòng)；運(yùn)行：待轉(zhuǎn)速上升到一定程度后再將1KM斷開(kāi)，2KM閉合，將定子繞組接成三角形接入電網(wǎng)，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程完成而轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。啟動(dòng)方法適用于電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)定子繞組接成三角形的情況。設(shè)為電源線電壓，及為定子繞組分別接

37、成星形及三角形的啟動(dòng)電流（線電流），Z為電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)每相繞組的等效阻抗。則有， 所以，即定子接成星形時(shí)的啟動(dòng)電流等于接成三角形時(shí)啟動(dòng)電流的1/3，而接成星形時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，接成三角形時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，所以，即Y連接降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩只有連接直接啟動(dòng)時(shí)的1/3。降壓?jiǎn)?dòng)方法的特點(diǎn)：·設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、啟動(dòng)電流??；·啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，且啟動(dòng)電壓不能按實(shí)際需要調(diào)節(jié)，故只適用于空載或輕載啟動(dòng)的場(chǎng)合；·只適用于正常運(yùn)行時(shí)定子繞組接線的異步電動(dòng)機(jī)。由于這種方法應(yīng)用廣泛，我國(guó)已專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)能采用降壓?jiǎn)?dòng)的三相異步電動(dòng)機(jī)，其定子額定電壓為380V，即電源的線電壓，連接方法為。五自耦變壓器降壓?jiǎn)?/p>

38、動(dòng)自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)的原理接線圖如圖4.29(a)所示。(a) 原理接線圖圖 (b) 一相電路圖4.29 自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng) 啟動(dòng)：1KM，2KM閉合，KM斷開(kāi)，三相自耦變壓器T的三個(gè)繞組連成星形接于三相電源，使接于自耦變壓器副邊的電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)：運(yùn)行：當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到一定值后，1KM，2KM斷開(kāi)，自耦變壓器T被切除，同時(shí)KM閉合，電動(dòng)機(jī)接上全電壓運(yùn)行。圖4.29(b)為自耦變壓器啟動(dòng)時(shí)的一相電路。由變壓器的工作原理知：副邊電壓與原邊電壓之比為，啟動(dòng)時(shí)加在電動(dòng)機(jī)定子每相繞組的電壓是全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的倍，因而電流也是全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的K倍，即（注意：為電動(dòng)機(jī)定子電流，即變壓器副邊電流。為全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流，即

39、全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)電網(wǎng)的供電電流）；而變壓器原邊電流，即此時(shí)電網(wǎng)供電電流是直接啟動(dòng)時(shí)電流的倍。特點(diǎn)：·與降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)情況一樣，只是在降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的為定值，而自耦變壓器啟動(dòng)時(shí)的是可調(diào)節(jié)的，這就是此種啟動(dòng)方法優(yōu)于啟動(dòng)方法之處，當(dāng)然它的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩也是全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的倍。·變壓器的體積大、重量重、價(jià)格高、維修麻煩，且啟動(dòng)時(shí)自耦變壓器處于過(guò)電流（超過(guò)額定電流）狀態(tài)下運(yùn)行，因此，不適于啟動(dòng)頻繁的電動(dòng)機(jī)。所以，它在啟動(dòng)不太頻繁，要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大、容量較大的異步電動(dòng)機(jī)上應(yīng)用較為廣泛。通常把自耦變壓器的輸出端做成固定抽頭（一般有K=80%、65%和50%三種電壓，可根據(jù)需要進(jìn)行選擇）、連同轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)（圖4.29

40、中的KM，1KM和2KM）和保護(hù)用的繼電器等組合成一個(gè)設(shè)備，叫啟動(dòng)補(bǔ)償器。六、延邊三角形啟動(dòng)延邊三角形啟動(dòng)法就是在啟動(dòng)時(shí)使定子繞組的一部分作三角形連接，另一部分作星形連接，如圖4.30(a) 所示。從啟動(dòng)時(shí)定子繞組連接的圖形來(lái)看，就好像將一個(gè)三角形三邊延長(zhǎng)了一樣，因此，稱(chēng)為“延邊三角形”。啟動(dòng)時(shí)將定子繞組接成延邊三角形，啟動(dòng)完了后將定子繞組換接成如圖4.30 (b)所示的三角形。圖4.30 延邊三角形啟動(dòng)時(shí)定子繞組的連接(a)啟動(dòng)時(shí)的連續(xù) (b)運(yùn)行時(shí)的連接從圖4.30(a)可看出啟動(dòng)時(shí)每相繞組的電壓低于作三角形連接直接啟動(dòng)時(shí)的電壓，也是屬于降壓?jiǎn)?dòng)，不過(guò)，這種接法與換接啟動(dòng)法比，延邊三角形接

41、法的相電壓較Y接法的大，所以，啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩都較大，具體大多少，則由星形部分繞組與三角形部分繞組匝數(shù)之比來(lái)確定。由于這種啟動(dòng)方法對(duì)電動(dòng)機(jī)定子繞組的出線有特殊的要求，所以用得不是很多，這里就不作進(jìn)一步的分析了。七、線繞式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)方法鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，啟動(dòng)電流大，因此不能滿(mǎn)足某些生產(chǎn)機(jī)械需要大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩低啟動(dòng)電流的要求。線繞式異步電動(dòng)機(jī)由于能在轉(zhuǎn)子電路中串電阻，因此具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較小的啟動(dòng)電流，即具有較好的啟動(dòng)特性。在轉(zhuǎn)子電路中串電阻的啟動(dòng)方法常用的有兩種：逐級(jí)切除啟動(dòng)電阻法和頻敏變阻器啟動(dòng)法。1逐級(jí)切除啟動(dòng)電阻法采用逐極切除啟動(dòng)電阻的方法，其目的和啟動(dòng)過(guò)程與§

42、;3.4中他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)采用逐級(jí)切除啟動(dòng)電阻的方法相似，主要是為了使整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中電動(dòng)機(jī)能保持較大的加速轉(zhuǎn)矩。啟動(dòng)過(guò)程如下：如圖4.31(a)所示：(a)原理接線圖 (b)啟動(dòng)特性圖4.31 逐級(jí)切除啟動(dòng)電阻的啟動(dòng)過(guò)程啟動(dòng)開(kāi)始時(shí)，觸點(diǎn)1KM，2KM，3KM均斷開(kāi)，啟動(dòng)電阻全部接入，KM閉合，將電動(dòng)機(jī)接入電網(wǎng)。電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性如圖4.31(b)中曲線所示，初始啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為，加速轉(zhuǎn)矩，這里為負(fù)載轉(zhuǎn)矩。在加速轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)速沿曲線上升，軸上輸出轉(zhuǎn)矩相應(yīng)下降，當(dāng)轉(zhuǎn)矩下降至?xí)r，加速轉(zhuǎn)矩下降到，這時(shí)，為了使系統(tǒng)保持較大的加速度，讓3KM閉合，使各相電阻中的被短接（或切除），啟動(dòng)電阻由減為，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

43、曲線由曲線變化到曲線，只要的大小選擇合適，并掌握好切除時(shí)間，就能保證在電阻剛被切除的瞬間電動(dòng)機(jī)軸上輸出轉(zhuǎn)矩重新回升到，即使電動(dòng)機(jī)重新獲得最大的加速轉(zhuǎn)矩。以后各段電阻的切除過(guò)程與上述相似，直到轉(zhuǎn)子電阻全部被切除，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在固有機(jī)械特性曲線上，即圖中曲線上相應(yīng)于負(fù)載轉(zhuǎn)矩的點(diǎn)9，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。 2頻敏變阻器啟動(dòng)法采用逐級(jí)切除啟動(dòng)電阻法來(lái)啟動(dòng)線繞式異步電動(dòng)機(jī)時(shí)，可以由手動(dòng)操作“啟動(dòng)變阻器”或“鼓形控制器”來(lái)切除電阻，也可以用繼電器-接觸器自動(dòng)切換電阻，前者很難實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)要求，且對(duì)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度不利；后者則增加附加設(shè)備等費(fèi)用，且維修較麻煩。因此，單從啟動(dòng)而言，逐級(jí)切除啟動(dòng)電阻的方法不是

44、很好的方法。若采用頻敏變阻器來(lái)啟動(dòng)線繞式異步電動(dòng)機(jī)，則既可自動(dòng)切除啟動(dòng)電阻，又不需要控制電器。頻敏變阻器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)鐵心損耗很大的三相電抗器，鐵心由一定厚度的幾塊實(shí)心鐵板或鋼板疊成，一般做成三柱式，每柱上繞有一個(gè)線圈，三相線圈連成星形，然后接到線繞式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中，如圖4.32所示。圖4.32 頻敏變阻器接線圖頻敏變阻器為什么能取代啟動(dòng)電阻呢？因在頻敏變阻器的線圈中通過(guò)轉(zhuǎn)子電流，它在鐵心中產(chǎn)生交變磁通，在交變磁通的作用下，鐵心中就會(huì)產(chǎn)生渦流，渦流使鐵心發(fā)熱，從電能損失的觀點(diǎn)來(lái)看，這和電流通過(guò)電阻發(fā)熱而損失電能一樣，所以，可以把渦流的存在看成是一個(gè)電阻。另外，鐵心中交變的磁通又在線圈中產(chǎn)

45、生感應(yīng)電勢(shì)，阻礙電流流通，因而有感抗X（即電抗）存在。所以，頻敏變阻器相當(dāng)于電阻和電抗X的并聯(lián)電路。啟動(dòng)過(guò)程中頻敏變阻器內(nèi)的實(shí)際電磁過(guò)程如下：?jiǎn)?dòng)開(kāi)始時(shí)，轉(zhuǎn)子電流的頻率（高，鐵損大（鐵損與成正比），相當(dāng)于大，且，所以，也很大，即等效阻抗大，從而限制了啟動(dòng)電流。另一方面由于啟動(dòng)時(shí)鐵損大，頻敏變阻器從轉(zhuǎn)子取出的有功電流也較大，從而提高了轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)，增大了啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。隨著轉(zhuǎn)速的逐步上升，轉(zhuǎn)子頻率逐漸下降，從而使鐵損減少，感應(yīng)電勢(shì)也減少，即由R和X組成的等效阻抗逐漸減少，這就相當(dāng)于啟動(dòng)過(guò)程中自動(dòng)逐漸切除電阻和電抗。當(dāng)轉(zhuǎn)速時(shí)，很小，和近似為零，這相當(dāng)于轉(zhuǎn)子被短路，啟動(dòng)完畢，進(jìn)入正常運(yùn)行。這種電阻和

46、電抗對(duì)頻率的“敏感”作用，就是“頻敏”變阻器名稱(chēng)的由來(lái)。和逐級(jí)切除啟動(dòng)電阻的啟動(dòng)方法相比，采用頻敏變阻器的主要優(yōu)點(diǎn)是：具有自動(dòng)平滑調(diào)節(jié)啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的良好啟動(dòng)特性，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，無(wú)需經(jīng)常維修。它的缺點(diǎn)是：功率因數(shù)低（一般為0.30.8），因而啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的增大受到限制，且不能用作調(diào)速電阻。因此，頻敏變阻器用于對(duì)調(diào)速?zèng)]有什么要求、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不大、經(jīng)常正反向運(yùn)轉(zhuǎn)的線繞式異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)是比較合適的。它廣泛應(yīng)用于冶金、化工等傳動(dòng)設(shè)備上。我國(guó)生產(chǎn)的頻敏變阻器系列產(chǎn)品，有不經(jīng)常啟動(dòng)和重復(fù)短時(shí)工作制啟動(dòng)的兩類(lèi)，前者在啟動(dòng)完畢后要用接觸器KM短接（見(jiàn)圖4.32中虛線所示部分），后者則不需要。頻敏變

47、阻器的鐵心和鐵軛間設(shè)有氣隙，在繞組上留有幾組抽頭，改變氣隙大小和繞組匝數(shù)，用以調(diào)整電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，匝數(shù)少、氣隙大時(shí)啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩都大。為了使單臺(tái)頻敏變阻器的體積、重量不要過(guò)大，當(dāng)電動(dòng)機(jī)容量較大時(shí)，可以采用多臺(tái)頻敏變阻器串聯(lián)使用。八、各種啟動(dòng)方法的比較和選用為了便于根據(jù)實(shí)際要求選擇合理的啟動(dòng)方法，現(xiàn)將上述幾種常用啟動(dòng)方法的啟動(dòng)電壓、啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的相對(duì)值列于表4.2。表4.2 鼠矩式異步電動(dòng)機(jī)幾種常用啟動(dòng)方法的比較啟動(dòng)方法啟動(dòng)電壓相對(duì)值啟動(dòng)電流相對(duì)值啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩相對(duì)值直接（全壓）啟動(dòng)111定子電路串電阻或電抗器降壓?jiǎn)?dòng)0.80.650.50.80.650.50.640.420.2

48、5降壓?jiǎn)?dòng)0.570.330.33自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)0.80.650.50.640.420.250.640.420.25 表中, 、和為電動(dòng)機(jī)的額定電壓、全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，其數(shù)值可從電機(jī)的產(chǎn)品目錄中查到；、和為按各種方法啟動(dòng)時(shí)實(shí)際加在電動(dòng)機(jī)上的線電壓、實(shí)際啟動(dòng)電流（對(duì)電網(wǎng)的沖擊電流）和實(shí)際的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 例4.3：有臺(tái)拖動(dòng)空氣壓縮機(jī)的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī), Kw, r/min，啟動(dòng)電流，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，運(yùn)行條件要求啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須大于，電網(wǎng)允許電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流不得超過(guò)。試問(wèn)應(yīng)選用何種啟動(dòng)方法。解：按要求，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的相對(duì)值應(yīng)保證為 啟動(dòng)電流的相對(duì)值應(yīng)保證為 由表4.2可知，只有當(dāng)自耦變壓器降壓比為

49、0.8時(shí)，才可滿(mǎn)足和的條件。故選用自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)方法，變壓器的降壓比為0.8。45 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速特性根據(jù)如在一定負(fù)載下，欲得到不同的轉(zhuǎn)速，可以由改變、和四個(gè)參數(shù)入手，則相應(yīng)地有如下幾種調(diào)速方法。一、調(diào)壓調(diào)速把改變電源電壓時(shí)的調(diào)速特性如圖4.33。圖4.33 改變電源電壓時(shí)的調(diào)速特性由圖可見(jiàn)，電壓改變時(shí)，變化，而和不變。對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩性負(fù)載，負(fù)載特性曲線1與不同電壓下電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的交點(diǎn)為a、b、c，由圖可以看出：當(dāng)電壓變化時(shí)，速度的變化很小，即調(diào)速范圍很小。對(duì)于離心式通風(fēng)機(jī)型負(fù)載，負(fù)載特性曲線2與不同電壓下機(jī)械特性的交點(diǎn)為d、e、f，由圖可以看出，此時(shí)的調(diào)速范圍稍大。這種調(diào)速方法能夠

50、無(wú)級(jí)調(diào)速，但當(dāng)降低電壓時(shí)，轉(zhuǎn)矩也按電壓的平方比例減小，所以，調(diào)速范圍不大。在定子電路中串電阻（或電抗）和用晶閘管調(diào)壓調(diào)速都是屬于這種調(diào)速方法。二、 轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速 原理接線圖和機(jī)械特性與圖4.31相同，從圖中可看出，轉(zhuǎn)子電路串不同的電阻，其和不變，但隨外加電阻的增大而增大。對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，由負(fù)載特性曲線與不同外加電阻下電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的交點(diǎn)（9、10、11和12等點(diǎn)）可知，隨著外加電阻的增大，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降低。當(dāng)然，這種調(diào)速方法只適用于線繞式異步電動(dòng)機(jī)，其啟動(dòng)電阻可兼作調(diào)速電阻用，不過(guò)此時(shí)要考慮穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱，應(yīng)適當(dāng)增大電阻的容量。轉(zhuǎn)子電路串電阻調(diào)速簡(jiǎn)單可靠，但它是有級(jí)調(diào)速。隨轉(zhuǎn)速降低，特

51、性變軟。轉(zhuǎn)子電路電阻損耗與轉(zhuǎn)差率成正比，低速時(shí)損耗大。所以，這種調(diào)速方法大多用在重復(fù)短期運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)機(jī)械中，如在起重運(yùn)輸設(shè)備中應(yīng)用非常廣泛。三、 改變磁磁極對(duì)數(shù)調(diào)速在生產(chǎn)中大量的生產(chǎn)機(jī)械，它們并不需要連續(xù)平滑調(diào)速，只需要幾種特定的轉(zhuǎn)速就可以了，而且對(duì)啟動(dòng)性能沒(méi)有高的要求，一般只在空載或輕載下啟動(dòng)，在這種情況下用變磁磁極對(duì)數(shù)調(diào)速的多速鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)是合理的。根據(jù)可知：同步轉(zhuǎn)速與磁極對(duì)數(shù)成反比，故改變磁磁極對(duì)數(shù)即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。以單繞組雙速電機(jī)為例，對(duì)變極調(diào)速的原理進(jìn)行分析，如圖4.34所示，為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，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

52、”組成。圖(a)中兩個(gè)“半繞組”串聯(lián)，其電流方向相同；圖(b)中兩個(gè)“半繞組”并聯(lián)，其電流方向相反。它們分別代表兩種磁極對(duì)數(shù)，即2p=4與2p=2?？梢?jiàn)，改變磁極對(duì)數(shù)的關(guān)鍵在于使每相定子繞組中一半繞組內(nèi)的電流改變方向，即可用改變定子繞組的接線方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。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(chēng)為多速電動(dòng)機(jī)。(a) 串聯(lián)2p=4 (b) 并聯(lián)2p=2圖4.34 改變磁極對(duì)數(shù)調(diào)速的原理注意，多速電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性質(zhì)也與連接方式有關(guān)，如將定子繞組由Y改接成YY圖4.34(a)，即每相繞組由串聯(lián)改成并聯(lián)，則磁極

53、對(duì)數(shù)減少了1倍，故?？梢宰C明：此時(shí)轉(zhuǎn)矩維持不變，而功率增加了1倍，即屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速性質(zhì)；而當(dāng)定子繞組由改接成YY圖4.34(b)時(shí)，磁極對(duì)數(shù)也減少了1倍，即，也可以證明，此時(shí)功率基本維持不變，而轉(zhuǎn)矩約減少了1倍，即屬于恒功率調(diào)速性質(zhì)。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，而且三相定子繞組中電流的相序也改變了，為了改變磁極對(duì)數(shù)后仍維持原來(lái)的轉(zhuǎn)向不變，就必須在改變磁極對(duì)數(shù)的同時(shí)，改變?nèi)嗬@組接線的相序，如圖4.35所示，將B和C相對(duì)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。(a)Y-YY (b)-YY圖4.35 單繞組雙速電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)變換多速電動(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。多速電動(dòng)機(jī)雖其體積稍大、價(jià)格稍高、只能有級(jí)調(diào)速，但因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、特性好，且調(diào)速時(shí)所需附加設(shè)備少，因此，廣泛用于機(jī)電聯(lián)合調(diào)速的場(chǎng)合，特別是中、小型機(jī)床上用得極多。四、變頻調(diào)速?gòu)膱D4.24所示的改變定子電源頻率時(shí)的人為機(jī)械特性可以看出，異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速正比于定子電源的頻率，若連續(xù)地調(diào)節(jié)定子電源頻率，即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)地改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。變頻調(diào)速用于一般鼠