交流電機(jī)特性課件

1、第五章 交流電動(dòng)機(jī)的工作原理及特性 了解三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理； 掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性和機(jī)械特性； 掌握三相異步電動(dòng)機(jī)的連接方法和額定參數(shù)； 掌握三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)等各種特性； 掌握實(shí)現(xiàn)三相異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、調(diào)速和制動(dòng)的各種方法及它們的使用場(chǎng)所； 掌握單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理和啟動(dòng)方法； 了解同步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行特性和啟動(dòng)方法。51 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。如圖所示。1.定子 定子由定子鐵心、繞組以及機(jī)座

2、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，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。 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。 三相繞組接入三相交流電源，三相繞組中的電流定子鐵心中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。 2.轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子鐵心也是電動(dòng)機(jī)磁路的一部分，由

3、硅鋼片疊壓而成。轉(zhuǎn)子鐵心裝在轉(zhuǎn)軸上。硅鋼片沖片如圖所示。 轉(zhuǎn)子由鐵心與繞組組成。 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)生電磁轉(zhuǎn)矩。 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，如圖所示。 線繞式異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組是由線圈繞組放入轉(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， 二、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理 1定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 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?，F(xiàn)將三相繞組的末

4、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。如圖所示。 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 iA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： 如圖所示是這些電流隨時(shí)間變化的曲線。 iB為負(fù)，電流實(shí)際方向與正方向相反，即電流從Y端流到B端； iC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（a）箭頭所示。 iA=0 iB為負(fù)，電流實(shí)際方向與正方向相反，即電流從Y端流到B端； iA為正，電流實(shí)際方向與正方向一致，即電流從A端流到X

5、端。 此時(shí)的合成磁場(chǎng)如圖（b）所示，合成磁場(chǎng)已從t=0 瞬間所在位置順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)了 /3。 iC=0 iC為負(fù)，電流實(shí)際方向與正方向相反，即電流從Z端流到C端； iA為正，電流實(shí)際方向與正方向一致，即電流從A端流到X端。 此時(shí)的合成磁場(chǎng)如圖（c）所示，合成磁場(chǎng)已從t=0 瞬間所在位置順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)了2 /3。 iB=0 iC為負(fù)，電流實(shí)際方向與正方向相反，即電流從Z端流到C端； iB為正，電流實(shí)際方向與正方向一致，即電流從B端流到Y(jié)端。 此時(shí)的合成磁場(chǎng)如圖（d）所示，合成磁場(chǎng)已從 t=0 瞬間所在位置順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)了 。 按以上分析可以證明：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)，

6、故稱(chēng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。2旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向 A相繞組內(nèi)的電流超前B相繞組內(nèi)的電流2 /3，而B(niǎo)相繞組內(nèi)的電流又超前C相繞組內(nèi)的電流2 /3，當(dāng)三相交流電的ABC ，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2 /3，而C相繞組內(nèi)的電流又超前B相繞組內(nèi)的電流2 /3，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)，如圖所示，即與未對(duì)調(diào)前的旋轉(zhuǎn)方向相反。 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

7、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n0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p表示）即p=1。 從上述分析可以看出，電流變化經(jīng)過(guò)一個(gè)周期（變化360電角度），旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間也旋轉(zhuǎn)了一轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)了360機(jī)械角度），若電流的頻率為f，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每分鐘將旋轉(zhuǎn)60f 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對(duì)稱(chēng)三相電源使通過(guò)對(duì)稱(chēng)三相電流，便產(chǎn)生具有兩對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。如圖所示。 從圖可以看出，對(duì)應(yīng)于不同時(shí)

8、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 /2，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)。 由此可知，當(dāng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)具有兩對(duì)磁極（p=2）時(shí)，其旋轉(zhuǎn)速度僅為一對(duì)磁極時(shí)的一半。依次類(lèi)推，當(dāng)有p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。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。 假設(shè)定子只有一對(duì)磁極，轉(zhuǎn)子只有一匝繞組。 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)e從而產(chǎn)生感應(yīng)電流i。根據(jù)安培電磁力定律，轉(zhuǎn)子電流與

9、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生電磁力F（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)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n表示。5.轉(zhuǎn)差率 S 由工作原理可知：轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n（電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速）恒比旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度n0（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(n0-n)與同步轉(zhuǎn)速n0的比值稱(chēng)為異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率，用表示S，

10、即 轉(zhuǎn)差率S是分析異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性的主要參數(shù)。 5.2 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 1兩種接法 定子繞組的首端和末端通常都接在電動(dòng)機(jī)接線盒的接線柱上，一般按圖所示的方法排列。 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。 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，如圖所示。2線電壓與相電壓 線電壓：兩相繞組首端之間的電壓，用U1表示； 相電壓：每相繞組首、尾之間的電壓，用U相表示。 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I1 表示； 相電流：每相繞組的

11、電流，用I相表示。 對(duì)于星形接法 ：對(duì)于三角形接法 ：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。 1. 額定功率PN： 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： 效率 P1 輸入功率P2輸出功率 輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為： I2為轉(zhuǎn)子電流 2.額定電壓UN：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

12、壓；星形接法時(shí)，定子繞組應(yīng)接380的電源電壓。 3.額定頻率f ：在額定運(yùn)行情況下，定子外加電壓的頻率（ Hz）。 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。 4.額定電流IN ：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。即： 三角形接法時(shí)，定子電流為10.35A；星形接法時(shí)，定子電流為5.9A。 5.額定轉(zhuǎn)速nN ：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。 與額定轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)差率稱(chēng)為額定轉(zhuǎn)差率SN。 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)，

13、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.額定負(fù)載轉(zhuǎn)矩TN ：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

14、動(dòng)機(jī)的銘牌上標(biāo)有符號(hào) /Y和數(shù)字220 /380 ，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 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，試選擇定子繞組的連接方式。 1. J32-4，功率1.0kW，連接方法/Y，電壓220/380V，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，連接方法 ，電壓380V，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(a) 所示。 J02-21-4 電動(dòng)機(jī)應(yīng)接成三角形（ ），如圖 (b)所示。53

15、 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。 定子繞組接上三相電源電壓（相電壓為u1）時(shí)，則有三相電流通過(guò)（相電流為i1），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)e2，而且在定子每相繞組中也要感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)e1 設(shè)定子和轉(zhuǎn)子每相繞組的匝數(shù)分別為N1和N2，如圖所示電路圖是三相異步電動(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)其旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)定子每相繞相的磁

16、通也是隨時(shí)間按正弦規(guī)律變化的， 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，f1為e1的頻率。 因?yàn)樾D(zhuǎn)磁場(chǎng)和定子間的相對(duì)轉(zhuǎn)速為n0，所以 它等于定子電流的頻率，即 定子每相繞組中還要產(chǎn)生漏磁電動(dòng)勢(shì) 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。 由于R1和X1較小，其上電壓降與電動(dòng)勢(shì)E1比較起來(lái)，常可忽略，于是二、三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路 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，f2為轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)e2或轉(zhuǎn)子電流i2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 n0-n

17、在 n=0 ，即S=1時(shí)，轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)為為轉(zhuǎn)子最大電動(dòng)勢(shì) 可見(jiàn)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)E2與轉(zhuǎn)差率S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，R2和X2轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻和漏磁感抗 在 n=0 ，即 S=1 時(shí)，轉(zhuǎn)子感抗為為轉(zhuǎn)子最大感抗 可見(jiàn)轉(zhuǎn)子感抗E2與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)。 轉(zhuǎn)子每相電路的電流為 可見(jiàn)轉(zhuǎn)子電流I2也與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)。當(dāng)S增大，即轉(zhuǎn)速n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)體被磁力線切割的速度提高，于是E2增加，I2也增加。 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

18、之一。機(jī)械特性是它的主要特性。所以因?yàn)檗D(zhuǎn)矩特性 式中，K與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)、電源頻率有關(guān)的一個(gè)常數(shù)； U1 、U定子繞組電壓，電源電壓； R2轉(zhuǎn)子每相繞組的電阻； X20 電動(dòng)機(jī)不動(dòng)（S=1）時(shí)轉(zhuǎn)子每相繞組的感抗。四機(jī)械特性 在異步電動(dòng)機(jī)中，轉(zhuǎn)速 n=(1-S)n0，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。 1固有機(jī)械特性 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)子電路中不串聯(lián)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) 三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性曲線如圖所示。 從特性曲線上可以看出，其上有四個(gè)特殊點(diǎn)可以決定特性曲線

19、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： 電動(dòng)機(jī)處于理想空載工作點(diǎn)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為理想空載轉(zhuǎn)速。 電動(dòng)機(jī)額定工作點(diǎn)。此時(shí)額定轉(zhuǎn)矩和額定轉(zhuǎn)差率為 式中: PN電動(dòng)機(jī)的額定功率； nN電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，一般 SN電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率，一般 TN電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)工作點(diǎn)。 將S=1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Tst與U、 R2及X20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)明顯減小； 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。 通常把在固有機(jī)械特性上啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst與額定轉(zhuǎn)矩TN之比 st=Tst/TN 作

20、為衡量異步電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)能力的一個(gè)重要數(shù)據(jù)。一般 電動(dòng)機(jī)的臨界工作點(diǎn)。欲求轉(zhuǎn)矩的最大值，可令 得臨界轉(zhuǎn)差率 再將Sm代入轉(zhuǎn)矩公式中，即可得 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)。 鼠籠式異步電動(dòng)機(jī) 線繞式異步電動(dòng)機(jī)2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。 改變定子電壓U、定子電源頻率f、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

21、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 不變不變隨著電壓的減小而大大地減小隨著電壓的減小而大大地減小 改變電源電壓時(shí)的人為特性如圖所示： 如當(dāng)定子繞組外加電壓為UN、0.8UN、0.5UN時(shí)，轉(zhuǎn)子輸出最大轉(zhuǎn)矩分別為T(mén)a=Tmax、 Ta=0.64Tmax和Ta=0.25Tmax ?？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 TN 下，即使 m=2 ，若電網(wǎng)電壓下降到 70%UN ，則由于這時(shí) 此外，電網(wǎng)電壓下

22、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。電動(dòng)機(jī)也會(huì)停轉(zhuǎn)（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.。（3）改變定子電源頻率時(shí)的人為特性 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 U/f =C ，這在實(shí)質(zhì)上是使電動(dòng)機(jī)氣隙磁通保持不變。 因此，改變電源頻率的機(jī)械特性如圖所示（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

23、動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電路中串入電阻后見(jiàn)圖(a)，轉(zhuǎn)子電路中的電阻為不變不變隨著串接電阻的增加而增大， 此時(shí)的人為特性將是一根比固有特性較軟的一條曲線，如圖所示。 54 三相異步電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)特性 采用電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械，對(duì)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的主要要求如下。 （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)。一般場(chǎng)合下希望啟動(dòng)越快越好，以提高生產(chǎn)效率。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)。 （2）在滿足啟動(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)于電網(wǎng)和電動(dòng)機(jī)本身都是不利的。 （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)

24、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)。 異步電動(dòng)機(jī)本身的啟動(dòng)特性為： a. 定子電流大，Ist=(57)IN 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)出很大的轉(zhuǎn)子電勢(shì)和轉(zhuǎn)子電流，從而引起很大的定子電流 b.啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩小 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。 異步電動(dòng)機(jī)的固有啟動(dòng)特性如圖所示： 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。一、 鼠籠式異

25、步電動(dòng)機(jī)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。 1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)。 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。 直接啟動(dòng)的條件：由于直接啟動(dòng)的啟動(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。 一般在有獨(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)； 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

26、允許直接啟動(dòng)。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，滿足下列關(guān)系則可直接啟動(dòng)。 例5.2：有一臺(tái)要求經(jīng)常啟動(dòng)的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，其 PN=20kW, Ist/IN=6.5 ，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Ist/IN 比值，功率為多大的電動(dòng)機(jī)則不允許直接啟動(dòng)？ 解：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式算出 滿足上述關(guān)系，故允許直接啟動(dòng)。 可算出，額定功率大于24kW的電動(dòng)機(jī)不允許直接啟動(dòng)。 2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)原理接線圖如圖所示。 啟動(dòng)時(shí)，接觸器1KM斷開(kāi)，KM閉合，

27、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，Rst被短接，電動(dòng)機(jī)接上全部電壓而趨于穩(wěn)定運(yùn)行。 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨定子電壓的平方下降，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。 特點(diǎn)： 3Y-降壓?jiǎn)?dòng) Y-降壓?jiǎn)?dòng)的接線圖如圖所示: 啟動(dòng)時(shí)，定子繞組接成星形；待轉(zhuǎn)速上升到一定程度后再將定子繞組接成三角形，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程完成而轉(zhuǎn)入正常運(yùn)行。 設(shè)U1為電源線電壓，IstY及Ist為定子繞組分別接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

28、效阻抗。則有所以 Y-降壓?jiǎn)?dòng)方法的特點(diǎn)： 設(shè)備簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、啟動(dòng)電流小； 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)定子繞組接線為的異步電動(dòng)機(jī)。4自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng) 自耦變壓器降壓?jiǎn)?dòng)的原理接線圖如圖所示。 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，此時(shí)，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K倍，因而電流也是全壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的K倍，即I2=KIst；而變壓器原邊電流 I1=KI2=K2Ist ，即此時(shí)電網(wǎng)供電電流I1是直接啟動(dòng)時(shí)電流Ist的K2倍。 特點(diǎn)： 與Y-降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)情況一樣，只是在Y-降壓?jiǎn)?dòng)時(shí)的 為定值，而自耦變壓器啟動(dòng)時(shí)的K是可調(diào)節(jié)的，這就是此種啟動(dòng)方法優(yōu)于Y-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K2倍。 變壓器的體積大、重量重、價(jià)格