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1、交流电动机的工作原理及特性第四章第四章 交流电动机的工作原理及特性交流电动机的工作原理及特性 1.1.了解了解三相异步电动机三相异步电动机的基本结构及工作原理；的基本结构及工作原理；2.2.掌握三相异步电动机的掌握三相异步电动机的连接方法连接方法和和额定参数额定参数；3.3.掌握三相异步电动机的掌握三相异步电动机的转矩特性转矩特性和和机械特性机械特性；4.4.掌握三相异步电动机掌握三相异步电动机启动、调速和制动等各种特性启动、调速和制动等各种特性；5.5.掌掌握握实实现现三三相相异异步步电电动动机机启启动动、调调速速和和制制动动的的各各种种方方法法及及它它们的使用场所；们的使用场所；6.6.掌
2、握单相异步电动机的工作原理和启动方法；掌握单相异步电动机的工作原理和启动方法；7.7.了解同步电动机的结构、工作原理、运行特性和启动方法。了解同步电动机的结构、工作原理、运行特性和启动方法。4.14.1 三相异步电动机的三相异步电动机的基本结构基本结构和和工作原理工作原理 章节内容章节内容4.24.2 三相异步电动机的三相异步电动机的额定参数额定参数 4.3 4.3 三相异步电动机的三相异步电动机的转矩特性转矩特性和和机械特性机械特性 4.4 4.4 三相异步电动机的三相异步电动机的启动特性启动特性 4.54.5 三相异步电动机的三相异步电动机的调速特性调速特性 4.64.6 三相异步电动机的
3、三相异步电动机的制动特性制动特性 4.7 4.7 单相异步电动机的基本结构和工作原理单相异步电动机的基本结构和工作原理 4.8 4.8 同步电动机的基本结构和工作原理同步电动机的基本结构和工作原理41 三相异步电动机的三相异步电动机的基本结构基本结构和和工作原理工作原理 一、三相异步电动机的基本结构一、三相异步电动机的基本结构 定子定子：不动的部分：不动的部分;转子转子：旋转部分。：旋转部分。在定子和转子之间有一定的在定子和转子之间有一定的气隙气隙。1、三相异步电动机的结构绕组转子外形绕线式绕线式鼠笼式鼠笼式 鼠笼型鼠笼型(笼型笼型)：在转子在转子铁心槽里铁心槽里插入铜条插入铜条，再将全部铜条
4、两端，再将全部铜条两端焊在两个铜环上。焊在两个铜环上。绕线式：绕线式：由线圈绕组放由线圈绕组放入转子铁心槽内，并分入转子铁心槽内，并分为为三相对称绕组三相对称绕组，与定，与定子产生的磁极数相同。子产生的磁极数相同。绕线式转子通过轴上的绕线式转子通过轴上的滑环和电刷在转子回路滑环和电刷在转子回路中接入外加电阻，用以中接入外加电阻，用以改善启动性能与调节转改善启动性能与调节转速。速。二、三相异步电动机的工作原理二、三相异步电动机的工作原理 1定子定子旋转磁场旋转磁场 假假设设每每相相绕绕组组只只有有一一个个线线匝匝，分分别别嵌嵌放放在在定定子子内内圆圆周周的的6个个凹凹槽槽之之中中。现现将将三三相
5、相绕绕组组的的末末端端X、Y、Z相相连连，首首端端A、B、C接接三三相交流电源。三相绕组分别称为相交流电源。三相绕组分别称为A相、相、B相、相、C相。相。假定定子绕组中电流的正方向规定为从首端流向末端，且假定定子绕组中电流的正方向规定为从首端流向末端，且A相绕组的电流作为相绕组的电流作为参考正弦量参考正弦量，即，即 iA的的初相位为零初相位为零，则三相绕组，则三相绕组A、B、C的电流（相序为的电流（相序为ABC）的）的瞬时值瞬时值为：为：iB为为负负，电电流流实实际际方方向向与与正正方方向向相反，即电流从相反，即电流从Y端流到端流到B端；端；iC为为正正，电电流流实实际际方方向向与与正正方方向
6、向一一致，即电流从致，即电流从C端流到端流到Z端。端。按按右右手手螺螺旋旋法法则则确确定定三三相相电电流流产产生生的的合成磁场合成磁场。iA=0合成磁场合成磁场 合合成成磁磁场场已已从从t=0 瞬瞬间间所所在在位位置置顺顺时针方向旋转了时针方向旋转了 /3。iC=0 iA为正为正，电流实际方向与正方向，电流实际方向与正方向一致，即电流从一致，即电流从A端流到端流到X端。端。iB为为负负，电电流流实实际际方方向向与与正正方方向向相反，即电流从相反，即电流从Y端流到端流到B端；端；iA为正为正，电流实际方向与正方向，电流实际方向与正方向一致，即电流从一致，即电流从A端流到端流到X端。端。iC为为负
7、负，电电流流实实际际方方向向与与正正方方向向相反，即电流从相反，即电流从Z端流到端流到C端；端；合合成成磁磁场场已已从从t=0 瞬瞬间间所所在在位位置置顺顺时针方向旋转了时针方向旋转了2 /3。iB=0 iA=0 iC为为负负，电电流流实实际际方方向向与与正正方方向向相反相反,即电流从即电流从Z端流到端流到C端；端；iB为正为正，电流实际方向与正方向，电流实际方向与正方向一致，即电流从一致，即电流从B端流到端流到Y端；端；合合成成磁磁场场已已从从 t=0 瞬瞬间间所所在在位位置置顺顺时针方向旋转了时针方向旋转了 。按按以以上上分分析析可可以以证证明明：当当三三相相电电流流随随时时间间不不断断变
8、变化化时时，合合成成磁磁场也在不断旋转场也在不断旋转，故称，故称旋转磁场。旋转磁场。2旋转磁场的旋转磁场的旋转方向旋转方向 A相绕组内的电流超前相绕组内的电流超前B相绕组内的电流相绕组内的电流2 /3，而，而B相绕组内的相绕组内的电流又超前电流又超前C相绕组内的电流相绕组内的电流2 /3，当三相交流电的相序为当三相交流电的相序为ABC，旋转磁场的旋转方向为从，旋转磁场的旋转方向为从ABC，即向，即向顺时针顺时针方向方向旋转。旋转。如如果果将将定定子子绕绕组组接接至至电电源源的的三三根根导导线线中中的的任任意意两两根根线线对对调调，例例如，将如，将B，C两根线对调，使两根线对调，使B相与相与C相
9、绕组中电流的相位对调。相绕组中电流的相位对调。此时此时A相绕组内的电流超前相绕组内的电流超前C相绕组内的电流相绕组内的电流2 /3，而，而C相绕相绕组内的电流又超前组内的电流又超前B相绕组内的电流相绕组内的电流2 /3。用上述同样的分析方法可知，此时旋转磁场的旋转方向将变为用上述同样的分析方法可知，此时旋转磁场的旋转方向将变为ACB，即向逆时针方向旋转。即与未对调前的，即向逆时针方向旋转。即与未对调前的旋转方向相反旋转方向相反。由此可见，要改变旋转磁场的旋转方向，由此可见，要改变旋转磁场的旋转方向，只要把定子绕组接到只要把定子绕组接到电源的三根导线中的电源的三根导线中的任意两根任意两根对调即可
10、对调即可。3.旋转磁场的旋转磁场的极数极数与与旋转速度旋转速度 在交流电动机中，在交流电动机中，旋转磁场旋转磁场相对定子的旋转速度被称为相对定子的旋转速度被称为同步速同步速度度，用，用n0表示。表示。磁极对数：磁极对数：定子磁场定子磁场N-S的个数，用的个数，用p表示。表示。p1：电流变化经过一个周期（变化电流变化经过一个周期（变化360电角度），旋转磁场电角度），旋转磁场在空间也旋转了一转（转了在空间也旋转了一转（转了360机械角度），若电流的机械角度），若电流的频率为频率为f，旋，旋转磁场转磁场每分钟将旋转每分钟将旋转60f 转转，即：，即：如果把定子铁心的槽数增加如果把定子铁心的槽数增加
11、1倍（倍（12个槽个槽），制成如图所示的），制成如图所示的三相绕组。三相绕组。每相绕组由每相绕组由两个两个部分部分串联串联组成，再将这三相绕组接到对称三组成，再将这三相绕组接到对称三相电源使通过对称三相电流。相电源使通过对称三相电流。p=2：电流变化电流变化一个周期一个周期，旋转磁场在空间只转了，旋转磁场在空间只转了1/2转转。由由此此可可知知，当当旋旋转转磁磁场场具具有有两两对对磁磁极极时时，其其旋旋转转速速度度仅仅为为一一对对磁极时的一半。依次类推，当有磁极时的一半。依次类推，当有p对磁极时，其转速为：对磁极时，其转速为：所以，旋转磁场的旋转速度所以，旋转磁场的旋转速度与电流的频率成正比与
12、电流的频率成正比而而与磁极对数与磁极对数成反比成反比。产生具有产生具有两对磁极两对磁极的旋转磁场。的旋转磁场。4工作原理工作原理 三相异步电动机的工作原理是三相异步电动机的工作原理是基于定子旋转磁场和转子电流的基于定子旋转磁场和转子电流的相互作用。相互作用。在在旋旋转转磁磁场场的的作作用用下下，转转子子导导体体切切割割磁磁力力线线，因因而而在在导导体体内内产产生生感感应应电电动动势势e从而产生从而产生感应电流感应电流i；转转子子的的旋旋转转速速度度称称为为电电动动机机的的转转速速，用用n表示，表示，异步转速异步转速异步转速异步转速。转转子子电电流流与与旋旋转转磁磁场场相相互互作作用用产产生生电
13、磁力电磁力F；力在转子的轴上形成力在转子的轴上形成电磁转矩电磁转矩，且，且转矩作用方向与旋转磁场的旋转方向转矩作用方向与旋转磁场的旋转方向相同，相同，转子受此转矩的作用，按旋转转子受此转矩的作用，按旋转磁场的旋转方向旋转。磁场的旋转方向旋转。5.转转差率差率 S 由由工工作作原原理理可可知知：转转子子的的转转速速n（电电动动机机的的转转速速）恒恒比比旋旋转转磁磁场场的的旋旋转转速速度度n0（同同步步转转速速）要要小小（要要有有相相对对运运动动，方方可可切切割割磁磁力力线）。线）。转转子子与与旋旋转转磁磁场场之之间间的的转转速速差差是是保保证证转转子子转转速速的的主主要要因因素素，也也是是异步电
14、动机异步电动机的由来。的由来。定定义义：转转速速差差(n0-n)与与同同步步转转速速n0的的比比值值称称为为异异步步电电动动机机的的转转转转差差差差率率率率，用，用表示表示S，即，即 转差率转差率S是分析异步电动机运行特性的主要参数。是分析异步电动机运行特性的主要参数。4.24.2 三相异步电动机的三相异步电动机的额定参数额定参数一、一、三相异步电动机定子绕组的接法三相异步电动机定子绕组的接法 1两种接法两种接法 定子绕组的首端和末端通常定子绕组的首端和末端通常都接在电动机接线盒的都接在电动机接线盒的接线柱接线柱上，上，一般按图所示的方法排列。一般按图所示的方法排列。按按照照我我国国电电工工专
15、专业业标标准准规规定定：定定子子绕绕组组出出线线端端的的首首端端为为D1、D2、D3，末端为末端为D4、D5、D6。星形（星形（Y型）接法型）接法三角形（三角形（形）接法形）接法2线电压线电压与与相电压相电压 线电压线电压：两相绕组：两相绕组首端之间首端之间的电压，用的电压，用U1表示；表示；相电压相电压：每相绕组：每相绕组首、尾之间首、尾之间的电压，用的电压，用U相相表示。表示。对于星形接法：对于星形接法：对于三角形接法：对于三角形接法：3线电流与相电流线电流与相电流 线电流线电流：电网的供电电流，用：电网的供电电流，用I1 表示；表示；相电流相电流：每相绕组的电流，用：每相绕组的电流，用I
16、相相表示。表示。对于星形接法对于星形接法：对于三角形接法对于三角形接法：4.电动机的电动机的输入功率输入功率：功率因数二、额定参数二、额定参数 电动机在制造工厂所拟定的情况下工作时，称为电动机的电动机在制造工厂所拟定的情况下工作时，称为电动机的额定额定运行运行，通常用额定值来表示其运行条件，这些数据大部分都标明在，通常用额定值来表示其运行条件，这些数据大部分都标明在电动机的电动机的铭牌铭牌上。上。1.额定功率额定功率PN：在额定运行情况下，在额定运行情况下，电动机电动机轴上输出轴上输出的机械功率的机械功率。输出功率的一般表达式为：输出功率的一般表达式为：其中：其中：效率；效率；P1 输入功率输
17、入功率 P2输出功率输出功率 输出功率和输出转矩的关系为：输出功率和输出转矩的关系为：I2转子电流转子电流 2.额定电压额定电压UN：在额定运行情况下，定子绕组端应加的：在额定运行情况下，定子绕组端应加的线电压线电压值。值。如如标标有有两两种种电电压压值值（例例如如220/380V），这这表表明明定定子子绕绕组组采采用用/Y连接连接时应加的线电压值。时应加的线电压值。即：即：三角形接法时，定子绕组应接三角形接法时，定子绕组应接220V的电源电压；的电源电压；星形接法时，定子绕组应接星形接法时，定子绕组应接380的电源电压。的电源电压。3.额定频率额定频率f：在额定运行情况下，定子外加电压的频率
18、（：在额定运行情况下，定子外加电压的频率（f=50 Hz）。）。如如标标有有两两种种电电流流值值（例例如如10.35/5.9A），则则对对应应于于定定子子绕绕组组为为/Y连接的线电流值。连接的线电流值。4.额定电流额定电流IN：在额定频率、额定电压和轴上输出额定功率时，：在额定频率、额定电压和轴上输出额定功率时，定子的定子的线电流值线电流值。即：即：三角形接法时，定子电流为三角形接法时，定子电流为10.35A；星形接法时，定子电流为星形接法时，定子电流为5.9A。5.额定转速额定转速nN：在额定频率、额定电压和电动机轴上输出额定：在额定频率、额定电压和电动机轴上输出额定功率时，电动机的转速。功
19、率时，电动机的转速。与额定转速相对应的转差率称为与额定转速相对应的转差率称为额定转差率额定转差率SN。一般不标在电动机铭牌上的几个额定值如下一般不标在电动机铭牌上的几个额定值如下：1.1.额额定定功功率率因因数数 ：在在额额定定频频率率、额额定定电电压压和和电电动动机机轴轴上上输出额定功率时，输出额定功率时，定子相电流与相电压之间定子相电流与相电压之间相位差的余弦相位差的余弦。2.额额定定效效率率 ：在在额额定定频频率率、额额定定电电压压和和电电动动机机轴轴上上输输出出额额定定功率时，电动机输出机械功率与输入电功率之比，其表达式为功率时，电动机输出机械功率与输入电功率之比，其表达式为 3.额额
20、定定负负载载转转矩矩TN：电电动动机机在在额额定定转转速速下下输输出出额额定定功功率率时时轴轴上上的负载载矩。的负载载矩。4.4.绕线式异步电动机转子静止时的滑环电压和转子的额定电流。绕线式异步电动机转子静止时的滑环电压和转子的额定电流。通常手册上给出的数据就是电动机的额定值。通常手册上给出的数据就是电动机的额定值。三、定子绕组连线方法的选用三、定子绕组连线方法的选用 定定子子三三相相绕绕组组的的连连接接方方式式（Y形形或或 形形）的的选选择择，和和普普通通三三相相负负载一样，须视电源的线电压而定。载一样，须视电源的线电压而定。如果电源的线电压等于电动机的额定相电压，那么，电动机的如果电源的线
21、电压等于电动机的额定相电压，那么，电动机的绕组应该接成三角形；绕组应该接成三角形；如果电源的线电压是电动机额定相电压的如果电源的线电压是电动机额定相电压的 倍，那么，电动倍，那么，电动机的绕组就应该接成星形。机的绕组就应该接成星形。通常电动机的铭牌上标有符号通常电动机的铭牌上标有符号 /Y和数字和数字220/380，前者表示，前者表示定子绕组的接法，后者表示对应于不同接法应加的线电压值。定子绕组的接法，后者表示对应于不同接法应加的线电压值。例例 电电源源线线电电压压为为380V380V，现现有有两两台台电电动动机机，其其铭铭牌牌数数据据如如下下，试选择定子绕组的连接方式。试选择定子绕组的连接方
22、式。1.J32-4，功功率率1.0kW，连连接接方方法法/Y，电电压压220/380V，电电 流流 4.25/2.45A，转转 速速 1420 r/min，功率因数，功率因数0.79。2.J02-21-4，功率，功率1.1 kW，连接方法，连接方法 ，电压，电压380V，电，电流流6.27A，转速，转速1410 r/min，功，功率因数率因数0.79。解：解：1.J32-4 电动机应接星形（电动机应接星形（Y）2.J02-21-4 电动机应接成三角形（电动机应接成三角形（）星形（星形（Y）三角形（三角形（）休息答疑剩下的以后再讲43 三相异步电动机的三相异步电动机的转矩特性转矩特性和和机械特性
23、机械特性一、三相异步电动机的一、三相异步电动机的定子电路定子电路 三相异步电动机的三相异步电动机的电磁关系电磁关系同同变压器类似变压器类似，定子绕组相当于变，定子绕组相当于变压器的压器的原绕组原绕组，转子绕组（一般是短接的）相当于，转子绕组（一般是短接的）相当于副绕组副绕组。定子绕组接上三相电源电压定子绕组接上三相电源电压（相电压为相电压为u1）时，则有三相电流）时，则有三相电流通过（相电流为通过（相电流为i1），定子三相电），定子三相电流产生流产生旋转磁场旋转磁场，其磁力线通过定，其磁力线通过定子和转子铁心而子和转子铁心而闭合闭合，这磁场不仅，这磁场不仅在在转子每相绕组转子每相绕组中要感应出
24、电动势中要感应出电动势e2，而且在，而且在定子每相绕组定子每相绕组中也要感中也要感应出电动势应出电动势e1 设设定定子子和和转转子子每每相相绕绕组组的的匝匝数数分分别别为为N1和和N2，如如图图所所示示电电路路图图是是三三相相异异步步电电动动机机的的一一相电路图。相电路图。旋转磁场旋转磁场的的磁感应强度磁感应强度沿定子与转子间空气隙的分布是沿定子与转子间空气隙的分布是近于按近于按正弦规律分布正弦规律分布的，因此，当其旋转时，通过定子每相绕相的磁通也的，因此，当其旋转时，通过定子每相绕相的磁通也是随时间按是随时间按正弦规律正弦规律变化的。变化的。定子定子每相绕组中产生的每相绕组中产生的感应电动势
25、感应电动势为：为：它也是正弦量，其它也是正弦量，其有效值有效值为：为：式中，式中，f1为为e1的频率。的频率。因为旋转磁场和定子间的相对转速为因为旋转磁场和定子间的相对转速为n0，所以，所以 它等于它等于定子电流的频率定子电流的频率，即，即 定子每相绕组中还要产生定子每相绕组中还要产生漏磁电动势漏磁电动势 加在加在定子每相绕组定子每相绕组上的电压也分成上的电压也分成三个分量三个分量，即，即 如用如用复数表示复数表示，则为，则为 式中：式中：和和 ()为定子每相绕组的为定子每相绕组的电阻电阻和和漏磁感抗漏磁感抗。由由于于R R1 1和和X X1 1较较小小，其其上上电电压压降降与与电电动动势势E
26、 E1 1比比较较起起来来，常常可可忽忽略略，于是于是二、三相异步电动机的二、三相异步电动机的转子电路转子电路 旋转磁场在转子每相绕组中旋转磁场在转子每相绕组中感应出的电动势感应出的电动势为为 其有效值为其有效值为 式中，式中，f2为转子电动势为转子电动势e2或转子电流或转子电流i2相对于旋转磁场的频率相对于旋转磁场的频率.因为旋转磁场和转子间的因为旋转磁场和转子间的相对转速为相对转速为 n0-n 在在 n=0，即，即S=1时，转子电动势时，转子电动势为为转子最大电动势转子最大电动势可见转子电动势可见转子电动势E2与转差率与转差率S有关。有关。和和定定子子电电流流一一样样，转转子子电电流流也也
27、要要产产生生漏漏磁磁通通，从从而而在在转转子子每每相相绕组中还要产生绕组中还要产生漏磁电动势漏磁电动势。因此，对于转子每相电路，有因此，对于转子每相电路，有 如用复数表示，则为如用复数表示，则为 式中，式中，R2和和X2转子每相绕组的转子每相绕组的电阻电阻和和漏磁感抗漏磁感抗 在在 n=0 ，即，即 S=1 时，转子感抗为时，转子感抗为为为转子最大感抗转子最大感抗可见转子感抗可见转子感抗X2与与转差率转差率S有关。有关。转子每相电路的电流为转子每相电路的电流为 可见转子电流可见转子电流I2也与也与转差率转差率S有关。有关。当当S增大增大，即转速，即转速n降低时，转子与旋转磁场间的相对转速增加，
28、转降低时，转子与旋转磁场间的相对转速增加，转子导体被磁力线切割的速度提高，子导体被磁力线切割的速度提高，于是于是E2增加，增加，I2也增加。也增加。三、转矩特性三、转矩特性 电电磁磁转转矩矩是是三三相相异异步步电电动动机机最最重重要要的的物物理理量量之之一一。机机械械特特性性是是它的主要特性。它的主要特性。所以所以因为因为转矩特性转矩特性 式中，式中，K与电动机结构参数、与电动机结构参数、正比于电源频率的倒数正比于电源频率的倒数；U1、U定子绕组电压定子绕组电压，电源电压电源电压；R2转子每相绕组的电阻；转子每相绕组的电阻；X20 电动机不动（电动机不动（S=1）时转子每相绕组的感抗。）时转子
29、每相绕组的感抗。四机械特性四机械特性 在在异异步步电电动动机机中中，转转速速 n=(1-S)n0，为为了了符符合合习习惯惯画画法法，可可将将曲曲线线换换成成转转速速与与转转矩矩之之间间的的关关系系曲曲线线，即即称称为为异异步步电电动动机机的的机机械特性械特性。1固有机械特性固有机械特性 异异步步电电动动机机在在额额定定电电压压和和额额定定频频率率下下，用用规规定定的的接接线线方方式式，定定子子和和转转子子电电路路中中不不串串联联任任何何电电阻阻或或电电抗抗时时的的机机械械特特性性称称为为固固有有（自然）机械特性。（自然）机械特性。根据根据 电电动动机机处处于于理理想想空空载载工工作作点点，此此
30、时时电电动动机机的的转转速速为为理理想想空空载转速载转速。理想工作点理想工作点额定工作点额定工作点临界工作点临界工作点启动工作点启动工作点 电动机电动机额定工作点额定工作点。此时。此时额定转矩和额定转矩和额定转差率额定转差率为为 式中式中:PN电动机的额定功率；电动机的额定功率；nN电动机的额定转速，一般电动机的额定转速，一般 SN电动机的额定转差率，一般电动机的额定转差率，一般 TN电动机的额定转矩。电动机的额定转矩。额定工作点额定工作点 将将S=1代入转矩公式中，可得代入转矩公式中，可得电压降低，电压降低，启动转矩启动转矩会明显减小会明显减小转子转子电阻适当增大电阻适当增大，启动转矩会，启
31、动转矩会增大；增大；而若而若增大转子电抗增大转子电抗则会使启动则会使启动转矩大为减小。转矩大为减小。通常把在固有机械特性上通常把在固有机械特性上启动转矩启动转矩Tst与与额定转矩额定转矩TN之比之比 st=Tst/TN 称为称为启动能力系数启动能力系数，是衡量异步电动机启动能力的一，是衡量异步电动机启动能力的一个重要数据。个重要数据。启动工作点启动工作点令令 得得临界转差率临界转差率 再将再将Sm代入转矩公式中得代入转矩公式中得 通通常常把把在在固固有有机机械械特特性性上上最最大大电电磁磁转转矩矩与与额额定定转转矩矩之之比比 m=Tmax/TN称称为为电电动动机机的的过过载载能能力力系系数数。
32、它它表表征征了了电电动动机机能能够够承承受受冲击负载的能力大小，是电动机的又一个冲击负载的能力大小，是电动机的又一个重要运行参数重要运行参数。鼠笼式异步电动机鼠笼式异步电动机 绕线式异步电动机绕线式异步电动机临界工作点临界工作点2人为机械特性人为机械特性 由上述分析可知：异步电动机的机械特性由上述分析可知：异步电动机的机械特性与电动机的参数与电动机的参数有关，有关，也与也与外加电源电压外加电源电压、电源频率电源频率有关，将关系式中的参数人为地加以有关，将关系式中的参数人为地加以改变而获得的特性称为异步电动机的人为机械特性。改变而获得的特性称为异步电动机的人为机械特性。改改变变定定子子电电压压U
33、、定定子子电电源源频频率率f、定定子子电电路路串串入入电电阻阻或或电电抗抗、转转子电路串入电阻或电抗子电路串入电阻或电抗等，都可得到异步电动机的人为机械特性。等，都可得到异步电动机的人为机械特性。（1）降低降低电动机电动机电源电压电源电压时的人为特性时的人为特性 不变不变不变不变随着电压的减小而随着电压的减小而大大大大地减小地减小随着电压的减小而随着电压的减小而大大大大地减小地减小过载能力系数过载能力系数大大降低大大降低启动能力系数大大降低启动能力系数大大降低 定子绕组外加电压为定子绕组外加电压为0.8UN:Tb=0.64Tmax 定子绕组外加电压为定子绕组外加电压为UN:Ta=Tmax 定子
34、绕组外加电压为定子绕组外加电压为0.5UN:Tc=0.25Tmax电压愈低，人为特性曲线电压愈低，人为特性曲线愈往左移。愈往左移。三相交流异步电动机对三相交流异步电动机对电电网的波动网的波动非常敏感。非常敏感。运运行行时时，如如电电压压降降低低太太多多，会会大大大大降降低低它它的的过过载载能能力力与与启启动动转转矩矩，甚甚至至使使电电动动机机发发生生带带不不动动负负载载或或者者根根本本不不能能启启动动的的现现象。象。例如，电动机运行在额定负载例如，电动机运行在额定负载 TN 下，下，即使即使 m=2，若电网电压，若电网电压下降到下降到 70%UN，则由于这时，则由于这时 此外，电网此外，电网电
35、压下降电压下降 ，在负载不变的条件下，将使，在负载不变的条件下，将使电动机转电动机转速下降速下降，转差率转差率S 增大增大，电流增加电流增加，引起电动机，引起电动机发热发热甚至烧坏。甚至烧坏。电动机也会停转电动机也会停转（2）定子定子电路电路接入电阻接入电阻或或电抗电抗时的人为特性时的人为特性 在电动机定子电路中在电动机定子电路中外串外串电阻或电抗后，电阻或电抗后，电动机端电压电动机端电压为电源为电源电压电压减去减去定子外串电阻上或电抗上的压降，致使定子绕组相电压降定子外串电阻上或电抗上的压降，致使定子绕组相电压降低低,这种情况下的人为特性这种情况下的人为特性与降低电源电压时的相似与降低电源电
36、压时的相似.。（3）改变定子）改变定子电源频率电源频率时的人为特性时的人为特性 一般一般变频调速变频调速采用采用恒转矩调速恒转矩调速，即即希望最大转矩保持为恒值希望最大转矩保持为恒值，为此在，为此在改变频率的同时，电源电压也要作相改变频率的同时，电源电压也要作相应的变化，应的变化，使使 U/f =C ，这在实质上，这在实质上是使电动机是使电动机气隙磁通保持不变气隙磁通保持不变。因此，改变电源频率的机械特性因此，改变电源频率的机械特性如图所示如图所示（3）改变定子）改变定子电源频率电源频率时的人为特性时的人为特性（4）转子电路）转子电路串电阻串电阻时的人为特性时的人为特性 在在三三相相绕绕线线式
37、式异异步步电电动动机机的的转转子子电电路路中中串串入入电电阻阻后后，转转子子电电路路中中的电阻为的电阻为不变不变不变不变随着串接电阻的随着串接电阻的增加而增大增加而增大 此时的人为特性将此时的人为特性将是一根比固有特性是一根比固有特性较软较软的一条曲线。的一条曲线。电阻在一定的范围内时，增加电阻在一定的范围内时，增加 44 三相异步电动机的三相异步电动机的启动特性启动特性 采用电动机拖动生产机械，对电动机采用电动机拖动生产机械，对电动机启动启动的的主要要求主要要求如下。如下。（1 1）有有足足够够大大的的启启动动转转矩矩，保保证证生生产产机机械械能能正正常常启启动动。一一般般场场合合下下希希望
38、望启启动动越越快快越越好好，以以提提高高生生产产效效率率。即即要要求求电电动动机机的的启启动动转转矩矩大大于于负负载载转转矩矩，否则电动机不能启动。否则电动机不能启动。（2 2）在在满满足足启启动动转转矩矩要要求求的的前前提提下下，启启动动电电流流越越小小越越好好。因因为为过过大大启启动动电电流流的的冲冲击击，对对于于电电网网和和电动机本身都是不利的。电动机本身都是不利的。（3）要要求求启启动动平平滑滑，即即要要求求启启动动时时加速平滑加速平滑，以减小对生产机械的冲击。，以减小对生产机械的冲击。（4 4）启启动动设设备备安安全全可可靠靠，力力求求结结构构简简单单，操作方便。操作方便。（5 5）
39、启启动动过过程程中中的的功功率率损损耗耗越越小小越越好好。其中其中，（，（1）和（）和（2）两条是衡量电动机启动性能的两条是衡量电动机启动性能的主要技术指主要技术指标标。异步电动机本身的启动特性为：异步电动机本身的启动特性为：a.定子电流大，定子电流大，Ist=(57)IN 异步电动机在接入电网启动的瞬时，由于异步电动机在接入电网启动的瞬时，由于转子处于静止状态转子处于静止状态，定子旋转磁场以最快的相对速度（即同步转速）切割转子导体，在定子旋转磁场以最快的相对速度（即同步转速）切割转子导体，在转子绕组转子绕组中中感应出很大的转子电势和转子电流感应出很大的转子电势和转子电流，从而引起，从而引起很
40、大的定很大的定子电流子电流。b.启动转矩小启动转矩小 启动时启动时 ，转子功率因数，转子功率因数 很低，因很低，因而启动转矩而启动转矩 却不大。却不大。启动时为最大 异步电动机的固有启动特性：异步电动机的固有启动特性：显显然然，异异步步电电动动机机的的这这种种启启动动性性能能和和生生产产机机械械的的要要求求是是相相矛矛盾盾的，为了解决这些矛盾，必须根据具体情况，的，为了解决这些矛盾，必须根据具体情况，采取不同的启动方法采取不同的启动方法。一、一、鼠笼式鼠笼式异步电动机的启动方法异步电动机的启动方法 鼠鼠笼笼式式异异步步电电动动机机有有直直接接启启动动和和降降压压启启动动两两种种方方法法，采采用
41、用什什么么启动方法，要根据实际情况而定。启动方法，要根据实际情况而定。1直接启动直接启动（全压启动）（全压启动）直直接接启启动动就就是是将将电电动动机机的的定定子子绕绕组组通通过过闸闸刀刀开开关关或或接接触触器器直直接接接入电源，在额定电压下进行启动。接入电源，在额定电压下进行启动。特点：特点：电动机定子绕组的工作电压和启动电压相等。电动机定子绕组的工作电压和启动电压相等。直接启动的条件：由于直接启动的直接启动的条件：由于直接启动的启动电流很大启动电流很大，因此，在，因此，在什么情况下采用直接启动，有关供电、动力部门都有规定，主要取什么情况下采用直接启动，有关供电、动力部门都有规定，主要取决于
42、决于电动机的功率电动机的功率与与供电变压器的容量供电变压器的容量之比值。之比值。一般在一般在有独立变压器有独立变压器供电（即变压器供动力用电）的情况下，供电（即变压器供动力用电）的情况下，若电动机若电动机启动频繁启动频繁时，电动机功率时，电动机功率小于小于变压器容量的变压器容量的20%时允许直时允许直接启动；接启动；若电动机不经常启动，电动机功率若电动机不经常启动，电动机功率小于小于变压器容量的变压器容量的30%时也时也允许直接启动。如果没有独立的变压器供电（即与照明共用电源）允许直接启动。如果没有独立的变压器供电（即与照明共用电源）的情况下，电动机启动比较频繁，则常按的情况下，电动机启动比较
43、频繁，则常按经验公式经验公式来估算，满足下来估算，满足下列关系则可直接启动。列关系则可直接启动。例例4.2：有有一一台台要要求求经经常常启启动动的的鼠鼠笼笼式式异异步步电电动动机机，其其 PN=20kW,Ist/IN=6.5，如如果果供供电电变变压压器器（电电源源）容容量量为为560kVA，且且有有照照明明负负载载，问问可可否否直直接接启启动动？同同样样的的Ist/IN 比比值值，功功率率为为多多大大的的电电动机则不允许直接启动？动机则不允许直接启动？解：根据经验公式算出解：根据经验公式算出 满足上述关系，故允许直接启动。满足上述关系，故允许直接启动。可算出，可算出，额定功率大于额定功率大于2
44、4kW的电动机不允许直的电动机不允许直接启动。接启动。2串接串接电阻或电抗器电阻或电抗器降压启动降压启动 启动时，启动时，接触器接触器1KM断开，断开，KM闭合，将启动电阻闭合，将启动电阻串入串入定子电定子电路路，使启动电流减小；，使启动电流减小；待转速上升到一定程度后待转速上升到一定程度后再将再将1KM闭合，闭合，Rst被短接，电动机接上被短接，电动机接上全部电压而趋于稳定运行。全部电压而趋于稳定运行。适用于适用于空载空载或或轻载轻载的场合（启动频率低时）的场合（启动频率低时）启动转矩随定子电压的平方下降，启动转矩随定子电压的平方下降，启动转矩大大下降启动转矩大大下降。不经济不经济 在在启启
45、动动过过程程中中，电电阻阻器器上上消消耗耗能能量量大大，不不适适用用于于经经常常启启动动的的电动机，若采用电动机，若采用电抗器电抗器代替电阻器，则所需代替电阻器，则所需设备费较贵设备费较贵，且，且体积大体积大。3Y-降压启动降压启动 启动时启动时，定子绕组接成，定子绕组接成星形星形；待待转转速速上上升升到到一一定定程程度度后后再再将将定定子子绕绕组组接接成成三三角角形形，电电动动机机启动过程完成而转入正常运行。启动过程完成而转入正常运行。设设U1 1为电源线电压为电源线电压 IstY 定子绕组分别接成星形定子绕组分别接成星形 Ist 三角形的启动电流（线电流）三角形的启动电流（线电流）Z电动机
46、在启动时每相绕组的电动机在启动时每相绕组的等效阻抗等效阻抗 所以所以 Y-降压启动方法的特点：降压启动方法的特点：设备简单、经济、启动电流小；设备简单、经济、启动电流小；启启动动转转矩矩小小，且且启启动动电电压压不不能能按按实实际际需需要要调调节节，故故只只适适用用于于空载空载或或轻载轻载启动的场合；启动的场合；只适用于正常运行时定子绕组接线为只适用于正常运行时定子绕组接线为 的异步电动机。的异步电动机。4自耦变压器自耦变压器降压启动降压启动（高级些）（高级些）自耦变压器启动时自耦变压器启动时的一相电路。的一相电路。而而变变压压器器原原边边电电流流 I1=KI2=K2Ist，即即此此时时电电网
47、网供供电电电电流流I1是是直直接启动时电流接启动时电流Ist的的K2倍。倍。K值可根据需要调节。值可根据需要调节。即即I2=KIst 特点：特点：与与 Y-降降 压压 启启 动动 时时 情情 况况 一一 样样，只只 是是 在在 Y-降降 压压 启启 动动 时时 的的 为为定定值值，而而自自耦耦变变压压器器启启动动时时的的K是是可可调调节节的的，这这就就是是此此种种启启动动方方法法优优于于Y-启启动动方方法法之之处处，当当然然它它的的启启动动转转矩矩也也是是全全压压启启动动时时的的K2倍。倍。变变压压器器的的体体积积大大、重重量量重重、价价格格高高、维维修修麻麻烦烦，且且启启动动时时自自耦耦变变
48、压压器器处处于于过过电电流流（超超过过额额定定电电流流）状状态态下下运运行行，因因此此，不不适适于于启启动频繁动频繁的电动机。的电动机。二、二、绕线式绕线式异步电动机的异步电动机的启动方法启动方法 鼠笼式异步电动机的鼠笼式异步电动机的启动转矩小，启动电流大启动转矩小，启动电流大，因此不能满足，因此不能满足某些生产机械需要高启动转矩低启动电流的要求。某些生产机械需要高启动转矩低启动电流的要求。绕线式异步电动机由于能在绕线式异步电动机由于能在转子电路转子电路中中串电阻串电阻，因此具有较大，因此具有较大的启动转矩和较小的启动电流，即的启动转矩和较小的启动电流，即具有较好的启动特性具有较好的启动特性。
49、在在转转子子电电路路中中串串电电阻阻的的启启动动方方法法常常用用的的有有两两种种：逐逐级级切切除除启启动动电电阻法阻法和和频敏变阻器频敏变阻器启动法。启动法。1逐级切除启动电阻法逐级切除启动电阻法 采采用用逐逐极极切切除除启启动动电电阻阻的的方方法法，其其目目的的和和启启动动过过程程与与他他励励直直流流电电动动机机采采用用逐逐级级切切除除启启动动电电阻阻的的方方法法相相似似，主主要要是是为为了了使使整整个个启启动动过程中电动机能保持较大的加速转矩。过程中电动机能保持较大的加速转矩。45 三相异步电动机的三相异步电动机的调速特性调速特性 一、调压调速一、调压调速 高高速速运运行行区区（带带恒恒转
50、转矩矩负载负载）：调速范围不大）：调速范围不大 低低速速运运行行区区（带带恒恒功功率率负负载载）：转转子子电电流流大大，易易烧烧坏电动机坏电动机二、二、改变磁极对数调速改变磁极对数调速 三、变频调速三、变频调速 变变频频调调速速是是交交流流电电动动机机主主要要的的调调速速方方法法。采采用用一一个个频频率率可可以以变变化化的的电电源源向向异异步步电电动动机机定定子子绕绕组组供供电电，这这种种变变频频电电源源从称为从称为变频器变频器。对对多速电动机多速电动机而言而言46 三相异步电动机的三相异步电动机的制动特性制动特性 异步电动机和直流电动机一样，亦有三种制动方式：异步电动机和直流电动机一样，亦有