機電傳動控制第四章交流電動機的工原理及特性第五章交流電動機的工原理及特性本章學習內容5.1三相異步電動機的結構和工作原理5.2三相異步電動機的定子和轉子電路5.3三相異步電動機的轉矩與機械特性5.4三相異步電動機的啟動5.5三相異步電動機的調速5.6三相異步電動機的制動5.7單相異步電動機5.8同步電動機的工作原理、特點及應用

轉子和轉子線圈5.1.1三相異步電動機的基本結構定子和勵磁線圈5.1.1三相異步電動機的基本結構三相對稱繞組AX，BY，CZ定子和轉子硅鋼沖片5.1.1三相異步電動機的基本結構鼠籠轉子結構5.1.1三相異步電動機的基本結構ABC外接變阻器（啟動和速度調節）滑環和電刷線繞式轉子結構

5.1.2三相異步電動機的工作原理三相交流電定子三相繞組N-S主磁場以n0順時針旋轉順時針TM產生條件是n0和n相對運動轉差率n0－同步轉速n－轉子轉速

5.1.3三相異步電動機的旋轉磁場1.旋轉磁場的產生1.旋轉磁場的產生主磁場N-S順時針旋轉180度（旋轉磁場n0在一對極p=1時）2.旋轉磁場的旋轉方向三相交流電流最大值到達的順序（相序）決定電動機轉向。A→B→C電流A→B→C定子繞組（順時旋轉）A→C→B電流A→C→B定子繞組（逆時旋轉）3.旋轉磁場的極對數與旋轉速度3.四極旋轉磁場與旋轉速度旋轉磁場轉速（同步速）n0－r/minf－HZp－極對數（p=1、2、3…）

5.1.4定子繞組線端連接方式出線端排列短路片線電壓相電壓銘牌：Y/△－接線方式380/220－不同接線應加的線電壓

5.2三相異步電動機的定子電路和轉子電路5.2.1定子電路分析定子每相繞組的感應電勢為有效值為,忽略漏磁5.2.2轉子電路分析轉子感應電勢有效值為E20－轉子未轉動時感應電勢旋轉磁場與轉子間相對轉速為（n0-n),f2=p(n0-n)/60=(n0-n)n0p/n0*60=sf15.2.2轉子電路分析轉子感應電流有效值為E20－轉子未轉動感應電勢X2---轉子每相繞組漏磁感抗轉子電路功率因素為(I2遲后E2一個ψ2角)

5.2.2轉子電路的分析轉子電路的各個物理量均與轉差率S有關，即與轉速n有關：

5.2.3三相異步電動機的額定值電動機銘牌上的額定數據型號額定功率PN(輸出的機械功率)額定電壓UN(220/380V△/Y)額定頻率f(50HZ)額定電流IN(10.35/5.9A△/Y)額定轉速nN

(額定轉差率SN)工作方式(定額)溫升(或絕緣等級)電動機重量電動機銘牌上不標的額定數據額定功率因數cosφN

額定效率ηN

額定轉矩TN

繞線式異步電動機轉子靜止時滑環電壓和轉子額定電流通常手冊上給出的數據就是額定值例5-1有一臺三相四極的異步電動機，Y連接，其額定技術數據為PN=90kW，UN=380V，IN=22.9A，電源頻率f=50Hz，額定轉差率SN=2.85％，定子每相繞組匝數N1=320，轉子每相繞線匝數N2=20，旋轉磁場的每極磁通φ＝0.023Wb，試求：(l)定子每相繞組感應電動勢E1

(2)轉子每相繞組開路電壓E20

(3)額定轉速時轉子每相繞組感應電動勢E2N。解

(1)E1=4.44f1N1φ=4.44×50×320×0.023＝1634V

(2)轉子繞組開路時，轉子電路電流I2=0，轉子轉速n=0，s=1,轉子繞組感應電勢頻率f2=Sf1=50Hz，故轉子每相繞組的感應電動勢(即開路電壓)E20=4.44f2N2φ

=4.44sf1N2φ

=4.44×50×20×0.023

=102V

(3)求E2N

∵f2=SNf1

＝0.0285×50Hz=1.43Hz∴E2N=4.44f2N2φ

=4.44×1.43×20×0.023

=2.9V

例5-2有一臺三相四極的異步電動機，其額定技術數據為nN=1440r/min，R2=0.02Ω，X20=0.08Ω，電源頻率f1=50Hz，E20=20V，

試求：(l)電動機的同步轉速n0

(2)電動機啟動時的轉子電流I2st

(3)電動機在額定轉速時轉子電動勢的頻率f2N；(4)電動機在額定轉速時的轉子電流I2N

解

(1)n0=60f1/P=60×50/2=1500r/min(2)

(3)SN=(n0-nN)

/n0

=(1500-1440)

/1500=0.04

f2N=SNf1

＝0.04×50Hz=2Hz

(4)作業：P89、題4.1

5.2.4三相異步電動機的能流圖

輸入定子的電功率定子電路中的銅損轉子電路中的銅損Pcu2=sPcu

輸入轉子的電磁功率鐵損(磁滯和渦流損耗)機械損失功率輸出的機械功率

電動機的效率電動機的輸出功率T----電動機的電磁轉矩T2----電動機的輸出轉矩

5.3三相異步電動機的轉矩與機械特性5.3.1三相異步電動機的轉矩直流電動機的轉矩三相異步電動機的轉矩

5.3.1三相異步電動機的轉矩U,U1---定子繞組相電壓，電源電壓；R2------轉子每相繞組的電阻；X20-----n=0時轉子每相繞組的感抗；K-------三相異步電動機的轉矩常數。Kt------直流電動機的轉矩常數

Kt’------

5.3.1三相異步電動機的轉距特性對影響

5.3.2三相異步電動機的機械特性T=f(S)T-S曲線n=n0

n=0Tn=f(T)機械特性曲線

5.3.2三相異步電動機的機械特性1.固有機械特性(1)理想空載轉速n0(T=0,S=0)(2)額定工作點T=TN

TN=9.55PN/nNSN=(n0-nN)/n0

(0.06～0.015)nN=(0.94～0.985)n0(3)啟動工作點Tst(n=0,s=1)(4)臨界工作點(T=Tmax,s=sm)

dT/ds=0sm=R2/X20Tmax=KU2/(2X20)

5.3.2三相異步電動機的機械特性過載能力系數λm=Tmax/TNλm=2.0～2.2

啟動能力系數λst=Tst/TNλst=1.0～1.2轉矩-轉差率實用公式T/Tmax代入

sm=R2/X20化簡得

Tmax=KU2/(2X20)

sm=R2/X20

5.3.2三相異步電動機的機械特性2.人為機械特性（1）降低電源電壓的人為特性

電壓降低后特性變化的特點：1.n0、Sm不變；2.Tmax大大減小，對U敏感；3.機械特性變軟；4.TL不變下，S↑I↑溫度升高。0.25Tmax

0.64Tmax

2.人為機械特性（2）定子電路串入電阻或電抗特性變化的特點：1.n0、Sm不變；2.Tmax比由降壓引起的Tmax下降要小些;3.機械特性變軟；2.人為機械特性（3）改變電源頻率時的特性特性變化的特點：n0、Sm改變，機械特性基本不變；f>f1>f2

2.人為機械特性（4）轉子電路串入電阻（繞線式電動機）特性變化的特點：

Sm增大，機械特性變軟；5.4三相異步電動機的啟動特性三相異步電動機的啟動要求啟動轉矩要足夠大；滿足啟動轉矩要求下，啟動電流要小。

5.4三相異步電動機的啟動特性鼠籠式異步電動機的啟動方法1.直接啟動（全壓啟動）P68表4.1鼠籠式異步電動機的啟動方法2.串電阻、電抗降壓啟動缺點：機械特性變軟消耗能量大，不適合經常啟動的電動機鼠籠式異步電動機的啟動方法3.Y-△降壓啟動IstY=Ist△/3TstY=Tst△/3優點；簡單、經濟、電流小。缺點；只能應用正常工作方式為三角形接線電機(4KW以上，額定電壓380v、△接線。)鼠籠式異步電動機的啟動方法4.自耦變壓器降壓啟動優點；電壓可調、電流小。缺點；變壓器體積大、價格高。不能應用于經常頻繁啟動的電機。鼠籠式異步電動機的啟動方法5.軟啟動器軟啟動器采用三相反并聯晶閘管作為調壓器，接入電源和電動機定子之間。使用軟啟動器啟動電動機時，晶閘管的輸出電壓逐漸增加，電動機逐漸加速，直到輸出電壓達到額定電壓，電動機工作在額定電壓的機械特性上，實現平滑啟動，降低啟動電流，避免啟動過流跳閘。待電機達到額定轉數時，啟動過程結束，軟啟動器自動用旁路接觸器取代已完成任務的晶閘管，軟啟動器同時還提供軟停車功能，避免自由停車引起的轉矩沖擊。鼠籠式異步電動機的啟動方法1.直接啟動（全壓啟動）2.定子串電阻、電抗降壓啟動3.Y-△降壓啟動4.自耦變壓器降壓啟動繞線式異步電動機的啟動方法1.逐級切除啟動電阻法優點：電流小、啟動轉矩大。缺點：電阻上的損耗大。繞線式異步電動機的啟動方法2.頻敏變阻器啟動法優點：自動平滑地調節Ist和Tst，啟動電流小、結構簡單、無需維修。啟動轉矩較大。適用于：對調速沒有要求、經常正反轉、啟動轉矩要求不大的冶金、化工設備上。缺點：功率因數低，不能用作調速電阻。1、i2在鐵心中產生渦流，鐵心發熱，消耗電能，n=0，S=1，f2=Sf1大，R大，X大，從而限制了啟動電流。2，從轉子中取出的有功電流I大、功率因數大，T大（有功分量大）n上升，

f2↓，R與X趨于0，相當于轉子短路，啟動完畢5.5三相異步電動機的調速特性改變f、P、S就可改變電動機的速度5.5.1調壓調速離心風機不同負載下可不同的調速范圍5.5.2轉子串電阻調速有級調速用于起重設備上5.5.3改變極對數調速5.5.3改變極對數調速2PP2PP改變接線必須同時改變定子繞組的相序，以保證轉向不變。啟動時宜低速啟動。5.5.4變頻調速(使U/f不變，Tmax可不變）適用于鼠籠式電動機n與T方向相反5.6三相異步電動機的制動特性5.6.1反饋制動n與T方向相反5.6.2反接制動

1.電源反接n0方向改變T,TL同向a→b→c斷電因為反接電流很大，實際串電阻后應a→d→e特點：制動強烈、控制復雜、不準確、能耗大，需反轉場合。n與T方向相反5.6.2反接制動

2.倒拉制動提升工作在a點下放時串電阻改變機械特性a乛b乛c乛d點。特點：能耗大、電阻大小要適當，起吊機械。5.6.3能耗制動特點：制動效果不如反接制動強度大，制動平穩，準確停車，需直流設備，應用于準確停車和下放重物設備上。作業：P90、題4.55.7單相異步電動機5.7.1單相異步電動的磁場5.7.1單相異步電動的磁場5.7.1單相異步電動的磁場脈動磁場的T—S曲線正向反向合成T-S曲線2.在外力矩作用下能加速到穩定運行狀態，轉向不固定.5.7.2單相異步電動的啟動方法1.電容分相式異步電動機移相電容離心開關iB電流超前iA電流90度5.7.2單相異步電動的啟動方法1.電容分相式異步電動機圓形旋轉磁場的條件：兩相相差90度等幅值的交流電通入兩相在空間相差90度的對稱繞組.電容分相式異步電動機的轉向轉向取決于電流最大值到達的順序。或對調兩繞組的任一繞組的接線。5.7.2單相異步電動的啟動方法2.罩極式異步電動機罩極銅環罩極銅環注意：罩極電動機的轉向不可改變。

5.8同步電動機的工作原理、特點及應用5.8.1同步電動機的基本結構適用于大功率高電壓的場合氣隙不均勻（低速