第6章 异步电动机.ppt

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1、第 6 章 异 步 电 动 机,1. 实训目的 (1) 了解三相异步电动机和有关控制元件的结构、 工作过程和作用； (2) 建立对三相异步电动机转动原理和控制系统的感性认识； (3) 学习三相异步电动机正、 反转控制线路的连接。,实训 6 三相异步电动机的正、 反转控制,2. 实训器材,（1） 三相异步电动机 1台 （2） 交流接触器 2只 （3） 热继电器 1只 （4） 复合按钮 3只 （5） 电流表 1块 （6） 控制线路板 1块 （7） 熔断器、 导线、 电流插座 若干,3. 实训线路与说明,图6 - 1为采用交流接触器控制三相异步电动机正、 反转的实用控制线路， 分主电路和控制电路两部

2、分。 主电路由空气开关QS、 熔断器FU1、交流接触器KM1、KM2的主触头、热继电器FR和三相异步电机M组成。三相异步电机M接成“”形。 控制线路由熔断器FU2、热继电器FR的控制触头、停止按钮SB1、正转按钮SB2、反转按钮SB3、交流接触器KM1、 KM2的控制线圈及其辅助触头和电动机正、反转指示灯YH、 RD组成。,交流接触器KM1、 KM2包括 3 个主触头、3 个辅触头和两个控制线圈。接在主电路中的主触头控制电动机与电源的连接， 接在控制线路中的辅触头用于接通接触器的控制线圈与工作状态指示灯RD、YH，以控制并指示电动机的工作状态。YH亮表示电机正转；RD亮表示电机反转； 两者都不

3、亮表示电机没有通电。 热继电器FR的作用是防止电动机过载。当负载过重电动机温度升得太高时，其接在控制电路中的FR触点会自动断开，使交流接触器掉电，断开电动机电源。 L1、L2、L3和N为三相四线制电源的三根火线与一根零线， 作为主电路的动力电源和控制线路的控制电源。 接在主电路与控制电路的熔断器起短路保护作用。 ,4 实训步骤与要求,1） 准备工作 2） 连接线路 按照图6 - 1连接线路，要求“自锁”、“互锁”正确，保证KM1、KM2主触头不同时接通，否则会造成火线短路。认真检查线路，发现故障应及时排除。 3）通电试车 4） 测量电流 5） 数据分析,表 6 - 1,在按压SB2、SB1和S

4、B33种情况下，认真观察电路与各元器件的状态。用“1”表示线圈通电，按钮闭合；用“0”表示线圈不通电，常闭触点闭合，触头和按钮断开。将数据填入表6 - 1。 注意：电动机正、反转转换时，必须先按压停止按钮SB1，停机之后操作才有效； 在操作中， 勿使电机频繁启动或转向。,异步电动机大体由固定部分、转动部分、接线盒和辅助零件等组成。如图6 - 2所示。 ,6.1 异步电动机的基本结构,6.2 三相异步电动机的转动原理 6.2.1 异步电动机转动的基本过程 1、感生电流与电磁转矩 图6 - 8（a）是一个异步电动机转子转动的简化模型。它 由一个装有手柄的马蹄形磁铁和一个可自由转动的转子组成。 转子

5、由闭合导体条构成鼠笼状转子放在马蹄形磁铁两极中间， 与马蹄形磁铁共轴。 按顺时针方向转动马蹄形磁铁，我们发现转子也随之沿 相同的方向转动，且随着马蹄磁铁转速的加快而加快。如果 改变马蹄形磁铁的旋转方向，转子的方向也跟着改变。,从图 6 - 8（b）的剖面图中可以看出：当N、S磁极在外力作用下以转速n顺时针方向旋转时，转子导体条a、b所围面积内的磁通量将发生变化，根据法拉第电磁感应定律，在导体条a、b中将产生感生电动势。电动势的大小正比于导体条a、 b所围面积磁通量的变化率，即,式中，为通过a、b所围面积S的磁通量，设t0时，磁力线的方向与线圈平面平行，马蹄形磁铁以匀角速度旋转，则,可得,由于导

6、体条a、b构成一个闭合回路，故在的作用下将形成相应的感生电流Iab。Iab的大小正比于，反比于转子导体条的阻抗，方向与相同，如图6 - 8（b）所示。 在磁场中运动的转子导体条a、b中有电流流过时，它必然受到安培力F的作用。根据安培定律，F的大小应与电流Iab的大小、导体条的长度l以及磁感应强度B的大小成正比。即,F的方向由右手螺旋定则确定，如图68（b）所示。因为导体条a和b对称，两者受到的作用力大小相等，方向相反，故它们将产生一个绕oo轴转动的力偶矩，一般称为电磁转矩，用M表示。其大小为,显然，转子在电磁转矩M的作用下，沿顺时针方向旋转， 即与马蹄形磁铁同向转动。 ,2. 转动的基本过程

7、实际的异步电动机不是旋转永久磁极（演示实验中的蹄形磁铁）, 而是将三相电源加在三个定子绕组上，产生一个旋转磁场。 旋转磁场的旋转方向由三相电源的相序确定。 当旋转磁场顺时针方向旋转时， 通过闭合铜条所包围面积的磁通量将发生变化。因此， 在闭合铜条中将产生感生电流， 感生电流的方向由右手螺旋定则确定。 反过来， 具有感生电流的转动铜条又将受到磁场力（安培力）的作用， 形成一个力偶矩（电磁转矩）， 使转子也顺时针方向转动起来。 显然， 转子转动的方向与磁场的旋转方向相同。 通过改变三相电源的相序可以改变旋转磁场的方向， 从而达到改变转子的转动方向的目的。 ,6.2.2 旋转磁场,转子转动的关键在于

8、产生旋转磁场。 1、两极旋转磁场的形成 如图6 - 9所示，将异步电动机的 3 个定子绕组接成“星”型，并将它的 3 个首端A、B、C分别与三相电源相联接。3 个定子绕组的尺寸、匝数和其他特性是完全相同的，仅空间位置彼此相差120。当接通三相对称电源后，其中将产生对称的三相电流，设它们分别为：,三相电流iA、iB和iC的波形如图6 - 10所示。,当t=0时，iA=0、 ， 3 个定子绕组中电流的方向和 3 个电流合成产生的感生磁场的分布如图6 - 11（a）所示。 这时电动机中央磁力线的方向从-绕组的尾端指向首端，并与轴垂直。处相当于磁场的极，处相当于磁场的极。 当t=120时， 这时 3

9、个定子绕组中的电流方向和磁场分布情况如图 6 - 11（b）所示。 相当于t=0时的磁场顺时针方向旋转了120。,同理，当t=240（-120）时， 3 个定子绕组中的电流和磁场分布情况如图6 - 11（c）所示。 相当于t=120时的磁场顺时针方向又旋转了120。 当t=360时， iA、iB、iC和磁场分布又回到了t=0时的情况， 如图6 - 11（d）所示。,二极旋转磁场的如下特点。 （） 空间上互为120的 3 个定子绕组接通相位互为120的三相正弦交流电源时， 可以产生以角速度匀速旋转的磁场。 （） 旋转磁场的方向与三相电源的相序有关。当三相电源的相序为-B-C时，旋转磁场按顺时针方

10、向旋转，电动机正转。 当三相电源的相序改变为A-C-B时，旋转磁场则按逆时针方向旋转，电机反转。 （） 旋转磁场的变化频率与三相电源的变化频率一致。三相交流电变化一个周期，旋转磁场则旋转一圈。三相交流电的频率为50Hz，二极旋转磁场每秒钟就转过50转。即转速为5060=3000 rmin。,2. 旋转磁场的极对数 上面讨论的旋转磁场只有两个极，即只有一对、S极， 故称为一对极。用（p=1）表示。如果电动机的磁场不只两个极，则为多极旋转磁场，如四极旋转磁场有两对、 极，称为二对极，用p=2表示。同理，六极旋转磁场具有对N、S极，称为对极，用p=3表示。通常我们所说的电动机的对极数就是指电动机中旋

11、转磁场的对极数。旋转磁场对极数增加时，电动机的同步转数将会按比例减少。可以证明p对极旋转磁场转速（同步转速）的一般公式为,（6.4）,我国电工标准规定f1=50Hz，则n1和p的对应关系可用表6 - 2列出。 表6 2 同步转速与极对数的关系,显然，可以通过增加极对数来降低转速，但极对数的增加需要采用更多的定子线圈和加大电动机的铁芯，这将使电动机的成本提高和重量增大。 常用电机的极对数多为14。 需要继续降低转速时，采用其他方法。,6.2.3 异步电动机的转速与转差率 1. 转速 上面我们讨论的转速是旋转磁场的转速，即同步转速，电动机的转速是指转子的转速，两者不能混淆。从电动机转动的过程可以看

12、出：转子的转速n与旋转磁场的转速n0有关， 但它不可能超过和完全等于旋转磁场的转速，即nn0。 转子之所以与旋转磁场同向旋转，是因为它们之间存在着相对运动，这样转子的导体才能切割旋转磁场的磁力线，感生出转子电流，并受到磁场力矩的作用而旋转。没有相对运动，就没有转子电流和电磁转矩，转子也就不可能转动。 正是因为电动机的转速n （转子转速）与旋转磁场的转速不同，我们才把这种电动机称为“异步”电动机。 ,2. 转差率 为了描述异步电动机的转速n和旋转磁场转速n0不相同的程度，我们引入转差率S这一重要的物理量。S定义为,(6.5),S越小，说明转子的转速n越接近于磁场的转速n0。异步电动机在额定负载下

13、工作时，转差率很小，S一般为19%。 异步电动机启动的瞬间，n =0，转差率最大，S=1。 有了转差率的概念， 电动机的转速可以表示为,(6.6),例 6.1 一台型号为Y115M-4的三相异步电动机，已知它的旋转磁场有4个磁极，额定转速nn为1440r/min，试求它的额定转差率Sn。 解 由已知条件得电动机的磁极对数p=2，根据式（6.4）可得电动机的同步转速,电动机的额定转差率为,6.3 三相异步电动机电路分析 1.异步电动机中的电磁关系 异步电动机转动时的电磁关系与变压器相似。定子绕组 相当于变压器的原绕组，转子绕组相当于副绕组。 当 3 个定子绕组接上三相电源电压时，将有三相电流流

14、过，并产生旋转磁场。这个旋转磁场不仅要在每相转子绕组 中感应出电动势e2，而且要在每相定子绕组中感应出电动势 e1。图6 - 12是每相定子绕组和转子绕组的电路。图中, e1 和e2是定子电流和转子电流在周围形成的漏磁通产生的感 应电动势。其值很小，一般可忽略不计。 实际上， 电动机内部的旋转磁场是定子电流和转子电流 相互作用产生的合成磁场，其磁通量称为主磁通，一般用符 号表示。,2. 定子电路分析 电动机内部的旋转磁场在垂直于N、S的方向近似呈正弦分布，因此当它匀速转动时切割每相定子绕组的磁通量1也将按正弦规律变化。设1=msin1t。其中m为通过每相绕组的最大磁通量，等于磁感应强度的平均值

15、与每极磁场面积的乘积(也就是旋转磁场每极的磁通量)。由图6- 12可知： ,(6.7),式中，R1为定子绕组的损耗电阻。由于磁通1按正弦规律变化，因此i1，e1、e1也都按正弦规律变化，式（6.7）用相量表示为,(6.8),定子绕组的电阻R1和漏磁通1都很小，和 相比可以忽略不计。 所以,上式说明，电源电压U1主要用来克服旋转磁场的感生电动势E1。根据法拉第电磁感应定律，旋转磁场产生的感应电动势 ， 由此可求出其有效值为,式中，N1为每相定子绕组的匝数（假设每匝情况相同），f1为旋转磁场的频率。,（6.9）,3 转子电路分析 从图6 - 12中可看出，旋转磁场在每相转子电路中产生的感应电动势为

16、,(6.10),若每相转子绕组的匝数为N2，则 。由此可求出其有效值为,（6.11）,设每相转子电路的漏磁电感为L2，流过的电流为i2=I2msin2t，则漏磁通2在每相转子电路中产生的漏磁感应电动势为 。令X2=2f2L2，可求得其有效值为,（6.12）,e2、e2是与i2（或2）同频的正弦量。注意，它们的频率f2不等于电源频率f1，它与转子转速n2有关。式（6.10）用相量表示为,（6.13）,式（6.13）告诉我们，每相转子电路可等效为图6- 13 所示的电路。 由式（6.13）可求出每相转子电路中的电流为,（6.14）,（6.15）,（6.16）,1） 转子静止时 当电动机刚接通电源的

17、瞬间转子还来不及转动，或因负载过重转子停转时，转子的转速n2=0，转差率S=1。其他物理量（用下标20区别）为,（1） 转子频率f20与旋转磁场的频率相同：,（6.17）,（2） 转子感生电动势E20最大（因为旋转磁场与转子的相对转速最大）：,（6.18）,（3）转子阻抗Z20与转子频率f20有关：,（6.19）,只要电源频率f1一定，电动机结构不变，转子静止时的各物理量都是常数。,2） 转子转动时 当转子以转速n2随旋转磁场转动时，它与旋转磁场的相对转速为 是转子静止时转速n1的S倍。 这时其他各物理量（我们用下标2表示）为 （1） 转子频率f2:,(6.20),可见，转子（电量）的频率f2

18、是电源频率f1（定子电量频率）与转差率S的乘积。一般在额定情况下，S只有(19)%， 所以f2很低。,（2）转子感生电动势E2:,(6.21),可见，转子转动时的感应电动势E2仅是静止时的感应电动势E20的S倍。转子转速愈高，S愈小则E2愈低。 （3） 转子阻抗Z2。当转子转动时，其电阻R2基本不变，感抗X2将随转子频率的变化而变化，,可见，转子转动时的感抗X2是转子静止时感抗X20的S倍， 则由式（6.15）和式（6.16）得到：,由此可得转子电路的功率因数：,(6.23),(6.24),(6.25),式中，E20、R2和X20都是常数，因此转子转动时的电流I2和功率因数cos2都是转差率S

19、的函数。将I2随S，cos2随S的变化关系绘成曲线，如图6 - 14所示。 ,由I2-S曲线可知：在S=0、n2=n1的理想空载情况下时，I2=0； 当S较小、n2与n1差别不大时，转子电路的感抗X2很小（RSX20），I2 近似与S成正比；当S很大接近于1、n2与n1相差很大时，转子电路的感抗X2很大（R2SX20，cos2； 随着S的增大SX20也增大，cos2反而减小，直到S接近于1时， R2SX20,cos2近似与S成反比；当S=1时，cos2达到最小值。 ,6.4 三相异步电动机的转矩特性 1 转矩平衡 1） 电磁转矩方程 如果我们用代替SBsint，用转子绕组中流过的电流I2代替I

20、ab，并考虑到转子转动时转子电流I2与转子感应电动势E2之间存在着相位差2，则式（6.3）可写成： （6.26）式是分析三相异步电动机转矩特性的基本依据，常称之为电磁转矩方程。 其中，Cm是由电动机结构因素决定的常数，cos2是转子电路的功率因数。,(6.26),2）转矩平衡 三相异步电动机转动时，转子不仅要受到电磁转矩M的驱动，而且还要受到负载转矩ML的阻碍。此外，风损和机械损耗形成的阻力转矩也有一定的阻碍作用。由于它们比负载转矩ML小得多，一般情况下可以忽略。电动机的运转实际上是电磁转矩M和负载转矩ML在转子上相互作用达到动态平衡的结果。 由刚体转动定律可知：当启动或负载减小时，MML，

21、电动机加速转动；在额定负载条件下工作时，M=ML，电动机匀速转动；当负载增加时，MML，电动机减速转动。,2转矩特性 将（6.23）和（6.25）两式代入（6.26）式，可得到,因为E20U1，并引入比例常数K，则有,(6.27),可见，式（6.27）将电动机的电磁转矩与电源电压U1、转差率S和电路参数R2、X20等联系起来了， 我们称之为电动机的转矩公式。 ,由于电源电压U1、电路参数R2和X20为定值，转矩公式实际上反映了转矩M随转差率S（或转速n）变化的关系。因此，我们又把它称为转矩转差率特性，简称转矩特性。为了方便起见，常将它绘制成曲线，称为转矩特性曲线，如图6 - 15所示。 ,电动

22、机的转矩特性曲线可划分为稳定工作和不稳定工作两个区。 如图6 - 15所示，稳定工作区对应于曲线的0B段， 不稳定工作区对应于曲线的BA段。图中Mm表示电动机能达到的最大转矩，相应的转差率称为临界转差率, 用Scr表示； Mst表示电动机的启动转矩，相应的转差率S=1；Mn是电动机在额定负载下工作时的转矩，称为额定转矩，相应的转差率称为额定转差率，用Sn表示。一般情况下，MnMm处在稳定工作区。 稳定工作区也称为自适应区，对应于M(S)曲线的0B段。相应0SScr，X1随S的增大而增大。电动机在这个区域工作时，具有自动适应负载变化的能力。,如图6 - 16所示，设电动机的负载转矩ML为稳定值，

23、与电动机的转速无关。电动机工作在C点，当M=ML时，S=S1，电动机以恒定速度运转。若某种原因使负载转矩ML有所增大， 由于惯性电磁转矩M还来不及变化，于是有MML，电动机将减速运行使转差率S增大。由M（S）曲线可知：S的增大又将使M增大，重新使电磁转矩M=ML。这时电动机以较原来略低的转速稳定运行。这一过程用箭头表示为 不稳定工作区对应于M（S）曲线的BA段，相应ScrS1，电磁转矩M随着转差率S的增加反而减小。电动机在这个区域工作时是不稳定的，一旦平衡被打破，电动机要么停转， 要么越过最大转矩Mm跑到稳定工作区中去。,如图6 - 16所示，电动机工作在D点，当M=ML时，S=S2，电动机以

24、恒定转速n1运转，若ML增大造成MML，则电动机减速，转差率S增大。由M（S）曲线可知，S增大反而使M减小， 结果电磁转矩M比负载转矩ML更小，转速将进一步降低以致最终停转。用箭头可将这一过程表示为,(停转),同理，当负载转矩ML减小时，造成MML，转速增大，转差率S减小。由M（S）曲线可知，S减小将使M进一步增大， 结果电磁转矩比负载转矩更大，转速进一步增大，转差率进一步减小，以致越过B点达到稳定工作区才稳定下来。这一过程可用箭头表示为,越过B点,M=ML,3 三个重要的转矩 1） 最大转矩Mm 最大转矩Mm也叫临界转矩，它是异步电动机所能产生的最大转矩。相应的转差率为临界转矩转差率Scr。

25、根据式(6.27)，令 可求得： (6.28)式说明两个问题： （1） 当改变转子电阻R2时，最大转矩Mm不变，但转差率Scr（或转速n）变化较大。Scr随R2的增大呈正比增加，使M（S）曲线的B点向左移动， 如图6 - 17所示。 ,（6.28）,可见， 在同一负载转矩ML下，R2越大，转差率S越大（转速n越小）。这为通过改变转子电阻来调节异步电动机的转速提供了可能。 (2) 当电源电压U1改变时，电动机的转差率S（转速n）没有变化，但最大转矩Mm变化较大，如图6 - 18所示。,由（6.28）式可知：当U1增加时，Mm按U1的平方规律增大，反之亦然。这说明三相异步电动机的电源电压波动对其转

26、矩的影响大。选用电动机时应考虑这一因素，以免当U1变小时使电动机的最大转矩Mm小于负载转矩造成闷车、停机现象。 2) 额定转矩Mn 额定转矩Mn是电动机在额定负载下工作时的电磁转矩。 若不考虑损耗，额定转矩Mn应等于额定负载转矩ML。Mn可以根据电动机铭牌上标出的额定功率Pn和额定转速nn求得。由物理学公式P= M(为角速度，单位为rad/s)可知: ,(6.29a),3） 启动转矩Mst 启动转矩Mst是指电动机刚接通电源，转子尚未转动起来时的转矩。对应的转差率S=1，转速n=0。由式（6.27）可知 启动转矩Mst的大小决定了电动机的启动能力。当启动转矩Mst大于负载转矩ML时，电动机会加

27、速运转，沿不稳定工作区越过B点达到稳定工作区。Mst愈大，电动机带负载的能力越强，从启动到稳定运行所需时间越短。反之，当启动转矩Mst小于负载转矩ML时，电动机就不能启动。一般用启动转矩Mst与额定转矩Mn的比值(Mst/Mn)来说明三相异步电动机的启动能力。对于鼠笼式异步电动机来说，这个比值约为0.82，启动能力较差。 ,(6.30),4 机械特性 如果将图6 - 15的M(S)曲线顺时针方向旋转90，并把转差率S换成转速n，就得到了所谓的机械特性曲线，如图6 -19所示。它能更直接地说明电动机的转速和转矩之间的关系，即不同负载情况下的电机转速。 图6 - 19中，当n= n1（S=0）时，

28、M=0，为理想的空载情况，电动机的转速与同步转速相等；当n=0（S=1）时，M=Mst，为启动瞬间；而当n=ncr(S=Scr)时，M=Mm，电动机的转矩达到了最大值。 由图6 - 19可知，稳定工作区的机械特性曲线近似为一条随负载变化，转速稍有降低的直线。曲线越平，转速变化越小，我们说电动机的机械特性越硬。 ,6.5 三相异步电动机的运行与控制 6.5.1 三相异步电动机的启动、 正转与反转 三相异步电动机从静止到稳定运行中间有一个过渡过程， 即启动过程。 1 启动过程与特性 从图6 - 15的M（S）曲线可已看出，启动过程是电动机的电磁转矩越过不稳定工作区到达稳定工作区的过程。 当电动机接

29、通电源的瞬间，n=0，S=1，旋转磁场以最大的相对转速切割转子导体条，转子中感生的电动势和电流为最大值。由于相互作用，这时定子绕组中的电流也随之达到最大值Ist，Ist称为启动电流。一般中、小型鼠笼式异步电动机的 启动电流可达到其额定电流的47倍。 ,2 启动方法 三相异步电动机的启动方法包括全压启动和降压启动两类。降压启动的具体方法较多，主要有星-三角形换接启动， 自耦降压启动和加启动电阻启动等。 1） 全压启动 全压启动也称直接启动。启动时，将电动机的 3 个电源引出线直接与三相电源联接。具体可通过三相阐刀开关控制接触器来实现。图6 - 20为闸刀开关直接启动的电路图。该方法操作方便、启动

30、迅速、无需太多的电器。由于直接启动时， 电流很大，功率因数很低，而且转矩不大。一般只有在电网容量相对较大的情况下或小功率， 允许轻载或空载启动的电动机才采用这种方法启动。,小功率的异步电动机因容量轻、 惯性小， 启动时转速能很快达到额定值， 启动电流作用的时间很短，不会造成电动机过热。 当电网容量相对较大时，电动机的启动电流对电网的影响不会太大。工业上一般规定，在用电单位有独立变压器不频繁启动时，电动机功率小于变压器容量的30%；当频繁启动，电动机的功率小于变压器容量的20%时，允许采用直接启动。,2） 降压启动 不允许全压启动的电动机必须采用降压启动。所谓降压启动就是在启动时，先采用较低的电

31、压供电，等电动机接近正常运转后，再恢复正常的电压供电。这样可以适当减小电动机的启动电流和增大启动转矩。下面是降压启动的两种常见方法。 （1） 星三角形（Y-）换接启动。 星三角形换接启动只适用于正常工作时，定子绕组呈现三角形连接的鼠笼式异步电动机。它在启动时，先将定子绕组接成星形，等电动机接近正常运行时再换接成三角形。 其原理电路如图6 -21所示。,图中，S1为三刀单掷闸刀开关，供接通电源用；S2为三刀双掷闸刀开关，供Y-换接用。S2与 3 个定子绕组的尾端相联，启动时将它向下掷，使定子绕组接成星形（Y），如图6 - 21（b）所示。待电动机接近正常运行后，再将它向上掷，使定子绕组接成三角形

32、（），如图6- 21(c)所示。启动过程结束。 显然，星形连接时，每相定子绕组上的电压较小，为电源电压Ue的倍，因此相应的启动电流IstY也较小。三角形连接时，每相定子绕组上的电压恢复到正常的电源电压Ue，相应的电流为额定电流。 假设启动瞬时，每相定子绕组的等效阻抗为Z，则采用星形联接启动时，启动电流为,若采用三角形联接启动，则启动电流应为,于是有,(6.31),（2） 降压电阻启动法 绕线式异步电动机一般采用在转子绕组上串接压降电阻的方法启动，如图6 - 22所示。,图中，3 个降压电阻Rst组成一个启动变阻器。滑环、电刷与启动电阻Rst串联接成星形。启动时先把Rst旋置最大，然后再接通电源

33、使转子开始旋转。随着转速的升高，逐渐减少Rst，当电动机接近正常运转时将Rst短路。电动机正常运行后启动变阻器可以拿掉。 这种方法不仅可以减小启动电流Ist，由M（S）曲线可知，当增加转子电阻时，还可以增大临界转差率Scr，使启动转矩增大（必要时可使之达到最大值Mm）。此外，增加转子电阻还可以提高转子电路的功率因数cos2，减少转子电流I2。 总之，降压电阻启动法可以提高启动转矩，减小启动电流，适用于带重负荷的电动机启动。这也是绕线式异步电动机的优点。 ,3. 正转与反转 图6 - 23为电动机正、反转的原理电路。当S向上掷时，电动机正转；当S向下掷时，电动机反转。实训6中则是通过控制接触器S

34、1、S2改变电源相序实现正、反转的。 ,6.5.2 三相异步电动机的调速 1. 调速原理 根据三相异步电动机转差率的计算公式可知： 式（6.32）说明了转子的转速n2与电源频率f1成正比，与旋转磁场的极对数p成反比，而且还与转差率S有关。因此，异步电动机的转速可以通过改变旋转磁场的极对数p（变极）、 改变电源频率f1（变频）或改变转差率S（变阻）来调节。 ,(6.32),2. 调速方法 1) 变极调速 变极调速是通过改变旋转磁场的极对数来达到改变电动机转速的方法。图6 - 24是一双速电机定子绕组的接法及相应的旋转磁场极对数的示意图。 图6 - 24中，双速电机的定子绕组采用两副三相绕组结构，

35、 每个定子绕组均由两段组成，首端空间位置彼此相差60。当每相定子绕组都并接于电源之上时，旋转磁场为两极（一对极），如图6 - 24（a）所示。根据转速公式（6.4）, n1=60f1/p=60f1。当每相定子绕组都串接于电源上时旋转磁场为 4 极（2对极），如图6 - 24（b）所示。n1=60f1/2，只有两极（一对极）旋转磁场转速的一半。,2） 变频调速 （6.30）式表明改变电源频率f1也可以改变电动机的转速n2。通过改变电源频率f1的方法对电动机进行调速就是所谓的变频调速。它属于一种无极调速方法，近年来发展较快。图6 - 25是目前主要采用的变频调速方案。 ,3） 变阻调速 变阻调速就

36、是变转差率的调速，它是通过改变转子电路中串接调速电阻R2的大小来调整转差率的大小实现平滑调速的。 调速电阻的接法同启动电阻，参见图6 - 22。这种方法仅适用于绕线式异步电动机。 由图6 - 17可知：当改变转子电阻R2时，整个M（S）曲线将沿S方向移动，相应的额定转差率Sn也将随之变化。故电动机的额定转速nn也相应地发生了变化。这种方法使用的设备简单，但能量损耗较大，一般用于起重设备中。,6.5.3 三相异步电动机的制动 1 能耗制动 能耗制动是通过某种方法消耗停车后转子的剩余动能实现制动的一种方法。具体而言， 是在切断电源之后， 立即给定子绕组通入直流电流。 通过直流电流在电动机内产生的固

37、定磁场来阻碍转子的继续转动，等电动机接近停稳时再切断这个直流电流。这个固定磁场相对于惯性运行的转子来说是一个反向旋转磁场，它将对转子产生一个反向转矩，在这个反向转矩的作用下，转子很快减速至停止, 如图6 - 26所示。 制动转矩的大小与通入的直流电流大小有关。 这个直流电流一般为电动机额定电流的0.51倍。这种制动停车过程平稳， 能量消耗小，但需要直流电源。生产中一般通过将三相交流电中的某一相整流而得到一个脉动直流。,图6-26,2 反接制动 反接制动方法是在停车时，改变三相电源的相序，使电动机内部的旋转磁场反向，从而产生一个反向转矩使转子迅速减速至停稳。注意，当电动机转速接近于零时，应即时切

38、断电源，否则将会使电动机反转。其原理电路如图6 - 27所示。 采用这种方法制动时，转子与旋转磁场之间的相对转速为n2+n1，很大，制动电流较大，应该接入限流电阻。对于鼠笼式异步电动机而言，限流电阻应接在定子电路中，而对于绕线异步电动机而言，限流电阻则应接在转子电路中。 反接制动方法简便易行，效果好，但能量消耗较大，适用于负载较重的大、中型异步电动机。 ,6-27,3 反馈制动 由于某种原因，如果转子的转速n2超过了旋转磁场的转速n1（n2n1），旋转磁场对转子的作用转矩将是反向的， 如图6 - 28所示。 ,这种情况下，电动机实际上已经变成了发电机，转子的动能被转换成电能反馈给电网。故将这种

39、制动称之为发电反馈制动，简称反馈制动。一般在多速电机减速过程中或由于外力拖动转子快速转动的情况下，会出现这种制动。不过这种制动的最终效果是使电动机减速后再稳定运行，而不是为了停车。 上述 3 种制动方法的共同特点是， 在制动过程中，使磁场相对于转子反向运动，产生一个相反转矩（制动转矩），阻碍转子的惯性运动使电动机迅速减速或停稳。 ,6.6 三相异步电动机的选择、 使用 6.6.1 三相异步电动机的选择 电动机的选择包括种类、结构型式、转速和容量等内容。 选择时，应该以安全、可靠和高效为原则。 1 种类选择 电动机种类的选择主要依据供电电源、机械性能、调速要求、启动性能和使用、维护以及市场价格等

40、因素，为此我们应该了解各种类型电动机的主要特点。 ,2 结构类型选择 (1） 开启式。这种电动机无特殊遮掩和防护装置， 通风、 散热良好， 适用于干燥、清洁、无易燃易爆气体的场所。 (2） 防护式。这是最常用的电动机结构形式，电动机的机体被保护起来，只有机壳下面有通风孔。能防止杂物落入机内， 通风、散热良好，但不防潮，适用于灰尘不多、比较干燥的场所。 (3） 封闭式。这种电动机的外壳严格密封，内、外隔离，外壳带散热片，靠自身风扇冷却，适用于潮湿、多尘的场所。 (4） 防爆式。包括接线端子在内全部严格密 封， 不让火花串到机壳外，也能防止易燃、易爆气体侵入，并能承受爆炸的压力， 适用于化工、 煤

41、矿或其他有爆炸性气体的场所。,3 转速选择 电动机的转速与价格关系较大。 相同容量和电压的电动机如果其转速不同，其价格就相差较远。由M（S）曲线可知， 转速越低，转差率越大，转矩也就越大。而转矩大则要求电动机内有较大的磁通量和转子电流，这将对电动机的结构提出更高的要求，使生产成本上升、价格变贵。一般尽量选用高转速的电动机，必要时配减速器。 通常的异步电动机都是4极，同步转速n1=1500r/min。,4 容量选择 电动机容量的选择主要依据电动机的工作方式。 一般电动机的工作方式有连续、 短时和重复短时 3 种。 （1） 对于负载恒定、 连续工作的电动机， 其额定功率应该等于或稍大于生产机械所需

42、的功率。这有利于电动机的充分利用和功率因数的提高。 （2） 对于短时工作的电动机，一般允许过载。 因为短时过载不会造成电动机过热。工作时间越短， 过载可以越大。 具体应根据过载系数进行核算。 ,（3） 对于重复短时工作的电动机，一般根据暂载率选择容量。暂载率是一个反映电动机相对工作时间长短的物理量， 定义为,越大，说明相对工作时间越长，其标准值为15%、25%、40%和60%。我国生产的JER和JE系列异步电动机专供重复短时工作负载的情况下使用。,6.6.1 三相异步电动机的铭牌数据 1 型号 型号是说明不同系列电动机种类、 规格等的一种代号， 它的每一个字母或数字都有确定的含义。 2功率 铭

43、牌上的功率是指电动机在额定负载下运行时，转轴上输出的机械功率，称为额定功率或容量，单位为千瓦（kW）， 它等于总的输入功率减去电机本身的损耗。若用P2n表示额定输出功率，P1n表示总的输入功率，表示电动机的效率，则有,3 频率 铭牌上的频率是指外接电源的频率。 定子绕组中产生的感生电动势和感生电流也是这个频率。一般国产电动机的频率与我国规定的电网频率相一致, 为50Hz。 4 电压 铭牌上的电压是指电动机定子绕组上应接电源的额定线电压。 每相绕组的相电压要根据规定的接法确定。 5 电流 铭牌上的电流是指电动机接上规定频率的额定电源电压时， 电动机工作在额定输出功率下，定子绕组的额定线电流。,6

44、 接法 铭牌上的接法是指电动机的规定接法。 铭牌上的电流、 电压和功率都是以此为标准给出的。 7 转速 铭牌上的转速为电动机在额定运行情况下， 转子的额定转速, 单位为r/min。一般它比相应的同步转速低百分之几。 8工作方式 铭牌上的工作方式是电动机最适合的工作方式，设计电动机时作了综合考虑。一般按电动机持续运行的时间长短不同， 异步电动机可划分为连续、短时和重复短时 3 种工作方式。,9 绝缘等级 电动机使用的绝缘材料的耐热程度不同， 其最高允许温度和最高温升也不同。据此电动机可分为不同的绝缘等，如表6 - 4所示。 10. 温升 温升是指电动机相对环境温度来说，允许升高的温度范围。 如表

45、6 - 4所示，它与不同的绝缘等级相对应。,11 功率因数 由于电动机是感性负载, 定子电路中的电流和电压之间将产生相位差， 因此必须考虑功率因数。铭牌上标出的cos是指额定运行情况下定子电路的功率因数。三相异步电动机工作在额定负载下的功率因数约为0.70.9，而在空载情况下， 功率因数只有0.20.3。因此，使用电动机时应尽量缩短空载或轻载运行的时间， 以获得较高的功率因数而达到节能的目的。另外，合理选择电动机的容量对提高功率因数也十分重要。,6.6.3 三相异步电动机的连接 三相异步电动机本身有星形（Y）和三角形（）两种连接方法，如果电动机的三相定子绕组的6个接线端未标出或字样模糊不清，我

46、们可用下面的实验方法和步骤确定。 1 判别 3 个定子绕组 用万用表的电阻档或用带小灯泡的电池测试电动机的任意两个接线端，如果相通说明它们是同一绕组的首、尾端，否则不是。这样可测出每个定子绕组的两个接线端，并做好 标记。,2 判别定子绕组首尾端 1） 干电池判别法 由于三相定子绕组是对称的，当某一个绕组通电时，另外两个绕组中将会产生相同极性的感生电动势。如果构成回路，回路中将产生相同极性的感生电流。由此可以判别三个定子绕组的首、尾端，如图6 - 29所示。具体操作步骤如下： （1） 任选一绕组作为初级，假定其首、尾端； （2） 选一绕组作次级，将万用表调至mA档与此绕组两端相连； （3） 再将

47、干电池通过开关S及限流电阻R接初级绕组的首尾端（正极接尾端，负极接首端），当S闭合瞬间，观察万用表指针的偏转情况；,（4） 当万用表指针正偏时， 说明感生电流从万用表的正极流入、负极流出。次级绕组的首、尾端如图6 - 29所示。若万用表指针反偏，则其首、尾端与图中的标示相反； （5） 用同样的方法再判别其他绕组的首、尾端。 2） 万用表判别法 如果用手转动转子，则电动机相当于一个发电机， 每相绕组中都会产生感生电动势。3个绕组中的 3 个感生电动势互为120。若将它们的首、尾端并联，其合成电动势应该为零。 若有一相绕组首、尾端接反，其合成电动势则不为零。由此可判定 3 个定子绕组的首、尾端，如图6 - 30所示。具体操作步骤如下： ,（1） 将 3 个定子绕组相并联，两端与万用表相连接（万用表调至mA档）； （2） 用手转动电动机的转子，观察万用表指针的摆动情况； （3） 若万用表指针不摆动，说明 3 个定子绕组的首、尾端并联正确，否则有一相绕组的首、尾端接反； （4） 若发现万用表指针摆动，则依次调换 3 个定子绕组的两端（每次仅调换一相），同时观察万用表指针的摆动情况，直至指针不摆动为