第7章 交流电动机 7.1 三相异步电动机的构造 7.2 三相异步电动机的转动原理 7.3 三相异步电动机的电路分析 7.4 三相异步电动机转矩与机械特性 7.5 三相异步电动机的起动 7.6 三相异步电动机的调速 7.7 三相异步电动机的制动 7.8 三相异步电动机铭牌数据 7.9 三相异步电动机的选择 7.10 同步电动机 7.11 单相异步电动机

第7章 交流电动机 本章要求： 1. 了解三相交流异步电动机的基本构造和转动 原理。 2. 理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握 起动和反转的基本方法及调速和制动的方法。 3. 理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。

第7章 交流电动机 电动机的分类： 同步电动机 异步电动机 三相电动机 交流电动机 单相电动机 电动机 他励、并励电动机 串励、复励电动机 直流电动机 三相电动机 单相电动机 同步电动机 异步电动机 他励、并励电动机 串励、复励电动机 鼠笼式异步交流电动机授课内容： 基本结构、工作原理、 机械特性、控制方法

7.1 三相异步电动机的构造 1.定子 铁心：由内周有槽 的硅钢片叠成。 A ----X B ----Y 三相绕组 C---- Z 7.1 三相异步电动机的构造 1.定子 铁心：由内周有槽 的硅钢片叠成。 A ----X B ----Y C---- Z 三相绕组 机座：铸钢或铸铁

同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。 鼠笼式 绕线式 2.转子 铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。 鼠笼转子 (1) 鼠笼式转子 铁芯槽内放铜条，端 部用短路环形成一体。 或铸铝形成转子绕组。 (2) 绕线式转子 同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。 转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。

鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较： 鼠笼式： 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。 绕线式： 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子 外加电阻可人为改变电动机的机械特性。

7.2 三相异步电动机的转动原理

7. 2. 1 旋转磁场 1.旋转磁场的产生 定子三相绕组通入三 相交流电(星形联接) A X B Y C Z o

()电流入 o A Y C B Z X 规定 i : “+” 首端流入，尾端流出。 (•)电流出 i : “–” 尾端流入，首端流出。

o 三相电流合成磁 场 的分布情况  t 合成磁场方向向下 合成磁场旋转60° 合成磁场旋转90° 600 A A A Y Y Y Z Z 动画 A X Y C B Z A X Y C B Z A X Y C B Z 合成磁场方向向下 合成磁场旋转60° 合成磁场旋转90°

o 分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360° 2.旋转磁场的旋转方向 分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360° 2.旋转磁场的旋转方向 取决于三相电流的相序  t o 任意调换两根电源进线 (电路如图) A X C Z B Y 动画 A X Z B C Y A X Z B C Y 结论： 任意调换两根 电源进线，则旋转 磁场反转。

3.旋转磁场的极对数P o  t A X B Y C Z A X Y C B Z 当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：

若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端 之间互差60°，将形成两对磁极的旋转磁场。 C' Y' A B C X Y Z A' X' B' Z' A X B Y C

C' Y' A B C X Y Z A' X' B' Z' 极对数 动画 旋转磁场的磁极对数 与三相绕组的排列有关

o 4.旋转磁场的转速 旋转磁场的转速取决于磁场的极对数 p=1时 工频：  t A X Y C B Z A X Y C B Z A X  t o p=1时 工频： A X Y C B Z A X Y C B Z A X Y C B Z

p=2时

旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系 极对数 每个电流周期 磁场转过的空间角度 同步转速 旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。 可见:

n 7. 2. 2 电动机的转动原理 切割转子导体 1. 转动原理 定子三相绕组通入三相交流电 F 方向:顺时针 F 旋转磁场 右手定则 A 1. 转动原理 Y Z 定子三相绕组通入三相交流电 F 方向:顺时针 B C F 旋转磁场 X 右手定则 切割转子导体 感应电动势 E20 感应电流 I2 旋转磁场 左手定则 电磁力F n 电磁转矩T

7. 2. 3 转差率 由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场 旋转的方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转磁场的转速相等，即 7. 2. 3 转差率 由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场 旋转的方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转磁场的转速相等，即 异步电动机 如果: 转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切 割转子导条 无转子电动势和转子电流 无转矩 因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与 旋转磁场的同步转速之比称为转差率。

转差率s 转子转速亦可由转差率求得 异步电动机运行中: 例1：一台三相异步电动机，其额定转速 n=975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。 解： 根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转 速的关系可知：n0=1000 r/min , 即 p=3 额定转差率为

7.3 三相异步电动机的电路分析 三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。 1)变压器原、副绕组是与同一主磁通相交链，异步电动机中定子和转子绕组与同一旋转磁通相交链。因此异步电动机中定子和转子绕组相当于变压器的原、副绕组。 2）变压器： 变化 e U1 E1=4.44 f N1 异步机： 旋转 e U1 E1=4.44 f N1 3）变压器：I2 增大 I1增大，以保持基本不变，以达到传递能量的目的。

7.3 三相异步电动机的电路分析 三相异步电动机与变压器的不同之处。 异步机：当负载增加时，转子电流I2 增大 I1增大，以保持基本不变，以达到传递能量的目的。 三相异步电动机与变压器的不同之处。 1）变压器是静止的。而异步机是旋转的。 2）变压器的磁路是无气隙的。而异步机中的定子和转子之间是有不大的气隙。 3）变压器中原、副绕组的感应电动势是同频率的。而异步机中转子感应电动势的频率是随转子转速改变的。

e 1 e 2 i1 u1 e1 e2 i2 + 7. 3. 1 定子电路 异步电动机每相电路 f1 f2 1.旋转磁场的磁通 － f1 f2 7. 3. 1 定子电路 1.旋转磁场的磁通 异步电动机：旋转磁场切割导体 e， U1  E1= 4.44 f 1N1 每极磁通 2.定子感应电势的频率 f1 感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关 旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0 ，所以 f 1= 电源频率 f

7. 3. 2 转子电路 转子感应电势频率 f 2 1. 转子感应电势频率 f 2 ∵定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子 7. 3. 2 转子电路 1. 转子感应电势频率 f 2 ∵定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子 导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而 变化 旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同  定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率 f 2 转子感应电势频率 f 2

E2= 4.44 f 2N2 = 4.44s f 1N2 E20= 4.44 f 1N2 2. 转子感应电动势E 2 当转速 n = 0(s=1)时， f 2最高，且 E2 最大，有 E20= 4.44 f 1N2 即E2= s E20 转子静止时 的感应电势 转子转动时 的感应电势 3. 转子感抗X 2 当转速 n = 0(s =1)时， f 2最高，且 X2 最大，有 X20= 2 f1L2 即X2= sX20

4. 转子电流 I2 转子绕组的感应电流 5. 转子电路的功率因数 cos2

结论：转子转动时，转 子电路中的各量均与转 差率 s有关，即与转速 n有关。 转子绕组的感应电流 转子电路的功率因数 I2 cos2 s 1 I2, O 结论：转子转动时，转 子电路中的各量均与转 差率 s有关，即与转速 n有关。

7.4 三相异步电动机转矩与机械特性 7. 4. 1 转矩公式 转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转矩之总和。 7. 4. 1 转矩公式 转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转矩之总和。 常数，与电 机结构有关 旋转磁场 每极磁通 转子电路的 功率因数 转子电流

由前面分析知： 由此得电磁转矩公式

电磁转矩公式 由公式可知 1. T 与定子每相绕组电压 成正比。U 1 T  2. 当电源电压 U1 一定时，T 是 s 的函数。 3. R2 的大小对 T 有影响。绕线式异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。

7. 4. 2 机械特性曲线 根据转矩公式 得特性曲线： 动画 O T 动画 O T S 1

(N • m) 三个重要转矩 1.额定转矩TN 电动机在额定负载时的转矩。 额定转矩 T O T 三个重要转矩 1.额定转矩TN 电动机在额定负载时的转矩。 额定转矩 (N • m) 如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型) 的额定功率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为

转子轴上机械负载转矩T2 不能大于Tmax ，否则将 造成堵转(停车)。 O T 电机带动最大负载的能力。 Tmax 令： 求得 将sm代入转矩公式，可得 临界转差率 转子轴上机械负载转矩T2 不能大于Tmax ，否则将 造成堵转(停车)。

当 U1 一定时，Tmax为定值 (2) sm与 R2 有关， R2 sm   n 。绕线式电机改变转子附加电阻R´2 可实现调速。  过载系数(能力) 一般三相异步电动机的过载系数为 工作时必须使T2 <Tmax ，否则电机将停转。 电机严重过热而烧坏。

若 Tst > T2电机能起动，否则不能起动。 O T 3. 起动转矩 Tst 电动机起动时的转矩。 起动时n= 0 时，s =1 Tst Tst体现了电动机带载起动的能力。 若 Tst > T2电机能起动，否则不能起动。 (2) Tst与 R2 有关， 适当使 R2 Tst 。对绕线式 电机改变转子附加电阻 R´2 , 可使Tst =Tmax 。 起动能力

4. U1 和 R2变化对机械特性的影响 (1) U1 变化对机械特性的影响 T O Tm  U  T2 Tst 

n T (2) R2 变化对机械特性的影响 Tst  硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。 O R2 n Tst  硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。 软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。 

7.5 电力拖动的基础 电力拖动是指用各种电动机作为原动机拖动生产机械运转的拖动方式。 电源 电动机 控制设备 传动机构 工作机构 7.5 电力拖动的基础 电力拖动是指用各种电动机作为原动机拖动生产机械运转的拖动方式。 电源 电动机 控制设备 传动机构 工作机构 7.5.1 电力拖动系统的稳定运行分析 根据动力学理论，旋转运动系统中，用转矩表示的运动方程为：

7.5.1 电力拖动系统的稳定运行分析 或 根据上式可分析电动机的工作状态如下： 当 n=0，或n=const系统处于某一稳定状态 当 系统处于加速状态 当 系统处于减速状态 由上可知，系统在稳定运行时，一旦受到外界的干扰

平衡被打破，转速将发生变化。 电力系统能否稳定运行，决定于电动机的n=f(T)和生产机械的负载转矩特性n=f(TL)的配合。 生产机械的负载类型： 1.恒转矩负载：即负载转矩TL的大小不随n变化。 T n TL -n -TL （1）反抗性恒转矩负载 特点：负载转矩的大小不变，但负载转矩的方向始终与生产机械运动的方向相反

T n TL G （2）位能性恒转矩负载 负载转矩的大小和方向始终不变 如：提升重物时，负载转矩为阻转矩。 TL -n G 如：下放重物时，负载转矩为驱动转矩。 2.恒功率负载： T n 方向特点属于反抗性负载，大小特点当n变化时，负载从电动机吸收的功率恒定。 TL n 即 常数 如：机床切削加工

T 电动机的稳定运行的条件 2）在交点上要满足 1）n=f(T)与n=f(TL)有交点 TL T´L 如拖动恒定负载，在直线段运行 O 电动机的稳定运行的条件 2）在交点上要满足 1）n=f(T)与n=f(TL)有交点 TL T´L 如拖动恒定负载，在直线段运行 若在曲线段运行 TL >T TL n  s T   达到新的平衡 T =TL 不能稳定运行

T 电动机的稳定运行的条件 通常称HP段为稳定运行段 H 通常称HQ段为不稳定运行段 P Q O 通常称HP段为稳定运行段 H 通常称HQ段为不稳定运行段 P Q 电力拖动的稳定运行的条件，不论对交流电动机还是直流电动机都是适用的，因而具有普遍意义。

7.6 三相异步电动机的起动 7. 6. 1 起动性能 起动： n = 0，s =1, 接通电源。 起动问题：起动电流大，起动转矩小。 7.6 三相异步电动机的起动 7. 6. 1 起动性能 起动： n = 0，s =1, 接通电源。 起动问题：起动电流大，起动转矩小。 一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 ~ 7 倍; 电动机的起动转矩为额定转矩的(1.0~2.2)倍。 原因： 起动时 ，n = 0，转子导体切割磁力线速度很大， 转子感应电势 转子电流 定子电流 后果： 大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作 频繁起动时造成热量积累，使电机过热

二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。 7.6.2 起动方法 (1) 直接起动 二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。 (2) 降压起动： 星形-三角形(Y－ ) 换接起动 自耦降压起动 （适用于鼠笼式电动机） (3) 转子串电阻起动 （适用于绕线式电动机） 以下介绍降压起动和转子串电阻起动。

1. 降压起动 (1) Y－ 换接起动  + 正常运行 + 起动 设：电机每相阻抗为 降压起动时的电流 为直接起动时的 U1 U2 1. 降压起动 (1) Y－ 换接起动  + － 正常运行 U1 U2 V1 V2 W1 W2 + － 起动 U1 U2 V1 W1 W2 设：电机每相阻抗为 降压起动时的电流 为直接起动时的

L1 L3 L2 FU S U1 V1 U2 V2 W1 W2 Y－  起动器接线简图 静触点 △ 动触点 Y

L1 L3 L2 FU S Y－  起动器接线简图 起动 UP + Ul Y起动 U1 U2 W2 V2 W1 V1 V1 U1 W1 ＿ Ul U2 V1 V2 W1 W2 Y起动

L1 L3 L2 FU S Y－  起动器接线简图  正常运行 Ul +  工作 U1 V1 U2 V2 W1 W2 U2 U1 V1 ＿ U1 V1 V2 W1 W2  工作

(a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。 Y- 换接起动应注意的问题 (a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。 UP 起动 + ＿ Ul U1 W2 V2 W1 U2 V1  正常运行 Ul U1 W2 V2 W1 + ＿ U2 V1 (b) Y－  起动 Y－ 换接起动适合于空载或轻载起动的场合

自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时 L1 L3 L2 FU Q (2) 自耦降压起动 Q2上合： 切除自耦变 压器，全压 工作。 合刀闸开关Q Q2下合： 接入自耦变 压器，降压 起动。 Q2 自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时 联成 Y形不能采用Y－起动的鼠笼式异步电动机。

2.绕线式电动机转子电路串电阻起动 起动电阻 定子 转子 R • R R 电刷 滑环 起动时将适当的R 串入转子电路中，起动后将R 短路。

若R2选得适当，转子电路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。 转子电路串电阻起动的特点 若R2选得适当，转子电路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。 常用于要求起动转矩较大的生产机械上。 R2 ­ Þ Tst ­ T O

~ ~ 方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。 三相异步电动机的正、反转 电 源 U V W M 3~ U V W 电 源 M 3~ 正转 电动机 反转

一台Y225M-4型的三相异步电 动机，定子 1) 额定电流IN? 2) 额定转差率sN? 解: 1) 例1: 绕组△型联结，其额定数据为：P2N=45kW, nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN= 0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求： 1) 额定电流IN? 2) 额定转差率sN? 3) 额定转矩 TN 、最大转矩Tmax 、和起动转矩TN 。 例1: 解: 1)

2）由nN=1480r/min，可知 p=2 （四极电动机） 3）

在上例中(1)如果负载转矩为 510. 2N•m, 试问在U=UN和U´=0 在上例中(1)如果负载转矩为 510.2N•m, 试问在U=UN和U´=0.9UN两种情况下电动机能否起动？（2）采用Y-  换接起动时，求起动电流和起动转矩。 又当负载转矩为起动转矩的80%和50%时，电动机能否起动？ 例2: (1) 在U=UN时 Tst = 551.8N•m > 510.2 N. m 解： 能起动 在U´= 0.9UN 时 (2) Ist =7IN=784.2=589.4 A 不能起动

(3) 在80%额定负载时 不能起动 在50%额定负载时 可以起动

对例8.5.1中的电动机采用自耦变压器降压起动，设起动时加到电动机上的电压为额定电压的64%，求这时的线路起动电流Ist´´和电动机的起动转矩Tst´。 例3: 设电动机的起动电压为U'，电动机的起动 电流为Ist 解： 依据变压器的一次、二次侧电压电流关系， 可求得线路起动电流Ist´´。

结论： 采用自耦降压法起动时，若加到电动机上的 电压与额定电压之比为 x ，则线路 起动电流Ist" 为 电动机的起动转距Tst´为

7.7 三相异步电动机的调速 概述 直流电气传动和交流电气传动在19世纪先后诞生。但在20世纪的大部分时间里，由于直流传动具有优越调速性能，因而高性能可调速传动都采用直流电动机，而不变速传动则采用交流电动机。直到70年代末这种交直流传动按调速分工的格局终于被打破。此后，交流调速系统主要沿下述三个方向发展和应用。

7.7 三相异步电动机的调速 1.一般性能的节能调速 在过去大量的不变速调速系统中，风机、水泵等机械总量几乎占工业电气传动总容量的一半，其中有不少场合并不是不需要调速，只是过去交流电动机本身不调速，不得不依赖挡板和阀门来调节送风和供水的流量，从而使许多电能被白白浪费掉了。如果换成交流调速系统，来调节送风和供水的流量，每台风机、水泵平均可节能20%，效果很可观。

7.7 三相异步电动机的调速 2.高性能交流调速系统 过去许多需用直流调速的场合，鉴于交流电机比直流电机结构简单、成本低、工作可靠、维护方便、转动惯量小、效率高，因此如果采用交流调速，其静、动态性能完全可以和直流调速系统的性能相媲美。但目前来讲，其控制系统相比与直流调速系统复杂。可用于轧机、造纸机等要求调速性能较高的场合。 3.特大容量、极高转速的交流调速系统

7.7 三相异步电动机的调速 直流电极换向器的换向能力限制了它的容量和转速，而交流电动机则不受这个限制，因此特大容量的传动，如厚板轧机、矿井提升机等和极高转速的传动，都宜采用交流调速为宜。

7.7 三相异步电动机的调速 异步电动机的调速方法 7.6.1 变频调速 (无级调速) 7.7 三相异步电动机的调速 异步电动机的调速方法 三种电气 调速方法 7.6.1 变频调速 (无级调速) 变频调速应用最广，可构成高性能的交流调速系统，最具有发展前途。 电力电子和微机控制技术是现代交流调速的物质基础。有了电力电子变流装置，解决了调速装置过去设备多、体积大、成本高等问题，使交流调速得到飞跃的发展。

7.7 三相异步电动机的调速 矢量控制的发明，提高了交流调速系统的性能，但其控制电路的设计、制造和调试都很麻烦，采用微机控制后，用软件实现矢量控制算法，使硬件电路规范化，从而降低了成本，提高了可靠性，还可实现更复杂的控制技术。

7.7 三相异步电动机的调速 各类电力电子器件 类型 代号 名称 不可控器件 半控器件 电流控器件 全控器件 场控器件 功率集成电路 D 7.7 三相异步电动机的调速 各类电力电子器件 类型 代号 名称 不可控器件 D 整流二极管（Diode) Th、SCR 半控器件 晶闸管（Thyristor) 电流控器件 BJT 双极型晶体管（Bipolar Transistor) 全控器件 GTO 门极关断晶闸管（Gate Turn-off) 电力场效应晶体管 场控器件 P-MOSFET 绝缘栅双极型晶体管 IGBT MCT 场控晶闸管 功率集成电路 功率集成电路 PIC

7.7 三相异步电动机的调速 ~ （1）变频调速方法 根据 可知频率f下调时，转速n降低。 而频率f上调时，转速n升高。 + – 7.7 三相异步电动机的调速 （1）变频调速方法 根据 可知频率f下调时，转速n降低。 而频率f上调时，转速n升高。 f=50Hz 逆变器 M 3 ~ 整流器 f1、U1可调 + – ~ 频率调节范围：0.5~几百赫兹

1.变频调速原理及其机械特性 而在电机调速时，通常 要考虑的一个重要因素是希望保持不变。因为如果磁通减弱，没有充分利用电机的铁心，是一种浪费；如果磁通增强，又会使铁心饱和，导致励磁电流过大。 由 可知 (1)频率下调时，使 则可保持不变。 若要求电机在不同转速下都达到额定电流 由 可知： 转矩T随磁通变化。 频率下调时， 因为不变，所以转矩T也不变，属于恒转矩调速。

f fN f 1.变频调速 原理及其机械特性 （2）频率上调时， 因为变小 如果电压U也上调，则电压将超过额定电压，这是不允许的，因此在调速过程中，只能保持U不变，所以这是一种弱磁调速。 O T fN f 因为变小，所以转矩T也变小。 若要求电机在不同转速下都达到额定电流，因而功率不变，属于恒功率调速。 f 变频调速的优点：具有较硬的机械特性，转速稳定性好，调速范围宽，可实现无级调速。

7.7.2 变极调速 (有级调速) · A1 A2 X1 X2 A1 X1 A2 X2 i · N S P=2

· • A1 A2 X1 X2 i P=1 采用变极调速方法的电动机称作双速电机， 由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对 S N P=1 采用变极调速方法的电动机称作双速电机， 由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对 调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床 等机床上。

• • 7.7.3 变转差率调速 o s o s ´ s T n n' TL T TL 7.7.3 变转差率调速 T o T s o n n' • TL TL s ´ s • 变转差率调速，绕线式电动机转子回路串电阻。其优点是调速方法简单、设备简单投资少， 缺点是能耗较大。轻载时调速范围小。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。对泵类也能应用

T R2 ­ Þ I ÞT Þ n  Þ I ­ Þ T ­达到新的平衡 此调速方法属于恒转矩调速 根据 在不变,调速时I=IN， O 在不变,调速时I=IN，

T R2 ­ Þ I ÞT Þ n  Þ I ­ Þ T ­达到新的平衡 此调速方法属于恒转矩调速 根据 在不变,调速时I=IN， O 此调速方法属于恒转矩调速 根据 在不变,调速时I=IN，

此调速方法属于恒转矩调速

7.7.4 调速的性能指标 具体采用的调速方法，要考虑技术和经济指标。如技术指标，调速范围，平滑性，调速时允许的输出。调速的经济指标，调速系统的设备投资、运行中的能量损耗和维修费用等。 1.调速的技术指标 1）调速范围D 电动机在额定负载转矩下，能达到的最高转速nmax与最低转速nmin之比。 2）静差率

T 电动机在一条机械特性上运行，由理想空载到额定负载的转速降nN与理想空载转速n0的百分比。 静差率，转速的相对稳定性越好，负载波动时，转速的变化也越小。 T O nN1 nN2 TN 3）调速的平滑性 指相邻两级转速的接近程度，用

4）调速时允许的输出的功率和转矩 是指电动机在保持额定电流的条件下，在调速过程中电动机所能输出的功率和转矩。 采用不同的调速方法时，允许的输出的功率和转矩随转速的变化规律是不同的。 允许输出的最大转矩与转速无关的调速方法为恒转矩调速，允许的输出的最大功率与转速无关的调速方法为恒功率调速。 电动机稳定运行时实际输出的功率和转矩是由负载决定的。负载可分为恒转矩负载和恒功率负载，这就要求调速方法和负载类型相匹配，否则电动机得不到充分利用。

f 如恒功率负载用恒转矩调速方法。为了使电动机不过载，应保证低速时电动机的转矩满足要求。 则在高速时电动机得不到充分利用。 T 则在高速时电动机得不到充分利用。 同理，如恒转矩负载用恒功率调速方法。应保证高速时电动机的转矩满足要求。 则在低速时电动机得不到充分利用。 所以在调速时，应使调速方法适应负载的要求，使电动机既能得到充分利用，又能长期安全运行。 2.经济指标：决定于调速系统的设备投资，能量损耗及维修费用等。

7.8 三相异步电动机的制动 7.8.1 能耗制动 机械制动 制动方法 能耗制动 反接制动 电气制动 发电反馈制动 7.8 三相异步电动机的制动 机械制动 电气制动 制动方法 能耗制动 反接制动 发电反馈制动 7.8.1 能耗制动 在断开三相电源的同时，给电动机其中两相 绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与 旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的 转距（制动转距），使转子迅速停止转动。

M 3~ + - 运转 制动 • RP n F 转子 T  n0=0 7.8.2 反接制动 停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。

• n0 T 7.8.3 发电反馈制动  运转 F 制动 n 转子 当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速 M 3~ 运转 制动 • 7.8.3 发电反馈制动 当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速 时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变 化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制

动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成 电能回送给电网。 n F 转子 T  n0 n > n0

7.9 三相异步电动机铭牌数据 1. 型号 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。 例如： Y 132 M－4 7.9 三相异步电动机铭牌数据 1. 型号 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。 例如： Y 132 M－4 三相异步电动机 机座中心高（mm） 机座长度代号 磁极数( 极对数 p = 2 ) 教材表8.8.1中列出了各种电动机的系列代号。

异步电动机产品名称代号 产品名称 异步电动机 绕线式异步电动机 防爆型异步电动机 高起动转矩异步电动机 新代号 汉字意义 老代号 Y 异 异绕 异爆 异起 YR YB YQ J、JO JR、JRO JB、JBO JQ、JQO

2. 接法 定子三相绕组的联接方法。通常 接线盒 Y 联结  联结 W2 U2 V2 V1 W1 U1 V1 W2 U1 W1 U2 V2

3. 电压 电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。 例如：380/220V、Y/ 是指线电压为 380V 时 采用 Y联结；线电压为 220V 时采用  联结。 说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或低 于额定值的 5% 。因为在电动机满载或接近 满载情况下运行时，电压过高 或过低都会使 电动机的电流大于额定值, 从而使电动机过热。 三相异步电动机的额定电压有380V，3000V, 及6000V等多种。

5. 功率与效率  =72~93％ 4. 电流 电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。 例如： Y /  6.73 / 11.64 A 表示星形联结下电机的线电流为 6.73A；三角形联结下线电流为 11.64A。两种接法下相电流均为 6.73A。 5. 功率与效率 额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机 械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率 P1。 鼠笼电机  =72~93％

cos PN 6. 功率因数 三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载 时约为 0.7 ~ 0.9。空载时功率因数很低，只有 0.2 ~ 0.3。额定负载时，功率因数最高。 P2 cos O 注意：实用中应选 择容量合适的电机，防止出现 “大马拉 小车” 的现象。 PN 7. 额定转速 电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。

如： n N =1440 转/分 sN = 0.04 8. 绝缘等级 指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分 为A、E、B、F、H五级，A级最低(105ºC)，H级最高(180ºC)。

7.10 三相异步电动机的选择 7.10.1 功率的选择 功率选得过大不经济，功率选得过小电动机容易因过载而损坏。 7.10 三相异步电动机的选择 7.10.1 功率的选择 功率选得过大不经济，功率选得过小电动机容易因过载而损坏。 1. 对于连续运行的电动机，所选功率应等于或略大于生产机械的功率。 2. 对于短时工作的电动机，允许在运行中有短暂的过载，故所选功率可等于或略小于生产机械的功率。

7.10.2 种类和型式的选择 7.10.3 电压和转速的选择 1. 种类的选择 一般应用场合应尽可能选用鼠笼式电动机。 只有在需要调速、不能采用鼠笼式电动机的场 合才选用绕线式电动机。 2. 结构型式的选择 根据工作环境的条件选择不同的结构型式， 如开启式、防护式、封闭式电动机。 7.10.3 电压和转速的选择 根据电动机的类型、功率以及使用地点的电源电压来决定。 Y系列鼠笼电动机的额定电压只有380V一个 等级。大功率电动机才采用3000V和6000V。

7.11 同步电动机 同步电动机在结构上比异步机复杂，但比直流机简单。和同容量的直流机相比，它具有效率高，过载能力大，体积小，转动惯量小，等优点，并可做到大容量、高电压、高转速。和异步电动机调速系统相比，它具有功率因数高、转子参数可测、效率高、控制性能好等优点。 同步调速系统的缺点 （1）同步机需在转子侧加一套励磁装置，其维护量增加。 （2）同步机的控制比异步机的复杂。

7.10 同步电动机 7.10.1 同步电动机的工作原理 同步机的定子（电枢）和三相异步电动机的一样；而它的转子是磁极，由直流励磁。 7.10 同步电动机 7.10.1 同步电动机的工作原理 同步机的定子（电枢）和三相异步电动机的一样；而它的转子是磁极，由直流励磁。 1. 转动原理 定子三相绕组通入三相交流电 旋转磁场 转子转速接近n0时，对转子励磁。 若转子磁场的磁极对数与定子磁场的磁极对数相等。 转子磁场因受定子磁场磁拉力的作用而随定子磁场同步旋转，达到同步转速。

7. 10. 2 机械特性曲线 T 7. 10. 3 同步机的功率因数调节 根据转速公式 7. 10. 2 机械特性曲线 O T 根据转速公式 可知，当电源频率一定时，同步电动机的转速是恒定的，不随负载而变。 所以机械特性 是一条平行横轴的直线。 7. 10. 3 同步机的功率因数调节

7. 10. 3 同步机的功率因数调节 1.同步机的电枢电压平衡方程 + － + － 同步电动机电枢等效电路 2.同步机的电磁功率

7. 10. 3 同步机的功率因数调节 2.同步机的电磁功率 o E D B C 由相量图可得： 当负载一定时，P1也一定 设U1不变，则

所以调节励磁电流可达到调节功率因数的目的。 7. 10. 3 同步机的功率因数调节 o 设U1不变，则 当改变励磁电流If时， E0随之改变。 当If E0 I1改变 改变 所以调节励磁电流可达到调节功率因数的目的。

7. 10. 4 同步机的用途 同步电动机：用于拖动恒速运转的大、中型机械负载。 调相机：实为不带负载的同步电动机，用于改善电网的功率因数。

7.11 单相异步电动机 7.11.1 单相异步电动机的工作原理 单相异步电动机主要应用于电动工具、洗衣机、电冰箱、空调、电风扇等小功率电器中。单相异步电动机的定子中放置单相绕组,转子一般用鼠笼式。 定子绕组中通入单相交流电后, 形成脉动磁场，若不采取措施，将无法获得所需的起动转矩。 转子  N S 定子 A A' 定子 绕组

定子绕组产生的脉动磁场，可用正、反两个 旋转磁场合成来等效。即 t  O m  +  - =  +  -

  ② ① ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑨ ⑧  ①  +  -  ③ ⑤ ⑦ ⑨ ⑧ ② ④ ⑥ 脉动磁场的分解  -  +

正反向旋转磁场的合成转矩特性 (正向) 合成转矩 正 转 反 (反向) 起动转矩 为零

7.11.2 电容分相式异步电动机 为了获得所需的起动转矩，单相异步电动 机的定子进行了特殊设计。常用的单相异步电 动机有电容分相式异步电动机和罩极式异步电 动机。他们都采用鼠笼式转子，但定子结构不 同。 7.11.2 电容分相式异步电动机 电容分相式异步电动机的定子中放置有两个 绕组，一个是工作绕组 A–A'，另一个是起动绕 组 B–B ' ,两个绕组在空间相隔90º。起动时， B –B '绕组经电容接电源，两个绕组的电流相位相 差近90º，即可获得所需的旋转磁场。

• ~ 设两相电流为 S 正弦波形如图所示。 iB iA 电容分相式异步电动机 iA A B B' A iB 起动绕组 O 工作绕组

450 900 iB iA O 动画 A B B' A' A B B' A' A B B' A' 两相旋转磁场

• ~ 电动机转子转动起来后，利用 离心力将开关S断开(S是离心开 关)，使起动绕组B–B´断电。 改变电容C的串联位置，可使 A B B' iA iB A 1 2 ~ 电动机转子转动起来后，利用 离心力将开关S断开(S是离心开 关)，使起动绕组B–B´断电。 改变电容C的串联位置，可使 单相异步电动机反转。 将开关S合在位置1，电容C与 B绕组串联，电流 iB较iA超前近 90；当将S切换到位置2，电容 C与A绕组串联，电流iA 较iB 超 前近90。这样就改变了旋转磁 场的转向，从而实现电动机的 反转。 M ~ 实现正反转的电路

7.11.2 罩极式单相异步电机 定子绕组 鼠笼式转子 ~ ~ i 1 2 极掌(极靴) 短路环

当电流i 流过定子绕组时，产生了一部分磁 通1 ，同时产生的另一部分磁通与短路环作用 生成了磁通2 。由于短路环中感应电流的阻碍 作用，使得2在相位上滞后1 ，从而在电动机 定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，使转子获得所需的起动转矩。 罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向 不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相 式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变， 故常用于洗衣机等电器中。

7.11.3 三相异步电动机的单相运行 三相异步电动机在运行过程中，若其中一相与电源断开，就成为单相电动机运行。此时电动机仍将继续转动。若此时还带动额定负载，则势必超过额定电流，时间一长，会使电动机烧坏。这种情况往往不易察觉，在使用电动机时必须注意。如果三相异步电动机在起动前就断了一线，则不能起动，此时只能听到嗡嗡声，这时电流很大，时间长了，也会使电动机烧坏。

例： 三相异步电动机在一定的负载转矩下运行时，如电源电压降低，电动机的转矩、电流及转速有无变化？ 解：电动机电磁转矩TU12 ，当电源电压下降低时，电磁转矩减小，使转速下降，转差率增加，转子电流和定子电流 都会增大。稳定时电磁转矩等于机械负载转矩，定、转子电流却增大了。过程如下： 使T =TC 。