第六章 变压器和异步电动机

目录 6.1磁路及磁性材料 6.2变压器 6.3异步电动机及其运行特性 6.4三相异步电动机的使用

教学目标 1.理解磁场的基本物理量的意义,了解磁性材料的磁 性能及磁路基本定律。 2.掌握分析计算交流铁心线圈电路的方法。 3.掌握变压器电压、电流和阻抗变换作用,理解变压器 额定值含义。

6.1磁路及磁性材料 6.1.1磁场的基本物理量 1、磁感应强度B 定义：表示磁场内某点的磁场强弱和方向的物理矢量 f ——通过电流的导体在磁场中所受的电磁力 大小： I ——为导体中通过的电流 l ——为导体在磁场中的有效长度 特斯拉（T）（国际单位制） 单位： 高斯（Gs）（电磁制）

方向： 磁感应强度与产生磁场的电流之间的方向 关系通过右手螺旋定则确定 磁力线： 描述磁场方向和强弱的分布情况的曲线 磁力线 磁感应强度 切线方向 方向 疏密程度 大小 均匀磁场： 磁场内各点的磁感应强度大小相等、 方向相同的磁场

或 2、磁通 定义： 在均匀磁场中，磁感应强度B与垂直于磁场 方向某截面积A的乘积，即通过某截面积的 磁力线的总数 大小： 韦伯（Wb）（国际单位制） 单位： 麦克斯韦（Mx）（电磁制） 磁感应强度B在数值上可以看成为与磁场方向相垂直的单位面积上通过的磁通，故又称为磁通密度。

H 3、磁场强度 定义： 表示在磁场中某一路径上电流励磁作用的 强弱和方向 磁导率 大小： 安/米（A/m）(国际单位制） 单位： 奥斯特（Oe）(电磁制） 磁场强度H与介质的性质无关，而取决于电流与路径

或 4、磁导率 定义： 衡量物质磁性能的物理量 真空 导磁率 大小： 相对 导磁率 单位： 亨/米（H/m） 非磁性材料： 磁性材料（铁磁物质）：

6.1.2磁性材料的主要特性 1、高导磁率 磁性材料在外磁场作用下很容易被磁化 磁畴：在磁性材料内部由于电子绕原子核运动产生的分 子电流产生的磁场，形成的很多具有磁性的小区域。 （a）无外磁场磁畴取向杂乱 （b）在外磁场作用下磁畴取向趋于一致 磁性材料磁畴示意图

2、磁饱和性 ab段：B的增加缓慢下来 Oa段:B与H差不多成正比地增加 b以后一段：B 增加的很少，达到了磁饱和

3、磁滞性 剩磁 磁滞回线 磁滞回线： 在铁心反复交变磁化的情况下，表示B与H变化关系的闭合曲线 剩磁B0 ： 当H减少到零时，B却不 为零，这时铁心中所保 留的磁感应强度 矫顽力 矫顽力Hc ： 当H反方向变到－Hc时，B才为零（即贴心 中的剩磁消失），使铁心中剩磁消失的磁 场强度Hc 磁滞性: 磁感应强度B的变化滞后外加磁场强度H的变化

根据磁滞回线的形状，磁性材料可分为三类： ① 软磁材料：矫顽力、剩磁都较小，磁滞回线较窄， 常用做磁头、磁心等。 ② 硬磁材料：的矫顽力、剩磁都较大，磁滞回线较宽， 常用做永久磁铁。 ③ 矩磁材料：两个方向上的剩磁都很大，接近饱和， 但矫顽力却很小。可用做记忆元件。

6.1.3 磁路及磁路欧姆定律 磁路：磁通集中流通的路径 图：几种常见电气设备的磁路

1. 安培环路定律（全电流定律）： 在磁路中，沿任一闭合路径，磁场强度的线积分 等于与该闭合路径所交链电流的代数和。 I2 I3 I1 电流方向和磁场强度的方向 符合右手定则，电流取正； 否则取负。

1. 安培环路定律（全电流定律）： 在均匀磁路（磁路的材料和截面积相同，各处的磁场强度相等）中，安培环路定律可写成： 磁通势 N 或 l I N l 或 磁路的 平均长度 磁阻 A为磁路的截面积 为磁路材料的磁导率

1. 安培环路定律（全电流定律）： 在非均匀磁路（磁路的材料或截面积不同，或磁场强度不等）中，总磁通势等于各段磁压降之和。 N 总磁动势 I N 图：含有空气隙的磁路 总磁动势 例： 设铁心中磁场强度 ,空气隙磁场强度 ,则

2.磁路的欧姆定律： 对于均匀磁路 A L 令： Rm 称为磁阻 磁路中的 则： 欧姆定律 注：由于磁性材料 是非线性的，磁路欧姆定律 I N A L 对于均匀磁路 令： Rm 称为磁阻 则： 磁路中的 欧姆定律 注：由于磁性材料 是非线性的，磁路欧姆定律 多用作定性分析，不做定量计算。

磁路与电路对比 磁路 电路 磁通势F 电动势E 磁通 电流I 磁感应强度B 电流密度J 磁阻Rm 电阻R

6.1.3 铁心线圈电路 i + u N – 铁心线圈根据励磁电流的不同,分两种:直流铁心线圈和交流铁心线圈。 励磁电流：在磁路中用来产生磁通的电流 + – u i 交流铁心线圈 N 直流铁心线圈 I

1、直流铁心线圈电路 I （R 为线圈的电阻） N U 一定 （线圈中不产生感应电动势） 磁通势F=IN 磁通和磁阻成反比 只有线圈电阻消耗的功率

® F 2、交流铁心线圈电路 N 电磁关系 i  – + e + – u ：主磁通,铁心中的闭合磁通 ：漏磁通,通过空气闭合的磁通 – +  s ® F

励磁线圈的漏磁通相对应的漏电感为 常数 有效值 相量 （励磁线圈的漏感抗）

  – + e e u N i 主磁通 产生的感应电动势 主磁通主要是经过铁心材料组成 的磁路，其磁导率不是常数，所 以铁心线圈中的电流i与主磁通 不成正比 最大值 有效值

电压电流关系   – + e e u N i 根据KVL: 或 故相量形式电压方程为： 式中：R是线圈电阻, 是漏磁感抗;

主磁通 则 有效值 当外加电压及频率恒定时，主磁通 基本保持不变。 主磁通 　　　　　　 则 有效值 由于线圈电阻 R 和感抗X（或漏磁通）较小，其电压降也较小，与主磁电动势E 相比可忽略，故有 当外加电压及频率恒定时，主磁通 基本保持不变。

3、功率关系 铜损耗 ： 线圈R上的功率损耗 功率损耗 铁损耗 ： 铁心中的功率损耗 磁滞损耗 ： 磁畴的反复取向使铁心发热 铜损耗 ： 线圈R上的功率损耗 功率损耗 铁损耗 ： 铁心中的功率损耗 磁滞损耗 ： 磁畴的反复取向使铁心发热 所产生的功率损耗 铁损耗 涡流损耗 ： 由涡流产生的铁损耗  涡流示意图 交流铁心线圈的功率损耗为

6.2变压器 变压器是根据电磁感应原理制成的电气设备，在 电力系统和电子线路中得到广泛的应用。其主要功能 体现在以下三个方面: 电压变换：电力系统(升压/降压) 电流变换：电流互感器(利用小量程仪表测大电流) 阻抗变换：电子线路中的阻抗匹配（扬声器的输 出变压器）

6.2.1 变压器的基本结构 + – 变压器主要由电路和磁路两部分组成，主要部件 是铁心和绕组。铁心构成磁路 ，绕组构成电路。 铁心 绕组 一次绕组（原绕组） 二次绕组（副绕组） 变压器的电路 + – N1 N2 由0.35mm或0.5mm硅钢片叠成 铁心 变压器的磁路 一次 绕组 二次 绕组

几种常见的变压器

几种常见的变压器:

（a）心式变压器 （b）壳式变压器 （c）单相变压器的符号

6、安全气道 1、温度计 2、铭牌 3、除湿器 4、储油器 5、油表 7、气体继电器 8、高压套管 9、低压套管 10、分接开关 11、油箱 12、铁心 13、线圈及绝缘 14、放油阀门 15、小车 16、接地引线 图：油浸式电力变压器结构示意图

6.2.2 变压器的工作原理 1. 电磁关系 i1 i2 + – e2 + – u2 + – + – + – e2 + –  2 1 + – e2 + –

2. 电压变换作用 空载运行：变压器的一次绕组加上电压，二次绕组开路 一次绕组接正弦交流电电压 二次绕组开路 i2=0 i1很小 i10 图：变压器空载运行 一次绕组接正弦交流电电压 二次绕组开路 i2=0 i1很小 i10 (空载电流) i10 产生磁通Φ 产生感应电动势

设主磁通为正弦交变磁通 则 主磁通在一次绕组中产生的感应电动势为 有效值为

主磁通在二次绕组中产生的感应电动势为 有效值为

若忽略漏磁效应，一次绕组 ，空载时 。 二次绕组开路， 故 （变比） 即 时， ，变压器起降压的作用 即 时， ，变压器起升压的作用 即 时， ，变压器用来隔离电源 结论：改变匝数比，可使变压器将某一电压值的交流 电转换成同频率的另一电压值的交流电

小常识 “6000V/400V”（K=15） 变压器的铭牌 表示一次绕组的额定电压 （即一次绕组应加的电源 电压） 二次绕组的额定电压 （指一次绕组加上额定电 压时二次绕组的空载电 压）

3. 电流变换作用 负载运行 变压器一次绕组加上额定 Z 电压，二次绕组接上负载 由电流 所建立的磁通势 由电流 所建立的磁通势 会在铁心中产生磁通 ，这个磁通 力图改变原来 铁心中的主磁通 ，根据 的关系 可以看出，当电源电压 和频率 不变时，主磁通 的最大值应基本保持不变。即铁心中主磁通的最大 值在变压器空载及有载时基本是不变的。

由于一次、二次绕组的磁通势作用在同一磁路上，变压器有载运行时铁心中的磁通，是由一次绕组磁通势 和二次绕组磁通势 共同作用下产生的合称磁通，它应与变压器空载时的磁通势 所产生的磁通相等。 即 （磁通势平衡方程式） 由于变压器铁芯材料的导磁率高、空载电流 很小，可忽略 。即： 有效值

结论： 变压器一次、二次绕组的 与 之比近似等于变压器 一次、二次绕组匝数比的倒数 注意： 变压器的一次绕组电流 是由二次绕组电流 的大小决定的。 只有在 较大（因而 ）时上式才能成 >> 立，空载时上式就不能成立

例6.2.1某变压器的电压为220V/36V，二次绕组有一盏 36V、100W的白炽灯。① 若变压器一次绕组的匝数是 825匝，求二次绕组的匝数是多少？② 二次侧白炽灯点 亮时，变压器一次、二次绕组中的电流各为多少？ 解 ① 二次绕组的匝数 为 ② 白炽灯点亮时，变压器二次绕组电流 一次绕组电流

3. 阻抗变换作用 为了使功率输出和负载的阻抗之间更好的匹配， 常采用变压器来获得所需要的等效阻抗，变压 器的这种作用称为阻抗变换。 + + _ + _ 图：变压器阻抗变换

等效，就是输入电路的电压、电流和功率不变。 因此直接接在电源上的阻抗 和直接接在变压 是等效的。 器二次侧的负载阻抗 由图知 因为 所以 负载阻抗 通过变压器变换后的等效阻抗 大小由变压器变比K决定。 即

例6.2.2一交流信号源的电动势 现有一个电阻RL为5Ω的负载，① 如果将RL直接与信号源连接，试求信号源电动势产生的功率和负载获得的功率。② 如果通过变压器实现阻抗匹配（即 )，试求信号源电动势产生的功率、负载获得的功率及变压器的匝数比。 _ + e R0 RL (a) 解: ① 图（a）为信号源直接连接 负载的电路，由电路可得 信号源电动势输出的功率为

信号源电动势输出功率的大部分没被负载吸收， 实际上是消耗在内阻R0上了。 负载获得的功率为 信号源电动势输出功率的大部分没被负载吸收， 实际上是消耗在内阻R0上了。 _ + e R0 RL (b) _ + e R0 (c) 图（b）、（c）为通过变压器实现阻抗匹配的电路

② 由图（b）、（c）可得 信号源电动势输出的功率为 负载获得的功率为 通过变压器实现阻抗匹配后，负载获得的功率约是原来负载获得功率的10倍。 变压器的变比为

6.2.3 变压器的外特性和额定值 1. 变压器的外特性 变压器一次绕组电压为额定电压时，输出电压和 输出电流的关系曲线称为变压器的外特性曲线。 U2 I2 图：变压器的外特性曲线 电压变化率 I2N U20 一般供电系统希望要硬特性(随I2的变化，U2变化不多) 电力变压器的 大约为

2. 变压器的损耗和效率 变压器的损耗包括两部分铁损耗和铜损耗 铁损耗 铜损耗 ：由交变磁通在铁心中产生的损耗包括磁 和涡流损耗，为不变损耗 ：由电流I1、I2流过一次、二次绕组的线圈 电阻所产生的损耗，为可变损耗。 变压器的效率 图：变压器的效率曲线

6.2.4 三相变压器和特殊变压器 1. 三相变压器 心式三相变压器 特点：三相磁路彼此有关联。 组式三相变压器 特点：三相磁路彼此无关联。

三相变压器的一次、二次绕组都可以接成星形或 三角形，联接方式可用联接组标号表示。 代表一次线电压与二次线电压之间的相位差相当于30°的倍数 表示一次绕组接成星形 表示二次绕组也接成星形 表示二次绕组也接成三角形 （变压器的变比）

U1 W1 V1 + - U1 W1 V1 + - u1 w1 v1 + - u1 w1 v1 + - u1 w1 v1 + - U1 W1 (a)(Y,y)联结 u1 w1 v1 + - U1 W1 V1 + - (b)(Y,d)联结

小知识 SJ1-50/10 额定容量为50kV·A 电压器铭牌 高压绕组额定电压为10kV 设计序号 三相 油浸自冷式 额定容量 表示变压器可能传递的最大功率 单位为kV·A或V·A

2. 自耦变压器 自耦变压器的结构特点是铁心上 只有一个绕组，即联结电源的一 次绕组。而二次绕组是从一次绕 组上直接抽头出来的 忽略绕组中的 B + - 图：自偶变压器原理图 自耦变压器的结构特点是铁心上 只有一个绕组，即联结电源的一 次绕组。而二次绕组是从一次绕 组上直接抽头出来的 忽略绕组中的 阻抗压降 忽略

自耦调压器 ：低压小容量自耦变压器，其二次绕组 抽头往往做成能沿线圈自由滑动的触点形式，以达 到平滑均匀地调节电压的目的。 1 2 3 4 5 110V 220V 输 入 出 图：自偶调压器外形及电路

使用自耦调压器时，应注意以下几点： ① 不要把输入、输出端搞错，即不能将电源接在输 出端的滑动触点侧，若错接可能把调压器烧坏。 ② 电源的输入端一般有三个接线头，它可用于220V 和110V的供电线路，若错接也会把变压器烧坏。 ③ 接通电源前，应将滑动触点旋至零位，然后接通 电源，逐渐转动手柄，将电压调至所需的数值。 ④ 电源中性线与电源相线接反会造成输出端输出电 压为零时也会带有相线上的220V电压，造成事故。

电压互感器是一个降压变压器，一次绕组匝数多， 二次绕组匝数少，将一次绕组并联在被测的高压 电路上，二次绕组和电压表相连接 3. 仪用互感器 ① 电压互感器 电压互感器是一个降压变压器，一次绕组匝数多， 二次绕组匝数少，将一次绕组并联在被测的高压 电路上，二次绕组和电压表相连接 图：电压互感器原理图 被测的高电压 电压表的读数 电压互感器的电压变换系数

电流互感器一次绕组的匝数很少（只有一匝或几匝）， 它串联在被测电路中，二次绕组匝数较多，二次侧 与电流表相连接 ② 电流互感器 电流互感器一次绕组的匝数很少（只有一匝或几匝）， 它串联在被测电路中，二次绕组匝数较多，二次侧 与电流表相连接 电流 表读数 图：电流互感器原理图 被测的 大电流 电流互感器的电流变换系数 ，且

4、多绕组变压器 变压器设计成包含多个二次绕组的多绕组变压器， 当一次绕组接上电源后，多个二次绕组就能输出 几组不同的电压。

6.2.5 变压器同名端的判断 同名端（瞬时同极性端）：当电流分别从两个绕组 的两个接线端流入时，产生的磁通在磁路中方向一 致，互为增强，则这两个对应接线端称为同名端， 用记号“＊”标记，反之称为异名端。 图：同名端的判别

线圈绕组可以串联或并联使用若要串联，则应把两个绕组的异名端联在一起。若要并联，则应把两个绕组对应的同名端联在一起接外电路。 （a）两绕组串联 （b）两绕组并联

各种变压器

6.3异步电动机及其运行特性 电动机是根据电磁感应原理，把电能转换成 机械能的电气设备。 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 直流电动机 三相电动机 单相电动机 电动机 他励、并励电动机 串励、复励电动机

6.3.1 三相异步电动机的基本结构 异步电动机在结构上分为静止部分和旋转部分。 静止部分称为定子，旋转部分称为转子，定子和转子 之间有一个很窄的空气隙。 图：三相异步电动机的结构

V’ V W’ U’ U W 定子 三相异步机的结构 转子

三相异步电动机的定子主要由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。 1、定子 三相异步电动机的定子主要由定子铁心、定子绕组和机座三部分组成。 ① 定子铁心 ：一般采用厚度为 表面涂有绝缘层并冲有一定槽形的硅钢片叠成 作用：电机主磁通磁路的一部分和放置定子三相绕组 定子铁心 定子 定子冲片

机座主要起固定和支撑定子铁心的作用，一般不作为工作磁路的组成部分 。 ② 定子绕组 由绝缘导线绕制而成，具有三相对称绕组 三相对称绕组：三个完全相同且在定子表面对称分布的绕组。 作用：是产生旋转磁场和吸收电功率 图：三相电动机定子绕组及连接方法 ③ 机座 机座主要起固定和支撑定子铁心的作用，一般不作为工作磁路的组成部分 。

2、转子 ① 转子铁心 作用与定子铁心相似 的硅钢片叠制而成 ：由 ② 转子绕组 ：产生感应电动势和电流，并与定子旋转 磁场作用产生转矩，输出机械功率。 转子绕组 笼型转子 绕线式转子 图：笼型转子

笼型转子 转子 轴承 转轴

铁心 绕线式转子 绕组 转轴

三相异步电动机的组成部分还包括端盖和风扇 等。端盖用来起保护作用和支撑转子轴。风扇用来 通风冷却。 3、其他部分 三相异步电动机的组成部分还包括端盖和风扇 等。端盖用来起保护作用和支撑转子轴。风扇用来 通风冷却。 出线端子 铭牌数据 定子铁心 定子绕组 机座 笼型三相异步电动机 定子绕组

6.3.2三相异步电动机的工作原理 1、旋转磁场 在静止的三相定子绕组中通入三相正弦交流 电流，它将在电动机中产生旋转磁场。 ① 一对磁极的旋转磁场 设有三组相同的绕组（每相一组，即U1U2、 V1V2、W1W2），彼此在空间相隔120°放置在定 子槽内，每相绕组用一匝线圈代替。电路如下图。 假定：当电流为正时，电流由首端流进（用符号 表示流进）、末端流出（用符号⊙表示流出）。

图：三相绕组的分布和接线图

三相绕组接成星形。把它的三个首端接到三相对称 电源上，绕组中便通过了三相对称电流 t1 t2 t3 t4 图：三相对称电流波形图 120° 240° 360°

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： 磁极对数 的概念： 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： U1 U2 W1 V1 W2 V2 U1 U2 W2 W1 V1 V2

如果每个绕组有两个线圈串联（三相绕组有12个有效边），那么三个绕组的始端之间相差60º空间角，则产生的旋转磁场具有两对极，即 磁极对数 的改变： 如果每个绕组有两个线圈串联（三相绕组有12个有效边），那么三个绕组的始端之间相差60º空间角，则产生的旋转磁场具有两对极，即 V1' W2' U1 W1 V1 U2 W2 V2 U1' U2' W1' V2'

电机磁场的磁极数常用磁极对数 来表示 分析几个瞬时三相交变电流流经三相绕组 时所产生的合成磁场 为“-”， 为“+” ， 为“-” 为“+”, ，

为“+” 为“-”, ， 为“+” 为“-”, ， 当正弦电流变化了一周（即360°）时，磁场在空间也正好旋转一圈。当三相电流不断地随时间变化时，所产生的合成磁场在空间也不断地旋转，这就形成了旋转磁场

② 两对磁极的旋转磁场 为“-”， 为“+” ， 为“-” 为“+”, ，

为“+” 为“-”, ， 为“+” 为“-”, ， 的情况相比，转速慢了一半。 与

③ 旋转磁场转速和旋转方向 旋转磁场的转速取决于磁场的磁极对数 p=1时 工频： Im U1 V1 W2 U2 W1 V2 U1 V1 W2 p=1时 工频： U1 V1 W2 U2 W1 V2 U1 V1 W2 U2 W1 V2 U1 V1 W2 U2 W1 V2

p=2时 Im

当频率f1一定时，旋转磁场的转速取决于磁场的极数，当旋转磁场具有P对极时，磁场的转速为 P =1 n1 =3000 转/分 旋转磁场转速n1与极对数 p 的关系： 旋转磁场转速n1与频率f和极对数p有关。 即: 当频率f1一定时，旋转磁场的转速取决于磁场的极数，当旋转磁场具有P对极时，磁场的转速为 P =1 n1 =3000 转/分 P =2 n1 =1500 转/分 P =3 n1 =1000 转/分 P =4 n1 = 750 转/分 P =4 n1 = 600 转/分

旋转磁场的旋转方向与三相电源接入定子绕组 的相序有关,取决于三相电流的相序 Im 合成磁场是顺时针方向 旋转的，其方向与电流 的相序 一致 任意调换两根电源进线 (电路如图)，则旋转磁场反转。 U1 U2 W1 W2 V1 V2 A U1 U2 W2 V1 W1 V2 A U1 U2 W2 V1 W1 V2

2、转动原理 原理 当定子绕组通入三相交流电流后，在空间产生旋转磁场。由于有旋转磁场，在转子导体中产生了感应电流，具有感应电流的转子导体又处在旋转磁场中，受到电磁力的作用，转子沿旋转磁场的转向旋转 电动机转速（额定转速）:n 电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致,但 n < n1， 所以称为异步电动机。

转差率 转子转速 与旋转磁场转速 相差的程度 对于异步电动机 且 故转差率在0到1范围内，即 对于常用的异步电动机额定转差率 很小， 约2% ~ 7%。

例6.3.1 有一台三相异步电动机，其额定转速 ，空载转差率为0.26%。求该电动机的磁极对数、同步转速、空载转速 及额定负载时的转差率。 解： 要求转差率，首先应知道同步转速 。最接近 于 的同步转速是 磁极对数 。 空载时的转速 额定转差率为

6.3.3 三相异步电动机的运行特性 1、转矩特性 电磁转矩：指电动机的转子受到电磁力的作用而 产生的转矩，它由旋转磁场的每极磁通 与转子 相互作用而产生 电流 异步电动机的电磁转矩为 是一常数，它与电动机的结构有关

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。绕线型异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。

1、转矩特性 在一定的电源电压 和转子电阻 下，电动机 曲线称为 的电磁转矩与转差率的关系 异步电动机的转矩特性。 S 1 T O 图：异步电动机的转矩特性

T 2、机械特性 把 曲线顺时针旋转90°并相应地转换 此曲线称为异步电动机的机械特性 坐标轴，可得电磁转矩与转速之间的关系 O 图：异步电动机的机械特性曲线

① 额定转矩 异步电动机在额定负载时轴上的输出转矩 称为额定转矩 O T 单位 千瓦（kW） 牛米（ ）

若T2 > Tm电动机会因带不动负载而停转（闷车） ② 最大转矩 异步电动机输出的最大转矩值称为最大转矩 O T Tm 为临界转差率 最大转矩 若T2 > Tm电动机会因带不动负载而停转（闷车）

o T T U1 不变， R2 U1 R2不变 ， 不变 点下移 点左移 Tm O Tst 图：降低电压的机械特性 （R2=常数） Tst 图：转子串电阻的机械特性 （U1=常数） U1 不变， R2 U1 ， R2不变 ， 不变 点下移 点左移

当 U1 一定时，Tm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

Tst体现了电动机带载起动的能力。只有 Tst > T2 电机才能起动，否则不能起动。 ③ 起动转矩 电动机在刚接通电源起动时，转速 这时的转矩称为起动转矩。 O T S 1 起动能力：起动转矩与额定 转矩的比值 Tst体现了电动机带载起动的能力。只有 Tst > T2 电机才能起动，否则不能起动。

例6.3.2 有一台三相笼型异步电动机，其额定功率为30kW，额定转速为1470r/min， 。求这台电动机的额定转矩、起动转矩和最大转矩各为多少？ 解：额定转矩 起动转矩 最大转矩

例6.3.3 有Y-280S-2及Y-280S-4 型异步电动机各一台，额定功率都是75kW，但前者的额定转速为2960r/min，后者为1480r/min，求这两台电动机的额定转矩。 解: Y-280S-2型电动机的额定转矩为 Y-280S-4型电动机的额定转矩为 结论：输出功率相同的电动机，转速低（极数多） 的转矩大；转速高（极数少）的转矩小。

6.4 三相异步电动机的使用 6.4.1 三相异步电动机的技术数据和选用 ① 型号 Y-132M-4 三相异步电动机 机座中心高 铁心长度代号 磁极数 磁极数决定同步转速的大小，由同步转速可以 估算出电动机的转速 ② 频率 ：指允许加在电动机定子绕组上的额定频率 ③ 电压 与接法： 定子绕组按铭牌上规定的接法连接 时应加的额定线电压。

④ 额定电流 ：指电动机轴上输出额定功率、电源 电压为额定电压时，定子绕组流过 的线电流。 ⑤ 功率因数 ：三相异步电动机空载时功率因数 很低，其值约为 ⑥ 额定功率 ：指电动机在额定运行时轴上输出的 机械功率，单位以千瓦（kW）计 ⑦ 额定转速 ：电动机在额定运行情况下的转子转速， 也称满载转速。 ⑧ 绝缘等级： 表明电动机绕组所允许的最高工作温度 ⑨ 工作方式： 指电动机的运行方式，包括连续工作 、 短时工作、断续工作

6.4.2 三相异步电动机的起动 异步电动机与电源接通后，转子从静止开始转动， 转速逐渐升高至稳定运行，这个过程称为起动。 1、起动特性 ① 起动电流 注意：起动电流是指电动机的线电流。 ② 起动转矩 注意：起动转矩过小，电动机就不能满载起动

2、起动方式 ① 直接起动 将定子绕组通过刀开关或接触器直接接入具有 额定电压的电源上。 优点：简单、方便、经济，而且起动过程快。一般 来说7.5kW以下的笼型电动机均可以采用直接起动 ② 降压起动 对于容量较大的笼型异步电动机，起动时采取降 低加在定子绕组上电压的方法来减少起动电流， 当起动过程结束后，再加全电压运行。 星－三角换接起动 自耦补偿起动 降压起动

适用于定子绕组正常工作时为三角形的笼型异步电动机 星－三角换接起动 适用于定子绕组正常工作时为三角形的笼型异步电动机 方法： 在起动时先把三相定子绕组接成星形，待转速接 近稳定转速时再改接成三角形而进入正常工作。 （a）起动 U1 V1 W1 （b）正常运行 U1 V1 W1

L1 L3 L2 FU S U1 V1 U2 V2 W1 W2 星－三角起动器接线简图 静触点 △ 动触点 Y

L1 L3 L2 FU S 星－三角起动器接线简图 起动 UP + Ul Y起动 U1 U2 W2 V2 W1 V1 V1 U1 W1 U2 ＿ Ul U2 V1 V2 W1 W2 Y起动

L1 L3 L2 FU S 星－三角起动器接线简图  正常运行 Ul +  工作 U1 V1 U2 V2 W1 W2 U2 U1 V1 ＿ U1 V1 V2 W1 W2  工作

设一相定子绕组的阻抗为Z 当定子绕组作三角形联结时 当定子绕组作星形联结时 星－三角起动 星－三角起动只适用于空载或轻载起动

图：笼型异步电动机星-三角起动器的原理电路 U 1 V W V2 2 起动 （ Y ） S 3 ~ W2 运行 （△

自耦补偿起动 作用：利用自耦变压器降低加到电动机定子绕组的电压，达到减小起动电流的目的。 原理：用一个特质的六刀双掷转换开关来控制 自耦变压器接入或脱离电源和电动机的联接。

转子绕组串电阻起动 适用于起动电流小、起动转矩大的场合（如起 重用电动机） 串入变阻器起动的作用 A、使转子电路电阻增加，限制转子绕组的起动电流， 从而也使定子电流减小。 B、适当选择起动变阻器的阻值，可使起动转矩增大

例6.4.1 一台Y225M－4型三相异步电动机其额定功率45kW，转速为1480r/min，额定电压为380V，效率为92.3% ， ， ，定子绕组是 形联结。求：① 额定电流 ；② 额定转矩 、起动转矩 、最大转矩 ； ③ 如果负载转矩为274.4Nm，问在 及 两种情况下，电动机能否起动？④ 采用星－三角换接起动时的起动电流和起动转矩；⑤ 当负载转矩为额定转矩的70%和50%时，电动机能否起动？ 解： ①

② ③ 在 时， ，大于负载转矩 ，所以能起动。 时， 小于 ，所以不能起动。 在

④ 起动电流 起动转矩 ⑤ 当负载为70%额定转矩时，即 因 ，小于 ，故不能起动。 能起动 当负载转矩为50%额定转矩时，

6.4.3 三相异步电动机的制动 电动机的制动运行可以使系统停车过程加快。此外对于起重机这样的设备，利用制动可以获得稳定的下降速度。 机械制动 电气制动 制动方法 能耗制动 反接制动 反转制动（倒拉制动） 发电反馈制动

- • n1=0 + T 1、能耗制动 将电动机定子绕组从三相交流电源上断开后，立即 接通直流电源，产生制动转矩。当n=0时，转子电动势 和电流均为0，电磁转矩也为0，制动过程结束。这种 方法是将转子的动能转变为电能，消耗在转子电阻上，所以称为能耗制动。 制动转矩的大小与 直流电流的大小有关 n F 转子 T  n1=0 M 3~ + - 运转 制动 • RP 直流电流的大小一般 为电动机额定电流的 0.5-1.0倍

• n1 T 2、反接制动 在制动时，将接到电源的三相定子引出导线中 的任意两根对调，使定子旋转磁场反向旋转。转子 感应电流产生的电磁转矩与转子转动方向相反，对 电机起制动作用 n F 转子 T  n1 M 3~ 运转 制动 •

~ ~ 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 反转 在反接制动时，由于旋转磁场是反向旋转，其同步 为负值，所以此时的转差率为 转速

3、反转制动（倒拉制动） 反转制动是旋转磁场方向不变，而转子反转。起重 机下放重物时电动机就处于这种情况。绕线式异步电动 机转子电路串入电阻后，转子电流下降，因此电磁转矩 下降，小于所吊重物产生的负载转矩，使转速下降到零， 但此时电磁转矩仍小于负载转矩，重物将迫使电动机转 子反向旋转，直到电磁转矩等于负载转矩，重物将以某 一速度匀速下降。

n1 n > n1 T 4、发电反馈制动（再生制动） F 转子 T  n1 n > n1

6.4.4 三相异步电动机的调速 为了保证产品质量和提高生产效率，绝大多数生 产机械（各种机床、轧钢机、造纸机、纺织机械等） 要求在不同的情况下有不同的工作速度，即要求它们 的速度能根据生产的需要而改变，这种改变速度的方 法称为调速。 注意： 调速是人为地改变电动机的电气参数，从而在 某一负载下得到不同的转速。 负载变化所引起的转速变化则是自然进行的，这时电气参数没有变化。

如何实现调速？ 调速方法： 1. 改变供电电源频率f1 变频调速。 2. 改变极对数 变级调速。 3. 改变转差率 变转差率调速。 可变 变频电源 可变 2. 改变极对数 变级调速。 3. 改变转差率 变转差率调速。

• • o s o s ´ s 1、 变转差率调速 对于绕线式异步电动机，只要在其转子电路中外串不同电阻就能得到不同的转速，实现调速的目的 T o T s o n n' • TL TL s ´ s •

降低电动机定子电压可减小其转速，这种调速方法 称为降低定子电压调速。 减小 n减小 O T Tst Tst Tm

· · · 2、变极调速 U1 U1’ U2 U2’ 跳跃性变化 特点： P=2 U1 U1’ U2 U2’ 适用场合： P=1 P变化，n0变化，n变化 · U1 U1’ U2 U2’ 采用变极调速方法的电动机称作双速电机。 · N S U1 U2 U1’ U2’ N S 调速时其转速呈 跳跃性变化 特点： P=2 U1 · U1’ U2 U2’ U1 U2 U1’ U2’ N S S N 只用在对调速性能要求不高的场合 适用场合： P=1

3、 变频调速 M 3 ~ 逆变电路 整流电路 控制电路 工频交流电 直流 频率、电压可调交流电