电动机运行特性

1.3 三相交流异步电动机的起动
异步电动机从接通电源，到进入稳定运行的过程，称 为起动。 异步电动机起动过程的特点： （1）起动电流大 （2）起动时间短 （3）起动转矩不高 为了使异步电动机能带动负载很快达到稳定运行，同 时又不影响接在同一电网上的其它设备，对起动的基本要 求是起动转矩足够大，起动电流又不要太大。 由上面的分析可以看出，要限制起动电流，可以采 取降压或增大电机参数的方法。为增大起动转矩，可适当 加大转子的电阻。所以大容量的异步电动机一般采用加装 起动装置起动。
4. 三相交流异步电动机的工作方式
三相交流异步电动机的工作方式也叫定额，是指三相 交流异步电动机承受负载情况的说明，即允许连续使用的 时间，分为连续、短时、周期断续工作方式三种。 连续工作方式是指电动机带额定负载运行时，运行时 间很长，电动机的温升可以达到的稳态温升的工作方式。 [电动机本身的温度与标准环境温度（40℃）的差值称为 温升] 短时工作方式是指电动机带额定负载运行时，运行时 间很短，使电动机的温升达不到稳态温升；停机时间很长， 使电动机的温升可以降到零的工作方式。 周期断续工作方式是指电动机带额定负载运行时，运 行时间很短，使电动机的温升达不到稳态温升；停止时间 也很短，使电动机的温升降不到零，工作周期小于10分钟 的工作方式。
1.2.3 三相交流异步电动机的工作特性
1.三相交流异步电动机的电磁转矩表达式 （1）电磁转矩T的物理表达式
T CT m I 2 cos2
（2）电磁转矩T的参数表达式
' r 2 2 3 pU1 s T ' r2 2 ' 2 2f1[(r ) ( x1 x2 ) ] 1 s
1.4.2 变频调速
随着晶闸管整流和变频技术的迅速发 展，异步电动机的变频调速应用日益广泛。 变频调速是目前公认的交流电动机最理想、 最有前途的调速方案，它主要用于拖动泵 类负载，如通风机、水泵等。而且，变频 调速有逐步取代直流调速的趋势。 变频调速根据电动机输出性能的不同 可分为： ①保持电动机过载能力不变。 ②保持电动机恒转矩输出。 ③保持电动机恒功率输出。
I st 1 电源总容量 ki 3 IN 4 电动机额定功率

电动机的起动电流倍数ki需符合式(1-2)中电网允许的 起动电流倍数，才允许直接起动，否则应采取降压起动。 一般10kW以下的电动机都可以直接起动。随电网容量的加 大，允许直接起动的电动机容量也变大。
1.3.2 笼型异步电动机的降压起动
1.2 三相交流异步电动机的运行原理
1.2.1 三相交流异步电动机的空载运行 三相交流异步电动机的三相定子绕组与三相对称电源 接通，轴上不带任何机械负载，转子空转时的运行状态， 称为空载运行。 三相交流异步电动机空载运行时，轴上没有任何机械 负载，电机所受阻转矩很小，其转子转速n接近同步转速 n1，即，转子与气隙磁场的相对运动转速Δ n就接近零， 即。这时三相交流异步电动机内只有定子绕组上的电流形 成气隙磁场，该电流称为空载励磁电流。 显然，对于结构固定的三相交流异步电动机，当电 源频率一定时，主磁通。若外加电压U1一定，主磁通大体 上也为一定值。由于三相交流异步电动机有气隙，空载电 流则较大，一般为额定电流的30%～50%，在小型三相交流 异步电动机中，甚至可以达到额定电流的60%。
1.4.1变极调速
在电源频率不变的条 件下，改变电动机的极对数， 电动机的同步转速n1就会发生 变化，从而改变电动机的转速。 若极对数减少一半，同步转速 就提高一倍，电动机转速也几 乎升高一倍。 通常用改变定子绕组的接 法来改变极对数，这种电机称 多速电动机。其转子均采用笼 型转子，因其感应的极对数能 自动与定子相适应。 变极调速主要用于各种机 床及其他设备上。它所需设备 简单、体积小、重量轻，接线 简单，调速级数少。
变频器
应用变频调速可以大大提高电动机转速的控制精度， 使电动机在最节能的转速下运行。 以风机水泵为例，其轴功率与转速的三次方成正比， 当所需风量减少，风机转速降低时，其功率按转速的三次 方下降。可见，精确调速的节电效果非常可观。与此类似， 许多电动机接变动负载时一般按最大需求来生产电动机的 容量，故设计裕量偏大，而在实际运行中，轻载运行的时 间所占比例却非常高。如采用变频调速，可大大提高轻载 运行时的工作效率。 变频器是一种将固定频率的交流电变换成频率、电压 连续可调的交流电供给负载的电源装置，变频器的基本结 构主要由主电路和控制电路组成，如图1-16所示。变频器 主要用于交流电动机(异步电动机或同步电动机)转速的调 节。变频器还有显著的节能作用，是企业技术改造和产品 更新换代的理想调速装置。自20世纪80年代被引进中国以 来，变频器作为节能应用与速度工艺控制中越来越重要的 自动化设备，得到了快速发展和广泛的应用。
1.2.2 三相交流异步电动机的负载运行
负载运行时，由于转子转速n＜n1，则转子三相对称 绕组将切割气隙旋转磁场而感应三相对称电动势，在转子 上产生三相对称电流，进而在转子上产生单方向的旋转磁 动势。 若定子磁场为顺时针方向，由于n＜n1，转子三相电 动势的相序则取决于气隙旋转磁场依次切割转子绕组的顺 序，即取决于转子与气隙磁场的相对运动转速的方向。即 在异步电动机中转子磁动势的旋转方向与定子磁动势的旋 转方向始终相同。
1.3.1 直接起动
给电动机定子绕组加上额定电压使之起动的方法称为 直接起动，或称全压起动。 直接起动是最简单的起动方法。起动时用刀开关、电 磁起动器或接触器将电动机定子绕组直接接到电源上，其 接线图如图1-6所示。直接起动时，起动电流很大，一般选 取熔体的额定电流为电机额定电流的2.5～3.5倍。 对于一般小型笼型异步电动机如果电源容量足够大时， 应尽量采用直接起动方法。对于某一电网，多大容量的电 动机才允许直接起动，可按下列经验公式来确定
人为地在同一负载下使电动机转速从某一数 值改变为另一数值，以满足生产过程的需要，这 一过程称为调速。 近年来，随着电力电子技术的发展，异步电 动机的调速性能大有改善，交流调速应用日益广 泛，在许多领域有取代直流调速系统的趋势。 从异步电动机的转速关系式可以看出，异步 电动机调速可分以下三大类： (1)改变定子绕组的磁极对数p——变极调速。 (2)改变供电电网的频率fl——变频调速。 (3)改变电动机的转差率s——转差调速。方 法有改变电压调速、绕线式电机转子串电阻调速 和串级调速。
（3）电磁转矩的实用表达式
T Tmax 2 sm s s sm
2.三相交流异步电动机的机械特性
机械特性是指在一定条件下，电动机的转速 与转矩之间的关系。
机械特性
降低电源电压的人为机械特性曲线
转子回路串电阻的人为机械特性
3.三相交流异步电动机的工作特性曲线
三相交流异步 电动机的工作特性是 指定子的电压及频率 为额定值时，电动机 的转速、定子电流、 功率因数、电磁转矩、 效率等与输出功率的 关系曲线。
1.1.3
三相交流异步电动机的主要系列
1．Y系列 Y系列是一般用途的小型笼型电动机系列，Y系列取代 了原先的JO2系列，原来的老系列JO系列和J02系列已被淘 汰。Y系列的额定电压为380V，额定频率为50Hz，功率范 围为（0.55～90）KW，同步转速为（750～3000）r/min， 外壳防护型式为IP44和IP23两种，B级绝缘。Y系列的技术 条件已符合国际电工委员会（IEC）的有关标准。 2．JDO2系列 该系列是小型三相多速异步电动机系列。它主要用于 各式机床以及起重传动设备等需要多种速度的传动装置。 3．JR系列 该系列是中型防护式三相绕线式转子异步电动机系列， 容量为（45～410）KW。 4．YR系列 是一种大型三相绕线转子异步电动机系列，容量为 （250～2500）KW，主要用于冶金工业和矿山中。
5. 三相交流异步电动机的接法
三相交流异步 电动机定子绕组的连 接方法有星形（Y） 和三角形（Δ ）两种。 定子绕组的连接 只能按规定方法连接， 不能任意改变接法， 否则会损坏三相电动 机。
6. 三相交流异步电动机的防护等级
三相交流异步电动机的防护等级表示三相交 流异步电动机外壳防止异物和水进入电机内部的 等级。 其中，IP是防护等级标志符号，其后面的两 位数字分别表示电机防固体和防水能力。数字越 大，防护能力越强，如IP44中第一位数字“4”表 示电机能防止直径或厚度大于1毫米的固体进入电 机内壳。第二位数字“4”表示能承受任何方向的 溅水。
降压起动是指电动机在起 动时降低加在定子绕组上的电 压，起动结束时加额定电压运 行的起动方式。 降压起动虽然能降低电动 机起动电流，但由于电动机的 转矩与电压的平方成正比，因 此降压起动时电动机的转矩减 小较多，故此法一般适用于电 动机空载或轻载起动。 降压起动的方法有以下几 种： 1.定子串接电抗器或电 阻的降压起动 2.Y-Δ 降压起动 3.自耦变压器（起动补 偿器）起动 4.延边三角形起动
1.3.3三相绕线式异步电动机的起动
适当增加转子 电路的电阻不仅可 以降低起动电流， 还可以提高起动转 矩。绕线转子异步 电动机正是利用这 一特性，起动时在 转子回路中串入电 阻器或频敏变阻器 来改善起动性能。 1.转子串接 电阻器起动 2.转子串频 敏变阻器起动
1.4 三相交流异步电动机的调速
电气控制与PLC应用
1.电动机的运行特性
第1章 三相交流异步电动机的运行特性
三相交流异步电动机是目前生产、生活中应用最广 泛的一种电机。据统计，在供电系统的动力负载中，约有 85%的负载是由异步电动机驱动。 与其他电动机相比较, 三相交流异步电动机具有结构 简单、制造方便、坚固耐用、运行可靠、价格低廉、检修 维护方便等一系列优点；还具有较高的运行效率和令人满 意的工作特性，能满足各行各业大多数生产机械的传动要 求。 以交流电动机为原动机的电力拖动系统为交流电力拖 动系统。三相交流异步电动机由于结构简单，价格便宜， 且性能良好，运行可靠，故广泛应用在各种拖动系统中。
三相
铭牌注明电动机型号及主要技术数据（额定值），这 些数据是正确选择、安装、使用和维修三相交流异步电动 机的重要依据。 1.三相交流异步电动机的额定值 （1）额定功率 在满载运行时三相交流异步电动机 轴上所输出的机械功率，以千瓦（KW）或瓦（W）为单位。 （2）额定电压 电动机额定运行时定子绕组上所加 的线电压。单位 V或KV。 （3）额定电流 三相交流异步电动机在额定电源电 压下，输出额定功率时，流入定子绕组的线电流，以安 （A）为单位。 （4）额定转速 三相交流异步电动机额定运行状态 时电动机每分钟的转速，单位为r/min或转/分。 （5）额定功率因数 电动机在额定状态运行时，定 子侧的功率因数。 （6）额定频率 三相交流异步电动机额定运行时所 接的交流电源每秒种内周期变化的次数。我国规定标准电 源频率为50Hz。
1.1 三相交流异步电动机的基本特性
1.1.1 三相交流异步电动机的运行原理 如同所有的旋转电机，三相交流异步电动机在结构上 分成固定不动的定子和旋转的转子两大部件，两者之间还 存在气隙。三相交流异步电动机的定子上嵌有三相对称绕 组，而转子绕组则是一个自成回路的三相或多相绕组。 当绕组与三相对称电源接通后，三相对称电流所形成 的合成磁场将是一个单方向的旋转磁场。 由于转子导条与定子旋转磁场之间存在相对切割速度 时，转子导体就会切割磁力线而感应电动势。因为转子绕 组自成封闭回路，所以转子导条中会有电流出现，该载流 导体在定子磁场中将受到电磁力的作用,形成与定子磁场 旋转方向相同的电磁转矩，电磁转矩推动转子旋转，从而 将输入的电功率转变为机械能输出，这就是异步电动机的 基本工作原理。
三相异步电动机的铭牌
2.电动机的型号和绝缘等级
异步电动机的型号是由汉语拼音的大写字母与阿拉 伯数字组成，其中汉语拼音字母是根据电机全名称选择有 代表意义的汉字，用该汉字的第一字母组成。
三相交流异步电动机的绝缘等级 三相交流异步电动机的绝缘等级是指三相交流异步电 动机所采用的绝缘材料的耐热能力，它表明三相交流异步 电动机允许的最高工作温度。 三相交流异步电动机的绝缘等级和最高允许温度见表 1-1。