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第8章 电动机 8.1 学习要求 （1）掌握三相异步电动机的转动原理和使用方法。 （2）理解三相异步电动机的运行特性和控制原理。 （3）了解三相异步电动机的机械特性。 （4）了解单相异步电动机的转动原理。 （5）了解直流电动机的转动原理。 8.2 学习指导 本章重点： （1）三相异步电动机的转动原理和使用方法。 （2）三相异步电动机的运行特性和控制原理。 （3）三相异步电动机的铭牌数据及其相关计算。 本章难点： （1）三相异步电动机的转动原理。 （2）三相异步电动机定子及转子的电压、电流关系分析。 （3）三相异步电动机的机械特性。 （4）单相异步电动机的磁场分析。 本章考点： （1）三相异步电动机旋转磁场的产生。 （2）三相异步电动机转差率s与转子电流频率f2的关系。 （3）三相异步电动机定子及转子中的电压、电流的计算。 （4）三相异步电动机Y-Δ降压起动的分析计算。 （5）三相异步电动机自耦降压起动的分析计算。 （6）根据三相异步电动机的技术数据计算Ist、TN、Tst、Tmax。 8.2.1 三相异步电动机的结构及转动原理 三相异步电动机由定子和转子两部分组成。定子和转子均有铁心和绕组，转子绕组是短路绕组，定子对称三相绕组以Y形或Δ形接法接在三相电源上。转子按结构形式的不同分为鼠笼式和绕线式两种。 三相异步电动机的转动原理是：在三相定子绕组中通入三相交流电流产生旋转磁场，旋转磁场与转子产生相对运动，在转子绕组中感应出电流，转子感应电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩，驱动电动机旋转。转子的转动方向与旋转磁场的方向即三相电流的相序一致，这是三相异步电动机改变转向的原理。旋转磁场的转速即同步转速为： 式中f1为三相电源的频率，p为旋转磁场的磁极对数。 三相异步电动机旋转的必要条件是转差率的存在，即转子转速与旋转磁场转速存在差异。转差率是三相异步电动机的一个重要参数，定义为： 由以上两式可得转子的转速为： 8.2.2 三相异步电动机的电磁转矩和机械特性 1．三相异步电动机中的电压、电流关系 （1）定子电路。定子三相绕组对称，可取其一相来研究，与变压器类似，有： （2）转子电路。转子绕组短路，，故： 式中N2为转子每相绕组的匝数，f2为转子电动势或转子电流的频率。为： 因此，转子每相的电流和功率因数分别为： 2．三相异步电动机的电磁转矩和机械特性 三相异步电动机的电磁转矩T为： 或： 电源电压U1和转子电阻R2为定值时，或的关系曲线称为电动机的机械特性。三相异步电动机的机械特性曲线如图8.1所示。 （a）T=f(s)曲线 （b）n=f(T)曲线 图8.1 三相异步电动机的机械特性曲线 机械特性曲线是分析三相异步电动机运行性能的依据。三相异步电动机具有较硬的机械特性，在负载变化时，转速变化不大。由于T正比于，故三相异步电动机电磁转矩对电源电压的波动十分敏感。 为了正确使用电动机，应该注意机械特性曲线上3个重要转矩。 （1）额定转矩TN。是电动机额定负载时的转矩。当功率的单位常用kW，转速的单位常用r/min时，三相异步电动机的额定转矩为： 式中PN为电动机铭牌上的功率（即输出的机械功率），nN为铭牌上的额定转速。 （2）最大转矩Tmax。是电动机能够产生的最大电磁转矩，由求得，为： 一般情况下，。 （3）起动转矩Tst。是电动机刚起动（，）时的转矩，为： 一般情况下，。 最大转矩决定了电动机的过载能力，起动转矩反映了电动机的起动性能。 8.2.3 三相异步电动机的运行与控制 （1）起动。三相异步电动机直接起动时，起动电流大，起动转矩小。对稍大容量的鼠笼式电动机常采用降压起动来限制起动电流，降压起动有Y-Δ换接起动和自藕降压起动两种方式。Y-Δ换接起动时电动机的起动电流和起动转矩都降低到直接起动时的，自耦降压起动时电动机的起动电流和起动转矩都降低到直接起动时的。对绕线式电动机，采用在转子回路串联电阻起动的方法起动，既能降低起动电流，又可增大起动转矩。 （2）调速。根据转子转速公式，三相异步电动机的调速有变极调速、变频调速和变转差率调速3种方式。变极调速为有级调速，是通过改变磁极对数来改变电动机的转速；变频调速为无级调速，是通过改变电源频率来改变电动机的转速；变转差率调速只适用于绕线式电动机，即在转子绕组回路中串联可变电阻调速。 （3）制动。三相异步电动机的制动有能耗制动、反接制动和发电反馈制动3种。能耗制动是在切断交流电源的同时把直流电通入三相绕组中的两相，形成恒定磁场而产生制动转矩。反接制动是改变电流相序，形成反向旋转磁场而产生制动转矩。发电反馈制动是电动机转速大于同步转速时使电动机变为发电运