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第八章 异步电动机的基本结构和基本原理 （一）本章重点 异步电动机的结构、铭牌数据的计算。 （二）自学指导 1. 三相异步电动机的分类和基本结构。 2. 三相异步电动机的额定值。在异步电动机的各项额定值中，需要特别注意的是以下两点： （1）额定功率。是指在额定条件下运行时，电动机由轴端输出的机械功率，单位为kW。定子三相绕组从电网吸取的电功率必须乘以效率之后才等于转子输出的机械功率，即 。 （2）定子绕组接法和电源电压的正确配合。因为每相绕组应该承受的正常工作电压在设计制造时已经确定了，所以在使用时就要根据所提供的电源电压来确定三相绕组的接法。例如当电源线电压为380V时，三相绕组应接成星形；当线电压为220V时，使应接成三角形。实际上在这两种情况下，每相绕组都是承受220V电压。 3. 异步电机的三种运行状态 由转差率s的正、负相它的数值所在的区间可以判断异步电机的三种运行状态： （1）电动机运行状态所对应的转差率区间为：（)。特点是n与同方向，且，电磁转矩是驱动性质的，将电能变为机械能。 （2）发电机运行状态所对应的转差率区间为：（)。特点是n与同方向且，电磁转矩是制动性质的，将机械能变为电能。 （3）电磁制动运行状态所对应的转差率区间为：（）。特点是n与反方向；转子导体以高于同步速的速度切割旋转磁场，电磁转矩是制动的，定子从电网吸收的电能和转子的机械能都变成电机内部的损耗而转换为热能(电源反接制动就是一个例子)。 第九章 三相异步电动机的运行原理 （一）本章重点 1．三相异步电动机空载和负载运行时的基本电磁关系，掌握基本方程式、等效电路和相量图的三种分析方法，并注意与变压器的对比，着重分析转子转动后的情况，转子绕组的折算和频率的折算。 2．掌握异步电动机的功率的计算和流程图，电磁转矩与电磁功率和机械功率之间的关系，电磁转矩的物理表达式。 （二）本章难点 三相异步电动机的频率折算。 （三）本章考点 三相异步电动机的功率计算和异步电动机运行时有关的概念。 （四）自学指导 1. 异步电动机的磁路和磁通的分析，可应用变压器中的一些概念，但要注意异步电机与变压器的区别，如在磁路的组成上、漏磁通的种类以及主磁通的性质(变压器的主磁通是脉动磁通，异步电动机是旋转磁通)。 2. 异步电动机是在学习过的变压器的基础上开始的，因此分析异步电动机的电磁关系要注意与变压器的对比。例如，正常运行的异步电动机转子总是旋转的，但是为了更好地与变压器相比教，先从转子不转时进行分析然后再研究转子旋转时的情况，这样的分析方法由简到繁、循序渐进，有利于温故知新。 3. 转子静止不动，并且转子绕组开路其电磁关系和变压器空载的相同，定子绕组相当于变压器原边，转子绕组相当于变压器副边，但异步电机的绕组多数是短距、分布的，因此定、转子绕组不仅匝数不等，而且绕组系数也不同，所以定、转子电势之间存在有电压变比和电流比。 4. 当异步电动机的转子绕组短路并把转子堵住不动，其电磁关系相当于变压器短路运行状态。由于定、转子的相数、绕组匝数和绕组系数的不同，为了用同一个等效电路来表达它们的关系，就要进行绕组折算，折算的条件是磁势不变和功率不变。 5. 转子转动后的情况应是本章分析的重点，首先注意分析转子电流产生的磁势的性质，它为什么可以与定子磁势进行叠加，如何建立异步电动机的磁势平衡关系．由于转子电势、电流的频率与定子电势、电流的频率不相等，要画出异步电动机运行时的等效电路，就必须进行频率折算，也就是用一个静止的转子去代替转动的转子，而它们的内部电磁关系不变。 6. 异步电动机的基本方程式、等效电路和相量图是分析电磁关系的三种基本方法，任各种不同情况下，它们的表达形式有一定的差异，因此代表着不同的物理意义，特别注意转子转动后的情况，对“T”形、“”形和简化等值电路都必须注意它们的筒化过程和条件． 7. 电磁转矩是载流导体在磁场中受力的作用而产生的，在电磁转矩的作用下，电动机转子才能拖动生产机械旋转，向负载输出机械功率，因此电磁转矩是电机进行机电能量转换的关键，所以异步电动机的功率和转矩的分析也是本章的重点内容之一。利用等效电路来导出各个功率和损耗之间的关系，既简单明了，也易于记忆。 8. 对绕线式异步电动机，转子绕组的极数必须和定子绕组的一样才能使定、转子基波磁势相对静止而实现机电能量转换。对鼠笼式异步电动机，则无论导条数目多少，鼠笼转子的极数总是自动地等于定子绕组的就极数，他的相数等于每对极下的导条数，因此必须进行转子的相数折算。 9. 当电动机的负载变化时电动机的转速(或转差率)、效率、功率因数、输出转矩、定予电流随输出功率而变化的曲线称为异步电动机的工作特性。了解异步电动机的工作特性对正确设计电力拖动系统；选择拖动电机都是很重要的．要分析主要工作特性并掌据求取这些特性的方法。 10. 异步电动机的参数包括励磁参数和短路参数，与变压器的参数类似，可通过空载试验和短路试验测出。 第十章 三相异步电动机的电力拖动 （一）本章重点 1. 三相异步电动机的机械特性表达式。 2. 三相异步电动机的调速方法：（1）改变电动机定子绕组的极对数p，以改变定子旋转磁场的转速，也就是变极调速；（2）改变电动机所接电源的频率，以改变同步转速，这就是变频调速；（3）改变电动机的转差率s。 3. 三相异步电动机稳态运行的计算：稳态运行的计算包括电动运行（调速）、回馈制动运行、倒拉反接制动运行的计算。计算的主要内容是在负载已知的前提下，给定电机参数求转速，或者给定转速求参数，这里所讨论的各种运行状态的稳态计算主要是针对绕线式异步电动机转子回路串入不同电阻时的情况。 （二）本章难点 机械特性表达式和稳态运行的计算。 （三）本章考点 1.三相异步电动机的调速和三相异步电动机稳态运行的计算。 2.三相异步电动机拖动的有关概念。 （四）自学指导 1. 在电力拖动中，能直接地说明异步电动机电磁转矩和转速之间的关系，就是异步电动机的机械特性。 （1）机械特性（即是电磁转矩）表达式有三种形式：物理表达式、参数表达式、实用表达式。 （2）机械特性曲线中，最大转矩和起动力矩对电动机的运行具有重要意义。在机械特性的稳定区，随着负载力矩的增大，电动机的转速将会下降。 （3）机械特性分固有特性和人为特性。 2. 三相异步电动机的起动 （1）异步电动机的起动性能：评价电动机的起动性能，重要的指标是起动电流和起动转矩的大小。对这两项指标的要求是：起动转矩足够大、起动电流不要太大。但异步电动机起动时存在的主要问题恰恰是起动电流太大，约为额定电流的5—7倍。 （2）降低起动电流的方法有：降低加在电动机定子绕组上的电压；在转子回路中串入电阻，这种方法只能用于绕线式异步电动机。 （3）鼠笼式异步电动机的起动方法可分为直接起动和降压起动两种。 ①直接起动 又称为全电压起动。其方法是用闸刀开关或接触器将电动机的定子绕组接别相应额定电压的电网上进行起动，这种起动方法操作简便、起动时间短、所需设备简易又经济，应尽可能优先考虑采用。缺点是起动电流大。 ②降压起动 当供电变压器容量不够大而不能采用直接起动法时，可采用降压起动的方法。但是随着起动电压的降低，电动机的起动转矩将按电压折扣的平方下降。因此降压起动的方法只适用于对起动转矩要求不高(例如空载起动)的场所。 （a）在定子电路中串入电阻（电抗器）起动 这种起动的原理是：起动时将电阻（电抗器）串入定子绕组。由于这时电阻（电抗器）上有—定的电压降，便使加在电动机定子绕组的电压降低了，因此减小了起动电流。待转速基本稳定时，冉将电阻（电抗器）除去，使电动机在额定电压下运行。利用这种力法起动时，如果电压降低了k倍，那么起动电流将是全电压起动电流的倍，而起动转矩将是全电压起动转矩的倍，因此这种起动方法只能用于起动转矩大小无关重要的场所。 （b）用自耦变压器降压起动 起动时，利用自耦变压器将电网电压降低之后再接到电动机的定子绕组上。待转速基本稳定时，再将电动机直接接到电网上。这种起动装置的优点是，从电网吸取的电流比用串入电阻（电抗器）时的小，所能获得的转矩却大得多。因此用得比较普遍。缺点是投资较大。 （c）星—一三角降压起动 这种方法只适用于正常运行时定子绕组为三角形接法的异步电动机，起动时定子三相绕组被接成星形，各相绕组所承受的相电压等于线电压的。待转速基本稳定时，再将三相绕组接成三角形，各相绕组承受的电压是线电压。 （4）绕线式异步电动机的起动性能较好，是因为转子回路能串入电阻。适当地增加转子回路中的电阻，既可降低起动电流，又可提高功率因数和增大起动转距。可串入转子回路作为起动电阻用的设备通常有两类：起动变阻器和频敏变阻器。 3. 调速 异步电动机的调速方法很多．主要的有三种：变极调速、变频调速和改变转子电阻调速。 （1）变极调速 异步电动机的转速决定干同步转速，在电源频率不变的情况下，改变定子绕组的极对数p，同步转速就会攻变。如果极对数增加一倍，同步转速就下降—半，电动机的转速相应地也大约下降一半。显然，用这种方法来调速，只能做到一级一级跳跃式地改变转速，不是平滑调速。 （2）变频调速 当电源的频率改变时，同步转速与频率成正比变化，电动机的转速n也随之而变。所以，改变电源频率可以平滑的调节异步电动机的转速。但必须有一套专用的变频电源，设备投资较大，使它的应用受到很大限制。近几年来，随着晶闸管可控硅技术的进步和发展，异步电动机的交流变频调速发展得很快，正在日益进入实际应用。 （3）改变转子电阻调速 改变转差率调速常采用改变转子电阻的方法来实现，显然这种调速方法只适用于绕线式异步电动机。 4. 制动 异步电动机在拖动生产机械时，在很多场合都要求电动机能够实行制动。所谓制动就是指电动机产生的电磁转矩与转子的实际旋转方向相反。异步电动机常用的四种制动方法，也就是制动状态的四种形式如下： （1）发电机制动 例如当异步电动机进行变极调速，定于绕组由少极数变为多极数时，因同步转速突然下降很多，使转子转速变为高于同步转速，感应电动势反向，电流和电磁转矩也反向了，电机处于发电状态，转子受制动作用而减速至低一级的转速运行。 （2）电源反接制动 又叫做“正转反接”制动。将正在电动机状态下运行的异步电动机的定子三根供电线任意对调两根，使定子电流的相序改变，它所产生的旋转磁场立即反转，变为与转子转向相反，于是电机立即进入相当于时的电磁制动运行状态，对转子产生较强的制动作用。当转速降至零时，必须立即切断定子电源，否则电机将向相反方向旋转。 （3）倒拉反接制动 又叫做“正接反转”制动。当电机带位能性负载并以电动机状态提升重物时，若在转子串入足够大的电阻，则电动机将开始下放重物，即电机转向改变，与电磁转矩方向相反。 （4）能耗制动(从略)。 5