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一、异步电机

异步电机是一种常见的交流电动机类型，也被称为感应电动机。

异步电机的工作原理是基于电磁感应。当电机的定子上通以交流电时，会在转子中感应出电流，从而产生旋转力距。这种感应电动机的名称源于定子电流和转子电流之间的异步性，即转子速度不等于同步速度。

二、变频驱动

异步电机节能的一个主要手段就是使用变频器驱动，通过调节电机的转速来适应不同的工况，达到节约能源的目的。

变频器的输出电压和电流中含有高次谐波，高次谐波不仅会引起负载损耗增加，破坏负载绝缘，而且会产生影响通讯的电磁干扰。

• 分布电容。分布电容是指电路元件之间或电路板上各个部分之间存在的电容。在实际电路上，由于导体 之间的几何形状和位置关系，会形成一定的电容。这种电容称为分布电容。分布电容通常是不可避免的，并且在高频电路设计中需要考虑。
• 寄生电容。寄生电容是指在设计电路时并不是有意引入的电容，但却存在于电路元件或电路布局中的电容。这种电容可能会对电路的性能产生负面影响，因为它可能导制会导致信号串优、干扰等问题。寄生电容的存在通常是由于电路元件之间的物理距离、布局、线路长度等因素引起的。

由于电源线路存在分布电容以及电机内部存在寄生电容，因此对应于功率开关器件的导通瞬间，将会产生正比于$C\dfrac{dv}{dt}$的脉冲电流序列，脉冲电流序列将导致变频器工况恶化，影响负载的运行性能，引起漏电流保护动作。

三、电机动的旋转方向

三相交流电按U-V-W（也称为A-B-C）相序变化，则产生的旋转磁场在空间上以顺时针方向旋转。若我们任意对调两相绕组的电流相序，如：U-V-W，则产生的旋转磁场以逆时针方向旋转。

四、电机的转差率

1、电动机同步转速

即为电动机的旋转磁场转速$n_s$，电机抽同步转速是一个定值，它与电动机的极对数P有关。

$$n_s=\dfrac{60\times f_1}{P}$$

其中$f_1$为电源频率，P为极对数。

2、额定转差率

同步转速与转子实际转速n之差称为转速差，转速差与同步转速的百分比称为转差率，用符号S表示

$$S=\cfrac{n_s-n}{n}\times 100%$$

通常电机空载（空转）时，$s\le 0.5%$，额定负载时$s\le 5%$，大型电机s在0.5%~1%。

五、额定功率

$$P_N=P_{1N}\eta_{N}=\sqrt{3}U_N I_N \cos\phi_N \eta_n$$

其中，$P_{N}$称为电机额定运行时输出的机械功率，$P_{1N}$是电机额定运行时定子侧输入的电功率。

$U_N$是额定电压，即电机额定运行时定子绕组上的线电压。

$I_N$是额定电流，即电机额定运行时，定子绕组上的线电流。

$\cos\phi_N$，是额定功率因数。一般介于0.2~0.9之间，空载时（正序电流小于额定电流30%），通常小于0.2，半载时（正序电流大于额定电流50%），大约介于0.7~0.9

$\eta_n$，是额定效率。

电机效率的计算公式是：

$\eta = \dfrac{P_{out}}{P_{in}}\times 100%$

其中：

• $\eta $是效率（以百分比表示）
• $P_{out}$是电机的输出功率（机械功率），单位通常是W或kW
• $P_{in}$是电机的输入功率（电功率），单是W或kW

$P_{in}=V\times I\times PF\times \sqrt{3}$

对于三相交流电动机，其中：

• V是相电压
• I是电流
• PF是功率因数
• $\sqrt{3}$是三相系统的转换因子

输出功率可以通过测量电机轴上的扭矩和转速来计算：

$P_{out}=\dfrac{T\times \omega}{9.5488}$

其中：

• T是扭矩，单位是牛顿米（Nm）
• $\omega$是角速度，单位为每分钟转数（rpm）
• 常数9.5488用于将扭矩和转速的单位转换为功率的单位

1、一台三相四极异步电动机，P＝28KW，Ue＝380V，n＝90％，COSΨ＝0.88，定子为△形接法。在额定电压下，全压直接启动时启动电流为多少？试用Y-△启动时，问：启动电流多大？

电动机的额定电流Ie
Ie＝Pe/UeCOSΨ＝28000/【×380×0.88×0.9】＝53.7A
电动机直接启动的启动电流I直接＝6Ie＝6×53.7＝322.2A
电动机Y－△启动的启动电流IY－△＝1/3×I直接＝1/3×322.2＝107.4A

六、三相异步电动机的转矩

理论上，三相异步电动机的转矩 $T$（牛顿·米，Nm）可以通过以下公式计算：

$$T=\dfrac{P_{out}}{\omega}$$

其中：

• T是转矩
• $P_{out}$是输出功率（瓦特，W）
• $\omega$是角速度 （弧度每秒）

角速度$\omega$与电机的转速n（rpm）之间的关系为

$$\omega=\dfrac{2\pi n}{60}$$

所以有：

$$T=\dfrac{\sqrt{3}U_N I_N \cos\phi_N \eta_n \times 60}{2\pi n}$$

因为I=U/R，所以转矩与电压的平方成正比。

1、为什么绕线式电动机转子串入适当电阻后能改善启动性能？

在绕线型异步电动机转子回路内接入适当的电阻，一方面使转子回路的电阻增加，从而使转子和定子的起动电流减少，起动转矩相应减小。另一方面由于转子回路电阻增加后，转子回路的功率因数增加使起动力矩相应增大。适当选择起动电阻数值，可使转子电路功率因数的增加大于转子电流的减少，而使起动转矩增大了。因此，在绕线型异步电动机的转子回路串入适当电阻，便能改善电动机的起动特性。

2、三相异步电机在启动瞬间，启动电流很大，启动转矩为什么不很大？

在启动瞬间，定子电流和磁场的建立需要一定的时间。这个过程称为电机的励磁过程。在这个过程中，磁场的建立速度较慢，导致启动时转矩不大。

七、三相异步电动机的磁通量

三相异步电动机的磁通量与电动机的设计和运行条件有关，通常不会直接计算磁通量，而是通过设计参数来确定。但是，如果需要估算磁通量，可以使用基于电动机基本原理的简化方法。

在三相异步电动机中，磁通量是由定子绕组产生的，它与电动机的输入电压、频率、绕组的电感以及电动机的构造有关。磁通量的大小可以从电动机的等效电路模型中得到一些信息。在理想情况下，忽略定子电阻和漏感的影响，磁通量$\Phi$ 可以使用以下公式估算

$$\Phi=\dfrac{V}{4.44\times f \times N \times K_{\omega}}$$

其中：

• V是每相电压（伏特），通常是定子绕组的相电压
• f是供电频率（Hz）
• N是每相绕组中的匝数
• $K_{\omega}$是绕组系数，它考虑了绕组的分布和跨步。

这个公式是基于变压器的原理，其中 $4.44$ 是正弦波电压和频率之间转换的系数。实际上，电动机的磁通量会受到电动机设计、负载条件、电源电压和频率波动等多种因素的影响。

1、气隙增大引起空载电流增大

• 磁路磁阻减小：

  • 当气隙增大时，磁路中的有效磁路长度会增加，从而导致磁路的总磁阻减小。这会使得磁路中的磁通量增加，因为根据磁路的特性，磁通量与磁阻成反比关系。

• 磁通量增加：

  • 随着磁路的磁阻减小，磁通量会增加。这会导致电机的感应电动势增大，从而引起空载电流的增加。

• 磁阻减小导致磁通量增加：

  • 由于磁路磁阻减小，电机在空载状态下需要产生更多的磁通量来维持相同的感应电动势，因此空载电流会相应增大。

八、三相异步电动机的感应电动势

可以通过以下公式估算：

$$E=4.44\times f \times \Phi \times N \times K_{\omega}$$

其中：

• E是每相的感应电动势（伏）
• f是电源频率（Hz）
• $\Phi$是每极的磁通量（Wb）
• N是每相绕组的匝数
• $K_{\omega}$是绕组系数，它考虑绕组的分布和跨步。

要注意，这个公式给出的是理想情况下的电动势，实际上电机的绕组有电阻和漏感，还有铁损和其他损耗，因此实际的端电压会比这个计算的电动势小。

此外，K_{w}Kw​（绕组系数）是一个小于1的系数，用来修正非理想分布的绕组所带来的影响。对于具体的电机，这个系数需要根据电机的具体绕组方式来确定。

九、异步电动机的工作特性

异步电动机的工作特性主要是指在额定电压和额定频率下，转速、定子电流、功率因数与输出功率之间的关系。

1、转速特性$n_R$

随着负载的增加，转速下降。

2、定子电流特性$I_S$

随着负载的增加，定子电流随之增加，故定子电流特性为一上升曲线。

3、功率因数特性$\cos_{\phi_S}$

异步电动机空载运行时，功率因数很低，通常小于0.2；随着负载的增加，功率因数逐渐上升，在额定负载附近，功率因数最高；如果进一步增加负载，功率因数将逐渐下降。

十、常用工具常识

1、信号继电器

为了确保信号继电器的正常工作和延长其使用寿命，通常建议在选择信号继电器时，工作电流不应超过额定电压下的 10% 到 20%。这样可以在保证可靠性的前提下，避免继电器因过载而出现问题

2、轴承代号

国标GB/T 272-93规定轴承代号由前置代号、后置代号、基本代号组成，基本代号是核心，前置与后置代号是补充。

3、滑动轴承的故障

磨损、胶合（烧瓦）、疲劳破坏

十一、异步三相电机常用的启动方式

1、直接启动

这是最简单和最常见的启动方式，电机直接连接到电源，启动时电机会承受较高的启动电流。

2、星三角启动（Y-三角启动）

• 在启动时，电机的定子绕组以星形连接，这时电机的线电压是较低的。这种连接方式可以减少启动时的电流峰值，减少对电网的冲击
• 在一定时间后（通常是几秒钟），电机会自动切换到三角形连接。在三角形连接下，电机的线电压会增加，电机可以达到额定运行状态。

3、自耦变压器启动

通过自耦变压器来限制启动电流，降低了电网对电机的冲击

4、软启动

使用电子器件来逐渐增加电机的电压和频率，从而减少启动时的电流冲击，延长电机和机械设备的寿命。

5、变频器启动

使用变频器控制电机的转速和扭矩，通过调整电压和频率来实现平稳启动和精确控制。

6、能耗制动启动

具体来说，能耗制动启动的过程如下：

• 启动阶段：
  • 在启动时，电机作为发电机运行，机械负载驱动电机转子旋转，电机产生电能。
• 电能消耗或回馈：
  • 产生的电能可以通过电阻器等装置进行消耗，将电能转化为热能。另一种方式是将电能回馈到电网中，以供其他设备使用。
• 电机达到额定运行状态：
  • 通过这种方式，电机逐渐达到额定运行状态，实现了启动过程。