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1、3.1 三相异步电动机的构造,第3章 异步电动机,3.2 三相异步电动机的工作原理,3.3 三相异步电动机的电磁转矩,3.4 三相异步电动机的机械特性,3.5 三相异步电动机的起动,3.6 三相异步电动机的调速,3.7 三相异步电动机的制动,3.8 三相异步电动机铭牌数据,电动机的分类：,鼠笼式异步交流电动机授课内容： 基本结构、工作原理、 机械特性、控制方法,1.定子,3.1 三相异步电动机的构造,定子铁心的硅钢片,定子铁心,定子绕组,对称三相绕组。,定子接线盒,星形(Y)联结,三角形()联结,转子铁心、转子绕组、 转轴、风扇等。,转子铁心的硅钢片,2. 转子,转子绕组 绕线型：对称三相绕组
2、。 笼 型：对称多相绕组。,笼型异步电动机的转子,风扇,笼型异步电动机的转子,铸铝转子,绕线型异步电动机的转子,绕线型异步电动机的转子,集电环,三相绕线型异步电动机示意图,转子三相绕组接成 Y 形,短接或外接对称电阻等,三相异步电动机的外形, 部分额定值：UN 690 V，2 kV 11 kV fN 50 / 60 Hz PN 200 kW 3 000 kW 2p 2 12,笼型异步电动机, 部分额定值：UN 400 V 690 V fN 50 / 60 Hz PN 200 kW 2 300 kW 2p 2 8,三相绕线型异步电动机的结构,3.2 三相异步电动机的转动原理,3. 2. 1 旋转
3、磁场,定子三相绕组通入三相交流电(星形联接),1.旋转磁场的产生,规定,()电流出,()电流入,三相电流合成磁场 的分布情况,合成磁场方向向下,合成磁场旋转60,合成磁场旋转90,o,分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360,取决于三相电流的相序,2.旋转磁场的旋转方向,结论： 任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。,任意调换两根电源进线(电路如图),3.旋转磁场的极对数P,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：,若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端之间互差60，将形成两对磁极的旋转磁场。,极对数,旋转磁场的磁极对数与三
4、相绕组的排列有关,4.旋转磁场的转速,工频：,旋转磁场的转速取决于磁场的极对数,=1时,=2时,旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系,3. 2. 2 电动机的转动原理,1. 转动原理,A,X,Y,C,B,Z,定子三相绕组通入三相交流电,感应电动势 E20,电磁力F,3. 2. 3 转差率,旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋转磁场的同步转速之比称为转差率。,由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转磁场的转速相等，即,如果:,因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。,异步电动机运行中:,转子转速亦可由转差率求得,转差率s,例1：一台三相异
5、步电动机，其额定转速 n=975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。,解：,根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：n0=1000 r/min , 即,p=3,额定转差率为,3.3 三相异步电动机的电磁转矩,三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。,变压器： 变化 eU1 E1= 4.44 f N1 E2= 4.44 f N2,E1 、E2 频率相同，都等于电源频率。,3. 3. 1 定子电路,1.旋转磁场的磁通,异步电动机：旋转磁场切割导体 e， U1 E1= 4.44 f 1N1,每极磁通,旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0 ，所
6、以,2.定子感应电势的频率 f1,感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关,f 1= 电源频率 f,3. 3. 2 转子电路,1. 转子感应电势频率 f 2,定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化, 定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率 f 2,转子感应电势频率 f 2,旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同,2. 转子感应电动势E 2,E2= 4.44 f 2N2 = 4.44s f 1N2,当转速 n = 0(s=1)时， f 2最高，且 E2 最大，有,E20= 4.44 f 1N2,转子静止时的感应电势,即E2= s E20
7、,转子转动时的感应电势,3. 转子感抗X 2,当转速 n = 0(s =1)时， f 2最高，且 X2 最大，有,X20= 2 f1L2,即X2= sX20,4. 转子电流 I2,5. 转子电路的功率因数 cos2,转子绕组的感应电流,转子绕组的感应电流,转子电路的功率因数,结论：转子转动时，转 子电路中的各量均与转 差率 s有关，即与转速 n有关。,3. 3. 3 转矩公式,转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转矩之总和。,常数，与电机结构有关,旋转磁场每极磁通,转子电流,转子电路的功率因数,由此得电磁转矩公式,由公式可知,电磁转矩公式,1. M 与定子每相绕组电压 成正比
8、。U 1 M ,2. 当电源电压 U1 一定时，M 是 s 的函数。,3. R2 的大小对 M 有影响。绕线式异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。,3. 4. 1 机械特性曲线,根据转矩公式,得特性曲线：,3.4 三相异步电动机械特性转矩,电动机在额定负载时的转矩。,1.额定转矩MN,3. 4. 1 三个重要转矩,额定转矩,(N m),如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型) 的额定功率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为,2.最大转矩 Mmax,转子轴上机械负载转矩M2 不能大于Mmax ，否则将造成堵转(停车)。,电机带动最大负载的能力。,临
9、界转差率,将sm代入转矩公式，可得,当 U1 一定时，Mmax为定值,过载系数(能力),一般三相异步电动机的过载系数为,工作时必须使M2 Mmax ，否则电机将停转。,电机严重过热而烧坏。,3. 起动转矩 MsM,电动机起动时的转矩。,起动时n= 0 时，s =1,(2) Mst与 R2 有关， 适当使 R2 Mst 。对绕线式 电机改变转子附加电阻 R2 , 可使Mst =Mmax 。,Mst体现了电动机带载起动的能力。 若 Mst M2电机能起动，否则不能起动。,起动能力,4. 电动机的运行分析,电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。,自适应负载能力是电动
10、机区别于其它动力机械的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载） 。,此过程中， n 、sE2 , I2 I1 电源提供的功率自动增加。,M2,s,M2 M,M =M2,n ,M ,达到新的平衡,5. U1 和 R2变化对机械特性的影响,(1) U1 变化对机械特性的影响,M2,(2) R2 变化对机械特性的影响,R2,Mst ,n,硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。,软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。 ,3.5 三相异步电动机的起动,起动性能:,起动问题：起动电流大，起动转矩小。 一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5
11、7 倍; 电动机的起动转矩为额定转矩的(1.02.2)倍。,起动电流大的原因：,起动： n = 0，s =1, 接通电源。,起动电流、起动转矩,后果：,起动转矩小的原因：,刚起动时，虽然转子电流较大，但转子的功率因数cos2却很低，由M=KmI2 cos2可知起动转矩并不大。,后果：,如果起动转矩过小，就不能再满载下起动，应设法提高。一般机床的主电机都是空载起动，启动后再切削，对起动转矩没什么要求。,由上可知，异步电动机起动时主要缺点是起动电流较大。为了减小起动电流，必须采用适当的启动方法。,3.5.1 起动方法,(1) 直接起动直接起动不需要专门的设备，方法简单。但不是所有的电动机都可以直接
12、起动的。,（适用于鼠笼式电动机）,(3) 转子串电阻或电抗器起动,（适用于绕线式电动机）,以下介绍降压起动和转子串电阻起动。,3.5.2 降压起动,(1) 定子串联电阻或电抗降压起动,M3,起动,运行,设：电机每相阻抗为Z,(2) Y 换接起动,降压起动时的电流为直接起动时的,Y 起动器接线简图,Y 起动,(a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。,Y 换接起动适合于空载或轻载起动的场合,Y- 换接起动应注意的问题,() 自耦降压起动,Q2下合： 接入自耦变 压器，降压 起动。,Q2上合： 切除自耦变 压器，全压 工作。,合刀闸开关Q,Q2,自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时联成 Y形
13、不能采用Y起动的鼠笼式异步电动机。,R,R,R,定子,转子,起动时将适当的R 串入转子电路中，起动后将R 短路。,起动电阻,3.5.3绕线式电动机转子电路串电阻起动,若R2选得适当，转子电路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。,常用于要求起动转矩较大的生产机械上。,R2 Mst ,转子电路串电阻起动的特点,3.6.1 变频调速 (无级调速),频率调节范围：0.5几百赫兹,3.6 三相异步电动机的调速,3.6.2 变极调速 (有级调速),变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性能优异，因而正获得越来越广泛的应用。,P=2,P=1,采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由于调速时其转速
14、呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。,3.6.3 变转差率调速 (无级调速),变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。,3.7 三相异步电动机的制动,3.7.1 能耗制动,制动方法,能耗制动反接制动发电反馈制动,在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距（制动转距），使转子迅速停止转动。,3.7.2 反接制动,停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子
15、产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。,3.7.3 发电反馈制动,当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制,动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。,n n0,3.8 三相异步电动机铭牌数据,1. 型号,例如： Y 132 M4,用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。,教材表3.8.1中列出了各种电动机的系列代号。,异步电动机产品名称代号,2. 接法,接线盒,定子三相绕组的联接方法。通常,Y 联结, 联结,3. 电压,例如：380/220V、Y/ 是指线电压为
16、 380V 时 采用 Y联结；线电压为 220V 时采用 联结。,说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或低 于额定值的 5% 。,电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。,4. 电流,例如： Y / 6.73 / 11.64 A 表示星形联结下电机的线电流为 6.73A；三角形联结下线电流为 11.64A。两种接法下相电流均为 6.73A。,5. 功率与效率,电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。,额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率 P1。,6. 额定转速,电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。,如： n N =1440 转/分 sN =
17、 0.04,8. 绝缘等级,指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A、E、B、F、H五级，A级最低(105C)，H级最高(180C)。,例1:,1),解:,一台Y225M-4型的三相异步电 动机，定子绕组型联结，其额定数据为：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88， Ist/IN=7.0, Mst/MN=1.9，Mmax/MN=2.2，求： 1) 额定电流IN? 2) 额定转差率sN? 3) 额定转矩 MN 、最大转矩Mmax 、和起动转矩Mst 。,2）由nN=1480r/min，可知 p=2 （四极电动机）,3）,解：,在上例中(1)如果负载转矩为 510.2Nm, 试问在U=UN和U=0.9UN两种情况下电动机能否起动？（2）采用Y- 换接起动时，求起动电流和起动转矩。 又当负载转矩为起动转矩的80%和50%时，电动机能否起动？,(1) 在U=UN时 Mst = 551.8Nm 510.2 N. m,不能起动,(2) Ist =7IN=784.2=589.4 A,在U= 0.9UN 时,能起动,例2:,在80%额定负载时,不能起动,在50%额定负载时,可以起动,(3),
