第三章三相异步电动机教材课件.ppt

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1、常州轻工职业技术学院,第三章 三相异步电动机（1）,概述三相异步电动机的结构三相异步电动机的工作原理,常州轻工职业技术学院,课题引入：,异步电动机是生产中应用最为广泛的动力设备，尤其是笼型电动机约占总容量的90%左右。视频：异步电动机的应用（点击播放）。讨论：你所知道的异步电动机的应用。,常州轻工职业技术学院,采用交流电励磁的电机统称为交流电机。,按工作原理分类：异步电机（感应电机）同步电机 其中异步电动机的转子旋转速度与定子磁场的速度不等，在固定的电网频率下，电机转子的转速随负载大小而改变的电动机称为异步电动机；而同步电动机的两速度严格相等。,按定子所加交流电相数的不同，它可分为：三相、单相

2、和两相异步电动机。,3-1概述,常州轻工职业技术学院,三相异步电动机图片,常州轻工职业技术学院,三相异步电动机的结构,三相异步电动机的结构三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的铭牌,常州轻工职业技术学院,三相异步电动机的结构（1）,异步电动机的定子 由机座、定子铁心和定子绕组三部分组成。异步电动机的转子 由转子铁心、转子绕组及转轴等部件组成。它的作用是带动其它机械设备旋转。异步电动机的分类 鼠笼式绕线式,图3-1三相异步电动机的结构,常州轻工职业技术学院,由定子和转子两大部分组成,一、定子 主要用来产生磁场和起机械支撑作用。包括机座、定子铁心、定子绕组（三相电机为 三相绕组），及端盖和端盖上

3、的轴承。,3-2 交流异步电动机的结构（2）,图3-2,常州轻工职业技术学院,名牌上标有额定电压380/220V，接法Y/的交流电机，说明定子每相额定电压为220V,一、定子的Y/接法,图3-3,常州轻工职业技术学院,二、转子,主要由转轴、转子铁心、转子绕组组成。,根据转子绕组的构造不同可将转子分为：,铜导条,铝导条,笼型转子图,常州轻工职业技术学院,绕线型转子绕组图,常州轻工职业技术学院,课内实训项目（三相异步电动机的接线与通电）,（1）用摇表测量任一接线端与电动机外壳之间的绝缘电阻（如果小于1M，说明绝缘不佳）。（2）将三相异步电动机接成Y型，用万用表电阻档测量相间电阻，判断是否对称（如不

4、对称说明有故障）。（3）加入380V三相线电压，观察电动机的运行，用钳形电流表测量电动机的线电流，记录电流值。,常州轻工职业技术学院,课内实训项目（三相异步电动机的接线与通电）,（4）断开电源后，电动机改接成型，加入220V三相线电压，观察电动机的运行，用钳形电流表测量电动机的线电流，记录电流值。5.讨论：怎样初步判断三相异步电动机接线是否正确？两种连接方法时，电动机的相电压与相电流是否相同？功率是否相同？,常州轻工职业技术学院,3-3三相异步电动机的工作原理,旋转磁场的产生 三相异步电动机的工作原理转差率,常州轻工职业技术学院,一、旋转磁场的产生,旋转磁场就是一种极性和大小不变，且以一定转速

5、旋转的磁场。从理论分析和实践证明，在对称三相绕组中流过对称三相交流电时会产生这种旋转磁场。对称三相绕组对称三相电流旋转磁场的产生旋转磁场的的性质,常州轻工职业技术学院,二、对称三相绕组,所谓三相对称绕组就是三个外形、尺寸、匝数都完全相同、首端彼此互隔120、对称地放置到定子槽内的三个独立的绕组，如图所示。,常州轻工职业技术学院,三、对称三相电流,由电网提供的三相电压是对称三相电压，由于对称三相绕组组成的三相负载是对称三相负载，每相负载的复阻抗都相等，所以，流过三相绕组的电流也必定是对称三相电流。对称三相电流的函数式表示为：对称三相电流的波形表示为：,常州轻工职业技术学院,四、旋转磁场的产生,由

6、于三相电流随时间的变化是连续的，且极为迅速，为了能考察它所产生的合成磁效应，说明旋转磁场的产生，我们可以选定t=60、120 180三个特定瞬间。磁力线如图所示。,常州轻工职业技术学院,四、旋转磁场的产生,并规定：电流为正值时，从每相线圈的首端入、末端出；电流为负值时，从末端入、首端出。用符号表示电流流出，用表示电流流入。由于磁力线是闭合曲线，对它的磁极的性质作如下假定：磁力线由定子进入转子时，该处的磁场呈现N极磁性；反之，则呈现S极磁性。,常州轻工职业技术学院,旋转磁场的产生,常州轻工职业技术学院,t=90,常州轻工职业技术学院,t=150,常州轻工职业技术学院,t=210,常州轻工职业技术

7、学院,t=270,常州轻工职业技术学院,t=330,常州轻工职业技术学院,t=390,常州轻工职业技术学院,t=450,常州轻工职业技术学院,五、旋转磁场的性质,当三相对称电流通入三相对称绕组，必然会产生一个大小不变，且在空间以一定的转速不断旋转的旋转磁场。旋转磁场的旋转方向是由通入三相绕组中的电流的相序决定的。即当通入三相对称绕组的对称三相电流的相序发生改变时，即将三相电源中的任意两相绕组接线互换，旋转磁场就会改变方向。旋转磁场的旋转速度为,常州轻工职业技术学院,六、三相异步电动机的工作原理,常州轻工职业技术学院,六、三相异步电动机的工作原理,当定子接通三相电源后，即在定、转子之间的气隙内建

8、立了一同步速为n1的旋转磁场。磁场旋转时将切割转子导体，根据电磁感应定律可知，在转子导体中将产生感应电势，其方向可由右手定则确定。磁场逆时针方向旋转，导体相对磁极为顺时针方向切断磁力线。转子上半边导体感应电势的方向为进去的，用表示；下半边导体感应电势的方向为出来的，用表示。因转子绕组是闭合的，导体中有电流，电流方向与电势相同。载流导体在磁场中要受到电磁力，其方向由左手定则确定。这样，在转子导条上形成一个逆时针方向的电磁转矩。于是转子就跟着旋转磁场逆时针方向转动。,常州轻工职业技术学院,七、转差率,同步转速(磁场旋转的转速)电动机的转速与旋转磁场转速的关系电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但

9、 nn1 异步电动机提示：如果nn1转差率的定义 转差率为旋转磁场的同步转速 和电动机转速之差。即：,常州轻工职业技术学院,三相异步电动机的运行分析（选讲）,三相异步电动机的工作情况异步电动机的等值电路功率和转距平衡关系异步电动机的参数测定,常州轻工职业技术学院,三相异步电动机的工作情况,空载运行 电动机空载运行时，轴上不带机械设备，转子的转速非常接近旋转磁场的同步转速，旋转磁场与转子间的转差速度近似为零，转子中的感应电势和电流都非常小，分析时可以忽略不计。空载电流主要是用来建立磁场的，又称为励磁电流。注意：异步电动机的励磁电流较变压器的励磁电流大，这是因为异步电动机的磁路中有气隙存在的缘故。

10、且功率因数较低，因而对电网的功率因数有很大的影响。,常州轻工职业技术学院,三相异步电动机的工作情况,负载运行 电动机轴上带有机械设备，以阻转矩作用于电动机轴上，电动机的运行转速低于同步转速。因为旋转磁场和转子间有相对运动，转子绕组中产生感应电势和电流。转子电流和旋转磁场作用产生电磁转矩，拖动机械设备转动。负载越大，转子转速越低，转子电流越大，输出的功率越多。转子电流通过磁的耦合作用于定子侧，定子电流也要加大，使得电网输入电机的功率也越大。,常州轻工职业技术学院,异步电动机的参数测定,空载试验 空载试验是指在额定电压和额定频率下，轴上不带任何负载时运行。其目的是测定异步电动机的空载电流I0和空载

11、功率p0，进而求得异步电动机的励磁阻抗rm和xm，并分离出铁耗pFe和机械损耗pmec。,常州轻工职业技术学院,异步电动机的参数测定,短路试验 短路试验是指在异步电动机T型等值电路中的附加电阻的状态。在这种情况下，s=1，n=0，即电动机在外施电压作用下处于静止状态。因此短路试验必须在电动机堵转情况下进行，故短路试验又称为堵转试验。短路试验的目的是测取异步电动机的短路阻抗，即定、转子绕组的漏阻抗及短路特性。,常州轻工职业技术学院,三相异步电动机的工作特性（选讲）,三相异步电动机的工作特性是指在额定功率、额定电压下，电动机的转速n、定子电流I1、电磁转矩T、功率因数cos1和效率与输出功率P2的

12、关系曲线。转速特性与转距特性电流特性和功率因数特性效率特性工作特性曲线,常州轻工职业技术学院,转速特性与转距特性,异步电动机空载运行时，转子转速n接近于同步转速n1。随负载增大时，由于阻转矩暂时大于电磁转矩，而使转速降低，随后转子电势、电流增大，以产生较大的电磁转矩与增大的负载阻转矩相平衡。转速特性是一条稍向下倾斜的曲线。转矩特性，由负载转矩TL=P2/可知，考虑到P2增大时，稍有下降，所以TL=f(P2)曲线将略向上弯曲。,常州轻工职业技术学院,电流特性和功率因数特性,异步电动机空载时P2=0、s0、转子电流I2 0。这时，定子电流，几乎全部用以励磁。随着负载的增大，转子转速下降，s增大，使

13、增大，为维持磁势平衡，I1随之增大，故电流特性为一上升曲线，起点在I0值。若三相绕组外施电压一定时，其主磁通基本不变，则建立磁场所需的无功电流基本不变。由于电机空载时P2=0，有功电流分量很小，此时功率因数很低，一般小于0.2。随负载增大时，输出功率增大，即有功分量增大，cos1随之增加。若负载继续增加，由于转速降低、转差增加，转子功率因数下降较多，使定子电流中与之平衡的无功分量也增大，功率因数有所下降。一般电动机在额定功率附近，将达到最大功率因数。,常州轻工职业技术学院,效率特性,当负载很小时，可变损耗很小，这时效率迅速上升。随着负载继续增大时，可变损耗增大，直到不变损耗与可变损耗相等时，效

14、率达到最高，一般中小型电机约在3/4的额定负载时效率最高。若继续增大负载，由于可变损耗增加较快，效率又开始下降。,常州轻工职业技术学院,工作特性曲线,常州轻工职业技术学院,第三章 三相异步电动机（2）,转子各量及电磁转矩三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的起动三相异步电动机的调速三相异步电动机的反转与制动三相异步电动机的铭牌单相异步电动机,常州轻工职业技术学院,课题引入,课题引入：为了更好地使用异步电动机，需要研究其起动、制动与调速性能，通常要知道其转子的电量、电磁转矩以及机械特性。,常州轻工职业技术学院,3-4转子各量,复习：异步电动机的转差率：S=（n1-n）/n1 n=（1-S）n1

15、=（1-S）60f/p，额定时SN=5%左右，空载运行时SN=1%左右，据此可以判定电动机的极对数。,常州轻工职业技术学院,3-4转子各量,一、异步电动机的转子电量1.转子不转时，转子电量的频率为f1，因为转子导体切割磁力线的速度为n=n1。f与n成正比。2.转子旋转时，转子导体切割磁力线的速度为n=Sn1所以转子频率为f2=Sf1。3.E2=SE20（因为E=4.44fN）,常州轻工职业技术学院,3-5电磁转矩,1.公式：Tem=CMI2COS2可见电磁转矩与转子电流的有功分量成正比电磁转矩,常州轻工职业技术学院,讨论：,为什么起动时电机的电流很大而电机的起动转矩且不大？怎样改变三相异步电动

16、机的转向？,常州轻工职业技术学院,讨论结果：,因为起动时转子切割磁力线的速度为同步速度，使转子产生的感应电势很大，转子电流也很大；同时由于起动时转子频率较高，转子的电抗很大，功率因数很低，转子电流的有功分量并不大，造成起动时的转矩不大。要改变转向就要改变电磁转矩的方向，可以改变电源的相序，即任意交换两根电源进线。,常州轻工职业技术学院,课内实训项目,课内实训项目:三相异步电动机的反转 将三相异步电动机接成Y型，加入380V三相电压，观察电动机转向；断电后任意交换两根电源进线，重新通电，观察电动机转向，比较两次运行方向的区别。用钳形电流表观察起动冲击电流。,常州轻工职业技术学院,3-6机械特性方

17、程,三相异步电动机的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，即,常州轻工职业技术学院,1、临界转差率和最大转距,机械特性方程为一个二次方程，当s为某一数值时，电磁转矩有一最大值Tm。由数学知识可知，令dT/ds=0，即可求得此时的转差率，用sm表示，即 求得对应时的电磁转矩，即最大电磁转矩值：临界转差率和最大转距的特点,常州轻工职业技术学院,2、临界转差率和最大转距的特点,当电源的频率及电机的参数不变时，最大电磁转矩Tm与定子绕组电压U1的平方成正比。最大电磁转矩Tm和临界转差率sm都与定子电阻及定、转子漏抗有关。最大电磁转矩Tm和转子回路中的电阻无关，而临界转差sm率则与转子

18、回路中的电阻成正比。,常州轻工职业技术学院,3、机械特性方程,自然机械特性方程异步电动机的自然机械特性是指在额定电压和额定频率下，按规定方式接线，定、转子外接电阻为零时，电磁转矩T与转差率s的关系，即T=f(s)曲线。自然机械特性曲线自然机械特性曲线的特点,常州轻工职业技术学院,4、自然T-S特性曲线,O,常州轻工职业技术学院,5、自然T-S特性曲线的特点,曲线形状分析：AB段。因s较大，且异步电动机中，近似为双曲线。随着s的减小，T反而增大。BO段。因s很小，近似为直线。随着s的减小，T亦减小。曲线的几个特殊点的分析：起动点A同步点O临界点B额定点C,常州轻工职业技术学院,6、自然T-n机械

19、特性,一、自然机械特性1.A点：理想空载点n=n1 2.N点：额定点 3.B点：最大转矩点 4.C点：起动点5.主要参数：最大转矩Tm*起动转矩TSt*临界转差Sm过载能力Km=Tm/TN，表示电动机短时间抗负载波动的能力。起动能力KSt=TSt/TN，表示电动机带负载起动的能力。,B,N,C,T,n,A,常州轻工职业技术学院,7、人为机械特性方程,人为机械特性就是人为地改变电源参数或电机参数而得到的机械特性。三相异步电动机的人为机械特性主要有以下两种：降低定子电压的人为机械特性转子串电阻的人为机械特性,常州轻工职业技术学院,生产机械的负载特性(选讲）,生产机械的负载特性 生产机械的负载特性是

20、指生产机械的转速n与负载转矩TL之间的关系，即n=f（TL）。一般可以分为以下三种：恒转距负载 恒转矩负载是指负载转矩TL的大小不随转速的改变而改变的生产机械。主要有两种：反抗性恒转矩负载 是指负载转矩的大小不变，但负载转矩的方向始终与生产机械运动的方向相反。位能性恒转矩负载 是指不论生产机械运动的方向变动与否，负载转矩的大小和方向始终不变。,常州轻工职业技术学院,生产机械的负载特性,恒功率负载 恒功率负载是指负载所需的功率为恒定值。通风机型负载 通风机型负载是指负载转矩TL的大小与转速n的平方成正比的生产机械。即TL=Kn2。,常州轻工职业技术学院,生产机械的负载特性曲线(选讲）,1、反抗性

21、恒转矩负载,2、位能性恒转矩负载,3、恒功率负载,4、通风机型负载,常州轻工职业技术学院,课题引入,课题引入：三相异步电动机的应用非常广泛，但是其起动、调速性能不如直流电动机。尤其是起动时，如果方法不当，会对电网、电机以及负载带来不良影响。,常州轻工职业技术学院,3-7三相异步电动机的起动,起动的定义 三相异步电动机的起动就是转子转速从零开始到稳定运行为止的这一过程。起动的要求电动机应有足够大的起动转矩。在保证一定大小的起动转矩的前提下，起动电流越小越好。,常州轻工职业技术学院,3-7三相异步电动机的起动,鼠笼式异步电动机的起动直接起动 降压起动 绕线式异步电动机的起动,常州轻工职业技术学院,

22、一、直接起动,直接起动的条件一般10kW以下的电动机都可以直接起动。,常州轻工职业技术学院,一、直接起动,直接起动的特点直接起动是最简单的起动方法。直接起动时，起动电流很大，直接起动的接线 起动时用闸刀开关、磁力起动器或接触器将电动机定子绕组直接接到电源上。,常州轻工职业技术学院,二、降压起动,降压起动的概念 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，起动结束后加额定电压运行的起动方式。降压起动的特点降低电动机起动电流。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也减小较多，故此法一般适用于电动机空载或轻载起动。,常州轻工职业技术学院,降压起动的方法,降压起动的方法

23、定子串接电抗器(或电阻)的降压起动 Y-起动 自耦变压器（起动补偿器）起动 延边三角形起动(选讲）,常州轻工职业技术学院,1、定子串接电抗器(或电阻)的降压起动,方法 起动时，将电抗器(或电阻)接入定子电路起到降压的目的；起动后，切除所串的电抗器(或电阻)，电动机在全压下正常运行。特点减小了起动电流 能耗较大 电阻增加了控制柜的体积,常州轻工职业技术学院,2、Y-起动,方法 起动时将定子绕组接成Y形，起动结束运行时定子绕组则改接成形。接线图（见下页）起动电流：起动电流是直接起动时的1/3 起动转距 Y-起动时起动转矩也是直接起动时的1/3。,常州轻工职业技术学院,2、Y-起动,特点不需要增加设

24、备，方法简单，价格便宜。轻载或空载情况下，应优先采用。定子绕组是接法,常州轻工职业技术学院,Y-起动的接线图,图3-20 Y-起动的接线图,常州轻工职业技术学院,3、自耦变压器（起动补偿器）起动,方法 自耦变压器也称起动补偿器。起动时将电源接在自耦变压器初级，次级接电动机。起动结束后切除自耦变压器，将电源直接加到电动机上运行。起动电流起动转距,常州轻工职业技术学院,特点定子绕组采用Y形或形接法都可以使用。缺点是设备体积大，投资较贵。,自耦变压器降压起动原理图,常州轻工职业技术学院,4.例题分析（1）,例32现有一台异步电动机铭牌数据Y如下：PN=10kW，nN=1460rmin，UN=3802

25、20V，星三角联结，N=0868，COSn=088，IQ/IN=6.5，TQ/TN=1.5，试求：(1)额定电流和额定转矩；(2)电源电压为380V时，电动机的接法及直接起动的起动电流和起动；(3)电源电压为220V时，电动机的接法及直接起动的起动电流和起动转矩；(4)要求采用星一三角起动，其起动电流和起动转矩。此时能否带60和25负载转矩。,常州轻工职业技术学院,例题分析（2）,解：星形联结时，UN=380V，故相应额定电流 INY=10 x103/1.732X380X0.88X0.86819.9A；三角形联结时，UN=220V则相应额定电流IN=10 x103/1.732X220X0.88

26、X0.86834.3A不管星形联结还是三角形联结，定子绕组相电压相同(等于其额定相电压)，则TN=9550 PN/nN=9550 X 10/146065.4Nm(2)电源电压为380V时，电动机正常运行应为星形联结，直接起动的,常州轻工职业技术学院,例题分析（3）,IQY65 IN=65 X 199A=12935ATQY=1.5 TN=1.5x65.4=98.1 Nm(3)电源电压为220V时，电动机正常运行应为三角形联结，直接起动的，IQ65 IN=65 X 34.4A=224ATQ=1.5 TN=1.5x65.4=98.1 Nm(4)星一三角起动只适用于正常运行为三角形的电动机，故正常运行

27、应在三角形，相应电源电压为220V。起动时为星形联结，定广绕组相电压等于其额定相电压的1/1.732，即127V：,常州轻工职业技术学院,例题分析（4）,所以IQY1/3 IQ=1/3x224=74.6A TQY=1/3 TQ=1/3x98.1=32.7 Nm60TN负载下起动时的反抗转矩 M2Q=0.6TN=0.6X654Nm=392Nm M2QTQY，故不能起动。25TN负载下起动时的反抗转矩M2Q=025TN=0.25 X 654Nm=16.4NmM2Q TQY，故能起动。通过以上计算可知，采用不同的起动方法时，其起动电流及起动转矩的大小是不同的：如要使电动机带负载起动，必须使起动转矩大

28、于反抗转矩。,常州轻工职业技术学院,延边三角形起动(选讲）,特点它介于自耦变压器起动与Y-起动方法之间延边三角形可采用不同的抽头比，来满足不同负载特性的要求。优点是节省金属，重量轻；缺点是内部接线复杂 接线图,常州轻工职业技术学院,三、绕线式异步电动机的起动,转子串接电阻器起动转子串频敏变阻器起动,常州轻工职业技术学院,1、转子串接电阻器起动,方法 起动时，在转子回路中串接起动电阻器，借以提高起动转矩，同时因转子回路中电阻的增大也限制了起动电流；起动结束，切除转子回路所串电阻。为了在整个起动过程中得到比较大的起动转矩，需分几级切除起动电阻。,常州轻工职业技术学院,1、转子串接电阻器起动,特点在

29、整个起动过程中产生的转矩都是比较大的，适合于重载启动，广泛用于桥式起重机、卷扬机、龙门吊车等重载设备。其缺点是所需起动设备较多，起动时有一部分能量消耗在起动电阻上，起动级数也较少。,常州轻工职业技术学院,转子串电阻起动接线图和特性曲线,常州轻工职业技术学院,2、转子串频敏变阻器起动,频敏变阻器 实质上是一台铁损很大的电抗器。它是一个三相铁心线圈，其铁心不用硅钢片而用厚钢板叠成。铁心中产生涡流损耗和一部分磁滞损耗，铁心损耗相当于一个等值电阻，其线圈又是一个电抗，其电阻和电抗都随频率变化而变化。,常州轻工职业技术学院,2、转子串频敏变阻器起动,接线图（见下页）特点具有结构简单、造价便宜、维护方便、

30、无触点、运行可靠、起动平滑等优点。它具有一定的线圈电抗，功率因数较低，起动转矩要小一些，故一般适用于电机的轻载起动。,常州轻工职业技术学院,转子串频敏变阻器的接线图,视频：绕线电动机的应用（点击播放）,常州轻工职业技术学院,3-8三相异步电动机的调速,由可知调速的方法有：变极调速变频调速改变转差率调速,常州轻工职业技术学院,一、变频调速,原理 在定子绕组极对数一定的情况下，旋转磁场的转速n1与电源频率f1成正比，所以连续地调节频率就可以平滑地调节异步电动机的转速。特点一是能平滑无级调速、调速范围广、效率高。二是因特性硬度不变，系统稳定性较好。三是可以通过调频改善起动性能。主要缺点是系统较复杂、

31、成本较高。,常州轻工职业技术学院,变频调速注意点,注意 在变频调速中，由定子电势方程式U1E1=4.44f1w1Kw1m可以看出，当降低电源频率f1调速时，若电源电压U1不变，则磁通m将增加，使铁心饱和，从而导致励磁电流和铁损耗的大量增加，电机温升过高，这是不允许的。因此在变频调速的同时，为保持磁通m不变，就必须降低电源电压，使U1/f1为常数。另在变频调速中，为保证电机的稳定运行，应维持电机的过载能力不变,常州轻工职业技术学院,二、变极调速,在电源频率不变的条件下，改变电动机的极对数，电动机的同步转速就会发生变化，从而改变电动机的转速。变极一般采用反向变极法，即通过改变定子绕组的接法，使之半

32、绕组中的电流反向流通，极数就可以改变。这种因极数改变而使其同步速发生相应变化的电机，我们称之为多速电动机。其转子均采用鼠笼式转子，因其感应的极数能自动与定子变化的极数相适应。,常州轻工职业技术学院,二、变极调速,接线图左图为四极右图为两级,常州轻工职业技术学院,课内实训项目,双速电动机的运行观察：将双速电动机接成低速状态，通电运行并观察旋转速度；断电后接成高速状态，重新通电运行并观察旋转速度。讨论：双速电动机起动时，应该先低速起动还是先高速起动？（低速，转矩大）,常州轻工职业技术学院,三、改变转差率调速,改变定子电压调速 转子串电阻调速 串级调速,常州轻工职业技术学院,1、改变定子电压调速,原

33、理 对于转子电阻大、机械特性曲线较软的鼠笼式异步电动机，如所加在定子绕组上的电压发生改变，则负载转矩TL对应于不同的电源电压U1、U2、U3，可获得不同的工作点，从而获得不同的转速。特点 电动机的调速范围很宽。缺点是低压时机械特性太软，转速变化大，,常州轻工职业技术学院,2、转子串电阻调速,原理 转子串电阻时最大转矩不变，临界转差率加大。所串电阻越大，则运行段机械特性的斜率越大。转子串电阻R1前后有特点转子串电阻调速的优点是方法简单，主要用于中、小容量的绕线式异步电动机，如桥式起动机等。,常州轻工职业技术学院,3、串级调速（选讲）,概念 串级调速，就是在异步电动机的转子回路串入一个三相对称的附

34、加电势，其频率与转子电势相同，改变的大小和相位，就可以调节电动机的转速。分类低同步串级调速 转速低于同步转速超同步串级调速 转速高于同步转速特点 它也是只适用于绕线式异步电动机。,常州轻工职业技术学院,3-9三相异步电动机的反转与制动（补充）,一、反转反转原理 电动机的旋转方向取决于定子旋转磁场的旋转方向。因此只要改变旋转磁场的旋转方向，就能使三相异步电动机反转。方法 互换电源的任意两相，就可实现反转。,常州轻工职业技术学院,二、三相异步电动机的制动,目的在负载转矩为位能性负载转矩的机械设备中（例如起重机下放重物时，运输工具在下坡运行时）使设备保持一定的运行速度。在机械设备需要减速或停止时，电

35、动机能实现减速和停止。制动方法 机械制动：利用机械装置使电动机从电源切断后能迅速停转。电气制动：使异步电动机所产生的电磁转矩T和电动机转子的转速n的方向相反。,常州轻工职业技术学院,电气制动的方法,电气制动的方法能耗制动反接制动回馈制动,常州轻工职业技术学院,1、能耗制动,方法：将运行着的异步电动机的定子绕组从三相交流电源上断开后，立即接到直流电源上。原理：当定子绕组通入直流电源，将在电机中将产生一个恒定磁场。当转子因机械惯性按原转速方向继续旋转时，转子导体会切割这一恒定磁场，从而在转子绕组中产生感应电势和电流。转子电流又和恒定磁场相互作用产生电磁转矩T，根据右手定则可以判断电磁转矩的方向与转

36、子转动的方向相反，则T为一制动转矩。在制动转矩作用下，转子转速将迅速下降，当n=0时，T=0，制动过程结束。,常州轻工职业技术学院,1、能耗制动,特点：能耗制动的优点是制动力强，制动较平稳。缺点是需要一套专门的直流电源供制动用。,常州轻工职业技术学院,2、反接制动,电源反接制动方法 改变电动机定子绕组与电源的联接相序 原理 当电源的相序发生变化，旋转磁场n1立即反转，从而使转子绕组中的感应电势、电流和电磁转矩都改变方向。因机械惯性，转子转向未发生变化，则电磁转矩T与转子的转速n方向相反，电机进入制动状态，这个制动过程我们称为电源反接制动。,常州轻工职业技术学院,倒拉反接制动,倒拉反接制动 方法

37、 当绕线式异步电动机拖动位能性负载时，在其转子回路中串入很大的电阻。,常州轻工职业技术学院,倒拉反接制动,原理 在转子回路串入很大的电阻，机械特性变为斜率很大的曲线，因机械惯性，工作点向下移。此时电磁转矩小于负载转矩，转速下降。当电机减速至n=0，电磁转矩仍小于负载转矩，在位能负载的作用下，电动机反转，工作点继续下移。此时因n0，电机进入制动状态，直至电磁转矩等于负载转矩，电机才稳定运行。,常州轻工职业技术学院,3、回馈制动,方法 电动机在外力（如起重机下放重物）作用下，使其电动机的转速超过旋转磁场的同步转速。原理 起重机下放重物。在下放开始时，nn1，电动机处于电动状态。在位能性转矩的作用下

38、，电动机的转速大于同步转速时，转子中感应电势、电流和转矩的方向都发生了变化，电磁转矩方向与转子转向相反，成为制动转矩。此时电动机将机械能转变为电能馈送电网，所以称回馈制动。,常州轻工职业技术学院,课题引入,课题引入：电动机的铭牌数据标记着电动机的型号、各种额定值、连接方式和规定的工作条件。而在家用电器和电动工具中广泛使用单相异步电动机，如电冰箱、洗衣机、砂轮、电风扇、电动工具（串激电机）、吸尘器（串激电机）等,常州轻工职业技术学院,3-10三相异步电动机的铭牌,型号 额定值 额定功率PN是指电动机在额定负载运行时，轴上所输出的机械功率，单位W和 kW。额定电压UN是指电动机正常工作时，定子绕组

39、所加的线电压，单位V。,常州轻工职业技术学院,3-10三相异步电动机的铭牌,额定电流IN是指电动机输出功率时，定子绕组允许长期通过的线电流，单位A。额定频率fN我国的电网频率为50Hz。额定转速nN是指电动机在额定状态下，转子的转速，单位r/min。绝缘等级是指电动机所用绝缘材料的等级。工作方式:连续工作制;短时工作制;断续周期工作制.,常州轻工职业技术学院,实例项目四：,C650型车床要求加工工件的最大回转半径是500mm，最大长度3000mm，需要提供的拖动功率约30KW，分析主轴电动机的主要数据与拖动方案。,常州轻工职业技术学院,应用实例分析(1),应用实例分析：C650型车床在切削加工

40、时，要求提供较大的起动转矩和较宽的调速范围（但无恒速要求），由于惯性大为提高生产效率要求快速制动，考虑到使用方便与工作可靠，主轴电动机可以采用三相笼型电动机。具体拖动方案：（1）采用直接起动，保证较大的起动转矩（此时对供电变压器的容量要求较高，可根据经验公式自己计算）；,常州轻工职业技术学院,应用实例分析(2),（2）采用机械变速（不用变频器时，笼型电动机的调速性能不佳）；（3）采用电源反接制动，保证快速停车；（4）主要数据：选nN略小于1500r/min的4极电动机（一般高速电动机的结构更简单，尺寸更小，但是对机械变速器的要求也更高）；UN=380V；PN=30KW；IN略小于30A。,常州

41、轻工职业技术学院,单相异步电动机的脉动磁势单相异步电动机的机械特性两相异步电动机单相异步电动机的起动方法三相异步电动机的单相运行,3-11单相异步电动机,常州轻工职业技术学院,1、单相异步电动机的脉动磁势,单相异步电动机只有一相绕组，转子为鼠笼式。当定子绕组通入单相交流电后，在气隙中将产生一随时间作正弦变化的脉振磁势。可将这一脉振磁势分解为两个旋转方向相反的圆形旋转磁势。它们的大小均为脉振磁势最大幅值的一半，转速的大小均为同步转速。,常州轻工职业技术学院,单相异步电动机的脉动磁势（图）,常州轻工职业技术学院,2、单相异步电动机的机械特性,转子在脉振磁势的作用下所受的电磁转矩T也就等于两个旋转磁

42、势分别作用下所受电磁转矩T+与T-的合成。其机械特性，即为两个方向向反的、与三相异步电动机的情况一样的圆形旋转磁势电动机机械特性的叠加，如图所示。,常州轻工职业技术学院,单相异步电动机机械特性的特点,当转速n=0时，电磁转矩T=0，即电动机无起动转矩，不能自行起动。当n0，T0，机械特性在第象限，属拖动性质转矩。换句话说，若由于某种原因使电动机正转后，电磁转矩能使电动机继续正转运行。当n0，T0，机械特性在第象限，T仍为拖动性质的转矩。同样，若电动机已经反转了，则仍能继续反转。由机械特性可知：单相异步电动机的主要缺点是不能自行起动,常州轻工职业技术学院,3、两相异步电动机,概念 在单相异步电动

43、机的定子铁心上装有两个绕组，一个是主绕组A，也称运行绕组；另一个是副绕组B，也称起动绕组。两个绕组在定子中嵌放的空间位置相差900电角度。旋转磁势的特点 当主副绕组通入时间上的相位差为900的电流，应用三相异步电动机的分析方法，可知气隙中产生的也为一个圆形旋转磁势，形成圆形的旋转磁场，电机就能够转起来。如果对称条件破坏，则气隙中的磁场将变为椭圆形旋转磁势，形成一椭圆形旋转磁场。,常州轻工职业技术学院,4、椭圆形旋转磁场,椭圆形旋转磁势可以分解为两个放置方向相反、幅值不同的圆形旋转磁势，转速的大小均为同步速n1。,常州轻工职业技术学院,5、单相异步电动机的起动方法,单相异步电动机的起动的原理 实

44、际使用的单相异步电动机有两套绕组，且两套绕组接同一个电源。为使流入两套绕组中的电流相位不同，需要人为地使它们的阻抗不同，这种方法称为分相。分相的结果使电机气隙中出现了椭圆形旋转磁场，从而使电机具有一定的自行起动能力。单相异步电动机的起动的方法电容分相 电阻分相 罩极式单相异步电动机,常州轻工职业技术学院,5、单相异步电动机的起动方法,单相异步电动机的起动的原理 实际使用的单相异步电动机有两套绕组，且两套绕组接同一个电源。为使流入两套绕组中的电流相位不同，需要人为地使它们的阻抗不同，这种方法称为分相。分相的结果使电机气隙中出现了椭圆形旋转磁场，从而使电机具有一定的自行起动能力。单相异步电动机的起

45、动的方法电容分相 电阻分相 罩极式单相异步电动机,常州轻工职业技术学院,6、电容分相单相异步电动机,电容分相起动的单相异步电动机 的原理示意图如右电容分相起动原理 起动串接电容C和离心开关K，电容C的接入使两相电流分相。起动时，K处于闭合状态，电动机两相起动。当转速达到一定数值时，离心开关K由于机械离心作用而断开，使电动机进入单相运行。,图3-34电容分相的单相异步电动机 原理图,常州轻工职业技术学院,7、电阻分相单相异步电动机,电阻分相的起动原理 电动机的起动绕组采用较细的导线绕制，则它与工作绕组的电阻值不相等，两套绕组的阻抗值也就不等，流过这两套绕组的电流也就存在着一定的相位差，从而达到分

46、相起动的目的。电阻分相单相异步电动机的反转 只要将任意一套绕组的两个接线端交换接入电源即可。,常州轻工职业技术学院,8、罩极式单相异步电动机,罩极式单相异步电动机的定子为硅钢片叠成的凸极式，工作绕组套在凸极的极身上。每个极的极靴上开有一个槽，槽内放置有短路铜环，铜环罩住整个极面的三分之一左右，如图所示。罩极式单相异步电动机的起动方法 当工作绕组接入单相交流电源后，磁极内即产生一脉振磁场。脉振磁场的交变，使短路环产生感应电势和感应电流，根据楞次定律可知，环内将出现一个阻碍原来磁场变化的新磁场，从而使短路环内的合磁场变化总是在相位上落后于环外脉振磁场的变化。可以把环内、环外的磁场设想为两相有相位差

47、的电流所形成，这样分相的结果，使气隙中出现椭圆形旋转磁场。,常州轻工职业技术学院,罩极式单相异步电动机,罩极式单相异步电动机的特点 起动转矩不大，只适用于负载不大的场所,图3-37罩极式单相异步电动机结构图,常州轻工职业技术学院,9、三相异步电动机的单相运行,单相运行的种类起动前有一相断路成单相运行 通过单相电流，在电机中产生脉振磁场，无起动转矩，电动机就不能起动，电流很大，时间一长会烧坏电机。运行过程中有一相断路成单相运行 由于负载不变，假定功率因数和效率不变，则输入功率也基本不变。可知单相时电流较三相工作时大。负载较轻，单相时可运行；若负载较重，单相时电流大，时间一长就会使电机过热烧坏。,常州轻工职业技术学院,三相异步电动机的单相运行,三相异步电动机单相运行的方法 将三相电机中任意两相绕组反向串起来作为工作绕组，另一相串以适当电容作为起动绕组，接在单相电源上就成为一台分相电动机了。三相异步电动机单相运行的性能 输出功率约等于三相额定功率的70%运行性能较差,常州轻工职业技术学院,课内实训项目,洗衣机电机的运行观察：按图3-34接线，加入220V单相电源，观察电机的运转方向；断电后，任意改变一相绕组的接头，重新通电观察电机方向；电机运行中断开电容C，观察电机能否继续旋转。,图3-34电容分相的单相异步电动机 原理图,