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1、第15章 异步电动机,15.1 三相异步电动机的基本结构与工作原理,15.2 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性,15.3 三相异步电动机的额定数据,15.5 单相异步电动机,15.4 三相异步电动机的使用,电动机的应用,交流电动机,电动机,直流电动机,他励、异励、串励、复励,电动机的分类,15.1 三相异步电动机的基本结构和工作原理,15.1.1 基本结构,三相异步电动机的基本结构,2）三相对称的定子绕组：,用于产生旋转磁场,1、定子：铁心、线圈（绕组）,可以连成星型或三角型，与三相电源相连,1）铁心：硅钢片叠成,机座,定子,定子绕组（三相）,在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。,线绕式
2、：接成星型的三相绕组,鼠笼式：绕组短路,鼠笼转子,转子,2.转子：铁心、绕组、转轴,转轴,1）铁心：硅钢片叠成,2）绕组：,15.1.2 三相异步电动机的旋转磁场,1.旋转磁场的产生,iA,iB,iC,t=0,t=60,t=120,t=180,同理可得其他时刻旋转磁场的方向。,结论：,1）旋转磁场的转向,旋转磁场的方向取决于三相电流的相序。,（当电流的相序为A-B-C时，旋转磁场的方向沿绕组的首端A-B-C的方向，与电流相序一致。）,任意调换电源线中的两相，旋转磁场与原方向相反。,2）旋转磁场的极数(p),当每相绕组只有一个线圈，绕组的始端相差120 产生的旋转磁场具有一对极，即 p=1。,当
3、每相绕组只有两个线圈，绕组的始端相差60 产生的旋转磁场具有两对磁极，即 p=2。,电流变化60，旋转磁场顺时针转过30。,电流变化一周，旋转磁场在空间上顺时针转过180,旋转磁场的转速通常称为：电动机的同步转速,p 旋转磁场的极对数,对电动机来讲，f 和 p 通常是一定的，此时n0为常数,f 电源电流的频率,如果要产生三对极，即p=3的旋转磁场，如何实现？,每相绕组有三个线圈串联，每相绕组的首端在空间上相差40（120/p）的空间角。,3）旋转磁场的转速,p=1,电流在时间上变化一周 磁场在空间上变化一周,f：电流的频率,旋转磁场的转速：n0=60f（r/min）,p=2,电流在时间上变化一
4、周 磁场在空间上变化半周,旋转磁场的转速：n0=60f/2（r/min）,15.1.3 三相异步电动机的工作原理,三相定子绕组接入三相电源，产生旋转磁场；,旋转磁场切割转子导体，在转子导体中产生感应电动势，短路的转子导体产生感应电流；,载流导体（转子导体）在磁场中受力，转子旋转。,1.电动机转动原理,2.电动机转速和旋转磁场同步转速的关系,电动机转速n,旋转磁场转速:n0,转差率的概念：,转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。,电动机起动瞬间:,（转差率最大）,电动机额定负载运行时:,一三相异步电动机的额定转速 n=1470 r/min。,求：P=？SN=？,解：,从额定转速可知：,P=
5、2，n0=1500 r/min,15.2.1 三相异步电动机的电磁转矩,15.2 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性,每相定、转子电路,u1：电源电压；,i1：定子电流；,R1：定子电阻；,R2：转子电阻；,电动机的电磁关系,定子电路,u1=R1i1-e1-e1,忽略R1和e1,U1 E1=4.44 k1 f1N1,f1 外加电源的频率,N1 每相定子绕组的匝数,通过每相绕组磁通的最大值，在数值上 等于旋转磁场的每极磁通。,结论,1）当电源电压U1的大小和频率f1一定时，每极磁通的大小一定；,2）m由定子电流和转子电流共同产生。,转子电路,转子频率 f2,（旋转磁场与转子间的相对转速为（n0-
6、n）,转子电动势E2,转子感抗X2,转子电流I2,转子电路的功率因数cos2,I2,cosf2,n S I2、cos2,n S I2、cos2,转子电路的各个物理量均与转差率有关，即与转子转速有关。,结论,电磁转矩,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距之总和。,代入参数：,得转矩表达式：,U1 定子绕组的相电压,TU12 电源电压变化时，对转矩的影响很大；,转矩T还受转子电阻的影响；,当R2、X20为常数，电源电压U1和f1一定时，电磁转矩T只随转差率S（转子转速n）变化。,转矩特性曲线,机械特性曲线,15.2.2 机械特性,1.电动机等速运行的条件,T=TC,电磁转矩=
7、阻力转矩,阻力转矩：主要是电动机轴上的机械负载转矩T2 和电动机的空载损耗转矩（主要是机 械损耗转矩）T0,TC=T2+T0 T2,忽略T0，电动机等速运行的条件：,T=T2,T=T2,匀速运行,减速运行,加速运行,T T2,T T2,电动机的运行状态：,2.三个重要转矩,1）额定转矩 TN,P2 输出的机械功率,Nm,2）最大转矩 Tm,电动机能够产生的最大转矩。,Sm 最大转矩时的转差率,TmU12，而与转子电阻R2无关。,SmR2,R2 Sm nm,过载系数,在短时间内，电动机的负载转矩可以超过额定转矩运行，这种短时允许过载能力用过载系数表示。,通常为1.82.2,思考：降低电压U1，使
8、Tm减小，如果TmT2，出现什么现象？,当TmT2,TT2,电机减速,转速n迅速下降至0,电机停转,转子导条以n0速度切割磁力线,电流迅速升高,电机过热、烧毁,闷车（堵转）,3）起动转矩 Tst,电动机在起动瞬间的转矩,Tst,n=0,启动系数,通常为0.8 2,起动转矩与负载转矩无关！,Tst越大，起动过程越快，时间越短。,一台三相异步电动机，空载启动和满载启动时启动转矩是否一样？,3.电动机运行的两个区域,1）不稳定运行区（b、c段）,启动时,TstT2,电机加速,转速沿机械特性曲线上升,上升到e点,T=T2,电机进入稳定区运行。,若负载变化使T2增加,T2T2,T不能突变,TT2,电机减
9、速,转速沿机械特性曲线下降,很快达到n=0,发生闷车,2）稳定运行区（a、b段）,假设：电动机稳定运行在e点。,T=T2,若负载变化使T2减小,T2T2,T不能突变,TT2,电机加速,转速沿机械特性曲线上升,上升到e点,T=T2,电机达到新的稳定状态，转速为n,nn,若负载变化使T2增加,T2T2,T不能突变,TT2,电机减速,转速沿机械特性曲线下降,下降到e点,T=T2,电机达到新的稳定状态，转速为n,nn,电动机的稳定运行区比较平坦，转速变化不大。,电动机只能在稳定区运行，不能稳定运行在不稳定区。,n0=1500r/min的电动机能否稳定运行在750r/min?,不能！电机在750r/mi
10、n进入不稳定区。,15.3 三相异步电动机的铭牌数据,1.型号：,Y 132 M 4,2.额定电压：,额定运行时，定子绕组上应加的线电压。,一般规定电动机的电压不应高于或低于额定值的5%。,3.额定电流：,额定运行时，定子绕组的线电流。,4.功率和效率：,额定功率：电动机在额定运行状态下，其转子轴 上输出的机械功率。,额定运行状态：定子加额定电压，转子带额定负载。,效率：,输入功率 P1N：,5.功率因数,电机的功率因数指定子的功率因数。,电机的功率因数是变量，不同的工作状态cos不同。,6.转速,电源电压=UN，频率=fN，电机的输出功率=P2N时，电动机每分钟的转数。,7.接法,定子三相绕
11、组的接法。,例：铭牌数据：380/220、Y/,指：UL=380v时，采用Y形连接,UL=220v时，采用形连接,联接方式：Y/接法,接线盒,Y 形,形,15.4.1 三相异步电动机的起动,1.起动状态,起动时n=0，转子导条切割磁力线速度很大。,影响,起动电流大。,Ist=57 IN,原因,起动转矩不大。,Tst=0.82 TN,15.4 三相异步电动机的使用,2.起动方法,适用：二三十千瓦以下的异步电动机。,2）降压起动。,Y 起动,自耦降压起动,1）直接起动,特点：简单，起动电流大,Y 起动,运行时，接,起动时，Y接；,设：电机每相阻抗为,适用：,特点：,因为,设备简单，起动电流下降大，
12、起动转矩下降。,正常工作时定子绕组三角形连接的电动机；,可以空载或轻载起动的电动机。,自耦降压起动,适用于正常工作时定子绕组星型连接的电动机。,调速：,负载不变时，人为的改变电动机的转速。,改变 p、f1、S 都可以改变电动机的转速。,鼠笼式异步电动机：,改变 p、f1 调速。,15.4.2 三相异步电动机的调速,1、变频调速,改变异步电动机供电电源的频率。,方法：,无级调速：,转速n可以连续平滑的调节。,变频调速是无级调速。,2、变极调速,通过改变绕组的接法，改变极对数p调速。,变极调速是有级调速,p的变化不连续，电动机的转速不能连续、平滑的调节。,这种电动机也称：多速电动机。,反接制动：停
13、车时，将电动机接电源的意两相反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，以达制动的目的；,制动：断开电动机的电源时，克服转子的惯性作用，迅速而准确的停止转动,抱闸：加机械抱闸,能耗制动：停车时，断开交流电源，接至直流电源上，产生制动转矩；,发电反馈制动：令电机转子的转速超过 旋转磁场的同步转速，便 会产生制动转矩。,15.4.3 三相异步电动机的制动,能耗制动,发电反馈制动,15.5 单相异步电动机,一、单相异步电动机的工作原理,结构特征：定子绕组单相（其中通单相交流电）；转子大多为鼠笼式。,定子中通入单相交流电后，形成脉动磁场。其磁感应强度按正弦分布，且随时间按正弦变化。,磁场特征：,工作特征：,
14、起动转矩为0,转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方向继续转动。,起动转矩为0,转子导条及电流,当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩。,转子借助其它力量转动后，外力去除 后仍按原方向继续转动。,电容分相法,定子绕组上有两个绕组AX和BY，两个绕组在空间上相差90。,AX工作绕组,BY起动绕组,单相异步电动机的起动,AX绕组呈感性：,滞后 一个相位角,工作原理：,BY绕组串联大电容，呈容性：,超前 一个相位角,这种方法称为：分相,电容器的作用：,使单相交流电分裂成两个相位相差90的交流电。,在两相绕组中通入相位相
15、差90的电流，产生旋转磁场，使转子转动起来。,电容分相式单相异步电动机起动后，起动绕组BY可以留在电路中，也可以在转速上升到一定数值后切除它，只留下工作绕组，这时电动机仍能继续工作。,单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应用非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电动工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。,单相电机的使用,三相异步电动机的单相运行,三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样，电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。使用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若在启动前有一相断电，和单相电机一样将不能启动。此时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过热，必须赶快排除故障。,END,
