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1、第四章 异步电动机的原理与控制,电动机的分类：,第四章 异步电动机原理和控制,第一节 三相异步电动机,一 三相异步电动机的结构,一、三相异步电动机的结构,1.定子,一、三相异步电动机的结构,1.定子,一、三相异步电动机的结构,定子:通入三相交流电，产生产生旋转磁场。,2.转子,鼠笼转子,铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。,(1)鼠笼式转子,铁芯槽内放铜条，端 部用短路环形成一体。或铸铝形成转子绕组。,一、三相异步电动机的结构,2.转子,(2)绕线式转子,同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。,一、三相异步电动机的结构,转子:在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流，从而产生电磁转矩而旋转。,鼠笼
2、式电动机与绕线式电动机的的比较：,鼠笼式：结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。,绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。,转子电路的特点：自行闭合，不外接电力负载。,一、三相异步电动机的结构,对称三相绕组通入对称三相电流,旋转磁场(磁场能量),磁场切割转子绕组,转子绕组中产生 e 和 i,转子绕组在磁场中受到电磁力的作用,转子旋转起来,机械负载旋转起来,三相交流电能,输出机械能量,二、三相异步电动机的工作原理,1 旋转磁场,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,二、三相异步电动机的工作原理,规定,()电流
3、出,()电流入,（1）旋转磁场的产生,二、三相异步电动机的工作原理,1 旋转磁场,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,右手螺旋定则-判定磁场方向,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,(3)旋转磁场的极对数P,二、三相异步电动机的工作原理,1 旋转磁场,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，首末端相差90
4、，将形成两对磁极的旋转磁场。,二、三相异步电动机的工作原理,1 旋转磁场,(3)旋转磁场的极对数P,极对数,旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关,1 旋转磁场,(3)旋转磁场的极对数P,（4）旋转磁场的转速,工频：,旋转磁场的转速取决于磁场的磁极对数p，和三相交流电的频率f,p=1时,1 旋转磁场,p=2时,旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系,1 旋转磁场,（4）旋转磁场的转速,2.转子转动原理,定子三相绕组通入三相交流电,方向:顺时针,感应电动势 E20,电磁力F,二、三相异步电动机的工作原理,（1）转子为什么转动？,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
5、,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。,（2）转子的转速=?,2.转子转动原理,转子转速亦可由转差率求得,转差率s,例1：一台三相异步电动机，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：,n=975 r/min,p=3,异步电动机运行中:,n0=1000 r/min,三、三相异步电动机的机械特性,1.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矩之总和。,常数，与电机结构有关,旋转磁场
6、主磁通最大值,每相转子电流有效值,转子电路的功率因数,由公式可知,1.电动机转动转矩与定子每相绕组电压 成正比。U 1 转动转矩T，电压过低时容易烧坏电机,2.当电源电压 U1 一定时，T 是 s 的函数。,3.R2 的大小对 T 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。,经过推算得电磁转矩公式：,R2:转子每相绕组的电阻X20:转子静止时每相绕组的感抗,2 机械特性曲线,根据转矩公式,得特性曲线：,三、三相异步电动机的机械特性,n=0,n=n0,电动机在额定负载时的转矩。,(1).额定转矩TN,额定转矩,(N m),例某普通机床的主轴电机(Y132M-4型)的额
7、定功率为7.5kw,额定转速为1440r/min,其额定转矩为,2 机械特性曲线,P=,（2）最大转矩 Tmax,电机带动最大负载的能力。,临界转差率,将sm代入转矩公式，可得,2 机械特性曲线,最大转矩也与电压平方成正比，U Tmax,过载系数(描述过载能力）,一般三相异步电动机的过载系数:,结论：转子轴上机械负载转矩T2 不能大于Tmax，否则将造成堵转(停车),而烧坏电机,（3）起动转矩 Tst,(2)Tst与 R2 有关，适当使 R2 Tst。对绕线式电机改变转子附加电阻 R2,可使Tst=Tmax。,起动时,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
8、适应负载能力。,此过程中，n、sE2,I2 I1 电源提供的功率自动增加。,T2,s,T2 T,T=T2,n,T,达到新的平衡,自适应：稳定工作区,负载的影响,U1 的影响,T2,电动机的运行分析,R2 的影响,R2,Tst,n,硬特性（R2大）：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。,软特性（R2小）：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。,电动机的运行分析,1 异步电动机的启动,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 7 倍;起动转矩为额定转矩的(1.02.2)倍。,四、三相异步电动机的启动、反转、调速、和制动,(1)直接起动 电动机直接接
9、到电源上，叫直接起动。,（适用于鼠笼式电动机）,(3)转子串电阻起动,（适用于绕线式电动机）,1 异步电动机的启动方法：,四、三相异步电动机的启动、反转、调速、和制动,设：电机每相阻抗为|Z|,Y 换接起动,降压起动时的电流为直接起动时的1/3,相电流,相电压,方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。,电动机正转,电动机反转,三相异步电动机的正、反转,四、三相异步电动机的启动、反转、调速、和制动,（1）变频调速(无级调速),频率调节范围：0.5几百赫兹,三相异步电动机的调速,四、三相异步电动机的启动、反转、调速、和制动,调速方法：3种，1、变频，2、变磁极对数，3、变转差率。,（2）变极调速
10、(有级调速),P=2,三相异步电动机的调速,（1）变频调速(无级调速),变频器,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）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。,三相异步电动机的调速,4 三相异步电动机的制动,制动方法,能耗制动反接制动发电反馈制动,四、三相异步电动机的启动、反转、调速、和制动,4 三相异步电动机的制动,(1)能耗制动,在断开三相电源的同时，给电动
11、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），转子迅速停止转动。,(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)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 n0,五 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。,
12、异步电动机产品名称代号,2.电压,例如：380/220V、Y/是指线电压为 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%。因为在电动机满载或接近 满载情况下运行时，电压过高 或过低都会使 电动机的电流大于额定值,从而使电动机过热。,电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。,五 三相异步电动机铭牌数据,3.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。,4.功率与效率,电动机在额定运行时定子绕组的线电流值
13、。,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。,五 三相异步电动机铭牌数据,注意：实用中应选择容量合适的电机，防止出现“大马拉小车”的现象。,5.功率因数,三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为 0.7 0.9。空载时功率因数很低，只有 0.2 0.3。额定负载时，功率因数最高。,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=0.04,7.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)。,8.接法,接线盒,定子三相绕组的联接
14、方法。通常,Y 联结,联结,五 三相异步电动机铭牌数据,9、电源接线方法,功率的选择,功率选得过大不经济，功率选得过小电动机容易因过载而损坏。,1.对于连续运行的电动机，所选功率应等于或略大于生产机械的功率。,2.对于短时工作的电动机，允许在运行中有短暂的过载，故所选功率可等于或略小于生产机械的功率。,10、三相异步电动机的选择,单相异步电动机主要应用于电动工具、洗衣机、电冰箱、空调、电风扇等小功率电器中。单相异步电动机的定子中放置单相绕组,转子一般用鼠笼式。,第二节 单相异步电动机,一 单相异步电动机的结构,第二节 单相异步电动机,定子绕组中通入单相交流电后,形成脉动磁场，若不采取措施，将无
15、法获得所需的起动转矩。定子绕组产生的脉动磁场,定子,定子绕组,转子,A,A,二、单相异步电动机的工作原理,定子绕组产生的脉动磁场，可用正、反两个旋转磁场合成来等效。即,定子绕组,A,A,二、单相异步电动机的工作原理,+和-大小不变方向改变,脉动磁场的分解,正反向旋转磁场的合成转矩:,正向:,反向:,静止:T+和T-大小相等方向相反，T=0,T+和T-始终是相反的,转子,为了获得所需的起动转矩，单相异步电动机的定子进行了特殊设计。常用的单相异步电动机有电容分相式异步电动机和罩极式异步电动机。他们都采用鼠笼式转子，但定子结构不同。,电容分相式异步电动机,电容分相式异步电动机的定子中放置有两个绕组，
16、一个是工作绕组 AA，另一个是起动绕组 BB,两个绕组在空间相隔90。起动时，BB 绕组经电容接电源，两个绕组的电流相位相差近90，即可获得所需的旋转磁场。,设两相电流为,两相电流,正弦波形如图所示。,起动绕组,工作绕组,两相旋转磁场,罩极式单相异步电机,定子绕组,鼠笼式转子,短路环,极掌(极靴),当电流i 流过定子绕组时，产生了一部分磁通1，同时产生的另一部分磁通与短路环作用生成了磁通2。由于短路环中感应电流的阻碍作用，使得2在相位上滞后1，从而在电动机定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，使转子获得所需的起动转矩。,罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，故常用于洗衣机等电器中。,
