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1、第三章 电动机与变压器 第二节 三相异步电动机（一）,第二节 三相异步电动机（一）,【教学目标】1了解三相异步电动机的结构和分类；2理解三相异步电动机的工作原理；3掌握三相异步电动机的运行特性；4.学会直流电动机转速的计算。【教学重点】三相异步电动机的机械特性【教学难点】三相异步电动机的工作原理,第二节 三相异步电动机（一）,三相异步电动机是由三相交流电源供电，把交流电能转换为机械能输出的设备。它具有结构简单，价格低廉，使用、维护方便，效率高等优点。在机械工业上可用于拖动中、小型轧钢设备、金属切削机械、起重运输机械等，是目前使用最广泛的电动机。,一、三相异步电动机的结构及分类,按电动机转子的结
2、构可分为笼型和绕线型两类。图3-15为绕线型异步电动机外形，图3-16为笼型异步电动机外形图。,图3-15 绕线型异步电动机 外形,图3-16 三相笼型异步电动机外形图,1三相异步电动机的分类,按电动机外壳的防护型式可分为开启式、防护式、封闭式等，其中封闭式结构是目前使用最广泛的结构形式。按电动机的容量可以分为小型电动机（容量0.55100KW），中型电动机(容量1001250KW)和大型电动机(容量1250KW以上）,三相异步电动机的结构及分类,三相异步电动机虽然种类繁多，但基本结构均由定子和转子两部分组成，静止部分称为定子，旋转部分称为转子，如图3-17所示。,图3-17 三相笼型异步电动
3、机的组成,三相异步电动机的结构及分类,2三相异步电动机的基本结构,定子的最外面是机座，机座内装定子铁心，定子铁心槽内安放三相定子绕组。定子绕组是电动机的电路部分，其作用是通入三相对称交流电，产生旋转磁场。三相异步电动机的定子绕组为三相对称绕组，一般有6个出线端，置于机座外部的接线盒内，根据需要接成星形（Y）或三角形（）联结，如图3-18所示。,图3-18 三相笼型异步电 动机出线端,三相异步电动机的结构及分类,（1）定子,转子的基本组成部分是转轴，还有压在转轴上的转子铁心和放在铁心槽内的转子绕组。转子绕组的作用是产生电流，并在旋转磁场的作用下产生电磁力矩而使转子转动。结构形式如图3-19所示。
4、,（a）铜条转子结构（b）铸铝转子结构 3-19 笼型异步电动机转子,三相异步电动机的结构及分类,（2）转子,(b)铭牌,图3-21 Y2系列三相异步电动机,在三相异步电动机的机座上均装有一块铭牌，铭牌上标出了该电动机的型号及主要技术数据，供正确使用电动机时参考，如图3-21（b）所示。,三相异步电动机的结构及分类,3三相异步电动机的铭牌和额定值,Y2系列三相异步电动机是我国在Y系列基础上更新设计的。与Y系列相比具有效率高、起动转矩大、噪音低、结构合理、体积小、重量轻、外形新颖美观等优点，如图3-21（a）所示。,三相异步电动机的结构及分类,(a)外形,图3-21 Y2系列三相异步电动机,三相
5、异步电动机的结构及分类,型号：,主额定功率(5.5KW)：指电动机在额定工作状态下运行时，转轴上输出的机械功率。额定电压(380V)：指电动机在额定工作状态下，加到定子绕组上的线电压。额定电流(11.7A)：指电动机在额定电压下，输出额定功率时，定子绕组中的线电流。,接法()：表示电动机定子三相绕组与交流电源的连接方法，对J02、Y及Y2系列电动机，国家标准规定3KW及以下者均采用星形联结；4KW及以上者均采用三角形联结。防护等级(IP44)：电动机外壳防护的方式，IP11是开启式；IP22、IP33是防护式；IP44是封闭式。,三相异步电动机的结构及分类,二、三相异步电动机的工作原理,当三相
6、定子绕组通入三相交流电时，在定子、转子与空气隙中就会产生一个沿定子内圆旋转的磁场，该磁场称为旋转磁场。旋转磁场的旋转方向决定于通入定子绕组的三相交流电源的相序，且与电源的相序一致。只要任意对调电动机两相绕组与交流电源的接线，旋转磁场即反转。当三相异步电动机有p 对磁极时，旋转磁场的转速为：,式中：f1三相交流电的频率；p定子绕组的极对为数；n1旋转磁场的转速（r/min），又称同步转速。,图3-22是三相笼型异步电动机的定子与转子剖面图。转子上的6个小圆圈表示自成闭合回路的转子导体。当三相定子绕组通入三相对称交流电后，将产生一个同步转速为n1，在空间按顺时针方向旋转的磁场。开始时转子不动，这样
7、转子导体就会切割磁感线而产生感生电动势，由于转子导体自成闭合回路，所以转子导体中就有电流通过，其电流方向可用右手定则判定，该瞬间转子导体中的电流方向如图所示。,三相异步电动机的工作原理,图3-22 三相异步电动机的转动原理,三相异步电动机的工作原理,有电流流过的转子导体将在旋转磁场中受电磁力F的作用，其方向用左手定则判定，如图中箭头所示，该电磁力F在转子轴上形成电磁转矩，使异步电动机的转子以转速n旋转。电动机转子的转向与磁场的旋转方向一致，因此要改变三相异步电动机的旋转方向，只需改变旋转磁场的转向即可。三相异步电动机工作时，如果其转速增加到旋转磁场的转速，则转子导体与旋转磁场间的相对运动消失，
8、转子中的电磁转矩等于零。,图3-22 三相异步电动机的转动原理,三相异步电动机的工作原理,转子的实际转速n总是小于旋转磁场的同步转速n1，它们之间有一个转速差，反映了转子导体切割磁感应线的快慢程度。因此常用这个转速差n1-n与旋转磁场同步转速n1的比值来表示异步电动机的性能，称为转差率，通常用S表示，即,在电动机起动的瞬间，n=0，s=1，转差率最大；随着转速的上升，转差率减小；当n=n1时，s=0，因此，s在01之间变化。在额定负载时，中小型异步电动机转差率的范围一般在0.020.06之间。,三相异步电动机的工作原理,例3-4 已知Y2-112M-4三相异步电动机的同步转速n1=1500r/
9、min，额定转差率SN=0.04，求该电动机的额定转速。,解：由,得：,三、三相异步电动机的运行特性,三相异步电动机的工作特性是指在额定电压和额定频率下，电动机的转速n、定子电流 I1、定子功率因数cos1、电磁转矩T、效率等与输出功率P2的关系。图3-23是三相异步电动机的特性曲线。,图3-23 三相异步电动机的工 作特性,1、工作特性,转速特性：随着P2增加，转子转速n下降，转差率s增大。定子电流特性：随着负载的增加，转速下降，转子电流增大。定子边功率因数：三相异步电动机运行时必须从电网中吸取无功功率，它的功率因数永远小于1。电磁转矩T：电动机的转矩一般是指轴上输出的转矩T2，当稳定运行时
10、，电动机的电磁转矩T等于负载转矩T2加上电动机的空载转矩T0，用公式表示为：,式中：T电动机的电磁转矩（Nm）；P2电动机的额定输出功率；n电动机的额定转速；T0电动机的空载转矩。,三相异步电动机的运行特性,效率特性：异步电动机将电能转换成机械能，在转换过程中总有能量损耗。电动机的效率等于输出功率P2与输入功率P1之比，即：,根据上式可知，当电动机空载时，P2=0，=0，随着输出功率P2的增加，效率也在增加。在正常范围内电压和转速变化很小，铁损耗和机械损耗变化也很小，叫不变损耗。定、转子铜损耗变化很大，叫可变损耗。当不变损耗等于可变损耗时，电动机的效率达到最大。一般来说，电动机容量越大，效率越
11、高。,三相异步电动机的运行特性,三相异步电动机的机械特性指定子电压和频率为常数时，转速n与电磁转矩T之间的关系。电磁转矩的大小与旋转磁场的磁通M、转子导体中的电流I2及转子功率因数cos2有关，它们之间的关系可用TS曲线来表示，如图3-24所示。由于转速n与转差率S之间存在一一对应的关系，因此，把图3-24顺时针转过90，并把转差率S变换成转速n，即得到如图3-25所示的机械特性曲n=f(T)。,图3-24 三相异步电动机的 T-S曲线,三相异步电动机的运行特性,2机械特性,图3-25 三相异步电动机的 机械特性,异步电动机运行时，额定转矩TN不能太接近最大转矩Tm，使电动机有一定的过载能力，
12、以提高运行的稳定性。电动机产生的最大转矩Tm与额定转矩TN之比称为电动机的过载能力，一般三相异步电动机的在1.62.2之间，起重、冶金用的异步电动机动在2.22.8之间。通常异步电动机稳定运行在机械特性曲线的a、b、c段上，即在OSSc范围内，在这段范围内随S的增加（转速下降），转矩T相应增加，这个转速范围称为异步电动机的稳定运行区。在稳定运行区内，负载变化时电动机转速变化很小，属于硬机械特性。机械特性曲线的c、Tst段随着转速的减小，电动机产生的转矩也随之减小，为不稳定运行区。异步电动机一般不能在该区域内正常稳定运行。电源电压的波动对电动机的运行影响很大。如当电源电压降为额定电压的90%，电
13、动机的转矩则降为额定值的81%。因此当电源电压过低时，电动机就有可能拖不动负载而被迫停转，这一点在使用电动机时必须注意。,三相异步电动机的运行特性,【课堂练习】,第二节 三相异步电动机（一）,教材“复习思考题”：填空题第5、6、7题；2.选择题第5、6、7、8、9题；3.判断题第6、7题；4.简答题第8题。,【课堂小结】一、三相异步电动机的工作原理：应用电磁感应 原理，分四步：旋转磁场转子感应电流 转子受力“异步”的由来；,二、并励式直流电动机与串励式直流电动机的 运行特性的比较。,第二节 三相异步电动机（一）,【课后作业】,教材“复习思考题”：1、简答题第9题；2、计算题第4题。,第二节 三相异步电动机（一）,
