第6章 异步电动机

1、鼠笼式异步交流电动机授课内容：鼠笼式异步交流电动机授课内容： 机座：铸钢或铸铁机座：铸钢或铸铁 转子转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。鼠笼转子鼠笼转子(1) 鼠笼式转子鼠笼式转子 铁芯槽内放铜条，端铁芯槽内放铜条，端 部用短路环形成一体。部用短路环形成一体。 或铸铝形成转子绕组。或铸铝形成转子绕组。(2) 绕线式转子绕线式转子 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。变电动机的机械特性。 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变

2、电动机的机械特性。外加电阻可人为改变电动机的机械特性。 120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi BiAXBYCZAiCiCiAiBiitmIoiCiAiBitmIo0n规定规定 i : “+” 首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 i : “” 尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。 AYCBZX()电流出电流出( )电流入电流入CiBiAii tAXYCBZAXYCBZAXYCBZNS0 t 60t 0n60 90t 600mIoSNSN旋转方向：取决于三相电流的相序。旋转方向：取决于三相电流的相序。旋转磁场是沿着：旋转磁场是沿着：U1V1W1U1U2V1V2W2

3、W1i1i2上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节L1L2L3U1U2V1V2W1W2i3i1i2ImOti3i1U1， i2V1， i3W12. . 与三相绕组中的三相电流的相序：与三相绕组中的三相电流的相序：L1 L2 L3 一致，通入导前电流的绕组一致，通入导前电流的绕组通入滞后电流的绕组。通入滞后电流的绕组。旋转磁场是沿着：旋转磁场是沿着：U1W1V1U1U2V1V2W2W1L1L2L3U1U2V1V2W1W2i2i1i3i1U1， i2W1， i3V1任意对调两根电源进线，磁场反转。任意对调两根电源进线，磁场反转。上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一

4、节下一节0t 即：即：1pCiBiAioimI tBiAXBYCZAiCiAXYCBZNSCYABCXYZAXBZAiBiCiX A AXBYB Y CC ZZ 以以 Y 型接法为例，将型接法为例，将每相绕组都改用两个线圈每相绕组都改用两个线圈串联组成。串联组成。 按下图放入定子按下图放入定子槽内。槽内。 形成的磁场则是形成的磁场则是两对磁极。两对磁极。即即 p = 2 四极旋转磁场四极旋转磁场 三相绕组三相绕组极对数极对数2p旋转磁场的磁极对数旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关与三相绕组的排列有关CYABCXYZAXBZAiBiCiAX XNSZ CZBYB Y A C SNBiCiAi

5、imIt 0电流变化一周电流变化一周 旋转磁场转一圈旋转磁场转一圈电流每秒钟变化电流每秒钟变化 50 周周 旋转磁场转旋转磁场转 50 圈圈 旋转磁场转旋转磁场转 3000 圈圈电流每分钟变化电流每分钟变化 (5060) 周周p = 1 时：时：电流变化一周电流变化一周 旋转磁场转半圈旋转磁场转半圈电流每秒钟变化电流每秒钟变化 50 周周 旋转磁场转旋转磁场转 25 圈圈 旋转磁场转旋转磁场转 1500 圈圈电流每分钟变化电流每分钟变化 (2560) 周周p = 2 时：时：上一页上一页下一页下一页返回返回上一节上一节下一节下一节三相异步电动机的同步转速三相异步电动机的同步转速600pf1n

6、min）r/ ( p12 3456n0/(r/min)300015001000750600500 f 1= 50 Hz 时时,不同极对数时的同步转速如下不同极对数时的同步转速如下:同步转速同步转速p 为任意值时：为任意值时：上一页上一页下一页下一页返回返回上一节上一节下一节下一节)/( 6010分分转转pfn 2p180分）转/( 50011p360分）转/( 0003极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速)f(Hz501 3p120分）转/( 00014p分分）转转/( 75090旋转磁场转速旋转磁场转速n0与频率与频率f1和极对数和极对数p

7、有关。有关。AXYCBZ分分）转转/( 6010pfn BlvBliFvF0nNSeBvBfi0nn %10000 nnns转子转速转子转速0)(1nns %s)91( 例例1 1：一台三相异步电动机，其额定转速一台三相异步电动机，其额定转速 n= =975 r/min，电源频率，电源频率 f1 1= =50 Hz。试求电动机的。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。极对数和额定负载下的转差率。解：解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转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：速的关系可知：n0=1000 r/min , 2.5%100%10009751000%10000 nn

8、ns p12 3456n0/(r/min)300015001000750600500起动时：起动时：n = 0, n = n0 转子电磁感应最强转子电磁感应最强 转子电路电量的频率：转子电路电量的频率： f2 = f1 当当n n 转子电路电量的频率转子电路电量的频率 f2 （ f1）稳定运行时：稳定运行时： n = n0n很小很小 转子电路频率的变化：转子电路频率的变化： f2 = f1很小很小上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节NS（1）电磁转矩的产生）电磁转矩的产生 用右手定则判断转子绕组中感应电流的方向用右手定则判断转子绕组中感应电流的方向 用左手定则判断转子绕组

9、受到用左手定则判断转子绕组受到的电磁力的方向的电磁力的方向电磁力电磁力电磁转矩电磁转矩 TT 与与 n0 同方向。同方向。上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节 工作原理示意图工作原理示意图eBvBfi工作原理工作原理对称三相绕组对称三相绕组通入对称三相电流通入对称三相电流旋转磁场旋转磁场(磁场能量磁场能量)磁场切割磁场切割转子绕组转子绕组转子绕组中转子绕组中产生产生 e 和和 i转子绕组在磁场中转子绕组在磁场中受到电磁力的作用受到电磁力的作用转子旋转起来转子旋转起来机械负载机械负载旋转起来旋转起来三相交流电能三相交流电能输出机械能量输出机械能量上一页上一页下一页下一页返返

10、 回回上一节上一节下一节下一节（2）电磁转矩的方向）电磁转矩的方向 转子旋转的方向转子旋转的方向 与旋转磁场的转向相同与旋转磁场的转向相同。电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致。电磁转矩的方向与旋转磁场的转向一致。上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节任意对调两根电源进线，电动机反转。任意对调两根电源进线，电动机反转。（3）电磁转矩）电磁转矩 T 的大小的大小T = KTsR2U1p2R22+(sX2) 2 T U1p2上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节22Tcos IKT 常数，与电常数，与电机结构有关机结构有关旋转磁场旋转磁场每极磁通每极磁通转子电

11、流转子电流转子电路转子电路功率因数功率因数ilBF 22cos, , IT 转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用下, ,受到电磁力形成转矩。受到电磁力形成转矩。R2 的大小对的大小对 T 有影响有影响21220222)(UsXRsRKT 21U固有特性固有特性:人为特性人为特性:在额定电压、额定频率，转子电路在额定电压、额定频率，转子电路不外串电阻或电抗时的不外串电阻或电抗时的 T = f (s) 和和 n = f (T)在改变电压、频率及转子电路参数在改变电压、频率及转子电路参数时的时的 T = f (s) 和和 n = f (T) n = f (T)T = f

12、 (s) 转矩特性转矩特性: 异步机的异步机的 T 与与 s 之间的关系之间的关系机械特性机械特性: 异步机异步机 n 与与T 之间的关系之间的关系三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节T = kTsR2U1p2R22+(sX2) 2 和和 n = (1 s) n0固有特性固有特性转矩特性转矩特性 机械特性机械特性 固有特性固有特性 TNsN1TsTMsMTOsn0TnOTNnNTsTMnM上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节（1 1）额定状态）额定状态 在额定在额定 UN 下，下，以额定转速以额定转速

13、nN 运行、运行、输出额定功率输出额定功率 PN 时，时，电动机转轴上输出的转矩为电动机转轴上输出的转矩为机械特性机械特性 M 额定状态说明了电额定状态说明了电动机长期运行能力。动机长期运行能力。上一页上一页下一页下一页返回返回上一节上一节下一节下一节n0TnOTsTNnNTMnMNS 额定状态、临界状态、起动状态代表三个重额定状态、临界状态、起动状态代表三个重要的工作状态。要的工作状态。TN = 9550PN nN临界转速临界转速一般三相异步电动机一般三相异步电动机: 1.82.2（2 2）临界状态）临界状态上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节Mn0TnOTsTNnNT

14、MnMNS机械特性机械特性 最大转矩最大转矩TM:电动机带动最大负载的能力电动机带动最大负载的能力转轴上机械负载转矩不能大于转轴上机械负载转矩不能大于TM ，否则将造成堵转否则将造成堵转( (停车停车) )NmaxTT(3)(3) 起动状态起动状态 TS 体现了电动机直接起动体现了电动机直接起动的能力。的能力。 若若 TSTL（负载转矩）（负载转矩） 电机电机能能起动起动，否则将起动不了。，否则将起动不了。TS TNKS =三相异步电动机三相异步电动机: KS = 0.82.0 KC = 5.57.0上一页上一页下一页下一页返返 回回上一节上一节下一节下一节机械特性机械特性 Mn0TnOTST

15、NnNTMnMNS起动电流倍数：起动电流倍数：起动转矩倍数：起动转矩倍数：IS INKC =)/()(9550NNN分分转转千千瓦瓦nPT (N m)NmaxTTNststTT起动起动能力能力电动机起动时的转矩。电动机起动时的转矩。体现了电动机带载起动的能力，体现了电动机带载起动的能力，启动条件：启动条件： TstTL 否则电动机不能启动。否则电动机不能启动。问题：问题：。 一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍倍; 电动机的起动电动机的起动二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。起动。（1

16、1） 直接起动：将额定电压通过闸刀开关或接接直接起动：将额定电压通过闸刀开关或接接触器直接加在定子绕组上使电机起动。触器直接加在定子绕组上使电机起动。 （2 2） 降压起动。降压起动。Y Y 起动起动自耦降压起动自耦降压起动鼠鼠笼笼式式电电动动机机缺点：对电网影响大，绕组发热变形。缺点：对电网影响大，绕组发热变形。鼠鼠笼笼式式电电动动机机规定：规定： 能直接起动能直接起动（经验公式）（经验公式）stNNNIS3I44P鼠鼠笼笼式式电电动动机机ZUIll3:Y 星形联结时星形联结时ZUIll3 三三角角形形联联结结时时：31Y llII31YlIZlU+U1U2V1V1W1W2 lIlU+ZU1

17、U2V1V2W1W2ZL1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1动触点动触点Y动触点动触点静触点静触点L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1UPU1+Ul+U2V1V2W1W2 工作工作L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2Ul+U1V1V2W1W2lUU31P (a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。仅适用于正常运行为三角形联结的电机。 (b)Y 起动起动 ststTIY 换接起动适合于空载或轻载起动的场合换接起动适合于空载或轻载起动的场合SYtst31TT UlU1W2V2

18、W1+U2V1UP+Ul+U1W2V2W1U2V1L1L3L2FUQQ2制动方法制动方法机械制动机械制动电气制动电气制动能耗制动能耗制动反接制动反接制动发电反馈制动发电反馈制动nF转子转子T n0=0+-运转运转制动制动RP 在断开三相电源的同时，给电动机其中两相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。转距（制动转距），使转子迅速停止转动。运转运转nFT n0 nF转子转子T n0n n0 当

19、电动机转子的转速大于旋转磁场的转速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。电能回送给电网。 pfsnsn106011 f=50HzM3 +变频调速方法变频调速方法恒转距调速（恒转距调速（f1f1N）变频调速方法可实现无级平滑调速变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性调速性能优异，因而正获得越来越广泛的应用。能优异，因而正获得越来越广泛的应用。A1

20、X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSSA1X1A2X2iiP=1 采用变极调速方法的电动机称作双速电机，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、磨床调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。等机床上。A1A2X1X2SNTn0no22RR2R2R( 变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调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，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缺点是能耗

21、较大。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。提升、起重设备中。nnTLTLs sTs2R2Ro 磁极数磁极数( 极对数极对数 p = 2 )例如：例如： Y 132 M4 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号（机座长度代号（S、M、L）机座中心高（机座中心高（132mm）三相异步电动机三相异步电动机异步电动机产品名称代号异步电动机产品名称代号接线盒接线盒。通常。通常联结联结电机容量电机容量Y3kW 联联结结电电机机容容量量 kW4U2U1W2V1V2W1U1U2W2U2V2V1W1U1W1V1W2V2例如：例如：380/220V、Y/ 是指线电压为是指线电压为 380V 时时 采用采用 Y联结联结；线电压为；线电压为 220V 时采用时采用 联结联结。 表示星形表