电机与电气控制技术 三相异步电动机

1、第二章 三相异步电动机 第一节 三相异步电动机的结构与工作原理 第二节 三相异步电动机的空载运行 第三节 三相异步电动机的负载运行 第四节 三相异步电动机的工作特性 第五节 三相异步电动机的电磁转矩 第六节 三相异步电动机的机械特性 8/29/2022第七节 电力拖动基本知识 第八节 三相异步电动机的起动 第九节 三相异步电动机的制动 第十节 三相异步电动机的调速 第十一节 三相异步电动机的运行维护与故障分析第十二节 单相异步电动机8/29/2022第一节三相异步电动机的结构与工作原理 一、三相异步电动机的结构 （一）定子 （二）转子 （三）分类与用途 8/29/2022二、三相异步电动机工作

2、原理 （一）三相交流电的旋转磁场 1旋转磁场的产生 8/29/2022二极电动机旋转磁场的产生 8/29/2022四极电动机定子绕组结构和接线图8/29/2022四极电动机旋转磁场8/29/20222旋转磁场的转速 f1=50Hz时的旋转磁场转速 磁极对数P 1 2 3 4 5同步转速n1 / r/min 3000 1500 1000 750 600 3旋转磁场的旋转方向8/29/2022（二）转子的转动 1转子转动的原理2转子的转速 n、转差率s与转动方向8/29/2022（一）三相异步电动机的铭牌 三、三相异步电动机的铭牌及主要系列 三相异步电动机 型号Y112M-2 编 号 4KW 8.

3、2A 380V 2890r/min LW 79dB（A） 接法防护等级IP44 50HZ Kg ZBK2007-88 工作制 B级绝缘 年月 电机厂8/29/2022（二）三相异步电动机主要系列 1型号2额定值额定功率PN 额定电压UN 额定电流IN 额定频率fN 额定转速nN 常用的Y系列异步电动机有Y（IP44）封闭式、Y（IP23）防护式小型三相异步电动机，YR（IP44）封闭式、YR（IP23）防护式绕线型三相异步电动机，YD变极多速三相异步电动机，YX高效率三相异步电动机，YH高转差率三相异步电动机，YB隔爆型三相异步电动机，YCT电磁调速三相异步电动机，YEJ制动三相异步电动机，Y

4、TD电梯用三相异步电动机，YQ高起动转矩三相异步电动机等几十种产品。 8/29/2022第二节三相异步电动机的空载运行 电动机空载运行是指电动机轴上没有带任何负载的运行状态 。 定子绕组中产生的感应电动势为： 定子绕组中产生漏感电动势为： 8/29/2022定子绕组电压平衡方程式： 当 ，则： 或当电源电压为额定值时，每极磁通基本是一恒定值，负载变化时，其基本不变。 8/29/2022第三节三相异步电动机的负载运行 当电动机轴上带上机械负载后，在开始的那一瞬间，转子所产生的电磁转矩小于负载转矩，转子减速旋转而旋转磁场的同步转速n1是恒定的，随着转子转速n的下降，转子与旋转磁场间的转速差（n1-

5、n）增大，转子导体中的感应电动势和转子电流也将增大，于是电动机的电磁转矩随之增大，直至电磁转矩等于负载转矩时，转子就不再减速，而在较低转速下稳定运行。 8/29/2022一、转子各物理量与s的关系 1转子绕组感应电动势及转子电流的频率 2转子旋转时转子绕组的电动势E2 E2s=4.44f2N2K2=4.44sf1N2k2=sE2 8/29/20223转子电抗X2S 4转子电流I2S 5.转子电路的功 率因数cos 6.转子的旋转磁通势F2 F2的空间转速，即相对定子的转速为n18/29/2022二、负载运行时的基本方程式 1磁通势平衡方程式 2电动势平衡方程式 8/29/2022第四节 三相异

6、步电动机的工作特性 三相异步电动机的工作特性是指在 f1=fN 及定、转子绕组不串任何阻抗的情况下，电动机的转速n、定子电流I1、电磁转矩T、功率因数、效率与输出功率P2的关系曲线。 一、转速特性n=f（P2） 二、定子电流特性I1=f（P2） 8/29/2022三、功率因数特性=f（P2） 四、转矩特性 五、效率特性 8/29/2022第五节 三相异步电动机的电磁转矩 异步电动机的转子电流与旋转磁场磁通相互作用，产生了电磁力和电磁转矩，在电磁转矩作用下驱使电动机旋转。 一、电磁转矩的物理表达式 8/29/2022二、电磁转矩的参数表达式 由 I2S= = 得 8/29/20221电动状态 （

7、0s1） Tm= 8/29/2022 2. 发电状态 (s1) 三电磁转矩的实用表达式 其中:8/29/2022第六节 三相异步电动机的机械特性 电动机的 曲线称为电动机的机械特性曲线。 曲线变换为曲线8/29/2022一、机械特性曲线分析 电动机的机械特性曲线上有三个重要转矩点。 1）额定转矩TN 2）最大转矩Tm 3）起动转矩Tst 8/29/2022二、固有特性 三相异步电动机的固有机械特性是指电动机工作在额定电压和额定功率下，定子绕组按规定方式联接，定子和转子电路不外接电阻等其它电路元件，由电动机本身固有的参数所决定的机械特性。 8/29/2022三、人为机械特性 人为地改变异步电动机

8、定子电压U1、电源频率f1、定子极对数P、定子回路电阻或电抗、转子回路电阻或电抗中的一个或多个参数，所获得的机械特性，称为人为机械特性。 1降低定子端电压的人为机械特性 8/29/20222转子回路串对称三相电阻的人为机械特性 8/29/2022第七节 电力拖动基本知识 一、电力拖动系统的运动方程式 （一）单轴电力拖动系统运动方程式 8/29/2022（二）电力拖动系统的运动状态 1当T=TL时，电力拖动系统处于静止或匀速运行的稳定状态。 2当TTL时，电力拖动系统处于加速过渡过程状态。 3、当TTL时，电力拖动系统处于减速过渡过程状态。8/29/2022二、电力拖动系统的负载与负载转矩特性

9、负载转矩特性简称负载特性，它是指电力拖动系统的旋转速度n与负载转矩TL的函数关系，即n=f(TL)。不同生产机械在运动中所具有的转矩特性不同，大致可分为恒转矩负载特性、恒功率负载特性和通风机型负载特性三类。 1恒转矩负载特性 1）反抗性负载转矩 2) 位能性负载转矩 8/29/2022a) 反抗性恒转矩负载特性 b) 位能性恒转矩负载特性 8/29/20222恒功率负载特性 3通风机型负载特性 8/29/2022三、电力拖动系统稳定运行的条件 在电力拖动系统中，电动机的机械特性与负载转矩特性有交点，即T=TL这是系统稳定运行的必要条件。而电力拖动系统稳定运行的充分必要条件是：在 T=TL处 8

10、/29/2022第八节 三相异步电动机的起动 一、三相笼型异步电动机的起动 （一）全压起动 （二）减压起动 减压起动并不是降低电源电压，而是采用某种方法，使加在电动机定子绕组上的电压降低。 8/29/20221定子串电阻或电抗减压起动 8/29/20222自耦变压器减压起动 自耦变压器一次电压与二次电压之比为k自耦变压器的一次电流为 Ist1= Ist2/ k = Ist/ k2 起动转矩为Tst= Tst/k2 8/29/20223星形-三角形减压起动 Ist= Ist /3 Tst= Tst/3 8/29/2022二、三相绕线型异步电动机的起动 1转子串电阻起动 8/29/2022 2转子

11、串频敏变阻器起动 8/29/2022第九节 三相异步电动机的制动 一、反接制动 三相异步电动机的反接制动有电源反接制动和倒拉反接制动两种。 （一）电源反接制动 8/29/2022（二）倒拉反接制动 8/29/2022二、能耗制动 8/29/2022三、回馈制动（再生发电制动） （一）反向回馈制动 8/29/2022（二） 正向回馈制动 8/29/2022第十节 三相异步电动机的调速 根据三相异步电动机的转速公式 三相异步电动机的调速方法有： 1）变频调速 改变异步电动机定子电源频率f1来改变同步转速n1，从而进行调速。 2）变极调速 改变异步电动机的极对数 p来改变电动机同步转速n1来进行调速

12、。 3）变转差率调速 调速过程中保持电动机同步转速n1不变，改变转差率s来进行调速。其中有降低定子电压、在绕线型异步电动机转子回路中串入电阻或串附加电动势等方法调速。 8/29/2022一、笼型异步电动机的变极调速 （一）变极原理 8/29/2022（二）两种常用的变极接线法 1Y/yy 变极调速 8/29/20222/ yy变极调速 8/29/2022（三）变极调速电动机的机械特性8/29/2022二、变频调速 （一）变频与调压的配合 1变频时应保持电动机主磁通不变，此时 电动机定子电压与频率应有下式关系 8/29/20222变频时保持过载能力m不变，则：具体对于恒转矩负载，只要满足U1/f

13、1=U1/f1=常数，即可保持变频调速时电动机过载能力m不变。又可使主磁通保持不变。因而变频调速最适合于恒转矩负载。 对于恒功率负载采用变频调速时，无法使电动机的过载能力m和主磁通同时保持不变。 8/29/2022（二）恒转矩变频调速时机械特性 8/29/2022（三）三相异步电动机变频调速 （四）变频电源简介 8/29/2022三、变转差率 s调速 变转差率调速方法很多，有绕线型异步电动机转子串电阻调速、转子串附加电动势（串级）调速、定子调压调速等。（一） 绕线转子异步电动机转子串电阻调速 8/29/2022（二） 转子串附加电动势调速（串级调速） 8/29/2022（三） 改变定子电压调速8/29/2022第十一节 三相异步电动机运行维护 与故障分析 一、三相异步电动机的运行维护 二、三相异步电动机的故障分析 8/29/2022 第十二节 单相异步电动机 一、单相异步电动机的工作原理 1交流单相绕组产生脉动磁场 8/29/20222脉动磁场的分解 3单相异步电动机的工作原理