第七章三相异步电动机

1、第七章第七章 三相异步电动机三相异步电动机 机械工业出版社机械工业出版社 高职高专高职高专“十一五十一五”机电类专业规划教材机电类专业规划教材 7.1 7.1 三相异步电动机的结构和铭牌数据三相异步电动机的结构和铭牌数据 7.2 7.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 7.3 7.3 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性三相异步电动机的电磁转矩与机械特性 7.4 7.4 三相异步电动机的运行三相异步电动机的运行 7.5 7.5 三相异步电动机的选择三相异步电动机的选择 7.6 7.6 单相异步电动机单相异步电动机 第七章第七章 三相异步电动机三相异步电动机 重点重点: : 三相

2、异步电动机的结构和工作原理。三相异步电动机的结构和工作原理。 三相异步电动机的机械特性。三相异步电动机的机械特性。 三相异步电动机的起动、调速和制动的三相异步电动机的起动、调速和制动的 基本原理和方法。基本原理和方法。 三相异步电动机的选择原则。三相异步电动机的选择原则。 单相异步电动机的工作原理单相异步电动机的工作原理 。 难点: 三相异步电动机的工作原理。三相异步电动机的工作原理。 三相异步电动机的机械特性。三相异步电动机的机械特性。 三相异步电动机的起动、调速和制动的三相异步电动机的起动、调速和制动的 基本原理和方法。基本原理和方法。 单相异步电动机的工作原理单相异步电动机的工作原理 。

3、 7.1 7.1 三相异步电动机的结构和铭牌数据三相异步电动机的结构和铭牌数据 7.1.1 7.1.1 基本结构基本结构 1.1.定子部分定子部分 。 图图7-2 定子与转子铁心定子与转子铁心 片片1定子铁心定子铁心 2转子铁转子铁 心心 3定子槽定子槽 转子槽转子槽 转子绕组转子绕组 3 3）转轴用以传递转矩及支撑转子的重量。）转轴用以传递转矩及支撑转子的重量。 2.2.转子部分转子部分 图图7-3 笼型电动机转笼型电动机转 子子a)铜条鼠笼铜条鼠笼 b) 铸铝铸铝 转子转子 a) 铜条 端环 图图7-4 7-4 绕线转子异步电动机的构造绕线转子异步电动机的构造 1-1-定子绕组定子绕组 2

4、-2-机座机座 3-3-定子铁心定子铁心 4-4-接接 线盒线盒 5-5-转子铁心转子铁心 6-6-转子绕组转子绕组 7-7-滑环滑环 7.1.2 7.1.2 铭牌数据铭牌数据 1.1.型号型号 2.2.电压电压 铭牌上的电压值是指电动机在额定运行时，定子绕组铭牌上的电压值是指电动机在额定运行时，定子绕组 上应加的上应加的线线电压的数值。电压的数值。 3.3.转速转速 铭牌转速指电动机在额定运行时的额定转速铭牌转速指电动机在额定运行时的额定转速.。 4.4.电流电流 电动机正常工作时定子绕组的电动机正常工作时定子绕组的线线电流数值电流数值 5.5.功率功率 电动机在额定运行时轴上输电动机在额定

5、运行时轴上输出出的机械功率的机械功率 6.6.绝缘等级绝缘等级 按电动机及绕组所用绝缘材料在使用时的最高容许温度按电动机及绕组所用绝缘材料在使用时的最高容许温度 来划分。一般有来划分。一般有A A（105105）、）、E(120)E(120)、 B(130)B(130)、 F(155)F(155)、 H(180)H(180)。 7.7.接法接法 星形（），三角形接法（星形（），三角形接法（） 图图7-5 7-5 定子绕组的接线方式定子绕组的接线方式 a)a)星形接法星形接法 b) b) 三角形接法三角形接法 a) b) 接 电 源接 电 源 7.2 7.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动

6、机的工作原理 7.2.1 7.2.1 旋转磁场旋转磁场 1.1.旋转磁场的产生旋转磁场的产生 旋转磁场旋转磁场: :磁场的轴线位置随时间而旋转的磁场。磁场的轴线位置随时间而旋转的磁场。 定子铁心三相绕组在空间互差定子铁心三相绕组在空间互差120120角角 三相绕组组中通入三相对称电流三相绕组组中通入三相对称电流 产生旋转磁场的条件产生旋转磁场的条件 图图7-6 7-6 定子三相绕组（定子三相绕组（P=1P=1） a) a) 嵌放情形嵌放情形 b)b)星形连接星形连接 图图7-7 7-7 电流波形电流波形 规定规定: : 交流电流瞬时值为正时，交流电流瞬时值为正时， 电流从绕组首端流，末端出；电

7、流从绕组首端流，末端出； 若交流电瞬时值为负时，若交流电瞬时值为负时， 电流从末端入，首端出。电流从末端入，首端出。 图图 7-8 7-8 三相电流产生的旋转磁场（三相电流产生的旋转磁场（P=1P=1） a)0 b)60 c)120 d)180a)0 b)60 c)120 d)180 2. 2. 旋转磁场的转向旋转磁场的转向 任意调换电动机三相绕组中任意两根导线连接电源，任意调换电动机三相绕组中任意两根导线连接电源， 则旋转磁场就反向。则旋转磁场就反向。 3.3.旋转磁场的转速旋转磁场的转速 旋转磁场的转速取决于电流的频率和磁场的磁极对数。旋转磁场的转速取决于电流的频率和磁场的磁极对数。 1

8、0 60 f n P 7.2.2 7.2.2 三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理 1.1.转动原理转动原理 转子转动原理图转子转动原理图 旋转磁场旋转磁场以以n n转速转动转速转动 转子导体转子导体静止静止 转子导体产生感应电动势转子导体产生感应电动势 转子导体构成闭合回路转子导体构成闭合回路 转子导体产生感应电流转子导体产生感应电流 转子带电导体在定子磁场中受力转子带电导体在定子磁场中受力 转子就顺着旋转磁场的转子就顺着旋转磁场的 方向转动起来方向转动起来 2.2.转差率转差率 0 0 nn s n 异步电动机额定转差率在异步电动机额定转差率在1%1%6%6%之间之间 。 N

9、n 1 50f 有一台有一台Y112M4Y112M4电动机，额定转速电动机，额定转速 ，交流电源频率交流电源频率 H HZ Z，求额定转差率，求额定转差率。 =1440r/min 解：解： 1 0 601500 /min f nr p 0 0 1500 1440 0.044% 1500 N nn s n 例例7.17.1 7.3 7.3 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性三相异步电动机的电磁转矩与机械特性 7.3.1 7.3.1 旋转磁场对定子绕组的作用旋转磁场对定子绕组的作用 定子绕组切割旋转磁场产生的感应电动势定子绕组切割旋转磁场产生的感应电动势 111 4.44 pw E=fNk 因定子

10、绕组本身的阻抗压降比电源电压要小得多因定子绕组本身的阻抗压降比电源电压要小得多 故有：故有： 111 11 4.44 m UEK f N 7.3.2 7.3.2 旋转磁场对转子的作用旋转磁场对转子的作用 1.1.转子电路中的频率转子电路中的频率 000 21 0 () 6060 p nnnnpn fsf n 2.2.转子绕组感应电动势转子绕组感应电动势E E2 2的大小的大小 22222221 4.444.44 mm EK f N fK N Sf 20221 4.44 m EK N f 当转子不动时，转子的感应电动势最大。当转子不动时，转子的感应电动势最大。 3.3.转子的感抗和阻抗转子的感抗

11、和阻抗 22212 22xf Lsf L 2 222 222220 zRxRsx 4.4.转子电路的电流和功率因数转子电路的电流和功率因数 202 2 2 2 2 220 sEE I z Rsx 22 2 2 2 2 220 cos RR z Rsx 2 21 2 2 220 sR U TK Rsx 7.3.3 7.3.3 三相异步电动机的电磁转矩三相异步电动机的电磁转矩 电磁转矩与定子每相电压的平方成正比电磁转矩与定子每相电压的平方成正比 。可见可见 7.3.4 7.3.4 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性 当电源电压当电源电压U U1 1和电阻和电阻R R2 2为定值时为定值时,

12、, 曲线。曲线。 异步电动机的机械特性曲线异步电动机的机械特性曲线: : ( )nf T 图图7-147-14三相异步电动机的机械特性曲线三相异步电动机的机械特性曲线 在机械特性曲线中，在机械特性曲线中， 有三个特殊的转矩，有三个特殊的转矩， 两个区域：两个区域： 1.1.三个特殊转矩三个特殊转矩 （1 1）额定转矩：）额定转矩：电动机在额定负载时的负载转矩电动机在额定负载时的负载转矩 9550 N N N P T n N s 对应的转差率为额定转差率对应的转差率为额定转差率S SN N 电动机的转速为额定转速 电动机的转速为额定转速n nN N （2 2）最大转矩）最大转矩 max T 2

13、max1 0 1 2 TKu x 2 20 m R s x 对应的转差率为：对应的转差率为： max N T T 过载系数为过载系数为： （3）起动转矩: : 电动机刚起动（电动机刚起动（n n=0=0，s s=1=1）时的转矩称为起动转矩。）时的转矩称为起动转矩。 2 21 22 220 st R U TK Rx 2.2.两个区域两个区域 1 1）稳定区）稳定区: :电动机的负载转矩稍有变化时，电动机电动机的负载转矩稍有变化时，电动机 能够自动调节平衡能够自动调节平衡. .（见图（见图7-147-14中的中的abab段）段） 2 2）不稳定区）不稳定区：当电动机负载稍有变化时，电动机：当电动

14、机负载稍有变化时，电动机 自身不能调节平衡。（见图自身不能调节平衡。（见图7-147-14中的中的bcbc段）段） 7.4 7.4 三相异步电动机的运行三相异步电动机的运行 三相异步电动机的运行三相异步电动机的运行是指电动机由起动到制动的是指电动机由起动到制动的 整段过程。其中包括起动、调速和制动三个环节。整段过程。其中包括起动、调速和制动三个环节。 7.4.17.4.1异步电动机的起动异步电动机的起动 电动机的起动：电动机的起动：电动机从接入电网开始转动到正常运行电动机从接入电网开始转动到正常运行 为止的这一个过程。为止的这一个过程。 对电动机的起动性能要求对电动机的起动性能要求：起动电流小

15、：起动电流小, ,起动转矩不小。起动转矩不小。 1.1.直接起动直接起动 满足下列条件之一者可直接起动：满足下列条件之一者可直接起动： 2 2）电动机在起动瞬间造成的电网电压降不大于电网电压）电动机在起动瞬间造成的电网电压降不大于电网电压 正常值的正常值的10%10%，对于不经常起动的电动机可放宽到，对于不经常起动的电动机可放宽到15%15%。 1 1）容量在）容量在7.5kW7.5kW以下的三相异步电动机可直接起动。以下的三相异步电动机可直接起动。 3 3）也可以用下面经验公式来粗估电动机是否可直接起动。）也可以用下面经验公式来粗估电动机是否可直接起动。 + +变压器容量（千伏安）变压器容量

16、（千伏安）/4/4电动机功率（千瓦）电动机功率（千瓦） 3 4 st N I I 若电动机起动电流倍数满足上式即可直接起动。若电动机起动电流倍数满足上式即可直接起动。 2.2.降压起动降压起动 1 1）星）星三角起动三角起动 适用于正常运行时定子绕组为三角形接线的电动机。适用于正常运行时定子绕组为三角形接线的电动机。 起动时起动时 Y Y接；运行时接。接；运行时接。 起动电流关系起动电流关系: : 起动转矩关系起动转矩关系: : 1 3 lr l I I 1 3 stY st T T 星星三角降压起动多用于三角降压起动多用于空载空载或或轻载轻载起动。起动。 2 2）自耦变压器起动）自耦变压器起

17、动 自耦变压器备有抽头，以便得到不同电压自耦变压器备有抽头，以便得到不同电压( (例如为例如为 电源电压的电源电压的73%73%，64%64%，55%)55%)，根据对起动转矩的，根据对起动转矩的 要求选用。要求选用。 自耦变压器起动适用于容量大或正常运行时联成星自耦变压器起动适用于容量大或正常运行时联成星 形，不能采用星三角起动器的鼠笼三相异步电动机。形，不能采用星三角起动器的鼠笼三相异步电动机。 2 1 st st I Ik 起动电流减小倍数：起动电流减小倍数： 2 1 st st T Tk 起动转矩减小的倍数：起动转矩减小的倍数： 7.4.2 7.4.2 三相异步电动机的调速三相异步电动

18、机的调速 由异步电动机的转速公式由异步电动机的转速公式 1 0 60 11 f ns ns P 可知，异步电动机有下列三种基本可知，异步电动机有下列三种基本调速方法调速方法： 一、改变电源的频率一、改变电源的频率 1 f 二、改变定子绕组的磁极对数二、改变定子绕组的磁极对数 三、改变转差率三、改变转差率 图图7-187-18变频调速装置变频调速装置 优点优点：调速范围较大，平滑性好，可达到无级调速，：调速范围较大，平滑性好，可达到无级调速， 并且机械特性较硬。并且机械特性较硬。 缺点缺点：需要专门的变频设备，价格较高。：需要专门的变频设备，价格较高。 1.1.变频调速变频调速 需要专门的变频装

19、置，如图需要专门的变频装置，如图7-187-18所示。所示。 2.2.变极调速变极调速 变极调速只用于笼型电动机变极调速只用于笼型电动机。 原理以双速电动机为例原理以双速电动机为例, ,如图如图7-197-19所示。所示。 图图7-19 7-19 变极调速变极调速 优点：优点： 经济简便经济简便 缺点：调缺点：调 速级数少速级数少 3.3.变转差率调速变转差率调速 适用于绕线式转子电动机。适用于绕线式转子电动机。 缺点缺点：调速消耗电能较多，不经济，且机械特性软。：调速消耗电能较多，不经济，且机械特性软。 优点优点：简单方便。：简单方便。 转子电路串电阻后，转子电流以及电磁转矩转子电路串电阻后

20、，转子电流以及电磁转矩 都相应减小。都相应减小。 7.4.3 7.4.3 异步电动机的制动异步电动机的制动 制动制动：使异步电动机所产生的电磁转矩与转子的转动：使异步电动机所产生的电磁转矩与转子的转动 方向相反，使电动机立刻停车。方向相反，使电动机立刻停车。 它所产生的电磁转矩称为制动转矩。它所产生的电磁转矩称为制动转矩。 1.1.能耗制动能耗制动 当电动机脱离三相电源当电动机脱离三相电源 的同时，在两相定子绕的同时，在两相定子绕 组间接入一个直流电源，组间接入一个直流电源， 如图如图7-207-20所示。所示。 图图7-20 7-20 能耗制动能耗制动 优点优点: : 制动力较强，制动制动力

21、较强，制动 较平稳，对电网的较平稳，对电网的 影响较小影响较小 需要直流电源需要直流电源 缺点缺点: : 2. 2. 反接制动反接制动 当电动机停车时，可将接到当电动机停车时，可将接到 电源三根导线中的任意两根电源三根导线中的任意两根 对调对调 。 图图7-21 7-21 反接制动反接制动 简单，制动迅速简单，制动迅速 能量消耗大能量消耗大 优点优点: : 缺点缺点: : 注意：注意： 在反接制动时，旋转磁场与转子的相对转速（在反接制动时，旋转磁场与转子的相对转速（ ） 很大，感应电动势和感应电流也很大。故在转子电路很大，感应电动势和感应电流也很大。故在转子电路 中中串入足够大的电阻串入足够大

22、的电阻。 0 nn 3.3.发电反馈制动发电反馈制动 当当异步电动机的转速异步电动机的转速n n超过旋转磁场超过旋转磁场n0时，转子相对旋转时，转子相对旋转 磁场的相对速度方向相反，因此产生的感应电动势和感应磁场的相对速度方向相反，因此产生的感应电动势和感应 电流也反向，使转子受到反向的安培力，产生制动转矩，电流也反向，使转子受到反向的安培力，产生制动转矩， 使电机停车。使电机停车。 7.5 7.5 三相异步电动机的选择三相异步电动机的选择 选择电动机的原则选择电动机的原则: :实用，经济与安全，正确的选择其类实用，经济与安全，正确的选择其类 型，功率，电压和转速，其中电动机的功率选择最为重要

23、。型，功率，电压和转速，其中电动机的功率选择最为重要。 7.5.1 7.5.1 类型的选择类型的选择 一般的生产机械中尽量选择笼型异步电动机。一般的生产机械中尽量选择笼型异步电动机。 在要求起动转矩较高的场合下适用绕线转子异步电动机。在要求起动转矩较高的场合下适用绕线转子异步电动机。 7.5.2 7.5.2 功率选择功率选择 1.1.长期运行电动机功率选择长期运行电动机功率选择 1 P P 2.2.短时运行电动机功率的选择短时运行电动机功率的选择 短时运行短时运行是指电动机的升温在工作期间未达到稳定值，是指电动机的升温在工作期间未达到稳定值， 当停止运转时，电动机完全冷却到周围环境的温度。当停

24、止运转时，电动机完全冷却到周围环境的温度。 可选长期运行的电动机，过载系数为可选长期运行的电动机，过载系数为 PPPP1 1/ 7.5.3 7.5.3 电压和转速的选择电压和转速的选择 电动机电压的选择要与供电电压一致电动机电压的选择要与供电电压一致 应使电动机的转速尽可能接近生产机械的转速应使电动机的转速尽可能接近生产机械的转速 7.6 7.6 单相异步电动机单相异步电动机 单相异步电动机的转子多半是笼型的。定子铁心也是采用单相异步电动机的转子多半是笼型的。定子铁心也是采用 硅钢片冲压而成，定子绕组有分布在定子铁心槽内的称为硅钢片冲压而成，定子绕组有分布在定子铁心槽内的称为 隐极式隐极式和集

25、中放在铁心上的称为和集中放在铁心上的称为凸极式凸极式两种。两种。 单相异步电动机单相异步电动机:由单相交流电源供电的异步电动机。由单相交流电源供电的异步电动机。 7.6.1 7.6.1 脉动磁场脉动磁场 单相异步电动机定子绕组接上交流电源之后，将会产生单相异步电动机定子绕组接上交流电源之后，将会产生 一个随时间交变的脉动磁场。一个随时间交变的脉动磁场。 单相异步电动机中磁场与三相异步电动机是不同的。单相异步电动机中磁场与三相异步电动机是不同的。 但是一个脉动磁场可以分解成两个大小相等、旋转但是一个脉动磁场可以分解成两个大小相等、旋转 速度相同，而转向相反的旋转磁场速度相同，而转向相反的旋转磁场。 7.6.3 7.6.3 起动起动 从单相异步电动机的电磁转矩的分析可知，它的从单相异步电动机的电磁转矩的分析可知，它的起动起动 转矩为零转矩为零。要想在合上电源时，能够自行起动，必须。要想在合上电源时，能够自行起动，必须 设法设法产生一个旋转磁场产生一个旋转磁场，解决起动转矩为零的问题。，解决起动转矩为零的问题。 单相电动机起动方法与电动机的类型有关。单相电动机起动方法与电动机的类型有关。 1.1.电容分相电动机电容分相电动机 主绕组主绕组U1U1一一U2U2（又称工作绕组（又称工作绕组) )，匝数多。，匝数多。 辅助绕组辅助绕组ZIZI一一Z2(