电机与电器3异步电动机

1、1 第三章异步电动机第三章异步电动机 电动机作用：电能转化为机械能，驱动机械。电动机作用：电能转化为机械能，驱动机械。 同步机同步机 异步机异步机 鼠笼式：应用广泛鼠笼式：应用广泛 绕线式：特殊场合绕线式：特殊场合 交流电动机交流电动机 2 3.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构 异步电机是怎样旋转的？异步电机是怎样旋转的？ 一句话：磁极旋转，内部的导体就会跟着旋转。一句话：磁极旋转，内部的导体就会跟着旋转。 3 磁极旋转磁极旋转导线被动切割磁力线产生感应电动势导线被动切割磁力线产生感应电动势 （右手定则）（右手定则） 闭合导线产生电流闭合导线产生电流 （左手定则）（左手定则） 导体

2、在磁场中受力导体在磁场中受力 理解：异步理解：异步 4 三相异步电动机的两个基本组成部分：定子和转子。三相异步电动机的两个基本组成部分：定子和转子。 5 3.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 1、三相对称绕组、三相对称绕组AX，BY，CZ通入三相对称电流，通入三相对称电流， 产生旋转磁场。产生旋转磁场。 ，电流一周，磁场一周。，电流一周，磁场一周。 6 p=2时，电流一周，磁场半周：时，电流一周，磁场半周： 0 60 =(/ f n p 转转 分分） 7 2、转差率：旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。、转差率：旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。 电机理想空载：电机理想空

3、载：n=n0，s=0（最小）（最小） 异步电动机运行中：异步电动机运行中：s=2%6%（0.020.06） 电机起动瞬间：电机起动瞬间：n=0，s=1（最大）（最大） 若一台电动机额定转速为若一台电动机额定转速为nN=1450转转/分，求电分，求电 动机的极数、转差率、理想空载转速。动机的极数、转差率、理想空载转速。 0 0 0 (1) nn s n ns n 8 3.3 异步电动机的电磁转矩异步电动机的电磁转矩 m 2 2 cos K I 电电机机的的机机械械常常数数 为为每每极极磁磁通通 为为导导体体（此此处处为为转转子子）电电流流 为为导导体体（转转子子电电路路）功功率率因因数数 m22

4、 cosMKI 电电磁磁转转矩矩的的通通用用表表达达式式： 9 下面对电磁转矩表达式各参数进行分析下面对电磁转矩表达式各参数进行分析 1、定子电路、定子电路 其中，其中，为每极磁通（磁极为每极磁通（磁极 正对绕组时的磁通，相当于正对绕组时的磁通，相当于 交变磁通的交变磁通的m m）。）。 60 44. 4 1 1 1111 pn f UNfE 10 2、转子电路：、转子电路： 转转子子电电路路每每相相感感应应电电势势 转转子子电电路路中中的的等等效效电电抗抗为为 此此时时可可以以求求出出电电机机转转动动后后的的转转子子电电流流 当当电电机机转转子子不不动动（堵堵转转）时时 2012 4.44E

5、f N 20220212 =2=2XLf Lf L 转转子子电电路路的的功功率率因因数数 20 20 22 220 E I RX 2 2 22 220 cos R RX 11 p nnpsn fsf 00 21 () 6060 当当电电机机转转动动时时， 2221220 22Xf Lsf LsX sEE I RXRsX 202 2 2222 22220 () 此此时时可可以以求求出出电电机机转转动动后后的的转转子子电电流流 2221220 4.444.44Ef Nsf NsE 所所以以， 22 2 2222 22220 cos () RR RXRsX 转转子子电电路路的的功功率率因因数数： 1

6、2 22 2 2222 22220 cos () RR RXRsX 转转子子电电路路的的功功率率因因数数机机理理： 2 cos=1 （不不现现实实） o 2 3 cos=cos30 = 2 13 电电机机转转矩矩参参数数表表达达式式 22 cos m MKI 11 1111 2012 2 2222 220220 2 2 22 220 4.444.44 4.44 ()() cos () EU f Nf N sEsf N I RsXRsX R RsX 1122 2222 11 220220 (4.44) 4.44 ()() m Usf NR MK f N RsXRsX 2 20 2 2 2 12

7、)(sXR UsR Km 1 12112 2222 1 220220 4.44 ()() m U s U Nf NR K N RsXRsX 122 2222 1 220220 () = ()() m Us NR K N RsXRsX 14 3.4 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性 2 21 22 220 () m sR U MK RsX ( )Mf s ()nf M s s=1 电压下降对转矩影电压下降对转矩影 响很大，并且会造响很大，并且会造 成电流过大，烧毁成电流过大，烧毁 电机。电压不能低电机。电压不能低 于于85%。 15 )(Tfn 最大转矩最大转矩Mmax、临界转差率临界转

8、差率 sm 2 0 21 22 220 2 12 max 2020 () 2 dT ds m m m sR U MK RsX K UR sT XX ， 最大转矩最大转矩Mmax和电源电压的平方和电源电压的平方 有关。和转子电阻无关。有关。和转子电阻无关。 临界转差率临界转差率 sm和当转子电阻成和当转子电阻成 正比，转子电阻越大，它也越大，正比，转子电阻越大，它也越大， 曲线越下拉。曲线越下拉。 16 )(Tfn 额定转矩额定转矩TN 9550 2 60 NNN N N N PPP M n n 过载倍数过载倍数 max 1.6 2.3 N T T ，三三相相异异步步电电机机 起动转矩起动转矩M

9、st 2 21 22 220 1 stm R U MK RX ，一一般般大大于于 17 例题：一台电机参数如下：例题：一台电机参数如下： P PN N=4kW=4kW，n nN N=1440r/min=1440r/min， 求求 解：解： NN PMMM 1maxst 、 %84, 6 . 1/2.0 max NNst N MM M M ， kW P P mNMM mNTM N n P M N N N N N N N N 76. 4 84. 0 4 535 .260 . 20 . 2 4 .425 .266 . 16 . 1 m5 .26 1440 4 95509550 1 max st 18

10、 3-5 异步电机的起动异步电机的起动 1、起动电流大，额定电流、起动电流大，额定电流47倍。引起电网电压波动，倍。引起电网电压波动， 影响其他用户。影响其他用户。 2、起动转矩小，一般为、起动转矩小，一般为0.952倍。有时不能起动，倍。有时不能起动， 造成起动时间加长，起动能量损耗大。造成起动时间加长，起动能量损耗大。 11 1111 20 2 22 220 2 2 22 220 22 4.444.44 () cos () cos m EU f Nf N sE I RsX R RsX MKI 19 电机的起动方法电机的起动方法 1、直接起动：由于直接起动的冲击电流、机械冲击、直接起动：由于

11、直接起动的冲击电流、机械冲击 都大，因此只适合小容量电机。直接起动电机容量都大，因此只适合小容量电机。直接起动电机容量 界限：不大于变压器容量的界限：不大于变压器容量的2030%。 20 2、降压起动：可以有效减少起动电流，但也会减少降压起动：可以有效减少起动电流，但也会减少 起动转矩。起动转矩。 1）定子回路串电阻或电抗器起动）定子回路串电阻或电抗器起动 21 2）自耦变压器降压起动）自耦变压器降压起动 自耦变压器实质是自耦降压变自耦变压器实质是自耦降压变 压器，低压侧抽头可以调节压器，低压侧抽头可以调节 有多个选择，有多个选择， 如：如：55%、64%、73%、80% 等。等。 22 3）

12、Y-起动：起动电流减少到起动：起动电流减少到1/3，起动转矩减少到，起动转矩减少到1/3。 是笼型异步电动机起动的基本方法之一。是笼型异步电动机起动的基本方法之一。 适用于正常运行时定子绕组为适用于正常运行时定子绕组为形接法的电动机空、轻载起形接法的电动机空、轻载起 动。动。 形接法的电动机长时间处于空载运行时，可将其改为形接法的电动机长时间处于空载运行时，可将其改为Y Y形形 接法，以提高功率因数和效率，节约电能。接法，以提高功率因数和效率，节约电能。 为此，国产为此，国产4kW4kW以以 上笼型异步电动机，定子绕组接法为上笼型异步电动机，定子绕组接法为形。形。 以便于接成以便于接成Y Y形

13、。形。 23 Y-起动实际电路结构起动实际电路结构 24 4）软启动软启动 25 2 2 2 1 21 222 220 2 2 20 () mm R U sR U s MKK RsX R X s 3、绕线式异步电机的起动：转子串电阻起动。绕线式异步电机的起动：转子串电阻起动。 好处：既减少起动电流，又增加起动转矩。好处：既减少起动电流，又增加起动转矩。 26 3-6 异步电机的调速异步电机的调速 为何要调速？为何要调速？ 节能节能 延长设备寿命延长设备寿命 优化控制优化控制 27 调速有机械调速和电气调速两种。机械调速机械构调速有机械调速和电气调速两种。机械调速机械构 件复杂，难以实现连续调速

14、，电气调速灵活，可件复杂，难以实现连续调速，电气调速灵活，可 实现连续调速，自动控制等，被越来越广泛应用。实现连续调速，自动控制等，被越来越广泛应用。 根据异步电动机的速度公式根据异步电动机的速度公式 n=(1-s)nn=(1-s)n1 1=(1-s)60f=(1-s)60f1 1/p/p 则异步电动机调速方法有则异步电动机调速方法有 (1)(1)变极调速变极调速 (2)(2)变频调速变频调速 (3)(3)变滑差变滑差s s（滑差离合器）调速。（滑差离合器）调速。 28 一、变极调速一、变极调速 用改变定子绕组的接法来改变极对数用改变定子绕组的接法来改变极对数p p。这种电机。这种电机 称为多

15、速电动机，是有级调速，通常有双速、三称为多速电动机，是有级调速，通常有双速、三 速、四速。一般适应于小容量电机。速、四速。一般适应于小容量电机。 其转子一般采用笼型，因为它感应的极对数能自其转子一般采用笼型，因为它感应的极对数能自 动与定子相适应。动与定子相适应。 一般方法是将绕组一般方法是将绕组“正串正串”改为改为“反串反串”或或“反反 并并”。 29 反串反串 反并反并 正串正串 绕组电流反向，绕组电流反向， 则极数减半。则极数减半。 30 两种常用的变极方案两种常用的变极方案 (1)Y-YY (1)Y-YY （极数减半，转速增加） 反并反并 正串正串 31 (2)-YY (2)-YY （

16、极数减半，转速增加） 正串正串 反并反并 32 二、变频调速二、变频调速 变频调速是现在广泛采用的、节能效果最好的变频调速是现在广泛采用的、节能效果最好的 异步电机调速形式。广泛采用的是异步电机调速形式。广泛采用的是“交一直一交一直一 交交”变频系统。主要特点：变频系统。主要特点： 1 1、平滑性好，可实现无级调速；、平滑性好，可实现无级调速； 2 2、机械特性硬，调速范围大，可适应不同负、机械特性硬，调速范围大，可适应不同负 载特性的要求。载特性的要求。 3 3、容易实现自动控制。、容易实现自动控制。 33 三、异步电动机的变三、异步电动机的变s s调速调速 1 1、串子串电阻的变、串子串电

17、阻的变s s调速调速 由异步电机转矩公式由异步电机转矩公式 可见，电机转矩不变时，电机转子电可见，电机转矩不变时，电机转子电 阻阻R R2 2增大，转差率增大，转差率s s正比增大，电机正比增大，电机 速度降低。因此可以通过串电阻实速度降低。因此可以通过串电阻实 现变现变s s调速。调速。 2 2 2 1 21 222 220 2 2 20 2 12 max 2020 = () 2 mm m m R U sR U s MKK RsX R X s K UR Ms XX ， 34 绕线式电机转子串电阻调速绕线式电机转子串电阻调速 特点：特点： R R 是分段的，为有级调速。 是分段的，为有级调速。

18、 难以自动调速。难以自动调速。 低速时特性软，稳定性差。低速时特性软，稳定性差。 低速时电阻损耗大，经济低速时电阻损耗大，经济 性差，发热多。性差，发热多。 35 2. 2.鼠笼式异步电动机的降压调速鼠笼式异步电动机的降压调速 非常适合通风机负载非常适合通风机负载。 不适合恒转矩负载和恒功率不适合恒转矩负载和恒功率 负载。负载。 为了扩大恒转矩负载的降压为了扩大恒转矩负载的降压 调速范围，通常采用高转差调速范围，通常采用高转差 率电机。率电机。 22 1212 max22 2202020 ()2 m mm K UsR UR MKMs RsXXX ， 36 电压较低时，因电机的电压较低时，因电机

19、的 特性太软，负载变化时特性太软，负载变化时 电机速度变化太大，稳电机速度变化太大，稳 定性差。定性差。 应采用带速度负反馈的应采用带速度负反馈的 闭环控制，以提高电机闭环控制，以提高电机 机械特性的硬度。机械特性的硬度。 37 3-7 异步电机的制动异步电机的制动 1. 1. 反接制动反接制动 适用场合：快速停机。适用场合：快速停机。 注意：停机后应机械抱闸，防止反向起动注意：停机后应机械抱闸，防止反向起动。 38 2. 2. （再生）回馈制动（再生）回馈制动 适用场合：使位能负载匀高速运动。适用场合：使位能负载匀高速运动。 它是感应电动机做发电机运行；它是感应电动机做发电机运行； 电机可以

20、和电网连接；也可以不和电网连接电机可以和电网连接；也可以不和电网连接 （自激发电）。（自激发电）。 39 3 3、异步电动机的能耗制动、异步电动机的能耗制动 适用场合：位能负载匀速下放，不适用场合：位能负载匀速下放，不 必担心电机反向起动。必担心电机反向起动。 方法：异步电动机正向电动运行时，方法：异步电动机正向电动运行时， 将定子三相电源断开后，立即通入将定子三相电源断开后，立即通入 直流电流，这时惯性旋转的转子导直流电流，这时惯性旋转的转子导 体切割静止的磁力线，就会有感应体切割静止的磁力线，就会有感应 电势和电流，从而产生反向电动力。电势和电流，从而产生反向电动力。 在制动过程中，系统的

21、动能全部转在制动过程中，系统的动能全部转 换成电能而消耗在转子回路电阻上。换成电能而消耗在转子回路电阻上。 40 能耗制动实际电路能耗制动实际电路 控制电路控制电路 主电路主电路 41 3、8三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据 2极极 Y132S22 2号短铁芯号短铁芯 机座中心高机座中心高132mm 异步电机异步电机 42 3.93.9单相异步电动机单相异步电动机 3.9.13.9.1单相绕组的特点单相绕组的特点 单相绕组产生脉动（振）磁场；单相绕组产生脉动（振）磁场； 脉动磁场可以分解为两个旋转磁场，它们转向相反，转脉动磁场可以分解为两个旋转磁场，它们转向相反，转 速相同，磁

22、场幅值减半。速相同，磁场幅值减半。 两个旋转磁场都对转子产生力的作用，相互抵消。因此两个旋转磁场都对转子产生力的作用，相互抵消。因此 脉动磁场没有起动转矩。脉动磁场没有起动转矩。 43 按照一般三相异步电动机的机按照一般三相异步电动机的机 械特性的绘制方法（注意械特性的绘制方法（注意s s和和 2-s2-s），可以画出单相绕组电），可以画出单相绕组电 机机械特性，可以看出，机机械特性，可以看出， （1 1）由于正向反向力矩的存在由于正向反向力矩的存在 使合成力矩减小。使合成力矩减小。 （2 2） n=0n=0时，时，T Tst st=0 =0，即无自，即无自 起动转矩。起动转矩。 （3 3）

23、n0n0时，有驱动转矩，时，有驱动转矩， 转矩方向和转向相同，所以转矩方向和转向相同，所以 无固定转向。无固定转向。 44 3.9.23.9.2单相异步电动机的起动和类型单相异步电动机的起动和类型 为了解决起动问题，必须做到在为了解决起动问题，必须做到在n=0n=0时，使合成转矩时，使合成转矩 需要另一个旋转磁场与之共同作用，希望得到旋转磁场。需要另一个旋转磁场与之共同作用，希望得到旋转磁场。 1.1.分相起动电动机分相起动电动机 电容分相单相电动机电容分相单相电动机 st ()0MMM 如何反转？ 45 电容起动、运转电动机电容起动、运转电动机 46 电阻分相电动机电阻分相电动机 电阻可以由

24、线圈工艺而取代电阻可以由线圈工艺而取代 能反转 吗？ 47 2.2.罩极电动机罩极电动机 定子多为凸极式。每个磁极除装有工作绕组外，还在定子多为凸极式。每个磁极除装有工作绕组外，还在 极靴的约极靴的约1/31/3处开槽，套入一个短路铜环。转子为鼠笼式，处开槽，套入一个短路铜环。转子为鼠笼式， 当工作绕组通入单相交流电流时，产生脉振磁场。环内当工作绕组通入单相交流电流时，产生脉振磁场。环内 磁通在相位上滞后于环外磁通，在空间和时间形成一定磁通在相位上滞后于环外磁通，在空间和时间形成一定 相位差，它们合成为一种相位差，它们合成为一种移进式移进式旋转磁场，转向旋转磁场，转向“从无从无 到有到有”。

25、能否反 转？ 48 3 3、单相异步电动机的用途、单相异步电动机的用途 单相异步电动机的技术性能比三相异步电动机差，故单相异步电动机的技术性能比三相异步电动机差，故 容量不大。容量不大。 由于它结构简单，价格低廉，使用方便，所以在家用由于它结构简单，价格低廉，使用方便，所以在家用 电器、医疗器械和某些工业装置中应用很广。电阻分相电器、医疗器械和某些工业装置中应用很广。电阻分相 电机和罩极式电动机的容量，一般在几十瓦以下，主要电机和罩极式电动机的容量，一般在几十瓦以下，主要 用于电力仪表、小风扇，电唱机和录音机等。电容分相用于电力仪表、小风扇，电唱机和录音机等。电容分相 电动机用于较大起动转矩的装置中，如空压机，空调器，电动机用于较大起动转矩的装置中，如空压机，空调器， 电水箱，洗衣机等，容量在几百瓦左右。电水箱，洗衣机等，容量在几百瓦左右。 49 最后顺便说明三相异步电动机单相运行的问题。最后顺便说明三相异步电动机单相运行的问题。 不论何种接法的三相电机，三相电源线断开一相，就成不论何种接法的三相电机，三相电源线断开一相，就成 了单相绕组。不能起动，起动时有了单相绕组。不能起