第七章异步电动机

1、 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机7.1 三相交流异步电动机的结构三相交流异步电动机的结构 7.2 三相交流异步电动机的工作原理三相交流异步电动机的工作原理 7.3 三相交流异步电机的电磁转矩和机械特性三相交流异步电机的电磁转矩和机械特性 7.4 三相交流异步电机的启动、调速和制动三相交流异步电机的启动、调速和制动 内内 容容 7.5 三相异步电动机的三相异步电动机的选择选择 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机电动机电动机交流交流 三相三相 同步机同步机发电机发电机电动机电动机电能电能 )(机械能机械能机械能机械能 )(电能电能鼠笼式鼠笼式 按按所用所用 电电源源 不同不同按按内部磁场内

2、部磁场 与与轴转速轴转速的关系的关系 按相数按相数 按转子按转子 结构结构概概 述述 绕线式绕线式 电机电机 直流直流 异步机异步机 单相单相 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机主要由主要由定子定子和和转子转子两部分组成两部分组成7.1 三相交流异步电动机结构三相交流异步电动机结构 定子：固定不动的部分定子：固定不动的部分 转子：转动的部分转子：转动的部分 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机鼠笼式异步电动机的组成部件鼠笼式异步电动机的组成部件 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机绕线转子三相异步电动机的结构绕线转子三相异步电动机的结构 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机机座机座 定子绕组

3、定子绕组 铭牌数据铭牌数据 出线端子出线端子 7.1.1 定子定子( (不动的部分不动的部分) ) 主要由机座、定子主要由机座、定子铁心铁心和定子绕组等组成和定子绕组等组成 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 定定 子子 铁铁 心心定子绕组定子绕组 定子铁心硅钢片定子铁心硅钢片 内表面有凹槽内表面有凹槽（下线槽）（下线槽），用于嵌用于嵌放绕组放绕组由互相绝缘的硅钢由互相绝缘的硅钢片叠片叠成成定子铁心定子铁心下线槽下线槽 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 用带有绝缘层的导线（漆包线或纱包线）绕成用带有绝缘层的导线（漆包线或纱包线）绕成 均匀分成三组，按一定规律嵌放在定子内表面的下线槽内均匀

4、分成三组，按一定规律嵌放在定子内表面的下线槽内 定定 子子 绕绕 组组 每组绕组称为一相，每相有两个出线端每组绕组称为一相，每相有两个出线端 U1、V1、W1称为三相绕组的首端，称为三相绕组的首端，U2、V2、W2为末端为末端 U1U2V1V2W1W2三相定子绕组三相定子绕组 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机定子绕组定子绕组六个端线引到接线盒内，就可以接成六个端线引到接线盒内，就可以接成Y Y形或形接法形或形接法。三相笼型异步电动机出线端及接法三相笼型异步电动机出线端及接法 Y Y形连接形连接 形连接形连接 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机由转子铁心、转子绕组和由转子铁心、转子绕组和转

5、轴构成转轴构成 7.1.2 转子转子( (转动的部分转动的部分) )鼠笼式鼠笼式转子转子 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机转子铁心转子铁心 转子转子铁心铁心是电动机是电动机磁路的一部分，磁路的一部分，一般由相互一般由相互绝缘的绝缘的硅钢片硅钢片叠压而成，叠压而成，表面有表面有均匀分布的均匀分布的凹槽，凹槽，用来嵌用来嵌放转子导体放转子导体。转子硅钢片转子硅钢片 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机转转 子子 绕绕 组组 (1)(1)鼠笼式绕组鼠笼式绕组 在转子铁心均匀分布的每个槽内各在转子铁心均匀分布的每个槽内各放置一根导体，在铁心两端安放两个放置一根导体，在铁心两端安放两个端环，称为短路

6、环，然后把所有导体端环，称为短路环，然后把所有导体伸出槽外的部分与端环联接起来。伸出槽外的部分与端环联接起来。转子绕组按其结构分有转子绕组按其结构分有鼠笼式和绕线式两种鼠笼式和绕线式两种 铸铝转子铸铝转子 这种转子是将融化了的铝液直接浇注在转子槽内，并这种转子是将融化了的铝液直接浇注在转子槽内，并连同两端的短路环和风扇浇注在一起连同两端的短路环和风扇浇注在一起。 若去掉铁心，则绕组部分就像一个若去掉铁心，则绕组部分就像一个鼠笼，鼠笼，这这也是鼠笼式电动机名称的由也是鼠笼式电动机名称的由来。来。这种鼠笼式绕组既可以用铜条焊这种鼠笼式绕组既可以用铜条焊接成，也可以用铝浇铸。接成，也可以用铝浇铸。

7、江苏大学电工电子教研室三相交流电动机(2)(2)绕线式绕组绕线式绕组 绕线式绕组是与定子绕组相似的对称三相绕组绕线式绕组是与定子绕组相似的对称三相绕组，一般接成一般接成Y Y形。每相出线端分形。每相出线端分别联接到安装在转轴上的滑环上，环与环、环与转轴之间相互绝缘，依靠滑环与别联接到安装在转轴上的滑环上，环与环、环与转轴之间相互绝缘，依靠滑环与电刷的滑动接触与外电路相联接。电刷的滑动接触与外电路相联接。绕线式转子的特点是可以通过滑环和电刷在转绕线式转子的特点是可以通过滑环和电刷在转子绕组回路接入附加电阻，用以改善电动机的起动性能或调节电动机的转速。子绕组回路接入附加电阻，用以改善电动机的起动性

8、能或调节电动机的转速。绕线式转子接线绕线式转子接线 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机绕线式转子结构图绕线式转子结构图 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 从磁路来考虑，定子铁心与转子铁从磁路来考虑，定子铁心与转子铁心之间的气隙是很重要的一部分。气心之间的气隙是很重要的一部分。气隙大，则磁阻大，励磁电流也大，电隙大，则磁阻大，励磁电流也大，电动机的功率因数降低。从这一角度来动机的功率因数降低。从这一角度来考虑，气隙应取较小的数值。考虑，气隙应取较小的数值。三相异步电动机的气隙三相异步电动机的气隙 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机1.旋转磁场的产生旋转磁场的产生 sinsin120sin

9、120AmBmCmiItiItiIt7.2 三相异步电动机的三相异步电动机的工作原理工作原理 BiU1U2V1V2W1W2AiCi 三相定子绕组在空间三相定子绕组在空间 上互差上互差1200放置，并通入放置，并通入三相对称电流三相对称电流 AiBiCimIt7.2.1 旋转磁场的产生旋转磁场的产生 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机U1V2W1V1W21n ()电流出电流出 ( )电流入电流入 U2规定规定：当当i i0 0时，电时，电流从绕组的首端流向流从绕组的首端流向末端，当末端，当i i0 0时，电时，电流从绕组的首端流出流从绕组的首端流出。电流流入电流流入用符号用符号“”表示表示；电

10、流流出电流流出用符号用符号“ “ ”表示。表示。 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机U1U2V2W1V1W2NS合成合成磁场方向：磁场方向： 向下向下 AiBiCimIt0t0t时刻时刻 iA=0；iB0； iC0一对磁极一对磁极 （两极）（两极） 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 180tU2V1W21nU1V2W1 60tU1U2V2W1V1W2SN1n60A120tU2V2W1V1W21n其它其它时刻时刻磁场方向磁场方向AiBiCitmIU1当定子绕组中通当定子绕组中通入三相电流入三相电流 后后，产生的合成磁场是产生的合成磁场是随着电随着电 流流的的交变而在空间不断交变而在空间不断

11、地旋转地旋转 着着，这就是旋转磁场。这就是旋转磁场。 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机2、旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向 与与三相电三相电源的源的相序相序一致一致 1n1n换接任意两相电源换接任意两相电源可可改变磁场的旋转改变磁场的旋转 方向方向 AiBiCimItAiCiBimIt怎样怎样可以改变可以改变 旋转磁场旋转磁场的的方向方向？ 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机3、旋转磁场的旋转磁场的转速转速电流变化一周，两极磁场在空间电流变化一周，两极磁场在空间正好正好转过转过一周一周磁极对数磁极对数P=1时时：如果电流的频率为如果电流的频率为f1，则旋转磁场则旋转磁场每分钟每分钟的

12、转速为的转速为：r r/(601f1n minmin）旋转磁场的转速旋转磁场的转速n1 1也称为异步电动机的同步转速也称为异步电动机的同步转速 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机（1）极对数（极对数（P P）的概念）的概念 BiU1U2V1V2W1W2AiCi1p此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。 即：即：NSU1U2V2W1V1W2 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机（2）极对数（极对数（P P）的改变）的改变 将每相绕组分成两段将每相绕组分成两段1U/2U2U/1U2W1W/2W/1W1V2V/1V/2VV1AiV2V1U1U2

13、W1W2U1U2W1W2V2CiBi按下图放入定子按下图放入定子槽内槽内 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机极对数极对数 2pAiBiCimIt0t1U/2U2U/1UNSSN2W1W/2W/1W1V2V/1V/2ViA=0；iB0； iC0V2V1U1U2W1W2U1U2W1W2V2CiBi 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 60t1n/1U1UZ/2X2UCZCSNSN30（3）极对数和转速的关系极对数和转速的关系 AiBiCimIt1U/2U2U/1UNSSN2W1W/2W/1W1V2V/1V/2V 0t）in/( 601mrpfn 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机?/min)

14、(r 6011pfn ?Hzf501时时 同步转速同步转速 1n(r/min)2p 50011p 0003 极对数极对数 3p 00014p507 磁极对数磁极对数 电源频率电源频率 电机同电机同 步转速步转速若电源频率为工频若电源频率为工频 当电动机为当电动机为2 2p p 个磁极时，旋转个磁极时，旋转 磁场的转速为磁场的转速为: : 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机4、三相异步电动机的三相异步电动机的转动转动原理原理 磁铁磁铁 闭合闭合 线圈线圈 e方向用方向用 右手定则右手定则确定确定 F方向用方向用 左手定则左手定则确定确定 磁场旋转磁场旋转 n nN NS ST Tf fn n1

15、 1f f 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机定子绕组通电定子绕组通电转子导体（闭合）切割磁力线转子导体（闭合）切割磁力线产生感应电动势及感应电流产生感应电动势及感应电流带电的转子导体在磁场中受力（左手定则）带电的转子导体在磁场中受力（左手定则）旋转磁场旋转磁场（转速为转速为n1）转子导体受到电磁转矩转子导体受到电磁转矩T T的作用的作用转子转动起来，且与旋转磁场同方向，转速为转子转动起来，且与旋转磁场同方向，转速为n异步电动机的转动异步电动机的转动原理：原理： 怎样实现电动机怎样实现电动机 的反向旋转的反向旋转? ?任意任意对调对调 两接线端两接线端的接线的接线 江苏大学电工电子教研室三相

16、交流电动机电动机转速和旋转磁场同步转速电动机转速和旋转磁场同步转速的关系的关系 旋转磁场旋转磁场转速转速: :1n无转矩无转矩 转子与旋转磁场间没有相对转子与旋转磁场间没有相对运动运动 无转子电无转子电动势动势 （转子导体不切割磁转子导体不切割磁力线）力线） 转子转子无电流无电流 提提 示示：转子转子不能转动不能转动 电动机转速电动机转速: :n n1和和n是否相等是否相等？ 异步电机：异步电机：n n1，且且 n1 n如果如果 n= n1 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 转差率转差率 的的概概念念： s转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差速之差

17、 与同步转速的比值。与同步转速的比值。即：即： %10011nnnS 一一般地般地 2%6%Ns11100%NNnnsn以额定转速以额定转速 运行时运行时: : Nn 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机转差率转差率s是异步电动机运行的一个重要是异步电动机运行的一个重要物理量。物理量。 根据根据s的正负和大小可以判断出异步电动机的运行的正负和大小可以判断出异步电动机的运行状态。状态。 （3）s1时，为电磁制动状态时，为电磁制动状态 。 （1）0s1时，为电动机电动运行状态；时，为电动机电动运行状态； （2）s=1时，为电动机的起动状态时，为电动机的起动状态 ； （4）s0时，为电动机的发电机运

18、行状态时，为电动机的发电机运行状态 ； 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机例：异步电动机的额定转速例：异步电动机的额定转速nN=720 =720 r/min，电，电 源频率为源频率为50 50 Hz. . 求：电机是极数？额定转差率是多少？求：电机是极数？额定转差率是多少？ 解：解： 额定转速接近同步转速额定转速接近同步转速n1=750 r/min 1160fnp116060 504750fpn该电机是极对数是该电机是极对数是4 4 007507200.044%750nnsn 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机电磁电磁转矩转矩T：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

19、的作用下, , 受到受到电磁力所形成电磁力所形成的转矩之总和。的转矩之总和。 22cosICTT 常数常数 每极每极主主磁通磁通 转子电流转子电流 转子回路的转子回路的 功率因数功率因数 7.3.1 电磁转矩电磁转矩 其物理表达式其物理表达式为：为： 该该式式不方便不方便 测量和计算测量和计算 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 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 三相异步电动机的电磁关系同变压器类似，定三相异步电动机的电磁关系同变压器类似，定子子 绕组相当于变压器的原绕组；转子绕组相当于绕组相当于变压器的原绕组；转子绕组相当于变压变压 器的副绕组。

20、定子电流产生的旋转磁场将通器的副绕组。定子电流产生的旋转磁场将通过定子过定子 和转子铁心构成的闭合磁路，该磁场不仅和转子铁心构成的闭合磁路，该磁场不仅在转子的在转子的 每相绕组中产生感应电动势每相绕组中产生感应电动势 e2，也要在也要在定子的每相定子的每相 绕组中产生感应电动势绕组中产生感应电动势 e1。而实际上，而实际上，旋转磁场是旋转磁场是 由定子电流和转子电流共同作用产生的。由定子电流和转子电流共同作用产生的。 设定子和转子的每相绕组匝数分别设定子和转子的每相绕组匝数分别为N1和和N2 ，下，下面将对电动机的电路进行分析。面将对电动机的电路进行分析。 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机

21、 电动机内旋转磁场的磁感应强度在沿定子与转子间气电动机内旋转磁场的磁感应强度在沿定子与转子间气 隙应是接近于正弦规律变化分布。因此，通过每相定子绕隙应是接近于正弦规律变化分布。因此，通过每相定子绕 组的磁通也应是随时间作正弦规律变化的，即组的磁通也应是随时间作正弦规律变化的，即 =msint因此，每相定子绕组中由旋转磁场产生的感应电动势为因此，每相定子绕组中由旋转磁场产生的感应电动势为 dtdNe11也是正弦量，其有效值为也是正弦量，其有效值为 11144. 4NfE f1 是是 e1 的频率，由同步转速可得的频率，由同步转速可得 6001pnf 每相绕组的电路图每相绕组的电路图 1e1e1u

22、1i2i2e2e1f2f1.1.旋转磁场磁通量与定子相电压的关系旋转磁场磁通量与定子相电压的关系 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 定子电流不仅产生主磁通定子电流不仅产生主磁通，还将还将产生漏磁通产生漏磁通 , ,1e1e1u1i2i2e2e1f2f每相绕组的电路图每相绕组的电路图 主磁通要通过转子绕组，而漏磁通将不通过转子绕主磁通要通过转子绕组，而漏磁通将不通过转子绕组。这样在原绕组的电压约束方程为组。这样在原绕组的电压约束方程为 )()(11111eeRiu)(11111edtdiLRi如用相量表示，则可认为如用相量表示，则可认为 )(111111EXIjRIU式中式中R1和和X1=2

23、f1L1分别为定子分别为定子每相绕组的电阻和漏磁感抗。每相绕组的电阻和漏磁感抗。 它们都很小，对于主磁通产生它们都很小，对于主磁通产生 的感应电动势可忽略，则的感应电动势可忽略，则 11EU或或 1111144. 4kNfEU 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 根据电动机的转动原理，异步电动机之所以能够转动，根据电动机的转动原理，异步电动机之所以能够转动，是因为转子绕组在旋转磁场中要产生是因为转子绕组在旋转磁场中要产生感应电动势感应电动势e e2 2，进而产进而产生生转子电流转子电流i i2 2，而与旋转磁场作用产生而与旋转磁场作用产生电磁转矩电磁转矩T T。下面讨。下面讨论转子电路中的各

24、物理量：论转子电路中的各物理量：1e1e1u1i2i2e2e1f2f每相绕组的电路图每相绕组的电路图u转子绕组中的感应电动势转子绕组中的感应电动势 旋转磁场的主磁通旋转磁场的主磁通在每相转子绕在每相转子绕组产生感应电动势组产生感应电动势dtdNe2222244. 4NfE其有效值为其有效值为 f2为为转子绕组中电流的频率。转子绕组中电流的频率。2.转子转子回路各物理量回路各物理量 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 因为旋转磁场和转子之间的相对转速为因为旋转磁场和转子之间的相对转速为 (n0 n)，所以所以 u转子绕组中电流的频率转子绕组中电流的频率 f2 1000026060)(fspnn

25、nnnnpf可见，可见，转子电流频率与转差率转子电流频率与转差率 s 有关，有关，也就是与转速也就是与转速n 有关。有关。 在在 s=1 即即(n =0)时，转子电流频率最大时，转子电流频率最大 f2= f1。对对额定转速额定转速时，时，s为为2 % 6%。 由此，可得转子感应电动势的有效值为由此，可得转子感应电动势的有效值为2021244. 4sENfsE E20为为 s = 1 ( (或或n=0)时转子所产生的感应电动势的有效值，时转子所产生的感应电动势的有效值，212044. 4NfE 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机u转子绕组中的电流转子绕组中的电流 转子电流也要产生漏磁通转子电流

26、也要产生漏磁通 2，每相绕组中的感应电动势为，每相绕组中的感应电动势为dtdiLe222对转子电路应用对转子电路应用KVL，有有dtdiLRieRie22222222)(若用相量表示，则为若用相量表示，则为 22222222)(XIjRIERIE1e1e1u1i2i2e2e1f2f每相绕组的电路图每相绕组的电路图X2与转子频率与转子频率f 2有关，即有关，即 202122222XsLfsLfX 可见，可见，转子感抗与转差率有关转子感抗与转差率有关。其中。其中X20是是s=1( (或或n=0)时的时的转子感抗转子感抗 21202LfX 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机将感抗将感抗X2代如上式

27、，可得转子电流为代如上式，可得转子电流为22222222()EI REI RjI X 2202220222222)(sXRsEXREI 可见，可见，转子电流转子电流I2 也与转差率也与转差率s有关有关)(0002nnIs 2202220max21XREIs 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机0I2, cos 2s1I2cos 2 由于转子漏磁通的存在，呈电感由于转子漏磁通的存在，呈电感 性，因此性，因此 I2 比比 e2 滞后滞后2角。转子绕角。转子绕组的功率因数为组的功率因数为222222222220cos()RRRXRsX转子电路的功率因数转子电路的功率因数 cos2也与转差率也与转差率

28、s有关有关( (见图示曲线见图示曲线) )u转子电路的功率因数转子电路的功率因数 cos cos2 2220RsXs很小时1cos2202XRss 较较大大时时s1cos2 如图曲线所示。转差率如图曲线所示。转差率s增加增加(转速转速n减小减小)时，转子切割磁力线加剧，于时，转子切割磁力线加剧，于是是e2增加，增加，I2也增加。也增加。 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机21220222)(UsXRsRKTT由此得电磁转矩公式由此得电磁转矩公式22 cosICTT22022202)( XREIss 2202222)(cosXRRsmNfU11144.4 由前面分析知由前面分析知：3.电磁转矩

29、特性电磁转矩特性T=f(s) 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机由公式可知由公式可知21220222)(UsXRsRKTT电磁转矩公式电磁转矩公式1.1.T T 与定子每与定子每相绕组电压相绕组电压 成正比成正比21U2.2.当当电源电压电源电压 U1 一定时，一定时，T 是是 s 的函数的函数3.3.R2 的大小对的大小对T 有影响。绕线型异步电动机可外有影响。绕线型异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻接电阻来改变转子电阻R2，从而改变转，从而改变转矩矩 U 1 T TNTsTmaxTssm1OT = f(s)曲线曲线 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机7.3.2 转矩特性和机械特性转矩

30、特性和机械特性 maxTmSNSOTS曲曲线线)(sfT 曲曲线线)(Tfn 根据根据转矩公式转矩公式 22022212)(sXRUsRKTT得特性曲线得特性曲线 ： NnmaxTstTOnTNT0nstT1NT 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机NnNT电动机在额定负载时电动机在额定负载时的转矩的转矩1 1.额定额定转矩转矩T TN N )/()(9550NNN分分转转千千瓦瓦nPT 三个三个重要转矩重要转矩 OnT0n额定转矩额定转矩 (N m) 如某普通机床的主轴电机如某普通机床的主轴电机(Y132M-4(Y132M-4型型) )的的额定功率为额定功率为7.5kw, kw, 额定转速为

31、额定转速为1440r/min, 则则额定转矩为额定转矩为m.N7 .4914405 .795509550NNN nPTnPT9550 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机.最大转矩最大转矩T Tmaxmax 转子转子轴上机械负载转矩轴上机械负载转矩T T2 2 不能大于不能大于T Tmax，否则将造否则将造成堵转成堵转( (停车停车) ) 电机带动最大负载电机带动最大负载的能力的能力 21220222UsXRsRKT)(2021max2XUKT 0dd ST令令：求得求得 202mXRss 临界转差率临界转差率 On0nTmax将将sm代入转矩公式代入转矩公式，可得可得 江苏大学电工电子教研室

32、三相交流电动机 max121max, )1(TUUT当当 U1 一定时一定时，Tmax为定值为定值 sm与与 R2 有关有关， R2 sm n 绕线绕线型型电机改变转子附加电阻电机改变转子附加电阻R2 可可实现调速实现调速 2021max2XUKT由由可得可得： 2m20RXs( (2) ) 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机过载系数过载系数( (能力能力) ) maxNMTKT一般三相异步电动机的一般三相异步电动机的过载系数为过载系数为 1.8 2.2MK工作时必须工作时必须使使TL TL时时电机能电机能启动，否则不能启动启动，否则不能启动 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机4.4.电动

33、机电动机的的运行分析运行分析 电动机电动机的电磁转矩可以随负载的变化而的电磁转矩可以随负载的变化而自动调自动调 整，这种能力称为自适应负载整，这种能力称为自适应负载能力。能力。 自自适应负载能力是电动机区别于其它适应负载能力是电动机区别于其它动力机械动力机械 的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由操由操 作者加大油门，才能带动新的负载作者加大油门，才能带动新的负载) )。 此过程中此过程中，n 、sE2 , I2 I1 电源提供的功率自动电源提供的功率自动增加。增加。 T2 sT2 TT =T2n T T 2达到新达到新的平衡的平衡 T2常用特常用特

34、 性段性段 0nnTOn 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机例：已知例：已知Y225M-2型三相异步电动机的有关技术数据如下：型三相异步电动机的有关技术数据如下：pN=45KW,电源频率电源频率f1=50Hz，nN=2940r/m， ，启，启动能力动能力Kst=2.0，过载系数，过载系数KM2.2，求该电机的额定转差率、，求该电机的额定转差率、额定转速时电动机转子回路电流的频率、额定转矩、启动转额定转速时电动机转子回路电流的频率、额定转矩、启动转 矩、最大转矩和额定输入功率。矩、最大转矩和额定输入功率。91.5%N解解：101300029400.023000Nnnsn210.02 501Nf

35、s fHz由电机型号及额定转速可知，该电动机的同步转速为由电机型号及额定转速可知，该电动机的同步转速为 3000 r/min。则有。则有 转子回路电流频率：转子回路电流频率： 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机9550NNNPTnststNTK T2.0 146.17292.34 N m459550146.172940N mmaxMNTK T2.2 146.17321.57 N m1NNNPP4549.180.915kW额定转矩额定转矩 启动转矩启动转矩 最大转矩最大转矩 额定输入功率额定输入功率 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机5. U1 和和 R2 变化变化对机械特性对机械特性的影响

36、的影响 (1) U1变化对机械特性变化对机械特性的影响的影响 U Tm U UTst 22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs 0nNUT2nTO 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机(2) R2变化对机械特性变化对机械特性的影响的影响 stTTOn0nR2 Tst n 硬特性：硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性负载变化时，转速变化不大，运行特性好好软特性：软特性：负载增加时转速下降较快，负载增加时转速下降较快，但启动转矩大，但启动转矩大， 启动启动特性好。特性好。 maxT2T2021m2XUKT 202mXRs 22022212stXRURKT 江苏大

37、学电工电子教研室三相交流电动机(2) R2变化对机械特性变化对机械特性的影响的影响 不同场合应选不同场合应选用不用不 同同的电机。如金属切的电机。如金属切削，选硬特性电机；削，选硬特性电机；重载起动则选软特性重载起动则选软特性电机。电机。硬特性：硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，大， 起动起动特性好。特性好。 硬特性硬特性 （R2小小） 软特性软特性（R2大大） 0Tn 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机7.4 三相异步电动机的三相异步电动机的启动启动 1

38、.电动机的启动性能性能电动机的启动性能性能 启动问题启动问题 ：启动启动电流大电流大，启动转矩，启动转矩小。小。 一般中小型笼型一般中小型笼型电机启动电机启动电流为电流为额定电流的额定电流的 57 倍倍; ;电动机的启动转矩电动机的启动转矩为额定转矩的为额定转矩的(1.02.2)倍。倍。大电流使电网电压降低，影响邻近负载大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作的工作 频繁启动频繁启动时造成热量积累，使时造成热量积累，使电机过热电机过热 后果：后果： 原因原因： 启动启动： n = 0，s =1, , 接通电源。接通电源。启动时，启动时，n = 0，转子导体切割磁力转子导体切割磁力线速度很大，线

39、速度很大，转子转子感应电势感应电势 转子电流转子电流 定子电流定子电流 7.4.1 启动启动 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机2.2.电动机的启动方法电动机的启动方法 (1) 直接启动（全电压启动）直接启动（全电压启动） (2) 降压启动：降压启动： 星形星形- -三角形三角形( Y ) 换换接启动接启动 自自耦降压启动耦降压启动 （适用于笼型适用于笼型电动机电动机） (3) 转子串转子串电阻启动电阻启动 （适用于绕线型适用于绕线型电动机电动机） 优点优点：起动简单。：起动简单。缺点缺点：起动电流较大，将使线路电压下降，影响负载正：起动电流较大，将使线路电压下降，影响负载正 常工作。常工作

40、。适用范围适用范围：电动机容量在：电动机容量在1010kWkW以下，并且小于供电变压以下，并且小于供电变压 器容量的器容量的2020。 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机ZUILL3YZUILL331YLLII1. 降压启降压启 动动 (1) Y 换换接启动接启动 降压启动降压启动时时的电流的电流 为为直接启动时直接启动时的的3 31 1YLIZlU 启动启动 U1U2V1V1W1W2正常正常运行运行 lIlUZU1U2V1V2W1W2设：电机每设：电机每相阻抗为相阻抗为Z三角形联接时：三角形联接时： 星形联接时：星形联接时： 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机启动器接线简图启动器接线简图

41、 Y启动启动 L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1 启动启动 UPU1+Ul+U2V1V2W1W2 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机启动器启动器接线简图接线简图 工作工作 L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1正常正常运行运行 lIlU+ZU1U2V1V2W1W2 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机LUU31P(a) 仅适用于正常运行为三角形联结的仅适用于正常运行为三角形联结的电机。电机。 )(2StUT (b) Y 起动起动 ststTIY 换换接启动接启动适合于空载或轻适合于空载或轻载启动的场合载启动的

42、场合 换换接启动接启动应注意应注意的问题的问题 SYtst31TT ZlU+启动启动 U1U2V1V1W1W2正常正常运行运行 lU+ZU1U2V1V2W1W2 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机定子线电压比定子线电压比定子相电压比定子相电压比起动电流比起动电流比起动转矩比起动转矩比电源电流比电源电流比Y形启动与形启动与形启动时启动电流和启动转矩比较形启动时启动电流和启动转矩比较定子相电流比定子相电流比= = 1UNUNU1LYU1L= = U1PYU1PU1PU1PY/ 313= = I1PYI1PU1PU1PY13= = ISYISI1PI1PY133= = IYIISISY13=( )

43、 = U1PYU1PTSYTS213 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机(2)自耦自耦降压启动降压启动 利用三相自耦变压器利用三相自耦变压器将电动机在启动过程将电动机在启动过程中的端电压降低，以中的端电压降低，以达到减小启动电流的达到减小启动电流的目的。自耦变压器备目的。自耦变压器备有有4040、6060、8080等多种抽头，使用时等多种抽头，使用时要根据电动机启动转要根据电动机启动转矩的要求具体选择。矩的要求具体选择。运行时上打运行时上打与电机直通与电机直通启动时下打启动时下打通过自耦通过自耦变压器降压变压器降压QS1L3V1L2L1QS2FUU1W1V1U1W1L2L1L3三相三相自耦自

44、耦变压变压器器闭合电源开关，为闭合电源开关，为电机通电做好准备电机通电做好准备 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机22st1P()()TUUst2st1st21IIIKK全压全压起动起动降压降压起动起动stst12TTK起动电流关系起动电流关系起动转矩关系起动转矩关系22Pst112()UTUK1PstUUIZZP1st2st1UUKIIZZK 自耦变压器降压启动的启动电流与启动转矩都是直接启自耦变压器降压启动的启动电流与启动转矩都是直接启动的动的1 / K2倍。倍。 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机降压比降压比KA=UUN定子线电压比定子线电压比定子相电压比定子相电压比定子相电流比定子

45、相电流比起动电流比起动电流比电源电流比电源电流比起动转矩比起动转矩比= = KAUUNU1LaU1Lb= = KAU1LaU1LbU1PaU1Pb= = KAU1PaU1PbI1PaI1Pb= = KAI1PaI1PbISaISb= = KAKAISaISbIaIb2=( ) = KAU1PaU1PbTSaTSb22自耦降压启动和直接启动参数比较自耦降压启动和直接启动参数比较 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机优点：优点：缺点：缺点：具有不同的抽头，可以根据启动转矩的具有不同的抽头，可以根据启动转矩的要求，比较方便的得到不同的电压。要求，比较方便的得到不同的电压。设备体积大、成本高。设备体积

46、大、成本高。适用范围适用范围 适用于容量较大的电动机或不能用适用于容量较大的电动机或不能用Y-Y-降压启降压启动的鼠笼式三相异步电动机。动的鼠笼式三相异步电动机。 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机20221222202st()EIRIIRX 滑环滑环 电刷电刷 定子定子 转子转子 启动启动时将适当的时将适当的R 串入转子电路中串入转子电路中，启动，启动后将后将R 短路短路 。 启动电阻启动电阻 2. .绕线型电动机绕线型电动机转子电路串电阻转子电路串电阻启动启动RstRstRst 202mXRs 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机若若R2选得适当，转子电路串选得适当，转子电路串电阻启动电

47、阻启动既可以既可以降降低启动低启动电流，又可以电流，又可以增加启动转矩增加启动转矩。常用于常用于要求启动转矩要求启动转矩较大的生产机械上。较大的生产机械上。R2 Tst 22RR stTTOn0nmaxT2R2R stT 转子电路串转子电路串电阻启动的特点电阻启动的特点 20222220()sEIRsX 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机转子电路串频敏变阻器起动转子电路串频敏变阻器起动 频敏变阻器：频敏变阻器： 频率高，损耗大，电阻大；频率高，损耗大，电阻大； 频率低，则反之。频率低，则反之。 转子电路起动时转子电路起动时: 转子电路运行时转子电路运行时:f2 高，电阻大，高，电阻大， f2

48、 低，电阻小，低，电阻小， 自动切除变阻器。自动切除变阻器。 Ts 大，大， Is 小。小。 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机方法：任意调换电源的两根进线，电动机方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。反转。 电动机电动机 正转正转电动机电动机 反转反转三相异步电动机的正三相异步电动机的正、反转、反转 电电 源源 VWM3UVW电电源源 M3 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机A2849230880380310453. (1)NNN3N2Ncos310 UPI 解解: 一台一台Y225M-4型的三相异步电动机，定子绕组型的三相异步电动机，定子绕组型联结，其额定数据为：型联结，其额定数据

49、为：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V， N=92.3%，cos N=0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：，求：(1) 额定电流额定电流IN? (2) 额定转差率额定转差率sN? (3) 额定转矩额定转矩 TN 、最大转矩最大转矩Tmax 、和起动转矩和起动转矩TN 。 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机 (2) 由由nN=1480r/min，可知，可知 p=2 minr 15000/n 013. 015001480150000N nnns (3)mN 429014804595509550NN2N .nPTmN 963

50、8429022)(NNmaxmax .TTTTmN 8551429091)(NNstst .TTTT 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机解解 在在上例中上例中(1)如果负载转矩为如果负载转矩为 510.2Nm, 试问在试问在U=UN和和U =0.9UN两种情况下电动机能否启动？（两种情况下电动机能否启动？（2）采用采用Y- 换接换接启动时，求启动电流和启动转矩。又当负启动时，求启动电流和启动转矩。又当负载转矩为启动转矩的载转矩为启动转矩的80%和和50%时，电动机能否时，电动机能否启动？启动？ (1) 在在U=UN时时 Tst = 551.8Nm 510.2 N. m mN2510mN 44

51、78551902st .T不能不能启动启动 (2) Ist =7IN=7 84.2=589.4 AA519645983131st stY.II 在在U = 0.9UN 时时能启动能启动 例例2: 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机在在80%额定负载时额定负载时132329183%8042909183%80NstY .TT不能启动不能启动在在50%额定负载时额定负载时121459183%5042909183%50NstY .TT可以启动可以启动mN918385513131ststY .TT(3) 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机116011fns nsp1.1.变频调速变频调速 ( (无级

52、调速无级调速) ) f=50Hz逆变器逆变器M3 整流器整流器f1、U1可调可调+变频调速方法变频调速方法恒转距调速恒转距调速（f1f1N）频率调节范围频率调节范围0.50.5几百赫兹几百赫兹 三三种电气种电气 调速方法调速方法 7.4.2 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机2. 变极调速变极调速 ( (有级调速有级调速) ) 变频调速变频调速方法可实现无级平滑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。U11U21U12U22iiP=2U11U12U21U22NNSS 江苏大学

53、电工电子教研室三相交流电动机U11U21U12U22iiP=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。U11U12U21U22SN 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机Tn0no22RR2R2R3.3.变转差率调速变转差率调速 ( (无级调速无级调速) ) 变变转差率调速是绕线型电动机特有的一转差率调速是绕线型电动机特有的一种调种调 速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资

54、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 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机7.4.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 1.能耗制动能耗制动 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 发电发电反馈制动反馈制动 在在断开三相电源的同时，给电动机断开三相电源的同时，给电动机其中两相其中两相 绕组通入直流电流，直流电流形成的固定绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与磁场与 旋转的转

55、子作用，产生了与转子旋转方向旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的相反的 转矩（制动转矩），转矩（制动转矩），使转子迅速停止转动。使转子迅速停止转动。 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机nF转子转子 T n0=02.反接制动反接制动 停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。子迅速停止转动。 运转运转 制制 动动 M3 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机M3运

56、运 转转 制制 动动 nF转子转子 T n03.3.发电反馈制动发电反馈制动 当当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的磁场产生的电磁转矩作用电磁转矩作用方向发生变化，由方向发生变化，由驱动转矩驱动转矩变为制动转矩。变为制动转矩。电动机进入制动状态，电动机进入制动状态， 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。电网。 nF转子转子T n0n n0 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机7.5 三相交流异步电动机的选择三相交流异步电动机的选择 1.1.型号型

57、号 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机座中心高机座中心高（mm）三相异步电动机三相异步电动机教材表教材表8.8.1中列出了各种电动机的系列代号。中列出了各种电动机的系列代号。7.5.1 三相交流异步电动机的额定参数三相交流异步电动机的额定参数 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机异步电动机产品异步电动机产品名称代号名称代号 产品名称产品名称异步电动机异步电动机绕线型异步电动机绕线型异步电动机防爆型异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机高起动转矩异步电动机新代号新代号汉字意义汉字意义老代号老代号Y异异 异绕异绕异爆异爆异起异起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO 江苏大学电工电子教研室三相交流电动机2. 接法