第四章异步电动机

1、电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 第一节第一节 三相异步电动机三相异步电动机 第二节第二节 单相异步电动机单相异步电动机电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 了解三相异步电动机的结构组成，熟悉异步电动机的工作原理，了解铭牌数据； 理解和掌握三相异步电动机机械特性的分析方法； 了解单相异步电动机的结构组成及其工作原理； 熟悉常用低压电器及在电路中的作用； 理解电动机的起动、制动、调速等概念。作业：4-15；4-16；电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院一一. 三

2、相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构三相异步电动机定子转子 三相异步电动机具有结构简单、制造成本低廉、使用和维修方便、运行可靠且效率高等优点，被广泛应用于工农业生产中的各种机床、水泵、通风机、锻压和铸造机械、传送带、起重机及家用电器、实验设备中。 第一节第一节 三相异步电动机三相异步电动机电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 异步电动机的定子指其固定不动部分，主要包括有：机座机座是电动机的支架，通常用铸铁或铸钢制成。定子铁芯铁芯硅钢片 异步电动机的定子铁芯是由0.5mm厚的硅钢片叠压制成的。定子铁芯内圆冲有分布的槽。定子铁芯构成异步电动机磁

3、路的一部分。定子绕组定子绕组是由漆包线绕制而成，嵌入到定子铁芯槽中。构成电机电路的一部分。电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院图图4-2 三相异步电动机定子绕组的联结三相异步电动机定子绕组的联结电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院一般用45号钢制成，用来传递电磁转矩。 异步电动机的转子指其旋转部分，主要部件包括：转子铁芯也是由0.5mm厚的硅钢片叠压制成。在其外圆冲有均匀分布的槽，用来嵌放转子绕组。转子铁芯构成电动机磁路的又一部分。转子铁芯铁芯硅钢片转子绕组转子绕组大部分是浇铸铝笼型，大功率也有铜条制成的笼

4、型转子导体。转子绕组构成电动机电路的另一部分。转轴电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院型号型号 Y112M4编号编号4.0kW8.8A380V1440r/minLW 82dB接法接法 防护等级防护等级 IP4450Hz45kg标准编号标准编号工作制工作制SIB级绝缘级绝缘 年年 月月电机厂电机厂二、二、三三相异步电动机的铭牌相异步电动机的铭牌 图图4-5 三相异步电动机铭牌三相异步电动机铭牌 在三相异步电动机的机座上有一块铭牌，铭牌上标出了在三相异步电动机的机座上有一块铭牌，铭牌上标出了该电动机的主要技术数据。该电动机的主要技术数据。 电工电子技术基

5、础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院磁极数，磁极数，4表示四极表示四极机座类型（机座类型（L表示长机座，表示长机座，M表示中表示中 机机 座，座，S表示短机座）表示短机座）中心高度（中心高度（mm）异步电动机异步电动机 Y 112 M 41型号型号(Y112M4）电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院2额定值额定值电动机在加额定电压、输出额定功率时，流入定子绕组的电动机在加额定电压、输出额定功率时，流入定子绕组的线电流线电流。电动机在额定状态下运行时，定子绕组所加的电动机在额定状态下运行时，定子绕组所加的线电压线电压。电动

6、机在额定工作状态下运行时，轴上电动机在额定工作状态下运行时，轴上输出输出的机械功率的机械功率。NNNNNcos3 IUP （1）额定功率）额定功率 (kW)NP（2）额定电压）额定电压 (kV或或V)NU（3）额定电流）额定电流 (A) NI额定功率与其他额定值之间的关系额定功率与其他额定值之间的关系电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院（4）额定转速）额定转速 (r/min) Nn在额定电压下，定子绕组应采用的联结方法。在额定电压下，定子绕组应采用的联结方法。Y系列电动机，系列电动机，4kW以上者均采用三角形接法。以上者均采用三角形接法。（6）接法）

7、接法() 电动机所接交流电源的频率。我国电网的频率规定为电动机所接交流电源的频率。我国电网的频率规定为50Hz。Nf（5）额定频率）额定频率 (Hz)电动机在额定状态下运行时的转速。电动机在额定状态下运行时的转速。电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院（7）工作方式）工作方式 S1连续；连续；S2短时间；短时间；S3断续。断续。（8）绝缘等级）绝缘等级 根据绝缘材料允许的最高温度分为根据绝缘材料允许的最高温度分为Y、A、E、B、F、H、C级，见表级，见表4-1，系列电动机多采用，系列电动机多采用E、B级级绝缘。绝缘。表表4-1 绝缘材料耐热等级绝缘材料

8、耐热等级 18018015513012010590CHFBEAY等级等级最高允许温度最高允许温度/C电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院三、三相异步电动机的基本工作原理三、三相异步电动机的基本工作原理三相异步三相异步电动机是电动机是如何转动如何转动起来的？起来的？ 设三相异步电动机模型的定子设三相异步电动机模型的定子磁极是顺时针转动的。磁极是顺时针转动的。固定不动的转子绕组和旋转的定子磁固定不动的转子绕组和旋转的定子磁场相切割而感应电动势。场相切割而感应电动势。 转子绕组是闭合的，因此感应电动势在绕组中产生转子绕组是闭合的，因此感应电动势在绕组中产生

9、感应电流感应电流。感应电感应电流的方向与感应电动势的流的方向与感应电动势的方向相同方向相同。 载流的转子绕组处在磁场中，载流的转子绕组处在磁场中，必定受到必定受到电磁力电磁力的作用。的作用。 两个电磁力的大小相等、方向相反，两个电磁力的大小相等、方向相反，因此对电动机转轴形成了因此对电动机转轴形成了电磁转矩电磁转矩于于是转子就顺着定子磁场的方向转动起来。是转子就顺着定子磁场的方向转动起来。模型电机的模型电机的定子磁极定子磁极模型电机的模型电机的转子绕组转子绕组eei2FFn0电机转动的关键是：旋转的定子磁场！电机转动的关键是：旋转的定子磁场！用右手定则用右手定则判断判断用左手定则用左手定则判断

10、判断电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院实际三相电动机实际三相电动机的旋转磁场是如的旋转磁场是如何产生的呢？何产生的呢？ 在电动机的对称三相定子绕组中通入对称三相交流电；150sin90sin)30sin(tIitIitIimCmBmAt0it =0时电流和磁场情况A、C两相电流t=0时为正，因此首端流入、尾端流出。B相电流t=0时为负，尾端流入、首端流出。 电流入电流入 电流出电流出n0相邻线圈电流流向一致，在气隙中生成合成磁场，方向为：电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院t0it =120t =120时

11、电流和磁场情况n0 显然，电流随时间变化120电角，电动机的气隙磁场在空间的位置也随之旋转了120。 观察电流波形图及电机示意图可看出，合成磁场的转向取合成磁场的转向取决于三相电流的顺序决于三相电流的顺序，ABC正序时气隙磁场顺时针旋转。电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院t0it =240t =240时电流和磁场情况n0 电流随时间继续变化，经历了120电角的同时，电动机的气隙磁场在空间的位置也顺时针旋转了120。电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院t0it =360t =360时电流和磁场情况n0 电流

12、随时间变化一周，电动机的气隙磁场在空间的位置也顺时针旋转了360。 可见，工程实际中，三相异步电动机定子和转子之间的气隙旋转磁场代替了模型电机定子的转动磁极。只要三相异步机的对称三相定子绕组中通入对称三相交流电，就会在定子和转子之间的气隙中产生一个随时间空间位置不断变化的。电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院n0三相异步电动机工作原理概括三相异步电动机工作原理概括 在电动机对称三相定子绕组中通入对称三相交流电流产生气隙旋转磁场转子导体与磁场相切割感应电动势，由于闭合生成感应电流载流导体受电磁力的作用形成力偶力偶对电机转轴形成电磁转矩从而使固定不动的转

13、子顺着旋转磁场的方向转动起来。FF 若要改变电动机的旋转方向，只需任调通入定子任调通入定子绕组中两相电流的相序即可绕组中两相电流的相序即可。电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院四极旋转磁场转速的分析NSSN 相邻线圈电流的流向一致，其合成磁场的分布情况为：t0it =0时t =120时NSSN60 电流变化120，旋转磁场在空间的位置仅转过了60；当电流变化360时，四极电动机的旋转磁场才能旋转180。显然，四极旋转磁场的转速是二极电机的1/2。BiCiAi电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院三相电动机旋转

14、三相电动机旋转磁场的转速与哪磁场的转速与哪些因素有关？些因素有关？ 设电动机各相定子绕组有一个线圈，其磁极对数： 当电动机各相定子绕组增加一倍，且每个绕组始端在空间以相差60排列，并把相差180的两个绕组首尾相串，组成一相绕组时，其磁极对数：NSSNmin/ r 30001506060 , 10pfnp 显然，频率不变频率不变时，电动机旋转磁场的转速取决于电动机的极对数极对数p。min/ r, 20pfnp电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 依此类推，可得电动机旋转磁场的转速与极对数之间的关系为：min)/r (/ 601

15、分转pfn 电动机通常工作在50Hz的工频情况下，因此： r/min0001 3r/min0015 2r/min3000 1111；时，；时，；时，npnpnp 即：异步电动机同步转速同步转速与电源频率成正比，与电机电源频率成正比，与电机的极对数的极对数(出厂时就已经确定)成反比成反比。显然，改变电机的极对数，可以得到不同的转速。式中， 是旋转磁场转速，亦称同步转速（r/min）； 是电源频率（ ）； 是磁极对数。 1n1f Hzp电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院有关转差率的讨论有关转差率的讨论 电动机的转差速度与磁场同步转速n1之比称为转差率转

16、差率，用s表示： 11nnns 显然，电动机的转差率随着电动机转速的升高而减小。 (1) 电动机起动瞬间，电动机转速n=0，转差率s =1； (2) 理想空载时，转速nn1，转差率s 0； (3) 电动机运行过程中，转速0nn1，转差率0sn0情况时，电动机处于发电状态，此时在转子导体中感应电流，感应电流的方向与原电流方向相反，因此产生的电磁转矩方向也相反，这种制动称为再生发电制动。nn0缺点缺点：耗能大，经济性差。：耗能大，经济性差。优点优点：适用于低速下放重物，安全性好：适用于低速下放重物，安全性好电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院何谓起动？如

17、何判何谓起动？如何判断三相异步电动机断三相异步电动机能否直接起动能否直接起动 ？三相异步电动机在满三相异步电动机在满载和空载两种情况下载和空载两种情况下起动，起动电流和起起动，起动电流和起动转矩是否一样动转矩是否一样 ？ 一台一台380V、Y接的鼠笼式接的鼠笼式异步机，能否采用异步机，能否采用Y-起动？起动？为什么为什么 ？鼠笼式三相异步电鼠笼式三相异步电动机的降压起动方动机的降压起动方法有哪几种？调速法有哪几种？调速和制动方法又有哪和制动方法又有哪几种几种 ？电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院4. 单相异步电动机简介 实验室、家庭及办公场所通常是

18、单相供电，因此实验室的很多仪器、各种电动小型工具、家用洗衣机、电冰箱、电风扇等，都采用单相异步电动机。单相异步机采用鼠笼式转子结构，一般容量多在0.75KW以下。电容运转单相机洗衣机电动机电风扇电动机制冷压缩机单相异步电动机产品图 三相异步电动机只所以能够转动，是因为它的定子绕组通入对称三相交流电后产生的旋转磁场。那么，单相异步电动机通入单相交流电后，产生的是一个什么样的磁场呢？电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院单相异步电动机的定子磁场单相机定子单相机转子t0i在定子绕组中通入单相交流电电流正半周，线圈导体中通过的电流始终为正值，如图示： 相邻导体

19、中电流方向相同，电流的合成磁场方向一致。 合成磁场随时间大小不断变化，但磁场轴线的位置始终不变。电流的负半周，线圈导体中通过的电流方向始终为负，如图： 相邻导体中电流方向相同，电流的合成磁场方向一致。 合成磁场随时间大小不断变化，但磁场轴线的位置始终不变。显然，单相异步电动机的定子磁场是一个大小和方向显然，单相异步电动机的定子磁场是一个大小和方向随时间不断变化、但磁场轴线位置始终不变的随时间不断变化、但磁场轴线位置始终不变的脉动磁脉动磁场场。电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院单相异步电动机脉动磁场的分析单相异步电动机脉动磁场的分析 t B O 45

20、 90 135 180 235 270 315 360 B1 B2 B2 B1 B1 B2 B1 B2 B2 B1 B1 B2 B2 B1 B1 B2 B2 B1 B B B B B B 脉动磁场可以分解为两个大小相等、转速相同、转向相反的旋转磁场B1和B2。 顺时针方向旋转的磁场B1对转子产生顺时针方向的电磁转矩；逆时针方向旋转的磁场B2对转子产生逆时针方向的电磁转矩。由于在任何时刻这两个电磁转矩都大小相等、方向相反两个电磁转矩都大小相等、方向相反，所以单向异步机的转子不会自行起动不会自行起动，也就是说单相异步电动机的起动转矩为起动转矩为零零。电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业

21、技术学院广东水利电力职业技术学院如何使单相异如何使单相异步电动机旋转步电动机旋转起来呢？起来呢？电容分相法可让单相异步机转动容分相法可让单相异步机转动 电容分相式异步电动机的定子有两个绕组：一个是工作绕组工作绕组；另一个是起动绕组起动绕组，两个绕组在空间对称对称嵌放而且并联连接于单相交流电源上。 起动绕阻与电容C串联，使起动绕组电流iV和工作绕组电流iU产生90的相位差，即： 可见，单相电动机定子两绕组的合成磁场也是一个随时间空间位置不断变化的旋转磁场。单相电动机也因之可以自行起动了。AXBYAXBYAXBY 0t 90t180t电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利

22、电力职业技术学院 在起动前，若起动绕组断开，则电动机不能起动。在起动前，若起动绕组断开，则电动机不能起动。 认识起动绕组认识起动绕组 在起动后，若把起动绕组去掉，电动机仍能继续转动在起动后，若把起动绕组去掉，电动机仍能继续转动。 电工电子技术基础电工电子技术基础广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院单相异步电动机与三相异步电动机的比较单相异步电动机与三相异步电动机的比较 单相异步电动机单相异步电动机在起动前，若定子起动绕组断开，则电在起动前，若定子起动绕组断开，则电动动 机不能起动，但在运行过程中，若起动绕断开，则电动机机不能起动，但在运行过程中，若起动绕断开，则电动机仍将继续旋转。仍将继续旋转。 三相异步电动机三相异