第6章三相异步电动机

1、交流电动机交流电动机直流电动机：直流电动机：鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式异步机异步机同步机同步机他励、并励、串励、复励他励、并励、串励、复励电动机：电能转换成机械能电动机：电能转换成机械能发电机：其他形式的能量转换成电能发电机：其他形式的能量转换成电能使用电动机驱动生产机械可：使用电动机驱动生产机械可： （1 1）简化生产机械的结构）简化生产机械的结构 （2 2）提高生产效率和产品质量）提高生产效率和产品质量 （3 3）能实现自动控制）能实现自动控制 （4 4）实现远距离操纵）实现远距离操纵 （1 1）基本结构）基本结构 （2 2）工作原理）工作原理 （3 3）机械特性）机械特性 （4 4）起动、

2、调速的基本原理）起动、调速的基本原理 （5 5）铭牌数据和正确使用）铭牌数据和正确使用 机座机座：铸钢或铸铁：铸钢或铸铁 构成构成：由机座、铁心和定子绕组组成：由机座、铁心和定子绕组组成 机座是用铸铁或铸刚制成，铁心由机座是用铸铁或铸刚制成，铁心由 互相绝缘的硅钢片叠成，内圆周表互相绝缘的硅钢片叠成，内圆周表面冲有槽，用以放置对称三相绕组；面冲有槽，用以放置对称三相绕组；对称三相绕组联接成星形，或联接对称三相绕组联接成星形，或联接成三角形成三角形 作用作用： 产生旋转磁场产生旋转磁场 机座机座定子绕组定子绕组铭牌数据铭牌数据出线端子出线端子转子电路的特点：自行闭合，不外接电力负载。转子电路的特

3、点：自行闭合，不外接电力负载。(1) 鼠笼式绕组鼠笼式绕组 铁芯槽内放铜条，端铁芯槽内放铜条，端 部用短路环形成一体。部用短路环形成一体。 或用铸铝形成转子绕组。或用铸铝形成转子绕组。(2) 绕线式绕组绕线式绕组作用：作用：在旋转磁场在旋转磁场作用下，产生感应作用下，产生感应电动势或电流。电动势或电流。鼠笼式转子鼠笼式转子转轴转轴轴承轴承转子转子绕线式转子绕线式转子 铁心铁心绕组绕组转轴转轴 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。变电动机的机械特性。 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电

4、阻可人为改变电动机的机械特性。外加电阻可人为改变电动机的机械特性。对称三相绕组对称三相绕组通入对称三相电流通入对称三相电流旋转磁场旋转磁场(磁场能量磁场能量)旋转磁场切旋转磁场切割转子绕组割转子绕组转子绕组中转子绕组中产生产生e和和 i转子绕组在磁场中转子绕组在磁场中受到电磁力的作用受到电磁力的作用转子旋转起来转子旋转起来机械负载机械负载运转起来运转起来三相交流电能三相交流电能输出机械能量输出机械能量 120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi BiAXBYCZAiCiCiAiBiito规定：规定： i : “+” 首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 i : “” 尾端

5、流入，首端流出。尾端流入，首端流出。 AYCBZX()电流出电流出( )电流入电流入iCiAiBiomItAXYCBZAXYCBZAXYCBZNS0 t 60t 0n60 90t SNSN 90iiaibictO600旋转方向旋转方向：取决于三相电流的相序。：取决于三相电流的相序。1n1n改变电机的旋转方向：换接其中两相。改变电机的旋转方向：换接其中两相。AiBiCimItAiCiBimIt0t 即：即：1pBiAXBYCZAiCiAXYCBZNSCiBiAii tmIo分分）转转 /( 6010fn 工频：工频：Hz501 f分分）转转 /( 30000 np=1时时AXYCBZNSAXYC

6、BZNSAXYCBZNSCiBiAii tmIo)/( 6010分分转转pfn 2p180分）转/( 50011p360分）转/( 0003极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速)f(Hz501 3p120分）转/( 00014p分分）转转/( 75090旋转磁场转速旋转磁场转速n0与频率与频率f1和极对数和极对数p有关。有关。AXYCBZ分分）转转/( 6010pfn BlvBlifvf0nNSnn0neiNSf磁铁磁铁闭合闭合线圈线圈/导体导体e方向用方向用右手定则右手定则确定确定电磁力电磁力f方向用方向用左手定左手定则确定则确定磁场旋转磁

7、场旋转eif磁极旋转磁极旋转导体切割磁力线产生感应电动势导体切割磁力线产生感应电动势vlBe导线长导线长磁感应强度磁感应强度切割速度切割速度（右手定则）（右手定则）闭合导体产生电流闭合导体产生电流 i（左手定则）（左手定则）通电导体在磁场中受力通电导体在磁场中受力ilBfn0neiNSf1. 闭合线圈跟着磁场转闭合线圈跟着磁场转两者转动方向一致两者转动方向一致 结论：结论：n0neiNSf异步异步2. 闭合线圈比磁场转得慢：闭合线圈比磁场转得慢：0nn0nn 0nn 如果如果:0nn %s)91( %10000 nnns10 s亦可由转差率求转子转速亦可由转差率求转子转速0)(1nns 例：例

8、：一台三相异步电动机，其额定转速一台三相异步电动机，其额定转速 n = = 975 r/min，电源频率，电源频率 f1 1 = = 50 Hz。试求电动。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。机的极对数和额定负载下的转差率。解：解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：的关系可知：n0=1000 r/min , 2.5%100%10009751000%10000 nnns异步电动机：异步电动机：旋转磁场切割导体，定子绕组相当于旋转磁场切割导体，定子绕组相当于变压器的一次绕组，变压器的一次绕组， e1，U1 E1= 4.44 f 1N1

9、每极磁通每极磁通111444Nf.U 1U 旋转磁场与定子导体间的相对速度为旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0 ，所以，所以16001pnf 感应电动势的频率与磁场和导体间的相对速度有关感应电动势的频率与磁场和导体间的相对速度有关f 1= 电源频率电源频率 f定子绕组与旋转磁场间的相对速度固定，而转子定子绕组与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体导体/绕组与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不绕组与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化同而变化 定子感应电势频率定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率转子感应电势频率 f 2 1000026060fspnnnnpnnf 旋转磁场切割定子

10、导体和转子导体的旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同速度不同 E20= 4.44 f 1N2 即即E2= s E20 2221222sXf Ls f LX20= 2 f1L 2201 EU 222222XREI 2202220)(sXRsE )(0002nnIs 2202220max21XREIs 220222222222)( cossXRRXRR 202SXRs 很很小小时时1cos2 202XRss 较较大大时时s1cos2 2202220222222)( XREXREIss 2202222)(cosXRRs 变变化化曲曲线线随随、SI cos22 )(2 Isn)cos(2 sn 结

11、论：结论：转子转动时，转转子转动时，转 子电路中的各量均与转子电路中的各量均与转 差率差率 s有关，即与转速有关，即与转速 n有关。有关。I2cos 2s1I2,2cos O22Tcos IKT 常数，与电常数，与电机结构有关机结构有关旋转磁场旋转磁场每极磁通每极磁通转子电流转子电流转子电路转子电路功率因数功率因数ilBF 22cos, , IT 21220222)(UsXRsRKT 22 cos IKTT 22022202)( XREIss 2202222)(cosXRRs mNfU11144.4 由前面分析知：由前面分析知：21220222)(UsXRsRKT 21UmaxTmsNsOTs

12、曲曲线线)(sfT 曲曲线线)(Tfn 根据转矩公式：根据转矩公式：22022212)(sXRUsRKT 得特性曲线如下：得特性曲线如下：NnmaxTstTOnTNT0nstT1NTNnNT)/()(9550NNN分分转转千千瓦瓦nPT OnT0n(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型型) 的额定功的额定功率为率为7.5kw, 额定转速为额定转速为1440r/min, 则额定转矩为则额定转矩为nPnPPT9550602 m.N7 .4914405 .795509550NNN nPT21220222)(UsXRsRKT2021max2 XUKT 0dd ST令

13、：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，可得代入转矩公式，可得max121max, )1TUUT2021max2 XUKTNmaxTT 一般三相异步电动机的过载系数一般三相异步电动机的过载系数2 .28 .1 12 II2) sm与与 R2 有关，有关， R2 sm n 。绕线式电机。绕线式电机改变转子附加电阻改变转子附加电阻R 2 可实现调速。可实现调速。 22022212)(sXRUsRKT 22022212stXRURKT 电动机起动时的转矩。电动机起动时的转矩。起动时起动时n= 0 时时，s =1st121st, ) 1TUUT2) T

14、st与与 R2 有关，有关， 适当使适当使 R2 Tst 。绕线式电机改变转子附加电阻绕线式电机改变转子附加电阻R 2 。0nOnTR2X20时，时， R2 Tst ；R2X20时，时， R2 Tst 体现了电动机带载起动的能力。体现了电动机带载起动的能力。 NststTT 起动能力起动能力例：例：一台三相异步电动机，其起动能力一台三相异步电动机，其起动能力1.2，起动时负载转矩起动时负载转矩T2 = 0.8TN。如果起动时定子电压降。如果起动时定子电压降低低20%20%，问能否启动？，问能否启动？解：解：21UTst 初始：初始：T=T2，平衡点），平衡点）当当T2 sT2 TT =T2n

15、T T 2达到新的平衡达到新的平衡T20nnTOnU Tm U UTst 22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs 0nNUT2nTOstTTOn0nR2 Tst n maxT2T22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs R RR 不同场合应选用不不同场合应选用不同的电机。如金属切同的电机。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。R2的的 改变改变 ：鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电机外接电阻不同。机外接电阻不同。 stTTOn0n

16、R2 Tst n maxT2T问题：问题：。 一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍倍; 电动机的起动电动机的起动 十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。简单，但起动电流大。容量不超过动力变压的简单，但起动电流大。容量不超过动力变压的30，频繁启动不超过，频繁启动不超过20。星形星形-三角形三角形(Y ) 换接起动换接起动自耦降压起动自耦降压起动以下介绍降压起动和转子串电阻起动。以下介绍降压起动和转子串电阻起动。ZUIll3:Y 星形联结时星形联结时ZUIll3 三三角角形形联联结结时时：31Y

17、llII31YlIZlU+U1U2V1V1W1W2 lIlU+ZU1U2V1V2W1W2ZL1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1动触点动触点Y动触点动触点静触点静触点L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1UPU1+Ul+U2V1V2W1W2 工作工作L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2Ul+U1V1V2W1W2lUU31P (a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。仅适用于正常运行为三角形联结的电机。 )(2StUT (b)Y 起动：起动： ststTIY 换接起动适合于换

18、接起动适合于空载空载或或轻载轻载起动的场合起动的场合SYtst31TT UlU1W2V2W1+U2V1UP+Ul+U1W2V2W1U2V1 12220220)(st2IIRXREI滑环滑环电刷电刷定子定子转子转子起动电阻起动电阻 RRRR2 Tst 22022212stXRURKT On0n22RR stTTmaxT2R2R stT A2849230880380310453. 1)NNN3NNcos310 UPI 一台一台Y225M-4型的三相异步电型的三相异步电 动机，定子动机，定子绕组绕组型联结，其额定数据为：型联结，其额定数据为：PN = 45kW,nN = 1480r/min，UN =

19、 380V， N = 92.3%，cos N =0.88， Ist/IN = 7.0, Tst/TN = 1.9，Tmax/TN = 2.2，求：，求：N1NNPP NNNN1cos3 IUP 2）由由nN = 1480r/min，可知，可知 p = 2minr 15000/n 013. 015001480150000N nnns 3）mN 4 .29014804595509550NNN nPTmN 9638429022)(NNmaxmax .TTTTmN 8551429091)(NNstst .TTTT 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, 试问试问在在 U

20、= UN 和和 U = 0.9UN 两种情况下电动机能否起两种情况下电动机能否起动？（动？（2）采用）采用Y- 换接起动时，求起动电流和起换接起动时，求起动电流和起动转矩。动转矩。 （3）又当负载转矩为额定转矩的）又当负载转矩为额定转矩的80%和和50%时，电动机能否时，电动机能否Y- 换接起动？换接起动？ (1) Tst = 551.8Nm 510.2 N. m mN2510mN 4478551902st .T (2) Ist =7IN=7 84.2=589.4 AA519645983131st stY.II 在在U = 0.9UN 时：时：132329183%8042909183%80Ns

21、tY .TT121459183%5042909183%50NstY .TT起动起动mN918385513131ststY .TT(3) pfsnsn106011 f=50HzM3 +变频调速方法变频调速方法恒转距调速（恒转距调速（f1f1N）变频调速方法可实现无级平滑调速变频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。 采用变极调速方法的电动机称作双速电机，其采用变极调速方法的电动机称作双速电机，其通过改变极对数通过改变极对数p，达到调速。由于调速时其转速，达到调速。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、磨床等机床上。场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。 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