第7章交流电动机

1、鼠笼式异步交流电动机授课内容：鼠笼式异步交流电动机授课内容： 机座：铸钢或铸铁机座：铸钢或铸铁 转子转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。流。鼠笼转子鼠笼转子 1) 鼠笼式转子鼠笼式转子 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。 或铸铝形成转子绕组。或铸铝形成转子绕组。2) 绕线式转子绕线式转子 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；转子外加电阻可人为改变电

2、动机的机械特性。外加电阻可人为改变电动机的机械特性。 120120tIitIitIimCmBmAsinsinsinBiAXBYCZAiCiCiAiBiitmI0n规定规定iCiAiBitmI i : “+” 首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 i : “” 尾端流入，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AXYCBZNS0 t 60t 0nAXYCBZSN60AXYCBZSN 90t CiBiAit0imI600AAXYCBZNS分析可知：分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：即：2. .返回返回动

3、画动画BiAXCZBYAiCi0t AAXYCBZNS60t BiCiAiimIt0任意调换两根电源进线任意调换两根电源进线(电路如图电路如图)BiCiAiimIt00t AXYCBZNSBiAXBYCZAiCi即：即：1pCYABCXYZAXBZAiBiCiX AAXBYBYCZCZBiCiAiimIt0AX XNSZCZ C BYB Y NSA 极对数极对数2pCYABCXYZAXBZAiCiBi旋转磁场的磁极对数旋转磁场的磁极对数与三相绕组的排列有关与三相绕组的排列有关分分）转转 /( 6010fn 工频：工频：Hz501 f分分）转转 /( 30000 np=1时时AXYCBZNSAX

4、YCBZNSBiCiAiimIt0AXYCBZNSZXCZCSNSNA X A0t 60tp=2时时AX XNSZCZ C BYB Y NSA BiCiAiitmI0分分）转转/( 150026010 fn0n30)/( 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AXYCBZNS分分）转转/( 6010pfn BlvBl

5、iFvF0n0nn 如果如果:0nn %s)91( 转子转速亦可由转差率求得转子转速亦可由转差率求得0)(1nSn %10000 nnns例：例：一台三相异步电动机，额定转速一台三相异步电动机，额定转速n= =975 r/min，电源频率电源频率 f1 1= =50 Hz。试求电动机的极数和额定负载。试求电动机的极数和额定负载下的转差率。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：速的关系可知：n0=1000 r/min , 2.5%100%10009751000%10000 nnns变压器：变压器： 变化变化 eU1 E1=

6、4.44 f N1 E2= 4.44 f N2 11 444Nf.U i1u1e1e 1e2e 2i2+f1f2异步电动机机：异步电动机机：旋转磁场切割导体旋转磁场切割导体 e， U1 E1= 4.44 f 1N1 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 感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关感应电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定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不

7、同而导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而变化变化 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 旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同 E20= 4.44 f 1N2 即即E2= s E20 2122222LsfLfX X20= 2 f1L 2即即X2= sX20 222222XREI 2202220)(sXRsE )(0002nnIS 2202220max21XREIS 220222222222)( cossXRRXRR 202:SXRS 很很小小时时12 co

8、s202:SXRS 较较大大时时S1cos2 2202220222222)(SXRSEXREI 2202222)(cosSXRR 变变化化曲曲线线随随、SI cos22 )(2 Isn)cos(2 snI2cos 2 结论：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。S1I2,2cos 22 cosIKTT 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的转子电路的功率因数功率因数ilBF 22cos, I,T 21220222)(UsXRsRKT 22

9、cos IKTT 22022202)(SXRSEI 2202222)(cosSXRR mNfU 11144.4由前面分析知：由前面分析知：21220222)(UsXRsRKT 21UmaxTmSNSstT10TSNT曲曲线线)(sfT 曲曲线线)(Tfn 根据转矩公式根据转矩公式22022212)(sXRUsRKTT 得特性曲线：得特性曲线：动画动画NnmaxTstT0nTNT0n)/()(9550NNN分分转转千千瓦瓦nPT NnNT0nT0n(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/

10、min, 则额定转矩为则额定转矩为nPnPT9550602 m.N7 .4914405 .795509550NNN nPT21220222UsXRsRKT)(20212XUKTmax 0dSdT令：令：求得求得202XRSSm临界转差率临界转差率0n0nTmax将将Sm代入转矩公式，可得代入转矩公式，可得maxmax,TUUT121 )120212 XUKTmax NTTmax 一般三相异步电动机的过载系数为一般三相异步电动机的过载系数为2 .28 .1 12 II2) Sm与与 R2 有关，有关， R2 Sm n 。绕线式电。绕线式电机改变转子附加电阻机改变转子附加电阻R 2 可实现调速。可

11、实现调速。 22022212)(sXRUsRKTT 22022212TstXRURKT 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 =1 st121st, )1TUUT2) Tst与与 R2 有关，有关， 适当使适当使 R2 Tst 。对绕线式。对绕线式 电机改变转子附加电阻电机改变转子附加电阻 R 2 , 可使可使Tst =Tmax 。体现了电动机带体现了电动机带载起动的能力。载起动的能力。 0n0nTNststTTK 起动能力起动能力T2 sT2 TT =T 2n T T 2达到新的平衡达到新的平衡T20n0nTnU Tm U UTst 动画动画22022212

12、XRURKTTst 20212XUKTTm 202XRsm0n0nTNUT22TstTT0n0nmaxTR2 Tst n 22022212XRURKTTst 20212XUKTTm 202XRsm 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。2TstTT0n0nmaxTR2 Tst n 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 二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用二、三十千瓦以下的异步电动机

13、一般都采用直接起动。直接起动。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3. 转子串电阻起动。转子串电阻起动。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。ZUIllY3: 星形联接时星形联接时ZUIll3 联联接接时时：Z31 llYII lIlUAZBYXC+ZABCXYZlYIZlU+31L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1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L1L3L2FU

14、U1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2Ul+U1V1V2W1W2lPUU31 (a) 仅适用于正常运行为三角形接法的电机。仅适用于正常运行为三角形接法的电机。 )(2UTST (b) Y 起动起动 ststTIY 换接起动适合于空载或轻载起动的场合换接起动适合于空载或轻载起动的场合UlAZBYXC+UPABCXYZ+Ul+ StstYTT312）自耦降压起动自耦降压起动L1L3L2FUQQ2R 122202202)(IIRXREIstRR滑环滑环电刷电刷定子定子转子转子起动电阻起动电阻 R2 Tst 22022212TstXRURKT 22RRstTT0n0nmaxT

15、2R2R stT M3M3 一台一台Y225M-4型的三相异步电型的三相异步电 动机，动机，定子绕组定子绕组型连接，其额定数据为：型连接，其额定数据为：P2N=45kWnN=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：A2849230880380310453. 1)NNN3N2N310 cosUPI 2）由由nN=1480r/min，可知，可知 p=2 （四极电动机）（四极电动机）minr 15000/n 013015001480150000.nnnSN 3）mN 42901480

16、4595509550NN2N .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，试问在，试问在U=UN和和U=0.9UN两种情况下电动两种情况下电动机能否起动？（机能否起动？（2）采用）采用Y- 换接起动时，求起换接起动时，求起动电流和起动转矩。动电流和起动转矩。 又当负载转矩为额定转矩又当负载转矩为额定转矩的的80%和和50%时，电动机能否起动？时，电动机能否起动？ 1） Tst = 551.8Nm 510.2 N. m mN2510mN 44785

17、51902st .T 2）Ist =7IN=7 87.2=589.4 AA519645983131st stY.II 在在U= 0.9UN 时时mN918385513131ststY .TT132329183%8042909183%80NstY .TT121459183%5042909183%50NstY .TT起动起动3) pfsnsn106011 f=50HzM3 +变频调速方法变频调速方法电压电流成比例变化（电压电流成比例变化（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。A1

18、X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSSA1X1A2X2iiP=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。A1A2X1X2SNT0n0n0TS2R2R22RR2R2R( 变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，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

19、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。nnTLTLSS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反馈制动发电反馈制动 在断开三相电源的同时，给电动机其中两相在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距（制动转距），使转子迅速停止转动。转距（制动转距），使转子迅速停止转动。nF转子转子T n0=0 +-运转运转制动制动RP运转运转nFT n0 当电

20、动机转子的转速大于旋转磁场的转速当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。电能回送给电网。nF转子转子T n0n n0 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表表7.8.1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。