第14讲 单相异步电动机

1、电工电子技术电工电子技术 谭甜源、张立宏谭甜源、张立宏 办公地点：办公地点：3 3教教33123312 手手 机：机：1592725685415927256854 E-Mail: E-Mail: QQ: QQ: 8238323582383235 QQ QQ群：群： 213738876213738876三相异步机的工作原理三相异步机的工作原理YBZXAC转子转子定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）机机 座座转子：在旋转磁场作用下，转子：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。产生感应电动势或电流。三相定子绕组：产生旋转磁场。三相定子绕组：产生旋转磁场。回顾回顾n0neiNSf t = 0AZ

2、BXCYNS0N t =180 AZBXCYS180 t = =60 AZBXCYNS60180 tiiAiBiCO600iAiBiCABCXYZ1） 旋转磁场的产生旋转磁场的产生相序相序 A-B-C-A回顾回顾极对数极对数1p = tiiAiBiCOABCXYZiAiC90 600 AZBXCYNS0AZBXCYNS60相序相序 A-C-B-AAZBXCYNS90iB2) 改变旋转磁场的转向改变旋转磁场的转向回顾回顾极对数极对数2=pAiBiCimItCYABCXYZAXBZAiBiCi3)极对数（极对数（P）的概念）的概念XNSASNZBX AYCZBCY0=t= 60t A0nAZXXC

3、ZCSNSN30)/( 6010分分转转pfn= =回顾回顾4)电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致， 但但 异步异步电动机电动机0nn%10000=nnns异步电机运行中异步电机运行中:%91=s旋转磁场的同步转速和电动机转速之差为转差率：旋转磁场的同步转速和电动机转速之差为转差率：电动机起动瞬间电动机起动瞬间:1 , 0=sn（转差率最大）（转差率最大）回顾回顾三相异步电动机的三相异步电动机的“电磁电磁”关系关系 i2转、定子电路转、定子电路R1R2i1u1e1e 1e2e 2 ：漏磁

4、通：漏磁通产生的感应电动产生的感应电动势。势。 ：主磁通产：主磁通产生的感应电动势。生的感应电动势。e1e2、e 1e 2、定子电路定子电路R1jX11I1U1SE1E转子电路转子电路R2jX22I2SE2E回顾回顾Z1 = R1 + jX1 U1 E1= 4.44 f1N1 1) 定子电路定子电路111 1UEZ I= 忽略忽略 Z111EU 定子电路定子电路R1jX11I1U1SE1E2) 转子电路转子电路a） 转子感应电动势频率转子感应电动势频率 f2转子电路转子电路R2jX22I2SE2E021()60p nnfsf=Hz)50(Hz5 . 45 . 012= = =ff定子感应电势频

5、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回顾回顾 E20= 4.44 f 1N2 即即E2= s E20 2122222LfsLfX = = =X20= 2 f1L 2即即X2= sX20 回顾回顾2202220222222)( XREXREIss = = = =2202222)(cosXRRs = = 变变化化曲曲线线随随、SI cos22 )(2 Isn)cos(2 sn 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。I2cos 2s1I2,2cos O回顾回顾三相异步

6、电动机的转矩与机械特性三相异步电动机的转矩与机械特性回顾回顾21220222)(UsXRsRKT = =Sm Tmax 1T sTst 0转矩特性转矩特性 在选择和使用电动机时，电动机的机械特性具有更实在选择和使用电动机时，电动机的机械特性具有更实际的意义。机械特性曲线是表明电动机转速与转矩之间关际的意义。机械特性曲线是表明电动机转速与转矩之间关系的曲线。系的曲线。 通常异步电动机都工作在图示特性曲线的通常异步电动机都工作在图示特性曲线的acac段。此段称稳段。此段称稳定区。定区。nmaxT0mLTnabcd 在某一负载转矩下，它与曲线有两个交点，即在某一负载转矩下，它与曲线有两个交点，即b

7、b、d d 两点。两点。我们所关心的问题是，电动机正常运行时是工作在我们所关心的问题是，电动机正常运行时是工作在b b点呢还是点呢还是在在d d点。点。 若运行在若运行在b b点：点： 如果某种原因引起负载转矩增加了一些，转速将下降。如果某种原因引起负载转矩增加了一些，转速将下降。T TL L n T T=T n T T=TL L 可见可见若运行在若运行在b b点：可以自动适应负载点：可以自动适应负载转矩变化，使之达到转矩变化，使之达到新的平衡状态。新的平衡状态。若运行在若运行在d d点：点：若负载转矩由于某种原因减小了一些，这时若负载转矩由于某种原因减小了一些，这时T TL L n TT=T

8、 n TT=TL L T TL L n T n T n n T n T n T TL L n T n T n n T n T n 可见可见d d点：不适应负载转矩的变化，点：不适应负载转矩的变化，cde称非稳定区。称非稳定区。3. 异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性U Tm U UTst 22022212stXRURKT = =2021m2XUKT= = 202mXRs= =0nNUT2nTOstTTOn0nR2 Tst n maxT2T22022212stXRURKT = =2021m2XUKT= = 202mXRs= = 不同场合应选用不同场合应选用不同的电机。如金不同的电机。如金属

9、切削，选硬特性属切削，选硬特性电机；重载起动则电机；重载起动则选软特性电机。选软特性电机。A2849230880380310453.= = = = 1)NNN3N2Ncos310 UPI = = 一台一台Y225M-4型的三相异步电型的三相异步电 动机，定动机，定子绕组子绕组型联结，其额定数据为：型联结，其额定数据为：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： 一台一台Y225M-4型的三相异步电型的三相异步电 动机，定动机，定子绕组子绕组型联结，其额定数

10、据为：型联结，其额定数据为：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： 2）由由nN=1480r/min，可知，可知 p=2minr 15000/n= =013. 015001480150000N= = = = = =nnns 一台一台Y225M-4型的三相异步电型的三相异步电 动机，定动机，定子绕组子绕组型联结，其额定数据为：型联结，其额定数据为：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V， N=92.3%，cos N=0.88， Ist

11、/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：，求： 3）mN 429014804595509550NN2N = = = = =.nPTmN 9638429022)(NNmaxmax = = = = =.TTTTmN 8551429091)(NNstst = = = = =.TTTT 10.4.3 10.4.3 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用1.1.异步电动机的铭牌异步电动机的铭牌(1)(1)型号含义型号含义 三相异步电动机三相异步电动机型号型号 Y123M-4功功 率率 7.5 kW频频 率率 50Hz电压电压 380V电电 流流 15.4A接接 法法 转速转

12、速 1440 r/min绝缘等级绝缘等级 B工作方式工作方式 连续连续 年年 月月 编号编号 电机厂电机厂磁极数磁极数( 极对数极对数 p = 2 ) Y 132 M4 机座长度代号机座长度代号机座中心高（机座中心高（mm）异步电动机异步电动机异步电动机产品名称代号异步电动机产品名称代号接线盒接线盒。通常。通常联结联结电机容量电机容量Y3kW 联联结结电电机机容容量量 kW4U2U1W2V1V2W1U1U2W2U2V2V1W1U1W1V1W2V2例如：例如：380/220V、Y/ 是指线电压为是指线电压为 380V 时时 采用采用 Y联结联结；线电压为；线电压为 220V 时采用时采用 联结联

13、结。 表示星形表示星形联结联结下电机的线电流为下电机的线电流为 6.73A；三角形；三角形联结联结下线电下线电流为流为 11.64A。两种接法下相电流均为。两种接法下相电流均为 6.73A。12PP= = cos3NN1IUP = =鼠笼电机鼠笼电机 =7293电动机在额定运行时定子绕组的电动机在额定运行时定子绕组的额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率，它不等于从电源吸取的电功率 P1。PN 三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为时约为 0.7 0.9。空载

14、时功率因数很低，只有。空载时功率因数很低，只有 0.2 0.3。额定负载时，功率因数最高。额定负载时，功率因数最高。 电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。P2cos O 0N0Nnnns = =额额定定转转差差率率指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为为A、E、B、F、H五级，五级，A级最低级最低(105C)，H级最高级最高(180C)。2 2 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动问题：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

15、电动机的起动 （2 2）电动机的起动方法）电动机的起动方法1）直接）直接起动起动 鼠笼式电动机的起动有鼠笼式电动机的起动有直接起动直接起动和和降压起动降压起动两种，选两种，选择何种起动方法，要视电动机容量相对电网（变压器）择何种起动方法，要视电动机容量相对电网（变压器）容量而定。容量而定。电动机容量小于变压器容量的电动机容量小于变压器容量的20%时可以直时可以直接起动。否则采用降压起动以限制起动电流。接起动。否则采用降压起动以限制起动电流。 直接起动是利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到直接起动是利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到额定电压上的起动方式，又叫全压起动。额定电压上的起动方式，又叫

16、全压起动。：起动简单。：起动简单。：起动电流较大，将使线路电压下降，影响负载正常：起动电流较大，将使线路电压下降，影响负载正常工作。工作。：电动机容量在：电动机容量在10kW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20。2） 降压起动降压起动起动时降低电动机的电源电压，待电动机转速接近稳定转起动时降低电动机的电源电压，待电动机转速接近稳定转速时，再把电压恢复正常。速时，再把电压恢复正常。FUW2U1U2V1V2W1Q1转子转子定子定子绕组绕组只适用于电动机在工作时定子绕只适用于电动机在工作时定子绕组为组为 连接。连接。 SYU1U2V1W1V2W2W1V1U1U2V2W2F

17、UW2U1U2V1V2W1Q1转子转子定子定子绕组绕组 SY起动电流和起动转矩都降低到直接起动时的三分之一。起动电流和起动转矩都降低到直接起动时的三分之一。( (a) ) 星形星形三角形三角形( (Y- ) )换接起动换接起动PYYPY3llUUIIZZ=ZUUIIll3Z33PP= = = =31Y= =llII31)3(22ststY= = =llUUTTU1U2V1V2W1W2S1S2M3 ( (b) ) 自耦降压起动自耦降压起动U1U2V1V2W1W2S1S2M3 ( (b) ) 自耦降压起动自耦降压起动 某型号为某型号为Y225M-4的三相异步电动机。其技术数据的三相异步电动机。其技

18、术数据为：为： PN=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，f=50Hz。(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起动？（两种情况下电动机能否起动？（2）采用）采用Y- 换接起动时，求起动电流和起动转矩。换接起动时，求起动电流和起动转矩。 又当负载转矩为又当负载转矩为起动转矩的起动转矩的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.

19、m mN2510mN 4478551902st = = = =.T (2) Ist =7IN=7 84.2=589.4 AA519645983131st stY.II= = = = = 在在U = 0.9UN 时时132329183%8042909183%80NstY = = = = .TT121459183%5042909183%50NstY = = = = .TT起动起动mN918385513131ststY = = = = =.TT3. 3. 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速pfsnsn106011=1. 改变极对数改变极对数 有级调速。有级调速。p2. 改变转差率改变转差率 s

20、无级调速无级调速调速方法：调速方法：0Tn2R2R0ST2R2R22RR 3. 改变电源频率改变电源频率 (变频调速变频调速) 无级调速无级调速1f变频电源变频电源 可变可变Uf ,Hz50pfsnsn106011= 此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源。要环节是研制变频电源。单相异步电动机的功率一般为几瓦到几百瓦常用单相异步电动机的功率一般为几瓦到几百瓦常用于功率不大的电动工具于功率不大的电动工具( (如电钻、搅拌器等如电钻、搅拌器等) )以及众多以及众多的家用电器的家用电器( (如电风扇、电冰箱、洗衣机、抽油烟机如电风扇、

21、电冰箱、洗衣机、抽油烟机等等) )。 10.4.410.4.4单相异步电动机单相异步电动机 单相异步电动机：单相异步电动机：定子只有一相主绕组的异步电动机。定子只有一相主绕组的异步电动机。单相异步电动机均采用笼型转子，但定子有所不同。单相异步电动机均采用笼型转子，但定子有所不同。单相异步电动机的磁场单相异步电动机的磁场在单相异步电动机的定子绕组通入单相交流电，电动机内在单相异步电动机的定子绕组通入单相交流电，电动机内产生一个大小及方向随时间产生一个大小及方向随时间的磁的磁场，称为场，称为。MPMPt1it0t2t3t4t5t6t7Bx 磁极在空间的位置是固定的，磁极在空间的位置是固定的，即即磁

22、场出现最大值和过零的位置是固定磁场出现最大值和过零的位置是固定的，对的，对某点磁感应强度某点磁感应强度来讲，随时间来讲，随时间按正弦规律变化，即按正弦规律变化，即：B=Bmsint其频率取决于电源的频率。其频率取决于电源的频率。tB由欧拉恒等式由欧拉恒等式 结果表明，一个脉动磁场可分解成结果表明，一个脉动磁场可分解成一对一对大小、转速相等、大小、转速相等、方向相反的旋转磁场。方向相反的旋转磁场。)90()90(0022=tjmtjmeBeBBtBBmsin=0902jtjtjmeeeB=0090902jtjjtjmeeeeBjeeBtjtjm2= + - + - - +转子受到的力矩转子受到的

23、力矩 两个旋转磁场分别产生的电磁转矩两个旋转磁场分别产生的电磁转矩T/和和T/ 大小相等，大小相等，转向相反，而电动机转子受到的合力矩为零，即转向相反，而电动机转子受到的合力矩为零，即T=0T=0 此时电动机不能自行转动，换句话说，电动机启动转矩此时电动机不能自行转动，换句话说，电动机启动转矩为零，不能启动。为零，不能启动。 .F鼠笼式转子鼠笼式转子导条及电流导条及电流AA 但是，如果借助一点外力把转子向任意方向拨动一下，但是，如果借助一点外力把转子向任意方向拨动一下，此时，各旋转磁场与转子的相对运动速度则不相同，各自此时，各旋转磁场与转子的相对运动速度则不相同，各自转差率亦不同，即转差率亦不

24、同，即S S/ /和和S S/ 为：为：00/nnnS=T=T/T/ 方向与方向与T T/ /相同。相同。00/nnnS=0/00)1 (nSnn=)1 (1/S=/2SS=02= =s121= = =ss合成转矩合成转矩s01= =s22= =s21= =s1T起动转矩起动转矩为零为零2T正正转转转转反反 以上分析表明，一旦让单相异步电动机转动起来，由以上分析表明，一旦让单相异步电动机转动起来，由于顺时针旋转磁场于顺时针旋转磁场B1和逆时针旋转磁场和逆时针旋转磁场B2产生的合成电磁产生的合成电磁转矩不再为零，在这个合成转矩的作用下，即使不需要其转矩不再为零，在这个合成转矩的作用下，即使不需要

25、其它的外在因素，单相异步电动机仍将沿着原来的运动方向它的外在因素，单相异步电动机仍将沿着原来的运动方向继续运转。继续运转。 由于单相异步电动机总有一个反向的制动转矩存在，由于单相异步电动机总有一个反向的制动转矩存在，所以其效率和负载能力都不及三相异步电动机。所以其效率和负载能力都不及三相异步电动机。 综上所述，单相异步电动机的主要问题是解决启动问题。综上所述，单相异步电动机的主要问题是解决启动问题。CBS1 电容分相式异步电动机电容分相式异步电动机AiAiB A 为工作绕组，为工作绕组，B 为起动绕组，为起动绕组，在空间相隔在空间相隔 90 。S 为离心力开关。为离心力开关。iA tiiBOi

26、A= IAmsin tiB= IBmsin( t + 90 ) iA= Imsin tiB= Imsin( t + 90 )iA tiiBO两相绕组形成的旋转磁场两相绕组形成的旋转磁场n04590 t = 0iA= 0，iB 为为正正值值BA+iA、iB 均为均为正正值值 t = 45+AB t = 90iA 为为正正值，值，iB = 0+AB形成旋转磁场。形成旋转磁场。CBSAiAiB12 改变电容改变电容 C 的串联位置，可使异的串联位置，可使异步电动机反转。步电动机反转。将将 S 合向合向 1，iB 超前超前 iA将将 S 合向合向 2，iA 超前超前 iB2、罩极式单相电机、罩极式单相

27、电机 由于短路环的作用，由于短路环的作用，2 2滞后滞后1 1，于是在气隙内形成的，于是在气隙内形成的合成磁场将是一个向罩极部分移动的磁场，使电动机产生一合成磁场将是一个向罩极部分移动的磁场，使电动机产生一定的起动转矩。定的起动转矩。12 罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向不能改变，罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相式单相异步电动机的常用于电风扇、吹风机中；电容分相式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变，故常用于洗衣机等电器中。起动转矩大，转向可改变，故常用于洗衣机等电器中。若三相异步电动机运行时断了一根线，相当若三相异步电动机运行时断了一根

28、线，相当若若 n = 0，则不能起动，此时电流很大，时间，则不能起动，此时电流很大，时间若若 n 0，则能够继续转动，则能够继续转动, 但仍带但仍带额定负载，额定负载， 一长，电动机将会被烧坏；一长，电动机将会被烧坏；电流势必超过其额定值，时间一长，电动机也将被电流势必超过其额定值，时间一长，电动机也将被烧坏。烧坏。三相异步电动机的单相运行三相异步电动机的单相运行于单相异步电动机，称为三相异步电动机的于单相异步电动机，称为三相异步电动机的单相单相运行，或运行，或缺相缺相运行。运行。学习要点小结历届考题历届考题计算题计算题三相异步电动机的铭牌数据如下：三相异步电动机的铭牌数据如下： 型号：型号：

29、Y132M-4 功率：功率：7.5kW 频率：频率：50Hz 电压：电压：380V 接法：接法： 转速：转速：1440r/min cos: 0.85 效率：效率：0.87 Ist/IN=7 Tst/TN=2.2 Tmax/TN=2.2试求：试求：(1) 磁极对数磁极对数p、额定转差率、额定转差率SN；(2) 额定输入功率额定输入功率P1； (3) 额定相电流额定相电流IpN额定电流额定电流IN；(4) 额定转矩额定转矩TN; (5)已知起动时它的负载转矩为已知起动时它的负载转矩为40Nm，今电网不允许起动电，今电网不允许起动电流超过流超过100A，问：（，问：（a）该电动机能否直接起动？（）该

30、电动机能否直接起动？（b）能否）能否采用星形采用星形-三角形换接起动，为什么？三角形换接起动，为什么？ 解：解：11602fnpp=由题意可知，该电机的同步转速n1=1500r/min111500 14400.041500NNnnsn=(2)根据：17.58.620.87NNpPkW=(1)历届考题历届考题计算题计算题三相异步电动机的铭牌数据如下：三相异步电动机的铭牌数据如下： 型号：型号：Y132M-4 功率：功率：7.5kW 频率：频率：50Hz 电压：电压：380V 接法：接法： 转速：转速：1440r/min cos: 0.85 效率：效率：0.87 Ist/IN=7 Tst/TN=2

31、.2 Tmax/TN=2.2试求：试求：(1) 磁极对数磁极对数p、额定转差率、额定转差率SN；(2) 额定输入功率额定输入功率P1； (3) 额定相电流额定相电流IpN额定电流额定电流IN；(4) 额定转矩额定转矩TN; (5)已知起动时它的负载转矩为已知起动时它的负载转矩为40Nm，今电网不允许起动电，今电网不允许起动电流超过流超过100A，问：（，问：（a）该电动机能否直接起动？（）该电动机能否直接起动？（b）能否）能否采用星形采用星形-三角形换接起动，为什么？三角形换接起动，为什么？ 解：解：pNN/38.89=IIA(3)根据31N7.5 103cos15.40.873380 0.8

32、5NNNNNpPU IIA=额定相电流历届考题历届考题计算题计算题三相异步电动机的铭牌数据如下：三相异步电动机的铭牌数据如下： 型号：型号：Y132M-4 功率：功率：7.5kW 频率：频率：50Hz 电压：电压：380V 接法：接法： 转速：转速：1440r/min cos: 0.85 效率：效率：0.87 Ist/IN=7 Tst/TN=2.2 Tmax/TN=2.2试求：试求：(1) 磁极对数磁极对数p、额定转差率、额定转差率SN；(2) 额定输入功率额定输入功率P1； (3) 额定相电流额定相电流IpN额定电流额定电流IN；(4) 额定转矩额定转矩TN; (5)已知起动时它的负载转矩为已知起动时它的负载转矩为40Nm，今电网不允许起动电，今电网不允许起动电流超过流超过100A，问：（，问：（a）该电动机能否直接起动？（）该电动机能否直接起动？（b）能否）能否采用星形采用星形-三角形换接起动，为什么？三角形换接起动，为什么？ 解：解：NNN7.59550955049.74N