电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机.

1、 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机 电工与电子技术基础 华南理工大学电子与信息学院 第6章 三相异步电动机6.2 三相异步电动机的定子旋转磁场6.3 三相异步电动机的转速和磁极对数6.4 三相异步电动机的机械特性6.6 三相异步电动机的使用6.5 三相异步电动机的铭牌和技术数据6.1 三相异步电动机的工作原理 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机电动机电动机交流电动机交流电动机直流电动机直流电动机笼式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、复励电动机的分类：电动机的分类：本章主要介绍笼式三相异步电动机的基本结构、本章主要介绍笼式三相异步电

2、动机的基本结构、工作原理、机械特性及控制方法工作原理、机械特性及控制方法 返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机电动机的外形：电动机的外形：返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机6.1 6.1 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理6.1.1 转动原理铜条组成的铜条组成的笼型转子笼型转子可以旋转的可以旋转的永久磁铁永久磁铁当手柄摇动磁铁时，笼型转子跟着磁铁一起转动。当手柄摇动磁铁时，笼型转子跟着磁铁一起转动。返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机摇的快，转子摇的快，转子也转的快，也转的快，反方向摇，转子反方向摇，转子跟着反转。跟着反转。转子转子2. 线圈

3、跟着磁铁转，两者转动方向一致；线圈跟着磁铁转，两者转动方向一致； 结论：结论：1. 转子与磁铁之间存在电磁力；转子与磁铁之间存在电磁力；3. 线圈比磁铁转得慢。线圈比磁铁转得慢。返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机0n转动原理分析：转动原理分析： NSife磁极磁极闭合线圈闭合线圈n 结论：结论：0nn 线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机6.1.2 基本结构三相异步电动机三相异步电动机返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机1.1.定子定子 定子是由定子铁心和定子绕组构成定子是由定子铁心和定子绕组构成 。定子铁心定子铁心定子绕组

4、定子绕组返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机定子铁心由硅钢片叠成。定子铁心由硅钢片叠成。定子铁心定子铁心定子绕组定子绕组返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机2.2.转子转子笼型转子笼型转子绕线型转子绕线型转子由转子铁心和转子绕组构成由转子铁心和转子绕组构成 。返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机6.2 6.2 三相异步电动机的定子旋转磁场三相异步电动机的定子旋转磁场6.2.1 旋转磁场的产生三相对称电流的产生：三相对称电流的产生：三相异步电动机的定子绕组接到三相交流电源上，三相异步电动机的定子绕组接到三相交流电源上，定子绕组中便流入三相对称交流电流。定子绕组

5、中便流入三相对称交流电流。三相三相绕组绕组接成接成星形星形YBZXAC三相绕组在定子三相绕组在定子铁心中的排列铁心中的排列A A、B B、C C 接三相电源接三相电源返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机)120sin()120sin(sintIitIitIimCmBmA三相对称电流：三相对称电流：返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机旋转磁场的产生：旋转磁场的产生：）。为正，合成磁场如图（为负、时aiiitCBA, 0:0. 1电流流进电流流进电流流出电流流出合成磁合成磁场方向场方向返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机旋转磁场的产生：旋转磁场的产生：）。，合成

6、磁场如图（为负、为正时biiitCBA0,:60. 2合成磁场合成磁场转了转了6060度度返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机旋转磁场的产生：旋转磁场的产生：）。为负，合成磁场如图（、为正时ciiitCBA0,:120. 3合成磁合成磁场转了场转了120120度度返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机旋转磁场的产生：旋转磁场的产生： 60t60 0t 120t120结论：结论：三相对称电流产三相对称电流产 生旋转磁场。生旋转磁场。返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机6.2.2 旋转磁场的反转旋转方向取决于通入定子绕组中三相电流的相序。旋转方向取决于通入定子绕组

7、中三相电流的相序。0nAiBiCimItA B CM3三相电三相电 源源定子绕组电流的顺序为定子绕组电流的顺序为A A、B B、C C，电机正转。，电机正转。返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机AiBiCimItA B C三相电三相电 源源M3定子绕组电流的顺序为定子绕组电流的顺序为A A、C C 、B B ，电机反转。，电机反转。电源的电源的C C相电流相电流0n电源的电源的B B相电流相电流改变电机的旋转方向：换接定子绕组其中两相。改变电机的旋转方向：换接定子绕组其中两相。返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机6.36.3三相异步电动机的转速和磁极对数三相异步电动机的

8、转速和磁极对数6.3.1 转速电机的转速电机的转速 :n异步异步名称的由来名称的由来0nn 如果如果0nn 转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转距无转距无转子电流无转子电流因为两者存在相对运动，即因为两者存在相对运动，即同步转速（旋转磁场的转速）同步转速（旋转磁场的转速） :0n返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机 转差率转差率 s ：%10000nnns异步电机运行中异步电机运行中:%6%5 .1s转差率为同步转速和电动机转速之差。即：转差率为同步转速和电动机转速之差。即： 电动机起动

9、瞬间电动机起动瞬间:1 ,0sn（转差率最大）（转差率最大）所以，电动机转速与同步转速比较接近。所以，电动机转速与同步转速比较接近。0)1 (nsn 转速转速 n ：返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机6.3.2 磁极对数 极对数极对数 P：1p即：即：定子每相绕组定子每相绕组只有一个线圈只有一个线圈定子铁心定子铁心只有只有6 6个槽个槽合成磁场只有一对磁极，则极对数为合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机2p合成磁场具合成磁场具有两对磁极有两对磁极每相绕组有两每相绕组有两个线圈串联个线圈串联返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电

10、动机分）转 /( 6010fn 当当P=1时，时，i 变化一次（一个周期），变化一次（一个周期）， n0 0在空在空间转过一圈。间转过一圈。 i每秒变化每秒变化f1次次, n0 0在空间转过在空间转过f1圈圈, i每每分钟变化分钟变化6060f1次次, ,n0 0在空间转过在空间转过6060f1 圈圈, ,即旋转磁场即旋转磁场每分钟的转速为每分钟的转速为同步转速同步转速n0 ： 60t60 0t 120t1206.3.3 磁极对数与同步转速的关系返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机26010fn 当当P=2时，时，i 变化一次（一个周期），变化一次（一个周期），n0 0在空在空间转

11、过半圈间转过半圈, ,比比P=1时慢了一半。时慢了一半。即旋转磁场每分即旋转磁场每分钟的转速为钟的转速为 0t 60t返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机36010fn 同理，当同理，当P=3时，时，i 变化一次（一个周期），变化一次（一个周期）， 旋转磁场每分钟的转速为旋转磁场每分钟的转速为 由此推出：当旋转磁场具有由此推出：当旋转磁场具有P对极时，其同步对极时，其同步转速为转速为Pfn1060返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机三相异步电动机的同步转速三相异步电动机的同步转速分）转/( 6010pfn 2p180分）转/( 50011p360分）转 /( 0003极

12、对数极对数电流变化一个周期电流变化一个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)50(1Hzf 0n3p120分）转/( 0001表表6.16.14p90分）转/( 507返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机6.4 6.4 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性11144.4NfU11144.4NfE111144.4NfEU6.4.1 定子绕组电动机的工作原理与变压器的工作原理相似。电动机的工作原理与变压器的工作原理相似。1i1u2i1e2e2R返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机2202222)(cosXRR1. 转子静止时转子静止时NfNf

13、E21222044.444.4220222020)(XREI1,0sn6.4.2 转子绕组1i1u2i1e2e2R返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机2202222)(cossXRR2. 转子转动时转子转动时202122244.444.4sENsfNfE22022202)(sXRsEInnn0100002)(.6060)(60sfnnnPnnnPnPf202122222sXLsfLfX返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机 转子中各个载流导体在旋转磁场的作转子中各个载流导体在旋转磁场的作用下用下, ,受到电磁力所形成的转矩总和。受到电磁力所形成的转矩总和。22cosIKT

14、T常数常数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2cos6.4.3 转矩返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机22cosIKTT21220222)(UsXRsRKT得到转矩公式得到转矩公式22022202)(sXRsEI2202222)(cossXRRNfU11144.4代入其中参数：代入其中参数：转矩正比于电源电压的平方，即转矩受电源电转矩正比于电源电压的平方，即转矩受电源电压的影响很大。压的影响很大。返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机6.4.4 三相异步电动机的机械特性21220222)(UsXRsRKT由转矩公式由转矩公式机械特性：机械特性：)()(

15、TfnsfTTs10n0Tn得特性曲线：得特性曲线：返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机n0Tn1. 额定转矩额定转矩 电动机带动额定负电动机带动额定负载时，转轴上输出载时，转轴上输出的转矩。的转矩。米）牛顿分转千瓦()/()(9550602NNNNNnPnPTNTnNNT额定转矩计算公式：额定转矩计算公式：返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机 电动机一般工作在电动机一般工作在特性曲线的特性曲线的ab段，电动段，电动机发出的转矩自动随负机发出的转矩自动随负载的变化进行调整，满载的变化进行调整，满足负载的需要。足负载的需要。LLLTTIEsnTT22自动调整过程：自动调整

16、过程：电动机稳定工作在特性曲线上的电动机稳定工作在特性曲线上的 点，在新的点，在新的工作状态下，电动机的转速降低了，转子电流工作状态下，电动机的转速降低了，转子电流和定子电流都增大了。和定子电流都增大了。A返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。n0TnmT21220222)(UsXRsRKT求解求解0dSdT202121XKUTmmT最大转矩. 2最大转矩也受电源电压的影响。最大转矩也受电源电压的影响。返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机最大转矩受电源电压的影响：最大转矩受电源电压的影响：在负载转矩不变的情况下，当电源电压降

17、低时，在负载转矩不变的情况下，当电源电压降低时，最大转矩下降很多，电机工作在特性最大转矩下降很多，电机工作在特性2 2，此时电，此时电机的转速降低、定子电流增大，造成电机过热。机的转速降低、定子电流增大，造成电机过热。202121XKUTmLTn返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机 当负载转矩超过最大当负载转矩超过最大转矩时，电机将会因带不转矩时，电机将会因带不动负载而停转，出现闷车动负载而停转，出现闷车情况，时间长了就会烧坏情况，时间长了就会烧坏电机。所以，电机。所以，bc段是不稳段是不稳定区域。定区域。电机的过载系数：电机的过载系数：NmTT三相异步机三相异步机2 .20 .2

18、返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机电机起动时的转矩。电机起动时的转矩。n0Tn21220222)(UsXRsRKT0n1)(s 其中其中21220222)(UXRRKTst则电机不能启动。时，电机能够启动，否LSTTTSTT启动转矩. 3STT返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机解：解：1.1.根据额定转速可判断出同步转速为根据额定转速可判断出同步转速为min/15000rn 2150050606001nfP故%2%100150014701500%10000nnns【例【例6.16.1】一台三相笼式异步电动机的技术数据为：】一台三相笼式异步电动机的技术数据为：。2/,

19、4 . 1/,min/1470kW,22NmNSTNNTTTTrnP试求：试求：1.1.磁极对数和转差率；磁极对数和转差率； 2.2.额定转矩、启动转矩和最大转矩。额定转矩、启动转矩和最大转矩。返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机【例【例6.16.1】一台三相笼式异步电动机的技术数据为：】一台三相笼式异步电动机的技术数据为：。2/,4 . 1/,min/1470kW,22NmNSTNNTTTTrnP试求：试求：1.1.磁极对数和转差率；磁极对数和转差率； 2.2.额定转矩、启动转矩和最大转矩。额定转矩、启动转矩和最大转矩。解：解：2.2.mNnPTNNN9 /p>

20、509550mNTTNST2009 .1424 . 14 . 1mNTTNm8 .2859 .14222返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机6.5 6.5 三相异步电动机的铭牌技术数据三相异步电动机的铭牌技术数据1. 型号型号 Y 132M4 磁极数磁极数(极对数极对数 p=2)三相异步电动机三相异步电动机2.2.电压和接法电压和接法额定电压额定电压UN N：是额定情况下定子绕组应加的额定是额定情况下定子绕组应加的额定 线电压。一般额定线电压为线电压。一般额定线电压为380V380V。例如例如380/220 Y/ 是指：线电压为是指：线电压为380V时采用时采用Y接法；线电压为接法

21、；线电压为220V时采用时采用 接法。接法。 定子绕组的接法：星形和角形。定子绕组的接法：星形和角形。返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机表示在角形接法下，电机的线电流为表示在角形接法下，电机的线电流为15.4A，相电，相电流为流为8.89A；星形接法时线、相电流均为；星形接法时线、相电流均为8.89A。COSIUPNN31其中其中A89. 8/4 .15/Y如3. 额定电流额定电流 ：电机工作在额定状态时定子绕组：电机工作在额定状态时定子绕组 流过的线电流。流过的线电流。IN 4. 额定功率、效率和功率因数额定功率、效率和功率因数 额定功率额定功率 :是指电机在额定运行时轴上输出

22、的是指电机在额定运行时轴上输出的 功率。额定功率功率。额定功率 不等于输入功率不等于输入功率 ， 两者的关系为两者的关系为 1PPNPN返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机 4. 额定功率、效率和功率因数额定功率、效率和功率因数 额定效率额定效率 ：是指电机在额定运行时与轴上：是指电机在额定运行时与轴上 输出的功率之比。输出的功率之比。1/ PPN额定功率因数额定功率因数 ：是指定子绕组相电压是指定子绕组相电压 与相电流之间的相位差。与相电流之间的相位差。Ncos 5. 额定转速额定转速nN :是指电机在额定运行时的转速。是指电机在额定运行时的转速。6. 绝缘等级绝缘等级: 是指电

23、机使用的绝缘材料的等级。是指电机使用的绝缘材料的等级。 不同等级的绝缘材料能允许不同的不同等级的绝缘材料能允许不同的 极限温度。极限温度。返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机6.6 6.6 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用三相异步电动机启动时间虽短，但启动电流很大。三相异步电动机启动时间虽短，但启动电流很大。中小型笼式电机起动电流为额定电流的中小型笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍。倍。启动电流大的原因：启动电流大的原因：起动时起动时 n = 0，转子导体切割，转子导体切割 磁力线速度很大。磁力线速度很大。6.6.1 启动122IIE使返回 电工与电子技术基础 第6章

24、三相异步电动机对电动机的影响：频繁启动造成热量的对电动机的影响：频繁启动造成热量的积累，导致积累，导致 电机过热；大电流使电网电压降电机过热；大电流使电网电压降 低，影响其他负载工作。低，影响其他负载工作。三相笼式异步电动机的启动方法：三相笼式异步电动机的启动方法： 1. 直接启动直接启动 二三十千瓦以下的异步电动机一般采用直二三十千瓦以下的异步电动机一般采用直接启动。接启动。 2. 降压启动降压启动Y Y 换接换接启动、自耦降压启动、软启动。启动、自耦降压启动、软启动。返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机2. 降压启动降压启动（1 1）Y Y 换接启动换接启动 Y Y 换接启动的

25、方法只适合角形接法的电机换接启动的方法只适合角形接法的电机。启动时，电机接成星形；启动完毕后，电机自启动时，电机接成星形；启动完毕后，电机自 动接成角形。动接成角形。 Y Y启动时：启动时：ZUZUIlPYSTY13 启动时：启动时：ZUIIlPST13331STSTYII Y Y启动电流是启动电流是 启动电流的启动电流的三分之一。三分之一。返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机（2 2）自耦变压器降压启动）自耦变压器降压启动启动时，开关启动时，开关S S2 2自动接自动接到启动位置，启动完毕到启动位置，启动完毕后，开关后，开关S S2 2自动接到运自动接到运转位置。转位置。 此启动

26、方法适此启动方法适合星形接法的合星形接法的三相笼型电动三相笼型电动机。机。返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机【例【例6.26.2】已知笼式角形连接的三相异步电动机：】已知笼式角形连接的三相异步电动机：. 7/,A2 .84V,380,4 .290,9 . 1/,min/1480kW,45NSTNNNNSTNNIIIUmNTTTrnP试求：试求：1.1.启动电流和启动转矩；启动电流和启动转矩； 2.2.若采用星角变换启动法，计算启动电若采用星角变换启动法，计算启动电 流和启动转矩；流和启动转矩； 3.3.当负载转矩分别为额定转矩的当负载转矩分别为额定转矩的70%和和 50%时，时，

27、采用星角变换启动法，该电动采用星角变换启动法，该电动 机是否能启动？机是否能启动？返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机【例【例6.26.2】已知笼式角形连接的三相异步电动机：】已知笼式角形连接的三相异步电动机：. 7/,A2 .84V,380,4 .290,9 . 1/,min/1480kW,45NSTNNNNSTNNIIIUmNTTTrnP解：解：1.1.求启动电流和启动转矩求启动电流和启动转矩 A4 .5892 .8477NSTIImNTTNST8 .5514 .2909 . 19 . 1 2. 2. 星角变换启动，求启动电流和启动转矩星角变换启动，求启动电流和启动转矩 A5 .1964 .5893131STSTYIImNTTSTSTY9 .1838 .5513131返回 电工与电子技术基础 第6章 三相异步电动机mNTN4 .290解：解：3.3.当负载转矩分别为额定转矩的当负载转矩分别为额定转矩的70%和和50% 时，时，采用星角变换启动法，该电动机是否采用星角变换启动法，该电动机是否 能启动？能启动？mNTTSTSTY9 .1838 .5513131mNmNTTNN9 .1833 .2034 .2907 . 07 . 0,7 . 0不能启动。时负载转矩为mNmNTTNN9 .1832 .1454 .2905