电工电子学第6章SH

第6章电动机第6章电动机§

6.1三相异步电动机的基本结构§

6.2三相异步电动机的工作原理§

6.3三相异步电动机的机械特性§

6.4三相异步电动机的铭牌数据§

6.5三相异步电动机的起动§

6.6三相异步电动机的调速教学目标和要求1.三相异步电动机的工作原理，2.三相异步电动机的工作状态，3.三相异步电动机的使用。重点与难点1.三相异步电动机的工作原理。2.学习三相异步电动机的工作状态与使用。电动机的分类：鼠笼式三相交流异步电动机是主要内容：

基本结构、工作原理、机械特性、工作状态、起动和调速的控制方法。电动机交流电动机直流电动机三相电动机单相电动机同步电动机异步电动机他励、并励电动机串励、复励电动机鼠笼式绕线式电动机：将电能转化为旋转机械能输出的设备AXBYCZ1.定子铁心：由内圆周有槽的硅钢片叠成。A----XB----YC----Z三相绕组机座：铸钢或铸铁6.1三相异步电动机的基本结构一、主要部件定子绕组接法接线盒定子三相绕组的联接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y联结W1U1V1W2U2V2联结2.转子铁心：由外圆周有槽的硅钢片叠成。转子绕组鼠笼式绕线式定子绕组都一样中心穿有轴，用以输出机械转矩。两端有支撑的轴承。

绕线式电动机的轴上还有滑环。(1)

绕线式转子同定子绕组一样也分为三相，通过外电阻接成星形。绕线式三相异步电动机转子的结构(2)

鼠笼式转子是绕线转子的简化，在铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体，或铸铝形成转子绕组，替代绕组。鼠笼式电动机与绕线式

电动机的的比较：鼠笼式：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。绕线式：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动机的机械特性。

鼠笼式三相异步电动机的结构鼠笼三相异步电动机的构造示意二、外形(防护)结构防护型封闭型防爆型三、安装结构B3型B5型B35型V1型6.2三相异步电动机的工作原理异步电动机的转动演示由演示得到的启示：1.要有一个旋转的磁场；2.转子跟着磁场转动。异步电动机的旋转磁场由何而来？合成磁场方向：向下iA=0iB为负，iC为正AXYBCZAXYCBZ1.旋转磁场的产生6.2.1旋转磁场(•)电流出末端()电流入末端定子绕组：通入三相电流以从起端指向末端为参考方向XBZAYCAXYCBZAXYCBZ同理分析，可得其它电流角度下的磁场方向：动画AXYCBZAXYCBZ旋转方向：取决于三相电流的相序。改变电机的旋转方向：换接其中两相。2.旋转磁场的旋转方向n0n03.旋转磁场的转速大小

一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°。则同步转速（旋转磁场的速度）为：AXYCBZAXYCBZXBZAYC极对数（P）的概念此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。即：AXYCBZAXBYCZ极对数C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'极对数（P）的改变将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。极对数和转速的关系2对磁极时磁角度是电角度的一半三相异步电动机的同步转速极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速6.2.2电动机的转动原理定子三相绕组通入三相交流电方向:顺时针

磁力线切割转子导体右手定则转子感应电动势旋转磁场转子感应电流旋转磁场左手定则电磁力F电磁转矩TnFFNS(顺时针方向)电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速:电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但

异步电动机。无转距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）无转子电流提示：如果电动机转子和定子之间没有电的联系，又名感应电动机如转子是磁铁，与定子异性相吸，转速相同，为同步电动机。异步电机运行中:转差率表示转子转速与旋转磁场的同步转速相差的程度。电动机起动瞬间:（转差率最大）转子转速亦可由转差率求得

6.2.3转差率

随起动时转子转速增加而降低。

例1：一台三相异步电动机，其额定转速

n=975r/min，电源频率f1=50Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。解：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：n0=1000r/min,即p=3额定转差率为

6.3三相异步电动机的机械特性当定子电压U1、频率f1等保持不变时，三相异步电动机的电磁转矩T与转差率s之间的T=f（s）叫转矩特性，转速n与T间的n=f（T）叫机械特性，统称为机械特性，以曲线表示。如定子电压和频率保持额定值，且转子电路不外串联电阻或电抗（对于绕线电动机），此时叫固有特性。否则如电压或转子电阻变化叫人为特性。在忽略摩擦、风阻转矩时，电磁转矩T≈T2，以后将统一用T。

当电动机正常工作时，转速应保持不变，所以输出转矩T2应等于负载转矩TL，即T2=TL=T。OTS(一)固有特性OT1NM电动机在额定负载时的转矩。1.额定转矩TN三个重要转矩代表了三个工作状态OT(N•m)如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型)的额定功率为7.5kw,额定转速为1440r/min,则额定转矩为N电动机工作在N点，表示电动机的电压、电流、功率和转速等都处于额定值的状态，电动机可长时间运行，是最佳的理想状态。电动机工作在N点时的转速nN非常接近同步转速n0，但又小于n0。功率因数大，一般为0.8以上。电动机工作的区域为一条略向下倾斜的近似直线，当负载转矩增加而使电动机电磁转矩增加时，转速n下降很少，叫硬特性。但从最恶劣工作状况考虑，一般电动机都工作在N点左边。2.最大转矩TM

转子轴上机械负载转矩TL不能大于TM

，否则将随n下降使电磁转矩T下降，恶性循环造成堵转(停车)。电机带动最大负载的能力。OTTM过载系数(能力)一般三相异步电动机的过载系数为电机严重过热而烧坏。

如电动机工作在N点到M点之间，说明电动机处于过载状态，只允许短时工作，短时工作的时间长短视电动机的参数和过载程度而定，过载程度越大，允许时间越短，叫反时限关系。MN3.起动转矩Tst电动机起动时的转矩。起动时n=0时，s=1

Ts体现了电动机带载起动的能力。

若

Ts

>TL电机能起动，否则不能起动。OTTst起动能力电动机起动时从Ts到M点段，T>

TL

，转速增加同时转矩也增加，过M点后T逐渐减小但仍大于TL，转速仍增加但转矩减小，直到T=TL，速度不再增加，电动机稳定运行，起动结束。MTL4.电动机的运行分析

电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。

自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载）。此过程中，n、sE2,I2

I1电源提供的功率自动增加。如TLsTL>TT´=TLnT

T´达到新的平衡T常用特性段TO电动机运行时速度应不变，TL=T。例：某三相异步电动机，额定功率

PN

=45kW，额定转速nN=2970r/min，KM=2.2，KS=2.0。若TL=200N·m，试问能带此负载：（1）长期运行；（2）短时运行；（3）直接起动。（2）电动机的最大转矩因TN＜TL，不能长期运行。因TM＞TL，可以短时运行。（1）电动机的额定转矩（3）电动机的起动转矩因TS＞TL，可以直接起动。解：（二）人为特性(1)

定子电压U1降低对机械特性的影响UTmTsTLTO

负载转矩不变，电动机转速变化，用来调速。但因为电动机的电磁转矩和定子电源电压间的关系为T∝U12

。TL容易超过Tm，造成闷车事故，一般只用于小功率的流体机械如风机、水泵。(2)R2变化对机械特性的影响TOR2Tsn硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加时转速下降较快，但起动转矩大，起动特性好。负载增加时转速下降较快，特性变软，但起动转矩大，起动特性好，可调速，适于起重机械

。如选择适当的转子电阻，可做到最大转矩起动。但电阻过大，起动转矩将减小。6.4三相异步电动机的铭牌数据1.型号

磁极数(极对数p=2)例如：Y132M－4

用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。机座长度代号(S、L、M）机座中心高（mm）三相异步电动机中心高机座长度机座长度：在中心高和额定转速相同的情况下，S、M、L机座号不同，功率依次增大。中心高：是电动机机械安装的重要尺寸。电动机异步电动机产品名称代号产品名称异步电动机绕线式异步电动机防爆型异步电动机高起动转矩异步电动机新代号汉字意义老代号Y异异绕异爆异起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2.接法接线盒定子三相绕组的联接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y联结W1U1V1W2U2V2联结3.电压电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。三相异步电动机的额定电压有380V，3000V,及6000V等多种。4.电流电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。

5.功率与效率

额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率P2，它小于从电源吸取的电功率P1。鼠笼电机

=72~93％注意：实用中应选择容量合适的电机，防止出现“大马拉小车”的现象。6.功率因数三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为0.7~0.9。空载时只有0.2~0.3。7.额定转速电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。8.绝缘等级指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分为A(105ºC)、E(120ºC)

、B(130ºC)、

F(155ºC)

、H(180ºC)五级。1.起动电流：中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的KI=5~7

倍。与负载无关，只取决于电动机的本身参数大电流使电网电压降低影响其他负载工作频繁起动时造成热量积累电机过热影响：6.5三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动需考虑的因素：2.起动转矩

T

st

：三相异步电机起动转距T

st

与U12成正比。与转子电阻有关。起动转距过大，会使传动机构受到冲击而损坏，应设法减小。将起动电流限制在允许的范围内所以起动要求：起动转距要足够大起动转距过小，带负载的起动能力差，应设法提高。按鼠笼和绕线两种电动机，采用不同的起动方式。一、鼠笼式异步电动机的起动1.直接起动（全压起动）

将额定电压直接加在电动机的定子绕组上起动。虽然起动电流很大，但因起动时间很短，且随着转子转速的增加，电流很快减小，所以只要起动不过于频繁，电动机就不会过热。UL+-ROE=USI=E-IR0如果电源的容量足够大，在电动机的容量的3倍以上，电源的额定电流远大于电动机的起动电流，不会引起供电电压的显著下降，就可采用直接起动，否则就要采用下面的减压起动方法。a.Y－

起动：正常运行AZBYXC

起动ABCXYZ2.降压起动设：电机每相阻抗为但同时起动转矩也下降(a)仅适用于正常运行为三角形联结的电机，且绕组6个端全部引到接线盒。

Y－

起动使(b)

Y－

换接起动适合于空载或轻载起动的场合Y-换接起动应注意的问题正常运行UlU1W2V2W1+＿U2V1UP

起动+＿Ul+＿U1W2V2W1U2V1b.自耦降压起动L1L3L2FUQ

Q2下合：接入自耦变压器，降压起动。

Q2上合：切除自耦变压器，全压工作。合刀闸开关QQ2

自耦降压起动适合于需起动转矩较大的，或正常运行时联成Y形而不能采用Y－起动的鼠笼式异步电动机。设自耦变压器变比为KA

电动机定子相电压下降了KA倍，定子相电流也下降了KA倍。

同时自耦变压器使三相电源提供的电流下降了KA倍。所以电动机的起动电流下降了两个KA倍，即但电动机的起动转矩与定子相电压的平方成正比，也下降了例：一台Y250M－6三相笼式异步电动机，UN

=380V，三角形连结，PN

=37kW，nN=985r/min，IN=72A，KS=1.8,KI=6.5

。已知电动机起动时负载转矩TL=250N·m，从电源取用的电流不得超过360A，试问：（1）能否直接起动；（2）能否采用星－三角起动；（3）能否采用KA=0.8的自耦变压器起动？直接起动的起动转矩和起动电流为（1）电动机的额定转矩解：IS＞360A，不能直接起动。（2）星－三角起动时的起动转矩和起动电流为TSY＜TL，不能星－三角起动。（3）采用KA=0.8的自耦变压器起动时的起动转矩和从电源取用的电流为TSZ＞TL，且ISZ＜360A，可以采用自耦变压器起动。RRR滑环电刷定子转子起动时将适当的R串入转子电路中，起动后将R短路。起动电阻二、绕线式异步电动机的起动•1.绕线式电动机转子电路串电阻起动适当选择R2，转子电路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。常用于要求起动转矩较大的生产机械上。R2­ÞTst

­TO转子电路串电阻起动的特点由图可见，当转速升高时，电动机转矩将减小，所以在起动时，应逐步减小电阻，改换曲线以提升转矩直至起动结束，电阻为0。2.绕线式电动机转子电路串频敏变阻器起动

频敏变阻器实际是一个三相铁心线圈，三相线圈成Y型接入转子电路。铁心用厚钢板制成，以增加铁损耗，由于铁损耗最终以发热形式完成能量转换，与电阻一样，所以可将频敏变阻器视为等效的电阻。

因f2=sf1，故电动机起动时，转子频率f2最高，频敏变阻器的铁损很大，等效电阻就很大，线圈的电抗也较大，相当于转子电路中串联了较大的起动电阻和一定的电抗。随转速升高f2逐渐降低，起动完成后近于0，等效电阻和电抗都随之自动减小而趋于0，起动结束后，将频敏变阻器短接。1.变频调速(无级调速)

f=50Hz逆变器M3~整流器f1、U1可调+–~变频调速方法恒转距调速（f1<f1N）恒功率调速（f1>f1N）频率调节范围：0~几百赫兹三种电气调速方法6.6三相异步电动机的调速为满足生产过程的要求，需要调速。

变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性能优异，因而正获得越来越广泛的应用。2.变极调速

(有级调速)A1X1A2X2iiP=2··A1A2X1X2··NNSSA1X1A2X2ii••P=1