异步电动机原理课件

第4章 三相异步电动机1异步电动机的用途异步电动机广泛应用于工农业及民用电器的各个部门。异步电动机的容量从几十瓦到数千千瓦，占各种电动机总数的90%左右。优点：结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、维修方便、运行效率较高等。缺点：功率因数较低、调速性能不够好。4-1

三相异步电动机一、三相异步电动机的基本结构⒈定子由机座、定子铁心、定子绕组组成：1、机座：起固定和支撑定子铁心的作用，一般用铸铁制造。2、定子铁心：由厚0.5mm的硅钢片冲叠而成，铁心内开有均布的槽，嵌放定子绕组。3、定子绕组：由完全相同的三个绕组组成，空间互差120度，可接成Y、Yn或Δ。2三相异步电动机的接线方法A

B

CZ

X

Y定子绕组在接线盒中布置Z

X

Y定子绕组的Y型连接C3A

BZ

X

Y定子绕组的Δ型连接CA

B三相绕线式异步电动机结构图4三相鼠笼式异步电动机结构图52.转子由转轴、转子铁心、转子绕组组成：1、转轴：2、转子铁心：由厚0.5mm的硅钢片冲叠而成，铁心内开有均布的槽，嵌放转子绕组、或浇铸铝。3、转子绕组：分绕线式绕组、鼠笼式绕组3.气隙定子与转子之间的间隙；0.2~2.5mm气隙越大，功率因数越低。678铭牌上标有额定数据91额定功率PN——电动机在额定情况下，轴上输出的机械功率。单位：KW。——电动机额定运行时加在定子绕组上的线电压。单位：V或KV。——电动机在额定电压下，轴上有额定功率输出时，定子绕组中的线电流。单位：A。2额定电压UN3额定电流IN4.2

旋转磁场的产生把三相定子绕组接成星形接到对称三相电源，定子绕组中便有对称三相电流流过。1011结论：在对称的三相绕组中通入三相电流，可以产生在空间旋转的合成磁场。磁场旋转方向与电流相序一致。电流相序为A-B-C时磁场顺时针方向旋转；电流相序为A-C-B时磁场逆时针方向旋转。磁场转速(同步转速)与电流频率有关，改变电流频率可以改变磁场转速。对两极(一对磁极)磁场，电流变化一周，则磁场旋转一周。同步转速n1与磁场磁极对数p的关系为：124.2.2

三相异步电动机的转动原理静止的转子与旋转磁场之

间有相对运动，在转子导体中

产生感应电动势，并在形成闭

合回路的转子导体中产生感应

电流，其方向用右手定则判定。转子电流在旋转磁场中受到磁

场力F的作用，F的方向用左手定则判定。电磁力在转轴上形

成电磁转矩。电磁转矩的方向

与旋转磁13

场的方向一致。电动机在正常运转时，其转速n

总是稍低于同步转速no，因而称为异步电动机。又因为产生电磁转矩的电流是电磁感应所产生的，所以也称为感应电动机。异步电动机同步转速和转子转速的差值与同步转速之比称为转差率，用s表示，即：转差率是异步电动机的一个重要参数。异步电动机在额定负载下运行时的转差率约为2%~146%。154.3

三相异步电动机的机械特性164.3.1三相异步电动机的机械特性1．起动转矩电动机刚起动（n=0，s=1）时的转矩称为起动转矩。172．额定转矩电动机在额定负载下工作时的电磁

转矩称为额定转矩，忽略空载损耗转矩，则额定转矩等于机械负载转矩。18式中PN是电动机的额定功率，单位为kW；nN是电动机的额定转速，单位是

r/min。3．最大转矩194.4

三相异步电动机的运行与控制4.4.1

三相异步电动机的起动1．直接起动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。优点：起动简单。缺点：起动电流较大，将使线路电压下降，影响负载正常工作。适用范围：电动机容量在10kW以下，并且小于供电变压器容量的20％。202．降压起动Y-Δ换接起动：在起动时将定子绕组连接成星形，通电后电动机运转，当转速升高到接近额定转速时再换接成三角形。适用范围：正常运行时定子绕组是三角形连接，且每相绕组都有两个引出端子的电动机。优点：起动电流为全压起动时的1／3。缺点：起动转矩均为全压起动时的1／3。21自耦降压起动：利用

三相自耦变压器将电

动机在起动过程中的

端电压降低，以达到

减小起动电流的目的。自耦变压器备有40％、

60％、80％等多种抽

头，使用时要根据电

动机起动转矩的要求

具体选择。224.3.3

三相异步电动机的反转23因为三相异步电动机的转动方向是由旋转磁场的方向决定的，而旋转磁场的转向取决于定子绕组中通入三相电流的相序。因此，要改变三相异步电动机的转动方向非常容易，只要将电动机三相供电电源中的任意两相对调，这时接到电动机定子绕组的电流相序被改变，旋转磁场的方向也被改变，电动机就实现了反转。4.3.4

三相异步电动机的制动1．能耗制动电动机定子绕组切断三相电源后迅速接通直流电源。感应电流与直流电产生的固定磁场相互作用，产生的电磁转矩方向与电动机转子转动方向相反，起到制动作用。特点：是制动准确、平稳，但需要额外的直流电源。242．反接制动电动机停车时将三相电源中的任意两相对调，使电动机产生的旋转磁场改变方向，电磁转矩方向也随之改变，成为制动转矩。注意：当电动机转速接近为零时，要及时断开电源防止电动机反转。特点：简单，制动效果好，但由于反接时旋转

磁场与转子间的相对运动加快，因而电流较大。对于功率较大的电动机制动时必须在定子电路（鼠笼式）或转子电路（绕线式）中接入电阻，用以限制电流。253．发电反馈制动电动机转速超过旋转磁场

的转速时，电磁转矩的方

向与转子的运动方向相反，从而限制转子的转速，起

到了制动作用。因为当转

子转速大于旋转磁场的转

速时，有电能从电动机的

定子返回给电源，实际上

这时电动机已经转入发电

机运行，所以这种制动称

为发电反馈制动。264.5.1

三相异步电动机的铭牌4.5

三相异步电动机的选择与使用型号：27功率：电动机在铭牌规定条件下正常工作时转轴上输出的机械功率，称为额定功率或容量。电压：电动机的额定线电压。电流：电动机在额定状态下运行时的线电流。频率：电动机所接交流电源的频率。。转速：额定转速。接线方法：284.5.2

三相异步电动机的选择29第2节 单相异步电动机1

单相异步电动机的工作原理与特性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沿定子绕

组轴线方向变化的磁场，称为脉动磁场。3031但一旦让单相异步电动机转动起来，由于顺时针旋转磁场B1和逆时针旋转磁场B2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。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32

异步电动机。2

单相异步电动机的起动1．分相法33下图所示分别为ωt=0°、45°、90°时合成磁场的方向，由图可见该磁场随着时间的增长顺时针方向旋转。这样一来，单相异步电动机就可以在该旋转磁场的作用下起动了。342．罩极法35罩极法是在单相异步电动机定子磁极的极面上约1/3处套装了一个铜环（短路环），套有短路环的磁极部分叫做罩极。当定子绕组通入电流产生脉动磁场后，有一部分磁通穿过铜环，使铜环内产生感应电动势和感应电流。根据楞次定律，铜环中的感应电流所产生的磁场，阻止铜环部分磁通的变化，结果使得没套铜环的那部分磁极中的磁通与套有铜环的这部分磁极内的磁通有了相位差，罩极外的磁通超前罩极内的磁通一个相位角。随着定子绕组中电流变化率的改变，单相异步电动机定子磁场的方向也就不断发生变化，在电动机内形成了一个旋转磁场。在这个旋转磁场的作用下，电动机的转子就能够起动起来了。电动机保护的类型：短路保护：加熔断器过载保护：加热继电器电机的控制和保护电机的控制：36正反转，启动停止，多机多地控制，延时控制等电动机的保护:失压保护：采用继电器、接触器控制低压电器配电电器控制电器开关熔断器……接触器继电器起动器……时间继电器热继电器……第3节 常用低压电器371

刀闸开关控制对象：380V，5.5kW以下小电机38考虑到电机较大的起动电流，刀闸的额定电流值应如下选择：（3~5)*异步电机额定电流电路符号QS2

熔断器电路符号FU异步电机的起动电流Ist=(5~7)×额定电流。作用：用于短路保护。熔体额定电流IF

的选择：3.

频繁起动的电机2.一般电机（稍大）1.无冲击电流的场合（如电灯、电炉）tIF安秒特性393

控制按钮常开(动合)按钮电路符号SB常闭(动断)按钮SB电路符40号复合按钮复合按钮：

常开按钮和常闭按钮做在一起。电路符号SB4

行程开关用作电路的限位保护、行程控制、自动切换等。结构与按钮类似，但其动作要由机械撞击。常开（动合）触头电路符号ST常闭（动断）触头电路符号ST41~线圈铁芯衔铁主触头弹簧辅助触头M3~电机5

接触器动作过程线圈通电衔铁被吸合触头闭合电机接通电源42接触器有关符号：接触器线圈接触器主触头－－用于主电路（流过的电流大，需加灭弧装置）常开常闭接触器辅助触头－－用于控制电路（流过的电流小，无需加灭弧装置）接触器控制对象：电动机及其它电力负载接触器技43

术指标：额定工作电压、电流、触点数目等。简单的接触器控制A

B

CM3~刀闸起隔离作用自保持停止按钮起动按钮特点：小电流控44制大电流。优点：安全，方便6

继电器继电器和接触器的工作原理一样。主要区别在于，触发器

的主触头可以通过大电流，而继电器的触头只能通过小电流。所以，继电器只能用于控制电路中。中间继电器电压继电器电流继电器时间继电器（具有延时功能）热继电器（做过载保护）…...继电器类型：45发热元件功能：过载保护热继电器结构：I常闭触头双金属片扣板工作原理：发热元件接入电机主电路，若长时间过载，双金属片被烤热。因双金属片的下层膨胀系数大，使其向上弯曲46

，扣板被弹簧拉回，常闭触头断开。热继电器的符号发热元件串联在主电路中串联在控制电路中常闭触头KHKH47♣

电机起动、停车（点动、连续运行、多地点控制、顺序控制等）♣

电机正反转控制♣

行程控制♣

时间控制♣

速度控制……502

基本控制环节1

异步机的直接起动A

B

CKMFUQSB'C'KMSB一、点动控制动作过程按钮松开线圈（KM）断电触头（KM）打开

电机停转。触头（KM）闭合按下按钮（SB）线圈（KM）通电电机转动；控制电路主电路M3~51二、电动机连续运行KM自保持自保的作用按下按钮（SB），线圈（KM）通电，电机起动；同时，辅助触头（KM）闭合，即使按钮松开，线圈保持通电状态，电机连续运转。KMSB2C'A

B

CKMFUQSB'SB1起动按钮停车按钮M3~52KMSB1KMSB2KHA

B

CKMFUQSKH电流成回路，只要接两相就可以了。三、异步机的直接起动+过载保护发热元件热继电器触头M533~例如：甲、乙两地同时控制一台电机。KMSB1甲SB2甲KMSB1乙SB1乙方法：两起动按钮并联；两停车按钮串联。四、多地点控制乙地甲地接电源54QSKHM3~AB

CKMFU方法一：用复合按钮。五、点动+连续运行控制关系该电路缺点：动作不够可靠。SB3：点动

SB2：连续运行KMSB1KMSB2KHSB3主电路控制电路55SBSB：点动SB2：连续运行(优先权高）KASB1SB2KHKAKMKAM3~AB

CKMFU方法二：加中间继电器（KA）。控制关系562

电机的正反转控制KMFKMFSB1SBFKHM3~A

B

CKMFFUQSKHKMRKMRSBRKMR该电路必须先停车才能由正转到反转或由反转到正转。SBF和SBR不能同时按下，否则会造成短路！正转反转操作过程：SBF停车

SBRSB157电机的正反转控制—加互锁互锁作用：正转时，SBR不起作用；反转时，SBF不起作用。从而避免两触发器同时工作造成主回路短路。SB1KMFSBFKHKMFKMRKMRKMFKMRKMRSBRMA

B

CKMFFUQ

SKH互锁583~KMFSB1KMFSBFKHKMRKMRKMRKMFSBR电机的正反转控制—双重互锁KMRMA

B

CKMFQSFUKH电器互锁机械互锁双保险机械互锁（复合按钮）电器互锁（互锁触头）593~3

行程控制KMRM3~A

B

CKMFFUQSKH行程控制实质为电机的正反转控制，只是在行程的终端要加限位开关。正程逆程BA60行程控制电路（1）控制回路KMFKHKMRSB1KMFSB2STASB3STBKMRKMF限位开关正程限位开关STASTB逆程动作过程SB2↓

正向运行

至右极端位置撞开STA电机停车（反向运行同样分析）61KMR行程控制(2)

--自动往复运动正程逆程小

车工作要求：1.能正向运行也能反向运行2.到位后能自动返回62小车STaSTbKMRSBRKMFKHKMFSB1KMFSBFKMRKMRSTaSTb自动往复运动控制电路关键措施限位开关采用复合式开关。正向运行停车的同时，自动起动反向运行63

；反之亦然。KMQSFUKH电机A'

B'

C'x

y

zKM-

KM-ΔKTKTKM-YKM-YKM-ΔKM-ΔKTKM-ΔKMSB1SB2KMY－Δ

起动控制电路KH主电路接通电源延时KT

×KM-Δ

√

KM-

Y×Y⇒Δ

转换完成SB2

√KM

√KT

√KM-Y

√

KM-Δ

×KM64

-Y＃1

电机M1控制要求：M1

起动后，M2才能起动M2

可单独停＃2

电机M2定时控制例二：顺序控制65顺序控制电路（1）：两电机只保证起动的先后顺序，没有延时要求。FUKM2KH2AB

CFUM3~AB

CKM1KH1M3~主电路66KM1KM2SB3SB4KH2KM2KM1SB1SB2KH1KM1控制电路KM1SB1