电工电子 第4章 交流电动机0506

4.1

三相异步电动机的构造4.2

三相异步电动机的工作原理4.3

三相异步电动机的电路分析4.4

三相异步电动机转矩与机械特性4.5

三相异步电动机的起动4.6

三相异步电动机的调速4.7

三相异步电动机的制动4.8

三相异步电动机铭牌数据4.9

单相异步电动机第四章电动机4.10

直线异步电动机(自学)异步交流电动机授课内容：

基本结构、工作原理、机械特性、控制方法、正确使用

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、复励电动机电动机的分类：控制用电动机：司服电动机、步进电动机定子铁芯及定子绕组定子端盖及轴承端盖及轴承转子转子铁芯及转子绕组接线盒机壳及底座4.1

三相异步电动机的构造鼠笼式转子定子铁芯与定子绕组XACZYB定子铁芯BYAXCZ定子铁芯：定子三相绕组：匝数相同空间排列互差1200

由内周有槽的硅钢片叠成。（作为导磁路经）定子绕组AXBYCZ首端末端2.转子转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。(1)

鼠笼式转子

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。(2)

绕线式转子

同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。转子绕组：鼠笼式绕线式根据转子的不同，交流异步电动机分为：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。f一对磁极NSn0ei闭合线圈Φ4.2

三相异步电动机的转动原理转动原理：●一对磁极形成旋转磁场在空间旋转，●放入闭合线圈，由轴承架起●线圈导体切割磁力线，感生电动势e(右手定则）●感生电动势e

在线圈中驱动电流

i●电流

i在磁场中受力

f产生转距，使线圈转动转动的必要条件：★空间旋转磁场★可转动闭合线圈

定子三相对称绕组，(星形联接)加三相电压，通入三相交流电流。AXBYCZ1.旋转磁场的产生o4.2.1旋转磁场i>0:

首端流入，尾端流出。AYCBZX规定i<0:

尾端流入，首端流出。o(•)电流出(

)电流入××t=0时刻：iC为正，从C端流入，从Z端流出iB为负，从Y端流入，从B端流出iA>0,iB<0,iC<0iA>0,iB<0,iC=0iA=0,iB<0,iC>0AXYCBZAXYCBZAXYCBZ

三相电流产生旋转磁场合成磁场方向向下合成磁场旋转60°合成磁场旋转90°600动画i0iAiBiC2

900结论：分析可知，三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场，

即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360°AXYCBZAXYCBZAXYCBZ2.旋转磁场的旋转方向

从上图可以看出，从通入iA的绕组转向通入iB的绕组再转向通入iC的绕组任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。3.旋转磁场的极对数P当定子每相一个绕组时：AXBYCZAXYCBZ产生一对磁极的旋转磁场若定子每相绕组由两个线圈串联C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYC形成两对磁极的旋转磁场,。绕组的分布如图：iA=0,iB<0,iC>0×●×●×●×●同理：若定子每相绕组由n个线圈串联则:形成n对磁极的旋转磁场。P=2P=n4.旋转磁场的转速p=1时:电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转一圈电流每秒变化f1周期,工频：

f1=50HZ同步转速：p=2时:电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转半圈同步转速：p=p时:电流每变化一个周期，旋转磁场在空间旋转1/n圈同步转速：旋转磁场的转速称为同步转速，记为n0极对数每个电流周期磁场转过的空间角度同步转速旋转磁场转速n0与频率f1和极对数p有关。可见:旋转磁场转速N0与极对数P的关系4.2.2电动机的转动原理AXYCBZ定子三相绕组通入三相交流电方向:顺时针磁场切割转子导体右手定则感应电动势E20旋转磁场感应电流I2旋转磁场左手定则电磁力FF电磁转矩T转子转动，转速为

nF结论：●转子的转动方向与磁场旋转的方向一致●转子转速n不可能达到与旋转磁场的转速

n<n0

(故称为异步电动机）（若n=n0则：转子导体不切割旋转磁场、无电流、无转距→n↓)

●改变旋转磁场的转向就可改变电动机的转向异步电动机运行中:转子转速亦可由转差率求得转差率s

例1：三相异步电动机，其额定转速

nN

=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：由nN=975r/min可知：n0=1000r/min,即p=3额定转差率为4.2.3转差率4.3

三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。定子相当于变压器一次，转子相当于变压器二次。可画出等效电路（三相对称，化为一相计算）定子绕组电阻R1,漏感Lσ1

，主磁通在定子感生电势

e1转子绕组电阻R2,漏感Lσ2主磁通在转子感生电势

e2,定子电路：转子电路：转子短路4.3.1定子电路

旋转磁场在空间按正弦分布，切割定子和转子绕组，感生电动势均为正弦量相量式：Φ为每极磁通，也等于正弦磁通的最大值N1为定子绕组的匝数●旋转磁场的磁通

每极磁通旋转磁场与定子导体间的相对速度为n0

，●定子感应电势的频率f1f1=电源频率f定子感应电势的频率每切割过一对磁极，电动势变化一周，每分钟割过pn0对磁极,所以:4.3.2转子电路相量式：f2为转子电量的频率

定子感应电势频率f1

转子感应电势频率f2旋转磁场与转子导体间的相对速度为n2=n0－n

，每切割过一对磁极，电动势变化一周，每分钟割过p(n0-n)

对磁极,所以:

转子感应电势频率只有n=0时，f1=f2，与变压器情况相同1.转子感应电势频率F22.转子感应电动势E2E2=4.44f2N2

=4.44s

f1N2

当转速n=0(s=1)时，f2=f1最高，则E2最大，记为E20E20=4.44

f1N2

转子静止时的感应电势即E2=

sE20

转子转动时的感应电势3.转子感抗X2当转速n=0(s=1)时，f2最高，则X2最大，记为X20X20=2

f1L2即X2=

sX20

4.转子电流I25.转子电路的功率因数cos

2由：I2、COSΨ2随S变化曲线

结论：转子转动时，转子电路中的各量均与转差率

s有关，即与转速

n有关。I2cos

2s1I2,O4.4

三相异步电动机转矩与机械特性4.4.1转矩公式

转子中载流导体在磁场中受力而产生电磁转矩。常数，与电机结构有关旋转磁场每极磁通转子电流转子电路的功率因数

电磁转矩是由电磁功率转换而来，而电磁功率与功率因数成正比。故：转子电流的有功分量电磁转矩公式：将代入上式由：整理，并将常数项合并为K,得：由公式可知电磁转矩公式1.T与定子每相绕组电压成正比。U1

T

2.当电源电压U1一定时，T是

s的函数。3.R2

的大小对

T有影响。绕线式异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2

，从而改变转距。OTS根据转矩公式得特性曲线：OT14.4.2机械特性曲线电动机在额定负载时的转矩。1、额定转矩TN与额定功率PN三个重要转矩讨论额定转矩(N•m)电动机的额定功率PN为电机轴输出的额定机械功率。电动机的机械转距与机械功率的关系。转动角速度电动机的电磁转距T与输出机械转距T2的关系。（T0为空载损耗转距）

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OTOTS2.最大转矩TMAX注意：转子轴上机械负载转矩T2不能大于Tmax

，否则将造成堵转(停车)。电机带动最大负载的能力。令：得:临界转差率代入转矩公式，可得:OTS过载系数(能力)电机严重过热而烧坏。一般三相异步电动机的过载系数为3.起动转矩TST电动机起动时(n=0或s=1)的转矩。Tst体现了电动机带载起动的能力。

OTTst起动能力可用系数Kst描述起动时s=1

若

Tst

>T2电机能起动，否则不能起动。讨论:U1和R2变化对机械特性的影响：OTS1(1)U1对机械特性的影响当U1变化时：Tm变化，Tst变化,Sm不变T2当U1↓时：若负载T2不变，则：S↑→n↓(2)R2变化对机械特性的影响OTS1R2↑若R2变化：Sm变化,Tm不变当R2↑时：Sm↑，Tst↑负载T2一定时：若R2↑→S↑→n↓T2●绕线式电机改变转子附加电阻R´2可实现调速。●对绕线式电机改变转子附加电阻R´2,可增大Tst，最大可使Tst=Tmax

。4.电动机的运行分析硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好，适于金属切削。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，适于重载启动。

TO稳定工作区：此过程中，n

s

E2↑I2

I1

电源提供的功率自动增加。T2

T2>TT=T2n↓(s↑)T2aT´2b设负载转距为T2，转速为n，电机运行与a点（T=T2)若负载转距变化时T↑达到新的平衡，电机运行与b点4.5

三相异步电动机的起动4.5.1起动性能一般中小型鼠笼电动机的Ist／IN=5~7(指线电流）大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作频繁起动时造成热量积累，使电机过热影响：起动：

n=0，s=1,接通电源。起动时，n=0，转子导体相对与旋转磁场的速度为n0E2大I2大起动电流

I1大（记为Ist)1、起动电流切割速度最大一般电动机的Tst

／TN=(1.0~2.2)。2、起动转矩起动时，I2大，但cosφ2小,所以起动转矩并不大。指电动机起动时定子的线电流，记为Ist。4.5.2

起动方法(1)直接起动

(2)降压起动：星形-三角形(Y－

)

换接降压起动自耦降压起动（适用于鼠笼式电动机）(3)转子串电阻起动（适用于绕线式电动机）二、三十千瓦以下的异步电动机可采用直接起动。将异步电动机直接接到额定电压电源上启动。起动时，将异步电动机接到低于额定电压电源上。设：电机每相阻抗为1.降压起动(1)Y－

换接起动

降压起动时的电流为直接起动时的+－

起动U1U2V1V1W1W2+－正常运行U1U2V1V2W1W2(a)仅适用于正常运行为三角形联结的电机。

(b)Y－

起动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+＿U1W2V2W1U2V1(2)自耦降压起动L1L3L2FUQQ2下合：接入自耦变压器，降压起动。合刀闸开关QQ2

自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时联成Y形不能采用Y－

起动的鼠笼式异步电动机。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

2.绕线式电动机转子电路串电阻起动•

若R2选得适当，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

方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。电动机正转电动机反转三相异步电动机的正、反转电源~UVWM3~UVW电源~M3~7.6.1变频调速

f=50Hz逆变器M3~整流器f1、U1可调+–~变频调速方法:f1<f1N时，应采用恒转距调速：保持f1／U1不变f1>f1N时，应采用恒功率调速：保持U1≈U1N频率调节范围：0.5~几百赫兹三种电气调速方法7.6

三相异步电动机的调速(可实现无级调速)通过改变旋转磁场级对数

p实现调速A1X1A2X2iiP=2··A1A2X1X2··NNSS7.6.2变极调速

(有级调速)改变级对数的方法：改变绕组的接法A1X1A2X2ii••P=1采用变极调速方法的电动机称作双速电机A1··A2X1X2SN变级后，n0增加一倍，转速约增加一倍缺点:TLs

´s••Tso绕线式电动机转子串联电阻4.6.3变转差率调速优点:调速平滑、设备简单投资少，能耗较大。铭牌数据、技术数据及计算举例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。机座长度代号机座中心高（mm）三相异步电动机教材表7.8.1中列出了各种电动机的系列代号。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.电压例如：380/220V、Y/

是指线电压为380V时采用Y联结；线电压为220V时采用

联结。说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或低于额定值的5%。因为在电动机满载或接近满载情况下运行时，电压过高或过低都会使电动机的电流大于额定值,从而使电动机过热。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

例如：Y/

6.73/11.64A

表示星形联结下电机的线电流为6.73A；三角形联结下线电流为11.64A。两种接法下相电流均为6.73A。

5.功率与效率鼠笼电机

=72~93％电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率P2，它不等于从电源吸取的电功率P1。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PN

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。空载时功率因数很低，只有

0.2~0.3。额定负载时，功率因数最高。7.额定转速电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。P2cos

O如：n

N=1440转/分

sN=0.048.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、E、B、F、H五级，A级最低(105ºC)，H级最高(180ºC)。

一台Y225M-4型的三相异步电动机，定子绕组△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：

1)额定电流IN

?2)额定转差率sN

?3)额定转矩

TN

、最大转矩Tmax

、和起动转矩TN

。例4.5.1:

1)求额定电流

IN

解:输入电功率：效率：

N=P2N／P1N得：由nN=1480r/min，可知p=2（四极电动机）

2）求额定转差率sN

3）求额定转矩

TN

、最大转矩Tmax、和起动转矩TN

单相异步电动机使用单相交流电源，主要应用于电动工具、洗衣机、冰箱、空调、电扇等小功率电器中。定子定子绕组转子AA'

NS4.9

单相异步电