三相交流异步电动机

第7章

三相交流异步电动机电动机交流三相同步机发电机电动机电能)(其它能机械能)(电能鼠笼式按所用电源不同按内部磁场与轴转速的关系按相数按转子结构概述绕线式电机直流异步机单相7.1三相交流异步电动机的结构

7.2三相交流异步电动机的工作原理7.3异步电机的电磁转矩及机械特性7.4电机的启动、调速和制动

内容

7.5

三相异步电动机的选择

主要由定子和转子两局部组成7.1

三相异步电动机结构定子：固定不动的局部转子：转动的局部鼠笼式异步电动机的组成部件机座定子绕组铭牌数据出线端子1、定子(不动的局部)主要由机座、定子铁心和定子绕组等组成定子铁心定子绕组定子铁心硅钢片内外表有凹槽〔下线槽〕，用于嵌放绕组由互相绝缘的硅钢片叠成定子铁心下线槽用带有绝缘层的导线〔漆包线或纱包线〕绕成均匀分成三组，按一定规律嵌放在定子内外表的下线槽内定子绕组

每组绕组称为一相，每相有两个出线端

U1、V1、W1称为三相绕组的首端，U2、V2、W2为末端△形连接Y形连接电源V1U1W1W2V2U2定子绕组六个端线引到接线盒内，就可以接成Y形或△形接法。电源V1U1W1W2V2U2由转子铁心、转子绕组和转轴构成2、转子(转动的局部)鼠笼式转子转子铁心转子铁心是电动机磁路的一局部，一般由相互绝缘的硅钢片叠压而成，外表有均匀分布的凹槽，用来嵌放转子导体。转子硅钢片转子绕组(1)鼠笼式绕组转子绕组按其结构分有鼠笼式和绕线式两种鼠笼绕组铸铝转子(2)绕线式绕组绕线式转子接线绕线式转子结构图1.旋转磁场的产生7.2三相异步电动机的工作原理U1U2V1V2W1W2三相定子绕组在空间上互差1200放置，并通入三相对称电流一、旋转磁场U1V2W1V1W2(•)电流出(

)电流入U2规定：电流流入用符号“〞表示；电流流出用符号“•〞表示。U1U2V2W1V1W2合成磁场方向：向下时刻iA=0；iB＜0；iC＞0一对磁极〔两极〕U2V1W2U1V2W1U1U2V2W1V1W2AU2V2W1V1W2其它时刻磁场方向U12、旋转磁场的旋转方向与三相电源的相序一致1n1n换接任意两相电源可改变磁场的旋转方向怎样可以改变旋转磁场的方向？3、旋转磁场的转速电流变化一周，两极磁场在空间正好转过一周磁极对数p=1时：如果电流的频率为f1，那么旋转磁场每分钟的转速为：r/(601f1n=min〕旋转磁场的转速n1也称为异步电动机的同步转速〔1〕极对数〔P〕的概念U1U2V1V2W1W2此种接法下，合成磁场只有一对磁极，那么极对数为1。即：U1U2V2W1V1W1〔2〕极对数〔p〕的改变每相绕组由两个线圈串联U1U2W1W2V1V2极对数iA=0；iB＜0；iC＞0U1U2W1W2V1V2〔3〕极对数和转速的关系U1U2V1V2W1W2U1U2V2W1V1W1V‘2V‘1U‘1U‘2W‘1W‘2U1U2W1W2V2时同步转速极对数p磁极对数电源频率电机同步转速假设电源频率为工频二、三相异步电动机的转动原理磁铁闭合线圈e方向用右手定那么确定F方向用左手定那么确定磁场旋转1.线圈跟着磁铁转→两者转动方向一致

结论：2.线圈比磁场转得慢异步三、转差率转差率S为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差与同步转速的比值。即：%10011øöççèæ-=nnns

以额定转速运行时:通常额定转差率的取值范围：2%~6%i2定、转子电路R1R2i1u1e1N

1e2e

2f1N

2e

1三相异步电动机的电磁关系与变压器相类似

三相异步电动机的电路分析变压器：

变化

eU1

E1=4.44fN1

E2=4.44fN2

定子电路1.旋转磁场的磁通

异步电动机：旋转磁场切割导体e，

U1

E1=4.44

f1N1

mk1每极磁通旋转磁场与定子导体间的相对速度为n1

，所以2.定子感应电势的频率f1感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关f1=电源频率f定子绕组系数

转子电路1.转子感应电势频率f2定子感应电势频率

f1

转子感应电势频率f2转子感应电势频率

f2旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同2.转子感应电动势E2E2=4.44f2N2k2=4.44sf1N2

k2当转速

n=0(s=1)时，f2最高，且E2最大，有E20=4.44

f1N2

k2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，且X2最大，有X20=2

f1L2即X2=

sX20

4.转子绕组的感应电流I2

5.转子电路的功率因数cosφ2转子绕组的感应电流转子电路的功率因数结论：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。I2cosφ21sI2,O的关系电磁转矩

T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转距之总和。常数每极主磁通转子电流转子回路的功率因数一、电磁转矩其表达式为：

7.3

三相异步电动机的电磁转矩与机械特性由此得电磁转矩公式0TS1称为转矩特性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。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。绕线型异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2

，从而改变电磁转矩。U1

T

二、机械特性曲线转矩特性：0T0TS1机械特性电动机在额定负载时的转矩。1.额定转矩TN三个重要转矩0T额定转矩(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,那么额定转矩为2.最大转矩Tmax转子轴上机械负载转矩TL不能大于Tmax，否那么将造成堵转(停车)电动机能带动最大负载的能力令：求得临界转差率0TTmax将sm代入转矩公式，可得过载系数(能力)一般三相异步电动机的过载系数为工作时必须使TL<Tmax，否那么电机将停转。导致电动机严重过热而烧坏。转子电流大大增加定子电流也远远大于额定运行时的电流当U1

一定时，Tmax为定值(2)

sm与R2有关，R2

sm

n

。

绕线型电动机转子外接电阻可实现调速由和可知3.启动转矩Tst:电动机启动时的转矩。(2)Tst与R2有关，适当使

R2

Tst

。0TTstKst表达了电动机带载启动的能力。启动能力Tst>TL时电机能启动，否那么不能启动。4.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。此过程中，n

、s

E2,I2

I1

电源提供的功率自动增加。TL

s

TL>TT=TLn

T

T´L到达新的平衡TL常用特性段T05.U1和R2变化对机械特性的影响(1)U1变化对机械特性的影响〔R2不变〕U

TLT0Tmax

Tst

(2)R2变化对机械特性的影响〔U1不变化〕T0R2

Tst

n

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，但启动转矩大，启动特性好。

(2)R2变化对机械特性的影响不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载启动那么选软特性电机。T0R2

Tst

n

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，但启动转矩大，启动特性好。

7.4三相异步电动机的启动、调速、制动一、三相异步电动机的启动1.启动性能：

大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作频繁启动时造成热量积累，使电机过热后果：启动瞬间，n=0，转子导体切割磁力线速度很大，转子感应电势大转子电流大定子电流大一般中小型笼型电机：Ist=(5~7)IN

Tst=(1.0~2.0)

TN启动电流大，启动转矩小2、启动方法(1)直接启动

④电动机由专用发电机直接供电，电动机的功率不超过发电机容量的10%。异步电动机只有在满足以下情况之一才可采用直接起动：①电动机和照明共用同一电网，电动机起动时产生的电网压降不超过5%；②电动机由专用变压器独立供电，且电动机不经常起动，电动机的功率不超过变压器容量的30%；③电动机由专用变压器独立供电，但电动机起动频繁，那么电动机的功率不超过变压器容量的20%；3.

降压启动(1)

Y－

换接启动

启动时U1U2V1V2W1W2正常运行U1U2V1V2W1W2三角形连接时星形连接时2、启动方法(2)降压启动：星形-三角形(Y－

)

换接启动自耦降压启动〔适用于笼型电动机〕(3)转子串电阻启动〔适用于绕线型电动机〕(a)仅适用于正常运行为三角形连接的电机。Y－

换接启动通常适合于空载或轻载启动的场合Y-

换接启动时应注意的问题

启动时U1U2V1V2W1W2正常运行U1U2V1V2W1W2(b)CABFUQ(2)自耦降压启动

Q1下合：接入自耦变压器，降压启动。

Q1上合：切除自耦变压器，全压工作。合刀闸开关QQ1

自耦降压启动适合于容量较大的或正常运行时联成Y形不能采用Y－

启动的笼型异步电动机。电动机的启动电流Ist2为线路上的启动电流Ist1为电动机的启动转矩Tst1为采用自耦变压器降压启动时X%---为抽头比K---为变比Ist2=X%Ist滑环电刷定子转子启动时将适当的Rst

串入转子电路中，启动后将Rst

短路。启动电阻

2.绕线型电动机转子电路串电阻启动Rst•RstRst假设启动电阻Rst选得适当，转子电路串电阻启动既可以降低启动电流，又可以增加启动转矩。常用于要求启动转矩较大的生产机械上。R2­ÞTst

­T0转子电路串电阻启动的特点1.变频调速

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：0.5~320赫兹三种电气调速方法三、三相异步电动机的调速(无级调速)2.变极调速

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。(有级调速)U11U21U12U22iip=2··U11U12U21U22··NNSSU11U21U12U22ii••p=1采用变极调速方法的电动机称作双速电机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。U11··U12U21U22SN三、三相异步电动机的制动1.能耗制动制动方法机械制动电气制动能耗制动反接制动发电反响制动在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的转距〔制动转距〕，使转子迅速停止转动。nF转子T

n1=0T03.变转差率调速

变转差率调速是绕线型电动机特有的一种调速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。nn'••TLTLs

´s••Ts0(无级调速)2.反接制动停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。nF转子T

n13.发电反响制动

当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制动状态，nF转子T

n1n>n1在起重机快速下放重物时，将重物的位能转换成电能回送给电网。7.5三相异步电动机的选择一、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

机座长度代号机座中心高（mm）三相异步电动机教材表7-2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型异步电动机防爆型异步电动机高启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.接法定子三相绕组的联接方法。通常U2U1W2V1V2W1Y联接联接W2U2V2V1W1U1接线盒V1W2U1W1U2V2W1U1V1W2U2V2接电源W1U1V1W2U2V2接电源功率＜3kW，采用Y接法功率＞4kW，采用△接法3.电压例如：380/220V、Y/

是指线电压为380V时采用Y联接；线电压为220V时采用

联接。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

表示星形联接下电机的线电流为6.73A；三角形联接下线电流为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PN，它不等于从电源吸取的电功率P1。注意：实用中应选择容量适宜的电机，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。9.工作方式S1:连续运行；S2:短时运行；S3:断续运行。

(1)解:例1:

一台Y225M-4型的三相异步电动机，△接法，其额定数据为：P