机电设备电气控制技术基础（第二版）课件项目1三相异步电动机的使用与检修

项目1三相异步电动机的使用与检修学习目标机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社1、熟悉三相异步电动机的基本结构域工作原理；2、了解三相异步电动机的机械特性；3、掌握三相异步电动机的直接起动、调速、反转与制动的原理；4、养成安全操作、规范操作和文明生产的职业素养。项目描述机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社

长期以来，三相异步电动机被广泛地应用于各种类型的工业控制中。作为一名即将成为相关行业的工程技术人员，熟悉和掌握三相异步电动机的结构、工作原理与基本控制原理等是完全有必要的。本项目就是从三相异步电动机认知、机械特性、运行原理等方面入手，简单而全面地剖析了三相异步电动机。项目1三相异步电动机的使用与检修知识链接机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社一、三相异步电动机的认知（一）三相异步电动机的结构三相异步电动机由两个基本部分组成，即定子和转子。按转子结构的不同，三相异步电动机分为鼠笼式和绕线式转子异步电动机两大类。图1-1所示为三相笼型异步电动机的结构图。项目1三相异步电动机的使用与检修机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社图1-1三相笼型异步电动机的结构图机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社1.定子三相异步电动机的定子由机座、定子铁芯以及定子绕组组成。机座一般由铸铁制成，如图1-2所示。定子铁芯由冲有内向凹槽的硅钢片叠压而成，片与片之间涂有绝缘漆，定子铁芯冲片如图1-3所示。

图1-2定子机座图1-3定子铁芯冲片图1-4转子铁芯冲片2.转子转子部分是由转子铁芯和转子绕组构成的。转子铁芯也是由相互绝缘的硅钢片叠压而成的。转子铁芯冲片如图1-4所示。机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社根据转子绕组结构的不同科分为两种形式：笼型转子和绕线型转子。

（a）铜导条（b）吕导条图1-5笼型异步电动机的转子绕组形式图1-6绕线型异步电动机的转子机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社3.气隙

异步电动机的气隙是均匀的。气隙的大小对电动机性能影响很大，气隙越大则为建立磁场所需励磁电流就越大，电动机的功率因数也会因此降低。但气隙太小，会使加工和装配困难，运行时定子转子之间易发生扫膛。中小型异步电动机中，气隙一般为0.2～2.5mm左右。机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社（二）铭牌每台异步电动机的机座上都有一个铭牌，它标记着电动机的型号，各种额定值和联结方式等，如图1-7所示。电动机按铭牌上所规定的额定值和工作条件下运行，称作额定运行状态。铭牌上的额定值及有关数据是正确选择、使用和检修电机的依据。图1-7电动机铭牌机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社1.型号异步电动机的型号主要包括产品代号、规格代号和特殊环境代号等，产品代号表示电机的类型，一般采用大写印刷体的汉语拼音字母表示，如Y表示异步电动机，YR表示绕线转子异步电动机等。规格代号是用中心高、铁芯外径、机座号、机座长度、铁芯长度、功率、转速或极数表示。Y系列异步电动机的型号含义为图1-8所示。图1-8Y系列异步电动机的型号含义机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社2.额定值额定值是电机制造厂对电机在额定工作条件下所规定的量值，主要有：1）额定功率PN。额定功率指电动机在额定运行条件下，即在额定电压、额定负载和规定冷却条件下运行时，轴上输出的机械功率，单位为W或KW。2）额定电压UN。额定电压指电动机额定运行状态时，定子绕组应加的线电压，单位为V。3）额定电流IN。指电动机在额定电压下运行，输出功率达到额定值，流入定子绕组的线电流，单位为A。对于三相异步电动机，其额定功率为：机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社3.接线在额定电压下运行时，电动机定子三相绕组应该采用的接线方式，有形连接和三角形连接两种。图1-9三相异步电动机的接线机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社（三）三相异步电动机的工作原理1.旋转磁场旋转磁场的产生图1-10，为三相异步电动机的定子绕组结构。图1-10定子绕组结构机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社其波形如图1-11所示机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社旋转磁场的方向：三相交流电的相序为U相→V相→W相→U相，图中所示电动机的三相绕组结构来看、为逆时针方向，而据此分析的旋转磁场的方向也为逆时针方向。如果改变三相交流电的相序为U相→W相→V相→U相，则旋转磁场的方向变为顺时针方向由此可以得出结论：旋转磁场的旋转方向取决于通入定子绕组的三相电流的相序，且与三相交流电源的相序方向一致。只要任意调换电动机两相绕组所接交流电源的相序，旋转磁场即反向旋转。机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社旋转磁场的旋转速度：

……机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社2.三相异步电动机的工作原理1)异步电动机的旋转原理如图1-13，为一台三相异步电动机的定子绕组布置结构，AX、BY、CZ为定子的三相对称绕组，转子上的8个小圆圈表示自成闭合回路的转子导体。图1-13三相异步电动机的定子绕组布置结构机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社（1）当在三相对称的定子绕组中通入三相对称的交流电流后，在电动机内将产生一个旋转磁场，转速为同步转速n1，方向为逆时针方向。(2)旋转磁场切割转子导体，根据电磁感应定律，从而在转子导体中产生感应电动势，由于转子导体自成闭合回路，因此，该电动势将在转子导体中形成电流，其电动势、电流方向可用右手定则判定。(3)依据电磁力定律，有电流流过的转子导体将在旋转磁场中受到电磁力F的作用，其方向可用左手定则判定，如图中箭头所示，该电磁力F对转轴形成电磁转矩，带动异步电动机以转速n旋转。机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社2)转差率s电动机转子的旋转方向虽然与旋转磁场的旋转方向一致，但转子的转速。一定小于旋转磁场的同步转速nl，这是因为假设转子转速与旋转磁场转速相等，则转子导体与旋转磁场就是同转速同方向，它们之间无相对运动，转子导体中就不再产生感应电动势和电流，电磁力F将为零，转子就将减速。由此可见，转子总是紧跟着旋转磁场以n<n1的转速运行，即转子转速与同步转速之间存在着差异，“异步”由此而来。因此这种交流电动机称作“异步”电动机；又因为异步电动机的转子电流是由电磁感应而产生的，故又称作“感应”电动机。

机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社二、三相异步电动机的机械特性（一）三相异步电动机的工作特性图1-14三相异步电动机的工作特性曲线机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社（二）三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性是指电动机的转速n与电磁转矩T之间的关系图1-15三相异步电动机的机械特性机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社三、三相异步电动机的起动（一）直接起动电动机定子绕组直接接人额定电压的电网上的起动，称为直接起动，也称全压起动。这种起动方法的优点是设备简单，操作方便，起动过程短。但异步电动机在直接起动的最初瞬间，其转速n=0，转差率s=1，转子电流较大，定子电流也较大，约为额定值的4～7倍。电动机起动电流大，在输电线路上产生的电压降也大，会影响同一电网上其他负载的正常工作。笼型异步电动机的起动电流虽大，但由于起动时转子回路的功率因数很低，故起动转矩并不大。因此，直接起动一般只在小容量电动机中使用，如容量在10kw以下的三相异步电动机可采用直接起动。电动机能否直接起动，还要看电网容量的大小，如果电网容量很大，就可以允许容量较大的电动机直接起动，若电动机满足下列经验公式的要求，则电动机可以直接起动，否则应采用降压起动方法起动。机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社（二）笼型异步电动机的降压起动降压启动的目的是限制起动电流。起动时，通过起动设备使加在电动机定子绕组上的电压小于额定电压，待电动机转速上升到一定数值时，再将电动机定子绕组接到额定电压上，谬证电动机在额定电压下稳定工作。三相异步电动机常用的降压起动方法有定子串电阻(或电抗)降压起动、Y-△降压起动、延边三角形降压起动和自耦变压器降压起动等。（三）绕线转子异步电动机的起动三相笼型异步电动机直接起动时，起动电流大，起动转矩不大，降压起动电流，但起动转矩也随之减小，因此笼型异步电动机只能用于空栽或轻栽起动。绕线转子异步电动机若转子回路串入适当的电阻，既能限制起动电流，又能增大起动转矩，同时克服了笼型异步电动机起动电流大、起动转矩不大的缺点，这种起动方法适用于大、中容量的异步电动机重载起动。绕线转子异步电动机的起动分为转子串电阻和串频敏变阻器两种起动方法。机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社四、三相异步电动机的调速在工业生产中为了获得最高的生产率和保证产品的加工质量，常要求生产机械能在不同的转速下进行工作。如果采用电气调速，就可大大简化机械变速机构。根据异步电动机的转速表达式（一）变极调速（二）变频调速（三）改变转差率调速机电设备电气控制技术基础西安电子科技大学出版社五、三相异步电动机的反转与制动

三相异步电动机除了运行于电动状态外，还时常运行于制动状态。运行于电动状态外时，电磁转矩T与转速n方向相同，电磁转矩T是驱动转矩，电