《电工与电子技术》课件 项目7 三相异步电动机及其控制

项目7三相异步电动机及其控制7.1三相异步电动机的基础知识7.3三相异步电动机的控制7.4电气控制电路7.2三相异步电动机的运行原理(a)直流电机

(b)交流发电机

(c)单相交流电动机

(d)三相交流电动机

7.1异步电动机的基本知识1.

三相异步电动机的结构鼠笼式三相异步电动机绕线式定子转子定子铁芯机座定子绕组转子铁芯转轴转子绕组风罩风叶转子定子端盖

三相鼠笼型异步电动机的结构

2、定子三相交流异步电动机的定子由定子铁心、定子绕组和机座等组成。定子铁心是电动机的磁路部分，一般由厚度为0.5mm，其内圆冲成均匀分布的槽的硅钢片叠成，如下图所示。槽内嵌入三相定子绕组，绕组和铁心之间有良好的绝缘。定子冲片

定子铁芯

（a）定子冲片(b)转子冲片铁心冲片定子绕组是电动机的电路部分，由三相对称绕组组成，并按一定的空间角度依次嵌入定子槽内，三相绕组的首、尾端分别为U1、V1、Wl和U2、V2、W2接线方式与电源电压不同可接成星形(Y)或三角形(△)。机座一般由铸铁或铸钢制成，其作用是固定定子铁心和定子绕组，封闭式电动机外表面还有散热筋，以增加散热面积。机座两端的端盖，用来支承转子轴，并在两端设有轴承座。3、转子转子包括转子铁心、转子绕组和转轴。转子铁心是由厚度为0.5mm，外圆周围冲有槽的硅钢片叠成。叠压后压装在转轴上，一般为斜槽，并嵌入转子导体。转子绕组有笼型和绕线型两种，笼型转子绕组一般用铝浇入转子铁心的槽内，并将两个端环与冷却用的风扇翼浇铸在一起。而绕线型转子绕组和定子绕组相似，相绕组一般接成星形，三个出线头通过转轴内孔分别接到三个铜制集电环上，而每个集电环上都有一组电刷，通过电刷使转子绕组与变阻器接通来改善电动机的起动性能或调节转速。问题与讨论鼠笼型电动机的定子各部分结构和作用如何？鼠笼型异步机转子各部分的结构和作用是什么？定子铁芯是由0.5mm厚的硅钢片叠压制成，在其内圆冲有分布的槽。定子铁芯的作用：一是槽内可用来嵌放定子绕组；二是定子铁芯构成电动机磁路的一部分。定子绕组是由铜导线绕制而成。构成电动机电路的一部分。机座是电动机的支架，一般用铸铁或铸钢制成。转子铁芯冲片铸铝笼形转子笼形转子绕组转子铁芯是也是由0.5mm厚的硅钢片叠压制成，在其外圆冲有分布的槽。转子铁芯可嵌放转子绕组，构成电机磁路的另一部分。转子绕组大部分是浇铸铝笼型，大功率也有铜条制成的笼型转子导体，构成电机电路的一部分。由转轴输出机械能。4.三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机型号Y132M-4功率7.5KW频率50Hz电压380V

电流15.4A

接法Δ转速1440r/min绝缘等级B工作方式连续标准编号工作制S1

B级绝缘年月编号××电机厂Y表示异步机，132（mm）表示机座中心高度；M代表中机座（L长机座、S短机座）。额定功率指的是电动机输出的机械功率。额定电压、电流均指电动机额定运行情况下的定子线电压、线电流的数值。额定转速指的是电动机转子的转速n。

三相异步电动机的定子绕组有两种接法：Y形和Δ形

。三相定子绕组由机壳外面的接线盒引出，左下图为Y接连线图；右下图为Δ接连线图。7.2三相交流异步电动机的运行原理为了更好地理解三相异步电动机的工作原理和掌握旋转磁场转速n0的计算，我们需要进一步分析旋转磁场的产生情况。最简单的三相交流异步电动机的定子绕组，如图所示，每相绕组只有一个线圈，当三相绕组接成星形并与三相对称电源相接后，三相绕组中就有三相对称电流通过，即iu=Imsinωt

iv＝Imsin(ωt—120°)iw＝Imsin(ωt+120°)其波形图如图所示。图三相交流异步电动机最简单的定子绕组图三相电流的波形图三相交流异步电动机的定子绕组中通入对称三相电流后，就会在电动机内部产生一个与三相电流的相序方向一致的旋转磁场。这时，静止的转子导体与旋转磁场之间存在相对运动，切割磁感线而产生感应电动势，转子绕组中就有感应电流通过。载流的转子导体受到旋转磁场的电磁力作用，相对转轴产电磁转矩，使转子按旋转磁场方向转动，其转速略小于旋转磁场的转速n0，所以称为“异步”电动机。通过分析我们可以得出结论：对称三相交流电iu、iv、iw分别通入定子三相绕组时，会产生一个随时间变化的旋转磁场。定子每相绕组只有一个线圈时，产生二极旋转磁场，当正弦交流电的电角度变化360°时，二极旋转磁场在空间也正好旋转360°，即磁极对数p=1时，旋转磁场与正弦电流同步变化。对工频交流电来说，旋转磁场每秒钟在空间旋转50周。以r／min为单位，旋转磁场的转速n0＝50x60＝3000r／min。若交流电的频率为f，则旋转磁场的转速

n0＝（6.4）如果定子的每相绕组由两个线圈串联而成，则各绕组的始端之间相差60°，通入对称三相交流电后产生四个磁极(磁极对数p=2)，称为四极电动机。同理可知，若定子每相绕组由三个线圈串联而成，则各绕组始端之间相差40°，能产生三对磁极(p＝3)，称为六极电动机。用分析二极旋转磁场的同样方法可以得出结论：当磁极对数p＝2时，交流电变化一周，旋转磁场只转动二分之一周；当磁极对数p＝3时，交流电变化一周，旋转磁场只转动三分之一周。由此类推，磁极对数为p的电动机(2p极电动机)，交流电每变化一周，旋转磁场只转动p分之一周。当交流电频率为f、磁极对数为p时，旋转磁场的转速为n0＝旋转磁场的转速n0又称为同步转速，单位是r／min。如改变通入定子绕组中任意两相交流电的相序后，旋转磁场就反向，三相异步电动机就随之反转。旋转磁场的转速n0与转子转速n的差称为转差，转差与同步转速的比值称为异步电动机的转差率，用字母S表示：

x100％

S＝转差率是异步电动机的重要参数，可以表明异步电动机的转速。电动机起动瞬间，转速n＝0，此时转差率最大，S＝1。当异步电动机空载时，转子转速n接近于同步转速n0，此时转差率最小，S≈0。所以转差率的变化范围为0<S≤1，三相异步电动机在额定负载下运转时，转差率一般为(3～6)%左右。可推导出异步电动机的转速公式：

n=(1—S)n0=(1—S)60f)7.3三相异步电动机的控制6.3.1三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。直接起动一般只用于小容量电动机(如7.5kW以下电动机)。

对较大容量电动机，电源容量又较大，若电动机起动电流倍数KI、容量和电网容量满足下列经验公式：KI≤（）

则电动机可直接起动，否则应采用降压起动。适用范围：2．降压起动起动转矩均为全压起动时的1／3。Δ运行时，首尾相接构成闭环Y起动时，绕组尾端连成一点适用范围：正常运行时定子绕组为三角形连接，且每相绕组都有两个引出端子的电动机。优点：缺点：起动电流为全压起动时的1／3。QS1L3V2L2L1QS2FUV1U1U2W1W2V1U1W1W2U2V2Y-Δ降压起动：起动时定子绕组连成星形，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。AZBYXC正常运行UPABCXYZ起动UP'Y－

起动应注意的问题：（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。

所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合。（2）Y－

起动Ist↓时Tst↓。

三相异步电动机，电源电压=380V，三相定子绕组接法运行，额定电流IN=20A，启动电流Ist/IN=7，求：

（1）接法时的启动电流Ist

（2）若启动时改为Y接法，求IstY（1）Ist=7IN=720=140A（2）IstY=Ist/3=140/3=47A例：解：

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。自耦降压起动：运行时开关上打与电机直通起动时开关向下打，与自耦变压器相连。QS1L3V1L2L1QS2FUV1U1U1W1W1L2L1L3优点：缺点：具有不同的抽头，可以根据起动转矩的要求，比较方便的得到不同的电压。体积大、成本高。适用范围：适用于容量较大的电动机或不能用Y-Δ降压起动的鼠笼式三相异步电动机。

绕线式异步电动机转子绕组串入附加电阻后，既可以降低起动电流，又可以增大起动转矩。绕线式异步电动机的起动

绕线式异步电动机的起动性能和调速性能都优于鼠笼式异步机，但其结构复杂，维修不易且造价较高。1.改变极对数p由上式可看出，异步电动机调速的方法有三种：7.3.2

三相异步电动机的调速三相异步电动机的转速2.改变转差率s3.改变电源频率f1（变频调速）

第三种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。7.3.3三相交流异步电动机的制动许多生产机械工作时，为提高生产力和安全起见，往往需要快速停转或由高速运行迅速转为低速运行，这就需要对电动机进行制动。所谓制动就是要使电动机产生一个与旋转方向相反的电磁转矩(即制动转矩)，可见电动机制动状态的特点是电磁转矩方向与转动方向相反。三相异步电动机常用的制动方法有能耗制动、反接制动和回馈制动。1.能耗制动异步电动机能耗制动接线如下图所示。制动方法是在切断电源开关Q1同时闭合开关Q2触点，在定子两相绕阻间通人直流电流。于是定子绕组产生一个恒定磁场，转子因惯性而旋转切割该恒定磁场，在转子绕组产生感应电动势和电流。转子的载流导体与恒定磁场相互作用产生电磁转矩，其方向与转子转向相反，起制动作用，因此转速迅速下降，当转速下降至零时，转子感应电动势和电流也降至为零，制动过程结束。制动期间，运转部分所储藏的动能转变为电能消耗在转子回路的电阻上，故称能耗制动。

能耗制动接线对笼型异步电动机，可调节直流电流的大小来控制制动转矩的大小，对绕线型异步电动机，还可采用转子串电阻的方法来增大初始制动转矩。能耗制动能量消耗小，制动平稳，广泛应用于要求平稳准确停车的场合，也可用于起重机一类机械上，用来限制重物下降速度，使重物匀速下降。2.反接制动异步电动机反接制动接线如下图所示。制动时将电源开关Q由“运转”位置切换到“制动”位置，把它的任意两相电源接线对调。由于电压相序反了，所以定子旋转磁场方向反了，而转子由于惯性仍继续按原方向旋转，这时转矩方向与电动机的旋转方向相反，成为制动转矩。反接制动若制动的目的仅为停车，则在转速接近于零时，可利用某种控制电器将电源自动切除，否则电机将会反转。反接制动时，由于转子的转速相对于反转旋转磁场的转速较大(n+n1)，因此电流较大。为限制起动电流，较大容量电动机通常在定子电路(笼型)或转子电路(绕线型)串接限流电阻。这种方法制动比较简单，制动效果较好，在某些中型机床主轴的制动中常采用，但能耗较大。

3.回馈制动回馈制动发生在电动机转速n大于定子旋转磁场转速n1的时候，如当起重机下放重物时，重物拖动转子，使转速n>n1。这时转子绕组切割定子旋转磁场方向与原电动机状态相反，则转子绕组感应电动势和电流方向也随之相反，电磁转矩方向也反了，即由与转向同向变为反向，成为制动转矩，使重物受到制动而匀速下降。实际上这台电动机已转入发电机运行状态，它将重物的势能转变为电能而回馈到电网，故称回馈制动。7.4电气控制电路1.点动控制电路B'C'KMSB动作过程按下按钮（SB）→线圈

（KM）通电→主触头（KM）闭合→电机转动；

控制电路主电路M3~L1KMFUQSL2L3松开按钮（SB）→线圈

（KM）断电→主触头（KM）打开→电机停转。

M3~L1L2L3KMFUQSFR发热元件热继电器常闭触头KMSB1KMSB2FR2、电动机单向连续运转控制电路主电路控制电路简单的接触器控制原理L1L2L3M3~刀闸起隔离作用辅助常开自锁停止按钮接常闭起动按钮接常开三对主触头主电路通断复位弹簧衔铁铁芯通电线圈

下面控制电路能否实现既能点动、又能连续运行

思考不能点动！KMSB1KMSB2FRSB3

在正、反转控制电路中串联上正、反转接触器的互锁常闭触头可以避免两相短路：KM1KM1SB1SB2KM2KM2S