6.1-三相异步电动机的概述

6.1三相异步电动机的概述6.2三相异步电动机的工作原理6.5三相异步电动机的机械特性6.4三相异步电动机的铭牌数据第6章

电动机6.6三相异步电动机的起动6.7三相异步电动机的调速6.8单相异步电动机6.3三相异步电动机的基本结构第6章

电动机6.1概述电动机发电机电机动力电机控制电机能量转换信号转换交流电动机直流电动机异步电动机同步电动机三相异步电动机单相三相电机是实现能量转换和信号转换的装置

在工业方面：中、小型轧钢设备，机床、轻工机械、起重机械，矿山机械等。在农业方面：脱粒机、粉碎机、排灌机械及加工机械。第6章第6章

电动机三相异步电动机特点：结构简单、价格便宜、运行可靠、维护方便用途：本章要求：了解结构、理解原理、掌握使用方法6.3三相异步电动机的基本结构由定子和转子两部分组成。6.3三相异步电动机的基本结构一、主要部件：6.3三相异步电动机的基本结构一、主要部件：定子:机座、定子铁心、定子绕组和端盖等。定子绕组定子绕组定子铁心定子铁心定子铁心是由冲有槽孔的硅钢片叠压而成定子绕组是由许多线圈按一定规律联接而成

6.3三相异步电动机的基本结构第6章6.3一、主要部件：定子:机座、定子铁心、定子绕组和端盖等。W2U2V2W1U1V1W2U2V2W1U1V1W2U2V2W1U1V1定子三相绕组接线盒星形联接三角形联接转子：转子铁心、转子绕组和转轴。笼式绕线式转子：转子铁心、转子绕组和转轴。笼式绕线式绕组是三相绕组，连接成星形。是由嵌放在转子铁心槽内的铜条组成，两端各用一个铜环连接起来。M3~M3~UVWUVW笼式绕线式6.2三相异步电动机的工作原理定子绕组通电旋转磁场转子绕组切割磁力线感应电动势感应电流电磁力转子转动电磁转矩闭合线圈一、旋转磁场iAiBiCiA=Imsin

tiB=Imsin(

t-120

)iC=Imsin(

t+120

)iAiBiC相序A-B-C-A对称三相电流流入对称三相绕组

ti0第6章6.21、旋转磁场的产生YXZBAC6.2三相异步电动机的工作原理iA

tiAZBXCYiA=0iB为负值iC为正值NS0°设：电流的流入用表示iBiC

电流的流出用表示第6章6.21、旋转磁场的产生

t=0°

t=60°iC

=0iB为负值iA为正值AZBXCYNS60°

t=90°iA为正值iB为负值iC为负值

tiiAiBiC0第6章6.21、旋转磁场的产生AZBXCY90°NS设：电流的流入端用表示电流的流出端用表示

t=60

AZBXCYNS60°

t=90°AZBXCYNS

t=0°AZBXCYNS90°

t=180

AZBXCYNS180°0°第6章6.21、旋转磁场的产生

空间相差120º

角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场,当电流经过一个周期变化时，磁场也沿着顺时针方向旋转了一周(在空间旋转的角度为360º

)。综上分析可得结论：第6章6.21、旋转磁场的产生2.旋转磁场的转速iAiBiCABCXYZA'B'C'X'Y'Z'60°0°

t=0°AZ'BX'C'NSXCYA'ZB'Y'0°SNNS30°SN

t=60°AZ'BX'C'XCYA'ZB'Y'

tiiAiBiC0第6章6.2将两个绕组串联起来

tiiBiC090°180°

t=90°AZ'BX'C'NSXCYA'ZB'Y'45°SN

t=180°AZ'BX'C'NSXCYA'ZB'Y'90°SN90°ABCXYZA'B'C'X'Y'Z'iAiBiCiA2.旋转磁场的转速第6章6.2

当定子每相绕组中有两个线圈串联,且每个线圈在空间相差60º时,通入对称三相交流电后,也产生一个旋转磁场,但它是一个四极旋转磁场。当电流变化一周,旋转磁场在空间只转了半周(180º

空间角),旋转速度较两极磁场慢了一半。旋转磁场转速n0pn0

=——60

f1综上分析可得结论：—电源的频率—磁极对数P=1n0=3000r/minP=2n0=1500r/minP=3n0=1000r/min—同步转速2.旋转磁场的转速第6章6.23.旋转磁场的转向iAiBiCYXZBACAZBXCYNSABC与三相电流的相序一致

tiiAiBiC0改变旋转磁场的转向ABCXYZiAiC90

60°0

AZBXCYNS0°AZBXCYNS60°AZBXCYNS90°iB第6章6.2iA=0iB为负值iC为正值

改变流入三相绕组的电流相序,就能改变旋转磁场的转向;改变了旋转磁场的转向,也就改变了三相异步电动机的旋转方向。综上分析可得结论：第6章6.2电源相序：L1

L2

L3L1L2L36.2三相异步电动机的工作原理•••n0ne(i)ff转子绕组第6章6.2二、转子转动原理n0S=——=—–n0–nn0

nn

=(1–S)

n0

转差率0

<

S

S

=

0.015

~

0.06转子转速1、电磁转矩的产生转子电流与旋转磁场相互作用形成电磁力，由电磁力形成的转矩称为电磁转矩。SN•••n0ne(i)ff转子绕组旋转磁场与定子绕组的相对速度n0旋转磁场与转子绕组的相对速度n0–nSN定子、转子绕组中电流的频率？pn0

=——60

f1pn0

60f1=（n0–n）

60f2=p=（n0–n）n0pn060=Sf1转子电流频率f2与S成正比即与n有关电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但

异步电动机2、电磁转矩的方向反转？•••n0ne(i)ff转子绕组SN•••n0ne(i)ff转子绕组SN3、电磁转矩的大小转子电流旋转磁场相互作用电磁转矩TT正比于定子相电压U1的平方，同时与S有关。旋转磁场

m正比于定子相电压U1转子电流的大小正比于

m，即正比于U1但与S有关。常数旋转磁场的磁通转子电流转子功率因数

2cosf电磁转矩U1定子相电压电源电压波动对电动机的电磁转矩大小将产生很大影响。常数由电动机结构决定•••n0ne(i)ff转子绕组第6章6.2SN4.转矩平衡T2=T–T0输出转矩空载转矩电磁转矩=–稳定运行时T

T2=TLT

=TL+T0T0很小输出转矩T2负载转矩TL=由风阻和轴承摩擦等形成的转矩即转矩平衡方程稳定运行当转矩平衡方程T=T0+TL因为T0一般很小TLT2>TLnsI2I1TT2=TL电动机在比原来高的转速和比原来小的电流下重新稳定运行T

T2=TL6.2三相异步电动机的工作原理第6章6.2三、功率关系P2=T2

=P=P1–P22

60T2n电动机输出机械功率P1

=

U1I1cos

N电动机输入功率电动机功率损耗

N=——×100%P2P1

效率

转子旋转角速度rad/sT2电动机输出转矩N·mnr/minP2w（铜损、铁损、机械损耗）例：某三相异步电动机，极对数P=2，定子绕组三角形连结，电源线电压Ul=380V，当TL=91N·m，测得I1l=30A，P1=16kW,n=1470r/min求：s,P2,,解：n0：查书P147

pn0

=——60

f1=1500r/minn0S=——n0–n=0.02P2=2

60T2n=2

60TLn=14kW

=——×100%P2P1=87.5%3P1

UlI1l=

=0.816.4三相异步电动机的铭牌数据电动机的型号和额定数据三相异步电动机型号Y132S-6

功率3kW频率50Hz电压380V电流7.2A功率因数0.76转速960r/min绝缘等级B联结Y

（1)型号：6.4三相异步电动机的铭牌数据第6章6.4Y132S-6

机座中心高（mm)机座长度代号S--短机座M--中机座L--长机座磁极数Y系列三相异步电动机（2)功率：额定输出功率PN—电动机在额定状态下运行时，轴上输出的机械功率W，kW（3)电压：额定电压UN—定子绕组指定接法时应加的线电压额定效率：

N=——×100%PNP1N例：380/220Y/

是指：线电压为380V时采用Y接法；当线电压为220V时采用接法。6.4三相异步电动机的铭牌数据第6章6.4（6)转速：额定nN

—额定状态下转子的转速r/min（7)功率因数：额定

N=

cos

N

电动机在额定状态或接近额定状态运行时，功率因数最大，一般为0.7~0.9，效率高，一般为72%~93%，空载或轻载时功率因数和效率很低。（8)绝缘等级（5)频率：额定频率fN注意：实用中应选择合适容量的电机，防止“大马”拉“小车”的现象。（4)电流：额定电流IN—定子绕组在指定接法下的线电流如：

表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电流为6.48A；星形接法时线、相电流均为6.48A。例：某三相异步电动机的铭牌数据为：PN=0.75kW，IN=1.9A，nN=2825r/min，UN=380V，Y接，f1=50Hz，cos

N=0.84，试求：（1）

N及TN（2）若电源线电压为220V，该电动机采用何种接法才能正常运转？此时的额定线电流为多少？解：（1）效率（2）UN=220V，电动机采用

接。=71.4%TN=——60PN2

nN=2.54N·mI1=3.3AI1=

IP电磁转矩T与S之间的关系称为转矩特性T=f(S)6.5三相异步电动机的机械特性第6章6.5n

与T之间的关系称为机械特性

n=f(T)固有特性人为特性一、固有特性转矩特性ST10研究机械特性的目的是为了分析电动机的运行性能.在一定的电源电压下

机械特性曲线ST0abc1n0n0TTn0n0Tabc因为

n=n0(1-S),可以由转矩特性得到机械特性机械特性曲线n=f(T)第6章6.5转矩特性T=f(S)第6章6.5一、固有特性转矩特性机械特性n0n0TNMTMSnNnMn

=(1–S)

n0ST10TsTMSMSNTNNMS稳定运行时T

T2=TL当TL变大时，电动机转速n减小要求电磁转矩增加当TL变小时，电动机转速要求电磁转矩减小n增加电动机的自适应负载能力

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。

自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载。）直至新的平衡。此过程中，时，电源提供的功率自动增加。1.额定状态第6章6.3P2=T2•

=T2——2

n60TN=——60PN2

nN第6章6.5转矩特性机械特性n0n0TNMTMSnNnMsT10TsTMSMSNTNNMSNnPTNN=55.9NTsTN例如一电动机的PN=7.5kW，nN=1440r/minTN=——60PN2

nN=49.7N·m说明电动机长期运行能力T>TN,电动机处于过载状态。即电流和功率都会超过额定值。SN=0.01--0.09nN接近n0n0n0TNMTMSnNnM硬特性长期运行条件TN>TLsT1TMSM电磁转矩为最大值的状态SNTN转矩特性T=f(S)6.5三相异步电动机的机械特性第6章6.52.临界状态NMS最大转矩SM=

–—R2X20转子每相绕组电阻转子静止的漏电抗临界转差率出现“堵转”现象，这时S=1，电流比额定电流大的多，时间一长，严重过热，甚至烧坏。KM=

–—TMTN过载系数说明电动机短时过载能力过载时要求TM>TLn0n0TNMTMSnNnM

如果电机将会因带不动负载而停转。MTTL>例如一电动机的PN=45kW，nN=2970r/min,KM=2.2,若TL=200N·m问能否带此负载长期运行？能否带此负载短时运行？解：TN=——60PN2

nN=145N·m

因为TL>TN所以不能长期运行TM=KM×TN=319>TL所以可以短时运行s1Ts6.5三相异步电动机的机械特性第6章6.5T0TMSMSNTNNMS3.起动状态起动转矩起动瞬间n=0，S=1KS=

–—TSTNKI=

–—ISIN此时定子线电流为起动电流IS直接起动能力只有Ts

>TL电动机才能带此负载起动起来KS=1.6~2.2KI=5.5~7.0例如一电动机的PN=45kW，nN=2970r/min,KS=2.0,若TL=200N·m问:能否带此负载直接起动？解：TN=——60PN2

nN=145N·mTS=KS×TN=290>TL所以可以带此负载直接起动s1Ts6.5三相异步电动机的机械特性第6章6.5T0TMSMSNTNNMS3.起动状态S只有Ts

>TL电动机才能起动起来2.临界状态M说明电动机短时过载能力要求TM>TL说明电动机长期运行能力长期运行TN>TL1.额定状态N总结：TMSMU1sT01U1>

U1>

U1

T'MU1´TMU1

二.人为特性

T

与U1的平方成正比U1增大第6章6.51、定子电压变化电压降低最大转矩和起动转矩都变小2、转子电阻变化最大转矩不变起动转矩随电阻的增大变大特性变软SM=

–—R2X20ST0TMSM1R2SM′SM″R2″R2<R2

<

R2″´R2´R2增大

n0TTM

R2<

R2

<

R2'"TsR2<X20202XRSM=0R2<X20R2=X20R2>X20SM当R2<X20时，<1，R2增加时，TS增加。

SM当R2=X20时，=1，TS=TM，启动转矩最大。

SM当R2>X20时，>1，R2增加时，TS减小。

SM=1起动初始瞬间，n=0，S=1过大的起动电流

在短时间内会在输电线路上造成较大的电压降，造成供电电压下降，影响邻近负载的正常工作。

频繁起动会使电动机过热。

起动转矩TS：6.6三相异步电动机的起动第6章6.6

起动电流IS：大,(5~7)IN。应考虑只有大于负载转矩，电动机才能起动起来。起动转矩愈大起动时间愈短。(1)直接起动在起动时把电动机的定子绕组直接接入电网。优点：

简单、方便、经济、起动过程快，适用于中小型笼型异步电动机(2)减压起动

起动时降低电动机定子绕组上的电压，待电动机转速接近稳定转速时，再把电压恢复正常。一、笼式异步电动机的起动第6章6.6适用轻载或空载情况下的起动FU~~W2U1U2V1V2W1Q1转子定子绕组条件:只适用于正常运行时为

接法

的电动机。

Q2YU1U2V1W1V2W2Y型W1V1U1U2V2W2

型Y形起动:UpY

=Ul

/

3¯¯IlY=IpY=——Ul

/

3¯¯|

Z

|

形起动:Ul

=UPIl

=

3

Ip

=

3—Ul

¯¯|

Z

|¯¯IstY=——3Ist

TstY=——3

Tst

第6章6.6Y-

降压起动~U1U2V1V2W1W2~Q1Q2运转起动三相自耦变压器M3

~

自耦变压器降压起动自耦变压器有k为0.55,0.64,0.73等的抽头结论:

电动机起动电流Is和起动转矩Ts均为直接起动的k2。第6章6.6例：某三相异步电动机的额定数据为：PN=45kW，

N=92%，nN=980r/min，UN=380V，

接，f1=50Hz，cos

N=0.87，起动电流系数为6.5，起动转矩系数为1.8。若负载转矩TL=200N·m

，要求起动时从电源取用的电流不超过360A：（1）能直接起动吗？（2）能否Y—

起动nPTNNN==438.5N·m55.9=85.4AUPINNNNNcos3jh=解：（1）（2）Y—

起动时二、绕线式异步电动机的起动减小起动电流,还可以增大起动转矩。Rst转子

n0TTM1.转子绕组中串电阻2.转子绕组中串频敏变阻器(1)改变极对数p

调速

6.7三相异步电动机的调速p=

(1–S)

——60

f1n

=(1–S)

n0(2)转子电路串联电阻

调速p

=2:1,2,3接电源；4,5,6悬空p

=1:4,5,6接电源；1,2,3

短接

：n0=1500

3000r/m

12365