三相异步电动机课件

三相异步电动机

旋转电机分类：按工作方式不同，可分为

旋转电机

直流电机

交流电机

直流发电机

直流电动机

异步电机

同步电机

异步电动机异步发电机同步发电机

同步电动机

同步补偿机

TSKJ

异步电动机按相数不同，可分为三相异步电动机和单相异步电动机；

按转子结构不同，可分为笼型和绕线转子型；

笼型三相异步电动机优点：结构简单、运行可靠、效率高、制造容易、成本低。TSKJ

第一节三相异步电动机的结构与工作原理

一、三相异步电动机主要结构：静止的定子、旋转的转子以及两者之间的气隙。1、定子—定子铁心、定子三相或单相绕组、机座；2、转子—转子铁心、转子绕线或鼠笼绕组、轴；3、气隙—0.2mm~1.5mm。TSKJ

第一节三相异步电动机的结构与工作原理

定子铁心：作用：形成磁路组成：0.5mm硅钢片叠制。直径大于1米的铁心用扇形片拼成槽型：半闭口槽（小型电机）、半开口槽（中低压型）、开口槽（大型）TSKJ第一节三相异步电动机的结构与工作原理浏览定子绕组：作用：电路部分，感应电势组成：圆铜线或扁铜线，导线线径小于1.53mm，散下线；成形线圈（大电机）。TSKJ第一节三相异步电动机的结构与工作原理

机座：作用:机械支撑结构：中小型电机铸铁；大型用钢板焊接。气隙：作用：磁场耦合TSKJ第一节三相异步电动机的结构与工作原理浏览转子铁心作用：磁路的一部分组成：0.5mm硅钢片叠制。中小型电机转子铁心直接叠装在轴上；大电机则用转子支架。TSKJ

第一节三相异步电动机的结构与工作原理转子绕组作用：感应电势、流过电流产生转矩结构：中小型电机用铸铝转子鼠笼结构；绕线电机用铜导线，利用滑环和电刷外接启动设备。TSKJ

第一节三相异步电动机的结构与工作原理4、三相异步电动机定子绕组接法：星形或三角形。

5、三相异步电动机分类及用途：按防护形式可分为

开启式、防护式、封闭式及特殊防护式。TSKJ

第一节三相异步电动机的结构与工作原理二、三相异步电动机工作原理：

定子三相对称绕组通入三相对称电流，产生同步转速旋转的气隙磁场。转子导体运动（相对磁场，磁场转速快）切割磁力线，产生感应电动势，进而产生感应电流。电流与气隙磁场的相互作用产生与定子转向相同的拖动转矩。电机从电网吸收电功率，经过气隙的耦合作用从轴上输出机械功率。

TSKJ第一节三相异步电动机的结构与工作原理1、由于三相电源，所以定子中有三相绕组（120°夹角）对于三相绕组中的电流也差120°如下页图TSKJ第一节三相异步电动机的结构与工作原理ABCXYZiAIBICTSKJ第一节三相异步电动机的结构与工作原理

iA=Isin(ωt)iΒ=Isin(ωt+120°)iC=Isin(ωt+240°)AXBYCZiAiBiCπ|3ππ|32TSKJ第一节三相异步电动机的结构与工作原理ωt＝0ωt＝60YABXZCYABXZC当ωt＝0iA=0;iΒ=-A;iC=A 磁场位置0度当ωt＝60iA=A;iΒ=-A;iC=0 磁场位置转60度

TSKJ第一节三相异步电动机的结构与工作原理ABCXYZωt＝180ABCXYZ当ωt＝120iA=A;iΒ=0;iC=-A 磁场位置转到120度ωt＝120当ωt＝180iA=0;iΒ=A;iC=-A 磁场位置转到180度TSKJ

第一节三相异步电动机的结构与工作原理

依此类推下去，可知

当三相交流电在定子绕组中产生三相电流后，则三相绕组电流的合成磁场是旋转的。TSKJ

第一节三相异步电动机的结构与工作原理2、旋转磁场的方向

对于ABC三绕组如果将任意两根对调，则经分析可知向反方向旋转

对于交流异步电动机当需要反向时只需对调两根电源线既可（三根中任意）

TSKJ第一节三相异步电动机的结构与工作原理三、旋转磁场的极数与旋转速度

TSKJ1.上面讨论时在电机中有一对磁极（二极）它的极对数为p＝1这时电流变化一个周期，磁场转一圈，所以:磁场旋转速度（同步）为电源频率f（50Hz）×60=3000{r/min}

第一节三相异步电动机的结构与工作原理2.当把定子线圈做成两组（A，A’，B，B‘、C、C‘）各自串联时，如图这时各相绕组夹角60当ωt＝0时,磁场方向0度

ωt=60时,磁场方向30度

ωt=120时,磁场方向60度，这时有两对N、S磁极既p＝2当ωt转φ，磁场转φ/2，所以这时磁场旋转速度=60f/2=1500{r/min}TSKJ

第一节三相异步电动机的结构与工作原理注：由于A、B、C的各相空间夹角为60=120/2

所以当电源变化一个周期时，磁场只转半圈既圈/2极对数及极数：极对数：p’极数（磁极数）＝2p一般的对于对于p＝2的电机称为四极电机人们通常以极数称呼电机TSKJ

第一节三相异步电动机的结构与工作原理各种极数的电机的n12极（p＝1）n1＝3000（r/min）4极（p＝2）n1＝1500（r/min）6极（p＝3）n1＝1000（r/min）8极（p＝4）n1＝750（r/min）一般的额定转速低于这个值，如4极电机区1450r/min左右

TSKJ

第一节三相异步电动机的结构与工作原理转动原理

基于定子线圈能够产生一个旋转磁场，假设有一个旋转磁场来分析，如图中N、S的磁场以n1旋转TSKJ

第一节三相异步电动机的结构与工作原理转子则切割磁力线而产生电流（右手定电流I方向）电流在磁场中切割磁力线而产生力及力矩（左手定方向）它与n1方向相同,使转子转动起来在转子转动中，n比n1小NSn0FFTSKJ

第一节三相异步电动机的结构与工作原理在转子转动中，n比n0小原因：转子力矩Tm＝KmφIZ其中φ为旋转磁场磁通转子电流IZ=eZ/RZ 其中RZ为转子电阻转子电势eZ=KeφΔn

其中Δn=n1-n为转子线圈切割力线的相对转速TSKJ

第一节三相异步电动机的结构与工作原理当n=n1时，eZ=0,IZ=0,Tm＝0

n1称为理想空载转速（同步转速）实际由于Tm不等于0；所以n<n1由以上分析可知Δn=n1-n不等于0是保证交流电机运转的一个重要条件所以称为异步电动机TSKJ

第一节三相异步电动机的结构与工作原理以转差率来表示他的运行情况:S=(n1-n)/n1对于一般的异步电机（笼型）转子电阻RZ很小所以只需不大的S就能产生大的IZ和Tm一般的在额定转速时S为0.02～0.06比较小TSKJ

第一节三相异步电动机的结构与工作原理结论:

定子电路的感应电动势有效值E1=4.44f1N1Φ(切割旋转磁场产生)定子电流频率f1=f电源频率定子电压U≈E1(不考虑漏磁)TSKJ第二节三相异步电动机的运行特性三相异步电动机的运行特性主要是指三相异步电动机在运行时电动机的功率、转矩、转速相互之间的关系。一、电磁转矩电磁转矩的大小与转子电流和反映磁场强度成正比。实际工作过程中转子电路中存在感抗，因此和之间有一相位差，即转子电路的功率因素。物理表达式：

称为异步电动机转矩常数，与电动机本身结构有关。

TSKJ第二节三相异步电动机的运行特性进一步推导，得到：若定子电路的外加电压及其频率为定值，与为常数，因此电磁转矩仅随转差率而改变。把不同的值，代入上式中，便可绘出转矩曲线（图3-11)。异步电动机的最大转矩以及最大转矩的转差率，可用数学求最大值的方法求得：TSKJ第二节三相异步电动机的运行特性将最大转差率代入电磁转矩数学表达式中，可得到最大电磁转矩：由上式可知，异步电动机产生的最大电磁转矩和转子绕组电阻大小无关，但最大转差率随转子绕组电阻增大而增大，转矩曲线向右偏移，反之则向左偏移（图3-12）。TSKJ第二节三相异步电动机的运行特性在电动机启动时，、可得到启动转矩：由式中可得，随着转子绕组电阻的增加，启动转矩也逐渐增加。TSKJ第二节三相异步电动机的运行特性二、转矩与功率的关系电动机稳定运行时，其电磁转矩必须与阻转矩平衡，即：阻转矩主要是机械负载转矩，即：TSKJ第二节三相异步电动机的运行特性三、三相异步电动机的机械特性1、固有机械特性在额定条件下（电压、频率、接线方式）电机的固有T－n特性曲线对于曲线如下页图，它由四个特殊点决定：1）T=0，n=n1(S=0),电动机处于理想空载点，此时电动机的转速为理想空载转速n0。2）T=TN，n=nN(S=SN),为电动机额定工作点。这时：SN=(n1-nN)/n1，TN=9.55PN/nNPN：额定功率（w）,nN：额定转速（r/min）,

SN

额定转差率，SN

＝0.06～0.015TSKJ第二节三相异步电动机的运行特性n1nS0nNSNSmnm01TNTstTmaxTSKJ第二节三相异步电动机的运行特性3）T＝Tstn＝0（S＝1）启动工作点:对于启动转矩Tst受如下条件的影响：（1）电源电压U影响较大，U1波动，T平方关系变化（2）转子电阻R2合适，Tst有较大值（3）电感X20增大，Tst下降一般用启动能力系数λst来表示电动机启动能力的好坏。

λst=Tst/TN（一般λst≥1）异步电机工作的条件是启动Tst≥负载TLTSKJ第二节三相异步电动机的运行特性4）当T=Temax、s=sm

、n=nm，在临界工作点，这时

由于Temax

∝U1，所以电源波动对扭矩最大值影响很大。在电机工作过程中：负载变化（冲击）不能大于Temax

。以过载能力系数λm来表示：一般，鼠笼式为：λm=1.8～1.6线绕式为：λm=2.5～2.2TSKJ第二节三相异步电动机的运行特性2、人为机械特性：人为改变参数有：U1，R或X1，R2等1）降低电源电压当U1下降时，Temax下降，Tst下降，n1、sm、nm不变,这时曲线变化如下图。TSKJ第二节三相异步电动机的运行特性Snn1Sm0TUNTmaxTbTcabc0.5UN0.8UNTSKJ第二节三相异步电动机的运行特性2）定子电路串电阻电抗（感）这时由于阻抗的分压作用使得U下降所以与上面相似；区别是：阻抗分压与电流大小有关，这时定子电压是变化的（1）U1下降（2）串电阻TSKJ第二节三相异步电动机的运行特性Snn1Sm0TUN12降U串R1s或X1sTSKJ第二节三相异步电动机的运行特性3）改变电源频率当改变f时，n1变化但由于X1，X20都变化不能只改变f，一般使U/f＝常数，这时n1∝f，sm∝1/f，Tst∝1/f，Temax不变,f↓n1↓sm↑Tst↑,Temax不变。TSKJ第二节三相异步电动机的运行特性TSKJSnn1SmTst0TmaxTTLabcff1f2第二节三相异步电动机的运行特性4）转子串电阻：只有线绕式的转子能实现，这时Temax不变，sm↓TSKJSnn1SmSmr0TmaxTR2R2+R2r第三节三相异步电动机的起动一、起动性能

起动过程：异步电动机接通三相电源后开始起动，转速逐渐增高，一直到达稳定转速为止的过程。

异步电动机的起动性能：起动电流Ist、起动转矩Tst。

电动机刚开始起动时，转差率s=1，旋转磁场以最大的相对转速切割转子绕组，此时转子的感应电动势最大，转子电流最大，而定子绕组中便跟着出现很大的起动电流Ist，约为额定电流I1N的4～7倍。TSKJ第三节三相异步电动机的起动对于三相异步电动机启动时，应保证:1、有足够大的启动转矩，Tst≥TL能够正常启动2、启动电流不会对电网造成大的冲击---使电压下降过多（影响其它电机工作），一般希望电流越小越好（在能启动的情况下）。另外：满足启动过程平滑、安全简单、节能等，实际上，当电动机在启动工作初期，由于n＝0转子绕组切割磁力线的速度n１-n=n１。转子感生电动势E２大，启动电流也大，达5～7倍。这时Cosφ不大，所以Tst

不大。TSKJ第三节三相异步电动机的起动二、笼型异步电动机的起动1、直接启动（全压启动）启动时，电动机直接添加电网电压（见教材图3-14），这时启动电流比较大所以不是所有的电机都可能这样使用。TSKJ第三节三相异步电动机的起动2、减压起动在起动时利用起动设备，使加在电动机定子绕组上的电压U1降低，此时磁通Φ随U1正比减小，转子电动势E2、转子起动电流I2st和定子电路起动电流I1st也随之减小。

由于Tst∝U1２，所以在减压起动时，起动转矩Tst也大大降低。TSKJ第三节三相异步电动机的起动1）定子电路串接电阻起动（能耗较大，适用于较小容量电机）起动电路如图3-15所示。起动时，先合上电源开关S1，此时起动电流在电阻R上产生电压降，故加到电动机两端的电压减小，使起动电流减小。待转速升高后，再合上开关S2，把电阻R短接，使电动机在额定电压下工作。由人为特性可知，当串电阻时，起动力矩下降很快（平方关系）特点：1）适用于空载启动（轻载）2）电阻耗能（电抗器太贵，体积大）

TSKJ第三节三相异步电动机的起动TSKJ笼型异步电动机定子串接电抗器起动电路第三节三相异步电动机的起动2）Y－Δ启动电动机在正常运转时作三角形联结，则起动时先把它改接成星型，使在绕组上的电压降低到额定值的，因而减小。待电动机转速升高后，再通过开关把它改接成三角形，使它在额定电压下运转。利用这种方法起动时，起动转矩只有直接起动的。TSKJ第三节三相异步电动机的起动笼型异步电动机Y－Δ起动电路TSKJ第三节三相异步电动机的起动特点：1、启动电流小，所需设备简单2、力矩小，适于空载启动（轻载）3、电机额定电压必须是380V形接法4、有专门的Y－△启动TSKJ第三节三相异步电动机的起动3）自耦变压器降压启动如教材图3-17所示，将开关S放在起动位置；使电动机的定子绕组接到自耦变压器的二次侧。此时加在定子绕组上的电压小于电网电压，从而减小了起动电流。等到电动机的转速升高后，再把开关S从起动位置迅速扳到运行位置。电动机便直接和电网相接，而自耦变压器则与电网断开。TSKJ第三节三相异步电动机的起动特点：（1）在相同的启动转矩下，从电网吸取的电流减小，即T相同时，I下降（2）自耦变压器副边有多个抽头，所以启动电压可选（3）启动设备多且体积大，成本比较高（4）不适于频繁启动（过电流工作）（5）有一定的启动转矩（适用轻载）（6）用在不能Y－Δ启动的场合，（Y形接法工作的电机）TSKJ第三节三相异步电动机的起动三、绕线式异步电动机的启动方法绕线电机由于转子绕组可在启动时串联电阻改善特性所以有比较大的启动转矩和比较小的启动电流。对于重载和频繁起动的生产机械，三相鼠笼式异步电动机难以满足要求时，才选用三相绕线式异步电动机。因为，绕线式异步电动机与鼠笼式异步电动机相比较，结构较复杂，控制维护较困难，制造成本较高，价格较贵。（一）逐级切除启动电阻法1.转子串电阻分级起动TSKJ第三节三相异步电动机的起动1）接线原理图TSKJ第三节三相异步电动机的起动由人为特性我们知道：R2改变时，Temax＝C，Sm改变。由于（Cosφ2改变）Tst改变，所以：R2↑，Tst↑特点：（1）与直流电机启动类似：用接触器切换；（2）由于启动时，R2比较大，所以转子功率因数Cosφ2↑，有较大的启动转矩；（3）适于带载启动。TSKJ第三节三相异步电动机的起动2.转子串频敏变阻器起动频敏变阻器是一个三相铁芯线圈，它的铁芯由实芯铁板或钢板叠成，板的厚度为30－50mm时，称为板式铁芯结构；它的铁芯由厚壁钢板制成的铁芯发和上下层厚钢板制成的铁轭组成时，称为发式铁芯结构。转子串接频敏变阻器起动的三相绕线式异步电动机接线原理图如下图所示。起动开始，开关K断开，电动机转子串入频敏变阻器起动。电机转速达到稳定值后，开关K接通，切除频敏变阻器，电动机进入正常运行。

TSKJ第三节三相异步电动机的起动TSKJ第三节三相异步电动机的起动工作过程：1）当启动时：n＝0转子电流频率f2=f1较高，所以感应电势E高，同时铁损（涡流发热产生）大相当于电阻R损大2）当n↑后S↓f2=Sf1↓所以E↓R损↓3）当n=nN后f2很小E≈0R损≈0，可用开关短路（离心）。所以称实心电抗器为频敏电阻特点：1）用人工切换电阻（自动启动）2）调节电阻变化启动过程平滑3）于电抗器的电感性质，使启动时功率因数Cosφ2略有下降TSKJ第四节三相异步电动机的调速、反转和制动一、异步电动机的调速由转差率可知，电动机转速与同步转速之间的关系为因此，可以通过改变电源频率、转差率和磁极对数等方法来调速异步电动机的转速。TSKJ第四节三相异步电动机的调速、反转和制动1.改变电源频率

采用变频设备、变频技术进行调速。2.改变转差率改变转子绕组的电阻，在绕线转子异步电动机的转子电路中，接入一个调速变阻器进行调速。3.改变定子绕组的磁极对数TSKJ第四节三相异步电动机的调速、反转和制动二、异步电动机的反转本章第一节（P45）中所述，异步电动机转子的旋转方向是同旋转磁场的方向一致的。因此，只要把接到电动机上的三根电源线中的任意两根对调，即可实现电动机反转。TSKJ第四节三相异步电动机的调速、反转和制动三、异步电动机的制动1、反接制动停车时，将电动机接电源的意两相反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，以达制动的目的（图3-20）。注意：反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。即切割磁力线的速度很大，造成I2增加，引起I1变大。为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。当电动机转速接近于零时，应立即切断电源，以免电动机反向旋转。

TSKJ第四节三相异步电动机的调速、反转和制动2、能耗制动如图3-21所示，当制动时，扳下开关S，使电动机定子绕组脱离三相电源，接通直流电。这种制动方法是将电动机轴上的旋转动能转变为电能，消耗在制动电阻上，故称为能耗制动。TSKJ第六节单相异步电动机

采用单相交流电源供电的电动机称为单相电动机。根据运行原理不同，分为电容分相单相异步电动机、电阻分相单相异步电动机与单相罩极式电动机。TSKJ第六节单相异步电动机一、电容分相单相异步电动机电容分相单相异步电动机在结构上与三相笼型异步电动机基本相同，定子绕组有所不同，它是由两套绕组组成的，一套是工作绕组U1U2（或称主绕组），一套是起动绕组Z1Z2（或称辅助绕组），这两套绕组在空间位置上相差90。（如图3-27）。TSKJ第六节单相异步电动机接