电机与电气控制技术 课件 项目2 交流电机的应用与维护

2025认识三相交流电机作用及结构目录01020304一、任务布置二、知识准备三、任务实施四、任务考评一、任务布置Part011.能够说出三相交流电机的作用、结构及工作原理。2.能够正确解读三相异步电动机的铭牌。3.完成三相异步电动机的拆卸与装配掌握三相异步电动机调试方法0201任务目标01按规范流程操作，记录关键步骤02识别电机主要部件并说明功能03调试后确保电机空载运行正常任务要求作业前必须执行断电闭锁程序工具规范使用，严禁代用或超限使用工装设备，所有金属构件须可靠接地，切实保障人员与设备安全。安全须知二、知识准备Part02一、电机分类异步电机同步电机异步发电机异步电动机三相异步电动机三相异步电动机具有结构简单、制造方便、价格低廉、运行可靠等一系列优点；还具有较高的运行效率和较好的工作特性、从空载到满载范围内接近恒速运行，能满足各行各业大多数生产机械的传动要求。异步电动机还便于派生成各种专用、特殊要求的形式，以适应不同生产条件的需要。交流旋转电机转子转速与磁场转速相等转子转速与磁场转速不相等与直流电机的静止磁场不同，都是旋转的磁场。单相异步电动机用于家用电器和医疗仪器中用于风力发电机等特殊场合在各种电动机中应用最广、需要量最大。工业生产、农业机械化、交通运输、国防工业等电力拖动装置中，有90%采用三相异步电动机。二、三相交流电机结构原理前端盖机座接线盒盖转子导条风扇定子绕组封闭式笼型异步电动机零部件图风罩三相绕线转子异步电动机三、三相异步电动机的运行原理

三相交流电机的旋转磁场是在三相对称绕组中通以三相对称电流而产生的。为了简化分析，可以用轴线互差120°电角度的三个线圈来代表，线圈的首端分别为U1、V1、W1，尾端分别为U2、V2、W2规定电流为正时，电流从线圈的首端流入（“×”表示），从线圈的尾端流出（“

”表示）；电流为负值时则方向相反，即尾入首出。三、三相异步电动机的基本运行原理一、交流电机的旋转磁场两极旋转场示意图三、三相异步电动机的基本运行原理

结论：三相基波合成磁场具有如下特点：性质：三相基波合成磁场其轴线在空间是旋转的，故称旋转磁场。转向：当某相电流达到最大值时，合成磁场的矢量就转到该相轴方向，磁场转向由电流相序决定。若要改变旋转磁场的转向，将三相电源进线中的任意两相对调即可。转速：

又称：同步转速因从前图可知电流在时间上变化了ωt＝360°电角度时，即一周期，在两极(p=1)的情况下，旋转磁场在空间也转过360°电角度，转过的机械角也是360°，即在空间正好转过一圈。电流每秒变化f周期，则旋转磁场的转速n1=f(r/s)=60f(r/min)。当(p=2）时，n1=60f/2(r/min)；p对极时，n1=60f/p(r/min)三、三相异步电动机的基本运行原理设起动时旋转磁场方向如图为顺时针，磁场转速n1转子导体静止，与旋转磁场之间存在着相对运动，根据右手定则,转子绕组内电动势和电流方向如图：上出下进根据左手定则，载流转子导体受力，形成电磁转矩T，方向如图，驱动转子顺时针旋转。转动原理转子转速n总是小于旋转磁场的转速n1。所以称为异步电动机

三、三相异步电动机的基本运行原理转差率

对普通的三相异步电动机，为了使额定运行时的效率较高，通常设计成使它的额定转速略低于但很接近于对应的同步速，所以额定转差率sN一般为1.5%～5%。n=n1(1－s)

转差率s是异步电机运行的重要参数。电动状态的转差率s的范围是：0～1。其中s=0，是理想空载状态；s=1，是起动瞬间。三、三相异步电动机的基本运行原理例4-1某台三相异步电动机的额定转速nN=720r/min,试求该机的极对数和额定转差率；另一台4极三相异步电动机的额定转差率sN=0.05，试求该机的额定转速。

因异步电动机额定转速nN略低于但很接近于对应的同步速，因此选择750r/min的同步速对nN=720r/min的电动机其极对数为对4极sN=0.05的电动机：额定转差率额定转速

nN=n1(1－s)=1500×(1－0.05)r/min=1425r/min

解四、三相异步电机铭牌数据

每一台三相异步电动机，在其机座上都有一块铭牌，铭牌上标注有型号、额定值等等三相异步电动机型号YE3-160M-4标准GB/T28575-2012额定功率11kW额定电流21.5A额定电压380V额定转速1465r/min频率

50Hz功率因素0.85接法

Δ防护等级IP55绝缘等级F能效等级2工作制

S1产品编号××××kg××年××月××电机厂四、三相异步电机铭牌数据(1)额定功率PN

(2)额定电压UN额定运行时，轴上输出的机械功率（kW）额定运行状态时，定子绕组应加的线电压（V）(3)额定电流IN

电动机在额定电压下运行,轴上输出额定功率，流入定子绕组的线电流（A）。

额定值规定了电动机正常运行状态和条件，它是选用、安装和维修电动机时的依据。异步电动机的铭牌上标注的主要额定值有:四、三相异步电机铭牌数据(4)额定频率fN

(5)

额定转速nN电动机所接的交流电源的频率。我国电力网的频率(工频)规定为50Hz。电动机在额定电压、额定频率和轴上输出额定功率时的转子转速(r/min)。四、三相异步电机铭牌数据YE3-160M-4

产品代号超高效率异步电动机中心高160mm

中机座

4极

英文字母汉语拼音+英文字母+数字

异步电动机型号的表示方法，与其它电动机类似：一般采用汉语拼音的大写字母和阿拉伯数字组成，目前还有加上英文字母的，可以表示电动机的种类、规格和用途等中心高越大，电动机容量越大，因此异步电动机按容量大小分类与中心高有关：中心高63～355mm为小型，355～630mm为中型，630mm以上为大型；在同样的中心高下，机座长，则容量大。S、M、L分别表示短、中、长机座注：E是英语单词效率的第一个字母，YE3是Y3基础上发展起来的。四、三相异步电机铭牌数据YR-160S2-4WF

中心高160mm

短机座2号(长)铁心

4极

户外、化工防腐

异步电动机、绕线转子

铭牌除了型号和额定值外，还标明绕组的联结法、绝缘等级及工作制等。对于绕线转子异步电动机，还标明转子绕组的额定电压(指定子加额定频率的额定电压而转子绕组开路时集电环间的电压)和转子的额定电流，以作为配用起动变阻器等的依据。三、任务实施Part03步骤1：拆卸流程①切断电源,卸下皮带;②拆去接线盒内的电源接线和接地线;③卸下底脚螺母、弹簧垫圈和平垫片;④卸下皮带轮;图2-17三相异步电机拆装步骤图步骤1：拆卸流程⑤拆除风扇罩⑥拆除风扇叶步骤1：拆卸流程⑦拆卸右端盖⑧拆卸左端盖步骤1：拆卸流程⑨抽出转子⑩小型电动机实物拆装分解全图轴承加注润滑脂定子与转子间隙均匀（≤0.5mm）按原接线方式恢复绕组步骤2：装配要点万用表检测绕组通断兆欧表测量绝缘电阻（≥0.5MΩ）空载试运行（观察振动与噪音）步骤3：调试方法四、任务考评Part04操作规范：工具使用、安全规范（20分）装配质量：部件完整性、间隙达标（30分）团队协作：分工明确、记录完整（10分）调试结果：绝缘合格、空载正常（40分）评分标准（满分100分）装配后转子卡滞：检查轴承安装同心度01.电机发热异常：检测绕组是否短路02.问题反馈2025谢谢大家2025任务2.2三相交流电机工作特性及机械特性分析目录CATALOGUE布置任务02任务实施04课程目标01知识准备03任务考评05总结与思考06课程目标Part0101掌握工作特性三相异步电机工作特性涵盖电流、功率因数、效率、转差率随输出功率变化规律，是电机性能关键体现。通过实验测试与数据分析，学生能精准绘制工作特性曲线，直观呈现电机在不同负载下的性能表现。02掌握机械特性机械特性由转矩-转速关系曲线反映，硬特性转速变化小，软特性变化大，决定电机带载能力与稳定性。学生需理解起动、最大、额定转矩等关键点，分析其对电机启动、过载能力及运行稳定性的影响。03理解性能关联性电机性能与负载变化紧密关联，负载增加时，电流上升、功率因数提高、效率先增后降、转差率增大。理解此关联性有助于合理选型电机，确保其在不同工况下高效稳定运行，延长使用寿命。知识与技能目标布置任务Part02实验分组与要求两人一组合作完成实验，培养团队协作能力，明确分工，确保实验顺利进行。实验要求严格，需测量不同负载状态下的多项参数，计算关键指标，绘制特性曲线，任务明确且具挑战性。010203空载时测量电压、电流、转速，额定负载及过载时逐步记录数据，为后续分析提供全面准确的基础数据。测量数据需精确，确保计算结果和曲线绘制的准确性，反映电机真实性能。实验参数测量根据测量数据，计算转差率、效率等参数，运用Excel等工具绘制工作特性曲线和机械特性曲线。曲线绘制需规范，清晰呈现电机性能变化趋势，便于分析电机性能与负载的关系。参数计算与曲线绘制任务内容电机选用0.5kW三相异步电机，搭配测功机，满足实验负载要求，可准确测量电机输出功率和转矩。电机性能稳定，测功机精度高，确保实验数据可靠，为特性分析提供有力支撑。测量仪器变频器调节电机转速，扭矩传感器精确测量转矩，数字万用表和功率分析仪测量电压、电流、功率等参数。仪器精度高、功能全，满足实验各项测量需求，保障数据采集的准确性和完整性。数据处理工具数据记录表规范记录实验数据，Excel或Origin用于数据处理和曲线绘制，工具易用且功能强大。通过数据处理和可视化，直观呈现电机性能，便于学生分析和理解实验结果。010203实验设备知识准备Part03一、三相交流电机工作特性空载时P2=0，I2

0，I1=I0，随着P2↑→n↓→I2

↑→I1↑P2=0时，nn’0，P2↑→n↓，转速特性是一条稍微下降的曲线1.n=f（P2）2.I1=f（P2）异步电动机的工作特性曲线3.

T

=f（P2）空载时P2=0，T=T0；随着P2↑,T2成正比↑。考虑到P2↑，n稍有↓，故T2=f(P2)随着P2↑略向上偏离直线。则T=f(P2)在T2=f(P2)上平移T0一、三相交流电机工作特性空载P2=0,η=0，P2↑→η↑电流开始↑，可变损耗上升较慢，直到当可变损耗等于不变损耗时，η最高。若负载再增大,铜耗增加很快,η反而下降

。5.η

=f（P2）注意：选用电动机时应使电动机容量与负载相匹配。如果选得过小，电动机运行时过载。其温升过高影响寿命甚至损坏电机。选得太大，将出现“大马拉小车”的现象。异步电动机的工作特性曲线4.cosφ1==f（P2）

空载时P2=0，I1=I0，用于建立旋转磁场，cos

1<0.2很低,P2↑→I2的有功分量↑→

I1的有功分量也↑→

cos

1↑。接近P2N时，cos

1最高。超过P2N时，s较大，sX2↑→无功分量↑→cos

1趋于下降。

二、三相交流电机固有机械特性

指三相异步电动机工作在UN和fN下，由电动机本身固有的参数所决定的机械特性。在正常工作情况下,与直流他励电动机一样固有机械特性是硬特性。n-T曲线最大转矩点起动点同步点三、三相交流电机人为机械特性

在分析电动机拖动系统的运行时，常利用人为机械来进行分析。由机械特性的参数表达式可知，人为地改变异步电动机的任何一个参数(U1、f1、p、定子回路电阻或电抗、转子回路电阻或电抗等)，都可以得到各不相同的机械特性。这些机械特性统称为：人为机械特性。定性讨论几种人为机械特性的特点。注意：定性画人为机械特性时，只要先定性画出固有机械特性，然后抓住人为机械特性的同步点、最大转矩点、起动点与固有机械特性比较有何变化，最终通过这三个特殊点，定性画出人为机械特性。三、三相交流电机人为机械特性Tmax↓

U12↓降压人为机械特性2）最大转矩点

nm=n1(1－sm)不变

3）起动点Tst↓

U12↓端电压U1↓

，n↓；电动机的起动转矩Tst和过载能力(

’m=T’max/TN)都显著地下降了，这在实际应用中必须注意。1）同步点若U1↓太多，使T’’max<TL，电动机将停转。

1．降低定子端电压的人为机械特性

n1不变三、三相交流电机人为机械特性

２．转子回路串对称电阻的人为机械特性

1）同步点n1不变Tmax大小不变2）最大转矩点↑，nm↓

转子回路串电阻人为机械特性3）起动点Ｒp’↑

，Tst↑绕线转子异步电动机转子回路串电阻，可以改变转速而用于调速，也可以改变起动转矩，从而改善异步电动机的起动性能。当s’m>1后，Tst随Rp↑，反而减小四、三相异步电动机的稳定运行区域三相异步电动机的稳定运行区域最大转矩点到起动点,n=f(T)曲线是上斜的曲线，对恒转矩负载和恒功率负载，不能稳定运行。由电力拖动系统稳定运行的必要和充分条件，下斜的机械特性与恒转矩、恒功率、通风机型负载，都可稳定运行。从理想空载点即同步点到最大转矩点，n=f(T)曲线是下斜特性。不能稳定运行能稳定运行任务实施Part0401020403接线检查确保电机与测功机、传感器正确连接，接线规范，避免短路、断路等故障，保障实验安全。检查接线是否牢固，接触是否良好，确保数据采集的准确性和可靠性。空载测试加载测试数据处理启动电机，记录空载时的电压、电流、转速，为空载特性分析提供基础数据。空载测试可初步判断电机性能，检查电机是否存在异常，为后续加载测试做准备。逐步增加负载至额定值，每增加一定负载记录一组数据，共记录10组，全面反映电机在不同负载下的性能。加载过程中注意观察电机运行状态，确保数据采集的连续性和准确性，避免过载损坏电机。根据记录数据，计算转差率，反映电机转速与同步转速的偏差。计算效率，评估电机能量转换效率，分析其与负载的关系。05曲线绘制使用Excel等工具，根据计算结果绘制工作特性曲线和机械特性曲线，直观呈现电机性能变化。曲线绘制需规范，标注清晰，便于分析电机性能与负载的关联性，为实验总结提供依据。实验步骤任务考评Part05团队协作分工明确，各成员职责清晰，配合流畅，体现团队合作精神和协作能力。在实验过程中相互支持、相互帮助，共同解决问题，反映团队的整体表现和协作效率。安全规范遵守操作规程，确保实验过程安全，避免设备损坏和人员受伤，体现学生安全意识。实验结束后设备完好，实验室整洁，反映学生对实验设备的爱护和对实验环境的维护。实验操作接线规范，确保实验安全；数据记录完整，为后续分析提供准确依据，体现学生实验操作的基本功。操作流程熟练，实验步骤清晰，能高效完成实验任务，反映学生对实验流程的掌握程度。数据分析参