《三相异步电动机》课件

《三相异步电动机》返回

异步电动机由定子和转子两部分组成。一、定子

定子是异步电动机固定不动的部分。由机座、定子铁心、定子三相绕组组成。定子铁心安装在机座内，由硅钢片叠成。定子三相绕组嵌在定子铁心的槽内，三相绕组的始端和末端分别接到电动机出线盒的接线柱上，这样可以根据需要将三相绕组Y联结或△联结，使电动机使用于两种不同的工作电压。返回

异步电动机由定子和转子两部分组成。一、定子定子铁心及绕组（照片）YBZXAC定子铁心定子绕组（三相）机座返回定子接线端的联结CABZXYY联结△联结二、转子返回鼠笼转子（照片）YBZXAC鼠笼转子转子返回一、旋转磁场1.旋转磁场的产生

定子三相绕组对称，且空间上互差120°，接成Y形。ABCXYZABCYZXiAiCiB返回iA=Imsinωt

iB=Imsin(ωt－120°)

iC=Imsin

(ωt

-240°)对称三相电流ωtiiAiBiC波形如图

规定电流正方向由首端流向末端，实际流入时用

表示，实际流出时用⊙表示。返回ωtiiAiBiC0120°240°60°A⊙

⊙BCYXZN

SA○

○⊙BCYXZN

S

⊙A⊙

⊙BCYXZN

S180°A⊙

⊙BCYXZN

Sωt=0°iA=0iB<0iC>0A⊙

⊙BCYXZ

S

Nn1对称三相绕组，送入对称三相电流，一定产生旋转磁场。ωt=60°iA>0iB<0iC=0ωt=120°iA>0iB=0iC<0ωt=180°iA=0iB>0iC<0ωt=240°iA<0iB>0iC=0返回2.旋转磁场的转向

旋转磁场的旋转方向与三相电流的相序一致。

改变电流相序，可改变旋转磁场的方向。改变电机的旋转方向：换接其中两相。返回3、旋转磁场的转速○○○

定子每相一个线圈，旋转磁场为二极。旋转磁场的磁极对数

p=1

电流变化一周，磁场也旋转一周。磁场的转速n1=60f1(r/min)

○○○

定子每相二个线圈，旋转磁场为四极。旋转磁场的磁极对数

p=2

电流变化一周，磁场也旋转0.5周。磁场的转速n1=60f1/2(r/min)

返回

改变定子绕组的接线方式，可以改变异步电动机的极数。

旋转磁场的转速n1与电动机的极数p成反比，与交流电的频率f1

成正比。

p12345n1(r/min)

300015001000750600二、转动原理nn1

F⊙Fn1=0,磁场静止，转子没有感应电流，导体静止。n1≠0，磁场顺时针旋转。

异步电动机要转动起来，要有旋转的磁场，同时转子电路必须闭合。

改变磁场旋转方向可使电动机反转。

转子产生感应电流，在磁场的作用下产生电磁转矩，使转子转动起来，方向与磁场方向一致。SN对称三相电源定子对称三相绕组旋转磁场转子旋转n1n返回返回三、转差率

异步电动机的转动原理是建立在电磁感应的基础上的，所以电动机的转速n与旋转磁场的转速n1（又叫做同步转速）不能相等。即n≠n1（n<n1

）其相差的程度用转差率S

来表示。转差率S

是异步电动机重要的参数之一。

SN≈0.02～0.06异步电动机刚起动的瞬间，n=0,S=1返回例、某三相异步电动机额定转速nN=980r/min，接在f

1=50Hz的电源上运行。试求在额定状态下,定子旋转磁场速度n1、磁极对数p、额定转差率S。

解：

∵一般额定转差率为0.02～0.06∴nN≈n1返回一、转矩平衡关系

三相异步电动机在拖动生产机械工作时，旋转磁场与转子电流相互作用产生的转矩称为电磁转矩T，它是一个驱动转矩。作用在电动机轴上的各种机械转矩称为负载转矩TL，它是一个阻碍转矩。当电动机稳定运行时，驱动转矩等于阻碍转矩。即：T=TL

（转矩平衡方程）若T<TL

电动机减速若T>TL

电动机加速返回二、电磁转矩

三相异步电动机的电磁转矩是由旋转磁场与转子电流相互作用产生的。因此电磁转矩与旋转磁场的每级主磁通Φ、转子电流I2有关。即：

T∝ΦI2

转子电流I2由转子电动势E2产生。İ2、Ė2之间的相位差角为φ2，cosφ2是转子功率因数。所以，电磁转矩T与Φ和转子电流I2的有功分量I2cosφ2成正比。即：

T=KTΦm

I2cosφ2

KT是决定于电动机的常数。返回二、电磁转矩T=KTΦ

I2cosφ2电磁转矩T和定子绕组上相电压U12成正比返回1.定子电路

三相电动机的电磁关系与变压器相类似，定子相当与变压器原边，转子相当于副边。以一相为例：定子每相绕组磁通Φ=Φmsinωte1=-

N1dΦ/dt忽略uZ、eσ1，则

u1≈－e1U1≈E1=4.44f1N1Φm

f1=pn1/60u1i1i2e2e1f1f2返回2.转子电路e2=-

N2dΦ/dtE2=4.44f2N2Φmf2=p（n1-n）/60E2、

f2为转子电动势和转子电流的频率，因为旋转磁场与定子间的相对转速为n1，定子与转子间的相对转速为n。则有：=S·f1电动机起动瞬间n=0，S=1f2=f20=pn1/60=f1E20=4.44f1N2ΦmE2=4.44S

f1N2ΦmE2=SE20返回转子电路呈感性Z2=R2+X2式中漏磁感抗X2=2πf2LS2=2πSf1LS2S=1,X20=2πf1LS2X2=SX20转子电流转子功率因数返回

转子电路的各物理量都与转差率有关，即与转子的转速有关。I2、cosφ2与S

的关系如曲线所示I2cosφ211Scosφ2起动时，S=1，n=0起动时，I2很大,cosφ2很低I2n↓→S↑→I2↑返回T=KTΦ

I2cosφ23.转矩公式返回

当U1、f不变,把T=f(S)曲线称为转矩特性曲线。如图：S

较小，0<

S<Sm，

S↑T↑S

较大，Sm<S<1，

S↑T↓将Tmax对应的Sm称为临界转差率.三、自然机械特性1.转矩特性TTmax1SSmTstTLTNCBND返回异步电动机的电磁转矩与定子相电压U12成正比。当电源电压有所变动时，对电磁转矩影响很大。T

Tmax1SSm

Tmax′U1U1′U1

>U1′T∝U

2

Sm与U1无关U1↓→T↓→n↓→S↑→I2↑→I1↑

电压不足，会造成电流增大，电机发热。0<

S<Sm电动机运行稳定，Sm<S<1电动机运行不稳定。返回临界转差率Sm与R2成正比。最大转矩Tmax与R2无关。R2′<R2″T

Tmax1SSm′R2′R2″Sm″2.机械特性

在电源电压U1、f不变时，电动机的转速n和电磁转矩T

间的关系称为电动机的机械特性。返回n=f(T)机械特性曲线可由转矩特性曲线得来：2.机械特性

在电源电压U1、f不变时，电动机的转速n和电磁转矩T

间的关系称为电动机的机械特性。TTmax1SSmTstTLTNCBNDTstTNnNnTmax

Tn1ABCnmDNTL返回0<n<nm(BC段）：为不稳定工作区.C点启动：Tst>TL(负载转矩)，电机启动转速n

，转矩T

B点：转矩达最大Tm

TstTNnNnTmax

Tn1ABCnmDNTL返回n>nm(AB段）：为稳定工作区（S

较小），具有硬特性，即电动机具有自动适应负载能力。D点：T=TL，转速n不再上升，稳定运行若TL

，暂时T<TL,nsI2TT=TL

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。若TL

，暂时T>TL,n

s

I2

T

T=TLTstTNnNnTmax

Tn1ABCnmDNTL返回异步电动机T－n曲线上对应着三个特定转矩：额定转矩TN：在额定电压下，当电动机的输出功率等于额定功率PN时的转矩称为额定转矩。对应的转速称为额定转速nN。最大转矩Tmax：电动机转矩的最大值。kWr/minN·m当负载转矩TL>Tmax时，电动机将发生闷车停转。定子电流急剧升高，电动机过热导致烧毁。称最大转矩与额定转矩的比值λm为过载系数。返回一般，过载系数λm为1.8～2.2。λm也表示短时允许过载能力。起动转矩Tst：电动机刚起动n=0，S=1时的转矩。起动能力λS=一般Tst=(1～2.2)TN。

体现了电动机带载起动的能力。若电机能起动，否则将起动不了。返回Tst″TnTst′U1′<U1″U1′U1″Tst″TnTst′R2′<R2″R2′R2″Tst∝U

2U↓，Tst↓U↓，Tmax↓R2↓，Tst↓R2↓，Tmax不变四、人工机械特性例1、一台三相异步电动机,电源电压U1=220V,f1=50Hz，额定转速nN=1425r/min，转子电路的电阻R2=0.03Ω，感抗X20=0.09Ω，磁极对数p=2，E1/E20=11。求:(1)电动机起动瞬间的E20，f20，I20，cosφ20，(2)转子达到额定转速nN时的E2，f2，I2，cosφ2。

U1≈E1=220VE20=E1/11=20V起动瞬间f20=f1=50HZ返回解：转子转速为nNn1=

60

f1/p=1500r/minSN=(n1－nN)/nN=0.05E2=SE20=1Vf2=Sf20=2.5HzX2=SX20=0.0045Ω返回

例2、一台异步电动机，额定转矩TN=65.9N·m，额定转速nN=1450r/min，起动能力为1.4，过载系数为2.0，求Tmax、Tst、

PN。解：

λS=Tst=1.4×65.9=92.9N·m返回一、起动

三相异步电动机接通电源后从静止状态过渡到稳定运转状态的过程叫起动。1.起动性能要求

有足够大的起动转矩

,否则电动机不能起动

Tst>TL

满足起动转矩的前提下，起动电流Ist越小越好

一般Ist=(5～7)IN，由于起动时间短，电机不会因发热而烧毁，但过大的电流会造成电网电压降落增大，影响其它设备正常工作。返回2.起动方法

全压起动（直接起动）全压起动简单、经济、但Ist较大。适用于PN≤10kW的中小型电动机，或者电动机功率小于变压器容量的20%，同时电网电压下降不超过5%。

降压起动降压起动即起动时降低加在定子绕组上的电压，当电动机转速接近额定值时，再将定子绕组上的电压恢复到额定值。由于加到定子绕组上的电压U1下降，所以起动电流下降，同时起动转矩也下降。因此降压起动适用于轻载或空载起动。返回常用的降压起动方法：

Y－△换接起动

这种方法只适用于正常运转时△形连接的电动机。当S2接起动端时，定子三相绕组Y接。起动电流（线电流）IstY=UP/z

当S2接运行端时，定子三相绕组△接。起动电流（线电流）Ist△=△形运行Y形起动C2C1B2B1A2A1QQIstY/

Ist△=1/3△起动电流是Y起动电流的三倍。利用Y－△换接起动时，电源供给电流可下降三倍。又因为所以TstY/

Tst△=1/3△接起动定子绕组相电压是Y接起动的倍。利用Y－△换接起动时，起动转矩下降三倍。返回例、一台三相异步电动机，额定功率为30kW，额定转速为1470r/min，△连接，在额定负载下运行线电流为57.5A，Tst/TN=1.2，Ist/IN=7，试求：(1)用Y－△换接起动时的起动转矩和起动电流；(2)当负载转矩为额定转矩的60%和25%时，用Y－△换接起动是否可以？

起动电流Ist=7IN=7×57.5A=402.5AY－△换接起动时TstY=Tst△/3=1.2×194.9÷3N·m=77.96N·mIstY

=Ist△/3=402.5÷3A=134.17ATN=9550×30÷1470N·m=194.9N·m

TL=0.6TN=0.6×194.9N·m=116.94N·m

TL>TstY

不可以

TL=0.25TN=0.25×194.9N·m=48.725N·m

TL<TstY

可以解：返回

自耦变压器降压起动

这种方法适用于容量较大或不能采用Y－△起动的三相鼠笼式异步电动机。降压起动全压运行Q2接起动端时，定子三相绕组接至自耦变压器的副边，电压低于电源电压。

Q2接运行端时，定子三相绕组接至电源电压。返回QQ·M3～ABCU2U1Ist′IstT自耦变压器U1/U2=K>1

降压起动电流

Ist′=U2/z=Ist/K直接起动电流Ist=U1/z降压起动从电网吸收的电流

IstT=Ist′／K

=Ist/

K

2TstT=Tst/

K

2

自耦变压器降压起动的起动电流与起动转矩都是直接起动的1/K

2倍。返回

定子电路串电阻降压起动

起动时定子串联电阻，当电动机的转速接近额定转速时，再将串入电阻去除。此种方法的缺点是起动时电阻上消耗较大的功率。这种方法适用正常运行的Y或△连接的三相异步电动机。

绕线式异步电动机的起动

绕线式异步电动机的起动常用转子串电阻或串频敏变阻器两种方法。

转子串电阻起动是在转子电路中串入电阻Rst，起动后，随着转速上升逐渐减小Rst，最终将Rst全部短路。返回起动瞬间n=0，S=1R2↑→I2↓→Ist↓Tst″TnTst′R2R2+RstR2↑→Tst↑

绕线式异步电动机的转子串电阻起动，不仅限制起动电流，同时增大起动转矩。因此，绕线式异步电动机比鼠笼式异步电动机的起动性