第七章三相異步電動機

1、第七章第七章三相異步電動機三相異步電動機機械工業(yè)出版社機械工業(yè)出版社高職高專高職高?！笆晃迨晃濉睓C電類專業(yè)規(guī)劃教材機電類專業(yè)規(guī)劃教材 7.1 7.1 三相異步電動機的結構和銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動機的結構和銘牌數(shù)據(jù) 7.2 7.2 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理 7.3 7.3 三相異步電動機的電磁轉矩與機械特性三相異步電動機的電磁轉矩與機械特性 7.4 7.4 三相異步電動機的運行三相異步電動機的運行 7.5 7.5 三相異步電動機的選擇三相異步電動機的選擇 7.6 7.6 單相異步電動機單相異步電動機第七章第七章 三相異步電動機三相異步電動機重點重點: : 三相異步電動機

2、的結構和工作原理。三相異步電動機的結構和工作原理。 三相異步電動機的機械特性。三相異步電動機的機械特性。 三相異步電動機的起動、調速和制動的三相異步電動機的起動、調速和制動的基本原理和方法。基本原理和方法。 三相異步電動機的選擇原則。三相異步電動機的選擇原則。 單相異步電動機的工作原理單相異步電動機的工作原理 。難點: 三相異步電動機的工作原理。三相異步電動機的工作原理。 三相異步電動機的機械特性。三相異步電動機的機械特性。 三相異步電動機的起動、調速和制動的三相異步電動機的起動、調速和制動的基本原理和方法。基本原理和方法。 單相異步電動機的工作原理單相異步電動機的工作原理 。7.1 7.1

3、三相異步電動機的結構和銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動機的結構和銘牌數(shù)據(jù)7.1.1 7.1.1 基本結構基本結構 1.1.定子部分定子部分 。圖圖7-2 定子與轉子鐵心定子與轉子鐵心片片1定子鐵心定子鐵心 2轉子鐵轉子鐵心心 3定子槽定子槽 轉子槽轉子槽 轉子繞組轉子繞組3 3）轉軸用以傳遞轉矩及支撐轉子的重量。）轉軸用以傳遞轉矩及支撐轉子的重量。 2.2.轉子部分轉子部分 圖圖7-3 籠型電動機轉籠型電動機轉子子a)銅條鼠籠銅條鼠籠 b) 鑄鋁鑄鋁轉子轉子a)銅條 端環(huán) 圖圖7-4 7-4 繞線轉子異步電動機的構造繞線轉子異步電動機的構造1-1-定子繞組定子繞組 2-2-機座機座 3-3-定子鐵心定子鐵

4、心 4-4-接接線盒線盒 5-5-轉子鐵心轉子鐵心 6-6-轉子繞組轉子繞組 7-7-滑環(huán)滑環(huán)7.1.2 7.1.2 銘牌數(shù)據(jù)銘牌數(shù)據(jù) 1.1.型號型號2.2.電壓電壓 銘牌上的電壓值是指電動機在額定運行時，定子繞組銘牌上的電壓值是指電動機在額定運行時，定子繞組上應加的上應加的線線電壓的數(shù)值。電壓的數(shù)值。3.3.轉速轉速 銘牌轉速指電動機在額定運行時的額定轉速銘牌轉速指電動機在額定運行時的額定轉速.。 4.4.電流電流電動機正常工作時定子繞組的電動機正常工作時定子繞組的線線電流數(shù)值電流數(shù)值 5.5.功率功率 電動機在額定運行時軸上輸電動機在額定運行時軸上輸出出的機械功率的機械功率 6.6.絕緣

5、等級絕緣等級按電動機及繞組所用絕緣材料在使用時的最高容許溫度按電動機及繞組所用絕緣材料在使用時的最高容許溫度來劃分。一般有來劃分。一般有A A（105105）、）、E(120)E(120)、 B(130)B(130)、 F(155)F(155)、 H(180)H(180)。7.7.接法接法星形（），三角形接法（星形（），三角形接法（） 圖圖7-5 7-5 定子繞組的接線方式定子繞組的接線方式a)a)星形接法星形接法 b) b) 三角形接法三角形接法a) b)接 電 源接 電 源7.2 7.2 三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的工作原理 7.2.1 7.2.1 旋轉磁場旋轉磁場1.1.旋轉

6、磁場的產(chǎn)生旋轉磁場的產(chǎn)生 旋轉磁場旋轉磁場: :磁場的軸線位置隨時間而旋轉的磁場。磁場的軸線位置隨時間而旋轉的磁場。 定子鐵心三相繞組在空間互差定子鐵心三相繞組在空間互差120120角角三相繞組組中通入三相對稱電流三相繞組組中通入三相對稱電流 產(chǎn)生旋轉磁場的條件產(chǎn)生旋轉磁場的條件 圖圖7-6 7-6 定子三相繞組（定子三相繞組（P=1P=1） a) a) 嵌放情形嵌放情形 b)b)星形連接星形連接圖圖7-7 7-7 電流波形電流波形規(guī)定規(guī)定: :交流電流瞬時值為正時，交流電流瞬時值為正時，電流從繞組首端流，末端出；電流從繞組首端流，末端出；若交流電瞬時值為負時，若交流電瞬時值為負時，電流從末端

7、入，首端出。電流從末端入，首端出。 圖圖 7-8 7-8 三相電流產(chǎn)生的旋轉磁場（三相電流產(chǎn)生的旋轉磁場（P=1P=1） a)0 b)60a)0 b)60 c)120 c)120 d)180d)180 2. 2. 旋轉磁場的轉向旋轉磁場的轉向 任意調換電動機三相繞組中任意兩根導線連接電源，任意調換電動機三相繞組中任意兩根導線連接電源，則旋轉磁場就反向。則旋轉磁場就反向。 3.3.旋轉磁場的轉速旋轉磁場的轉速 旋轉磁場的轉速取決于電流的頻率和磁場的磁極對數(shù)。旋轉磁場的轉速取決于電流的頻率和磁場的磁極對數(shù)。 1060 fnP 7.2.2 7.2.2 三相異步電動機的轉動原理三相異步電動機的轉動原理

8、1.1.轉動原理轉動原理 轉子轉動原理圖轉子轉動原理圖旋轉磁場旋轉磁場以以n n轉速轉動轉速轉動 轉子導體轉子導體靜止靜止轉子導體產(chǎn)生感應電動勢轉子導體產(chǎn)生感應電動勢轉子導體構成閉合回路轉子導體構成閉合回路 轉子導體產(chǎn)生感應電流轉子導體產(chǎn)生感應電流轉子帶電導體在定子磁場中受力轉子帶電導體在定子磁場中受力轉子就順著旋轉磁場的轉子就順著旋轉磁場的方向轉動起來方向轉動起來 2.2.轉差率轉差率 00nnsn異步電動機額定轉差率在異步電動機額定轉差率在1%1%6%6%之間之間 。Nn150f 有一臺有一臺Y112MY112M4 4電動機，額定轉速電動機，額定轉速，交流電源頻率交流電源頻率 H HZ Z

9、，求額定轉差率，求額定轉差率。=1440r/min解：解： 10601500 /minfnrp001500 14400.044%1500Nnnsn例例7.17.1 7.3 7.3 三相異步電動機的電磁轉矩與機械特性三相異步電動機的電磁轉矩與機械特性7.3.1 7.3.1 旋轉磁場對定子繞組的作用旋轉磁場對定子繞組的作用定子繞組切割旋轉磁場產(chǎn)生的感應電動勢定子繞組切割旋轉磁場產(chǎn)生的感應電動勢 1114.44pwE=fNk因定子繞組本身的阻抗壓降比電源電壓要小得多因定子繞組本身的阻抗壓降比電源電壓要小得多 故有：故有：111 114.44mUEK f N7.3.2 7.3.2 旋轉磁場對轉子的作用

10、旋轉磁場對轉子的作用1.1.轉子電路中的頻率轉子電路中的頻率 000210()6060p nnnnpnfsfn 2.2.轉子繞組感應電動勢轉子繞組感應電動勢E E2 2的大小的大小222222214.444.44mmEK f N fK N Sf202214.44mEK N f當轉子不動時，轉子的感應電動勢最大。當轉子不動時，轉子的感應電動勢最大。3.3.轉子的感抗和阻抗轉子的感抗和阻抗 2221222xf Lsf L2222222220zRxRsx 4.4.轉子電路的電流和功率因數(shù)轉子電路的電流和功率因數(shù)2022222220sEEIzRsx222222220cosRRzRsx22122220s

11、R UTKRsx7.3.3 7.3.3 三相異步電動機的電磁轉矩三相異步電動機的電磁轉矩電磁轉矩與定子每相電壓的平方成正比電磁轉矩與定子每相電壓的平方成正比 ?？梢娍梢?7.3.4 7.3.4 異步電動機的機械特性異步電動機的機械特性 當電源電壓當電源電壓U U1 1和電阻和電阻R R2 2為定值時為定值時, , 曲線。曲線。異步電動機的機械特性曲線異步電動機的機械特性曲線: : ( )nf T圖圖7-147-14三相異步電動機的機械特性曲線三相異步電動機的機械特性曲線在機械特性曲線中，在機械特性曲線中，有三個特殊的轉矩，有三個特殊的轉矩，兩個區(qū)域：兩個區(qū)域： 1.1.三個特殊轉矩三個特殊轉矩

12、 （1 1）額定轉矩：）額定轉矩：電動機在額定負載時的負載轉矩電動機在額定負載時的負載轉矩 9550NNNPTnNs 對應的轉差率為額定轉差率對應的轉差率為額定轉差率S SN N 電動機的轉速為額定轉速電動機的轉速為額定轉速n nN N（2 2）最大轉矩）最大轉矩maxT 2max1012TKux220mRsx對應的轉差率為：對應的轉差率為：maxNTT過載系數(shù)為過載系數(shù)為： （3）起動轉矩: : 電動機剛起動（電動機剛起動（n n=0=0，s s=1=1）時的轉矩稱為起動轉矩。）時的轉矩稱為起動轉矩。 22122220stR UTKRx2.2.兩個區(qū)域兩個區(qū)域1 1）穩(wěn)定區(qū)）穩(wěn)定區(qū): :電動

13、機的負載轉矩稍有變化時，電動機電動機的負載轉矩稍有變化時，電動機能夠自動調節(jié)平衡能夠自動調節(jié)平衡. .（見圖（見圖7-147-14中的中的abab段）段）2 2）不穩(wěn)定區(qū)）不穩(wěn)定區(qū)：當電動機負載稍有變化時，電動機：當電動機負載稍有變化時，電動機自身不能調節(jié)平衡。（見圖自身不能調節(jié)平衡。（見圖7-147-14中的中的bcbc段）段） 7.4 7.4 三相異步電動機的運行三相異步電動機的運行三相異步電動機的運行三相異步電動機的運行是指電動機由起動到制動的是指電動機由起動到制動的整段過程。其中包括起動、調速和制動三個環(huán)節(jié)。整段過程。其中包括起動、調速和制動三個環(huán)節(jié)。7.4.17.4.1異步電動機的起

14、動異步電動機的起動 電動機的起動：電動機的起動：電動機從接入電網(wǎng)開始轉動到正常運行電動機從接入電網(wǎng)開始轉動到正常運行為止的這一個過程。為止的這一個過程。對電動機的起動性能要求對電動機的起動性能要求：起動電流小：起動電流小, ,起動轉矩不小。起動轉矩不小。1.1.直接起動直接起動 滿足下列條件之一者可直接起動：滿足下列條件之一者可直接起動： 2 2）電動機在起動瞬間造成的電網(wǎng)電壓降不大于電網(wǎng)電壓）電動機在起動瞬間造成的電網(wǎng)電壓降不大于電網(wǎng)電壓正常值的正常值的10%10%，對于不經(jīng)常起動的電動機可放寬到，對于不經(jīng)常起動的電動機可放寬到15%15%。1 1）容量在）容量在7.5kW7.5kW以下的三

15、相異步電動機可直接起動。以下的三相異步電動機可直接起動。 3 3）也可以用下面經(jīng)驗公式來粗估電動機是否可直接起動。）也可以用下面經(jīng)驗公式來粗估電動機是否可直接起動。+ +變壓器容量（千伏安）變壓器容量（千伏安）/4/4電動機功率（千瓦）電動機功率（千瓦） 34stNII若電動機起動電流倍數(shù)滿足上式即可直接起動。若電動機起動電流倍數(shù)滿足上式即可直接起動。2.2.降壓起動降壓起動 1 1）星）星三角起動三角起動 適用于正常運行時定子繞組為三角形接線的電動機。適用于正常運行時定子繞組為三角形接線的電動機。起動時起動時 Y Y接；運行時接；運行時接。接。起動電流關系起動電流關系: :起動轉矩關系起動轉

16、矩關系: :13lrlII13stYstTT 星星三角降壓起動三角降壓起動多用于多用于空載空載或或輕載輕載起動。起動。2 2）自耦變壓器起動）自耦變壓器起動 自耦變壓器備有抽頭，以便得到不同電壓自耦變壓器備有抽頭，以便得到不同電壓( (例如為例如為電源電壓的電源電壓的73%73%，64%64%，55%)55%)，根據(jù)對起動轉矩的，根據(jù)對起動轉矩的要求選用。要求選用。自耦變壓器起動適用于容量大或正常運行時聯(lián)成星自耦變壓器起動適用于容量大或正常運行時聯(lián)成星形，不能采用星三角起動器的鼠籠三相異步電動機。形，不能采用星三角起動器的鼠籠三相異步電動機。21ststIIk 起動電流減小倍數(shù)：起動電流減小倍

17、數(shù)：21ststTTk 起動轉矩減小的倍數(shù)：起動轉矩減小的倍數(shù)： 7.4.2 7.4.2 三相異步電動機的調速三相異步電動機的調速由異步電動機的轉速公式由異步電動機的轉速公式106011fns nsP可知，異步電動機有下列三種基本可知，異步電動機有下列三種基本調速方法調速方法：一、改變電源的頻率一、改變電源的頻率1f二、改變定子繞組的磁極對數(shù)二、改變定子繞組的磁極對數(shù) 三、改變轉差率三、改變轉差率 圖圖7-187-18變頻調速裝置變頻調速裝置優(yōu)點優(yōu)點：調速范圍較大，平滑性好，可達到無級調速，：調速范圍較大，平滑性好，可達到無級調速， 并且機械特性較硬。并且機械特性較硬。缺點缺點：需要專門的變頻

18、設備，價格較高。：需要專門的變頻設備，價格較高。1.1.變頻調速變頻調速需要專門的變頻裝置，如圖需要專門的變頻裝置，如圖7-187-18所示。所示。 2.2.變極調速變極調速 變極調速只用于籠型電動機變極調速只用于籠型電動機。原理以雙速電動機為例原理以雙速電動機為例, ,如圖如圖7-197-19所示。所示。 圖圖7-19 7-19 變極調速變極調速優(yōu)點：優(yōu)點：經(jīng)濟簡便經(jīng)濟簡便 缺點：調缺點：調速級數(shù)少速級數(shù)少 3.3.變轉差率調速變轉差率調速 適用于繞線式轉子電動機。適用于繞線式轉子電動機。 缺點缺點：調速消耗電能較多，不經(jīng)濟，且機械特性軟。：調速消耗電能較多，不經(jīng)濟，且機械特性軟。 優(yōu)點優(yōu)點

19、：簡單方便。：簡單方便。轉子電路串電阻后，轉子電流以及電磁轉矩轉子電路串電阻后，轉子電流以及電磁轉矩都相應減小。都相應減小。 7.4.3 7.4.3 異步電動機的制動異步電動機的制動制動制動：使異步電動機所產(chǎn)生的電磁轉矩與轉子的轉動：使異步電動機所產(chǎn)生的電磁轉矩與轉子的轉動方向相反，使電動機立刻停車。方向相反，使電動機立刻停車。它所產(chǎn)生的電磁轉矩稱為制動轉矩。它所產(chǎn)生的電磁轉矩稱為制動轉矩。 1.1.能耗制動能耗制動當電動機脫離三相電源當電動機脫離三相電源的同時，在兩相定子繞的同時，在兩相定子繞組間接入一個直流電源，組間接入一個直流電源，如圖如圖7-207-20所示。所示。 圖圖7-20 7-

20、20 能耗制動能耗制動優(yōu)點優(yōu)點: : 制動力較強，制動制動力較強，制動較平穩(wěn)，對電網(wǎng)的較平穩(wěn)，對電網(wǎng)的影響較小影響較小 需要直流電源需要直流電源 缺點缺點: : 2. 2. 反接制動反接制動當電動機停車時，可將接到當電動機停車時，可將接到電源三根導線中的任意兩根電源三根導線中的任意兩根對調對調 。 圖圖7-21 7-21 反接制動反接制動簡單，制動迅速簡單，制動迅速能量消耗大能量消耗大 優(yōu)點優(yōu)點: : 缺點缺點: :注意：注意：在反接制動時，旋轉磁場與轉子的相對轉速（在反接制動時，旋轉磁場與轉子的相對轉速（ ）很大，感應電動勢和感應電流也很大。故在轉子電路很大，感應電動勢和感應電流也很大。故在

21、轉子電路中中串入足夠大的電阻串入足夠大的電阻。 0nn 3.3.發(fā)電反饋制動發(fā)電反饋制動 當當異步電動機的轉速異步電動機的轉速n n超過旋轉磁場超過旋轉磁場n0時，轉子相對旋轉時，轉子相對旋轉磁場的相對速度方向相反，因此產(chǎn)生的感應電動勢和感應磁場的相對速度方向相反，因此產(chǎn)生的感應電動勢和感應電流也反向，使轉子受到反向的安培力，產(chǎn)生制動轉矩，電流也反向，使轉子受到反向的安培力，產(chǎn)生制動轉矩，使電機停車。使電機停車。 7.5 7.5 三相異步電動機的選擇三相異步電動機的選擇 選擇電動機的原則選擇電動機的原則: :實用，經(jīng)濟與安全，正確的選擇其類實用，經(jīng)濟與安全，正確的選擇其類型，功率，電壓和轉速，

22、其中電動機的功率選擇最為重要。型，功率，電壓和轉速，其中電動機的功率選擇最為重要。7.5.1 7.5.1 類型的選擇類型的選擇一般的生產(chǎn)機械中盡量選擇籠型異步電動機。一般的生產(chǎn)機械中盡量選擇籠型異步電動機。 在要求起動轉矩較高的場合下適用繞線轉子異步電動機。在要求起動轉矩較高的場合下適用繞線轉子異步電動機。 7.5.2 7.5.2 功率選擇功率選擇1.1.長期運行電動機功率選擇長期運行電動機功率選擇 1PP 2.2.短時運行電動機功率的選擇短時運行電動機功率的選擇 短時運行短時運行是指電動機的升溫在工作期間未達到穩(wěn)定值，是指電動機的升溫在工作期間未達到穩(wěn)定值，當停止運轉時，電動機完全冷卻到周圍

23、環(huán)境的溫度。當停止運轉時，電動機完全冷卻到周圍環(huán)境的溫度?？蛇x長期運行的電動機，過載系數(shù)為可選長期運行的電動機，過載系數(shù)為 PPPP1 1/ /7.5.3 7.5.3 電壓和轉速的選擇電壓和轉速的選擇電動機電壓的選擇要與供電電壓一致電動機電壓的選擇要與供電電壓一致 應使電動機的轉速盡可能接近生產(chǎn)機械的轉速應使電動機的轉速盡可能接近生產(chǎn)機械的轉速 7.6 7.6 單相異步電動機單相異步電動機單相異步電動機的轉子多半是籠型的。定子鐵心也是采用單相異步電動機的轉子多半是籠型的。定子鐵心也是采用硅鋼片沖壓而成，定子繞組有分布在定子鐵心槽內的稱為硅鋼片沖壓而成，定子繞組有分布在定子鐵心槽內的稱為隱極式隱

24、極式和集中放在鐵心上的稱為和集中放在鐵心上的稱為凸極式凸極式兩種。兩種。 單相異步電動機單相異步電動機:由單相交流電源供電的異步電動機。由單相交流電源供電的異步電動機。7.6.1 7.6.1 脈動磁場脈動磁場單相異步電動機定子繞組接上交流電源之后，將會產(chǎn)生單相異步電動機定子繞組接上交流電源之后，將會產(chǎn)生一個隨時間交變的脈動磁場。一個隨時間交變的脈動磁場。 單相異步電動機中磁場與三相異步電動機是不同的。單相異步電動機中磁場與三相異步電動機是不同的。但是一個脈動磁場可以分解成兩個大小相等、旋轉但是一個脈動磁場可以分解成兩個大小相等、旋轉速度相同，而轉向相反的旋轉磁場速度相同，而轉向相反的旋轉磁場。 7.6.3 7.6.3 起動起動從單相異步電動機的電磁轉矩的分析可知，它的從單相異步電動機的電磁轉矩的分析可知，它的起動起動轉矩為零轉矩為零。要想在合上電源時，能夠自行起動，必須。要想在合上電源時，能夠自行起動，必須設法設法產(chǎn)生一個旋轉磁場產(chǎn)生一個旋轉磁場，解決起動轉矩為零的問題。，解決起動轉矩為零的問題。單相電動機起動方法與電動機的類型有關。單相電動機起動方法與電動機的類型有關。1.1.電容分相電動機電容分相電動機 主繞組主繞組U1U1一一U2U2（又稱工作繞組（又稱工作繞組) )，匝數(shù)多。，匝數(shù)多。輔助繞組輔助繞組ZIZI一一Z2(Z2(又稱起動繞組又稱起動繞