電工電子技術 04 異步電動機

4.1三相異步電動機的結構及轉動原理4.2三相異步電動機的電磁轉矩與機械特性4.3三相異步電動機的控制4.4三相異步電動機的銘牌數據異步電動機第4章4.1

三相異步電動機的結構及轉動原理4.1.1三相異步電動機的結構4.1.2三相異步電動機的工作原理

異步電動機是把交流電能轉變?yōu)闄C械能的動力機械，廣泛應用于工業(yè)（如：機床、紡織機械、起重機、礦山機械等）、農業(yè)（脫粒機、粉碎機、水泵及加工機械等）、家用電器（電風扇、空調、洗衣機、電冰箱及小功率電動工具等）。電動機發(fā)電機電機直流電機交流電機同步電機異步電機（籠型、繞線型）特殊電機三相異步電機單相異步電機本章重點介紹三相異步電機。三相異步電機接線盒轉軸4.1.1三相異步電動機的結構機座定子鐵心定子繞組接線盒端蓋罩殼風扇轉子此外，還有端蓋、軸承、風扇等部件。轉軸主要部件是由定子和轉子兩大部分組成。V’VW’U’UW三相異步機的結構定子轉子1.定子

三相異步電動機的定子是由機座、定子鐵心和定子繞組組成。定子繞組機座鐵心定子鐵心沖片U1U2三相定子繞組（U相）2.轉子根據轉子繞組結構的不同分為：三相異步電動機的轉子是由轉子鐵心、轉子繞組和轉軸組成。轉子鐵心沖片鐵心轉子繞組轉軸籠型轉子去掉鐵心后的轉子導條（轉子鐵心槽內嵌有鑄鋁導條）籠型轉子繞線型轉子（轉子鐵心槽內嵌有三相繞組）鼠籠式轉子繞線式轉子4.1.2三相異步電動機的工作原理異步電動機模型1.旋轉磁場的產生

三相異步電動機的定子鐵心中放入三相定子繞組。定子繞組U1U2V1V2W1W2U1V1W1iuiviw定子繞組Y接接入三相對稱電源。t02iuiwivit=0°iu=0iv為負值iw為正值U1V1V2W1W2U2++U1V1V2W1W2U2++t=0°360°240°120°t=120°t=240°t=360°U1V1V2W1W2U2++U1V1V2W1W2U2++NSNNNSSSt02iuiwivi

空間相差120o角的三相繞組，通入對稱三相電流時，產生的是一對磁極的旋轉磁場，磁場的旋轉方向與繞組中電流的相序一致。如果改變流入三相繞組的電流相序,就能改變旋轉磁場的旋轉方向，三相異步電動機的旋轉方向也就跟著改變。U1V1V2W1W2U2++NS如果電流的相序為U-V-W-U則旋轉磁場為順時針方向。n1U1V1V2W1W2U2++NSU1V1V2W1W2U2++NSU1V1V2W1W2U2++NS2.磁場的旋轉方向

與繞組中電流的相序一致U-V-W-U。t0iuiwivit=0°360°240°120°U1V1W1iuiwivU1V1V2W1W2U2++NSt=120°U1V1V2W1W2U2++NSU1V1V2W1W2U2++NSt=0°t=240°繞組中電流的相序為U-W-V-U，磁場逆時針旋轉。把三相異步電動機的三根線任意調換兩根與電源相接，電動機旋轉方向反向。t=360°旋轉磁場的磁極對數p與取決于三相定子繞組的結構和連接方式。3.旋轉磁場的磁極對數p4.旋轉磁場的轉速n0(轉/每分）電源頻率電動機的磁極對數7501000150030004321pn(轉/每分)U1U2V1V2W1W2++SN?+ff轉子轉速n旋轉的磁場可以帶動轉子同方向旋轉異步電動機原理圖???+++轉子定子磁場轉速n1n三相異步電動機轉子在旋轉磁場的作用下轉動起來，其轉向與旋轉磁場的轉向相同。磁場轉速n1轉子感應電動勢(電流)5.電動機的轉動原理n=(1–s)n1轉差率：0<s

<sN=0.01~0.06例

一臺額定轉速為1450r/min的三相異步電動機，求：額定轉差率。解：因為sN=0.01~0.06，所以該電動機為4極電機，旋轉磁場轉速為1500r/min。某三相異步電動機額定轉速（即轉子轉速）n=950r/min，試求工頻情況下電動機的額定轉差率及電動機的磁極對數。磁極對數額定轉差率為：由于電動機的額定轉速接近于同步轉速，所以可得電動機的同步轉速例：4.2

三相異步電動機的電磁轉矩與機械特性4.2.1三相異步電動機的電磁轉矩4.2.2三相異步電動機的機械特性4.2.1三相異步電動機的電磁轉矩

電動機的電磁轉矩是由轉子電流的有功分量和定子旋轉磁場相互作用產生的。電磁轉矩的大小與轉子電流的有功分量(I2a)、旋轉磁場的強弱(0)成正比。與電動機結構有關的常數轉子回路的功率因數電磁轉矩與電動機參數之間的關系：電動機結構常數

U1

電動機電源電壓，電源電壓波動對電動機的轉矩影響很大。

R2電動機轉子繞組電阻。

X20電動機轉子不轉時，轉子繞組的漏抗。

S

電動機的轉差率。4.2.2三相異步電動機的機械特性STem10TstTmsmsNTNTem=f(S)

TN

額定轉矩Tm

最大轉矩Tst

起動定轉矩電動機的電磁轉矩與轉差率之間的關系當U1、R2

、X20為固定值時，

機械特性:電動機的電磁轉矩與轉速之間的關系曲線。Tem=f(S)n

=f(Tem)三相異步電動機的機械特性穩(wěn)定運行時，電動機軸上輸出的轉矩等于負載轉矩TemT2穩(wěn)定運行區(qū)域：AB段當負載轉矩發(fā)生變化時，電動機能自動調節(jié)到新的穩(wěn)定運行狀態(tài)。如：在N點穩(wěn)定運行，TN=T2，當T2，n,Tem,時在D點穩(wěn)定。n0n1TemABTstTmnNTNNDnDn0n1TemTstTmnNTNN

1.額定轉矩TN

電動機額定運行時的轉矩PN

單位：千瓦（kW）nN

單位：轉每分（r/min）TN

單位：?！っ祝∟·m）例:

有兩臺功率相同的異步電動機，一臺PN=7.5kW，nN=962r/min，UN=380V，另一臺PN=7.5kW，nN=1450r/min，UN=380V，求電動機額定轉矩。解

:

第一臺第二臺2.

最大轉矩Tm令代入得:

smR2而與U1無關TmU12而與R2

無關n0TemU1sm0TmR2Temn3.

起動定轉矩Tst過載能力(最大轉矩倍數)

Y系列三相異步電動機T2

2.2起動瞬間n=0，s=1當負載轉矩

T2<Tst

時，電動機可帶負載起動。起動轉矩倍數

Tst

起動轉矩越大，起動就越迅速。Y系列三相異步電動機K

st

1.72.24.3

三相異步電動機的控制4.3.1電動機的起動控制4.3.2電動機的制動控制4.3.3電動機的調速控制4.3.1三相異步電動機的起動對電動機起動的要求:起動過程:電動機接通電源后，轉速由零增至穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程。起動轉矩大起動電流小起動時間短起動過程的特點:2.

轉子繞組的功率因數低，起動轉矩不大?；\型電動機常用起動方法:直接起動降壓起動1.

起動電流是額定電流的6~7倍。一、直接起動(全壓起動)M3~

Q直接起動線路缺點：起動電流大。控制電路簡單，投資少，起動時間短。優(yōu)點：允許直接起動的條件：因為起動電流大，引起的線路壓降就大，可能影響到其他設備的正常工作，所以大容量電動機不允許直接起動。

：電動機起動電流倍數二、降壓起動1.Y-換接起動電動機在起動時接成Y聯結，正常運行時接成聯結。只適用于工作時接的電動機。（運行）Q2Y（起動）Q1缺點：起動轉矩小。設備簡單，成本低，操作方便，動作可靠。每相定子繞組承受相電壓起動，起動電流小。優(yōu)點：

Q1M3~

Q2起動運行2.自耦補償器降壓起動三相自耦變壓器如果自耦變壓器的變比為Ka采用自耦變壓器的起動電流、起動轉矩為：繞線式電動機起動時，可在轉子繞組中串入電阻，可減小起動電流，還可以增大起動轉矩。3.

轉子串電阻起動0TmR2Temn繞線式電動機適用于要求起動轉矩大的生產機械，如卷揚機、起重機等。

例:

已知一臺PN=10kW，IN=20A，UN=380V，

nN=1450r/min,接三相籠型電動機，由手冊查得：Ist/IN=7，Tst/TN=1.4，擬半載起動,電源容量為200kVA,試選擇適當的起動方法,并求此時的起動轉矩和起動電流。解:

（1）直接起動KI=7>5.75不允許接起動。（2）Y-換接起動不能采用Y-換接起動。

例:

已知一臺PN=10kW，IN=20A，UN=380V，

nN=1450r/min,接三相籠型電動機，由手冊查得：Ist/IN=7，Tst/TN=1.4，擬半載起動,電源容量為200kVA,試選擇適當的起動方法,并求此時的起動轉矩和起動電流。解:

（3）自耦補償器起動由題意設：自耦變壓器的變比為Ka變壓器抽頭為（抽頭置于60%位置）n4.3.2電動機的制動控制1.能耗制動調節(jié)制動電流RPQ2+_能耗制動的特點：制動準確、平穩(wěn)、能量消耗小。但制動力較弱,且需要有直流電源。固定磁場n1=0制動原理SN?TemM3~Q12.反接制動QRM3~~運行制動n制動原理SN?Tem旋轉磁場n1將電源的任意兩相對調，產生反向旋轉磁場，產生制動轉矩。方法簡單，制動效果好，但能耗大。特點：制動限流電阻3.回饋制動電動機轉速n大于旋轉磁場轉速n1。如起重機重物下放時。n制動原理SN?Tem旋轉磁場n1nn1電動機處于發(fā)電運行狀態(tài)。特點：4.3.3電動機的調速控制調速方法變頻調速（籠型電動機）變極調速（籠型電動機）變轉差率調速（繞線型電動機）電動機的轉速與電源頻率、電機磁極對數、轉差率有關。1.變極調速電源頻率不變，改變電動機的磁極對數p調速。有級調速U11U21U12U22P=2U11U21U12U22U1U2定子繞組接線電機磁場情況U11U21U12U22P=1U1U2U11U21U12U222.變頻調速改變頻率（f1)調整電動機的轉速，屬無級調速，調速性能好，但需有一套專用變頻設備。3.變轉差率調速~f=50HzM3~變頻設備f1

可調在繞線式電動機轉子繞組中串入可調電阻R

,可改變

s和n。Tm0R2TemnnT2可實現小范圍無級調速，但能耗大，效率低，廣泛應用于起重設備。特點：4.4

三相異步電動機的銘牌數據銘牌的作用：向使用者簡要說明電動機的一些額定數據和使用方法。例：某電動機銘牌數據如下。

三相異步電動機型號Y132M-4

功率7.5kW

頻率50HZ電壓

380V

電流15.4A

接法轉速1440r/min

絕緣等級B

工作方式

連續(xù)

年月編號

電機廠1.型號Y132M-4三相異步電動機機座中心高(mm)磁極數機座長度代號(S短機座;M中機座;L長機座)2.

功率PN

額定運行時，軸上輸出的機械功率。