電工第4章 交流電動機(jī)

4.1三相異步電動機(jī)的構(gòu)造第4章異步電動機(jī)4.2三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理4.3三相異步電動機(jī)的電路分析4.5三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性4.6三相異步電動機(jī)的起動4.7三相異步電動機(jī)的調(diào)速4.8三相異步電動機(jī)的制動4.4三相異步電動機(jī)銘牌數(shù)據(jù)4.9三相異步電動機(jī)的選擇1.了解三相交流異步電動機(jī)的基本構(gòu)造和轉(zhuǎn)動原理。本章要求：2.理解三相交流異步電動機(jī)的機(jī)械特性，掌握起動和反轉(zhuǎn)的基本方法,了解調(diào)速和制動的方法。3.理解三相交流異步電動機(jī)銘牌數(shù)據(jù)的意義。第4章異步電動機(jī)電動機(jī)的分類：籠型異步交流電動機(jī)授課內(nèi)容：

基本結(jié)構(gòu)、工作原理、機(jī)械特性、控制方法

電動機(jī)交流電動機(jī)直流電動機(jī)三相電動機(jī)單相電動機(jī)同步電動機(jī)異步電動機(jī)他勵、并勵電動機(jī)串勵、復(fù)勵電動機(jī)第4章異步電動機(jī)1.定子4.1三相異步電動機(jī)的構(gòu)造鐵心：由內(nèi)周有槽的硅鋼片疊成。U1---U2

V1---V2W1---W2三相繞組機(jī)座：鑄鋼或鑄鐵

轉(zhuǎn)子:在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流。2.轉(zhuǎn)子籠型轉(zhuǎn)子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。(1)籠型轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)放銅條，端部用短路環(huán)形成一體,或鑄鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。(2)繞線型轉(zhuǎn)子同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形?；\型繞線型籠型電動機(jī)與繞線型電動機(jī)的的比較：籠型：結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機(jī)的機(jī)械特性。繞線型：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較貴、維護(hù)工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動機(jī)的機(jī)械特性。4.2三相異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理4.2.1旋轉(zhuǎn)磁場

定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)U1U2V1V2W1W21.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生oU1V2W1V1W2U2規(guī)定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。(?)電流出()電流入oU1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2三相電流合成磁

場的分布情況合成磁場方向向下合成磁場旋轉(zhuǎn)60°合成磁場旋轉(zhuǎn)90°600動畫toAU1U2W2V1W1V2AU1U2W2V1W1V2分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場

即：一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360°2.旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向結(jié)論：任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線(電路如圖)U1U2W1W2V1V2取決于三相電流的相序0to3.旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)P當(dāng)三相定子繞組按圖示排列時，產(chǎn)生一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，即：otU1U2V2W1V1W2U1U2V1V2W1W2

若定子每相繞組由兩個線圈串聯(lián)

，繞組的始端之間互差60°，將形成兩對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。W'1U1V1W1V'1U'2U2U'1V2V'2W2W'2極對數(shù)旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關(guān)OW'1U1V1W1V'1U'2U2U'1V2V'2W2W'24.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速工頻：旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速取決于磁場的極對數(shù)p=1時U1V1W2U2W1V2U1V1W2U2W1V2U1V1W2U2W1V2Op=2時0旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與極對數(shù)p的關(guān)系旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與頻率f1和極對數(shù)p有關(guān)?？梢?極對數(shù)每個電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速4.2.2電動機(jī)的轉(zhuǎn)動原理1.轉(zhuǎn)動原理U1U2V2W1V1W2定子三相繞組通入三相交流電方向:順時針

切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體右手定則感應(yīng)電動勢E20旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電流I2旋轉(zhuǎn)磁場左手定則電磁力FF電磁轉(zhuǎn)矩TnF

4.2.3轉(zhuǎn)差率

旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率。由前面分析可知，電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不可能達(dá)到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，即異步電動機(jī)如果:無轉(zhuǎn)子電動勢和轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動，磁通不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條無轉(zhuǎn)矩因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速間必須要有差別。異步電動機(jī)運行中:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得轉(zhuǎn)差率s

例1：一臺三相異步電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速n=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動機(jī)的極對數(shù)和額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)差率。解：根據(jù)異步電動機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知：n0=1000r/min,即p=3額定轉(zhuǎn)差率為4.3三相異步電動機(jī)的電路分析

三相異步電動機(jī)的電磁關(guān)系與變壓器類似。變壓器：變化eU1E1=4.44fN1

E2=4.44fN2E1、E2頻率相同，都等于電源頻率。異步電動機(jī)每相電路i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f24.3.1定子電路1.旋轉(zhuǎn)磁場的磁通異步電動機(jī)：旋轉(zhuǎn)磁場切割導(dǎo)體e，

U1

E1=4.44

f1N1每極磁通旋轉(zhuǎn)磁場與定子導(dǎo)體間的相對速度為n0，所以2.定子感應(yīng)電勢的頻率f1感應(yīng)電勢的頻率與磁場和導(dǎo)體間的相對速度有關(guān)f1=電源頻率f4.3.2轉(zhuǎn)子電路1.轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2∵定子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對速度固定，而轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對速度隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不同而變化定子感應(yīng)電勢頻率f1轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2

轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2旋轉(zhuǎn)磁場切割定子導(dǎo)體和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度不同2.轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢E2E2=4.44f2N2=4.44sf1N2

當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0(s=1)時，f2最高，且E2最大，有E20=4.44

f1N2轉(zhuǎn)子靜止時的感應(yīng)電勢即E2=

sE20

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的感應(yīng)電勢3.轉(zhuǎn)子感抗X2當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0(s=1)時，f2最高，且X2最大，有X20=2

f1L2即X2=

sX20

4.轉(zhuǎn)子電流I25.轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cos2轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)結(jié)論：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子電路中的各量均與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)，即與轉(zhuǎn)速

n有關(guān)。I2cos2s1I2,O4.4三相異步電動機(jī)銘牌數(shù)據(jù)1.型號

磁極數(shù)(極對數(shù)p=2)例如：Y132M－4

用以表明電動機(jī)的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機(jī)座長度代號機(jī)座中心高（mm）三相異步電動機(jī)教材表7-2中列出了各種電動機(jī)的系列代號。表4-2異步電動機(jī)產(chǎn)品名稱代號產(chǎn)品名稱異步電動機(jī)繞線型異步電動機(jī)防爆型異步電動機(jī)高起動轉(zhuǎn)矩異步電動機(jī)新代號漢字意義老代號Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2.接法定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常U2U1W2V1V2W1Y聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)W2U2V2V1W1U1接線盒V1W2U1W1U2V2W1U1V1W2U2V2接電源W1U1V1W2U2V2接電源3.電壓例如：380/220V、Y/是指線電壓為380V時采用Y聯(lián)結(jié)；線電壓為220V時采用

聯(lián)結(jié)。說明：一般規(guī)定，電動機(jī)的運行電壓不能高于或低于額定值的5%。因為在電動機(jī)滿載或接近滿載情況下運行時，電壓過高或過低都會使電動機(jī)的電流大于額定值,從而使電動機(jī)過熱。電動機(jī)在額定運行時定子繞組上應(yīng)加的線電壓值。三相異步電動機(jī)的額定電壓有380V，3000V,及6000V等多種。4.電流例如：Y/6.73/11.64A

表示星形聯(lián)結(jié)下電機(jī)的線電流為6.73A；三角形聯(lián)結(jié)下線電流為11.64A。兩種接法下相電流均為6.73A。5.功率與效率鼠籠電機(jī)

=72~93％電動機(jī)在額定運行時定子繞組的線電流值。額定功率是指電機(jī)在額定運行時軸上輸出的機(jī)械功率P2，它不等于從電源吸取的電功率P1。注意：實用中應(yīng)選擇容量合適的電機(jī)，防止出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。6.功率因數(shù)PN三相異步電動機(jī)的功率因數(shù)較低，在額定負(fù)載時約為0.7~0.9?？蛰d時功率因數(shù)很低，只有0.2~0.3。額定負(fù)載時，功率因數(shù)最高。7.額定轉(zhuǎn)速電機(jī)在額定電壓、額定負(fù)載下運行時的轉(zhuǎn)速。P2cosO如：n

N=1440轉(zhuǎn)/分

sN=0.048.絕緣等級指電機(jī)絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分為A、E、B、F、H五級，A級最低(105oC)，H級最高(180oC)。4.5三相異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性4.5.1轉(zhuǎn)矩公式

轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)矩之總和。常數(shù)，與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)由此得電磁轉(zhuǎn)矩公式由前面分析知：由公式可知電磁轉(zhuǎn)矩公式1.T與定子每相繞組電壓成正比。U1T2.當(dāng)電源電壓U1一定時，T是s的函數(shù)。3.R2

的大小對T有影響。繞線型異步電動機(jī)可外接電阻來改變轉(zhuǎn)子電阻R2，從而改變轉(zhuǎn)距。4.5.2機(jī)械特性曲線OTS根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式得特性曲線：OT1電動機(jī)在額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)矩。1.額定轉(zhuǎn)矩TN三個重要轉(zhuǎn)矩OT額定轉(zhuǎn)矩(N?m)如某普通機(jī)床的主軸電機(jī)(Y132M-4型)的額定功率為7.5kw,額定轉(zhuǎn)速為1440r/min,則額定轉(zhuǎn)矩為2.最大轉(zhuǎn)矩Tmax轉(zhuǎn)子軸上機(jī)械負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2不能大于Tmax，否則將造成堵轉(zhuǎn)(停車)。電機(jī)帶動最大負(fù)載的能力。令：求得臨界轉(zhuǎn)差率OTTmax將sm代入轉(zhuǎn)矩公式，可得當(dāng)U1一定時，Tmax為定值過載系數(shù)(能力)一般三相異步電動機(jī)的過載系數(shù)為工作時必須使T2

<Tmax，否則電機(jī)將停轉(zhuǎn)。電機(jī)嚴(yán)重過熱而燒壞。(2)sm與R2有關(guān)，R2smn。繞線型電機(jī)改變轉(zhuǎn)子附加電阻R′2可實現(xiàn)調(diào)速。3.起動轉(zhuǎn)矩Tst電動機(jī)起動時的轉(zhuǎn)矩。起動時n=0時，s=1(2)Tst與R2有關(guān)，適當(dāng)使

R2Tst。對繞線式型電機(jī)改變轉(zhuǎn)子附加電阻

R′2,可使Tst=Tmax

。Tst體現(xiàn)了電動機(jī)帶載起動的能力。

若

Tst

>T2電機(jī)能起動，否則不能起動。OTTst起動能力4.電動機(jī)的運行分析電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。

自適應(yīng)負(fù)載能力是電動機(jī)區(qū)別于其它動力機(jī)械的重要特點（如：柴油機(jī)當(dāng)負(fù)載增加時，必須由操作者加大油門，才能帶動新的負(fù)載)。此過程中，n、sE2,I2

I1電源提供的功率自動增加。T2sT2>TT=T2nT

T′2達(dá)到新的平衡T2常用特性段TO5.U1和R2變化對機(jī)械特性的影響(1)

U1變化對機(jī)械特性的影響UTmTstT2TO(2)R2變化對機(jī)械特性的影響TOR2Tstn硬特性：負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速變化不大，運行特性好。軟特性：負(fù)載增加時轉(zhuǎn)速下降較快，但起動轉(zhuǎn)矩大，起動特性好。(2)R2變化對機(jī)械特性的影響

不同場合應(yīng)選用不同的電機(jī)。如金屬切削，選硬特性電機(jī)；重載起動則選軟特性電機(jī)。TOR2Tstn硬特性：負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速變化不大，運行特性好。軟特性：負(fù)載增加時轉(zhuǎn)速下降較快，但起動轉(zhuǎn)矩大，起動特性好。4.6三相異步電動機(jī)的起動4.6.1起動性能起動問題：起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩小。

一般中小型籠型電機(jī)起動電流為額定電流的5~7倍;電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的(1.0~2.2)倍。大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響鄰近負(fù)載的工作頻繁起動時造成熱量積累，使電機(jī)過熱后果：原因：起動：

n=0，s=1,接通電源。起動時，n=0，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線速度很大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子電流定子電流

4.6.2起動方法(1)直接起動

二、三十千瓦以下的異步電動機(jī)一般都采用直接起動。(2)降壓起動：星形-三角形(Y－)換接起動自耦降壓起動（適用于籠型電動機(jī)）(3)轉(zhuǎn)子串電阻起動（適用于繞線型電動機(jī)）以下介紹降壓起動和轉(zhuǎn)子串電阻起動。設(shè)：電機(jī)每相阻抗為1.降壓起動(1)Y－換接起動

降壓起動時的電流為直接起動時的+－

起動U1U2V1V1W1W2正常運行+－U1U2V1V2W1W2Y－起動器接線簡圖L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1△動觸點Y動觸點靜觸點Y－起動器接線簡圖Y起動L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1

起動UPU1+＿Ul+＿U2V1V2W1W2Y－起動器接線簡圖

工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1正常運行+－U1U2V1V2W1W2(a)僅適用于正常運行為三角形聯(lián)結(jié)的電機(jī)。

(b)Y－起動Y－換接起動適合于空載或輕載起動的場合Y-換接起動應(yīng)注意的問題+－

起動U1U2V1V1W1W2正常運行+－U1U2V1V2W1W2L1L3L2FUQ(2)自耦降壓起動Q2下合：接入自耦變壓器，降壓起動。Q2上合：切除自耦變壓器，全壓工作。合刀閘開關(guān)QQ2

自耦降壓起動適合于容量較大的或正常運行時聯(lián)成Y形不能采用Y－起動的籠型異步電動機(jī)?；h(huán)電刷定子轉(zhuǎn)子起動時將適當(dāng)?shù)腞串入轉(zhuǎn)子電路中，起動后將R短路。起動電阻

2.繞線型電動機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電阻起動Rst?RstRst

若R2選得適當(dāng)，轉(zhuǎn)子電路串電阻起動既可以降低起動電流，又可以增加起動轉(zhuǎn)矩。常用于要求起動轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機(jī)械上。R2-TTst

-TO轉(zhuǎn)子電路串電阻起動的特點

方法：任意調(diào)換電源的兩根進(jìn)線，電動機(jī)反轉(zhuǎn)。電動機(jī)正轉(zhuǎn)電動機(jī)反轉(zhuǎn)三相異步電動機(jī)的正、反轉(zhuǎn)電源~UVWM3~UVW電源~M3~例1:

(1)解:

一臺Y225M-4型的三相異步電動機(jī)，定子繞組△型聯(lián)結(jié)，其額定數(shù)據(jù)為：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：(1)額定電流IN?(2)額定轉(zhuǎn)差率sN?(3)額定轉(zhuǎn)矩

TN、最大轉(zhuǎn)矩Tmax、和起動轉(zhuǎn)矩Tst。(2)由nN=1480r/min，可知p=2（四極電動機(jī)）(3)解：

在上例中(1)如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩為510.2N?m,試問在U=UN和U′=0.9UN兩種情況下電動機(jī)能否起動？（2）采用Y-換接起動時，求起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。又當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為起動轉(zhuǎn)矩的80%和50%時，電動機(jī)能否起動？(1)在U=UN時

Tst=551.8N?m>510.2N.m不能起動(2)Ist=7IN=784.2=589.4A

在U′=0.9UN時能起動例2:在80%額定負(fù)載時不能起動在50%額定負(fù)載時可以起動(3)例3:

對例1中的電動機(jī)采用自耦變壓器降壓起動,起動時加到電動機(jī)上的電壓為額定電壓的64%，求這時的線路起動電流Ist′′和電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩Tst′。解：設(shè)電動機(jī)的起動電壓為U'，電動機(jī)的起動電流為Ist依據(jù)變壓器的一次、二次側(cè)電壓電流關(guān)系，可求得線路起動電流Ist′′。采用自耦降壓法起動時，若加到電動機(jī)上的

電壓與額定電壓之比為

x，則線路起動電流Ist"為電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)距Tst′為結(jié)論：7.7.1變頻調(diào)速(無級調(diào)速)

f=50Hz逆變器M3~整流器f1、U1可調(diào)+–~變頻調(diào)速方法恒轉(zhuǎn)距調(diào)速（f1<f1N）恒功率調(diào)速（f1>f1N）頻率調(diào)節(jié)范圍：0.5~幾百赫茲三種電氣調(diào)速方法

4.7三相異步電動機(jī)的調(diào)速4.7.2變極調(diào)速(有級調(diào)速)

變頻調(diào)速方法可實現(xiàn)無級平滑調(diào)速,調(diào)速性能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應(yīng)用。U11U21U12U22iiP=2··U11U12U21U22··NNSSU11U21U12U22ii??P=1采用變極調(diào)速方法的電動機(jī)稱作雙速電機(jī)，由于調(diào)速時其轉(zhuǎn)速呈跳躍性變化，因而只用在對調(diào)速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床等機(jī)床上。U11··