第五章三相異步電機(jī)(上課課件)

一、三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)二、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理三、三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性四、三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)五、三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)六、三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速第5章數(shù)控機(jī)床常用電氣控制系統(tǒng)學(xué)習(xí)目的與要求了解三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成，熟悉異步電動(dòng)機(jī)的工作原理，了解銘牌數(shù)據(jù)；理解和掌握三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性的分析方法；了解單相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及其工作原理；熟悉常用低壓電器及在電路中的作用；掌握三相異步電動(dòng)機(jī)基本控制線路的分析方法；理解電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、制動(dòng)、調(diào)速等概念。一、電機(jī)的分類:1.發(fā)電機(jī)2.電動(dòng)機(jī)※直流電動(dòng)機(jī)※交流電動(dòng)機(jī)▲同步電動(dòng)機(jī)▲異步電動(dòng)機(jī)●鼠籠型1.1三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)——將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；——將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能?！窬€繞型直流電機(jī)圖片23交流伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)二、三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)二、三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)三相異步電動(dòng)機(jī)定子轉(zhuǎn)子三相異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、運(yùn)行可靠且效率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的各種機(jī)床、水泵、通風(fēng)機(jī)、鍛壓和鑄造機(jī)械、傳送帶、起重機(jī)及家用電器、實(shí)驗(yàn)設(shè)備中。1、定子：指其固定不動(dòng)部分，主要包括：（1）、機(jī)座機(jī)座是電動(dòng)機(jī)的支架，通常用鑄鐵或鑄鋼制成。（2）、定子鐵芯鐵芯硅鋼片異步電動(dòng)機(jī)的定子鐵芯是由0.5mm厚的硅鋼片疊壓制成的。定子鐵芯內(nèi)圓沖有分布的槽。定子鐵芯構(gòu)成異步電動(dòng)機(jī)磁路的一部分。（1）、機(jī)座（3）、定子繞組定子繞組是由漆包線繞制而成，嵌入到定子鐵芯槽中。構(gòu)成電機(jī)電路的一部分。2、轉(zhuǎn)子：指其旋轉(zhuǎn)部分轉(zhuǎn)子鼠籠式繞線式轉(zhuǎn)子:在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或電流。轉(zhuǎn)子鐵芯也是由0.5mm厚的硅鋼片疊壓制成。在其內(nèi)圓沖有均勻分布的槽，用來(lái)嵌放轉(zhuǎn)子繞組。轉(zhuǎn)子鐵芯構(gòu)成電動(dòng)機(jī)磁路的又一部分。（1）、轉(zhuǎn)子鐵芯鐵芯硅鋼片一般用45號(hào)鋼制成，用來(lái)傳遞電磁轉(zhuǎn)矩。（3）、轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組大部分是澆鑄鋁籠型，大功率也有銅條制成的籠型轉(zhuǎn)子導(dǎo)體。轉(zhuǎn)子繞組構(gòu)成電動(dòng)機(jī)電路的另一部分。（2）、轉(zhuǎn)軸繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組與定子繞組相同，也是采用漆包線繞制成對(duì)稱三相繞組，嵌放到轉(zhuǎn)子鐵芯中。繞線式轉(zhuǎn)子三相繞組必須連接成星形，三個(gè)向外的引出端子與固定在轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)相互絕緣的銅環(huán)相接，如下圖所示：由于繞線式異步電動(dòng)機(jī)的能采用轉(zhuǎn)子繞組串電阻起動(dòng)和調(diào)速，因此起動(dòng)性能和調(diào)速性能均比鼠籠式異步機(jī)優(yōu)越。轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子鐵芯固定在轉(zhuǎn)軸上的三個(gè)銅滑環(huán)。Y接三相轉(zhuǎn)子繞組分別與三個(gè)銅滑環(huán)相聯(lián)。變阻器電刷電刷與滑環(huán)緊壓，并通過(guò)輸電線與變阻器相聯(lián)。三、三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理固定不動(dòng)的轉(zhuǎn)子繞組和旋轉(zhuǎn)的定子磁場(chǎng)相切割而感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。載流的轉(zhuǎn)子繞組處在磁場(chǎng)中，必定受到電磁力的作用。兩個(gè)電磁力的大小相等、方向相反，因此對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸形成了電磁轉(zhuǎn)矩。于是轉(zhuǎn)子就順著定子磁場(chǎng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。NS模型電機(jī)的定子磁極模型電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組eei2FFn0電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)鍵是：旋轉(zhuǎn)的定子磁場(chǎng)！n用右手定則判斷用左手定則判斷

定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)AXBYCZ1.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生oo規(guī)定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(?)電流出()電流入tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ三相電流合成磁

場(chǎng)的分布情況合成磁場(chǎng)方向向下合成磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)60°合成磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)90°600oAAXZBCYAAXYCBZ分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)是一旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)

即：一個(gè)電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在空間轉(zhuǎn)過(guò)360°取決于三相電流的相序2.旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)反轉(zhuǎn)。任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線AXCZBY0to轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向相同。AXBYCZ×××n0三相異步電動(dòng)機(jī)工作原理概括在對(duì)稱三相定子繞組中通入對(duì)稱三相交流電流產(chǎn)生氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)NS轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與磁場(chǎng)相切割感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，由于閉合生成感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子繞組在磁場(chǎng)中受到電磁力的作用轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。FF要改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向：任調(diào)通入定子繞組中兩相電流的相序即可。AXBYCZAA'B'Y'C'Z'XX'BYCZ當(dāng)電動(dòng)機(jī)各相定子繞組的四個(gè)線圈首接首、尾接尾連接后分別構(gòu)成三相定子繞組時(shí)，其磁極對(duì)數(shù)：SN3、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速取決于磁極的對(duì)數(shù)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0與極對(duì)數(shù)p的關(guān)系極對(duì)數(shù)每個(gè)電流周期磁場(chǎng)轉(zhuǎn)過(guò)的空間角度同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速n0與頻率f1和極對(duì)數(shù)p有關(guān)?？梢?jiàn):4、轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差速之與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向與磁場(chǎng)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(chǎng)的轉(zhuǎn)速n0相等，即異步電動(dòng)機(jī)如果:無(wú)轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，磁通不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條無(wú)轉(zhuǎn)矩有關(guān)轉(zhuǎn)差率的討論電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的升高而減小。

(1)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)瞬間，轉(zhuǎn)速n=0，轉(zhuǎn)差率s=1；

(2)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速最高時(shí)，轉(zhuǎn)速n≈n0，轉(zhuǎn)差率s≈0；

(3)運(yùn)行過(guò)程中，轉(zhuǎn)速0<n<n0，轉(zhuǎn)差率0<s<1；額定運(yùn)行時(shí):

s=0.01~0.07例解有一臺(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速為975r/min。試求工頻情況下電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)和電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率。由于電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速接近于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，所以即該電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)p=3，同步轉(zhuǎn)速n0=1000r/min。額定轉(zhuǎn)差率為：電磁轉(zhuǎn)矩：轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)四、三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性由公式可知電磁轉(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(shí)，T是s的函數(shù)。3.R2

的大小對(duì)T有影響。繞線式異步電動(dòng)機(jī)可外接電阻來(lái)改變轉(zhuǎn)子電阻R2，從而改變轉(zhuǎn)距。Tmsm1T0sn=0n=n0可得異步機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩特性曲線：最大電磁轉(zhuǎn)矩對(duì)應(yīng)最大電磁轉(zhuǎn)矩的臨界轉(zhuǎn)差率。(1)額定轉(zhuǎn)矩TN電動(dòng)機(jī)額定電壓下以額定轉(zhuǎn)速nN運(yùn)行，輸出額定機(jī)械功率PN時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸上對(duì)應(yīng)輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩為額定電磁轉(zhuǎn)矩TN。最大轉(zhuǎn)矩反映了電動(dòng)機(jī)帶最大負(fù)載的性能，我們把它與額定轉(zhuǎn)矩的比值稱為電動(dòng)機(jī)的過(guò)載能力，即：TMT0s最大電磁轉(zhuǎn)矩起動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩(2)最大轉(zhuǎn)矩TM起動(dòng)轉(zhuǎn)矩反映了異步機(jī)帶負(fù)載起動(dòng)時(shí)的性能。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與額定電磁轉(zhuǎn)矩之比稱作電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)能力，即：Tst(3)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst

λm通常在1.8~2.5之間。如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩超過(guò)了最大轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)將停轉(zhuǎn)。

λst通常在1.0~2.2之間。如果電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst小于電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩TL時(shí)，電動(dòng)機(jī)將無(wú)法起動(dòng)。五、三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)

三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y132S－6功率3kW頻率

50Hz電壓380V電流7.2A聯(lián)結(jié)Y轉(zhuǎn)速960r/min功率因數(shù)0.76絕緣等級(jí)

B1、型號(hào)

Y132S－6

2p=6→n0=1000r/min磁極數(shù)(極對(duì)數(shù)p=3)機(jī)座長(zhǎng)度代號(hào)機(jī)座中心高（mm）三相異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品名稱代號(hào)產(chǎn)品名稱異步電動(dòng)機(jī)繞線式異步電動(dòng)機(jī)防爆型異步電動(dòng)機(jī)高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩異步電動(dòng)機(jī)新代號(hào)漢字意義老代號(hào)Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO五、三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)

三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y132S－6功率3kW頻率

50Hz電壓380V電流7.2A聯(lián)結(jié)Y轉(zhuǎn)速960r/min功率因數(shù)0.76絕緣等級(jí)

B2、額定功率PN

PN=3kW→軸上輸出機(jī)械功率的額定值3、額定電壓UN

UN=380V→定子三相繞組應(yīng)施加的線電壓4、額定電流IN

IN=7.2A

三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y132S－6功率3kW頻率

50Hz電壓380V電流7.2A聯(lián)結(jié)Y轉(zhuǎn)速960r/min功率因數(shù)0.76絕緣等級(jí)

B→定子三相繞組的額定線電流5、額定功率因數(shù)λN=cosNP1N=√3UNINcosNPN=ηNP1N=√3UNINcosNηN6、額定轉(zhuǎn)速nN電機(jī)在額定電壓、額定負(fù)載下運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速。7、接法接線盒定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y聯(lián)結(jié)W1U1V1W2U2V2聯(lián)結(jié)8、絕緣等級(jí)指電機(jī)絕緣材料能夠承受的極限溫度等級(jí)，分為A、E、B、F、H五級(jí)，A級(jí)最低(105oC)，H級(jí)最高(180oC)。六、三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)1、起動(dòng)性能起動(dòng)問(wèn)題：起動(dòng)電流大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。

一般中小型鼠籠式電機(jī)起動(dòng)電流為額定電流的5~7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(dòng)時(shí)造成熱量積累，使電機(jī)過(guò)熱后果：原因：起動(dòng)：

n=0，s=1,接通電源。起動(dòng)時(shí)，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(shì)轉(zhuǎn)子電流定子電流

2、起動(dòng)方法(1)直接起動(dòng)

7.5千瓦以下的異步電動(dòng)機(jī)一般都采用直接起動(dòng)。(2)降壓起動(dòng)：星形-三角形(Y－)換接起動(dòng)自耦降壓起動(dòng)（適用于鼠籠式電動(dòng)機(jī)）(3)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)（適用于繞線式電動(dòng)機(jī)）以下介紹降壓起動(dòng)和轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)。設(shè)：電機(jī)每相阻抗為1.降壓起動(dòng)(1)Y－換接起動(dòng)

降壓起動(dòng)時(shí)的電流為直接起動(dòng)時(shí)的+－

起動(dòng)U1U2V1V1W1W2+－正常運(yùn)行U1U2V1V2W1W2手柄上打，定子繞組Δ形運(yùn)行手柄下打，定子繞組成Y形起動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：起動(dòng)電流降為全壓起動(dòng)時(shí)的1/3；QS1L3V2L2L1QS2FUV1U1U2W1W2V1U1W1W2U2V2缺點(diǎn)：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也降為全壓起動(dòng)時(shí)的1/3。三相異步電動(dòng)機(jī)Y-Δ起動(dòng)器閉合電源開(kāi)關(guān)，為電機(jī)通電做好準(zhǔn)備Y－起動(dòng)器接線簡(jiǎn)圖(a)僅適用于正常運(yùn)行為三角形聯(lián)結(jié)的電機(jī)。

(b)Y－起動(dòng)Y－換接起動(dòng)適合于空載或輕載起動(dòng)的場(chǎng)合Y-換接起動(dòng)應(yīng)注意的問(wèn)題正常運(yùn)行UlU1W2V2W1+＿U2V1UP

起動(dòng)+＿Ul+＿U1W2V2W1U2V1(2)自耦降壓起動(dòng)L1L3L2FUQQ2下合：接入自耦變壓器，降壓起動(dòng)。Q2上合：切除自耦變壓器，全壓工作。合刀閘開(kāi)關(guān)QQ2

自耦降壓起動(dòng)適合于容量較大的或正常運(yùn)行時(shí)聯(lián)成Y形不能采用Y－起動(dòng)的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。RRR滑環(huán)電刷定子轉(zhuǎn)子起動(dòng)時(shí)將適當(dāng)?shù)腞串入轉(zhuǎn)子電路中，起動(dòng)后將R短路。起動(dòng)電阻

2.繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)?1、變頻調(diào)速(無(wú)級(jí)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)速方法七、三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速2、變極調(diào)速(有級(jí)調(diào)速)

變頻調(diào)速方法可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速,調(diào)速性能優(yōu)異，因而正獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。A1X1A2X2iiP=2··A1A2X1X2··NNSSA1X1A2X2ii??P=1采用變極調(diào)速方法的電動(dòng)機(jī)稱作雙速電機(jī)，由于調(diào)速時(shí)其轉(zhuǎn)速呈跳躍性變化，因而只用在對(duì)調(diào)速性能要求不高的場(chǎng)合，如銑床、鏜床、磨床等機(jī)床上。A1··A2X1X2SNTo3、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

(無(wú)級(jí)調(diào)速)

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是繞線式電動(dòng)機(jī)特有的一種調(diào)速方法。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速平滑、設(shè)備簡(jiǎn)單投資少，缺點(diǎn)是能耗較大。這種調(diào)速方式廣泛應(yīng)用于各種提升、起重設(shè)備中。nn'??TLTLs

′s??Tso八、三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)制動(dòng)方法機(jī)械制動(dòng)電氣制動(dòng)能耗制動(dòng)反接制動(dòng)發(fā)電反饋制動(dòng)

電機(jī)斷電后由于機(jī)械慣性總要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能停下來(lái)。為了提高生產(chǎn)效率及安全，采用一定的方法讓高速運(yùn)