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1、电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 学习目标: 第三章 异步电动机 掌握三相异步电动机的结构和工作原理。 熟悉三相异步电动机的运行原理。 能运用机械特性分析异步电动机的 起动、调速、反转和制动。 掌握单相异步电动机的基本形式、 工作原理和常用的调速、反转方法。 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 第三章 异步电动机 异步电机 同步电机 交流电机 分类 单相异步 电动机 三相异步 电机 主要 用作 电动 机 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 案例：异步电动机应用极为广泛。例如，在工 业方面：中小型轧钢设备、各种金属切削机床 、轻工机械、矿山机械、通风机、压缩机等； 在农业方面：水泵
2、、脱粒机、粉碎机及其他农 副产品加工机械等都是用异步电动来拖动的。 此外，与人民日常生活密切相关的电扇、洗衣 机等设备中都用到异步电动机。 第三章 异步电动机 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 第二节 三相异步电动机的结构与铭牌 一、三相异步电动机的结构 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 电机与电气控制技术
3、 异 步 电 动 机 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 鼠笼转子 一、三相异步电动机的结构 （二）转子 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 三 相 异 步 电 动 机 的 基 本 结 构 示 意 图 三相异步电动机主要部件是由定子和转子两大部分 组成。此外，还有端盖、机座、轴承、风扇等部件。 定子 转子 轴承 端盖 机座 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 1. 定子 三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子 绕组组成。 定子绕组 机座 铁心 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 二、三相异步电动机的工作原理 （一）异步转动原理 转子
4、导体与旋转磁场之间存在着相对 运动，切割磁力线而产生感应电动势 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 第一节： 三相异步电动机的工作原理 空间位置对称的三相绕组 通入三相对称的交流电流 建立起一个恒速旋转的磁场, 称为旋转磁场 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 一、 旋转磁场 （一）旋转磁场的产生 磁势 电流产生磁势(按右手螺旋定则分析)。分 析时磁势用箭头表示方向。导体中电流用 和X表示方向。如图所示。 X 电流流进 电流流出
5、 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 （一）旋转磁场的产生 t1时刻 t2时刻 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 （一）旋转磁场的产生 t4时刻t3时刻 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 （一）旋转磁场的产生 t6时刻t5时刻 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 （一）旋转磁场的产生 结论： 电流经过一个周期的变化时，磁场也 沿着顺时针方向旋转一周，即在空间 旋转的角度为360。 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 p123456 n1 (r/min ) 300015001000750600500 异步电动机磁极对数和对应 的旋转磁场的转速关系 旋转磁场的转速n1 电机
6、与电气控制技术 异 步 电 动 机 （二）旋转磁场的转向 通入三相绕组中电流 的相序为iUiviw 旋转磁场在空间是沿 绕组始端UVW方 向旋转 结论： 旋转磁场的方向是由三相电流的相序决定 的，即把通入三相绕组中的电流相序任意 调换其中的两相，就可改变旋转磁场的方向。 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 设某个时候旋转磁 场方向如图所示。 磁场转速n1 转子导体与旋转磁场之间存 在着相对运动，根据右手定 则, 转子绕组内电动势和电 流方向如图所示 根据左手定则，转子导体受 力，形成转矩，方向如图所 示。转子转速 n R2 TstC(R2 )/X 结论：Tst与电源电压的平方成正比， 与转
7、子电阻R2亦成正比 。 从机械特性曲线上可知，当增加转子电阻 （对绕线转子异步电动机而言），起动转矩 会增大。当降低电源电压时，起动转矩将减小。 起动转矩倍数Kst=Tst/TN,反映电动机的起动能力。 一般Kst=0.91.8 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 （四）实用表达式 Tem= Tm= TN TN=9550 sm=sN（+ ） 当电动机在额定负载以运行时，转差率s很小， 则Tem = 2Tm 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 二、固有机械特性和人为机械特性 （一） 固有机械特性 固有机械特性 ： 异步电动机工作在额定电压及额定频率下， 电动机按规定的接线方法接线，定子及
8、转子 电路中不外接电阻(电抗或电容)时的机械特性 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 二、固有机械特性和人为机械特性 （一） 固有机械特性 1起动点A 定子电流I1=Ist =（47）IN （IN为额定电流） 2最大转矩点P s=sm，Tem=Tm 是电动机稳定运行 的临界点 3额定运行点B 4同步转速点 是电动机的理想空 载点。此时：n=n1 s=0，Tem=0， 转子电流I2=0，异 步电动机本身不可 能达到同步转速点 。 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 （二）人为机械特性 人为机械特性 ： 改变U1和f1或定子和转子回路串附加电阻 和电抗某一参数(或物理量)时，所得 Tem=
9、f（n）或Tem=f（s）的关系曲线， 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 （二）人为机械特性 1降低U1时的人为机械特性 电动机长期 低压运行， 会使电机过 热甚至烧坏 。 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 （二）人为机械特性 2定子回路串接三相对称阻抗时的人为 机械特性 1.串电阻前 2.串电阻后 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 （二）人为机械特性 3转子回路串入三相对称电阻的人为 机械特性 转子回路串接 对称电阻适用 于绕线式异步 电动机的起动 和调速。 4改变电源频率的人为机械特性 调速时介绍 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 第五节 三相异步电动机的起动 I1
10、st很大，其值约为额定电流的47倍。 尽管起动电流很大，但因功率因数甚低， 所以起动转矩Tst较小。 引起电网电压明显降低，而且还影响接在 同一电网的其他用电设备的正常运行 频繁起动，不仅使电动机温度升高，还会 产生过大的电磁冲击，影响电动机的寿命。 过大的起动电流 的危害 起动时：n=0，s=1 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 满足 Ist/IN3/4+PH*/4PN 可允许直接起动 一、 笼型异步电动机的起动 （一）直接起动 利用刀开关或接触器将电动机定子绕组 直接接到额定电压的电流上，又称全压起动。 优点是起动设备和操作都比较简单。 缺点就是起动电流大、起动转矩小。 电源总容量
11、电动机功率 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 （二）降压起动 1定子电路串接电阻起动 调节电阻Rst的大小可以 将起动电流限制在允许 的范围内。采用定子串 电阻降压起动时，虽然 降低了起动电流，但也 使起动转矩大大减小。 U1/ U/1=I1st/I/1st=Ku 1 则T/st= T/st/K2u 显然起动转矩大大减小 只适用于空载和轻载起动 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 （二）降压起动 2星-三角降压起动 结论: I/st= Ist/3 T/st= Tst/3 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 （二）降压起动 2星-三角降压起动 说明: 星-三角起动转矩降低的倍数与电
12、流降低的 倍数相同。由于高电压电动机引出六个出线 端子有困难，故星-三角起动一般仅用于 500V以下的低压电动机，且又限于正常运 行时定子绕组作三角联结。 星三角降压起动的优点: 起动设备简单， 成本低，运行比较可靠，维护方便，所以广 为应用。 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 （二）降压起动 3自耦变压器降压起动 结论: I/2st/I1st=U2/U1=1/Ku I/2st=KuI/1st I/1st/I1st=1/K2u T/st/Tst=1/K2u 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 （二）降压起动 3自耦变压器降压起动 说明: 自耦变压器的二次侧上备有几个不同的电压 抽头，
13、以供用户选择电压。例如，QJ3型有 三个抽头，分别为40%、60%、80%。 Ku=2.5、1.67、1.25。 在电动机容量较大或正常运行时联成星形， 并带一定负载起动时，宜采用自耦降压起动 ，它根据负载的情况，选用合适的变压器抽 头，以获得需要的起动电压和起动转矩。 说明: 自耦变压器的体积大、重量重，价格较高， 维修麻烦，且不允许频繁移动。自耦变压器 容量的选取，一般等于电动机的容量。 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 （三）深槽式及双笼型异步电动机 使笼型异步电动机在起动时具有较大的转子 电阻，而在正常运行时转子电阻又自动减小， 保证电动机有较好的起动性能和运行性能。 功率因数和
14、过载能力都比普通笼型异步电动机 要低。 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 h L （三）深槽式及双笼型异步电动机 H(1012)L 深而窄 漏 磁 增 大 起动时，频率高，电抗大，电流 分布取决于电抗。出现电流的集 肤效应 。相当于减小导条的高度 和截面，增大了转子电阻，从而 满足了起动的要求。 当起动完毕，由于转子电流频率很低，一般为13Hz， XR，电流的分配将要决定于R，导条中的电流将均 匀分布，集肤效应基本消失。导体恢复为本身电阻 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 （三）深槽式及双笼型异步电动机 双笼型电动机的转子槽型 起动笼 导条截面积较小 并用黄铜或铝青 铜等电阻系数较
15、 大的材料制成， 电阻较大 运行笼 导条的截面积较 大，并用电阻系 数较小的紫铜制 成，电阻较小 下笼交链的漏磁通 要比上笼多得多， 因此下笼的漏电抗 也比上笼的大得多 工作原理与深槽式 相同 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 二、 绕线型转子异步电动机的起动 （一）转子电路串接起动电阻器 使起动电流减小，起动转矩增大。 如使转子回路的总电阻R2与电动机漏感抗X20 相等，则起动转矩可达到最大值。 起动过程 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 （一）转子电路串接起动电阻器 特点： 减小起动电流，增大起动转矩。 可以在小范围内进行调速。 结构比笼型异步电动机复杂，造价高，效率也稍低。
16、在起动过程中，当切除电阻时，转矩突然增大， 会在机械部件上产生冲击。 电动机容量较大时，转子电流很大，起动设备也 将变的庞大，操作和维护工作量大 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 （二）绕线转子电动机转子串接频敏变阻器 频敏变阻 器结构图 E形钢板或 铁板迭装 3050mm 等效电阻随 频率增大而 增大。 f2随起动过程n升高而降低。故频敏变阻 器等效电阻随起动过程降低。刚起动时， 最大，起动完毕，很小。 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 （二）绕线转子电动机转子串接频敏变阻器 特点： 频敏变阻器在工作时总存在着一定的阻 抗，使得 机械特性比固有机械特性软一 些，因此，在起动 完毕后，可用接触器将频敏变阻器短接，使电动 机在固有特性上 运行 频敏变阻器是一种静止的无触点变阻器， 它具有结构简单、起动平滑、运行可靠、 成本低廉、维护方便等优点。 电机与电气控制技术 异 步 电 动 机 现有一台异步电动机铭牌数据如下：PN=10kW， nN=1460r/min，UN=380/220V，星-三角联
