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1、第 6 章 异 步 电 动 机 第章 异步电动机 实训6 三相异步电动机的正、 反转 6.1 异步电动机的基本结构 6.2 三相异步电动机的转动原理 6.3 三相异步电动机电路分析 6.4 三相异步电动机的转矩特性 6.5 三相异步电动机的运行与控制 6.6 三相异步电动机的选择、 使用 习题与思考题6 第 6 章 异 步 电 动 机 1. 实训目的 (1) 了解三相异步电动机和有关控制元件的结构、 工作过程和作用； (2) 建立对三相异步电动机转动原理和控制系统的 感性认识； (3) 学习三相异步电动机正、 反转控制线路的连接 。 实训 6 三相异步电动机的正、 反转控制 第 6 章 异 步
2、 电 动 机 2. 实训器材 （1） 三相异步电动机 1台 （2） 交流接触器 2 只 （3） 热继电器 1只 （4） 复合按钮 3只 （5） 电流表 1块 （6） 控制线路板 1块 （7） 熔断器、 导线、 电流插座 若干 第 6 章 异 步 电 动 机 3. 实训线路与说明 图6 - 1为采用交流接触器控制三相异步电动机正、 反 转的实用控制线路， 分主电路和控制电路两部分。 主电路由空气开关QS、 熔断器FU1、交流接触器KM1 、KM2的主触头、热继电器FR和三相异步电机M组成。三 相异步电机M接成“”形。 控制线路由熔断器FU2、热继电器FR的控制触头、停 止按钮SB1、正转按钮SB
3、2、反转按钮SB3、交流接触器 KM1、 KM2的控制线圈及其辅助触头和电动机正、反转指 示灯YH、 RD组成。 第 6 章 异 步 电 动 机 图6-1 交流接触器控制三相异步电动机正、反转线路 第 6 章 异 步 电 动 机 交流接触器KM1、 KM2包括 3 个主触头、3 个辅触头 和两个控制线圈。接在主电路中的主触头控制电动机与电 源的连接， 接在控制线路中的辅触头用于接通接触器的 控制线圈与工作状态指示灯RD、YH，以控制并指示电动 机的工作状态。YH亮表示电机正转；RD亮表示电机反转 ； 两者都不亮表示电机没有通电。 热继电器FR的作用是防止电动机过载。当负载过重电 动机温度升得太
4、高时，其接在控制电路中的FR触点会自 动断开，使交流接触器掉电，断开电动机电源。 L1、L2、L3和N为三相四线制电源的三根火线与一根零 线， 作为主电路的动力电源和控制线路的控制电源。 接 在主电路与控制电路的熔断器起短路保护作用。 第 6 章 异 步 电 动 机 4 实训步骤与要求 1） 准备工作 2） 连接线路 按照图6 - 1连接线路，要求“自锁”、“互锁”正确，保证 KM1、KM2主触头不同时接通，否则会造成火线短路。认 真检查线路，发现故障应及时排除。 3）通电试车 4） 测量电流 5） 数据分析 第 6 章 异 步 电 动 机 在按压SB2、SB1和SB33种情况下，认真观察电路
5、与 各元器件的状态。用“1”表示线圈通电，按钮闭合；用“0” 表示线圈不通电，常闭触点闭合，触头和按钮断开。将数 据填入表6 - 1。 元 件 SB 1 SB2SB3 KM 1 KM 2 电电机 不转转 电电机 正转转 电电机 反转转 第 6 章 异 步 电 动 机 6.1 异步电动机的基本结构 第 6 章 异 步 电 动 机 图6-3 异步电动机的定子铁心 第 6 章 异 步 电 动 机 图6-4 鼠笼式转子 第 6 章 异 步 电 动 机 图6-5 采用铸铝的鼠笼式转子 第 6 章 异 步 电 动 机 图6-6 接线端子及接法 第 6 章 异 步 电 动 机 第 6 章 异 步 电 动 机
6、 6.2.1 异步电动机转动的基本过程 1、感生电流与电磁转矩 图6 - 8（a）是一个异步电动机转子转动的简化模型。它 由一个装有手柄的马蹄形磁铁和一个可自由转动的转子组成 。 转子由闭合导体条构成鼠笼状转子放在马蹄形磁铁两极中间 ， 与马蹄形磁铁共轴。 按顺时针方向转动马蹄形磁铁，我们发现转子也随之沿 相同的方向转动，且随着马蹄磁铁转速的加快而加快。如果 改变马蹄形磁铁的旋转方向，转子的方向也跟着改变。 6.2 三相异步电动机的转动原理 第 6 章 异 步 电 动 机 第 6 章 异 步 电 动 机 从图 6 - 8（b）的剖面图中可以看出：当N、S磁极在外 力作用下以转速n顺时针方向旋转
7、时，转子导体条a、b所围 面积内的磁通量将发生变化，根据法拉第电磁感应定律，在 导体条a、b中将产生感生电动势。电动势的大小正比于导体 条a、 b所围面积磁通量的变化率，即 式中，为通过a、b所围面积S的磁通量，设t0时，磁 力线的方向与线圈平面平行，马蹄形磁铁以匀角速度旋转 ，则 第 6 章 异 步 电 动 机 可得 由于导体条a、b构成一个闭合回路，故在的作用下将形 成相应的感生电流Iab。Iab的大小正比于，反比于转子导体条 的阻抗，方向与相同，如图6 - 8（b）所示。 在磁场中运动的转子导体条a、b中有电流流过时，它必 然受到安培力F的作用。根据安培定律，F的大小应与电流Iab 的大
8、小、导体条的长度l以及磁感应强度B的大小成正比。 第 6 章 异 步 电 动 机 F的方向由右手螺旋定则确定，如图68（b）所示 。因为导体条a和b对称，两者受到的作用力大小相等， 方向相反，故它们将产生一个绕oo轴转动的力偶矩，一 般称为电磁转矩，用M表示。其大小为 显然，转子在电磁转矩M的作用下，沿顺时针方向 旋转， 即与马蹄形磁铁同向转动。 第 6 章 异 步 电 动 机 2. 转动的基本过程 实际的异步电动机不是旋转永久磁极（演示实验中的蹄 形磁铁）, 而是将三相电源加在三个定子绕组上，产生一个旋 转磁场。 旋转磁场的旋转方向由三相电源的相序确定。 当旋转磁场顺时针方向旋转时， 通过闭
9、合铜条所包围面 积的磁通量将发生变化。因此， 在闭合铜条中将产生感生电 流， 感生电流的方向由右手螺旋定则确定。 反过来， 具有感 生电流的转动铜条又将受到磁场力（安培力）的作用， 形成 一个力偶矩（电磁转矩）， 使转子也顺时针方向转动起来。 显然， 转子转动的方向与磁场的旋转方向相同。 通过改 变三相电源的相序可以改变旋转磁场的方向， 从而达到改变 转子的转动方向的目的。 第 6 章 异 步 电 动 机 6.2.2 旋转磁场 1、两极旋转磁场的形成 如图6 - 9所示，将异步电动机的 3 个定子绕组接成“ 星”型，并将它的 3 个首端A、B、C分别与三相电源相联 接。3 个定子绕组的尺寸、匝
10、数和其他特性是完全相同的 ，仅空间位置彼此相差120。当接通三相对称电源后，其 中将产生对称的三相电流，设它们分别为： 第 6 章 异 步 电 动 机 第 6 章 异 步 电 动 机 三相电流iA、iB和iC的波形如图6 - 10所示。 图6-10 三相交流电 第 6 章 异 步 电 动 机 当t=0时，iA=0、 ， 3 个定子绕组中电流的方向和 3 个电流合成产生的感生磁 场的分布如图6 - 11（a）所示。 这时电动机中央磁力线的 方向从-绕组的尾端指向首端，并与轴垂直。处 相当于磁场的极，处相当于磁场的极。 当t=120时， 这时 3 个定子绕组中的电流方向和磁场分布情况如图 6 -
11、11（b）所示。 相当于t=0时的磁场顺时针方向旋转了 120。 第 6 章 异 步 电 动 机 图6-11 三相两极旋转磁场 第 6 章 异 步 电 动 机 同理，当t=240（-120）时， 3 个定子绕组中的电流和磁场分布情况如图6 - 11（c）所示 。 相当于t=120时的磁场顺时针方向又旋转了120。 当t=360时， iA、iB、iC和磁场分布又回到了t=0时 的情况， 如图6 - 11（d）所示。 第 6 章 异 步 电 动 机 二极旋转磁场的如下特点。 （） 空间上互为120的 3 个定子绕组接通相位互为120 的三相正弦交流电源时， 可以产生以角速度匀速旋转的磁 场。 （）
12、 旋转磁场的方向与三相电源的相序有关。当三 相电源的相序为-B-C时，旋转磁场按顺时针方向旋转，电 动机正转。 当三相电源的相序改变为A-C-B时，旋转磁场则 按逆时针方向旋转，电机反转。 （） 旋转磁场的变化频率与三相电源的变化频率一致。 三相交流电变化一个周期，旋转磁场则旋转一圈。三相交流 电的频率为50Hz，二极旋转磁场每秒钟就转过50转。即转速 为5060=3000 rmin 。 第 6 章 异 步 电 动 机 2. 旋转磁场的极对数 上面讨论的旋转磁场只有两个极，即只有一对、S极， 故称为一对极。用（p=1）表示。如果电动机的磁场不只两 个极，则为多极旋转磁场，如四极旋转磁场有两对、
13、 极，称为二对极，用p=2表示。同理，六极旋转磁场具有 对N、S极，称为对极，用p=3表示。通常我们所说的电动 机的对极数就是指电动机中旋转磁场的对极数。旋转磁场 对极数增加时，电动机的同步转数将会按比例减少。可以 证明p对极旋转磁场转速（同步转速）的一般公式为 （6.4） 第 6 章 异 步 电 动 机 我国电工标准规定f1=50Hz，则n1和p的对应关系可用 表6 - 2列出。 表6 2 同步转速与极对数的关系 p（极对 数） 12345 n1/(r/mi n) 300015001000750600 显然，可以通过增加极对数来降低转速，但极对数的增 加需要采用更多的定子线圈和加大电动机的铁
14、芯，这将使电 动机的成本提高和重量增大。 常用电机的极对数多为14。 需要继续降低转速时，采用其他方法。 第 6 章 异 步 电 动 机 6.2.3 异步电动机的转速与转差率 1. 转速 上面我们讨论的转速是旋转磁场的转速，即同步转速， 电动机的转速是指转子的转速，两者不能混淆。从电动机转 动的过程可以看出：转子的转速n与旋转磁场的转速n0有关， 但它不可能超过和完全等于旋转磁场的转速，即nSX20），I2 近似与S成正比；当S很大接近于1、n2 与n1相差很大时，转子电路的感抗X2很大（R2SX20，cos2； 随着S的增大SX20也增大，cos2反而减小，直到S接近于1时 ， R2SX20,cos2近似与S成反比；当S=1时，cos2达到最 小值。 第 6 章 异 步 电 动 机 1 转矩平衡 1） 电磁转矩方程 如果我们用代替SBsint，用转子绕组中流过的电流I2 代替Iab，并考虑到转子转动时转子电流I2与转子感应电动势 E2之间存在着相位差2，则式（6.3）可写成： (6.26) 6.4 三相异步电动机的转矩特性 第 6 章 异 步 电 动 机 2）转矩平衡 三相异步电动机转动时，转子不仅要受到电磁转矩M
