电工电子技术基础 第四章 申凤琴主编讲解

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1、第四章 异步电动机 第一节 三相异步电动机 第二节 单相异步电动机 返回主目录 图4-1 笼型三相异步电动机 轴承盖 端盖 接线盒 散热筋 转轴 转子 风扇 罩壳 轴承 机座 第一节 三相异步电动机 一、三相异步电动机的基本结构 （3）机座 定子绕组组成一个在空间依次相差 电角度的三相对称绕 组，其首端分别为 、 、 ，末端分 、 、 ，可接 成星形或三角形，如 图4-2 所示。主要产生旋转磁场。 1定子 电动机主磁路的一部分，有良好的导磁性能。 为了减小铁心损耗，采用0.5mm厚硅钢冲片叠成圆筒形，并压 装在机座内。在定子铁心内圆上冲有均匀分布的槽，用于嵌放 三相定子绕组。 （2）定子绕组

2、（1）定子铁心 固定和支撑作用。 图4-2 三相异步电动机定子绕组的联结 星形接法 三角形接法 2转子 电动机的转子电路部分，其作用是感应电动势、流过电流并 产生电磁转矩。 （3）转子绕组 支撑转子铁心和输出电动机的机械转矩。 （2）转轴 电动机主磁路的一部分，也用0.5mm厚且相互绝缘的硅钢片 叠压成圆柱体，中间压装转轴，外圆上冲有均匀分布的槽， 用以放置转子绕组。 （1）转子铁心 图4- 3 笼型转子 铜条笼型转 子 铸铝笼型转 子 图4-4 绕线式转子 三相转子绕组 转轴 集电环 电刷 电刷外接线 转子绕组出线端 型号 Y112M4编编号 4.0kW8.8A 380V1440r/minL

3、W 82dB 接法 防护护等级级 IP44 50Hz45kg 标标准编编号工作制SIB级绝级绝 缘缘 年 月 电电机厂 二、三相异步电动机的铭牌 图4-5 三相异步电动机铭牌 在三相异步电动机的机座上有一块铭牌，铭牌上标出了该 电动机的主要技术数据。 磁极数，4表示四极 机座类类型（L表示长长机座，M表示 中 机 座，S表示短机座） 中心高度（mm） 异步电动电动 机 Y 112 M 4 1型号(Y112M4） 2额定值 电动机在加额定电压、输出额定功率时，流入定子绕组的 线电流。 电动机在额定状态下运行时，定子绕组所加的线电压。 电动机在额定工作状态下运行时，轴上输出的机械功率。 式中， 为

4、额定效率， 为额定功率因数。 （1）额定功率 (kW) （2）额定电压 (kV或V) （3）额定电流 (A) 额定功率与其他额定值之间的关系 （4）额定转速 (r/min) 在额定电压下，定子绕组应采用的联结方法。 Y系列电动机，4kW以上者均采用三角形接法。 （6）接法() 电动机所接交流电源的频率。我国电网的频率规定为50Hz。 （5）额定频率 (Hz) 电动机在额定状态下运行时的转速。 （7）工作方式 S1连续；S2短时间；S3断续。 （8）绝缘等级 根据绝缘材料允许的最高温度分为Y、A、 E、B、F、H、C级，见表4-1，Y系列电动机多采用E、B 级 绝缘。 表4-1 绝缘材料耐热等级

5、 18018015513012010590 CHFBEAY等级 最高允许温度/ 三、三相异步电动机的基本工作原理 在三相定子绕组中流过三相对称交流电流，其波形如图4-7。 图4-6 两极定子绕组结构示意图 1旋转磁场的产生 结构 示意图 接线 原理图 据电流的参考方向（首端流入） 和波形图判断电流的实际方向 电流为负时，实际电流从线圈末端 流进，首端流出。 电流为正时，实际 电流从线圈首端流 进，末端流出； 图4-8 两极旋转磁场示意图 放大 波形 还原波形 对于 对磁极电动机，旋转磁场的转速 3) 对于两极（即磁极对数 =1）电动机，旋转磁场转速 旋转磁场的特点 1）定子三相绕组的合成磁场为

6、旋转磁场。 2）旋转磁场的转向取决于三相电流的相序。若要改变旋转磁 场转向，只须将三相电源进线中的任意两相对调即可。 (4-1) 式中， 是旋转磁场转速，亦称同步转速（r/min）； 是电源频率（ ）； 是磁极对数。 问题1.怎样产生 两对磁极? 图4-9 三相异步电动机旋转原理图 2旋转原理 结论：转子的转向和旋转磁场的转向一致。若改变旋转磁 场的转向，则可改变转子的转向。 旋转磁场与转子导体 间有相对运动 感应电动势 右手定则 感应电流 左手定则 电磁力 电磁转矩 因为，如果转子的转速 达到同步转速 ，则转子导体将不 再切割磁力线，因而感应电动势、感应电流和电磁场转矩均为 零，转子将减速，

7、因此，转子转速总是低于同步转速。 “异步”的含义是指转子的转速 永远比同步转速 （既旋 转磁场的转速）小。 异步电动机的“异步”的含义 感应电机 旋转磁场的同步转速 与转子转速 之差称为转差。 转差与同步转速 之比称为转差率 ，用 表示，即 转差率 转差率 是三相异步电动机的一个重要参数。它对电机的 运行有着极大的影响。其大小也能反映转子转速。即 (4-2) 若定子绕组增加一倍，且每个绕组在空间以相差 的 角度排列，并把相差 的两个绕组首尾相串，组成一 相绕组，则可构成四极（ =2）电动机。 电动机起动瞬间，转子转速 ，转差率 =1；理 想空载时，转子转速 ，转差率 ；因此，电动 机在电动状态

8、下运行时，转差率 =01。 答案 1 图4-17 已知Y112M4三相电动机的同步转速 r/min，额定转速为1440r/min，空载时的转差率 。 求该电动机的磁极对数 ， 额定转差率 和空载转速 。 r/min 例4-1 解 式中， 是线电压， 是线电流， 是电动机的功率因数 四、三相异步电动机的运行特性 式中， 是定子绕组及转子绕组中的铜损耗， 铁心中存 在的铁损耗， 是在运行过程中克服机械摩擦、风的阻力等 所形成的机械损耗。此式称为功率平衡方程式 。 转矩特性 1） 三相异步电动机在稳定运行时，电源输入的功率 2）轴上输出的机械功率 3）机械效率 根据力学知识，旋转体的机械功率等于作用

9、在旋转体上的转矩 与它的机械角速度的乘积，即 。 额定输出转矩为 式中， 是额定输出功率（kW）； 是额定转速（r/min ）； 是额定输出转矩（Nm）。 (4-5) 4）电磁转矩 式中， 为电磁转矩， 为输出转矩， 为空载阻转矩 ，此 式称为转矩平衡方程式 。 5）输出转矩 故 式中， 为输出功率（kW） 三相异步电动机的电磁转矩 与定子绕组上的电压和频率、转 差率、转子电路参数等有着密切联系，其关系式为 式中， 是定子绕组电压； 是交流电源的频率； 是转子绕 组每相的电阻； 是电动机静止不动时转子绕组每相的感 抗； 是电动机结构常数； 是转差率。 对于某台电动机而言，当定子绕组上的电压及频

10、率一定 时，转子电路等参数均为常数。此时，电动机的电磁转矩 仅与转差率 有关。 转矩特性曲线 (4-6) 图4-10 转矩特性曲线 由图看出：当 时， ，随着 增大， 也开始 增大，达到最大值 以后， 随 增大而减小。 有两台三相异步电动机，额定功率均为10kW，其 中一台额定转速为980r/min，另一台为1430r/min。试求它 们在额定状态下的输出转矩。 Nm66.78 Nm Nm97.45 Nm 由式（4-5）可得 例4-2 解 把图4-10顺时针转 并把 换成 ，变成图4-11 所示的 与 之间的关系曲线，该曲线称为机械特性曲线。 图4-11 机械特性曲线 2机械特性 （4-7）

11、电动机刚接通电源,但尚未开始转动（ =1）的一瞬间，轴 上所产生的转矩称为起动转矩 。起动转矩必须大于电动机所带 机械负载的阻力矩，否则不能起动。通常用起动能力 表示 ，它定义为起动转矩 与额定转矩 之比，即 电动机能够提供的极限转矩。电动机的最大转矩与额定转矩之 比称为电动机的过载能力，也称过载系数，用 表示，即 （4-8） （1）起动转矩 （2）最大转矩 问题3：电动机一但过载， 会很快停转。 停转时，会发生什么？ 问题2.若电动机所拖动的负载阻 力矩大于最大转矩，会怎样？ 临界转速 和临界转差率 最大转矩所对应的转速和转差率分别称为临界转速 和 临界转差率 ， 的值约在0.040.4之间

12、，通过分析可知， 可用下式计算 （4-9） 由上式可知，出现最大转矩时的临界转差率 和 成正 比，当 = ， （起动时），则可使最大转矩 出现在起动瞬间。 应用 起重设备中广泛采用的绕线转子异步电动机就是利 用了这一特点，保证电动机有足够大的起动转矩来提升重物 。 即 转速从 到 之间的区域（电动机正常运行工作区）。 该段曲线表明：当负载转矩增大时，电磁转矩增大，电动机 转速略有下降。 转速从0到 之间的区域。该段曲线表明：当负载转矩增大 到超过电动机最大转矩时，电动机转速将急剧下降，直到停 转。通常电动机都有一定的过载能力，起动后会很快通过不 稳定运行区而进入稳定运行区工作。由于三相异步电动

13、机机 械特性的稳定运行区比较平坦，即随着负载转矩的变化，电 动机转速变化很小，因此其机械特性为硬特性。 （2）非稳定运行区 对于机械特性曲线，可分为两个区域： （1）稳定运行区 电动机将因拖不动负载而被迫停转。 答案 2 1）电动机所产生的电磁转矩 与电源电压 的平方成正 比，因此电源电压的波动对电动机的转矩影响很大。 结合式（4-6）、式（4-9），得出结论： 2）最大转矩 与转子电阻 无关，因此适当调整 可改变 机械特性，而最大转矩不变。 电动机电流很大，若时间 过长，则会烧坏电动机。 答案3 一台三相异步电动机的 =380V， =20A， =10kW， 0.84， 1460r/min， 1.8， 2.2 ， 试求额定转矩 ，起动转矩 ， 最大转矩 ，额定效 率 。 据式（4-5） 据式（4-7） 据式（4-8） 例4-3 解 故 W11.06kW 输入功率 为 2.265.41Nm143.90Nm 1.865.41Nm 117.74Nm Nm65.451Nm 五、三相异步电动机的起动、反转、调速和制动