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1、第四章 电动机第一节 三相异步电动机的结构及铭牌第二节 三相异步电动机的的旋转磁场第三节 三相异步电动机的转动原理第四节 三相异步电动机的运行第五节 三相异步电动机的启动第六节 三相异步电动机的调速第七节 单相异步电动机第八节 同步电动机第九节 直流电动机第一节 三相异步电动机的结构及铭牌一、三相异步电动机的基本结构1.定子：主要用来产生旋转磁场,它由定子铁心、 定子 绕组、 机壳等组成。 机壳包括端盖和机座，其作用是支承定子铁心和固定整个电机。中小型电机机座一般采用铸铁铸造, 端盖多用铸铁铸成，用螺栓固定在机座两端。 定子铁心是磁路的一部分,为了降低铁心损耗,采用0.5mm厚的硅钢片叠压而成
2、，硅钢片间彼此绝缘。铁心内圆周上分布有若干均匀的平行槽，用来嵌放定子绕组。 3. 定子绕组定子绕组是电机定子的电路部分，应用绝缘铜线或铝线绕制而成。三相绕组对称地嵌放在定子槽内。 三相异步电动机定子绕组的三个首端U1、V1、W1和三个末 U2、V2、W2，都从机座上的接线盒中引出。 图（a）为定子绕组的星形接法； 图（b）为定子绕组的三角形接法。三相绕组具体应该采用何种接法，应视电力网的线电压和各相绕组的工作电压而定。目前我国生产的三相异步电动机，功率在4 kW以下者一般采用星形接法；在4kW以上者采用三角形接法。 三相定子绕组的接法二、转子转子主要用来产生旋转力矩，拖动生产机械旋转。转子由
3、转轴、转子铁心、转子绕组构成。（1）. 转轴 转轴用来固定转子铁心和传递功率， 一般用中碳钢制成。 （2）. 转子铁心 转子铁心也 属于磁路的一部分， 也用 0.5mm的硅钢片叠压而成。转子铁心固定在转轴上，其外圆均 匀分布的槽是用来放置转子绕 组的。 转子的硅钢片3. 转子绕组: 三相异步电动机的转子绕组分为鼠笼式和绕线式两种。鼠笼式转子是由安放在转子铁心槽内的裸导体和两端的短路环连接而成的。转子绕组就像一个鼠笼形状故称其为鼠笼式转子。 铸铝转子：中小型电机，一般采用铸铝绕组。这种转子是将融化了的铝液直接浇注在转子槽内，并连同两端的短路环和风扇浇注在一起。如某三相异步电动机铭牌如下， 现对铭
4、牌的各项数据作些 简要介绍。三相异步电动机的铭牌型号Y112M4 编号功率4.0kW 电流8.8A电压380V 1440r/min LW 82dB接法 防护等级IP44 50Hz 45kg标准编号 工作制S1 B级绝缘型号Y112M4 ：Y产品代号， 114机座中心高160 mm； M表示中机座， （ S表示短机座， L表示长机座）；4 磁极数。(1) 额定功率PN。 额定功率为电动机在额定状态下运行时， 转子轴上输出的机械功率kW。 (2) 额定电压和接法。额定电压指定子绕组按铭牌上规定的接法连接时应加的线电压值。Y系列电动机功率在 4 kW以上均采用三角形连接， 以便采 用Y-接法。3kW
5、 以下有380v和220v两种，写成380/220v， 对应接法两种，即Y/ . 电源线电压380v时，定子绕组接 成星形；电源线电压220v时，定子绕组接成三角形。(3) 额定电流。 额定电流指电动机在额定运行情况下， 定 子绕组取用的线电流值。 (4) 额定转速。 额定转速为电动机在额定运行状态时的转 速， 单位为 r/min。 (6) 绝缘等级。绝缘等级是电动机定子绕组所用的绝缘材料的 等级。(7) 工作方式。工作方式即电动机的运行方式。按负载持续时间的不同，国家标准把电动机分成三种工作方式： 连 续工作制、 短时工作制和断续周期工作制绝缘等级YAEBFHC极限工作温 度（。C)9010
6、5120130155180180（5）防护方式（IP44）。表示电动机外壳防护的方式为 封闭式。第二节 三相异步电动机的的旋转磁场1. 旋转磁场的产生 三相异步电动机的定子， 三相定子绕组对称放置在定子槽中，即三相绕组首端U1、V1、W1（或末端U2、V2、W2）的空间位置互差120。若三相绕组连接成星形，末端U2、V2、W2相连，首端U1、V1、W1接到三相对称电源上， 则在定子绕组中通过三相对称的电流iU、iV、iW（习惯规定电流参考方向由首端指向末端）(1) t=0 瞬间（iU=0；iV为负值； iW为正值）: 此时，U相绕组（U1U2绕组）内没有电流；V相绕组（V1V2绕组）电流为负值
7、，说明电流由V2流进，由V1流出；而W相绕组（W1W2绕组）电流为正， 说明电流由W1流进，由W2流出。运用右手螺旋定则， 可以确定合成磁场如图 (a)所示， 为一对极(两极)磁场。 (2) t=T/6瞬间（iU为正值；iV为负值；iW=0）: U相绕组电流为正，电流由U1流进，由U2流出；V相绕组电流未变； W相绕组内没有电流。合成磁场如图 （b）所示，同t=0瞬间相比，合成磁场沿顺时针方向旋转了 60。 (3) t=T/3瞬间（iU为正值；iV=0；iW为负值）: 合成磁场沿顺时针方向又旋转了60，如图（c）所示(4) t=T/2瞬间（iU=0；iV为正值；iW为负值）:与t=0瞬间相比，
8、合成磁场共旋转了 180。 2. 旋转磁场的转速由以上分析可以看出，旋转磁场的转速与磁极对数、定子电流的频率之间存在着一定的关系。一对极的旋转磁场， 电流变化一周时， 磁场在空间转过360（一转）；两对极的 旋转磁场，电流变化一周时，磁场在空间转过180（1/2转） ；由此类推，当旋转磁场具有p对磁极时，电流变化一周， 其旋转磁场就在空间转过 1/p转。 常转速是以每分钟的转数来表示的， 所以旋转磁场转速的计算公式为异步电动机转速和极对数的对应关系由上式可得，旋转磁场的转速 n1 取决于电源频率f 和磁极对数 p。我国工频50Hz,可得不同磁极对数旋转磁场的转速如下磁极对数p123456转速n
9、1/r(min)-1 300015001000750600500旋转磁场转向与通入定子绕组的电流相序一致。若使 旋转磁场反向，只需把三根电源线的任意两根对调（ 如U、W对调）第三节 三相异步电动机的转动原理及转差率一、三相异步电动机的转动原理当电动机的定子绕组通以三相交流电时，便在气隙中产生旋转磁场。设旋转磁场以n1的速度顺时针旋转，相当于磁场不动，转子导体逆时针方向切割磁力线，产生感应电动势、感应电流 ，其方向可根据右手定则判断（假定磁场不动， 导体以相反的方向切割磁力线）。由于转子电路为闭合电路， 在感应电动势的作用下， 产生了感应电流由于载流导体在磁场中要受到力的作用， 因此， 可以用左
10、手定则确定转子导体所受电磁力的方向如图 所示。 这些电磁力对转轴形成一电磁转矩， 其作用方向同旋转磁场的旋转方向一致。这样，转子便以一定的速度沿旋转磁场的旋转方向转动起来。 电动机不带机械负载的状态称为空载。这时负载转矩是由轴与轴承之间的摩擦力及风阻力等造成的，称为空载转矩， 其 值很小。这时电动机的电磁转矩也很小，但其转速n0（称空载转速）很高，接近于同步转速。 转子转速n2与旋转磁场n1同向，转子转速n2不可能达到同步 转速n1（若n1 n2 ，转子和 旋转磁场不存在相对运动，转 子部切割磁力线转子受电磁力 F=0）。有n1大于 n2 。故称为 异步电动机转差率异步电动机的转子转速n低于同
11、步转速n1，两者的差值(n1-n)称为转差。转差就是转子与旋转磁场之间的相对转速。转差率就是相对转速（即转差）与同步转速之比， 用s表示， 即 转差率是分析异步电动机运转特性的一个重要参数。在电动机起动瞬间，n=0，s=1；当电动机转速达到同步转速（为理想空载转速，电动机实际运行中不可能达到）时， n=n1，s=0。由此可见，异步电动机在运行状态下，转差率的范围为0s1；在额定状态下运行时，s=0.020.06。第四节 三相异步电动机的运行异步电动机之所以能够转动，是因为转子绕组中产生感应 电动势，从而产生转子电流，此电流同旋转磁场的磁通作 用产生电磁转矩之故。TABn2TNTmTstD OC
12、n1nN三相异步电动机的机械特性曲线图中，启动转矩为 Tst 为启动时对应的电磁转 矩，额定转矩 TN 为电 动机带动额定负载时的 电磁转矩；最大转矩 Tm 是电动机在运行中具 有的最大转矩根据机械特性曲线分析如下（1）当电动机的启动转矩 Tst 大于负载阻力矩TL时 ，电机旋转，并在电磁转矩的作用下加速，此时电磁 转矩随额定转矩n2 增加而逐渐增大（沿曲线DC段上 升），直到最大转矩 Tm。而后，随着转速的继续增 加电磁转矩反而下降 （沿曲线CA段下降），最终当 电磁转矩等于负载转矩T= TL 时电机以某一转速匀速 稳定旋转。（2）异步电动机一经启动很快进入曲线的AC段， 并在某一点稳定运行
13、。在AC段如果负载加重，负 载力矩大于电磁转矩，转速下降，同时电磁转矩 随转速的下降而增大，与负载力矩达到新的平衡 ，使电机以比原来稍低的转速运行。（3）若伏在的阻力矩超过了最大转矩 Tm ，负载 力矩则一直大于电磁转矩，再也不存在新的平衡点 使T= TL ，电动机转速很快下降直到停止，处于堵转 状态。定子电流加大可达47倍，时间长损害电机 。 （4）机械特性曲线AC段为电动机的稳定运行区。从 空载到满载转速下降很少，只要负载力矩介于AC 区间，均可找到稳定点运行。 AC段称电动机的硬机 械特性，适合大多数生产机械对拖动的要求。（5）过载能力 电动机的最大电磁转矩Tm 与转矩 TN 之比称过载
14、能力，一般为1.92.2。电动机的 启动转矩 Tst 与TN 之比称启动能力，一般为1.7 2.2。二、转矩与功率的关系电动机载运行中若带动负载转动的转矩为T2,轴 上输出的机械功率为P2 ,转子转速为n2电动机载额定状态下运行TN 为输出的额定转矩PN 为输出的额定功率nN 为输出的额定转矩三、电磁转矩与电源电压的关系电磁转矩与电动 机定子绕组上所 加电压U的平方成 正比U1 U2 U3当电动机负载的阻力矩TL一定时，又有电压降低，电 磁转矩T下降，将使电机可能带不动原有负载，于是 转速下降，电流加大。电压下降过低，以致最大转矩 也低于负载转矩时，电机停转。第五节 三相异步电动机的启动鼠笼式
15、电动机的起动方法有直接起动和降压起动两种。直接起动就是利用闸刀开关将电动机直接接入电网使其在额定电压下起动，如图 所示。这种方法最简单，设备少，投资小，起动时间短，但起动电流大，起动转矩小， 一般只适用于小容量 电动机（10 kW以下）的起动。1) 直接起动 2) 降压起动降压起动的主要目的是为了限制起动电流， 但同时也限制了起动转矩，因此，这种方法只适用于轻载或空载情况下起动。常用的降压起动方法有下列几种： (1) 定子电路中串电抗器起动。 这种起动方法是在电动机定子绕组的电路中串入一个三相电抗器， 其接线如图 所示。(2)Y-起动。 这种方法只适用于正常运转时定子绕组作三角形连接的电动机。
16、起动时，先将定子绕组改接成星形，使加在每相绕 组上的电压降低到额定电压的1/3，从而降低了起动电； 待电动机转速升高后，再将绕组接成三角形，使其在额定电压下 运行。Y-起动线路如图 可以证明， 星形起动时的起动电流（线电流）仅为三角 形直接起动时电流（线电流）的1/3，即IYst=(1/3)Ist； 其起动 转矩也为后者的1/3，即TYst=(1/3)Tst。 这种方法适用于电动机轻载或空载时启动注(3) 自耦变压器起动。 对容量较大或正常运行时作星形连接的电动机，可应用自耦变压器降压起动。 自耦变压器降压起动的优点是不受电动机绕组接线方法的限制，可按照允许的起动电流和所需的起动转矩选择不同的抽头，常用于起动容量较大的电动机。其缺点是设备费用高，不宜频繁起动。 第六节 三相异步电动机的调速调速是指人为的改变电动机的转速。调速方法如下：1变极调速通过改变电动机的定
