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1、第4章 交流异步电动机,4.1 三相异步电动机的构造和转动原理 4.2 三相异步电动机的机械特性 4.3 三相异步电动机的名牌数据 4.4三相异步电动机的起动 4.5三相异步电动机的调速与制动 4.6单相异步电动机,根据电动机所使用的电流性质可分为交流电动机和直流电动机两大类。交流电动机按所使用的电源相数可分为单相电动机和三相电动机两种，三相和单相电动机又分同步和异步两种。三相交流异步电动机按转子结构形式可分为鼠笼式和绕线式异步电动机；按外壳的防护形式可分为开启式、防护式、封闭式异步电动机等。,4.1 三相异步电动机的构造和转动原理,4.1.1 三相异步电动机的构造,三相笼型异步电动机的构造,
2、三相异步电动机是由定子和转子两个基本部分组成。,（1）定子异步电动机的静止部分称为定子，主要由定子铁心、定子绕组和机座等部件组成，其作用是用来产生旋转磁场的。,（2）转子。转子由转子铁心、转子绕组和转轴等部件构成。转子的作用是用来产生电磁转矩。,4.1.2 旋转磁场的产生,1.定子的旋转磁场,对称三相电流通入在空间彼此相差120的三个相同的线圈时，就能产生旋转磁场。,简化的三相定子绕组,三相定子电流的波形,异步电动机旋转磁场示意图,2.旋转磁场的转速,三相电流的频率为，表明三相电流每秒钟交变的周期数为，故旋转磁场每分钟的转速为no=60 (rmin),通过定子绕组的缠绕制作，可以使定子磁场为四
3、极(磁极对数p=2) ，或更多。则p对磁极的异步电动机的旋转磁场的转速为：,no,3.旋转磁场的方向,旋转磁场的旋转方向与三相电源的相序一致。要使旋转磁场反转，只要改变电源的相序，即只要把接到三相绕组始端上的任意两根电源线对调，就可以实现旋转磁场的反转。改变异步电动机的转向，就是根据这一原理来实现的。,4.1.3 三相异步电动机的转动原理,如果三相异步电动机的定子绕组中通入对称三相正弦交流电，就会产生旋转磁场，由于旋转磁场与静止的转子绕组之间有相对运动，转子导体就切割旋转磁场的磁感线，其中就产生感应电动势。因为转子绕组是闭合的，所以，转子绕组中便有电流流过。转子绕组中的电流产生后，立即又受到旋
4、转磁场的电磁力的作用，于是，转子在电磁转矩的作用下，沿着旋转磁场的方向旋转起来，这就是三相异步电动机的工作原理。,两极三相异步电动机转动原理示意图,在此转矩的作用下，如上图转子便沿旋转磁场的方向转动起来，其转速用n表示。转速n总是要小于旋转磁场的同步转速n0，否则，两者之间没有相对运动，就不会产生感应电动势及感应电流，电磁转矩也无法形成，电动机不可能旋转。通常，我们把同步转速n0与转子转速n的差值称为转差，转差与n0的比值称为异步电动机的转差率，用s表示。即,或,4.2 三相异步电动机的机械特性,4.2.1 三相异步电动机的机械特性,1.异步电动机的转矩特性,当电源电压、频率和转子参数一定时，
5、转矩T随着转差率s变化的情况可用T=(s)曲线来表示，该曲线称为异步电动机的转矩特性曲线。,在0ssm区段，转矩T随s的增大而增大。在sms1区段，转矩T随s的增大而减小。当时，T出现最大值Tm，称为最大转矩。出现最大转矩时的转差率sm称为临界转差率。,异步电动机的转矩特性曲线,2.异步电动机的机械特性,为了更直接地表示电磁转矩T和转速n之间的关系，可根据转速n与转差率s的关系，将曲线T=(s)变换为n=(s)曲线，这种曲线称为异步电动机的机械特性 。,4.2.2 额定转矩和过载能力,（1）当异步电动机在额定状态下运行时，从其转轴上以转矩的形式输出动力，此时的转矩为额定转矩，即,其中，PN单位
6、为KW，nN单位为r/min，TN单位为Nm。从上式可以看出，输出功率相同的电动机，转速低的转矩大，转速高的转矩小。,（2）当电动机负载转矩大于最大转矩时，电动机就因带不动负载而停转，此时电动机电流能很快升至（57）IN，至使电动机定子绕组过热而烧毁。,我们将最大转矩与额定转矩的比值用m表示，称为异步电动机的过载能力，也叫过载系数。其值一般在1.62.5之间。,（3）电动机刚起动的瞬间，既(n=0，s=1)时的转矩称为起动转矩Tst。只有当起动转矩大于负载转矩时，电动机才能起动；起动转矩越大，电动机起动就越迅速，越容易。反映电动机起动能力的参数为起动转矩倍数Kst。,Y系列三相异步电动机的Ks
7、t一般为1.72.2。,4.3 三相异步电动机的名牌数据,1.型号,Y系列电动机型号由三部分组成，即产品代号、规格代号和特殊环境代号。,2.额定功率 电动机在额定工作状态下运行时，转轴上所能输出的机械功率，单位为瓦（W）或千瓦（KW）。,3.额定电压电动机在额定工作状态下运行时定子绕组规定使用的线电压，单位为伏（V）或干伏（KV）。按我国国家标准规定，电动机的电压等级分为220v，380V，3kV，6kV和10kV五级。,4.接法指电动机三相定子绕组的联结方式，一般有形和Y形两种。若铭牌上所标电压为380220 V，接法为Y。,5.额定电流电动机在额定工作状态下运行时，电源输入电动机绕组的线电
8、流，单位为安（A）。若铭牌上标有两个电流值，则表示定子绕组在两种不同接法时的输入线电流。,6.频率 我国采用50Hz频率的交流电。,7.功率因数,8.效率,9.转速,10.温升与绝缘等级,11.定额,12.防护等级,13.LW 铭牌所标“LW 82分贝”为电动机的总噪声等级。,4.4 三相异步电动机的起动,4.4.1 三相异步电动机的起动性能,电动机从接通电源开始，转速由零增加到稳定转速的过程称为起动过程。,一台电动机刚接通电源时，n=0(s=1)，此时，转子上的电流达到最大。根据交流电动机磁动势平衡的特性可知，此时的定子电流也相应地达到最大。通常，起动时定子绕组的起动电流与额定电流的比值Is
9、t/IN为47。,4.4.2 三相异步电动机的直接起动,三相笼型异步电动机的起动方法有两种，即在额定电压下的全压起动(又称直接起动)和经过起动设备降压后的降压起动。,参考以下经验公式来确定是否允许全压起动 :,式中，ST为公用变压器容量（KVA），PN为电动机的额定功率（KW），Ist/IN为电动机起动电流与额定电流之比。此式成立，允许全压起动，若不成立，则不允许全压起动。,电动机直接起动的优点是起动设备简单，运行可靠，成本低廉，起动时间短，这也是小型异步电动机常用的起动方式；缺点是对电动机和电网有一定的电流冲击。,4.4.3 三相异步电动机的降压起动,降压起动一般有下列四种具体方法：,(1)
10、串电阻(或电抗器)降压起动。示意图如右图所示。,(2)星形一三角形(Y)减压起动。只要正常运行时定子绕组是三角形()联接的电动机，均可采用Y减压起动方法。 如下图所示。,(3)自耦变压器(补偿器)降压起动。降压起动原理如图4.18所示，起动时先合上开关S1，再把S2投向“启动”位，这时自耦变压器将电源电压降低后加到电动机上，待电动机转速升高后，再把S2投向“运行”位，电动机就正常运行。自耦变压器在起动阶段使用，起动结束切除。 如图所示。,(4)延边三角形起动。延边三角形起动法与星形三角形起动法类似，如左图所示，起动时定子绕组一部分接成星形，另一部分接成三角形，看上去像三角形的三个边延长，故称为
11、“延边三角形”。,4.4.4 三相绕线转子异步电动机的起动,绕线式异步电动机转子回路串人可调电阻或频敏变阻器之后，可以减小起动电流，同时增大起动转矩，因而起动性能比鼠笼式异步电动机好。,1.转子串接电阻起动,绕线转子与外加电阻接线图,2.转子串接频敏变阻器起动,绕线转子异步电动机转子串联电阻起动线路,4.5 三相异步电动机的调速与制动,4.5.1 三相异步电动机的调速,根据异步电动机的转速关系式,异步电动机调速有三种方法：,1.变极调速,通过对定子绕组引出线的不同连接，得到相应的极对数。变极调速只用于笼型异步电动机，因为定子变极时，笼型转子也能作相应的变极；绕线转子电动机的转子绕组极数是固定不
12、变的，所以不能进行变极调速。,2.变转差率调速改变转差率S调速的方法有转子回路串电阻调速、调压调速、转子回路串电势调速和电磁调速等。本书简单介绍前两种方法：,(1)变阻调速。变阻调速是通过改变电动机转子电路的外接电阻实现的。,（2）变压调速。变压调速是改变电动机定子绕组上的电压。,3. 变频调速变频调速是改变电动机电源的频率，应用最广的是恒磁通调速，或称为恒转矩调速，,变频调速具有质量轻、体积小、惯性小、效率高等优点，变频调速设备价格也在逐步下降。随着计算机技术的发展，采用矢量控制技术，异步电动机调速的机械特性曲线可以做得像直流电动机调速一样硬，这是目前交流调速的发展方向。,4.5.2 三相异
13、步电动机的制动,电动机与电源断开之后，由于转子有惯性，要经过一段时间后才会停车。为了使电动机迅速准确地停转，必须对电动机实行制动，通常采用的制动方法有机械制动和电气制动 。,1.机械制动机械制动是利用机械装置使电动机在电源切断以后迅速停转的方法。常用的机械制动有电磁离合器和电磁抱闸。,2.电气制动电气制动是使异步电动机产生一个与其旋转方向相反的电磁转矩，作为制动转矩，从而使电动机减速或停转。电气制动的主要方法有反接制动、能耗制动及再生制动。,4.6 单相异步电动机,4.6.1 单相异步电动机的分类,单相异步电动机只需单相交流电源，特别是可以直接用220V交流电源供电，所以，它不仅在工业，医疗等
14、方面广泛应用，而且在家用电器上大量应用，最常见的如电风扇、洗衣机、电冰箱、吸尘器等都用单相异步电动机作动力。,一般分相起动和罩极起动两种类型的单相异步电动机。,4.6.2 电容式单相电动机的工作原理,1. 分相起动式单相异步电动机的工作原理所谓分相起动是指利用调整两相绕组阻抗的办法，从单相交流电流中得到具有一定相位差的两相电流，从而在两相绕组上形成旋转磁场，产生起动转矩的起动方法。,(1)电阻分相起动。,(2)电容分相起动。,罩极起动式单相电动机的结构简单，制造方便。维修容易，运行时噪声小，但它的起动及运行性能较差，效率及功率因数均低，因而使用较少。该种电动机的工作原理就不再介绍，有兴趣的读者可查阅相关的技术资料。,2.罩极起动式单相电动机的工作原理,
