异步电动机原理-东北大学

《异步电动机原理-东北大学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《异步电动机原理-东北大学（72页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、电 工 学,第6 章 异步电动机,本章主要讨论：三相异步电动机的构造、转动原理、运行特性、铭牌数据和使用方法,概述,异步电动机总容量约占电网总动力负载的85%,6.1 异步电动机的基本结构,异步电动机的外形：,微型三相异步电动机的实体照片：,异步电动机由定子（固定部分）和转子（转动部分）两个基本部分组成。,定子铁芯,定子绕组：Y 接或 接,转子,注：转子电路 必须是闭合的,转子铁芯：由外周有槽的硅钢片叠成,绕线式,鼠笼式,转子绕组,转轴,铁芯槽内放铜条，端部 用导电铜环将所有铜条短接成一个回路。或铸铝形成转子绕组。,鼠笼式转子,绕线式转子,同定子绕组一 样，也是对称的三相绕组，并且连接成星 形

2、。,定子作用：,转子作用：,鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：,鼠笼式：结构简单、价格低廉、工作可靠、使用方便,绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大，适用于要求具有较大启动转矩及一定调速范围的场合,产生旋转磁场，并从电网吸收电能。,产生电磁转矩，并输出机械能。,磁铁,闭合 线圈,e方向用 右手定则 确定,f方向用 左手定则 确定,6.2 异步电动机的工作原理,磁场与载流导体相互作用产生电磁力,6. 2. 1 旋转磁场,定子对称三相绕组 通 入三相对称电流：,合成磁场方向： 向下,同理分析，可得 其它瞬间三相电流所产生的磁场方向：,动画,6.2.2 转动原理,定子三相绕组通入三相交流电,感

3、应电动势,电磁力F,U1,U2,V2,W1,V1,W2,磁场旋转方向：取决于三相电流的相序。,改变电机的旋转方向：改变定子三相电流的相序。,6.2.3 异步电动机的转向,转子转动方向和旋转磁场的旋转方向一致，,将电动机同电源相接的三根导线中任意互换两根即可。,三相异步电动机实现反转方法,正转,反转,异步电动机的极对数和转速,极对数,旋转磁场的极对数 p 与定子三相绕组的排列有关。,此种接法下，合成磁场只有一对磁极。即：,若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端 之间互差60，则形成两对磁极的旋转磁场。,极对数,旋转磁场的磁极对数 与三相绕组的排列有关,转速,旋转磁场的转速取决于磁场的极对数和

4、电源频率,异步电动机的转速与旋转磁场的转速有关,电流变化一个周期，旋转磁场在空间转360,电流频率为 f1，则每分钟电流变化60 f1周，磁场旋转n0圈。即：,n0称为同步转速,p = 2时：,p = 1时：,异步电动机的同步转速:,1. 转子的转动方向与旋转磁场的旋转方向一致,结论：,2.转子转速总是小于旋转磁场转速,“异步”,n 与 n0 同方向,因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。,转差率 s 的概念：,旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与 旋转磁场的同步转速之比称为转差率。即：,额定转差率,例1：三相异步电动机的额定转速 nN=975 r/min，电源频率 f1=50 Hz

5、。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。,解：,根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转 速的关系可知：n0=1000 r/min , 即,p = 3,额定转差率,6.3 异步电动机的电路分析,异步电动机中的电磁关系与变压器相似，定子绕组相当于变压器的一次绕组接电源；转子绕组相当于变压器的二次绕组，其中的电动势和电流都是靠电磁感应产生的。,电磁转矩转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转矩之总和。,常数，与电 机结构有关,旋转磁场 每极磁通,转子电流,转子电路的 功率因数,6.4 异步电动机的电磁转矩和机械特性,6.4. 1 电磁转矩,得到电磁转矩公式,由公式可知：,（2） s

6、，r2一定时，T 与定子每相绕组电压 成正比。,（1） 当电源电压 U1 一定时，T 是 s 的函数。,（3） r2 的大小对 T 有影响。绕线式异步电动机可外接电阻来改变转子电阻 r2 ，从而改变转距。,6.4.2 机械特性,机械特性曲线,（1）理想空载与硬特性：,常用特性段,电磁转矩,摩擦转矩,(牛顿 米),（2）额定转矩TN：,电动机在额定负载时的转矩。,负载转矩,（3）最大转矩 Tm：,转子轴上机械负载转矩TL 不能大于Tm ，否则将 造成堵转(停车)。,电机带动最大负载的能力。,临界转差率,过载系数：,三相异步机,注意：,三相异步机的 和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用

7、时要注意电压的变化。,（4） 起动转矩 Tst：,电动机起动时的转矩。,起动时，n= 0 （s =1）,Tst体现了电动机带负载起动的能力。 若 Tst TL电机能起动，否则不能起动。,起动能力,（5） U1 和 R2变化对机械特性的影响,U1 变化对机械特性的影响,结论：,s=0,s=1,r2 变化对机械特性的影响,r2,n,结论：,s=0,s=1,机械特性的软硬,硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。 软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起 动特性好。,硬特性（r2小）,软特性（r2大）,6. 4. 3 电动机自动适应负载的能力,c点：转矩达最大Tm ，转速n继续，T，沿c

8、-b走,b点：T=TL，转速n不再上升，稳定运行,TL,s,TL T,n ,T ,达到新的平衡,I2 ,T,O,c,b,电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。,6.5 异步电动机的铭牌数据,三相异步电动机 型号：Y132M4 功率：7.5kW 频率：50Hz 电压：380V 电流：15.4A 接法： 转速：1440r/min 绝缘等级：B 工作方式：连续年月生产,功率因数：0.85 效率：87%,铭牌数据：,技术数据：,例：,1. 型号,例如： Y 132 M4,用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。,2. 接法,定子三相绕组的联接方法: Y或。,接线盒,定子

9、三相 绕组,Y 接法：, 接法：,注意：铭牌上各参数的意义？,1、电压和电流指的是定子绕组的还是转子绕组的？电压是线电压还是相电压？电流是线电流还是相电流？,2、功率因数是指定子绕组的还是转子绕组的？ 3、功率是指输出功率还是输入功率？输入功率如何计算？ 4、额定转速是指磁场转速还是转子转速？,3. 额定值,UN = 380/220V、Y/ 接 指：线电压为 380V 时采用 Y接法；线电压为 220V 时采用 接法。,电动机在额定运行时，定子绕组在指定接法下应加的线电压值。,额定电压 ：,两种接法情况下，每相负载电压均为220V (每相绕组的额定电压),说明：一般规定电动机的运行电压不能高于

10、或低于额定值的 5 。,额定电流 ：,电动机在额定运行时，定子绕组在指定接法下的线电流值。,IN = 14.7 / 8.5 A、 / Y接 表示： Y接法下，电机的线电流为 8.5A ；接法下，线电流为 14.7A。,两种接法下每相负载电流均为 8.5A。,额定转速 ：,电动机在额定电压、额定负载下运行时电机轴上的转速。,如： nN =1440 转/分,额定转差率,它不等于从电源吸取的电功率。,额定功率 ：,电动机在额定运行时轴上输出的机械功率 P2N 。,轴上输出机械功率与定子输入电功率P1N的比值。,额定效率 ：,定子每相绕组的功率因数。,注意：实用中应选 择容量合适的电机，防止出现 “大

11、马拉 小车” 的现象。,在额定负载时功率因数最高，约为 0.7 0.9。空载时功率因数很低，只有 0.2 0.3。,功率因数 ：,例：一台三相异步电动机，PN = 10kW， UN = 380V，接， nN = 1450r/min，N = 0.875， cosN = 0.87，Tst / TN = 1.4， Tm / TN = 2 。求：额定电流、额定转矩、启动转矩、最大转矩；粗略描绘出机械特性曲线。,解：,（Nm）,（Nm）,（Nm）,(A),a点：,b点：,c点：,d点：,6.6 异步电动机的使用,6. 6. 1 异步电动机的起动,起动： n = 0，s =1，接通电源。,起动过程中的两个

12、问题：,起动电流 大 ：,一般中小型鼠笼式电机启动电流为额定电流的5 7 倍。,后果：,原因：,电机刚启动时， n = 0，s =1，转子电流 I2 虽然很大，但是因为转子漏电抗X20很大，所以转子功率因数cos2很低，因而启动转矩Tst并不大。通常电动机的起动转矩为额定转矩的(1.02.2)倍。起重冶金用的电机Tst / TN可达2.53。,起动转矩 小 ：,原因：,后果：,电机启动时间拖长；不能带负载启动。,鼠笼式异步电动机的起动,（1） 直接起动：电机容量不大于直接供电变压器容量的20 30，可以采用直接起动。小容量20 30千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。,起动时，把电动机的定

13、子绕组直接接入电网，即直接加上额定电压。,降压方法：,Y 换接起动,起动时把定子绕组接成星形Y， 正常运行时定子绕组为接。,Y 换接起动：,接：,Y接：,降压起动时的电流 为直接起动时的1/3,采用Y降压起动，起动转矩为直接起动时的1/3。,Y 接时，相电压为,接时，相电压为,起动转矩和相电压的平方成正比,Y起动时转矩关系：,(1) 仅适用于正常运行为三角形接法的电机。,Y- 换接起动应注意的问题,所以Y 降压起动适合于空载或轻载起动的场合。,(2) Y 起动,启动电流、起动转矩为直接起动时的1/3。,*例： 有一台鼠笼式异步电动机的技术数据如下：,(1)求额定电流IN、额定转差率sN、额定转

14、矩 TN 、最大转矩Tm和启动转矩Tst；,(2)若负载转矩为274.4Nm,试问在U=UN和U=0.9UN两种情况下，电动机能否直接起动？,(3)采用Y起动时,求起动电流IstY ，起动转矩TstY ；,(4)当TL = 0.3TN和TL = 0.5TN时,能否采用Y起动？ (5)当TL = 0.5TN时, 求电动机的转速n。,解:,（1）,由nN=1470r/min，可知 ：p=2， n0=1500r/min，,(1)求额定电流IN、额定转差率sN、额定转矩 TN 、最大转矩Tm和启动转矩Tst；,解:,（1）,U=UN时: Tst = 312 Nm TL = 274.4 Nm,U= 0.

15、9UN 时:,能起动,不能起动,(2)若负载转矩为274.4Nm,试问在U=UN和U=0.9UN两种情况下，电动机能否直接起动？,直接启动时：Ist=6.5IN=487.5 A，Tst=312 Nm,Y启动时：,(3)采用Y起动时,求起动电流IstY ，起动转矩TstY ；,（4）,TL = 0.3TN 时：,可以Y启动,TL = 0.5TN 时：,不能Y启动,（5）,由机械特性n=f(T)曲线中近似直线的硬特性, 可得,即,变频调速 (无级调速),频率调节范围：0.5几百赫兹，调速性能优异，因而正获得越来越广泛的应用。,6.6.2 异步电动机的调速,变极调速 (有级调速),变转差率调速 (无级调速),只在鼠笼式异步电动机采用，用在对调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。,绕线式电动机特有的一种调速方法，广泛应用于各种提升、起重设备中。,能耗制动,制动方法,6.6.3 异步电动机的制动：,反接制动,停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。,再生发电制动,当电动机转子转速大于旋转磁场的转速时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。,