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1、6.1 三相异步电动机的结构与工作原理,6.2 三相异步电动机的机械特性,6.3 三相异步电动机的起动、调速与制动,6.4 三相异步电动机的铭牌,第 6 章 交流电动机,第6章 小结,6.5 单相异步电动机,6.1 三相异步电动机的结构与工作原理,6.1.1 三相异步电动机的结构,6.1.3 三相异步电动机的工作原理,6.1.2 旋转磁场,电机：根据机械能同电能互换的旋转机械。 发电机：把机械能转换为电能的电机。 电动机：把电能转换为机械能的电机。,电动机,异步电动机的优点：结构简单，价格便宜，工作可靠，维护方便等。 异步电动机的缺点：调速比较困难、不宜实现范围较宽的平滑调速。,异步电动机是把
2、交流电能转变为机械能的动力机械，广泛应用于 工业（如：机床、纺织机械、起重机、矿山机械等） 农业（脱粒机、粉碎机、水泵及加工机械等）、 家用电器（电风扇、空调、洗衣机、电冰箱及小功率电动工具等）。,本章重点介绍三相交流异步电机。,三相异步电机,接线盒,转轴,6.1.1 三相异步电动机的结构,三相异步电动机由定子和转子构成。 定子：机座、定子铁心、定子绕组 转子：转轴、转子铁心、转子绕组,1.定子,机座：电动机的外壳和支架，起固定和保护作用 定子铁心：电动机磁路的一部分，用绝缘硅钢片 叠加而成圆筒形状，压入机座内构成 定子绕组：电动机的电动部分，绕组是用绝缘铜线或铝线制成，分成三相，根据需要产生
3、的磁极数多少，按不同规律，对称地嵌放在定子铁心槽内。,三相定子绕组：U1 U2 、 V1 V2 、 W1 W2 。,作用：在定子腔内产生旋转磁场,三相定子绕组：U1 U2 、 V1 V2 、 W1 W2 。,2. 转子,三相异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕 组和转轴组成。,转子铁心冲片,铁心,转子绕组,转轴,转轴：支撑转子，传递转动力矩，带动负载工作 转子铁心：电动机磁路的另一部分，用绝缘硅钢 片叠加而成圆柱形状，外圆周上均匀冲以 斜槽，槽内嵌放转子绕组 转子绕组：产生转子电流的转子电路,根据转子绕组结构的不同分为：,（转子铁心槽内嵌有铸铝导条）,笼型转子,绕线型转子,（转子铁心槽内嵌有三
4、相绕组）,鼠笼式转子绕组有铜条和铸铝两种形式。,去掉铁心后的转子导条,绕线式转子绕组的形式与定子绕组基本相同，3个绕组的末端连接在一起构成星形连接，3个始端连接在3个铜集电环上，起动变阻器和调速变阻器通过电刷与集电环和转子绕组相连接。,6.1.2 旋转磁场,1.旋转磁场的产生,三相异步电动机的定子铁心中放入三相定子绕 组。,定子绕组,U1,U2,V1,V2,W1,W2,定子绕组Y接,接入三相对称电源。,t =0 iu= 0 iv为负值 iw为正值,t=0,360,240,120,t = 120,t = 240,t = 360,N,S,N,N,N,S,S,S,2.磁场的旋转方向,与绕组中电流的相
5、序一致U-V-W-U。,空间相差120 角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场，磁场的旋转方向与绕组中电流的相序一致。,如果改变流入三相绕组的电流相序,就能改变旋转磁场的旋转方向，三相异步电动机的旋转方向也就跟着改变。,如果电流的相序为U-V-W-U 则旋转磁场为顺时针方向。,n1,t=0,360,240,120,t = 240,绕组中电流的相序为U- W - V -U，磁场逆时针旋转。,把三相异步电动机的三根线任意调换两根与电源相接，电动机旋转方向反向。,t = 360,旋转磁场的磁极对数p与取决于三相定子绕组的结构和连接方式。,3. 旋转磁场的磁极对数 p,4. 旋转
6、磁场的转速n1,(转/每分）,电源频率,电动机的磁极对数,结论： (1)在对称的三相绕组中通入三相电流，可以产生在空间旋转的合成磁场。 (2)磁场旋转方向与电流相序一致。 电流相序为U-V-W时磁场顺时针方向旋转；电流相序为U-W-V时磁场逆时针方向旋转。 (3)磁场转速(同步转速)与电流频率有关，改变电流频率可以改变磁场转速。对两极(一对磁极)磁场，电流变化一周，则磁场旋转一周。同步转速n1与磁场磁极对数p的关系为：,6.1.3 三相异步电动机的运转原理,6.1.3 三相异步电动机的运转原理,（1）静止的转子与旋转磁场之间有相对运动，在转子导体中产生感应电动势，并在形成闭合回路的转子导体中产
7、生感应电流，其方向用右手定则判定。 （2）转子在旋转磁场中受到电磁力F的作用，F的方向用左手定则判定。 （3）电磁力在转轴上形成电磁转矩。电磁转矩的方向与旋转磁场的方向一致。,电动机在正常运转时，其转速n总是稍低于同步转速n1，因而称为异步电动机。 因为产生电磁转矩的电流是电磁感应所产生的，所以也称为感应电动机。,异步电动机同步转速和转子转速的差值与同步转速之比称为转差率，用s表示，即：,转差率是异步电动机的一个重要参数。,工作在电动状态时 s 的范围：0 1,在额定负载下运行时的转差率约为1%8%。 在空载运行时的转差率约为0.005以下。,转差率,例：有一台4极感应电动机，电压频率为50
8、Hz，转速为1440 rmin，试求这台感应电动机的转差率。,解：因为是4极电动机，所以同步转速为：,转差率为：,6.2 三相异步电动机的机械特性,6.2.1 三相异步电动机的电磁转矩,6.2.2 三相异步电动机的机械特性,6.2.1 三相异步电动机的电磁转矩,三相异步电动机的电磁转矩T是由旋转磁场的每极磁通与转子电流I2相互作用而产生的，故电磁转矩与转子电流的有功分量及定子旋转磁场的每极磁通成正比,式中KT是一个与电动机结构有关的常数,影响电动机电磁转矩的两个重要因素,T U12,U1 电动机电源电压，电源电压波动对电动机的转矩影响很大。,R2 电动机转子绕组电阻。,三相异步电动机电磁转矩公
9、式的参数表示式：,机械特性:,电动机的电磁转矩与转速之间的关系。,6.2.2 三相异步电动机的机械特性,1. 额定转矩TN,电动机额定运行时的转矩,PN 单位：千瓦（kW）,nN 单位：转每分（r/min）,TN 单位：牛米（N m）,例 有两台功率相同的异步电动机，一台PN=7.5 kW，nN=962r/min，UN=380V，另一台PN=7.5 kW，nN=1450r/min，UN=380V，求电动机额定转矩。,解 第一台,第二台,2. 最大转矩Tm,sm R2 而与U1无关,Tm U12 而与R2 无关,过载能力 (最大转矩倍数),Y系列三相异步电动机T 2 2.2,3. 起动定转矩Ts
10、t,当负载转矩 T2Tst 时，电动机可带负载起动。,起动转矩倍数,Tst 起动转矩越大，起动就越迅速。,Y系列三相异步电动机 K st 1.7 2.2,6.2.3 运行特性分析,在电源电压及频率不变的情况下，电动机的转速、转矩、定子电流、定子电路的功率因数、电动机的效率与电动机输出功率之间的关系称为异步电动机的工作特性。,1,三相异步电动机的机械特性,稳定运行时，电动机轴上输出的转矩等于负载转矩 T T2,稳定运行区域：AB段 当负载转矩发生变化时，电动机能自动调节到新的稳定运行状态。,6.3 三相异步电动机的起动、调速与制动,6.3.1 三相异步电动机的起动,6.3.2 三相异步电动机的调
11、速,6.3.3 三相异步电动机的制动,6.3.1 三相异步电动机的起动,对电动机起动的要求:,起动过程:电动机接通电源后，转速由零增至稳定运行状态的过程。,起动转矩大,起动电流小,起动时间短,起动过程的特点:,2. 转子绕组的功率因数低，起动转矩不大。,笼型电动机常用起动方法:,直接起动,降压起动,1. 起动电流是额定电流的5 7倍。,一、直接起动(全压起动),直接起动线路,缺点：起动电流大。,控制电路简单，投资少，起动时间短。,优点：,允许直接起动的条件：,因为起动电流大，引起的线路压降就大，可能影响到其他设备的正常工作，所以大容量电动机不允许直接起动。,：电动机起动电流倍数,二、降压起动,
12、1. Y- 换接起动,电动机在起动时接成Y接，正常运行时接成接。只适用于工作时接的电动机。,Q1,缺点：起动转矩小。,优点：设备简单，成本低，操作方便，动作可靠。每相定子绕组承受相电压起动，起动电流小。,目的：减小起动电流,Q2,2. 自耦补偿器降压起动,三相自耦变压器,如果自耦变压器的变比为Ka,采用自耦变压器的起动电流、起动转矩为：,绕线式电动机起动时，可在转子绕组中串入电阻，既减小起动电流，还可以增大起动转矩。,*3. 转子串电阻起动,绕线式电动机适用于要求起动转矩大的生产机械，如卷扬机、起重机等。,例 已知一台PN=10kW，IN=20 A，UN=380 V， nN=1450r/min
13、 ,接, 三相笼型电动机，由手册查得：Ist/ IN =7，Tst/TN =1.4，拟半载起动,电源容量为200kVA,试选择适当的起动方法,并求此时的起动转矩和起动电流。,解,（1）直接起动,KI =7 5.75 不允许接起动。,（2）Y- 换接起动,不能采用Y- 换接起动。,解,（3）自耦补偿器起动,由题意,设：自耦变压器的变比为Ka,变压器抽头为,（抽头置于60%位置）,例 已知一台PN=10kW，IN=20 A，UN=380 V， nN=1450r/min ,接, 三相笼型电动机，由手册查得：Ist/ IN =7，Tst/TN =1.4，拟半载起动,电源容量为200kVA,试选择适当的
14、起动方法,并求此时的起动转矩和起动电流。,6.3.2 三相异步电动机的调速,调速方法,变频调速（笼型电动机）,变极调速（笼型电动机）,变转差率调速（绕线型电动机）,电动机的转速与电源频率、电机磁极对数、转差率有关。,1.变极调速,电源频率不变，改变电动机的磁极对数 p 调速。,有级调速,P=2,定 子 绕 组 接 线,电机磁场情况,P=1,U1,U2,2. 变频调速,改变频率（f1)调整电动机的转速，属无级调速，调速性能好，但需有一套专用变频设备。,3. 变转差率调速,在绕线式电动机转子绕组中串入可调电阻R , 可改变 s 和 n。,可实现小范围无级调速，但能耗大，效率低，广泛应用于起重设备。
15、,特点：,降压调速,恒转矩负载,恒功率负载,6.3.3 三相异步电动机的制动,1. 能耗制动,调节制动电流,能耗制动的特点：,制动准确、平稳、能量消耗小。但制动力较弱,且需要有直流电源。,固定磁场n1=0,制动原理,2. 反接制动,制动原理,将电源的任意两相对调，产生反向旋转磁场，产生制动转矩。,方法简单，制动效果好，但能耗大。,特点：,制动限流电阻,3. 回馈制动,电动机转速n大于旋转磁场转速n1。如起重机重物下放时。,电动机处于发电运行状态。,特点：,6.4 三相异步电动机的铭牌,铭牌的作用：向使用者简要说明电动机的一些额定数据和使用方法。,例：某电动机铭牌数据如下。,三相异步电动机 型号
16、Y132 M - 4 功率7.5kW 频率50HZ 电压 380V 电流15.4A 接法 转速 1440 r/min 绝缘等级B 工作方式 连续 年 月 编号 电机厂,1. 型号,Y 132 M - 4,三相异步电动机,机座中心高(mm),磁极数,机座长度代号,(S短机座 ;M中机座;L长机座),2. 功率PN 额定运行时，轴上输出的机械功率。,输入功率,效率,3. 电压UN 额定运行时，定子绕组上应加的线电压。,4. 电流IN 在UN、 PN时，流入定子绕组的线电流。,5. 转速nN 在UN、 PN、 IN时，电动机转子的转速。,6. 接法,电动机三相定子绕组的接线方法。,接线盒,接线盒,接,Y接,8. 温升：研究电机发热时必须考虑的一个问题。
