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1、电工技术（非电类）,第6章 电动机械（电动机部分）,电动机的分类：,第三节 三相异步电动机,异步电动机是把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）。,机座,定子铁心,定子绕组,接线盒,端盖,罩壳,风扇,转子,主要部件是由定子和转子两大部分组成。 此外，还有端盖、轴承、风扇等部件。,转轴,一、三相异步电动机的构造,定子绕组,机座,铁心,定子铁心冲片,U1,U2,三相定子绕组,（U相）,1.定子,根据转子绕组结构的不同分为：,转子铁心冲片,铁心,转子
2、绕组,转轴,笼型转子,去掉铁心后的转子导条,（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相绕组）,2.转子,笼型电动机与绕线式电动机的的比较：,笼型： 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。,绕线式： 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子 外加电阻可人为改变电动机的机械特性。,定子三相绕组通入三 相交流电(星形联接),二、三相异步电动机的工作原理,1.旋转磁场的产生,规定,()电流出,()电流入,三相电流合成磁 场 的分布情况,合成磁场方向向下,合成磁场旋转60,合成磁场旋转90,o,分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：一个电
3、流周期，旋转磁场在空间转过360,取决于三相电流的相序,2.旋转磁场的旋转方向,结论： 任意调换两根 电源进线，则旋转 磁场反转。,任意调换两根电源进线,当三相定子绕组按图示排列时，产生一对磁极的旋转磁场，即：,3. 旋转磁场的极对数p,若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端 之间互差60，将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,工频：,旋转磁场的转速取决于磁场的极对数,p=1时,4. 旋转磁场的转速,p=2时,旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系,A,X,Y,C,B,Z,定子三相绕组通入三相交流电,感应电动势 E20,电磁力F,5. 电动机的转动原理
4、,6. 转差率,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。,由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场 旋转的方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转磁场的转速相等，即,如果:,因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。,异步电动机运行中:,转子转速亦可由转差率求得,转差率s,例1：一台三相异步电动机，其额定转速 n=1460 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机在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=1500 r/min , 即,p=2,三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。,变压器： 变化
5、e U1 E1= 4.44 f N1 E2= 4.44 f N2,E1 、E2 频率相同，都等于电源频率。,三、转矩和机械特性,等效电路（单相）,：主磁通产 生的感应电动势。,1. 定子电路,1.旋转磁场的磁通,异步电动机：旋转磁场切割导体 e， U1 E1= 4.44 f 1N1,每极磁通,旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0 ，所以,2.定子感应电势的频率 f1,感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关,f 1= 电源频率 f,2. 转子电路,1) 转子感应电势频率 f 2,定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子 导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而 变化, 定子感应电势频
6、率 f 1 转子感应电势频率 f 2,转子感应电势频率 f 2,旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同,2) 转子感应电动势E 2,E2= 4.44 f 2N2 = 4.44s f 1N2,当转速 n = 0(s=1)时， f 2最高，且 E2 最大，有,E20= 4.44 f 1N2,转子静止时 的感应电势,即E2= s E20,转子转动时 的感应电势,3) 转子感抗X 2,当转速 n = 0(s =1)时， f 2最高，且 X2 最大，有,X20= 2 f1L2,即X2= sX20,4) 转子电流 I2,5) 转子电路的功率因数 cos2,转子绕组的感应电流,转子绕组的感应电流,转子电路
7、的功率因数,结论：转子转动时，转 子电路中的各量均与转 差率 s有关，即与转速 n有关。,3. 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,由此得电磁转矩公式,由公式可知,电磁转矩公式,1. T 与定子每相绕组电压 成正比。U 1 T ,2. 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。,4. 机械特性,根据转矩公式,得特性曲线：,电动机在额定负载时的转矩。,1) 额定转矩TN,三个重
8、要转矩,额定转矩,(N m),如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型) 的额定功率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为,2) 最大转矩 Tmax,转子轴上机械负载转矩T2 不能大于Tmax ，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,将sm代入转矩公式，可得,当 U1 一定时，Tmax为定值,过载系数(能力),一般三相异步电动机的过载系数为,工作时必须使T2 Tmax ，否则电机将停转。,电机严重过热而烧坏。,3) 起动转矩 Tst,电动机起动时的转矩。,起动时n= 0 时，s =1,(2) Tst与 R2 有关， 适当使 R2 Tst 。对绕
9、线式 电机改变转子附加电阻 R2 , 可使Tst =Tmax 。,起动能力,正常工作条件：TLTmax 否则电机将停转。,启动条件： TstTL 否则电动机不能启动。,5. 电动机的运行分析,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。,此过程中， n 、sE2 , I2 I1 电源提供的功率自动增加。,T2,s,T2 T,T =T2,n ,T ,达到新的平衡,6. U1 和 R2变化对机械特性的影响,1) U1 变化对机械特性的影响,T2,2) R2 变化对机械特性的影响,R2,Tst ,n,硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。,软特性：负载增加时转速
10、下降较快，但起动转矩大，起动特性好。 ,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。 ,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。,四、三相异步电动机铭牌数据,异步电动机产品名称代号,2. 接法,接线盒,定子三相绕组的联接方法。通常,Y 联结, 联结,3. 电压,例如：380/220V、Y/ 是指线电压为 380V 时 采用 Y联结；线电压为 220V 时采用 联结。,说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或低 于额定值的 5% 。因为在电动机满载或接近 满载情况下运行时，电压过高
11、 或过低都会使 电动机的电流大于额定值, 从而使电动机过热。,电动机在额定运行时定子绕组上应加的线电压值。,三相异步电动机的额定电压有380V，3000V, 及6000V等多种。,4. 电流,例如： Y / 6.73 / 11.64 A 表示星形联结下电机的线电流为 6.73A；三角形联结下线电流为 11.64A。两种接法下相电流均为 6.73A。,5. 功率与效率,电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。,额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机 械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率 P1。,注意：实用中应选 择容量合适的电机，防止出现 “大马拉 小车” 的现象。,6. 功率因数,三相异步
12、电动机的功率因数较低，在额定负载 时约为 0.7 0.9。空载时功率因数很低，只有 0.2 0.3。额定负载时，功率因数最高。,7. 额定转速,电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。,额定转差率：sN=(n0-nN)/n0 如： n N =1440 转/分 sN = 0.04,8. 绝缘等级,指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分 为A、E、B、F、H五级，A级最低(105C)，H级最高(180C)。,10. 工作方式,连续工作、短时工作、断续周期工作。,11. 其他,可从电工手册中查得,功率因数、效率、Ist/IN、Tst/TN、TM/TN,9. 频率 fN 我国电网频率为50HZ。,一
13、台Y225M-4型的三相异步电 动机，定子 绕组型联结，其额定数据为：P2N=45kW, nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN= 0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求： 1) 额定电流IN 2) 额定转差率sN 3) 额定转矩 TN 、最大转矩Tmax 、和起动转矩TN 。,例6-5,1),解:,2）由nN=1480r/min，可知 p=2 （四极电动机）,3）,第四节 三相异步电动机的起动、调速与制动,一、三相异步电动机的起动,起动问题：起动电流大，起动转矩小。 一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍;
14、 电动机的起动转矩为额定转矩的(1.02.2)倍。,后果：,原因：,起动： n = 0，s =1, 接通电源。,起动方法,1) 直接起动 二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。,（适用于鼠笼式电动机）,3) 转子串电阻起动,（适用于绕线式电动机）,先减小定子电压-减小启动电流， 待启动完毕后再加上额定电压,1. 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,2. 降压起动,1) Y 换接起
15、动,降压起动时的电流 为直接起动时的,设：电机每相阻抗为,Y 起动器接线简图,静触点,Y 起动器接线简图,Y起动,Y 起动器接线简图, 工作,(a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。,Y 换接起动适合于空载或轻载起动的场合,Y- 换接起动应注意的问题,(2) 自耦降压起动,Q2下合： 接入自耦变 压器，降压 起动。,Q2上合： 切除自耦变 压器，全压 工作。,合刀闸开关Q,Q2,自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时联成 Y形不能采用Y起动的鼠笼式异步电动机。,R,R,R,定子,转子,起动时将适当的R 串入转子电路中，起动后将R 短路。,起动电阻,3.绕线式电动机转子电路串电阻起动,若R2选得适当，转子电路串电阻起动既可以降低起动电流，又可以增加起动转矩。,常用于要求起动转矩较大的生产机械上。,R2 Tst ,转子电路串电阻起动的特点,方法：任意调换电源的两根进线，电动机反转。,电动机 正转,电动机 反转,三相异步电动机的正、反转,解：,在例6-5中(1)如果负载转矩为 510.2Nm, 试问在U=UN和U=0.9UN两种情况下电动机能否起动？（2）采用Y- 换接起动时，求起
