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1、第1章 三相异步电动机,特点：运行可靠、结构简单、制造方便、维护容易、价格低廉等，应用广泛。 分类：三相异步电动机和单相异步电动机。,异步电动机的特点和分类,单相异步电动机因容量小，在实验室和家用电器设备中用得较多；而三相异步电动机则广泛用于生产中。 三相异步电动机的种类及外形如图1.1所示。,单相异步电动机与三相异步电动机,图1.1 三相异步电动机的种类及外形图,1.1 三相异步电动机基础,1.1.1 三相异步电动机的结构 1.1.2 三相异步电动机的基本原理 1.1.3 三相异步电动机的铭牌,1.1.1 三相异步电动机的结构,三相异步电动机的种类很多，但它们的基本结构类似，都是由定子和转子
2、构成的，在定子和转子之间留有一定的气隙此外，还有端盖、轴承、接线盒、吊环等其他附件，如图1.2所示。 1.定子 2.转子,罩壳,机座,接线盒,端盖,轴承盖,吊环,端盖,接线盒,转子,转轴,定子铁芯,定子绕组,风扇,罩壳,图1.2 电动机的结构及外形,1定子,定子是电动机的固定部分，是用来产生旋转磁场的，一般由定子铁芯、定子绕组和外壳等组成。,（1）定子铁芯如图1.3,定子铁芯是电动机磁路的一部分，是由厚度为0.35mm0.5mm、表面涂有绝缘漆的薄硅钢片叠压而成的圆筒。 由于硅钢片较薄而且片与片之间是绝缘的，所以减少了由于交变磁通通过引起的铁芯涡流损耗。 铁芯内圆有均匀分布的槽口，用来嵌放定子
3、绕组。,(a)定子铁芯 (b)钉子硅钢片 (c)转子硅钢片 图1.3 定子铁芯、硅钢片和转子硅钢片,（2）定子绕组的组成1,定子绕组是电动机电路的一部分，由绝缘铜线或铝线绕制而成。 中、小型三相电动机多采用圆漆包线 大、中型三相电动机则用较大截面的绝缘扁铜线或扁铝线绕制。,（2）定子绕组的组成2,由三个彼此独立的绕组组成（每个绕组即为一相），通入三相对称电流时，就会产生旋转磁场。 在空间彼此相隔120电角度，每相绕组的多个线圈均匀分布嵌放在定子铁芯槽中。 定子绕组的3个首端U1、V1、W1和3个末端U2、V2、W2，都通过外壳上的接线盒连接到三相电源上。,定子星形接法与三角形接法,(a) 星形
4、接法 (b)三角形接法 图1.4 定子绕组的星形和三角形连接,4kW以下电机多采用星形接法,4kW以上电机多采用三角形接法,（3）外壳,吊环,机座,接线盒,端盖,轴承盖,吊环,机座：由铸铁或铸钢浇铸成型，其作用是安装和固定电动机的。机座的外壳一般铸有散热片，具有散热功能。 端盖：由铸铁或铸钢浇铸成型，分布在电动机的两端，其作用是把转子固定在定子内腔中心，使转子能够在定子中均匀地旋转。 轴承盖：由铸铁或铸钢浇铸成型，其作用是固定转子，使转子不能轴向移动；另外，还具有存放润滑油和保护轴承的作用。 接线盒：一般是由铸铁浇铸的，其作用是保护和固定绕组引出线端子。 吊环：一般是用铸钢制造，安装在机座的上
5、端，用来起吊、搬抬三相电动机。,2转子,作用：产生旋转力矩，拖动生产机械旋转。 组成：转子铁芯、转子绕组、转轴等。 转轴：固定转子铁芯和传递功率（中碳钢）。转子铁芯：磁路的一部分（厚0.5mm的硅钢 片叠成圆柱体），套在转轴上。 转子绕组：笼型转子和绕线型转子两种。,槽：用于放置转子绕组,转子铁芯,图1.5 笼型转子,铜条导条,铜排转子,导电环,导电环,铁芯,笼子,（1）笼型转子（鼠笼式电动机）,图1.6 铸铝的笼型转子,铸铝转子,风叶,风叶,转子铁芯,槽中浇入铝液并全部浇注,铸铝条,铸铝条,（2）绕线型转子（与定子绕组相似）,图1.7（a） 绕线型转子结构,转子铁芯,转子三相绕组,集电环,转
6、子绕组接线头,电刷及刷架,电刷外接线,转轴,镀锌钢丝箍,绕线型转子（接线）,集电环,至外电阻,电刷,转子三相绕组,定子绕组,图1.7（b） 接线示意图,图1.7（c） 提刷装置,绕线型转子（启动时用 ）,电刷,集电环,切断电阻,3其他,风扇：通风冷却电动机。 定子与转子间的空气隙（0.21.5mm）： 气隙太大，运行时功率因数会降低； 气隙太小，装配困难，运行不可靠，使附加损耗增加以及使启动性能变差。,1.1.2 三相异步电动机的基本原理,定律电磁感应、全电流、电路、电磁力等。 旋转磁场电动机旋转的动力。 基本原理在定子绕组中，通入三相交流电所产生的旋转磁场与转子绕组中的感应电流相互作用产生的
7、电磁力形成电磁转矩，驱动转子转动，从而使电动机工作。 （1）三相交流电可产生旋转磁场 （2）转子转动原理,1旋转磁场 2旋转磁场的转向 3四极旋转磁场 4三相异步电动机的转动原理 5同步转速n0 6 “异步”、转差和转差率 7电磁转矩T 8机械特性曲线,（a）三相交流电可产生旋转磁场 （b）电动机转动原理 图1.8 旋转磁场的产生,马蹄形磁铁,铜框 笼型转子,通电后，磁针转动,1旋转磁场,图1.9 三相定子绕组及其波形,星形连接,三相对称电流波形,iA=Imsint 参考方向 iB=Imsin（t120） iC=Imsin（t+120）,三相电流互成120，相序A-B-C,定子三相电流产生的旋
8、转磁场,t =0,t =60,t =90,t =180,图1.10 三相电流产生的旋转磁场,顺时针转60o,顺时针转90o,顺时针转180o,磁场,三相对称交流电流，产生一对磁极（磁极对数p=1）合成的随时间变化的旋转磁场。 当电流经过一个周期的变化（t =0360）时，合成磁场也顺时针方向旋转360的空间角度。,图1.11 改变旋转磁场的转向,2旋转磁场的转向,相序 A-B-C,相序 A-C-B,t =0 t =60,3四极旋转磁场,图1.12 四极旋转磁场,定子绕组分成两部分,定子绕组分成两部分,绕组始端之间相差60,2个N极,2个N极,转过定子电流电角度的一半,电流变化一周，旋转磁场在空
9、间只转了半周 旋转磁场的转速与电动机的合成磁极对数有关，且与磁极对数成反比。,磁极对数p=2,4三相异步电动机的转动原理,定子绕组通电旋转磁场 感应电动势（右手定则） 转子感应电流 受电磁力F作用（左手定则）对转轴产生电磁转矩T（顺时针）转子以转速n顺着旋转磁场的方向旋转,同步转速,转子感应电流,旋转磁场,定子绕组,转子转速,感应电动机：电磁感应传递能量,5同步转速n0,三相交流电产生的旋转磁场的转速 n0=60f1/p 转/分（ r/min ）,p 磁极对数（由三相定子绕组的布置和连接决定）。 p=l为2极；p=2为4极；p=3为6极,f1 （Hz）：定子电流频率,电动机 p 固定，且f1也
10、固定，则n0也是固定的,6 “异步”、转差和转差率,（1）异步电动机转子转速n不可能达到同步转速n0“异步” 电动机工作的必要条件（nn0）。 假设n=n0，则转子与旋转磁场间无相对运动转子导体不再切割磁力线感应电动势、感应电流和电磁转矩均为零，转子也不能继续以n0的转速转动。,异步电动机的转速,转差电动机的同步转速n0与转子的转速n之差。 转差率s转差与同步转速n0的比值 s=(n0 n)/ n0 100% n=(1s)60 f1/ p,（2）转差和转差率,电动机启动时n=0，s=1； 当n=n0时（理想空载运行），s=0；稳定运行时，n接近n0，s很小，一般在2%7%。 例：一台四极异步电
11、动机，三相电源频率为50Hz，额定转差率为0.04，则其在额定运行时转速为 n =(1s)60f /p =(10.04)6050/2=1 440r/min,转差率,7电磁转矩T,电磁转矩 T 的产生转子电流I2在旋转磁场中受到电磁阻力的作用： T=kT I2 cos2 T （Nm）电动机的电磁转矩； （Wb）旋转磁场每极的磁通量； I2 （ A ） 转子电流的有效值； kT 与电动机结构相关的常数； cos2转子电路的功率因数。,转子电流的有功分量,8机械特性曲线,（1）三相异步电动机的转矩特性T=f (s) 当定子外加电压U1和频率f1一定时（磁通量基本不变），转矩T与转差率s的关系曲线T=
12、f (s)。 （2）三相异步电动机的机械特性n=f (T) 转速与转矩的关系曲线,图1.14,（1）三相异步电动机的转矩特性,理想空载： s=0，n=n0，T=0,临界转矩：最大值Tm,临界转差率Sm,额定转矩TN,启动转矩Tst,图1.15,（2）三相异步电动机的机械特性,稳定区硬特性,硬特性,不稳定区,在稳定区内某一点时，电磁转矩与负载转矩相平衡而保持匀速转动。自动适应负载转矩的变化,不能自动适应负载转矩的变化,TN：电动机在额定电压下，带上额定负载，以额定转速运行，输出额定功率时的转矩； 是电动机长期持续工作时轴上输出转矩的最大值。 TN=9 550PN/nN PN （kW） 异步电动机
13、的额定功率； nN （ r/min）异步电动机的额定转速； TN （ Nm ）异步电动机的额定转矩。, 额定转矩TN,Tm：电动机转矩的最大值表示。 “闷车”当负载转矩超过Tm时，电动机将带不动负载而发生停车。此时电动机的电流（堵转电流）立即增大到额定电流值的67倍，将引起电动机严重过热，甚至烧坏。 过载能力允许电动机短时间接近Tm过载运行。 过载系数最大转矩Tm与额定转矩TN之比 =Tm/TN 一般为1.82.2,最大转矩（临界转矩）Tm,Tst ：电动机在接通电源被启动的最初瞬间，n=0，s=1时的转矩。 启动能力（Tst/TN）取1.32.2 为保证电动机能够启动，则Tst TL 电动机
14、一旦启动，会迅速进入机械特性的稳定区运行。 堵转现象：当TstTL时，电动机无法启动，电流达最大，造成电动机过热，也会烧坏电动机。,启动转矩Tst,电动机静止时的负载转矩,1.1.3 三相异步电动机的铭牌,应了解电动机铭牌数据的含义。 例：Y132M-4型三相异步电动机。 表1.2 三相异步电动机的铭牌,1型号 2电压及接法 3电流 4功率、功率因数和效率 5频率 6转速 7绝缘等级 8工作方式 9防护等级,型号：表示电动机类型、用途和技术特征的代号。 Y132M-4 Y三相鼠笼型异步电动机，名称代号的意义； 132机座中心高132mm； M机座长度代号（L/长机座，M/中机座，S/短机座 4
15、磁极数（磁极对数p=2）,1型号,大写拼音字母和数字组成,表1.3 常用三相异步电动机产品名称代号及汉字意义,表中Y、Y-L系列是新产品。Y系列定子绕组是铜线，Y-L系列定子绕组是铝线。,额定电压UN ：电动机额定运行时，加在定子绕组出线端的线电压。 电源电压波动应在UN 5%范围内。 过高，易烧毁；过低，难启动，可能带不动负载，易烧坏。 三相异步电动机的额定电压有380V、3 000V、6 000V等多种。,2电压及接法,Y系列三相异步电动机的额定电压为380V； 电动机如标有两种电压值，如220/380V， 则电源电压220V时，电动机作三角形连接； 电源电压380V时，电动机作星形连接。 通常，Y系列4kW以上的三相异步电动机运行时均采用三角形接法，以便于采用Y-换接启动。,电压接法,铭牌上的接法：指电动机在额定运行时定子绕组的连接方式,额定电流IN ：电动机在额定运行时，定子绕组中的线电流。 若超过额定电流（过载）运行，三相电动机就会过热乃至烧毁。,3电流,额定功率PN ：电动机在额定运行状态下，其轴上输出的机械功率。 对电源来说电动机为三相对称负载，则 电动机的输入功率： P1N =UN IN cos 功率因数cos：定子相电压与相电流相位差的余弦。 电动机的效率： =PN/P1N100% 通常，电动机额定运行时
