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1、,模块四 三相异步电动机的概述及使用,课题4.1 三相异步电动机的原理及特性 课题4.2 三相异步电动机的使用及综合测试,课题4.1 三相异步电动机的原理及特性,知识与技能要点 三相异步电动机的原理、结构与铭牌数据； 三相异步电动机转矩与机械特性。,电动机的分类：,1.三相异步电动机的结构,（1）定子,转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。,（2）转子,鼠笼转子,铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。,绕线式转子,同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。,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；不能人为改变电动机的机械特性。,绕线式： 结构复杂、价格较
2、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。,2. 三相异步电动机的工作原理,（1） 旋转磁场,定子三相绕组通入三 相交流电(星形联接),旋转磁场的产生,规定,()电流出,()电流入,U1,U2,V2,W1,V1,W2,U1,U2,V2,W1,V1,W2,U1,U2,V2,W1,V1,W2,三相电流合成磁 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,U1,U1,U2,W2,V1,W1,V2,U1,U1,U2,W2,V1,W1,V2,分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：一个电流周期，旋转磁场在空间转过360,取决于三相电流的相序,旋转
3、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 (电路如图),旋转磁场的极对数P,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：,U1,U2,V2,W1,V1,W2,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。,U1,U2,V1,V2,W1,极对数,动画,旋转磁场的磁极对数 与三相绕组的排列有关,旋转磁场的转速,工频：,旋转磁场的转速取决于磁场的极对数,p=1时,U1,U2,V2,W1,V1,W2,U1,U2,V2,W1,V1,W2,U1,U2,V2,W1,V1,W2,旋转磁场转速n0与极对数 p 的关
4、系,(2) 转动原理,U1,U2,V2,W1,V1,W2,定子三相绕组通入三相交流电,感应电动势 E20,电磁力F,(3) 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,例一台三相异步电动机，其额定转速 n=975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。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
5、转 速的关系可知：n0=1000 r/min , 即,p=3,额定转差率为,3. 三相异步电动机铭牌数据,(1) 型号,例如： V2 132 M4,用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。,教材表8.8.1中列出了各种电动机的系列代号。,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,V2 联结, 联结,(3)电压,例如：380/220V、Y/ 是指线电压为 380V 时 V2 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 或过低都会使 电动机的电
6、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： V2 / 6.73 / 11.64 U1 表示星形联结下电机的线电流为 6.73U1；三角形联结下线电流为 11.64U1。两种接法下相电流均为 6.73U1。,(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,三相异步电动机的功率因
7、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。,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U1、E、B、F、H五级，U1级最低(105C)，H级最高(180C)。,4.三相异步电动机的电磁转矩与机械特性,(1) 转矩公式,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
8、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。,（2） 机械特性曲线,根据转矩公式,得特性曲线：,电动机在额定负载时的转矩。,额定转矩TN,三个重要转矩,额定转矩,(N m),如某普通机床的主轴电机(V2132M-4型) 的额定功率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为,最大转矩 TmU1x,转子轴上机械负载转矩T2 不能大于TmU1x ，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
9、代入转矩公式，可得,当 U1 一定时，TmU1x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 TmU1x ，否则电机将停转。,电机严重过热而烧坏。,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 。对绕线式 电机改变转子附加电阻 R2 , 可使Tst =TmU1x 。,Tst体现了电动机带载起动的能力。 若 Tst T2电机能起动，否则不能起动。,起动能力,（3） 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。,自适应负载能力是电动机区别于其它动
10、力机械 的重要特点（如：柴油机当负载增加时，必须由 操作者加大油门，才能带动新的负载） 。,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,例1:,1),解:,一台V2225M-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，TmU1x/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TmU1x 、和起动转矩TN
11、。,2）由nN=1480r/min，可知 p=2 （四极电动机）,3）,解：,在上例中(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，求起动电流和起动转矩。 又当负载转矩为起动转矩的80%和50%时，电动机能否起动？,(1) 在U=UN时 Tst = 551.8Nm 510.2 N. m,不能起动,(2) Ist =7IN=784.2=589.4 U1,在U= 0.9UN 时,能起动,例2:,在80%额定负载时,不能起动,在50%额定负载时,可以起动,(3),课题4.2 三相异步电动机的使用及综合测试,知识与技能要点
12、三相异步电动机的起动、调速和制动,1.三相异步电动机的起动, 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）,转子串电阻起动,（适用于绕线式电动机）,以下介绍降压起动和转子串电阻起动。,（1）起动方法,设：电机每相阻抗为,降压起动,(1) Y 换接起动,降压起动时的电流 为直接起动时的,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
13、 联成 V2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,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,（1） 变频调速 (无级调速),频率调节范围：0.5几百赫兹,2. 三相异步电动机的调速,（2） 变极调速 (有级调速),变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性 能优异，因而正获得越来越广泛的应用。,P=2,P=1,采用变极调速方法的电动机称作双速电机， 由于调速时其转速呈
14、跳跃性变化，因而只用在对 调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床 等机床上。,（3） 变转差率调速 (无级调速),变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调 速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少， 缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种 提升、起重设备中。,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,（1）三相异步电动机的正、反转,3.三相异步电动机的反转与制动,能耗制动,制动方法,能耗制动 反接制动 发电反馈制动,在断开三相电源的同时，给电动机其中两相 绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与 旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的 转距（制动转距），使转子迅速停止转动。,(2)三相异步电动机的制动, 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。, 发电反馈制动,当电动机转子的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。,n n0,技能训练,学习鼠笼式异步电动机的正确接线以及起动、反转的操作方法,本模块学习结束。Goodbye!,
