第7章 交流电动机本章要求： 1、了解旋转磁场的产生与作用； 2、了解交流电动机的转动原理； 3、了解异步电动机的电路分析； 4、掌握异步电动机的转矩与机械特性； 5、掌握三相异步电动机的起动、调速、制动 及铭牌 数据的意义1电动机交流电动机直流电动机鼠笼式 绕线式异步机同步机他励、异励、串励、复励电动机的分类 27.1 三相异步电动机的构造三相异步电动机由定子和转子构成定子和转子 都有铁心和绕组定子的三相绕组为AX、BY、CZ转子分为鼠笼式和绕线式两种结构鼠笼式转子绕组有铜条和铸铝两种形式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3三相异步电动机的组成鼠笼式电动机的各部件4三相异步电动机的结构V2V1W2U2U1W1转子定子定子绕组 （三相）机座U、V、W分别代 表三个线圈；角 标1表示线圈的首 端，角标2表示线 圈的末端5定子由定子铁心、定子绕组、机座三部分组成定子铁心:一般采用0.5mm厚并涂有绝缘漆的硅钢片叠压而成， 形状为环行，沿内圆表面均匀轴向开槽。
作用：一是导磁，二是安放绕组1、定子定子绕组：由漆包线绕制而成连接方式有三角形或星形两种 作用：形成旋转磁场机座：中小型电机采用铸铁机座；大型电机采用钢板焊接机座作用：支撑定子铁心6定子硅钢片装有三相绕组的定子7机座外有一接线盒，选择不同的接线方式可以 使定子绕组的接线形式选为星形或为三角形U1U2V2V1W2W1接线盒8Y 接法： U1 U1U2U2 V2V2V1V1W1W1W2W2接法：V2U1 U1U2 U2V2V1V1W2W2W1W1注：定子绕组的连接方式分别为星形连接与三 角形连接 92、转子转子主要由转子铁心和转子绕组组成转子铁心:它用0.5mm厚且外圆周冲有转子槽形 的硅钢片叠压而成作用：一是导磁，二是安放绕组转子绕组线绕式由漆包线绕制而成鼠笼式作用：产生电磁转矩10磁 铁闭 合 线 圈7.2 三相异步电动机的转动原理11磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势导线长磁感应强度切割速度（右手定则）闭合导线产生电流 i通电导线在磁场中受力（左手定则）注意：受力方向与磁场旋 转方向一致 121. 线圈跟着磁铁转→两者转动方向一 致 结论：异步2. 线圈比磁场转得慢13把三相定子绕组接成星形接到对称三相 电源，定子绕组中便有对称三相电流流过。
异步电动机中,旋转磁场代替了旋转磁极7.2.1 旋转磁场1415旋转方向：取决于三相电流的相序注意：只要将接入定子绕组的三相交流电任意换接 其中两相，旋转磁场的方向改变，电机的旋转方向 也改变旋转磁场的旋转方向CBA16磁极对数（P）的概念ABX YCZ此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则磁极对数为1即：AXZBCYABC17磁极对数（P）的改变将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内则 形成两对磁极的磁场P = 2AA’ C ZC'Y'BCXYZA'X'B'Z'AXX'BYY'B'C'Z'ABC18三相异步电动机的同步转速磁极对数P=1P=3P=4P=5P=6P=2 同步转速n0(f=50HZ)3000 转/分1500 转/分1000 转/分750 转/分600 转/分500 转/分旋转磁场的转速决定于磁场的极数019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A-B-C时磁场顺时针方向旋转；电流相序为A-C- B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no与磁场磁极对数p的关系为：207.2.2 三相异步电动机的转动原理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 导体中产生感应电流，其方向用右 手定则判定转子电流在旋转磁场 中受到磁场力F的作用，F的方向用 左手定则判定电磁力在转轴上形 成电磁转矩电磁转矩的方向与旋 转磁场的方向一致21电动机在正常运转时，其转速n总是稍低于同步转速no，因而称为异步电动机异步电动机又因为产 生电磁转矩的电流是电磁感应所产生的，所以 也称为感应电动机感应电动机当旋转磁场反转时，电动机也跟着反转227.2.3 转差率 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转差率，用s表示，即：转差率是异步电动机的一个重要参数异步电 动机在额定负载下运行时的转差率约为1%~9%电动机起动瞬间:（转差率最大）237.3 三相异步电动机的电路分析7.3.1 7.3.1 定子电路定子电路忽略R1和X1上的压降，则：247.3.27.3.2．转子电路．转子电路25267.4 三相异步电动机的转矩与机械特性7.4.1 转矩公式277.4.2 机械特性曲线1 1．额定转矩．额定转矩 T TN N电动机在额定负载下工作时的电磁转矩称为额定转矩额定转矩，忽略空载损耗转矩，则额定转 矩等于机械负载转矩。
stst28式中PN是电动机的额定功率，单位为千瓦（kW）；nN是电动机的额定转速，单位是转/分 （r/min）单位:（牛顿•米）292. 最大转矩 Tmax303.起动转矩 Tst电动机刚起动（n=0，s=1）时的转矩称为起起动转矩动转矩st当电动机的启动转矩TST大于负载阻转矩TL时 ，电动机转动起来否则将起动不了电动机的启动能力,约为1.4~2.231电磁转矩与电源电压的关系结论：电动机的电磁转矩对电 压很敏感，电磁转矩T与 电动机定子绕组所加电 压U的平方成正比T∝U2327.5 三相异步电动机的起动7.5.1 起动性能 1、起动电流Ist的影响2、起动转矩的影响异步电动机起动时的主要缺点：起动电流较大起动电流较大，当频繁起动时，使电动机 过热如果起动转矩过小，电动机不能满载起动； 如果起动转矩过大，会使传动机构受到冲击 而损坏337.5.2 起动方法（1） 直接起动十千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动2） 降压起动Y－ 起动自耦降压起动（3）转子串电阻起动341 1．直接起动．直接起动直接起动是利用闸刀开关或接触器将电动机直 接接到额定电压上的起动方式，又叫全压起动 。
优点优点：起动简单 缺点缺点：起动电流较大，将使线路电压下降，影 响负载正常工作 适用范围适用范围：电动机容量在10kW以下，并且小于 供电变压器容量的20％352 2．降压起动．降压起动Y-ΔY-Δ换接起动换接起动：在起动时将定子 绕组连接成星形，通电后电动机 运转，当转速升高到接近额定转 速时再换接成三角形 适用范围适用范围：正常运行时定子绕组 是三角形连接，且每相绕组都有 两个引出端子的电动机 优点优点：起动电流为全压起动时的 1／3 缺点缺点：起动转矩均为全压起动时 的1／336U1W2V1V2W1UPU2正常 运行设：电机每相阻抗为ZIlΔ U1BW1U2 V2W2起 动UP'IlY37自耦变压器上备有40％、 60％、80％等抽头，以便根 据所要求的起动转矩来选择 不同的电压自耦变压器降压启动优点:不受电动机绕组接线 方法的限制，常用于起动 容量较大的电动机缺点:是设备费用高，不 宜频繁起动全压运行FUL1L2L3降压启动SA1SA2M3~38绕线式异步电动机转子绕组串入附加电阻后，既 可以降低起动电流，又可以增大起动转矩3、转子串电阻起动起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将R短路。
电动机启动时¯¯ÞÞ122IIR达到限制启 动电流的目 的39已知某三相异步电动机UN=380V，cosφN=0.82效率 η=84%，额定功率PN=4KW，额定转速nN=1440r/min ，试求：额定电流、额定转矩TN、启动转矩Tst、最大 转矩Tm（过载能力为2.2，启动能力为1.8）试问在 电压降低30%（即电压为额定值的70%）、负载阻转 矩为额定值的80%的重载情况下，能否启动？为什么 ？满载时能否启动？为什么？ 解:因为所以求得IN=8.8A例 ：40当电压降低30%时,根据T∝U2，对应的启动转矩最大转矩Tm=2.2TN=2.2×26.5=58.4(N·m)启定转矩Tst=1.8TN=1.8×26.5=47.8(N·m)额定转矩41当负载满载时 ＜∴不可以启动当负载阻转矩为额定值的80%的重载情况下＞ TL=21.2N·m∴可以启动427.6 三相异步电动机的调速三相异步电动机的转速：7.6.1 变频调速 通过变频器把频率为50Hz工频的三相交流电源 变换成为频率和电压均可调节的三相交流电源， 然后供给三相异步电动机，从而使电动机的速度 得到调节变频调速属于无级调速，具有机械特 性曲线较硬的特点。
变频电源可变无级调速43主要有以下2种变频调速方式： 1、当 f1 f1N，即高于额定转速调速时，采 用恒功率调速 8.6.2 8.6.2 变极调速变极调速 通过改变电动机的定子绕组所形成的磁极对数 p来调速因磁极对数只能是按1、2、3、…、 的规律变化，所以用这种方法调速，电动机的 转速不能连续、平滑地进行调节有级调速448.6.3 8.6.3 变转差率调速变转差率调速通过改变转子绕组中串接调速电阻的大小 来调整转差率实现平滑调速的，又称为变 阻调速调速电阻的接法与起动电阻相同 这种方法只适用于绕线式异步电动机ST无级调速457.7 三相异步电动机的制动7.7.17.7.1．能耗制动．能耗制动 电动机定子绕组切断三相电源后迅速接通直流电 源感应电流与直流电产生的固定磁场相互作用 ，产生的电磁转矩方向与电动机转子转动方向相 反，起到制动作用 特点特点：是制动准确、平稳，但需要额外的直流电 源467.7.27.7.2．反接制动．反接制动电动机停车时将三相电源中的任意两相对调，使 电动机产生的旋转磁场改变方向，电磁转矩方向 也随之改变，成为制动转矩 注意注意：当电动机转速接近为零时，要及时断开电 源防止电动机反转。
特点特点：简单，制动效果好，但由于反接时旋转磁 场与转子间的相对运动加快，因而电流较大对 于功率较大的电动机制动时必须在定子电路（鼠 笼式）或转子电路（绕线式）中接入电阻，用以 限制电流47487.7.3 7.7.3 发电反馈制动发电反馈制动电动机转速超过旋转磁场的转 速时，电磁转矩的方向与转子 的运动方向相反，从而限制转 子的转速，起到了制动作用 因为当转子转速大于旋转磁场 的转速时，有电能从电动机的 定子返回给电源，实际上这时 电动机已经转入发电机运行， 所以这种制动称为发电反馈制 动497.8 三相异步电动机的铭牌数据型号型号 ：50功率功率：电动机在铭牌规定条件下正常工作时转轴上输 出的机械功率，称为额定功率或容量 电压电压：电动机的额定线电压 电流电流：电动机在额定状态下运行时的线电流 频率频率：电动机所接交流电源的频率 转速转速：额定转速 接线方法接线方法：51防护等级IP44：防护等级由字母IP和两个数字组成 ，IP是(International 国际)与(Protection防护)的首 写字母，IP后面的第一个数字代表第一种防护型式 (防尘)的等级，第二个数字代表第二种防护型式(防 水)的等级,数字越大，防护能力越强。
效率ηN 电动机额定输出的功率P2N与在额定负载 下的输入功率P1N之比功率因数 ( ) ：额定负载时定子电路的功率因数，一般为0.7 ~ 0.9 空载时功率因数很低约为0.2 ~ 0.3额定负载时，功 率因数最大52工作方式 S1是指电动机可以在铭牌标出的额定 状态下连续运行，即连续工作制。