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1、第六章异步电动机第六章第六章 异步电动机异步电动机 6.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构 6.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理 6.3 三相异步电动机的负载运行三相异步电动机的负载运行 6.4 三相异步电动机的铭牌数据和联结方式三相异步电动机的铭牌数据和联结方式 6.5 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动 6.6 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速 6.7 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动 6.8 单相异步电动机单相异步电动机交流电动机交流电动机电动机电动机直流电动机直流电动机鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式异步机异步机同步机同步机他励、异励
2、、串励、复励他励、异励、串励、复励鼠笼式异步交流电动机授课内容：鼠笼式异步交流电动机授课内容： 基本结构、工作原理、基本结构、工作原理、 机械特性、控制方法机械特性、控制方法 电动机的分类电动机的分类6.1 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构磁铁磁铁闭合闭合线圈线圈e方向用方向用右手定则右手定则确定确定f方向用方向用左手定则左手定则确定确定磁场旋转磁场旋转磁极旋转磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势导线切割磁力线产生感应电动势导线长导线长磁感应强度磁感应强度切割速度切割速度（右手定则）右手定则）闭合导线产生电流闭合导线产生电流 i（左手定则）左手定则）通电导线在磁场中受力通电导线
3、在磁场中受力1. 线圈跟着磁铁转线圈跟着磁铁转两者转动方向一致两者转动方向一致 结论：结论：2. 线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢异步异步三相异步机的结构三相异步机的结构YBZXAC转子转子定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）机机 座座转子：在旋转磁场作用下，转子：在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或产生感应电动势或 电流。电流。三相定子绕组：产生旋转三相定子绕组：产生旋转 磁场。磁场。线绕式线绕式鼠笼式鼠笼式鼠笼转子鼠笼转子 旋转磁场的产生旋转磁场的产生AYCBZ6.三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理()电流出电流出( )电流入电流入XAXYCBZAXBYCZ合成磁场方向：
4、合成磁场方向：向下向下XBZAYCAXYCBZAXYCBZ同理分析，可得同理分析，可得其它电流角度下其它电流角度下的磁场方向：的磁场方向：旋转方向旋转方向：取决于三相电流的相序。：取决于三相电流的相序。改变电机的旋转方向：换接其中两相。改变电机的旋转方向：换接其中两相。旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转磁场的转速转速大小大小 一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过360电流频率为电流频率为 f Hz，则磁场则磁场1/f秒旋转秒旋转1圈，每秒旋圈，每秒旋转转f圈。每分钟旋转：圈。每分钟旋转：n1称为称为同步转速同步转速极对数（极对数（P）的概念的概念AX
5、BYCZ此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。即：即：AXYCBZ极对数（极对数（P）的改变的改变CYABCXYZAXBZ 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。成的磁场则是两对磁极。AXBYCZ极对数极对数CYABCXYZAXBZ极对数和转速的关系极对数和转速的关系三相异步电动机的同步转速三相异步电动机的同步转速极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电
6、动机转速（额定转速）电动机转速（额定转速）:电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致， 但但 异步异步电动机电动机无转距无转距转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流无转子电流提示提示：如果如果 转差率转差率 的概念：的概念：异步电机运行中异步电机运行中:转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：电动机起动瞬间电动机起动瞬间:（转差率最大）转差率最大）转子感生电流的频率：转子感生电流的频率：例例1：三相异步电动
7、机：三相异步电动机 p=3，电源电源f1=50Hz，电机额定电机额定 转速转速n=960r/min。求：转差率求：转差率s，转子电动势的频率转子电动势的频率f2同步转速：同步转速：转差率：转差率：一、三相异步电动机的一、三相异步电动机的“电磁电磁”关系关系 6.3 三相异步电动机的负载运行三相异步电动机的负载运行定子电路定子电路i2R1R2i1u1e1e2 ：主磁通产：主磁通产生的感应电动势。生的感应电动势。e1e2、转子电路转子电路设：设：则：则：定子边：定子边：i2R1R2i1u1e1e2：转子感应电动势的频率：转子感应电动势的频率：转子线圈匝数：转子线圈匝数取决于转子和旋转磁场的相对速度
8、取决于转子和旋转磁场的相对速度同理可得：同理可得：i2R1R2i1u1e1e2i2R1R2i1u1e1e2转子电流转子电流转子功率因数转子功率因数例例2：三相异步电动机，：三相异步电动机，p=2，n=1440 r/min，转子转子R2=0.02 ，X20=0.08 ， E20=20V， f1= 50Hz。启动时启动时I2（st）额定转速下的额定转速下的I2（N）s=1电磁转矩电磁转矩 T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下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距之总和。受到电磁力所形成的转距之总和。常数常数每极磁通每极磁通转子电流转子电流转子电路的转子电路的转矩公式的推导转矩
9、公式的推导 （牛顿（牛顿 米）米）得到得到转矩公式转矩公式将其中参数代入：将其中参数代入：二、二、 三相电动机的机械特性三相电动机的机械特性根据转矩公式根据转矩公式10n1Tn得特性曲线：得特性曲线：启动时启动时n=0最大转速最大转速n=n1时时三个重要转矩三个重要转矩n1Tn额定转矩额定转矩 ：电机在额定电压下，以额电机在额定电压下，以额定转速定转速 运行，输出额运行，输出额定功率定功率 时，电机转轴时，电机转轴上输出的转矩。上输出的转矩。( 1 )（牛顿（牛顿米）米）nN 如果如果 电机将会电机将会因带不动负载而停转。因带不动负载而停转。最大转矩最大转矩 ：( 2 )电机带动最大负载的能力
10、。电机带动最大负载的能力。求解求解10smTm过载系数：过载系数：三相异步机三相异步机 工作时，一定令负载转矩工作时，一定令负载转矩 ，否则，否则电机将停转。致使电机将停转。致使注意：注意： （1）三相异步机的）三相异步机的 和电压的平方成正比，所和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。 （2）电机严重过热电机严重过热起动转矩起动转矩 ：( 3 )电机起动时的转矩。电机起动时的转矩。n1Tn其中其中则则体现了电动机带载起动的能力。若体现了电动机带载起动的能力。若 电机能电机能起动，否则将起动不了。起动，否则将起动不了。n
11、1TnTmTst机械特性曲线机械特性曲线TL启动：启动： TstTL (负载转矩负载转矩)，电机启动，电机启动转速转速n ，转矩转矩T cc点：转矩达最大点：转矩达最大Tm ，转速转速n继续继续 ，T ，沿，沿cb走走bb点：点：T=TL，转速转速n不再上升，稳定运行不再上升，稳定运行 若若TL ，暂时暂时T TL,n s I2 T n 电动机的自适应负载能力电动机的自适应负载能力 电动机的电磁转矩可以随负电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。能力称为自适应负载能力。常用特常用特性段性段s=0s=1例例3（7-7）：三相异步电动机，额定
12、功率）：三相异步电动机，额定功率PN=10kW，额定转速额定转速nN=1450r/min，启动能力启动能力Tst/TN=1.2，过载过载系数系数 =1.8。（牛顿（牛顿米）米）（1）额定转矩）额定转矩TN（2）启动转矩）启动转矩Tst（3）最大转矩）最大转矩Tm#（4）用）用Y 方法起动时的方法起动时的Tst 机械特性和电路参数的关系机械特性和电路参数的关系和电压的关系和电压的关系结论：结论： 和转子电阻的关系和转子电阻的关系R2的的 改变改变 ： 鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电机外接电阻不同。机外接电阻不同。 结论：结论： 机械特性的软硬
13、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。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，起软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起 动特性好。动特性好。 硬特性硬特性 （R2小）小）软特性软特性（R2大）大） 不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。电机；重载起动则选软特性电机。1. 型号型号 Y 132M4 磁极数磁极数(极对数极对数 p=2)同步转速同步转速1500转转/分分转差率转差率6.4 三相异步电动机铭牌数据和联接方式三相异步电动机
14、铭牌数据和联接方式2. 转速转速: 电机轴上的转速（电机轴上的转速（n)。如：如： n =1440 转转/分分3. 联接方式联接方式 ： Y/ 接法接法 Y 接法：接法： 接法：接法：AB CZX YA B CZX YABCXYZAZBYXCABCXYZ接线盒：接线盒：4. 额定电压：额定电压：定子绕组在定子绕组在指定接法指定接法下应加的下应加的线电压线电压. 说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的定值的 5 。线线电电压压AZBYXC线线电电压压ABCXYZ例：例：380/220 Y/ 是指：线电压为是指：线电压为380V时采用时采
15、用Y接法；接法； 当线电压为当线电压为220V时采用时采用 接法。接法。5. 额定电流：额定电流：定子绕组在定子绕组在指定接法指定接法下的下的线电流。线电流。如：如： 表示三角接法下，电机的线电流为表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电流相电流为为6.48A；星形接法时线、相电流均为星形接法时线、相电流均为6.48A。6. 额定功率：额定功率： 额定功率指电机在额定运行时轴上输出的额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率功率（ ），不等于从电源吸收的功率（），不等于从电源吸收的功率（ ）。两者的）。两者的 关系为：关系为： 其中其中鼠笼电机鼠笼电机 =7293 额定负载时一般为额定负载
16、时一般为0.7 0.9 ， 空载时功率因数很空载时功率因数很低约为低约为0.2 0.3。额定负载时，功率因数最大。额定负载时，功率因数最大。注意：实用中应选择合适容量的电机，注意：实用中应选择合适容量的电机，防止防止“大马大马” 拉拉“小车小车”的现象。的现象。7. 功率因数功率因数(cos 1)：P2PN此外还有此外还有绝缘等级绝缘等级等参数，不一等参数，不一 一介绍。一介绍。cos 1起动电流起动电流 ：中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍。倍。定子电流定子电流 原因：起动时原因：起动时 ，转子导条切割磁力线速度很大。转子导条切割磁力线速度很大
17、。转子感应电势转子感应电势转子电流转子电流大电流使电网电压降低大电流使电网电压降低 影响其他负载工作影响其他负载工作频繁起动时造成热量积累频繁起动时造成热量积累 电机过热电机过热影响：影响：6.5 三相异步机的起动三相异步机的起动三相异步机的起动方法：三相异步机的起动方法：（1） 直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般 采用直接起动。采用直接起动。（2） 降压起动。降压起动。Y 起动起动自耦降压起动自耦降压起动（3）转子串电阻起动。）转子串电阻起动。以下介绍以下介绍Y 起动。起动。Y 起动：起动： 正常正常运行运行AZBYXC 起动起动ABCXYZ设：
18、电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为AZBYXC正常正常运行运行UPABCXYZ起动起动UP（2）Y 起动应注意的问题：起动应注意的问题：（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。 所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合Y 起动起动。例例4:三相异步电动机，电源电压三相异步电动机，电源电压 =380V，三相定子三相定子绕组绕组 接法运行，额定电流接法运行，额定电流IN=20A，启动电流启动电流Ist/IN=7，求：求： （1） 接法时的启动电流接法时的启动电流Ist （2）若启动时改为若启动时改为Y接法，求接法，求 Ist
19、 Y（1）Ist =7 IN =7 20=140A解：解：（2）Ist Y = Ist /3=140/3=47A方法：方法：和电源相接的任意两相互换，就可实现反转。和电源相接的任意两相互换，就可实现反转。 三相异步电动机的正、反转三相异步电动机的正、反转正转正转反转反转A B CM3电电 源源ABCM3电电 源源制动方法：制动方法： 1. 抱闸抱闸：加机械抱闸加机械抱闸6.6 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。
20、即切割磁力线的速度很大，造成即切割磁力线的速度很大，造成 ，引起，引起 。注意：注意：3. 能耗制动能耗制动4.发电反馈制动发电反馈制动2. 反接制动反接制动：停车时，将电动机接电源的意两相反接，停车时，将电动机接电源的意两相反接， 使电动机由原来的旋转方向反过来，以达使电动机由原来的旋转方向反过来，以达 制动的目的；制动的目的； 6.7 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速1. 改变极对数改变极对数 有级调速。有级调速。2. 改变转差率改变转差率 无级调速无级调速调速方法：调速方法：3. 改变电源频率改变电源频率 (变频调速变频调速) 无级调速无级调速变频电源变频电源 可变可变 此种调速
21、方法发展很快，且调速性能较好。其主此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。成）。 6.8 单相异步电动机单相异步电动机一、一、 单相异步电动机的工作原理单相异步电动机的工作原理结构：结构：定子放单相绕组（其中通定子放单相绕组（其中通220V单相交流电）单相交流电） 转子一般用鼠笼式。转子一般用鼠笼式。定子定子转子转子定子定子绕组绕组220V NS 当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，和左手
22、定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩。所以没有起动转矩。在电流正半周在电流正半周在电流负半周在电流负半周？转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原方 向继续转动。向继续转动。其原理分析如下：其原理分析如下： 定子绕组产生的脉动磁场（定子绕组产生的脉动磁场（ ），可用），可用正、反两个正、反两个旋转磁场合成而等效。即：旋转磁场合成而等效。即： + -t m = + -= m/2脉动磁场的分解脉动磁场的分解 - + + - 正反向旋转磁场的合成转矩特性正反向旋转磁场的合成转矩特性合成转矩合成转矩起动转矩起动转矩为零。为零。（正向）
23、（正向）（反向）（反向）正正转转转转反反电容分相式起动电容分相式起动二、单相异步电动机的起动二、单相异步电动机的起动KDCWSTW: 主绕组（工作绕组）主绕组（工作绕组）ST：启动绕组启动绕组K：离心开关离心开关AXAXWSTAXAXKDCWST接近接近90电容分相式单相异步电容分相式单相异步 电动机起动原理电动机起动原理KDCWSTAXAX WSTAXAXt=t0 NSt=t0WSTAXAX NSWSTAXAXNSt=t1 磁场逆时针磁场逆时针方向旋转方向旋转t=t0t=t1启动时开关启动时开关K闭合，使两绕组电流相位差约闭合，使两绕组电流相位差约为为90，从而产生旋转磁场，电机转起来；转，
24、从而产生旋转磁场，电机转起来；转动正常以后离心开关被甩开，启动绕组被切动正常以后离心开关被甩开，启动绕组被切断，而电机仍按原方向继续转动。断，而电机仍按原方向继续转动。工作原理工作原理KDCWSTAXAX罩极式单相电机罩极式单相电机定子定子磁极磁极转子转子短路短路环环 定子通入电流以后，部分磁定子通入电流以后，部分磁通穿过短路环，并在其中产生通穿过短路环，并在其中产生感应电流。短路环中的电流阻感应电流。短路环中的电流阻碍磁通的变化，致使有短路环碍磁通的变化，致使有短路环部分和没有短路环部分产生的部分和没有短路环部分产生的磁通有了相位差，从而形成旋磁通有了相位差，从而形成旋转磁场，使转子转起来。
25、转磁场，使转子转起来。 图中电机的转动方向：顺时针图中电机的转动方向：顺时针旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的旋转。因为没有短路环部分的磁通比有短路环部分的磁通领先。磁通领先。 单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应用单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应用非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电动非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电动工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。 三、单相电机的使用三、单相电机的使用 三相异步电动机的单相运行三相异步电动机的单相运行 三相异步电动机在运行过程中，若其
26、中一相和电三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样，源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样，电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。使电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。使用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若在启用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若在启动前有一相断电，和单相电机一样将不能启动。此动前有一相断电，和单相电机一样将不能启动。此时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过热，时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过热，必须赶快排除故障。必须赶快排除故障。
