第四章 異步電動機(jī)1 - 副本

1、1/47第四章第四章 異步電動機(jī)及其控制異步電動機(jī)及其控制1 三相異步電動機(jī)的構(gòu)造三相異步電動機(jī)的構(gòu)造2 異步電動機(jī)的工作原理異步電動機(jī)的工作原理3 異步電動機(jī)的機(jī)械特性異步電動機(jī)的機(jī)械特性4 異步電動機(jī)的起動和調(diào)速異步電動機(jī)的起動和調(diào)速5 異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)和選擇異步電動機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)和選擇2/47交流電動機(jī)交流電動機(jī)電動機(jī)電動機(jī)直流電動機(jī)直流電動機(jī)鼠籠式鼠籠式繞線式繞線式異步機(jī)異步機(jī)同步機(jī)同步機(jī)他勵、異勵、串勵、復(fù)勵他勵、異勵、串勵、復(fù)勵授課內(nèi)容：授課內(nèi)容： 基本結(jié)構(gòu)、工作原理、基本結(jié)構(gòu)、工作原理、 機(jī)械特性、控制方法機(jī)械特性、控制方法 電動機(jī)的分類電動機(jī)的分類3/47第一節(jié)第一節(jié) 異步電

2、動機(jī)的構(gòu)造異步電動機(jī)的構(gòu)造轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心繞組繞組機(jī)座機(jī)座定子鐵心定子鐵心轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸接線盒接線盒4/47第一節(jié)第一節(jié) 異步電動機(jī)的構(gòu)造異步電動機(jī)的構(gòu)造V2V1W2U2U1W1機(jī)機(jī) 座座定子鐵心定子鐵心1.定子：定子： 機(jī)座機(jī)座 定子鐵心定子鐵心 是電動機(jī)磁路的一部分，是電動機(jī)磁路的一部分，由薄硅鋼片疊壓而成。硅鋼由薄硅鋼片疊壓而成。硅鋼片之間是絕緣的，所以減少片之間是絕緣的，所以減少了由于交變磁通通過而引起了由于交變磁通通過而引起的鐵心渦流損耗。鐵芯內(nèi)圓的鐵心渦流損耗。鐵芯內(nèi)圓有均勻分布的槽口，用來嵌有均勻分布的槽口，用來嵌放定子繞組。放定子繞組。 5/47定子定子定子繞組定子繞組（三相）（三相

3、）機(jī)機(jī) 座座定子鐵心定子鐵心1.定子：定子： 機(jī)座機(jī)座 定子鐵心定子鐵心 定子繞組定子繞組 是三相電動機(jī)的電路部是三相電動機(jī)的電路部分，通入三相對稱電流時，分，通入三相對稱電流時，就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。三相就會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。三相繞組由三個彼此獨(dú)立的繞繞組由三個彼此獨(dú)立的繞組組成，每個繞組在空間組組成，每個繞組在空間相差相差120電角度，按一定電角度，按一定規(guī)律嵌入定子鐵心槽內(nèi)。規(guī)律嵌入定子鐵心槽內(nèi)。第一節(jié)第一節(jié) 異步電動機(jī)的構(gòu)造異步電動機(jī)的構(gòu)造V2V1W2U2U1W16/471.定子：定子： 機(jī)座機(jī)座 定子鐵心定子鐵心 定子繞組定子繞組定子三相繞組的六個出定子三相繞組的六個出線端都引至接線盒上，線

4、端都引至接線盒上，首端分別標(biāo)為首端分別標(biāo)為U1, V1, W1 ，末端分別標(biāo)為，末端分別標(biāo)為U2, V2, W2 。這六個出線。這六個出線端在接線盒里的排列如端在接線盒里的排列如下圖所示，可以接成星下圖所示，可以接成星形或三角形。形或三角形。（a a）星形連接（）星形連接（b b）三角形連接）三角形連接定子繞組的連接定子繞組的連接第一節(jié)第一節(jié) 異步電動機(jī)的構(gòu)造異步電動機(jī)的構(gòu)造7/47V2V1W2U2U1W1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子2.轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子： 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心由硅鋼片疊壓而成，由硅鋼片疊壓而成，套在轉(zhuǎn)軸上，作用和套在轉(zhuǎn)軸上，作用和定子鐵心相同，一方定子鐵心相同，一

5、方面作為電動機(jī)磁路的面作為電動機(jī)磁路的一部分，一方面用來一部分，一方面用來安放轉(zhuǎn)子繞組。安放轉(zhuǎn)子繞組。 第一節(jié)第一節(jié) 異步電動機(jī)的構(gòu)造異步電動機(jī)的構(gòu)造8/47V2V1W2U2U1W1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子2.轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子： 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心 轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心籠形繞組：籠形繞組：在轉(zhuǎn)子鐵心的在轉(zhuǎn)子鐵心的每一個槽中插入一根銅條，每一個槽中插入一根銅條，在銅條兩端各用一個銅環(huán)在銅條兩端各用一個銅環(huán)把導(dǎo)條連接起來，稱為銅把導(dǎo)條連接起來，稱為銅排轉(zhuǎn)子。也可用鑄鋁的方排轉(zhuǎn)子。也可用鑄鋁的方法，把轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和端環(huán)風(fēng)法，把轉(zhuǎn)子導(dǎo)條和端環(huán)風(fēng)扇葉片用鋁液一次澆鑄而扇葉片用鋁液一次澆鑄而成，

6、稱為鑄鋁轉(zhuǎn)子成，稱為鑄鋁轉(zhuǎn)子 第一節(jié)第一節(jié) 異步電動機(jī)的構(gòu)造異步電動機(jī)的構(gòu)造9/472.轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子： 轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸 轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心 轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)子繞組繞線形繞組：繞線形繞組：與定子繞組與定子繞組一樣也是一個三相繞組，一樣也是一個三相繞組，一般接成星形，三相引出一般接成星形，三相引出線分別接到轉(zhuǎn)軸上的三個線分別接到轉(zhuǎn)軸上的三個與轉(zhuǎn)軸絕緣的集電環(huán)上，與轉(zhuǎn)軸絕緣的集電環(huán)上，通過電刷裝置與外電路相通過電刷裝置與外電路相連，這就有可能在轉(zhuǎn)子電連，這就有可能在轉(zhuǎn)子電路中串接電阻或電動勢以路中串接電阻或電動勢以改善電動機(jī)的運(yùn)行性能改善電動機(jī)的運(yùn)行性能 1 1集電環(huán)；集電環(huán)；2 2電刷；電刷；3 3變阻器變阻器繞

7、線形轉(zhuǎn)子與外加變阻器的連接繞線形轉(zhuǎn)子與外加變阻器的連接 第一節(jié)第一節(jié) 異步電動機(jī)的構(gòu)造異步電動機(jī)的構(gòu)造10/47V2V1W2U2U1W1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子定子定子繞組定子繞組（三相）（三相）機(jī)機(jī) 座座轉(zhuǎn)子：在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，轉(zhuǎn)子：在旋轉(zhuǎn)磁場作用下， 產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或 電流。電流。三相定子繞組：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)三相定子繞組：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn) 磁場。磁場。定子鐵心定子鐵心第一節(jié)第一節(jié) 異步電動機(jī)的構(gòu)造異步電動機(jī)的構(gòu)造11/47第二節(jié)第二節(jié) 異步電動機(jī)的工作原理異步電動機(jī)的工作原理12/47n1nei第二節(jié)第二節(jié) 異步電動機(jī)的工作原理異步電動機(jī)的工作原理NSF磁鐵磁鐵閉合閉合線圈線圈磁力線切割導(dǎo)體，由右手

8、定則可確定磁力線切割導(dǎo)體，由右手定則可確定e的方向的方向通電導(dǎo)體在磁場中受力，方向由左手定則判定通電導(dǎo)體在磁場中受力，方向由左手定則判定F13/47磁極旋轉(zhuǎn)磁極旋轉(zhuǎn)導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢vlBe導(dǎo)線長導(dǎo)線長磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度切割速度切割速度（右手定則）（右手定則）閉合導(dǎo)線產(chǎn)生電流閉合導(dǎo)線產(chǎn)生電流 i（左手定則）（左手定則）通電導(dǎo)線在磁場中受力通電導(dǎo)線在磁場中受力ilBFn1neiNSF14/471. 線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)兩者轉(zhuǎn)動方向一致兩者轉(zhuǎn)動方向一致 結(jié)論：結(jié)論：異步異步2. 線圈比磁場轉(zhuǎn)得慢線圈比磁場轉(zhuǎn)得慢1nnn1neiNSF15/47V2V1

9、W2U2U1W1旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生異步機(jī)中異步機(jī)中,旋轉(zhuǎn)磁場代替了旋轉(zhuǎn)磁極旋轉(zhuǎn)磁場代替了旋轉(zhuǎn)磁極AiBiCimIt0n()電流出電流出( )電流入電流入240sin120sinsintIitIitIimCmBmA16/47旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生V2W1V1W2異步機(jī)中異步機(jī)中,旋轉(zhuǎn)磁場代替了旋轉(zhuǎn)磁極旋轉(zhuǎn)磁場代替了旋轉(zhuǎn)磁極()電流出電流出( )電流入電流入U1U217/47BiU1U2V1V2W1W2AiCi設(shè)從繞組的首端至末端設(shè)從繞組的首端至末端為電流的正方向?yàn)殡娏鞯恼较駻iBiCimIt18/470tU1U2V2W1V1W2NS合成磁場方向：合成磁場方向：向下向下AiBiC

10、imItABC19/47AiBiCimIt180tU2V1W20nU1V2W1 60tU1U2V2W1V1W2SN0n60同理分析，可得同理分析，可得其它電流角度下其它電流角度下的磁場方向：的磁場方向：A120tU2V2W1V1W20nU1播放播放20/47旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)方向：取決于三相電流的相序。：取決于三相電流的相序。改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向：換接其中兩相改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向：換接其中兩相旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向AiBiCimItACB21/47旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向AiBiCimIt0tU1U2V2W1V1W2SN0nA60tU2V2W1V1W2U160SNCiU1U2V

11、1V2W1W2AiBi播放播放22/47旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)方向：取決于三相電流的相序。：取決于三相電流的相序。旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向ABCACB0n0n23/47旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 正弦交流電每變化一周，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過正弦交流電每變化一周，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360， 則旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）定義為則旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速（同步轉(zhuǎn)速）定義為:U1U2V2W1V1W2SN0n60U2V1W20nU1V2W1U1U2V2W1V1W2NS1111=60 (/60nfT轉(zhuǎn) 分 ）24/47(1)極對數(shù)（極對數(shù)（P）的概念）的概念1p此種接法下，合成磁場只有一對磁極，則極對數(shù)為此種接法下

12、，合成磁場只有一對磁極，則極對數(shù)為1。即：即：BiU1U2V1V2W1W2AiCiU1U2V2W1V1W2NS旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速25/47(2)極對數(shù)（極對數(shù)（P）的改變）的改變W1V2U1V1W1U2V2W2U1U2V1W2AiBiCi 將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內(nèi)。形將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內(nèi)。形成的磁場則是兩對磁極。成的磁場則是兩對磁極。2U1UU1U2V1V21V2VW1W21W2W26/47極對數(shù)極對數(shù)2pNSSNAiBiCimIt2U1UU1U2V1V21V2VW1W21W2WW1V2U1V1W1U2V2W2U1U2V1W2AiBiCi0t27/

13、471160 (/fnp轉(zhuǎn) 分）極對數(shù)和轉(zhuǎn)速的關(guān)系極對數(shù)和轉(zhuǎn)速的關(guān)系 60t0nZCZCSNSN30AiBiCimItV1V21V2VW1W21W2W2U1UU1U2W1V2U1V1W1U2V2W2U1U2V1W2AiBiCi播放播放28/47三相異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速三相異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速1160 (/fnp轉(zhuǎn) 分）2p180分）轉(zhuǎn)/( 50011p360分）轉(zhuǎn)/( 0003極對數(shù)極對數(shù)每個電流周期每個電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速)50(Hzf 1n3p120分）轉(zhuǎn)/( 000129/47電動機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系電動機(jī)轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系電動

14、機(jī)轉(zhuǎn)速電動機(jī)轉(zhuǎn)速:n電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致， 但但 異步異步電動機(jī)電動機(jī)1nn無轉(zhuǎn)距無轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運(yùn)動轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運(yùn)動無轉(zhuǎn)子電動勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電動勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電流無轉(zhuǎn)子電流提示提示：如果如果1nn30/47AXYCBZ0n31/47 轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率 的概念：的概念：( ) s11100%nnsn異步電機(jī)運(yùn)行中異步電機(jī)運(yùn)行中:1% 9%s 轉(zhuǎn)差率為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機(jī)轉(zhuǎn)速之差。即：轉(zhuǎn)差率為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機(jī)轉(zhuǎn)速之差。即：電動機(jī)起動瞬間電動機(jī)起動瞬間:1 , 0sn（轉(zhuǎn)

15、差率最大）（轉(zhuǎn)差率最大）32/47電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 T：轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)距之總和。受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)距之總和。22cosIKTmT常數(shù)常數(shù)每極磁通每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的轉(zhuǎn)子電路的2cos一、三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩一、三相異步電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 第三節(jié)第三節(jié) 異步電動機(jī)的機(jī)械特性異步電動機(jī)的機(jī)械特性33/47三相異步電動機(jī)的三相異步電動機(jī)的“電磁電磁”關(guān)系關(guān)系 ：漏磁通：漏磁通產(chǎn)生的漏磁感抗產(chǎn)生的漏磁感抗 ：主磁通產(chǎn)：主磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。生的感應(yīng)電動勢。e1e2、X 1X2、定、轉(zhuǎn)子電路定、轉(zhuǎn)子電路1I1

16、UX1+_+_R12IX2+_R21E2E11114.44EK f N 34/47三相異步電動機(jī)的三相異步電動機(jī)的“電磁電磁”關(guān)系關(guān)系 1.定子電路定子電路轉(zhuǎn)、定子電路轉(zhuǎn)、定子電路1I1UX1+_+_R12IX2+_R21E2E111111 UIRjXEE 111114.44UEK f N 35/47三相異步電動機(jī)的三相異步電動機(jī)的“電磁電磁”關(guān)系關(guān)系 2.轉(zhuǎn)子電路轉(zhuǎn)子電路轉(zhuǎn)、定子電路轉(zhuǎn)、定子電路1I1UX1+_+_R12IX2+_R21E2E22224.44EK f N 2f取決于轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度取決于轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度1112116060nnnnnfPPsfn轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢和

17、電流的頻率轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢和電流的頻率36/47啟動時啟動時2.轉(zhuǎn)子電路轉(zhuǎn)子電路202224.44Ek f N 22202LfX220222020XREI22022220cosXRR運(yùn)行時運(yùn)行時2222204.44Ek f N sE202222sXLfX22022202sXRsEI2202222cossXRR37/472.轉(zhuǎn)子電路轉(zhuǎn)子電路運(yùn)行時運(yùn)行時2222204.44Ek f N sE202222sXLfX22022202sXRsEI2202222cossXRRI2cos 2s1I2,2cos O38/4722cosTmTKI20222220()sEIRsX2222220cos()RRsXmN

18、fU11144.4將其中參數(shù)代入：將其中參數(shù)代入：21220222)(UsXRsRKT得到得到轉(zhuǎn)矩公式轉(zhuǎn)矩公式39/47二、二、 異步電動機(jī)的機(jī)械特性異步電動機(jī)的機(jī)械特性( )( )Tf snf T21220222)(UsXRsRKT根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式Ts10n1Tn得特性曲線：得特性曲線：40/47電動機(jī)的自適應(yīng)負(fù)載能力電動機(jī)的自適應(yīng)負(fù)載能力 電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動調(diào)整，電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。這種能力稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。常用特常用特性段性段n0nT 自適應(yīng)負(fù)載能力是自適應(yīng)負(fù)載能力是電動機(jī)區(qū)別于其它動力機(jī)械的重要電動機(jī)區(qū)別

19、于其它動力機(jī)械的重要特點(diǎn)。（如：柴油機(jī)當(dāng)負(fù)載增加時，必須由操作者加大特點(diǎn)。（如：柴油機(jī)當(dāng)負(fù)載增加時，必須由操作者加大油門，才能帶動新的負(fù)載。）油門，才能帶動新的負(fù)載。）2 LTnsIT 直至新的平衡。此過程中，直至新的平衡。此過程中， 時，時， 電源提供的功率自動電源提供的功率自動增加。增加。2 I1 I41/47三個重要轉(zhuǎn)矩三個重要轉(zhuǎn)矩n0TnNT額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩 ：電機(jī)在額定電壓下，以額電機(jī)在額定電壓下，以額定轉(zhuǎn)速定轉(zhuǎn)速 運(yùn)行，輸出額運(yùn)行，輸出額定功率定功率 時，電機(jī)轉(zhuǎn)軸時，電機(jī)轉(zhuǎn)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩。上輸出的轉(zhuǎn)矩。NPNn( 1 )/()(9550602分轉(zhuǎn)千瓦NNNNNnPnPT（牛頓（牛頓

20、米）米）NTnN42/47 如果如果 電機(jī)將會電機(jī)將會因帶不動負(fù)載而停轉(zhuǎn)。因帶不動負(fù)載而停轉(zhuǎn)。maxTTL最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩 ：( 2 )maxT電機(jī)帶動最大負(fù)載的能力。電機(jī)帶動最大負(fù)載的能力。n0TnmaxT求解求解0ST21220222)(UsXRsRKT2021max21XKUT43/47過載系數(shù)：過載系數(shù)：NTTmax三相異步機(jī)三相異步機(jī)2 .28 .1 工作時，一定令負(fù)載轉(zhuǎn)矩工作時，一定令負(fù)載轉(zhuǎn)矩 ，否則，否則電機(jī)將停轉(zhuǎn)。致使電機(jī)將停轉(zhuǎn)。致使注意：注意： （1）三相異步機(jī)的）三相異步機(jī)的 和電壓的平方成正比，所和電壓的平方成正比，所以對電壓的波動很敏感，使用時要注意電壓的變化。以對電壓的波動很敏感，使用時要注意電壓的變化。maxTmaxTTL （2）電機(jī)嚴(yán)重過熱電機(jī)嚴(yán)重過熱0n121)(s II