電機(jī)與電氣控制技術(shù) 三相異步電動(dòng)機(jī)

1、第二章 三相異步電動(dòng)機(jī) 第一節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 第二節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行 第三節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載運(yùn)行 第四節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性 第五節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 第六節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 8/29/2022第七節(jié) 電力拖動(dòng)基本知識(shí) 第八節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 第九節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng) 第十節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 第十一節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行維護(hù)與故障分析第十二節(jié) 單相異步電動(dòng)機(jī)8/29/2022第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理 一、三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) （一）定子 （二）轉(zhuǎn)子 （三）分類與用途 8/29/2022二、三相異步電動(dòng)機(jī)工作

2、原理 （一）三相交流電的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng) 1旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生 8/29/2022二極電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生 8/29/2022四極電動(dòng)機(jī)定子繞組結(jié)構(gòu)和接線圖8/29/2022四極電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)8/29/20222旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速 f1=50Hz時(shí)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速 磁極對(duì)數(shù)P 1 2 3 4 5同步轉(zhuǎn)速n1 / r/min 3000 1500 1000 750 600 3旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向8/29/2022（二）轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng) 1轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的原理2轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 n、轉(zhuǎn)差率s與轉(zhuǎn)動(dòng)方向8/29/2022（一）三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌 三、三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌及主要系列 三相異步電動(dòng)機(jī) 型號(hào)Y112M-2 編 號(hào) 4KW 8.

3、2A 380V 2890r/min LW 79dB（A） 接法防護(hù)等級(jí)IP44 50HZ Kg ZBK2007-88 工作制 B級(jí)絕緣 年月 電機(jī)廠8/29/2022（二）三相異步電動(dòng)機(jī)主要系列 1型號(hào)2額定值額定功率PN 額定電壓UN 額定電流IN 額定頻率fN 額定轉(zhuǎn)速nN 常用的Y系列異步電動(dòng)機(jī)有Y（IP44）封閉式、Y（IP23）防護(hù)式小型三相異步電動(dòng)機(jī)，YR（IP44）封閉式、YR（IP23）防護(hù)式繞線型三相異步電動(dòng)機(jī)，YD變極多速三相異步電動(dòng)機(jī)，YX高效率三相異步電動(dòng)機(jī)，YH高轉(zhuǎn)差率三相異步電動(dòng)機(jī)，YB隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)，YCT電磁調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)，YEJ制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)，Y

4、TD電梯用三相異步電動(dòng)機(jī)，YQ高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩三相異步電動(dòng)機(jī)等幾十種產(chǎn)品。 8/29/2022第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行 電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行是指電動(dòng)機(jī)軸上沒有帶任何負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài) 。 定子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為： 定子繞組中產(chǎn)生漏感電動(dòng)勢(shì)為： 8/29/2022定子繞組電壓平衡方程式： 當(dāng) ，則： 或當(dāng)電源電壓為額定值時(shí)，每極磁通基本是一恒定值，負(fù)載變化時(shí)，其基本不變。 8/29/2022第三節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載運(yùn)行 當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸上帶上機(jī)械負(fù)載后，在開始的那一瞬間，轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子減速旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速n1是恒定的，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的下降，轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)間的轉(zhuǎn)速差（n1-

5、n）增大，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子電流也將增大，于是電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩隨之增大，直至電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，轉(zhuǎn)子就不再減速，而在較低轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。 8/29/2022一、轉(zhuǎn)子各物理量與s的關(guān)系 1轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及轉(zhuǎn)子電流的頻率 2轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子繞組的電動(dòng)勢(shì)E2 E2s=4.44f2N2K2=4.44sf1N2k2=sE2 8/29/20223轉(zhuǎn)子電抗X2S 4轉(zhuǎn)子電流I2S 5.轉(zhuǎn)子電路的功 率因數(shù)cos 6.轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁通勢(shì)F2 F2的空間轉(zhuǎn)速，即相對(duì)定子的轉(zhuǎn)速為n18/29/2022二、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式 1磁通勢(shì)平衡方程式 2電動(dòng)勢(shì)平衡方程式 8/29/2022第四節(jié) 三相異

6、步電動(dòng)機(jī)的工作特性 三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性是指在 f1=fN 及定、轉(zhuǎn)子繞組不串任何阻抗的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n、定子電流I1、電磁轉(zhuǎn)矩T、功率因數(shù)、效率與輸出功率P2的關(guān)系曲線。 一、轉(zhuǎn)速特性n=f（P2） 二、定子電流特性I1=f（P2） 8/29/2022三、功率因數(shù)特性=f（P2） 四、轉(zhuǎn)矩特性 五、效率特性 8/29/2022第五節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)磁通相互作用，產(chǎn)生了電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩，在電磁轉(zhuǎn)矩作用下驅(qū)使電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。 一、電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式 8/29/2022二、電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式 由 I2S= = 得 8/29/20221電動(dòng)狀態(tài) （

7、0s1） Tm= 8/29/2022 2. 發(fā)電狀態(tài) (s1) 三電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用表達(dá)式 其中:8/29/2022第六節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 電動(dòng)機(jī)的 曲線稱為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線。 曲線變換為曲線8/29/2022一、機(jī)械特性曲線分析 電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線上有三個(gè)重要轉(zhuǎn)矩點(diǎn)。 1）額定轉(zhuǎn)矩TN 2）最大轉(zhuǎn)矩Tm 3）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst 8/29/2022二、固有特性 三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)工作在額定電壓和額定功率下，定子繞組按規(guī)定方式聯(lián)接，定子和轉(zhuǎn)子電路不外接電阻等其它電路元件，由電動(dòng)機(jī)本身固有的參數(shù)所決定的機(jī)械特性。 8/29/2022三、人為機(jī)械特性 人為地改變異步電動(dòng)機(jī)

8、定子電壓U1、電源頻率f1、定子極對(duì)數(shù)P、定子回路電阻或電抗、轉(zhuǎn)子回路電阻或電抗中的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)，所獲得的機(jī)械特性，稱為人為機(jī)械特性。 1降低定子端電壓的人為機(jī)械特性 8/29/20222轉(zhuǎn)子回路串對(duì)稱三相電阻的人為機(jī)械特性 8/29/2022第七節(jié) 電力拖動(dòng)基本知識(shí) 一、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式 （一）單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式 8/29/2022（二）電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 1當(dāng)T=TL時(shí)，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于靜止或勻速運(yùn)行的穩(wěn)定狀態(tài)。 2當(dāng)TTL時(shí)，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于加速過渡過程狀態(tài)。 3、當(dāng)TTL時(shí)，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于減速過渡過程狀態(tài)。8/29/2022二、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性

9、負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性簡(jiǎn)稱負(fù)載特性，它是指電力拖動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)速度n與負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL的函數(shù)關(guān)系，即n=f(TL)。不同生產(chǎn)機(jī)械在運(yùn)動(dòng)中所具有的轉(zhuǎn)矩特性不同，大致可分為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性、恒功率負(fù)載特性和通風(fēng)機(jī)型負(fù)載特性三類。 1恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 1）反抗性負(fù)載轉(zhuǎn)矩 2) 位能性負(fù)載轉(zhuǎn)矩 8/29/2022a) 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 b) 位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載特性 8/29/20222恒功率負(fù)載特性 3通風(fēng)機(jī)型負(fù)載特性 8/29/2022三、電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件 在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性有交點(diǎn)，即T=TL這是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。而電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充分必要條件是：在 T=TL處 8

10、/29/2022第八節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 一、三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) （一）全壓起動(dòng) （二）減壓起動(dòng) 減壓起動(dòng)并不是降低電源電壓，而是采用某種方法，使加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓降低。 8/29/20221定子串電阻或電抗減壓起動(dòng) 8/29/20222自耦變壓器減壓起動(dòng) 自耦變壓器一次電壓與二次電壓之比為k自耦變壓器的一次電流為 Ist1= Ist2/ k = Ist/ k2 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為Tst= Tst/k2 8/29/20223星形-三角形減壓起動(dòng) Ist= Ist /3 Tst= Tst/3 8/29/2022二、三相繞線型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng) 1轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng) 8/29/2022 2轉(zhuǎn)子

11、串頻敏變阻器起動(dòng) 8/29/2022第九節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng) 一、反接制動(dòng) 三相異步電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)有電源反接制動(dòng)和倒拉反接制動(dòng)兩種。 （一）電源反接制動(dòng) 8/29/2022（二）倒拉反接制動(dòng) 8/29/2022二、能耗制動(dòng) 8/29/2022三、回饋制動(dòng)（再生發(fā)電制動(dòng)） （一）反向回饋制動(dòng) 8/29/2022（二） 正向回饋制動(dòng) 8/29/2022第十節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速 根據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式 三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有： 1）變頻調(diào)速 改變異步電動(dòng)機(jī)定子電源頻率f1來改變同步轉(zhuǎn)速n1，從而進(jìn)行調(diào)速。 2）變極調(diào)速 改變異步電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù) p來改變電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速n1來進(jìn)行調(diào)速

12、。 3）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 調(diào)速過程中保持電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速n1不變，改變轉(zhuǎn)差率s來進(jìn)行調(diào)速。其中有降低定子電壓、在繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入電阻或串附加電動(dòng)勢(shì)等方法調(diào)速。 8/29/2022一、籠型異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速 （一）變極原理 8/29/2022（二）兩種常用的變極接線法 1Y/yy 變極調(diào)速 8/29/20222/ yy變極調(diào)速 8/29/2022（三）變極調(diào)速電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性8/29/2022二、變頻調(diào)速 （一）變頻與調(diào)壓的配合 1變頻時(shí)應(yīng)保持電動(dòng)機(jī)主磁通不變，此時(shí) 電動(dòng)機(jī)定子電壓與頻率應(yīng)有下式關(guān)系 8/29/20222變頻時(shí)保持過載能力m不變，則：具體對(duì)于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，只要滿足U1/f

13、1=U1/f1=常數(shù)，即可保持變頻調(diào)速時(shí)電動(dòng)機(jī)過載能力m不變。又可使主磁通保持不變。因而變頻調(diào)速最適合于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。 對(duì)于恒功率負(fù)載采用變頻調(diào)速時(shí)，無(wú)法使電動(dòng)機(jī)的過載能力m和主磁通同時(shí)保持不變。 8/29/2022（二）恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速時(shí)機(jī)械特性 8/29/2022（三）三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速 （四）變頻電源簡(jiǎn)介 8/29/2022三、變轉(zhuǎn)差率 s調(diào)速 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速方法很多，有繞線型異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速、轉(zhuǎn)子串附加電動(dòng)勢(shì)（串級(jí)）調(diào)速、定子調(diào)壓調(diào)速等。（一） 繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速 8/29/2022（二） 轉(zhuǎn)子串附加電動(dòng)勢(shì)調(diào)速（串級(jí)調(diào)速） 8/29/2022（三） 改變定子電壓調(diào)速8/29/2022第十一節(jié) 三相異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行維護(hù) 與故障分析 一、三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行維護(hù) 二、三相異步電動(dòng)機(jī)的故障分析 8/29/2022 第十二節(jié) 單相異步電動(dòng)機(jī) 一、單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理 1交流單相繞組產(chǎn)生脈動(dòng)磁場(chǎng) 8/29/20222脈動(dòng)磁場(chǎng)的分解 3單相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理