第二章三相異步電動機E

化工電器高級工培訓授課

閆衛(wèi)萍1第二章三相異步電動機第一節(jié)三相異步電動機的結構第二節(jié)三相異步電動機的工作原理第三節(jié)三相異步電動機的工作特性第四節(jié)三相異步電動機的啟動、反轉與制動第五節(jié)三相異步電動機的使用、維護及故障處理2※按其功能可分：交流發(fā)電機和交流電動機兩大類?！此杞涣麟娫聪鄶?shù)的不同可分：單相和三相兩大類?！惒诫妱訖C是交流電機中的一種，交流電機是實現(xiàn)機械能與交流電能之間互相轉換的一種裝置。三相異步電動機根據(jù)其轉子結構的不同可分鼠籠式和繞線式兩大類。

※按其工作原理可分：同步電動機和異步電動機兩大類。3第一節(jié)

三相鼠籠式異步電動機的結構

定子：定子鐵心、定子繞組、機座轉子：轉子鐵心、轉子繞組、其它附件銘牌4定子繞組定子鐵心機座定子鐵心的作用是作為電機磁路的一部分，并在其上放置定子繞組。定子繞組是電動機的電路部分，通人三相交流電，產生旋轉磁場機座的作用是固定定子鐵心和繞組，機座的作用是固定和保護電機的電磁部分和散發(fā)電機運行中產生的熱量5開口型半開口型半閉口型6定子三相繞組的接法U1V1W1U2V2W2U1U2V1V2W1W2U1V1W1U2V2W2U1U2V1V2W1W2U1V1W1W2U2V2U1V1W1W2U2V2Y接法：△接法：7轉子繞組轉子鐵心轉子轉軸轉子鐵心是電機磁路的一部分，并放置轉子繞組轉子繞組的作用為切割定子磁場，產生感應電動勢和電流，并在旋轉磁場的作用下受力而使轉子轉動轉軸用以傳遞轉矩及支撐轉子的重量89101112端蓋支撐轉子軸承蓋保護軸承，使軸承內的潤滑油不致溢出風扇冷卻電動機軸承連接轉動部分與不動部分13三相異步電動機型號Y－112M－4編號4.0千瓦8.8安380伏1440轉/分LW83分貝接法△防護等級IP4450赫茲45公斤標準編號工作制SIB絕緣等級年月××電機廠三相異步電動機型號Y－112M－4編號4.0千瓦8.8安380伏1440轉/分LW83分貝接法△防護等級IP4450赫茲45公斤標準編號工作制SIB絕緣等級年月××電機廠型號Y－112M－4異步電動機磁極數(shù)中心高度（毫米）機座類別（中）4.0千瓦：額定功率8.8安：額定電流380伏：額定電壓1440轉/分：額定轉速△：接法IP44:防護等級50赫茲：頻率82分貝：噪聲等級14第二節(jié)三相異步電動機的工作原理

（一）兩極定子繞組的旋轉磁場1、旋轉磁場產生的原理2、旋轉磁場的旋轉方向3、旋轉磁場的旋轉速度（二）三相異步電動機的轉動原理（三）異步電動機的轉差率※電磁感應現(xiàn)象※三相異步電動機的構造15定子繞組定子鐵心機座機座的作用是固定定子鐵心和繞組，16轉子繞組轉子鐵心轉子轉軸17NS0導體回路切割磁力線時產生感生電動勢和感生電流電磁感應現(xiàn)象NS0感生電動勢方向：右手定則18SN插入SN拔出SN磁鐵在線圈中運動引起感生電流當磁通發(fā)生變化時，閉合線圈中要產生感生電動勢和感生電流。而且磁鐵插入線圈和從線圈中拔出磁鐵時，感生電流的方向相反。19電磁感應現(xiàn)象：導體相對于磁場作切割磁力線運動或線圈中的磁通發(fā)生變化時，導體或線圈中就產生感生電動勢，若導體或線圈是閉合電路的一部分，就會產生感生電流。楞次定律：感生電流的磁場總是阻礙原磁通的變化。20·······NS旋轉磁場帶動鼠籠轉子旋轉三相鼠籠式異步電動機的工作原理演示實驗當磁鐵旋轉時，磁鐵與鼠籠發(fā)生相對運動，鼠籠導體切割磁力線而產生感生電動勢和感生電流。21電磁力矩的方向與磁鐵的旋轉方向相同，所以鼠籠沿著磁鐵的旋轉方向旋轉。轉子轉動的先決條件：有一個旋轉磁場鼠籠式異步電動機中的旋轉磁場是由繞組中的三相交流電產生的。NS×·××××····FF磁場旋轉方向22簡化的三相繞組分布圖按Y形連接的三相繞組接通電源三相對稱電流波形圖兩極繞組的旋轉磁場ibiciaibic各項繞組在空間互差120°的機械角度對稱的三相交流電ia231、旋轉磁場產生的原理i···ωt設ia的初相為零，則ib滯后ia一個120°角，即

ia＝Imsinω

t通人U1U2繞組

ib＝Imsin(ωt－120°)通人V1V2繞組

iC＝Imsin(ωt－240°)通人W1W2繞組iaibic24ωt=0：ωt=：i···ωtiaibicNSn1W2U1U2W1V1V2NS設i為正值：從線圈首端流入，末端流出。

i為負值：從線圈首端流出，末端流入?！1W2V1U2W1V225i···ωtiaibic

W2V1××··U1U2W1V2··×××·U1W2V1U2W1V2×U1W2V1U2W1··×V2ωt=：ωt=：ωt=：NSSNSN26U2W2··××U1U2W1V1V2·××···×U1W2V1U2W1V2W2V1××··U1U2W1V2NSNNSS×U1W2V1U2W1··×V2NS··×××·U1W2V1W1V2NSωt=ωt=0：當三相交流電變化一周后，其所產生的旋轉磁場也正好旋轉一周。27結論：在三相交流電動機定子上放置結構完全相同在空間位置各相差120°機械角度的三相繞組中，分別通入三相交流電，則在定子與轉子的空氣隙間所產生的合成磁場是沿定子內圓旋轉的，我們稱之為旋轉磁場。282、旋轉磁場的旋轉方向三相交流電的變化次序（相序）為：A相達到最大值→B相達到最大值→C相達到最大值→A相…U相繞組V相繞組W相繞組U相…※旋轉磁場的方向與三相交流電的變化相序一致U相繞組V相繞組W相繞組U相…※旋轉磁場的方向與三相交流電的變化相序相反A相交流電B相交流電C相交流電A相…29i···ωtiaibicNSNSωt=0ωt=U1W2U2W1V1V2U1W2U2W1V1V2n130結論：只要任意調換電動機兩相繞組所接交流電源的相序，旋轉磁場即反轉。313、旋轉磁場的旋轉速度（同步轉速n1）（1）兩極三相異步電動機（2p＝2）旋轉磁場的轉速等于三相交流電的變化速度：n1＝60f1＝3000轉/分（2）四級三相異步電動（2p＝4）旋轉磁場的轉速等于三相交流電的變化速度的一半：n1＝60f1=30×50＝1500轉/分32U1U1′U2U2′串聯(lián)組成U相；V1V1′V2V2′串聯(lián)組成V相；W1W1′W2W2′串聯(lián)組成W相，相鄰兩相繞組在空間的電角度仍為120°（機械角度則60°）。（1

向三相繞組內通人對稱的三相交流電流iA、iB、iC，該合成磁場有兩對磁極，即2p＝4，當三相交流電交變一周時，四極電動機的合成磁場只旋轉了半圈（即轉過180°機械角度），故在四極電動機中旋轉磁場的轉速等于三相交流電變化速度的一半。故當磁極對數(shù)增加一倍，則旋轉磁場的轉速減小一半。33iaibicABCXYZi···ωtiaibic

N1N2S1S2U1U2U2′V1V1′V2V2′W1W1′W2′W2U1′U1U2U2′V1V1′V2V2′W1W1′W2′W2ωt=0：34N1N2S1S2U1U2U2′V1V1′V2V2′W1W1′W2′W2U1′U1U2U2′V1V1′V2V2′W1W1′W2′W2i···ωtiaibic

N1N2S1S2U1′U1U2U2′V1V1′V2V2′W1W1′W2′W2n045°ωt=0ωt=35(3)當三相異步電動機定子繞組為p對磁極時，旋轉磁場的轉速（又稱同步轉速）為：例2－1求J02-42-4型三相異步電動機的同步轉速n1，加在電動機上的交流電源頻率為f1＝50赫。解：型號的最后一位數(shù)字“4”表示該電動機的磁極數(shù)，即2p＝4。故n1＝60f1/p＝60×50/2＝1500轉/分例2－2求JD02-72-8/6/4型三相調速異步電動機在不同的磁極數(shù)時（8極、6極、4極）的同步轉速n1，設f1=50赫。解：由式n1＝60f1/p可得接成8極時，n1＝60×50/4＝750轉/分接成6極時，n1＝60×50/3＝1000轉/分接成4極時，n1＝60×50/2＝1500轉/分。36（二）三相異步電動機的轉動原理××··U1U2V1V2W1W2n1NSFF轉子導體的受力方向與旋轉磁場的旋轉方向相同。ωt＝0瞬間轉子的旋轉速度n＜n1i···ωtiaibic37（三）、異步電動機的轉差率（1）轉差1、當n＝0時，則轉子切割旋轉磁場的相對轉速n1－n＝n1為最大，轉子中的感應電動勢及電流也最大。2、當轉子轉速n增加時，則n1－n開始下降，因而轉子中的感應電動勢及電流跟著下降。3、當n＝n1，則n1－n＝0，此時轉子導體不切割定子旋轉磁場，轉子中就沒有感應電動勢及電流，也就不產生轉矩因此轉子轉速在一般情況下不可能等于旋轉磁場的轉速，亦即轉子轉速與定子旋轉磁場的轉速兩者的步伐不可能一致，異步電動機即由此而得名。

n和n1的差異是異步電動機能夠產生電磁轉矩的必要條件，又由于異步電動機的轉子繞組并不直接與電源相接，而是依靠電磁感應的原理來產生感應電動勢和電流，從而產生電磁轉矩使電動機旋轉，因此又可稱之為感應電動機。38（2）轉差率：(1≥S＞0)※轉子轉速越高，轉差率越??；轉子轉速越低，轉差率越大。例2－4Y－112M－4三相異步電動機，2p=4,額定轉速nN＝1440轉/分，交流電源頻率f1＝50赫茲，求額定轉差率SN

。解：n1＝60f1/p＝60×50/2＝1500轉/分S=(n1－n)/n1＝（1500－1400）/1500＝0.0439第三節(jié)三相異步電動機的工作特性1、電磁轉矩公式

T＝CM

ΦmI2cosφ2T－電磁轉矩，?！っ證M－轉矩常數(shù)Φm－旋轉磁場每極磁通最大值，韋；I2－轉子每相繞組中的電流，安Cosφ2－轉子每相電路的功率因數(shù)或C－電動機結構常數(shù)R2－轉子電阻U1－定子繞組每相的電壓X20－轉子感抗（n=0,S=1)f1—電源頻率S－轉差率40異步電動機的機械特性曲線轉矩特性曲線可分為兩大部分：（1)

在Sm＞S＞0范圍內,由于S值較小，隨著S的轉速增加（即轉速n減?。?轉矩T相應的增加，這個范圍稱為異步電動機的穩(wěn)定區(qū)，電動機能在這個范圍內正常運行。（2)

在1＞S＞Sm范圍內，由于S值比較大，故S2比起SX20來講相應為小,隨著轉差率S的增加（轉速n的減?。?，轉矩相應的減小。此區(qū)域稱為不穩(wěn)定運行區(qū)，異步電動機一般不能在該區(qū)域內正常穩(wěn)定運行。1、

電動機啟動的瞬間，即S=1時的轉矩Tst稱啟動轉矩（又稱堵轉轉矩）。此時電動機的啟動電流（堵轉電流）很大，但由于轉子繞組的功率因數(shù)cosφ2很小，故啟動轉矩Tst并不很大。0SNSm1STTmTNTst異步電動機的轉矩特性曲線2、機械特性：指電動機的轉速與電磁轉矩的關系2、

當轉子達到同步轉速時，即S=0，因I2=0，所以轉矩T＝0。3、

當S達到某一值Sm時，電磁轉矩達到最大值Tm，稱為最大轉矩。對應于此的轉差率Sm稱臨界轉差率。一般異步電動機的Sm約在0.04～0.14之間。4、對應于額定負載時的轉矩稱為額定矩TN，此時的轉差率則稱為額定轉差率SN。41轉子轉速電磁轉矩1、額定轉矩TN：電動機在額定負載時的轉矩。2、最大轉矩Tm：轉矩的最大值，當負載轉矩超過最大轉矩時，電動機就悶車現(xiàn)象?！m異步電動機的機械特性曲線TStTNCBAn=n1ne03、起動轉矩Tst：電動機剛剛起動（n＝0，s=1）的轉矩稱為起動轉矩通常三相異步電動機都工作在特性曲線的AB段。當負載在空載與額定值之間變化時，電動機的轉速變化不大。當負載轉矩增大時，在最初瞬間電動機的轉矩小于阻轉矩，它的轉n開始下降，電動機的轉矩增加；當轉矩增加至與阻轉矩相等時，電動機在新的穩(wěn)定狀態(tài)下運行，這時轉速較前為低。轉矩與轉速的關系曲線42第四節(jié)三相異步電動機的啟動、反轉與轉動一、三相異步電動機的啟動1、鼠籠式異步電動機的直接啟動SL1L2L3FUM3～電動機接通電源后轉速從零增加到穩(wěn)定轉速的過程，稱為啟動。

開關控制電動機直接啟動的線路，所謂直接啟動是將電動機定子繞組直接接到額定電壓的網上來啟動電動機，也稱全壓啟動。43※直接啟動的電動機在啟動瞬間，定子繞組中會產生很大的啟動電流。通常啟動時的啟動電流是額定電流的4～7倍。起動電流過大會產生以下嚴重后果：

1、

使電網電壓產生波動（特別是容量較大的電動機啟動時），從而影響到接在電網上的其它設備的正常運行。2、

使電動機繞組發(fā)熱、絕緣老化，從而縮短了電動機的使用壽命。特別是對經常需要啟動的電動機影響較大。443、

也可用下面經驗公式來粗估電動機是否可以經常啟動

即Ist/In小于上式右邊的數(shù)值時，可直接啟動。優(yōu)點:啟動設備簡單，啟動時間短，方式簡單、可靠，成本低。缺點:對電動機及電網有一定的沖擊。滿足下述條件之一，電動機就允許直接啟動：1、

容量在7.5千瓦以下的三相異步電動機一般均可采用直接啟動。2、

電動機在啟動瞬間造成的電網電壓降不大于電源電壓正常值的10％，對于不經常啟動的電動機可放寬到15％。如用戶有專用的變壓器供電，則如電動機容量小于變壓器容量的20％時，允許頻繁啟動，小于30％時，允許不經常啟動。452、鼠籠式異步電動機的降壓啟動

（降壓啟動只適用于電動機空載或輕載啟動）

降壓啟動是