電工電子技術(shù)第六章

6.1

三相異步電動機的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)動原理6.1.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)6.1.3三相異步電動機的運轉(zhuǎn)原理6.1.2旋轉(zhuǎn)磁場

異步電動機是把交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的動力機械，廣泛應(yīng)用于工業(yè)（如：機床、紡織機械、起重機、礦山機械等）、農(nóng)業(yè)（脫粒機、粉碎機、水泵及加工機械等）、家用電器（電風(fēng)扇、空調(diào)、洗衣機、電冰箱及小功率電動工具等）。電動機發(fā)電機電機直流電機交流電機同步電機

異步電機（籠型、繞線型）特殊電機三相異步電機單相異步電機本章重點介紹三相異步電機。三相異步電機接線盒轉(zhuǎn)軸6.1.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)機座定子鐵心定子繞組接線盒端蓋罩殼風(fēng)扇轉(zhuǎn)子主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。此外，還有端蓋、軸承、風(fēng)扇等部件。轉(zhuǎn)軸1.定子

三相異步電動機的定子是由機座、定子鐵心和定子繞組組成。定子繞組機座鐵心定子鐵心沖片U1U2三相定子繞組（U相）2.轉(zhuǎn)子根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)的不同分為：

三相異步電動機的轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵心沖片鐵心轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)軸籠型轉(zhuǎn)子去掉鐵心后的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條（轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)嵌有鑄鋁導(dǎo)條）籠型轉(zhuǎn)子繞線型轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)嵌有三相繞組）6.1.2旋轉(zhuǎn)磁場1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生

三相異步電動機的定子鐵心中放入三相定子繞組。定子繞組U1U2V1V2W1W2U1V1W1iuiviw定子繞組Y接接入三相對稱電源。t02iuiwivit=0°iu=0iv為負值iw為正值U1V1V2W1W2U2++U1V1V2W1W2U2++t=0°360°240°120°t=120°t=240°t=360°U1V1V2W1W2U2++U1V1V2W1W2U2++NSNNNSSS2.磁場的旋轉(zhuǎn)方向

與繞組中電流的相序一致U-V-W-U。t02iuiwivi

空間相差120o

角的三相繞組，通入對稱三相電流時，產(chǎn)生的是一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，磁場的旋轉(zhuǎn)方向與繞組中電流的相序一致。

如果改變流入三相繞組的電流相序,就能改變旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向，三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)方向也就跟著改變。U1V1V2W1W2U2++NS如果電流的相序為U-V-W-U則旋轉(zhuǎn)磁場為順時針方向。n1U1V1V2W1W2U2++NSU1V1V2W1W2U2++NSU1V1V2W1W2U2++NSt0iuiwivit=0°360°240°120°U1V1W1iuiwivU1V1V2W1W2U2++NSt=120°U1V1V2W1W2U2++NSU1V1V2W1W2U2++NSt=0°t=240°繞組中電流的相序為U-W-V-U，磁場逆時針旋轉(zhuǎn)。

把三相異步電動機的三根線任意調(diào)換兩根與電源相接，電動機旋轉(zhuǎn)方向反向。t=360°

旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)p與取決于三相定子繞組的結(jié)構(gòu)和連接方式。3.旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)p4.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0(轉(zhuǎn)/每分）電源頻率電動機的磁極對數(shù)7501000150030004321pn(轉(zhuǎn)/每分)U1U2V1V2W1W2++SN6.1.3三相異步電動機的運轉(zhuǎn)原理?+ff轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)的磁場可以帶動轉(zhuǎn)子同方向旋轉(zhuǎn)異步電動機原理圖???+++轉(zhuǎn)子定子磁場轉(zhuǎn)速n1n

三相異步電動機轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下轉(zhuǎn)動起來，其轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同。磁場轉(zhuǎn)速n1轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢(電流)n=(1–s)n1轉(zhuǎn)差率：0<s

<sN=0.01~0.06例6.1

一臺額定轉(zhuǎn)速為1450r/min的三相異步電動機，求：額定轉(zhuǎn)差率。解：因為sN=0.01~0.06，所以該電動機為4極電機，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速為1500r/min。6.2

三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與機械特性6.2.1三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩6.2.2三相異步電動機的機械特性6.2.1三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩

電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是由轉(zhuǎn)子電流的有功分量和定子旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生的。

電磁轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)子電流的有功分量(I2a)、旋轉(zhuǎn)磁場的強弱(0)成正比。與電動機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)轉(zhuǎn)子回路的功率因數(shù)電磁轉(zhuǎn)矩與電動機參數(shù)之間的關(guān)系：電動機結(jié)構(gòu)常數(shù)U1電動機電源電壓，電源電壓波動對電動機的轉(zhuǎn)矩影響很大。R2電動機轉(zhuǎn)子繞組電阻。X20電動機轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子繞組的漏抗。S

電動機的轉(zhuǎn)差率。6.2.2三相異步電動機的機械特性STem10TstTmsmsNTNTem=f(S)

TN

額定轉(zhuǎn)矩Tm

最大轉(zhuǎn)矩Tst起動定轉(zhuǎn)矩電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系當U1、R2

、X20為固定值時，

機械特性:電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系曲線。Tem=f(S)n

=f(Tem)三相異步電動機的機械特性穩(wěn)定運行時，電動機軸上輸出的轉(zhuǎn)矩等于負載轉(zhuǎn)矩TemT2穩(wěn)定運行區(qū)域：AB段當負載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時，電動機能自動調(diào)節(jié)到新的穩(wěn)定運行狀態(tài)。如：在N點穩(wěn)定運行，TN=T2，當T2，n,Tem,

時在D點穩(wěn)定。n0n1TemABTstTmnNTNNDnDn0n1TemTstTmnNTNN1.額定轉(zhuǎn)矩TN

電動機額定運行時的轉(zhuǎn)矩PN

單位：千瓦（kW）nN單位：轉(zhuǎn)每分（r/min）TN

單位：?！っ祝∟·m）例6.2

有兩臺功率相同的異步電動機，一臺PN=7.5kW，nN=962r/min，UN=380V，另一臺PN=7.5kW，nN=1450r/min，UN=380V，求電動機額定轉(zhuǎn)矩。解

第一臺第二臺2.

最大轉(zhuǎn)矩Tm令代入得:smR2而與U1無關(guān)TmU12而與R2

無關(guān)n0TemU1sm0TmR2Temn3.

起動定轉(zhuǎn)矩Tst

過載能力(最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù))

Y系列三相異步電動機T2

2.2起動瞬間n=0，s=1

當負載轉(zhuǎn)矩

T2<Tst

時，電動機可帶負載起動。起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)Tst起動轉(zhuǎn)矩越大，起動就越迅速。Y系列三相異步電動機K

st1.72.26.3

三相異步電動機的起動、調(diào)速與制動6.3.1三相異步電動機的起動6.3.2三相異步電動機的調(diào)速6.3.3三相異步電動機的制動6.3.1三相異步電動機的起動對電動機起動的要求:

起動過程:電動機接通電源后，轉(zhuǎn)速由零增至穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程。起動轉(zhuǎn)矩大起動電流小起動時間短起動過程的特點:2.

轉(zhuǎn)子繞組的功率因數(shù)低，起動轉(zhuǎn)矩不大?；\型電動機常用起動方法:直接起動降壓起動1.

起動電流是額定電流的6~7倍。一、直接起動(全壓起動)M3~

Q直接起動線路缺點：起動電流大。控制電路簡單，投資少，起動時間短。優(yōu)點：允許直接起動的條件：

因為起動電流大，引起的線路壓降就大，可能影響到其他設(shè)備的正常工作，所以大容量電動機不允許直接起動。

：電動機起動電流倍數(shù)二、降壓起動1.Y-換接起動

電動機在起動時接成Y聯(lián)結(jié)，正常運行時接成聯(lián)結(jié)。只適用于工作時接的電動機。（運行）Q2Y（起動）Q1缺點：起動轉(zhuǎn)矩小。設(shè)備簡單，成本低，操作方便，動作可靠。每相定子繞組承受相電壓起動，起動電流小。優(yōu)點：

Q1M3~

Q2起動運行2.自耦補償器降壓起動三相自耦變壓器如果自耦變壓器的變比為Ka采用自耦變壓器的起動電流、起動轉(zhuǎn)矩為：

繞線式電動機起動時，可在轉(zhuǎn)子繞組中串入電阻，可減小起動電流，還可以增大起動轉(zhuǎn)矩。3.

轉(zhuǎn)子串電阻起動0TmR2Temn

繞線式電動機適用于要求起動轉(zhuǎn)矩大的生產(chǎn)機械，如卷揚機、起重機等。

例6.3已知一臺PN=10kW，IN=20A，UN=380V，

nN=1450r/min,接三相籠型電動機，由手冊查得：Ist/IN=7，Tst/TN=1.4，擬半載起動,電源容量為200kVA,試選擇適當?shù)钠饎臃椒?并求此時的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流。解

（1）直接起動KI=7>5.75不允許接起動。（2）Y-換接起動不能采用Y-換接起動。

例6.4已知一臺PN=10kW，IN=20A，UN=380V，

nN=1450r/min,接三相籠型電動機，由手冊查得：Ist/IN=7，Tst/TN=1.4，擬半載起動,電源容量為200kVA,試選擇適當?shù)钠饎臃椒?并求此時的起動轉(zhuǎn)矩和起動電流。解

（3）自耦補償器起動由題意設(shè)：自耦變壓器的變比為Ka變壓器抽頭為（抽頭置于60%位置）6.3.2三相異步電動機的調(diào)速調(diào)速方法變頻調(diào)速（籠型電動機）變極調(diào)速（籠型電動機）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速（繞線型電動機）

電動機的轉(zhuǎn)速與電源頻率、電機磁極對數(shù)、轉(zhuǎn)差率有關(guān)。1.變極調(diào)速電源頻率不變，改變電動機的磁極對數(shù)p調(diào)速。有級調(diào)速U11U21U12U22P=2U11U21U12U22U1U2定子繞組接線電機磁場情況U11U21U12U22P=1U1U2U11U21U12U222.變頻調(diào)速

改變頻率（f1)調(diào)整電動機的轉(zhuǎn)速，屬無級調(diào)速，調(diào)速性能好，但需有一套專用變頻設(shè)備。3.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速~f=50HzM3~變頻設(shè)備f1

可調(diào)

在繞線式電動機轉(zhuǎn)子繞組中串入可調(diào)電阻R

,可改變

s和n。Tm0R2TemnnT2可實現(xiàn)小范圍無級調(diào)速，但能耗大，效率低，廣泛應(yīng)用于起重設(shè)備。特點：n6.3.3三相異步電動機的制動1.能耗制動調(diào)節(jié)制動電流RPQ2+_能耗制動的特點：

制動準確、平穩(wěn)、能量消耗小。但制動力較弱,且需要有直流電源。固定磁場n1=0制動原理SN?TemM3~Q12.反接制動QRM3~~運行制動n制動原理SN?Tem旋轉(zhuǎn)磁場n1

將電源的任意兩相對調(diào)，產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。方法簡單，制動效果好，但能耗大。特點：制動限流電阻3.回饋制動

電動機轉(zhuǎn)速n大于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1。如起重機重物下放時。n制動原理SN?Tem旋轉(zhuǎn)磁場n1nn1電動機處于發(fā)電運行狀態(tài)。特點：6.4

三相異步電動機的銘牌和技術(shù)數(shù)據(jù)銘牌的作用：向使用者簡要說明電動機的一些額定數(shù)據(jù)和使用方法。例：某電動機銘牌數(shù)據(jù)如下。

三相異步電動機型號Y132M-4

功率7.5kW

頻率50HZ電壓

380V

電流15.4A

接法轉(zhuǎn)速1440r/min

絕緣等級B

工作方式

連續(xù)

年月編號電機廠1.型號Y132M-4三相異步電動機機座中心高(mm)磁極數(shù)機座長度代號(S短機座;M中機座;L長機座)2.

功率PN

額定運行時，軸上輸出的機械功率。輸入功率效率3.

電壓UN

額定運行時，定子繞組上應(yīng)加的線電壓。4.

電流IN

在UN、PN時，流入定子繞組的線電流。5.

轉(zhuǎn)速nN

在UN、PN、IN時，電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。6.接法電動機三相定子繞組的接線方法。接線盒接線盒接Y接7.

頻率

fN

我國電網(wǎng)頻率為50HZ。8.溫升及絕緣等級電動機常用絕緣材料分為五個等級。AEBFH最高允許溫度/oC1051201301551809.工作方式連續(xù)工作、短時工作、斷續(xù)周期工作。10.其他可從電工手冊中查得功率因數(shù)、效率、6.5

三相異步電動機的選擇1.電動機容量（功率）的選擇選擇原則電動機的起動轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于負載轉(zhuǎn)矩。電動機在運行時的溫升不超過其容許值。電動機應(yīng)具有一定的過載能力。選擇方法調(diào)查統(tǒng)計類比法。分析計算法。2.電動機類型的選擇

結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，維護方便。但起動性能差，適用于空載或輕載起動的生產(chǎn)機械（風(fēng)機、水泵、一般機床等）。

價格較貴，起動性能好，適用于起重機、軋鋼機等。3.結(jié)構(gòu)形式的選擇

臥式（軸為水平）、立式（軸為垂直）、開啟式、封閉式、防護式。

繞線型電動機：籠型電動機（可優(yōu)先考慮）4.額定電壓的選擇5.轉(zhuǎn)速的選擇

電動機的轉(zhuǎn)速愈低則體積愈大，價格也愈高，功率因數(shù)和效率也就低，同步轉(zhuǎn)速有3000r／min；1500r／min；1000r／min；750r／min

等。

一般情況下，可選用同步轉(zhuǎn)速為1500r／min的電動機。

4~100kW的電動機的一般為380V，接。3