第五章三相異步電機(上課課件)

一、三相異步電動機的基本結構二、三相異步電動機的工作原理三、三相異步電動機的機械特性四、三相異步電動機的銘牌數據五、三相異步電動機的起動六、三相異步電動機的調速第5章數控機床常用電氣控制系統學習目的與要求了解三相異步電動機的結構組成，熟悉異步電動機的工作原理，了解銘牌數據；理解和掌握三相異步電動機機械特性的分析方法；了解單相異步電動機的結構組成及其工作原理；熟悉常用低壓電器及在電路中的作用；掌握三相異步電動機基本控制線路的分析方法；理解電動機的起動、制動、調速等概念。一、電機的分類:1.發(fā)電機2.電動機※直流電動機※交流電動機▲同步電動機▲異步電動機●鼠籠型1.1三相異步電動機的基本結構——將機械能轉換為電能；——將電能轉換為機械能?！窬€繞型直流電機圖片23交流伺服電機步進電機二、三相異步電動機的結構二、三相異步電動機的基本結構三相異步電動機定子轉子三相異步電動機具有結構簡單、使用方便、運行可靠且效率高等優(yōu)點，被廣泛應用于工農業(yè)生產中的各種機床、水泵、通風機、鍛壓和鑄造機械、傳送帶、起重機及家用電器、實驗設備中。1、定子：指其固定不動部分，主要包括：（1）、機座機座是電動機的支架，通常用鑄鐵或鑄鋼制成。（2）、定子鐵芯鐵芯硅鋼片異步電動機的定子鐵芯是由0.5mm厚的硅鋼片疊壓制成的。定子鐵芯內圓沖有分布的槽。定子鐵芯構成異步電動機磁路的一部分。（1）、機座（3）、定子繞組定子繞組是由漆包線繞制而成，嵌入到定子鐵芯槽中。構成電機電路的一部分。2、轉子：指其旋轉部分轉子鼠籠式繞線式轉子:在旋轉磁場作用下，產生感應電動勢或電流。轉子鐵芯也是由0.5mm厚的硅鋼片疊壓制成。在其內圓沖有均勻分布的槽，用來嵌放轉子繞組。轉子鐵芯構成電動機磁路的又一部分。（1）、轉子鐵芯鐵芯硅鋼片一般用45號鋼制成，用來傳遞電磁轉矩。（3）、轉子繞組轉子繞組大部分是澆鑄鋁籠型，大功率也有銅條制成的籠型轉子導體。轉子繞組構成電動機電路的另一部分。（2）、轉軸繞線式異步電動機的轉子繞組與定子繞組相同，也是采用漆包線繞制成對稱三相繞組，嵌放到轉子鐵芯中。繞線式轉子三相繞組必須連接成星形，三個向外的引出端子與固定在轉軸上的三個相互絕緣的銅環(huán)相接，如下圖所示：由于繞線式異步電動機的能采用轉子繞組串電阻起動和調速，因此起動性能和調速性能均比鼠籠式異步機優(yōu)越。轉軸轉子鐵芯固定在轉軸上的三個銅滑環(huán)。Y接三相轉子繞組分別與三個銅滑環(huán)相聯。變阻器電刷電刷與滑環(huán)緊壓，并通過輸電線與變阻器相聯。三、三相異步電動機的工作原理固定不動的轉子繞組和旋轉的定子磁場相切割而感應電動勢。載流的轉子繞組處在磁場中，必定受到電磁力的作用。兩個電磁力的大小相等、方向相反，因此對電動機轉軸形成了電磁轉矩。于是轉子就順著定子磁場的方向轉動起來。NS模型電機的定子磁極模型電機的轉子繞組eei2FFn0電機轉動的關鍵是：旋轉的定子磁場！n用右手定則判斷用左手定則判斷

定子三相繞組通入三相交流電(星形聯接)AXBYCZ1.旋轉磁場的產生oo規(guī)定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(?)電流出()電流入tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ三相電流合成磁

場的分布情況合成磁場方向向下合成磁場旋轉60°合成磁場旋轉90°600oAAXZBCYAAXYCBZ分析可知：三相電流產生的合成磁場是一旋轉的磁場

即：一個電流周期，旋轉磁場在空間轉過360°取決于三相電流的相序2.旋轉磁場的旋轉方向結論：任意調換兩根電源進線，則旋轉磁場反轉。任意調換兩根電源進線AXCZBY0to轉子旋轉的方向與旋轉磁場的轉向相同。AXBYCZ×××n0三相異步電動機工作原理概括在對稱三相定子繞組中通入對稱三相交流電流產生氣隙旋轉磁場NS轉子導體與磁場相切割感應電動勢，由于閉合生成感應電流轉子繞組在磁場中受到電磁力的作用轉子順著旋轉磁場的方向轉動起來。FF要改變電動機的旋轉方向：任調通入定子繞組中兩相電流的相序即可。AXBYCZAA'B'Y'C'Z'XX'BYCZ當電動機各相定子繞組的四個線圈首接首、尾接尾連接后分別構成三相定子繞組時，其磁極對數：SN3、旋轉磁場的轉速旋轉磁場的轉速取決于磁極的對數旋轉磁場轉速n0與極對數p的關系極對數每個電流周期磁場轉過的空間角度同步轉速旋轉磁場轉速n0與頻率f1和極對數p有關?？梢?4、轉差率電動機轉差速之與旋轉磁場的轉速之比稱為轉差率。電動機轉子轉動方向與磁場旋轉的方向一致，但轉子轉速n

不可能達到與旋轉磁場的轉速n0相等，即異步電動機如果:無轉子電動勢和轉子電流轉子與旋轉磁場間沒有相對運動，磁通不切割轉子導條無轉矩有關轉差率的討論電動機的轉差率隨著電動機轉速的升高而減小。

(1)電動機起動瞬間，轉速n=0，轉差率s=1；

(2)電動機轉速最高時，轉速n≈n0，轉差率s≈0；

(3)運行過程中，轉速0<n<n0，轉差率0<s<1；額定運行時:

s=0.01~0.07例解有一臺三相異步電動機，其額定轉速為975r/min。試求工頻情況下電動機的磁極對數和電動機的額定轉差率。由于電動機的額定轉速接近于旋轉磁場的轉速，所以即該電動機的極對數p=3，同步轉速n0=1000r/min。額定轉差率為：電磁轉矩：轉子中各載流導體在旋轉磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉矩之總和。常數，與電機結構有關旋轉磁場每極磁通轉子電流轉子電路的功率因數四、三相異步電動機機械特性由公式可知電磁轉矩公式1.T與定子每相繞組電壓成正比。U1T2.當電源電壓U1一定時，T是s的函數。3.R2

的大小對T有影響。繞線式異步電動機可外接電阻來改變轉子電阻R2，從而改變轉距。Tmsm1T0sn=0n=n0可得異步機的電磁轉矩特性曲線：最大電磁轉矩對應最大電磁轉矩的臨界轉差率。(1)額定轉矩TN電動機額定電壓下以額定轉速nN運行，輸出額定機械功率PN時，電機轉軸上對應輸出的機械轉矩為額定電磁轉矩TN。最大轉矩反映了電動機帶最大負載的性能，我們把它與額定轉矩的比值稱為電動機的過載能力，即：TMT0s最大電磁轉矩起動電磁轉矩(2)最大轉矩TM起動轉矩反映了異步機帶負載起動時的性能。起動轉矩與額定電磁轉矩之比稱作電動機的起動能力，即：Tst(3)起動轉矩Tst

λm通常在1.8~2.5之間。如果負載轉矩超過了最大轉矩，電動機將停轉。

λst通常在1.0~2.2之間。如果電機的起動轉矩Tst小于電動機軸上的負載阻轉矩TL時，電動機將無法起動。五、三相異步電動機的銘牌數據

三相異步電動機型號Y132S－6功率3kW頻率

50Hz電壓380V電流7.2A聯結Y轉速960r/min功率因數0.76絕緣等級

B1、型號

Y132S－6

2p=6→n0=1000r/min磁極數(極對數p=3)機座長度代號機座中心高（mm）三相異步電動機異步電動機產品名稱代號產品名稱異步電動機繞線式異步電動機防爆型異步電動機高起動轉矩異步電動機新代號漢字意義老代號Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO五、三相異步電動機的銘牌數據

三相異步電動機型號Y132S－6功率3kW頻率

50Hz電壓380V電流7.2A聯結Y轉速960r/min功率因數0.76絕緣等級

B2、額定功率PN

PN=3kW→軸上輸出機械功率的額定值3、額定電壓UN

UN=380V→定子三相繞組應施加的線電壓4、額定電流IN

IN=7.2A

三相異步電動機型號Y132S－6功率3kW頻率

50Hz電壓380V電流7.2A聯結Y轉速960r/min功率因數0.76絕緣等級

B→定子三相繞組的額定線電流5、額定功率因數λN=cosNP1N=√3UNINcosNPN=ηNP1N=√3UNINcosNηN6、額定轉速nN電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉速。7、接法接線盒定子三相繞組的聯接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y聯結W1U1V1W2U2V2聯結8、絕緣等級指電機絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分為A、E、B、F、H五級，A級最低(105oC)，H級最高(180oC)。六、三相異步電動機的起動1、起動性能起動問題：起動電流大，起動轉矩小。

一般中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的5~7倍。大電流使電網電壓降低，影響鄰近負載的工作頻繁起動時造成熱量積累，使電機過熱后果：原因：起動：

n=0，s=1,接通電源。起動時，n=0，轉子導體切割磁力線速度很大，轉子感應電勢轉子電流定子電流

2、起動方法(1)直接起動

7.5千瓦以下的異步電動機一般都采用直接起動。(2)降壓起動：星形-三角形(Y－)換接起動自耦降壓起動（適用于鼠籠式電動機）(3)轉子串電阻起動（適用于繞線式電動機）以下介紹降壓起動和轉子串電阻起動。設：電機每相阻抗為1.降壓起動(1)Y－換接起動

降壓起動時的電流為直接起動時的+－

起動U1U2V1V1W1W2+－正常運行U1U2V1V2W1W2手柄上打，定子繞組Δ形運行手柄下打，定子繞組成Y形起動優(yōu)點：起動電流降為全壓起動時的1/3；QS1L3V2L2L1QS2FUV1U1U2W1W2V1U1W1W2U2V2缺點：起動轉矩也降為全壓起動時的1/3。三相異步電動機Y-Δ起動器閉合電源開關，為電機通電做好準備Y－起動器接線簡圖(a)僅適用于正常運行為三角形聯結的電機。

(b)Y－起動Y－換接起動適合于空載或輕載起動的場合Y-換接起動應注意的問題正常運行UlU1W2V2W1+＿U2V1UP

起動+＿Ul+＿U1W2V2W1U2V1(2)自耦降壓起動L1L3L2FUQQ2下合：接入自耦變壓器，降壓起動。Q2上合：切除自耦變壓器，全壓工作。合刀閘開關QQ2

自耦降壓起動適合于容量較大的或正常運行時聯成Y形不能采用Y－起動的鼠籠式異步電動機。RRR滑環(huán)電刷定子轉子起動時將適當的R串入轉子電路中，起動后將R短路。起動電阻

2.繞線式電動機轉子電路串電阻起動?1、變頻調速(無級調速)

f=50Hz逆變器M3~整流器f1、U1可調+–~變頻調速方法恒轉距調速（f1<f1N）恒功率調速（f1>f1N）頻率調節(jié)范圍：0.5~幾百赫茲三種電氣調速方法七、三相異步電動機的調速2、變極調速(有級調速)

變頻調速方法可實現無級平滑調速,調速性能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應用。A1X1A2X2iiP=2··A1A2X1X2··NNSSA1X1A2X2ii??P=1采用變極調速方法的電動機稱作雙速電機，由于調速時其轉速呈跳躍性變化，因而只用在對調速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床等機床上。A1··A2X1X2SNTo3、變轉差率調速

(無級調速)

變轉差率調速是繞線式電動機特有的一種調速方法。其優(yōu)點是調速平滑、設備簡單投資少，缺點是能耗較大。這種調速方式廣泛應用于各種提升、起重設備中。nn'??TLTLs

′s??Tso八、三相異步電動機的制動制動方法機械制動電氣制動能耗制動反接制動發(fā)電反饋制動

電機斷電后由于機械慣性總要經過一段時間才能停下來。為了提高生產效率及安全，采用一定的方法讓高速運