第15章異步電動機

第15章異步電動機15.1三相異步電動機的基本結構與工作原理15.2三相異步電動機的電磁轉矩與機械特性15.3三相異步電動機的額定數(shù)據(jù)15.5單相異步電動機15.4三相異步電動機的使用1電動機的應用2交流電動機電動機直流電動機鼠籠式繞線式異步機同步機他勵、異勵、串勵、復勵本章重點學習鼠籠式異步交流電動機：基本結構、工作原理、機械特性、控制方法電動機的分類315.1三相異步電動機的基本結構和工作原理15.1.1基本結構定子鐵心定子繞組轉軸轉子風扇罩殼軸承機座接線盒端蓋軸承蓋4三相異步電動機的基本結構5V2V1W2U2U1W12）三相對稱的定子繞組：用于產生旋轉磁場1、定子：鐵心、線圈（繞組）U1U2V1V2W1W2可以連成星型或三角型，與三相電源相連1）鐵心：硅鋼片疊成機座定子定子繞組（三相）6在旋轉磁場作用下，產生感應電動勢或電流。線繞式：接成星型的三相繞組鼠籠式：繞組短路鼠籠轉子V2V1W2U2U1W1轉子2.轉子：鐵心、繞組、轉軸轉軸1）鐵心：硅鋼片疊成2）繞組：715.1.2三相異步電動機的旋轉磁場1.旋轉磁場的產生BiAXBYCZAiCiiAImiBiCCZAXYBNSt=0860CZAXYBNSn0t=60t=120NSn0ZCAXBYt=180NSn0ZCAXBY同理可得其他時刻旋轉磁場的方向。iAImiBiC91011結論：1）旋轉磁場的轉向旋轉磁場的方向取決于三相電流的相序。（當電流的相序為A-B-C時，旋轉磁場的方向沿繞組的首端A-B-C的方向，與電流相序一致。）任意調換電源線中的兩相，旋轉磁場與原方向相反。12132）旋轉磁場的極數(shù)(p)當每相繞組只有一個線圈，繞組的始端相差120

產生的旋轉磁場具有一對極，即p=1。CZAXYBNSBiAXBYCZAiCi14C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'當每相繞組只有兩個線圈，繞組的始端相差60

產生的旋轉磁場具有兩對磁極，即p=2。iAiBiC電流變化60，旋轉磁場順時針轉過30。15電流變化一周，旋轉磁場在空間上順時針轉過18016旋轉磁場的轉速通常稱為：電動機的同步轉速min)/r(pf60n0=p

—旋轉磁場的極對數(shù)對電動機來講，f和p

通常是一定的，此時n0為常數(shù)f

—電源電流的頻率極對數(shù)每電流周期，磁場轉過角度同步轉速(f=50HZ)p=13603000r/minp=21801500r/minp=31201000r/min17如果要產生三對極，即p=3的旋轉磁場，如何實現(xiàn)？每相繞組有三個線圈串聯(lián)，每相繞組的首端在空間上相差40（120/p）的空間角。3）旋轉磁場的轉速p=1電流在時間上變化一周磁場在空間上變化一周f：電流的頻率旋轉磁場的轉速：n0=60f（r/min）p=2電流在時間上變化一周磁場在空間上變化半周旋轉磁場的轉速：n0=60f/2（r/min）1815.1.3三相異步電動機的工作原理SN0nFn三相定子繞組接入三相電源，產生旋轉磁場；旋轉磁場切割轉子導體，在轉子導體中產生感應電動勢，短路的轉子導體產生感應電流；載流導體（轉子導體）在磁場中受力，轉子旋轉。1.電動機轉動原理192.電動機轉速和旋轉磁場同步轉速的關系電動機轉速n電機轉子轉動方向與磁場旋轉的方向一致，但

異步電動機無轉距轉子與旋轉磁場間沒有相對運動無轉子電動勢（轉子導體不切割磁力線）無轉子電流如果旋轉磁場轉速:n020轉差率的概念：轉差率為旋轉磁場的同步轉速和電動機轉速之差。電動機起動瞬間:1

,0==sn（轉差率最大）電動機額定負載運行時:

S=0.01~0.0921一三相異步電動機的額定轉速

n=1470r/min。求：P=？SN=？解：從額定轉速可知：P=2，

n0=1500r/min例12215.2.1三相異步電動機的電磁轉矩15.2三相異步電動機的電磁轉矩與機械特性每相定、轉子電路i2R1R2i1u1e1e1e2e2：主磁通產生的感應電動勢；e1e2、：漏磁通產生的感應電動勢。e1e2、u1：電源電壓；i1：定子電流；R1：定子電阻；R2：轉子電阻；23電動機的電磁關系定子電路u1=R1i1-e1-e1忽略R1和e1U1

E1=4.44k1f1N1i2R1R2i1u1e1e1e2e2

f1——外加電源的頻率

N1——每相定子繞組的匝數(shù)

——通過每相繞組磁通的最大值，在數(shù)值上

等于旋轉磁場的每極磁通。24結論1）當電源電壓U1的大小和頻率f1一定時，每極磁通的大小一定；2）Φm由定子電流和轉子電流共同產生。25轉子電路轉子頻率

f2（旋轉磁場與轉子間的相對轉速為（n0-n）轉子電動勢E2轉子感抗X226轉子電流I2轉子電路的功率因數(shù)cos2nS010n

0I2cosf2n

S

I2

、cos2n

S

I2

、cos227轉子電路的各個物理量均與轉差率有關，即與轉子轉速有關。結論2822cosfIΦKTmT=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距之總和。代入?yún)?shù)：29得轉矩表達式：U1——定子繞組的相電壓TU12

電源電壓變化時，對轉矩的影響很大；轉矩T還受轉子電阻的影響；

當R2

、

X20為常數(shù)，電源電壓U1和f1一定時，電磁轉矩T只隨轉差率S（轉子轉速n）變化。30)(Tfn=10n0Tn轉矩特性曲線n機械特性曲線3115.2.2機械特性n0TnNTnN1.電動機等速運行的條件T=TC電磁轉矩=阻力轉矩阻力轉矩：主要是電動機軸上的機械負載轉矩T2

和電動機的空載損耗轉矩（主要是機

械損耗轉矩）T0TC=T2+T0

T2忽略T0

，電動機等速運行的條件：T=T232T=T2

勻速運行減速運行加速運行T<T2T>T2電動機的運行狀態(tài)：2.三個重要轉矩1）額定轉矩TNn0TnP2——輸出的機械功率N·m332）最大轉矩

Tm電動機能夠產生的最大轉矩。dTdS=0由R2X20Sm=Sm—最大轉矩時的轉差率

TmU12

，而與轉子電阻R2無關。

SmR2,R2

Sm

nm34過載系數(shù)在短時間內，電動機的負載轉矩可以超過額定轉矩運行，這種短時允許過載能力用過載系數(shù)表示。通常為1.8~2.2NTTm=lm思考：降低電壓U1，使Tm減小，如果Tm<T2，出現(xiàn)什么現(xiàn)象？Tn當Tm<T2

T<T2

電機減速轉速n迅速下降至0電機停轉轉子導條以n0速度切割磁力線電流迅速升高電機過熱、燒毀悶車（堵轉）TmT2353）起動轉矩Tst電動機在起動瞬間的轉矩Tstn=0n0Tn啟動系數(shù)通常為0.8~2NTTSt=lS36

，U1

Tst

stT

U12起動轉矩與負載轉矩無關！LstTT>TSt體現(xiàn)了電動機帶載起動的能力。若

電機能起動，否則將起動不了。

R2

Tst

stT

R2Tst越大，起動過程越快，時間越短。一臺三相異步電動機，空載啟動和滿載啟動時啟動轉矩是否一樣？373.電動機運行的兩個區(qū)域1）不穩(wěn)定運行區(qū)（b、c段）TnbcT2ee'T2'T2"啟動時Tst>T2

電機加速

轉速沿機械特性曲線上升

上升到e'點

T=T2'

電機進入穩(wěn)定區(qū)運行。若負載變化使T2增加T2">T2

T不能突變

T<T2"

電機減速

轉速沿機械特性曲線下降

很快達到n=0

發(fā)生悶車38Tnab2）穩(wěn)定運行區(qū)（a、b段）T2n假設：電動機穩(wěn)定運行在e點。T=T2若負載變化使T2減小T2'<T2T不能突變T>T2'

電機加速T2'n'ee'

轉速沿機械特性曲線上升

上升到e'點

T=T2'

電機達到新的穩(wěn)定狀態(tài)，轉速為n'—

n'<n若負載變化使T2增加T2">T2T不能突變T<T2"

電機減速

轉速沿機械特性曲線下降

下降到e"點

T=T2"

電機達到新的穩(wěn)定狀態(tài)，轉速為n"—

n">ne"n"T2"39TnbcT2ee'T2'T2"電動機的穩(wěn)定運行區(qū)比較平坦，轉速變化不大。電動機只能在穩(wěn)定區(qū)運行，不能穩(wěn)定運行在不穩(wěn)定區(qū)。n0=1500r/min的電動機能否穩(wěn)定運行在750r/min?不能！電機在750r/min進入不穩(wěn)定區(qū)。4015.3三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)411.型號：Y132M—4三相異步

電動機機座中心高（mm）機座長度代號：

S—短機座

M—中機座

L—長機座磁極數(shù)（個數(shù)）2.額定電壓：額定運行時，定子繞組上應加的線電壓。一般規(guī)定電動機的電壓不應高于或低于額定值的5%。3.額定電流：額定運行時，定子繞組的線電流。424.功率和效率：額定功率：電動機在額定運行狀態(tài)下，其轉子軸

上輸出的機械功率。額定運行狀態(tài)：定子加額定電壓，轉子帶額定負載。效率：輸入功率

P1N：435.功率因數(shù)電機的功率因數(shù)指定子的功率因數(shù)。電機的功率因數(shù)是變量，不同的工作狀態(tài)cos不同。6.轉速電源電壓=UN，頻率=fN

，電機的輸出功率=P2N

時，電動機每分鐘的轉數(shù)。7.接法定子三相繞組的接法。例：銘牌數(shù)據(jù)：380/220、Y/指：UL=380v時，采用Y形連接

UL=220v時，采用形連接44U1

V1W1U2V2W2U1

V1W1U2V2W2聯(lián)接方式：Y/接法U1V1W1U2V2W2接線盒U1U2V1V2W1W2U1

V1W1U2V2W2Y形

形4515.4.1三相異步電動機的起動1.起動狀態(tài)起動時n=0

，轉子導條切割磁力線速度很大。大電流使電網(wǎng)電壓降低影響其他負載工作頻繁起動時造成熱量積累電機過熱影響起動電流大。Ist=5~7IN原因起動轉矩不大。Tst=0.8~2TN15.4三相異步電動機的使用462.起動方法適用：二三十千瓦以下的異步電動機。2）

降壓起動。Y－

起動自耦降壓起動1）

直接起動特點：簡單，起動電流大47Y－

起動運行時，

接AZBYXC

起動時，Y接；ABCXYZZUIllY3=3ZUIll=設：電機每相阻抗為31=llYII48適用：特點：2UTST因為Y接時：U1Ul3=接時：U1Ul=31=ststYTT設備簡單，起動電流下降大，起動轉矩下降。正常工作時定子繞組三角形連接的電動機；可以空載或輕載起動的電動機。自耦降壓起動起動時利用自耦變壓器降低定子電壓，工作時將自耦變壓器切除。適用于正常工作時定子繞組星型連接的電動機。49調速：負載不變時，人為的改變電動機的轉速。改變

p、f1、S

都可以改變電動機的轉速。鼠籠式異步電動機：改變

p、f1調速。15.4.2三相異步電動機的調速501、變頻調速改變異步電動機供電電源的頻率。方法：交流電直流電整流器逆變器f、U連續(xù)可調的交流電。無級調速：轉速n可以連續(xù)平滑的調節(jié)。變頻調速是無級調速。變頻電源

可變512、變極調速通過改變繞組的接法，改變極對數(shù)p調速。變極調速是有級調速

p的變化不連續(xù)，電動機的轉速不能連續(xù)、

平滑的調節(jié)。

這種電動機也稱：多速電動機。52反接制動：停車時，將電動機接電源的意兩相反接，使電動機由原來的旋轉方向反過來，以達制動的目的；制動：斷開電動機的電源時，克服轉子的慣性作用，迅速而準確的停止轉動抱閘：加機械抱閘能耗制動：停車時，斷開交流電源，接至直流電源上，產生制動轉矩；發(fā)電反饋制動：令電機轉子的轉速超過旋轉磁場的同步轉速，便會產生制動轉矩。15.4.3三相異步電動機的制動53nFnoM3~+-運行制動nF轉子能耗制動發(fā)電反饋制動5415.5單相異步電動機一、單相異步電動機的工作原理結構特征：定子繞組單相（其中通單相交流電）；

轉子大多為鼠籠式。定子中通入單相交流電后，形成脈動磁場。其磁感應強度按正弦分布，且隨時間按正弦變化。磁場特征：工作特征：起動轉矩為0轉子借助其它力量轉動后，外力去除后仍按原方向繼續(xù)轉動。55起動轉矩為0....F轉子導條及電流

當定子繞組產生的合成磁場增加時，根據(jù)右手螺旋定則和左手定則，可知轉子導條左、右受力大小相等方向相反，所以沒有起