電機與電氣控制技術(shù) 第3版 課件 第二章 三相異步電動機

本章講述了三相異步電動機的結(jié)構(gòu)與工作原理，分析了三相異步電動機在空載與負(fù)載下的運行狀態(tài)，另外對單相異步電動機也作了介紹。重點分析三相異步電動機的機械特性及電力拖動的相關(guān)知識，第二章三相異步電動機3/6/20241:44PM第一節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu)與工作原理第二節(jié)三相異步電動機的空載運行第三節(jié)三相異步電動機的負(fù)載運行第四節(jié)三相異步電動機的工作特性第五節(jié)三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩第六節(jié)三相異步電動機的機械特性3/6/20241:44PM第七節(jié)電力拖動基本知識第八節(jié)三相異步電動機的起動第九節(jié)三相異步電動機的制動第十節(jié)三相異步電動機的調(diào)速閱讀與應(yīng)用三相異步電動機的運行維護與故障分析第十一節(jié)單相異步電動機3/6/20241:44PM第一節(jié)三相異步電動機的結(jié)構(gòu)與工作原理

一、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)

（一）定子（二）轉(zhuǎn)子（三）分類與用途3/6/20241:44PM三相定子繞組的接法3/6/20241:44PM二、三相異步電動機工作原理

（一）三相交流電的旋轉(zhuǎn)磁場1．旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生3/6/20241:44PM二極電動機旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生3/6/20241:44PM四極電動機定子繞組結(jié)構(gòu)和接線圖3/6/20241:44PM四極電動機旋轉(zhuǎn)磁場3/6/20241:44PM2．旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速f1=50Hz時的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速

磁極對數(shù)P

1

2

3

4

5同步轉(zhuǎn)速n1/

r/min

3000

1500

1000

750

6003．旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向3/6/20241:44PM（二）轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動1．轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的原理2．轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)差率s與轉(zhuǎn)動方向3/6/20241:44PM（一）三相異步電動機的銘牌

三、三相異步電動機的銘牌及主要系列

三相異步電動機

型號Y112M-2

編號××××

4KW

8.2A

380V

2890r/minLW79dB（A）

接法防護等級IP44

50HZ

××KgZBK2007-88

工作制B級絕緣××年××月××電機廠3/6/20241:44PM（二）三相異步電動機主要系列

1．型號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系列異步電動機有Y（IP44）封閉式、Y（IP23）防護式小型三相異步電動機，YR（IP44）封閉式、YR（IP23）防護式繞線型三相異步電動機，YD變極多速三相異步電動機，YX高效率三相異步電動機，YH高轉(zhuǎn)差率三相異步電動機，YB隔爆型三相異步電動機，YCT電磁調(diào)速三相異步電動機，YEJ制動三相異步電動機，YTD電梯用三相異步電動機，YQ高起動轉(zhuǎn)矩三相異步電動機等幾十種產(chǎn)品。3/6/20241:44PM（一）三相異步電動機的拆裝與試車四、三相異步電動機的技能訓(xùn)練（二）三相異步電動機定子繞組首尾端判斷3/6/20241:44PM第二節(jié)三相異步電動機的空載運行

電動機空載運行是指電動機軸上沒有帶任何負(fù)載的運行狀態(tài)。定子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢為：

定子繞組中產(chǎn)生漏感電動勢為：

3/6/20241:44PM定子繞組電壓平衡方程式：

當(dāng)，則：或

即當(dāng)電源頻率一定時，電動機的每極磁通僅與外加電壓成正比。電源電壓為額定值時，每極磁通基本是一恒定值，負(fù)載變化時，其基本不變。3/6/20241:44PM第三節(jié)三相異步電動機的負(fù)載運行

當(dāng)電動機軸上帶上機械負(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)磁場間的轉(zhuǎn)速差（n1-n）增大，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中的感應(yīng)電動勢和轉(zhuǎn)子電流也將增大，于是電動機的電磁轉(zhuǎn)矩隨之增大，直至電磁轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩時，轉(zhuǎn)子就不再減速，而在較低轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運行。

3/6/20241:44PM一、轉(zhuǎn)子各物理量與s的關(guān)系

1．轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動勢及轉(zhuǎn)子電流的頻率

2．轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子繞組的電動勢E2

E2s=4.44f2N2K2=4.44sf1N2k2=sE23/6/20241:44PM3．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F2F2的空間轉(zhuǎn)速，即相對定子的轉(zhuǎn)速為n13/6/20241:44PM二、負(fù)載運行時的基本方程式

1．磁通勢平衡方程式

2．電動勢平衡方程式

3/6/20241:44PM3．功率轉(zhuǎn)換過程與功率平衡方程式

3/6/20241:44PM第四節(jié)三相異步電動機的工作特性

三相異步電動機的工作特性是指在f1=fN及定、轉(zhuǎn)子繞組不串任何阻抗的情況下，電動機的轉(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）

3/6/20241:44PM三、功率因數(shù)特性=f（P2）四、轉(zhuǎn)矩特性五、效率特性3/6/20241:44PM第五節(jié)三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩

異步電動機的轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場磁通相互作用，產(chǎn)生了電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩，在電磁轉(zhuǎn)矩作用下驅(qū)使電動機旋轉(zhuǎn)。

一、電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式

3/6/20241:44PM二、電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式由I2S=

=

得

3/6/20241:44PM1．電動狀態(tài)（0<s<1）

Tm=

3/6/20241:44PM2.發(fā)電狀態(tài)(s<0)

3.

制動狀態(tài)

(s>1)

三．電磁轉(zhuǎn)矩的實用表達(dá)式其中:3/6/20241:44PM第六節(jié)三相異步電動機的機械特性

電動機的曲線稱為電動機的機械特性曲線。

曲線變換為曲線3/6/20241:44PM一、機械特性曲線分析

電動機的機械特性曲線上有四個重要特殊點：同步點、額定工作點、最大點與起動點。額定轉(zhuǎn)矩TN

最大轉(zhuǎn)矩Tm

起動轉(zhuǎn)矩Tst

3/6/20241:44PM1）額定轉(zhuǎn)矩TN

2）最大轉(zhuǎn)矩Tm

3）起動轉(zhuǎn)矩Tst

額定轉(zhuǎn)矩是電動機在額定電壓下，以額定轉(zhuǎn)速運行，輸出額定功率時其軸上輸出的轉(zhuǎn)矩。

最大轉(zhuǎn)矩是電動機能夠提供的極限轉(zhuǎn)矩。

起動轉(zhuǎn)矩電動機在接通電源起動的最初瞬間的轉(zhuǎn)矩。3/6/20241:44PM二、固有特性

三相異步電動機的固有機械特性是指電動機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，由電動機本身固有的參數(shù)所決定的機械特性。

3/6/20241:44PM三、人為機械特性

人為地改變異步電動機定子電壓U1、電源頻率f1、定子極對數(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或多個參數(shù)，所獲得的機械特性，稱為人為機械特性。

1．降低定子端電壓的人為機械特性

3/6/20241:44PM2．轉(zhuǎn)子回路串對稱三相電阻的人為機械特性3/6/20241:44PM第七節(jié)電力拖動基本知識

一、電力拖動系統(tǒng)的運動方程式（一）單軸電力拖動系統(tǒng)運動方程式

3/6/20241:44PM（二）電力拖動系統(tǒng)的運動狀態(tài)

1．當(dāng)T=TL時，電力拖動系統(tǒng)處于靜止或勻速運行的穩(wěn)定狀態(tài)。2．當(dāng)T>TL時，電力拖動系統(tǒng)處于加速過渡過程狀態(tài)。

3、當(dāng)T<TL時，電力拖動系統(tǒng)處于減速過渡過程狀態(tài)。3/6/20241:44PM二、電力拖動系統(tǒng)的負(fù)載與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性

負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性簡稱負(fù)載特性，它是指電力拖動系統(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)機械在運動中所具有的轉(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3/6/20241:44PMa)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3/6/20241:44PM2．恒功率負(fù)載特性3．通風(fēng)機型負(fù)載特性3/6/20241:44PM三、電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件

在電力拖動系統(tǒng)中，電動機的機械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性有交點，即T=TL這是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要條件。而電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充分必要條件是：在

T=TL處

3/6/20241:44PM第八節(jié)三相異步電動機的起動一、三相籠型異步電動機的起動（一）全壓起動

（二）減壓起動

減壓起動并不是降低電源電壓，而是采用某種方法，使加在電動機定子繞組上的電壓降低。

3/6/20241:44PM1．定子串電阻或電抗減壓起動3/6/20241:44PM2．自耦變壓器減壓起動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

起動轉(zhuǎn)矩為Tst＇=Tst/k2

3/6/20241:44PM3．星形-三角形減壓起動Ist＇=Ist

/3Tst＇=Tst/33/6/20241:44PM二、三相繞線型異步電動機的起動1．轉(zhuǎn)子串電阻起動3/6/20241:44PM2．轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動三、固態(tài)減壓起動器的“軟起動”3/6/20241:44PM第九節(jié)三相異步電動機的制動一、反接制動

三相異步電動機的反接制動有電源反接制動和倒拉反接制動兩種。

（一）電源反接制動3/6/20241:44PM三相異步電動機電源反接制動的要點是：

1）三相異步電動機定子三相交流電源一定要反接（相序接反）。

2）三相異步電動機轉(zhuǎn)子或定子電路串入反接制動電阻，以限制反接制動電流與反接制動轉(zhuǎn)矩。

3）當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速約為零時，及時切斷反相序三相交流電源，防止電機反向起。

4）反接制動不宜過于頻繁，否則電動機將過熱燒毀。

3/6/20241:44PM（二）倒拉反接制動3/6/20241:44PM三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動機倒拉反接制動的要點是：

1）電動機定子按提升方向接入正相序三相交流電源。

2）電動機轉(zhuǎn)子電路串入足夠大的電阻。

3）拖動的是位能性負(fù)載且負(fù)載轉(zhuǎn)矩足夠大。

3/6/20241:44PM二、能耗制動3/6/20241:44PM三、回饋制動（再生發(fā)電制動）

（一）反向回饋制動

（二）正向回饋制動3/6/20241:44PM第十節(jié)三相異步電動機的調(diào)速三相異步電動機的轉(zhuǎn)速公式3/6/20241:44PM

三相異步電動機的調(diào)速方法有：1）變頻調(diào)速改變異步電動機定子電源頻率f1來改變同步轉(zhuǎn)速n1，從而進(jìn)行調(diào)速。2）變極調(diào)速改變異步電動機的極對數(shù)p來改變電動機同步轉(zhuǎn)速n1來進(jìn)行調(diào)速。

3）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

調(diào)速過程中保持電動機同步轉(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、在繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子回路中串入電阻或串附加電動勢等方法調(diào)速。

3/6/20241:44PM一、籠型異步電動機的變極調(diào)速（一）變極原理3/6/20241:44PM比較圖2-31中a、b、c三種接法可知：

只要將兩個“半相繞組”中的任一個“半相繞組”中的電流反向，就可以將極對數(shù)增加一倍（順串）或減少一倍（反串或反并），這就是單繞組倍極比的變極原理。3/6/20241:44PM（二）兩種常用的變極接線法1．Y/yy

變極調(diào)速3/6/20241:44PM

為保證變極調(diào)速前后電動機旋轉(zhuǎn)方向不變，在改變?nèi)喈惒诫妱訖C定子繞組接線的同時，必須將V、W兩相出線端對調(diào)，使電動機接入電源的相序改變。這點在工程實踐中尤應(yīng)注意。注意：3/6/20241:44PM2．Δ/yy變極調(diào)速3/6/20241:44PM（三）變極調(diào)速電動機的機械特性3/6/20241:44PM二、變頻調(diào)速（一）變頻與調(diào)壓的配合1．變頻時應(yīng)保持電動機主磁通不變，此時電動機定子電壓與頻率應(yīng)有下式關(guān)系3/6/20241:44PM2．變頻時保持過載能力λm不變，則：具體對于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，只要滿足U1/f1=U1’/f1’=常數(shù)，即可保持變頻調(diào)速時電動機過載能力λm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。對于恒功率負(fù)載采用變頻調(diào)速時，無法使電動機的過載能力λm和主磁通同時保持不變。3/6/20241:44PM（二）恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速時機械特性3/6/20241:44PM（三）三相異步電動機變頻調(diào)速時的起動（四）變頻電源簡介3