哈爾濱工業(yè)大學(xué)交流電動機課程

8.1

三相異步電動機的構(gòu)造8.2工作原理8.3三相異步電動機的電路分析8.4轉(zhuǎn)矩與機械特性8.5三相異步電動機的使用8.6銘牌數(shù)據(jù)8.7單相異步電動機目錄第1頁/共71頁交流電動機直流電動機鼠籠式繞線式異步機同步機他勵、并勵、串勵、復(fù)勵電動機的分類電動機：電能轉(zhuǎn)換成機械能發(fā)電機：其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能電動機的作用返回第2頁/共71頁優(yōu)點使用電動機驅(qū)動生產(chǎn)機械可：（1）簡化生產(chǎn)機械的結(jié)構(gòu)（2）提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量（3）能實現(xiàn)自動控制（4）實現(xiàn)遠(yuǎn)距離操縱

（1）基本結(jié)構(gòu)（2）工作原理（3）機械特性（4）起動、制動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速的基本原理（5）應(yīng)用場合和正確使用主要內(nèi)容返回第3頁/共71頁8.1三相異步電動機的構(gòu)造鼠籠式繞線式轉(zhuǎn)子返回定子（固定部分）轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）分為兩個基本部分：第4頁/共71頁

構(gòu)成：由機座、鐵心和定子繞組組成

定子機座是用鑄鐵或鑄剛制成，鐵心由互相絕緣的硅鋼片疊成，內(nèi)圓周表面沖有槽，用以放置對稱三相繞組；對稱三相繞組有的聯(lián)接成星形、有的聯(lián)接成三角形

作用：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場

返回第5頁/共71頁機座定子繞組銘牌數(shù)據(jù)出線端子返回第6頁/共71頁定子鐵心定子繞組返回第7頁/共71頁鼠籠式電動機構(gòu)造簡單、價格低廉、工作可靠、使用方便轉(zhuǎn)子

構(gòu)成：由鐵心和繞組兩部分構(gòu)成

鐵心也用硅鋼片疊成，表面沖有槽，裝在轉(zhuǎn)軸上，軸上加機械負(fù)載；因繞組不同，可分為鼠籠式和繞線式兩種。作用：在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流。返回第8頁/共71頁鼠籠式轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸軸承轉(zhuǎn)子返回第9頁/共71頁返回第10頁/共71頁返回第11頁/共71頁繞線式轉(zhuǎn)子

鐵心繞組轉(zhuǎn)軸返回第12頁/共71頁8.2三相異步電動機的工作原理演示實驗返回第13頁/共71頁（右手定則）（左手定則）B:磁感應(yīng)強度v:切割速度l:導(dǎo)線長磁極旋轉(zhuǎn)導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢閉合導(dǎo)線產(chǎn)生電流通電導(dǎo)線在磁場中受力返回第14頁/共71頁

1.線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)→兩者轉(zhuǎn)動方向一致異步

2.

線圈比磁場轉(zhuǎn)得慢結(jié)論返回第15頁/共71頁8.2.1

旋轉(zhuǎn)磁場1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生

在三相異步電動機的定子鐵心中放有三相對稱繞組，在該三相對稱繞組中通入三相對稱交流電流，就可產(chǎn)生一“旋轉(zhuǎn)磁場”代替演示實驗中的磁鐵返回第16頁/共71頁AXYCBZAXBYCZ合成磁場方向：向下參考方向：繞組始端到末端的方向返回第17頁/共71頁AXYCBZAXYCBZ同理分析，可得其它電流角度下的磁場方向返回第18頁/共71頁

可見，當(dāng)定子繞組中通入三相電流后，它們共同產(chǎn)生的合成磁場是隨著電流的交變而在空間不斷地旋轉(zhuǎn)著，這就是旋轉(zhuǎn)磁場。2.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向

當(dāng)通入定子繞組的三相電流的相序為A-B-C時，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向與這個順序是一致的，可見磁場的轉(zhuǎn)向與定子繞組中的電流相序有關(guān)。旋轉(zhuǎn)方向取決于三相電流的相序。返回第19頁/共71頁改變電機旋轉(zhuǎn)方向的方法：換接其中兩相返回第20頁/共71頁3.旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)AXBYCZ

此種接法下，繞組的始端之間相差120度空間角，合成磁場只有一對磁極，則極對數(shù)為1。AXYCBZ旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)和三相繞組的安排有關(guān)即：P=1返回第21頁/共71頁C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'

將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內(nèi)，繞組的始端之間相差60度空間角，形成的磁場則是兩對磁極。即：P=2返回第22頁/共71頁4.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速AXYCBZAXYCBZAXYCBZ

旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速決定于磁場的極數(shù)，在一對極的情況下，當(dāng)電流交變一次時，磁場恰好在空間旋轉(zhuǎn)了一周。N0=60f（轉(zhuǎn)/分）返回第23頁/共71頁

旋轉(zhuǎn)磁場具有兩對極時，當(dāng)電流從ωt=0°到ωt=60°經(jīng)歷了60°時，磁場在空間僅旋轉(zhuǎn)了30°。比P=1時轉(zhuǎn)速慢了一半，即：N0=60f/2（轉(zhuǎn)/分）返回第24頁/共71頁

所以，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0決定于電流頻率f1和磁場的極對數(shù)P，可推出：極對數(shù)每個電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速返回第25頁/共71頁5.電動機轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系電動機轉(zhuǎn)速:電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但

異步電動機無轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動無轉(zhuǎn)子電動勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電流提示：如果返回第26頁/共71頁8.2.2電動機的轉(zhuǎn)動原理

在電動機定子繞組中通入三相對稱交流電流后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。

旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中就感應(yīng)出電動勢。

在電動勢的作用下，閉合的導(dǎo)條中就有電流，該電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到電磁力作用。由電磁力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動起來。返回第27頁/共71頁異步電機運行中:轉(zhuǎn)差率：電動機起動瞬間:（轉(zhuǎn)差率最大）8.2.3轉(zhuǎn)差率同步轉(zhuǎn)速：旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速返回第28頁/共71頁1.三相異步電動機的“電－磁”關(guān)系

8.3三相異步電動機的電路分析

：主磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。e1e2、

：漏磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。e

1e

2、

2.定子電路i2定子電路R1R2i1u1e1e

1e2e

2轉(zhuǎn)子電路定子繞組相當(dāng)于變壓器原邊繞組，轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于副繞組。返回第29頁/共71頁設(shè)：設(shè)：返回第30頁/共71頁取決于轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度（1）轉(zhuǎn)子頻率（2）轉(zhuǎn)子電動勢3.轉(zhuǎn)子電路：轉(zhuǎn)子線圈匝數(shù)：轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的頻率返回第31頁/共71頁其中（4）轉(zhuǎn)子功率因數(shù)

（3）轉(zhuǎn)子電流返回第32頁/共71頁8.4.1電磁轉(zhuǎn)矩

：

轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)距之總和。8.4轉(zhuǎn)矩與機械特性常數(shù)每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)即返回第33頁/共71頁其中：代入可得返回第34頁/共71頁8.4.2機械特性曲線

由轉(zhuǎn)矩公式得特性曲線：10n0Tn

一定的電源電壓和轉(zhuǎn)子電阻之下，轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系曲線或轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線返回第35頁/共71頁（1）額定轉(zhuǎn)矩：電動機在額定電壓下，以額定轉(zhuǎn)速運行，輸出額定功率時，電動機轉(zhuǎn)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩。（牛頓?米）n0TnnN返回第36頁/共71頁

電動機的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負(fù)載的變化而自動調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負(fù)載能力。常用特性段n0nT

自適應(yīng)負(fù)載能力是電動機區(qū)別于其它動力機械的重要特點。（如：柴油機當(dāng)負(fù)載增加時，必須由操作者加大油門，才能帶動新的負(fù)載。）電動機的自適應(yīng)負(fù)載能力直至新的平衡。此過程中，時，電源提供的功率自動增加。返回第37頁/共71頁硬特性：負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速變化不大，運行特性好。軟特性：負(fù)載增加轉(zhuǎn)速下降較快，但起動轉(zhuǎn)矩大，起動特性好。

硬特性（R2?。┸浱匦裕≧2大）

不同場合應(yīng)選用不同的電動機。如金屬切削，選硬特性電機；重載起動則選軟特性電動機。機械特性的軟硬返回第38頁/共71頁

如果電機將會因帶不動負(fù)載而停轉(zhuǎn)。（2）最大轉(zhuǎn)矩：電機帶動最大負(fù)載的能力。n0Tn求解返回第39頁/共71頁過載系數(shù)：三相異步機

（1）三相異步機的和電壓的平方成正比，所以對電壓的波動很敏感，使用時要注意電壓的變化。

工作時，一定令負(fù)載轉(zhuǎn)矩，否則電機將停轉(zhuǎn)。致使

（2）注意電機嚴(yán)重過熱原因返回第40頁/共71頁（3）起動轉(zhuǎn)矩

電動機起動時的轉(zhuǎn)矩。n0Tn其中體現(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。則返回第41頁/共71頁

結(jié)論：和電壓的關(guān)系返回第42頁/共71頁R2的

改變

：鼠籠式電動機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的金屬材料不同繞線式電動機外接電阻不同

令：得：和轉(zhuǎn)子電阻關(guān)系返回第43頁/共71頁8.5

三相異步機的使用（1）起動電流：中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的5-7倍。原因：起動時，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割磁力線速度很大。定子電流轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子電流8.5.1三相異步電動機的起動1.起動性能返回第44頁/共71頁B大電流使電網(wǎng)電壓降低

A頻繁起動時造成熱量積累影響：（2）起動轉(zhuǎn)矩

起動時，雖然轉(zhuǎn)子電流較大，但因轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)很低，因此起動轉(zhuǎn)矩并不是很大的，與額定轉(zhuǎn)矩之比為1.0-2.2。

如果起動轉(zhuǎn)矩過小，就不能滿載起動，應(yīng)設(shè)法提高；如果起動轉(zhuǎn)矩過大，會使傳動機構(gòu)受到?jīng)_擊而損壞，應(yīng)設(shè)法減小。電機過熱影響其他負(fù)載工作返回第45頁/共71頁2.三相異步機的起動方法：（1）直接起動

20-30千瓦以下的異步電動機一般采用直接起動。（2）降壓起動

在起動時降低加在電動機定子繞組上的電壓，以減小起動電流，鼠籠式電動機常用的降壓起動方法有Y－換接起動和自耦降壓起動。

方法簡單，但起動電流較大，影響電網(wǎng)上其他負(fù)載正常工作。返回第46頁/共71頁Y－

起動

正常運行AZBYXC

起動ABCXYZ設(shè)：電機每相阻抗為返回第47頁/共71頁（2）Y－

起動應(yīng)注意的問題：（1）僅適用于正常接法為三角形接法的電動機。Y－

起動時，起動電流減小的同時，起動轉(zhuǎn)矩也減小了。所以降壓起動適合于空載或輕載起動的場合返回第48頁/共71頁RRR繞線式轉(zhuǎn)子（3）轉(zhuǎn)子串電阻起動（繞線式電動機）。起動時將適當(dāng)?shù)腞串入轉(zhuǎn)子繞組中，起動后將R短路。返回第49頁/共71頁轉(zhuǎn)子串電阻起動的特點：適于轉(zhuǎn)子為繞線式的電動機起動。（1）

（2）R2選的適當(dāng)，轉(zhuǎn)子串電阻既可以降低起動電流，又可以增加起動轉(zhuǎn)矩。常用于要求起動轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機械上，如卷揚機、鍛壓機、起重機等。返回第50頁/共71頁方法：和電源相接的任意兩相互換，就可實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。

8.5.2三相異步電動機的正、反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)ABCM3~電源ABCM3~電源返回第51頁/共71頁

1.反接制動

停車時，將電動機接到電源的三根線中的任意兩根的一端對調(diào)位置，使旋轉(zhuǎn)磁場反向旋轉(zhuǎn)，電動機的轉(zhuǎn)矩方向與電動機原來的旋轉(zhuǎn)方向相反，起制動的作用。8.5.3三相異步電動機的制動

反接制動時，定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速很大。即切割磁力線的速度很大，造成轉(zhuǎn)子電流增大，引起定子電流增大。為限制電流，在制動時要在定子或轉(zhuǎn)子中串電阻注意措施簡單、效果好但能量消耗大返回第52頁/共71頁2.能耗制動：

停車時，斷開交流電源，接至直流電源上，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。制動轉(zhuǎn)矩的大小與直流電流的大小有關(guān)直流電流的大小一般為電動機額定電流的0.5-1倍制動能量消耗小制動平穩(wěn)，但需要直流電源M3~+-運行制動n

F轉(zhuǎn)子返回第53頁/共71頁

3.發(fā)電反饋制動：

當(dāng)電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超過旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速時，這時的轉(zhuǎn)矩也是制動轉(zhuǎn)矩。n

Fno當(dāng)起重機快速下放重物時當(dāng)多速電動機從高速調(diào)到低速的過程中電動機已轉(zhuǎn)入發(fā)電機運行，將重物的位能轉(zhuǎn)換為電能而反饋到電網(wǎng)里去，所以稱為發(fā)電反饋制動返回第54頁/共71頁8.5.4

三相異步電動機的調(diào)速1.改變極對數(shù)有級調(diào)速。2.

改變轉(zhuǎn)差率

無級調(diào)速調(diào)速方法：適用于繞線式電動機方法：在繞線式電動機的轉(zhuǎn)子電路中接入調(diào)速電阻，改變電阻的大小，就可得到平滑調(diào)速。返回第55頁/共71頁3.變頻調(diào)速

此種調(diào)速方法發(fā)展很快，且調(diào)速性能較好。其主要環(huán)節(jié)是研制變頻電源（常由整流器、逆變器等組成）。恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速：低于額定轉(zhuǎn)速時，保持U1/f1的比值近似不變，這時磁通Φ和轉(zhuǎn)矩也都近似不變。恒功率調(diào)速：高于額定轉(zhuǎn)速時，應(yīng)保持U1=U1N，這時磁通Φ和轉(zhuǎn)矩都減小。轉(zhuǎn)速增大，轉(zhuǎn)矩減小，使功率近似不變。無級調(diào)速返回第56頁/共71頁1.型號

Y132M－4轉(zhuǎn)差率8.6銘牌數(shù)據(jù)2.轉(zhuǎn)速:電機軸上的轉(zhuǎn)速（n)。如：n=1440轉(zhuǎn)/分磁極數(shù)(極對數(shù)

p=2)同步轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分Y：三相異步電動機132：機座中心高（132mm）M：機座長度代號，M-中機座；S-短機座，L-長機座。返回第57頁/共71頁3.接法：Y/

接法Y接法：W2U2V2U1V1W1V1W1U1U2V2W2指定子三相繞組的接法接線盒

接法：U2U1W2V1V2U1W2U2V1V2W1W1W2U2V2V1W1U1返回第58頁/共71頁4.電壓：

一般規(guī)定電動機的運行電壓不能高于或低于額定值的5％。例：380/220Y/

是指：線電壓為380V時采用Y接法；當(dāng)線電壓為220V時采用接法。指電動機在額定運行狀態(tài)時定子繞組上的線電壓值.當(dāng)電壓高于額定值時，磁通將增大。即：返回第59頁/共71頁電壓波動對電動機的影響當(dāng)電壓低于額定值時，引起轉(zhuǎn)速下降，電流增加。返回第60頁/共71頁5.額定電流：如：

表示三角接形法下，電機的線電流為11.2A，相電流為6.48A；星形接法時線、相電流均為6.48A。6.功率與效率：

指電動機在額定運行時軸上輸出的機械功率值（），不等于從電源吸收的功率（）。兩者的關(guān)系為：

其中

=72－93％指電動機在額定運行狀態(tài)時定子繞組的線電流。為電動機的效率返回第61頁/共71頁

額定負(fù)載時一般為0.7-0.9，空載時功率因數(shù)很低約為0.2-0.3。額定負(fù)載時，功率因數(shù)最大。

使用中應(yīng)選擇合適容量的電動機，防止“大馬”拉“小車”的現(xiàn)象。7.功率因數(shù)(cos

1)：P2PNcos

1返回第62頁/共71頁8.絕緣等級

絕緣等級是按電動機繞組所用的絕緣材料在使用時容許的極限溫度來分級的。

極限溫度，是指電動機絕緣結(jié)構(gòu)中最熱點的最高容許溫度。

絕緣等級絕緣等級極限溫度AEBFH返回第63頁/共71頁8.7單相異步電動機

單相異步電動機常用于功率不大的電動工具（如手電鉆、攪拌器等）和眾多的家用電器（洗衣機、電冰箱、電風(fēng)扇等）。一、單相異步電動機的工作原理結(jié)構(gòu)：

定子放單相繞組（也稱工作繞組，其中通入單相交流電）；轉(zhuǎn)子一般用鼠籠式。返回第64頁/共71頁定子轉(zhuǎn)子

定子繞組定子中通入單相交流電后，形成脈動磁場。其磁感應(yīng)強度按正弦分布，且隨時間按正弦變化。返回第65頁/共71頁

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