2第二章 三相異步電動(dòng)機(jī)

本章講述了三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理，分析了三相異步電動(dòng)機(jī)在空載與負(fù)載下的運(yùn)行狀態(tài)，另外對(duì)單相異步電動(dòng)機(jī)也作了介紹。重點(diǎn)分析三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性及電力拖動(dòng)的相關(guān)知識(shí)，第二章三相異步電動(dòng)機(jī)10/13/2024第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行第三節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載運(yùn)行第四節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性第五節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩第六節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性10/13/2024第七節(jié)電力拖動(dòng)基本知識(shí)第八節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)第九節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)第十節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速閱讀與應(yīng)用三相異步電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行維護(hù)與故障分析第十一節(jié)單相異步電動(dòng)機(jī)10/13/2024第一節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

一、三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)

（一）定子（二）轉(zhuǎn)子（三）分類與用途10/13/2024三相定子繞組的接法10/13/2024二、三相異步電動(dòng)機(jī)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10/13/2024二極電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生10/13/2024四極電動(dòng)機(jī)定子繞組結(jié)構(gòu)和接線圖10/13/2024四極電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場10/13/20242．旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速f1=50Hz時(shí)的旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速磁極對(duì)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10/13/2024（二）轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)1．轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的原理2．轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)差率s與轉(zhuǎn)動(dòng)方向10/13/2024（一）三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌

三、三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌及主要系列

三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y112M-2編號(hào)××××

4KW

8.2A

380V

2890r/min

LW79dB（A）接法防護(hù)等級(jí)IP44

50HZ

××KgZBK2007-88工作制

B級(jí)絕緣

××年××月

××電機(jī)廠10/13/2024（二）三相異步電動(dòng)機(jī)主要系列

1．型號(hào)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(dòng)機(jī)有Y（IP44）封閉式、Y（IP23）防護(hù)式小型三相異步電動(dòng)機(jī)，YR（IP44）封閉式、YR（IP23）防護(hù)式繞線型三相異步電動(dòng)機(jī)，YD變極多速三相異步電動(dòng)機(jī)，YX高效率三相異步電動(dòng)機(jī)，YH高轉(zhuǎn)差率三相異步電動(dòng)機(jī)，YB隔爆型三相異步電動(dòng)機(jī)，YCT電磁調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)，YEJ制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)，YTD電梯用三相異步電動(dòng)機(jī)，YQ高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩三相異步電動(dòng)機(jī)等幾十種產(chǎn)品。10/13/2024（一）三相異步電動(dòng)機(jī)的拆裝與試車四、三相異步電動(dòng)機(jī)的技能訓(xùn)練（二）三相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組首尾端判斷10/13/2024第二節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行

電動(dòng)機(jī)空載運(yùn)行是指電動(dòng)機(jī)軸上沒有帶任何負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)。定子繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：

定子繞組中產(chǎn)生漏感電動(dòng)勢(shì)為：

10/13/2024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(shí)，電動(dòng)機(jī)的每極磁通僅與外加電壓成正比。電源電壓為額定值時(shí)，每極磁通基本是一恒定值，負(fù)載變化時(shí)，其基本不變。10/13/2024第三節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的負(fù)載運(yùn)行

當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸上帶上機(jī)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(dòng)勢(shì)和轉(zhuǎn)子電流也將增大，于是電動(dòng)機(jī)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(shí)，轉(zhuǎn)子就不再減速，而在較低轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行。

10/13/2024一、轉(zhuǎn)子各物理量與s的關(guān)系

1．轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及轉(zhuǎn)子電流的頻率

2．轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子繞組的電動(dòng)勢(shì)E2

E2s=4.44f2N2K2=4.44sf1N2k2=sE210/13/20243．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(shì)F2F2的空間轉(zhuǎn)速，即相對(duì)定子的轉(zhuǎn)速為n110/13/2024二、負(fù)載運(yùn)行時(shí)的基本方程式

1．磁通勢(shì)平衡方程式

2．電動(dòng)勢(shì)平衡方程式

10/13/20243．功率轉(zhuǎn)換過程與功率平衡方程式

10/13/2024第四節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的工作特性

三相異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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）

10/13/2024三、功率因數(shù)特性=f（P2）四、轉(zhuǎn)矩特性五、效率特性10/13/2024第五節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩

異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)。

一、電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達(dá)式

10/13/2024二、電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達(dá)式由I2S=

=

得

10/13/20241．電動(dòng)狀態(tài)（0<s<1）

Tm=

10/13/2024

2.發(fā)電狀態(tài)(s<0)

3.

制動(dòng)狀態(tài)

(s>1)

三．電磁轉(zhuǎn)矩的實(shí)用表達(dá)式其中:10/13/2024第六節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性

電動(dòng)機(jī)的曲線稱為電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線。

曲線變換為曲線10/13/2024一、機(jī)械特性曲線分析

電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線上有四個(gè)重要特殊點(diǎn)：同步點(diǎn)、額定工作點(diǎn)、最大點(diǎn)與起動(dòng)點(diǎn)。額定轉(zhuǎn)矩TN

最大轉(zhuǎn)矩Tm

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst

10/13/20241）額定轉(zhuǎn)矩TN

2）最大轉(zhuǎn)矩Tm

3）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst

額定轉(zhuǎn)矩是電動(dòng)機(jī)在額定電壓下，以額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，輸出額定功率時(shí)其軸上輸出的轉(zhuǎn)矩。最大轉(zhuǎn)矩是電動(dòng)機(jī)能夠提供的極限轉(zhuǎn)矩。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)在接通電源起動(dòng)的最初瞬間的轉(zhuǎn)矩。10/13/2024二、固有特性

三相異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性是指電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)本身固有的參數(shù)所決定的機(jī)械特性。

10/13/2024三、人為機(jī)械特性人為地改變異步電動(dòng)機(jī)定子電壓U1、電源頻率f1、定子極對(duì)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(gè)或多個(gè)參數(shù)，所獲得的機(jī)械特性，稱為人為機(jī)械特性。

1．降低定子端電壓的人為機(jī)械特性

10/13/20242．轉(zhuǎn)子回路串對(duì)稱三相電阻的人為機(jī)械特性10/13/2024第七節(jié)電力拖動(dòng)基本知識(shí)

一、電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方程式（一）單軸電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方程式

10/13/2024（二）電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

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

3、當(dāng)T<TL時(shí)，電力拖動(dòng)系統(tǒng)處于減速過渡過程狀態(tài)。10/13/2024二、電力拖動(dòng)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(dòng)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(jī)械在運(yùn)動(dòng)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(jī)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10/13/2024a)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10/13/20242．恒功率負(fù)載特性3．通風(fēng)機(jī)型負(fù)載特性10/13/2024三、電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性有交點(diǎn)，即T=TL這是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。而電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充分必要條件是：在

T=TL處

10/13/2024第八節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)一、三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)（一）全壓起動(dòng)

（二）減壓起動(dòng)

減壓起動(dòng)并不是降低電源電壓，而是采用某種方法，使加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓降低。

10/13/20241．定子串電阻或電抗減壓起動(dòng)10/13/20242．自耦變壓器減壓起動(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)矩為Tst＇=Tst/k2

10/13/20243．星形-三角形減壓起動(dòng)Ist＇=Ist

/3Tst＇=Tst/310/13/2024二、三相繞線型異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)1．轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)10/13/2024

2．轉(zhuǎn)子串頻敏變阻器起動(dòng)三、固態(tài)減壓起動(dòng)器的“軟起動(dòng)”10/13/2024第九節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)一、反接制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)的反接制動(dòng)有電源反接制動(dòng)和倒拉反接制動(dòng)兩種。

（一）電源反接制動(dòng)10/13/2024三相異步電動(dòng)機(jī)電源反接制動(dòng)的要點(diǎn)是：

1）三相異步電動(dòng)機(jī)定子三相交流電源一定要反接（相序接反）。

2）三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子或定子電路串入反接制動(dòng)電阻，以限制反接制動(dòng)電流與反接制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

3）當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速約為零時(shí)，及時(shí)切斷反相序三相交流電源，防止電機(jī)反向起。

4）反接制動(dòng)不宜過于頻繁，否則電動(dòng)機(jī)將過熱燒毀。

10/13/2024（二）倒拉反接制動(dòng)10/13/2024三相繞線轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)倒拉反接制動(dòng)的要點(diǎn)是：

1）電動(dòng)機(jī)定子按提升方向接入正相序三相交流電源。

2）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串入足夠大的電阻。

3）拖動(dòng)的是位能性負(fù)載且負(fù)載轉(zhuǎn)矩足夠大。

10/13/2024二、能耗制動(dòng)10/13/2024三、回饋制動(dòng)（再生發(fā)電制動(dòng)）

（一）反向回饋制動(dòng)

（二）正向回饋制動(dòng)10/13/2024第十節(jié)三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速公式10/13/2024三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有：1）變頻調(diào)速改變異步電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)p來改變電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子回路中串入電阻或串附加電動(dòng)勢(shì)等方法調(diào)速。

10/13/2024一、籠型異步電動(dòng)機(jī)的變極調(diào)速（一）變極原理10/13/2024比較圖2-31中a、b、c三種接法可知：只要將兩個(gè)“半相繞組”中的任一個(gè)“半相繞組”中的電流反向，就可以將極對(duì)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。10/13/2024（二）兩種常用的變極接線法1．Y/yy

變極調(diào)速10/13/2024為保證變極調(diào)速前后電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向不變，在改變?nèi)喈惒诫妱?dòng)機(jī)定子繞組接線的同時(shí)，必須將V、W兩相出線端對(duì)調(diào)，使電動(dòng)機(jī)接入電源的相序改變。這點(diǎn)在工程實(shí)踐中尤應(yīng)注意。注意：10/13/20242．Δ/yy變極調(diào)速10/13/2024（三）變極調(diào)速電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性10/13/2024二、變頻調(diào)速（一）變頻與調(diào)壓的配合

1．變頻時(shí)應(yīng)保持電動(dòng)機(jī)主磁通不變，此時(shí)電動(dòng)機(jī)定子電壓與頻率應(yīng)有下式關(guān)系10/13/20242．變頻時(shí)保持過載能力λm不變，則：具體對(duì)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(shí)電動(dòng)機(jī)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(duì)于恒功率負(fù)載采用變頻調(diào)速時(shí)，無法使電動(dòng)機(jī)的過載能力λm和主磁通同時(shí)保持不變。10/13/2024（二）恒轉(zhuǎn)矩變頻調(diào)速時(shí)機(jī)械特性10