電工電子技術

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213738876三相異步機的工作原理YBZXAC轉子定子定子繞組（三相）機座轉子：在旋轉磁場作用下，產(chǎn)生感應電動勢或電流。三相定子繞組：產(chǎn)生旋轉磁場?；仡檛=0°AZBXCYNS0°Nt=180

AZBXCYS180°t=60AZBXCYNS60°180°tiiAiBiCO60°0°iAiBiCABCXYZ1）旋轉磁場的產(chǎn)生相序

A-B-C-A回顧極對數(shù)tiiAiBiCOABCXYZiAiC9060°0AZBXCYNS0°AZBXCYNS60°相序

A-C-B-AAZBXCYNS90°iB2)改變旋轉磁場的轉向回顧極對數(shù)C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'3)極對數(shù)（P）的概念回顧4)電動機轉速和旋轉磁場同步轉速的關系電機轉子轉動方向與磁場旋轉的方向一致，但

異步電動機異步電機運行中:旋轉磁場的同步轉速和電動機轉速之差為轉差率：電動機起動瞬間:（轉差率最大）回顧三相異步電動機的“電－磁”關系i2轉、定子電路R1R2i1u1e1e

1e2e

2

：漏磁通產(chǎn)生的感應電動勢。

：主磁通產(chǎn)生的感應電動勢。e1e2、e

1e

2、定子電路R1jX1轉子電路R2jX2回顧Z1=R1+jX1

U1

E1=4.44f1N11)定子電路忽略Z1定子電路R1jX12)轉子電路a）轉子感應電動勢頻率

f2轉子電路R2jX2定子感應電勢頻率f1轉子感應電勢頻率f2回顧b）轉子感應電動勢E2E2=4.44f2N2=4.44sf1N2

當轉速n=0(s=1)時，f2最高，且E2最大，有E20=4.44

f1N2轉子靜止時的感應電勢即E2=

sE20

轉子轉動時的感應電勢c)轉子感抗X2當轉速n=0(s=1)時，f2最高，且X2最大，有X20=2

f1L2即X2=

sX20

回顧轉子繞組的感應電流轉子電路的功率因數(shù)

結論：轉子轉動時，轉子電路中的各量均與轉差率

s有關，即與轉速

n有關。I2cos2s1I2,O回顧三相異步電動機的轉矩與機械特性回顧電磁轉矩公式SmTmax1T

sTst0轉矩特性

在選擇和使用電動機時，電動機的機械特性具有更實際的意義。機械特性曲線是表明電動機轉速與轉矩之間關系的曲線。

通常異步電動機都工作在圖示特性曲線的ac段。此段稱穩(wěn)定區(qū)。nmaxT0mLTnabcd

在某一負載轉矩下，它與曲線有兩個交點，即b、d兩點。我們所關心的問題是，電動機正常運行時是工作在b點呢還是在d點。

1）穩(wěn)定運行分析若運行在b點：

如果某種原因引起負載轉矩增加了一些，轉速將下降。TL↑→n↓→T↑→T=TL

可見若運行在b點：可以自動適應負載轉矩變化，使之達到新的平衡狀態(tài)。若運行在d點：若負載轉矩由于某種原因減小了一些，這時TL↓→n↑→T↓→T=TL

TL↑→n↓→T↓→n↓↓→T↓↓→n↓↓↓…

TL↓→n↑→T↑→n↑↑→T↑↑→n↑↑↑…

可見d點：不適應負載轉矩的變化，cde稱非穩(wěn)定區(qū)。3.異步電動機的機械特性2)

U1變化對機械特性的影響UTmTstT2TO3)R2變化對機械特性的影響TOR2Tstn硬特性：負載變化時，轉速變化不大，運行特性好。軟特性：負載增加時轉速下降較快，但起動轉矩大，起動特性好。

不同場合應選用不同的電機。如金屬切削，選硬特性電機；重載起動則選軟特性電機。例10-5:1)解:

一臺Y225M-4型的三相異步電動機，定子繞組△型聯(lián)結，其額定數(shù)據(jù)為：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：

1)額定電流IN?2)額定轉差率sN?3)額定轉矩

TN、最大轉矩Tmax、和起動轉矩TN

。

一臺Y225M-4型的三相異步電動機，定子繞組△型聯(lián)結，其額定數(shù)據(jù)為：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：

1)額定電流IN?2)額定轉差率sN?3)額定轉矩

TN、最大轉矩Tmax、和起動轉矩TN

。例10-5:

2）由nN=1480r/min，可知p=2

一臺Y225M-4型的三相異步電動機，定子繞組△型聯(lián)結，其額定數(shù)據(jù)為：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：

1)額定電流IN?2)額定轉差率sN?3)額定轉矩

TN、最大轉矩Tmax、和起動轉矩TN

。3）例10-5:

10.4.3三相異步電動機的使用1.異步電動機的銘牌(1)型號含義

三相異步電動機型號Y123M-4功率7.5kW頻率50Hz電壓380V電流15.4A接法△轉速1440r/min絕緣等級B工作方式連續(xù)

年月編號××電機廠磁極數(shù)(極對數(shù)p=2)

Y132M－4

機座長度代號機座中心高（mm）異步電動機異步電動機產(chǎn)品名稱代號產(chǎn)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（2）接法接線盒定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y聯(lián)結W1U1V1W2U2V2聯(lián)結（3）電壓例如：380/220V、Y/是指線電壓為380V時采用Y聯(lián)結；線電壓為220V時采用

聯(lián)結。說明：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%。因為在電動機滿載或接近滿載情況下運行時，電壓過高或過低都會使電動機的電流大于額定值,從而使電動機過熱。電動機在額定運行時定子繞組上應加的線電壓值。

三相異步電動機的額定電壓有380V，3000V,

及6000V等多種。（4）電流例如：Y/6.73/11.64A

表示星形聯(lián)結下電機的線電流為6.73A；三角形聯(lián)結下線電流為11.64A。兩種接法下相電流均為6.73A。

（5.）功率與效率鼠籠電機

=72~93％電動機在額定運行時定子繞組的線電流值。額定功率是指電機在額定運行時軸上輸出的機械功率P2，它不等于從電源吸取的電功率P1。注意：實用中應選擇容量合適的電機，防止出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。（6）功率因數(shù)PN

三相異步電動機的功率因數(shù)較低，在額定負載時約為0.7~0.9?？蛰d時功率因數(shù)很低，只有

0.2~0.3。額定負載時，功率因數(shù)最高。（7）額定轉速電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉速。P2cosO如：n

N=1440轉/分

sN=0.04(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)。2三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;電動機的起動轉矩為額定轉矩的(1.0~2.2)倍。大電流使電網(wǎng)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）電動機的起動方法1）直接起動

鼠籠式電動機的起動有直接起動和降壓起動兩種，選擇何種起動方法，要視電動機容量相對電網(wǎng)（變壓器）容量而定。電動機容量小于變壓器容量的20%時可以直接起動。否則采用降壓起動以限制起動電流。

直接起動是利用閘刀開關或接觸器將電動機直接接到額定電壓上的起動方式，又叫全壓起動。優(yōu)點：起動簡單。缺點：起動電流較大，將使線路電壓下降，影響負載正常工作。適用范圍：電動機容量在10kW以下，并且小于供電變壓器容量的20％。2）降壓起動

起動時降低電動機的電源電壓，待電動機轉速接近穩(wěn)定轉速時，再把電壓恢復正常。(a)

星形—三角形(Y-)換接起動FU~~W2U1U2V1V2W1Q1轉子定子繞組只適用于電動機在工作時定子繞組為連接。SYU1U2V1W1V2W2Y型W1V1U1U2V2W2

型FU~~W2U1U2V1V2W1Q1轉子定子繞組SY起動電流和起動轉矩都降低到直接起動時的三分之一。型Y型(a)

星形—三角形(Y-)換接起動~U1U2V1V2W1W2~S1S2起動三相自耦變壓器M3

~(b)

自耦降壓起動~U1U2V1V2W1W2~S1S2運轉起動三相自耦變壓器M3

~(b)

自耦降壓起動解：

某型號為Y225M-4的三相異步電動機。其技術數(shù)據(jù)為：PN=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，f=50Hz。(1)如果負載轉矩為510.2N?m,試問在U=UN和U′=0.9UN兩種情況下電動機能否起動？（2）采用Y-

換接起動時，求起動電流和起動轉矩。又當負載轉矩為起動轉矩的80%和50%時，電動機能否起動？(1)在U=UN時

Tst=551.8N?m>510.2N.m不能起動(2)Ist=7IN=784.2=589.4A

在U′=0.9UN時能起動例10-6:在80%額定負載時不能起動在50%額定負載時可以起動3.三相異步電動機的調速1.改變極對數(shù)有級調速。2.

改變轉差率

無級調速調速方法：ST3.改變電源頻率

(變頻調速)

無級調速變頻電源

可變

此種調速方法發(fā)展很快，且調速性能較好。其主要環(huán)節(jié)是研制變頻電源。單相異步電動機的功率一般為幾瓦到幾百瓦常用于功率不大的電動工具(如電鉆、攪拌器等)以及眾多的家用電器(如電風扇、電冰箱、洗衣機、抽油煙機等)。10.4.4單相異步電動機

單相異步電動機：

定子只有一相主繞組的異步電動機。單相異步電動機均采用籠型轉子，但定子有所不同。單相異步電動機的磁場在單相異步電動機的定子繞組通入單相交流電，電動機內產(chǎn)生一個大小及方向隨時間沿定子繞組軸線方向變化的磁場，稱為脈動磁場?！选选选选袽P⊙⊙⊙⊙⊙MPt1it0t2t3t4t5t6t7Bx

磁極在空間的位置是固定的，即磁場出現(xiàn)最大值和過零的位置是固定的，對某點磁感應強度來講，隨時間按正弦規(guī)律變化，即：B=Bmsinωt其頻率取決于電源的頻率。tB由歐拉恒等式

結果表明，一個脈動磁場可分解成一對大小、轉速相等、方向相反的旋轉磁場。脈動磁場的分解④⑥⑧⑧③⑦⑦⑨⑨⑥⑤②①

+-①

+

-

②③④⑤-

+轉子受到的力矩

兩個旋轉磁場分別產(chǎn)生的電磁轉矩T/和T//

大小相等，轉向相反，而電動機轉子受到的合力矩為零，即T=0

此時電動機不能自行轉動，換句話說，電動機啟動轉矩為零，不能啟動。....F鼠籠式轉子導條及電流AA'

但是，如果借助一點外力把轉子向任意方向撥動一下，此時，各旋轉磁場與轉子的相對運動速度則不相同，各自轉差率亦不同，即S/和S//

為：T=T/－T//

方向與T/相同。正反向旋轉磁場的合成轉矩特性合成轉矩(正向)起動轉矩為零(反向)正轉轉反

以上分析表明，一旦讓單相異步電動機轉動起來，由于順時針旋轉磁場B1和逆時針旋轉磁場B2產(chǎn)生的合成電磁轉矩不再為零，在這個合成轉矩的作用下，即使不需要其它的外在因素，單相異步電動機仍將沿著原來的運動方向繼續(xù)運轉。由于單相異步電動機總有一個反向的制動轉矩存在，所以其效率和負載能力都不及三相異步電動機。

綜上所述，單相異步電動機的主要問題是解決啟動問題。CBS1電容分相式異步電動機~AiAiBA為工作繞組，B為起動繞組，在空間相隔90

。S為離心力開關。iAtiiBOiA=IAmsintiB=IBmsin(t+90)

iA=ImsintiB=Imsin(t+90)iAtiiBO兩相繞組形成的旋轉磁場n045o90ot=0°iA=0，iB為正值BA+iA、iB均為正值

t=45°++ABt=90°iA為正值，iB=0+AB形成旋轉磁場。CBSAiAiB~12

改變電容C

的串聯(lián)位置，可使異步電動機反轉。將S合向1，iB超前iA將S合向2，iA超前iB2、罩極式單相電機

由于短路環(huán)的作用，φ2滯后φ1，于是在氣隙內形成的合成磁場將是一個向罩極部分移動的磁場，使電動機產(chǎn)生一定的起動轉矩。φ1φ2~

罩極式單相異步電動機起動轉矩較小，轉向不能改變，常用于電風扇、吹風機中；電容分相式單相異步電動機的起動轉矩大，轉向可改變，故常用于洗衣機等電器中。若三相異步電動機運行時斷了一根線，相當若n=0，則不能起動，此時電流很大，時間若n0，則能夠繼續(xù)轉動,但仍帶額定負載，一長，電動機將會被燒壞；電流勢必超過其額定值，時間一長，電動機也將被燒壞。三相異步電動機的單相運行于單相異步電動機，稱為三相異步電動機的單相運行，或缺相運行。了解三相交流異步電動機的基本構造和轉動原理理解三相異步電動機的機械特性理解三相交流異步電動機銘牌數(shù)據(jù)的意義學習要點小結作業(yè)10.10、10.11、10.12歷屆考題計算題三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)如下：型號：Y132M-4功率：7.5kW頻率：50Hz電壓：380V

接法：△轉速：1440r/mincosφ:0.85效率：0.87Ist/IN=7Tst/TN=2.2Tmax/TN=2.2試求：(1)磁極對數(shù)p、額定轉差率SN；(2)額定輸入功率P1；

(3)額定相電流IpN額定電流IN；(4)額定轉矩TN;(5)已知起動時它的負載轉矩為40N·m，今電網(wǎng)不允許起動電流超過100A，問：（a）該電動機能否直接起動？（b）能否采用星形-三角形換接起動，為什么？

解：由題意可知，該電機的同步轉速n1=1500r/min(2)根據(jù)：(1)歷屆考題計算題三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)如下：型號：Y132M-4功率：7.5kW頻率：50Hz電壓：380V

接法：△轉速：1440r/mincosφ:0.85效率：0.87Ist/IN=7Tst/TN=2.2Tmax/TN=2.2試求：(1)磁極對數(shù)p、額定轉差率SN；(2)額定輸入功率P1；

(3)額定相電流IpN額定電流IN；(4)額定轉矩TN;(5)已知起動時它的負載轉矩為40N·m，今電網(wǎng)不允許起動電流超過100A，問：（a）該電動機能否直接起動？（b）能否采用星形-三角形換接起動，為什么？

解：(3)根據(jù)額定相電流歷屆考題計算題三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)如下：型號：Y132M-4功率：7.5kW頻率：50Hz電壓：380V

接法：△轉速：1440r/mincosφ:0.85效率：0.87Ist/IN=7Tst/TN=2.2Tmax/TN=2.2試求：(1)磁極對數(shù)p、額定轉差率SN；(2)額定輸入功率P1；

(3)額定相電流IpN額定電流IN