電工技術(shù)第七章交流電動(dòng)機(jī)1第七章交流電動(dòng)機(jī)（6學(xué)時(shí)）7.1三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造7.2三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理7.3三相異步電動(dòng)機(jī)的電路分析7.4三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性7.5三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)7.6三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速7.7三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)7.8三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)2關(guān)于交流電動(dòng)機(jī)的一些基本概念電動(dòng)機(jī)：廣義，輸入電能、輸出機(jī)械能的裝置；狹義，輸入電能、輸出持續(xù)同向運(yùn)動(dòng)機(jī)械能（直線(xiàn)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）的裝置。交流電動(dòng)機(jī)：廣義，交流電源輸入的電動(dòng)機(jī)；狹義，正弦交流電源輸入的電動(dòng)機(jī)。三相交流電動(dòng)機(jī)：三相正弦交流電源輸入的交流電動(dòng)機(jī)。3交流電機(jī)交流電動(dòng)機(jī)同步發(fā)電機(jī)同步電動(dòng)機(jī)異步發(fā)電機(jī)異步電動(dòng)機(jī)交流發(fā)電機(jī)分類(lèi)交流電機(jī)交流電機(jī)三相電機(jī)單相同步電機(jī)三相同步電機(jī)單相異步電機(jī)三相異步電機(jī)單相電機(jī)457.1三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造繞線(xiàn)型異步電動(dòng)機(jī)鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)6轉(zhuǎn)子鼠籠式繞線(xiàn)式定子鐵芯：由硅鋼片疊成A----XB----YC----Z三相繞組機(jī)座：鑄鋼或鑄鐵7三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子部分結(jié)構(gòu)：鼠籠型和繞線(xiàn)型87.2三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理9旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)

在三相異步電動(dòng)機(jī)的定子鐵心中放有三相對(duì)稱(chēng)繞組，在該三相對(duì)稱(chēng)繞組中通入三相對(duì)稱(chēng)交流電流，就可產(chǎn)生“旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)”wt=90oBY10電工電子學(xué)(Ⅰ)

AXYCBZ

三相電流合成磁

場(chǎng)

的分布情況合成磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)60°AXYCBZAXYCBZ合成磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)90°t0600

合成磁場(chǎng)方向向下旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向11——取決于三相電流的相序結(jié)論：

任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線(xiàn)，則旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)。AXCZBYAAXzBcY0任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線(xiàn)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向AAXzBcY120AXYCBZAXBYCZ

當(dāng)三相定子繞組按圖示排列時(shí)，產(chǎn)生一對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，即：旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)、極對(duì)數(shù)p13極對(duì)數(shù)C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'0旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁極對(duì)數(shù)與三相繞組的排列有關(guān)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極數(shù)、極對(duì)數(shù)p14極對(duì)數(shù)為p的電動(dòng)機(jī)，機(jī)械繞空間旋轉(zhuǎn)一周經(jīng)歷p周的磁場(chǎng)變化，則：轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系為：異步電動(dòng)機(jī)狀態(tài)同步空載狀態(tài)異步發(fā)電機(jī)狀態(tài)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速15電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理

在電動(dòng)機(jī)定子繞組中通入三相對(duì)稱(chēng)交流電流后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁力線(xiàn)切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中就感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。

在電動(dòng)勢(shì)的作用下，閉合的導(dǎo)條中就有電流，該電流與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(dòng)起來(lái)。16異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中:旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速之比稱(chēng)為轉(zhuǎn)差率：效率=72－93％轉(zhuǎn)差率功率因數(shù)177.3三相異步電動(dòng)機(jī)的電路分析電動(dòng)機(jī)的定轉(zhuǎn)子繞組如同變壓器的原副邊繞組，且轉(zhuǎn)子繞組輸出短路。定轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)共同的磁場(chǎng)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，定轉(zhuǎn)子繞組還存在電阻及漏抗。由于轉(zhuǎn)子相對(duì)于定子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子電路的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電流的頻率與定子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及電流不同。R1Xσ2Xσ1u1i1i2e2eσ1e1f1f2R2uR1uR2eσ218定子感應(yīng)電勢(shì)的頻率

f1=電源頻率

f定子電路R1XXσ1U1I1I2E2E1f1f2R2uR1uR2Eσ1Eσ2σ219轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢(shì)的頻率

取決于轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的相對(duì)速度轉(zhuǎn)子電路R1XXσ1U1I1I2E2E1f1f2R2uR1uR2Eσ1Eσ2σ220轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)子感抗Z2=R2+jsX20=sZ20+(1-s)R2轉(zhuǎn)子電路E2=sE20X2=

sX20Z20=R2+jX20Z2=R2+jX221

轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cos2

轉(zhuǎn)子電路當(dāng)s=0時(shí)，I2=0；當(dāng)s=1時(shí)，I2≈E20/X2022三相異步電動(dòng)機(jī)的等效電路（補(bǔ)充）1、電阻RL為電機(jī)輸出功率等效電阻；2、電阻RL上的功率即為負(fù)載功率；3、電阻RL的大小由轉(zhuǎn)差率S決定；4、而轉(zhuǎn)差率S又由負(fù)載的運(yùn)行狀態(tài)決定。237.4三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性電磁轉(zhuǎn)矩KT：與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)

2.當(dāng)電源電壓

U1一定時(shí)，T是s的函數(shù)。3.R2

的大小對(duì)T有影響。繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機(jī)可外

接電阻來(lái)改變轉(zhuǎn)子電阻R2

，從而改變轉(zhuǎn)距。1.T與定子每相繞組電壓

成正比。U1

T

24機(jī)械特性曲線(xiàn)10Ts0T25額定轉(zhuǎn)矩電動(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)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上輸出的（機(jī)械）轉(zhuǎn)矩。n0TnnNT：電磁轉(zhuǎn)矩、T2輸出轉(zhuǎn)矩、T0內(nèi)耗轉(zhuǎn)矩26最大轉(zhuǎn)矩過(guò)載系數(shù)：三相異步機(jī)n0Tn27電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩n0Tn與轉(zhuǎn)子電阻關(guān)系287.5三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)起動(dòng)性能起動(dòng)電流：?jiǎn)?dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割磁力線(xiàn)感應(yīng)得到的電動(dòng)勢(shì)最大，所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子電流最大。中小型鼠籠電機(jī)的起動(dòng)電流：5~7倍的額定電流。起動(dòng)過(guò)程時(shí)間較短，但頻繁起動(dòng)將導(dǎo)致電機(jī)嚴(yán)重發(fā)熱。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：?jiǎn)?dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)，轉(zhuǎn)子電流大，但功率因數(shù)較低，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩：1~2.3倍的額定轉(zhuǎn)矩。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小，帶載起動(dòng)能力弱；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，起動(dòng)沖擊大。29起動(dòng)方法（1）直接起動(dòng)，一般小功率電機(jī)采用直接起動(dòng)。（2）降壓起動(dòng)

在起動(dòng)時(shí)降低加在電動(dòng)機(jī)定子繞組上的電壓，以減小起動(dòng)電流，鼠籠式電動(dòng)機(jī)常用的降壓起動(dòng)方法有Y－換接起動(dòng)和自耦降壓起動(dòng)。

方法簡(jiǎn)單，但起動(dòng)電流較大，影響電網(wǎng)上其他負(fù)載正常工作。（3）轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)

即可降低起動(dòng)電流，又可以增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是繞線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)常用的降壓起動(dòng)方法30降壓起動(dòng)——Y-換接起動(dòng)AZBYXC+－正常運(yùn)行ABCXYZ+－起動(dòng)

降壓起動(dòng)時(shí)電流與轉(zhuǎn)矩均為直接起動(dòng)時(shí)的

僅適用于正常運(yùn)行為三角形接法的電機(jī)。

Y－

換接起動(dòng)適合于空載或輕載起動(dòng)的場(chǎng)合31自耦降壓起動(dòng)Q2下合：

接入自耦變壓器，降壓

起動(dòng)Q2上合：切除自耦變

壓器，全壓工作L1L3L2FUQQ2

自耦降壓起動(dòng)適合于容量較大的或正常運(yùn)行時(shí)聯(lián)成Y形不能采用Y－起動(dòng)的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。32繞線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)起動(dòng)時(shí)將適當(dāng)?shù)腞串入轉(zhuǎn)子電路中，起動(dòng)后將R短路R

R

R

滑環(huán)電刷定子轉(zhuǎn)子起動(dòng)電阻?33例1三相異步電動(dòng)機(jī)：功率45kW，轉(zhuǎn)速1480rpm，電壓380V，效率92.3%，功率因數(shù)0.88，IST/IN為7.0，TST/TN為1.9，Tmax/TN為2.2，求：額定電流，額定轉(zhuǎn)差率，額定轉(zhuǎn)矩，起動(dòng)電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩347.6三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法

改變f——變頻調(diào)速

(無(wú)級(jí)調(diào)速)改變P——變極調(diào)速(有級(jí)調(diào)速)改變s——變轉(zhuǎn)差率調(diào)速(無(wú)級(jí)調(diào)速)35

變頻調(diào)速方法可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，調(diào)速性能優(yōu)異,機(jī)械特性硬，因而正獲得越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。變頻調(diào)速

(無(wú)級(jí)調(diào)速)

f=50Hz

逆變器M3~

整流器f1、U1可調(diào)+–~變頻調(diào)速方法恒轉(zhuǎn)距調(diào)速（f1<f1N），U1/f1保持不變，T近似不變恒功率調(diào)速（f1>f1N），U1≈UN不變,P2近似不變頻率調(diào)節(jié)范圍：0.5~幾百赫茲36變極調(diào)速(有級(jí)調(diào)速)A1X1A2X2iiP=2··A1A2X1X2··NNSSA1X1A2X2ii??P=1A1··A2X1X2SN采用變極調(diào)速方法的電動(dòng)機(jī)稱(chēng)作雙速電機(jī)，由于調(diào)速時(shí)其轉(zhuǎn)速呈跳躍性變化，因而只用在對(duì)調(diào)速性能要求不高的場(chǎng)合，如銑床、鏜床、磨床等機(jī)床上。37To變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

(無(wú)級(jí)調(diào)速)

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是繞線(xiàn)式電動(dòng)機(jī)特有的一種調(diào)速方法。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速平滑、設(shè)備簡(jiǎn)單投資少，缺點(diǎn)是能耗較大。這種調(diào)速方式廣泛應(yīng)用于各種提升、起重設(shè)備中。nn'

??TLTLs

′s??Tso387.7三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)形式：能耗制動(dòng)：渦流制動(dòng)。反接制動(dòng)：反相序制動(dòng)。發(fā)電反饋制動(dòng)：低頻發(fā)電制動(dòng)。39能耗制動(dòng)：斷開(kāi)交流電源，接至直流電源上，產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。制動(dòng)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(dòng)機(jī)額定電流的0.5-1倍制動(dòng)能量消耗小制動(dòng)平穩(wěn)，但需要直流電源nF

轉(zhuǎn)子

T

n0=0

M3~+-運(yùn)轉(zhuǎn)制動(dòng)?RP40

反接制動(dòng)：將電動(dòng)機(jī)接到電源的三根線(xiàn)中的任意兩根的一端對(duì)調(diào)，使旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)反轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩方向與原來(lái)的旋轉(zhuǎn)方向相反，起制動(dòng)的作用。反接制動(dòng)時(shí)，定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子的相對(duì)轉(zhuǎn)速很大，轉(zhuǎn)子電流較大，制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較小。M3~運(yùn)轉(zhuǎn)制動(dòng)?nF

轉(zhuǎn)子T

n0

41

發(fā)電反饋制動(dòng)：當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速時(shí)，這時(shí)的轉(zhuǎn)矩也是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。nFno當(dāng)起重機(jī)快速下放重物時(shí)當(dāng)多速電動(dòng)機(jī)從高速調(diào)到低速的過(guò)程中電動(dòng)機(jī)已轉(zhuǎn)入發(fā)電機(jī)運(yùn)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(chēng)為發(fā)電反饋制動(dòng)427.8三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌：型號(hào)：Y3-132M-4功率：7.5kW電壓：380V電流：15.6A頻率：50Hz轉(zhuǎn)速：r/min接法：△絕緣等級(jí)：F工作方式：連續(xù)43型號(hào)Y：三相異步電動(dòng)機(jī)132：機(jī)座中心高（132mm）M：基座長(zhǎng)度代號(hào)4：磁極數(shù)(極對(duì)數(shù)p=2)M：機(jī)座長(zhǎng)度代號(hào)，M-中機(jī)座；S-短機(jī)座，L-長(zhǎng)機(jī)座。Y132M－444接法Y接法：W2U2V2U1V1W1V1W1U1U2V2W2定子三相繞組的接法接線(xiàn)盒

接法：U2U1W2V1V2U1W2U2V1V2W1W1W2U2V2V1W1U145電壓：額定電壓

一般規(guī)定電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行電壓不能高于或低于額定值再加減5％。例：380/220Y/是指：線(xiàn)電壓為380V時(shí)采用Y接法；當(dāng)線(xiàn)電壓為220V時(shí)采用接法。指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)定子繞組上的線(xiàn)電壓值.當(dāng)電壓高于額定值時(shí)，磁通將增大，鐵耗增大。且：46電流：額定電流如：

表示三角接形法時(shí)，電機(jī)的線(xiàn)電流為11.2A；星形接法時(shí)，電機(jī)的線(xiàn)電流為6.48A。指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)定子繞組的線(xiàn)電流。47指電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)軸上輸出的機(jī)械功率值(P2),與從電源吸收的功率（P1)的關(guān)系為：

其中=72－93％為電動(dòng)機(jī)的效率功率與效率48

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