1第六章三相異步電動機及使用第1節(jié)三相異步電動機的基本結構和工作原理第2節(jié)三相異步電動機的電磁轉矩和機械特性第3節(jié)三相異步電動機的使用第4節(jié)單相異步電動機第5節(jié)三相異步電動機的長動控制系統(tǒng)21.了解三相交流異步電動機的基本構造和轉動原理。本章要求：2.理解三相交流異步電動機的機械特性，掌握起動和反轉的基本方法,了解調速和制動的方法。3.理解三相交流異步電動機銘牌數(shù)據(jù)的意義。3案例導入：4鼠籠式異步交流電動機授課內容：

基本結構、工作原理、機械特性、控制方法

電動機交流電動機直流電動機三相電動機單相電動機同步電動機異步電動機他勵、并勵電動機串勵、復勵電動機電動機的分類：6.1三相異步電動機的基本結構和工作原理51.定子鐵心：由內周有槽的硅鋼片疊成。A----XB----YC----Z三相繞組機座：鑄鋼或鑄鐵6.1.1、三相異步電動機的構造視頻6視頻7

轉子:在旋轉磁場作用下，產生感應電動勢或電流。2.轉子鼠籠轉子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。(1)

鼠籠式轉子

鐵芯槽內放銅條，端部用短路環(huán)形成一體?；蜩T鋁形成轉子繞組。(2)

繞線式轉子

同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。8鼠籠式電動機與繞線式電動機的的比較：鼠籠式：

結構簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機的機械特性。繞線式：結構復雜、價格較貴、維護工作量大；轉子外加電阻可人為改變電動機的機械特性。96.1.2三相異步電動機工作原理10

定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)AXBYCZ1.旋轉磁場的產生o11o規(guī)定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(?)電流出(

)電流入動畫12

tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ

三相電流合成磁場的分布情況合成磁場方向向下合成磁場旋轉60°合成磁場旋轉90°600o動畫13AAXZBCYAAXZBCY分析可知：三相電流產生的合成磁場是一旋轉的磁場

即：一個電流周期，旋轉磁場在空間轉過360°取決于三相電流的相序2.旋轉磁場的旋轉方向結論：任意調換兩根電源進線，則旋轉磁場反轉。任意調換兩根電源進線(電路如圖)AXCZBY0

to動畫143.旋轉磁場的極對數(shù)P

當三相定子繞組按圖示排列時，產生一對磁極的旋轉磁場，即：o

tAXBYCZAXYCBZ15

若定子每相繞組由兩個線圈串聯(lián)

，繞組的始端之間互差60°，將形成兩對磁極的旋轉磁場。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYC動畫16p=2時017旋轉磁場轉速n0與極對數(shù)p的關系極對數(shù)每個電流周期磁場轉過的空間角度同步轉速旋轉磁場轉速n0與頻率f1和極對數(shù)p有關?？梢?教材P131表6－1182.轉動原理AXYCBZ定子三相繞組通入三相交流電方向:順時針

切割轉子導體右手定則感應電動勢E20旋轉磁場感應電流I2旋轉磁場左手定則電磁力FF電磁轉矩TnF19

轉差率

旋轉磁場的同步轉速和電動機轉子轉速之差與旋轉磁場的同步轉速之比稱為轉差率。

由前面分析可知，電動機轉子轉動方向與磁場旋轉的方向一致，但轉子轉速n不可能達到與旋轉磁場的轉速相等，即異步電動機如果:無轉子電動勢和轉子電流

轉子與旋轉磁場間沒有相對運動，磁通不切割轉子導條無轉矩因此，轉子轉速與旋轉磁場轉速間必須要有差別。20異步電動機運行中:轉子轉速亦可由轉差率求得轉差率s

例1：一臺三相異步電動機，其額定轉速

n=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動機的極對數(shù)和額定負載下的轉差率。解：根據(jù)異步電動機轉子轉速與旋轉磁場同步轉速的關系可知：n0=1000r/min,即p=3額定轉差率為216.2三相異步電動機的電磁轉矩和機械特性6.2.1、轉矩公式

轉子中各載流導體在旋轉磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉矩之總和。常數(shù)，與電機結構有關旋轉磁場每極磁通轉子電流轉子電路的功率因數(shù)22由此得電磁轉矩公式由前面分析知：23由公式可知電磁轉矩公式1.T與定子每相繞組電壓成正比。U1

T

2.當電源電壓U1一定時，T是

s的函數(shù)。3.R2

的大小對

T有影響。繞線式異步電動機可外接電阻來改變轉子電阻R2

，從而改變轉距。246.2.2機械特性曲線OTS根據(jù)轉矩公式得特性曲線：OT125電動機在額定負載時的轉矩。1.額定轉矩TN1、三個重要轉矩OT額定轉矩(N?m)

如某普通機床的主軸電機(Y132M-4型)的額定功率為7.5kw,額定轉速為1440r/min,則額定轉矩為262.最大轉矩Tmax

轉子軸上機械負載轉矩T2不能大于Tmax

，否則將造成堵轉(停車)。電機帶動最大負載的能力。令：求得臨界轉差率OTTmax將sm代入轉矩公式，可得27當U1

一定時，Tmax為定值過載系數(shù)(能力)一般三相異步電動機的過載系數(shù)為工作時必須使T2

<Tmax

，否則電機將停轉。電機嚴重過熱而燒壞。(2)sm與R2有關，R2

sm

n。繞線式電機改變轉子附加電阻R′2可實現(xiàn)調速。

283.起動轉矩Tst電動機起動時的轉矩。起動時n=0時，s=1(2)Tst與R2有關，適當使

R2

Tst

。對繞線式電機改變轉子附加電阻

R′2,可使Tst=Tmax

。Tst體現(xiàn)了電動機帶載起動的能力。

若

Tst

>T2電機能起動，否則不能起動。OTTst起動能力294.電動機的運行分析

電動機的電磁轉矩可以隨負載的變化而自動調整，這種能力稱為自適應負載能力。

自適應負載能力是電動機區(qū)別于其它動力機械的重要特點（如：柴油機當負載增加時，必須由操作者加大油門，才能帶動新的負載）。此過程中，n

、s

E2,I2

I1

電源提供的功率自動增加。T2

s

T2>TT=T2n

T

T′2達到新的平衡T2常用特性段TO305.U1和R2變化對機械特性的影響(1)U1

變化對機械特性的影響U

Tm

Tst

T2TO31(2)R2變化對機械特性的影響TOR2

Tst

n

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。

32(2)R2變化對機械特性的影響

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。TOR2

Tst

n

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。

336.3三相異步電動機的使用1.型號

磁極數(shù)(極對數(shù)p=2)例如：Y132M－4

用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機座長度代號機座中心高（mm）三相異步電動機教材P139表6－2中列出了Y160電動機的銘牌。6.3.1、三相異步電機的銘牌和技術數(shù)據(jù)34異步電動機產品名稱代號產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、JQO353.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。2.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。364.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。375.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38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。P2cos

O8.絕緣等級39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)。6.3.2、功率的選擇

功率選得過大不經濟，功率選得過小電動機容易因過載而損壞。1.

對于連續(xù)運行的電動機，所選功率應等于或略大于生產機械的功率。2.對于短時工作的電動機，允許在運行中有短暫的過載，故所選功率可等于或略小于生產機械的功率。401、種類和型式的選擇1.）種類的選擇

一般應用場合應盡可能選用鼠籠式電動機。只有在需要調速、不能采用鼠籠式電動機的場合才選用繞線式電動機。2.）結構型式的選擇

根據(jù)工作環(huán)境的條件選擇不同的結構型式，如開啟式、防護式、封閉式電動機。2、電壓和轉速的選擇

根據(jù)電動機的類型、功率以及使用地點的電源電壓來決定。Y系列鼠籠電動機的額定電壓只有380V一個等級。大功率電動機才采用3000V和6000V。416.3.3、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

42(1)直接起動

二、三十千瓦以下的異步電動機一般都采用直接起動。(2)降壓起動：星形-三角形(Y－

)

換接起動自耦降壓起動（適用于鼠籠式電動機）(3)轉子串電阻起動（適用于繞線式電動機）以下介紹降壓起動和轉子串電阻起動。2、起動方法43若將控制電路中的自鎖觸點KM除去，就可以實現(xiàn)對電動機的點動控制。按下起動按鈕電動機就轉動，一松手就停止。點動控制在生產中也是常見的。M3~KHSB1SB2KHKMKMKMFUABCQ(1)直接起動3、起動線路44設：電機每相阻抗為（2）.降壓起動①Y－

換接起動

降壓起動時的電流為直接起動時的+－

起動U1U2V1V1W1W2

+－正常運行U1U2V1V2W1W245Y－

起動器接線簡圖L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1△動觸點Y動觸點靜觸點46②自耦降壓起動L1L3L2FUQQ2下合：接入自耦變壓器，降壓起動。Q2上合：切除自耦變壓器，全壓工作。合刀閘開關QQ2

自耦降壓起動適合于容量較大的或正常運行時聯(lián)成Y形不能采用Y－

起動的鼠籠式異步電動機。47RRR滑環(huán)電刷定子轉子起動時將適當?shù)腞串入轉子電路中，起動后將R短路。起動電阻

③、繞線式電動機轉子電路串電阻起動?481、變頻調速(無級調速)

f=50Hz逆變器M3~整流器f1、U1可調+–~變頻調速方法恒轉距調速（f1<f1N）恒功率調速（f1>f1N）頻率調節(jié)范圍：0.5~幾百赫茲三種電氣調速方法6.3.4、電動機的調速492、變極調速

(有級調速)

變頻調速方法可實現(xiàn)無級平滑調速,調速性能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應用。A1X1A2X2iiP=2··A1A2X1X2··NNSS50A1X1A2X2ii??P=1

采用變極調速方法的電動機稱作雙速電機，由于調速時其轉速呈跳躍性變化，因而只用在對調速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床等機床上。A1··A2X1X2SN51To3、變轉差率調速

(無級調速)

變轉差率調速是繞線式電動機特有的一種調速方法。其優(yōu)點是調速平滑、設備簡單投資少，缺點是能耗較大。這種調速方式廣泛應用于各種提升、起重設備中。nn'??TLTLs

′s??Tso52

方法：任意調換電源的兩根進線，電動機反轉。電動機正轉電動機反轉1、三相異步電動機的正、反轉電源~UVWM3~UVW電源~M3~6.3.5、電動機的反轉與制動531）能耗制動制動方法機械制動電氣制動能耗制動反接制動發(fā)電反饋制動

在斷開三相電源的同時，給電動機其中兩相繞組通入直流電流，直流電流形成的固定磁場與旋轉的轉子作用，產生了與轉子旋轉方向相反的轉距（制動轉距），使轉子迅速停止轉動。2、三相異步電動機的制動動畫54nF轉子T

n0=02）、反接制動

停車時，將接入電動機的三相電源線中的任意兩相對調，使電動機定子產生一個與轉子轉動方向相反的旋轉磁場，從而獲得所需的制動轉矩，使轉子迅速停止轉動。

M3~+-運轉制動?RP55M3~運轉制動?nF轉子T

n03）、發(fā)電反饋制動

當電動機轉子的轉速大于旋轉磁場的轉速時，旋轉磁場產生的電磁轉距作用方向發(fā)生變化，由驅動轉距變?yōu)橹苿愚D距。電動機進入制56動狀態(tài)，同時將外力作用于轉子的能量轉換成電能回送給電網。nF轉子T

n0n>n0576.4思考與練習P146586.4單相異步電動機

....F鼠籠式轉子導條及電流AA'

定子繞組產生的脈動磁場

，可用正、反兩個旋轉磁場合成來等效。即

mt

O

+

-=

+

-=59

電容分相式異步電動機的定子中放置有兩個繞組，一個是工作繞組A–A'，另一個是起動繞組B–B',兩個繞組在空間相隔90o。起動時，B–B'繞組經電容接電源，兩個繞組的電流相位相差近90o，即可獲得所需的旋轉磁場。一、電容分相式異步電動機

當定子繞組產生的合成磁場增加時，根據(jù)右手螺旋定則和左手定則，可知轉子導條左、右受力大小相等方向相反，所以沒有起動轉矩。所以采用電容分相式、罩極式。60電容分相式異步電動機iAS??ABB'???A

~iB設兩相電流為兩相電流正弦波形如圖所示。工作繞組iBiAO起動繞組1、磁場的產生61ABB'A'ABB'A'ABB'A'兩相旋轉磁場450900iBiAO視頻62S???ABB'???iAiBA

12~實現(xiàn)正反轉的電路

改變電容C的串聯(lián)位置，可使單相異步電動機反轉。

將開關S合在位置1，電容C與B繞組串聯(lián)，電流iB較iA超前近90

；當將S切換到位置2，電容C與A繞組串聯(lián)，電流iA

較iB

超前近90

。這樣就改變了旋轉磁場的轉向，從而實現(xiàn)電動機的反轉。

電動機轉子轉動起來后，利用離心力將開關S斷開(S是離心開關)，使起動繞組B–B′斷電。M~2、圖所示為洗衣機的線路（分析原理）63二、罩極式單相異步電機~~i

1

2定子繞組鼠籠式轉子短路環(huán)極掌(極靴)64

當電流i流過定子繞組時，產生了一部分磁通

1，同時產生的另一部分磁通與短路環(huán)作用生成了磁通

2。由于短路環(huán)中感應電流的阻礙作用，使得

2在相位上滯后

1，從而在電動機定子極掌上形成一個向短路環(huán)方向移動的磁場，使轉子獲得所需的起動轉矩。

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。65

三相異步電動機在運行過程中，若其中一相與電源斷開，就成為單相電動機運行。此時電動機仍將繼續(xù)轉動。若此時還帶動額定負載，則勢必超過額定電流，時間一長，會使電動機燒壞。這種情況往往不易察覺，在使用電動機時必須注意。如果三相異步電動機在起動前就斷了一線，則不能起動，此時只能聽到嗡嗡聲，這時電流很大，時間長了，也會使電動機燒壞。思考三相異步電動機在掉一相電后的運行情況如何？66本節(jié)要求：1.掌握自鎖、聯(lián)鎖的作用和方法。2.掌握過載、短路和失壓保護的作用和方法。3.了解基本控制環(huán)節(jié)的組成、作用和工作過程。能讀懂簡單的控制電路原理圖、能設計簡單的控制電路。6.5拓展三相異步電動機的長動控制線路67如圖是對中、小容量鼠籠式電動機直接起、停的控制線路。主要電器：組合開關、熔斷器、交流接觸器、熱繼電器和按鈕開關。M3~QFUKMKHSB2SB1一.直接起動1.控制線路682、工作原理M3~起動時，接通組合開關，按動起動按鈕SB2，則交流接觸器通電，使銜鐵吸合帶動觸頭將常開觸點接通，電動機通電開始運行。M3~M3~nQFUSBKMKH吸合后自鎖693、控制線路圖SB1KMSB2FRKM

FRKMFUQS3~M..主電路控制電路短路保護保險絲熱繼電器過載保護零壓、欠壓保護接觸器線圈熱繼電器動斷觸點接觸器主觸頭電機長動控制線路1）、線路構成702）、工作原理繼電接觸器控制系統(tǒng)可分為主電路和控制電路兩部分。為便于讀圖和分析常把主電路和控制電路分開畫。三相電源QFUKM（主觸點）FR（熱元件）M②控制電路1SB1SB2KM（線圈）FR（常閉觸點）2KM（輔助觸點）①主電路71KMFRKM..KMSB1SB2..控制電路合上開關Q起動得電示意圖KM輔助觸點閉合自鎖。按下起動按鈕SB2

,KM線圈通電，KM主觸點閉合，電動機運轉。通電轉動KM主電路FR3~MFUQQ自鎖KM自鎖KM動畫72

短路保護是因短路電流會引起電器設備絕緣損壞產生強大的電動力，使電動機和電器設備產生機械性損壞，故要求迅速、可靠切斷電源。通常采用熔斷器FU和過流繼電器等。

欠壓是指電動機工作時，引起電流增加甚至使電動機停轉