1、電工電子技術(shù)基礎(chǔ)（第二版）,主 編 李中發(fā) 中國水利水電出版社,三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理 三相異步電動機使用方法 三相異步電動機的運行和控制方法 三相異步電動機的機械特性 單相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理,學(xué)習(xí)要點,第5章 電動機,5.1 三相異步電動機的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)動原理,5.1.1 三相異步電動機的結(jié)構(gòu),三相異步電動機由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子和轉(zhuǎn)子都有鐵心和繞組。定子的三相繞組為AX、BY、CZ。轉(zhuǎn)子分為鼠籠式和繞線式兩種結(jié)構(gòu)。鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組有銅條和鑄鋁兩種形式。繞線式轉(zhuǎn)子繞組的形式與定子繞組基本相同，3個繞組的末端連接在一起構(gòu)成星形連接，3個始端連接在3個銅集電環(huán)上，起動變阻器和調(diào)速變阻器通過電刷與集

2、電環(huán)和轉(zhuǎn)子繞組相連接。,5.1.2 旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生,把三相定子繞組接成星形接到對稱三相電源，定子繞組中便有對稱三相電流流過。,結(jié)論： (1)在對稱的三相繞組中通入三相電流，可以產(chǎn)生在空間旋轉(zhuǎn)的合成磁場。 (2)磁場旋轉(zhuǎn)方向與電流相序一致。電流相序為A-B-C時磁場順時針方向旋轉(zhuǎn)；電流相序為A-C-B時磁場逆時針方向旋轉(zhuǎn)。 (3)磁場轉(zhuǎn)速(同步轉(zhuǎn)速)與電流頻率有關(guān)，改變電流頻率可以改變磁場轉(zhuǎn)速。對兩極(一對磁極)磁場，電流變化一周，則磁場旋轉(zhuǎn)一周。同步轉(zhuǎn)速no與磁場磁極對數(shù)p的關(guān)系為：,5.1.3 三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理,靜止的轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場之間有相對運動，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，并在形成

3、閉合回路的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電流，其方向用右手定則判定。轉(zhuǎn)子電流在旋轉(zhuǎn)磁場中受到磁場力F的作用，F(xiàn)的方向用左手定則判定。電磁力在轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩。電磁轉(zhuǎn)矩的方向與旋轉(zhuǎn)磁場的方向一致。,電動機在正常運轉(zhuǎn)時，其轉(zhuǎn)速n總是稍低于同步轉(zhuǎn)速no，因而稱為異步電動機。又因為產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩的電流是電磁感應(yīng)所產(chǎn)生的，所以也稱為感應(yīng)電動機。 異步電動機同步轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的差值與同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率，用s表示，即：,轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個重要參數(shù)。異步電動機在額定負(fù)載下運行時的轉(zhuǎn)差率約為1%9%。,5.2 三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械特性,5.2.1 三相異步電動機的電路分析,1定子電路分析,忽略R1和X1

4、上的壓降，則：,2轉(zhuǎn)子電路分析,5.2.2 三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩,5.2.3 三相異步電動機的機械特性,1起動轉(zhuǎn)矩,電動機剛起動（n=0，s=1）時的轉(zhuǎn)矩稱為起動轉(zhuǎn)矩。,2額定轉(zhuǎn)矩,電動機在額定負(fù)載下工作時的電磁轉(zhuǎn)矩稱為額定轉(zhuǎn)矩，忽略空載損耗轉(zhuǎn)矩，則額定轉(zhuǎn)矩等于機械負(fù)載轉(zhuǎn)矩。,式中PN是電動機的額定功率，單位為kW；nN是電動機的額定轉(zhuǎn)速，單位是r/min。,3最大轉(zhuǎn)矩,5.3 三相異步電動機的運行與控制,5.3.1 三相異步電動機的起動,1直接起動,直接起動是利用閘刀開關(guān)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，

5、影響負(fù)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,Y-換接起動：在起動時將定子繞組連接成星形，通電后電動機運轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速升高到接近額定轉(zhuǎn)速時再換接成三角形。 適用范圍：正常運行時定子繞組是三角形連接，且每相繞組都有兩個引出端子的電動機。 優(yōu)點：起動電流為全壓起動時的13。 缺點：起動轉(zhuǎn)矩均為全壓起動時的13。,自耦降壓起動：利用三相自耦變壓器將電動機在起動過程中的端電壓降低，以達到減小起動電流的目的。自耦變壓器備有40、60、80等多種抽頭，使用時要根據(jù)電動機起動轉(zhuǎn)矩的要求具體選擇。,繞線式異步電動機轉(zhuǎn)子繞組串入附加電阻后，既可以降低起動電流，又

6、可以增大起動轉(zhuǎn)矩。,5.3.2 三相異步電動機的調(diào)速,三相異步電動機的轉(zhuǎn)速：,1變極調(diào)速,通過改變電動機的定子繞組所形成的磁極對數(shù)p來調(diào)速。因磁極對數(shù)只能是按1、2、3、的規(guī)律變化，所以用這種方法調(diào)速，電動機的轉(zhuǎn)速不能連續(xù)、平滑地進行調(diào)節(jié)。,2變頻調(diào)速,通過變頻器把頻率為50Hz工頻的三相交流電源變換成為頻率和電壓均可調(diào)節(jié)的三相交流電源，然后供給三相異步電動機，從而使電動機的速度得到調(diào)節(jié)。變頻調(diào)速屬于無級調(diào)速，具有機械特性曲線較硬的特點。,3變轉(zhuǎn)差率調(diào)速,通過改變轉(zhuǎn)子繞組中串接調(diào)速電阻的大小來調(diào)整轉(zhuǎn)差率實現(xiàn)平滑調(diào)速的，又稱為變阻調(diào)速。調(diào)速電阻的接法與起動電阻相同。這種方法只適用于繞線式異步電動

7、機。,5.3.3 三相異步電動機的制動,1能耗制動,電動機定子繞組切斷三相電源后迅速接通直流電源。感應(yīng)電流與直流電產(chǎn)生的固定磁場相互作用，產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向與電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反，起到制動作用。 特點：是制動準(zhǔn)確、平穩(wěn)，但需要額外的直流電源。,2反接制動,電動機停車時將三相電源中的任意兩相對調(diào)，使電動機產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場改變方向，電磁轉(zhuǎn)矩方向也隨之改變，成為制動轉(zhuǎn)矩。 注意：當(dāng)電動機轉(zhuǎn)速接近為零時，要及時斷開電源防止電動機反轉(zhuǎn)。 特點：簡單，制動效果好，但由于反接時旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子間的相對運動加快，因而電流較大。對于功率較大的電動機制動時必須在定子電路（鼠籠式）或轉(zhuǎn)子電路（繞線式）中接入電阻，用以

8、限制電流。,3發(fā)電反饋制動,電動機轉(zhuǎn)速超過旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速時，電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)子的運動方向相反，從而限制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，起到了制動作用。因為當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速時，有電能從電動機的定子返回給電源，實際上這時電動機已經(jīng)轉(zhuǎn)入發(fā)電機運行，所以這種制動稱為發(fā)電反饋制動。,5.4.1 三相異步電動機的銘牌,5.4 三相異步電動機的選擇與使用,型號：,功率：電動機在銘牌規(guī)定條件下正常工作時轉(zhuǎn)軸上輸出的機械功率，稱為額定功率或容量。 電壓：電動機的額定線電壓。 電流：電動機在額定狀態(tài)下運行時的線電流。 頻率：電動機所接交流電源的頻率。 轉(zhuǎn)速：額定轉(zhuǎn)速。 接線方法：,5.4.2 三相異步電動機的選擇,5.

9、4.3 電動機的安裝與接地,5.5 單相異步電動機,5.5.1 單相異步電動機的工作原理與特性,在單相異步電動機的定子繞組通入單相交流電，電動機內(nèi)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。,但一旦讓單相異步電動機轉(zhuǎn)動起來，由于順時針旋轉(zhuǎn)磁場B1和逆時針旋轉(zhuǎn)磁場B2產(chǎn)生的合成電磁轉(zhuǎn)矩不再為零，在這個合成轉(zhuǎn)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(zhuǎn)。 由于單相異步電動機總有一個反向的制動轉(zhuǎn)矩存在，所以其效率和負(fù)載能力都不及三相異步電動機。,5.5.2 單相異步電動機的起動,1分相法,下圖所示分別為t=0、45、90時合成磁場的方向，由圖可見該磁場隨著時間的增長順時針方向旋轉(zhuǎn)。這樣一來，單相異步電動機就可以在該旋轉(zhuǎn)磁場的作用下起動了。,2罩極法,罩極法是在單相異步電動機定子磁極的極面上約1/3處套裝了一個銅環(huán)（短路環(huán)），套有短路環(huán)的磁極部分叫做罩極。當(dāng)定子繞組通入電流產(chǎn)生脈動磁場后，有一部分磁通穿過銅環(huán)，使銅環(huán)內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流。根據(jù)楞次定律，銅環(huán)中的感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場，阻止