1、4-1,異步電動機的應(yīng)用非常廣泛： 在家用電器方面：電風(fēng)扇、空調(diào)機、洗衣機、電冰箱等。 在農(nóng)業(yè)方面：脫粒機、碾米機、揉草機、離心泵等。 在工業(yè)方面：水泵、破碎機、軋鋼機、切削機床等。,異步電動機的分類：,1. 按電機定子相數(shù)分：三相異步電動機、兩相異步電動機、 單相異步電動機。,2.按電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分：籠型異步電動機、繞線型異步電動機.,第 4章 交流電動機,交流電動機的作用是將交流電能轉(zhuǎn)換成機械能, 交流電動機分異步電動機和同步電動機兩大類。,4-2,4.1 三相異步電動機的構(gòu)造,*4.2 三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理,*4.3 三相異步電動機的電路分析,*4.4 三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與機械特性,

2、4.6 三相異步電動機的起動,4.7 三相異步電動機的調(diào)速,*4.5 三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù),4-3,4.1 三相異步電動機的結(jié)構(gòu),A、B、C三相繞組,A、B、C 三相繞組,本節(jié)基本要求：了解異步電動機的基本結(jié)構(gòu),4-4,這 是三 相異步電動機的基本結(jié)構(gòu) 示意 圖,三相異步電動機主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。 此外，還有端蓋、機座、軸承、風(fēng)扇等部件。,4-5,這 是三 相異步電動機的基本結(jié)構(gòu) 示意 圖,三相異步電動機主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。 此外，還有端蓋、機座、軸承、風(fēng)扇等部件。,端蓋,機座,4-6,這 是三 相異步電動機的基本結(jié)構(gòu) 示意 圖,三相異步電動機主要部件是由定

3、子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。 此外，還有端蓋、機座、軸承、風(fēng)扇等部件。,定子,4-7,這 是三 相異步電動機的基本結(jié)構(gòu) 示意圖,三相異步電動機主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。 此外，還有端蓋、機座、軸承、風(fēng)扇等部件。,定子,轉(zhuǎn)子,軸承,端蓋,機座,4-8,1. 定子 三相異步電動機的定子是由定子鐵心和定子繞組組成。,這是機座定子鐵心和定子繞組示意圖,定子繞組,鐵心,定子鐵心是由沖有槽孔的硅鋼片疊壓而成,4-9,定子鐵心是由沖有槽孔的硅鋼片疊壓而成，為內(nèi)圓 開槽的圓筒形,這是定子硅鋼片,4-10,在定子槽孔中放置三相彼此獨立的繞組,定子繞組,4-11,U1,V1,W1,W2,U2,V2,接線盒,4

4、-12,這 是 繞 線 型 轉(zhuǎn) 子 鐵 心 與 繞 組,2. 轉(zhuǎn)子,外接電阻,電刷,滑環(huán),轉(zhuǎn)子鐵心,轉(zhuǎn)子繞組,轉(zhuǎn)子鐵心是由相互絕緣的硅鋼片疊壓而成。,有線圈：繞線型轉(zhuǎn)子 無線圈：籠型轉(zhuǎn)子,4-13,籠型轉(zhuǎn)子是由嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)的導(dǎo)電條組成， 在轉(zhuǎn)子鐵心的兩端各用一個導(dǎo)電端環(huán)把所有的導(dǎo)電條 連接起來。,這 是 籠 型 轉(zhuǎn) 子,4-14,定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組,定子繞組,轉(zhuǎn)子繞組,4-15,三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)示意圖,4-16,轉(zhuǎn)子,7.2 三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理,異步電動機的工作原理：基于電磁感應(yīng)定律 和電磁力定律,4-17,一. 定子旋轉(zhuǎn)磁場,iA=Imsin t,iB=Imsin( t-

5、120 ),iC=Imsin( t+120 ),相序A-B-C-A,A,X,B,Y,C,Z,iA,iB,iC,i 正方向：首端 末端,如： iA 0 A X iA 0 X A,4-18,iA,（1） 兩極旋轉(zhuǎn)磁場, t = 0, t,i,A,Z,B,X,C,Y,iA= 0 iB為負(fù)值 iC為正值,iB,iC,iA,iB,iC,A,B,C,X,Y,Z,4-19, t, t = 60,i,A,Z,B,X,C,Y,60,iC = 0 iB為負(fù)值 iA為正值,iA,iB,iC,0,iA,iB,iC,A,B,C,X,Y,Z,4-20, t = 90,A,Z,B,X,C,Y,90,iA為正值 iB為負(fù)值

6、iC為負(fù)值, t,i,iA,iB,iC,0,iA,iB,iC,A,B,C,X,Y,Z,4-21, t = 180,A,Z,B,X,C,Y,iA= 0 iB為正值 iC為負(fù)值,180, t,i,iA,iB,iC,0,iA,iB,iC,A,B,C,X,Y,Z,4-22, t=60,A,Z,B,X,C,Y,N,S,60, t=90,A,Z,B,X,C,Y,N,S, t=0,A,Z,B,X,C,Y,N,S,90, t=180,A,Z,B,X,C,Y,N,S,180,0,4-23,iA,i,iB,iC, t,4-24,旋轉(zhuǎn)磁場的方向： 由電流超前的線圈轉(zhuǎn)向電流滯后的線圈,結(jié)論：空間相差120 角的三相繞

7、組，通入對稱三相電流，當(dāng)電流隨時間交變時，產(chǎn)生的兩極磁場在空間旋轉(zhuǎn)。 定子旋轉(zhuǎn)磁場,4-25, t,i,iA,iB,iC,0,（2）改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向,90,60,0,相序A-C-B-A,旋轉(zhuǎn)磁場的反轉(zhuǎn)： 改變流入三相繞組的電流相序（即對調(diào) 定子繞組接至電源的三根導(dǎo)線中任意 兩根）,4-26,(3)、旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)P, t = 0,A,Z,B,X ,C,X,C,Y,A,Z,B,Y,S,N,（P = 2）,N,0,S,iA = 0 iB 0 iC 0,4-27,四極旋轉(zhuǎn)磁場,60,0, t =6 0,N,S,30,S,N,0, t,i,iA,iB,iC,0,結(jié)論：當(dāng)定子每相中有n個線圈串聯(lián),

8、且每相繞組始端在空間相差120/n 時, 通入對稱三相交流電后, 產(chǎn)生一個2n極旋轉(zhuǎn)磁場。 （P = n）,4-28,(4)、 旋轉(zhuǎn)磁場的速度 n0,電源的頻率（50Hz）, 磁極對數(shù),P=1 n0 =3000 r/min,P=2 n0 =1500 r/min,P=3 n0 =1000 r/min,同步轉(zhuǎn)速,P=4 n0 =750 r/min,4-29,1. 旋轉(zhuǎn)磁極對導(dǎo)體的作用,n0,n,e( i ),轉(zhuǎn)子 導(dǎo)體,旋轉(zhuǎn)磁極形成旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速也稱為同步轉(zhuǎn)速?；\型轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下也轉(zhuǎn)動起來，其轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同。,二. 三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理,-基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定

9、律,4-30,是定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子電流的相互作用的結(jié)果,-基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律,三相異步電動機的工作原理,4-31,2、 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n 和轉(zhuǎn)差率 S,n = (1S) n0,轉(zhuǎn)差率,0 S ,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,啟動時： n = 0，S = 1 額定運行時： nN n0 ， SN = 0.015 0.06,結(jié)論：通過電磁感應(yīng)，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下也轉(zhuǎn)動起來，其轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同。-異步電動機也稱為感應(yīng)電動機,4-32,n= n0n=n0S,=Sf1,f2 轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的頻率,f1 定子電動勢的頻率,3、 轉(zhuǎn)子電動勢頻率,轉(zhuǎn)子導(dǎo)線切割旋轉(zhuǎn)磁場的速度,轉(zhuǎn)子頻率,4-33,A,Z,B,X,C

10、,Y,主磁通,4.3 三相異步電動機的電路分析,4-34,u1,三相異步電動機的一相等效電路圖,R2,R1,E1= 4.44 f1N1m,E2= 4.44 f2N2 m,4-35,1 定子電路,Z1 =R1+jXS1,定子的內(nèi)阻抗：,U1 E1=4.44 f1N1,R1：每相定子繞組電阻 Xs1：每相定子繞組漏磁 感抗 Xs1=2f1L1 ：旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通最大值 N1：每相定子繞組匝數(shù),E1= 4.44 f1N1m,4-36,=4.44 f1N2 S=E20S,2 轉(zhuǎn)子電路,E20 =4.44 f1N2,XS2=2f2L2= 2Sf1L2=S X20,X20= 2f1L2,R2：每相轉(zhuǎn)子繞組

11、電阻 Xs2：每相轉(zhuǎn)子繞組漏磁 感抗 Xs2=2f2L2 ：旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通最大值 N2：每相轉(zhuǎn)子繞組匝數(shù),E2=4.44 f2N2,4-37,I2,cos 2,1,啟動時，轉(zhuǎn)差率S=1，n=0，此時f2 、 E2 、 I2最大 cos 2最小,4-38,3、 轉(zhuǎn)子電路中有關(guān)各電量,f2 -轉(zhuǎn)子電流的頻率 轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度 n0n,= S f1,2. E2 -轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢,X20是n=0時的X2,3. X2 -轉(zhuǎn)子漏磁感抗,X2 = 2f2L2,= 2 S f1L2,= S X20,E20是n=0時的E2,E20=4.44 f1N2,X20= 2 f1L2,4-39,I2,cos 2

12、,1,4. I2 -轉(zhuǎn)子電流,5. cos 2 -轉(zhuǎn)子功率因數(shù),結(jié)論：E2，I2，f2，X2和cos2均與S有關(guān),1,4-40,小結(jié),1. 定子每相繞組的感應(yīng)電勢,E1= 4.44f1N1,，且定子每相繞組電壓 U1 E1 故有U1 ,2. 轉(zhuǎn)子每相繞組的各量均與轉(zhuǎn)差率S有關(guān),轉(zhuǎn)子電勢頻率： f2 = Sf1,轉(zhuǎn)子每相繞組電勢：,E2= 4.44f2N2,轉(zhuǎn)子每相繞組電流：,轉(zhuǎn)子每相繞組功率因數(shù)：,啟動時，轉(zhuǎn)差率S=1，n=0，此時f2 、 E2 、 I2最大 cos 2最小,4-41,電磁轉(zhuǎn)矩 T= KT I2cos 2,將,4 . 4 . 1 轉(zhuǎn)矩公式,常數(shù),4.4 三相異步電動機的轉(zhuǎn)矩與

13、機械特性,異步電機：電磁轉(zhuǎn)矩是由旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子電流的有功分量相互作用而產(chǎn)生的，所以,4-42,轉(zhuǎn)矩特性 T= f (S),根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式得特性曲線：,4-43,三個重要轉(zhuǎn)矩,4-44,解得,取正值,Sm 稱為臨界轉(zhuǎn)差率,（2） 最大轉(zhuǎn)矩 Tm,代入 T 的表達(dá)式, U12,求得最大轉(zhuǎn)矩 Tm,求解,如果 電機將會 因帶不動負(fù)載而停轉(zhuǎn)。,U1,不同電源電壓的轉(zhuǎn)矩特性,1,U1增大,4-45,當(dāng)X20不變時,臨界轉(zhuǎn)差率Sm隨R2增大而增加。,c. Sm=R2 /X20,不同轉(zhuǎn)子電阻的轉(zhuǎn)矩特性,結(jié)論：,a. Tm U12,b. Tm 與 R2無關(guān),Sm與 U1無關(guān),R2增大,4-46,過載系數(shù)：,三相

14、異步機,（1）三相異步機的 和電壓的平方成正比，所 以對電壓的波動很敏感，使用時要注意電壓的變化。,注意,電機嚴(yán)重過熱,原因,返回,4-47,S,T,0,（3） 起動轉(zhuǎn)矩 TST,起動瞬間 n=0，S=1,U1 Tst,R2 Tst,R2,U1,負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TLTst ,不能起動, 可空載或輕載起動,負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TLTst ，可帶負(fù)載起動, st Tst TN,一般 st 1.0 2.2,特殊 st 2.2 2.8,起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù),4-48,S,0,a,b,c,1,Tst,因為 n=n0(1-S), 可以由 轉(zhuǎn)矩特性得到機械特性,4.4.2 機械特性曲線 n = f (T),（1） 分析起動過程,d

15、,當(dāng)TstTL 時, 電機起動,在cb段 nSTba段,在ab段 nSTT=TL,TL =TN (在d點),4-49, S,直到 T = T2,電機穩(wěn)定運行在新的 轉(zhuǎn)速下,工作于d點,則 : n,n =(1 S)n1, T,n,0,n1,T,a,b,c,Tst,轉(zhuǎn)矩平衡方程式 T=TL+T0 =負(fù)載轉(zhuǎn)矩+空載轉(zhuǎn)矩,（2） 分析轉(zhuǎn)速平衡過程,a b 段為穩(wěn)定運行區(qū), 電動機工作在穩(wěn)定運行區(qū)時, 具有自適應(yīng)能力。例如, 原來在額定負(fù)載下穩(wěn),4-50,硬特性：負(fù)載變化時，轉(zhuǎn)速變化不大，運行特性好。 軟特性：負(fù)載增加轉(zhuǎn)速下降較快，但起動轉(zhuǎn)矩大，起 動特性好。 ,不同場合應(yīng)選用不同的電動機。如金屬切削，

16、選硬特性電機；重載起動則選軟特性電動機。,機械特性的軟硬,4-51,4.5.1 起動性能,4.5 三相異步電動機的起動,起動初始瞬間，n=0，S=1, 起動電流IST大，57 IN。頻繁起動會使電動機過熱。,過大的起動電流在短時間內(nèi)會在線路上造成較大的電壓降落， 影響鄰近負(fù)載的正常工作。, 起動轉(zhuǎn)矩TST不大，雖然剛起動時轉(zhuǎn)子電流較大，但轉(zhuǎn)子的 功率 因數(shù)很低。 如果起動轉(zhuǎn)矩小，就不能滿載起動。,I2,cos 2,1,4-52,1. 直接起動,直接起動是在起動時把電動機的定子繞組直接接入電網(wǎng)。,特點： 起動轉(zhuǎn)矩?。黄饎与娏鞔?，比額定值大47倍；影響同一電網(wǎng)上其它負(fù)載的正常工作。,優(yōu)點： 簡單、

17、方便、經(jīng)濟、起動過程快，適用于中小型籠型異步電動機,2 .降壓起動,起動時降低電動機的電源電壓，待電動機轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時，再把電壓恢復(fù)正常。,4.5.2 起動方法,4-53,（1）Y-降壓起動法,FU,W2,U1,U2,V1,V2,W1,Q1,轉(zhuǎn)子,定子 繞組,只適用于正常運行時 為接法的電動機,起動電流和起動轉(zhuǎn)矩都降 低到直接起動時的三分之一,4-54,（2）,Y 起動應(yīng)注意的問題：,（1）僅適用于正常接法為三角形接法的電動機。,Y 起動時，起動電流減小的同時，起動轉(zhuǎn) 矩也減小了。,所以降壓起動適合于空載或輕載起動的場合,返回,4-55,U1,U2,V1,V2,W1,W2,Q1,Q2,運轉(zhuǎn)

18、,起動,三相自耦變壓器,M 3 ,（2） 自耦變壓器降壓起動,自耦變壓器抽頭有 0.55, 0.64, 0.73 等,Ist,如: 變壓器變比,則變壓器副方電流,而變壓器原方電流 (啟動電流）,電動機起動轉(zhuǎn)矩,結(jié)論: 電動機起動,電流Ist和起動轉(zhuǎn)矩Tst 均為直接起動的1/n2。,4-56,（3） 串電抗降壓起動,Q1,FU,M 3,Q2,電動機起動時先合開關(guān)Q1, 當(dāng)電動機的轉(zhuǎn)速接近穩(wěn)定值時, 再將開關(guān) Q2合上,切除電抗器。,繞線式電動機起動可在轉(zhuǎn)子繞 組中串電阻，減小起動電流。,（4）轉(zhuǎn)子串電阻起動,4-57,1. 改變極對數(shù) p 調(diào)速,n = (1S) n0,調(diào)速方法,2. 改變轉(zhuǎn)差

19、率 S 調(diào)速,p =2: 1,2,3接電源；4,5,6 懸空,p =1: 4,5,6接電源；1,2,3 短接,：n0=15003000 r/m,繞線式電動機在轉(zhuǎn)子繞組 中串入電阻R2 , 可改變轉(zhuǎn) 差率 S 和轉(zhuǎn)速 n。,有級調(diào)速,A. 小范圍無級調(diào)速,特點,B. R2大 特性變軟,4.6 三相異步電動機的調(diào)速,4-58,3. 改變電源頻率 f1 調(diào)速,變頻調(diào)速,由 U1=4.44 f1N1K1,為保證不變，在調(diào)整 電源頻率 f1 時, 應(yīng)同時 調(diào)整電源電壓U1。,A. 大范圍無級平滑調(diào)速；,B. 調(diào)速后機械特性平行，帶負(fù)載能力(硬度)不變；,特點,C. 需要專門的變頻調(diào)速設(shè)備，且成本較高。,

20、4-59,1. 型號 Y 132M4,轉(zhuǎn)差率,4.6 銘牌數(shù)據(jù),M：機座長度代號， M-中機座；S-短機座， L-長機座。,4-60,額定電壓UN -電動機在額定運行情況下的定子繞組所加線電壓。,額定電流IN - 電動機在額定情況下運行時定子繞組的線電流。,額定功率因數(shù)cosN -電動機在額定運行情況下的定子電路功率因數(shù)。,輸入功率,4-61,額定轉(zhuǎn)速nN - 電動機在額定運行情況下的轉(zhuǎn)速,額定效率N -是指額定運行情況下輸出功率與輸入功率的比值,額定轉(zhuǎn)矩TN -在額定運行情況下，電動機軸上負(fù)載轉(zhuǎn)矩。,額定功率PN -在額定運行情況下電動機軸上所輸出的機械功率。,4-62,例：有一Y225M-

21、4型三相異步電動機，額定數(shù)據(jù)如下,PN=45KW, UN=380V ,cos=0.88 , =92.3%, Ist/IN=7.0 , nN=1480r/min , Tst/TN=1.9, Tm/TN=2.2 求 (1) IN、 SN 、TN、Tm、Tst (2)若負(fù)載轉(zhuǎn)矩為510.2 N.m ,問U=UN和 U=0.9UN兩種情況下電機能否起動？ (3)采用Y-起動時的起動電流和起動轉(zhuǎn)矩 (4)采用自耦降壓起動,設(shè)起動時電動機的端電壓降到電源電壓的0.64 ,求線路起動電流和電動機的起動轉(zhuǎn)矩,4-63,單相異步電動機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,4.8 單相異步電動機,作為驅(qū)動，其功率一般為幾 幾百瓦。,單相異步電動機: 定子只有一相主繞組的異步電動機。,（如電風(fēng)扇、電冰箱、洗衣機、抽油煙機等）,概 述,單相異步電動機均采用鼠籠式轉(zhuǎn)子，但定子 有所不同。,4-64,4.8.1 單相異步電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理,4 鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組,隱極式,凸極式,1. 單相異步電動機的結(jié)構(gòu),1 定子,2 定子繞組,3 轉(zhuǎn)子,4-