1、7.1 三相異步電動機的構造,7.2 三相異步電動機的轉動原理,7.3 三相異步電動機的電路分析,7.4 三相異步電動機轉矩與機械特性,7.5 三相異步電動機的起動,7.6 三相異步電動機的調速,7.7 三相異步電動機的制動,7.8 三相異步電動機銘牌數據,7.9 三相異步電動機的選擇,7.11 單相異步電動機,7.10 同步電動機(自學),第七章 交流電動機,7.12 直線異步電動機(自學),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、正確使用,電動機的分類：,定子鐵芯及定子繞組,定子,轉子,轉子鐵芯及轉子繞組,接線盒,機殼及底座,7.1 三相異步電動機的構造,定子鐵

2、芯與定子繞組,定子鐵芯：,定子三相繞組：,匝數相同,空間排列互差1200,由內周有槽的硅鋼片疊成。（作為導磁路經）,定子繞組,首端,末端,2.轉子,轉子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。,(2) 繞線式轉子,同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。,轉子繞組：,鼠籠式轉子,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。,7.2 三相異步電動機的轉動原理,轉動原理：,一對磁極,形成旋轉磁場,在空間旋轉，,放入閉合線圈，由軸承架起,線圈導體切割磁力線，

3、感生電動勢 e (右手定則）,感生電動勢 e 在線圈中驅動電流 i,電流 i 在磁場中受力 f產生轉距，使線圈轉動,轉動的必要條件：,空間旋轉磁場,可轉動閉合線圈,定子三相對稱繞組， (星形聯(lián)接)加三相電壓，通入三相交流電流。,1.旋轉磁場的產生,7. 2. 1 旋轉磁場,i 0: 首端流入，尾端流出。,規(guī)定,i 0: 尾端流入，首端流出。,()電流出,()電流入,t=0時刻：,iC為正，從C端流入，從Z端流出,iB為負，從Y端流入，從B端流出,iA0, iB0, iC0,iA0, iB0, iC=0,iA=0, iB0,三相電流產生旋轉磁場,合成磁場方向向下,合成磁場旋轉60,合成磁場旋轉9

4、0,動畫,結論： 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360,2.旋轉磁場的旋轉方向,從上圖可以看出，從通入iA的繞組轉向通入iB的繞組再轉向通入iC的繞組,任意調換兩根電源進線，則旋轉磁場反轉。,3.旋轉磁場的極對數P,當定子每相一個繞組時：,產生一對磁極的旋轉磁場,若定子每相繞組由兩個線圈串聯(lián),形成兩對磁極的旋轉磁場,。,繞組的分布如圖：,iA=0, iB0,同理：若定子每相繞組由 n 個線圈串聯(lián),則: 形成 n 對磁極的旋轉磁場。,P = 2,P = n,4.旋轉磁場的轉速,p=1時:,電流每變化一個周期，旋轉磁場在空間旋轉一圈,電流每秒

5、變化 f1周期, 工頻： f1 =50HZ,同步轉速：,p=2時:,電流每變化一個周期，旋轉磁場在空間旋轉半圈,同步轉速：,p=p時:,電流每變化一個周期，旋轉磁場在空間旋轉1/n圈,同步轉速：,旋轉磁場的轉速稱為同步轉速，記為 n0,旋轉磁場轉速n0與極對數 p 的關系,7. 2. 2 電動機的轉動原理,A,X,Y,C,B,Z,定子三相繞組通入三相交流電,感應電動勢 E20,電磁力F,結論： 轉子的轉動方向與磁場旋轉的方向一致 轉子轉速 n 不可能達到與旋轉磁場的轉速 n n0 ( 故稱為異步電動機） （若n=n0則：轉子導體不切割旋轉磁場、無電流、無轉距 n) 改變旋轉磁場的轉向就可改變電

6、動機的轉向,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1：三相異步電動機，其額定轉速 nN =975 r/min，電源頻率 f1=50 Hz。試求電動機的極對數和額定負載下的轉差率。,解：,由nN=975 r/min可知：n0=1000 r/min , 即,p=3,額定轉差率為,7. 2. 3 轉差率,7.3 三相異步電動機的電路分析,三相異步電動機的電磁關系與變壓器類似。,定子相當于變壓器一次，轉子相當于變壓器二次。,可畫出等效電路（三相對稱，化為一相計算）,定子繞組電阻 R1 ,漏感 L1 ，,主磁通在定子感生電勢 e1,轉子繞組電阻 R2 ,漏感 L2,主磁通在轉子感生電

7、勢 e2 ,定子電路：,轉子電路：,7. 3. 1 定子電路,旋轉磁場在空間按正弦分布，切割定子和轉子繞組，感生電動勢 均為正弦量,相量式：,為每極磁通，也等于正弦磁通的最大值,N1為定子繞組的匝數, 旋轉磁場的磁通,每極磁通,旋轉磁場與定子導體間的相對速度為 n0 ，, 定子感應電勢的頻率 f1,f 1= 電源頻率 f,定子感應電勢的頻率,每切割過一對磁極，電動勢變化一周，,每分鐘割過 pn0 對磁極, 所以:,7. 3. 2 轉子電路,相量式：,f2為轉子電量的頻率, 定子感應電勢頻率 f 1 轉子感應電勢頻率 f 2,旋轉磁場與轉子導體間的相對速度為 n2 = n0n ，,每切割過一對磁

8、極，電動勢變化一周，,每分鐘割過 p(n0-n) 對磁極, 所以:,轉子感應電勢頻率,只有n=0時，f1 = f2 ，與變壓器情況相同,1. 轉子感應電勢頻率 f 2,2. 轉子感應電動勢E 2,E2= 4.44 f 2N2 = 4.44s f 1N2,當轉速 n = 0(s=1)時， f 2= f1最高，則 E2 最大，記為E20,E20= 4.44 f 1N2,轉子靜止時 的感應電勢,即E2= s E20,轉子轉動時 的感應電勢,3. 轉子感抗X 2,當轉速 n = 0(s =1)時， f 2最高，則 X2 最大，記為X20,X20= 2 f1L2,即X2= sX20,4. 轉子電流 I2

9、,5. 轉子電路的功率因數 cos2,由：,I2、cos2 隨 S 變化曲線,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。,7.4 三相異步電動機轉矩與機械特性,7. 4. 1 轉矩公式,轉子中載流導體在磁場中受力而產生電磁轉矩。,常數，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,電磁轉矩是由電磁功率轉換而來，而電磁功率與功率因數成正比。,故：,電磁轉矩公式：,將,代入上式,由：,整理，并將常數項合并為 K , 得：,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。U 1 T ,2. 當電源電壓 U1 一定時，T 是 s

10、 的函數。,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。,根據轉矩公式,得特性曲線：,7. 4. 2 機械特性曲線,電動機在額定負載時的轉矩。,1、額定轉矩TN與額定功率PN,三個重要轉矩討論,額定轉矩,(N m),電動機的額定功率PN為電機軸輸出的額定機械功率。,電動機的機械轉距與機械功率的關系。,轉動角速度,電動機的電磁轉距T與輸出機械轉距T2的關系。,（T0為空載損耗轉距）,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,2.最大轉矩 Tmax,注意：轉子軸上機械負載

11、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。,臨界轉差率,代入轉矩公式，可得:,過載系數(能力),電機嚴重過熱而燒壞。,一般三相異步電動機的過載系數為,3. 起動轉矩 Tst,電動機起動時(n=0或s=1)的轉矩。,Tst體現(xiàn)了電動機帶載起動的能力。,起動能力可用系數Kst描述,起動時s=1,若 Tst T2電機能起動，否則不能起動。,討論: U1 和 R2變化對機械特性的影響：,(1) U1對機械特性的影響,當U1變化時： Tm變化，Tst變化, Sm不變,當U1時：若負載 T2不變，,則：Sn,(2) R2變化對機械特性的影響,若 R2變化：Sm變化,

12、Tm不變,當 R2時：Sm，Tst,負載T2一定時：,若 R2Sn,繞線式電機改變轉子附加電阻R2 可實現(xiàn)調速。,對繞線式電機改變轉子附加電阻 R2 , 可增大Tst，最大可使Tst =Tmax 。,4. 電動機的運行分析,硬特性：負載變化時，轉速變化不大，運行特性好，適于金屬切削。,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，適于重載啟動。,穩(wěn)定工作區(qū)：,此過程中， n sE2 I2 I1 電源提供的功率自動增加。,T2,T2 T,T =T2,n (s),設負載轉距為T2，轉速為n，電機運行與a點（T=T2),若負載轉距變化時,T,達到新的平衡，電機運行與b點,7.5 三相異步

13、電動機的起動,7. 5. 1 起動性能,一般中小型鼠籠電動機的 IstIN= 5 7 (指線電流）,影響：,起動： n = 0，s =1, 接通電源。,起動時 ，n = 0，轉子導體相對與旋轉磁場的速度為n0,E2大,I2大,起動電流 I1大（記為Ist),1、起動電流,切割速度最大,一般電動機的 Tst TN= (1.02.2) 。,2、起動轉矩,起動時 ，I2大，但cos2小,所以起動轉矩并不大。,指電動機起動時定子的線電流，記為 Ist 。,7.5.2 起動方法,(1) 直接起動,(2) 降壓起動：,星形-三角形(Y ) 換接降壓起動,自耦降壓起動,（適用于鼠籠式電動機）,(3) 轉子串

14、電阻起動,（適用于繞線式電動機）,二、三十千瓦以下的異步電動機可采用直接起動。,將異步電動機直接接到額定電壓電源上啟動。,起動時，將異步電動機接到低于額定電壓電源上。,設：電機每相阻抗為,1. 降壓起動,(1) Y 換接起動,降壓起動時的電流 為直接起動時的,Y 起動器接線簡圖,靜觸點,Y 起動器接線簡圖,Y起動,Y 起動器接線簡圖, 工作,(a) 僅適用于正常運行為三角形聯(lián)結的電機。,Y 換接起動適合于空載或輕載起動的場合,Y- 換接起動應注意的問題,(2) 自耦降壓起動,L1,L3,L2,FU,Q,Q2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

15、閘開關Q,Q2,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。,設自耦變壓器的變比為 k,降壓后起動轉距Tst為,分析：,啟動電流：,啟動轉距：,若降壓啟動,直接啟動,折算到變壓器原方,R,R,R,定子,轉子,起動時將適當的R 串入轉子電路中，起動后將R 短路。,起動電阻,2.繞線式電動機轉子電路串電阻起動,若R2選得適當，轉子電路串電阻起動既可以降低起動電流，又可以增加起動轉矩。,常用于要求起動轉矩較大的生產機械上。,R2 Tst ,轉子電路串電阻起動的特點,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,三相異步電動機的正、反

16、轉,7.6.1 變頻調速,變頻調速方法:,f1f1N時，應采用恒轉距調速：保持f1U1不變,f1f1N時，應采用恒功率調速：保持U1 U1N,頻率調節(jié)范圍：0.5幾百赫茲,7.6 三相異步電動機的調速,(可實現(xiàn)無級調速),通過改變旋轉磁場級對數 p 實現(xiàn)調速,P=2,7.6.2 變極調速 (有級調速),改變級對數的方法：改變繞組的接法,P=1,采用變極調速方法的電動機稱作雙速電機,變級后，n0增加一倍，轉速約增加一倍,缺點:,繞線式電動機轉子串聯(lián)電阻,7.6.3 變轉差率調速,優(yōu)點:,調速平滑、設備簡單投資少，,能耗較大。,7.7 三相異步電動機的制動,7.7.1 能耗制動,電氣制動:,電磁轉

17、距與轉向相反,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。,停車時，將接入電動機的三相電源線中的任意兩相對調，旋轉磁場反向。,7.7.2 反接制動,轉子接近停止轉動時，應迅速切斷電源。,注意：,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。,7.7.3 發(fā)電反饋制動,電動機進入發(fā)電狀態(tài)，將外力作用于轉子的能量轉換成電能回送給電網。,n n0,7.8 銘牌數據、技術數據及計算舉例,1. 型號,例如： Y 132 M4,用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數。,教材表7.8.1中列出了各種電動機的系列代號。,異步電動機產品名稱代

18、號,2. 接法,接線盒,定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常,Y 聯(lián)結, 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 / 11.64 A 表示星形聯(lián)結下電機的線電流為 6.73A；三角形聯(lián)結下

19、線電流為 11.64A。兩種接法下相電流均為 6.73A。,5. 功率與效率,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,三相異步電動機的功率因數較低，在額定負載 時約為 0.7 0.9。空載時功率因數很低，只有 0.2 0.3。額定負載時，功率因數最高。,7. 額定轉速,電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉速。,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

20、，分 為A、E、B、F、H五級，A級最低(105C)，H級最高(180C)。,一臺Y225M-4型的三相異步電動機，定子繞組型聯(lián)結，其額定數據為：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7.5.1:,1) 求 額定電流 IN,解:,輸入電功率：,效率： N = P2NP1N,得：,由nN=1480r/min，可知 p=2 （四極電動

21、機）,2）求額定轉差率 sN,3）求額定轉矩 TN 、最大轉矩Tmax 、和起動轉矩TN,例7.5.2:,在上例中 ：如果負載轉矩為 510.2Nm,在U=UN時，Tst = 551.8Nm 510.2 N. m,不能起動,Ist =7IN=784.2=589.4 A,能起動,(1) 試問：,在U=UN時，電動機能否起動？,試問：,在U= 0.9UN 時，電動機能否起動？,(2)試問：,采用Y- 換接起動時，求起動電流和起動轉矩,解：,解：,解：,在80%額定負載時,不能起動,在50%額定負載時,可以起動,(3)試問：,采用Y- 換接起動，當負載轉矩為起動轉矩的80%和50%時，電動機能否起動

22、？,解：,上例中，若電動機采用自耦變壓器降壓起動，設起動時加到電動機上的電壓為額定電壓的64%，求這時的線路起動電流Ist和電動機的起動轉矩Tst。,解：,變壓器的變比為 k = UN / 0.64 UN = 1 / 0.64,例7.5.3:,已知起動電流 Ist7IN589.4 A,單相異步電動機使用單相交流電源，主要應用于電動工具、洗衣機、冰箱、空調、電扇等小功率電器中。,定子,定子 繞組,轉子,7.11 單相異步電動機,單相異步電動機的定子中放置單相工作繞組,轉子一般用鼠籠式。,電容分相式異步電動機的定子中放置有兩個繞組，,7.11.1 電容分相式異步電動機,一個是工作繞組 AA，另一個

23、是起動繞組 BB ,兩個繞組在空間相隔90。,起動時， BB 繞組經電容接電源，兩個繞組的電流相位相差近90，即可獲得所需的旋轉磁場。,設兩相電流為,正弦波形如圖所示。,工作繞組,起動繞組,兩相旋轉磁場,動畫,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BB斷電。,M ,7.11.2 罩極式單相異

24、步電機,定子繞組,鼠籠式轉子,短路環(huán),極掌(極靴),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。,本章結束,下一章,總目錄,結束放映,7.9.1 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

25、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。,7.9 三相異步電動機的選擇,7.9.2 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。,7.9.3 電壓和轉速的選擇,根據電動機的類型、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。,單相異步電

26、動機主要應用于電動工具、洗衣機、電冰箱、空調、電風扇等小功率電器中。單相異步電動機的定子中放置單相繞組,轉子一般用鼠籠式。 定子繞組中通入單相交流電后, 形成脈動磁場，若不采取措施，將無法獲得所需的起動轉矩。,定子,定子 繞組,轉子,7.11.1 單相異步電動機的工作原理,7.11 單相異步電動機,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,脈動磁場的分解,正反向旋轉磁場的合成轉矩特性,合成轉矩,(正向),(反向),鼠籠式轉子 導條及電流,當定子繞組產生的合成磁場增加時，根據 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。,A,A,為了獲得所需的起動轉矩，單相異步電動 機的定子進行了特殊設計。常用