1、6.3 三相異步電動機的基本結構,6.2 三相異步電動機的工作原理,6.5 三相異步電動機的機械特性,6.4 三相異步電動機的銘牌數(shù)據,6.6 三相異步電動機的起動,6.7 三相異步電動機的調速,6.8 單相異步電動機,教學基本要求,第 6 章 電 動 機,分析與思考,練習題,返回主頁,6.1 電機概述,1. 了解三相異步電動機的結構，分清籠式和繞線式兩種 轉子的結構特點； 2. 理解旋轉磁場和三相異步電動機的工作原理； 3. 掌握三相異步電動機改變轉子轉向的方法； 4. 理解三相異步電動機的轉矩平衡關系和功率平衡關系； 5. 理解三相異步電動機的固有機械特性以及額定狀態(tài)、 臨界狀態(tài)和起動狀態(tài)

2、的意義； 6. 了解定子電壓和轉子電阻改變時的人為機械特性； 7. 理解三相異步電動機的銘牌數(shù)據的意義； 9. 掌握三相異步電動機的起動方法；,上一頁,下一頁,返 回,教學基本要求,10. 掌握三相異步電動機的調速方法； 11. 了解單相異步電動機的工作原理和起動方法； 12. 了解三相異步電動機一相或一線斷路后的后果。,上一頁,下一頁,返 回,6.1 電機概述,發(fā)電機,直流電動機,同步電動機,鼠籠型,將機械能轉換為電能； 將電能轉換為機械能。,繞線型,電動機,交流電動機,異步電動機,電機：實現(xiàn)能量轉換或信號轉換的電磁裝置,（動力電機）,（控制電機）,單相,三相,單相,三相,6.2 三相異步電

3、動機的工作原理,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),（1）旋轉磁場的產生,（一）旋轉磁場,旋轉磁場是三相異步電動機工作的基礎。,電機是利用電與磁的相互轉化和相互作用制成的。,旋轉磁場由三相電流通過三相對稱繞組產生。,對稱：,三相對稱負載,空間對稱分布,上一頁,下一頁,返回,上一節(jié),下一節(jié),二極旋轉磁場, 極對數(shù)（p）的概念：,（2）旋轉磁場的轉速,旋轉磁場轉速 n0 同步轉速 如何改變旋轉磁場的轉速？,以 Y 型接法為例，當每相 繞組只有一個線圈時，按右圖放入定子槽內，合成的旋轉磁場只有一對磁極，則極對數(shù)為 1。 即 p = 1,上一頁,下一頁,返回,上一節(jié),下一節(jié),以 Y 型接法為例，將

4、每相繞組都改用兩個線圈串聯(lián)組成。,按下圖放入定子 槽內。 形成的磁場則是兩對磁極。 即 p = 2,上一頁,下一頁,返回,上一節(jié),下一節(jié),三相繞組,四極旋轉磁場,上一頁,下一頁,返回,上一節(jié),下一節(jié),上一頁,下一頁,返回,上一節(jié),下一節(jié),三相異步電動機的同步轉速,f 1= 50 Hz 時,不同極對數(shù)時的同步轉速如下:,同步轉速,p 為任意值時：,上一頁,下一頁,返回,上一節(jié),下一節(jié),旋轉方向：取決于三相電流的相序。,（3）旋轉磁場的轉向,旋轉磁場是沿著：,U1,V1,W1,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),i1U1， i2V1， i3W1, 與三相繞組中的三相電流的相序：L1 L2 L3

5、 一致，通入導前電流的繞組通入滯后電流的繞組。,旋轉磁場是沿著：,U1,W1,V1,i1U1， i2W1， i3V1,任意對調兩根電源進線，磁場反轉。,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),（二）工作原理,對稱三相繞組 通入對稱三相電流,旋轉磁場 (磁場能量),磁場切割 轉子繞組,轉子繞組中 產生 e 和 i,轉子繞組在磁場中 受到電磁力的作用,轉子旋轉起來,機械負載 旋轉起來,三相交流電能,輸出機械能量,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),（1）電磁轉矩的產生, 用右手定則判斷轉子繞組中感應電流的方向, 用左手定則判斷轉子繞組受到的電磁力的方向,電磁力電磁轉矩 T T 與 n0 同方向

6、。,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),工作原理示意圖,電動機轉速 n 和旋轉磁場同步轉速 n0的關系：,電機轉子轉動方向與磁場旋轉的方向一致， 但 n n0,轉差率 :,起動時: n = 0， s = 1 額定運行時: s = 0.01 0.09,稱異步電動機或感應電動機,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),0s 1,轉子轉速亦可由轉差率求得,例：一臺三相異步電動機，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(shù)和額定負載下的轉差率。,解：,根據異步電動機轉子轉速與旋轉磁場同步轉 速的關系可知：n0=1000 r/min , 即,p=3,額定轉

7、差率為,轉差率 :,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),起動時：n = 0, n = n0 轉子電磁感應最強 轉子電路電量的頻率： f2 = f1 當n n 轉子電路電量的頻率 f2 （ f1） 穩(wěn)定運行時： n = n0n很小, 轉子電路頻率的變化：,f2 = f1很小,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),（2）電磁轉矩的方向,電磁轉矩的方向與旋轉磁場的轉向一致。,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),任意對調兩根電源進線，電動機反轉。,（3）電磁轉矩 T 的大小,T U1p2,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),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

8、功率因數(shù),轉子中各載流導體在旋轉磁場的作用下,受到電磁力形成轉矩。,R2 的大小對 T 有影響,（三）轉矩平衡,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),轉軸上輸出的轉矩為: T2 = T T0,電動機穩(wěn)定運行，即勻速轉動: T2 = T L,轉矩平衡: T = T L + T0,T T L T2,若TL, TTL, n, (n0 n) , 切割加快, E2 , I2 , F , T , 至T = TL, 以較原轉速低的n 重新勻速轉動,（四）功率關系,輸出的機械功率: P2 = T2 ,空載損耗: P0 = PCu+PFe + PMe,電動機的效率:,上一頁,下一頁,返回,上一節(jié),下一節(jié),輸入

9、的電功率:,P2 = P1P0,PN：kW,nN：r/min,TN：Nm,例 ： 某三相異步電動機，極對數(shù) p = 2，定子繞 組三角形聯(lián)結，接于 50 Hz、380 V 的三相電源上工作，當 負載轉矩 TL= 91 Nm 時，測得 I1l = 30 A，P1= 16 kW，n = 1 470 r/min，求該電動機帶此負載運行時的 s 、P2 、 和。,= 87.5%,解：,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),6.3 三相異步電動機的基本結構,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),1.定子,鐵心：由內周有槽 的硅鋼片疊成。,機座：鑄鋼或鑄鐵,端蓋：固定、支撐、防護,轉子: 在旋轉磁場作

10、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。,(2) 繞線式轉子,同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),另一端分別接滑環(huán)，可外接電阻,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。,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),異步電動機的結構,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),三相籠式異步電動機的部件圖,6.4 三相異步電動機的銘牌數(shù)據,三相異步電動機 型 號 Y

11、132S6功 率 3 kW 頻 率 50Hz 電 壓 380 V 電 流 7.2 A 聯(lián) 結 Y 轉 速 960r/min 功率因數(shù) 0.76 絕緣等級 B,1.型號 Y132S6,Y系列異步機,機座中心高度,機座長度代號,2p = 6,n0 = 1 000 r/min,2. 額定功率 PN PN = 3 kW,軸上輸出機械功率的額定值,3. 額定電壓 UN UN = 380 V,定子三相繞組應施加的線電壓,磁極數(shù),上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),4. 額定電流 IN IN = 7.2A,三相異步電動機 型 號 Y132S6功 率 3 kW 頻 率 50Hz 電 壓 380 V 電 流

12、 7.2 A 聯(lián) 結 Y 轉 速 960r/min 功率因數(shù) 0.76 絕緣等級 B,定子三相繞組的額定線電流,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),6. 額定轉速nN,電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉子轉速。,5. 聯(lián)結方式,通常三相異步電動機3kW以下者，聯(lián)結成星形，4kW以上者，聯(lián)結成三角形。,三相異步電動機 型 號 Y132S6功 率 3 kW 頻 率 50Hz 電 壓 380 V 電 流 7.2 A 聯(lián) 結 Y 轉 速 960r/min 功率因數(shù) 0.76 絕緣等級 B,8. 絕緣等級,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(105C)，H

13、級最高(180C)。,7. 額定功率因數(shù)N = cosN,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),固有特性:,人為特性:,在額定電壓、額定頻率，轉子電路不外串電阻或電抗時的 T = f (s) 和 n = f (T),在改變電壓、頻率及轉子電路參數(shù)時的 T = f (s) 和 n = f (T),n = f (T),T = f (s),轉矩特性: 異步機的 T 與 s 之間的關系,機械特性: 異步機 n 與T 之間的關系,6.5 三相異步電動機的機械特性,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),和 n = (1 s) n0,（一）固有特性,轉矩特性 機械特性 固有特性,上一頁,下一頁,返 回,

14、上一節(jié),下一節(jié),（1）額定狀態(tài),在額定 UN 下， 以額定轉速 nN 運行、 輸出額定功率 PN 時， 電動機轉軸上輸出的轉矩為,機械特性,M,額定狀態(tài)說明了電動機長期運行能力。,上一頁,下一頁,返回,上一節(jié),下一節(jié),N,S,額定狀態(tài)、臨界狀態(tài)、起動狀態(tài)代表三個重要的工作狀態(tài)。,臨界轉速,臨界轉差率 sM:,Y 系列: KM = 22.2,（2）臨界狀態(tài),過載倍數(shù) KM：,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),M,N,S,機械特性,最大轉矩TM:,電動機帶動最大負載的能力,轉軸上機械負載轉矩不能大于TM ，否則將造成堵轉(停車),(3) 起動狀態(tài),TS 體現(xiàn)了電動機直接起動的能力。 若 TS

15、TL 電機能起動，否則將起動不了。,Y系列: KS = 1.62.2 KC = 5.57.0,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),機械特性,起動電流倍數(shù)：,起動轉矩倍數(shù)：,（二）人為特性,（1）降低定子電壓時的人為特性,UN,0.9UN,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),定子電壓降低時的人為機械特性,T U1p2,（2）增加轉子電阻時的人為特性,R2,R2 +R,TS +T,轉子電阻增加時的人為機械特性, 轉子串聯(lián)合適的電阻，可使 TS = TM,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),（三）機械特性的軟硬,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

16、較快，起動特性好。,硬特性,軟特性,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。,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),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。,（四）電動機的自適應負載能力,電動機工作在特性曲線的 哪一點上？ 應當運行于與負載機械特性的交點上。,上一頁,下一頁,返回,上一節(jié),下一節(jié),TL,TL,工作段,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） 。,a 點TLnI2T,直至新的平衡,I1 P1, a點,上一頁,下一頁,返回,

17、上一節(jié),下一節(jié),異步機的起動特性： 起動電流大: IS = KC IN =（57）IN 起動轉矩小: TS = KSTN =（1.62.2）TN,影響： 頻繁起動時造成熱量積累,易使電動機過熱。 大電流使電網電壓降低，影響其他負載工作。,6.6 三相異步電動機的起動,不好!,良好的起動性能: 起動電流小 起動轉矩大,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),（一）鼠籠式異步電動機的起動,（1）直接起動（全壓起動） (a) 小容量的電動機（二三十千瓦以下）； (b) 電源容量足夠大時。 （2）減壓起動 (a) Y 減壓起動： 適用于：正常運行為聯(lián)結的電動機。,起 動 時,運 行 時,上一頁,下一頁

18、,返 回,上一節(jié),下一節(jié),設：定子每相阻抗為 Z,TUp2, Y接起動的起動轉矩：, Y接起動的起動電流：,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié), Y接起動的起動轉矩為：, Y接起動的起動電流為：,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),(b) 自耦變壓器減壓起動,Ul,降壓比為:,Ul= KAUN,定子電壓：,定子電流： KA Is,線路電流： KA2Is, 自耦變壓器降壓起動的起動電 流為：, 自耦變壓器降壓起動的起動轉 矩為：,UN,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),自耦變壓器降壓起動的特點： 定子繞組接法不變，改變定子繞組的電壓； 降壓比 KA可調: 0.5、0.65、0.8；

19、 0.55、0.64、0.73,自耦變壓器降壓起動的使用條件： IsaImax （線路中允許的最大電流）； TsaTL ，適用于輕載或空載起動 否則不能采用此法。 選擇 KA的方法： KA2Is Imax KA2Ts TL,需要兩者 均滿足,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),(二)繞線式異步機的起動：,R,R,R,定子,轉子,起動電阻,起動時將適當?shù)腞 串入轉子電路中，起動后將R 短路。,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),(1) 轉子電路串電阻起動,減小起動電流 增大起動轉矩,(2) 轉子電路串頻敏變阻器起動, 頻敏變阻器： 頻率高，損耗大，電阻大； 頻率低，則反之。 轉子電路起動

20、時:, 轉子電路運行時:,f2 高，電阻大，,Ts 大， Is 小。,f2 低，電阻小，,自動切除變阻器。,R2R2,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),例1:,1),解:,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(shù)據為：PN=45kW, nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN= 0.88， KC = 7.0, Ks = 1.9，KM = 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TM 和起動轉矩TS 。,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),2）由nN=1480r/min，可知 p=2 （四

21、極電動機）,3）,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),解：,在上例中(1)如果負載轉矩為 510.2Nm , 試問在U=UN 和U =0.9UN兩種情況下電動機能否起動？（2）采用Y- 換接起動時，求起動電流和起動轉矩。 （3） 當負載轉矩為額定轉矩的80%和50%時，電動機能否Y- 換接起動？,(1) 在U=UN時 TS = 551.8Nm 510.2 N. m,不能起動,(2) IS =KCIN=784.2=589.4 A,在U= 0.9UN 時,能起動,例2:,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),在80%額定負載時,在50%額定負載時,可以起動,(3),不能起動,上一頁,下一頁,

22、返 回,上一節(jié),下一節(jié),1. 改變磁極對數(shù) p 2. 改變轉差率 s 3. 改變電源頻率 f1 (變頻調速),調速方法：,6.7 三相異步電動機的調速,有級調速,無級或有級調速,無級調速,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),在負載不變的前提下，人為改變電動機的轉速,（一）變頻調速,U、f 可 變,整流電路,逆變電路,50 Hz,fN,f1, fN,f2, f1,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),變頻調速,TL,頻率降低，轉速下降,（二）變極調速,(a) p = 2,(b) p = 1,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),每相繞組由兩個線圈組成，可串聯(lián)、并聯(lián),（三）變轉差率調速,（

23、1）變壓調速,UN,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),電壓降低，轉速下降,（2）轉子串電阻調速,R2,R2+RC,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),電阻增大，轉速下降,（一）脈振磁場 定子：單相繞組；,6.8 單相異步電動機,定子繞組,定子,轉子：鼠籠型。,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié), 定子單相繞組產生的脈振磁場的分析:,1m= 2m = m / 2, 脈振磁場的分解:,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),t4,t8,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),脈振磁場,（1）自身沒有起動轉矩 （2）轉子借助其它力量 轉動后，外力去除后仍按 原方向繼續(xù)轉動。 怎樣產生起動轉矩？,（二）工作原理,上一頁,下一頁,返 回,上一節(jié),下一節(jié),（1） 兩相起動,工作繞組,起動繞組, 原理：兩相電流,旋轉磁場,起動轉矩,上一頁,下一