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第八章第八章 异步电动机异步电动机第八章第八章 异步电动机异步电动机7.1 三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造7.2 三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理7.3 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析7.4 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据7.5 三相异步电动机的转矩与机械特性三相异步电动机的转矩与机械特性交流电动机交流电动机电动机电动机直流电动机直流电动机鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式异步机异步机同步机同步机他励、并励、串励、复励他励、并励、串励、复励鼠笼式异步交流电动机授课内容：鼠笼式异步交流电动机授课内容：基本结构、工作原理、基本结构、工作原理、机械特性、控制方法机械特性、控制方法 电动机的分类电动机的分类异步电动机的模型：异步电动机的模型：微型三相异步电动机的实体照片：微型三相异步电动机的实体照片：定子线圈与机壳等定子线圈与机壳等定子铁芯定子铁芯定子绕组定子绕组接接线线盒盒电电枢枢电电枢枢8.1 三相异步电动机的构造三相异步电动机的构造磁铁磁铁闭合闭合线圈线圈磁极旋转磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势导线切割磁力线产生感应电动势导线长导线长磁感应强度磁感应强度切割速度切割速度（右手定则）（右手定则）闭合导线产生电流闭合导线产生电流 i（左手定则）（左手定则）通电导线在磁场中受力通电导线在磁场中受力1.线圈跟着磁铁转线圈跟着磁铁转两者转动方向一致两者转动方向一致 结论：结论：异步异步2.线圈比磁场转得慢线圈比磁场转得慢三相异步机的结构三相异步机的结构YBZXAC转子转子定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）机机 座座转子：在旋转磁场作用下，转子：在旋转磁场作用下，产生感应电动势或产生感应电动势或 电流。电流。三相定子绕组：产生旋转磁场。三相定子绕组：产生旋转磁场。线绕式线绕式鼠笼式鼠笼式鼠笼转子鼠笼转子 旋转磁场的产生旋转磁场的产生AYCBZ异步电机中异步电机中,旋转磁场代替了旋转磁极旋转磁场代替了旋转磁极()电流出电流出()电流入电流入X8.2 8.2 三相异步电动机的转动原理三相异步电动机的转动原理AXYCBZAXBYCZ合成磁场方向：合成磁场方向：向下向下XBZAYCAXYCBZAXYCBZ同理分析，可得其它电流角度同理分析，可得其它电流角度下的磁场方向：下的磁场方向：旋转方向旋转方向：取决于三相电流的相序。：取决于三相电流的相序。改变电机的旋转方向：换接其中两相改变电机的旋转方向：换接其中两相旋转磁场的旋转方向旋转磁场的旋转方向旋转磁场的转速大小旋转磁场的转速大小 一个电流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过360。则。则 同步转速（旋转磁场的速度）为：同步转速（旋转磁场的速度）为：AXYCBZAXYCBZAXYCBZ极对数（极对数（P）的概念）的概念AXBYCZ此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1。即：即：AXYCBZ极对数（极对数（P）的改变）的改变CYABCXYZAXBZ 将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两将每相绕组分成两段，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。对磁极。AXBYCZ极对数极对数CYABCXYZAXBZ极对数和转速的关系极对数和转速的关系三相异步电动机的同步转速三相异步电动机的同步转速极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速分）转/(600pfn=电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速电动机转速:电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但但 异步电动机异步电动机无转距无转距转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流无转子电流提示：如果提示：如果 转差率转差率 s的概念：的概念：异步电机运行中异步电机运行中:转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差。即：电动机起动瞬间电动机起动瞬间:（转差率最大）（转差率最大）8.3 8.3 三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电路分析i2转、定子电路转、定子电路R1R2i1u1e1e 1e2e 2 ：主磁通：主磁通产生的感应电动产生的感应电动势。势。：主磁通产：主磁通产生的感应电动势。生的感应电动势。e1e2、e 1e 2、设：设：则：则：定子边：定子边：R1R2i1u1e1e 1e2e 2同理得转子边：同理得转子边：转子感应电动势的频率：转子感应电动势的频率：转子线圈匝数：转子线圈匝数取决于转子和旋转磁场的相对速度取决于转子和旋转磁场的相对速度R1R2i1u1e1e 1e2e 2其中其中转子功率因数转子功率因数8.4 8.4 三相异步电动机铭牌与技术数据三相异步电动机铭牌与技术数据1.型号型号 Y 132M4 磁极数磁极数(极对数极对数 p=2)同步转速同步转速1500转转/分分8.4.2 联接方式：联接方式：Y/接法：接法：Y 接法：接法：接法：接法：ABCZXYABCZXYABCXYZAZBYXCABCXYZ接线盒：接线盒：8.4.3 额定电压：定子绕组在额定电压：定子绕组在指定接法指定接法下应加的下应加的线电压线电压.线线电电压压AZBYXC线线电电压压ABCXYZ例：例：380/220 Y/是指：线电压为是指：线电压为380V时采用时采用Y接法；接法；当线电压为当线电压为220V时采用时采用 接法。接法。说明：一般规定电动机说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低的运行电压不能高于或低于额定值的于额定值的 5。电压波动对电动机的影响电压波动对电动机的影响8.4.4 额定电流：额定电流：定子绕组在定子绕组在指定接法指定接法下的下的线电流。线电流。如：如：表示三角接法下，电机的线电流为表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电流为，相电流为6.48A；星形接；星形接法时线、相电流均为法时线、相电流均为6.48A。其中其中鼠笼电机鼠笼电机=7293 8.4.5 功率与效率：功率与效率：额定功率指电机在额定运行时轴上输出的额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率功率（），不等于从电源吸收的功率（），不等于从电源吸收的功率（）。两者的）。两者的 关系为：关系为：额定负载时一般为额定负载时一般为0.7 0.9 ，空载时功率因数很低约为空载时功率因数很低约为0.2 0.3。额定负载时，功率因数最大。额定负载时，功率因数最大。注意：实用中应选择合适容量的电机，注意：实用中应选择合适容量的电机，防止防止“大马大马”拉拉“小车小车”的现象。的现象。8.4.6 功率因数功率因数(cos 1)：P2PNcos 1转差率转差率8.4.7 转速转速:电机轴上的转速（电机轴上的转速（n)。如：如：n=1460 转转/分分8.4.8 绝缘等级绝缘等级 绝缘等级是按照电动机绕组所用的绝缘材料在使用时绝缘等级是按照电动机绕组所用的绝缘材料在使用时允许的极限温度来分允许的极限温度来分等级的。所谓极限温度，是指电机等级的。所谓极限温度，是指电机绝缘结构中最热点的最高允许温度。在绝缘结构中最热点的最高允许温度。在Y系列电机中，采系列电机中，采用用B级绝缘，极限温度为级绝缘，极限温度为130。其他。其他绝缘绝缘材料的极限温材料的极限温度度参数见书本参数见书本P149页，不一页，不一 一介绍。一介绍。8.4.9 工作方式工作方式 电动机的工作方式分为连续、短时和断续周期工作电动机的工作方式分为连续、短时和断续周期工作方式方式3种。对于不同工作方式的电动机，使用时要注种。对于不同工作方式的电动机，使用时要注意不可随便乱用。意不可随便乱用。8.5 8.5 三相异步电动机的转矩与机械特性三相异步电动机的转矩与机械特性8.5.1 电磁转矩公式电磁转矩公式 电磁转矩电磁转矩 T：转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受到电磁力所形成的转距之总和。受到电磁力所形成的转距之总和。常数常数每极磁通每极磁通转子电流转子电流转子功率因数转子功率因数将其中参数代入：将其中参数代入：得到得到转矩公式转矩公式8.5.2 机械特性曲线机械特性曲线根据转矩公式根据转矩公式10n0Tn得特性曲线：得特性曲线：电动机的自适应负载能力电动机的自适应负载能力 电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为自适应负载能力。这种能力称为自适应负载能力。常用特常用特性段性段n0nT 自适应负载能力是自适应负载能力是电动机区别于其它动力机械的重要特点。（如：电动机区别于其它动力机械的重要特点。（如：柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载。）柴油机当负载增加时，必须由操作者加大油门，才能带动新的负载。）直至新的平衡。此过程中，直至新的平衡。此过程中，时，时，电源提供的功率自动电源提供的功率自动增加。增加。三个重要转矩三个重要转矩n0Tn额定转矩额定转矩 ：电机在额定电压下，以额电机在额定电压下，以额定转速定转速 运行，输出额运行，输出额定功率定功率 时，电机转轴时，电机转轴上输出的转矩。上输出的转矩。(1)nN（牛顿（牛顿米）米）如果如果 电机将会电机将会因带不动负载而停转。因带不动负载而停转。最大转矩最大转矩 ：(2)电机带动最大负载的能力。电机带动最大负载的能力。n0Tn求解求解过载系数：过载系数：三相异步电动机三相异步电动机 工作时，一定令负载转矩工作时，一定令负载转矩 ，否则电机将停转。致使，否则电机将停转。致使注意：注意：（1）三相异步机的）三相异步机的 和电压的平方成正比，所和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化。（2）电机严重过热电机严重过热起动转矩起动转矩 ：(3)电机起动时的转矩。电机起动时的转矩。n0Tn体现了电动机带载起动的能力。若体现了电动机带载起动的能力。若 电机能电机能起动，否则将起动不了。起动，否则将起动不了。其中其中则则 机械特性和电路参数的关系机械特性和电路参数的关系和电压的关系和电压的关系结论：结论：和转子电阻的关系和转子电阻的关系R2的的 改变改变：鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电机外接电阻不同。鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电机外接电阻不同。令：令：得：得：结论：结论：机械特性的软与硬机械特性的软与硬 硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起 动特性好。动特性好。硬特性硬特性 （R2小）小）软特性软特性（R2大）大）不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。动则选软特性电机。8.6 8.6 三相异步机的起动三相异步机的起动起动电流起动电流 ：中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍。倍。定子电流定子电流 原因：起动时原因：起动时 ，转子导条切割磁力线速度很大。，转子导条切割磁力线速度很大。转子感应电势转子感应电势转子电流转子电流大电流使电网电压降低大电流使电网电压降低 影响其他负载工作影响其他负载工作频繁起动时造成热量积累频繁起动时造成热量积累 电机过热电机过热影响：影响：三相异步机的起动方法：三相异步机的起动方法：（1）直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般直接起动。二三十千瓦以下的异步电动机一般 采用直接起动。采用直接起动。（2）降压起动。降压起动。Y 起动起动自耦降压起动自耦降压起动（3）转子串电阻起动。）转子串电阻起动。以下介绍以下介绍Y 起动和转子串电阻起动。起动和转子串电阻起动。Y 起动：起动：正常正常运行运行AZBYXC 起动起动ABCXYZ设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为AZBYXC正常正常运行运行UPABCXYZ起动起动UP（2）Y 起动应注意的问题：起动应注意的问题：（1）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。）仅适用于正常接法为三角形接法的电机。所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合所以降压起动适合于空载或轻载起动的场合Y 起动起动。转子串电阻起动转子串电阻起动起动时将适当的起动时将适当的R串入转子绕组中，起动后将串入转子绕组中，起动后将R短路。短路。转子串电阻起动的特点：转子串电阻起动的特点：适于转子为线绕式的电动机起动。适于转子为线绕式的电动机起动。（1）（2）R2选的选的适当适当，转子串电阻既可以降低起动电流，转子串电阻既可以降低起动电流，又可以增加起动力矩。又可以增加起动力矩。8.7 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速1.改变极对数改变极对数 有级调速。有级调速。2.改变转差率改变转差率 无级调速无级调速调速方法：调速方法：ST3.改变电源频率改变电源频率(变频调速变频调速)无级调速无级调速 此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）结束。源（常由整流器、逆变器等组成）结束。7.8.1 能耗制动能耗制动 7.8.2 反接制动反接制动：停车时，将电动机接电源的任意：停车时，将电动机接电源的任意两相反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，以达制动的两相反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，以达制动的目的；目的；8.8 8.8 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动注意：注意：反接制动时，定子旋转磁埸与转子的相对转速很大，即切割磁力反接制动时，定子旋转磁埸与转子的相对转速很大，即切割磁力线的速度很大，造成线的速度很大，造成I2上升，从而引起上升，从而引起I1上升。为了限制电流，上升。为了限制电流，在制动时，要在定子中串适当的电阻。在制动时，要在定子中串适当的电阻。2).发电反馈制动：发电反馈制动：令电机转子的转速超过旋转磁场令电机转子的转速超过旋转磁场的同步转速，便会产生制动转矩。的同步转速，便会产生制动转矩。M3+-运行运行制动制动n F转子转子1).能耗制动能耗制动：停车时，断开交流电源，接至直流电源上，产生制动转矩；：停车时，断开交流电源，接至直流电源上，产生制动转矩；n Fno