1、项目三,交流电机的应用,任务一 认识三相异步电动机,任务二 三相异步电动机的运行,任务三 三相异步电动机的调速,任务四 三相异步电动机的启动、反转和制动,任务五 三相异步电动机的使用、维护和检修,任务六 单相异步电动机的应用,目录,任务一 认识三相异步电动机,学习目标,1了解三相异步电动机的特点、用途和分类。 2认识三相异步电动机的外形和内部结构，熟悉各部件的作用。 3了解三相异步电动机铭牌中型号和额定值的含义，掌握额定值的简单计算。 4熟悉三相异步电动机的工作原理。 5学会三相异步电动机的检测、接线和简单操作。,任务分析,现代各种生产机械都广泛使用电动机来驱动。由于现代电网普遍采用三相交流电
2、，而三相异步电动机又比直流电动机有更好的性价比，因此三相电动机比直流电动机使用得更广泛。三相异步电动机的外形如图3-1所示。在工矿企业的电气传动生产设备中，三相异步电动机是所有电动机中应用最广泛的一种。据有关资料统计，现在电网中的电能2/3以上是由三相异步电动机消耗的，而且工业越发达，现代化程度越高，其比例也越大，本任务主要介绍常用三相异步电动机的性能特点、基本结构、铭牌数据、工作原理。学会三相异步电动机的接线方法和简单操作技能。,图3-1 三相异步电动机的外形,相关知识,一、三相异步电动机的特点和用途 三相异步电动机具有结构简单、工作可靠、价格低廉、维修方便、效率较高、体积小、重量轻等一系列
3、优点。与同容量的直流电动机相比，三相异步电动机的重量和价格约为直流电动机的1/3。三相异步电动机的缺点是功率因数较低，启动和调速性能不如直流电动机。因此，三相异步电动机广泛应用于对调速性能要求不高的场合，在中小企业中应用特别多，例如:普通机床、起重机、生产线、鼓风机、水泵以及各种农副产品的加工机械等，如图3-2所示。,(a)普通车床,(b)摇臂钻床,(c)自动生产线,(d)万能铣床,图3-2 三相异步电动机的应用,二、三相异步电动机的结构,异步电动机由两个基本部分组成：固定部分定子；转动部分转子。图3-3为三相异步电动机的结构分解图，其中定子由机座（铸铁或铸钢）、铁心（相互绝缘的硅钢片叠成）和
4、定子绕组三部分组成。转子也是由冲成槽的硅钢片叠成，槽内浇铸有端部相互短接的铝条，形成“笼形”，故称“笼形”转子。还有一种转子是在铁心槽内嵌入三相绕组，并接成星形，通过滑环、电刷与外加电阻接通，如图3-4所示，既绕线式转子。绕线式转子在起动时接入可变电阻，正常运转时变阻器可转到零位。,图3-3三相异步电动机的结构,a）,b）,图3-4 绕线式转子a）外形 b）外接变阻器的等效电路,异步电动机只有定子绕组与交流电源联接，转子则是自行闭合的。虽然定子绕组和转子绕组在电路上是相互分开的，但两者却在同一磁路上。,三、三相异步电动机的铭牌,在异步电动机的机座上都装有一块铭牌，如图3-5所示。铭牌上标出了该
5、电动机的一些数据，要正确使用电动机，必须看懂铭牌，下面以Y112M-4型电动机为例来说明铭牌数据的含义。,图3-5 三相异步电动机的铭牌,Y系列电动机是我国20世纪80年代设计的封闭型笼形三相异步电动机，是取代JO2系列的更新换代产品。这一系列的电动机高效、节能、起动转矩大、振动小、噪音低，运行安全可靠，适用于对起动和调速等无特殊要求的一般生产机械。如切削机床、鼓风机、水泵等。,1型号,2额定频率 是指加在电动机定子绕组上的允许频率，国产异步电动机的额定频率为50Hz。 3额定电压 是指定子三相绕组规定应加的线电压值。一般应为380V。 以下各项都是指电动机在额定频率和额定电压条件下的有关额定
6、值。 4额定功率 是电动机在额定转速下长期持续工作时，电动机不过热，轴上所能输出的机械功率。根据电动机额定功率，可求出电动机的额定转矩为,Nm,（3-1）,式中 TN额定转矩（N.m）, PN额定功率(kW)， nN额定转速（r/min）。 5额定电流 是当电动机轴上输出额定功率时，定子电路取用的线电流。 6额定转速 是指电动机在额定负载时的转子转速。,7绝缘等级,是指电动机定子绕组所用的绝缘材料的等级。绝缘材料按耐热性能可分为7个等级，见表3-1。采用哪种绝缘等级的材料，决定于电动机的最高允许温度，如环境温度规定为40，电动机的温升为90，则最高允许温度为130，这就需要采用B级的绝缘材料。
7、国产电机使用的绝缘材料等级一般为B、F、H、C这4个等级。,表3-1 绝缘材料耐热性能等级,图3-6 三相笼形电动机的接线,a）星形联结,b）三角形联结,三相异步电动机定子三相绕组一般有6个引出端U1、U2、V1、V2、W1和W2。它们与机座上接线盒内的接线柱相连，根据需要可接成星形（Y）或三角形（），如图3-6所示。也可将6个接线端接入控制电路中实行星形与三角形的换接。 【例3-1】 电源线电压为380V，现有两台电动机，其铭牌数据如下，试选择定子绕组的连接方式。 (1)型号Y90S-4，功率1.lkW，电压220/380V，接法/丫，电流4.67/2.7A，转速14O0r/min，功率因数
8、0.79。 (2)型号Y112M-4，功率4.OkW，电压380/660V，接法/丫，电流8.8/5.1A，转速1440 r/min，功率因数0.82。 解：Y90S-4型电动机应接成星形 (丫)，如图3-7a所示。 Y112M-4型电动机应接成三角形 ()，如图3-7b所示。,a)星形接法 b)三角形接法 图3-7 电动机定子绕组的接法,四、三相异步电动机的工作原理,三相异步电动机的定子绕组是一个空间位置对称的三相绕组，如果在定子绕组中通入三相对称交流电，就会在电动机内部建立起一个恒速旋转的磁场，称为旋转磁场，它是异步电动机工作的基本条件。因此，有必要先说明旋转磁场是如何产生的，有什么特性，
9、然后再讨论异步电动机的工作原理。 1旋转磁场的产生 图3-8为最简单的三相异步电动机的定子绕组，每相绕组只有一个线圈，三个相同的线圈Ul-U2、V1-V2、Wl-W2在空间的位置彼此互差120，分别放在定子铁心槽中。 当把三相线圈接成星形，并接通三相对称电源后，那么在定子绕组中便产生三个对称电流，即,其波形如图3-9所示。,图3-8 三相异步电动机最简单的定子绕组,图3-9 三相电流的波形,电流通过每个线圈要产生磁场，而现在通入定子绕组的三相交流电流的大小及方向均随时间而变化，那么三个线圈所产生的合成磁场是怎样的呢?这可由每个线圈在同一时刻各自产生的磁场进行迭加而得到。,假定电流由线圈的始端流
10、入，末端流出为正，反之则为负。电流流进端用,“,”,当tT/6时，U相电流为正，由Ul端流向U2端，V相电流为负，由V2端流向Vl端，W相电流为零。其合成磁场如图3-10b所示，也是一个两极磁场，但N、S极的轴线在空间顺时针方向转了60。 当tT/3时，U相电流为正，由Ul端流向U2端，V相电流为零，W相电流为负，由W2端流向Wl端，其合成磁场比上一时刻又向前转过了60，如图3-10c所示。 用同样的方法可得出当tT/2时，合成磁场比上一时刻又转过了60空间角、由此可见，图3-10产生的是一对磁极的旋转磁场。当电流经过一个周期的变化时，磁场也沿着顺时针方向旋转一周，即在空间旋转的角度为360
11、(一转)。我们把旋转磁场在空间的转动速度定义为同步转速，用n0表示。,表示，流出端用“”表示。下面就分别取tO、T/6、,T/3、T/2四个时刻所产生的合成磁场作定性的分析 (其中T为三相电流 变化的周期)。,a) t0 b) tT/6 c) tT/3 d) tT/2,图3-10 旋转磁场的产生,上面分析充分说明，当空间互差120的线圈中通入对称的三相交流电流时， 在空间就产生一个旋转磁场。,2旋转磁场的特点根据以上分析可得到下面的结论: 1)在对称的三相绕组中，通入三相电流，可以产生在空间旋转的合成磁场。 2)磁场的旋转方向与电流的相序一致。电流按正序ABC排列时，合成磁场按顺时针方向旋转；
12、电流按逆序ACB排列时，合成磁场则按逆时针方向旋转。即旋转磁场的转向是由三相电流的相序决定的。,3)旋转磁场的转速(即同步转速)与电流频率有关，改变电流的频率可以 改变旋转磁场的转速。对两极磁场而言，电流变化一周，则合成磁场旋转一周。,3转动原理,由上面分析可知，如果在三相定子绕组中通入三相对称电流后，则在定子、转子铁心及其之间的空气隙中产生一个同步转速为n0的旋转磁场，某瞬间定子电流产生的磁场如图3-11所示，在空间按顺时针方向旋转。因转子尚未转动，所以静止的转子与旋转磁场产生相对运动，在转子导体中产生感应电动势，并在形成闭合回路的转子导体中产生感应电流，其方向用右手定则判定。在图3-11中
13、，笼型转子上方导体电流流出纸面，下方导体电流流进纸面。根据电磁力定律，转子电流在旋转磁场中受到磁场力F的作用，F的方向用左手定则判定。电磁力在转轴上形成电磁转矩。由图可见，电磁转矩的方向与旋转磁场的方向一致，使转子按旋转磁场的方向转动。,图3-11 异步电动机转动原理,应当提出，当笼型转子有导条断开或环型导条断开时，由于感应电流不能形成回路，因此，在断开处只能产生感应电动势而无感应电流。这时，电磁力将受影响，转速变得不均匀。假如多根导条断开会使转子不能转动。 显然，电动机转子转速n必须小于旋转磁场的同步转速n0。如果nn0，则转子导体与旋转磁场之间就没有相对运动，转子导体不切割磁力线，就不会产
14、生感应电流，电磁转矩为零，转子因而失去动力而减速。待到nn0时，转子导体与旋转磁场之间又存在相对运动，产生电磁转矩。因此，电动机在正常运转时，其转速n总是稍低于同步转速n0，这就是异步电动机“异步”的含义。又因为转子电流是电磁感应所产生的，所以也称为感应电动机。,a)t=0 b) t=120 c) t=240 d) t=360 图3-12 四极旋转磁场示意图,4极数与转差率,三相异步电动机的极数就是旋转磁场的极数。上面我们讨论了旋转磁场具有一对磁极，即pl（p是磁极对数）的情况。如果将定子绕组在空间的安排加以改变，即每相绕组有两个线圈串联，它们分别是,每个绕组的始末端之间相差60空间角，则产生
15、的旋转磁场就如图3-12所示具有两对磁极，即p2。同理，如果要产生三对磁极，则每相绕组必须有均匀安排在空间的三个绕组，绕组的始末端之间相差40空间角。,进一步研究两对磁极（p2）情况下的旋转磁场，如图3-12所示。我们会发现，旋转磁场的转速除了与三相电流的频率有关外，与旋转磁场的磁极数也有着密切的关系；随着磁极数增加一倍，旋转磁场的转速减慢了一半。也就是说，三相电流变化一周，磁场仅旋转了半转。如果继续研究三对磁极情况下的旋转磁场，则会发现三相电流变化一周，磁场仅旋转了三分之一周。由此，我们可以得出如下公式,(3-2),式中，n0是旋转磁场的转速，又称同步转速，单位为r/min；是三相电源的频率
16、，单位为Hz；p是磁极对数。,(3-3),转差率是分析异步电动机运动情况的一个重要参数。在电动机起动时n0，s1；当nn0时（理想空载运行），s0；稳定运行时，n接近n0，s很小，一般s在2%8%。 【例3-2】 有一台4极感应电动机，电压频率为50Hz，转速为l440r/min，试求这台感应电动机的转差率。 解 已知 p2对，50Hz，nl440r/min 旋转磁场的转速n0为,转差率s为,由于旋转磁场的同步转速直接影响到三相异步电动机转子的转速，改变同步转速n0的大小即可改变电动机的速度，所以，我们可以通过改变极对数p或电源频率来调节同步转速n0和电动机实际输出的转子转速。但是，如要改变其
17、极对数p就必须改变定子绕组的排列，而一台电动机一旦出厂投入生产使用后，是不太可能这样做的，因此通常采用改变三相电流频率的方式来调节电动机的转速，这就是我们所说的变频调速。 电动机的同步转速n0与转子转速n之差称为转差，转差与同步转速n0的比值称为转差率，用s表示，即,技能训练,训练项目 三相异步电动机的基本操作,一、任务目标 1认识并检测三相异步电动机及相关设备。 2学会异步电动机的接线和基本操作。 二、工具、仪器和设备 、 1三相调压交流电源一套。 2三相笼形转子异步电动机一台。 3三相电源开关一个。 4交流电压表和电流表各一块。 5万用表和转速表各一块。 6导线若干。 三、实训过程 1认识
18、、检测并记录三相异步电动机及相关设备的规格、量程和额定值。,图3-13 三相异步电动机及相关设备,本次实训操作需要使用如图3-13所示的三相调压交流电源、三相笼形转子异步电动机、三相电源开关、交流电压表和转速表等相关设备。三相调压交流电源可以通过旋转手柄调节输出电压的大小，开始实训前应将手柄逆时针方向调到最小位置。三相笼形转子异步电动机是实训操作的对象，通电后观察其启动、反转的情况以及转速的大小。,在使用上述设备前，先检测并记录它们的规格、量程和额定值，记录在表3-2中。,表3-2 初始数据记录表,2使用万用表检测接线盒中每相绕组的首末端。 (1)同一相绕组的首末端在接线盒中是否上下对齐? (
19、2)用万用表电阻Rl挡估测每相绕组的电阻值。,= ，,= ，,= 。,3绘制三相异步电动机的工作电路图 根据三相笼形转子异步电动机的额定值和接法确定电源电压的大小，选择交流电压表和电流表的量程，绘制三相笼形转子异步电动机的工作电路如图3-14所示。,图3-14 三相异步电动机的简单工作电路,4连接三相异步电动机的工作电路,按照所绘制的三相异步电动机工作电路接线，如图3-15所示。选择适当的仪表量程，三相交流电源调节手柄逆时针方向调到最小位置。检查电动机与测速发电机的联轴器是否连接可靠。,图3-15 三相异步电动机的接线,5通电启动三相异步电动机 经指导教师认可后，启动电源控制屏的总开关。闭合电
20、动机的电源开关S，顺时针方向旋转电压调节手柄，慢慢升高电源电压，观察异步电动机是否启动运转。将电源电压调节到额定值，观察并记录电动机转速和电流的数值。,A；,r/min。,6改变三相异步电动机的转向,在断开电源开关S的条件下，调换电动机接线盒中的任意两根电源线，电源电压调到最小位置。再闭合电动机的电源开关S，慢慢升高电源电压，观察异步电动机是否反转?转速表指针是否反向偏转?若反向偏转要及时拨动转速表的方向开关。,四、注意事项 1实训接线完毕后，必须检查导线是否与联轴器接触，防止电动机启动时拉断电线，出现安全事故。 2三相异步电动机启动前，必须将电源电压调至最小。防止电动机启动时出现大电流，对电
21、源和电流表产生冲击。 3测量前注意仪表的量程、极性及其接法是否正确。 4电动机启动后，若发现振动或噪声过大，要迅速断电，查明原因。,五、技能训练考核评分记录表 (见表3-3)。,表3-3 技能训练考核评分记录表,六、技能训练报告内容 1技能训练项目名称。 2技能训练的任务目标。 3技能训练所用的工具、仪器和设备。 4绘制实训的电路图。 5实训中记录的数据和结果。 6小结、体会和建议。,思考与练习,1三相异步电动机有什么特点? 2简述三相异步电动机的基本结构。 3简述三相异步电动机型号Y112S-2的含义。,4说明三相异步电动机名称中，“异步”“感应”的含义。 5产生旋转磁场的条件是什么?旋转磁
22、场的转向和转速由哪些因素决定? 6有一台三相四极异步电动机，电源频率为50Hz，带额定负载运行时的转差率,=0.03，求电动机的同步转速,和额定转速,7.两台三相异步电动机的电源频率为50Hz，额定转速分别为1440r/min和2910r/min，试问它们的磁极数分别是多少?额定转差率分别是多少?,任务二 三相异步电动机的运行,学习目标,1了解三相异步电动机运行时的电磁关系。 2了解三相异步电动机的机械特性。 3熟悉三相异步电动机的功率关系。 4了解三相异步电动机的工作特性。 5学会测试三相异步电动机工作特性。,任务分析,三相异步电动机空载运行时，转子的转速接近旋转磁场的转速，转子中的电流接近
23、零。转轴上的负载增大后，电动机的转速下降，转差率增大，转子导体与旋转磁场间的相对运动速度加大，转子绕组中的电流增大，从电源输入的电功率也随之增大。电动机带不同负载时，电流、转矩、功率因数、效率等参数均不同，为了高效经济地利用电动机，需要掌握分析异步电动机性能的方法。异步电动机的工作特性是用好电动机的依据，因此熟悉异步电动机的运行性能，掌握常用的测试方法是很有必要的。,相关知识,三相异步电动机的运行特性主要是指三相异步电动机在运行时，电动机的功率、转矩、转速相互之间的关系。 一、电磁转矩 所谓电磁转矩即是电动机由于电磁感应作用，从转子转轴上输出的作用力矩。它是衡量三相异步电动机带负载能力的一个重
24、要指标。 为了更好地使用三相异步电动机，我们必须要首先弄清楚电磁转矩同哪些物理量有关。由于电动机的转子是通过旋转磁场与转子绕组之间的电磁感应作用而带动的，因此电磁转矩必然与旋转磁场的每极磁通和转子绕组的感应电流I2的乘积有关。此外，它还受到转子绕组功率因数,的影响。根据理论分析，电磁转矩T可用,下式确定，即,(3-4),式中,：异步电动机的转矩常数，它与电动机的结构有关；,：旋转磁场的每极磁通量，单位为Wb；,：转子电流的有效值，单位为A；,：转子电路的功率因数。,式（3-4）没有反映电磁转矩的一些外部条件，如电源电压U1、转子转速n2以及转子电路参数之间的关系，对使用者来说，应用上式不够方便
25、。为了直接反映这些因素对电磁转矩的影响，可以对上式进一步推导（过程略），最后得出,(3-5),式中，K是与电机结构有关的常数；R2是转子电阻；X20是电动机转速n0时转子的感抗(此时转子中电流的频率为,)。,由上式可知，电磁转矩与定子每相电压U1的平方成正比，电源电压的波动对转矩影响较大。同时，电磁转矩T还受到转子电阻R2的影响。,二、空载运行与负载运行,空载运行是指在额定电压和额定频率下，三相异步电动机的轴上没有任何机械负载的运行状态。在空载运行的情况下，三相异步电动机所产生的电磁转矩仅克服了电动机的机械摩擦，风阻的阻转矩，所以是很小的。因为电动机所受到的阻转矩很小，所以电动机的转速非常接近
26、旋转磁场的同步转速n0，即nn0。在这种情况下，可以认为旋转磁场不切割转子绕组，转子绕组中的感应电动势和感应电流接近为0，转子电路相当于开路。受其影响，定子绕组中的电流I1也较小，并且I1在相位上滞后定子外加电压U1接近90，此时，电动机定子电路的功率因数较低，消耗的有功功率较少，电网提供的能量不能得到很好地利用。,当三相异步电动机轴上带有机械负载以后，电动机处于负载运行状态。在负载运行状态下，电动机除了要克服机械摩擦、风阻的阻转矩以外，还要克服外加负载在电动机轴上所产生的阻转矩。此时，电动机的转速n要下降，以同步转速n0旋转的旋转磁场与转子绕组之间的相对转速增大，于是转子绕组中的感应电动势和
27、感应电流都增大了。受其影响，电动机定子电流I1也要随着转子电流的增加而增大，定子电路的功率因数得以提高，电网输送给电动机的有功功率也随之增加，电能得到了较好地利用。,三、机械特性,在电源电压U1和转子电阻R2为定值时，三相异步电动机转子转速随着电磁转矩T变化的关系曲线,称为异步电动机的机械特性。,由于异步电动机还常常用转差率s表示转子转动的快慢，因此，机械特性也可以用电磁转矩随转差率s变化的关系曲线,来表示。图3-16示出了,机械特性曲线。下面我们通过特性曲线来对电动机的运行性能进行分析。,1起动转矩Tq及起动过程,电动机接通电源，尚未转动(n0，s1)时的转矩称为起动转矩。从图3-16上可以
28、看出，当起动转矩Tq大于转轴上的阻转矩时，转子就旋转起来并在电磁转矩作用下逐渐加速。此时，电磁转矩也逐渐增大(沿cb段上升)到最大转矩Tmax。随着转速的继续上升，曲线进入到ba段，电磁转矩反而减小。最后，当电磁转矩等于阻转矩时，电动机就以某一转速作等速旋转.,如果改变电源电压U1或改变转子电阻R2则可以得到图3-17所示一组特性曲线，从图3-17a中可知，当电源电压U1降低时，起动转矩Tq会减小。而在图3-17b中当转子电阻R2适当增大时，起动转矩也会随着增大。,起动转矩与额定转矩的比值qTq/,2额定转矩,反映了异步电动机的起动能力。一般,q0.91.8。,a)转子电阻R2为常数 b)定子
29、电压U1为常数 图3-17 对应不同电源电压和转子电阻时的特性曲线,异步电动机长期连续运行时，转轴上所能输出的最大转矩，或者说是电动机在额 定负载时的转矩，叫做电动机的额定转矩，用,表示。从物理学受力平衡的观点,出发，电,动机在匀速运行时，电动机的电磁转矩T必须与电动机负载所产生的阻,转矩Tc相平衡。若不考虑空载损耗转矩(主要是机械摩擦和风阻所产生的阻转矩)， 则可以认为电磁转矩T应该与电动机轴上输出的机械负载转矩T2相等。即,式中，P2是电动机轴上输出的机械功率，单位为W；T是电动机的电磁转矩，单位是Nm；n是转速，单位是r/min。 功率如果用千瓦为单位时，则上式变为,(3-6),从电动机
30、铭牌上的额定功率和额定转速，可以求得电动机的额定转矩,。,【例3-3】 已知某两台三相异步电动机的额定功率均为55kW，电源频率为50Hz。其中第一台电动机的磁极数为2，额定转速为2960r/min；第二台电动机的磁极数为6，额定转速为980 r/min。试求它们的转差率及额定转矩各为多少? 解： 已知电动机的额定功率为P2N1P2N255kW，频率,，极对数p11,对，p23对，额定转速为n12960r/min，n2980 r/min。,(1)因为,，,，,由上例可见，输出功率相同的电动机，磁极数越多转速越低，但转矩越大。 通常，三相异步电动机一旦起动，很快就会沿着起动特性曲线进入机械特性曲
31、线的ab段稳定运行。电动机在ab段工作时，若负载增大，则因为阻转矩大于电磁转矩，电动机转速开始下降；随着转速的下降，转子与旋转磁场之间的转差增大，于是转子中的感应电动势和感应电流增大，使得电动机的电磁转矩同时在增加。当电磁转矩增加到与阻转矩相等时，电动机达到新的平衡状态。这时，电动机以较低于前一平衡状态的转速稳定运行。 从特性图上还可以看出，ab段较为平坦，也就是说电动机从空载到满载对其转速下降很少，这种特性称为电动机的硬机械特性。具有硬机械特性的三相异步电动机适用于一般的金属切削机床。,3最大转矩Tmax 从机械特性曲线上看，转矩有一个最大值，它被称为最大转矩或临界转矩Tmax。对应为最大转
32、矩所对应的转差率称为临界转差率,用sm表示。一旦负载转矩大于电动机的最大转矩，电动机就带不动负载，转速沿特性曲线bc段迅速下降到0，发生闷车现象。此时，三相异步电动机的电流会升高67倍，电动机严重过热，时间一长就会烧毁电动机。,显然，电动机的额定转矩应该小于最大转矩，而且不能太接近最大转矩，否则电动机稍微一过载就立即闷车。三相异步电动机的短时容许过载能力是用电动机的最大转矩Tmax与额定转矩,之比来表示，我们称之为过载系数，即,Tmax/,(3-7),一般三相异步电动机的过载系数1.82.5，特殊用途(如起重、冶金)的三相异步电动机的过载系数可以达到3.33.4或更大。,最后，从图3-17还能
33、看出，三相异步电动机的最大转矩还与定子绕组的外加电压U1有关，实际上它与U12成正比。也就是说当外加电压U1由于波动变低时，最大转矩Tmax将减小。但是，转子电阻R2对最大转矩没有影响。,【例3-4】 有一台三相异步电动机，其额定数据如下：,U1380V，0.9，,40kW，n1470r/min，,2，q1.2。,，,试求：（1）额定电流；（2）,转差率；（3）额定转矩、最大转矩，起动转矩。,解 （1）,（2）由n1470r/min，nn0可知，电动机是四极的，p2，,，所以,（3）,Nm,Tmax,2259.9519.8Nm,Tqq,1.2259.9311.9Nm,四、三相异步电动机的工作特
34、性,为了正确合理地使用电动机，提高运行效率，节约能源，应利用电动机的工作特性了解不同负载情况下电动机的运行情况。,在电源电压,和频率,为额定值时，电动机的转速n、定子电流,功率因数,、,电磁转矩T以及效率与输出功率,之间的关系，称为电动机的工作特性。即,时，,的关系。上述关系曲线可以通过直接给,异步电动机加负载测得，也可以利用等值电路的参数计算得出。图3-18为三相异步 电动机的工作特性曲线。,图3-18 异步电动机的工作特性,1转速特性,三相异步电动机空载时，转子的转速n接近于同步转速,。随着负载的增加，,转速n要略微降低，这时转子电动势增大，从而使转子电流增大，以产生较大 的电磁转矩来平衡
35、负载转矩。因此，随着,的增加，转子转速n下降，,转差,率,增大。转速特性是一条硬特性。,2定子电流特性,异步电动机定子电流,，随输出负载的增大而增大，其原理与变压器一次侧电流,随负载增大而增大相似。由于气隙的原因，空载电流,比变压器大得多，约为,额定电流的20%50%。当,时，由于,降低，,增加更快。,3定子功率因数特性,异步电动机空载电流,是产生工作磁通的励磁电流，是感性的，所以空载时的功,率因数很低，一般在0.2左右，电动机轴上带机械负载后，随着输出功率的增大，功率因数逐渐提高，到额定负载时一般为0.7-0.9左右。超过额定负载时，由于转差率较大，转子的功率因数下降较多，引起定子电流中的无
36、功分量也增大，因此功率因数,趋于下降。,4电磁转矩特性,当电动机空载时，电磁转矩,，随着负载增加，,增大，由于机械角速度,变化不大，因此电磁转矩,随,的变化近似为一条直线。,5效率特性,电动机的效率是指其输出机械功率,与输入电功率,的比值，即:,其中：,为铜损耗；,为铁损耗；,为机械损耗；,为附加损耗。,空载时,=0，而,0，故=O；随着负载的增大，开始时上升很快，后因铜损耗,迅速增大 (铁损和机械损耗基本不变)，反而有所减小，的最大值一般出现在额 定负载的80%附近，中小型异步电动机的最高效率约为80%90%。,由图3-18可见，三相异步电动机在其额定负载的70%100%运行时，其功率因数和
37、效率都比较高，因此应该合理选用电动机的额定功率，使它运行在满载或接近满载的状态，尽量避免或减少轻载和空载运行的时间。,技能训练,训练项目 测定三相异步电动机的参数和工作特性,一、任务目标 1测定三相异步电动机的参数。 2用直接负载法测取三相异步电动机的工作特性。 二、工具、仪器和设备 1三相调压交流电源和直流励磁电源各一套。 2三相笼形转子异步电动机一台。 3校正直流发电机一台。 4功率表两块、交流电压表和电流表各一块。 5直流电流表两块。 6万用表和转速表各一块。 7导线若干。,三、实训过程,1绘制并连接三相异步电动机的测试电路 测试三相异步电动机参数和工作特性的参考电路如图3-19所示。电
38、路的接线如图3-20所示。图中三相笼形转子异步电动机M的额定值,，,，,接法，,，,。,校正直流测功机MG按他励直流发电机接线，,励磁调节电阻,选用1800的变阻器，负载电阻,也选用1800电阻。,电流表PAl、PA2和PA3的量程分别选用5A、lA和5A量程，电压表的量程选用 300V。转速表选用1800r/min量程。,图3-19 三相异步电动机试验参考电路,图3-20 三相异步电动机试验接线,2空载试验 (1)按图3-20接线。异步电动机绕组为接法 (,)，直接与测速发电机,同轴连接，负载电机MG不接。,(2)把交流调压器调至电压最小位置，接通电源开关S1，逐渐升高电压，使电动机启动旋转
39、，观察电动机旋转方向。如转向不符合要求，则切断电源，调整相序，使电机旋转方向符合要求。 (3)保持电动机在额定电压下空载运行数分钟，使机械损耗达到稳定后再进行试验。,(4)调节电压由1.2倍额定电压开始逐渐降低电压，直至电流显著增大为止。在此范围内读取空载电压,、空载电流,和空载功率,。共取5-6组数据记录于,表3-4中。,表3-4 异步电动机空载试验记录表,3短路试验,(1)测试接线如图3-20所示，负载电机MG不接。用制动工具把三相异步电动机堵住。 (2)调压器退至零，合上交流电源开关S1，调节调压器使之逐渐升压，直至短路电流为额定电流，再逐渐降低电压至0.3倍额定电流为止。,(3)在这范
40、围内读取短路电压,、短路电流,和短路功率,。共读取5-6组,数据记录于表3-5中。,表3-5 异步电动机短路试验记录表,4测取异步电动机的工作特性 (1)测试接线同图3-20，同轴连接负载发电机MG。,和,均调到最大值。,(2)合上交流电源开关S1，调节调压器使之逐渐升压至额定电压并保持不变。 (3)合上校正过的直流电机的励磁电源开关S2，调节励磁电流至100mA并保持不变。 (4)闭合负载开关S3，减小负载电阻,使异步电动机的定子电流逐渐上升，,直至电流上升到额定电流。,(5)从这负载开始，逐渐增大负载电阻，直至空载，断开开关S3，在这范围内读 取电动机的定子电流,、输入功率,、转速n、直流
41、电机的负载电流,等数据。,共读取6-7组数据记录于表3-6中。,表3-6 异步电动机的工作特性（,、接法、,=100mA）,四、注意事项,1空载试验时异步电动机直接与测速发电机同轴连接，负载电机MG不接。 2短路试验时，用制动工具把三相异步电动机堵住。特别注意慢慢增大电压，短路电流不要超过额定值。 3注意各个调节电阻中的电流不能超过允许值。必要时两路并联使用。,五、技能训练考核评分记录表 (见表3-7)。,表3-7 技能训练考核评分记录表,六、技能训练报告内容,1技能训练项目名称。 2技能训练的任务目标。 3技能训练所用的工具、仪器和设备。 4绘制实训的电路图。 5实训中记录的数据和结果。 （
42、1）由短路试验数据求出每相的短路参数,短路阻抗,短路电阻,短路电抗,（2）由空载试验数据求出每相励磁回路参数,空载阻抗,空载电阻,空载电抗,（3）绘制工作特性曲线,6小结、体会和建议。,思考与练习,1三相异步电动机转子轴上的机械负载发生变化时，为什么会引起定子输入电功率的变化? 2异步电动机的转子因有故障已取出修理，如果误将定子绕组接上额定电压，问将会产生什么后果?为什么? 3试分析三相异步电动机的负载增加时，定、转子电流变化趋势，并说明原因。 4三相异步电动机的电磁转矩是否会随负载而变化?如何变化？ 5如果三相异步电动机发生堵转，试问对电动机有何影响?,6一台异步电动机的额定转速为1470r
43、/min，额定功率为3OkW，Tq/TN和Tm/TN分别为2.0和2.2，试大致画出它的机械特性。 7一台三相异步电动机，其电源频率为5OHz，额定转速为1430r/min，额定功率为3kW，最大转矩为40.07Nm，求电动机的过载能力。 8三相异步电动机正常运行时，如果转子突然被卡住而不能转动，试问这时电动机的电流有何改变?对电动机有何影响? 9有一台四极三相异步电动机，已知额定功率,3kW，额定转差率,0.03，过,载系数2.5，电源频率,。求该电动机的额定转矩和最大转矩。,任务三 三相异步电动机的调速,学习目标,1熟悉三相异步电动机的调速方法。 2理解三相异步电动机每种调速方法的特点。
44、3学会三相异步电动机调速方法的正确操作。,任务分析,虽然三相异步电动机的调速性能不如直流电动机，但是它的调速方法还是很多的，而且各有千秋，分别适合于某些特定的场合。随着变频调速技术的发展，异步电动机的调速性能得到了极大的改善。熟悉三相异步电动机的调速方法，在电气技术人员的实际工作中具有非常重要的意义。,相关知识,一、三相异步电动机的调速方法,所谓调速主要是指通过改变电机的参数而不是通过负载变化来调节电机转速。,。由表达式可知,异步电动机的调速方式主要有变极调速、变频调速、变转差率调速三大类。 随着电力电子技术与器件的发展，目前交流调速系统的调速性能较以往已有 很大提高，并逐渐获得广泛应用。,三
45、相异步电动机的调速依据是：,二、变极调速,变极调速就是通过改变三相异步电动机旋转磁场的磁极对数p来调节电动机的转速。,1变极原理,采用变极调速的多速电机普遍通过绕组改接的方法实现变极，如图3-21所示。当构成U相绕组的两个线圈(组)由首尾相接的顺极性串联改接为反极性串联或反极性并联后，磁场的磁极对数p减少一半，电动机的同步转速增加一倍，这将使电动机的转速上升；反之，转速下降。,图3-21 绕组改接变极原理,2变极调速形式与特征 具体的变极方案有：星形-双星形变极 (Y-YY)、三角形-双星形变极 (-YY)，图3-22所示为这两种变极方式下绕组改接的演变过程，显然YY接法(线圈组反极性并联)对
46、应的电动机转速较高。由于变极前后绕组的空间位置并无改变，假设在YY接法下(极对数为p )三相绕组首端对应的电角度分别为0、120、240，与电源相序相同；在接法下(极对数增加为2p)相同的绕组首端空间位置对应的电角度则变为0、240、480(480=360+120，相当于 120)，恰与原电源相序相反。若要求变极前后电动机的转向不变，需要将电源任意两相对调，接入反相序电源。,图3-22 Y-YY、-YY变极绕组改接,(l)Y-YY变极调速 Y-YY变极调速绕组改接如图3-22(a)所示，若电动机在Y接法时，磁极对数为p，同步转速为,那么电动机在YY接法时，磁极对数变为p/2，同步转速为2n0,
47、。若变极,前同步转速为1500r/min，则变极后同步转速可达到3000 r/min。,Y-YY变极调速前后的机械特性如图3-23所示，其最大转矩和启动转矩的变化情况值得注意。 变极过程中，绕组自身 (除接法外)及电机结构并未改变。假设变极前后电机的功率因数和效率保持不变，线圈组均通过额定的绕组电流,，经过理论推导可得，,变极前后电机的容许输出功率及转矩分别是,、,与,、,。,（2）-YY调速,-YY变极调速绕组改接如图3-22(b)所示，其机械特性如图3-23(b)所示。经理论推导可得，变极前后电机的容许输出功率由,变为,。,图3-23 变极调速的机械特性,通过上述分析可知: Y-YY变极调
48、速具有恒转矩调速的性质；-YY变极调速则近似于恒功率调速。 变极调速设备简单、运行可靠、机械特性较硬，但调速前后电机转速变化大，对负载冲击大，属于有级调速，一般用于多速电机拖动机床部件或其他耐受转速冲击的设备上。,三、变频调速,改变异步电动机的定子电源频率,(变频)也可以调节电动机转速。变频调速,具有调速平滑、调速范围大、准确性及相对稳定性高 (尤其低速特性较硬，抗 扰动能力强)、可根据负载要求实现恒功率或恒转矩调速等优点，但需要比较昂 贵却又关键的半导体变频设备，技术及操作要求高，运行维护难度大。,变频调速大大改善了廉价的笼型电动机的调速性能，发展前途广阔。由于笼型电动机在设计工作状态下的综合性能较好，从电机本身来看，调速时一般希望主磁通,保持不变；从拖动负载的角度看，又希望电机的过载能力,不变。如果主磁通变大，则可能会因为电机磁路过于饱和引起过大的励磁电流而损害电机；若调速过程中，主磁通过小则电磁转矩将下降，电机的设计容量得不到充分利用。如果因调速使电机过载能力减小，也会影响电机运行的稳定性及调速的准确性。,设调速前后电机的定子电压、电源频率分别为,
