1、4.1 三相异步电动机的结构及转动原理,4.2 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性,4.3 三相异步电动机的控制,4.4 三相异步电动机的铭牌数据,异步电动机,第 4章,4.1 三相异步电动机的结构及转动原理,4.1.1 三相异步电动机的结构,4.1.2 三相异步电动机的工作原理,异步电动机是把交流电能转变为机械能的动力机械，广泛应用于工业（如：机床、纺织机械、起重机、矿山机械等）、农业（脱粒机、粉碎机、水泵及加工机械等）、家用电器（电风扇、空调、洗衣机、电冰箱及小功率电动工具等）。,电动机,发电机,电机,直流电机,交流电机,同步电机,异步电机 （笼型、 绕线型）,特殊电机,三相异步电机,单相
2、异步电机,本章重点介绍三相异步电机。,三相异步电机,接线盒,转轴,4.1.1 三相异步电动机的结构,机座,定子铁心,定子绕组,接线盒,端盖,罩壳,风扇,转子,此外，还有端盖、轴承、风扇等部件。,转轴,主要部件是由定子和转子两大部分组成。,三相异步机的结构,转子,1.定子三相异步电动机的定子是由机座、定子铁心和定子绕 组组成。,定子绕组,机座,铁心,定子铁心冲片,U1,U2,三相定子绕组,（U相）,2. 转子,根据转子绕组结构的不同分为：,三相异步电动机的转子是由转子铁心、转子绕 组和转轴组成。,转子铁心冲片,铁心,转子绕组,转轴,笼型转子,去掉铁心后的转子导条,（转子铁心槽内嵌有铸铝导条）,笼
3、型转子,绕线型转子,（转子铁心槽内嵌有三相绕组）,鼠笼式转子,绕线式转子,4.1.2 三相异步电动机的工作原理,异步电动机模型,1.旋转磁场的产生,三相异步电动机的定子铁心中放入三相定子绕 组。,定子绕组,U1,U2,V1,V2,W1,W2,定子绕组Y接,接入三相对称电源。,t =0 iu= 0 iv为负值 iw为正值,t=0,360,240,120,t = 120,t = 240,t = 360,N,S,N,N,N,S,S,S,空间相差120 角的三相绕组，通入对称三相电流时，产生的是一对磁极的旋转磁场，磁场的旋转方向与绕组中电流的相序一致。,如果改变流入三相绕组的电流相序,就能改变旋转磁场
4、的旋转方向，三相异步电动机的旋转方向也就跟着改变。,如果电流的相序为U-V-W-U 则旋转磁场为顺时针方向。,n1,2.磁场的旋转方向,与绕组中电流的相序一致U-V-W-U。,t=0,360,240,120,t = 240,绕组中电流的相序为U- W - V -U，磁场逆时针旋转。,把三相异步电动机的三根线任意调换两根与电源相接，电动机旋转方向反向。,t = 360,旋转磁场的磁极对数p与取决于三相定子绕组的结构和连接方式。,3. 旋转磁场的磁极对数 p,4. 旋转磁场的转速n0,(转/每分）,电源频率,电动机的磁极对数,+,转子 转速n,旋转的磁场可以带动转子同方向旋转,异步电动机原理图,转
5、子,定子,磁场转速n1,n,三相异步电动机转子在旋转磁场的作用下转动起来，其转向与旋转磁场的转向相同。,磁场转 速n1,转子,感应电动势(电流),5. 电动机的转动原理,n = (1s) n1,转差率：,0 s ,sN= 0.01 0.06,例 一台额定转速为1450r/min的三相异步电动机，求：额定转差率。,解：,因为sN= 0.01 0.06，所以该电动机为4极电机，旋转磁场转速为1500 r/min。,某三相异步电动机额定转速（即转子转速）n=950r/min，试求工频情况下电动机的额定转差率及电动机的磁极对数。,磁极对数,额定转差率为：,由于电动机的额定转速接近于同步转速，所以可得电
6、动机的同步转速,例：,4.2 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性,4.2.1 三相异步电动机的电磁转矩,4.2.2 三相异步电动机的机械特性,4.2.1 三相异步电动机的电磁转矩,电动机的电磁转矩是由转子电流的有功分量和定子旋转磁场相互作用产生的。,电磁转矩的大小与转子电流的有功分量(I2a)、旋转磁场的强弱(0)成正比。,与电动机结构有关的常数,转子回路的功率因数,电磁转矩与电动机参数之间的关系：,电动机结构常数,U1 电动机电源电压，电源电压波动对电动机的转矩影响很大。,R2 电动机转子绕组电阻。,X20 电动机转子不转时，转子绕组的漏抗。,S 电动机的转差率。,4.2.2 三相异步电动机
7、的机械特性,S,Tem,1,0,Tem = f (S),TN 额定转矩,Tm 最大转矩,Tst 起动定转矩,电动机的电磁转矩与转差率之间的关系,当 U1 、R2 、X20为固定值时，,机械特性:,电动机的电磁转矩与转速之间的关系曲线。,Tem = f (S),n = f (Tem),三相异步电动机的机械特性,稳定运行时，电动机轴上输出的转矩等于负载转矩 Tem T2,稳定运行区域：AB段 当负载转矩发生变化时，电动机能自动调节到新的稳定运行状态。,1. 额定转矩TN,电动机额定运行时的转矩,PN 单位：千瓦（kW）,nN 单位：转每分（r/min）,TN 单位：牛米（N m）,例: 有两台功率
8、相同的异步电动机，一台PN=7.5 kW，nN=962r/min，UN=380V，另一台PN=7.5 kW，nN=1450r/min，UN=380V，求电动机额定转矩。,解 : 第一台,第二台,2. 最大转矩Tm,令,代入得:,sm R2而与U1无关,Tm U12而与R2 无关,3. 起动定转矩Tst,过载能力 (最大转矩倍数),Y系列三相异步电动机T 2 2.2,起动瞬间 n=0，s=1,当负载转矩 T2Tst 时，电动机可带负载起动。,起动转矩倍数,Tst 起动转矩越大，起动就越迅速。,Y系列三相异步电动机 K st 1.7 2.2,4.3 三相异步电动机的控制,4.3.1 电动机的起动控
9、制,4.3.2 电动机的制动控制,4.3.3 电动机的调速控制,4.3.1 三相异步电动机的起动,对电动机起动的要求:,起动过程:电动机接通电源后，转速由零增至稳定运行状态的过程。,起动转矩大,起动电流小,起动时间短,起动过程的特点:,2. 转子绕组的功率因数低，起动转矩不大。,笼型电动机常用起动方法:,直接起动,降压起动,1. 起动电流是额定电流的6 7倍。,一、直接起动(全压起动),直接起动线路,缺点：起动电流大。,控制电路简单，投资少，起动时间短。,优点：,允许直接起动的条件：,因为起动电流大，引起的线路压降就大，可能影响到其他设备的正常工作，所以大容量电动机不允许直接起动。,：电动机起
10、动电流倍数,二、降压起动,1. Y- 换接起动,电动机在起动时接成Y联结，正常运行时接成联结。只适用于工作时接的电动机。,Q1,缺点：起动转矩小。,设备简单，成本低，操作方便，动作可靠。每相定子绕组承受相电压起动，起动电流小。,优点：,Q2,2. 自耦补偿器降压起动,三相自耦变压器,如果自耦变压器的变比为Ka,采用自耦变压器的起动电流、起动转矩为：,绕线式电动机起动时，可在转子绕组中串入电阻，可减小起动电流，还可以增大起动转矩。,3. 转子串电阻起动,绕线式电动机适用于要求起动转矩大的生产机械，如卷扬机、起重机等。,例: 已知一台PN=10kW，IN=20 A，UN=380 V， nN=145
11、0r/min ,接三相笼型电动机，由手册查得：Ist/ IN =7，Tst/TN =1.4，拟半载起动,电源容量为200kVA,试选择适当的起动方法,并求此时的起动转矩和起动电流。,解:,（1）直接起动,KI =7 5.75 不允许接起动。,（2）Y- 换接起动,不能采用Y- 换接起动。,例: 已知一台PN=10kW，IN=20 A，UN=380 V， nN=1450r/min ,接三相笼型电动机，由手册查得：Ist/ IN =7，Tst/TN =1.4，拟半载起动,电源容量为200kVA,试选择适当的起动方法,并求此时的起动转矩和起动电流。,解:,（3）自耦补偿器起动,由题意,设：自耦变压器
12、的变比为Ka,变压器抽头为,（抽头置于60%位置）,4.3.2 电动机的制动控制,1. 能耗制动,调节制动电流,能耗制动的特点：,制动准确、平稳、能量消耗小。但制动力较弱,且需要有直流电源。,固定磁场n1=0,制动原理,2. 反接制动,制动原理,将电源的任意两相对调，产生反向旋转磁场，产生制动转矩。,方法简单，制动效果好，但能耗大。,特点：,制动限流电阻,3. 回馈制动,电动机转速n大于旋转磁场转速n1。如起重机重物下放时。,电动机处于发电运行状态。,特点：,4.3.3 电动机的调速控制,调速方法,变频调速（笼型电动机）,变极调速（笼型电动机）,变转差率调速（绕线型电动机）,电动机的转速与电源
13、频率、电机磁极对数、转差率有关。,1.变极调速,电源频率不变，改变电动机的磁极对数 p 调速。,有级调速,P=2,定 子 绕 组 接 线,电机磁场情况,P=1,U1,U2,2. 变频调速,改变频率（f1)调整电动机的转速，属无级调速，调速性能好，但需有一套专用变频设备。,3. 变转差率调速,在绕线式电动机转子绕组中串入可调电阻R , 可改变 s 和 n。,可实现小范围无级调速，但能耗大，效率低，广泛应用于起重设备。,特点：,4.4 三相异步电动机的铭牌数据,铭牌的作用：向使用者简要说明电动机的一些额定数据和使用方法。,例：某电动机铭牌数据如下。,三相异步电动机 型号Y132 M - 4 功率7
14、.5kW 频率50HZ 电压 380V 电流15.4A 接法 转速 1440 r/min 绝缘等级B 工作方式 连续年 月 编号 电机厂,1. 型号,Y 132 M - 4,三相异步电动机,机座中心高(mm),磁极数,机座长度代号,(S短机座 ;M中机座;L长机座),2. 功率PN 额定运行时，轴上输出的机械功率。,输入功率,效率,3. 电压UN 额定运行时，定子绕组上应加的线电压。,4. 电流IN 在UN、 PN时，流入定子绕组的线电流。,5. 转速nN 在UN、 PN、 IN时，电动机转子的转速。,6. 接法,电动机三相定子绕组的接线方法。,接线盒,接线盒,接,Y接,7. 频率 fN 我国
15、电网频率为50HZ。,8. 温升及绝缘等级,电动机常用绝缘材料分为五个等级。,9. 工作方式,连续工作、短时工作、断续周期工作。,10. 其他,可从电工手册中查得,功率因数、效率、,例: 某三相异步电动机，型号为Y225M4，其额定数据如下：额定功率45kW，额定转速1480r/min，额定电压380V，效率92.3%，功率因数0.88，Ist/IN=7.0，起动系数Kst=2.2，过载系数，试求：(1)额定电流IN和起动电流Ist；(2)额定转差率SN；(3)额定转矩TN、最大转矩Tmax、起动转矩Tst。,解：(1) 4100kW的电动机通常采用380V/(三角形连接)，因此有,(2)由nN=1480r/min可知，该电动机是四极的，即p=2，n0=1500r/min 所以,
