1、7.1 三相异步电动机的构造,第7章 交流电动机,7.2 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,7.4 三相异步电动机转矩与机械特性,7.5 三相异步电动机的起动,7.6 三相异步电动机的调速,7.7 三相异步电动机的制动,7.8 三相异步电动机铭牌数据,7.9 三相异步电动机的选择(自学),7.11 单相异步电动机,7.10 同步电动机(略),1. 了解三相交流异步电动机的基本构造和转动原理。,本章要求：,2. 理解三相交流异步电动机的机械特性，掌握起动和反转的基本方法, 了解调速和制动的方法。,3. 理解三相交流异步电动机铭牌数据的意义。,第7章 交流电动机,电动机的
2、分类：,第7章 交流电动机,结构简单、价格低廉、坚固耐用、维护方便、应用广泛。,(1)异步电动机：,主要用于功率较大，不需调速，长期工作的场合。如：压缩机、水泵、通风机等。,(2)同步电动机：,(3)直流电动机：,调速均匀、但价格较高。,1.定子,7.1 三相异步电动机的构造,铁心：由内周有线槽 的硅钢片叠成。,A -X B -Y C- Z,三相绕组,机座：铸钢或铸铁,定子+转子,由漆包线绕成匝数相同的三相线圈，按一定规律嵌入铁心内圆周的线槽中。,定子绕组：,7.1 三相异步电动机的构造,例如：磁极对数P = 1异步电动机定子三相绕组.,定子绕组接线方法,2.转子,(1) 鼠笼式转子,铁芯槽内
3、放铜条，两端用短路环焊接起来 。或在线槽中铸铝形成转子绕组。,转子铁心由硅钢片叠成，转子绕组放在铁心的线槽内。,鼠笼转子,转子: 在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。,2.转子,(2) 绕线式转子,同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。,鼠笼式电动机与绕线式电动机的的比较：,鼠笼式：结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。,绕线式：结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子 外加电阻可人为改变电动机的机械特性。,7.2 三相异步电动机的转动原理,异步电动机转动演示,一、旋转磁场,1.旋转磁场的产生,2. 旋转磁场的旋转方向,3. 旋转磁场的极对数p,4. 旋转磁场的转速
4、,二、电动机的转动原理,三 、转差率,基本内容：,7.2 三相异步电动机的转动原理,摇动磁极时，转子跟着磁极一起转动。摇得快，转子转得也快；摇得慢，转的也慢；反摇，转子马上反转。,异步电动机转子转动的原理也相似，即磁场旋转，转子跟着旋转。,为什么？,一、旋转磁场,定子三相绕组通入三 相交流电(星形联接),1.旋转磁场的产生,规定,i 0 ,首端流入，尾端流出。,()电流出,()电流入,如图为磁极对数p=1的三相电动机的定子绕组。,下面分析t=0o、60o、90o时三相绕组产生的合磁场方向。,合成磁场方向向下,合成磁场旋转60,合成磁场旋转90,o,分析可知：定子绕组通入三相电流时，产生的合成磁
5、场将随三相电流变化而在空间顺时针不断地旋转，形成了旋转磁场。,(1) 三相绕组在空间互差120o，对称地嵌放在定子铁心线槽中，产生两极磁场，即磁极对数p=1。,(2) p=1的电动机，交流电变化一周，合磁场在空间也旋转一周，即360o。,2.旋转磁场的旋转方向,取决于三相电流的相序,任意调换两根电源进线,结论： 任意调换两根 电源进线，则旋转 磁场反转。,3.旋转磁场的极对数p,三相异步电动机的极数就是旋转磁场的磁极数， 用 p 表示磁级对数。,磁极对数与三相绕组的安排有关。,以上分析的 p=1，每相绕组只有一个线圈；若每相绕组有两个线圈串联，则旋转磁场有两对极 p=2,12槽4极，每相绕组有
6、两个线圈串联，绕组的始端之间相差60o空间角。,则产生的旋转磁场具有两对极，即 p=2。,极对数,旋转磁场的磁极对数 与三相绕组的排列有关,定子绕组的布置规则（补充）：,常用电动机有：24槽4极；36槽4极。,电角度：,使旋转磁场旋转一周，需要交流电变化的相位角。,电角度=p360o,例如：24槽4极,（1）每相占8槽，有4个线圈串联。,（2）极距：,合磁场中两个相邻磁极中心位置相隔的线槽数。,（槽）,（3）在一个极距内，每相占槽数：,按ACB顺序安排。,（槽）,（4）相邻二绕组始端相隔电角度120o，,空间角度=,（5）相邻二绕组始端所跨槽数,（槽）,如图，24槽4极定子绕组分布图,24槽4
7、极定子绕组分布图,4.旋转磁场的转速,旋转磁场的转速no，也称为同步转速。旋转磁场的转速no与磁场的极数有关。,p=2时,电流相位t变化了60o时，磁场在空间仅旋转了30o 。,p=1时，,p=2时，,旋转磁场转速n0与极对数 p 的关系：,二、电动机的转动原理,定子三相绕组通入三相交流电,感应电动势 E20,电磁力F,三 、转差率,旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与 旋转磁场的同步转速之比称为转差率。,由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场 旋转的方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转磁场的转速相等，即,如果:,因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。,异步电动机刚起动时，n
8、=0，s=1,或,转差率s,例1：一台三相异步电动机，其额定转速n=975 r/min，电源频率 f1=50 Hz。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。,解：,根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转 速的关系可知：n0=1000 r/min , 即,p=3,额定转差率为,额定负载运行时，,7.3 三相异步电动机的电路分析,基本内容：,一、定子电路分析,2.定子感应电势的频率 f1,1 . E1与的关系：,二、转子电路,1. 转子感应电势频率 f 2,2. 转子主磁感应电动势E 2,3. 转子感抗X 2,4. 转子电流 I2,5. 转子电路的功率因数 cos,7.3 三相异步电动机的电路分析
9、,三相异步电动机的每相定子绕组相当于变压器的原绕组，转子绕组相当于副绕组。其电磁关系与变压器类似。,定子绕组的电流i,旋转磁场,漏磁通：产生漏磁感应电动势e1和e2。,旋转磁场切割定子与转子导体 e1和e2,一、定子电路,一、定子电路,U1 E1= 4.44k1 f 1N1,旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0 ，所以,2.定子感应电势的频率 f1,感应电势的频率与旋转磁场和定子间的相对速度有关,f 1= 电源频率 f,为每相定子绕组的漏磁感抗。,1 . E1与的关系：,其中， k1为绕组系数；N1为定子绕组的匝数。,二、转子电路,1. 转子感应电势频率 f 2,定子导体与旋转磁场间的相对速
10、度固定，而转子 导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而 变化。,其中R2和X2分别为转子每相绕组 的电阻和感抗 。, 定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率 f 2,转子感应电势频率 f 2由旋转磁场与转子的相对转速（n 0-n）决定。,二、转子电路,1. 转子感应电势频率 f 2,即：,在电动机起动瞬间，n=0，s=1，f2=f1,2. 转子主磁感应电动势E 2,E2= 4.44 k2f 2N2,E20= 4.44 k2f 1N2,在电动机起动瞬间, n = 0(s=1) ， f2=f1最高， E2 最大, E2= s E20,3. 转子感抗X 2, X2= sX20,4. 转子电
11、流 I2,转子绕组的感应电流,5. 转子电路的功率因数 cos,小结：,(1),(2)定子和转子电路,7.4 三相异步电动机转矩与机械特性,基本内容：,一 、转矩公式,二、机械特性曲线,1.额定转矩TN,三个重要转矩：,2.最大转矩 Tmax,3. 起动转矩 Tst,4. 电动机的运行分析,7.4 三相异步电动机转矩与机械特性,转矩是异步电动机的重要物理量之一。机械特性是它的主要特性，它表征了一台电动机拖动负载能力的大小和运行性能。,一 、转矩公式,驱动转子转动的电磁转矩是由旋转磁场与转子电流I2相互作用产生的。,常数，与电 机结构有关,旋转磁场 每极磁通,转子电流,转子电路的 功率因数,由此
12、得电磁转矩公式,由公式可知,电磁转矩公式,1. T 与定子每相绕组电压 成正比。U 1 T ,2. 当电源电压 U1 一定时，T 是 s 的函数。,3. R2 的大小对 T 有影响。绕线式异步电动机可外接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。,二、机械特性曲线,根据转矩公式,得特性曲线：,电动机在额定负载时的转矩。,1.额定转矩TN,三个重要转矩,额定转矩,(N m),如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型) 的额定功率为7.5kw, 额定转速为1440r/min, 则额定转矩为,2.最大转矩 Tmax,转子轴上机械负载转矩T2 不能大于Tmax ，否则将 造成堵转(停车)。,电机带动最大
13、负载的能力。,临界转差率,将sm代入转矩公式，可得,R2,n,T2,过载系数(能力),一般三相异步电动机的过载系数为,工作时必须使T2 Tmax ，否则电机将停转。,电机严重过热而烧坏。,3. 起动转矩 Tst,起动时n= 0 时，s =1,(2) Tst与 R2 有关， 适当使 R2 Tst ,Tst体现了电动机带载起动的能力。若 Tst T2电机能起动，否则不能起动。,起动系数,4. 电动机的运行分析,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。,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：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
14、负载） 。,此过程中， n 、sE2 , I2 I1 电源提供的功率自动增加。,T2,s,T2 T,T =T2,n ,T ,达到新的平衡,7.5 三相异步电动机的起动,基本内容：,一、起动性能,1起动电流大,2起动转矩不大,二、起动方法,1直接起动,2降压起动：,(1) Y 换接起动,(2) 自耦降压起动,例1,7.5 三相异步电动机的起动,一、起动性能,起动： n = 0，s =1, 接通电源。,1起动电流大,起动电流约为额定电流的57倍。,原因：,后果：,2 起动转矩不大,Tst为额定转矩的(1.02.2)倍。,二、起动方法,1、直接起动即将所需的额定电压，利用闸刀开关或接触器直接接到电动
15、机上。二、三十千瓦以下的异步电动机一般都采用直接起动。,2、降压起动：,（适用于鼠笼式电动机）,异步电动机起动时的主要缺点是电流较大。为了减小起动电流，必须采用适当的起动方法。,所谓降压起动就是在电动机起动时降低加在电动机定子绕组上的电压，以减小起动电流。,2. 降压起动,(1) Y 换接起动,降压起动时的电流 为直接起动时的,设：电机每相阻抗为,Q2下合：接入自耦变压器，降压起动。,Q2上合：切除自耦变压器，全压工作。,合刀闸开关Q,Q2,自耦降压起动适合于容量较大的或正常运行时 联成 Y形不能采用Y起动的鼠笼式异步电动机。,(2) 自耦降压起动,自耦变压器备有不同的电压抽头 (73%、64
16、%、55%)，根据起动转矩的要求而选用。,(2) 自耦降压起动,例如：73%电压抽头起动。,电动机的起动电流(变压器副边电流)：,变压器原边电流（电源线路电流）：,起动转矩：,例1.有一Y225M-4型三相异步电动机，其额定数据如下表所示。求：(1)额定电流；(2)额定转差率；(3)额定转矩TN、最大转矩Tmax、起动转矩Tst。,1、变频调速 (无级调速),频率调节范围：0.5几百赫兹,7.6 三相异步电动机的调速,不变,2、变极调速 (有级调速),变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性 能优异，因而正获得越来越广泛的应用。,P=2,P=1,采用变极调速方法的电动机称作双速电机， 由于调速时
17、其转速呈跳跃性变化，因而只用在对 调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床 等机床上。,3、变转差率调速 (无级调速),变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调 速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少， 缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种 提升、起重设备中。,7.7 三相异步电动机的制动,一、能耗制动,制动方法,能耗制动 反接制动 发电反馈制动,在断开三相电源的同时，给电动机其中两相 绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与 旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的 转距（制动转距），使转子迅速停止转动。,二、反接制动,停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定
18、子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。,三、发电反馈制动,当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速 时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变 化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制,动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成 电能回送给电网。,n n0,7.8 三相异步电动机铭牌数据,基本内容：,1. 型号：,Y 132 M4,2. 接法,3. 电压,4. 电流,5. 功率与效率,6. 功率因数,7. 额定转速,例书P228练习与思考7.8.4,8. 绝缘等级,7.8 三相异步电动机铭牌数据,三相异步电动机 型号 Y132M-4 功 率 7.5KW 频
19、 率 50Hz 电压 380V 电 流 15.4A 接 法 转速 1440r/min 绝缘等级 B 工作方式 连续年 月 编号 电机厂,1. 型号,例如： Y 132 M4,用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。,异步电动机产品名称代号,2. 接法,接线盒,定子三相绕组的联接方法。通常,Y 联结, 联结,例如：380/220V、Y/ 是指线电压为 380V 时采用 Y联结；线电压为 220V 时采用 联结。,说明：一般规定，电动机的运行电压不能高于或低于额定值的 5% 。因为在电动机满载或接近满载情况下运行时，电压过高 或过低都会使电动机的电流大于额定值, 从而使电动机过热。,电动机在额定运行
20、时定子绕组上应加的线电压值。,三相异步电动机的额定电压有380V，3000V,及6000V等多种。,3. 电压,4. 电流,例如： Y / 6.73 / 11.64 A 表示星形联结下电机的线电流为 6.73A；三角形联结下线电流为 11.64A。两种接法下相电流均为 6.73A。,5. 功率与效率,电动机在额定运行时定子绕组的线电流值。,额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机 械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率 P1。,注意：实用中应选 择容量合适的电机，防止出现 “大马拉 小车” 的现象。,三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载 时约为 0.7 0.9。空载时功率因数很低，只有0
21、.2 0.3。额定负载时，功率因数最高。,7. 额定转速,电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。,6. 功率因数,指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分 为A、E、B、F、H五级，A级最低(105C)，H级最高(180C)。,【例书P228练习与思考7.8.4】Y112M-4型异步电动机的技术数据如下，求：(1)额定转差率sN；(2)额定电流IN；(3)起动电流Ist；(4)额定转矩TN；(5)起动转矩Tst；(6)最大转矩Tm；(7)额定输入功率P1,8. 绝缘等级,7.11 单相异步电动机,单相异步电动机主要应用于电动工具、洗衣机、电冰箱、空调、电风扇等小功率电器中。单相异步电动机的定
22、子中放置单相绕组,转子一般用鼠笼式。,在单相电源作用下运行的异步电动机，称为单相异步电动机。,下面介绍两种常用的单相异步电动机结构原理。,一、 电容分相式异步电动机,1 结构：,(1)定子绕组有两个：,其中AX为工作绕组，BY为起动绕组，两个绕组在定子圆周上空间位置相差90o,AX、BY,起动绕组BY与电容器串联后，再与工作绕组AX并联接单相电源。,(2)接线：,（2） 的相位关系：,相差图,例如：洗衣机电机起动电容为：,2 原理,设两相电流为,正弦波形如图所示。,(1)旋转磁场的产生及转动原理,一、 电容分相式异步电动机,两相磁场是旋转的,在旋转磁场作用下，转子导体产生感应电流，受到磁场作用
23、力，跟着磁场方向转动，但其转速比旋转磁场转速更慢些，也存在转差率。,(2)电容分相式单相异步电动机的反转,实现正反转的电路,调换工作绕组和起动绕组，可使单相异步电动机反转。,开关S合在位置1，电容C与B绕组串联，电流 iB较iA超前近90；当S切换到位置2，电容C与A绕组串联，电流iA 较iB 超前近90。,可以分析这两种情况旋转磁场转向相反。,定子绕组,鼠笼式转子,短路环 （罩极 ）,极掌(极靴),二 、罩极式单相异步电机,当电流i 流过定子绕组时，产生了一部分磁 通1 ，同时产生的另一部分磁通与短路环作用 生成了磁通2 。由于短路环中感应电流的阻碍 作用，使得2在相位上滞后1 ，从而在电动机 定子极掌上形成一个向短路环方向移动的磁场，使转子获得所需的起动转矩。,罩极式单相异步电动机起动转矩较小，转向 不能改变，常用于电风扇、吹风机中；电容分相 式单相异步电动机的起动转矩大，转向可改变， 故常用于洗衣机等电器中。,例： 三相异步电动机在一定的负载转矩下运行时，如电源电压降低，电动机的转矩、电流及转速有无变化？,
