异步电动机28732.doc

1、电工学（电工技术）电子教案精品课建设 1第九章 异步电动机电动机的分类：交流电动机和直流电动机，交流电动机又分为异步电动机和同步电动机，异步电动机又分为鼠笼式和绕线式两种形式。本书主要讲述鼠笼式异步交流电动机的基本结构、工作原理、 机械特性、控制方法 9.1 三相异步电动机的结构与工作原理9.1.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机由定子和转子构成。定子和转子都有铁心和绕组。定子的三相绕组为AX、BY 、CZ。转子分为鼠笼式和绕线式两种结构。鼠笼式转子绕组有铜条和铸铝两种形式。绕线式转子绕组的形式与定子绕组基本相同，3 个绕组的末端连接在一起构成星形连接，3 个始端连接在 3 个铜集电环上，

2、起动变阻器和调速变阻器通过电刷与集电环和转子绕组相连接。三相定子绕组：产生旋转磁场。转子：在旋转磁场作用下， 产生感应电动势或电流。9.1.2 三相异步电动机的工作原理旋转磁场的产生VVWUUW转子定子定子绕组（三相）机座第九章 异步电动机精品课建设 2把三相定子绕组接成星形接到对称三相电源，定子绕组中便有对称三相电流流过。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)磁场旋转方向与电流相序一致。电流相序为 A-B-C 时磁场顺时针方向旋转；电流相序为 A-C-B 时磁场逆时针方向旋转。ABC2sin(10)ippiItiItAiAiBiCXBYCZ ti i

3、A iB iCO 1 2 0 2 4 0 360(a) t = 0 (b) t = 120 (c) t = 240A A AXXXB B BYYYC C CZZZ电工学（电工技术）电子教案精品课建设 3(3)磁场转速(同步转速)与电流频率有关，改变电流频率可以改变磁场转速。对两极(一对磁极)磁场，电流变化一周，则磁场旋转一周。同步转速 no 与磁场磁极对数 p 的关系为：三相异步电动机的转动原理静止的转子与旋转磁场之间有相对运动，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。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

4、磁力在转轴上形成电磁转矩。电磁转矩的方向与旋转磁场的方向一致。电动机在正常运转时，其转速 n 总是稍低于同步转速 n1，因而称为异步电动机。又因为产生电磁转矩的电流是电磁感应所产生的，所以也称为感应电动机。1. 转子电动势和转子电流定子绕组通入电流后，产生旋转磁场 ，与转子绕组间产生相对运动 ，由于转子电路是闭合的，产生转子电流。根据左手定则可知在转子绕组上产生了电磁力。2. 电磁转距和转子旋转方向电磁力分布在转子两侧，对转轴形成一个电磁转距 T ，电磁转距的作用方向与电磁力的方向相同，因此转子顺着旋转磁场的旋转方向转动起来。3. 转子转速和转差率转子转速 n 与旋转磁场的转速 n1 的方向一

5、致，但不能相等（应保持一定的转差） 。 n1 又称为同步转速。异步电动机同步转速和转子转速的差值与同步转速之比称为转差率，用 s 表示，即：1o60 r/minfnpn oFFn %01s第九章 异步电动机精品课建设 4转差率是异步电动机的一个重要参数。异步电动机在额定负载下运行时的转差率约1%9%。4. 异步电动机带负载运行轴上加机械负载，轴阻力，转速，转子与旋转磁场相对切割速度，转子感应电流，输入电流。5. 电动机的极对数、极数和转速此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为 1 。又称两极机。当磁极对数 P=1 时，一个电流周期，旋转磁场在空间转过 360n1 称为同步转速当 P =

6、1 时UXYW VZNS分 ）转 /(60pfn分转 /3电工学（电工技术）电子教案精品课建设 59.2 三相异步电动机的等效电路及参数9.2.1 等效电路（一相）主磁通产生的感应电动势。9.2.2 三相异步电动机的主要运行参数 例 ： 有 一 台 4极 感 应 电 动 机 ， 电 压 频 率 为 50 Hz， 转 速 为 140 r min， 试 求 这 台 感 应 电 动 机 的转 差 率 。 解 ： 因 为 磁 极 对 数 2p， 所 以 同 步 转 速 为 ： r/i 261opfn 转 差 率 为 ： %410540%0ons i2R1R2i1u1 e1e222211110 RIXj

7、EUmNf221114.同 理第九章 异步电动机精品课建设 6601pnf)(12f14.fNU2222 )(sXREI2222 )(cos sA24)08.()02.()(22ssXREA40)08.4.().( 222s4.15s1定子感应电动势 E1 的频率与定子电流同频2转子电流频率3主磁通4转子电流5转子功率因数6定子电流和定子功率因数空载时，转子电流约为零，定子电流很小主要用来励磁。当带上负载后，转子电流增加，定子电流随之增加，这一点与变压器类似。电动机的功率因数即为定子功率因数，功率因数角即为 U1 与 I1 的夹角。例 3：三相异步电动机，p=2，n=1440 r/min，转子

8、 R2=0.02W，X 2s=0.08 W， E2s=20V， f1= 50Hz。启动时 I2（st）额定转速下的 I2（N） 22 2cosfXsn电工学（电工技术）电子教案精品课建设 7aOTnn0TmaxTqTNnNbcTNTqTmax Tssm 1O(a) T=f(s)曲 线 (b) n=f(T)曲 线210qRUKXN2N95nPT9.3 异步电动机的电磁转矩与机械特性机械特性1起动转矩电动机刚起动（n=0，s=1）时的转矩称为起动转矩。2额定转矩电动机在额定负载下工作时的电磁转矩称为额定转矩，忽略空载损耗转矩，则额定转矩等于机械负载转矩。三 相 异 步 电 动 机 的 电 磁 转

9、矩 T是 由 旋 转 磁 场 的 每 极 磁 通 与 转 子 电 流 I2相 互作 用 而 产 生 的 ， 故 电 磁 转 矩 与 转 子 电 流 的 有 功 分 量 2cosI及 定 子 旋 转 磁 场 的 每 极磁 通 成 正 比 ， 即 ： 2TK 式 中 KT是 一 个 与 电 动 机 结 构 有 关 的 常 数 。 将 I2、 2s的 表 达 式 及 与 U1的关 系 式 代 入 上 式 ， 得 三 相 异 步 电 动 机 电 磁 转 矩 公 式 的 另 一 个 表 示 式 ： 2021)(sXRU 式 中 K是 一 常 数 。 可 见 电 磁 转 矩 T也 与 转 差 率 s有 关

10、 ， 并 且 与 定 子 每 相 电 压U1的 平 方 成 正 比 ， 电 源 电 压 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 。 例 ： 有 两 台 功 率 都 为 kW .7的 三 相 异 步 电 动 机 ， 一 台 V 380NU、r/min 962Nn， 另 一 台 V380U、 r/min 1450， 求 两 台 电 动 机 的 额 定 转 矩 。 解 ： 第 一 台 ： .962.795NnPT 第 二 台 ： mN 4.150.0 第九章 异步电动机精品课建设 8对 应 于 最 大 转 矩 的 转 差 率 sm可 由

11、 0dT求 得 ， 为 20XRsm。 最 大 转 矩 为 ： 201axUK 过 载 系 数 ： NmaxT一 般 三 相 异 步 电 动 机 的 2.8.1。式中 PN 是电动机的额定功率，单位为 kW；nN 是电动机的额定转速，单位是 r/min。3最大转矩9.4 三相异步电动机的启动、调速和制动 9.4.1 三相异步电动机的启动 1直接起动直接起动是利用闸刀开关或接触器将电动机直接接到额定电压上的起动方式，又叫全压起动。优点：起动简单。缺点：起动电流较大，将使线路电压下降，影响负载正常工作。适用范围：电动机容量在 10kW 以下，并且小于供电变压器容量的 20。2降压起动 Y- 换接起

12、动：在起动时将定子绕组连接成星形，通电后电动机运转，当转速升高到接近额定转速时再换接成三角形。适用范围：正常运行时定子绕组是三角形连接，且每相绕组都有两个引出端子的电动机。优点：起动电流为全压起动时的 13。缺点：起动转矩均为全压起动时的 13。3自耦降压起动：Y 接 起 动 接 运 行电工学（电工技术）电子教案精品课建设 9利用三相自耦变压器将电动机在起动过程中的端电压降低，以达到减小起动电流的目的。自耦变压器备有 40、60、80等多种抽头，使用时要根据电动机起动转矩的要求具体选择。绕线式异步电动机转子绕组串入附加电阻后，既可以降低起动电流，又可以增大起动转矩。9.4.2 三相异步电动机的

13、调速三相异步电动机的转速：1变极调速通过改变电动机的定子绕组所形成的磁极对数 p来调速。因磁极对数只能是按 1、2、3、的规律变化，所以用这种方法调速，电动机的转速不能连续、平滑地进行调节。2变频调速通过变频器把频率为 50Hz 工频的三相交流电源变换成为频率和电压均可调节的三相交流电源，然后供给三相异步电动机，从而使电动机的速度得到调节。变频调速属于无级调速，具有机械特性曲线较硬的特点。3变转差率调速通过改变转子绕组中串接调速电阻的大小来调整转差率实现平滑调速的，又称为变阻调速。调速电阻的接法与起动电阻相同。这种方法只适用于绕线式异步电动机。9.4.3 三相异步电动机的反转因为三相异步电动机

14、的转动方向是由旋转磁场的方向决定的，而旋转磁场的转向取决于定子绕组中通入三相电流的相序。因此，要改变三相异步电动机的转动方向非常容易，只要将电动机三相供电电源中的任意两相对调，这时接到电动机定子绕组的电流相序被改变，旋转磁场的方向也被改变，电动机就实现了反转。9.4.4 三相异步电动机的制动 1能耗制动电动机定子绕组切断三相电源后迅速接通直流电源。感应电流与直流电产生的固定磁场相互作用，产生的电磁转矩方向与电动机转子转动方向相反，起到制动作用。特点：是制动准确、平稳，但需要额外的直流电源。起 动运 行定 子 转 子电 刷滑 环电 阻1o60()()fnssp第九章 异步电动机精品课建设 102

15、反接制动电动机停车时将三相电源中的任意两相对调，使电动机产生的旋转磁场改变方向，电磁转矩方向也随之改变，成为制动转矩。注意：当电动机转速接近为零时，要及时断开电源防止电动机反转。特点：简单，制动效果好，但由于反接时旋转磁场与转子间的相对运动加快，因而电流较大。对于功率较大的电动机制动时必须在定子电路（鼠笼式）或转子电路（绕线式）中接入电阻，用以限制电流。3发电反馈制动电动机转速超过旋转磁场的转速时，电磁转矩的方向与转子的运动方向相反，从而限制转子的转速，起到了制动作用。因为当转子转速大于旋转磁场的转速时，有电能从电动机的定子返回给电源，实际上这时电动机已经转入发电机运行，所以这种制动称为发电反

16、馈制动。9.5 三相异步电动机的选择M3Fnn0+M3Fnn0=0Fnnn0n0合 理 选 择 电 动 机 关 系 到 生 产 机 械 的 安 全 运 行 和 投 资 效 益 。 可 根 据 生 产 机 械 所 需 功 率 选择 电 动 机 的 容 量 ， 根 据 工 作 环 境 选 择 电 动 机 的 结 构 形 式 ， 根 据 生 产 机 械 对 调 速 、 起 动 的 要求 选 择 电 动 机 的 类 型 ， 根 据 生 产 机 械 的 转 速 选 择 电 动 机 的 转 速 。 电 动 机 的 安 装 应 遵 循 如 下 原 则 ： （ 1） 有 大 量 尘 埃 、 爆 炸 性 或 腐

17、 蚀 性 气 体 、 环 境 温 度 40 以 上 以 及 水 中 作 业 等 场 所 ，应 该 选 择 具 有 合 适 防 护 型 式 的 电 动 机 。 （ 2） 一 般 场 所 安 装 电 动 机 ， 要 注 意 防 止 潮 气 。 不 得 已 的 情 况 下 要 抬 高 基 础 ， 安 装 换气 扇 排 潮 。 （ 3） 通 风 条 件 要 良 好 。 环 境 温 度 过 高 会 降 低 电 动 机 的 效 率 ， 甚 至 使 电 动 机 过 热 烧毁 。 （ 4） 灰 尘 少 。 灰 尘 会 附 在 电 动 机 的 线 圈 上 ， 使 电 动 机 绝 缘 电 阻 降 低 、 冷 却

18、效 果 恶化 。 （ 5） 安 装 地 点 要 便 于 对 电 动 机 的 维 护 、 检 查 。 电工学（电工技术）电子教案精品课建设 119.5.1 三相异步电动机的使用9.5.2 三相异步电动机的选择三相异步电动机的铭牌型号：功率：电动机在铭牌规定条件下正常工作时转轴上输出的机械功率，称为额定功率或容量。电压：电动机的额定线电压。电流：电动机在额定状态下运行时的线电流。频率：电动机所接交流电源的频率。 。转速：额定转速。接线方法：例 3 某三相异步电动机，铭牌数据如下：形接法，PN=10kW，U N=380V，I N=19.9A，n N=1450r/min， N=0.87，f=50Hz

19、。求：（1）电动机的磁极对数及旋转磁场转速 n1；（2）电源线电压是 380V 的情况下，能否采用 方法起动；（3）额定负载运行时的效率 N；（4）已知 Tst/TN=1.8，直接起动时的起动转矩。【解】（1） 已知 nN=1450r/min 则 n1=1500r/min(对)pf6021（2）电源线电压为 380V 时可以采用 方法起动（3） NNPUI08.电 动 机 的 绝 缘 如 果 损 坏 ， 运 行 中 机 壳 就 会 带 电 。 一 旦 机 壳 带 电 而 电 动 机 又 没 有 良 好 的接 地 装 置 ， 当 操 作 人 员 接 触 到 机 壳 时 ， 就 会 发 生 触 电

20、 事 故 。 因 此 ， 电 动 机 的 安 装 、 使 用 一定 要 有 接 地 保 护 。 在 电 源 中 性 点 直 接 接 地 系 统 ， 采 用 保 护 接 中 性 线 ， 在 电 动 机 密 集 地 区 应将 中 性 线 重 复 接 地 。 在 电 源 中 性 点 不 接 地 系 统 ， 应 采 用 保 护 接 地 。 三 相 异 步 电 动 机型 号 Y132M-4 功 率 7.5kW 频 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 日 编 号 电 机 厂机 座 中 心 高 度 （ 132m） Y32 M4磁 极 数 （ 4极 ） 机 座 长 度 代 号 （ 中 机 座 ） 三 相 异 步 电 动 机U1 V1 W1W2 U2 V2U1 V1 W1W2 U2 V2U1 V1 W1U2 V2 W2U1 V1 W1(a) 星 型 连 接 (b) 三 角 形 连 接U2 V2 W2第九章 异步电动机精品课建设 12（4） TPnstNN m18950186.