1、第3章 异步电动机,异步电机:也叫感应电机，是一种交流旋转电机，它的转速除与电网频率有关外，还随负载变化。 主要作电动机使用，如：机床、水泵、家用电器,1. 定子：定子铁心：0.5mm厚硅钢片叠压而成,磁路的一部分,3.1异步电动机的结构,三相定子绕组：电磁线绕制而成,电路的一部分 作用:产生旋转磁场,机座：铸铁或钢板焊接而成,2. 转子： 转轴:支撑转子 转子铁心：0.5mm硅钢片叠压而成,磁路一部分 转子绕组：在旋转磁场的作用下，产生感应电动势或电流 笼型绕组:铸铜 铜条 绕线式绕组：电磁线绕制,3. 气隙： 磁路的一部分， Im,A,Y,C,B,Z,异步机中,旋转磁场代替了旋转磁极,()
2、电流出,()电流入,X,3.2.1旋转磁场的形成,3.2三相异步电动机的工作原理,合成磁场方向： 向下,同理分析，可得其它电流角度下的磁场方向：,旋转方向：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,旋转磁场的转速大小,一个电流周期，旋转磁场在空间转过360,电流频率为 f1 Hz，则磁场1/f1秒旋转1圈(转)，每秒旋转f1圈(转) 。每分钟旋转：,n0称为同步转速,极对数（P）的概念,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。,极对数（P）的改变,极对数,极对数和转速的关系,三相异步电动机的同步转速:,e方向用 右手定则 确定,f方向用 左手定则 确定
3、,磁场旋转,3.2.2异步电动机的转动原理,磁极旋转,导线切割磁力线产生感应电动势,导线长,切割速度,（右手定则）,2. 线圈比磁场转得慢,转子转速(额定转速):,提示：如果,旋转磁场的同步转速n0,3.2.3异步电动机的转速和转差率,转差率 的概念：,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：,当0n0时,即 0s时,电机为发电运行状态(机械能电能),转子感生电流的频率：,例1：三相异步电动机 p=3，电源f1=50Hz，电机额定转速n=960r/min。 求：转差率s，转子电动势的频率f2,同步转速：,转差率：,解:,8-2,电磁转矩 M ：转子中各载流导体在旋转磁
4、场的作用下, 受到电磁力所形成的转距之总和。,转矩系数,每极磁通,转子电流,转子电路的,3.3异步电动机的电磁转矩,（牛顿米）,三相异步电动机的“电磁”关系,定子电路,转子电路,设：,定子边：,取决于转子和旋转磁场的相对速度,同理可得：,在电动机起动的瞬间，转速n=0,转差率s=1,则有：,设这个时刻对应的转子电路感应电动势为E20,转子电路的电抗、电流和功率因数为X20、 I20（Ist)和cos20,cos20=？,当电机以n转速运行时：,8-1,得转矩公式,将以下各式代入：,说明：MU12，电源电压的波动对电机的运行影响很大。,例2：三相异步电动机，p=2，n=1440 r/min，转子
5、R2=0.02，X20=0.08 ， E20=20V， f1= 50Hz。,启动时I2（st）,额定转速下的I2（N）,s=1,8-3,3.4 三相异步电动机的机械特性,根据转矩公式,得特性曲线：,启动时n=0,最大转速n=n0,异步电动机的转矩-转差率曲线,n0,三个重要转矩：,n1,M,n,3.4.1 额定转矩 MN ：,电机在额定电压下，以额 定转速 运行，输出额 定功率 时，电机转轴 上输出的转矩。,（牛顿米）,如果 电机将会因带不动负载而停转,3.4.2最大转矩 ：,电机带动最大负载的能力,求解,过载系数：,三相异步机,3.4.3起动转矩 ：,电机起动时的转矩,n0,M,n,体现了电
6、动机带载起动的能力。若 电机能起动，否则将起动不了。,机械特性和电路参数的关系,和电压的关系,结论：,异步电动机降压时的人为机械特性,和转子电阻的关系,转子回路串电阻时的机械特性,机械特性的软硬,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 动特性好。 ,机械特性曲线,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，这种能力称为自适应负载能力。,s=0,s=1,启动：,MstML (负载转矩)，电机启动瞬间,转速n，转矩M ,c,c点：转矩达最大Mm ，转速n继续，M，沿cb走,b,b点：M=ML，转速n不再上升，稳定运行
7、,若ML ，暂时M ML,n s I2 M n ,s=0,s=1,10-3,3.5异步电动机的起动,1.起动定义：电动机接到电源上，从静止状态到稳定运行状态的过程； 2.起动电流：n=0,S=1时的电流Ist;,3.起动要求： 起动电流尽量小，以减小对电网的冲击； 起动转矩尽量大，以缩短起动时间； 起动设备简单，可靠。,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采用直接起动。,优点：设备简单，操作方便 缺点：起动电流大，必须有足够大的电源 适用条件：小容量电动机带轻载的情况起动,（2） 降压起动:,如果电源容量不够大，可采用降压起动。即起动时，降低加在电动机定子绕
8、组的电压，起动时电压小于额定电压，待电动机转速上升到一定数值后，再使电动机承受额定电压 可限制起动电流,Y 起动：,设：电机每相阻抗为,3.5.3绕线式异步电动机的起动 转子：一般均接成Y形，正常三相绕组通过滑环短接，若转子绕组直接短接情况下起动，与鼠笼式异步电动机一样，Ist大，Mst不大 在转子回路串起动变阻器起动,例3：三相异步电动机，额定功率PN=10kW，额定转速nN=1450r/min，启动能力Mst/MN=1.2，过载系数=1.8,（牛顿米）,（1）额定转矩MN,（2）启动转矩Mst,（3）最大转矩Mm,#（4）用Y 方法起动时的Mst(Y),（牛顿米）,（牛顿米）,例4:三相异
9、步电动机，电源电压 =380V，三相定子 绕组接法运行，额定电流IN=20A，启动电流Ist/IN=7 求：（1）接法时的启动电流Ist（2）若启动时改为Y接法，求 IstY,（1）Ist =7 IN =720=140A,解：,（2）,IstY = Ist /3=140/3=47A,3.6 三相异步电动机的调速,3. 改变电源频率 (变频调速) 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源（常由整流器、逆变器等组成）。,3.6.1变极调速 有级调速：因为磁极对数p成倍变化 可以采用两套绕组，但为了提高材料的利用率，一般采用单绕组变极，即通过改变一套绕组的连接方式而得
10、到不同极对数的磁动势，以实现变极调速。 说明：n=n0(1-s),3.6.2改变转差率调速 无级调速：转子回路串变阻器 n=n0(1-s) 优点：简单，无级调速 适用类型：绕线式异步电动机,转子回路串电阻时的机械特性,3.6.3变频调速异步电动机的转速： 当转差率S变化不大时，n近似正比于频率f1,可见改变电源频率就可改变异步电动机的转速 恒转矩调速:电机变频调速前后额定电磁转矩相等 无级调速！,1. 能耗制动：交流电源断电后加直流电，建立直流磁场阻碍转子运动,3.7 三相异步电动机的制动,2. 反接制动：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，以达制动的目的,3
11、.8 三相异步机铭牌与技术数据,1. 型号 Y 132M4,转差率,3. 联接方式 ： Y/ 接法,4.额定电压：定子绕组在指定接法下应加的线电压,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 。,例：380/220 Y/是指：线电压为380V时采用Y接法；当线电压为220V时采用接法。,5. 额定电流：定子绕组在指定接法下的线电流,如：,表示三角接法下，电机的线电流为11.2A，相电流为6.48A；星形接法时线、相电流均为6.48A。,6. 额定功率：额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率 （ ），不等于从电源吸收的功率（ ）。两者的关系为：,其中,额定负载时一般为0.70.9，空载时功率因数很低，约为0.20.3。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，防止“大马”拉“小车”的现象。,7. 功率因数(cos1)：,P2,PN,cos1,12-1、2,
