【學習】第5章異步交流電動機

1、.異步交流電動機授課內容：異步交流電動機授課內容： .定子鐵芯與定子繞組定子鐵芯與定子繞組XACZYB定子鐵芯定子鐵芯B YA XC Z定子鐵芯定子鐵芯：定子三相繞組定子三相繞組：匝數(shù)相同匝數(shù)相同空間排列互差空間排列互差1200（作為導磁路經）（作為導磁路經）定子繞組定子繞組AXBYCZ首端首端末端末端.(1) 鼠籠式轉子鼠籠式轉子 鐵芯槽內放銅條，端鐵芯槽內放銅條，端 部用短路環(huán)形成一體。部用短路環(huán)形成一體。 或鑄鋁形成轉子繞組?；蜩T鋁形成轉子繞組。(2) 繞線式轉子繞線式轉子根據(jù)轉子的不同，交流異步電動機分為：根據(jù)轉子的不同，交流異步電動機分為：鼠籠式轉子鼠籠式轉子. 結構簡單、價格低廉、

2、工作可靠；不能人為改結構簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機的機械特性。變電動機的機械特性。 結構復雜、價格較貴、維護工作量大；轉子結構復雜、價格較貴、維護工作量大；轉子外加電阻可人為改變電動機的機械特性。外加電阻可人為改變電動機的機械特性。.fNSn0ei放入閉合線圈，由軸承架起放入閉合線圈，由軸承架起線圈導體切割磁力線，感線圈導體切割磁力線，感生電動勢生電動勢 e (右手定則）右手定則）感生電動勢感生電動勢 在線圈在線圈中驅動電流中驅動電流 電流電流 在磁場中受力在磁場中受力產生轉距，使線圈轉動產生轉距，使線圈轉動可轉動閉合線圈可轉動閉合線圈(轉子轉子). 120sin120sin

3、sinmCmBmAtIitIitIi BiAXBYCZAiCiCiAiBiitmIo. i 0: 首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 AYCBZX規(guī)定規(guī)定 i 0, iB0, iC0, iB0, iC=0iA=0, iB0AXYCBZAXYCBZAXYCBZNS0 t 60t 60 90t 600動畫動畫SNSNit 0iAiBiC2 900結論：結論： 分析可知，三相電流產生的合成磁場是一旋轉的磁分析可知，三相電流產生的合成磁場是一旋轉的磁場，場， 即：即：.AXYCBZAXYCBZAXYCBZNSSNSN2 2. . 從上圖可以看出，從通入從上圖可以看出，從通入iA的繞組轉向通入的繞

4、組轉向通入iB的繞的繞組再轉向通入組再轉向通入iC的繞組的繞組動畫動畫.1pBiAXBYCZAiCiAXYCBZNS0 t 動畫動畫.CYABCXYZAXBZAiBiCiX A AXBYB Y CC ZZ iA=0, iB00 t NSSN同理：若定子每相繞組由同理：若定子每相繞組由 n 個線圈串聯(lián)個線圈串聯(lián)則則: 形成形成 n 對磁極的旋轉磁場。對磁極的旋轉磁場。P = n動畫動畫.分分）轉轉分分）轉轉/ /( (/ /( ( 30006010 fnp=1時時:電流每變化一個周期，旋轉磁場在空間旋轉一圈電流每變化一個周期，旋轉磁場在空間旋轉一圈電流每秒變化電流每秒變化 f1周期周期, 工頻：

5、工頻： f1 =50HZ同步轉速：同步轉速：分分）轉轉分分）轉轉/ /( (/ /( ( 1500602110 fnp=2時時:電流每變化一個周期，旋轉磁場在空間旋轉半圈電流每變化一個周期，旋轉磁場在空間旋轉半圈同步轉速：同步轉速：p=n時時:電流每變化一個周期，旋轉磁場在空間旋轉電流每變化一個周期，旋轉磁場在空間旋轉1/n圈圈分分）轉轉/ /( ( 10601fpn 同步轉速：同步轉速：n0.)/( 6010分分轉轉pfn 2p180分）轉/( 50011p360分）轉/( 0003極對數(shù)極對數(shù)每個電流周期每個電流周期磁場轉過的空間角度磁場轉過的空間角度同步轉速同步轉速)f(Hz501 3p

6、120分）轉/( 00014p分分）轉轉/( 75090旋轉磁場轉速旋轉磁場轉速n0與頻率與頻率f1和極對數(shù)和極對數(shù)p有關。有關。.AXYCBZ分分）轉轉/( 6010pfn BlvBliFvF0nNS.%s)91( 轉子轉速亦可由轉差率求得轉子轉速亦可由轉差率求得0)(1nns %10000 nnns 例例1 1：三相異步電動機，其額定轉速三相異步電動機，其額定轉速 nN = =975 r/min，電，電源頻率源頻率 f1 1= =50 Hz。試求電動機的極對數(shù)和額定負載下的。試求電動機的極對數(shù)和額定負載下的轉差率。轉差率。解：解：由由nN= =975 r/min可知：可知：n0=1000

7、r/min , 2.5%100%10009751000%10000 nnns.1i2i可畫出等效電路（三相對稱，化為一相計算）可畫出等效電路（三相對稱，化為一相計算）定子繞組電阻定子繞組電阻 R R1 1 , ,漏感漏感 L1 ， 主磁通在定子感生電勢主磁通在定子感生電勢 e1轉子繞組電阻轉子繞組電阻 R R2 2 , ,漏感漏感 L2主磁通在轉子感生電勢主磁通在轉子感生電勢 e2 ,定子電路：定子電路：轉子電路：轉子電路：1 1R R1L1e1u2 2R R2L2e轉子轉子短路短路1e2e.1i2i1 1R R1L1e1u2 2R R2L2e111eeRiu )e(dtdiLRi1111 旋

8、轉磁場在空旋轉磁場在空間按正弦分布，切間按正弦分布，切割定子和轉子繞組，割定子和轉子繞組，感生電動勢感生電動勢 均為正均為正弦量弦量) )( () )( (1 11111EEIRU ) )( (L Lj j1 111111EIIR 相量式：相量式：1E 111144. 4NfEU為每極磁通，等于為每極磁通，等于正弦磁通的最大值正弦磁通的最大值N1為定子繞組的匝數(shù)為定子繞組的匝數(shù)1e2e. 旋轉磁場的磁通旋轉磁場的磁通 111444Nf.U 1U 旋轉磁場與定子導體間的相對速度為旋轉磁場與定子導體間的相對速度為 n0 ， 定子感應電勢的頻率定子感應電勢的頻率 f16001pnf f 1= 電源頻

9、率電源頻率 f1111444NfEU. 定子感應電勢的頻率定子感應電勢的頻率每切割過一對磁極，電動勢變化一周，每切割過一對磁極，電動勢變化一周，每分鐘割過每分鐘割過 pn0 對磁極對磁極, 所以所以:.1i2i1 1R R1L1e1u2 2R R2L2edtdiLiRe22222 222222222IIRILjIRE222Lfj相量式：相量式：22244. 4NfEf2為轉子電量的頻率1e2e. 定子感應電勢頻率定子感應電勢頻率 f 1 轉子感應電勢頻率轉子感應電勢頻率 f 21000026060fspnnnnpnnf 旋轉磁場與轉子導體間的相對速度為旋轉磁場與轉子導體間的相對速度為 n2 =

10、 n0n ，每切割過一對磁極，電動勢變化一周，每切割過一對磁極，電動勢變化一周，每分鐘割過每分鐘割過 p(n0-n) 對磁極對磁極, 所以所以: 60n)p(nf02. 當轉速當轉速 n = 0(s=1)時，時， f 2= f1最高，則最高，則 E2 最大，記為最大，記為E20E20 f 1N2 即即E2= s E20 2122222LfsLfX當轉速當轉速 n = 0(s =1)時，時， f 2最高，則最高，則 X2 最大，記為最大，記為X20 X20= 2 f1L 2即即X2= sX20 .222222XREI 2202220)(sXRsE )(0002nnIs 2202220max21X

11、REIs 220222222222)( cossXRRXRR 202SXRs 很很小小時時1cos2 202XRss 較較大大時時s1cos2 222222ILfj2IR E由：由：2222IjIRX .2202220222222)( XREXREIss 2202222)(cosXRRs )(2 Isn)cos(2 sn 結論：結論：轉子轉動時，轉轉子轉動時，轉 子電路中的各量均與轉子電路中的各量均與轉 差率差率 s有關，即與轉速有關，即與轉速 n有關。有關。I2cos 2s1I2,2cos O.22Tcos IKT 常數(shù)，與電常數(shù)，與電機結構有關機結構有關旋轉磁場旋轉磁場每極磁通每極磁通轉子

12、電流轉子電流轉子電路的轉子電路的功率因數(shù)功率因數(shù), , T, , 2I T 2cosT 轉子電流的轉子電流的有功分量有功分量.21220222)(UsXRsRKT22022202)( XREIss 2202222)(cosXRRs 11144.4NfU將將代入上式代入上式22 cos IKTT 由：由：整理，并將常數(shù)項合并為整理，并將常數(shù)項合并為 K K , , 得：得：.21220222)(UsXRsRKT 21U.maxTmSNSOTS曲曲線線)(sfT 曲曲線線)(Tfn 根據(jù)轉矩公式根據(jù)轉矩公式22022212)(sXRUsRKT 得特性曲線：得特性曲線：NnmaxTstTOnTNT0

13、nstT1NT.)/()(9550NNN分分轉轉千千瓦瓦nPT (N m)PT2 nPnPPT95506022 轉動角轉動角速度速度202TTTT （T T0 0為空載損耗轉距）為空載損耗轉距）. 如某普通機床的主軸電機如某普通機床的主軸電機(Y132M-4型型) 的額定功的額定功率為率為7.5kw, 額定轉速為額定轉速為1440r/min, 則額定轉矩為則額定轉矩為m.N7 .4914405 .795509550NNN nPTOnT0nNnNTOTSNTNS.21220222UsXRsRKT)(2021max2XUKT 0dd ST令：令：得得:202mXRss 臨界轉差率臨界轉差率代入轉矩

14、公式，可得代入轉矩公式，可得:maxTmSOTSNmaxTT 2 .28 .1 12 II一般三相異步電動機的過載系數(shù)為一般三相異步電動機的過載系數(shù)為.22022212)(sXRUsRKT 22022212stXRURKT 電動機起動時電動機起動時(n=0或或s=1)的轉矩。的轉矩。體現(xiàn)了電動機有載起動的能力。體現(xiàn)了電動機有載起動的能力。 0nOnTNststTTK 起動能力可用系數(shù)起動能力可用系數(shù)Kst描述描述起動時起動時s=1 .: 21maxUT 討論討論: : U U1 1 和和 R R2 2變化對機械特性的影響：變化對機械特性的影響：: 21stUT OTS1(1) U1對機械特性的

15、影響對機械特性的影響22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs max1TU s st tTU1mSmaxTmaxTs st tTs st tT當當U U1 1變化時：變化時： Tm變化，變化，Tst變化變化, , Sm不變不變T2當當U U1 1時：若負載時：若負載 T2不不變，變，則：則：Sn.(2) (2) R R2 2變化對機械特性的影響變化對機械特性的影響22022212stXRURKT 2021m2XUKT 202mXRs OTS1maxTmSmSR2若若 R2變化：變化：Sm變化變化, Tm不變不變當當 R2時：時：Sm，TstT2繞線式電機改變轉子附

16、繞線式電機改變轉子附加電阻加電阻R 2 可實現(xiàn)調速?？蓪崿F(xiàn)調速。對繞線式電機改變轉子附對繞線式電機改變轉子附加電阻加電阻 R 2 , 可增大可增大Tst，最，最大大可使可使Tst =Tmax 。.stT 0nTOnmaxTT2 T2 TT =T2n (s)T2aT 2b設負載轉距為設負載轉距為T T2 2，轉速為，轉速為n n，電機運行與，電機運行與a a點（點（T=TT=T2 2) )若負載轉距變化時若負載轉距變化時T達到新的平衡，電機運行與達到新的平衡，電機運行與b b點點. 磁極數(shù)磁極數(shù)( 極對數(shù)極對數(shù) p = 2 )例如：例如： Y 132 M4 用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數(shù)。

17、用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機座長度代號機座長度代號機座中心高（機座中心高（mm）三相異步電動機三相異步電動機教材表中列出了各種電動機的系列代號。教材表中列出了各種電動機的系列代號。.異步電動機產品名稱代號異步電動機產品名稱代號.接線盒接線盒。通常。通常聯(lián)結聯(lián)結電機容量電機容量Y3kW 聯(lián)聯(lián)結結電電機機容容量量 kW4U2U1W2V1V2W1U1U2W2U2V2V1W1U1W1V1W2V2.例如：例如：380/220V、Y/ 是指線電壓為是指線電壓為 380V 時時 采用采用 Y聯(lián)結聯(lián)結；線電壓為；線電壓為 220V 時采用時采用 聯(lián)結聯(lián)結。. 表示星形表示星形聯(lián)結聯(lián)結下電機下電機的

18、線電流為的線電流為 ；三角形；三角形聯(lián)結聯(lián)結下線電流為下線電流為 。兩種接法下相。兩種接法下相電流均為電流均為 。 12PP cos3NN1IUP 鼠籠電機鼠籠電機 =7293電動機在額定運行時定子繞組的電動機在額定運行時定子繞組的額定功率是指電機在額定運行時軸上輸出的機額定功率是指電機在額定運行時軸上輸出的機械功率械功率 P2，它不等于從電源吸取的電功率，它不等于從電源吸取的電功率 P1。.PN 三相異步電動機的功率因數(shù)較低，在額定負載時約三相異步電動機的功率因數(shù)較低，在額定負載時約為為 ?？蛰d時功率因數(shù)很低，只有?？蛰d時功率因數(shù)很低，只有 。額定負載時，功率。額定負載時，功率因數(shù)最高。因數(shù)

19、最高。 電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉速。電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉速。P2cos O. 0N0Nnnns 額額定定轉轉差差率率指電機絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分為指電機絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分為A、E、B、F、H五級，五級，A級最低級最低(105C)，H級最高級最高(180C)。.一般中小型鼠籠電動機的一般中小型鼠籠電動機的 IstIN= 5 7 (指線電流）指線電流） 一般電動機的一般電動機的 Tst TN= 所以起動所以起動. 星形星形-三角形三角形(Y ) 換接降壓起動換接降壓起動自耦降壓起動自耦降壓起動(3) 轉子串電阻起動轉子串電阻起動二、三十千瓦以

20、下的異步電動機可采用直接起動。二、三十千瓦以下的異步電動機可采用直接起動。將異步電動機直接接到額定電壓電源上啟動。將異步電動機直接接到額定電壓電源上啟動。起動時，將異步電動機接到低于額定電壓電源上。起動時，將異步電動機接到低于額定電壓電源上。.ZUIll3:Y 星星形形聯(lián)聯(lián)結結時時ZUIll3 三三角角形形聯(lián)聯(lián)結結時時：31Y llII31YlIZlU+U1U2V1V1W1W2 lIlU+ZU1U2V1V2W1W2.L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1動觸點動觸點Y動觸點動觸點靜觸點靜觸點.L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1

21、W2L1U1UPU1+Ul+U2V1V2W1W2. 工作工作L1L3L2FUU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2Ul+U1V1V2W1W2.lUU31P (a) 僅適用于正常運行為三角形聯(lián)結的電機。僅適用于正常運行為三角形聯(lián)結的電機。 )(2StUT (b) Y 起動起動 ststTIY 換接起動適合于空載或輕載起動的場合換接起動適合于空載或輕載起動的場合SYtst31TT UlU1W2V2W1+U2V1UP+Ul+U1W2V2W1U2V1.L1L3L2FUQQ2.s st ts st tTkT21 2UT ABP1u2u1i2iLZ1N2N+| ZUI1 s st

22、 ts st ts st tIkIkIst211 stIkZUkZUI1112 |stst由電流電壓關系：由電流電壓關系：21kUU 12kII .R 12220220)(st2IIRXREIRR滑環(huán)滑環(huán)電刷電刷定子定子轉子轉子起動電阻起動電阻 .R2 Tst 22022212stXRURKT 22RR stTTOn0nmaxT2R2R stT .M3M3. pfsnsn106011 f=50HzM3 +變頻調速方法變頻調速方法:f1f1N時，應采用恒功率調速：保持時，應采用恒功率調速：保持U1 U1N(可實現(xiàn)無級調速可實現(xiàn)無級調速).A1X1A2X2iiP=2A1A2X1X2NNSS.A1X

23、1A2X2iiP=1采用變極調速方法的電動機稱作雙速電機采用變極調速方法的電動機稱作雙速電機A1A2X1X2SN.22RR 缺點缺點:TLs s2R2RTso繞線式電動機轉子串聯(lián)電阻繞線式電動機轉子串聯(lián)電阻優(yōu)點優(yōu)點: 調速平滑、設備簡單投資少，調速平滑、設備簡單投資少，能耗較大。能耗較大。.電氣制動電氣制動: 電磁轉距與轉向相反電磁轉距與轉向相反 在斷開三相電源的同時，給電動機其中兩相在斷開三相電源的同時，給電動機其中兩相繞組繞組通入直流電流通入直流電流。nF轉子轉子T n0=0+-運轉運轉制動制動RP.運轉運轉nFT n0注意：注意：. 當電動機轉子的轉速大于旋轉磁場的轉速時，旋當電動機轉子的轉速大于旋轉磁場的轉速時，旋轉磁場產生的電磁轉距作用方向發(fā)生變化，由驅動轉轉磁場產生的電磁轉距作用方向發(fā)生變化，由驅動轉距變?yōu)橹苿愚D距。距變?yōu)橹苿愚D距。 電動機進入發(fā)電狀態(tài)，將外力作用于轉子的能量轉電動機進入發(fā)電狀態(tài)，將外力作用于轉子的能量轉換成電能回送給電網。換成電能回送給電網。nF轉子轉