第4章異步電動機

1、異步電動機異步電動機4.1 三相異步電動機三相異步電動機的結構及轉動原理的結構及轉動原理 是把交流電能轉變?yōu)闄C械能的動力機械，是把交流電能轉變?yōu)闄C械能的動力機械，廣泛廣泛（如：（如：機床、紡織機械、起重機、礦山機床、紡織機械、起重機、礦山機械等）、機械等）、（脫粒機、粉碎機、水泵及加工機械（脫粒機、粉碎機、水泵及加工機械等）、等）、（電風扇、空調(diào)、洗衣機、電冰箱及小（電風扇、空調(diào)、洗衣機、電冰箱及小功率電動工具等）。功率電動工具等）。電動機電動機發(fā)電機發(fā)電機電機電機直流電機直流電機交流電機交流電機（籠型、籠型、 繞線型）繞線型）特殊電機特殊電機接線盒接線盒轉軸轉軸機座機座定子定子鐵心鐵心定子定

2、子繞組繞組接線盒接線盒端蓋端蓋罩殼罩殼風扇風扇轉子轉子此外，還有端蓋、軸承、風扇等部件。此外，還有端蓋、軸承、風扇等部件。轉軸轉軸主要部件是主要部件是由定子和轉由定子和轉子兩大部分子兩大部分組成。組成。VVWUUW三相異步機的結構三相異步機的結構定子定子轉子轉子 三相異步電動機的定子三相異步電動機的定子是由機座、定子鐵心和定是由機座、定子鐵心和定子繞子繞 組組成。組組成。定子繞組定子繞組機座機座鐵心鐵心U1U22. 轉子轉子 三相異步電動機的轉子是由轉三相異步電動機的轉子是由轉子鐵心、轉子繞子鐵心、轉子繞 組和轉軸組成。組和轉軸組成。鐵心鐵心轉子繞組轉子繞組轉軸轉軸（轉子鐵心槽內(nèi)嵌有鑄鋁導條）

3、（轉子鐵心槽內(nèi)嵌有鑄鋁導條）（轉子鐵心槽內(nèi)嵌有三相繞組）（轉子鐵心槽內(nèi)嵌有三相繞組）鼠籠式轉子 繞線式轉子 異步電動機模型 三相異步電動機的定子鐵三相異步電動機的定子鐵心中放入三相定子繞心中放入三相定子繞 組。組。定子定子繞組繞組U1U2V1V2W1W2U1V1W1iuiviw t02 iuiwivitIi sinmu )120sin(Omv tIi )120sin(Omw tIi t =0iu u= 0= 0iv v為為負負值值iw w為為正正值值U1V1V2W1W2U2+ + +U1V1V2W1W2U2+ + + t=0360240120 t = 120 t = 240 t = 360U1

4、V1V2W1W2U2+ + +U1V1V2W1W2U2+ + + t02 iuiwivi 空間相差空間相差120 120 角的三角的三相繞組，通入對稱三相電流相繞組，通入對稱三相電流時，產(chǎn)生的是一對磁極的旋時，產(chǎn)生的是一對磁極的旋轉磁場，轉磁場， 如果改變流入三相繞組的電流相序如果改變流入三相繞組的電流相序, ,就能改變就能改變旋轉磁場的旋轉方向，三相異步電動機的旋轉方向旋轉磁場的旋轉方向，三相異步電動機的旋轉方向也就跟著改變。也就跟著改變。U1V1V2W1W2U2+ + +U-V-W-Un1U1V1V2W1W2U2+ + +U1V1V2W1W2U2+ + +U1V1V2W1W2U2+ + +

5、 U-V-W-U t0iuiwivi t=0360240120U1V1W1iuiwivU1V1V2W1W2U2+ + + t = 120U1V1V2W1W2U2+ + +U1V1V2W1W2U2+ + + t=0 t = 240 把三相異步電動機的三把三相異步電動機的三根線任意調(diào)換兩根與電源相根線任意調(diào)換兩根與電源相接，電動機旋轉方向反向。接，電動機旋轉方向反向。 t = 360 旋轉磁場的磁極對數(shù)旋轉磁場的磁極對數(shù)p與取決于三相定子繞組的結與取決于三相定子繞組的結構和連接方式。構和連接方式。pfn1160 (轉轉/每分）每分）電源頻率電源頻率電動機的磁極對數(shù)電動機的磁極對數(shù)750100015

6、0030004321pn(轉轉/每分每分)U1U2V1V2W1W2+ + +SN+ff轉子轉子轉速轉速n異步電動機原理圖異步電動機原理圖+轉子轉子定子定子磁場轉速磁場轉速n1n 三相異步電動機轉子在旋三相異步電動機轉子在旋轉磁場的作用下轉動起來，其轉磁場的作用下轉動起來，其轉向與旋轉磁場的轉向相同。轉向與旋轉磁場的轉向相同。磁場轉磁場轉速速n1轉子轉子感應電感應電動勢動勢(電流電流)n = (1s) n1轉差率：轉差率：0 s sN= 0.01 0.061 11 1n nn nn ns s 例例 一臺額定轉速為一臺額定轉速為1450r/min的三相異步電動機，的三相異步電動機，求：求：額定轉差

7、率。額定轉差率。解：解：速速）旋旋轉轉磁磁場場轉轉速速（同同步步轉轉 1 1n n轉轉子子轉轉速速 n因為因為sN= 0.01 0.06，所以該電動機為，所以該電動機為4極電機，極電機，旋轉磁場轉速為旋轉磁場轉速為1500 r/min。033033. .0 01500150014501450150015001 1N N1 1N N n nn nn ns s01000 /minnr3p 05. 010009501000010nnnsN某三相異步電動機額定轉速（即轉子轉速）某三相異步電動機額定轉速（即轉子轉速）n=950r/min，試求工頻情況下電動機的額定轉差率，試求工頻情況下電動機的額定轉差率

8、及電動機的磁極對數(shù)。及電動機的磁極對數(shù)。磁極對數(shù)磁極對數(shù)額定轉差率為：額定轉差率為：由于電動機的額定轉速接近于同步轉速，所以可得由于電動機的額定轉速接近于同步轉速，所以可得電動機的同步轉速電動機的同步轉速例：例：4.2 三相異步電動機的三相異步電動機的電磁轉矩與機械特性電磁轉矩與機械特性 電動機的電動機的電磁轉矩電磁轉矩是由是由和定和定子子相互作用產(chǎn)生的。相互作用產(chǎn)生的。 電磁轉矩的大小與轉子電流的有功分量電磁轉矩的大小與轉子電流的有功分量(I2a)、旋、旋轉磁場的強弱轉磁場的強弱( 0)成正比。成正比。2 22 20 0T Ta a2 20 0T Te em mc co os s I IC

9、CI IC CT T T TC C與電動機結構有關的常數(shù)與電動機結構有關的常數(shù)2 2coscos 轉子回路的功率因數(shù)轉子回路的功率因數(shù)電磁轉矩與電動機參數(shù)之間的關系：電磁轉矩與電動機參數(shù)之間的關系：2 22 20 02 22 22 22 21 1T Te em m) )( (s sX XR Rs sR RU UC CT T 2 22 20 02 22 22 22 21 1T Te em m) )( (s sX XR Rs sR RU UC CT T T TC C 電動機結構常數(shù)電動機結構常數(shù) U1 電動機電源電壓，電源電壓波動對電動機的轉電動機電源電壓，電源電壓波動對電動機的轉矩影響很大。矩影

10、響很大。 R2 電動機轉子繞組電阻。電動機轉子繞組電阻。 X20 電動機轉子不轉時，轉子繞組的漏抗。電動機轉子不轉時，轉子繞組的漏抗。 S 電動機的轉差率。電動機的轉差率。STem10TstTmsmsNTNTem = f (S) TN 額定轉矩額定轉矩2 22 20 02 22 22 22 21 1T Te em m) )( (s sX XR Rs sR RU UC CT T Tm 最大轉矩最大轉矩Tst 起動定轉矩起動定轉矩電動機的電磁轉矩與電動機的電磁轉矩與轉差率之間的關系轉差率之間的關系當當 U1 、R2 、X20為固定值時，為固定值時， 電動機的電磁轉矩與轉速之間的關系曲線。電動機的電

11、磁轉矩與轉速之間的關系曲線。1 1) )1 1( (n ns sn n Tem = f (S)n = f (Tem)穩(wěn)定運行時，電動機軸上輸出的穩(wěn)定運行時，電動機軸上輸出的轉矩等于負載轉矩轉矩等于負載轉矩 Tem T2穩(wěn)定運行區(qū)域：穩(wěn)定運行區(qū)域：AB段段當負載轉矩發(fā)生變化時，當負載轉矩發(fā)生變化時，電動機能自動調(diào)節(jié)到新的電動機能自動調(diào)節(jié)到新的穩(wěn)定運行狀態(tài)。穩(wěn)定運行狀態(tài)。如：如：在在N點穩(wěn)定運行，點穩(wěn)定運行，TN=T2，當當T2 ，n , Tem ,2 2ememT TT T 時在時在D點穩(wěn)定。點穩(wěn)定。n0n1TemABTstTmnNTNNDnD2 2T T n0n1TemTstTmnNTNN 1

12、. 額定轉矩額定轉矩TN N NN NN N9 95 55 50 0n nP PT T 電動機額定運行時的轉矩電動機額定運行時的轉矩PN 單位：千瓦（單位：千瓦（kW）nN 單位：轉每分（單位：轉每分（r/min）TN 單位：牛單位：牛米（米（N m）例例: 有兩臺功率相同的異步電動機，一臺有兩臺功率相同的異步電動機，一臺PN=7.5 kW，nN=962r/min，UN=380V，另一臺，另一臺PN=7.5 kW，nN=1450r/min，UN=380V，求電動機額定轉矩。，求電動機額定轉矩。解解 : 第一臺第一臺N NN NN N9 95 55 50 0n nP PT T m mN N4 4

13、5 5. .7 74 49 96 62 25 5. .7 79 95 55 50 0 第二臺第二臺m mN N4 4. .4 49 91 14 45 50 05 5. .7 79 95 55 50 0N N T T2. 最大轉矩最大轉矩Tm2 22 20 02 22 22 22 21 1T Te em m) )( (s sX XR Rs sR RU UC CT T 令令0 0d dd de em m S ST T0 02 20 02 2m m X XR RS S代入得代入得:得臨界轉差率得臨界轉差率20202 21 1T Tm m2 2X XU UC CT T n0Tem1U11UU U1sm

14、0Tm2R22RR R2Temn3. 起動定轉矩起動定轉矩Tst 過載能力過載能力 (最大轉矩倍數(shù)最大轉矩倍數(shù)) N NT TT Tm mT T 起動瞬間起動瞬間 n=0，s=1 當負載轉矩當負載轉矩 T2 5.75 不允許接起動。不允許接起動。（2）Y- 換接換接起動起動N NN NN Ns st ts st t5 5. .0 04 47 7. .0 04 4. .1 13 31 13 31 1T TT TT TT TT T 不能采用不能采用Y- 換接換接起動。起動。 例例: 已知一臺已知一臺PN=10kW，IN=20 A，UN=380 V， nN=1450r/min , 接三相籠型電動機，

15、由手冊查得：接三相籠型電動機，由手冊查得：Ist/ IN =7，Tst/TN =1.4，擬半載起動，擬半載起動,電源容量為電源容量為200kVA,試選試選擇適當?shù)钠饎臃椒〒襁m當?shù)钠饎臃椒?并并求此時的起動轉矩和起動電流。求此時的起動轉矩和起動電流。解解: （3）自耦補償器）自耦補償器起動起動由題意由題意N Ns st t5 5. .0 0T TT T N Ns st t4 4. .1 1T TT T 設：設：自耦變壓自耦變壓器的變比為器的變比為Ka6 67 7. .1 11 1a as st t2 2a as st t K KT TK KT T6 6. .0 06 67 7. .1 11 11

16、 1a a K K變壓器抽頭為變壓器抽頭為（抽頭置于（抽頭置于60%位置）位置）N NN N2 2s st t2 2a as st t5 50 04 4. .0 04 4. .1 16 6. .0 0/ /1 1T TT TT TK KT T N NN N2 2s st t2 2a as st t5 52 2. .2 27 76 6. .0 0/ /1 1I II II IK KI I N NN NN N/ /95509550n nP PT T m mN N8686. .656514501450/ /101095509550 m mN N2 2. .3 33 38 86 6. .6 65 55

17、 50 04 4. .0 0s st t T TA A4 4. .5 50 02 20 05 52 2. .2 2s st t I In1. 能耗制動能耗制動調(diào)節(jié)制調(diào)節(jié)制動電流動電流RPQ2 制動準確、平穩(wěn)、能量消耗小。但制動力較弱制動準確、平穩(wěn)、能量消耗小。但制動力較弱,且需要有直流電源。且需要有直流電源。固定磁固定磁場場制動原理制動原理TemM3 Q12. 反接制動反接制動QRM3 運行運行制動制動n制動原理制動原理Tem旋轉旋轉磁場磁場 將電源的任意兩相將電源的任意兩相對調(diào)，產(chǎn)生反向旋轉磁對調(diào)，產(chǎn)生反向旋轉磁場，產(chǎn)生制動轉矩。場，產(chǎn)生制動轉矩。方法簡單，制動效果好，方法簡單，制動效果好，

18、但能耗大。但能耗大。制動限制動限流電阻流電阻3. 回饋制動回饋制動 電動機轉速電動機轉速n大于大于旋轉磁場轉速旋轉磁場轉速n1。如起。如起重機重物下放時。重機重物下放時。n制動原理制動原理Tem旋轉旋轉磁場磁場n n1電動機處于發(fā)電運行狀態(tài)。電動機處于發(fā)電運行狀態(tài)。pfsnsn1060)1()1( 變頻調(diào)速（籠型電動機）變頻調(diào)速（籠型電動機）變極調(diào)速（籠型電動機）變極調(diào)速（籠型電動機）變轉差率調(diào)速（繞線型電動機）變轉差率調(diào)速（繞線型電動機） 電動機的轉速與電源頻率、電機磁極對數(shù)、電動機的轉速與電源頻率、電機磁極對數(shù)、轉差率有關。轉差率有關。1.變極調(diào)速變極調(diào)速電源頻率不變，改變電動機的磁極對數(shù)

19、電源頻率不變，改變電動機的磁極對數(shù) p p 調(diào)速。調(diào)速。U11U21U12U22P=2U11U21U12U22U1U2U11U21U12U22P=1U1U2U11U21U12U222. 變頻調(diào)速變頻調(diào)速 改變頻率（改變頻率（f f1 1) )調(diào)整調(diào)整電動機的電動機的轉速，屬無級調(diào)速，調(diào)速性能好，轉速，屬無級調(diào)速，調(diào)速性能好，但需有一套專用變頻設備。但需有一套專用變頻設備。3. 變轉差率調(diào)速變轉差率調(diào)速f=50HzM3 變頻設備變頻設備f1 可調(diào)可調(diào) 在繞線式電動機轉子繞組中串入在繞線式電動機轉子繞組中串入可調(diào)電阻可調(diào)電阻R , 可改變可改變 s 和和 n。n n Tm02R22RR R2Tem

20、nnT2可實現(xiàn)小范圍無級調(diào)可實現(xiàn)小范圍無級調(diào)速，但能耗大，效率速，但能耗大，效率低，廣泛應用于起重低，廣泛應用于起重設備。設備。4.4 三相異步電動機三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)的銘牌數(shù)據(jù)向使用者簡要說明電動機的一些額定數(shù)向使用者簡要說明電動機的一些額定數(shù)據(jù)和使用方法。據(jù)和使用方法。例：某電動機銘牌數(shù)據(jù)如下。例：某電動機銘牌數(shù)據(jù)如下。 三相異步電動機三相異步電動機型號型號Y132 M - 4 功率功率7.5kW 頻率頻率50HZ電壓電壓 380V 電流電流15.4A 接法接法 轉速轉速 1440 r/min 絕緣等級絕緣等級B 工作方式工作方式 連續(xù)連續(xù) 年年 月月 編號編號 電機廠電機廠1. 型

21、號型號Y 132 M - 4三相異步電動機三相異步電動機機座中心高機座中心高(mm)磁極數(shù)磁極數(shù)機座長度代號機座長度代號(S短機座短機座 ;M中機座中機座;L長機座長機座)2. 功率功率PN 額定運行時，軸上輸出的機械功率。額定運行時，軸上輸出的機械功率。 輸入功率輸入功率 COS3NN1IUP 效率效率1N/ PP 3. 電壓電壓UN 額定運行時，定子繞組上應加的額定運行時，定子繞組上應加的線電壓線電壓。4. 電流電流IN 在在UN、 PN時，時，流入定子繞組的流入定子繞組的線電流線電流。5. 轉速轉速nN 在在UN、 PN、 IN時，時，電動機電動機轉子轉子的轉速。的轉速。1U1V1W2U2V2W1U1V1W2U2V2W6. 接法接法 電動機三相定子繞組的接線方法。電動機三相定子繞組的接線方法。1U1V1W2U2V2W1U1V2U2V2W1W接線盒接線盒接線盒接線盒 接接Y接接7. 頻率頻率 fN 我國電網(wǎng)頻率為我國電網(wǎng)頻率為50HZ。8. 溫升及絕緣等級溫升及絕緣等級電動機常用絕緣材料分為五個等級。電動機常用