三相交流異步電動機

1、三相交流異步電動機三相交流異步電動機2022-5-13第五章三相交流異步電動機2按按照照定定子子繞繞組組相相數(shù)數(shù)分分單單相相異異步步電電動動機機異異步步電電動動機機交交流流電電動動機機繞繞線線型型異異步步電電動動機機按按照照轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子繞繞組組類類型型分分鼠鼠籠籠型型異異步步電電動動機機同同步步電電動動機機三三相相異異步步電電動動機機2022-5-13第五章三相交流異步電動機3結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)工作原理和轉(zhuǎn)動原理工作原理和轉(zhuǎn)動原理 工作原理工作原理 轉(zhuǎn)動原理轉(zhuǎn)動原理空載運行空載運行 電磁關(guān)系電磁關(guān)系 定子電壓平衡關(guān)系定子電壓平衡關(guān)系負(fù)載運行負(fù)載運行 電磁關(guān)系電磁關(guān)系 轉(zhuǎn)子繞組各電磁量特點轉(zhuǎn)子繞組各電磁量特點

2、 磁動勢平衡方程磁動勢平衡方程 電壓平衡方程式電壓平衡方程式重點內(nèi)容重點內(nèi)容2022-5-13第五章三相交流異步電動機4等效電路等效電路 頻率折算頻率折算 繞組折算繞組折算 T型等效電路型等效電路功率和電磁轉(zhuǎn)矩功率和電磁轉(zhuǎn)矩 功率平衡方程式功率平衡方程式 轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式機械特性機械特性 固有機械特性固有機械特性 人為機械特性人為機械特性2022-5-13第五章三相交流異步電動機5啟動和制動啟動和制動 鼠籠型異步電動機的啟動鼠籠型異步電動機的啟動 繞線型異步電動機的啟動繞線型異步電動機的啟動 異步電動機的電氣制動異步電動機的電氣制動交流調(diào)速的基本方法交流調(diào)速的基本方法 變極對數(shù)調(diào)速

3、變極對數(shù)調(diào)速 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 變頻調(diào)速變頻調(diào)速2022-5-13第五章三相交流異步電動機6 定子鐵心定子鐵心 定子 定子 定子繞組定子繞組 轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心 轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子繞組：繞線型繞組、鼠籠型繞組轉(zhuǎn)子繞組：繞線型繞組、鼠籠型繞組其它部分：機座、端蓋、軸承、軸承蓋、接線盒、風(fēng)扇、吊環(huán)其它部分：機座、端蓋、軸承、軸承蓋、接線盒、風(fēng)扇、吊環(huán)保護(hù)和固定定子繞組保護(hù)和固定定子繞組防護(hù)，支撐轉(zhuǎn)子防護(hù)，支撐轉(zhuǎn)子支撐轉(zhuǎn)子軸支撐轉(zhuǎn)子軸固定轉(zhuǎn)子固定轉(zhuǎn)子保護(hù)和固定繞組引出端保護(hù)和固定繞組引出端通風(fēng)冷卻電動機通風(fēng)冷卻電動機起吊搬抬電動機起吊搬抬電動機2022-5-13第五章三相交流異步電動機72022

4、-5-13第五章三相交流異步電動機8定子鐵心：定子鐵心：參與電動機磁路參與電動機磁路嵌放定子線圈嵌放定子線圈定子繞組：定子繞組：三個彼此獨立的繞組三個彼此獨立的繞組空間相差空間相差120120電角度電角度2022-5-13第五章三相交流異步電動機9星形連接星形連接三角形連接三角形連接1111222233334444555566662022-5-13第五章三相交流異步電動機10繞線式轉(zhuǎn)子繞組繞線式轉(zhuǎn)子繞組接線示意圖接線示意圖鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組三相，一般接成星形三相，一般接成星形各相引出線連到滑環(huán)上，各相引出線連到滑環(huán)上，滑環(huán)套在轉(zhuǎn)軸上并與之絕緣，滑環(huán)套在轉(zhuǎn)軸上并與之絕緣，通過電刷與外電

5、路相連通過電刷與外電路相連有可能在轉(zhuǎn)子電路中有可能在轉(zhuǎn)子電路中串接電阻，改善電動串接電阻，改善電動機運行性能機運行性能2022-5-13第五章三相交流異步電動機11銅條轉(zhuǎn)子銅條轉(zhuǎn)子 鑄鋁轉(zhuǎn)子鑄鋁轉(zhuǎn)子2022-5-13第五章三相交流異步電動機12 額定功率額定功率PN： 滿負(fù)載運行時三相電動機軸上輸出的機械功率滿負(fù)載運行時三相電動機軸上輸出的機械功率 額定電壓額定電壓UN：接到電動機繞組上的線電壓接到電動機繞組上的線電壓 額定電流額定電流IN： 三相電動機在額定電源電壓下，輸出額定功率時，三相電動機在額定電源電壓下，輸出額定功率時， 流入定子繞組的線電流流入定子繞組的線電流 額定頻率額定頻率fN

6、： 電動機所接交流電源每秒鐘內(nèi)周期變化的次數(shù)電動機所接交流電源每秒鐘內(nèi)周期變化的次數(shù) 額定轉(zhuǎn)速額定轉(zhuǎn)速nN： 三相電動機在額定工作情況下運行時每分鐘的轉(zhuǎn)速，三相電動機在額定工作情況下運行時每分鐘的轉(zhuǎn)速， 一般略小于對應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速一般略小于對應(yīng)的同步轉(zhuǎn)速 其它包括：型號、絕緣等級、定額、接法、防護(hù)等級其它包括：型號、絕緣等級、定額、接法、防護(hù)等級2022-5-13第五章三相交流異步電動機13結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)空載運行空載運行負(fù)載運行負(fù)載運行等效電路等效電路功率和電磁轉(zhuǎn)矩功率和電磁轉(zhuǎn)矩機械特性機械特性啟動和制動啟動和制動 調(diào)速調(diào)速2022-5-13第五章三相交流異步電動機14三相異步電動機之所以三相異步電動

7、機之所以會旋轉(zhuǎn)，是因為電動機會旋轉(zhuǎn)，是因為電動機氣隙內(nèi)有一個旋轉(zhuǎn)磁場氣隙內(nèi)有一個旋轉(zhuǎn)磁場氣隙氣隙要保證定子繞組要保證定子繞組通電后空間形成通電后空間形成對稱磁勢和電勢對稱磁勢和電勢定子繞組相序定子繞組相序2022-5-13第五章三相交流異步電動機15兩極旋轉(zhuǎn)磁場示意圖兩極旋轉(zhuǎn)磁場示意圖t = 0t = 120t = 240t = 3600A0B0Ci = sin t +90i = sin t -30i = sin t + 210三相電流波形三相電流波形2022-5-13第五章三相交流異步電動機162022-5-13第五章三相交流異步電動機17l定子繞組的連接形成一對磁極時，電流變化一個周期，旋

8、轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動一圈l若有p對磁極，交流電流每變化一個周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間中轉(zhuǎn)動1/p圈如何改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向？如何改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向？最簡單的方法：改變?nèi)嘟涣麟娏鞯耐ㄈ敕较蜃詈唵蔚姆椒ǎ焊淖內(nèi)嘟涣麟娏鞯耐ㄈ敕较?022-5-13第五章三相交流異步電動機1800nfp60 fn =p 三三相相交交流流電電動動機機定定子子旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁磁場場每每分分鐘鐘的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速 、定定子子電電流流頻頻率率和和磁磁極極對對數(shù)數(shù) 之之間間的的關(guān)關(guān)系系是是 060f3000n = 1500r minp2同同步步轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速 例例：一一臺臺四四極極三三相相異異步步電電動動機機的的同同步步轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速是是多多少少？2022-5-1

9、3第五章三相交流異步電動機19異步電動機靠電磁感應(yīng)作用工異步電動機靠電磁感應(yīng)作用工作，其轉(zhuǎn)子電流感應(yīng)產(chǎn)生，故作，其轉(zhuǎn)子電流感應(yīng)產(chǎn)生，故異步電動機又稱為感應(yīng)電動機異步電動機又稱為感應(yīng)電動機形形成成旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁磁場場0nn轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子導(dǎo)導(dǎo)體體切切割割磁磁力力線線， 產(chǎn)產(chǎn)生生 電電磁磁感感應(yīng)應(yīng)電電動動勢勢感感應(yīng)應(yīng)原原理理，產(chǎn)產(chǎn)生生感感應(yīng)應(yīng) 電電流流（轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子導(dǎo)導(dǎo)體體閉閉合合右右手手定定則則）轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子導(dǎo)導(dǎo)體體受受電電磁磁力力作作用用 左左手手定定則則電電磁磁力力對對轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸軸形形成成電電磁磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子按按旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁磁場場方方向向旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)2022-5-13第五章三相交流異步電動機2000nnnn轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子轉(zhuǎn)

10、轉(zhuǎn)速速 始始終終小小于于同同步步轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速 ，只只有有這這樣樣，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子繞繞組組與與旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁磁場場之之間間才才會會有有相相對對運運動動而而切切割割磁磁力力線線轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子繞繞組組導(dǎo)導(dǎo)體體中中才才能能產(chǎn)產(chǎn)生生感感應(yīng)應(yīng)電電動動勢勢和和電電流流，進(jìn)進(jìn)而而產(chǎn)產(chǎn)生生電電磁磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩矩，使使轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子按按是是異異步步電電照照旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁磁動動機機工工作作的的必必要要場場的的方方向向條條件件繼繼續(xù)續(xù)旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)異步電動機名稱的來歷異步電動機名稱的來歷2022-5-13第五章三相交流異步電動機21；0Nn = 0,s = 1n = ns = 00 s I ZU = -E U = E2022-5-13第五章三相交流異步電動機

11、32結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)工作原理和轉(zhuǎn)動原理工作原理和轉(zhuǎn)動原理空載運行空載運行等效電路等效電路功率和電磁轉(zhuǎn)矩功率和電磁轉(zhuǎn)矩機械特性機械特性啟動和制動啟動和制動 調(diào)速調(diào)速2022-5-13第五章三相交流異步電動機33三相異步電動機負(fù)載運行時，三相異步電動機負(fù)載運行時，軸上機械負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加，軸上機械負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加，原空載電磁轉(zhuǎn)矩?zé)o法平衡負(fù)載轉(zhuǎn)矩。原空載電磁轉(zhuǎn)矩?zé)o法平衡負(fù)載轉(zhuǎn)矩。電動機開始降速，電動機開始降速，旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間的相對運動速度加大。旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間的相對運動速度加大。轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢增加，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢增加，轉(zhuǎn)子電流和電磁轉(zhuǎn)矩增加。轉(zhuǎn)子電流和電磁轉(zhuǎn)矩增加。當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩增加到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩和空載轉(zhuǎn)矩相平衡時

12、，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩增加到與負(fù)載轉(zhuǎn)矩和空載轉(zhuǎn)矩相平衡時，電動機以低于空載時的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行電動機以低于空載時的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行2022-5-13第五章三相交流異步電動機34 旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁磁場場與與轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子的的相相對對轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速為為 即即為為旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)磁磁場場切切割割轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子繞繞組組的的速速度度00n = n -nn= sn轉(zhuǎn)子繞組中的電流將產(chǎn)生轉(zhuǎn)子繞組磁動勢，轉(zhuǎn)子繞組中的電流將產(chǎn)生轉(zhuǎn)子繞組磁動勢，相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度為相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度為 22222260fn =IFpF 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子繞繞組組感感應(yīng)應(yīng)電電動動勢勢與與感感應(yīng)應(yīng)電電流流的的頻頻率率為為 0201pnppsf =n =n = s= sf606060202

13、2-5-13第五章三相交流異步電動機35222100FFn + n = sn + n = nF相相對對于于定定子子繞繞組組的的旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速度度為為 可可見見，與與在在空空間間的的旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速度度相相同同。 即即，無無論論異異步步電電動動機機的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速如如何何變變化化，定定、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子繞繞組組的的磁磁動動勢勢相相對對靜靜止止。轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子繞繞組組極極對對數(shù)數(shù)與與定定子子繞繞組組極極對對數(shù)數(shù)始始終終相相同同，則則有有 221120260f60f60sf60fn = s= snpppp021FFF總的氣隙磁動勢是與定子繞組磁動勢的合成?？偟臍庀洞艅觿菔桥c定子繞組磁動勢的合成。2022-5-13第五章三相

14、交流異步電動機36異步電動機負(fù)載運行時的電磁關(guān)系示意圖異步電動機負(fù)載運行時的電磁關(guān)系示意圖2022-5-13第五章三相交流異步電動機3721af = sf. 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子繞繞組組感感應(yīng)應(yīng)電電動動勢勢及及電電 流流的的頻頻率率為為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子每每相相繞繞組組匝匝數(shù)數(shù)，為為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子繞繞組組系系數(shù)數(shù)，為為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)時時的的感感應(yīng)應(yīng)電電動動勢勢，為為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子靜靜止止時時的的感感應(yīng)應(yīng)電電轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動勢勢，又又稱稱堵堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)電電動動子子旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)時時轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子繞繞組組感感應(yīng)應(yīng)電電動動勢勢勢勢2s22N2m12N2m12N2m22N22s2 E= 4.44f N K = 4.44sf N K = s4.44f N K

15、= sE N K E Eb. 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n或轉(zhuǎn)差率或轉(zhuǎn)差率s隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化，隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化，s的變化會引起電動機內(nèi)部許多物理量的變化的變化會引起電動機內(nèi)部許多物理量的變化2022-5-13第五章三相交流異步電動機38為為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子每每相相繞繞組組的的漏漏電電感感，為為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子靜靜止止時時每每相相繞繞組組的的漏漏電電抗抗，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子電電抗抗2s222212222212 X= L = 2f L = 2sf L = sX L XXc= 2f.L ，為為轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子每每相相繞繞組組的的電電阻阻， 則則有有轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子電電流流2s2s22s22s22s222222s22E= -IR + jXREEI=d= s

16、R + XR + sX. 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子電電路路的的功功率率因因數(shù)數(shù)222222222s22RRcos=e=R + XR + sX. 2022-5-13第五章三相交流異步電動機39定、轉(zhuǎn)子磁動勢在空間相對靜止，其合成磁動勢為定、轉(zhuǎn)子磁動勢在空間相對靜止，其合成磁動勢為 稱為勵磁磁動勢，它產(chǎn)生氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場。稱為勵磁磁動勢，它產(chǎn)生氣隙中的旋轉(zhuǎn)磁場。上式也可寫成 上式也可寫成 異步電動機磁動勢平衡關(guān)系，使得電路上無異步電動機磁動勢平衡關(guān)系，使得電路上無直接聯(lián)系的定、轉(zhuǎn)子繞組電流有了關(guān)聯(lián)。直接聯(lián)系的定、轉(zhuǎn)子繞組電流有了關(guān)聯(lián)。0120102F = F + FFF = F + -F2022-5-13第五章三

17、相交流異步電動機40定子每相繞組電動勢平衡方程式為定子每相繞組電動勢平衡方程式為轉(zhuǎn)子每相繞組電動勢平衡方程式為轉(zhuǎn)子每相繞組電動勢平衡方程式為 即， 即， 為轉(zhuǎn)子每相繞組在轉(zhuǎn)差率為 時的漏阻抗為轉(zhuǎn)子每相繞組在轉(zhuǎn)差率為 時的漏阻抗111112s2s22s2s2s22s2s2s2s22sU = -E + IR + jX0 = -E+ IR + jXE= IR + jX= I ZZR + jXs2022-5-13第五章三相交流異步電動機41結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)工作原理和轉(zhuǎn)動原理工作原理和轉(zhuǎn)動原理空載運行空載運行負(fù)載運行負(fù)載運行功率和電磁轉(zhuǎn)矩功率和電磁轉(zhuǎn)矩機械特性機械特性啟動和制動啟動和制動 調(diào)速調(diào)速2022-5-

18、13第五章三相交流異步電動機42目的： 將轉(zhuǎn)子電路與定子電路作直接的電的連接原則：不改變定子繞組的物理量 （定子電動勢、定子電流、定子側(cè)功率因數(shù)等）且轉(zhuǎn)子電路對定子電路的影響不變 （折算前后轉(zhuǎn)子磁動勢和各功率不變）具體操作： 轉(zhuǎn)子頻率折算轉(zhuǎn)子繞組折算2022-5-13第五章三相交流異步電動機4321f = sf將頻率為將頻率為f f2 2的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子電路折算為與定子頻率的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子電路折算為與定子頻率f f1 1相同的等效靜止轉(zhuǎn)子電路相同的等效靜止轉(zhuǎn)子電路實實際際運運行行時時的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子電電流流 2s22s22s22EsEI=R + jXR + jsX分分子子分分母母同同除除以以 ：2222222

19、2EEs I =1- sRRR+ jX+ jXss轉(zhuǎn)子折算值加轉(zhuǎn)子折算值加表示表示2022-5-13第五章三相交流異步電動機44可可分分解解為為 : :等等效效轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子電電阻阻: :等等效效負(fù)負(fù)載載電電阻阻，表表征征電電動動機機輸輸出出的的機機械械功功率率22222R1-sRRssR1-sRs經(jīng)過頻率折算后的異步電動機的電路示意圖經(jīng)過頻率折算后的異步電動機的電路示意圖2022-5-13第五章三相交流異步電動機45l方法： 人為地用一個相數(shù)、每相串聯(lián)匝數(shù)以及繞組系數(shù)和定子繞組一樣的繞組代替相數(shù)為m2，每相串聯(lián)匝數(shù)為N2，繞組系數(shù)為KN2且經(jīng)過頻率折算的轉(zhuǎn)子繞組。l原則：保證折算前后轉(zhuǎn)子對定子的電

20、磁效應(yīng)不變，即轉(zhuǎn)子的磁動勢、總的視在功率、銅耗以及轉(zhuǎn)子漏磁場儲能均保持不變2022-5-13第五章三相交流異步電動機4622222N22121N1222N2222111N1N11i22N2iF = FmF =N KI2pm F =N KI2pm N K1I =IIam N Kkm N K.k =mK N 根據(jù)保持轉(zhuǎn)子磁動勢不變的原則根據(jù)保持轉(zhuǎn)子磁動勢不變的原則 繞組折算前后磁動勢分別為：繞組折算前后磁動勢分別為： 則 則 電流比 電流比 折折 電流算電流算 2022-5-13第五章三相交流異步電動機47 繞組折算前后電動勢分別為繞組折算前后電動勢分別為 則 則 電壓比 電壓比 電動勢折電動勢折

21、 算算212N2m211N1m1N121N1e2N22e212N2E = 4.44f N Kb. E = 4.44fNN KN KE =Ek E =KEKkN KN=2022-5-13第五章三相交流異步電動機48 根據(jù)折算前后轉(zhuǎn)子銅耗不變的原則根據(jù)折算前后轉(zhuǎn)子銅耗不變的原則 折算前后的轉(zhuǎn)子銅耗分別為：折算前后的轉(zhuǎn)子銅耗分別為： 則 則 阻抗折阻抗折 算算 1 1i2Cu2222 2Cu212222222211N1222i2121122N2ie2P= m I RP= m IRmImmm N KR =R =k R =k RmImmm N K= kck.R 2022-5-13第五章三相交流異步電動機

22、49 根根據(jù)據(jù)繞繞組組折折算算前前后后轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子電電路路的的無無功功功功率率不不變變原原則則 折折算算前前后后的的阻阻抗抗折折算算 2 2無無功功功功率率分分別別為為： 則則 則則 22222 2212222222ie212222ie2ie2ie22ie2Q = m I XQ = m IXmIX =X = k k XmIZ = R + jX = k k R + jk k X = k kR + jX c = k k Z.2022-5-13第五章三相交流異步電動機50經(jīng)過繞組折算后的異步電動機的電路示意圖經(jīng)過繞組折算后的異步電動機的電路示意圖2022-5-13第五章三相交流異步電動機51型等效電路型

23、等效電路，空空載載時時：相相當(dāng)當(dāng)于于轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子開開路路轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子堵堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)時時：轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子側(cè)側(cè)近近似似于于短短路路0221-snn s0Rs1-sn=0s=1R =0s ， ， ，反映反映反映反映反映反映2022-5-13第五章三相交流異步電動機52由 型等效電路可得到由 型等效電路可得到 異步電動機負(fù)載時的基本方程式為異步電動機負(fù)載時的基本方程式為 1111110mm121202222T U = -E + IR + jX - E = IR + jX E = E I + I = I E = IRs+ jX2022-5-13第五章三相交流異步電動機53簡化等效電路簡化等效電路12222112UI =RR

24、+ XXs2022-5-13第五章三相交流異步電動機54結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)工作原理和轉(zhuǎn)動原理工作原理和轉(zhuǎn)動原理空載運行空載運行負(fù)載運行負(fù)載運行等效電路等效電路機械特性機械特性啟動和制動啟動和制動 調(diào)速調(diào)速2022-5-13第五章三相交流異步電動機55異步電動機的功率流圖異步電動機的功率流圖2022-5-13第五章三相交流異步電動機56電阻損耗：電阻損耗：定子電阻產(chǎn)生的定子銅損耗：定子電阻產(chǎn)生的定子銅損耗：勵磁電阻產(chǎn)生的定子鐵損耗：勵磁電阻產(chǎn)生的定子鐵損耗：轉(zhuǎn)子電阻產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子銅損耗：轉(zhuǎn)子電阻產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子銅損耗：21Cu1112mFemm22Cu222RP= 3I RRP= 3I RRP= 3I R電電磁磁功

25、功定定子子傳傳遞遞給給轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子回回路路的的率率em1Cu1FeP= P - P- P電磁功率是等效電路中轉(zhuǎn)子回路的全部損耗：電磁功率是等效電路中轉(zhuǎn)子回路的全部損耗：em222em2222PR1- sP= 3IR +R= 3Iss2022-5-13第五章三相交流異步電動機57轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸軸實實際際：為為機機械械損損耗耗；為為附附加加損損耗耗，大大型型電電機機中中小小型型電電機機輸輸出出功功率率中中22jjsfjjsfjfjNfjNPP = P - P - PPPP0.5%P ,P1 3 %P 異異步步電電動動機機運運行行時時，從從電電源源輸輸入入電電功功率率到到轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸軸輸輸出出機機械械功功率率的的全全

26、過過程程為為：1221Cu1FeCu2jsfjPP P = PP+ P+ P+ P + P= P -P機機械械功功率率傳傳遞遞給給電電動動機機軸軸的的：j2jemCu222emP1- sP = P- P= 3IR = 1- s Ps2022-5-13第五章三相交流異步電動機58電磁功率、轉(zhuǎn)子損耗和機械功率分別為電磁功率、轉(zhuǎn)子損耗和機械功率分別為 可見， 可見， ： ： ： emCu2j22em22Cu2222jemCu222ememCu2jCu2emjemCuem2jPPPRP= 3Is P= 3I R1- s P = P- P= 3IR = 1- s Ps P= P+ P PPP1: s :

27、 1- s P= sPP = 1- s P2022-5-13第五章三相交流異步電動機59電電 是同步角速是同步角速磁轉(zhuǎn)磁轉(zhuǎn)度度矩矩jjj000eme0PP=2n2n1- s60602PPT =n =60物理表達(dá)式物理表達(dá)式空空令，則令，則兩邊同除以角速度 ，有 兩邊同除以角速度 ，有 稱為，稱為稱為，稱為 為為忽略，則有 忽略，則有 載轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩載轉(zhuǎn)矩輸出轉(zhuǎn)矩負(fù)載負(fù)載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩0jsfj2j02e0022LL0e2LP = P + PP = P - PT =T -TTTT =TTTTT =T2022-5-13第五章三相交流異步電動機60結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)工作原理和轉(zhuǎn)動原理工作原理和轉(zhuǎn)動原理空載運行空載運

28、行負(fù)載運行負(fù)載運行等效電路等效電路功率和電磁轉(zhuǎn)矩功率和電磁轉(zhuǎn)矩啟動和制動啟動和制動 調(diào)速調(diào)速2022-5-13第五章三相交流異步電動機61 一定條件下轉(zhuǎn)速 和電一定條件下轉(zhuǎn)速 和電 是指：是指： 在，電動機的在，電動機的之間的關(guān)系:之間的關(guān)系: 或 或 異步電動機異步電動機矩矩機機磁轉(zhuǎn)磁轉(zhuǎn)的械特性的械特性eeenn = f TTT= f s22em2RP= 3Iseem0TP=2211222112Rm pU=R2fR+ XXss12222112UI =RR+ XXs參數(shù)表達(dá)式參數(shù)表達(dá)式eT21U2022-5-13第五章三相交流異步電動機62 是是指指： 電電動動機機工工作作在在和和條條件件下下

29、，按按，定定、額額定定電電壓壓額額定定功功率率規(guī)規(guī)定定方方法法接接線線外外轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子時時，電電動動機機的的異異步步電電動動機機的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速接接電電阻阻和和電電固固有有磁磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)機機械械矩矩之之間間的的關(guān)關(guān)系系為為性性。特特enT02022-5-13第五章三相交流異步電動機63(1) (2) 整整個個機機械械特特性性可可分分為為兩兩部部分分：部部分分：，穩(wěn)穩(wěn)定定運運行行部部分分，工工作作區(qū)區(qū)域域部部分分：，不不穩(wěn)穩(wěn)定定運運行行部部分分，非非工工作作區(qū)區(qū)域域mmD- B 0 s sB - As s 1固有機械特性曲線固有機械特性曲線2022-5-13第五章三相交流異步電動機64，理理想想 ，空空載載點

30、點 ：，0210es = 0n= nI0I = ITD= 0定定點點，：，額額0NNNeN0NNNn -n n = ns = s=T = TnP T9.55nC 2022-5-13第五章三相交流異步電動機652m22112211emax221112Rs =R + X+ Xm pUT=4f R +R + X+ XB臨界轉(zhuǎn)差率 臨界轉(zhuǎn)差率 最大電磁轉(zhuǎn)矩 最大電磁轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩點 ：最大轉(zhuǎn)矩點 ：m12emax21emaxmmNsURTRUT = = 1.62.5T與電源電壓無關(guān)，與轉(zhuǎn)子電阻成正比與電源電壓無關(guān)，與轉(zhuǎn)子電阻成正比與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)，與電源電壓的平方成正比與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)，與電源電壓的平方成

31、正比過載能力 一般異步電動機過載能力 一般異步電動機2022-5-13第五章三相交流異步電動機66，稱為電動機的啟動轉(zhuǎn)矩 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩稱為電動機的啟動轉(zhuǎn)矩 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 啟動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 啟動轉(zhuǎn)矩倍數(shù) 啟動點啟動點一一： 般般est2112st221212ststmmN n = 0s = 1T =Tm pU R T 2fR + R+ X+ X TTK=K= 1.8TA 2.02022-5-13第五章三相交流異步電動機67 是指：是指： 人為地改變電動機的某些參數(shù)或電源電壓的大小人為地改變電動機的某些參數(shù)或電源電壓的大小而得到的機械特性。而得到的機械特性。異步電動機的人為機械特性異步電動機的人為機械特性目目

32、：獲得需要：獲得需要的的的拖動性能的拖動性能2022-5-13第五章三相交流異步電動機68（）（） 降低電源電壓時的人為機械特性降低電源電壓時的人為機械特性2112st2212122m22112211emax221112m pU RT =2fR + R+ X+ XRs =R + X+ Xm pUT=4f R +R + X+ X2022-5-13第五章三相交流異步電動機69（）（） 降低電源電壓時的人為機械特性降低電源電壓時的人為機械特性、降壓后的機械特性變“軟”，啟動和過載能力都下降降壓后的機械特性變“軟”，啟動和過載能力都下降1 1 如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩，將停轉(zhuǎn)；如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于電磁轉(zhuǎn)矩

33、，將停轉(zhuǎn)；2 2 如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于電磁轉(zhuǎn)矩，可繼續(xù)運轉(zhuǎn)：如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩小于電磁轉(zhuǎn)矩，可繼續(xù)運轉(zhuǎn)： 但是轉(zhuǎn)速 下降，轉(zhuǎn)差率 增大但是轉(zhuǎn)速 下降，轉(zhuǎn)差率 增大 轉(zhuǎn)子電動勢增大轉(zhuǎn)子電動勢增大 電流增大電流增大 電動機過載，長期過載將導(dǎo)致電動機溫升超過電動機過載，長期過載將導(dǎo)致電動機溫升超過允許值，影響電動機壽命，甚至燒毀繞組允許值，影響電動機壽命，甚至燒毀繞組2s21nsEII2022-5-13第五章三相交流異步電動機70（）（）轉(zhuǎn)子電路串對稱電阻的人為機械特性轉(zhuǎn)子電路串對稱電阻的人為機械特性2112st2212122m22112211emax221112m pU RT2fR + R+ X+ XRs

34、=R + X+ Xm pUT=4f R +R + X+ X在一定范圍內(nèi)增加轉(zhuǎn)子電阻，可以增加電動機啟動轉(zhuǎn)矩在一定范圍內(nèi)增加轉(zhuǎn)子電阻，可以增加電動機啟動轉(zhuǎn)矩2022-5-13第五章三相交流異步電動機71 eemaxmmemaxmNNNN2mNmm2T =Tss+ssT= TPT = 9.55ns = s -1實用表達(dá)式：實用表達(dá)式：實用表達(dá)式實用表達(dá)式2022-5-13第五章三相交流異步電動機72結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)工作原理和轉(zhuǎn)動原理工作原理和轉(zhuǎn)動原理空載運行空載運行負(fù)載運行負(fù)載運行等效電路等效電路功率和電磁轉(zhuǎn)矩功率和電磁轉(zhuǎn)矩機械特性機械特性 調(diào)速調(diào)速2022-5-13第五章三相交流異步電動機73降壓啟動方

35、式是指在啟動過程中降壓啟動方式是指在啟動過程中降低其定子繞組端的外加電壓，降低其定子繞組端的外加電壓，啟動結(jié)束后再將定子繞組兩端電啟動結(jié)束后再將定子繞組兩端電壓恢復(fù)到額定值。該方法在降低壓恢復(fù)到額定值。該方法在降低啟動電流的同時也降低了啟動轉(zhuǎn)啟動電流的同時也降低了啟動轉(zhuǎn)矩，因此只適用于電動機空載或矩，因此只適用于電動機空載或者輕載啟動者輕載啟動直接啟動直接啟動鼠籠型鼠籠型定子繞組串自耦變壓器定子繞組串自耦變壓器降壓啟動降壓啟動定子繞組串電抗或電阻定子繞組串電抗或電阻啟動啟動定子繞組串電抗或電阻定子繞組串電抗或電阻繞線型：降壓啟動繞線型：降壓啟動轉(zhuǎn)子繞組串電抗或電阻轉(zhuǎn)子繞組串電抗或電阻能耗制動能

36、耗制動電源兩相反接電源兩相反接制動 反接制動制動 反接制動倒拉反接倒拉反接回饋制動回饋制動2022-5-13第五章三相交流異步電動機743441.1.直接啟動直接啟動條件：條件：電動機容量在以下電動機容量在以下符合下列經(jīng)驗公式符合下列經(jīng)驗公式供電變壓器容量供電變壓器容量 啟動電動機功率啟動電動機功率stNa. 10kwb. I(kVA)+I(kw)2.2.降壓啟動降壓啟動 （ 1）定子繞組串電抗或電阻降壓啟動（ 1）定子繞組串電抗或電阻降壓啟動 （ 2）定子繞組串自耦變壓器降壓啟動（ 2）定子繞組串自耦變壓器降壓啟動2022-5-13第五章三相交流異步電動機75優(yōu)點：不受電動機定子繞組接法形式

37、的限制優(yōu)點：不受電動機定子繞組接法形式的限制缺點：啟動電阻使設(shè)備體積增大，電能損耗大缺點：啟動電阻使設(shè)備體積增大，電能損耗大 定子繞組定子繞組串電抗或電阻串電抗或電阻 降壓啟動降壓啟動 線路線路2022-5-13第五章三相交流異步電動機76定子繞組串自耦變壓器降壓啟動線路定子繞組串自耦變壓器降壓啟動線路優(yōu)點：啟動性能好；缺點：線路相對復(fù)雜，設(shè)備體積大優(yōu)點：啟動性能好；缺點：線路相對復(fù)雜，設(shè)備體積大利用自耦變壓器將電源電壓降低后再加到電動機利用自耦變壓器將電源電壓降低后再加到電動機定子繞組端，達(dá)到減小啟動電流的目的定子繞組端，達(dá)到減小啟動電流的目的2022-5-13第五章三相交流異步電動機77，

38、211122st222212122112Um pU RI =T2fR + R+ X+ XRR+ XXs繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子可以繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子可以通過滑環(huán)和電刷串接外加電通過滑環(huán)和電刷串接外加電阻，而增加轉(zhuǎn)子串接電阻可阻，而增加轉(zhuǎn)子串接電阻可以減小啟動電流并且提高電以減小啟動電流并且提高電動機的啟動轉(zhuǎn)矩動機的啟動轉(zhuǎn)矩2022-5-13第五章三相交流異步電動機78為了獲取為了獲取較平滑的較平滑的啟動過程，啟動過程，將啟動電將啟動電阻分級，阻分級，在啟動過在啟動過程中逐級程中逐級切除切除繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻啟動原理圖及機械特性繞線型異步電動機轉(zhuǎn)子串電阻啟動原理圖及機械特性2022-5-1

39、3第五章三相交流異步電動機79結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)工作原理和轉(zhuǎn)動原理工作原理和轉(zhuǎn)動原理空載運行空載運行負(fù)載運行負(fù)載運行等效電路等效電路功率和電磁轉(zhuǎn)矩功率和電磁轉(zhuǎn)矩機械特性機械特性啟動和制動啟動和制動 2022-5-13第五章三相交流異步電動機80由由可可知知，調(diào)調(diào)速速有有如如下下方方法法： 變變極極 變變極極調(diào)調(diào)速速變變同同步步轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速速 變變頻頻 變變頻頻調(diào)調(diào)速速 定定子子調(diào)調(diào)壓壓 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子子串串電電阻阻變變轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差差率率 電電磁磁轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差差離離合合器器 串串極極調(diào)調(diào)速速0060fn= n1-s =1-sppnfs 轉(zhuǎn)差功率不變型轉(zhuǎn)差功率消耗型轉(zhuǎn)差功率回饋型2 semCuPsPP轉(zhuǎn)差功率2022-5-13第五章

40、三相交流異步電動機81 變極調(diào)速是在定子頻率一定時，改變定子的極對數(shù)來變極調(diào)速是在定子頻率一定時，改變定子的極對數(shù)來改變同步轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)速目的。改變同步轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到調(diào)速目的。 變極方法：變極方法：1. 電動機運行時改變定子繞組接線方式電動機運行時改變定子繞組接線方式 2. 定子上獨立纏繞定子上獨立纏繞23套極對數(shù)不同的繞組套極對數(shù)不同的繞組優(yōu)點：設(shè)備簡單，操作方便，機械特性較硬，效率高優(yōu)點：設(shè)備簡單，操作方便，機械特性較硬，效率高 既適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，又適用于恒功率調(diào)速既適用于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，又適用于恒功率調(diào)速缺點：有級調(diào)速，只適用于鼠籠型異步電動機缺點：有級調(diào)速，只適用于鼠籠型異步電動機2

41、022-5-13第五章三相交流異步電動機82 （1）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速）轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速特點：特點：1. 同步轉(zhuǎn)速不變，最大轉(zhuǎn)矩也不變；同步轉(zhuǎn)速不變，最大轉(zhuǎn)矩也不變； 2. 串接電阻越大，機械特性越軟；串接電阻越大，機械特性越軟； 3. 調(diào)速時如果定子電壓不變，電動機主磁通不變；調(diào)速時如果定子電壓不變，電動機主磁通不變； 4. 若保持轉(zhuǎn)子電流為額定值，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速若保持轉(zhuǎn)子電流為額定值，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 缺點：效率低，有級調(diào)速，調(diào)速精度差缺點：效率低，有級調(diào)速，調(diào)速精度差2022-5-13第五章三相交流異步電動機83 （2）定子調(diào)壓調(diào)速）定子調(diào)壓調(diào)速特點：特點：1. 同步轉(zhuǎn)速不變，最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)差

42、率也不變；同步轉(zhuǎn)速不變，最大轉(zhuǎn)矩對應(yīng)的轉(zhuǎn)差率也不變； 2. 轉(zhuǎn)矩與定子電壓平方成正比；轉(zhuǎn)矩與定子電壓平方成正比； 3. 定子電壓越低，機械特性越軟；定子電壓越低，機械特性越軟； 4. 可實現(xiàn)平滑的無級調(diào)速；可實現(xiàn)平滑的無級調(diào)速； 5. 既非恒功率調(diào)速，又非恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速既非恒功率調(diào)速，又非恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速 低速時效率低，更適用于風(fēng)機水泵類負(fù)載低速時效率低，更適用于風(fēng)機水泵類負(fù)載2022-5-13第五章三相交流異步電動機84（3）串串極極調(diào)調(diào)速速原原理理框框圖圖2022-5-13第五章三相交流異步電動機85 （3）串極調(diào)速）串極調(diào)速 在轉(zhuǎn)子上串入與轉(zhuǎn)子電動勢同頻率的附加電動勢，并在轉(zhuǎn)子上串入與轉(zhuǎn)子電動勢同

43、頻率的附加電動勢，并通過改變其幅值和相位來實現(xiàn)調(diào)速，同時將轉(zhuǎn)差功率返回通過改變其幅值和相位來實現(xiàn)調(diào)速，同時將轉(zhuǎn)差功率返回到電源。到電源。優(yōu)點：效率高，機械特性較硬，可實現(xiàn)無級平滑調(diào)速優(yōu)點：效率高，機械特性較硬，可實現(xiàn)無級平滑調(diào)速缺點：功率因數(shù)較低缺點：功率因數(shù)較低2022-5-13第五章三相交流異步電動機86變頻調(diào)速系統(tǒng)原理框圖變頻調(diào)速系統(tǒng)原理框圖控制器控制器逆變器逆變器電壓電壓/電流檢測電流檢測轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速/位置檢測位置檢測給定給定M30u0fsu1f 優(yōu)點：不同轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)差率不變，轉(zhuǎn)差損耗小，機械特性硬，優(yōu)點：不同轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)差率不變，轉(zhuǎn)差損耗小，機械特性硬， 調(diào)速范圍寬，調(diào)速精度高調(diào)速范圍寬，調(diào)速

44、精度高缺點：變頻裝置成本較高，變頻調(diào)速原理較復(fù)雜缺點：變頻裝置成本較高，變頻調(diào)速原理較復(fù)雜2022-5-13第五章三相交流異步電動機87變頻調(diào)速機械特性曲線變頻調(diào)速機械特性曲線2022-5-13第五章三相交流異步電動機896719711985VVVF控制 第 章矢量控制第 章年直接轉(zhuǎn)矩控制年2022-5-13第五章三相交流異步電動機90三相異步電動機是靠電磁感應(yīng)作用來工作的，其轉(zhuǎn)子電流是三相異步電動機是靠電磁感應(yīng)作用來工作的，其轉(zhuǎn)子電流是感應(yīng)產(chǎn)生的，故也稱異步電動機為感應(yīng)電動機感應(yīng)產(chǎn)生的，故也稱異步電動機為感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)差率是異步電動機的重要物理量，它的大小反映了電動機轉(zhuǎn)差率是異步電動機的重要物理量，它的大小反映了電動機負(fù)載的大小，它的存在是異步電動機旋轉(zhuǎn)的必要條件。轉(zhuǎn)差率的負(fù)載的大小，它的存在是異步電動機旋轉(zhuǎn)的必要條件。轉(zhuǎn)差率的大小可區(qū)分異步電動機的運行狀態(tài)大小可區(qū)分異步電動機的運行狀態(tài)異步電動機按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同，分為鼠籠型和繞線型轉(zhuǎn)子異步異步電動機按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同，分為鼠籠型和繞線型轉(zhuǎn)子異步電動機兩種，它們的定子結(jié)構(gòu)相同，而轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同電動機兩種，它們的定子結(jié)構(gòu)相同，而轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不同 為求作異步電動機的等效電路，除了對轉(zhuǎn)子繞組各量進(jìn)行折為求作異步電動機的