電工電子技術(shù) 04 異步電動(dòng)機(jī)

4.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)動(dòng)原理4.2三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性4.3三相異步電動(dòng)機(jī)的控制4.4三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)異步電動(dòng)機(jī)第4章4.1

三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及轉(zhuǎn)動(dòng)原理4.1.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)4.1.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理

異步電動(dòng)機(jī)是把交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的動(dòng)力機(jī)械，廣泛應(yīng)用于工業(yè)（如：機(jī)床、紡織機(jī)械、起重機(jī)、礦山機(jī)械等）、農(nóng)業(yè)（脫粒機(jī)、粉碎機(jī)、水泵及加工機(jī)械等）、家用電器（電風(fēng)扇、空調(diào)、洗衣機(jī)、電冰箱及小功率電動(dòng)工具等）。電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)電機(jī)直流電機(jī)交流電機(jī)同步電機(jī)異步電機(jī)（籠型、繞線型）特殊電機(jī)三相異步電機(jī)單相異步電機(jī)本章重點(diǎn)介紹三相異步電機(jī)。三相異步電機(jī)接線盒轉(zhuǎn)軸4.1.1三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)機(jī)座定子鐵心定子繞組接線盒端蓋罩殼風(fēng)扇轉(zhuǎn)子此外，還有端蓋、軸承、風(fēng)扇等部件。轉(zhuǎn)軸主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。V’VW’U’UW三相異步機(jī)的結(jié)構(gòu)定子轉(zhuǎn)子1.定子

三相異步電動(dòng)機(jī)的定子是由機(jī)座、定子鐵心和定子繞組組成。定子繞組機(jī)座鐵心定子鐵心沖片U1U2三相定子繞組（U相）2.轉(zhuǎn)子根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)的不同分為：三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子是由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸組成。轉(zhuǎn)子鐵心沖片鐵心轉(zhuǎn)子繞組轉(zhuǎn)軸籠型轉(zhuǎn)子去掉鐵心后的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條（轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)嵌有鑄鋁導(dǎo)條）籠型轉(zhuǎn)子繞線型轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)嵌有三相繞組）鼠籠式轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子4.1.2三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理異步電動(dòng)機(jī)模型1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生

三相異步電動(dòng)機(jī)的定子鐵心中放入三相定子繞組。定子繞組U1U2V1V2W1W2U1V1W1iuiviw定子繞組Y接接入三相對(duì)稱電源。t02iuiwivit=0°iu=0iv為負(fù)值iw為正值U1V1V2W1W2U2++U1V1V2W1W2U2++t=0°360°240°120°t=120°t=240°t=360°U1V1V2W1W2U2++U1V1V2W1W2U2++NSNNNSSSt02iuiwivi

空間相差120o角的三相繞組，通入對(duì)稱三相電流時(shí)，產(chǎn)生的是一對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，磁場的旋轉(zhuǎn)方向與繞組中電流的相序一致。如果改變流入三相繞組的電流相序,就能改變旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向，三相異步電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向也就跟著改變。U1V1V2W1W2U2++NS如果電流的相序?yàn)閁-V-W-U則旋轉(zhuǎn)磁場為順時(shí)針方向。n1U1V1V2W1W2U2++NSU1V1V2W1W2U2++NSU1V1V2W1W2U2++NS2.磁場的旋轉(zhuǎn)方向

與繞組中電流的相序一致U-V-W-U。t0iuiwivit=0°360°240°120°U1V1W1iuiwivU1V1V2W1W2U2++NSt=120°U1V1V2W1W2U2++NSU1V1V2W1W2U2++NSt=0°t=240°繞組中電流的相序?yàn)閁-W-V-U，磁場逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。把三相異步電動(dòng)機(jī)的三根線任意調(diào)換兩根與電源相接，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向反向。t=360°旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對(duì)數(shù)p與取決于三相定子繞組的結(jié)構(gòu)和連接方式。3.旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對(duì)數(shù)p4.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0(轉(zhuǎn)/每分）電源頻率電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)7501000150030004321pn(轉(zhuǎn)/每分)U1U2V1V2W1W2++SN?+ff轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)的磁場可以帶動(dòng)轉(zhuǎn)子同方向旋轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)原理圖???+++轉(zhuǎn)子定子磁場轉(zhuǎn)速n1n三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)起來，其轉(zhuǎn)向與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同。磁場轉(zhuǎn)速n1轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(電流)5.電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理n=(1–s)n1轉(zhuǎn)差率：0<s

<sN=0.01~0.06例

一臺(tái)額定轉(zhuǎn)速為1450r/min的三相異步電動(dòng)機(jī)，求：額定轉(zhuǎn)差率。解：因?yàn)閟N=0.01~0.06，所以該電動(dòng)機(jī)為4極電機(jī)，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速為1500r/min。某三相異步電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速（即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速）n=950r/min，試求工頻情況下電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)差率及電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)。磁極對(duì)數(shù)額定轉(zhuǎn)差率為：由于電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速接近于同步轉(zhuǎn)速，所以可得電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速例：4.2

三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與機(jī)械特性4.2.1三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩4.2.2三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性4.2.1三相異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩

電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由轉(zhuǎn)子電流的有功分量和定子旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生的。電磁轉(zhuǎn)矩的大小與轉(zhuǎn)子電流的有功分量(I2a)、旋轉(zhuǎn)磁場的強(qiáng)弱(0)成正比。與電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)轉(zhuǎn)子回路的功率因數(shù)電磁轉(zhuǎn)矩與電動(dòng)機(jī)參數(shù)之間的關(guān)系：電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)

U1

電動(dòng)機(jī)電源電壓，電源電壓波動(dòng)對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩影響很大。

R2電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組電阻。

X20電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組的漏抗。

S

電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率。4.2.2三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性STem10TstTmsmsNTNTem=f(S)

TN

額定轉(zhuǎn)矩Tm

最大轉(zhuǎn)矩Tst

起動(dòng)定轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系當(dāng)U1、R2

、X20為固定值時(shí)，

機(jī)械特性:電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系曲線。Tem=f(S)n

=f(Tem)三相異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，電動(dòng)機(jī)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TemT2穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域：AB段當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)能自動(dòng)調(diào)節(jié)到新的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。如：在N點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，TN=T2，當(dāng)T2，n,Tem,時(shí)在D點(diǎn)穩(wěn)定。n0n1TemABTstTmnNTNNDnDn0n1TemTstTmnNTNN

1.額定轉(zhuǎn)矩TN

電動(dòng)機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩PN

單位：千瓦（kW）nN

單位：轉(zhuǎn)每分（r/min）TN

單位：?！っ祝∟·m）例:

有兩臺(tái)功率相同的異步電動(dòng)機(jī)，一臺(tái)PN=7.5kW，nN=962r/min，UN=380V，另一臺(tái)PN=7.5kW，nN=1450r/min，UN=380V，求電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩。解

:

第一臺(tái)第二臺(tái)2.

最大轉(zhuǎn)矩Tm令代入得:

smR2而與U1無關(guān)TmU12而與R2

無關(guān)n0TemU1sm0TmR2Temn3.

起動(dòng)定轉(zhuǎn)矩Tst過載能力(最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù))

Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)T2

2.2起動(dòng)瞬間n=0，s=1當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩

T2<Tst

時(shí)，電動(dòng)機(jī)可帶負(fù)載起動(dòng)。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)

Tst

起動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大，起動(dòng)就越迅速。Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)K

st

1.72.24.3

三相異步電動(dòng)機(jī)的控制4.3.1電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)控制4.3.2電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制4.3.3電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制4.3.1三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)對(duì)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的要求:起動(dòng)過程:電動(dòng)機(jī)接通電源后，轉(zhuǎn)速由零增至穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的過程。起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大起動(dòng)電流小起動(dòng)時(shí)間短起動(dòng)過程的特點(diǎn):2.

轉(zhuǎn)子繞組的功率因數(shù)低，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大?；\型電動(dòng)機(jī)常用起動(dòng)方法:直接起動(dòng)降壓起動(dòng)1.

起動(dòng)電流是額定電流的6~7倍。一、直接起動(dòng)(全壓起動(dòng))M3~

Q直接起動(dòng)線路缺點(diǎn)：起動(dòng)電流大?？刂齐娐泛唵危顿Y少，起動(dòng)時(shí)間短。優(yōu)點(diǎn)：允許直接起動(dòng)的條件：因?yàn)槠饎?dòng)電流大，引起的線路壓降就大，可能影響到其他設(shè)備的正常工作，所以大容量電動(dòng)機(jī)不允許直接起動(dòng)。

：電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流倍數(shù)二、降壓起動(dòng)1.Y-換接起動(dòng)電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)接成Y聯(lián)結(jié)，正常運(yùn)行時(shí)接成聯(lián)結(jié)。只適用于工作時(shí)接的電動(dòng)機(jī)。（運(yùn)行）Q2Y（起動(dòng)）Q1缺點(diǎn)：起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。設(shè)備簡單，成本低，操作方便，動(dòng)作可靠。每相定子繞組承受相電壓起動(dòng)，起動(dòng)電流小。優(yōu)點(diǎn)：

Q1M3~

Q2起動(dòng)運(yùn)行2.自耦補(bǔ)償器降壓起動(dòng)三相自耦變壓器如果自耦變壓器的變比為Ka采用自耦變壓器的起動(dòng)電流、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩為：繞線式電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，可在轉(zhuǎn)子繞組中串入電阻，可減小起動(dòng)電流，還可以增大起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。3.

轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)0TmR2Temn繞線式電動(dòng)機(jī)適用于要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大的生產(chǎn)機(jī)械，如卷揚(yáng)機(jī)、起重機(jī)等。

例:

已知一臺(tái)PN=10kW，IN=20A，UN=380V，

nN=1450r/min,接三相籠型電動(dòng)機(jī)，由手冊(cè)查得：Ist/IN=7，Tst/TN=1.4，擬半載起動(dòng),電源容量為200kVA,試選擇適當(dāng)?shù)钠饎?dòng)方法,并求此時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流。解:

（1）直接起動(dòng)KI=7>5.75不允許接起動(dòng)。（2）Y-換接起動(dòng)不能采用Y-換接起動(dòng)。

例:

已知一臺(tái)PN=10kW，IN=20A，UN=380V，

nN=1450r/min,接三相籠型電動(dòng)機(jī)，由手冊(cè)查得：Ist/IN=7，Tst/TN=1.4，擬半載起動(dòng),電源容量為200kVA,試選擇適當(dāng)?shù)钠饎?dòng)方法,并求此時(shí)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和起動(dòng)電流。解:

（3）自耦補(bǔ)償器起動(dòng)由題意設(shè)：自耦變壓器的變比為Ka變壓器抽頭為（抽頭置于60%位置）n4.3.2電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)控制1.能耗制動(dòng)調(diào)節(jié)制動(dòng)電流RPQ2+_能耗制動(dòng)的特點(diǎn)：制動(dòng)準(zhǔn)確、平穩(wěn)、能量消耗小。但制動(dòng)力較弱,且需要有直流電源。固定磁場n1=0制動(dòng)原理SN?TemM3~Q12.反接制動(dòng)QRM3~~運(yùn)行制動(dòng)n制動(dòng)原理SN?Tem旋轉(zhuǎn)磁場n1將電源的任意兩相對(duì)調(diào)，產(chǎn)生反向旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。方法簡單，制動(dòng)效果好，但能耗大。特點(diǎn)：制動(dòng)限流電阻3.回饋制動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n大于旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n1。如起重機(jī)重物下放時(shí)。n制動(dòng)原理SN?Tem旋轉(zhuǎn)磁場n1nn1電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)。特點(diǎn)：4.3.3電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制調(diào)速方法變頻調(diào)速（籠型電動(dòng)機(jī)）變極調(diào)速（籠型電動(dòng)機(jī)）變轉(zhuǎn)差率調(diào)速（繞線型電動(dòng)機(jī)）電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率、電機(jī)磁極對(duì)數(shù)、轉(zhuǎn)差率有關(guān)。1.變極調(diào)速電源頻率不變，改變電動(dòng)機(jī)的磁極對(duì)數(shù)p調(diào)速。有級(jí)調(diào)速U11U21U12U22P=2U11U21U12U22U1U2定子繞組接線電機(jī)磁場情況U11U21U12U22P=1U1U2U11U21U12U222.變頻調(diào)速改變頻率（f1)調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，屬無級(jí)調(diào)速，調(diào)速性能好，但需有一套專用變頻設(shè)備。3.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速~f=50HzM3~變頻設(shè)備f1

可調(diào)在繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子繞組中串入可調(diào)電阻R

,可改變

s和n。Tm0R2TemnnT2可實(shí)現(xiàn)小范圍無級(jí)調(diào)速，但能耗大，效率低，廣泛應(yīng)用于起重設(shè)備。特點(diǎn)：4.4

三相異步電動(dòng)機(jī)的銘牌數(shù)據(jù)銘牌的作用：向使用者簡要說明電動(dòng)機(jī)的一些額定數(shù)據(jù)和使用方法。例：某電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)如下。

三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)Y132M-4

功率7.5kW

頻率50HZ電壓

380V

電流15.4A

接法轉(zhuǎn)速1440r/min

絕緣等級(jí)B

工作方式

連續(xù)

年月編號(hào)

電機(jī)廠1.型號(hào)Y132M-4三相異步電動(dòng)機(jī)機(jī)座中心高(mm)磁極數(shù)機(jī)座長度代號(hào)(S短機(jī)座;M中機(jī)座;L長機(jī)座)2.

功率PN

額定運(yùn)行時(shí)，軸上輸出的機(jī)械功率。