電工第4章 交流電動機

4.1三相異步電動機的構(gòu)造第4章異步電動機4.2三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理4.3三相異步電動機的電路分析4.5三相異步電動機轉(zhuǎn)矩與機械特性4.6三相異步電動機的起動4.7三相異步電動機的調(diào)速4.8三相異步電動機的制動4.4三相異步電動機銘牌數(shù)據(jù)4.9三相異步電動機的選擇1.了解三相交流異步電動機的基本構(gòu)造和轉(zhuǎn)動原理。本章要求：2.理解三相交流異步電動機的機械特性，掌握起動和反轉(zhuǎn)的基本方法,了解調(diào)速和制動的方法。3.理解三相交流異步電動機銘牌數(shù)據(jù)的意義。第4章異步電動機電動機的分類：籠型異步交流電動機授課內(nèi)容：

基本結(jié)構(gòu)、工作原理、機械特性、控制方法

電動機交流電動機直流電動機三相電動機單相電動機同步電動機異步電動機他勵、并勵電動機串勵、復(fù)勵電動機第4章異步電動機1.定子4.1三相異步電動機的構(gòu)造鐵心：由內(nèi)周有槽的硅鋼片疊成。U1---U2

V1---V2W1---W2三相繞組機座：鑄鋼或鑄鐵

轉(zhuǎn)子:在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流。2.轉(zhuǎn)子籠型轉(zhuǎn)子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。(1)籠型轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)放銅條，端部用短路環(huán)形成一體,或鑄鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。(2)繞線型轉(zhuǎn)子同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形?；\型繞線型籠型電動機與繞線型電動機的的比較：籠型：結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機的機械特性。繞線型：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較貴、維護工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動機的機械特性。4.2三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理4.2.1旋轉(zhuǎn)磁場

定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)U1U2V1V2W1W21.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生oU1V2W1V1W2U2規(guī)定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。(?)電流出()電流入oU1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2三相電流合成磁

場的分布情況合成磁場方向向下合成磁場旋轉(zhuǎn)60°合成磁場旋轉(zhuǎn)90°600動畫toAU1U2W2V1W1V2AU1U2W2V1W1V2分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場

即：一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360°2.旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向結(jié)論：任意調(diào)換兩根電源進線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。任意調(diào)換兩根電源進線(電路如圖)U1U2W1W2V1V2取決于三相電流的相序0to3.旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)P當(dāng)三相定子繞組按圖示排列時，產(chǎn)生一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，即：otU1U2V2W1V1W2U1U2V1V2W1W2

若定子每相繞組由兩個線圈串聯(lián)

，繞組的始端之間互差60°，將形成兩對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。W'1U1V1W1V'1U'2U2U'1V2V'2W2W'2極對數(shù)旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關(guān)OW'1U1V1W1V'1U'2U2U'1V2V'2W2W'24.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速工頻：旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速取決于磁場的極對數(shù)p=1時U1V1W2U2W1V2U1V1W2U2W1V2U1V1W2U2W1V2Op=2時0旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與極對數(shù)p的關(guān)系旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與頻率f1和極對數(shù)p有關(guān)?？梢?極對數(shù)每個電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速4.2.2電動機的轉(zhuǎn)動原理1.轉(zhuǎn)動原理U1U2V2W1V1W2定子三相繞組通入三相交流電方向:順時針

切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體右手定則感應(yīng)電動勢E20旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電流I2旋轉(zhuǎn)磁場左手定則電磁力FF電磁轉(zhuǎn)矩TnF

4.2.3轉(zhuǎn)差率

旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速之差與旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速之比稱為轉(zhuǎn)差率。由前面分析可知，電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不可能達到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，即異步電動機如果:無轉(zhuǎn)子電動勢和轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動，磁通不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條無轉(zhuǎn)矩因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速間必須要有差別。異步電動機運行中:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得轉(zhuǎn)差率s

例1：一臺三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速n=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動機的極對數(shù)和額定負載下的轉(zhuǎn)差率。解：根據(jù)異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知：n0=1000r/min,即p=3額定轉(zhuǎn)差率為4.3三相異步電動機的電路分析

三相異步電動機的電磁關(guān)系與變壓器類似。變壓器：變化eU1E1=4.44fN1

E2=4.44fN2E1、E2頻率相同，都等于電源頻率。異步電動機每相電路i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f24.3.1定子電路1.旋轉(zhuǎn)磁場的磁通異步電動機：旋轉(zhuǎn)磁場切割導(dǎo)體e，

U1

E1=4.44

f1N1每極磁通旋轉(zhuǎn)磁場與定子導(dǎo)體間的相對速度為n0，所以2.定子感應(yīng)電勢的頻率f1感應(yīng)電勢的頻率與磁場和導(dǎo)體間的相對速度有關(guān)f1=電源頻率f4.3.2轉(zhuǎn)子電路1.轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2∵定子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對速度固定，而轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對速度隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不同而變化定子感應(yīng)電勢頻率f1轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2

轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2旋轉(zhuǎn)磁場切割定子導(dǎo)體和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度不同2.轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢E2E2=4.44f2N2=4.44sf1N2

當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0(s=1)時，f2最高，且E2最大，有E20=4.44

f1N2轉(zhuǎn)子靜止時的感應(yīng)電勢即E2=

sE20

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時的感應(yīng)電勢3.轉(zhuǎn)子感抗X2當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0(s=1)時，f2最高，且X2最大，有X20=2

f1L2即X2=

sX20

4.轉(zhuǎn)子電流I25.轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cos2轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)結(jié)論：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子電路中的各量均與轉(zhuǎn)差率s有關(guān)，即與轉(zhuǎn)速

n有關(guān)。I2cos2s1I2,O4.4三相異步電動機銘牌數(shù)據(jù)1.型號

磁極數(shù)(極對數(shù)p=2)例如：Y132M－4

用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機座長度代號機座中心高（mm）三相異步電動機教材表7-2中列出了各種電動機的系列代號。表4-2異步電動機產(chǎn)品名稱代號產(chǎn)品名稱異步電動機繞線型異步電動機防爆型異步電動機高起動轉(zhuǎn)矩異步電動機新代號漢字意義老代號Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO2.接法定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常U2U1W2V1V2W1Y聯(lián)結(jié)聯(lián)結(jié)W2U2V2V1W1U1接線盒V1W2U1W1U2V2W1U1V1W2U2V2接電源W1U1V1W2U2V2接電源3.電壓例如：380/220V、Y/是指線電壓為380V時采用Y聯(lián)結(jié)；線電壓為220V時采用

聯(lián)結(jié)。說明：一般規(guī)定，電動機的運行電壓不能高于或低于額定值的5%。因為在電動機滿載或接近滿載情況下運行時，電壓過高或過低都會使電動機的電流大于額定值,從而使電動機過熱。電動機在額定運行時定子繞組上應(yīng)加的線電壓值。三相異步電動機的額定電壓有380V，3000V,及6000V等多種。4.電流例如：Y/6.73/11.64A

表示星形聯(lián)結(jié)下電機的線電流為6.73A；三角形聯(lián)結(jié)下線電流為11.64A。兩種接法下相電流均為6.73A。5.功率與效率鼠籠電機

=72~93％電動機在額定運行時定子繞組的線電流值。額定功率是指電機在額定運行時軸上輸出的機械功率P2，它不等于從電源吸取的電功率P1。注意：實用中應(yīng)選擇容量合適的電機，防止出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象。6.功率因數(shù)PN三相異步電動機的功率因數(shù)較低，在額定負載時約為0.7~0.9。空載時功率因數(shù)很低，只有0.2~0.3。額定負載時，功率因數(shù)最高。7.額定轉(zhuǎn)速電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉(zhuǎn)速。P2cosO如：n

N=1440轉(zhuǎn)/分

sN=0.048.絕緣等級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，A級最低(105oC)，H級最高(180oC)。4.5三相異步電動機轉(zhuǎn)矩與機械特性4.5.1轉(zhuǎn)矩公式

轉(zhuǎn)子中各載流導(dǎo)體在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下,受到電磁力所形成的轉(zhuǎn)矩之總和。常數(shù)，與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)由此得電磁轉(zhuǎn)矩公式由前面分析知：由公式可知電磁轉(zhuǎn)矩公式1.T與定子每相繞組電壓成正比。U1T2.當(dāng)電源電壓U1一定時，T是s的函數(shù)。3.R2

的大小對T有影響。繞線型異步電動機可外接電阻來改變轉(zhuǎn)子電阻R2，從而改變轉(zhuǎn)距。4.5.2機械特性曲線OTS根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式得特性曲線：OT1電動機在額定負載時的轉(zhuǎn)矩。1.額定轉(zhuǎn)矩TN三個重要轉(zhuǎn)矩OT額定轉(zhuǎn)矩(N?m)如某普通機床的主軸電機(Y132M-4型)的額定功率為7.5kw,額定轉(zhuǎn)速為1440r/min,則額定轉(zhuǎn)矩為2.最大轉(zhuǎn)矩Tmax轉(zhuǎn)子軸上機械負載轉(zhuǎn)矩T2不能大于Tmax，否則將造成堵轉(zhuǎn)(停車)。電機帶動最大負載的能力。令：求得臨界轉(zhuǎn)差率OTTmax將sm代入轉(zhuǎn)矩公式，可得當(dāng)U1一定時，Tmax為定值過載系數(shù)(能力)一般三相異步電動機的過載系數(shù)為工作時必須使T2

<Tmax，否則電機將停轉(zhuǎn)。電機嚴重過熱而燒壞。(2)sm與R2有關(guān)，R2smn。繞線型電機改變轉(zhuǎn)子附加電阻R′2可實現(xiàn)調(diào)速。3.起動轉(zhuǎn)矩Tst電動機起動時的轉(zhuǎn)矩。起動時n=0時，s=1(2)Tst與R2有關(guān)，適當(dāng)使

R2Tst。對繞線式型電機改變轉(zhuǎn)子附加電阻

R′2,可使Tst=Tmax

。Tst體現(xiàn)了電動機帶載起動的能力。

若

Tst

>T2電機能起動，否則不能起動。OTTst起動能力4.電動機的運行分析電動機的電磁轉(zhuǎn)矩可以隨負載的變化而自動調(diào)整，這種能力稱為自適應(yīng)負載能力。

自適應(yīng)負載能力是電動機區(qū)別于其它動力機械的重要特點（如：柴油機當(dāng)負載增加時，必須由操作者加大油門，才能帶動新的負載)。此過程中，n、sE2,I2

I1電源提供的功率自動增加。T2sT2>TT=T2nT

T′2達到新的平衡T2常用特性段TO5.U1和R2變化對機械特性的影響(1)

U1變化對機械特性的影響UTmTstT2TO(2)R2變化對機械特性的影響TOR2Tstn硬特性：負載變化時，轉(zhuǎn)速變化不大，運行特性好。軟特性：負載增加時轉(zhuǎn)速下降較快，但起動轉(zhuǎn)矩大，起動特性好。(2)R2變化對機械特性的影響

不同場合應(yīng)選用不同的電機。如金屬切削，選硬特性電機；重載起動則選軟特性電機。TOR2Tstn硬特性：負載變化時，轉(zhuǎn)速變化不大，運行特性好。軟特性：負載增加時轉(zhuǎn)速下降較快，但起動轉(zhuǎn)矩大，起動特性好。4.6三相異步電動機的起動4.6.1起動性能起動問題：起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩小。

一般中小型籠型電機起動電流為額定電流的5~7倍;電動機的起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的(1.0~2.2)倍。大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響鄰近負載的工作頻繁起動時造成熱量積累，使電機過熱后果：原因：起動：

n=0，s=1,接通電源。起動時，n=0，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線速度很大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子電流定子電流

4.6.2起動方法(1)直接起動

二、三十千瓦以下的異步電動機一般都采用直接起動。(2)降壓起動：星形-三角形(Y－)換接起動自耦降壓起動（適用于籠型電動機）(3)轉(zhuǎn)子串電阻起動（適用于繞線型電動機）以下介紹降壓起動和轉(zhuǎn)子串電阻起動。設(shè)：電機每相阻抗為1.降壓起動(1)Y－換接起動

降壓起動時的電流為直接起動時的+－

起動U1U2V1V1W1W2正常運行+－U1U2V1V2W1W2Y－起動器接線簡圖L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1△動觸點Y動觸點靜觸點Y－起動器接線簡圖Y起動L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1

起動UPU1+＿Ul+＿U2V1V2W1W2Y－起動器接線簡圖

工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1正常運行+－U1U2V1V2W1W2(a)僅適用于正常運行為三角形聯(lián)結(jié)的電機。

(b)Y－起動Y－換接起動適合于空載或輕載起動的場合Y-換接起動應(yīng)注意的問題+－

起動U1U2V1V1W1W2正常運行+－U1U2V1V2W1W2L1L3L2FUQ(2)自耦降壓起動Q2下合：接入自耦變壓器，降壓起動。Q2上合：切除自耦變壓器，全壓工作。合刀閘開關(guān)QQ2

自耦降壓起動適合于容量較大的或正常運行時聯(lián)成Y形不能采用Y－起動的籠型異步電動機?；h(huán)電刷定子轉(zhuǎn)子起動時將適當(dāng)?shù)腞串入轉(zhuǎn)子電路中，起動后將R短路。起動電阻

2.繞線型電動機轉(zhuǎn)子電路串電阻起動Rst?RstRst

若R2選得適當(dāng)，轉(zhuǎn)子電路串電阻起動既可以降低起動電流，又可以增加起動轉(zhuǎn)矩。常用于要求起動轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機械上。R2-TTst

-TO轉(zhuǎn)子電路串電阻起動的特點

方法：任意調(diào)換電源的兩根進線，電動機反轉(zhuǎn)。電動機正轉(zhuǎn)電動機反轉(zhuǎn)三相異步電動機的正、反轉(zhuǎn)電源~UVWM3~UVW電源~M3~例1:

(1)解:

一臺Y225M-4型的三相異步電動機，定子繞組△型聯(lián)結(jié)，其額定數(shù)據(jù)為：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，N=92.3%，cosN=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：(1)額定電流IN?(2)額定轉(zhuǎn)差率sN?(3)額定轉(zhuǎn)矩

TN、最大轉(zhuǎn)矩Tmax、和起動轉(zhuǎn)矩Tst。(2)由nN=1480r/min，可知p=2（四極電動機）(3)解：

在上例中(1)如果負載轉(zhuǎn)矩為510.2N?m,試問在U=UN和U′=0.9UN兩種情況下電動機能否起動？（2）采用Y-換接起動時，求起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。又當(dāng)負載轉(zhuǎn)矩為起動轉(zhuǎn)矩的80%和50%時，電動機能否起動？(1)在U=UN時

Tst=551.8N?m>510.2N.m不能起動(2)Ist=7IN=784.2=589.4A

在U′=0.9UN時能起動例2:在80%額定負載時不能起動在50%額定負載時可以起動(3)例3:

對例1中的電動機采用自耦變壓器降壓起動,起動時加到電動機上的電壓為額定電壓的64%，求這時的線路起動電流Ist′′和電動機的起動轉(zhuǎn)矩Tst′。解：設(shè)電動機的起動電壓為U'，電動機的起動電流為Ist依據(jù)變壓器的一次、二次側(cè)電壓電流關(guān)系，可求得線路起動電流Ist′′。采用自耦降壓法起動時，若加到電動機上的

電壓與額定電壓之比為

x，則線路起動電流Ist"為電動機的起動轉(zhuǎn)距Tst′為結(jié)論：7.7.1變頻調(diào)速(無級調(diào)速)

f=50Hz逆變器M3~整流器f1、U1可調(diào)+–~變頻調(diào)速方法恒轉(zhuǎn)距調(diào)速（f1<f1N）恒功率調(diào)速（f1>f1N）頻率調(diào)節(jié)范圍：0.5~幾百赫茲三種電氣調(diào)速方法

4.7三相異步電動機的調(diào)速4.7.2變極調(diào)速(有級調(diào)速)

變頻調(diào)速方法可實現(xiàn)無級平滑調(diào)速,調(diào)速性能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應(yīng)用。U11U21U12U22iiP=2··U11U12U21U22··NNSSU11U21U12U22ii??P=1采用變極調(diào)速方法的電動機稱作雙速電機，由于調(diào)速時其轉(zhuǎn)速呈跳躍性變化，因而只用在對調(diào)速性能要求不高的場合，如銑床、鏜床、磨床等機床上。U11··