模塊四三相異步電動機的及應(yīng)用

模塊四三相異步電動機的概述及使用課題4.1三相異步電動機的原理及特性課題4.2三相異步電動機的使用及綜合測試課題4.1三相異步電動機的原理及特性知識與技能要點三相異步電動機的原理、結(jié)構(gòu)與銘牌數(shù)據(jù)；三相異步電動機轉(zhuǎn)矩與機械特性。電動機的分類：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1.三相異步電動機的結(jié)構(gòu)（1）定子鐵心：由內(nèi)周有槽的硅鋼片疊成。U1----U2V1----V2

W1----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)子鼠籠轉(zhuǎn)子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。①

鼠籠式轉(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繞線式轉(zhuǎn)子同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。鼠籠式繞線式鼠籠式電動機與繞線式電動機的的比較：鼠籠式：

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。繞線式：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。2.

三相異步電動機的工作原理（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oo規(guī)定

i:“+”首端流入，尾端流出。

i:“–”尾端流入，首端流出。U1V2W1V1W2U2(?)電流出()電流入tU1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2三相電流合成磁

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°600oU1U1U2W2V1W1V2U1U1U2W2V1W1V2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°取決于三相電流的相序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)U1U2W1W2V1V20to③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：otU1U2V1V2W1W2U1U2V2W1V1W2

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。W1'V2'U1V1W1U2V2W2U1'U2'V1'W2'U1U2V1V2W1極對數(shù)動畫旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關(guān)0W1'V2'U1V1W1U2V2W2U1'U2'V1'W2'④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0toU1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2U1U2V2W1V1W2旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與極對數(shù)p的關(guān)系極對數(shù)每個電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與頻率f1和極對數(shù)p有關(guān)?？梢?(2)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

(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3.

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：V2132M－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4.2中列出了各種電動機的系列代號。異步電動機產(chǎn)品名稱代號產(chǎn)品名稱異步電動機繞線式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V2異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO(2)接法接線盒定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常V1W2U1W1U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2W2U2V2V1W1U1Y聯(lián)結(jié)W1U1V1W2U2V2聯(lián)結(jié)(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/6.73/11.64U1

表示星形聯(lián)結(jié)下電機的線電流為6.73U1；三角形聯(lián)結(jié)下線電流為11.64U1。兩種接法下相電流均為6.73U1。

(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?？蛰d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=0.04(8)絕緣等級指電機絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分為U1、E、B、F、H五級，U1級最低(105oC)，H級最高(180oC)。4.三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與機械特性(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)矩公式由電動機電路分析知：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。繞線式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。（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(V2132M-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TmU1x轉(zhuǎn)子軸上機械負載轉(zhuǎn)矩T2不能大于TmU1x

，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OTTmU1x將sm代入轉(zhuǎn)矩公式，可得當(dāng)U1

一定時，TmU1x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

<TmU1x

，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。繞線式電機改變轉(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=12)Tst與R2有關(guān)，適當(dāng)使

R2Tst。對繞線式電機改變轉(zhuǎn)子附加電阻

R′2,可使Tst=TmU1x

。

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（3）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TO例1:

1)解:

一臺V2225M-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，TmU1x/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TmU1x、和起動轉(zhuǎn)矩TN

。

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=589.4U1

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)課題4.2三相異步電動機的使用及綜合測試知識與技能要點三相異步電動機的起動、調(diào)速和制動

1.三相異步電動機的起動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（適用于鼠籠式電動機）③轉(zhuǎn)子串電阻起動（適用于繞線式電動機）以下介紹降壓起動和轉(zhuǎn)子串電阻起動。（1）起動方法設(shè)：電機每相阻抗為

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

(b)V2－

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)注意的問題正常運行UlU1W2V2W1+＿U2V1UP

起動+＿Ul+＿U1W2V2W1U2V1(2)自耦降壓起動L1L3L2FUQ

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V2形不能采用Y－起動的鼠籠式異步電動機。RRR滑環(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

繞線式電動機轉(zhuǎn)子電路串電阻起動?

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（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2.

三相異步電動機的調(diào)速（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··U12U21U22SNTo（3）