三相交流異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

電動(dòng)機(jī)的分類：電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)三相電動(dòng)機(jī)單相電動(dòng)機(jī)同步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)他勵(lì)、并勵(lì)電動(dòng)機(jī)串勵(lì)、復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)第2章交流電動(dòng)機(jī)主講：李園園江蘇省贛榆中等專業(yè)學(xué)校現(xiàn)在是1頁\一共有60頁\編輯于星期二

異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用非常廣泛：在工業(yè)方面：中、小型軋鋼設(shè)備，機(jī)床、輕工機(jī)械、起重機(jī)械，礦山機(jī)械等。在農(nóng)業(yè)方面：脫粒機(jī)、粉碎機(jī)、排灌機(jī)械及加工機(jī)械。在家用電器方面：電風(fēng)扇、空調(diào)機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱等。1.交流電動(dòng)機(jī)按電機(jī)定子相數(shù)分三相異步電動(dòng)機(jī)、兩相異步電動(dòng)機(jī)、單相異步電動(dòng)機(jī)。2.按電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分

鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)、繞線型異步電動(dòng)機(jī)2.1三相異步電動(dòng)機(jī)的用途及分類現(xiàn)在是2頁\一共有60頁\編輯于星期二電動(dòng)機(jī)的外形2.2三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造與工作過程現(xiàn)在是3頁\一共有60頁\編輯于星期二三相異步電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造現(xiàn)在是4頁\一共有60頁\編輯于星期二三相異步電動(dòng)機(jī)主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。此外，還有端蓋、機(jī)座、軸承、風(fēng)扇等部件?，F(xiàn)在是5頁\一共有60頁\編輯于星期二三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)示意圖三相異步電動(dòng)機(jī)主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。此外，還有端蓋、機(jī)座、軸承、風(fēng)扇等部件。定子現(xiàn)在是6頁\一共有60頁\編輯于星期二三相異步電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)示意圖三相異步電動(dòng)機(jī)主要部件是由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。此外，還有端蓋、機(jī)座、軸承、風(fēng)扇等部件。定子轉(zhuǎn)子軸承端蓋機(jī)座現(xiàn)在是7頁\一共有60頁\編輯于星期二

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)座鐵心基本作用：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場?，F(xiàn)在是8頁\一共有60頁\編輯于星期二（1）定子鐵心是由沖有槽孔的硅鋼片疊壓而成。定子硅鋼片現(xiàn)在是9頁\一共有60頁\編輯于星期二（2）在定子槽孔中放置三相彼此獨(dú)立的繞組。AXBYCZABCZXYAXBYCZAXBYCZABCZXY定子繞組星接定子繞組角接端子現(xiàn)在是10頁\一共有60頁\編輯于星期二

（3）機(jī)座作用：固定定子鐵心，保護(hù)整臺(tái)電機(jī)材料：鑄鐵（中小型）鋼板（大型）2、轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)部分為轉(zhuǎn)子，由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組、轉(zhuǎn)軸及風(fēng)葉等組成。（1）轉(zhuǎn)子鐵心作用：電動(dòng)機(jī)磁路一部分材料：0.5mm相互絕緣硅鋼片

基本作用：產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。現(xiàn)在是11頁\一共有60頁\編輯于星期二（2）轉(zhuǎn)子繞組作用：產(chǎn)生感應(yīng)電流和電動(dòng)勢，在旋轉(zhuǎn)磁場作用下產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩分類：a、籠型轉(zhuǎn)子

結(jié)構(gòu)：單籠型、雙籠型、深槽式，其中單籠型又分鑄鋁和銅條轉(zhuǎn)子?，F(xiàn)在是12頁\一共有60頁\編輯于星期二b、繞線轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)：與定子繞組具有相同極數(shù)的三相對稱繞組接法：星形，首端接到轉(zhuǎn)軸上的滑環(huán)，再通過定子端蓋上的電刷與外電路相連。現(xiàn)在是13頁\一共有60頁\編輯于星期二鼠籠式電動(dòng)機(jī)與繞線式電動(dòng)機(jī)的的比較：鼠籠式：

結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、工作可靠；不能人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。繞線式：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較貴、維護(hù)工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性。現(xiàn)在是14頁\一共有60頁\編輯于星期二2.2.2旋轉(zhuǎn)磁場

定子三相繞組通入三相交流電(星形聯(lián)接)AXBYCZ1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生o現(xiàn)在是15頁\一共有60頁\編輯于星期二o規(guī)定i:“+”首端流入，尾端流出。i:“–”尾端流入，首端流出。AYCBZX(?)電流出()電流入現(xiàn)在是16頁\一共有60頁\編輯于星期二tAXYCBZAXYCBZAXYCBZ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°600o現(xiàn)在是17頁\一共有60頁\編輯于星期二AAXZBCYAAXZBCY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(gè)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(jìn)線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。任意調(diào)換兩根電源進(jìn)線(電路如圖)AXCZBY0to現(xiàn)在是18頁\一共有60頁\編輯于星期二3.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(shí)，產(chǎn)生一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，即：otAXBYCZAXYCBZ現(xiàn)在是19頁\一共有60頁\編輯于星期二

若定子每相繞組由兩個(gè)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。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'AXBYC現(xiàn)在是20頁\一共有60頁\編輯于星期二極對數(shù)旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關(guān)C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'0現(xiàn)在是21頁\一共有60頁\編輯于星期二4.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(shí)0toAXYCBZAXYCBZAXYCBZ現(xiàn)在是22頁\一共有60頁\編輯于星期二p=2時(shí)0現(xiàn)在是23頁\一共有60頁\編輯于星期二旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與極對數(shù)p的關(guān)系極對數(shù)每個(gè)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?現(xiàn)在是24頁\一共有60頁\編輯于星期二2.2.2電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理1.轉(zhuǎn)動(dòng)原理AXYCBZ定子三相繞組通入三相交流電方向:順時(shí)針

切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體右手定則感應(yīng)電動(dòng)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現(xiàn)在是25頁\一共有60頁\編輯于星期二8.2.3轉(zhuǎn)差率

旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)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(dá)到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，即異步電動(dòng)機(jī)如果:無轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢和轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運(yùn)動(dòng)，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?，F(xiàn)在是26頁\一共有60頁\編輯于星期二異步電動(dòng)機(jī)運(yùn)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(tái)三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速n=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動(dòng)機(jī)的極對數(shù)和額定負(fù)載下的轉(zhuǎn)差率。解：根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)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)差率為現(xiàn)在是27頁\一共有60頁\編輯于星期二8.4三相異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)8.4.1起動(dòng)性能起動(dòng)問題：起動(dòng)電流大，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩小。

一般中小型鼠籠式電機(jī)起動(dòng)電流為額定電流的5~7倍;電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)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(fù)載的工作頻繁起動(dòng)時(shí)造成熱量積累，使電機(jī)過熱后果：原因：起動(dòng)：

n=0，s=1,接通電源。起動(dòng)時(shí)，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

現(xiàn)在是28頁\一共有60頁\編輯于星期二起動(dòng)方法(1)直接起動(dòng)

二、三十千瓦以下的異步電動(dòng)機(jī)一般都采用直接起動(dòng)。(2)降壓起動(dòng)：星形-三角形(Y－)換接起動(dòng)自耦降壓起動(dòng)（適用于鼠籠式電動(dòng)機(jī)）(3)轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)（適用于繞線式電動(dòng)機(jī)）以下介紹降壓起動(dòng)和轉(zhuǎn)子串電阻起動(dòng)。現(xiàn)在是29頁\一共有60頁\編輯于星期二設(shè)：電機(jī)每相阻抗為1.降壓起動(dòng)(1)Y－換接起動(dòng)

降壓起動(dòng)時(shí)的電流為直接起動(dòng)時(shí)的+－

起動(dòng)U1U2V1V1W1W2+－正常運(yùn)行U1U2V1V2W1W2現(xiàn)在是30頁\一共有60頁\編輯于星期二Y－起動(dòng)器接線簡圖L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1△動(dòng)觸點(diǎn)Y動(dòng)觸點(diǎn)靜觸點(diǎn)現(xiàn)在是31頁\一共有60頁\編輯于星期二Y－起動(dòng)器接線簡圖Y起動(dòng)L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1

起動(dòng)UPU1+＿Ul+＿U2V1V2W1W2現(xiàn)在是32頁\一共有60頁\編輯于星期二Y－起動(dòng)器接線簡圖工作L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2正常運(yùn)行Ul+＿U1V1V2W1W2現(xiàn)在是33頁\一共有60頁\編輯于星期二(a)僅適用于正常運(yùn)行為三角形聯(lián)結(jié)的電機(jī)。

(b)Y－起動(dòng)Y－換接起動(dòng)適合于空載或輕載起動(dòng)的場合Y-換接起動(dòng)應(yīng)注意的問題正常運(yùn)行UlU1W2V2W1+＿U2V1UP

起動(dòng)+＿Ul+＿U1W2V2W1U2V1現(xiàn)在是34頁\一共有60頁\編輯于星期二(2)自耦降壓起動(dòng)L1L3L2FUQQ2下合：接入自耦變壓器，降壓起動(dòng)。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(dòng)適合于容量較大的或正常運(yùn)行時(shí)聯(lián)成Y形不能采用Y－起動(dòng)的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)?，F(xiàn)在是35頁\一共有60頁\編輯于星期二RRR滑環(huán)電刷定子轉(zhuǎn)子起動(dòng)時(shí)將適當(dāng)?shù)腞串入轉(zhuǎn)子電路中，起動(dòng)后將R短路。起動(dòng)電阻

2.繞線式電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)?現(xiàn)在是36頁\一共有60頁\編輯于星期二

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

-TO轉(zhuǎn)子電路串電阻起動(dòng)的特點(diǎn)現(xiàn)在是37頁\一共有60頁\編輯于星期二

方法：任意調(diào)換電源的兩根進(jìn)線，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)三相異步電動(dòng)機(jī)的正、反轉(zhuǎn)電源~UVWM3~UVW電源~M3~現(xiàn)在是38頁\一共有60頁\編輯于星期二例1:1)解:

一臺(tái)Y225M-4型的三相異步電動(dòng)機(jī)，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(dòng)轉(zhuǎn)矩TN?，F(xiàn)在是39頁\一共有60頁\編輯于星期二

2）由nN=1480r/min，可知p=2（四極電動(dòng)機(jī)）3）現(xiàn)在是40頁\一共有60頁\編輯于星期二在上例中(1)如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩為510.2N?m,試問在U=UN和U′=0.9UN兩種情況下電動(dòng)機(jī)能否起動(dòng)？（2）采用Y-換接起動(dòng)時(shí)，求起動(dòng)電流和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。又當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的80%和50%時(shí)，電動(dòng)機(jī)能否起動(dòng)？解:(1)在U=UN時(shí)

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

在U′=0.9UN時(shí)能起動(dòng)例2:現(xiàn)在是41頁\一共有60頁\編輯于星期二在80%額定負(fù)載時(shí)不能起動(dòng)在50%額定負(fù)載時(shí)可以起動(dòng)(3)現(xiàn)在是42頁\一共有60頁\編輯于星期二對例中的電動(dòng)機(jī)采用自耦變壓器降壓起動(dòng)，設(shè)起動(dòng)時(shí)加到電動(dòng)機(jī)上的電壓為額定電壓的64%，求這時(shí)的線路起動(dòng)電流Ist′′和電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst′。解：設(shè)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電壓為U'，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)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(dòng)電流Ist′′。例3:

現(xiàn)在是43頁\一共有60頁\編輯于星期二現(xiàn)在是44頁\一共有60頁\編輯于星期二采用自耦降壓法起動(dòng)時(shí)，若加到電動(dòng)機(jī)上的電壓與額定電壓之比為x，則線路起動(dòng)電流Ist"為電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)距Tst′為結(jié)論：現(xiàn)在是45頁\一共有60頁\編輯于星期二8.5.1變頻調(diào)速(無級(jí)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8.5三相異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)速現(xiàn)在是46頁\一共有60頁\編輯于星期二8.5.2變極調(diào)速(有級(jí)調(diào)速)

變頻調(diào)速方法可實(shí)現(xiàn)無級(jí)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。A1X1A2X2iiP=2··A1A2X1X2··NNSS現(xiàn)在是47頁\一共有60頁\編輯于星期二A1X1A2X2ii??P=1采用變極調(diào)速方法的電動(dòng)機(jī)稱作雙速電機(jī)，由于調(diào)速時(shí)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(jī)床上。A1··A2X1X2SN現(xiàn)在是48頁\一共有60頁\編輯于星期二To8.5.3變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

(無級(jí)調(diào)速)

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是繞線式電動(dòng)機(jī)特有的一種調(diào)速方法。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速平滑、設(shè)備簡單投資少，缺點(diǎn)是能耗較大。這種調(diào)速方式廣泛應(yīng)用于各種提升、起重設(shè)備中。nn'??TLTLs

′s??Tso現(xiàn)在是49頁\一共有60頁\編輯于星期二8.6三相異步電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)能耗制動(dòng)制動(dòng)方法機(jī)械制動(dòng)電氣制動(dòng)能耗制動(dòng)反接制動(dòng)發(fā)電反饋制動(dòng)

在斷開三相電源的同時(shí)，給電動(dòng)機(jī)其中兩相繞組通入直流電流，直流電流形成的固定磁場與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子作用，產(chǎn)生了與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)距（制動(dòng)轉(zhuǎn)距），使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)?，F(xiàn)在是50頁\一共有60頁\編輯于星期二nF轉(zhuǎn)子Tn0=0反接制動(dòng)停車時(shí)，將接入電動(dòng)機(jī)的三相電源線中的任意兩相對調(diào)，使電動(dòng)機(jī)定子產(chǎn)生一個(gè)與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，從而獲得所需的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

M3~+-運(yùn)轉(zhuǎn)制動(dòng)?RP現(xiàn)在是51頁\一共有60頁\編輯于星期二M3~運(yùn)轉(zhuǎn)制動(dòng)?nF轉(zhuǎn)子Tn0發(fā)電反饋制動(dòng)

當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)距作用方向發(fā)生變化，由驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)距變?yōu)橹苿?dòng)轉(zhuǎn)距。電動(dòng)機(jī)進(jìn)入制現(xiàn)在是52頁\一共有60頁\編輯于星期二動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)將外力作用于轉(zhuǎn)子的能量轉(zhuǎn)換成電能回送給電網(wǎng)。nF轉(zhuǎn)子Tn0n>n0現(xiàn)在是53頁\一共有60頁\編輯于星期二8.7三相異步電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)1.型號(hào)

磁極數(shù)(極對數(shù)p=2)例如：Y132M－4

用以表明電動(dòng)機(jī)的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機(jī)座長度代號(hào)機(jī)座中心高（mm）三相異步電動(dòng)機(jī)教材表中列出了各種電動(dòng)機(jī)的系列代號(hào)。現(xiàn)在是54頁\一共有60頁\編輯于星期二異步電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品名稱代號(hào)產(chǎn)品名稱異步電動(dòng)機(jī)繞線式異步電動(dòng)機(jī)防爆型異步電動(dòng)機(jī)高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩異步電動(dòng)機(jī)新代號(hào)漢字意義老代號(hào)Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO現(xiàn)在是55頁\一共有60頁\編輯于星期二2.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)現(xiàn)在是56頁\一共有60頁\編輯于星期二3.電壓例如：380/