三相交流異步電動機

第7章

三相交流異步電動機電動機交流三相同步機發(fā)電機電動機電能)(其它能機械能)(電能鼠籠式按所用電源不同按內(nèi)部磁場與軸轉(zhuǎn)速的關(guān)系按相數(shù)按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)概述繞線式電機直流異步機單相7.1三相交流異步電動機的結(jié)構(gòu)

7.2三相交流異步電動機的工作原理7.3異步電機的電磁轉(zhuǎn)矩及機械特性7.4電機的啟動、調(diào)速和制動

內(nèi)容

7.5

三相異步電動機的選擇

主要由定子和轉(zhuǎn)子兩局部組成7.1

三相異步電動機結(jié)構(gòu)定子：固定不動的局部轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)動的局部鼠籠式異步電動機的組成部件機座定子繞組銘牌數(shù)據(jù)出線端子1、定子(不動的局部)主要由機座、定子鐵心和定子繞組等組成定子鐵心定子繞組定子鐵心硅鋼片內(nèi)外表有凹槽〔下線槽〕，用于嵌放繞組由互相絕緣的硅鋼片疊成定子鐵心下線槽用帶有絕緣層的導(dǎo)線〔漆包線或紗包線〕繞成均勻分成三組，按一定規(guī)律嵌放在定子內(nèi)外表的下線槽內(nèi)定子繞組

每組繞組稱為一相，每相有兩個出線端

U1、V1、W1稱為三相繞組的首端，U2、V2、W2為末端△形連接Y形連接電源V1U1W1W2V2U2定子繞組六個端線引到接線盒內(nèi)，就可以接成Y形或△形接法。電源V1U1W1W2V2U2由轉(zhuǎn)子鐵心、轉(zhuǎn)子繞組和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成2、轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)動的局部)鼠籠式轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心是電動機磁路的一局部，一般由相互絕緣的硅鋼片疊壓而成，外表有均勻分布的凹槽，用來嵌放轉(zhuǎn)子導(dǎo)體。轉(zhuǎn)子硅鋼片轉(zhuǎn)子繞組(1)鼠籠式繞組轉(zhuǎn)子繞組按其結(jié)構(gòu)分有鼠籠式和繞線式兩種鼠籠繞組鑄鋁轉(zhuǎn)子(2)繞線式繞組繞線式轉(zhuǎn)子接線繞線式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生7.2三相異步電動機的工作原理U1U2V1V2W1W2三相定子繞組在空間上互差1200放置，并通入三相對稱電流一、旋轉(zhuǎn)磁場U1V2W1V1W2(?)電流出(

)電流入U2規(guī)定：電流流入用符號“〞表示；電流流出用符號“??〞表示。U1U2V2W1V1W2合成磁場方向：向下時刻iA=0；iB＜0；iC＞0一對磁極〔兩極〕U2V1W2U1V2W1U1U2V2W1V1W2AU2V2W1V1W2其它時刻磁場方向U12、旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向與三相電源的相序一致1n1n換接任意兩相電源可改變磁場的旋轉(zhuǎn)方向怎樣可以改變旋轉(zhuǎn)磁場的方向？3、旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速電流變化一周，兩極磁場在空間正好轉(zhuǎn)過一周磁極對數(shù)p=1時：如果電流的頻率為f1，那么旋轉(zhuǎn)磁場每分鐘的轉(zhuǎn)速為：r/(601f1n=min〕旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n1也稱為異步電動機的同步轉(zhuǎn)速〔1〕極對數(shù)〔P〕的概念U1U2V1V2W1W2此種接法下，合成磁場只有一對磁極，那么極對數(shù)為1。即：U1U2V2W1V1W1〔2〕極對數(shù)〔p〕的改變每相繞組由兩個線圈串聯(lián)U1U2W1W2V1V2極對數(shù)iA=0；iB＜0；iC＞0U1U2W1W2V1V2〔3〕極對數(shù)和轉(zhuǎn)速的關(guān)系U1U2V1V2W1W2U1U2V2W1V1W1V‘2V‘1U‘1U‘2W‘1W‘2U1U2W1W2V2時同步轉(zhuǎn)速極對數(shù)p磁極對數(shù)電源頻率電機同步轉(zhuǎn)速假設(shè)電源頻率為工頻二、三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理磁鐵閉合線圈e方向用右手定那么確定F方向用左手定那么確定磁場旋轉(zhuǎn)1.線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)→兩者轉(zhuǎn)動方向一致

結(jié)論：2.線圈比磁場轉(zhuǎn)得慢異步三、轉(zhuǎn)差率轉(zhuǎn)差率S為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)速之差與同步轉(zhuǎn)速的比值。即：%10011????è?-=nnns

以額定轉(zhuǎn)速運行時:通常額定轉(zhuǎn)差率的取值范圍：2%~6%i2定、轉(zhuǎn)子電路R1R2i1u1e1N

1e2e

2f1N

2e

1三相異步電動機的電磁關(guān)系與變壓器相類似

三相異步電動機的電路分析變壓器：

變化

eU1

E1=4.44fN1

E2=4.44fN2

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

mk1每極磁通旋轉(zhuǎn)磁場與定子導(dǎo)體間的相對速度為n1

，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f定子繞組系數(shù)

轉(zhuǎn)子電路1.轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2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=4.44f2N2k2=4.44sf1N2

k2當轉(zhuǎn)速

n=0(s=1)時，f2最高，且E2最大，有E20=4.44

f1N2

k2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)子繞組的感應(yīng)電流I2

5.轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cosφ2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)。I2cosφ21sI2,O的關(guān)系電磁轉(zhuǎn)矩

T：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)距之總和。常數(shù)每極主磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子回路的功率因數(shù)一、電磁轉(zhuǎn)矩其表達式為：

7.3

三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與機械特性由此得電磁轉(zhuǎn)矩公式0TS1稱為轉(zhuǎn)矩特性由公式可知電磁轉(zhuǎn)矩公式1.T

與定子每相繞組電壓成正比。2.當電源電壓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

，從而改變電磁轉(zhuǎn)矩。U1

T

二、機械特性曲線轉(zhuǎn)矩特性：0T0TS1機械特性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0T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,那么額定轉(zhuǎn)矩為2.最大轉(zhuǎn)矩Tmax轉(zhuǎn)子軸上機械負載轉(zhuǎn)矩TL不能大于Tmax，否那么將造成堵轉(zhuǎn)(停車)電動機能帶動最大負載的能力令：求得臨界轉(zhuǎn)差率0TTmax將sm代入轉(zhuǎn)矩公式，可得過載系數(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TL<Tmax，否那么電機將停轉(zhuǎn)。導(dǎo)致電動機嚴重過熱而燒壞。轉(zhuǎn)子電流大大增加定子電流也遠遠大于額定運行時的電流當U1

一定時，Tmax為定值(2)

sm與R2有關(guān)，R2

sm

n

。

繞線型電動機轉(zhuǎn)子外接電阻可實現(xiàn)調(diào)速由和可知3.啟動轉(zhuǎn)矩Tst:電動機啟動時的轉(zhuǎn)矩。(2)Tst與R2有關(guān)，適當使

R2

Tst

。0TTstKst表達了電動機帶載啟動的能力。啟動能力Tst>TL時電機能啟動，否那么不能啟動。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。此過程中，n

、s

E2,I2

I1

電源提供的功率自動增加。TL

s

TL>TT=TLn

T

T′L到達新的平衡TL常用特性段T05.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〔R2不變〕U

TLT0Tmax

Tst

(2)R2變化對機械特性的影響〔U1不變化〕T0R2

Tst

n

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，但啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動特性好。

(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；重載啟動那么選軟特性電機。T0R2

Tst

n

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，但啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動特性好。

7.4三相異步電動機的啟動、調(diào)速、制動一、三相異步電動機的啟動1.啟動性能：

大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響鄰近負載的工作頻繁啟動時造成熱量積累，使電機過熱后果：啟動瞬間，n=0，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體切割磁力線速度很大，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢大轉(zhuǎn)子電流大定子電流大一般中小型籠型電機：Ist=(5~7)IN

Tst=(1.0~2.0)

TN啟動電流大，啟動轉(zhuǎn)矩小2、啟動方法(1)直接啟動

④電動機由專用發(fā)電機直接供電，電動機的功率不超過發(fā)電機容量的10%。異步電動機只有在滿足以下情況之一才可采用直接起動：①電動機和照明共用同一電網(wǎng)，電動機起動時產(chǎn)生的電網(wǎng)壓降不超過5%；②電動機由專用變壓器獨立供電，且電動機不經(jīng)常起動，電動機的功率不超過變壓器容量的30%；③電動機由專用變壓器獨立供電，但電動機起動頻繁，那么電動機的功率不超過變壓器容量的20%；3.

降壓啟動(1)

Y－

換接啟動

啟動時U1U2V1V2W1W2正常運行U1U2V1V2W1W2三角形連接時星形連接時2、啟動方法(2)降壓啟動：星形-三角形(Y－

)

換接啟動自耦降壓啟動〔適用于籠型電動機〕(3)轉(zhuǎn)子串電阻啟動〔適用于繞線型電動機〕(a)僅適用于正常運行為三角形連接的電機。Y－

換接啟動通常適合于空載或輕載啟動的場合Y-

換接啟動時應(yīng)注意的問題

啟動時U1U2V1V2W1W2正常運行U1U2V1V2W1W2(b)CABFUQ(2)自耦降壓啟動

Q1下合：接入自耦變壓器，降壓啟動。

Q1上合：切除自耦變壓器，全壓工作。合刀閘開關(guān)QQ1

自耦降壓啟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－

啟動的籠型異步電動機。電動機的啟動電流Ist2為線路上的啟動電流Ist1為電動機的啟動轉(zhuǎn)矩Tst1為采用自耦變壓器降壓啟動時X%---為抽頭比K---為變比Ist2=X%Ist滑環(huán)電刷定子轉(zhuǎn)子啟動時將適當?shù)腞st

串入轉(zhuǎn)子電路中，啟動后將Rst

短路。啟動電阻

2.繞線型電動機轉(zhuǎn)子電路串電阻啟動Rst?RstRst假設(shè)啟動電阻Rst選得適當，轉(zhuǎn)子電路串電阻啟動既可以降低啟動電流，又可以增加啟動轉(zhuǎn)矩。常用于要求啟動轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機械上。R2-TTst

-T0轉(zhuǎn)子電路串電阻啟動的特點1.變頻調(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：0.5~320赫茲三種電氣調(diào)速方法三、三相異步電動機的調(diào)速(無級調(diào)速)2.變極調(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。(有級調(diào)速)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··U12U21U22SN三、三相異步電動機的制動1.能耗制動制動方法機械制動電氣制動能耗制動反接制動發(fā)電反響制動在斷開三相電源的同時，給電動機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〔制動轉(zhuǎn)距〕，使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動。nF轉(zhuǎn)子T

n1=0T03.變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是繞線型電動機特有的一種調(diào)速方法。其優(yōu)點是調(diào)速平滑、設(shè)備簡單投資少，缺點是能耗較大。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??Ts0(無級調(diào)速)2.反接制動停車時，將接入電動機的三相電源線中的任意兩相對調(diào)，使電動機定子產(chǎn)生一個與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反的旋轉(zhuǎn)磁場，從而獲得所需的制動轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動。nF轉(zhuǎn)子T

n13.發(fā)電反響制動

當電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速時，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)動轉(zhuǎn)距變?yōu)橹苿愚D(zhuǎn)距。電動機進入制動狀態(tài)，nF轉(zhuǎn)子T

n1n>n1在起重機快速下放重物時，將重物的位能轉(zhuǎn)換成電能回送給電網(wǎng)。7.5三相異步電動機的選擇一、三相異步電動機的銘牌數(shù)據(jù)1.型號

磁極數(shù)(極對數(shù)p=2)例如：Y132M－4

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。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啟動轉(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)接聯(lián)接W2U2V2V1W1U1接線盒V1W2U1W1U2V2W1U1V1W2U2V2接電源W1U1V1W2U2V2接電源功率＜3kW，采用Y接法功率＞4kW，采用△接法3.電壓例如：380/220V、Y/

是指線電壓為380V時采用Y聯(lián)接；線電壓為220V時采用

聯(lián)接。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)接下電機的線電流為6.73A；三角形聯(lián)接下線電流為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PN，它不等于從電源吸取的電功率P1。注意：實用中應(yīng)選擇容量適宜的電機，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。P2cos

O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。9.工作方式S1:連續(xù)運行；S2:短時運行；S3:斷續(xù)運行。

(1)解:例1:

一臺Y225M-4型的三相異步電動機，△接法，其額定數(shù)據(jù)為：P