第4章交流電動機

4-1異步電動機的應用非常廣泛：在家用電器方面：電風扇、空調機、洗衣機、電冰箱等。在農業(yè)方面：脫粒機、碾米機、揉草機、離心泵等。在工業(yè)方面：水泵、破碎機、軋鋼機、切削機床等。異步電動機的分類：1.按電機定子相數分：三相異步電動機、兩相異步電動機、單相異步電動機。2.按電機轉子結構分：籠型異步電動機、繞線型異步電動機.第4章交流電動機4-24.1三相異步電動機的構造4.2三相異步電動機的轉動原理4.3三相異步電動機的電路分析4.4三相異步電動機的轉矩與機械特性4.5三相異步電動機的起動4.8三相異步電動機的銘牌數據4.6三相異步電動機的調速4.9單相異步電動機4.7三相異步電動機的制動4-3三相異步電動機主要部件是由定子和轉子兩大部分組成。此外，還有端蓋、機座、軸承、風扇等部件。4.1三相異步電動機的構造4-44-5三相異步電動機主要部件是由定子和轉子兩大部分組成。此外，還有端蓋、機座、軸承、風扇等部件。端蓋機座4-6三相異步電動機主要部件是由定子和轉子兩大部分組成。此外，還有端蓋、機座、軸承、風扇等部件。定子4-7三相異步電動機主要部件是由定子和轉子兩大部分組成。此外，還有端蓋、機座、軸承、風扇等部件。定子轉子軸承端蓋機座4-8下面是它主要部件的拆分圖。

右圖是一臺三相鼠籠型異步電動機的外形圖。4-91.定子三相異步電動機的定子是由定子鐵心和定子繞組組成。這是機座定子鐵心和定子繞組示意圖定子繞組鐵心定子鐵心是由沖有槽孔的硅鋼片疊壓而成這是定子硅鋼片4-10在定子槽孔中放置三相彼此獨立的繞組定子繞組U1W2V1U2W1V2U1U2

V1V2

W1W2首端:U1,V1,W1末端:U2,V2,W2Y接法U1U2V1V2W1W2L1L2L3

接法U1U2V1V2W1W2L1L2L34-11U1V1W1W2U2V2接線盒U1V1W1W2U2V2U1U2V1V2W1W2L1L3L21.Y接法L1L2L3U1U2V1V2W1W2L1L2L3△接法2.U1V1W1W2U2V2L1L2L34-12這是繞線型轉子鐵心與繞組

2.轉子外接電阻電刷滑環(huán)轉子鐵心轉子繞組轉子鐵心是由相互絕緣的硅鋼片疊壓而成。有線圈：繞線型轉子無線圈：籠型轉子4-13

籠型轉子是由嵌放在轉子鐵心槽內的導電條組成，在轉子鐵心的兩端各用一個導電端環(huán)把所有的導電條連接起來。這是籠型轉子4-14設：電流的流入端用表示電流的流出端用表示定子繞組與轉子繞組定子繞組轉子繞組U1W2V1U2W1V24-151.定子旋轉磁場i1i2i3i1=Imsinti2=Imsin(t-120

)i3=Imsin(t+120

)相序U-V-W

ti0U1U2V1V2W1W2i1i2i3i正方向：首端

末端如：

i10U1U2i1

0U2U14.2

三相異步電動機的轉動原理L1L2L34-1660°i1

0i20i3=

00°i1=

0i20i3

0設：電流的流入端用表示

電流的流出端用表示i1ii2i3120°i1>0i2=0i30

t空間相差120o

角的三相繞組，通入對稱三相電流，當電流隨時間交變時，產生的兩極磁場在空間旋轉。4-17i1i2i3U1V1V2W1W2U2U1'U2'W1'W2'V1'V2'(1)、旋轉磁場的極對數Pt=0°U1W2'V1U2'W1'U2W1V2U1'W2V1'V2'SNU1W2V1U2W1V2NS0°（P=1）（P=2）iU1iV1iCU1U2V1V2W1W2N0°Si1=

0i20iC

0結論：當定子每相中有K個線圈串聯(lián),通入對稱三相交流電后,產生一個K對磁極旋轉磁場。（P=K）4-1860°t=60°NSU1W2'V1U2'W1'U2W1V2U1'W2V1'V2'30°SN0°tiiU1iV1iW10U1W2'V1U2'W1'NSU2W1V2U1'W2V1'V2'0°SNiU1

0iV10i3=

0(2)、旋轉磁場的速度n0pn0=——60

f1—電源的頻率—磁極對數t=0°4-192.三相異步電動機的工作原理4-203、轉子轉速n、轉差率S、轉子電動勢的頻率f2n0S=——n0–nn=(1–S)n0轉差率0<S

<

轉子轉速n0–n

n=轉子線圈中的感應電動勢的頻率f2轉子導線切割旋轉磁場的速度n0n0

=——n0–n=Sn0f2=f1Sp——=60

f2p=——60

f1S4-21U1W2V1U2W1V2主磁通

漏磁通

s1(很小)4.3三相異步電動機的電路分析漏磁通

s2i1u1+--+-+-+-+4-22

u1→i1i1

→i2→i2

(主磁通)

s1(漏磁通)

s2

s2→

–

L2—es2di2dt三相異步電動機的一相等效電路圖R2u1_+

E1=4.44f1N1

mes2+_es1+_

E2=4.44f2N2

me2e2=–

N2—–dF2

dt+_e1=–

N1—–dF

dte1+_4-231定子電路U1

E1=4.44f1N1

：旋轉磁場每極磁通最大值N1：每相定子繞組匝數u1_+es1+_e1+_

E1=4.44f1N1

m4-24=4.44f1N2S=E20S2轉子電路E20=4.44f1N2

：旋轉磁場每極磁通最大值N2：每相轉子繞組匝數R2：每相轉子繞組電阻Xs2：每相轉子繞組漏磁感抗Xs2=2f2L2i2R2es2+_e2+_E2=4.44f2N2

E2=–ES2+I2R2?????=I2(R2+j

XS2)=I2Z24-252

R2+XS2E22I2=———2轉子電路cos

2=—————R2

R2+(SX20)2

2i2R2es2+_e2+_2

R2+(SX20)SE202=XS2=2f2L2=2Sf1L2=SX20X20=2f1L2E2=–ES2+I2R2?????=I2(R2+j

XS2)=I2Z24-26I2cos

2cos

2I20S1I22=–—————SE20

R2+

(SX20)2cos

2=

—————R2

R2+(SX20)2

2轉子電流，轉子功率因素cos

2與轉差率S的關系I24-27T=G

I2cos

24.4.1轉矩公式4.4三相異步電動機的轉矩與機械特性

————U14.44f1N1E20=4.44f1N2

4.44f1N1=4.44f1N2————U1T

=

CU1

______________SR2R2+(SX20)2222

R2+(SX20)SE202I2=cos

2=—————R2

R2+(SX20)2

2T與U12成正比

N1=————N2

U14-28ST10TstTmSmT=

CU12—————SR2R2

+

(SX20)22轉矩特性

T=

f(S)Sm=

–—R2X20臨界轉差率最大轉矩Tm

=

C

——U122X20Tst=

CU1

———–R2R2

+

X20222

CU1——R2X2022起始轉矩4-29ST0abc1n0n0T

n0n0TabcTstTmTLnLn=n0(1-S)4.4.2機械特性d在cb段n↑→T↑→ba段在ba段n↑→T↓→T=TL

n=f(T)硬特性：負載變化時，轉速變化不大，運行特性好。軟特性：負載增加轉速下降較快，但起動轉矩大，起動特性好。

硬特性（R2?。┸浱匦裕≧2大）

不同場合應選用不同的電動機。如金屬切削，選硬特性電機；重載起動則選軟特性電動機。機械特性的軟硬4-31TN=————PN2

nN/60TN=

9550———–PN(kW)nN(r/min)4.4.3額定轉矩的計算電機在額定電壓下，以額定轉速運行，輸出額定功率

時，電機轉軸上輸出的轉矩。過載系數

m

Tm

TN

m

1.8

2.2Tω=P(N.m)4-324.8三相異步電動機的銘牌數據型號額定功率因數cos

N--電動機在額定運行情況下的定子電路功率因數。

3UNINcos

NP1=輸入功率額定電壓UN---電動機在額定運行情況下的定子繞組所加線電壓。額定電流IN---電動機在額定情況下運行時定子繞組的線電流。4-33額定轉速nN---電動機在額定運行情況下的轉速額定效率

N--是指額定運行情況下輸出功率與輸入功率的比值=————————100

PN

3UNINcos

N

N=9550———

PNnNTN額定轉矩TN---在額定運行情況下，電動機軸上負載轉矩。額定功率PN--在額定運行情況下電動機軸上所輸出的機械功率。例:

1)解:

一臺Y225M-4型的三相異步電動機，定子繞組△型聯(lián)結，其額定數據為：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V，

N=92.3%，cos

N=0.88，Ist/IN=7.0,Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：

1)額定電流IN,Ist

?2)額定轉差率sN?3)額定轉矩

TN、最大轉矩Tmax、和起動轉矩Tst

。

Ist=7IN=784.2=589.4A

2）由Y225M-4

，可知p=2（四極電動機）3）4-364.5.1起動性能4.5三相異步電動機的起動起動初始瞬間，n=0，S=1

起動電流IST大，5~4IN。

過大的起動電流在短時間內會在線路上造成較大的電壓降落，影響鄰近負載的正常工作。

起動轉矩TST不大I2cos

2cos

2I20S1頻繁起動會使電動機過熱。4-371.直接起動特點：起動電流大。簡單、起動過程快，適用于中小型籠型異步電動機2.降壓起動

起動時降低電動機的電源電壓，待電動機轉速接近穩(wěn)定轉速時，再把電壓恢復正常。4.5.2起動方法4-38（1）Y-

降壓起動法FU~~W2U1U2V1V2W1Q1定子繞組

Q2YU1U2V1W1V2W2Y型W1V1U1U2V2W2

型1、起動電流和起動轉矩都降低到直接起動時的1/32、Y-

起動僅適用于正常接法為三角形接法的電動機(2)自耦降壓起動L1L3L2QQ2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－

起動的鼠籠式異步電動機。IstIst'Ist"Ist=(N2/N1)2

Ist"Tst=(N2/N1)2

Tst"4-40轉子繞組中串電阻，減小起動電流，提高起始轉矩。（3）轉子串電阻起動2

R2+XS2E2I20=————2Tst

CU1——R2X2022Rst轉子

n0TTmsn0Sm

SmR2<R’2′解：

在上例中(1)如果負載轉矩為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-

起動時，求起動電流和起動轉矩。(1)在U=UN時

Tst=551.8N?m>510.2N.m不能起動(2)

在U′=0.9UN時能起動例2:(3)4-42課后作業(yè)：P160-163頁A選擇題：4.2.1~4.4.5B基本題：4.5.24-431.改變極對數p

調速p=

(1–S)

——60

f1n調速方法Y4.6三相異步電動機的調速p

=1p

=2有級調速特點:適用于不需要無級調速的生產機械，如金屬切削機床、升降機、起重設備、風機、水泵等。4-44(1).調壓調速-----改變定子繞組的電壓U調速0TTmax

UN

nsSmn0

U1

TLa調速前：穩(wěn)定運行在a點U=UN，n=nana調速后：穩(wěn)定運行在c點cU=U1，n=ncnc

特點：（1）調速范圍不大（2）無級調速（3）Tmax

2.改變轉差率S

調速4-45(2).轉子回路串電阻R2s調速（用于繞線式電動機）

R2n0Tsn0

R2+R2s

TLa轉子回路不串電阻，n=nana調速前：穩(wěn)定運行在a點調速后：穩(wěn)定運行在c點轉子回路串電阻R2s，n=nccnc特點：（1）串電阻后轉速降低（2）有級調速。（3）Tmax不變（4）低速時損耗大。適用于短時重復運轉的起重運輸設備4-463.變頻調速

U1=4.44f1N1K1

調整電源頻率f1時,應同時調整電源電壓U1,保證、Tm不變。A.大范圍調速；B.無級調速；特點:C.需要專門的變頻調速設備，成本較高(1)f1<f1N(2)f1>f1NTm

=

C

——U122X20

U1=U1N4-47當轉子的轉速n超過旋轉磁場的轉速no時，這時的轉矩是制動轉矩。電動機進入反饋制動狀態(tài)。4.7三相異步電動機的制動制動：在外部條件作用下，電動機的T與n反向E2(I2)ff4-48一、能耗制動制動時將定子繞組從三相電源斷開，然后接入低壓直流電源。產生固定磁場,旋轉的轉子導條內產生e2及i2，i2與固定磁場相互作用，產生與n相反的電磁轉矩---制動轉矩，使n減速。當n→0,

i2→0,T→0制動:動能→電能→熱能優(yōu)點：能耗小，制動準確、平穩(wěn)，不會反轉缺點：需要另外加直流電源ffEE2(I2)4-49二、反接制動將三相中的任意兩相對調，產生制動轉矩，使M停機。旋轉磁場與轉子的相對轉速為(n0+n)→

I2

→

I1

必須在籠型電動機的定子或繞線式電動機的轉子中串入電阻R，以防止燒壞繞組。fEf優(yōu)點：方法簡單，制動效果好。缺點：能量消耗大。E2(I2)4-50

用途：功率不大的電動工具：如電鉆、攪拌器等4.9單相異步電動機

功率：一般為幾

幾百瓦。單相異步電動機:

定子只有一相主繞組，轉子采用鼠籠式轉子家用電器：如電風扇、電冰箱、洗衣機、抽油煙機等4-51ff一、單相異步電動機的磁場當定子單相繞組中通入單相交流電后產生的磁場為正弦交變脈振磁場：

軸線固定，幅值隨時間正弦交變

i=Imsint

ti0

=

msint

t

0可將脈振磁場分解為兩個幅值相等、以同一轉速

n0向相反方向旋轉的磁通。4-52T（合成轉矩）

脈振磁場可以分解為兩個幅值相等`轉速相同(均為