電機與電氣控制技術 第3版 課件 第二章 三相異步電動機

本章講述了三相異步電動機的結構與工作原理，分析了三相異步電動機在空載與負載下的運行狀態(tài)，另外對單相異步電動機也作了介紹。重點分析三相異步電動機的機械特性及電力拖動的相關知識，第二章三相異步電動機3/6/20241:44PM第一節(jié)三相異步電動機的結構與工作原理第二節(jié)三相異步電動機的空載運行第三節(jié)三相異步電動機的負載運行第四節(jié)三相異步電動機的工作特性第五節(jié)三相異步電動機的電磁轉矩第六節(jié)三相異步電動機的機械特性3/6/20241:44PM第七節(jié)電力拖動基本知識第八節(jié)三相異步電動機的起動第九節(jié)三相異步電動機的制動第十節(jié)三相異步電動機的調(diào)速閱讀與應用三相異步電動機的運行維護與故障分析第十一節(jié)單相異步電動機3/6/20241:44PM第一節(jié)三相異步電動機的結構與工作原理

一、三相異步電動機的結構

（一）定子（二）轉子（三）分類與用途3/6/20241:44PM三相定子繞組的接法3/6/20241:44PM二、三相異步電動機工作原理

（一）三相交流電的旋轉磁場1．旋轉磁場的產(chǎn)生3/6/20241:44PM二極電動機旋轉磁場的產(chǎn)生3/6/20241:44PM四極電動機定子繞組結構和接線圖3/6/20241:44PM四極電動機旋轉磁場3/6/20241:44PM2．旋轉磁場的轉速f1=50Hz時的旋轉磁場轉速

磁極對數(shù)P

1

2

3

4

5同步轉速n1/

r/min

3000

1500

1000

750

6003．旋轉磁場的旋轉方向3/6/20241:44PM（二）轉子的轉動1．轉子轉動的原理2．轉子的轉速n、轉差率s與轉動方向3/6/20241:44PM（一）三相異步電動機的銘牌

三、三相異步電動機的銘牌及主要系列

三相異步電動機

型號Y112M-2

編號××××

4KW

8.2A

380V

2890r/minLW79dB（A）

接法防護等級IP44

50HZ

××KgZBK2007-88

工作制B級絕緣××年××月××電機廠3/6/20241:44PM（二）三相異步電動機主要系列

1．型號2．額定值額定功率PN

額定電壓UN

額定電流IN額定頻率fN

額定轉速nN

常用的Y系列異步電動機有Y（IP44）封閉式、Y（IP23）防護式小型三相異步電動機，YR（IP44）封閉式、YR（IP23）防護式繞線型三相異步電動機，YD變極多速三相異步電動機，YX高效率三相異步電動機，YH高轉差率三相異步電動機，YB隔爆型三相異步電動機，YCT電磁調(diào)速三相異步電動機，YEJ制動三相異步電動機，YTD電梯用三相異步電動機，YQ高起動轉矩三相異步電動機等幾十種產(chǎn)品。3/6/20241:44PM（一）三相異步電動機的拆裝與試車四、三相異步電動機的技能訓練（二）三相異步電動機定子繞組首尾端判斷3/6/20241:44PM第二節(jié)三相異步電動機的空載運行

電動機空載運行是指電動機軸上沒有帶任何負載的運行狀態(tài)。定子繞組中產(chǎn)生的感應電動勢為：

定子繞組中產(chǎn)生漏感電動勢為：

3/6/20241:44PM定子繞組電壓平衡方程式：

當，則：或

即當電源頻率一定時，電動機的每極磁通僅與外加電壓成正比。電源電壓為額定值時，每極磁通基本是一恒定值，負載變化時，其基本不變。3/6/20241:44PM第三節(jié)三相異步電動機的負載運行

當電動機軸上帶上機械負載后，在開始的那一瞬間，轉子所產(chǎn)生的電磁轉矩小于負載轉矩，轉子減速旋轉而旋轉磁場的同步轉速n1是恒定的，隨著轉子轉速n的下降，轉子與旋轉磁場間的轉速差（n1-n）增大，轉子導體中的感應電動勢和轉子電流也將增大，于是電動機的電磁轉矩隨之增大，直至電磁轉矩等于負載轉矩時，轉子就不再減速，而在較低轉速下穩(wěn)定運行。

3/6/20241:44PM一、轉子各物理量與s的關系

1．轉子繞組感應電動勢及轉子電流的頻率

2．轉子旋轉時轉子繞組的電動勢E2

E2s=4.44f2N2K2=4.44sf1N2k2=sE23/6/20241:44PM3．轉子電抗X2S

4．轉子電流I2S

5.轉子電路的功率因數(shù)cos

6.轉子的旋轉磁通勢F2F2的空間轉速，即相對定子的轉速為n13/6/20241:44PM二、負載運行時的基本方程式

1．磁通勢平衡方程式

2．電動勢平衡方程式

3/6/20241:44PM3．功率轉換過程與功率平衡方程式

3/6/20241:44PM第四節(jié)三相異步電動機的工作特性

三相異步電動機的工作特性是指在f1=fN及定、轉子繞組不串任何阻抗的情況下，電動機的轉速n、定子電流I1、電磁轉矩T、功率因數(shù)、效率與輸出功率P2的關系曲線。

一、轉速特性n=f（P2）

二、定子電流特性I1=f（P2）

3/6/20241:44PM三、功率因數(shù)特性=f（P2）四、轉矩特性五、效率特性3/6/20241:44PM第五節(jié)三相異步電動機的電磁轉矩

異步電動機的轉子電流與旋轉磁場磁通相互作用，產(chǎn)生了電磁力和電磁轉矩，在電磁轉矩作用下驅使電動機旋轉。

一、電磁轉矩的物理表達式

3/6/20241:44PM二、電磁轉矩的參數(shù)表達式由I2S=

=

得

3/6/20241:44PM1．電動狀態(tài)（0<s<1）

Tm=

3/6/20241:44PM2.發(fā)電狀態(tài)(s<0)

3.

制動狀態(tài)

(s>1)

三．電磁轉矩的實用表達式其中:3/6/20241:44PM第六節(jié)三相異步電動機的機械特性

電動機的曲線稱為電動機的機械特性曲線。

曲線變換為曲線3/6/20241:44PM一、機械特性曲線分析

電動機的機械特性曲線上有四個重要特殊點：同步點、額定工作點、最大點與起動點。額定轉矩TN

最大轉矩Tm

起動轉矩Tst

3/6/20241:44PM1）額定轉矩TN

2）最大轉矩Tm

3）起動轉矩Tst

額定轉矩是電動機在額定電壓下，以額定轉速運行，輸出額定功率時其軸上輸出的轉矩。

最大轉矩是電動機能夠提供的極限轉矩。

起動轉矩電動機在接通電源起動的最初瞬間的轉矩。3/6/20241:44PM二、固有特性

三相異步電動機的固有機械特性是指電動機工作在額定電壓和額定功率下，定子繞組按規(guī)定方式聯(lián)接，定子和轉子電路不外接電阻等其它電路元件，由電動機本身固有的參數(shù)所決定的機械特性。

3/6/20241:44PM三、人為機械特性

人為地改變異步電動機定子電壓U1、電源頻率f1、定子極對數(shù)P、定子回路電阻或電抗、轉子回路電阻或電抗中的一個或多個參數(shù)，所獲得的機械特性，稱為人為機械特性。

1．降低定子端電壓的人為機械特性

3/6/20241:44PM2．轉子回路串對稱三相電阻的人為機械特性3/6/20241:44PM第七節(jié)電力拖動基本知識

一、電力拖動系統(tǒng)的運動方程式（一）單軸電力拖動系統(tǒng)運動方程式

3/6/20241:44PM（二）電力拖動系統(tǒng)的運動狀態(tài)

1．當T=TL時，電力拖動系統(tǒng)處于靜止或勻速運行的穩(wěn)定狀態(tài)。2．當T>TL時，電力拖動系統(tǒng)處于加速過渡過程狀態(tài)。

3、當T<TL時，電力拖動系統(tǒng)處于減速過渡過程狀態(tài)。3/6/20241:44PM二、電力拖動系統(tǒng)的負載與負載轉矩特性

負載轉矩特性簡稱負載特性，它是指電力拖動系統(tǒng)的旋轉速度n與負載轉矩TL的函數(shù)關系，即n=f(TL)。不同生產(chǎn)機械在運動中所具有的轉矩特性不同，大致可分為恒轉矩負載特性、恒功率負載特性和通風機型負載特性三類。1．恒轉矩負載特性1）反抗性負載轉矩2)位能性負載轉矩3/6/20241:44PMa)反抗性恒轉矩負載特性b)位能性恒轉矩負載特性3/6/20241:44PM2．恒功率負載特性3．通風機型負載特性3/6/20241:44PM三、電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件

在電力拖動系統(tǒng)中，電動機的機械特性與負載轉矩特性有交點，即T=TL這是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要條件。而電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充分必要條件是：在

T=TL處

3/6/20241:44PM第八節(jié)三相異步電動機的起動一、三相籠型異步電動機的起動（一）全壓起動

（二）減壓起動

減壓起動并不是降低電源電壓，而是采用某種方法，使加在電動機定子繞組上的電壓降低。

3/6/20241:44PM1．定子串電阻或電抗減壓起動3/6/20241:44PM2．自耦變壓器減壓起動自耦變壓器一次電壓與二次電壓之比為k自耦變壓器的一次電流為

Ist1=Ist2/

k=Ist/k2

起動轉矩為Tst＇=Tst/k2

3/6/20241:44PM3．星形-三角形減壓起動Ist＇=Ist

/3Tst＇=Tst/33/6/20241:44PM二、三相繞線型異步電動機的起動1．轉子串電阻起動3/6/20241:44PM2．轉子串頻敏變阻器起動三、固態(tài)減壓起動器的“軟起動”3/6/20241:44PM第九節(jié)三相異步電動機的制動一、反接制動

三相異步電動機的反接制動有電源反接制動和倒拉反接制動兩種。

（一）電源反接制動3/6/20241:44PM三相異步電動機電源反接制動的要點是：

1）三相異步電動機定子三相交流電源一定要反接（相序接反）。

2）三相異步電動機轉子或定子電路串入反接制動電阻，以限制反接制動電流與反接制動轉矩。

3）當電動機轉速約為零時，及時切斷反相序三相交流電源，防止電機反向起。

4）反接制動不宜過于頻繁，否則電動機將過熱燒毀。

3/6/20241:44PM（二）倒拉反接制動3/6/20241:44PM三相繞線轉子異步電動機倒拉反接制動的要點是：

1）電動機定子按提升方向接入正相序三相交流電源。

2）電動機轉子電路串入足夠大的電阻。

3）拖動的是位能性負載且負載轉矩足夠大。

3/6/20241:44PM二、能耗制動3/6/20241:44PM三、回饋制動（再生發(fā)電制動）

（一）反向回饋制動

（二）正向回饋制動3/6/20241:44PM第十節(jié)三相異步電動機的調(diào)速三相異步電動機的轉速公式3/6/20241:44PM

三相異步電動機的調(diào)速方法有：1）變頻調(diào)速改變異步電動機定子電源頻率f1來改變同步轉速n1，從而進行調(diào)速。2）變極調(diào)速改變異步電動機的極對數(shù)p來改變電動機同步轉速n1來進行調(diào)速。

3）變轉差率調(diào)速

調(diào)速過程中保持電動機同步轉速n1不變，改變轉差率s來進行調(diào)速。其中有降低定子電壓、在繞線型異步電動機轉子回路中串入電阻或串附加電動勢等方法調(diào)速。

3/6/20241:44PM一、籠型異步電動機的變極調(diào)速（一）變極原理3/6/20241:44PM比較圖2-31中a、b、c三種接法可知：

只要將兩個“半相繞組”中的任一個“半相繞組”中的電流反向，就可以將極對數(shù)增加一倍（順串）或減少一倍（反串或反并），這就是單繞組倍極比的變極原理。3/6/20241:44PM（二）兩種常用的變極接線法1．Y/yy

變極調(diào)速3/6/20241:44PM

為保證變極調(diào)速前后電動機旋轉方向不變，在改變?nèi)喈惒诫妱訖C定子繞組接線的同時，必須將V、W兩相出線端對調(diào)，使電動機接入電源的相序改變。這點在工程實踐中尤應注意。注意：3/6/20241:44PM2．Δ/yy變極調(diào)速3/6/20241:44PM（三）變極調(diào)速電動機的機械特性3/6/20241:44PM二、變頻調(diào)速（一）變頻與調(diào)壓的配合1．變頻時應保持電動機主磁通不變，此時電動機定子電壓與頻率應有下式關系3/6/20241:44PM2．變頻時保持過載能力λm不變，則：具體對于恒轉矩負載，只要滿足U1/f1=U1’/f1’=常數(shù)，即可保持變頻調(diào)速時電動機過載能力λm不變。又可使主磁通保持不變。因而變頻調(diào)速最適合于恒轉矩負載。對于恒功率負載采用變頻調(diào)速時，無法使電動機的過載能力λm和主磁通同時保持不變。3/6/20241:44PM（二）恒轉矩變頻調(diào)速時機械特性3/6/20241:44PM（三）三相異步電動機變頻調(diào)速時的起動（四）變頻電源簡介3