第六章 電動機

第六章(三相異步)電動機交流電動機直流電動機鼠籠式繞線式異步機同步機他勵、并勵、串勵、復(fù)勵電動機的分類電動機：電能轉(zhuǎn)換成機械能發(fā)電機：其他形式的能量轉(zhuǎn)換成電能電動機的作用返回優(yōu)點使用電動機驅(qū)動生產(chǎn)機械可：（1）簡化生產(chǎn)機械的結(jié)構(gòu)（2）提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量（3）能實現(xiàn)自動控制（4）實現(xiàn)遠距離操縱

（1）基本結(jié)構(gòu)（2）工作原理（3）機械特性（4）起動、制動、反轉(zhuǎn)、調(diào)速的基本原理（5）應(yīng)用場合和正確使用主要內(nèi)容8.1三相異步電動機的構(gòu)造鼠籠式繞線式轉(zhuǎn)子定子（固定部分）轉(zhuǎn)子（旋轉(zhuǎn)部分）分為兩個基本部分：

構(gòu)成：由機座、鐵心和定子繞組組成

定子機座是用鑄鐵或鑄剛制成，鐵心由互相絕緣的硅鋼片疊成，內(nèi)圓周表面沖有槽，用以放置對稱三相繞組；對稱三相繞組有的聯(lián)接成星形、有的聯(lián)接成三角形

作用：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場

機座定子繞組銘牌數(shù)據(jù)出線端子定子鐵心定子繞組鼠籠式電動機構(gòu)造簡單、價格低廉、工作可靠、使用方便轉(zhuǎn)子

構(gòu)成：由鐵心和繞組兩部分構(gòu)成

鐵心也用硅鋼片疊成，表面沖有槽，裝在轉(zhuǎn)軸上，軸上加機械負載；因繞組不同，可分為鼠籠式和繞線式兩種。作用：在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流。鼠籠式轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸軸承轉(zhuǎn)子繞線式轉(zhuǎn)子

鐵心繞組轉(zhuǎn)軸YBZXAC轉(zhuǎn)子定子定子繞組（三相）機座轉(zhuǎn)子：在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流。三相定子繞組：產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。繞線式鼠籠式鼠籠轉(zhuǎn)子§8.2三相異步電動機的轉(zhuǎn)動原理磁鐵閉合線圈磁極旋轉(zhuǎn)導(dǎo)線切割磁力線產(chǎn)生感應(yīng)電動勢導(dǎo)線長度磁感應(yīng)強度切割速度（右手定則）閉合導(dǎo)線產(chǎn)生電流

i（左手定則）通電導(dǎo)線在磁場中受力1.線圈跟著磁鐵轉(zhuǎn)兩者轉(zhuǎn)動方向一致

結(jié)論：異步2.線圈比磁場轉(zhuǎn)得慢

由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向是一致的，所以如果n=n1，則磁場與轉(zhuǎn)子之間就沒有相對運動，它們之間就不存在電磁感應(yīng)關(guān)系，也就不能在轉(zhuǎn)子導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢、產(chǎn)生電流，也就不能產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。所以，感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)子速度不可能等于磁場速度。因此，這種電動機一般也叫做異步電動機。三相感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)速小于磁場速度三相感應(yīng)電動機的工作原理（圖解）nNSTfn1f1、旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生AYCBZ在異步機中,旋轉(zhuǎn)磁場代替了旋轉(zhuǎn)磁極(?)電流出(

)電流入XAXYCBZAXBYCZ合成磁場方向：向下

電流I為正時，從首端流入、末端流出；電流I為負時，從首端流出、末端流入。XBZAYCAXYCBZAXYCBZ同理分析，可得其它電流角度下的磁場方向：U1V1W1U2V2W2WVUit分析規(guī)定：

電流I為正時，從首端流入、末端流出；電流I為負時，從首端流出、末端流入。1旋轉(zhuǎn)磁場的定性分析圖解NS1232NS3NS44NS55NS6NS6U1V1W1U2V2W2旋轉(zhuǎn)磁場的連續(xù)觀察NSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNSNS

當(dāng)定子繞組中通入三相電流后，它們共同產(chǎn)生的合成磁場是隨著電流的交變而在空間不斷地旋轉(zhuǎn)著，這就是旋轉(zhuǎn)磁場。結(jié)論旋轉(zhuǎn)方向：取決于三相電流的相序。改變電機的旋轉(zhuǎn)方向的方法：改變相序（換接其中兩相）2、旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向

方法：將與電源相接的任意兩相互換(改變相序)，就可實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。三相異步電動機的正、反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)ABCM3~電源ABCM3~電源3、極對數(shù)（P）的概念A(yù)XBYCZ此種接法（每相繞組只有一組線圈,各相繞組的始端之間相差120度空間角）下，合成磁場只有一對磁極，則極對數(shù)為1。即：AXYCBZ旋轉(zhuǎn)磁場的極數(shù)和三相繞組的安排有關(guān)C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'

將每相繞組分成兩段，按右下圖放入定子槽內(nèi)。形成的磁場則是兩對磁極。AXBYCZ極對數(shù)C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'4、旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速大小AXYCBZAXYCBZAXYCBZ旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速決定于磁場的極數(shù)，在一對極的情況下，當(dāng)電流交變一次時，磁場恰好在空間旋轉(zhuǎn)了一周。n0=60f（轉(zhuǎn)/分）

旋轉(zhuǎn)磁場具有兩對極時，當(dāng)電流從ωt=0°到ωt=60°經(jīng)歷了60°時，磁場在空間僅旋轉(zhuǎn)了30°。比P=1時轉(zhuǎn)速慢了一半，即：n0=60f/2（轉(zhuǎn)/分）

所以，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速n0決定于電流頻率f1和磁場的極對數(shù)P，可推出：極對數(shù)每個電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速電動機轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系：電動機轉(zhuǎn)速:電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但

異步電動機無轉(zhuǎn)距轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動無轉(zhuǎn)子電動勢（轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不切割磁力線）無轉(zhuǎn)子電流提示：如果

5、轉(zhuǎn)差率的概念：異步電機運行中:轉(zhuǎn)差率為旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)速之差。即：電動機起動瞬間:（轉(zhuǎn)差率最大）例：有一臺4極感應(yīng)電動機，電壓頻率為50Hz轉(zhuǎn)速為1440r／min，試求這臺感應(yīng)電動機的轉(zhuǎn)差率。，解：因為磁極對數(shù)2=p，所以同步轉(zhuǎn)速為：r/min

150025060601o=×==pfn轉(zhuǎn)差率為：%4%100150014401500%1000o=×-=×-=nnns電動機的轉(zhuǎn)動原理

在電動機定子繞組中通入三相對稱交流電流后，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。

旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中就感應(yīng)出電動勢。

在電動勢的作用下，閉合的導(dǎo)條中就有電流，該電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用，使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到電磁力作用。由電磁力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動起來。1.三相異步電動機的“電－磁”關(guān)系

8.3

三相異步電動機的電路分析

：主磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。e1e2、

：漏磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢。e

1e

2、

2.定子電路i2定子電路R1R2i1u1e1e

1e2e

2轉(zhuǎn)子電路定子繞組相當(dāng)于變壓器原邊繞組，轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于副繞組。設(shè)：設(shè)：取決于轉(zhuǎn)子和旋轉(zhuǎn)磁場的相對速度（1）轉(zhuǎn)子頻率（2）轉(zhuǎn)子電動勢3.轉(zhuǎn)子電路：轉(zhuǎn)子線圈匝數(shù)：轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的頻率其中（4）轉(zhuǎn)子功率因數(shù)

（3）轉(zhuǎn)子電流R1R2i1u1e1e

1e2e

2COSψ2I2I2,COSψ21S0結(jié)論：轉(zhuǎn)子電路的電動勢、電流、頻率、感抗、功率因數(shù)等都與轉(zhuǎn)差率S有關(guān)，與轉(zhuǎn)差率S的關(guān)系如右圖所示。I2、COSψ2例1：三相異步電動機p=3，電源f1=50Hz，電機額定轉(zhuǎn)速n=960r/min。求：轉(zhuǎn)差率s，轉(zhuǎn)子電動勢的頻率f2同步轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)差率：例2：三相異步電動機，p=2，n=1440r/min，轉(zhuǎn)子R2=0.02

，X20=0.08，E20=20V，f1=50Hz。啟動時I2（st）額定轉(zhuǎn)速下的I2（N）s=18.4.1電磁轉(zhuǎn)矩

：

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。8.4轉(zhuǎn)矩與機械特性

常數(shù)每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)即其中：代入可得8.4.2三相電動機的機械特性根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式10n0Tn得特性曲線：電動機的自適應(yīng)負載能力：

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。常用特性段n0nT

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。）直至新的平衡。此過程中，時，電源提供的功率自動增加。三個重要轉(zhuǎn)矩：n0Tn額定轉(zhuǎn)矩：電機在額定電壓下，以額定轉(zhuǎn)速運行，輸出額定功率

時，電機轉(zhuǎn)軸上輸出的轉(zhuǎn)矩。(1)（牛頓?米）nN

如果電機將會因帶不動負載而停轉(zhuǎn)。最大轉(zhuǎn)矩：(2)電機帶動最大負載的能力。n0Tn求解過載系數(shù)：三相異步機

工作時，一定令負載轉(zhuǎn)矩，否則電機將停轉(zhuǎn)。致使注意：

（1）三相異步機的和電壓的平方成正比，所以對電壓的波動很敏感，使用時要注意電壓的變化。

（2）電機嚴(yán)重過熱起動轉(zhuǎn)矩：(3)電機起動時的轉(zhuǎn)矩。n0Tn其中則體現(xiàn)了電動機帶載起動的能力。若電機能起動，否則將起動不了。

機械特性和電路參數(shù)的關(guān)系和電壓的關(guān)系結(jié)論：

和轉(zhuǎn)子電阻的關(guān)系R2的

改變

：鼠籠式電機轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的金屬材料不同，線繞式電機外接電阻不同。

令：得：結(jié)論：

機械特性的軟硬硬特性：負載變化時，轉(zhuǎn)速變化不大，運行特性好。軟特性：負載增加轉(zhuǎn)速下降較快，但起動轉(zhuǎn)矩大，起動特性好。

硬特性（R2?。┸浱匦裕≧2大）

不同場合應(yīng)選用不同的電機。如金屬切削，選硬特性電機；重載起動則選軟特性電機。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)差率：電磁轉(zhuǎn)矩的概念：額定轉(zhuǎn)矩

啟動轉(zhuǎn)矩－啟動能力

最大轉(zhuǎn)矩－過載能力n0Tn8.5三相異步機的起動（1）起動電流：中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的5-7倍。原因：起動時，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條切割磁力線速度很大。定子電流轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢轉(zhuǎn)子電流1.起動性能COSψ2I2I2,COSψ21S0B大電流使電網(wǎng)電壓降低

A頻繁起動時造成熱量積累影響：（2）起動轉(zhuǎn)矩

起動時，雖然轉(zhuǎn)子電流較大，但因轉(zhuǎn)子的功率因數(shù)很低，因此起動轉(zhuǎn)矩并不是很大的，與額定轉(zhuǎn)矩之比為1.0-2.2。

如果起動轉(zhuǎn)矩過小，就不能滿載起動，應(yīng)設(shè)法提高；如果起動轉(zhuǎn)矩過大，會使傳動機構(gòu)受到?jīng)_擊而損壞，應(yīng)設(shè)法減小。電機過熱影響其他負載工作2.三相異步機的起動方法：（1）直接起動

20-30千瓦以下的異步電動機一般采用直接起動。（2）降壓起動

在起動時降低加在電動機定子繞組上的電壓，以減小起動電流，鼠籠式電動機常用的降壓起動方法有Y－換接起動和自耦降壓起動。

方法簡單，但起動電流較大，影響電網(wǎng)上其他負載正常工作。Y－

起動

正常運行AZBYXC

起動ABCXYZ設(shè)：電機每相阻抗為（2）Y－

起動應(yīng)注意的問題：（1）僅適用于正常接法為三角形接法的電動機。Y－

起動時，起動電流減小的同時，起動轉(zhuǎn)矩也減小了。所以降壓起動適合于空載或輕載起動的場合6RRR繞線式轉(zhuǎn)子（3）轉(zhuǎn)子串電阻起動（繞線式電動機）。起動時將適當(dāng)?shù)腞串入轉(zhuǎn)子繞組中，起動后將R短路。轉(zhuǎn)子串電阻起動的特點：適于轉(zhuǎn)子為繞線式的電動機起動。（1）

（2）R2選的適當(dāng)，轉(zhuǎn)子串電阻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，如卷揚機、鍛壓機、起重機等。例3：三相異步電動機，額定功率PN=10kW，額定轉(zhuǎn)速nN=1450r/min，啟動能力Tst/TN=1.2，過載系數(shù)=1.8。（牛頓?米）（1）額定轉(zhuǎn)矩TN（2）啟動轉(zhuǎn)矩Tst（3）最大轉(zhuǎn)矩Tm#（4）用Y－

方法起動時的Tst'（牛頓?米）（牛頓?米）例4:三相異步電動機，電源電壓=380V，三相定子繞組接法運行，額定電流IN=20A，啟動電流Ist/IN=7，求：（1）接法時的啟動電流Ist

（2）若啟動時改為Y接法，求IstY（1）Ist

=7IN=720=140A解：（2）IstY=Ist

/3=140/3=47A§

8.6三相異步電動機的調(diào)速1.改變極對數(shù)有級調(diào)速。2.

改變轉(zhuǎn)差率

無級調(diào)速調(diào)速方法：ST適用于繞線式電動機3.改變電源頻率

(變頻調(diào)速)

無級調(diào)速變頻電源

可變

此種調(diào)速方法發(fā)展很快，且調(diào)速性能較好。其主要環(huán)節(jié)是研制變頻電源（常由整流器、逆變器等組成）。在我國(f1=50Hz)，磁極對數(shù)為p的磁場轉(zhuǎn)速n0為123456300015001000750600500制動方法：

1.抱閘：加機械抱閘；

2.反接制動：停車時，將電動機接電源的任意兩相反接，使電動機由原來的旋轉(zhuǎn)方向反過來，以達制動的目的；§

8.7三相異步電動機的制動反接制動時，定子旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子的相對轉(zhuǎn)速很大。

措施:為限制電流，在制動時要在定子或轉(zhuǎn)子中串電阻。即切割磁力線的速度很大，造成，引起。注意：簡單、效果好但能量消耗大3.能耗制動：

停車時，斷開交流電源，接至直流電源上，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩。制動轉(zhuǎn)矩的大小與直流電流的大小有關(guān)直流電流的大小一般為電動機額定電流的0.5-1倍制動能量消耗小制動平穩(wěn)，但需要直流電源M3~+-運行制動n

F轉(zhuǎn)子返回4.發(fā)電反饋制動：

當(dāng)電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速超過旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速時，這時的轉(zhuǎn)矩也是制動轉(zhuǎn)矩。n

Fno當(dāng)起重機快速下放重物時當(dāng)多速電動機從高速調(diào)到低速的過程中電動機已轉(zhuǎn)入發(fā)電機運行，將重物的位能轉(zhuǎn)換為電能而反饋到電網(wǎng)里去，所以稱為發(fā)電反饋制動8.8銘牌數(shù)據(jù)要正確使用電動機，必須要看懂銘牌。今以Y132M-4型電動機為例，來說明銘牌上各個數(shù)據(jù)的意義。三相異步電動機型號Y132M-4功率7.5KW頻率50Hz電壓380V電流15.4A接法△轉(zhuǎn)速1440r/min絕緣等級B工作方式連續(xù)年月編號××電機廠此外，還有功率因數(shù)0.85，效率87%。1.型號

Y132M－4轉(zhuǎn)差率2.轉(zhuǎn)速:電機軸上的轉(zhuǎn)速（n)。如：n=1440轉(zhuǎn)/分磁極數(shù)(極對數(shù)

p=2)同步轉(zhuǎn)速1500轉(zhuǎn)/分Y：三相異步電動機132：機座中心高（132mm）M：機座長度代號，M-中機座；S-短機座，L-長機座。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Y異異繞異爆異起YRYBYQJ、JOJR、JROJB、JBOJQ、JQO3.接法：Y/

接法Y接法：W2U2V2U1V1W1V1W1U1U2V2W2指定子三相繞組的接法接線盒

接法：U2U1W2V1V2U1W2U2V1V2W1W1W2U2V2V1W1U14.電壓：

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％。例：380/220Y/

是指：線電壓為380V時采用Y接法；當(dāng)線電壓為220V時采用接法。指電動機在額定運行狀態(tài)時定子繞組上的線電壓值.當(dāng)電壓高于額定值時，磁通將增大。即：返回電壓波動對電動機的影響當(dāng)電壓低于額定值時，引起轉(zhuǎn)速下降，電流增加。5.額定電流：如：

表示三角接形法下，電機的線電流為11.2A，相電流為6.48A；星形接法時線、相電流均為6.48A。6.功率與效率：

指電動機在額定運行時軸上輸出的機械功率值（），不等于從電源吸收的功率（）。兩者的關(guān)系為：

其中

=72－93％指電動機在額定運行狀態(tài)時定子繞組的線電流。為電動機的效率

額定負載時一般為0.7-0.9，空載時功率因數(shù)很低約為0.2-0.3。額定負載時，功率因數(shù)最大。

使用中應(yīng)選擇合適容量的電動機，防止“大馬”拉“小車”的現(xiàn)象。7.功率因數(shù)(cos

1)：P2PNcos

1因為電動機是電感性負載，定子相電流比相電壓滯后一個角。cos