三相交流異步電動機教材

組員介紹組長:張洋組員：郁銀陳正金元陸佳偉郭鈺志劉建群楊飛龍李陽穆鵬霄分工三相資料收集：郁銀金元陸佳偉陳正PPT制作：張洋單相資料收集：穆鵬霄楊飛龍郭鈺志PPT制作：劉建群演講：李陽1

三相異步電動機的構(gòu)造

交流電動機2

三相異步電動機的工作原理3

三相異步電動機的電路分析4

三相異步電動機轉(zhuǎn)矩與機械特性5

三相異步電動機的起動6

三相異步電動機的調(diào)速7

三相異步電動機的制動8

三相異步電動機銘牌數(shù)據(jù)9

三相異步電動機的選擇電動機的分類：鼠籠式異步交流電動機內(nèi)容：

基本結(jié)構(gòu)、工作原理、機械特性、控制方法

電動機交流電動機直流電動機三相電動機單相電動機同步電動機異步電動機他勵、并勵電動機串勵、復(fù)勵電動機交流電動機1.定子1

三相異步電動機的構(gòu)造鐵心：由內(nèi)周有槽的硅鋼片疊成。A----XB----YC----Z三相繞組機座：鑄鋼或鑄鐵

轉(zhuǎn)子:在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流。2.轉(zhuǎn)子鼠籠轉(zhuǎn)子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。(1)

鼠籠式轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)放銅條，端部用短路環(huán)形成一體。或鑄鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。(2)

繞線式轉(zhuǎn)子同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。鼠籠式繞線式鼠籠式電動機與繞線式電動機的的比較：鼠籠式：

結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、工作可靠；不能人為改變電動機的機械特性。繞線式：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格較貴、維護工作量大；轉(zhuǎn)子外加電阻可人為改變電動機的機械特性。2.1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oo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AAXZBCYAAXZBCY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)換兩根電源進線，則旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。任意調(diào)換兩根電源進線(電路如圖)AXCZBY0

to2

三相異步電動機的工作原理(1)當(dāng)三相異步電機接入三相交流電源時，三相定子繞組流過三相對稱電流產(chǎn)生的三相磁動勢（定子旋轉(zhuǎn)磁動勢）并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。(2)該旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子導(dǎo)體有相對切割運動,根據(jù)電磁感應(yīng)原理,轉(zhuǎn)子導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢并產(chǎn)生感應(yīng)電流。（3）根據(jù)電磁力定律，載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在磁場中受到電磁力作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，當(dāng)電動機軸上帶機械負載時，便向外輸出機械能。電機的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速）小于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速，從而叫為異步電機。它和感應(yīng)電機基本上是相同的。s=(ns-n)/ns。s為轉(zhuǎn)差率，ns為磁場轉(zhuǎn)速，n為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。

轉(zhuǎn)差率旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速和電動機轉(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。描述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速相差的程度。在正常運行范圍內(nèi)，異步電動機的電磁力產(chǎn)生原理轉(zhuǎn)差率很小，僅在0．01--0．06之間。

3

三相異步電動機的電路分析

三相異步電動機的電磁關(guān)系與變壓器類似。1)變壓器原、副繞組是與同一主磁通

相交鏈，異步電動機中定子和轉(zhuǎn)子繞組與同一旋轉(zhuǎn)磁通

相交鏈。因此異步電動機中定子和轉(zhuǎn)子繞組相當(dāng)于變壓器的原、副繞組。2）變壓器：

變化

eU1

E1=4.44fN1

異步機：

旋轉(zhuǎn)

eU1

E1=4.44fN1

3）變壓器：I2

增大

I1增大，以保持

基本不變，以達到傳遞能量的目的。

3

三相異步電動機的電路分析異步機：當(dāng)負載增加時，轉(zhuǎn)子電流I2

增大

I1增大，以保持

基本不變，以達到傳遞能量的目的。

三相異步電動機與變壓器的不同之處。1）變壓器是靜止的。而異步機是旋轉(zhuǎn)的。2）變壓器的磁路是無氣隙的。而異步機中的定子和轉(zhuǎn)子之間是有不大的氣隙。3）變壓器中原、副繞組的感應(yīng)電動勢是同頻率的。而異步機中轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢的頻率是隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速改變的。3.1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

每極磁通旋轉(zhuǎn)磁場與定子導(dǎo)體間的相對速度為n0，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異步電動機每相電路i1u1e1e

1e2e

2i2+－++++－－－－f1f23.2轉(zhuǎn)子電路1.轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2∵定子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對速度固定，而轉(zhuǎn)子導(dǎo)體與旋轉(zhuǎn)磁場間的相對速度隨轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不同而變化定子感應(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=4.44f2N2

=4.44sf1N2

當(dāng)轉(zhuǎn)速n=0(s=1)時，f2最高，且E2最大，有E20=4.44

f1N2

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(dāng)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)子電流I25.轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cos

2轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流轉(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)。I2cos

2s1I2,O4

三相異步電動機轉(zhuǎn)矩與機械特性4.1轉(zhuǎn)矩公式

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)矩之總和。常數(shù)，與電機結(jié)構(gòu)有關(guān)旋轉(zhuǎn)磁場每極磁通轉(zhuǎn)子電流轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)由此得電磁轉(zhuǎn)矩公式由前面分析知：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。U1

T

2.當(dāng)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。繞線式異步電動機可外接電阻來改變轉(zhuǎn)子電阻R2

，從而改變轉(zhuǎn)距。4.2機械特性曲線OTS根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式得特性曲線：OT1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OT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,則額定轉(zhuǎn)矩為2.最大轉(zhuǎn)矩Tmax轉(zhuǎn)子軸上機械負載轉(zhuǎn)矩T2不能大于Tmax

，否則將造成堵轉(zhuǎn)(停車)。電機帶動最大負載的能力。令：求得臨界轉(zhuǎn)差率OTTmax將sm代入轉(zhuǎn)矩公式，可得當(dāng)U1

一定時，Tmax為定值過載系數(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T2

<Tmax

，否則電機將停轉(zhuǎn)。電機嚴重過熱而燒壞。(2)sm與R2有關(guān)，R2

sm

n。繞線式電機改變轉(zhuǎn)子附加電阻R′2可實現(xiàn)調(diào)速。

3.起動轉(zhuǎn)矩Tst電動機起動時的轉(zhuǎn)矩。起動時n=0時，s=1(2)Tst與R2有關(guān)，適當(dāng)使

R2

Tst

。對繞線式電機改變轉(zhuǎn)子附加電阻

R′2,可使Tst=Tmax

。

Tst體現(xiàn)了電動機帶載起動的能力。

若

Tst

>T2電機能起動，否則不能起動。OTTst起動能力4.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U

Tm

Tst

T2TO(2)R2變化對機械特性的影響TOR2

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，但起動轉(zhuǎn)矩大，起動特性好。

5

三相異步電動機的起動5.1起動性能起動問題：起動電流大，起動轉(zhuǎn)矩小。

一般中小型鼠籠式電機起動電流為額定電流的5~7倍;電動機的起動轉(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，影響鄰近負載的工作頻繁起動時造成熱量積累，使電機過熱后果：原因：起動：

n=0，s=1,接通電源。起動時，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

5.2

起動方法(1)直接起動

二、三十千瓦以下的異步電動機一般都采用直接起動。(2)降壓起動：星形-三角形(Y－

)

換接起動自耦降壓起動（適用于鼠籠式電動機）(3)轉(zhuǎn)子串電阻起動（適用于繞線式電動機）

方法：任意調(diào)換電源的兩根進線，電動機反轉(zhuǎn)。電動機正轉(zhuǎn)電動機反轉(zhuǎn)三相異步電動機的正、反轉(zhuǎn)電源~UVWM3~UVW電源~M3~概述6

三相異步電動機的調(diào)速直流電氣傳動和交流電氣傳動在19世紀先后誕生。但在20世紀的大部分時間里，由于直流傳動具有優(yōu)越調(diào)速性能，因而高性能可調(diào)速傳動都采用直流電動機，而不變速傳動則采用交流電動機。直到70年代末這種交直流傳動按調(diào)速分工的格局終于被打破。此后，交流調(diào)速系統(tǒng)主要沿下述三個方向發(fā)展和應(yīng)用。1.一般性能的節(jié)能調(diào)速在過去大量的不變速調(diào)速系統(tǒng)中，風(fēng)機、水泵等機械總量幾乎占工業(yè)電氣傳動總?cè)萘康囊话耄渲杏胁簧賵龊喜⒉皇遣恍枰{(diào)速，只是過去交流電動機本身不調(diào)速，不得不依賴擋板和閥門來調(diào)節(jié)送風(fēng)和供水的流量，從而使許多電能被白白浪費掉了。如果換成交流調(diào)速系統(tǒng)，來調(diào)節(jié)送風(fēng)和供水的流量，每臺風(fēng)機、水泵平均可節(jié)能20%，效果很可觀。2.高性能交流調(diào)速系統(tǒng)過去許多需用直流調(diào)速的場合，鑒于交流電機比直流電機結(jié)構(gòu)簡單、成本低、工作可靠、維護方便、轉(zhuǎn)動慣量小、效率高，因此如果采用交流調(diào)速，其靜、動態(tài)性能完全可以和直流調(diào)速系統(tǒng)的性能相媲美。但目前來講，其控制系統(tǒng)相比與直流調(diào)速系統(tǒng)復(fù)雜?？捎糜谲垯C、造紙機等要求調(diào)速性能較高的場合。3.特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速系統(tǒng)直流電極換向器的換向能力限制了它的容量和轉(zhuǎn)速，而交流電動機則不受這個限制，因此特大容量的傳動，如厚板軋機、礦井提升機等和極高轉(zhuǎn)速的傳動，都宜采用交流調(diào)速為宜。異步電動機的調(diào)速方法三種電氣調(diào)速方法6.1變頻調(diào)速(無級調(diào)速)變頻調(diào)速應(yīng)用最廣，可構(gòu)成高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)，最具有發(fā)展前途。電力電子和微機控制技術(shù)是現(xiàn)代交流調(diào)速的物質(zhì)基礎(chǔ)。有了電力電子變流裝置，解決了調(diào)速裝置過去設(shè)備多、體積大、成本高等問題，使交流調(diào)速得到飛躍的發(fā)展。矢量控制的發(fā)明，提高了交流調(diào)速系統(tǒng)的性能，但其控制電路的設(shè)計、制造和調(diào)試都很麻煩，采用微機控制后，用軟件實現(xiàn)矢量控制算法，使硬件電路規(guī)范化，從而降低了成本，提高了可靠性，還可實現(xiàn)更復(fù)雜的控制技術(shù)。各類電力電子器件類型不可控器件代號名稱全控器件半控器件電流控器件場控器件功率集成電路D整流二極管（Diode)Th、SCR晶閘管（Thyristor)BJT雙極型晶體管（BipolarTransistor)GTO門極關(guān)斷晶閘管（GateTurn-off)P-MOSFET電力場效應(yīng)晶體管IGBT絕緣柵雙極型晶體管MCT場控晶閘管PIC功率集成電路

f=50Hz逆變器M3~整流器f1、U1可調(diào)+–~（1）變頻調(diào)速方法頻率調(diào)節(jié)范圍：0.5~幾百赫茲根據(jù)可知頻率f下調(diào)時，轉(zhuǎn)速n降低。而頻率f上調(diào)時，轉(zhuǎn)速n升高。1.變頻調(diào)速原理及其機械特性而在電機調(diào)速時，通常要考慮的一個重要因素是希望保持

不變。因為如果磁通減弱，沒有充分利用電機的鐵心，是一種浪費；如果磁通增強，又會使鐵心飽和，導(dǎo)致勵磁電流過大。(1)頻率下調(diào)時，使則可保持

不變。

由

可知若要求電機在不同轉(zhuǎn)速下都達到額定電流頻率下調(diào)時，因為

不變，所以轉(zhuǎn)矩T也不變，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。由可知：轉(zhuǎn)矩T隨磁通

變化。1.變頻調(diào)速原理及其機械特性f（2）頻率上調(diào)時，因為

變小如果電壓U也上調(diào)，則電壓將超過額定電壓，這是不允許的，因此在調(diào)速過程中，只能保持U不變，所以這是一種弱磁調(diào)速。因為

變小，所以轉(zhuǎn)矩T也變小。若要求電機在不同轉(zhuǎn)速下都達到額定電流，因而功率不變，屬于恒功率調(diào)速。OTfNf變頻調(diào)速的優(yōu)點：具有較硬的機械特性，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好，調(diào)速范圍寬，可實現(xiàn)無級調(diào)速。6.2變極調(diào)速

(有級調(diào)速)A1X1A2X2iiP=2··A1A2X1X2··NNSSA1X1A2X2ii??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。A1··A2X1X2SNTo6.3變轉(zhuǎn)差率調(diào)速

變轉(zhuǎn)差率調(diào)速，繞線式電動機轉(zhuǎn)子回路串電阻。其優(yōu)點是調(diào)速方法簡單、設(shè)備簡單投資少，缺點是能耗較大。輕載時調(diào)速范圍小。這種調(diào)速方式廣泛應(yīng)用于各種提升、起重設(shè)備中。對泵類也能應(yīng)用nn'??TLTLs

′s??TsoR2-TI

TT

Tn

TI-TT-達到新的平衡TO此調(diào)速方法屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速根據(jù)在不變,調(diào)速時I=IN，R2-TI

TT

Tn

TI-TT-達到新的平衡TO此調(diào)速方法屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速根據(jù)在不變,調(diào)速時I=IN，此調(diào)速方法屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速

6.4調(diào)速的性能指標(biāo)1.調(diào)速的技術(shù)指標(biāo)電動機在額定負載轉(zhuǎn)矩下，能達到的最高轉(zhuǎn)速nmax與最低轉(zhuǎn)速nmin之比。具體采用的調(diào)速方法，要考慮技術(shù)和經(jīng)濟指標(biāo)。如技術(shù)指標(biāo)，調(diào)速范圍，平滑性，調(diào)速時允許的輸出。調(diào)速的經(jīng)濟指標(biāo)，調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)備投資、運行中的能量損耗和維修費用等。1）調(diào)速范圍D2）靜差率電動機在一條機械特性上運行，由理想空載到額定負載的轉(zhuǎn)速降

nN與理想空載轉(zhuǎn)速n0的百分比。TO

nN1

nN2TN靜差率，轉(zhuǎn)速的相對穩(wěn)定性越好，負載波動時，轉(zhuǎn)速的變化也越小。3）調(diào)速的平滑性指相鄰兩級轉(zhuǎn)速的接近程度，用

4）調(diào)速時允許的輸出的功率和轉(zhuǎn)矩是指電動機在保持額定電流的條件下，在調(diào)速過程中電動機所能輸出的功率和轉(zhuǎn)矩。采用不同的調(diào)速方法時，允許的輸出的功率和轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律是不同的。允許輸出的最大轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速無關(guān)的調(diào)速方法為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，允許的輸出的最大功率與轉(zhuǎn)速無關(guān)的調(diào)速方法為恒功率調(diào)速。電動機穩(wěn)定運行時實際輸出的功率和轉(zhuǎn)矩是由負載決定的。負載可分為恒轉(zhuǎn)矩負載和恒功率負載，這就要求調(diào)速方法和負載類型相匹配，否則電動機得不到充分利用。如恒功率負載用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。為了使電動機不過載，應(yīng)保證低速時電動機的轉(zhuǎn)矩滿足要求。T則在高速時電動機得不到充分利用。f同理，如恒轉(zhuǎn)矩負載用恒功率調(diào)速方法。應(yīng)保證高速時電動機的轉(zhuǎn)矩滿足要求。則在低速時電動機得不到充分利用。所以在調(diào)速時，應(yīng)使調(diào)速方法適應(yīng)負載的要求，使電動機既能得到充分利用，又能長期安全運行。

2.經(jīng)濟指標(biāo)：決定于調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)備投資，能量損耗及維修費用等。7

三相異步電動機的制動7.1

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)電反饋制動

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

n0=07.2

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。

M3~+-運轉(zhuǎn)制動?RPM3~運轉(zhuǎn)制動?nF轉(zhuǎn)子T

n07.3

發(fā)電反饋制動

當(dāng)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)，同時將外力作用于轉(zhuǎn)子的能量轉(zhuǎn)換成電能回送給電網(wǎng)。nF轉(zhuǎn)子T

n0n>n08

三相異步電動機銘牌數(shù)據(jù)1.型號

磁極數(shù)(極對數(shù)p=2)例如：Y132M－4

用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機座長度代號機座中心高（mm）三相異步電動機教材表8.8.1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.電壓例如：380/220V、Y/

是指線電壓為380V時采用Y聯(lián)結(jié)；線電壓為220V時采用

聯(lián)結(jié)。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