交流異步電機及其控制課件

3.1

三相異步電動機的結(jié)構(gòu)與銘牌2課時

3.2

三相異步電動機的工作原理4課時

3.3

三相異步電動機的電路分析2課時

3.4三相異步電動機的工作特性2課時

3.5三相異步電動機的起動2課時

3.6

三相異步電動機的調(diào)速2課時

3.7三相異步電動機的制動2課時

3.8

單相異步電動機4課時第三章三相異步電動機第三章三相異步電動機第三章三相異步電動機3.1三相異步電動機的結(jié)構(gòu)與銘牌三相異步電動機概述一三相異步電動機的結(jié)構(gòu)二三相異步電動機的銘牌三第三章三相異步電動機電動機交流電動機直流電動機

同步電動機異步電動機串勵、復(fù)勵電動機他勵、并勵電動機三相電動機單相電動機電動機的分類：一、三相異步電動機概述第三章三相異步電動機一、三相異步電動機概述第三章三相異步電動機三相異步電動機三相鼠籠式異步電動機三相繞線式異步電動機

按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)三相異步電動機結(jié)構(gòu)分類二、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)第三章三相異步電動機三相異步電動機主要由定子局部、轉(zhuǎn)子局部、氣隙及其它附件構(gòu)成。1定子部分〔1〕定子鐵心——導(dǎo)磁局部定子鐵心是電機磁路的一局部，并起固定定子繞組的作用。為了增強導(dǎo)磁能力和減小鐵耗，定子鐵心常選用0.5mm或0.35mm厚的硅鋼片沖制疊壓而成，片間涂上絕緣漆。定子鐵心內(nèi)圓均勻沖出許多形狀相同的槽，用以嵌放定子繞組。〔2〕定子繞組——放在定子鐵心內(nèi)圓槽內(nèi)——導(dǎo)電局部定子繞組是異步電動機的電路局部，其材料主要采用紫銅。小型異步電動機常采用三相單層繞組，大中型異步電動機常采用三相雙層短矩疊繞組形式，三相繞組的六個出線端子均接在機座側(cè)面的接線板上，可根據(jù)需要將三相繞組接成Y形或△形。〔3〕機座機座是電動機的外殼，支撐電機各部件，并通過機座的底腳將電機安裝固定。全封閉式電機的定子鐵心緊貼機座內(nèi)壁，故機座外殼上的散熱筋是電機的主要散熱面。中小型電機采用鑄鐵機座。大型電機一般采用鋼板焊接機座。二、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)第三章三相異步電動機〔1〕定子鐵心的結(jié)構(gòu)二、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)

定子鐵心定子沖片定子沖片第三章三相異步電動機〔2〕定子繞組二、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)第三章三相異步電動機〔3〕定子機座二、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)定子機座定子機座第三章三相異步電動機轉(zhuǎn)子部分〔1〕轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心也是電機磁路的組成局部，并用來固定轉(zhuǎn)子繞組。鐵心材料也用0.5mm或0.35mm厚的硅鋼片沖制疊壓而成，故通常用沖制定子鐵芯沖片剩余下來的內(nèi)圓局部制作。轉(zhuǎn)子鐵芯固定在轉(zhuǎn)軸上，其外圓上開有槽，用來嵌放轉(zhuǎn)子繞組?！?〕轉(zhuǎn)子繞組——根據(jù)轉(zhuǎn)子繞組的結(jié)構(gòu)型式可分為1〕鼠籠式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子鐵心的每個槽內(nèi)插入一根裸導(dǎo)條，形成一個多相對稱短路繞組。2〕繞線式轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子繞組為三相對稱繞組，嵌放在轉(zhuǎn)子鐵心槽內(nèi)。2、轉(zhuǎn)子局部在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電流。二、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)第三章三相異步電動機〔1〕轉(zhuǎn)子鐵心二、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)繞線型轉(zhuǎn)子鐵心籠型轉(zhuǎn)子鐵心第三章三相異步電動機〔2〕轉(zhuǎn)子繞組二、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)三相繞線式轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)示意圖鼠籠型轉(zhuǎn)子繞組結(jié)構(gòu)示意圖第三章三相異步電動機繞線式轉(zhuǎn)子實物圖片碳刷二、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)3、氣隙異步電動機的氣隙是均勻的，大小為機械條件所能允許到達的最小值。異步電機氣隙比同容量的直流電動機氣隙小得多，在中小型異步電機中，約為0.2～0.5mm。第三章三相異步電動機二、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)第三章三相異步電動機鼠籠式：

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。鼠籠式電動機與繞線式電動機的比較：二、三相異步電動機的結(jié)構(gòu)第三章三相異步電動機1)型號

磁極數(shù)(極對數(shù)p=2)例如：Y132M－4

用以說明電動機的系列、幾何尺寸和極數(shù)。機座長度代號機座中心高（mm）三相異步電動機三、三相異步電動機銘牌第三章三相異步電動機異步電動機產(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、JQO三、三相異步電動機銘牌第三章三相異步電動機2)接法定子三相繞組的聯(lián)接方法:V1W2U1W1U2V2Y聯(lián)結(jié)W1U1V1W2U2V2U2U1W2V1V2W1U1V1W1W2U2V2

聯(lián)結(jié)通常三、三相異步電動機銘牌第三章三相異步電動機3)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)。電動機在額定運行時定子繞組上應(yīng)加的線電壓值。4)電流電動機在額定運行時定子繞組的線電流值。例如：Y/

6.73/11.64A

表示星形聯(lián)結(jié)下電機的線電流為6.73A；三角形聯(lián)結(jié)下線電流為11.64A。兩種接法下相電流均為6.73A。三、三相異步電動機銘牌第三章三相異步電動機

5)功率與效率

額定功率是指電機在額定運行時軸上輸出的機械功率P2，它不等于從電源吸取的電功率P1。6)絕緣等級

指電機絕緣材料能夠承受的極限溫度等級，分為A、E、B、F、H五級，A級最低(105oC)，H級最高(180oC)。二、三相異步電動機銘牌第三章三相異步電動機7)功率因數(shù)

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。空載時功率因數(shù)更低，只有

0.2~0.3。額定負載時，功率因數(shù)最高。8)額定轉(zhuǎn)速電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉(zhuǎn)速。PNP2cos

O二、三相異步電動機銘牌第三章三相異步電動機3.2三相異步電動機的工作原理三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場二三相異步電動機的工作原理三異步電動機轉(zhuǎn)動演示一第三章三相異步電動機3.2三相異步電動機的工作原理一.異步電動機轉(zhuǎn)動演示點擊演示第三章三相異步電動機

定子三相對稱繞組通入對稱三相交流電(星形聯(lián)接)AXBYCZ1.旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生o二.三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場

第三章三相異步電動機電流方向規(guī)定i:“+”繞組首端流入，尾端流出。i:“–”繞組尾端流入，首端流出。AYCBZX(?)電流出(

)電流入當三相對稱交流繞組通入三相對稱交流電流時，將在電機氣隙空間產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場；〔動畫1，動畫2〕二.三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場

第三章三相異步電動機

三相電流合成磁場的分布情況AXYCBZAXYCBZAXYCBZ二.三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場

第三章三相異步電動機由以上分析可知：三相電流產(chǎn)生的合成磁場是一旋轉(zhuǎn)的磁場，即：一個電流周期，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)過360°2.旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向結(jié)論：旋轉(zhuǎn)磁場的方向取決于三相電流的相序，任意調(diào)換兩根電源進線，那么旋轉(zhuǎn)磁場反轉(zhuǎn)。AXCZBYAAXZBCYAAXZBCY二.三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場

第三章三相異步電動機

當三相定子繞組按圖示排列時，產(chǎn)生一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場，即：P=1AXBYCZAXYCBZ3.旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)P二.三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場

第三章三相異步電動機假設(shè)定子每相繞組由兩個線圈串聯(lián)，繞組的始端之間互差60°，將形成兩對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場。C'Y'ABCXYZA'X'B'Z'結(jié)論：旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù)與三相繞組的排列有關(guān)二.三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場

第三章三相異步電動機4.旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速p=1時0

toAXYCBZAXYCBZAXYCBZ二.三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場

第三章三相異步電動機p=2時0二.三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場

第三章三相異步電動機旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與極對數(shù)p的關(guān)系極對數(shù)每個電流周期磁場轉(zhuǎn)過的空間角度同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與頻率f1和極對數(shù)p有關(guān)。結(jié)論:二.三相異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場

第三章三相異步電動機AXYCBZ定子三相繞組通入三相交流電方向:順時針

切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體右手定則感應(yīng)電動勢

E20旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)電流

I2旋轉(zhuǎn)磁場左手定則電磁力F電磁轉(zhuǎn)矩Tn三.三相異步電動機轉(zhuǎn)動原理

FF1、轉(zhuǎn)動原理第三章三相異步電動機轉(zhuǎn)動原理電生磁磁生電產(chǎn)生電磁力旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體感應(yīng)電動勢和電流三相對稱繞組通往三相對稱電流產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子載流體在磁場作用下受電磁力作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動電動機旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機械能。三.三相異步電動機轉(zhuǎn)動原理

第三章三相異步電動機

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。由前面分析可知，電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向與磁場旋轉(zhuǎn)的方向一致，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n不可能到達與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，即異步電動機如果n=n0無轉(zhuǎn)子電動勢和轉(zhuǎn)子電流;

轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁場間沒有相對運動，磁通不切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條;無轉(zhuǎn)矩。因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速間必須要有差異。2.轉(zhuǎn)差率三.三相異步電動機轉(zhuǎn)動原理

第三章三相異步電動機異步電動機運行中:轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速亦可由轉(zhuǎn)差率求得轉(zhuǎn)差率s

例1：一臺三相異步電動機，其額定轉(zhuǎn)速

n=975r/min，電源頻率f1=50Hz。試求電動機的極對數(shù)和額定負載下的轉(zhuǎn)差率。解：根據(jù)異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋轉(zhuǎn)磁場同步轉(zhuǎn)速的關(guān)系可知：n0=1000r/min,即p=3三.三相異步電動機轉(zhuǎn)動原理

第三章三相異步電動機3.3三相異步電動機的電路分析一、定子繞組各物理量二、轉(zhuǎn)子繞組各物理量三、三相異步電機的空載運行四、三相異步電動機的負載運行五、三相異步電動機的等效電路六、三相異步電動機與變壓器的比照第三章三相異步電動機異步電動機：旋轉(zhuǎn)磁場切割導(dǎo)體e

U1

E1=4.44

f1N1

旋轉(zhuǎn)磁場與定子導(dǎo)體間的相對速度為n0，所以

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+－++++－－－－f1f2一、定子電路各物理量1)旋轉(zhuǎn)磁場的磁通

2)定子感應(yīng)電勢的頻率f1第三章三相異步電動機

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,所以轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2:所以定子感應(yīng)電勢頻率f1

轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2

異步電機運行時,旋轉(zhuǎn)磁場切割定子導(dǎo)體和轉(zhuǎn)子導(dǎo)體的速度不同二、轉(zhuǎn)子電路各物理量1〕轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢頻率f2第三章三相異步電動機E2=4.44f2N2

=4.44sf1N2

當轉(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)電勢當轉(zhuǎn)速n=0(s=1)時，f2最高，且X2最大，有X20=2

f1L2即X2=

sX20

2〕轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢E23)轉(zhuǎn)子感抗X2二、轉(zhuǎn)子電路各物理量第三章三相異步電動機4)轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電流I25)轉(zhuǎn)子電路的功率因數(shù)cos

2二、轉(zhuǎn)子電路各物理量第三章三相異步電動機I2cos

2s1I2,O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)。二、轉(zhuǎn)子電路各物理量第三章三相異步電動機異步電動機空載運行時的定子電流稱為空載電流。與變壓器一樣,主、漏磁通在定子繞組上感應(yīng)的電動勢1〕空載電流2〕感應(yīng)電動勢三、三相異步電機的空載運行第三章三相異步電動機

與變壓器一樣，根據(jù)基爾霍夫電壓定律，可列出空載時定子每相電壓方程式：同樣也有：根據(jù)上兩式，可以作出空載時等效電路。3〕電壓平衡方程與等效電路三、三相異步電機的空載運行第三章三相異步電動機根據(jù)基爾霍夫電壓定律可寫出定、轉(zhuǎn)子側(cè)電動勢平衡方程：1〕電動勢平衡方程四、三相異步電機的負載運行第三章三相異步電動機物理意義：定子電流一局部為勵磁電流，另一局部為負載電流，負載電流的作用是抵消轉(zhuǎn)子電流所產(chǎn)生的磁場效應(yīng)。2〕根本方程式異步電動機的電流比四、三相異步電機的負載運行第三章三相異步電動機2〕根本方程式四、三相異步電機的負載運行以下圖為異步電機負載運行時的等效電路，根據(jù)此等效電路，可以進行頻率及繞組各物理量的折算。折算時要求不改變轉(zhuǎn)子磁動勢以及功率關(guān)系。頻率歸算后，就將旋轉(zhuǎn)的電機等效為轉(zhuǎn)子靜止時的狀態(tài)。第三章三相異步電動機五、三相異步電動機的等效電路第三章三相異步電動機

頻率折算就是用一個等效的轉(zhuǎn)子電路代替實際旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng),而等效的轉(zhuǎn)子回路應(yīng)與定子電路有相同的頻率。

在折算的過程中，要保持電機的電磁效應(yīng)不變，所以要保證：一保持轉(zhuǎn)子磁動勢不變；二是轉(zhuǎn)子回路的功率不變。轉(zhuǎn)子回路電流五、三相異步電動機的等效電路1〕頻率折算第三章三相異步電動機

實際的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子軸上有機械損耗和機械功率輸出。頻率折算后，轉(zhuǎn)子靜止，沒有機械損耗和機械功率輸出，但電路中多了一個附加電阻。根據(jù)能量守恒關(guān)系，該電阻消耗的功率等效機械損耗和機械功率之和——總的機械功率。

從等效電路角度，可以把看成是異步電動機的”電阻負載”，其上的壓降可以看成是轉(zhuǎn)子回路的端電壓:五、三相異步電動機的等效電路第三章三相異步電動機繞組折算后的根本方程五、三相異步電動機的等效電路2〕繞組折算第三章三相異步電動機3、T型等效電路和簡化等效電路由根本方程可以作出等效電路:T型等效電路簡化等效電路五、三相異步電動機的等效電路第三章三相異步電動機從等效電路分析可知:3)三相異步電動機的功率因數(shù)永遠滯后；4)附加電阻不能用電感或電容來代替。5)在等效電路中負載的變化是用轉(zhuǎn)差率s來表達的五、三相異步電動機的等效電路第三章三相異步電動機

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)子繞組相當于變壓器的原、副繞組。變壓器：

變化

e

U1

E1=4.44fN1

異步電機：

旋轉(zhuǎn)

e

U1

E1=4.44fN1

1)磁通與電勢的比照通過上面的分析，我們可以得出結(jié)論：三相異步電動機的電磁關(guān)系與變壓器類似:六、異步電動機與變壓器的比照第三章三相異步電動機變壓器：I2增大I1增大，以保持根本不變，以到達傳遞能量的目的。異步電機：當負載增加時，轉(zhuǎn)子電流增大增大，以保持根本不變，以到達傳遞能量的目的?！?〕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?！?〕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。2)原副邊電流關(guān)系比照3)

三相異步電動機與變壓器的不同之處六、異步電動機與變壓器的比照第三章三相異步電動機3.4三相異步電動機的工作特性一、電磁轉(zhuǎn)矩二、功率平衡與轉(zhuǎn)矩平衡方程三、固有機械特性四、人為機械特性五、異步電機拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行分析六、三相異步電機轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系第三章三相異步電動機

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)一、電磁轉(zhuǎn)矩

第三章三相異步電動機由此得電磁轉(zhuǎn)矩公式由前面分析知：一、電磁轉(zhuǎn)矩第三章三相異步電動機①T與定子每相繞組電壓成正比。U1

T

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。一、電磁轉(zhuǎn)矩由公式第三章三相異步電動機異步電動機的功率和損耗有：1〕功率平衡輸入功率定子鐵損電磁功率機械功率輸出功率定子銅損轉(zhuǎn)子銅損二、功率平衡和轉(zhuǎn)矩平衡

方程

第三章三相異步電動機在等效電路上表示功率和損耗：二、功率平衡和轉(zhuǎn)矩平衡方程

凈機械功率電功率電磁功率總機械功率功率流程圖三相異步電機等效電路第三章三相異步電動機2〕轉(zhuǎn)矩平衡即或電磁轉(zhuǎn)矩

在式的兩邊同時除以機械角速度得

電磁轉(zhuǎn)矩從轉(zhuǎn)子方面看，它等于總機械功率除以轉(zhuǎn)子機械角速度；從定子方面看，它又等于電磁功率除以同步機械角速度。二、功率平衡和轉(zhuǎn)矩平衡方程

第三章三相異步電動機OTS根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式

可得特性曲線：OT1三、固有機械特性曲線固有機械特性是指電動機在額定電壓和額定頻率下，按規(guī)定的接線，定、轉(zhuǎn)子電路不外接阻抗時的機械特性。第三章三相異步電動機電動機在額定負載時的轉(zhuǎn)矩。1〕額定轉(zhuǎn)矩TNOT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)矩為三、固有機械特性曲線第三章三相異步電動機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，否那么將造成堵轉(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，可得三、固有機械特性曲線第三章三相異步電動機當U1

一定時，Tmax為定值過載系數(shù)一般三相異步電動機的過載系數(shù)為工作時必須使T2<Tmax，否那么電機將停轉(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。

三、固有機械特性曲線第三章三相異步電動機3〕起動轉(zhuǎn)矩Tst起動時n=0時，s=1(2)Tst與R2有關(guān)，適當使

R2

Tst

。對繞線式電機改變轉(zhuǎn)子附加電阻

R′2,可使Tst=Tmax

。Tst表達了電動機帶載起動的能力。假設(shè)Tst>T2電機能起動，否那么不能起動。OTTst起動能力三、固有機械特性曲線第三章三相異步電動機1)降壓時的人為機械特性snsm10TLUN0TstTmTemn10.8UN0.64Tst0.64Tm

下降后,和均下降,但不變,和減少。

如果電機在定額負載下運行,下降后,下降,增大,轉(zhuǎn)子電流因增大而增大,導(dǎo)致電機過載。長期欠壓過載運行將使電機過熱，減少使用壽命。人為機械特性是指人為改變電源參數(shù)或電動機參數(shù)而得到的機械特性。四、人為機械特性曲線第三章三相異步電動機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。

2)轉(zhuǎn)子繞組串電阻的人為機械特性第三章三相異步電動機或根據(jù)上式可分析電動機的工作狀態(tài)如下：當n=0，或n=const系統(tǒng)處于某一穩(wěn)定狀態(tài)當系統(tǒng)處于加速狀態(tài)當系統(tǒng)處于減速狀態(tài)由上面的分析可知，系統(tǒng)在穩(wěn)定運行時，一旦受到外界的干擾，系統(tǒng)的平衡狀態(tài)將被打破。五、異步電機拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行分析電機運行于直線段：當負載發(fā)生變化時，由電磁轉(zhuǎn)矩公式可知：第三章三相異步電動機

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。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：柴油機當負載增加時，必須由操作者加大油門，才能帶動新的負載。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

達到新的平衡T′LTLTO電機穩(wěn)定運行區(qū)段五、異步電機拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行分析第三章三相異步電動機T’LTLTO2）在交點上要滿足1）n=f(T)與n=f(TL)有交點假設(shè)在曲線段運行：所以電動機運行于曲線段時不能穩(wěn)定運行電動機的穩(wěn)定運行的條件五、異步電機拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行分析第三章三相異步電動機TOHP通常稱HP段為穩(wěn)定運行段通常稱HQ段為不穩(wěn)定運行段Q電力拖動的穩(wěn)定運行的條件，不管對交流電動機還是直流電動機都是適用的，因而具有普遍意義。電動機的穩(wěn)定運行的區(qū)段五、異步電機拖動系統(tǒng)的穩(wěn)定運行分析1〕2〕由簡化等效電路圖可知：第三章三相異步電動機六、三相異步電機轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系第三章三相異步電動機發(fā)電機狀態(tài)電動機狀態(tài)電磁制動狀態(tài)六、三相異步電機轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系由1〕與2〕可得到電機轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)差率的關(guān)系曲線第三章三相異步電動機3.6三相異步電動機的起動一、三相異步電動機的起動性能二、三相異步電動機的起動方法三、例題第三章三相異步電動機

起動指電動機接通電源后由靜止狀態(tài)加速到穩(wěn)定運行狀態(tài)的過程.對電動機的起動性能要求二：起動電流小,起動轉(zhuǎn)矩不大。1〕起動電流大的原因

起動時,,轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動勢大,使轉(zhuǎn)子電流大,根據(jù)磁動勢平衡關(guān)系,定子電流必然增大.2〕起動轉(zhuǎn)矩不大的原因

起動時,,遠大于運行時的,轉(zhuǎn)子漏抗很大,很低,盡管很大,但并不大.

由于起動電流大,定子漏阻抗壓降大,使定子感應(yīng)電動勢減小,對應(yīng)的氣隙磁通減小。由上述兩個原因使得起動轉(zhuǎn)矩不大.一、三相異步電動機的起動性能大電流使電網(wǎng)電壓降低，影響鄰近負載的工作。頻繁起動時造成熱量積累，使電機過熱后果第三章三相異步電動機直接起動小容量異步電動機一般可以直接起動。(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〕二、三相異步電機起動方法可以直接起動的條件：起動電流倍數(shù)容量比較大的異步電動機必須要采取以下的起動方法。第三章三相異步電動機1、降壓起動Y－

換接起動

降壓起動時的電流為直接起動時的1/3+－

起動U1U2V1V1W1W2

+－正常運行U1U2V1V2W1W2

二、三相異步電機起動方法第三章三相異步電動機L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1△動觸點Y動觸點靜觸點Y－

起動器接線簡圖Y－

換接起動二、三相異步電機起動方法第三章三相異步電動機L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1

起動UPU1+＿Ul+＿U2V1V2W1W2Y－

起動器接線簡圖Y起動二、異步電機起動方法Y－

換接起動第三章三相異步電動機L1L3L2FUSU1V1U2V2W1W2W1L3V2U2L2V1W2L1U1U2

正常運行Ul+＿U1V1V2W1W2Y－

起動器接線簡圖

工作二、異步電機起動方法Y－

換接起動第三章三相異步電動機Y-

起動法

適用場合

適用于正常運行時為三角形聯(lián)結(jié)的電機

結(jié)論：Y－

換接起動適合于空載或輕載起動的場合起動電流與起動轉(zhuǎn)矩Y－

換接起動二、三相異步電機起動方法第三章三相異步電動機直接起動時的起動電流：降壓后二次側(cè)起動電流：變壓器一次側(cè)電流：電網(wǎng)提供的起動電流減小倍數(shù)：起動轉(zhuǎn)矩減小的倍數(shù)：自耦變壓器一般有三個分接頭可供選用。(2)自耦變壓器降壓起動自耦降壓起動原理圖二、三相異步電機起動方法第三章三相異步電動機

Q2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。適用場合：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。自耦降壓起動接線圖L1L3L2Q2工作起動二、三相異步電機起動方法第三章三相異步電動機2.繞線式電動機轉(zhuǎn)子串電阻起動原理示意圖接線示意圖二、三相異步電機起動方法第三章三相異步電動機

電動機由a點開始起動，經(jīng)b→c→d→e→f→g→h，完成起動過程。轉(zhuǎn)子回路串電阻起動過程二、三相異步電機起動方法第三章三相異步電動機起動時將適當?shù)腞串入轉(zhuǎn)子電路中，起動后將R短路。轉(zhuǎn)子回路串電阻起動特點假設(shè)R2選得適當，轉(zhuǎn)子電路串電阻起動既可以降低起動電流，又可以增加起動轉(zhuǎn)矩。適用場所：常用于要求起動轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機械上。R2-

Tst

-二、三相異步電機起動方法第三章三相異步電動機1)解:例1：一臺Y225M-4型的三相異步電動機，定子繞組△型聯(lián)結(jié)，其額定數(shù)據(jù)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?2)額定轉(zhuǎn)差率sN?3)額定轉(zhuǎn)矩

TN、最大轉(zhuǎn)矩Tmax、和起動轉(zhuǎn)矩TN

。三、例題第三章三相異步電動機2〕由nN=1480r/min，可知p=23〕三、例題第三章三相異步電動機解：在上例中：(1)如果負載轉(zhuǎn)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-換接起動時，求起動電流和起動轉(zhuǎn)矩。又當負載轉(zhuǎn)矩為起動轉(zhuǎn)矩的80%和50%時，電動機能否起動？(1)在U=UN時

Tst=551.8N?m>510.2N.m(2)Ist

=7IN=784.2=589.4A

在U′=0.9UN時例2:能起動不能起動三、例題第三章三相異步電動機在80%額定負載時在50%額定負載時(3)可以起動不能起動三、例題第三章三相異步電動機

例3：對例2中的電動機采用自耦變壓器降壓起動，設(shè)起動時加到電動機上的電壓為額定電壓的64%，求這時的線路起動電流Ist′′和電動機的起動轉(zhuǎn)矩Tst′。解：設(shè)電動機的起動電壓為U'，電動機的起動電流為Ist

依據(jù)變壓器的一次、二次側(cè)電壓電流關(guān)系，可求得線路起動電流Ist′′。三、例題第三章三相異步電動機結(jié)論：采用自耦降壓法起動時，假設(shè)加到電動機上的電壓與額定電壓之比為x，那么線路起動電流Ist"為三、例題第三章三相異步電動機一、調(diào)速概述二、三相異步電動機調(diào)速方法三、變頻調(diào)速四、變極調(diào)速六、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速3.6三相異步電動機的調(diào)速

直流調(diào)速系統(tǒng)具有較優(yōu)良的靜、動態(tài)性能指標，因此，在過去很長時期內(nèi)，調(diào)速傳動領(lǐng)域大多為直流電動機調(diào)速系統(tǒng)。第三章三相異步電動機直到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)速主要沿下述三個方向開展和應(yīng)用。一、調(diào)速概述1〕節(jié)能調(diào)速

風機、水泵等機械總量幾乎占工業(yè)電氣傳動總?cè)萘康囊话搿Ｒ郧耙蕾嚀醢搴烷y門來調(diào)節(jié)送風和供水的流量，使許多電能被白白浪費掉了。如果換成交流調(diào)速來調(diào)節(jié)送風和供水的流量，每臺風機、水泵平均可節(jié)能20%，效果很可觀。第三章三相異步電動機交流電機結(jié)構(gòu)簡單、本錢低、工作可靠、維護方便、效率高，其靜、動態(tài)性能完全可以和直流調(diào)速的性能相媲美?？捎糜谲垯C、造紙機等要求調(diào)速性能較高的場合。2〕高性能交流調(diào)速系統(tǒng)3〕特大容量、極高轉(zhuǎn)速的交流調(diào)速系統(tǒng)直流電機換向器的換向能力限制了它的容量和轉(zhuǎn)速，而交流電動機那么不受這個限制，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。一、調(diào)速概述第三章三相異步電動機變頻器具有卓越的調(diào)速性能與顯著的節(jié)能作用,作為節(jié)能應(yīng)用與速度工藝控制中越來越重要的自動化設(shè)備，得到了快速開展和廣泛的應(yīng)用。二、三相異步電機的調(diào)速方法變轉(zhuǎn)差率調(diào)速變極調(diào)速變頻調(diào)速一、變頻調(diào)速

第三章三相異步電動機頻率調(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。三、變頻調(diào)速

f=50Hz逆變器M3~整流器f1、U1可調(diào)+–~變頻器第三章三相異步電動機電機調(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，電機出力缺乏；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

可知假設(shè)要求電機在不同轉(zhuǎn)速下都到達額定電流。

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。轉(zhuǎn)矩T隨磁通

變化。三、變頻調(diào)速

第三章三相異步電動機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。變頻調(diào)速的機械特性三、變頻調(diào)速

第三章三相異步電動機四、變極調(diào)速第三章三相異步電動機

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。缺點：有級調(diào)速。四、變極調(diào)速變極調(diào)速只用于籠型電動機。第三章三相異步電動機五、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速改變定子電壓調(diào)速繞線式電機轉(zhuǎn)子外串電阻調(diào)速

電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速變轉(zhuǎn)差率調(diào)速第三章三相異步電動機

改變電動機的電壓時，機械特性為：調(diào)壓調(diào)速

調(diào)壓調(diào)速既非恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，也非恒功率調(diào)速，它最適用于轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速降低而減小的負載，如風機類負載，也可用于恒轉(zhuǎn)矩負載，最不適用恒功率負載。五、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速第三章三相異步電動機Tonn'??TLTLs

′s??Tso五、變轉(zhuǎn)差率調(diào)速串電阻調(diào)速第三章三相異步電動機3.7三相異步電動機的制動一、三相異步電動機的能耗制動二、三相異步電動機的反接制動四、三相異步電動機的反響制動

電動機自由停車時間較長，隨慣性大小而不同，而某些生產(chǎn)機械要求迅速、準確地停車，這就使得必須采用快速、可靠的制動方式。第三章三相異步電動機制動方法機械制動電氣制動能耗制動反接制動發(fā)電反饋制動第三章三相異步電動機一、三相異步電動機的能耗制動

制動時，三相繞組脫離三相電源，由直流電流流過定子繞組，在氣隙中形成恒定磁場。過程分析：由于慣性，轉(zhuǎn)子仍以n速度旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，切割磁力線感應(yīng)電勢感應(yīng)電流產(chǎn)生電磁力制動轉(zhuǎn)矩在制動轉(zhuǎn)矩和負載轉(zhuǎn)矩共同作用下，轉(zhuǎn)子減速至n＝0。能耗制動可使對抗性負載準確停機，使位能性負載勻速下放。直流勵磁電流產(chǎn)生一個恒定的磁場

制動過程中，轉(zhuǎn)子的動能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔芟脑谵D(zhuǎn)子回路電阻上——能耗制動。第三章三相異步電動機M3~+-運轉(zhuǎn)制動?RPnF轉(zhuǎn)子T

n0=0能耗制動示意圖

一、三相異步電動機的能耗制動第三章三相異步電動機1〕轉(zhuǎn)向反向的反接制動〔正接反轉(zhuǎn)〕

重物下放時，TZ與轉(zhuǎn)速n方向一致。穩(wěn)態(tài)時，電磁轉(zhuǎn)矩T＝TZ，方向與n相反。從機械特性分析：

A點（電動狀態(tài)）n>0,T>0

B點（制動狀態(tài)）n<0,T>0ABTS二、三相異步電動機的反接制動

第三章三相異步電動機

轉(zhuǎn)差率：等效電阻：機械功率吸收機械功率電能從定子傳向轉(zhuǎn)子全部消耗在電阻上二、三相異步電動機的反接制動

第三章三相異步電動機2〕兩相對調(diào)反接制動

電機原運行于電動狀態(tài)，兩相對調(diào)后，氣隙磁密立即反向，以-n1轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)；電機機械特性從1到2；ABTS兩種反接制動，均有S>1。區(qū)別：前者由負載提供機械功率后者由整個轉(zhuǎn)動局部提供儲能。二、三相異步電動機的反接制動

第三章三相異步電動機M3~+-運轉(zhuǎn)制動?RPnF轉(zhuǎn)子T

n0兩相對調(diào)反接制動示意圖2〕兩相對調(diào)反接制動二、三相異步電動機的反接制動

第三章三相異步電動機3〕發(fā)電反響制動nF轉(zhuǎn)子T

n0n>n0三、三相異步電動機的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)，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)。第三章三相異步電動機3.8單相異步電動機一、單相異步電動機的結(jié)構(gòu)二、單相異步電動機的工作原理三、電容分相式異步電動機四、罩極式異步電動機五、單相異步電動機的調(diào)速在單相交流電源下工作的電動機稱為單相電動機。按其工作原理、結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)速等的不同可分為三大類，即單相異步電動機、單相同步電動機和單相串勵電動機。單相異步電動機是接單相交流電源運行的異步電動機，其結(jié)構(gòu)簡單、本錢低廉，只需單相電源，廣泛應(yīng)用于家用電器、電開工具、醫(yī)療器械等方面，在工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及其他領(lǐng)域中，單相異步電動機的應(yīng)用也越來越廣泛。如臺扇、吊扇、電冰箱、吸塵器、洗衣機、電鉆、小型鼓風機、醫(yī)療器械等均需要單相異步電動機驅(qū)動。第三章三相異步電動機一、單相異步電動機的結(jié)構(gòu)第三章三相異步電動機一、單相異步電動機的結(jié)構(gòu)水泵電動機電風扇電動機電容運行臺扇電動機結(jié)構(gòu)電容運行吊扇電動機結(jié)構(gòu)第三章三相異步電動機1定子結(jié)構(gòu)〔1〕定子鐵心定子鐵心大多用0.35mm硅鋼片沖槽后疊壓而成，片與片之間涂有絕緣漆，槽形一般為半閉口槽，槽內(nèi)那么用以嵌放定子繞組，如下圖。定子鐵心的作用是作為磁通的通路。〔2〕定子繞組單相異步電動機定子繞組采用兩相繞組的形式，即定子上有兩相繞組，在空間互差900電角度，一相為主繞組，又稱為運行繞組；另一相為副繞組，又稱起動繞組。兩相繞組的槽數(shù)和繞組匝數(shù)可以相同，也可以不同，視不同種類的電動機而定。定子繞組的作用是通入交流電，在定、轉(zhuǎn)子及空氣隙中形成旋轉(zhuǎn)磁場?！?〕機座與端蓋機座一般由鑄鐵、鑄鋁或鋼板制成，其作用是固定定子鐵心，并借助兩端端蓋與轉(zhuǎn)子連成一個整體，使轉(zhuǎn)軸上輸出機械能。單相異步電動機機座通常有開啟式、防護式和封閉式等幾種。一、單相異步電動機的結(jié)構(gòu)第三章三相異步電動機2轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)〔1〕轉(zhuǎn)子鐵心轉(zhuǎn)子鐵心用0.35mm硅鋼片沖槽后疊壓而成，槽內(nèi)置放轉(zhuǎn)子繞組，最后將鐵心及繞組整體壓入轉(zhuǎn)軸。〔2〕轉(zhuǎn)子繞組單相異步電動機的轉(zhuǎn)子繞組均采用籠型結(jié)構(gòu)，一般均用鋁或鋁合金壓力鑄造而成。〔3〕轉(zhuǎn)軸用碳鋼或合金鋼加工而成，軸上壓裝轉(zhuǎn)子鐵心，兩端壓上軸承，常用的有滾動軸承和含油滑動軸承。一、單相異步電動機的結(jié)構(gòu)第三章三相異步電動機單相異步電動機主要應(yīng)用于電開工具、洗衣機、電冰箱、空調(diào)、電風扇等小功率電器中。單相異步電動機的定子中放置單相繞組,轉(zhuǎn)子一般用鼠籠式。定子繞組中通入單相交流電后,形成脈動磁場，假設(shè)不采取措施，將無法獲得所需的起動轉(zhuǎn)矩。定子定子繞組轉(zhuǎn)子AA'

NS二、單相異步電動機的工作原理第三章三相異步電動機

定子繞組產(chǎn)生的脈動磁場

，可用正、反兩個旋轉(zhuǎn)磁場合成來等效。即

+

-=

+

-=

mt

O二、單相異步電動機的工作原理第三章三相異步電動機二、單相異步電動機的工作原理正反向旋轉(zhuǎn)磁場的合成轉(zhuǎn)矩特性第三章三相異步電動機

為了獲得所需的起動轉(zhuǎn)矩，單相異步電動機的定子進行了特殊設(shè)計。常用的單相異步電動機有電容分相式異步電動機和罩極式異步電動機。他們都采用鼠籠式轉(zhuǎn)子，但定子結(jié)構(gòu)不同。

電容分相式異步電動機的定子中放置有兩個繞組，一個是工作繞組A–A'，另一個是起動繞組B–B',兩個繞組在空間相隔90o。起動時，B–B'繞組經(jīng)電容接電源，兩個繞組的電流相位相差近90o，即可獲得所需的旋轉(zhuǎn)磁場。

三、電容分相式異步電動機

三、電容分相式異步電動機第三章三相異步電動機電容分相式異步電動機iAS??ABB'???A

~iB設(shè)兩相電流為兩相電流波形如下圖:起動繞組工作繞組

三、電容分相式異步電動機第三章三相異步電動機ABB'A'ABB'A'ABB'A'兩相旋轉(zhuǎn)磁場

三、電容分相式異步電動機第三章三相異步電動機實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的電路

改變電容C的串聯(lián)位置，可使單相異步電動機反轉(zhuǎn)。

將開關(guān)S合在位置1，電容C與B繞組串聯(lián)，電流iB較iA超前近90

；當將S切換到位置2，電容C與A繞組串聯(lián)，電流iA

較iB

超前近90

。這樣就改變了旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向，從而實現(xiàn)電動機的反轉(zhuǎn)。

電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來后，利用離心力將開關(guān)S斷開(S是離心開關(guān))，使起動繞組B–B′斷電。S???ABB'???iAiBA

12~M~電容分相式異步電動機正反轉(zhuǎn)電路

三、電容分相式異步電動機第三章三相異步電動機~~i

1

2定子繞組鼠籠式轉(zhuǎn)子短路環(huán)極掌(極靴)

四、罩極式單相異步電動機罩極式單相異步電動機結(jié)構(gòu)示意圖第三章三相異步電動機當電流i流過定子繞組時，產(chǎn)生了一局部磁通1