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1、電動機的分類：,4.3 異步電動機,4.3.1 三相異步電動機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理,1.基本構(gòu)造,外形,端蓋,轉(zhuǎn)子繞組,定子繞組,機座,出線盒,風扇,風罩,轉(zhuǎn)子鐵心,定子鐵心,吊環(huán),端蓋,（1）定子,轉(zhuǎn)子: 在旋轉(zhuǎn)磁場作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,當有電流回路時產(chǎn)生感生電流。,（2）轉(zhuǎn)子,鼠籠轉(zhuǎn)子,鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。,,(b) 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、定子三相繞組通入三 相交流電(星形聯(lián)接),(1)旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生,,2.工作原理,,規(guī)定,()電流出,()電流入,,,三相電流合成磁場 的分布情況,合成磁場方向向下,合成磁場旋轉(zhuǎn)60,,合成磁場旋轉(zhuǎn)90,,o,,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,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),(3)旋轉(zhuǎn)磁場的極對數(shù)P,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：,,若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
3、轉(zhuǎn)磁場。繞組相差30,,,極對數(shù),旋轉(zhuǎn)磁場的磁極對數(shù) 與三相繞組的排列有關(guān),(4)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速,工頻：,旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速取決于磁場的極對數(shù),p=1時,,,,,,p=2時,,,旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速n0與極對數(shù) p 的關(guān)系,（5）電動機的轉(zhuǎn)動原理與轉(zhuǎn)差率, 轉(zhuǎn)動原理,,,,,U1,U2,V2,W1,V1,W2,,,,,定子三相繞組通入三相交流電,感應(yīng)電動勢 E20,電磁力F,,,,, 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。,,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 不可能達到與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速相等，即,如果:,因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與旋
4、轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速間必須要有差別。,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=975 r/min，電源頻率 f1=50 Hz。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=1000 r/min , 即,p=3,額定轉(zhuǎn)差率為,1. 電磁轉(zhuǎn)矩公式,轉(zhuǎn)子中各載流導體在旋轉(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),4.3.2 三相異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與機械特性,三相異步電動機的電磁關(guān)系與變壓器類似，當電動機定子的外
5、加電源電壓和頻率一定時，也基本不變。但I2 和cos2的大小與電動機的轉(zhuǎn)速n即電動機的轉(zhuǎn)差率s有關(guān)。,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)。電動機應(yīng)盡量工作在額定轉(zhuǎn)速附近。,由公式可知,為描述電磁轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)差率s的關(guān)系，可得電磁轉(zhuǎn)矩的另一種表達形式,1. T 與定子每相繞組電壓 成正比。U 1 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。,其中K為電機結(jié)構(gòu)常數(shù)， R2為電動機轉(zhuǎn)子電路每相繞組的電阻；X20為電動機剛接通電源而轉(zhuǎn)子尚未轉(zhuǎn)動時轉(zhuǎn)子每相
6、繞組的的感抗。,臨界轉(zhuǎn)差率,根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式,得轉(zhuǎn)矩特性曲線：,Tmax,Tst,sm,1,當s較小時，R2sX20，T隨s成正比地增加；當s較大時，R2sX20，T幾乎隨s成反比地減小。,,可得最大轉(zhuǎn)矩公式為：,,將S=1代入轉(zhuǎn)矩公式，可得：,,,由上述各式可知：,,T、Tmax、Tst與U12成正比， Tmax與R 2無關(guān)，而T、Tst、sm與R 2有關(guān)，R 2愈大，sm也愈大。其關(guān)系如圖1和2所示.,,2. 機械特性,根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式,得特性曲線：,,,（1） 電動機的運行特性分析,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。在ab段內(nèi)，當負載在空載與額定值之間變化
7、時，電動機的轉(zhuǎn)速變化很小，故稱其有硬的機械特性。,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 、sE2 , I2 I1 電源提供的功率自動增加。,TL,s,,TL T,T =TL,n ,T ,達到新的平衡,,,,,,a,b,c,,Tmax,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TL
8、電動機的非穩(wěn)定運行區(qū)。,,,TN,最大轉(zhuǎn)矩Tmax表示了電動機短時容許過載的能力。通常定義,nN,bc段,電動機在額定負載時的轉(zhuǎn)矩。,(2)額定轉(zhuǎn)矩及起動能力,,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,表示電動機起動能力，起動系數(shù)st,,Tst,4.3.3 三相異步電動機的使用,1. 名牌數(shù)據(jù),例如： Y 132 M4,用以表明電動機的系列、幾何尺寸和極數(shù)。,教材表中列出了各種電動機的系列代號。,（1）型號,異步電動機產(chǎn)品名稱代號,（2）接法,接線盒,定子三相繞組的聯(lián)接方法。通常,,Y 聯(lián)結(jié), 聯(lián)
9、結(jié),（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)。,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）電流,例如： Y / 6.73 / 11.64 A 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
10、均為 6.73A。,（5）功率與效率,電動機在額定運行時定子繞組的線電流值。,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。,注意：實用中應(yīng)選 擇容量合適的電機，防止出現(xiàn) “大馬拉 小車” 的現(xiàn)象。,（6）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?？蛰d時功率因數(shù)很低，只有 0.2 0.3。額定負載時，功率因數(shù)最高。,（7） 額定轉(zhuǎn)速,電機在額定電壓、額定負載下運行時的轉(zhuǎn)速。,如： n N =1440 轉(zhuǎn)/分 sN = 0.04,(8) 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
11、，A級最低(105C)，H級最高(180C)。,4.3.3 三相異步電動機的使用,( 1 ) 起動,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(1.02.2)倍。,后果：,原因：,起動： n = 0，s =1, 接通電源。,2. 使用,起動方法,a 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。,（適用于鼠籠式電動機）,c 轉(zhuǎn)子串電阻起動,（適用于繞線式電動機）,以下介紹降壓起動和轉(zhuǎn)子串電阻起動。,,降壓起動,(1) Y 換接起動,,降壓起動時的電流 為直接起動時的,,設(shè)：電機每相阻抗為,Y 起動器
12、接線簡圖,靜觸點,Y 起動器接線簡圖,Y起動,Y 起動器接線簡圖, 工作,(a) 僅適用于正常運行為三角形聯(lián)結(jié)的電機。,Y 換接起動適合于空載或輕載起動的場合,Y- 換接起動應(yīng)注意的問題,,,(2) 自耦降壓起動,,,,,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。,合刀閘開關(guān)Q,Q2,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。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,R,,,,,,R,,,,,R,,,,,,,,,,定子,轉(zhuǎn)子,起動時將適當?shù)腞 串入轉(zhuǎn)子電路中，起動
13、后將R 短路。,起動電阻,,繞線式電動機轉(zhuǎn)子電路串電阻起動,,若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。,常用于要求起動轉(zhuǎn)矩較大的生產(chǎn)機械上。,R2 Tst ,,轉(zhuǎn)子電路串電阻起動的特點,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),例1:,1),解:,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%，cosN= 0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求： 1) 額定
14、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 。,2）由nN=1480r/min，可知 p=2 （四極電動機）,3）,解：,在上例中(1)如果負載轉(zhuǎn)矩為 510.2Nm, 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 = 551.8Nm 510.2 N. m,不能起動,(2) Ist =7IN=784.2=589.4 A,在U= 0.9UN 時,能起動,例2:,在80%額定負載時,不能起
15、動,在50%額定負載時,可以起動,(3),例3:,對上例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。,采用自耦降壓法起動時，若加到電動機上的 電壓與額定電壓之比為 x ，則線路 起動電流Ist 為,電動機的起動轉(zhuǎn)距Tst為,結(jié)論：,（2）三相異步電動機的調(diào)速,(1) 變極調(diào)速 (有級調(diào)速),P=2,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
16、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。,(2) 變頻調(diào)速 (無級調(diào)速),頻率調(diào)節(jié)范圍：0.5幾百赫茲,變頻調(diào)速方法可實現(xiàn)無級平滑調(diào)速,調(diào)速性 能優(yōu)異，因而正獲得越來越廣泛的應(yīng)用。,,,,(3) 變轉(zhuǎn)差率調(diào)速 (無級調(diào)速),變轉(zhuǎn)差率調(diào)速是繞線式電動機特有的一種調(diào) 速方法。其優(yōu)點是調(diào)速平滑、設(shè)備簡單投資少， 缺點是能耗較大。這種調(diào)速方式廣泛應(yīng)用于各種 提升、起重設(shè)備中。,（3）三相異步電動機的制動,(a) 能耗制動,制動方法,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
17、向相反的 轉(zhuǎn)距（制動轉(zhuǎn)距），使轉(zhuǎn)子迅速停止轉(zhuǎn)動。,,(b) 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。,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(動能或勢能)轉(zhuǎn)換成電能反饋給電網(wǎng)。,n n0,(c) 發(fā)電反饋制動,功率的選擇,功率選得過大不經(jīng)濟，功率選得過小電動機容易因過載而損壞。,1. 對于連續(xù)運行的電動機，所選功率應(yīng)等于或略大于生產(chǎn)機械的功率。,2. 對于短時工作的電動機
18、，允許在運行中有短暫的過載，故所選功率可等于或略小于生產(chǎn)機械的功率。,3.三相異步電動機的選擇,種類和型式的選擇,1. 種類的選擇,一般應(yīng)用場合應(yīng)盡可能選用鼠籠式電動機。 只有在需要調(diào)速、不能采用鼠籠式電動機的場 合才選用繞線式電動機。,2. 結(jié)構(gòu)型式的選擇,根據(jù)工作環(huán)境的條件選擇不同的結(jié)構(gòu)型式， 如開啟式、防護式、封閉式電動機。,3. 電壓和轉(zhuǎn)速的選擇,根據(jù)電動機的類型、功率以及使用地點的電源電壓來決定。,Y系列鼠籠電動機的額定電壓只有380V一個 等級。大功率電動機才采用3000V和6000V。,,單相異步電動機主要應(yīng)用于電動工具、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
19、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，若不采取措施，將無法獲得所需的起動轉(zhuǎn)矩。,定子,定子 繞組,轉(zhuǎn)子,1. 單相異步電動機的工作原理與特性,4.3.4 單相異步電動機,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,,脈動磁場的分解,,,,,,,,,,,,,,,,正反向旋轉(zhuǎn)磁場的合成轉(zhuǎn)矩特性,,,,,合成轉(zhuǎn)矩,,(正向),(反向),,,,,,,,鼠籠式轉(zhuǎn)子 導條及電流,當定子繞組產(chǎn)生的合成磁場增加時，根據(jù) 右手螺旋定則和左手定則，可知轉(zhuǎn)子導條左、 右受力大小相等方向相反，所以沒有起動轉(zhuǎn)矩。,A,A,為了獲得所需的起動轉(zhuǎn)矩，單
20、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。,（1）電容分相法,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 AA，另一個是起動繞 組 BB ,兩個繞組在空間相隔90。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90，即可獲得所需的旋轉(zhuǎn)磁場。,2. 單相異步電動機的起動方法,,設(shè)兩相電流為,兩相電流,正弦波形如圖所示。,工作繞組,起動繞組,兩相旋轉(zhuǎn)磁場,,,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
21、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BB斷電。,M ,（2） 罩極法,定子繞組,鼠籠式轉(zhuǎn)子,短路環(huán),極掌(極靴),當電流i 流過定子繞組時，產(chǎn)生了一部分磁 通1 ，同時產(chǎn)生的另一部分磁通與短路環(huán)作用 生成了磁通2 。由于短路環(huán)中感應(yīng)電流的阻礙 作用，使得2在相位上滯后1 ，從而在電動機 定子極掌上形成一個向短路環(huán)方向移動的磁場，使轉(zhuǎn)子獲得所需的起動轉(zhuǎn)矩。,罩極式單相異步電動機起動轉(zhuǎn)矩較小，轉(zhuǎn)向 不能改變
22、，常用于電風扇、吹風機中；電容分相 式單相異步電動機的起動轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)向可改變， 故常用于洗衣機等電器中。,三相異步電動機在運行過程中，若其中一相與電源斷開，就成為缺相電動機運行。此時電動機仍將繼續(xù)轉(zhuǎn)動。若此時還帶動額定負載，則勢必超過額定電流，時間一長，會使電動機燒壞。這種情況往往不易察覺，在使用電動機時必須注意。如果三相異步電動機在起動前就斷了一線，則不能起動，此時只能聽到嗡嗡聲，這時電流很大，時間長了，也會使電動機燒壞。,3. 三相異步電動機的缺相運行,例： 三相異步電動機在一定的負載轉(zhuǎn)矩下運行時，如電源電壓降低，電動機的轉(zhuǎn)矩、電流及轉(zhuǎn)速有無變化？,作業(yè),1、、、、9、、、5、 7、19,
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