第十二章电动机412

1、12.3 三相异步电动机第12章 变压器与电动机2 212.3 三相异步电动机三相异步电动机电动机的分类：电动机的分类：3 312.3.1 三相异步电动机的结构三相异步电动机的结构转子转子定子绕组定子绕组定子铁心定子铁心轴承轴承转轴转轴风扇风扇机座机座http:/ 41. 定子定子定子是电动机的固定部分。主要由定子铁心、定子是电动机的固定部分。主要由定子铁心、定子绕组和机座等组成。定子绕组和机座等组成。定子铁心定子铁心定子绕组定子绕组5 52. 转子转子转子是电动机的旋转部分。由转子铁心、转子转子是电动机的旋转部分。由转子铁心、转子绕组、风扇及转轴等组成。绕组、风扇及转轴等组成。 转子绕组根据

2、结构不同分转子绕组根据结构不同分为为鼠笼式鼠笼式和和绕线式绕线式两种。两种。6 6鼠笼式转子与绕线式转子的比较鼠笼式转子与绕线式转子的比较转子电阻不能改变转子电阻不能改变转子电阻可以改变转子电阻可以改变7 71. 旋转磁场旋转磁场 旋转磁场的产生旋转磁场的产生三相对称电流通入三相绕组产生三相对称电流通入三相绕组产生的合成磁场是一旋转的磁场。的合成磁场是一旋转的磁场。BiAXBYCZAiCitiAiB0iCAXYCBZ12.3.2 三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理8 8AXYCBZAXYCBZAXYCBZNS0 t 60t 60 90t SNSNtiAiB0iC两极磁场，两极磁场

3、，极对数极对数p=1电流变化一周期，合成电流变化一周期，合成磁场在空间旋转磁场在空间旋转3609 9AAXYCBZAAXYCBZ0t 60t NSNSBiAXBYCZAiCiAXYCBZNSAXYCBZSNCiAXBYCZAiBi1010旋转磁场的旋转方向取决于三相电流的相序。旋转磁场的旋转方向取决于三相电流的相序。结论：结论： 任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。任意调换两根电源进线，则旋转磁场反转。旋转磁场的极对数旋转磁场的极对数pBiAXBYCZAiCiAXYCBZNSp=11111CYABCXYZAXBZAiBiCi若定子每相绕组由两个线圈串联若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始

4、端之，绕组的始端之间互差间互差60，将形成两对磁极的旋转磁场。，将形成两对磁极的旋转磁场。AX XNSZ CZBYB Y A C SNp=21212 旋转磁场的转速旋转磁场的转速分分）转转 /( 6010fn 工频：工频：Hz501 f分）分）转转/( 30000 np=1时时AXYCBZNSAXYCBZNSAXYCBZNStiAiB0iC1313X NSA X ABZCYZ C Y B SN0t 60tp=2时时0n30AX XZ CZBYB Y A C NSNStiAiB0iC分）分）转转/( 150026010 fn1414)(r/min 600pfn f电源频率电源频率p极对数极对数我

5、国的电源频率我国的电源频率f为为5050Hz p123456n0300015001000750600500异步电动机旋转磁场的转速又称为同步转异步电动机旋转磁场的转速又称为同步转速，用速，用n0表示。表示。 15152. 转子转动原理转子转动原理）(r/min 600pfn 1616由分析可知，由分析可知，电动机转子转动方向与旋转磁场的方电动机转子转动方向与旋转磁场的方向一致向一致，但转子转速，但转子转速 n 不可能与旋转磁场的转速不可能与旋转磁场的转速n0相等，即相等，即0nn 如果如果:0nn 1717%s)91( %10000 nnns转差率转差率s1818例例 一台三相异步电动机，其额

6、定转速一台三相异步电动机，其额定转速 n= =975 r/min，电源频率电源频率 f= =50 Hz。试求电动机的极对数和额定负。试求电动机的极对数和额定负载下的转差率。载下的转差率。解：解：根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转根据异步电动机转子转速与旋转磁场同步转速的关系可知：速的关系可知：n0=1000 r/min , 额定转差率为额定转差率为2.5%100%10009751000%10000 nnns191912.3.3 三相异步电动机的电磁转矩与机械特性三相异步电动机的电磁转矩与机械特性i1-+e1+u1- +-e2+-u2i2N1N21.三相异步电动机的电路分析三相异步电动机的电

7、路分析AXYCBZNSn0n三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。三相异步电动机的电磁关系与变压器类似。2020i1-+e1+u1- +-e2+-u2i2N1N2 变化变化 eE1 、E2 频率相同，都等频率相同，都等于电源频率。于电源频率。11m 44.4NfU E1= 4.44 f N1 mE2= 4.44 f N2 m2121AXYCBZNSn0ni1u1e1e 1e2e 2i2+f1f2R1R22222旋转磁场每极磁通旋转磁场每极磁通 U1 E1= 4.44K1 f 1N1 111144.4NfKU 1U （1）定子电路）定子电路i1u1e1e 1+f1R12323（2）转子电路）转子

8、电路e2e 2i2+f2R22E2I+R2X2f224242E2I+R2X2 当电机启动时，转速当电机启动时，转速 n = 0，s=1， 转子感应电势频率转子感应电势频率 f 20=f 1 旋转磁场在转子上产生的感应电动势旋转磁场在转子上产生的感应电动势f2E20= 4.44 K2 f 1N2 为常数为常数转子漏感抗转子漏感抗X20= 2 f1L 2为常数为常数202022220EIRX22022220cosRRX25252E2I+R2X2 当电机正常运行时，当电机正常运行时，旋转磁场与转子导体间的切旋转磁场与转子导体间的切割速度为割速度为 n0-n,f2 转子感应电势频率转子感应电势频率00

9、0212006060nnnnn pfpfs fns旋转磁场在转子上产生的感应电动势旋转磁场在转子上产生的感应电动势E2= 4.44K2 f 2N2 = 4.44K2s f 1N2 = sE20 转子漏感抗转子漏感抗222201222= Xff LssLX启动时最高启动时最高启动时最大启动时最大启动时最大启动时最大2626222222EIRX2022220()EsRXs222222222220cos ()RRRXRXs2E2I+R2X2启动时最大启动时最大启动时最小启动时最小2727变化曲线变化曲线随随、sI cos22 I2cos 2s1I2,2cos 0sN正常运行时，转子电流正常运行时，转

10、子电流I2很小。很小。启动时，启动时，转子电流转子电流I2最大。最大。问题问题：三相异步电动机接通电源后，如果转轴受阻，：三相异步电动机接通电源后，如果转轴受阻，长久不能启动，对电动机有何影响？为什么？长久不能启动，对电动机有何影响？为什么？282822Tcos IKT 2.异步电动机的电磁转矩异步电动机的电磁转矩转子转子中各载流导体在旋转磁场的作用下中各载流导体在旋转磁场的作用下, ,受到电磁受到电磁力所形成的转矩之总和。力所形成的转矩之总和。常数，与电常数，与电机结构有关机结构有关旋转磁场旋转磁场每极磁通每极磁通转子电流转子电流转子电路的转子电路的功率因数功率因数2929220222202

11、202222202220)()()(sXRRsEksXRRsXRsEKTTT 111144. 4NfKU E20= 4.44 K2 f 1N2 21220222)(UsXRsRKT 1f当当 一定时，一定时，1U 12020UEE 303021220222)(UsXRsRKT 1. T 与定子每相绕组电压与定子每相绕组电压 成正比。成正比。U 1 T 21U2. 当电源电压当电源电压 U1 一定时，一定时，T 是是 s 的函数。的函数。3. R2 的大小对的大小对 T 有影响。绕线式异步电动机可外有影响。绕线式异步电动机可外 接电阻来改变转子电阻接电阻来改变转子电阻R2 ，从而改变转距。，从而

12、改变转距。3131机械特性机械特性NnmTstTOnTNT0nmaxTmsNs0TsstT1NT转矩特性曲线转矩特性曲线3.异步电动机的机械特性异步电动机的机械特性21220222)(UsXRsRKT 3232（1）三个重要转矩）三个重要转矩额定转矩额定转矩TNNnmTstT0nTNT0n电动机等速电动机等速运行运行时时202TTTTTC 机械负载转矩机械负载转矩空载损耗转矩空载损耗转矩 22PTT 6022nP nP255. 9 （Nm）2NNN(kW)9550(r / min)PTn3333如某普通机床的主轴电机如某普通机床的主轴电机(Y132M-4型型) 的额定功的额定功率为率为7.5k

13、W, 额定转速为额定转速为1440r/min, 则额定转矩为则额定转矩为2NNN7.59550955049.7 N.m1440PTn3434最大转矩最大转矩TmNnmTstT0nTNT0n三相异步电动机所能产生的最大转矩。三相异步电动机所能产生的最大转矩。 21220222)(UsXRsRKT 2021m2XUKT 0dd sT令令求得求得202mXRss 将将sm代入转矩公式，可得代入转矩公式，可得3535 m121m,TUUT2021m2XUKT UU0nNUT2nT0 问题：三相异步电动机问题：三相异步电动机带额定负载运行，如果带额定负载运行，如果电源电压降到电源电压降到U ，电动，电动

14、机转矩、电流及转速有机转矩、电流及转速有无变化？如何变化？有无变化？如何变化？有何问题何问题?如果电源电压降如果电源电压降到到U ，情况又如何呢？，情况又如何呢？mn3636202mXRss R2sm n绕线式电机改变转子附加电阻绕线式电机改变转子附加电阻R 可实现调速。可实现调速。3737在较短的时间内，电动机的负载转矩可以超在较短的时间内，电动机的负载转矩可以超过额定转矩而不至于过热。因此，过额定转矩而不至于过热。因此，最大转矩最大转矩也表示电动机的短时允许过载能力也表示电动机的短时允许过载能力。NmmTT 工作时必须使工作时必须使T2 1）KII121 KII112 I1I2M3M3I

15、1自耦变压器降压启动示意图自耦变压器降压启动示意图直接启动示意图直接启动示意图2111KII U22I1=IK自自耦耦直直接接U1KUU112 6161问题问题：如选用：如选用80抽头启动时，电动机的启抽头启动时，电动机的启动电流与直接启动时的启动电流的关系。动电流与直接启动时的启动电流的关系。%801 K直接直接直接直接自耦自耦III64. 0%)80(2 6262自耦降压变压器的自耦降压变压器的变比为变比为K（K1）I1I2M3M3I 1自耦变压器降压启动示意图自耦变压器降压启动示意图直接启动示意图直接启动示意图KUU112 2stst1KTT U2U16363(3) 转子串电阻启动转子串

16、电阻启动定子定子转子转子电刷电刷滑环滑环启动启动电阻电阻在启动时，转子绕组串入启动电阻，逐渐减小在启动时，转子绕组串入启动电阻，逐渐减小启动电阻；当电动机的转速接近额定转速时，启动电阻；当电动机的转速接近额定转速时，去掉启动电阻。去掉启动电阻。6464202122202()EIRIIRX 转子电路中串入电阻后，还可提高转子电路转子电路中串入电阻后，还可提高转子电路的功率因数的功率因数cos 2，即可提高启动转矩。，即可提高启动转矩。绕线式异步电动机可以重载启动绕线式异步电动机可以重载启动。对于启动。对于启动频繁，要求启动转矩较大的机械，如吊车，频繁，要求启动转矩较大的机械，如吊车，卷扬机等都是

17、合适的。卷扬机等都是合适的。6565 pfsnsn106011 变频调速变频调速变极调速变极调速改变转子电路电阻调速改变转子电路电阻调速3.三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速负载负载不变时，根据需要人为地改变电动机的转速。不变时，根据需要人为地改变电动机的转速。 6666改变改变异步电动机供电电源的频率。异步电动机供电电源的频率。 变频调速变频调速 f1=50HzM3 +整流器先将交流电变换成直流电，再由逆整流器先将交流电变换成直流电，再由逆变器将直流电变成频率和电压连续可调的变器将直流电变成频率和电压连续可调的三相交流电，从而实现了三相异步电动机三相交流电，从而实现了三相异步电动机的的

18、无级调速无级调速。 6767变极调速变极调速改变改变旋转磁场的极对数旋转磁场的极对数p这种这种电动机称为多速电动机。这种调速是有级电动机称为多速电动机。这种调速是有级的，不能平滑调速。的，不能平滑调速。6868改变转子电路电阻调速改变转子电路电阻调速TOn0n2T改变改变串接在转子电路中的串接在转子电路中的电阻电阻n 2R2R2R69694.三相异步电动机的反转和制动三相异步电动机的反转和制动（1）反转）反转方法方法：对调定子绕组：对调定子绕组上上的的任意任意两两根根电源线电源线电动机电动机正转正转M3M3ABC7070（2）制动）制动 当切断电动机的电源后，由于转子的惯性作用，当切断电动机的

19、电源后，由于转子的惯性作用，电动机将继续转动一段时间才能停下来电动机将继续转动一段时间才能停下来。 为了为了提高生产效率，保证产品质量及安全，常提高生产效率，保证产品质量及安全，常要求电动机能迅速而准确地停止要求电动机能迅速而准确地停止转动转动。 常用的电气制动方法有：常用的电气制动方法有： 反接制动反接制动能耗制动能耗制动7171反接制动反接制动 在切断电源后，对调定子绕组上的任意两根在切断电源后，对调定子绕组上的任意两根电源电源线；线； 旋转磁场反向，产生一个与转子旋转方向相旋转磁场反向，产生一个与转子旋转方向相反的电磁转矩（制动转矩），使电动机迅速反的电磁转矩（制动转矩），使电动机迅速减

20、速。减速。 当转速接近零时，必须立即切断电源，否则，当转速接近零时，必须立即切断电源，否则，电动机将会反转。电动机将会反转。7272运行运行制动转矩制动转矩反接制动反接制动FTn0n .F7373能耗制动能耗制动 电动机断电后，立即在定子绕组通入直流电电动机断电后，立即在定子绕组通入直流电流，产生一个固定的流，产生一个固定的磁场磁场； 由于由于转子仍继续朝原方向惯性运行，转子导转子仍继续朝原方向惯性运行，转子导体切割这个固定磁场的磁力线，产生感应电体切割这个固定磁场的磁力线，产生感应电动势和感应电流动势和感应电流。 根据根据右手定则和左手定则确定转子电流与固右手定则和左手定则确定转子电流与固定

21、磁场相互作用产生的转矩的方向与电动机定磁场相互作用产生的转矩的方向与电动机转动的方向相反，因而起制动作用。转动的方向相反，因而起制动作用。 7474+-运行运行制动制动RFT n转子转子n0=0.F7575例例1 一台一台Y225M-4型的三相异步电型的三相异步电 动机，动机，定定子绕组子绕组型型连接连接，其额定数据为：其额定数据为：P2N=45kW,nN=1480r/min，UN=380V， N=92.3%，cos N=0.88， Ist/IN=7.0, st=1.9， m=2.2。求：求： (1) 额定电流额定电流IN; (2) 额定转差率额定转差率sN; (3) 额定转矩额定转矩 TN 、最大转矩最大转矩Tm 和启动转和启动转矩矩Tst 。7676A2849230880380310453. (1)NNN3N2Ncos310 UPI 解解:%100 N12NN PP cos3NNN1IUP 7777 (2)由由nN=1480r/min，可知，可知013. 01500148015000N0N nnns (3)mN 429014804595509550NN2N .nP