3异步电机.ppt

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1、第第3 3章章 异步电动机异步电动机u异步电机异步电机:也叫感应电机，是一种也叫感应电机，是一种交流旋转电机，它的转速除与电网交流旋转电机，它的转速除与电网频率有关外，还随负载变化。频率有关外，还随负载变化。u主要作电动机使用，如：机床、主要作电动机使用，如：机床、水泵、家用电器水泵、家用电器 1.1.定子：定子：定子铁心：定子铁心：0.5mm0.5mm厚硅厚硅钢片叠压而成钢片叠压而成,磁路的磁路的一部分一部分 3.13.1异步电动机的结构异步电动机的结构YBZXAC定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）三相定子绕组：三相定子绕组：电磁线电磁线绕制而成绕制而成,电路的一部分电路的一部分作用作

2、用:产生旋转磁场产生旋转磁场机座：机座：铸铁或钢板焊接而成铸铁或钢板焊接而成机机 座座2.2.转子：转子：转轴转轴:支撑转子支撑转子 转子铁心：转子铁心：0.5mm0.5mm硅钢片硅钢片叠压而成叠压而成,磁路一部分磁路一部分转子绕组：转子绕组：在旋转磁场在旋转磁场的作用下，产生感应的作用下，产生感应电动势或电流电动势或电流笼型绕组笼型绕组:铸铜铸铜 铜条铜条 绕线式绕组：电磁线绕线式绕组：电磁线绕制绕制YBZXAC转子转子定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）机机 座座YBZXAC定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）机机 座座线绕式线绕式鼠笼式鼠笼式鼠笼转子鼠笼转子 转子转子3.3.气隙

3、：气隙：磁路的一部分，磁路的一部分，ImImAYCBZ异步机中异步机中,旋转磁旋转磁场代替了旋转磁极场代替了旋转磁极()电流出电流出()电流入电流入X3.2.13.2.1旋转磁场的形成旋转磁场的形成3.23.2三相异步电动机的工作原理三相异步电动机的工作原理AXYCBZAXBYCZ合成磁场方向：合成磁场方向：向下向下XBZAYCAXYCBZAXYCBZ同理分析，可得同理分析，可得其它电流角度下其它电流角度下的磁场方向：的磁场方向：旋转方向：旋转方向：取决于取决于三相电流的相序三相电流的相序改变电机的旋转方向：改变电机的旋转方向：换接其中两相换接其中两相旋转磁场的旋转磁场的转速转速大小大小一个电

4、流周期，旋转磁场在空间转过一个电流周期，旋转磁场在空间转过360360电流频率为电流频率为 f f1 1 Hz Hz，则磁场则磁场1/f1/f1 1秒旋转秒旋转1 1圈圈(转转)，每秒旋转每秒旋转f f1 1圈圈(转转)。每分钟旋转：。每分钟旋转：nn0 0称为称为同步转速同步转速极对数（极对数（P P）的概念的概念此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为此种接法下，合成磁场只有一对磁极，则极对数为1 1。即：即：AXYCBZAXBYCZCYABCXYZAXBZ将每相绕组分成将每相绕组分成两段两段，按右下图放入定子槽内。形，按右下图放入定子槽内。形成的磁场则是两对磁极。成的磁场则是两对磁极

5、。AXBYCZ极对数（极对数（P P）的改变的改变极对数极对数CYABCXYZAXBZ极对数和转速的关系极对数和转速的关系三相异步电动机的三相异步电动机的同步转速同步转速:极对数极对数每个电流周期每个电流周期磁场转过的空间角度磁场转过的空间角度同步转速同步转速磁铁磁铁闭合闭合线圈线圈e e方向用方向用右手定则右手定则确定确定f f方向用方向用左手定则左手定则确定确定磁场旋转磁场旋转3.2.23.2.2异步电动机的转动原理异步电动机的转动原理磁极旋转磁极旋转导线切割磁力线产生感应电动势导线切割磁力线产生感应电动势导线长导线长磁感应强度磁感应强度切割速度切割速度（右手定则）右手定则）闭合导线产生电

6、流闭合导线产生电流 i i（左手定则）左手定则）通电导线在磁场中受力通电导线在磁场中受力1.1.线圈跟着磁铁转线圈跟着磁铁转两者两者转动方向一致转动方向一致 结论：结论：2.2.线圈比磁场转得线圈比磁场转得慢慢异步异步转子转速转子转速(额定转速额定转速):):电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，电机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但但 异步异步电动机电动机无转距无转距转子与旋转磁场间没有相对运动转子与旋转磁场间没有相对运动无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电动势（转子导体不切割磁力线）无转子电流无转子电流提示提示：如果如果旋转磁场的旋转磁场的同步转速同步转速n03.2.33.2.3

7、异步电动机的转速和转差率异步电动机的转速和转差率转差率转差率S 转差率转差率 的概念：的概念：异步电机运行中异步电机运行中:转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差转差率为旋转磁场的同步转速和电动机转速之差,即：即：电动机起动瞬间电动机起动瞬间:（转差率最大）转差率最大）转子最大转速转子最大转速:（转差率最小）转差率最小）当当0nn0nn0 0时时,即即0s10snnn0 0时时,即即 0s0s时时,电机为电机为发电发电运行状态运行状态(机械能机械能电能电能)转子感生电流的频率：转子感生电流的频率：例例1 1：三相异步电动机：三相异步电动机 p=3p=3，电源电源f f1 1=50Hz=50

8、Hz，电机额定电机额定 转速转速n=960r/minn=960r/min。求：转差率求：转差率s s，转子电动势的频率转子电动势的频率f f2 2同步转速：同步转速：转差率：转差率：解解:8-28-2电磁转矩电磁转矩 M M：转子中各载流导体在旋转磁场的作用转子中各载流导体在旋转磁场的作用下下,受到电磁力所形成的受到电磁力所形成的转距之总和转距之总和。转矩系数转矩系数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3.33.3异步电动机的电磁转矩异步电动机的电磁转矩 （牛顿（牛顿 米）米）三相异步电动机的三相异步电动机的“电磁电磁”关系关系 定子电路定子电路i2R1R2i1u1e1e2 ：

9、主磁通产：主磁通产生的感应电动势生的感应电动势e1e2、转子电路转子电路设：设：定子边：定子边：i2R1R2i1u1e1e2：转子感应电动势的频率：转子感应电动势的频率：转子线圈匝数：转子线圈匝数取决于转子和旋转磁场的取决于转子和旋转磁场的相对速度相对速度同理可得：同理可得：i2R1R2i1u1e1e2在电动机起动的瞬间在电动机起动的瞬间，转，转速速n=0,n=0,转差率转差率s=1s=1则有：则有：设这个时刻对应的设这个时刻对应的转子电路转子电路感应电动势为感应电动势为E E2020,转子电路转子电路的电抗、电流和功率因数为的电抗、电流和功率因数为X X2020、I I2020（I Ists

10、t)和和coscos2020coscos2020=？当电机以当电机以n转速运行时：转速运行时：i2R1R2i1u1e1e28-18-1得转矩公式得转矩公式将以下各式代入：将以下各式代入：说明：说明：MUU1 12 2，电源电压的波动电源电压的波动对电机的运行影对电机的运行影响很大。响很大。例例2 2：三相异步电动机，：三相异步电动机，p=2p=2，n=1440 r/minn=1440 r/min，转子转子R R2 2=0.02=0.02，X X2020=0.08=0.08 ，E E2020=20V=20V，f f1 1=50Hz 50Hz。启动时启动时I I2 2（stst）额定转速下的额定转

11、速下的I I2 2（N N）s=18-38-33.4 3.4 三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性根据转矩公式根据转矩公式10n0Mn得特性曲线：得特性曲线：启动时启动时n=0n=0最大转速最大转速n=nn=n0 0异步电动机的转矩异步电动机的转矩-转差率曲线转差率曲线sn0nNsNnmsm10MNMstMmaxMABCDn n0 0三个重要转矩：三个重要转矩：n1Mn3.4.1 额定转矩额定转矩 MN N ：电机在额定电压下，以额电机在额定电压下，以额定转速定转速 运行，输出额运行，输出额定功率定功率 时，电机转轴时，电机转轴上输出的转矩。上输出的转矩。（牛顿（牛顿米）米）nN如

12、果如果 电机将会因电机将会因带不动负载而停转带不动负载而停转3.4.23.4.2最大转矩最大转矩 ：电机带动最大负载的能力电机带动最大负载的能力求解求解10smMmax 过载系数：过载系数：三相异步机三相异步机 工作时，一定令负载转矩工作时，一定令负载转矩 ，否则，否则电机将停转。致使电机将停转。致使注意：注意：（1 1）三相异步机的）三相异步机的 和电压的平方成正比，所和电压的平方成正比，所以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化以对电压的波动很敏感，使用时要注意电压的变化;（2）电机严重过热电机严重过热 3.4.33.4.3起动转矩起动转矩 ：电机起动时的转矩电机起动时的转矩n0Mn其

13、中其中则则 体现了体现了电动机带载起动的能力电动机带载起动的能力。若。若 电电机能起动，否则将起动不了。机能起动，否则将起动不了。机械特性和电路参数的关系机械特性和电路参数的关系和电压的关系和电压的关系结论：结论：异步电动机降压时的人为机械特性异步电动机降压时的人为机械特性snsm10MLUN0MstMmaxMemn1A0.8UN0.64Mst0.64Mmaxr2+Rs3M Mst2st2sm2r2+Rs2M Mst1st1sm1r2+Rs11 0MstM MmaxmaxMs n0n1smr2和转子电阻的关系和转子电阻的关系 R R2 2的的 改变改变 ：鼠笼式电机转子导条的金属材料不同，鼠笼

14、式电机转子导条的金属材料不同，线绕式电机外接电阻不同。线绕式电机外接电阻不同。结论：结论：转子回路串电阻时的机械特性转子回路串电阻时的机械特性机械特性的软硬机械特性的软硬 硬特性：硬特性：负载变化时，转速变化不大，运行特性好。负载变化时，转速变化不大，运行特性好。软特性：软特性：负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起负载增加转速下降较快，但起动转矩大，起 动特性好。动特性好。硬特性硬特性 （R R2 2小）小）软特性软特性（R R2 2大）大）不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特不同场合应选用不同的电机。如金属切削，选硬特性电机；重载起动则选软特性电机。性电机；重载起动则选软特性电机。

15、机械特性曲线机械特性曲线v 电动机的自适应负电动机的自适应负载能力载能力:电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动电动机的电磁转矩可以随负载的变化而自动调整，这种能力称为调整，这种能力称为自适应负载能力自适应负载能力。n0MnMmMsts=0s=1n0MnMmMstML启动：启动：M MststMML L(负载转矩负载转矩)，电机启动电机启动瞬间瞬间转速转速n n，转矩转矩M M cc c点：转矩达最大点：转矩达最大M Mm m ，转速转速n n继续继续，M M，沿沿cbcb走走bb b点：点：M=MM=ML L，转速转速n n不再上升，稳定运行不再上升，稳定运行 若若M ML L ，暂时暂时M

16、 M M ML L,n n s s I I2 2 M M n n 常用特常用特性段性段s=0s=110-310-33.53.5异步电动机的起动异步电动机的起动1.1.起动定义：电动机接到电源上，从静止状起动定义：电动机接到电源上，从静止状态到稳定运行状态的过程；态到稳定运行状态的过程；2.2.起动电流：起动电流：n=0,S=1n=0,S=1时的电流时的电流I Istst;3.3.起动要求：起动要求：起动电流尽量小起动电流尽量小，以减小对电网的冲击；，以减小对电网的冲击；起动转矩尽量大起动转矩尽量大，以缩短起动时间；，以缩短起动时间；起动设备简单，可靠。起动设备简单，可靠。起动电流起动电流 ：中

17、小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5-7 5-7 倍。倍。定子电流定子电流 原因：起动时原因：起动时 ，转子导条切割磁力线速度很大，转子导条切割磁力线速度很大 转子感应电势转子感应电势转子电流转子电流 大电流使电网电压降低大电流使电网电压降低 影响其他负载工作影响其他负载工作频繁起动时造成热量积累频繁起动时造成热量积累 电机过热电机过热影响：影响：三相异步机的起动方法：三相异步机的起动方法：（1 1）直接起动直接起动:二三十千瓦以下的异步电动二三十千瓦以下的异步电动机一般采用直接起动。机一般采用直接起动。优点：设备简单，操作方便优点：设备简单，操作方便缺点：

18、起动电流大，必须有足够大的电源缺点：起动电流大，必须有足够大的电源适用条件：小容量电动机带轻载的情况起动适用条件：小容量电动机带轻载的情况起动（2 2）降压起动降压起动:如果如果电源容量不够大电源容量不够大，可采用降压起动。，可采用降压起动。即起动时，降低加在电动机定子绕组的电压，即起动时，降低加在电动机定子绕组的电压，起动时电压小于额定电压，待电动机转速上起动时电压小于额定电压，待电动机转速上升到一定数值后，再使电动机承受额定电压升到一定数值后，再使电动机承受额定电压 可限制起动电流可限制起动电流Y Y 起动起动自耦降压起动自耦降压起动定子回路串电抗器起动定子回路串电抗器起动v Y Y 起动

19、：起动：正常正常运行运行AZBYXC 起动起动ABCXYZ设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为AZBYXC正常正常运行运行UP ABCXYZ起动起动UPY（2）Y Y 起动应注意的问题：起动应注意的问题：（1 1）仅适用于正常接法为）仅适用于正常接法为三角形接法三角形接法的电机；的电机；降压起动：适合于降压起动：适合于空载或轻载起动的场合空载或轻载起动的场合Y Y 起动起动 。3.5.33.5.3绕线式异步电动机的起动绕线式异步电动机的起动转子：转子：一般均接成一般均接成Y Y形，正常三相绕组通过形，正常三相绕组通过滑环短接，滑环短接，若转子绕组直接短接情况下起若转子绕组直接短接情况下起动，与

20、鼠笼式异步电动机一样，动，与鼠笼式异步电动机一样，I Istst大，大，M Mstst不大不大在转子回路串起动变阻器起动在转子回路串起动变阻器起动 例例3 3：三相异步电动机，额定功率：三相异步电动机，额定功率P PN N=10kW=10kW，额定转速，额定转速n nN N=1450r/min=1450r/min，启动能力启动能力M Mstst/M/MN N=1.2=1.2，过载系数过载系数=1.8=1.8（牛顿（牛顿 米）米）（1 1）额定转矩）额定转矩M MN N（2 2）启动转矩）启动转矩M Mstst（3 3）最大转矩）最大转矩M Mm m#（4 4）用）用Y Y 方法起动时的方法起动

21、时的M Mst(Yst(Y)（牛顿（牛顿 米）米）（牛顿（牛顿 米）米）例例4:4:三相异步电动机，电源电压三相异步电动机，电源电压 =380V=380V，三相定子三相定子绕组绕组 接法运行，额定电流接法运行，额定电流I IN N=20A=20A，启动电流启动电流I Istst/I/IN N=7=7求：（求：（1 1）接法时的启动电流接法时的启动电流I Istst （2 2）若启动时改为若启动时改为Y Y接法，求接法，求 I IstYstY（1）Ist =7 IN=7 20=140A解：解：（2）I IstYstY=I Istst /3=140/3=47A/3=140/3=47A3.6 3.6

22、 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速1.改变极对数改变极对数 有级调速有级调速2.改变转差率改变转差率 无级调速无级调速调速方法：调速方法：3.改变电源频率改变电源频率(变频调速变频调速)无级调速无级调速变频电源变频电源可变可变v 此种调速方法发展很快，且调速性能较好。此种调速方法发展很快，且调速性能较好。其主要环节是研制变频电源（常由整流器、逆其主要环节是研制变频电源（常由整流器、逆变器等组成）。变器等组成）。3.6.13.6.1变极调速变极调速有级调速：因为磁极对数有级调速：因为磁极对数p p成倍成倍变化变化可以采用两套绕组，但为了提高材料的利可以采用两套绕组，但为了提高材料的利用率

23、，一般采用单绕组变极，即通过改变用率，一般采用单绕组变极，即通过改变一套绕组的连接方式而得到不同极对数的一套绕组的连接方式而得到不同极对数的磁动势，以实现变极调速。磁动势，以实现变极调速。说明：说明：n=nn=n0 0(1-s)(1-s)3.6.23.6.2改变转差率改变转差率调速调速 无级调速：转子回路串变阻器无级调速：转子回路串变阻器n=nn=n0 0(1-s)(1-s)优点：简单，无级调速优点：简单，无级调速适用类型：绕线式异步电动机适用类型：绕线式异步电动机转子回路串电阻时的机械特性转子回路串电阻时的机械特性r2+Rs3Mst2sm2r2+Rs2M Mst1st1sm1r2+Rs11

24、0M MststM MmaxmaxMs n0n1smr23.6.33.6.3变频调速变频调速 异步电动机的转速：异步电动机的转速：当转差率当转差率S S变化不大时，变化不大时，n n近似正比于频率近似正比于频率f f1 1,可见改变电源频率就可改变异步电动机可见改变电源频率就可改变异步电动机的转速的转速恒转矩调速恒转矩调速:电机变频调速前后额定电磁转电机变频调速前后额定电磁转矩相等矩相等无级调速无级调速！1.1.能耗制动：能耗制动：交流电源断电后加直流电，建立直流交流电源断电后加直流电，建立直流磁场阻碍转子运动磁场阻碍转子运动3.7 3.7 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动反接制动时，

25、定子旋转磁场与转子的相对转速很大。反接制动时，定子旋转磁场与转子的相对转速很大。为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。为限制电流，在制动时要在定子或转子中串电阻。即切割磁力线的速度很大，造成即切割磁力线的速度很大，造成 ，引起，引起 。注意：注意：2.2.反接制动：反接制动：停车时，将电动机接电源的任意两相停车时，将电动机接电源的任意两相反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，以达制动反接，使电动机由原来的旋转方向反过来，以达制动的目的的目的3.8 3.8 三相异步机铭牌与技术数据三相异步机铭牌与技术数据1.型号型号 Y 132M4 磁极数磁极数(极对数极对数 p p=2)=2)同步转速同

26、步转速15001500转转/分分转差率转差率2.2.转速转速:电机轴上的转速（电机轴上的转速（n)如：如：n=1440 转转/分分3.3.联接方式联接方式 ：Y/接法接法 Y Y 接法接法：接法：接法：AB CZX YA B CZX YABCXYZAZBYXCABCXYZ接线盒接线盒4.4.额定电压：额定电压：定子绕组在指定接法下应加的定子绕组在指定接法下应加的线电压线电压说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额说明：一般规定电动机的运行电压不能高于或低于额定值的定值的 5 5。线线电电压压AZBYXC线线电电压压ABCXYZ例：例：380/220 Y/380/220 Y/是指：线电压为

27、是指：线电压为380V380V时采用时采用Y Y接法；接法；当线电压为当线电压为220V220V时采用时采用 接法。接法。5.5.额定电流：额定电流：定子绕组在指定接法下的定子绕组在指定接法下的线电流线电流如：如：表示三角接法下，电机的线电流为表示三角接法下，电机的线电流为11.2A11.2A，相电流相电流为为6.48A6.48A；星形接法时线、相电流均为星形接法时线、相电流均为6.48A6.48A。6.6.额定功率：额定功率：额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率额定功率指电机在额定运行时轴上输出的功率（），不等于从电源吸收的功率（），不等于从电源吸收的功率（）。两者的）。两者的 关系为：关系为：其中其中鼠笼电机鼠笼电机=7293额定负载时一般为额定负载时一般为0.70.70.90.9，空载时功率因数很低，空载时功率因数很低，约为约为0.20.20.30.3。额定负载时，功率因数最大。额定负载时，功率因数最大。注意：注意：实用中应选择合适容量的电机，实用中应选择合适容量的电机，防止防止“大马大马”拉拉“小车小车”的现象。的现象。7.7.功率因数功率因数(cos 1)：P2PN此外还有此外还有绝缘等级绝缘等级等参数，请自己阅读等参数，请自己阅读cos 112-112-1、2 2