《异步电动机》课件.ppt

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1、第第1515章章 异步电动机异步电动机1515.1 .1 三相异步电动机的基本结构与工作原理三相异步电动机的基本结构与工作原理1515.2 .2 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1515.3 .3 三相异步电动机的额定数据三相异步电动机的额定数据1515.5 .5 单相异步电动机单相异步电动机1515.4 .4 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用1电电动动机机的的应应用用2交流电动机交流电动机电动机电动机直流电动机直流电动机鼠笼式鼠笼式绕线式绕线式异步机异步机同步机同步机他励、异励、串励、复励他励、异励、串励、复励本章重点学习鼠笼式异步交流电动机：本章

2、重点学习鼠笼式异步交流电动机：基本结构、工作原理、基本结构、工作原理、机械特性、控制方法机械特性、控制方法 电动机的分类电动机的分类315.1 15.1 三相异步电动机的基本结构和工作原理三相异步电动机的基本结构和工作原理15.1.1 15.1.1 基本结构基本结构定子铁心定子铁心定子绕组定子绕组转轴转轴转子转子风扇风扇罩壳罩壳轴承轴承机座机座接线盒接线盒端盖端盖轴承盖轴承盖4三三相相异异步步电电动动机机的的基基本本结结构构5V2V1W2U2U1W12 2）三相对称的定子绕组：）三相对称的定子绕组：用于产生旋转磁场用于产生旋转磁场1 1、定子：铁心、线圈（绕组）、定子：铁心、线圈（绕组）U1U

3、2V1V2W1W2可以连成星型或三角型，可以连成星型或三角型，与三相电源相连与三相电源相连1 1）铁心：硅钢片叠成）铁心：硅钢片叠成机座机座定子定子定子绕组定子绕组（三相）（三相）6在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。在旋转磁场作用下，产生感应电动势或电流。线绕式：接成星型的线绕式：接成星型的三相绕组三相绕组鼠笼式：绕组短路鼠笼式：绕组短路鼠笼转子鼠笼转子V2V1W2U2U1W1转子转子2.2.转子：铁心、绕组、转轴转子：铁心、绕组、转轴转轴转轴1 1）铁心：硅钢片叠成）铁心：硅钢片叠成2 2）绕组：）绕组：715.1.2 15.1.2 三相异步电动机的旋转磁场三相异步电动机的旋转磁场1.

4、1.旋转磁场的产生旋转磁场的产生BiAXBYCZAiCiiAImiBiCCZAXYBNS t=0860 CZAXYBNSn0 t=60 t=120 NSn0ZCAXBY t=180 NSn0ZCAXBY同理可得其他时刻同理可得其他时刻旋转磁场的方向。旋转磁场的方向。iAImiBiC91011结论：结论：1 1）旋转磁场的转向）旋转磁场的转向旋转磁场的方向取决于三相电流的相序。旋转磁场的方向取决于三相电流的相序。（当电流的相序为（当电流的相序为A-B-CA-B-C时，旋转磁场的方向沿绕时，旋转磁场的方向沿绕组的首端组的首端A-B-CA-B-C的方向，与电流相序一致。）的方向，与电流相序一致。）任

5、意调换电源线中的两相，旋转磁场与原方向相反。任意调换电源线中的两相，旋转磁场与原方向相反。12132 2）旋转磁场的极数）旋转磁场的极数 (p)当每相绕组只有一个线圈，绕组的始端相差当每相绕组只有一个线圈，绕组的始端相差120120 产生的旋转磁场具有一对极，即产生的旋转磁场具有一对极，即 p=1。CZAXYBNSBiAXBYCZAiCi14CYABCXYZAXBZ当每相绕组只有两个线圈，绕组的始端相差当每相绕组只有两个线圈，绕组的始端相差6060 产生的旋转磁场具有两对磁极，即产生的旋转磁场具有两对磁极，即 p=2。iAiBiC电流变化电流变化6060，旋转，旋转磁场顺时针转过磁场顺时针转过

6、3030。15电流变化一周，旋转磁场在空间上顺时针转过电流变化一周，旋转磁场在空间上顺时针转过180180 16旋转磁场的转速通常称为：旋转磁场的转速通常称为：电动机的同步转速电动机的同步转速min)/r(pf60n0=p 旋转磁场的极对数旋转磁场的极对数对电动机来讲，对电动机来讲，f 和和 p 通常是一定的，此时通常是一定的，此时n0为常数为常数f 电源电流的频率电源电流的频率极对数极对数每电流周期，磁场转过角度每电流周期，磁场转过角度同步转速同步转速(f=50HZ)p=1360 3000r/minp=2180 1500r/minp=3120 1000r/min17如果要产生三对极，即如果要

7、产生三对极，即p=3的旋转的旋转磁场，如何实现？磁场，如何实现？每相绕组有三个线圈串联，每相绕每相绕组有三个线圈串联，每相绕组的首端在空间上相差组的首端在空间上相差40（120/p）的空间角。的空间角。3 3）旋转磁场的转速）旋转磁场的转速p=1电流在时间上变化一周电流在时间上变化一周 磁场在空间上变化一周磁场在空间上变化一周f：电流的频率电流的频率旋转磁场的转速：旋转磁场的转速：n0=60f（r/min）p=2电流在时间上变化一周电流在时间上变化一周 磁场在空间上变化半周磁场在空间上变化半周旋转磁场的转速旋转磁场的转速：n0=60f/2（r/min）1815.1.3 15.1.3 三相异步电

8、动机的工作原理三相异步电动机的工作原理SN0nFn三相定子绕组接入三相电源，产三相定子绕组接入三相电源，产生旋转磁场；生旋转磁场；旋转磁场切割转子导体，在转旋转磁场切割转子导体，在转子导体中产生感应电动势，短子导体中产生感应电动势，短路的转子导体产生感应电流；路的转子导体产生感应电流；载流导体（转子导体）在磁场载流导体（转子导体）在磁场中受力，转子旋转。中受力，转子旋转。1.1.电动机转动原理电动机转动原理192.2.电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速和旋转磁场同步转速的关系电动机转速电动机转速n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

9、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如果如果旋转磁场转速旋转磁场转速:n020 转差率的概念：转差率的概念：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。电动机起动瞬间电动机起动瞬间:1 ,0=sn（转差率最大）（转差率最大）电动机额定负载运行时电动机额定负载运行时:S=0.010.0921一三相异步电动机的额定转速一三相异步电动机的额定转速 n=1470 r/min。求求：P=？SN=？解：解：从额定转速可知：从额

10、定转速可知：P=2，n0=1500 r/min例例1 12215.2.1 15.2.1 三相异步电动机的电磁转矩三相异步电动机的电磁转矩 15.2 15.2 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每相定、转子电路每相定、转子电路i2R1R2i1u1e1e 1e2e 2 ：主磁通产主磁通产 生的感应电动势生的感应电动势；e1e2、：漏磁通漏磁通产生的感应电动势产生的感应电动势。e 1e 2、u1：电源电压电源电压；i1：定子电流定子电流；R1：定子电阻定子电阻；R2：转子电阻转子电阻；23电动机的电磁关系电动机的电磁关系定子电路定子电路u1=R1i1-e 1-e1忽

11、略忽略R1和和e 1U1 E1=4.44 k1 f1N1 i2R1R2i1u1e1e 1e2e 2 f1 外加电源的频率外加电源的频率 N1 每相每相定子绕组的匝数定子绕组的匝数 通过通过每相每相绕组磁通的绕组磁通的最大值，最大值，在数值上在数值上 等于旋转磁场的每极磁通等于旋转磁场的每极磁通。24结论结论1 1）当电源电压）当电源电压U1的大小和的大小和频率频率f1一定时，每极磁通一定时，每极磁通的大小一定；的大小一定；2 2）m由定子电流和转子由定子电流和转子电流共同产生。电流共同产生。25转子电路转子电路转子频率转子频率 f2（旋转磁场与转子间的相对转速为旋转磁场与转子间的相对转速为（n

12、0-n）转子电动势转子电动势E2转子感抗转子感抗X226转子电流转子电流I2转子电路的功率因数转子电路的功率因数cos 2nS010n 0I2cosf f2 2n S I2 、cos 2 n S I2 、cos 2 27转子电路的各个物理量均转子电路的各个物理量均与与转差率转差率有关，即与有关，即与转子转子转速转速有关。有关。结论结论2822cosf fIKTmT=电磁转矩电磁转矩 转子中各载流导体在旋转磁场的作用下转子中各载流导体在旋转磁场的作用下,受受到电磁力所形成的转距之总和。到电磁力所形成的转距之总和。代入参数：代入参数：29得转矩表达式：得转矩表达式：U1 定子绕组的相电压定子绕组的

13、相电压T U12 电源电压变化时，对转矩的影响很大；电源电压变化时，对转矩的影响很大；转矩转矩T还受转子电阻的影响；还受转子电阻的影响；当当R2、X20为常数，电源电压为常数，电源电压U1和和f1一定时，一定时，电磁转矩电磁转矩T只随转差率只随转差率S（转子转速（转子转速n）变化。）变化。30)(Tfn=10n0Tn转矩特性曲线转矩特性曲线n机械特性曲线机械特性曲线3115.2.2 15.2.2 机械特性机械特性n0TnNTnN1.1.电动机等速运行的条件电动机等速运行的条件T=TC电磁转矩电磁转矩=阻力转矩阻力转矩阻力转矩：主要是电动机轴上的机械负载转矩阻力转矩：主要是电动机轴上的机械负载转

14、矩T2 和电动机的空载损耗转矩（主要是机和电动机的空载损耗转矩（主要是机 械损耗转矩）械损耗转矩）T0TC=T2+T0 T2忽略忽略T0 ，电动机等速运行的条件：，电动机等速运行的条件：T=T232T=T2 匀速运行匀速运行减速运行减速运行加速运行加速运行T T2 电动机的运行状态：电动机的运行状态：2.2.三个重要转矩三个重要转矩1 1）额定转矩）额定转矩 TNn0TnP2 输出的机械功率输出的机械功率Nm332）最大转矩最大转矩 Tm电动机能够产生的最大转矩。电动机能够产生的最大转矩。dTdS=0由由R2X20Sm=Sm 最大转矩时的转差率最大转矩时的转差率 Tm U12，而与转子电阻而与

15、转子电阻R2无关。无关。Sm R2,R2 Sm nm 34过载系数过载系数在短时间内，电动机的负载转矩可以超过额定转在短时间内，电动机的负载转矩可以超过额定转矩运行，这种矩运行，这种短时允许过载能力短时允许过载能力用过载系数表示。用过载系数表示。通常为通常为NTTm=l l m思考思考：降低电压：降低电压U1，使，使Tm减小，如果减小，如果TmT2，出现什么现象？，出现什么现象？Tn当当TmT2 T TSt体现了电动机带载起动的能力。若体现了电动机带载起动的能力。若 电机能起动，否则将起动不了。电机能起动，否则将起动不了。R2 Tst stT R2T Tstst越大，起动过程越快，时间越短。越

16、大，起动过程越快，时间越短。一台三相异步电动机，空载启动和满一台三相异步电动机，空载启动和满载启动时启动转矩是否一样？载启动时启动转矩是否一样？373.3.电动机运行的两个区域电动机运行的两个区域1 1）不稳定运行区（）不稳定运行区（b b、c c段）段）TnbcT2eeT2T2启动时启动时TstT2 电机加速电机加速 转速沿机械特性曲线上升转速沿机械特性曲线上升 上升到上升到e e点点 T=T2 电机进入稳定区运行。电机进入稳定区运行。若负载变化使若负载变化使T2 2增加增加T2T2 T不能突变不能突变 TT2 电机减速电机减速 转速沿机械特性曲线下降转速沿机械特性曲线下降 很快达到很快达到

17、n=0 0 发生闷车发生闷车38Tnab2）稳定运行区（稳定运行区（a、b段）段）T2n假设：电动机稳定运行在假设：电动机稳定运行在e e点。点。T=T2若负载变化使若负载变化使T2减小减小 T2T2 电机加速电机加速T2nee 转速沿机械特性曲线上升转速沿机械特性曲线上升 上升到上升到e e点点 T=T2 电机达到新的稳定状态，转速为电机达到新的稳定状态，转速为n nT2T不能突变不能突变 TnenT239TnbcT2eeT2T2电动机的稳定运行区比较平电动机的稳定运行区比较平坦，转速变化不大。坦，转速变化不大。电动机只能在稳定区运行，电动机只能在稳定区运行，不能稳定运行在不稳定区。不能稳定

18、运行在不稳定区。n0=1500r/min的电动机能否稳定运行在的电动机能否稳定运行在750r/min?不能！不能！电机在电机在750r/min750r/min进入不稳定区。进入不稳定区。4015.3 15.3 三相异步电动机的铭牌数据三相异步电动机的铭牌数据411.1.型号：型号：Y 132 M 4三相异步三相异步电动机电动机机座中心高机座中心高（mmmm）机座长度代号：机座长度代号：S S 短机座短机座 M M 中机座中机座 L L 长机座长机座磁极数（个数）磁极数（个数）2.2.额定电压：额定电压：额定运行时，定子绕组上应加的线电压。额定运行时，定子绕组上应加的线电压。一般规定电动机的电压

19、不应高于或低于额定值的一般规定电动机的电压不应高于或低于额定值的5%5%。3.3.额定电流：额定电流：额定运行时，定子绕组的线电流。额定运行时，定子绕组的线电流。424.4.功率和效率：功率和效率：额定功率额定功率：电动机在额定运行状态下，其转子轴电动机在额定运行状态下，其转子轴 上输出的机械功率。上输出的机械功率。额定运行状态：定子加额定电压，转子带额定负载。额定运行状态：定子加额定电压，转子带额定负载。效率效率：输入功率输入功率 P1N：435.5.功率因数功率因数电机的功率因数指定子的功率因数。电机的功率因数指定子的功率因数。电机的功率因数是变量，不同的工作状态电机的功率因数是变量，不同

20、的工作状态cos 不同。不同。6.6.转速转速电源电压电源电压=UN，频率，频率=fN ，电机的输出功率，电机的输出功率=P2N时，电动机每分钟的转数。时，电动机每分钟的转数。7.7.接法接法定子三相绕组的接法。定子三相绕组的接法。例：铭牌数据：例：铭牌数据：380/220、Y/指：指：UL=380v时，采用时，采用Y Y形连接形连接 UL=220v时，采用时，采用 形连接形连接44U1 V1W1U2V2W2U1 V1W1U2V2W2联接方式：联接方式：Y/Y/接法接法U1V1W1U2V2W2接接线线盒盒U1U2V1V2W1W2U1 V1W1U2V2W2Y 形形 形形4515.4.1 15.4

21、.1 三相异步电动机的起动三相异步电动机的起动1.1.起动状态起动状态起动时起动时n=0 ，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。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起动电流大。起动电流大。Ist=57 IN 原因原因起动转矩不大。起动转矩不大。Tst=0.82 TN 15.4 15.4 三相异步电动机的使用三相异步电动机的使用462.起动方法起动方法适用：二三十千瓦以下的异步电动机。适用：二三十千瓦以下的异步电动机。2）降压起动。降压起动。Y 起动起动自耦降压起动

22、自耦降压起动1）直接起动直接起动特点：简单，起动电流大特点：简单，起动电流大47Y 起动起动运行时，运行时，接接AZBYXC 起动时，起动时，Y接；接；ABCXYZZUIllY3=3ZUIll=设：电机每相阻抗为设：电机每相阻抗为31=llYII48适用：适用：特点：特点：2UTST 因为因为Y接时：接时：U1Ul3=接时：接时：U1Ul=31=ststYTT设备简单，起动电流下降大，起动转矩下降。设备简单，起动电流下降大，起动转矩下降。正常工作时定子绕组三角形连接的电动机；正常工作时定子绕组三角形连接的电动机；可以空载或轻载起动的电动机。可以空载或轻载起动的电动机。自耦降压起动自耦降压起动起

23、动时利用自耦变压器降低定子电压，起动时利用自耦变压器降低定子电压，工作时将自耦变压器切除。工作时将自耦变压器切除。适用于正常工作时定子绕组星型连接的电动机。适用于正常工作时定子绕组星型连接的电动机。49调速：调速：负载不变时，人为的改变电动机的转速。负载不变时，人为的改变电动机的转速。改变改变 p、f1、S 都可以改变电动机的转速。都可以改变电动机的转速。鼠笼式异步电动机：鼠笼式异步电动机：改变改变 p、f1 调速。调速。15.4.2 三相异步电动机的调速三相异步电动机的调速501、变频调速、变频调速改变异步电动机供电电源的频率。改变异步电动机供电电源的频率。方法：方法：交流电交流电直流电直流

24、电整流器整流器逆变器逆变器f、U连续可调的交流电。连续可调的交流电。无级调速：无级调速：转速转速n可以连续平滑的调节。可以连续平滑的调节。变频调速是无级调速。变频调速是无级调速。变频电源变频电源 可变可变512、变极调速、变极调速通过改变绕组的接法，改变极对数通过改变绕组的接法，改变极对数p调速。调速。变极调速是变极调速是有级调速有级调速 p的变化不连续，电动机的转速不能连续、的变化不连续，电动机的转速不能连续、平滑的调节。平滑的调节。这种电动机也称：多速电动机。这种电动机也称：多速电动机。52反接制动反接制动：停车时，将电动机接电源的意两相反接，：停车时，将电动机接电源的意两相反接，使电动机

25、由原来的旋转方向反过来，以达制动的目的；使电动机由原来的旋转方向反过来，以达制动的目的；制动：断开电动机的电源时，克服转子的惯性作制动：断开电动机的电源时，克服转子的惯性作用，迅速而准确的停止转动用，迅速而准确的停止转动抱闸抱闸：加机械抱闸加机械抱闸能耗制动能耗制动：停车时，断开交流电源，接至直流电源：停车时，断开交流电源，接至直流电源上，产生制动转矩；上，产生制动转矩；发电反馈制动：发电反馈制动：令电机转子的转速超过令电机转子的转速超过 旋转磁场旋转磁场的同步转速，便的同步转速，便 会产生制动转矩。会产生制动转矩。15.4.3 15.4.3 三相异步电动机的制动三相异步电动机的制动53n F

26、noM3+-运行运行制动制动n F转子转子能耗制动能耗制动发电反馈制动发电反馈制动5415.5 单相异步电动机单相异步电动机一、单相异步电动机的工作原理一、单相异步电动机的工作原理结构特征结构特征：定子绕组单相（其中通单相交流电）；：定子绕组单相（其中通单相交流电）；转子大多为鼠笼式。转子大多为鼠笼式。定子中通入单相交流电后，形成定子中通入单相交流电后，形成脉动磁场脉动磁场。其磁。其磁感应强度按正弦分布，且随时间按正弦变化。感应强度按正弦分布，且随时间按正弦变化。磁场特征磁场特征：工作特征工作特征：起动转矩为起动转矩为0转子借助其它力量转动后，外力去除后仍按原转子借助其它力量转动后，外力去除后

27、仍按原方向继续转动。方向继续转动。55起动转矩为起动转矩为0.F转子导条转子导条及电流及电流 当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺当定子绕组产生的合成磁场增加时，根据右手螺旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小旋定则和左手定则，可知转子导条左、右受力大小相等方向相反，所以没有起动转矩。相等方向相反，所以没有起动转矩。转子借助其它力量转动后，外力去除转子借助其它力量转动后，外力去除 后仍按原方向后仍按原方向继续转动。继续转动。56电容分相法电容分相法MCABXY1 定子绕组上有两个绕组定子绕组上有两个绕组AX和和BY，两个绕组在，两个绕组在空间上相差空间上相差90。AX工作绕组工作绕

28、组BY起动绕组起动绕组单相异步电动机的起动单相异步电动机的起动57MCABXY1AX绕组呈感性：绕组呈感性：滞后滞后 一个相位角一个相位角 工作原理：工作原理：BY绕组串联大电容，呈容性：绕组串联大电容，呈容性：超前超前 一个相位角一个相位角 选用适当的电容，使：选用适当的电容，使：和和相位相差相位相差90这种方法称为：这种方法称为：分相分相电容器的作用：电容器的作用：使单相交流电分裂成两个相位相差使单相交流电分裂成两个相位相差90的交流电。的交流电。58iAXiBYAXBY t=0 AXBY t=45 AXBY t=90 在两相绕组中通入相位相差在两相绕组中通入相位相差90 的电流，产生旋的

29、电流，产生旋转转磁场，使转子转动起来。磁场，使转子转动起来。t59MCABXY1 电容分相式单相异步电动机起动后，起动绕组电容分相式单相异步电动机起动后，起动绕组BY可以留在电路中，也可以在转速上升到一定数可以留在电路中，也可以在转速上升到一定数值后切除它，只留下工作绕组，这时电动机仍能继值后切除它，只留下工作绕组，这时电动机仍能继续工作。续工作。60 单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应单相异步电动机的功率小，主要制成小型电机。它的应用非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电用非常广泛，如家用电器（洗衣机、电冰箱、电风扇）、电动工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。

30、动工具（如手电钻）、医用器械、自动化仪表等。单相电机的使用单相电机的使用三相异步电动机的单相运行三相异步电动机的单相运行 三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电三相异步电动机在运行过程中，若其中一相和电源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样，源断开，则变成单相运行。此时和单相电机一样，电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供电机仍会按原来方向运转。但若负载不变，三相供电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。使电变为单相供电，电流将变大，导致电机过热。使用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若在启用中要特别注意这种现象；三相异步电动机若在启动前有一相断电，和单相电机一样将不能启动。此动前有一相断电，和单相电机一样将不能启动。此时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过热，时只能听到嗡嗡声，长时间启动不了，也会过热，必须赶快排除故障。必须赶快排除故障。61END62