第十一章 异步电动机

1、 基本结构基本结构 工作原理工作原理 电磁电磁转矩转矩和机械和机械特性特性 电机使用电机使用 第十一章第十一章 三相异步电动机三相异步电动机 通过接线盒接通过接线盒接 入三相交流电入三相交流电 电动机转动输出电动机转动输出 机械转矩机械转矩 三相异步电机 Y 系列 三相异步电机三相异步电机 YD / YS系列系列 三相异步电机三相异步电机(变频调速用变频调速用) 第一节第一节 异步电动机的结构与工作原理异步电动机的结构与工作原理 一、笼型异步电动机的结构一、笼型异步电动机的结构 二、笼型电动机的铭牌二、笼型电动机的铭牌 三、三相异步电动机的工作原理三、三相异步电动机的工作原理 一、笼型异步电动

2、机的结构一、笼型异步电动机的结构 型异步电动机由定子和转子组成，定子和转子间留有很小型异步电动机由定子和转子组成，定子和转子间留有很小 的空气间隙。的空气间隙。 第一节第一节 异步电动机的结构与工作原理异步电动机的结构与工作原理 定子由定子铁心、定子绕组和机座组成。定子由定子铁心、定子绕组和机座组成。 （一）定子（一）定子 3绕组：绕组：是电动机的电路部分。三组，均匀分布，空间是电动机的电路部分。三组，均匀分布，空间 位置彼此相差位置彼此相差 120 。 2铁心铁心：是电动机的磁路：是电动机的磁路 部分。由彼此绝缘的硅钢片叠成，部分。由彼此绝缘的硅钢片叠成， 目的是减小铁损（涡流和磁滞损目的是

3、减小铁损（涡流和磁滞损 耗）。硅钢片内圆冲有均匀分布耗）。硅钢片内圆冲有均匀分布 的槽口用来嵌放线圈。整个铁心的槽口用来嵌放线圈。整个铁心 被固定在铸铁机座内。被固定在铸铁机座内。 第一节第一节 异步电动机的结构与工作原理异步电动机的结构与工作原理 1机座机座：用于容纳定子：用于容纳定子铁心铁心和绕组并固定端盖，起保护和绕组并固定端盖，起保护 和散热作用。和散热作用。 1转轴：输出机械转矩。转轴：输出机械转矩。 2铁心：由外圆冲有均匀槽口、彼此绝缘的硅钢片叠成。铁心：由外圆冲有均匀槽口、彼此绝缘的硅钢片叠成。 3绕组：笼型绕组铸于铁心槽内，铝质或铜质，为短路绕绕组：笼型绕组铸于铁心槽内，铝质或

4、铜质，为短路绕 组，两端铸有端环。整个转子套在转轴上形成紧配合，被支承组，两端铸有端环。整个转子套在转轴上形成紧配合，被支承 在端盖中央的轴承中。在端盖中央的轴承中。 （二）转子（二）转子 第一节第一节 异步电动机的结构与工作原理异步电动机的结构与工作原理 绕线式转子图 (a) 转子； (b) 等效电路 转 子 绕 组 滑 环 变 阻 器 (a)(b) （三）其他附件（三）其他附件 端盖、轴承、轴承盖、风扇叶、接线盒。端盖、轴承、轴承盖、风扇叶、接线盒。 二、笼型电动机的铭牌二、笼型电动机的铭牌 三相异步电动机三相异步电动机 型型号号Y112M- -4额定频率额定频率50 Hz 额定功率额定功

5、率4 kW绝缘等级绝缘等级E 级级 接接法法 温温升升80 C 额定电压额定电压380 V定定额额连续连续 额定电流额定电流 8.6 A功率因数功率因数0.85 额定转速额定转速1 440 r/min 质质量量59 kg 电机厂电机厂 （一）型号（一）型号 电动机型号（电动机型号（ Y112M- -4 ） 表示电动机在额定工作状态下运行时输出的机械功率，单表示电动机在额定工作状态下运行时输出的机械功率，单 位为千瓦（位为千瓦（kW）。）。 （二）额定功率（二）额定功率 “Y”：指国产：指国产 Y 系列异步电动机；系列异步电动机； “112”：中心机座高度为：中心机座高度为 112 mm； “M

6、”：表示中机座，：表示中机座，（“L”表示长机座，表示长机座，“S”表示短机表示短机 座）；座）； “4”：表示旋转磁场为四极（：表示旋转磁场为四极（ p = 2）。）。 指额定运行时定子绕组应加的线电压数值。指额定运行时定子绕组应加的线电压数值。 表示电动机定子绕组输入交流电源的频率。表示电动机定子绕组输入交流电源的频率。 指额定运行时定子绕组的线电流值。指额定运行时定子绕组的线电流值。 （三）额定电压（三）额定电压 （四）额定电流（四）额定电流 （五）额定频率（五）额定频率 表示电动机在额定运行时转子的转速表示电动机在额定运行时转子的转速，单位为转每分单位为转每分 （r/min）。 （六）

7、额定转速（六）额定转速 电动机三相绕组六个线端的连接方法。电动机三相绕组六个线端的连接方法。 星形（星形（Y）联结：三相绕组首端接电源，尾端接在一起。）联结：三相绕组首端接电源，尾端接在一起。 三角形（三角形（ ）联结：三相绕组首尾相接，交点接电源。）联结：三相绕组首尾相接，交点接电源。 （七）接法（七）接法 （八）定额（八）定额 连续：电动机连续不断地输出额定功率而温升不超过铭牌连续：电动机连续不断地输出额定功率而温升不超过铭牌 允许值。允许值。 短时：电动机不能连续使用，只能在规定的较短时间内输短时：电动机不能连续使用，只能在规定的较短时间内输 出额定功率。出额定功率。 断续：电动机只能短

8、时输出额定功率，但可多次断续重复断续：电动机只能短时输出额定功率，但可多次断续重复 起动和运行。起动和运行。 （九）温升（九）温升 电动机运行中，在稳定状态下，电动机温度与环境温度之电动机运行中，在稳定状态下，电动机温度与环境温度之 差，环境温度规定为差，环境温度规定为 40 C。 电动机绕组所用绝缘材料按它的允许耐热程度规定的等级电动机绕组所用绝缘材料按它的允许耐热程度规定的等级 A 级：级：105 C E 级：级：120 C B 级：级：130 C F 级：级：155 C H 级：级：180 C 电动机从电网所吸收的有功功率与视在功率的比值。电动机从电网所吸收的有功功率与视在功率的比值。

9、（十）绝缘等级（十）绝缘等级 （十一）功率因数（十一）功率因数 十二 工作方式 工作方式是指电动机的运行状态。 根据发热条件可分为三种： S1表示连续 工作方式， 允许电机在额定负载下连续 长期运行； S2表示短时工作方式， 在额 定负载下只能在规定时间短时运行； S3 表示断续工作方式， 可在额定负载下按 规定周期性重复短时运行。 （一）定子绕组中的旋转磁场（一）定子绕组中的旋转磁场 三相定子绕组三相定子绕组 U、V、W 通入三相电源如下通入三相电源如下： tIi sin mU ) 3 2 sin( mV tIi ) 3 2 sin( mW tIi 规定：规定： “ ”电流进，电流进，“”电

10、流出。电流出。 三、三相异步电动机的工作原理三、三相异步电动机的工作原理 （1）当空间彼此相差）当空间彼此相差 120 的三个相同的线圈通人对称三的三个相同的线圈通人对称三 相交流电时，就能够产生一个随时间变化的磁场。相交流电时，就能够产生一个随时间变化的磁场。 （2）当旋转磁场只有一对磁极时，）当旋转磁场只有一对磁极时，p = 1，磁场与电流有，磁场与电流有 相同角速度的旋转磁场（即在一个周期内电流的相位角变化了相同角速度的旋转磁场（即在一个周期内电流的相位角变化了 360 ，其合成磁场的方向在空间也旋转了，其合成磁场的方向在空间也旋转了 360 ），旋转磁场每），旋转磁场每 分钟的转速为分

11、钟的转速为 2结论：结论： min/r0003min/r6050 n （3）当旋转磁场有二对磁极时，）当旋转磁场有二对磁极时，p = 2，交流电变化一周，交流电变化一周 时时 ，旋转磁场只转动了，旋转磁场只转动了1/2 周。周。 （4）旋转磁场转速公式）旋转磁场转速公式 P f n 60 0 （三）三相异步电动机的旋转原理（三）三相异步电动机的旋转原理 1原理原理 定子绕组通入对称的三相交流电，产生旋转磁场；定子绕组通入对称的三相交流电，产生旋转磁场； 转子导体与旋转磁场之间转子导体与旋转磁场之间 有相对运动，就切割旋转磁场有相对运动，就切割旋转磁场 的磁感线，所以在闭合的转子的磁感线，所以在

12、闭合的转子 导体中就产生感应电流；导体中就产生感应电流； 转子导体中感应电流就受转子导体中感应电流就受 到旋转磁场的力矩作用，使电到旋转磁场的力矩作用，使电 动机转动动机转动，如图所示如图所示。 旋转磁场方向：顺时针旋转磁场方向：顺时针 转子切割磁场方向：逆时针转子切割磁场方向：逆时针 转子内感生电流方向：上部穿出纸面，下部进入纸面转子内感生电流方向：上部穿出纸面，下部进入纸面 转子受力：转子受力： 顺时针顺时针 工作原理示意图工作原理示意图 当三相异步电动机接通电源时，定子绕组就当三相异步电动机接通电源时，定子绕组就 会产生旋转磁场，转子相当于磁场中的闭合线圈会产生旋转磁场，转子相当于磁场中

13、的闭合线圈 ，随着磁场的旋转，转子就会旋转起来，随着磁场的旋转，转子就会旋转起来。 1机械特性曲线：机械特性曲线：电动机的电磁转矩电动机的电磁转矩 T 与转子转速与转子转速 n 的的 关系曲线。如图所示。关系曲线。如图所示。 第二节第二节三相异步电动机的机械特性三相异步电动机的机械特性 起动转矩起动转矩 Tst：起动时对应的电起动时对应的电 磁转矩；起动时磁转矩；起动时 n = 0，起动转矩小，起动转矩小 于负载转矩时不能起动。于负载转矩时不能起动。 额定转矩额定转矩 TN：电动机带额定负电动机带额定负 载时对应的电磁转矩。载时对应的电磁转矩。 最大转矩最大转矩 Tm：电动机在运行中电动机在运

14、行中 具有的最大转矩。当电动机遇到冲击具有的最大转矩。当电动机遇到冲击 性负载时，只要冲击转矩不大于最大性负载时，只要冲击转矩不大于最大 转矩，电动机将继续运行。转矩，电动机将继续运行。 （1）电动机的起动转矩大于负载阻力矩时，电磁转矩随转）电动机的起动转矩大于负载阻力矩时，电磁转矩随转 子转速的增加而逐渐增大（沿曲线上升）到最大转矩子转速的增加而逐渐增大（沿曲线上升）到最大转矩 Tm。而后。而后 随着转速的继续增大电磁转矩减小（沿曲线随着转速的继续增大电磁转矩减小（沿曲线 BA 段下降）到等段下降）到等 于负载阻力矩时，电动机就以某一转速匀速稳定旋转。于负载阻力矩时，电动机就以某一转速匀速稳

15、定旋转。 （2）电动机在）电动机在 AB 段工作时段工作时 若负载加重，负载阻力矩大于电磁若负载加重，负载阻力矩大于电磁 转矩，会使电动机转速有所下降，转矩，会使电动机转速有所下降， 但与此同时，电磁转矩随转速的下但与此同时，电磁转矩随转速的下 降而增大，从而与负载阻力矩达到降而增大，从而与负载阻力矩达到 新的平衡，使电动机以比原来稍低新的平衡，使电动机以比原来稍低 的转速稳定运转。的转速稳定运转。 分析：分析： （3）若负载的阻力矩超过了最大电磁转矩）若负载的阻力矩超过了最大电磁转矩 Tm ，没有新的，没有新的 平衡点使电磁转矩等于负载转矩，电动机的转速将很快下降直平衡点使电磁转矩等于负载转

16、矩，电动机的转速将很快下降直 到停止，处于堵转状态。堵转时电动机定子绕组的电流可达到到停止，处于堵转状态。堵转时电动机定子绕组的电流可达到 额定值的额定值的 4 7 倍。倍。 （4）机械特性曲线中）机械特性曲线中 AB段为异步电动机的稳定运段为异步电动机的稳定运 行区。只要负载阻力矩介于行区。只要负载阻力矩介于 A B 区间内，均可以找到平衡区间内，均可以找到平衡 点稳定运行。点稳定运行。 结论：当其它参数一定时结论：当其它参数一定时 1 1、起动转矩与电源电压平方成正比；、起动转矩与电源电压平方成正比； 2 2、频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，起动转、频率越高，起动转矩越小；漏抗越大，起动

17、转 矩越小；矩越小； 3 3、绕线式电动机，转子回路电阻越大，起动转矩先、绕线式电动机，转子回路电阻越大，起动转矩先 增后减。增后减。 st st N T K T 4 4、起动转矩倍数、起动转矩倍数 电动机转矩特性电动机转矩特性 一、电动机的选用一、电动机的选用 第三节第三节 异步电动机的选用、运行与维护异步电动机的选用、运行与维护 二、开启前的检查二、开启前的检查 三、起动注意事项三、起动注意事项 四、电动机运行中的巡视四、电动机运行中的巡视 五、电动机的定期维修五、电动机的定期维修 （一）选择使用电动机的基本原则（一）选择使用电动机的基本原则 （1）能完全满足被拖动的生产机械在机械特性方面

18、的要求。）能完全满足被拖动的生产机械在机械特性方面的要求。 （二）选择使用电动机的基本方法（二）选择使用电动机的基本方法 1额定电压额定电压 一、电动机的选用一、电动机的选用 （2）在工作过程中，电动机的功率应被充分利用，否则会）在工作过程中，电动机的功率应被充分利用，否则会 降低其功率因数。降低其功率因数。 （3）电动机的结构、形式能与周围环境条件相适应。）电动机的结构、形式能与周围环境条件相适应。 电动机的额定电压必须与供电电压一致。电动机的额定电压必须与供电电压一致。 2额定转速额定转速 3电动机容量的选择电动机容量的选择 同转速转动：同转速转动：电动机额定转速与生产机械额定转速一致，电

19、动机额定转速与生产机械额定转速一致， 传动机构最简单，可直接传动。传动机构最简单，可直接传动。 高转速转动：高转速转动：电动机额定转速高于生产机械额定转速，电电动机额定转速高于生产机械额定转速，电 动机尺寸、重量、成本较小，传动机构复杂。应根据实际使用动机尺寸、重量、成本较小，传动机构复杂。应根据实际使用 条件综合考虑。条件综合考虑。 电动机额定功率应满足生产机械对功率的要求。电动机额定功率应满足生产机械对功率的要求。 4电动机形式的选择电动机形式的选择 a工作方式工作方式 连续、短时、断续。连续、短时、断续。 b安装方式安装方式 卧式安装：实践中电动机多用卧式安装。卧式安装：实践中电动机多用

20、卧式安装。 立式安装：为了满足传动的特殊要求。立式安装：为了满足传动的特殊要求。 c防护形式防护形式 开启式：干燥、清洁环境。开启式：干燥、清洁环境。 防护式：干燥、灰尘不多、无腐蚀和爆炸性气体环境。防护式：干燥、灰尘不多、无腐蚀和爆炸性气体环境。 封闭式：潮湿、多尘、有风雨侵袭及腐蚀性气体环境应用封闭式：潮湿、多尘、有风雨侵袭及腐蚀性气体环境应用 封闭式。封闭式。 防爆式：爆炸环境。防爆式：爆炸环境。 1运行前检查对象：运行前检查对象： 二、运行前的检查二、运行前的检查 2检查项目检查项目 新安装的电动机；新安装的电动机； 停用三个月以上的电动机。停用三个月以上的电动机。 （1）检查电动机定

21、子绕组绝缘电阻。）检查电动机定子绕组绝缘电阻。 工具工具：额定电压：额定电压 380 V 以下的电动机，用以下的电动机，用 500 V 兆欧表。兆欧表。 标准标准：三相定子绕组对地绝缘电阻和相间绝缘电阻不小于：三相定子绕组对地绝缘电阻和相间绝缘电阻不小于 0.5 M 。 如果绝缘电阻值偏低，应进行烘烤后再测。如果绝缘电阻值偏低，应进行烘烤后再测。 （2）检查电动机使用情况是否与铭牌相符）检查电动机使用情况是否与铭牌相符 电动机定子绕组的接法；电动机定子绕组的接法； 电源电压。电源电压。 （3）确定转向）确定转向 对象：对象：反向运转可能损坏设备的单向运转电动机。反向运转可能损坏设备的单向运转电

22、动机。 方法：方法：在电动机与生产机械连接之前通电检查，若转向错在电动机与生产机械连接之前通电检查，若转向错 误，可将定子绕组任意两相对调，相序确认后再与生产机械相误，可将定子绕组任意两相对调，相序确认后再与生产机械相 连。连。 （4）检查电动机起动、保护设备）检查电动机起动、保护设备 检查内容：检查内容：起动、保护设备的规格是否与电动机配套，接起动、保护设备的规格是否与电动机配套，接 线是否正确；所配熔体规格是否恰当，熔断器安装是否牢固；线是否正确；所配熔体规格是否恰当，熔断器安装是否牢固； 这些设备和电动机壳是否妥善接地。这些设备和电动机壳是否妥善接地。 （5）检查电动机安装情况）检查电动

23、机安装情况 检查内容：检查内容：电动机端盖螺丝、地脚螺丝、与联轴器连接的电动机端盖螺丝、地脚螺丝、与联轴器连接的 螺钉和销子是否坚固；传动带的连接是否牢固，松紧度是否合螺钉和销子是否坚固；传动带的连接是否牢固，松紧度是否合 适，联轴器或带轮中心线是否校准；机级的转动是否灵活，有适，联轴器或带轮中心线是否校准；机级的转动是否灵活，有 无非正常的摩擦、卡塞、窜动和异响等。无非正常的摩擦、卡塞、窜动和异响等。 三、起动注意事项三、起动注意事项 1起动状态起动状态 电动机起动后应密切观察电动机状态，电动机不转或转速电动机起动后应密切观察电动机状态，电动机不转或转速 很低或有嗡嗡声，必须迅速断开电动机电

24、源，否则会导致电动很低或有嗡嗡声，必须迅速断开电动机电源，否则会导致电动 机烧毁，甚至危及线路及其他设备。断电后，查明电动机故障机烧毁，甚至危及线路及其他设备。断电后，查明电动机故障 的原因，排除故障后再重新试车。的原因，排除故障后再重新试车。 2动作状态动作状态 电动机起动后，留心观察电动机、传动机构、生产机械等电动机起动后，留心观察电动机、传动机构、生产机械等 的动作状态，检查电流、电压表读数是否符合要求。如有异常，的动作状态，检查电流、电压表读数是否符合要求。如有异常， 应立即停机，检查并排除故障后重新起动。应立即停机，检查并排除故障后重新起动。 3起动次数起动次数 注意限制电动机连续起

25、动的次数，因起动电流很大，若连注意限制电动机连续起动的次数，因起动电流很大，若连 续起动次数太多，可能损坏绕组。通常对较大容量电动机能连续起动次数太多，可能损坏绕组。通常对较大容量电动机能连 续起动的允许次数为：空载：续起动的允许次数为：空载：3 5 次次；长时间工作后停机再连；长时间工作后停机再连 续起动：续起动：不超过不超过 2 3 次次。 4同一电网供电的电动机同一电网供电的电动机 同一电网供电的电动机若同时起动，起动的大电流将使电同一电网供电的电动机若同时起动，起动的大电流将使电 网电压严重下跌，不仅不利于电动机的起动，还会影响电网对网电压严重下跌，不仅不利于电动机的起动，还会影响电网

26、对 其他设备的正常供电。其他设备的正常供电。 同一电网供电的电动机应尽量避免同时起动，最好按容量同一电网供电的电动机应尽量避免同时起动，最好按容量 由大到小逐一起动。由大到小逐一起动。 四、电动机运行中的巡视四、电动机运行中的巡视 （一）观察电动机电源电压（一）观察电动机电源电压 电源电压最高允许值：不超过额定值的电源电压最高允许值：不超过额定值的 10%。 电源电压最低允许值：不低于额定值的电源电压最低允许值：不低于额定值的 5%。 电源电压不对称值：不超过电源电压不对称值：不超过 5%。 电源电压不满足上述条件：可减轻负载，也可对电源电压电源电压不满足上述条件：可减轻负载，也可对电源电压

27、进行调整。进行调整。 （二）观察电动机工作电流（二）观察电动机工作电流 目的：目的：线路电压额定时，电动机的工作电流直接反映出负线路电压额定时，电动机的工作电流直接反映出负 载的大小。载的大小。 额定负载：额定负载：电动机的线电流接近额定电流，电动机工作状电动机的线电流接近额定电流，电动机工作状 态最好，温升符合要求。态最好，温升符合要求。 负载过轻：负载过轻：电流较小，容量下降，功率因数和效率都降低，电流较小，容量下降，功率因数和效率都降低， 经济指标变差。经济指标变差。 负载过重：负载过重：电动机电流增大，发热加剧，温升过高，影响电动机电流增大，发热加剧，温升过高，影响 使用寿命。使用寿命

28、。 3 3运行中的监视运行中的监视 电动机在运行中应该监视的内容：电动机在运行中应该监视的内容： (1)(1)监视电动机的温度监视电动机的温度 在电机负载过大，通风不良或环境温度在电机负载过大，通风不良或环境温度 过高时，绕组温度会过热超出允许值。中小过高时，绕组温度会过热超出允许值。中小 容量的电机，可用手摸机壳来判断，如果手容量的电机，可用手摸机壳来判断，如果手 感很烫已不能忍受，即认为绕组的温度已超感很烫已不能忍受，即认为绕组的温度已超 过允许值。过允许值。 (2)(2)监视电动机的电流监视电动机的电流 电动机铭牌上注明的额定电流值，一般电动机铭牌上注明的额定电流值，一般 旧系列电机是在周围环境温度为旧系列电机是在周围环境温度为3535条件下条件下 定出的，温度再低，电流也不能超过额定电定出的，温度再低，电流也不能超过额定电 流的流的1010。 (3)(3)监视电源电压的变化监视电源电压的变化 一般电机允许在电压增加一般电机允许在电压增加1010及减少及减少5 5 的情况下长期运行不减少出力。的情况下长期运行不减少出力