第四章异步电动机

1、电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 第一节第一节 三相异步电动机三相异步电动机 第二节第二节 单相异步电动机单相异步电动机 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 了解三相异步电动机的结构组成，熟悉异步 电动机的工作原理，了解铭牌数据； 理解和掌握三相异步电动机机械特性的分析 方法； 了解单相异步电动机的结构组成及其工作原 理； 熟悉常用低压电器及在电路中的作用； 理解电动机的起动、制动、调速等概念。 作业：4-15；4-16； 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业

2、技术学院 一一. 三相异步电动机的基本结构三相异步电动机的基本结构 三相异步电动机 定子 转子 三相异步电动机具有结构简单、制造成本低廉、使用和维 修方便、运行可靠且效率高等优点，被广泛应用于工农业生 产中的各种机床、水泵、通风机、锻压和铸造机械、传送带、 起重机及家用电器、实验设备中。 第一节第一节 三相异步电动机三相异步电动机 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 异步电动机的定子指其固定不动部分，主要包括有： 机座 机座是电动机 的支架，通常 用铸铁或铸钢 制成。 定子铁芯铁芯硅钢片 异步电动机的定子铁芯是 由0.5mm厚的硅钢片叠压制 成的

3、。定子铁芯内圆冲有分 布的槽。定子铁芯构成异步 电动机磁路的一部分。 定子绕组 定子绕组是 由 漆包线绕制 而 成，嵌入到 定子铁芯槽 中。构成电 机电路的一 部分。 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 图图4-2 三相异步电动机定子绕组的联结三相异步电动机定子绕组的联结 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 一般用45号钢制成， 用来传递电磁转矩。 异步电动机的转子指其旋转部分，主要部件包括： 转子铁芯也是由0.5mm 厚的硅钢片叠压制成。 在其外圆冲有均匀分布 的槽，用来嵌放转子绕 组。转子铁芯构

4、成电动 机磁路的又一部分。 转子铁芯铁芯硅钢片 转子绕组 转子绕组大部分是 浇铸铝笼型，大功 率也有铜条制成的 笼型转子导体。转 子绕组构成电动机 电路的另一部分。 转轴 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 型号型号 Y112M4编号编号 4.0kW8.8A 380V1440r/minLW 82dB 接法接法 防护等级防护等级 IP44 50Hz45kg 标准编号标准编号工作制工作制SIB级绝缘级绝缘 年年 月月 电机厂电机厂 二、二、三三相异步电动机的铭牌相异步电动机的铭牌 图图4-5 三相异步电动机铭牌三相异步电动机铭牌 在三相异步电动机的机

5、座上有一块铭牌，铭牌上标出了在三相异步电动机的机座上有一块铭牌，铭牌上标出了 该电动机的主要技术数据。该电动机的主要技术数据。 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 磁极数，磁极数，4表示四极表示四极 机座类型（机座类型（L表示长机座，表示长机座，M表示中表示中 机机 座，座，S表示短机座）表示短机座） 中心高度（中心高度（mm） 异步电动机异步电动机 Y 112 M 4 1型号型号(Y112M4） 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 2额定值额定值 电动机在加额定电压、输出额定功率时，流入定子绕组的

6、电动机在加额定电压、输出额定功率时，流入定子绕组的 线电流线电流。 电动机在额定状态下运行时，定子绕组所加的电动机在额定状态下运行时，定子绕组所加的线电压线电压。 电动机在额定工作状态下运行时，轴上电动机在额定工作状态下运行时，轴上输出输出的机械功率的机械功率。 NNNNN cos3 IUP （1）额定功率）额定功率 (kW)N P （2）额定电压）额定电压 (kV或或V) N U （3）额定电流）额定电流 (A) N I 额定功率与其他额定值之间的关系额定功率与其他额定值之间的关系 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 （4）额定转速）额定转速

7、(r/min) N n 在额定电压下，定子绕组应采用的联结方法。在额定电压下，定子绕组应采用的联结方法。 Y系列电动机，系列电动机，4kW以上者均采用三角形接法。以上者均采用三角形接法。 （6）接法）接法() 电动机所接交流电源的频率。我国电网的频率规定为电动机所接交流电源的频率。我国电网的频率规定为50Hz。 N f （5）额定频率）额定频率 (Hz) 电动机在额定状态下运行时的转速。电动机在额定状态下运行时的转速。 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 （7）工作方式）工作方式 S1连续；连续；S2短时间；短时间；S3断续。断续。 （8）绝缘等

8、级）绝缘等级 根据绝缘材料允许的最高温度分为根据绝缘材料允许的最高温度分为Y、A、 E、B、F、H、C级，见表级，见表4-1，系列电动机多采用，系列电动机多采用E、B级级 绝缘。绝缘。 表表4-1 绝缘材料耐热等级绝缘材料耐热等级 18018015513012010590 CHFBEAY等级等级 最高允许温度最高允许温度/C 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 三、三相异步电动机的基本工作原理三、三相异步电动机的基本工作原理 三相异步三相异步 电动机是电动机是 如何转动如何转动 起来的？起来的？ 设三相异步电动机模型的定子设三相异步电动机模型的定

9、子 磁极是顺时针转动的。磁极是顺时针转动的。 固定不动的转子绕组和旋转的定子磁固定不动的转子绕组和旋转的定子磁 场相切割而感应电动势。场相切割而感应电动势。 转子绕组是闭合的，因此感应电动势在绕组中产生转子绕组是闭合的，因此感应电动势在绕组中产生感应电流感应电流。感应电感应电 流的方向与感应电动势的流的方向与感应电动势的方向相同方向相同。 载流的转子绕组处在磁场中，载流的转子绕组处在磁场中， 必定受到必定受到电磁力电磁力的作用。的作用。 两个电磁力的大小相等、方向相反，两个电磁力的大小相等、方向相反， 因此对电动机转轴形成了因此对电动机转轴形成了电磁转矩电磁转矩于于 是转子就顺着定子磁场的方向

10、转动起来。是转子就顺着定子磁场的方向转动起来。 模型电机的模型电机的 定子磁极定子磁极 模型电机的模型电机的 转子绕组转子绕组 e e i2 F F n0 电机转动的关键是：旋转的定子磁场！电机转动的关键是：旋转的定子磁场！ 用右手定则用右手定则 判断判断 用左手定则用左手定则 判断判断 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 实际三相电动机实际三相电动机 的旋转磁场是如的旋转磁场是如 何产生的呢？何产生的呢？ 在电动机的对称三相定子绕 组中通入对称三相交流电； 150sin 90sin )30sin( tIi tIi tIi mC mB mA t

11、0 i t =0时电流和磁场情况 A、C两相电流t=0时为正， 因此首端流入、尾端流出。 B相电流t=0时为负，尾端流 入、首端流出。 电流入电流入 电流出电流出 n0 相邻线圈电流流向一致，在气隙中生成合成磁场，方向为： 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 t 0 i t =120 t =120时电流和磁场情况 n0 显然，电流随时间变化 120电角，电动机的气 隙磁场在空间的位置也随 之旋转了120。 观察电流波形图及电机示意图可看出，合成磁场的转向取合成磁场的转向取 决于三相电流的顺序决于三相电流的顺序，ABC正序时气隙磁场顺时针旋转。 电

12、工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 t 0 i t =240 t =240时电流和磁场情况 n0 电流随时间继续变化，经 历了120电角的同时，电动 机的气隙磁场在空间的位置 也顺时针旋转了120。 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 t 0 i t =360 t =360时电流和磁场情况 n0 电流随时间变化一周，电动 机的气隙磁场在空间的位置也 顺时针旋转了360。 可见，工程实际中，三相异步电动机定子和转子之间 的气隙旋转磁场代替了模型电机定子的转动磁极。 只要三相异步机的对称三相定子绕组中通入

13、对称 三相交流电，就会在定子和转子之间的气隙中产 生一个随时间空间位置不断变化的。 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 n0 三相异步电动机工作原理概括三相异步电动机工作原理概括 在电动机对称三相定子绕组 中通入对称三相交流电流 产生气隙旋转磁场 转子导体与磁场相切割感应电 动势，由于闭合生成感应电流 载流导体受电磁力的作用形成力偶 力偶对电机转轴形成电磁转矩 从而使固定不动的转子顺着旋转磁场的方向转动起来。 F F 若要改变电动机的旋转方向，只需任调通入定子任调通入定子 绕组中两相电流的相序即可绕组中两相电流的相序即可。 电工电子技术基础电工电

14、子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 四极旋转磁场转速的分析 N SS N 相邻线圈电流的流向一致，其合 成磁场的分布情况为： t 0 i t =0时 t =120时 N S S N 60 电流变化120，旋转磁场在空间 的位置仅转过了60；当电流变化 360时，四极电动机的旋转磁场才 能旋转180。显然，四极旋转磁场 的转速是二极电机的1/2。 B i C i A i 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 三相电动机旋转三相电动机旋转 磁场的转速与哪磁场的转速与哪 些因素有关？些因素有关？ 设电动机各相定子绕组有一个 线圈

15、，其磁极对数： 当电动机各相定子绕组增加一倍， 且每个绕组始端在空间以相差60 排列，并把相差180的两个绕组 首尾相串，组成一相绕组时，其磁 极对数： N S S N min/ r 3000 1 506060 , 1 0 p f np 显然，频率不变频率不变时，电动机旋转磁 场的转速取决于电动机的极对数极对数p。 min/ r 1500 2 506060 , 2 0 p f np 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 依此类推，可得电动机旋转磁场的转速与极对数之间的 关系为： min)/r (/ 60 1 分转 p f n 电动机通常工作在50H

16、z的工频情况下，因此： r/min0001 3 r/min0015 2 r/min3000 1 1 1 1 ；时， ；时， ；时， np np np 即：异步电动机同步转速同步转速与电源频率成正比，与电机电源频率成正比，与电机 的极对数的极对数(出厂时就已经确定)成反比成反比。显然，改变电机的 极对数，可以得到不同的转速。 式中， 是旋转磁场转速，亦称同步转速（r/min）； 是电源频率（ ）； 是磁极对数。 1 n 1 f Hz p 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 有关转差率的讨论有关转差率的讨论 电动机的转差速度与磁场同步转速n1之比称为

17、转差率转差率，用s 表示： 1 1 n nn s 显然，电动机的转差率随着电动机转速的升高而减小。 (1) 电动机起动瞬间，电动机转速n=0，转差率s =1； (2) 理想空载时，转速nn1，转差率s 0； (3) 电动机运行过程中，转速0nn1，转差率0sn0情况时，电动机处于发电状态， 此时在转子导体中感应电流，感应电流 的方向与原电流方向相反，因此产生的 电磁转矩方向也相反，这种制动称为再 生发电制动。 nn0 缺点缺点：耗能大，经济性差。：耗能大，经济性差。 优点优点：适用于低速下放重物，安全性好：适用于低速下放重物，安全性好 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院

18、广东水利电力职业技术学院 何谓起动？如何判何谓起动？如何判 断三相异步电动机断三相异步电动机 能否直接起动能否直接起动 ？ 三相异步电动机在满三相异步电动机在满 载和空载两种情况下载和空载两种情况下 起动，起动电流和起起动，起动电流和起 动转矩是否一样动转矩是否一样 ？ 一台一台380V、Y接的鼠笼式接的鼠笼式 异步机，能否采用异步机，能否采用Y-起动？起动？ 为什么为什么 ？ 鼠笼式三相异步电鼠笼式三相异步电 动机的降压起动方动机的降压起动方 法有哪几种？调速法有哪几种？调速 和制动方法又有哪和制动方法又有哪 几种几种 ？ 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电

19、力职业技术学院 4. 单相异步电动机简介 实验室、家庭及办公场所通常是单相供电，因此实验室的 很多仪器、各种电动小型工具、家用洗衣机、电冰箱、电风 扇等，都采用单相异步电动机。单相异步机采用鼠笼式转子 结构，一般容量多在0.75KW以下。 电容运转单相机洗衣机电动机 电风扇电动机 制冷压缩机 单相异步电动机产品图 三相异步电动机只所以能够转动，是因为它的定子绕组通 入对称三相交流电后产生的旋转磁场。那么，单相异步电动 机通入单相交流电后，产生的是一个什么样的磁场呢？ 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 单相异步电动机的定子磁场 单相机定子 单相机

20、转子 t 0 i 在定子绕组中通入单相交流电 电流正半周，线圈导体中通过 的电流始终为正值，如图示： 相邻导体中电流方向相同， 电流的合成磁场方向一致。 合成磁场随时间大小不断变 化，但磁场轴线的位置始终不 变。 电流的负半周，线圈导体中通 过的电流方向始终为负，如图： 相邻导体中电流方向相同， 电流的合成磁场方向一致。 合成磁场随时间大小不断变 化，但磁场轴线的位置始终不 变。 显然，单相异步电动机的定子磁场是一个大小和方向显然，单相异步电动机的定子磁场是一个大小和方向 随时间不断变化、但磁场轴线位置始终不变的随时间不断变化、但磁场轴线位置始终不变的脉动磁脉动磁 场场。 电工电子技术基础电工

21、电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 单相异步电动机脉动磁场的分析单相异步电动机脉动磁场的分析 t B O 45 90 135 180 235 270 315 360 B1 B2 B2 B1 B1 B2 B1 B2 B2 B1 B1 B2 B2 B1 B1 B2 B2 B1 B B B B B B 脉动磁场可以分解为两个大小相等、转速相同、转向相反的旋 转磁场B1和B2。 顺时针方向旋转的磁场B1对转子产生顺时针方向的电磁转矩；逆 时针方向旋转的磁场B2对转子产生逆时针方向的电磁转矩。由于在 任何时刻这两个电磁转矩都大小相等、方向相反两个电磁转矩都大小相等、方向相反，

22、所以单向异步 机的转子不会自行起动不会自行起动，也就是说单相异步电动机的起动转矩为起动转矩为 零零。 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 如何使单相异如何使单相异 步电动机旋转步电动机旋转 起来呢？起来呢？ 电容分相法可让单相异步机转动容分相法可让单相异步机转动 电容分相式异步电动机的定子有两个 绕组：一个是工作绕组工作绕组；另一个是起动绕组起动绕组，两个绕 组在空间对称对称嵌放而且并联连接于单相交流电源上。 起动绕阻与电容C串联，使起动 绕组电流iV和工作绕组电流iU产生90的相位差，即： 可见，单相电动机定子两绕组的合成磁场也是一个随时间空间

23、 位置不断变化的旋转磁场。单相电动机也因之可以自行起动了。 A X BY A X B Y A X B Y 0t 90t180t 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 在起动前，若起动绕组断开，则电动机不能起动。在起动前，若起动绕组断开，则电动机不能起动。 认识起动绕组认识起动绕组 在起动后，若把起动绕组去掉，电动机仍能继续转动在起动后，若把起动绕组去掉，电动机仍能继续转动。 电工电子技术基础电工电子技术基础 广东水利电力职业技术学院广东水利电力职业技术学院 单相异步电动机与三相异步电动机的比较单相异步电动机与三相异步电动机的比较 单相异步电动机单相异步电动机在起动前，若定子起动绕组断开，则电在起动前，若定子起动绕组断开，则电 动动 机不能起动，但在运行过程中，若起动绕断开，则电动机机不能起动，但在运行过程中，若起动绕断开，则电动机 仍将继续旋转。仍将继续