三相异步电动机课件[共74页]

1、1 2 鼠笼式异步交流电动机授课内容：鼠笼式异步交流电动机授课内容： 3 机座：铸钢或铸铁机座：铸钢或铸铁 定子铁心的硅钢片定子铁心的硅钢片 4 定子铁心定子铁心 5 定子绕组定子绕组 对称三相绕组。对称三相绕组。 6 定子接线盒定子接线盒 U1 V1 W1 W2 U2 V2 U1 V1 W1 U2 V2 W2 U1 V1 W1 W2 U2 V 2 星星 形形 (Y) 联联 结结 3 U1 V1 W1 W2 U2 V 2 三三 角角 形形 () 联联 结结 3 7 转子铁心、转子铁心、 转子绕组、转子绕组、 转轴、转轴、 风扇等。风扇等。 转子铁心的硅钢片转子铁心的硅钢片 2. 转子转子 转子

2、绕组转子绕组 绕线型：绕线型：对称三相绕组。对称三相绕组。 笼笼 型：型：对称多相绕组。对称多相绕组。 8 笼型异步电动机的转子笼型异步电动机的转子 导条导条 端环端环 风扇风扇 9 笼型异步电动机的转子笼型异步电动机的转子 铸铝转子铸铝转子 10 绕线型异步电动机的转子绕线型异步电动机的转子 11 绕线型异步电动机的转子绕线型异步电动机的转子 集电环集电环 12 三相绕线型异步电动机示意图三相绕线型异步电动机示意图 转子三相绕组接成转子三相绕组接成 Y 形形 短接或短接或 外接对称电阻等外接对称电阻等 13 三相异步电动机的外形三相异步电动机的外形 14 部分额定值：部分额定值： UN 69

3、0 V，2 kV 11 kV fN 50 / 60 Hz PN 200 kW 3 000 kW 2p 2 12 笼型异步电动机笼型异步电动机 部分额定值：部分额定值： UN 400 V 690 V fN 50 / 60 Hz PN 200 kW 2 300 kW 2p 2 8 15 三相绕线型异步电动机的结构三相绕线型异步电动机的结构 16 17 120sin 120sin sin mC mB mA tIi tIi tIi B i A X B Y C Z A i C i C i A i B i i t m I o 18 i C i A i B i t m I o 0 n 规定规定 i : “+

4、” 首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 i : “” 尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。 A Y C B Z X ()电流出电流出 ( )电流入电流入 19 C i B i A i i M A X Y C B Z A X Y C B Z A X Y C B Z N S 0 t 60t 0 n 60 90t 600 m I o S N SN 20 A A X Z B C Y A A X Z B C Y 分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场分析可知：三相电流产生的合成磁场是一旋转的磁场 即：即： 2. . 0t 60t 任意调换两根电源进线任意调换两根电源进线 (电路如图电路

5、如图) C i A X C Z B Y A i B i 0 m I C i B i A i M i o m I N S N S 21 0t 即：即： 1p B i A X B Y C Z A i C i A X Y C B Z N S 0 m I C i B i A i M i o m I 22 C Y A B C X Y Z A X B Z A i B i C i X A A X B Y B Y C C Z Z 23 极对数极对数2p 旋转磁场的磁极对数旋转磁场的磁极对数 与三相绕组的排列有关与三相绕组的排列有关 C Y A B C X Y Z A X B Z A i B i C i A X

6、 X N S Z C Z B Y B Y A C S N B i C i A i i m I t 0 0t 24 分分）转转 /( 60 10 fn 工频：工频：Hz50 1 f 分分）转转 /( 3000 0 n p=1时时 0 m I C i B i A i M i o m I A X Y C B Z N S A X Y C B Z N S A X Y C B Z N S 25 X N S A X A B Z C Y Z C Y B S N 0t 60t p=2时时 B i C i A i i t m I 0分分）转转/( 1500 2 60 1 0 f n 0 n 30 A X X Z

7、C Z B Y B Y A C N S N S 26 )/( 60 1 0 分分转转 p f n 2p 180分）转/( 5001 1p 360分）转/( 0003 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 )f(Hz50 1 3p120分）转/( 0001 4p分分）转转/( 750 90 旋转磁场转速旋转磁场转速n0与频率与频率f1和极对数和极对数p有关。有关。 27 A X Y C B Z 分分）转转/( 60 1 0 p f n Blv Bli F v F 0 n N S 28 0 nn 如果如果: 0 nn 29 %s)91( 转

8、子转速亦可由转差率求得转子转速亦可由转差率求得 0 )(1nns %100 0 0 n nn s 例例1 1：一台三相异步电动机，其额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 f1 1= =50 Hz。试求电动机的。试求电动机的 极对数和额定负载下的转差率。极对数和额定负载下的转差率。 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 , 2.5%100% 1000 9751000 %100 0 0 n nn s 30 变压器：变压器： 变化变化 e U1

9、E1= 4.44 f N1 E2= 4.44 f N2 1 1 444Nf. U i1 u1 e1 e 1 e2 e 2 i2 + + + + + f1f2 31 异步电动机：异步电动机：旋转磁场切割导体旋转磁场切割导体 e， U1 E1= 4.44 f 1N1 每极磁通每极磁通 11 1 444Nf. U 1 U 旋转磁场与定子导体间的相对速度为旋转磁场与定子导体间的相对速度为 n0 ，所以，所以 1 60 0 1 pn f 感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关感应电势的频率与磁场和导体间的相对速度有关 f 1= 电源频率电源频率 f 32 定子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子定

10、子导体与旋转磁场间的相对速度固定，而转子 导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而导体与旋转磁场间的相对速度随转子的转速不同而 变化变化 定子感应电势频率定子感应电势频率 f 1 转子感应电势频率转子感应电势频率 f 2 1 0 0 00 2 6060 fs pn n nn p nn f 旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同旋转磁场切割定子导体和转子导体的速度不同 33 E20= 4.44 f 1N2 即即E2= s E20 21 2 22 22 LfsLfX X20= 2 f1L 2 即即X2= sX20 34 2 2 2 2 2 2 XR E I 2 20 2 2 20 )(sXR

11、 sE )(00 02 nnIs 2 20 2 2 20 max2 1 XR E Is 2 20 2 2 2 2 2 2 2 2 2 )( cos sXR R XR R 202 SXRs 很很小小时时 1cos 2 202 XRss 较较大大时时 s 1 cos 2 35 2 20 2 2 20 2 2 2 2 2 2 )( XR E XR E I s s 2 20 2 2 2 2 )( cos XR R s 变变化化曲曲线线随随、SI cos 22 )( 2 Isn )cos( 2 sn 结论：结论：转子转动时，转转子转动时，转 子电路中的各量均与转子电路中的各量均与转 差率差率 s有关，即

12、与转速有关，即与转速 n有关。有关。 I2 cos 2 s 1 I2, 2 cos O 36 22m cos IKM 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 ilBF 22 cos, , IM 37 2 1 2 20 2 2 2 )( U sXR sR KM m 22 cos IKM m 2 20 2 2 20 2 )( XR E I s s 2 20 2 2 2 2 )( cos XR R s m NfU 111 44.4 由前面分析知：由前面分析知： 38 2 1 2 20 2 2 2 )(

13、U sXR sR KM m 2 1 U 39 max M m S N S O M S 曲曲线线)(sfM 曲曲线线)( Mfn 根据转矩公式根据转矩公式 2 20 2 2 2 12 )(sXR UsR KM 得特性曲线：得特性曲线： N n max M st M O n M N M 0 n st M 1 N M 40 N n N T )/( )( 9550 N N N 分分转转 千千瓦瓦 n P M O n M 0 n (N m) 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7.5kw, 额定转速为额定转速为1440r/min, 则额定转矩为则

14、额定转矩为 n P n P M9550 60 2 m.N7 .49 1440 5 .7 95509550 N N N n P M 41 2 1 2 20 2 2 2 )( U sXR sR KM m 20 2 1 max 2 X U KM m 0 d d S M 令：令：求得求得 20 2 m X R ss 临界转差率临界转差率 将将sm代入转矩公式，可得代入转矩公式，可得 42 max1 2 1max , )1(MUUM 20 2 1 max 2 X U KM m N max M M 一般三相异步电动机的过载系数为一般三相异步电动机的过载系数为 2 .28 .1 12 II (2) sm与与

15、 R2 有关，有关， R2 sm n 。绕线式电。绕线式电 机改变转子附加电阻机改变转子附加电阻R 2 可实现调速。可实现调速。 43 2 20 2 2 2 12 )( sXR UsR KM m 2 20 2 2 2 12 st XR UR KM m 电动机起动时的转矩。电动机起动时的转矩。 起动时起动时n= 0 时时，s =1 st1 2 1st , )1(MUUM (2) Mst与与 R2 有关，有关， 适当使适当使 R2 Mst 。对绕线式。对绕线式 电机改变转子附加电阻电机改变转子附加电阻 R 2 , 可使可使Mst =Mmax 。 体现了电动机体现了电动机 带载起动的能力。带载起动的

16、能力。 0 n O n M N st st M M M 起动能力起动能力 44 M2 s M2 M M =M2 n M M 2 达到新的平衡达到新的平衡 M2 0 n n M O n 45 U1 Mmax U U Mst 2 20 2 2 2 12 st XR UR KM m 20 2 1 m 2 X U KM max 20 2 m X R s 0 n N U M2 n M O 46 st M M O n 0 n R2 Mst n max M 2 M2 20 2 2 2 12 st XR UR KM m 20 2 1 m 2 X U KM m 20 2 m X R s 47 问题：问题：。 一

17、般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的一般中小型鼠笼式电机起动电流为额定电流的5 7 倍倍; 电动机的起动电动机的起动 48 刚起动时，虽然转子电流较大，但转子的功率刚起动时，虽然转子电流较大，但转子的功率 因数因数cos2却很低，由却很低，由M=KmI2 cos2可知起可知起 动转矩并不大。动转矩并不大。 如果起动转矩过小，就不能再满载下起动，应设如果起动转矩过小，就不能再满载下起动，应设 法提高。一般机床的主电机都是空载起动，启动法提高。一般机床的主电机都是空载起动，启动 后再切削，对起动转矩没什么要求。后再切削，对起动转矩没什么要求。 由上可知，异步电动机起动时主要缺点是起动电流较由上可

18、知，异步电动机起动时主要缺点是起动电流较 大。为了减小起动电流，必须采用适当的启动方法。大。为了减小起动电流，必须采用适当的启动方法。 49 直接起动不需要专门的设备，方法简单。但不是直接起动不需要专门的设备，方法简单。但不是 所有的电动机都可以直接起动的。所有的电动机都可以直接起动的。 星形星形-三角形三角形(Y ) 换接起动换接起动 自耦降压起动自耦降压起动 (3) 转子串电阻或电抗器起动转子串电阻或电抗器起动 以下介绍降压起动和转子串电阻起动。以下介绍降压起动和转子串电阻起动。 50 3.5.2 降压起动降压起动 (1) 定子串联电阻或电抗降压定子串联电阻或电抗降压起动起动 M 3 3

19、RS Q1 FU Q2 起动起动运行运行 M 3 XS Q1 FU Q2 3 51 Z U I l l 3 : Y 星星形形联联结结时时 Z U I l l 3 三三角角形形联联结结时时： 3 1 Y l l I I 3 1 Yl I Z l U + U1 U2 V1 V1 W1 W2 l I l U + Z U1 U2 V1V2 W1 W2 52 3 UN Q1 FU Q2 U1 U2V1 V2 W1W2 Q2 3 UN Q1 FU U1 U2V1 V2 W1W2 起动起动Y 起动起动 53 l UU 3 1 P (a) 仅适用于正常运行为三角形联结的电机。仅适用于正常运行为三角形联结的电机

20、。 )( 2 St UM (b)Y 起动起动 stst MI Y 换接起动适合于空载或轻载起动的场合换接起动适合于空载或轻载起动的场合 SYtst 3 1 MM Ul U1 W2 V2 W1 + U2 V1 UP + Ul + U1 W2 V2 W1 U2 V1 54 L1L3L2 FU Q Q2 55 R 12 2 20 2 20 )( st2 IIR XR E I R R 滑环滑环 电刷电刷 定子定子转子转子 起动电阻起动电阻 56 R2 Mst 2 20 2 2 2 12 st XR UR KM m 22 RR st M M O n 0 n max M 2 R 2 R st M 57 p

21、 f snsn 1 0 60 11 f=50Hz M 3 + 58 变频调速方法可实现无级平滑调速变频调速方法可实现无级平滑调速,调速性调速性 能优异，因而正获得越来越广泛的应用。能优异，因而正获得越来越广泛的应用。 A1X1A2X2 ii P=2 A1 A2 X1 X2 N NS S 59 A1X1A2X2 ii P=1 采用变极调速方法的电动机称作双速电机，采用变极调速方法的电动机称作双速电机， 由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对 调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床调速性能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床 等机床上。等机床上。 A

22、1 A2 X1X2 S N 60 M n 0 n o 22 RR 2 R 2 R ( 变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调变转差率调速是绕线式电动机特有的一种调 速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少，速方法。其优点是调速平滑、设备简单投资少， 缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种缺点是能耗较大。这种调速方式广泛应用于各种 提升、起重设备中。提升、起重设备中。 n n ML ML s s M s 2 R 2 R o 61 制动方法制动方法 机械制动机械制动 电气制动电气制动 能耗制动能耗制动 反接制动反接制动 发电反馈制动发电反馈制动 在断开三相电源的同时，给电动机其中两相在断开三相

23、电源的同时，给电动机其中两相 绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与绕组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与 旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的旋转的转子作用，产生了与转子旋转方向相反的 转距（制动转距），使转子迅速停止转动。转距（制动转距），使转子迅速停止转动。 62 n F 转子转子 M n0=0 + - 运转运转 制动制动 RP 63 运转运转 n F M n0 当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速当电动机转子的转速大于旋转磁场的转速 时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变时，旋转磁场产生的电磁转距作用方向发生变 化，由驱动转距变为制动转距。电动机进入制化，由驱动转距变为

24、制动转距。电动机进入制 64 动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成 电能回送给电网。电能回送给电网。 n F 转子转子 M n0 n n0 65 磁极数磁极数( 极对数极对数 p = 2 ) 例如：例如： Y 132 M4 用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。用以表明电动机的系列、几何尺寸和极数。 机座长度代号机座长度代号 机座中心高（机座中心高（mm） 三相异步电动机三相异步电动机 教材表教材表3.8.1中列出了各种电动机的系列代号。中列出了各种电动机的系列代号。 66 异步电动机产品名称代号异步电动机产品名称代号 67 接线盒接线盒 。通常。通

25、常 联结联结电机容量电机容量Y3kW 联联结结电电机机容容量量 kW4 U2 U1W2 V1V2 W1 U1 U2 W2U2V2 V1W1U1 W1V1 W2V2 68 例如：例如：380/220V、Y/ 是指线电压为是指线电压为 380V 时时 采用采用 Y联结联结；线电压为；线电压为 220V 时采用时采用 联结联结。 69 表示星形表示星形联结联结下下 电机的线电流为电机的线电流为 6.73A；三角形；三角形联结联结下线电流为下线电流为 11.64A。两种接法下相电流均为。两种接法下相电流均为 6.73A。 1 2 P P cos3 NN1 IUP 鼠笼电机鼠笼电机 =7293 电动机在额定运行时定子绕组的电动机在额定运行时定子绕组的 额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机 械功率械功率 P2，它不等于从电源吸取的电功率，它不等于从电源吸取的电功率 P1。 70 电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。电机在额定电压、额定负载下运行时的转速。 0 N0 N n nn s 额额定定转转差差率率 指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级，分 为为A、E、B、F、H五级，五级，A级最低级最低(105C)，H 级最高级最高(180C)。 71 A284 92308803803 1045 3 . . 1)