第七章：交流电动机

1、2/74 3/74笼型异步交流电动机授课内容：笼型异步交流电动机授课内容： 4/74机座：铸钢或铸铁机座：铸钢或铸铁5/74 (1) 转子转子 铁心槽内放铜条铁心槽内放铜条,端端 部用短路环连成一体部用短路环连成一体, 或铸铝形成转子绕组。或铸铝形成转子绕组。笼型笼型绕线绕线型型铁心：铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。由外周有槽的硅钢片叠成。 笼型转子笼型转子铸铝的笼型转子铸铝的笼型转子风叶风叶 6/74 转子转子: 在旋转磁场作用下在旋转磁场作用下, 产生感应电动势、电流。产生感应电动势、电流。(2) 绕线型转子绕线型转子 同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。同定子绕组一样，也分为三相，并

2、且接成星形。绕线转子异步电动机的构造绕线转子异步电动机的构造7/74 结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改结构简单、价格低廉、工作可靠；不能人为改变电动机的机械特性。变电动机的机械特性。 结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外结构复杂、价格较贵、维护工作量大；转子外加电阻可人为改变电动机的机械特性。加电阻可人为改变电动机的机械特性。Y Y系列三相异步电动机系列三相异步电动机YR系列绕线转子三相异步电动机系列绕线转子三相异步电动机8/74 120sin120sinsinm3m2m1tIitIitIi 9/74规定规定 i : “+” 首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 i : “”

3、尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。 ()电流出电流出( )电流入电流入10/740 t 60t 合成磁场方向向下合成磁场方向向下 合成磁场旋转合成磁场旋转60 60 90t 合成磁场旋转合成磁场旋转9060011/74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，即即一个电流周期内，旋转磁场在空间转过一个电流周期内，旋转磁场在空间转过360。2. .结论：结论： 任意调换两任意调换两根电源进线，则旋根电源进线，则旋转磁场反转。转磁场反转。0t 60t 调换两根电源进线。调换两根电源进线。60012/74 当三相定子绕组按图示排当三相定子绕

4、组按图示排列时，产生一对磁极的旋转列时，产生一对磁极的旋转磁场，即磁场，即1 p旋转磁场的极数与三相绕组的排列有关。旋转磁场的极数与三相绕组的排列有关。13/74 若定子每相绕组由两个线圈串联若定子每相绕组由两个线圈串联 ，绕组的始端，绕组的始端之间互差之间互差60, 将形成将形成两对磁极的旋转磁场。两对磁极的旋转磁场。14/740 t 60t p = 2时时 若定子每相绕组由三个若定子每相绕组由三个线圈串联线圈串联 , 绕组的始端之绕组的始端之间互差间互差40, 将形成将形成三对三对磁极的旋转磁场。磁极的旋转磁场。6000n3015/74工频工频 Hz501 fp = 1时时p = 2 时时

5、p对磁极时对磁极时/minr6010pfn /min/minr3000r50600 n/minr150026010 fn 16/74同步转速同步转速)旋转磁场转速旋转磁场转速 n0与频率与频率 f1和磁极对数和磁极对数 p 有关。有关。不同磁极对数时的旋转磁场转速不同磁极对数时的旋转磁场转速pn0/(r/min)1 300021500310004 7505 6006 500/minr6010pfn 17/74BlvBlin0npfn1060 方向方向:顺时针顺时针v转子转子导体导体e( (i ) )FF18/74 旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差与旋旋转磁场的同步转速和电动机转子转速之差

6、与旋转磁场的同步转速之比称为转磁场的同步转速之比称为转差率。转差率。 由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋由前面分析可知，电动机转子转动方向与磁场旋转的方向一致，但转子转速转的方向一致，但转子转速 n 不可能达到与旋转磁场不可能达到与旋转磁场的转速相等，即的转速相等，即0nn 异步电动机异步电动机如果如果 0nn 无转子电动势和转子电流无转子电动势和转子电流 转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切转子与旋转磁场间没有相对运动，磁通不切 割转子导条割转子导条无转矩无转矩因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。因此，转子转速与旋转磁场转速间必须要有差别。19/74)%91( s 转子转速

7、亦可由转差率求得转子转速亦可由转差率求得0)(1nns %10000 nnns 例：例：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。试求电动机的磁极对数和额定负载下的转差率。磁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速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的关系可知 n0 = 1000 r/min , 2.5%100%10009751000%10000 nnns20/74 U1 E1= 4.44 f 1N1 11144.4NfU 1U f

8、1 = 电源频率电源频率 f21/74 定子频率定子频率 f 1 转子频率转子频率 f 2 1000026060fspnnnnpnnf 转子的频率取决于旋转磁场同转子导体间的相对转子的频率取决于旋转磁场同转子导体间的相对速度和磁极对数。速度和磁极对数。旋转磁场切割转子绕组导体的速度为旋转磁场切割转子绕组导体的速度为(n0 n)。通常通常, f2 = 0.5 4.5Hz (f1 = 50Hz)22/74E2= 4.44 f 2N2 = 4.44s f 1N2 E20= 4.44 f 1N2 即即E2= s E20 2122222LfsLfX X20= 2 f1L 2即即X2= sX20 23/7

9、4222222XREI 2202220)(sXRsE 结论：结论：转子转动时转子转动时, 转转 子子电路中的各量均与转差率电路中的各量均与转差率 s 有关有关, 即与转速即与转速 n 有关。有关。220222222222cos)sX(RR XRR 变变化化曲曲线线随随、s I22cos 24/7422Tcos IKT 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22022202)( XREIss 2202222)(cosXRRs NfU11144.4 由前面分析知由前面分析知2, I , T cos2 25/742

10、1220222)(UsXRsRKT 21U型型26/74曲曲线线)(sfT 曲曲线线)(Tfn根据转矩公式根据转矩公式22022212)(sXRUsRKT 得特性曲线得特性曲线 27/74(N m) 如：某普通车床的主轴电机如：某普通车床的主轴电机(Y3-132M-4型型) 的额定的额定功率为功率为7.5kW, 额定转速为额定转速为1440r/min, 则额定转矩为则额定转矩为(r/min)(kW)9550NNNnPT mN749mN14405795509550NNN .nPT28/7421220222)(UsXRsRKT 2021max2XUKT 202mXRss 临界转差率临界转差率将将s

11、m代入转矩公式，可得代入转矩公式，可得Tmax0dd sT令令，求得，求得29/74)( )1(2max121max无无关关与与RTU,UT 2021max2 XUKT NmaxTT 一般三相异步电动机的过载系数一般三相异步电动机的过载系数3281. 202mXRs (2) sm与与 R2 有关，有关， R2 sm n 。绕线。绕线型型电电动机改变转子附加电阻动机改变转子附加电阻R2可实现调速。可实现调速。 30/7422022212)(sXRUsRKT 22022212stXRURKT 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 ，s =1，则，则 st121st, ) 1

12、 (TUUT体现了电动机带体现了电动机带载起动的能力。载起动的能力。 NststTT 起动能力起动能力2 .11st 一一般般(2) Tst与与 R2 有关，有关， R2 Tst 。对绕线型。对绕线型 电机改变转子附加电阻电机改变转子附加电阻 R2 , 可使可使Tst =Tmax 。 31/74T2 sT2 TT =T2n T T 2达到新的平衡达到新的平衡T2n32/74Tmax Tst 22022212stXRURKT 2021max2XUKT 202mXRs 22022212)(sXRUsRKT U1 33/74R2 Tst 22022212stXRURKT 2021max2XUKT 2

13、02mXRs Tmax不变不变34/747.5.1 起动性能起动性能 起动问题：起动问题：起动电流大，起动转矩小。起动电流大，起动转矩小。 一般中小型笼型电动机起动电流为额定电流的一般中小型笼型电动机起动电流为额定电流的57 倍倍; 电动机的起动转矩为额定转矩的电动机的起动转矩为额定转矩的1.02.2倍。倍。大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作大电流使电网电压降低，影响邻近负载的工作频繁起动时造成热量积累，使电机过热频繁起动时造成热量积累，使电机过热后果：后果：原因：原因：起动：起动： n = 0，s =1, 接通电源。接通电源。起动时起动时 ，n = 0，转子导体切割磁通速度很大，转子导

14、体切割磁通速度很大，转子感应电动势转子感应电动势转子电流转子电流定子电流定子电流 35/74星星-三角三角(Y ) 换接起动换接起动自耦降压起动自耦降压起动(3) 转子电路串电阻起动转子电路串电阻起动以下介绍降压起动和转子电路串电阻起动。以下介绍降压起动和转子电路串电阻起动。 一般规定一般规定7.5kW以下或小于以下或小于10kW的异步电动机的异步电动机可直接起动。可直接起动。 36/74ZUI:3LLY 星形联结时星形联结时ZUILL3 三三角角形形联联结结时时：31L LY IIZLLLYL37/74动触点动触点Y动触点动触点静触点静触点38/74LYLZ39/74 工作工作L LZ40/

15、74(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。 )(2StUT (b) Y 起动起动 ststTIY 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SYtst31TT LLZZLP31UU 41/74Q2SS242/74 12220220)(st2IIRXREI滑环滑环起动电阻起动电阻电刷电刷转子转子定子定子43/74R2 Tst 22022212stXRURKT 44/7445/74 (1) 一台一台Y225M-4型三相异步电型三相异步电 动机，定子动机，定子绕组绕组形联结，其额定数据为形联结，其额定数据为 P2N=45kW,nN=

16、1480r/min，UN=380V， N=92.3%，cos N=0.88， Ist/IN=7.0, Tst/TN=1.9，Tmax/TN=2.2，求：，求：A284A9230880380310453. NNN2Ncos3 UPIN 46/74 (2) 由由nN=1480r/min，可知，可知 p=2 （四极电动机）（四极电动机）minr 15000/n 013. 015001480150000N nnns (3)mN4290mN14804595509550NN2N .nPTmN9638mN429022NNmaxmax .T)TT(TmN8551mN429091NNstst .T)TT(T47

17、/74 在在上例中上例中(1)如果负载转矩为如果负载转矩为 510.2Nm, 试问试问在在U=UN和和U =0.9UN两种情况下电动机能否起动？两种情况下电动机能否起动？(2) 采用采用Y- 换接起动时，求起动电流和起动转矩。换接起动时，求起动电流和起动转矩。 又当负载转矩为额定转矩的又当负载转矩为额定转矩的80%和和50%时，电动机能时，电动机能否起动？否起动？ (1) Tst = 551.8Nm 510.2 N. m (2) Ist =7IN=7 84.2 A =589.4 A 在在U = 0.9UN 时时mN2510mN447mN8551902st . .TA5196A45893131s

18、t stY.II 48/7413 .2329 .183%804 .2909 .183%80NstY TT121459183%5042909183%50NstY .TT起动起动mN9183mN85513131ststY .TT(3)49/74 对对例例1中的电动机采用自耦降压起动中的电动机采用自耦降压起动, 起动时起动时加到电动机上的电压为额定电压的加到电动机上的电压为额定电压的64%，求这时的线，求这时的线路起动电流路起动电流 Ist 和电动机的起动转矩和电动机的起动转矩Tst 。设电动机的起动电压为设电动机的起动电压为U，电动机的起动电流，电动机的起动电流为为Ist stNst640640I

19、.ZU.ZUI 依据变压器的一次、二次电压电流关系依据变压器的一次、二次电压电流关系, 可求得可求得线路起动电流线路起动电流Ist 。64. 0Nstst UUII50/74st2stIxI st2stTxT A4241A45890.646406406406402st2ststst. I.I.I.I 2UT 又又因因为为22Nstst640.UUTT 所所以以mNmN85516406402st2st 226 .T.T 所所以以51/74 pfsnsn106011 变频调速变频调速(无极调速无极调速)方法方法恒转距调速（恒转距调速（f1f1N）直流电直流电交流电交流电 变频调速方法可实现无级平滑

20、调速变频调速方法可实现无级平滑调速, 调速性能优异调速性能优异,正获得越来越广泛的应用正获得越来越广泛的应用()。52/74p= 2NNSS改变磁极对数改变磁极对数 p，可改变电动可改变电动机的转速。机的转速。pfn1600 由公式由公式53/74p = 1 采用变极调速方法的电动机称作双速电动机，由采用变极调速方法的电动机称作双速电动机，由于调速时其转速呈跳跃性变化，因而只用在对调速性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、磨床等机床上。能要求不高的场合，如铣床、镗床、磨床等机床上。常见的多速电动机有双速、三速、四速几种。常见的多速电动机有双速、三速、四

21、速几种。 SN54/74( 变转差率调速是绕线型电动机特有的一种调速方法。变转差率调速是绕线型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，缺点是能耗较大。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提升、起重设备中。这种调速方式广泛应用于各种提升、起重设备中。 在绕线型电动机的转子电路中接入一个调速电阻在绕线型电动机的转子电路中接入一个调速电阻R2，改变电阻的大小，在负载转矩不变时，就可得到平滑改变电阻的大小，在负载转矩不变时，就可得到平滑调速。调速。 2R2RnnTL22 RR 55/74 在断开三相电源的同时，给电动机其中两相绕在断开三相电源

22、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旋转组通入直流电流，直流电流形成的固定磁场与旋转的转子作用的转子作用, 产生了与转子旋转方向相反的转矩产生了与转子旋转方向相反的转矩(制制动转矩动转矩) ，使转子迅速停止转动。，使转子迅速停止转动。56/74 停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意停车时，将接入电动机的三相电源线中的任意两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向两相对调，使电动机定子产生一个与转子转动方向相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转相反的旋转磁场，从而获得所需的制动转矩，使转子迅速停止转动。子迅速停止转动。 57/74 当电动机转子的转速大于

23、旋转磁场的转速时，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矩作用方向发生变化，由驱旋转磁场产生的电磁转矩作用方向发生变化，由驱动转矩变为制动转矩。电动机进入制动状态，同时动转矩变为制动转矩。电动机进入制动状态，同时将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。将外力作用于转子的能量转换成电能回送给电网。n n058/74 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。n0 = 1 500 r/min磁极数磁极数( 极对数极对数 p = 2 )例如：例如： Y3 132 M4 机座长度代机座长度代号号机座中心高（机座中心高（mm）第第3次更新设计次

24、更新设计三相异步电动机三相异步电动机59/74异步电动机产品名称和代号及其汉字意义异步电动机产品名称和代号及其汉字意义60/74:联联结结电电机机容容量量Y3kW 联联结结电电机机容容量量 kW461/7462/7412PP 笼型电机笼型电机 =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械功额定功率是指电机在额定运行时轴上输出的机械功率率 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。例：一台例：一台Y3-132M-4型电动机型电动机kW5 . 7kW6 . 8cos32NN1 PIUP输输出出功功率率：输输

25、入入功功率率： %87%1006 . 85 . 712 PP率率：效效63/74PN 三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载三相异步电动机的功率因数较低，在额定负载时约为时约为 0.7 0.9。空载时功率因数很低，只有。空载时功率因数很低，只有0.2 0.3。额定负载时，功率因数最高。额定负载时，功率因数最高。 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。P2cos O64/74 0N0Nnnns 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指电机绝缘材料能够承受的极限温度等级, 分为分为A、E、B、F、H五级，五级，A 级最低级最低(105

26、C)，H 级最高级最高(180C)。65/74 功率选得过大不经济，功率选得过小电动机容易功率选得过大不经济，功率选得过小电动机容易因过载而损坏。因过载而损坏。1. 对于连续运行的电动机，所选功率应等于或略大对于连续运行的电动机，所选功率应等于或略大于生产机械的功率。于生产机械的功率。2. 对于短时工作的电动机，允许在运行中有短暂的对于短时工作的电动机，允许在运行中有短暂的过载，故所选功率可等于或略小于生产机械的功过载，故所选功率可等于或略小于生产机械的功率。率。66/74 一般应用场合应尽可能选用笼型电动机。只有在一般应用场合应尽可能选用笼型电动机。只有在需要调速、不能采用笼型电动机的场合才

27、选用绕线型需要调速、不能采用笼型电动机的场合才选用绕线型电动机。电动机。 根据工作环境的不同选择不同的结构形式，如开根据工作环境的不同选择不同的结构形式，如开启式、防护式、封闭式电动机。启式、防护式、封闭式电动机。 根据电动机的类型、功率以及使用地点的电源电根据电动机的类型、功率以及使用地点的电源电压来决定。压来决定。 Y系列笼型电动机的额定电压只有系列笼型电动机的额定电压只有380V一个等级。一个等级。大功率异步电动机才采用大功率异步电动机才采用3000V和和6000V。67/74型型68/7469/74tIi sinAmA )90sin(BmB tIi 正弦波形正弦波形iBiAmIit O70/74两相旋转磁场两相旋转磁场71/74 将开关将开关S合在位置合在位置1，电容，电容C与与B绕组串联，电流绕组串联，电流 iB较较 iA超前近超前近90 ；当；当将将S切换到位置切换到位置2, 电容电容C与与A绕组串联，电流绕组串联，电流iA